Как функционирует распознавание лиц в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по лицевому распознаванию

В прошлые годы определение лиц стало одной из самых распространённых опций для разблокировки смартфонов. Еще пару годков тому назад основная часть юзеров обходились PIN-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную возможность настолько популярной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить замысловатые пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо буквально за мгновение. В-третью очередь, это чувство футуризма — как будто в кинолентах про вулкан россия агентов.

Тем не менее за такой кажущейся легкостью прячется весь мир сложных методов и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как конкретно действует идентификация по лицу в современных смартфонах, какие применяются технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Краткая история развития инноваций

Идентификация лиц как технология существует уже более 50 годов. Первые попытки машинного анализа облика были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ могли лишь обозначать силуэты черепа и определять расстояния между зрачками и ртом на монохромных снимках.

Первые торговые установки появились в девяностых годах, но они были несовершенны: работали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом нейронных сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали внедрять собственные разработки.

Главные шаги действия устройства определения

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лица — аппарат определяет существование человеческого образа в снимке.
2. Выделение характеристик — механизм изучает контуры облика: форму зрительных органов, обонятельного органа, уст, позицию бровей.
3. Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с образцом — сформированный модель сравнивается со сохранённой при регистрации биометрической сведениями владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно значительное, смартфон деблокируется.

Любой из данных этапов запрашивает особых процедур и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что находится внутри

Обычная селфи камера.

Самый несложный метод распознавания лица применяет лишь переднюю видеокамеру смартфона. Такой метод внедрён во многочисленных недорогих вариантах Android-устройств.

Плюсы:

• Не потребляет дополнительных сенсоров.
• Быстро функционирует при хорошем свете.

Отрицательные стороны:

• Просто ввести в заблуждение снимком или роликом.
• Неправильно функционирует при плохом освещении или непривычных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проектор

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

Каким способом это работает:

• Точечный проектор проецирует на физиономию пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• ИК устройство фиксирует деформацию этой решетки по поверхности физиономии.
• Создаётся трехмерная карта глубины глубинности, которая практически невозможна для фальсификации типичной фотографией или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Сильная устойчивость к подделкам.
• Точность распознавания выше 99%.

Добавочные сенсоры

В некоторых девайсах задействуются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время прохождения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для построения более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются в основном во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искуственный ум в исполнении

Текущие системы распознавания лиц невозможны без применения ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, аппарат в состоянии распознавать пользователя даже при метаморфозах внешности: новая укладка, борода, очки или грим не становятся барьером для разблокировки.

Обнаружение физиономии

На стартовом этапе программа необходимо мгновенно обнаружить лицо внутри всего изображения камеры. Для этой задачи используются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые « обучены » распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии находить лицо даже при частичном закрытии (например, платком или рукой).

Выделение ключевых моментов

После идентификации лица система, такая как вулкан россии, вычисляет положение главных точек: края глаз, кончик носа, края губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных точек на лице.

Это действие требуется для стабилизации визуала: если юзер находится с смартфон под наклоном, или повернул головку, программа исправляет изображение до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрического образца

Далее искусственная сеть строит уплотненное числовое представление (« эмбеддинг ») облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой шаблон очень сложно имитировать: он не сохраняет само изображение пользователя, а лишь исключительные характеристики его облика, что делает его идеальным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и принятие выбора

Когда юзер намеревается разлочить телефон взором, система воспроизводит все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к трансформациям облика

Увлекательная характеристика нынешних систем — способность самообучения. Если вы регулярно открываете телефон с новой стрижкой или очками, алгоритм постепенно модернизирует эталонный образец вашего внешности для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Защита биометрии информации.

Множество юзеры опасаются держать свои био-идентификационные данные на телефоне из-за вероятности утечки данных или хакерской атаки. Определенные компании, такие как vulkan russia, предоставляют решения для увеличения сохранности информации клиентов.

• Локальное сохранение: Основная часть девайсов сохраняет биометричные модели лишь внутрь защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают гаджет и недоступны в том числе производителю.

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

• Изоляция приложений: Программы сторонних разработчиков не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт подтверждения личности через системный API.

Стоит упомянуть существенную подробность: если кто-либо получит физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители осуществляют защиту от автоматического разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются типы идентификации лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно определить выделить три основных способа к осуществлению этой функции:

Софтверное двухмерное распознавание

Применяется только фронтальная камера без экстра датчиков глубины. Этот способ встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность реализации; минимальная стоимость; скоростная работа при качественном освещении.
Минусы: несложно обмануть снимком; неустойчивая работа ночью; недостаточная безопасность.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: высокая надежность; невозможно подделать изображение/видеозапись; устойчивая деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (« чёлка »)

Комбинированные подходы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (« anti-spoofing »). Например, такие товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы использования различных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 имеют как программное двухмерное распознавание по изображению фронталкой, так и сенсор радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы защиты и ложные срабатывания

Несмотря на поразительный развитие технологий за прошедшие лет, совершенных систем пока не существует:

1. Возможность подвоха: Бюджетные мобильники без труда « разблокируются » высококачественной снимком хозяина или же роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Трансформации внешнего вида: Стремительное похудение/набор веса, косметические процедуры либо повреждения порой необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия съёмки: Яркая засветка солнцем или же плотная темнота могут снизить верность определения признаков.

Вот несколько советов для безопасному применению:

• Для важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не активируйте возможность « Разблокировка по лицу » на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте ПО смартфона для предотвращения угроз от новых видов атак;
• Включайте функцию « Требовать открытых глаз » в тех местах, где она доступна.

Где ещё находится применение технология за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что тема данной статьи сосредоточена на конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

• Контроль доступа в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные устройства банков (« Face Pay »);
• Виртуальные идентификационные документы современного поколения;
• Комплексы видеоконтроля городских подразделений;
• Автоматизирование регистрации присутствия школ/университетов;
• Авторизация участников ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (« Face Pay ») — достаточно пройти через турникет без пластика или телефона! Схожие программы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом меняется техпроцесс в наше время?

Каждый годик появляются свежие мысли для улучшения уровня функционирования систем идентификации лиц:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше вероятность ошибки;
2. Развиваются нейросети — новейшие архитектуры типа MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться дополнительным характеристикам внешности владельца непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать подлинные движущиеся лица от статичных фотографий/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут авто закрыть доступ к телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются комбинированные устройства — в частности комбинирующие аудио идентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Вот, те тенденции особенно актуальны на сегодняшний день:

1) Уменьшение компонентов

Изготовители пытаются минимизировать размер отверстия (« чёлки ») под датчики на экране за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для повышения личной безопасности всё более вычислений выполняется внутри устройства без передачи данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Google активно пропагандирует норму BiometricPrompt API, для того чтобы такие площадки, например как вулкан россия, и любые Android-программы могли работать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что подобрать на сегодня?

В случае если тебе необходима наивысшая безопасность данных, подбирайте передовые устройства с вмонтированным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех новейших моделей
• Huawei Companion/Series P серии
• Xiaomi Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Обнаружить X линейки.

Если бюджет ограничен – лучше предпочесть классическим способам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а функцию « разблокировка по лицу », такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким образом увеличить удобство функционирования возможности?

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

1. Часто обновляйте свою изображение-шаблон, если значительно меняется внешность.
2. Не пренебрегайте чистить линзу передней камеры – пятна могут уменьшить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам запускает камеру когда вы поднимаете его.
4. Во время регистрации старайтесь удерживать голову ровно перед объектива без сильного наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвернулись от экрана.

Будущее эволюции технологии

В ближайшие периоды можно предвкушать возникновения полностью бесконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + голос + походка + движения рук!

Также предполагается возникновение современных способов обеспечения личной информации – скажем, переменное изменение диджитал образца после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее захватывающих технологий нашего времени! Она делает интеракцию со мобильным устройством удобнее чем до этого, и такие аппы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта система в деталях, – сумеете более осмысленно подбирать свой будущий устройство!