Как функционирует определение лиц в мобильных устройствах

Зачем мы предпочитаем разлочивание по лицу

В последние времена определение лиц является одной из самых распространённых возможностей для разблокировки смартфонов. Еще несколько лет назад большинство пользователей удовлетворялись PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь обуславливает эту функцию настолько популярной? Во-первых, это удобно: не нужно помнить сложные пароли или находить верный палец в мраке. Кроме того, это оперативно: современные системы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьих, это чувство футуристичности — как будто в кинолентах про вулкан платинум зеркало разведчиков.

Тем не менее за этой видимой простотой таится полный вселенная сложных методов и инженерных концепций. Попробуем разобраться, как именно функционирует идентификация по лицу в актуальных смартфонах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Сжатая хроника развития технологии

Идентификация лиц как техника имеется уже более 50 годов. Первые пробы автоматизированного анализа облика были сделаны еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины умели лишь определять силуэты черепа и измерять расстояния между зрачками и ртом на монохромных изображениях.

Изначальные бизнес платформы возникли в 1990-х годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией синтетических сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, мощных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные решения.

Основные стадии функционирования системы определения

Процесс распознавания лица можно условно поделить на несколько важных этапов:

1. Обнаружение лиц — устройство выявляет наличие гуманного образа в кадре.
2. Определение особенностей — система исследует особенности лица: конфигурацию зрительных органов, носа, уст, расположение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со образцом — сформированный модель сопоставляется с зафиксированной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если соответствие достаточно высокое, смартфон открывается.

Всякий из этих этапов нуждается в особых алгоритмов и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Железные элементы: что прячется в их недрах

Обычная фронтальная камера.

Самый простой несложный способ определения лица использует лишь переднюю видеокамеру смартфона. Подобный подход внедрён во многочисленных недорогих моделях Android-девайсов.

Преимущества:

• Необходимо требует дополнительные сенсоров.
• Оперативно работает при хорошем освещении.

Недостатки:

• Несложно ввести в заблуждение снимком или видео.
• Неправильно действует при слабом освещённости или необычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проектор

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

Как это работает:

• Точечный проекционный прибор проецирует на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• Инфракрасная камера фиксирует искривление данной решетки по поверхности лица.
• Получается трёхмерная глубинная карта глубины, которая почти невозможна для имитации стандартной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Большая сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых аппаратах задействуются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время распространения луча до объекта и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти разработки применяются в основном во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: искусственный разум на действии

Современные устройства распознавания лиц невозможны в отсутствие эксплуатации artificial intelligence и machine learning. Именно из-за таким технологиям, как Vulkan Platinum, аппарат может узнавать пользователя даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, борода, линзы или грим не становятся барьером для открытия.

Детектирование лица

В начальном этапе программа должна оперативно распознать лицо среди полного изображения с камеры. Для этого используются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать облик даже при неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Идентификация ключевых моментов

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, вычисляет положение главных точек: края глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой поверхности.

Данное нужно для нормализации визуала: если юзер удерживает телефон под наклоненным, или повернул головку, программа исправляет картинку до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического шаблона

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

Данный образец весьма затруднительно подделать: он не удерживает само фото юзера, а лишь особенные особенности его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и принятие решения

Когда юзер хочет открыть мобильник взором, система воспроизводит все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к трансформациям облика

Занимательная особенность актуальных системы — возможность самообучения. Если вы постоянно разблокируете мобильное устройство с свежей стрижкой или оптикой, программа постепенно освежает базовый образец вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических информации.

Множество юзеры опасаются хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за вероятности потери данных или взлома гаджета. Определенные компании, например Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для повышения защиты информации юзеров.

• Локальное сохранение: Основная часть устройств сохраняет биометричные модели исключительно внутрь защищенного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не покидают устройство и недоступны включая изготовителю.

• Шифрование: Все данные хранятся только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы третьих девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения личности через системный API.

Следует подчеркнуть существенную подробность: если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории распознавания лиц?

На сегодняшний день можно определить 3 ключевых метода к осуществлению этой операции:

Программируемое плоское идентификация

Применяется только лицевая видеокамера без дополнительных детекторов глубины. Такой подход используется чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость осуществления; умеренная цена; оперативная деятельность при качественном свете.
Минусы: просто ввести в заблуждение фотографией; нестабильная функционирование ночью; низкая безопасность.

Оборудование для объёмное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: значительная достоверность; невозможно обмануть фото/видео; постоянная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации эксплуатации разнообразных способов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил эквивалент Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное обеспечение плоское определение по снимку селфи-камерой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и ошибочные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за последние годы, идеальных систем пока не имеется:

1. Вероятность обмана: Бюджетные смартфоны легко доступны четкой фотографией владельца либо видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые совершенные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Трансформации облика: Внезапное утрата веса/набор веса, косметические процедуры либо травмы порой необходимы для обновления данных биометрии.
4. Условия съёмки: Сильная подсветка солнечным светом или глубокая затенение могут понизить точность идентификации признаков.

Вот некоторые рекомендаций по надёжному использованию:

• Для важных операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
• Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте ПО телефона для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте опцию “Требовать открытых глаз” там, где она имеется.

Где дополнительно применяется технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема нашей публикации посвящена конкретно смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг доступа в офисах и жилых домах;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные удостоверения личности последнего типа;
• Системы видеоконтроля муниципальных сервисов;
• Автоматизация учёта явки школ/вузов;
• Вход участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Схожие инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется технический процесс в наше время?

Всякий год проявляются свежие мысли для усовершенствования стандарта работы систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
2. Развиваются нейронные сети — современные архитектуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать дополнительным чертам вида обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны могут различать настоящие анимированные лица от статичных снимков/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Синхронизация со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать мобильный телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Возникают комбинированные устройства — к примеру комбинирующие аудио идентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Итак, какие тренды в особенности актуальны в данный момент:

1) Сокращение деталей

Изготовители пытаются сократить размер прорези (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для увеличения приватности всё больше расчётов происходит внутри устройства без отправки информации во сторонний облачный услугу.

3) Унификация норм

Гугл энергично продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, как Вулкан Платинум, и все Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии единообразно.

Какое подобрать сегодня?

В случае если вам необходима максимальная безопасность данных, выбирайте передовые устройства с интегрированным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех последних поколений
• Huawei Companion/Series P серии
• Mix Professional
• Vivo X модели
• Oppo Найти Х серий.

Если средства ограничен – лучше отдавать предпочтение обычным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как опциональную возможность удобства.

Каким образом улучшить комфорт работы возможности?

Есть несколько лайфхаков для людей, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально трансформируется внешность.
2. Не забывайте очищать объектив передней камеры – пятна могут понизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам запускает камеру когда вы поднимаете его.
4. Во время регистрации пытайтесь держать лицевую часть ровно впереди камеры не допуская сильного наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее эволюции инноваций

В предстоящие годы можно предвкушать развития полностью бесконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + голос + походка + движения рук!

Также вероятно возникновение свежих подходов охраны личной информации – например, переменное корректировка цифрового паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых увлекательных технологий нашего эпохи! Она делает общение со смартфоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно оптимизировать ваш опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта технология внутри, – сможете вдумчиво выбирать свой очередной гаджет!