Как работает распознавание лиц в телефонах

Зачем мы выбираем разлочивание по фейсу

В последние годы определение физиономий является одной из самых распространённых опций для деблокировки мобильных телефонов. Лишь несколько годков назад большинство пользователей довольствовались PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как admiral x, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную функцию такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно помнить сложные пароли или находить верный палец в мраке. Также, это оперативно: современные системы узнают лицо фактически за доли секунды. В-третью очередь, это впечатление футуризма — словно в фильмах про admiral x официальный сайт шпионов.

Тем не менее за такой видимой простотой скрывается весь мир комплексных технологий и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как конкретно работает фейсканирование в актуальных мобильных телефонах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника прогресса технологии

Идентификация лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Первые эксперименты автоматического исследования лиц были сделаны еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры способны были лишь обозначать контуры головы и вычислять промежутки между глазами и устами на монохромных фотографиях.

Первые торговые установки появились в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с развитием нейронных сетей и таких площадок, как адмирал х, 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 безопасным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои разработки.

Ключевые этапы действия механизма определения

Процесс идентификации лица можно ориентировочно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лиц — аппарат распознает существование гуманного лица в изображении.
2. Определение особенностей — механизм изучает контуры облика: форму глаз, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со образцом — созданный шаблон сверяется со записанной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если соответствие достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Всякий из этих этапов нуждается в специальных алгоритмов и усовершенствований для оперативной работы прямо на устройстве.

Технические компоненты: что находится внутри них

Типичная селфи камера.

Наиболее несложный вариант идентификации лица задействует исключительно фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Подобный подход осуществлён во многочисленных недорогих вариантах Android-устройств.

Сильные стороны:

• Необходимо потребляет дополнительных датчиков.
• Шустро работает при достаточном освещённости.

Недостатки:

• Просто ввести в заблуждение изображением или роликом.
• Плохо работает при слабом свете или необычных ракурсах.

Инфракрасная камера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как адмирал х, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика составляет базу Face ID от Apple.

Как это функционирует:

• Точечный проекционный прибор отображает на физиономию пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера регистрирует изменение формы данной решетки по плоскости лица.
• Получается трёхмерная карта глубины глубины, которая почти что неосуществима для подделки обычной снимком или маской.

Преимущества

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Высокая устойчивость к подделкам.
• Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых устройствах используются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения света до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для формирования более точной 3D-модели лица.

Эти разработки применяются чаще всего во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: искуственный ум в работе

Нынешние устройства распознавания лиц неосуществимы в отсутствие использования artificial intelligence и machine learning. Именно благодаря таким разработкам, как адмирал х, гаджет способно идентифицировать юзера даже при метаморфозах внешнего вида: новая стрижка, щетина, очки или грим не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение физиономии

В начальном стадии программа обязана быстро обнаружить лицо среди всего изображения с камеры. Для этого задействуются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен обнаруживать лицо даже в случае неполном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Определение ключевых аспектов

После обнаружения лица механизм, такая как адмирал х, вычисляет расположение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных точек на лице.

Данное необходимо для нормализации картинки: если человек удерживает мобильник под углом, или наклонил голову, программа “выпрямляет” картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Построение биометрии модели

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

Данный шаблон весьма сложно подделать: он не сохраняет непосредственно фото пользователя, а лишь уникальные особенности его облика, что делает его совершенным для таких систем, как admiral-x.

Сравнительный анализ и вынесение решения

Когда человек намеревается разблокировать мобильник глазами, механизм осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа admiral-x, доступен; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к трансформациям облика

Занимательная особенность современных системы — возможность самообучения. Если вы постоянно разблокируете телефон с обновленной стрижкой или оптикой, алгоритм постепенно освежает эталонный шаблон вашего облика для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Многие пользователи беспокоятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома гаджета. Определенные компании, вроде admiral-x, предлагают решения для повышения безопасности данных юзеров.

• Локальное сбережение: Большинство аппаратов хранит биометричные модели только внутри защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из устройство и не доступны даже изготовителю.

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

• Изоляция приложений: Программы сторонних девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо отметить важную особенность: если кто-то сможет получить доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — например, заставляют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют категории идентификации лиц?

Сегодня можно выделить определить три главных метода к реализации этой функции:

Программируемое плоское определение

Эксплуатируется только фронтальная камера без вспомогательных сенсоров глубины. Такой подход используется обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость воплощения; низкая стоимость; скоростная функционирование при достаточном освещении.
Минусы: несложно обмануть снимком; нестабильная работа ночью; слабая защищенность.

Оборудование для объёмное сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: высокая надежность; нельзя исказить изображение/видеозапись; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c ИК сенсором мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры применения разнообразных способов

• iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил эквивалент Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное 2D определение по фото селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и неверные сигналы

Несмотря на впечатляющий развитие техники за прошедшие лет, безупречных системы пока не наблюдается:

1. Шанс мошенничества: Доступные смартфоны без труда открываются качественной изображением пользователя или роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Внезапное утрата веса/набор веса, хирургические вмешательства либо травмы иногда требуют обновления данных биометрических данных.
4. Условия записи: Интенсивная освещённость солнечным светом или же плотная темнота могут уменьшить точность определения признаков.

Здесь несколько советов для надёжному применению:

• Для значимых операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
• Не включайте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте ПО мобильного устройства для обеспечения безопасности от современных угроз;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она доступна.

В каких областях также используется технологии помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что предмет данной статьи касается именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Управление доступа в офисах и резиденциях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Электронные паспорта нового поколения;
• Системы видеонаблюдения городских подразделений;
• Автоматизация учёта присутствия учебных заведений/институтов;
• Аутентификация юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или телефона! Схожие инициативы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как трансформируется технология в наше время?

Всякий год возникают новые концепции для улучшения стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность неточности;
2. Развиваются нейронные сети — новейшие архитектуры модели MobileNetV3 дают возможность оперативно осваивать дополнительным характеристикам внешности владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать реальные живые облики от статичных снимков/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Возникают комбинированные механизмы — например комбинирующие речевую аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Вот, которые тренды особенно популярны на сегодняшний день:

1) Уменьшение элементов

Изготовители пытаются уменьшить величину прорези (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для увеличения личной безопасности всё более обработки данных выполняется локально без отправки данных во дополнительный облачный сервис.

3) Стандартизация стандартов

Гугл активно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, как admiral x, и каждые Android-приложения могли работать с различными типами биометрии унифицированно.

Какое подобрать сегодня?

Когда вам всем важна максимальная защита данных, выбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого актуальных поколений
• Huawei Companion/Series P серии
• Mi Pro
• Vivo X линейки
• Оппо Find X серии.

Если средства невелик – лучше отдавать предпочтение обычным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, применять только как опциональную возможность комфорта.

Как увеличить комфорт использования возможности?

Есть несколько советов для людей, кто уже использует разблокировку через лицо:

1. Часто меняйте свою изображение-шаблон, если сильно изменяется облик.
2. Не упускайте из виду протирать объектив фронтальной камеры – разводы могут уменьшить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам активирует камеру если вы берёте его в руки.
4. При записи старайтесь сохранять лицевую часть ровно впереди видеоустройства без значительного наклона головы.
5. Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Перспективы развития инноваций

В ближайшие годы можно предполагать развития полностью безконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + звучание + шаги + движения рук!

Также предполагается появление новых подходов охраны приватности – скажем, переменное корректировка электронного шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее интересных инноваций нашего периода! Она делает общение со смартфоном проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как admiral-x, могут в разы повысить ваш опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы знаете, как устроена эта технология изнутри, – сможете осознаннее выбирать свой будущий девайс!