Каким способом работает идентификация лиц в мобильных устройствах

Почему мы останавливаемся на разлочивание по лицу

В прошлые годы распознавание физиономий стало одной из самых распространённых опций для деблокировки смартфонов. Всего несколько годков тому назад основная масса использующих удовлетворялись пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную функцию очень нужной? Прежде всего, это удобно: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или искать верный палец в темноте. Во-вторых, это быстро: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это впечатление будущего — будто в фильмах про вулкан платинум зеркало агентов.

Тем не менее за этой на первый взгляд простотой скрывается весь мир сложных технологий и инженерных концепций. Попробуем разобраться, как именно функционирует идентификация по лицу в актуальных смартфонах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Сжатая хроника развития техники

Идентификация лиц как технология присутствует уже более пятидесяти лет. Начальные пробы машинного изучения лица были сделаны еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда ЭВМ способны были лишь выделять очертания лица и измерять расстояния между очами и губами на монохромных фотографиях.

Первые торговые платформы возникли в 90-х, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с развитием нейронных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, сильных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

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

Основные этапы действия системы определения

Процесс определения лица можно примерно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лиц — устройство определяет существование человеческого образа в изображении.
2. Определение характеристик — система анализирует черты лица: очертания зрительных органов, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с стандартом — созданный шаблон сопоставляется с записанной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Всякий из указанных этапов нуждается в специальных процедур и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто внутри них

Стандартная селфи камера.

Простейший простой вариант определения облика задействует только лицевую камеру мобильного устройства. Такой подход осуществлён во различных недорогих версиях Android-устройств.

Преимущества:

• Не нуждается в потребляет внешних датчиков.
• Быстро функционирует при качественном освещении.

Слабые стороны:

• Просто обмануть снимком или видеозаписью.
• Неудачно функционирует при низком освещении или нестандартных углах обзора.

Инфракрасная камера и пунктирный проектор

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

Каким образом это функционирует:

• Точечный устройство проекции отображает на лицо пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
• ИК камера фиксирует искривление этой решетки по поверхности лица.
• Получается трехмерная карта глубины глубины, что почти неподвластна для подделки стандартной фотографией или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Высокая устойчивость к подделкам.
• Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных устройствах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период движения света до объекта и обратно; RGB-датчики глубины; специальные оптические измерители расстояния для построения более детализированной 3D-модели лица.

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

Компьютерные методы: искусственный ум в работе

Нынешние механизмы распознавания лиц невозможны без использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как Vulkan Platinum, гаджет способно идентифицировать пользователя даже при изменениях внешности: новая причёска, растительность на лице, очки или косметика не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение лица

В начальном шаге алгоритм должна быстро распознать образ лица в пределах всего изображения с камеры. Для данной цели задействуются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лица людей среди множества других объектов.

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

Выделение основных моментов

После идентификации лица механизм, такая как Vulkan Platinum, вычисляет расположение главных точек: уголки глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой поверхности.

Это требуется для нормализации изображения: если пользователь держит смартфон под наклоненным, или наклонил голову, программа корректирует изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрии модели

Далее искусственная сеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой образец очень трудно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно изображение пользователя, а лишь особенные особенности его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и осуществление заключения

В случае, когда пользователь намеревается открыть телефон взглядом, система осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к трансформациям облика

Интересная особенность современных систем — способность самостоятельного обучения. Если вы регулярно открываете телефон с свежей стрижкой или очками, система постепенно освежает основной модель вашего лица для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Охрана биометрии информации.

Множество пользователи боятся сохранять свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за вероятности потери данных или хакерской атаки. Некоторые компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для улучшения защиты информации клиентов.

• Локальное хранение: Основная часть устройств записывает биометрические модели только в пределах защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют аппарат и закрыты в том числе создателю.

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

• Изоляция приложений: Программы внешних девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Стоит подчеркнуть существенную подробность: если какой-то человек достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании реализуют меры безопасности от автоматического разблокирования — в частности, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются виды распознавания лиц?

На сегодняшний день можно выделить определить три главных подхода к реализации этой операции:

Программное плоское распознавание

Эксплуатируется только лицевая видеокамера без вспомогательных датчиков дистанции. Подобный способ встречается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота воплощения; низкая цена; скоростная работа при хорошем свете.
Минусы: легко обмануть фотографией; нестабильная деятельность ночью; слабая охрана.

Аппаратное 3D сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проектор точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Плюсы: большая достоверность; нельзя обмануть изображение/видеозапись; устойчивая деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронталку c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Образцы применения различных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил подобие Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное 2D определение по снимку фронталкой, так и сенсор радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности охраны и ошибочные срабатывания

Несмотря на замечательный развитие технологий за недавние лет, совершенных системы пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Недорогие смартфоны просто открываются четкой снимком пользователя либо видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Изменения облика: Стремительное утрата веса/набор веса, хирургические вмешательства либо повреждения порой требуют перерегистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Яркая засветка солнечным светом или же глубокая темнота могут понизить аккуратность определения признаков.

Здесь некоторые рекомендаций по безопасному использованию:

• Для значимых операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте возможность “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте ПО смартфона для защиты от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она есть.

В каких местах ещё находится применение технологии помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема нашей работы касается конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Управление входа в офисах и жилых домах;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы современного типа;
• Установки видеоконтроля муниципальных подразделений;
• Механизация учёта присутствия школ/институтов;
• Аутентификация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Схожие инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется техпроцесс в наше время?

Каждый годик появляются новые концепции для повышения качества деятельности систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс погрешности;
2. Улучшаются нейросети — передовые структуры типа MobileNetV3 дают возможность скоростно осваивать дополнительным характеристикам облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь смартфоны могут различать подлинные движущиеся облики от статичных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут автоматически заблокировать мобильный телефон, если владелец ушёл далеко.
5. Появляются гибридные устройства — к примеру совмещающие голосовую опознание + облик + дактилоскопический след.

Итак, те направления очень актуальны сейчас:

1) Уменьшение деталей

Производители стараются уменьшить величину прорези (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для повышения личной безопасности всё более обработки данных выполняется на месте без пересылки данных во внешний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие платформы, например как Вулкан Платинум, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с различными типами биометрии унифицированно.

Что подобрать на сегодня?

Если вам всем необходима максимальная безопасность данных, подбирайте топовые аппараты со встроенным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех новейших моделей
• Huawei Partner/P Series серии
• Mi Pro
• Vivo X серии
• Oppo Обнаружить Икс линейки.

Если средства ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, использовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким способом повысить удобство использования возможности?

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

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если сильно меняется облик.
2. Не забывайте чистить линзу фронтальной камеры – пятна могут понизить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам активирует фотоаппарат как только вы поднимаете его.
4. Во время регистрационного процесса постарайтесь держать лицевую часть неподвижно перед объектива не допуская сильного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Возможности эволюции техники

В ближайшие времена можно предвкушать развития полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + звучание + шаги + жесты рук!

Также вероятно возникновение современных методов охраны личной информации – скажем, изменяющееся корректировка электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых захватывающих техник нашего периода! Она делает общение со телефоном комфортнее чем до этого, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш пользовательский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как функционирует эта технология изнутри, – сумеете более осмысленно выбирать свой очередной девайс!