Каким способом функционирует идентификация лиц в смартфонах

Для чего мы выбираем разлочивание по фейсу

В недавние годы определение лиц стало одной из наиболее востребованных функций для деблокировки умных телефонов. Всего несколько годков назад основная масса юзеров обходились пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту возможность настолько популярной? Прежде всего, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или искать правильный палец в мраке. Также, это быстро: современные алгоритмы узнают лицо практически за доли секунды. В-третьем пункте, это ощущение футуристичности — словно в фильмах про вулкан россия шпионов.

Тем не менее за этой на первый взгляд легкостью таится полный универсум трудных методов и инженерных решений. Позвольте нам понять, как точно функционирует фейсканирование в современных смартфонах, какие бывают методы, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника развития инноваций

Идентификация лиц как методика имеется уже более пятидесяти годов. Изначальные попытки машинного анализа лиц были сделаны еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда ЭВМ могли лишь выделять контуры головы и вычислять расстояния между зрачками и устами на ахроматических изображениях.

Начальные торговые установки появились в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать свои разработки.

Основные шаги действия устройства идентификации

Процесс определения лица можно ориентировочно разделить на несколько важных этапов:

1. Распознавание лиц — устройство выявляет присутствие гуманного образа в кадре.
2. Выделение особенностей — система анализирует особенности облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с эталоном — созданный образец сравнивается с записанной при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие выбора — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Всякий из этих этапов нуждается в индивидуальных процедур и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Технические элементы: что прячется в их недрах

Обычная передняя камера.

Наиболее несложный способ распознавания облика применяет только фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Такой метод внедрён во различных доступных вариантах Android-устройств.

Достоинства:

• Не нуждается в дополнительные датчиков.
• Шустро действует при хорошем освещённости.

Недостатки:

• Легко ввести в заблуждение снимком или видеозаписью.
• Неправильно функционирует при плохом освещённости или необычных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта технология составляет базу Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный проектор проецирует на физиономию юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
• Инфракрасная устройство регистрирует деформацию данной сетки по плоскости физиономии.
• Получается 3D глубинная карта глубины, что почти неосуществима для фальсификации стандартной фотографией или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Большая защита к подделкам.
• Точность распознавания более 99%.

Добавочные датчики

В отдельных девайсах используются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения луча до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные лазерные лидары для создания более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки встречаются чаще всего во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный разум в исполнении

Нынешние устройства распознавания лиц неосуществимы при отсутствии применения ИИ и machine learning. Именно благодаря таким разработкам, как вулкан россии, аппарат в состоянии идентифицировать владельца даже при метаморфозах внешности: новая укладка, растительность на лице, линзы или косметика не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение лиц

На начальном стадии программа необходимо быстро распознать лицо внутри всего изображения камеры. Для этого задействуются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать физиономию даже с неполном перекрытии (например, платком или рукой).

Идентификация ключевых точек

После идентификации лица механизм, такая как вулкан россии, вычисляет положение ключевых точек: края глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой поверхности.

Это требуется для нормализации визуала: если человек находится с мобильник под наклоненным, или повернул головку, программа исправляет картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрии образца

Далее нейронная сеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Этот шаблон очень сложно сфальсифицировать: он не сохраняет само изображение юзера, а лишь исключительные особенности его облика, что делает его оптимальным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнение и вынесение заключения

В случае, когда человек хочет разлочить смартфон взглядом, механизм воспроизводит все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к изменениям внешности

Интересная черта современных систем — способность самостоятельного обучения. Если ты постоянно доступаете к мобильное устройство с новой укладкой или очками, программа постепенно обновляет основной модель вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Множество клиенты опасаются сохранять свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за угрозы потери данных или хакерской атаки. Определенные организации, вроде vulkan russia, предлагают решения для повышения защиты информации клиентов.

• Локальное хранение: Основная часть девайсов записывает био-идентификационные образцы только внутри защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не выходят из аппарат и недоступны включая производителю.

• Шифрование: Все информация хранятся только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы третьих разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт верификации личности через системный API.

Следует упомянуть важную подробность: если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители внедряют систему защиты от “слепого” разблокирования — в частности, требуют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды определения лиц?

На сегодняшний день можно выделить определить 3 основных метода к выполнению этой задачи:

Софтверное плоское определение

Эксплуатируется только лицевая камера без экстра детекторов дистанции. Такой подход встречается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность реализации; умеренная затраты; оперативная функционирование при хорошем свете.
Минусы: несложно одурачить фотографией; ненадежная работа ночью; недостаточная защищенность.

Техническое 3D сканирование

Применяет ИК камеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Плюсы: значительная надежность; нельзя обмануть изображение/видеозапись; постоянная работа в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних версий, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации использования различных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил эквивалент Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 имеют как программное обеспечение двухмерное определение по снимку селфи-камерой, так и сканер радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Вопросы безопасности и ошибочные срабатывания

Несмотря на замечательный успехи техники за недавние годы, идеальных системы пока не существует:

1. Шанс подвоха: Доступные телефоны без труда открываются высококачественной фотографией владельца или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные системы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо повреждения иногда необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Яркая засветка солнечным светом или же плотная затенение могут понизить точность определения признаков.

Вот пара советов по защищённому использованию:

• Для важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку ПО мобильного устройства для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она есть.

В каких областях дополнительно применяется технология кроме смартфонов?

Хотя основная мысль этой статьи сосредоточена на в частности смартфонам и планшетам, следует отметить других сферах применения технологии:

• Контроль доступа в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта современного образца;
• Установки видеоконтроля городских служб;
• Автоматизация учёта явки школ/университетов;
• Аутентификация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким способом изменяется технический процесс в нынешнее время?

Любой годик появляются свежие идеи для улучшения качества функционирования систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
2. Улучшаются нейронные сети — передовые конструкции вида MobileNetV3 позволяют оперативно осваивать дополнительным особенностям облика обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Развиваются методы антиспуфинга — теперь смартфоны могут распознавать реальные движущиеся лица от неподвижных фотографий/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически заблокировать мобильный телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Возникают гибридные системы — например объединяющие аудио аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Здесь, которые тренды очень востребованы в данный момент:

1) Уменьшение компонентов

Производители намереваются сократить габариты отверстия (“чёлки”) под датчики на экране за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для увеличения конфиденциальности всё больше вычислений осуществляется на месте без передачи данных во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Гугл энергично продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные платформы, как вулкан россия, и каждые Android-аппы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что выбрать сегодня?

Если вам нужна максимальная защита данных, остановите выбор на топовые аппараты с интегрированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех существующих последних моделей
• Huawei Partner/P Series серии
• Mix Expert
• Vivo X модели
• Oppo Обнаружить Х серий.

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

Каким способом повысить удобство использования функции?

Есть несколько хитростей для тех, кто уже применяет разблокировку через лицо:

1. Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если сильно изменяется внешность.
2. Не забывайте чистить объектив передней камеры – загрязнения могут снизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам запускает фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрационного процесса старайтесь держать голову ровно перед видеоустройства без значительного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвернулись от экрана.

Перспективы прогресса технологии

В скоро наступающие периоды можно предполагать развития полностью безконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также возможно развитие новых методов защиты личной информации – скажем, переменное модификация цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее захватывающих техник нашего эпохи! Она делает интеракцию со смартфоном проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта система изнутри, – будете в состоянии осознаннее подбирать свой очередной устройство!