Как работает распознавание лиц в телефонах

Почему мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние годы распознавание физиономий превратилось в одной из самых распространённых функций для открытия смартфонов. Еще пару годов ранее основная масса пользователей удовлетворялись пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает эту конкретную функцию очень нужной? Во-первых, это практично: не нужно запоминать сложные пароли или искать нужный палец в мраке. Во-вторых, это мгновенно: современные системы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третью очередь, это чувство футуризма — как будто в фильмах про вулкан казино разведчиков.

Тем не менее за этой видимой простотой скрывается полный мир сложных методов и инженерных разработок. Давайте исследовать, как конкретно работает идентификация по лицу в современных смартфонах, какие бывают методы, насколько они защищены и что нас предстоит.

Короткая повествование эволюции технологии

Распознавание лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Начальные пробы машинного исследования лиц были предприняты еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ могли лишь обозначать очертания головы и определять промежутки между очами и устами на монохромных изображениях.

Начальные бизнес системы стали доступны в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

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

Главные этапы функционирования устройства определения

Процесс распознавания лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

1. Идентификация лиц — устройство определяет присутствие гуманного лица в кадре.
2. Выделение признаков — алгоритм изучает особенности лица: форму глаз, носа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с стандартом — сформированный шаблон сопоставляется со записанной при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если соответствие достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из данных шагов нуждается в индивидуальных алгоритмов и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что находится в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Наиболее легкий метод определения облика использует только лицевую камеру смартфона. Данный подход внедрён во различных недорогих вариантах Android-девайсов.

Положительные стороны:

• Не нуждается в нуждается в дополнительные сенсоров.
• Быстро действует при достаточном освещённости.

Минусы:

• Несложно обмануть фотографией или видео.
• Плохо функционирует при низком освещении или непривычных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

• Точечный проекционный прибор проецирует на физиономию юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
• ИК камера фиксирует изменение формы данной решетки по поверхности физиономии.
• Создаётся трехмерная карта глубины глубины, что практически неосуществима для подделки стандартной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Сильная сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность идентификации выше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных аппаратах используются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения луча до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные лидары для формирования более аккуратной 3D-модели лица.

Эти технологии используются в основном во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искуственный разум на работе

Текущие системы распознавания физиономий неосуществимы при отсутствии использования ИИ и machine learning. Именно благодаря таким инновациям, как вулкан россии, гаджет способно распознавать владельца даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, щетина, линзы или грим не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание лиц

На стартовом шаге алгоритм должна быстро найти лицо в пределах полного изображения с камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может находить облик даже в случае неполном перекрытии (например, платком или рукой).

Выделение ключевых точек

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, вычисляет расположение основных точек: кончики глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Это действие требуется для выравнивания изображения: если пользователь находится с телефон под наклоненным, или повернул голову, программа “выпрямляет” картинку до обычного угла для последующего изучения.

Построение биометрического модели

Далее нейросеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой образец весьма затруднительно имитировать: он не хранит непосредственно фото пользователя, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его совершенным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнение и принятие выбора

Если пользователь намеревается открыть телефон глазами, программа воспроизводит все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает определённый уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к трансформациям внешности

Занимательная особенность актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы часто открываете смартфон с новой стрижкой или очками, программа постепенно модернизирует эталонный модель вашего облика для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Многие клиенты боятся сохранять свои био-идентификационные данные на телефоне из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Определенные фирмы, например vulkan russia, предлагают решения для улучшения сохранности данных юзеров.

• Локальное сбережение: Основная часть девайсов хранит био-идентификационные модели исключительно внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют гаджет и закрыты включая изготовителю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения третьих девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Следует упомянуть важную подробность: если кто-то достанет физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, просят разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы распознавания лиц?

На сегодняшний день можно определить различить три основных метода к осуществлению этой операции:

Программируемое 2D распознавание

Используется только лицевая видеокамера без экстра датчиков дистанции. Подобный подход встречается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота осуществления; низкая цена; скоростная функционирование при хорошем освещении.
Минусы: просто одурачить снимком; ненадежная деятельность ночью; недостаточная охрана.

Аппаратное 3D оцифровка

Применяет ИК камеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; невозможно исказить изображение/видеозапись; стабильная работа в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних версий, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры применения разных способов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное обеспечение 2D идентификацию по фото селфи-камерой, так и сканер глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и неверные сигналы

Несмотря на замечательный успехи инноваций за последние лет, совершенных систем пока не существует:

1. Шанс обмана: Бюджетные телефоны просто “разблокируются” высококачественной изображением пользователя или роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства или травмы иногда необходимы для обновления данных биометрии.
4. Условия записи: Яркая подсветка солнцем или интенсивная затенение могут снизить аккуратность идентификации признаков.

Вот пара советов для надёжному эксплуатации:

• Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите ПО мобильного устройства для предотвращения угроз от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она доступна.

Где ещё находится применение технология помимо мобильных телефонов?

Пускай основная мысль нашей публикации сосредоточена на именно мобильным устройствам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

• Управление входа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы современного образца;
• Комплексы видеоконтроля городских подразделений;
• Автоматизация отслеживания присутствия школ/вузов;
• Вход юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или мобильника! Схожие программы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким образом меняется технический процесс сегодня?

Любой годик возникают современные концепции для улучшения стандарта деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс погрешности;
2. Совершенствуются нейросети — современные структуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно осваивать свежим чертам облика владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь телефоны умеют распознавать реальные анимированные облики от статичных снимков/масок по незаметным микродвижениям.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — умные часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Возникают комбинированные устройства — в частности совмещающие аудио опознание + лицо + дактилоскопический след.

Вот, те тенденции особенно актуальны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Компании намереваются сократить габариты прорези (“чёлки”) под датчики на экране за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения личной безопасности всё более расчётов осуществляется на месте без передачи информации во сторонний облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Гугл энергично пропагандирует эталон BiometricPrompt API, для того чтобы такие площадки, как вулкан россия, и каждые Android-аппы могли работать с любыми видами биометрии единообразно.

Какое подобрать на сегодня?

Когда вам необходима наивысшая защита информации, остановите выбор на передовые аппараты с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого последних поколений
• Huawei Partner/P Series линейки
• Mi Expert
• Vivo X линейки
• Oppo Найти Икс линейки.

Если бюджет ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как дополнительную возможность удобства.

Как увеличить удобство работы опции?

Есть некоторые советов для пользователей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не пренебрегайте чистить линзу передней камеры – разводы могут уменьшить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам активирует камеру когда вы берёте его в руки.
4. При регистрации постарайтесь держать лицо неподвижно перед камеры исключая сильного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности эволюции технологии

В скоро наступающие времена можно предвкушать развития полностью дистанционных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также предполагается возникновение современных способов обеспечения личной информации – например, динамическое изменение цифрового паттерна после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень интересных технологий нашего эпохи! Она предоставляет общение со смартфоном проще чем раньше, и такие аппы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш пользовательский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы знаете, как функционирует эта методика в деталях, – сумеете более осмысленно выбирать свой очередной девайс!