Каким способом действует распознавание лиц в телефонах

Почему мы останавливаемся на разблокирование по лицевому распознаванию

В прошлые годы определение физиономий превратилось в одной из самых распространённых функций для деблокировки умных телефонов. Лишь некоторые годов тому назад основная масса пользователей удовлетворялись PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает данную возможность такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или находить верный палец в тьме. Также, это оперативно: современные системы узнают лицо практически за мгновения ока. В-третью очередь, это впечатление футуризма — будто в фильмах про казино Вулкан агентов.

Впрочем за данной видимой несложностью таится целый мир сложных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как именно функционирует идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие существуют технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Короткая хроника эволюции инноваций

Распознавание лиц как техника существует уже более 50 лет. Изначальные пробы автоматического изучения облика были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры способны были лишь обозначать силуэты лица и вычислять промежутки между зрачками и ртом на черно-белых снимках.

Первые бизнес системы появились в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом нейронных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, мощных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои разработки.

Ключевые стадии работы механизма распознавания

Процесс распознавания лица можно ориентировочно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лиц — устройство выявляет существование людского лица в изображении.
2. Выделение признаков — алгоритм исследует особенности облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, расположение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со образцом — созданный модель сопоставляется с зафиксированной при регистрации биометрической сведениями владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из этих этапов запрашивает особых методов и оптимизаций для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что прячется внутри них

Стандартная селфи камера.

Самый простой способ распознавания лица применяет лишь фронтальную камеру смартфона. Данный метод осуществлён во различных недорогих моделях Android-девайсов.

Положительные стороны:

• Не требует внешних сенсоров.
• Оперативно работает при хорошем освещённости.

Слабые стороны:

• Несложно ввести в заблуждение фотографией или роликом.
• Неудачно работает при плохом освещении или нестандартных углах обзора.

ИК камера и пунктирный проектор

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

Каким способом это работает:

• Точечный проектор проецирует на лицо юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство фиксирует деформацию этой решетки по плоскости физиономии.
• Получается трёхмерная карта глубины, которая практически невозможна для фальсификации обычной фото или маской.

Выигрыши

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Большая сопротивляемость к подделкам.
• Точность распознавания более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых устройствах используются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время распространения луча до объекта и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные лидары для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти разработки используются чаще всего во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искуственный интеллект в исполнении

Текущие устройства идентификации физиономий неосуществимы в отсутствие применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как Vulkan Platinum, устройство может идентифицировать юзера даже при метаморфозах внешности: новая укладка, растительность на лице, очки или макияж не становятся барьером для разблокировки.

Распознавание лиц

На начальном шаге система необходимо мгновенно распознать образ лица в пределах целого кадра с камеры. Для данной цели используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может обнаруживать физиономию даже с частичном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение основных моментов

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

Это действие требуется для стабилизации визуала: если юзер находится с телефон под наклоненным, или склонил голову, программа исправляет изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрического идентификатора образца

Далее нейросеть строит компактное математическое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой образец очень сложно сфальсифицировать: он не хранит само картинку пользователя, а лишь особенные особенности его вида, что делает его идеальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и вынесение решения

Если пользователь хочет открыть мобильник взглядом, механизм воспроизводит все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к метаморфозам внешности

Занимательная характеристика современных систем — возможность самообучения. Если вы регулярно разблокируете телефон с свежей стрижкой или очками, система постепенно модернизирует базовый шаблон вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Большинство клиенты боятся держать свои био-идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки данных или взлома гаджета. Иные компании, такие как Вулкан Казино Платинум, предлагают варианты для повышения безопасности сведений клиентов.

• Локальное хранение: Преимущественно девайсов хранит био-идентификационные модели только внутри защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают устройство и закрыты в том числе производителю.

• Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы внешних разработчиков не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт подтверждения личности через системный API.

Следует упомянуть значимую деталь: в случае, если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании осуществляют меры безопасности от “слепого” разблокирования — к примеру, заставляют разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют категории идентификации лиц?

Сегодня можно выделить различить 3 ключевых способа к осуществлению этой операции:

Программное 2D определение

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

Достоинства: несложность реализации; минимальная стоимость; оперативная функционирование при качественном освещении.
Минусы: легко одурачить снимком; ненадежная функционирование ночью; низкая защищенность.

Техническое трёхмерное сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: высокая достоверность; нельзя обмануть фото/видео; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронталку c ИК сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/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 предложил аналог Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как софтверное плоское распознавание по изображению селфи-камерой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности охраны и ошибочные срабатывания

Несмотря на замечательный прогресс инноваций за последние годы, идеальных системы пока не имеется:

1. Шанс обмана: Недорогие телефоны легко доступны высококачественной фотографией хозяина или видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или повреждения в некоторых случаях необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия записи: Яркая подсветка солнцем или интенсивная тень могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Вот пара подсказок для безопасному применению:

• Для критически важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
• Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите ПО смартфона для обеспечения безопасности от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

Где дополнительно находится применение технология за исключением мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема этой работы посвящена конкретно мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

• Мониторинг входа в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые идентификационные документы последнего образца;
• Комплексы видеонаблюдения городских служб;
• Автоматизация учёта присутствия учебных заведений/университетов;
• Аутентификация пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без пластика или телефона! Аналогичные проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом меняется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий годочек возникают свежие концепции для повышения уровня функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс погрешности;
2. Развиваются нейросети — передовые архитектуры модели MobileNetV3 позволяют оперативно обучаться свежим чертам облика обладателя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь телефоны могут отличать реальные живые облики от неподвижных фотографий/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать мобильный телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Возникают смешанные устройства — в частности совмещающие речевую аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Итак, те тренды очень востребованы сейчас:

1) Сокращение элементов

Изготовители стараются уменьшить величину прорези (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для улучшения приватности всё более вычислений происходит внутри устройства без отправки данных во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Гугл энергично пропагандирует эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные системы, например как Вулкан Платинум, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с различными типами биометрии единообразно.

Какое подобрать сегодня?

В случае если вам важна предельная безопасность информации, выбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих новейших поколений
• Huawei Partner/Series P линейки
• Mix Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Найти X серии.

Если бюджет ограничен – лучше выбирать обычным методам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, использовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким образом повысить комфорт работы опции?

Есть некоторые хитростей для тех, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально трансформируется внешность.
2. Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – загрязнения могут снизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам запускает фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрационного процесса пытайтесь держать голову ровно перед камеры без значительного наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы прогресса технологии

В предстоящие времена можно предполагать появления полностью безконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + речь + манера ходьбы + движения рук!

Также возможно развитие свежих способов охраны личной информации – скажем, динамическое модификация диджитал паттерна после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из самых захватывающих инноваций нашего времени! Она предоставляет общение со телефоном комфортнее чем раньше, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут существенно оптимизировать ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы осведомлены, как устроена эта методика изнутри, – будете в состоянии вдумчиво подбирать свой очередной гаджет!