Каким образом работает распознавание лиц в телефонах

Почему мы останавливаемся на разлочивание по лицу

В последние годы распознавание лиц является одной из самых распространённых возможностей для разблокировки смартфонов. Еще несколько годов назад большинство пользователей обходились PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что обуславливает эту возможность такой востребованной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить сложные пароли или отыскивать правильный палец в мраке. Кроме того, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это чувство будущего — как будто в фильмах про казино Вулкан разведчиков.

Однако за такой видимой несложностью прячется целый мир комплексных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как конкретно функционирует фейсканирование в новейших гаджетах, какие бывают способы, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Короткая хроника развития инноваций

Распознавание лиц как методика существует уже более 50 лет. Первые эксперименты автоматического анализа лица были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь выделять контуры черепа и вычислять промежутки между зрачками и устами на ахроматических изображениях.

Начальные бизнес системы стали доступны в 90-х, но они были неидеальны: работали медленно и нередко ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, мощных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои решения.

Основные шаги работы устройства распознавания

Процесс определения лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

1. Идентификация лиц — аппарат распознает существование гуманного лица в кадре.
2. Извлечение особенностей — система исследует черты лица: форму зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение бровей.
3. Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с стандартом — созданный образец сравнивается с сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из данных стадий требует индивидуальных процедур и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что скрыто в их недрах

Стандартная передняя камера.

Самый простой метод распознавания облика применяет только фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Такой способ реализован во многочисленных недорогих версиях Android-девайсов.

Плюсы:

• Не потребляет внешних сенсоров.
• Оперативно работает при достаточном свете.

Слабые стороны:

• Легко ввести в заблуждение снимком или роликом.
• Неудачно действует при слабом свете или непривычных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

• Точечный устройство проекции проецирует на облик пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера фиксирует деформацию данной решетки по поверхности физиономии.
• Формируется трёхмерная карта глубинности, которая почти неподвластна для фальсификации стандартной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Высокая защита к подделкам.
• Точность идентификации выше 99%.

Добавочные датчики

В некоторых девайсах применяются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период движения луча до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки используются наиболее часто во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: синтетический ум в исполнении

Современные устройства идентификации физиономий немыслимы в отсутствие использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как Vulkan Platinum, гаджет способно распознавать пользователя даже при метаморфозах облика: новая стрижка, борода, очки или макияж не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение лица

В стартовом шаге программа обязана быстро найти ликовое изображение в пределах целого снимка с камеры. Для этой задачи задействуются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать физиономию даже в случае неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Определение важных точек

После обнаружения лица механизм, такая как Vulkan Platinum, вычисляет положение основных точек: кончики глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных меток на лице.

Это действие требуется для стабилизации визуала: если человек удерживает мобильник под углом, или склонил головку, программа “выпрямляет” картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Создание биометрии образца

Далее нейронная сеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный формат весьма затруднительно сфальсифицировать: он не сохраняет само картинку юзера, а лишь особенные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и осуществление решения

Когда пользователь хочет разлочить мобильник взглядом, система осуществляет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к изменениям облика

Увлекательная черта современных систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно доступаете к телефон с обновленной укладкой или оптикой, программа постепенно модернизирует базовый шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Большинство юзеры беспокоятся держать свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска утечки данных или взлома устройства. Иные компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предоставляют методы для повышения безопасности сведений клиентов.

• Локальное хранение: Основная часть устройств сохраняет био-идентификационные модели лишь внутрь защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не оставляют устройство и не доступны в том числе создателю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Приложения внешних девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт верификации личности через системный API.

Следует подчеркнуть важную подробность: если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители осуществляют защиту от неосознанного разблокирования — например, заставляют открыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды идентификации лиц?

На сегодняшний день можно определить выделить 3 основных метода к осуществлению этой операции:

Программируемое двухмерное распознавание

Используется только фронтальная камера без вспомогательных сенсоров глубины. Этот способ наблюдается обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность реализации; минимальная цена; оперативная работа при достаточном свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; ненадежная работа ночью; низкая защищенность.

Техническое трёхмерное оцифровка

Использует ИК видеокамеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; невозможно исказить изображение/видеозапись; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock современных версий, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы эксплуатации различных техник

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное обеспечение двухмерное идентификацию по снимку фронтальной камерой, так и сканер радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы защиты и ошибочные срабатывания

Несмотря на впечатляющий развитие техники за последние годы, безупречных систем пока не наблюдается:

1. Шанс мошенничества: Недорогие мобильники просто “разблокируются” высококачественной снимком пользователя или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые безупречные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешности: Резкое похудение/набор веса, пластические операции либо травмы в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия записи: Яркая освещённость солнечным светом или же плотная тень могут снизить точность распознавания признаков.

Ниже несколько советов по надёжному применению:

• Для важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку ПО телефона для обеспечения безопасности от современных угроз;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

В каких областях также используется технология за исключением мобильных телефонов?

Хотя предмет этой публикации касается в частности портативным гаджетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг прохода в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые удостоверения личности последнего поколения;
• Системы видеонаблюдения городских сервисов;
• Механизация отслеживания посещаемости школ/университетов;
• Аутентификация участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или телефона! Аналогичные программы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как изменяется технология сегодня?

Каждый годик возникают современные мысли для повышения качества деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
2. Совершенствуются нейронные сети — современные структуры модели MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться дополнительным характеристикам внешности обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать реальные живые лица от неподвижных фотографий/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут автоматически блокировать смартфон, если владелец отошёл далеко.
5. Появляются смешанные системы — в частности совмещающие голосовую аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Вот, какие тренды очень популярны в данный момент:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители намереваются минимизировать размер прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для повышения приватности всё больше вычислений осуществляется локально без пересылки информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы подобные платформы, например как Вулкан Платинум, и каждые Android-программы могли работать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое решить сегодня?

Когда вам всем необходима наивысшая защита информации, выбирайте топовые модели с интегрированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех существующих новейших версий
• Huawei Companion/Series P серии
• Xiaomi Professional
• Vivo X модели
• Oppo Найти Х серии.

Если средства скромен – лучше выбирать традиционным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию удобства.

Каким образом увеличить удобство работы функции?

Есть некоторые хитростей для тех, кто уже использует разблокировку через лицо:

1. Регулярно меняйте свою фото-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не пренебрегайте чистить линзу передней камеры – разводы могут снизить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает камеру как только вы берёте его в руки.
4. При регистрационного процесса постарайтесь сохранять голову неподвижно напротив камеры без сильного наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности развития технологии

В предстоящие времена можно предвкушать появления полностью безконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно появление свежих способов защиты личной информации – например, изменяющееся изменение цифрового паттерна после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых увлекательных технологий нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со телефоном проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы повысить ваш опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как устроена эта система в деталях, – сможете вдумчиво выбирать свой следующий гаджет!