Как действует определение лиц в телефонах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по фейсу

В недавние годы идентификация лиц превратилось в одной из самых распространённых возможностей для разблокировки мобильных телефонов. Еще некоторые лет тому назад основная часть юзеров обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что превращает эту возможность настолько популярной? Прежде всего, это практично: не нужно помнить замысловатые пароли или находить верный палец в темноте. Во-вторых, это оперативно: современные системы узнают лицо буквально за мгновение. В-третьем пункте, это чувство футуризма — словно в фильмах про вулкан платинум зеркало агентов.

Однако за этой кажущейся несложностью таится целый универсум сложных технологий и инженерных разработок. Давайте исследовать, как точно функционирует фейсканирование в современных мобильных телефонах, какие существуют способы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история развития техники

Идентификация лиц как техника присутствует уже более 50 годов. Начальные пробы автоматизированного исследования лиц были сделаны еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда компьютеры могли лишь определять очертания лица и вычислять расстояния между зрачками и устами на ахроматических снимках.

Начальные коммерческие системы стали доступны в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, сильных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять свои решения.

Главные этапы функционирования системы определения

Процесс идентификации лица можно условно поделить на несколько важных этапов:

1. Распознавание лиц — устройство распознает наличие людского образа в снимке.
2. Определение особенностей — механизм исследует контуры облика: форму зрительных органов, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — созданный шаблон сверяется со записанной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон открывается.

Любой из данных шагов требует специальных процедур и улучшений для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические компоненты: что скрыто внутри

Типичная фронтальная камера.

Самый простой простой способ идентификации облика задействует исключительно лицевую камеру смартфона смартфона. Такой подход осуществлён во различных доступных вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не нуждается в нуждается в дополнительные сенсоров.
• Шустро функционирует при хорошем свете.

Отрицательные стороны:

• Легко одурачить фотографией или видеозаписью.
• Плохо функционирует при низком освещении или нестандартных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс составляет базу Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

• Точечный устройство проекции проецирует на облик использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• Инфракрасная камера записывает искривление данной решетки по поверхности физиономии.
• Формируется трёхмерная карта глубинности, которая почти что неосуществима для фальсификации обычной фото или маской.

Достоинства

• Надёжная деятельность даже в полной темноте.
• Большая устойчивость к фальсификациям.
• Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В определённых аппаратах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные измерители расстояния для формирования более точной 3D-модели физиономии.

Эти инновации встречаются наиболее часто во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: искуственный интеллект в исполнении

Современные механизмы распознавания физиономий неосуществимы без использования ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как Vulkan Platinum, аппарат способно распознавать юзера даже при метаморфозах облика: новая причёска, борода, очки или грим не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение лица

На первом стадии алгоритм должна оперативно обнаружить образ лица среди всего кадра камеры. Для этой задачи применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может находить физиономию даже при неполном перекрытии (например, платком или ладонью).

Определение важных точек

После обнаружения лица механизм, такая как Vulkan Platinum, определяет местоположение главных точек: уголки глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 главных меток на лицевой области.

Это необходимо для нормализации изображения: если человек держит смартфон под наклоненным, или склонил голову, программа корректирует изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

Далее нейросеть строит компактное математическое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот образец очень затруднительно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно картинку пользователя, а лишь особенные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и осуществление заключения

В случае, когда юзер хочет разлочить смартфон взглядом, программа повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к метаморфозам облика

Интересная характеристика актуальных систем — способность самообучения. Если вы часто открываете телефон с новой стрижкой или очками, алгоритм постепенно обновляет базовый образец вашего облика для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных.

Большинство пользователи беспокоятся сохранять свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за риска потери данных или хакерской атаки. Иные компании, например Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для увеличения безопасности информации клиентов.

• Локальное сохранение: Основная часть девайсов сохраняет биометрические шаблоны только внутри безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из гаджет и недоступны даже изготовителю.

• Шифрование: Все информация сберегаются только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Стоит упомянуть важную особенность: в случае, если какой-то человек достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители внедряют защиту от автоматического разблокирования — в частности, заставляют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы идентификации лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно различить 3 главных метода к выполнению этой задачи:

Программное двухмерное распознавание

Применяется только фронтальная камера без экстра детекторов дистанции. Такой подход встречается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность осуществления; низкая затраты; скоростная работа при качественном освещении.
Минусы: легко одурачить фотографией; неустойчивая работа ночью; недостаточная защищенность.

Техническое 3D сканирование

Использует ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая надёжность; не получится обмануть изображение/видеозапись; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации применения разных техник

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное идентификацию по фото фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы защиты и ложные срабатывания

Несмотря на впечатляющий развитие инноваций за прошедшие лет, совершенных системы пока не наблюдается:

1. Вероятность подвоха: Бюджетные мобильники просто открываются качественной фотографией хозяина либо видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные системы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации внешности: Стремительное снижение веса/набор веса, пластические операции либо травмы иногда необходимы для перерегистрации биометрических данных.
4. Условия записи: Интенсивная засветка солнечным светом или глубокая затенение могут снизить верность определения признаков.

Здесь несколько рекомендаций для надёжному эксплуатации:

• Для значимых операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите прошивку телефона для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

В каких местах ещё находится применение технология помимо мобильных телефонов?

Хотя тема нашей статьи касается именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о прочих направлениях внедрения технологии:

• Контроль входа в деловых центрах и резиденциях;
• Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта нового типа;
• Системы видеомониторинга городских подразделений;
• Автоматизирование регистрации посещаемости образовательных учреждений/вузов;
• Аутентификация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без пластика или мобильника! Схожие проекты развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как изменяется технический процесс в нынешнее время?

Всякий годочек появляются новые концепции для улучшения качества деятельности систем распознавания лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше элементов фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
2. Совершенствуются нейронные сети — современные структуры модели MobileNetV3 дают возможность оперативно осваивать дополнительным особенностям внешности обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны могут отличать реальные движущиеся лица от статичных снимков/масок по микроскопическим микродвижениям.
4. Взаимодействие со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут самостоятельно блокировать телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Появляются комбинированные механизмы — в частности объединяющие аудио опознание + облик + отпечаток пальца.

Итак, те тренды очень популярны в данный момент:

1) Сокращение компонентов

Изготовители пытаются минимизировать размер прорези (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт интеграции компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для увеличения конфиденциальности всё больше обработки данных происходит на месте без отправки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Google активно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, для того чтобы подобные системы, например как Вулкан Платинум, и любые Android-программы могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что подобрать на сегодня?

Если вам необходима максимальная сохранность информации, подбирайте топовые модели с интегрированным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих актуальных версий
• Huawei Companion/P ряда
• Xiaomi Professional
• Vivo X линейки
• Оппо Найти Х серии.

Если финансы скромен – лучше отдавать предпочтение обычным методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как дополнительную возможность удобства.

Каким образом увеличить комфорт использования возможности?

Есть пара хитростей для тех, кто уже использует разблокировку по лицу:

1. Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не упускайте из виду протирать объектив фронтальной камеры – пятна могут снизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам включает камеру если вы берёте его в руки.
4. Во время регистрации постарайтесь сохранять лицо прямо впереди камеры исключая резкого наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы прогресса инноваций

В ближайшие времена можно предвкушать появления полностью безконтактных способов идентификации персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также возможно появление свежих методов защиты личной информации – скажем, изменяющееся корректировка электронного образца после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее захватывающих инноваций нашего эпохи! Она обеспечивает общение со телефоном проще чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно повысить ваш опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как функционирует эта система в деталях, – сумеете более осмысленно выбирать свой следующий устройство!