Как функционирует идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицу

В прошлые годы идентификация лиц превратилось в одной из самых распространённых возможностей для деблокировки мобильных телефонов. Лишь пару лет ранее основная часть юзеров удовлетворялись PIN-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как Вулкан 24, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает эту конкретную особенность настолько популярной? Во-первых, это комфортно: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или искать верный палец в темноте. Также, это оперативно: современные алгоритмы идентифицируют лицо буквально за мгновения ока. В-третью очередь, это ощущение будущего — словно в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Однако за этой на первый взгляд несложностью прячется полный универсум трудных методов и инженерных разработок. Попробуем разобраться, как конкретно функционирует идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас предстоит.

Краткая история эволюции технологии

Распознавание лиц как методика имеется уже более пятидесяти лет. Изначальные эксперименты автоматизированного исследования облика были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины умели лишь выделять контуры головы и вычислять расстояния между глазами и устами на монохромных снимках.

Изначальные бизнес установки возникли в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких площадок, как Вулкан 24 Казино, высокопроизводительных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

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

Главные этапы действия устройства распознавания

Процесс идентификации лица можно условно разделить на несколько основных этапов:

Идентификация лиц — камера определяет существование гуманного образа в изображении.
Определение характеристик — система исследует особенности лица: конфигурацию зрительных органов, носа, губ, расположение надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение со эталоном — полученный шаблон сопоставляется со зафиксированной при учёте биометрической информацией владельца.
Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Каждый из указанных стадий требует специальных методов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные компоненты: что находится в их недрах

Типичная селфи камера.

Самый простой вариант распознавания физиономии применяет только переднюю камеру смартфона смартфона. Данный метод реализован во различных бюджетных моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в нуждается в внешних датчиков.
Шустро действует при качественном освещённости.

Минусы:

Легко обмануть изображением или видеозаписью.
Неудачно действует при плохом освещённости или необычных ракурсах.

Инфракрасная камера и точечный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Вулкан 24 Казино, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика является основой Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

Точечный проекционный прибор отображает на облик юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 меток).
ИК устройство записывает деформацию данной решетки по поверхности лица.
Формируется трёхмерная карта глубинности, что почти неосуществима для фальсификации типичной фотографией или маской.

Достоинства

Надёжная деятельность даже в полной тьме.
Высокая устойчивость к подделкам.
Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых устройствах задействуются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время распространения света до цели и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные лазерные измерители расстояния для построения более аккуратной 3D-модели лица.

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

Компьютерные алгоритмы: искусственный ум на исполнении

Нынешние механизмы распознавания лиц немыслимы в отсутствие применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, аппарат способно узнавать юзера даже при трансформациях внешнего вида: новая укладка, растительность на лице, очки или грим не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение лица

На первом стадии система необходимо мгновенно обнаружить ликовое изображение внутри полного кадра с камеры. Для данной цели задействуются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен находить лицо даже в случае частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Определение ключевых точек

После идентификации лица механизм, такая как Вулкан 24 Казино, определяет положение ключевых точек: уголки глаз, кончик носа, границы губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 главных маркеров на лицевой поверхности.

Это действие необходимо для нормализации картинки: если пользователь находится с смартфон под наклоненным, или повернул головку, программа “выпрямляет” изображение до обычного угла для последующего изучения.

Формирование биометрического идентификатора модели

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

Этот формат крайне трудно имитировать: он не хранит непосредственно фото пользователя, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких платформ, как Vulkan24.

Сравнение и вынесение заключения

Если юзер намеревается разблокировать телефон взглядом, программа повторяет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает определённый границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ блокируется.

Приспособление к изменениям облика

Увлекательная особенность современных систем — способность самообучения. Если вы часто открываете телефон с новой укладкой или очками, система постепенно модернизирует базовый шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических информации.

Множество юзеры опасаются держать свои биометрические данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Иные организации, например Vulkan24, предоставляют варианты для повышения безопасности информации пользователей.

Локальное сбережение: Основная часть аппаратов сохраняет биометричные образцы только внутри защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют аппарат и недоступны включая изготовителю.
Шифрование: Все информация сберегаются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Следует упомянуть значимую особенность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют систему защиты от “слепого” разблокирования — в частности, заставляют разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы распознавания лиц на изображениях?

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

Софтверное 2D идентификация

Эксплуатируется только лицевая камера без дополнительных детекторов глубины. Этот способ наблюдается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость реализации; минимальная затраты; быстрая деятельность при хорошем освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; ненадежная функционирование ночью; низкая охрана.

Аппаратное объёмное оцифровка

Использует ИК камеру + проекционный модуль точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: большая надежность; невозможно исказить фото/видео; устойчивая деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры использования разных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил аналог Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как софтверное 2D распознавание по снимку селфи-камерой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы защиты и ошибочные тревоги

Несмотря на впечатляющий прогресс технологий за прошедшие годы, совершенных системы пока не имеется:

Шанс мошенничества: Доступные смартфоны легко открываются качественной изображением владельца или роликом с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Внезапное похудение/набор веса, косметические процедуры либо повреждения порой требуют обновления данных биометрических данных.
Условия записи: Яркая засветка солнечным светом или же плотная затенение могут понизить верность идентификации признаков.

Здесь пара подсказок по надёжному использованию:

Для важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте прошивку телефона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
Включайте настройку “Требовать открытых глаз” везде, где она имеется.

В каких областях ещё находится применение технологии помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что основная мысль этой работы посвящена конкретно мобильным устройствам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

Мониторинг доступа в деловых центрах и резиденциях;
Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
Цифровые удостоверения личности последнего образца;
Комплексы видеонаблюдения городских служб;
Автоматизация учёта присутствия школ/университетов;
Вход юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без пластика или мобильника! Аналогичные инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Каждый год проявляются современные концепции для улучшения уровня работы систем лицевого распознавания:

Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
Улучшаются нейронные сети — современные структуры вида MobileNetV3 дают возможность скоростно осваивать свежим чертам внешности обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать реальные движущиеся лица от фиксированных фотографий/масок по незаметным микродвижениям.
Интеграция со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут самостоятельно блокировать телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Появляются смешанные системы — например комбинирующие речевую аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Здесь, те тренды очень востребованы сейчас:

1) Сокращение компонентов

Производители намереваются сократить величину выреза (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт внедрения миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для увеличения приватности всё более обработки данных осуществляется локально без передачи данных во сторонний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Гугл интенсивно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы подобные системы, как Вулкан 24, и любые Android-приложения могли работать с любыми видами биометрии унифицированно.

Что решить на сегодня?

В случае если тебе необходима наивысшая сохранность данных, остановите выбор на передовые аппараты с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого последних версий
Huawei Mate/P Series серии
Mix Expert
Vivo X линейки
Оппо Find Х серии.

Если финансы ограничен – лучше предпочесть традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, задействовать только как дополнительную возможность комфорта.

Каким способом улучшить удобство использования возможности?

Есть некоторые советов для пользователей, кто уже применяет разблокировку через лицо:

Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно изменяется внешний вид.
Не забывайте чистить объектив передней камеры – загрязнения могут снизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам запускает фотоаппарат как только вы поднимаете его.
Во время регистрации старайтесь удерживать голову прямо впереди видеоустройства исключая сильного наклона головы.
Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее прогресса технологии

В предстоящие годы можно предполагать появления полностью дистанционных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + голос + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также возможно появление свежих методов защиты приватности – например, переменное изменение цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из самых захватывающих техник нашего эпохи! Она обеспечивает взаимодействие со мобильным устройством удобнее чем до этого, и такие приложения, как Vulkan24, могут существенно оптимизировать ваш юзерский 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 технология изнутри, – сможете осознаннее определять свой следующий гаджет!