Каким способом работает распознавание лиц в смартфонах

Почему мы выбираем разблокирование по фейсу

В прошлые времена распознавание лиц превратилось в одной из самых распространённых возможностей для разблокировки мобильных телефонов. Всего пару годов тому назад основная часть пользователей обходились PIN-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь превращает эту конкретную возможность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать сложные пароли или отыскивать верный палец в мраке. Кроме того, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третью очередь, это ощущение будущего — как будто в кинофильмах про вулкан россия разведчиков.

Впрочем за этой кажущейся несложностью прячется целый мир сложных технологий и инженерных концепций. Давайте исследовать, как точно действует фейсканирование в современных гаджетах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история эволюции инноваций

Идентификация лиц как технология существует уже более пятидесяти годов. Первые попытки автоматического изучения облика были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры умели лишь определять силуэты лица и измерять расстояния между очами и ртом на ахроматических изображениях.

Изначальные коммерческие системы возникли в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием искусственных сетей и таких систем, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать собственные решения.

Ключевые стадии действия системы определения

Процесс идентификации лица можно условно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лиц — устройство определяет существование человеческого образа в кадре.
2. Определение признаков — система анализирует особенности облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, положение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со стандартом — полученный шаблон сравнивается со зафиксированной при внесении биометрической сведениями владельца.
5. Принятие решения — если сходство достаточно значительное, смартфон открывается.

Каждый из указанных стадий запрашивает особых методов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Наиболее несложный вариант определения физиономии применяет исключительно лицевую камеру смартфона мобильного устройства. Подобный способ реализован во многочисленных недорогих версиях Android-устройств.

Достоинства:

• Не нуждается в потребляет дополнительные сенсоров.
• Оперативно функционирует при достаточном освещённости.

Минусы:

• Несложно ввести в заблуждение фотографией или видео.
• Неправильно функционирует при низком свете или необычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика является основой Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

• Точечный устройство проекции отображает на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
• ИК устройство регистрирует изменение формы данной сетки по плоскости физиономии.
• Формируется 3D глубинная карта глубины, что практически неосуществима для имитации обычной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Сильная защита к имитациям.
• Точность распознавания более 99%.

Дополнительные датчики

В некоторых девайсах используются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период распространения света до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии встречаются чаще всего во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: искусственный ум на работе

Современные системы идентификации физиономий невозможны без использования ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как вулкан россии, аппарат может идентифицировать юзера даже при изменениях внешнего вида: новая стрижка, растительность на лице, линзы или косметика не становятся препятствием для открытия.

Распознавание лица

В стартовом стадии алгоритм необходимо оперативно обнаружить ликовое изображение внутри всего изображения камеры. Для данной цели используются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может обнаруживать облик даже с частичном закрытии (например, шарфом или ладонью).

Идентификация важных моментов

После обнаружения лица система, такая как вулкан россии, определяет положение главных точек: уголки глаз, конец носа, края губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой поверхности.

Это нужно для выравнивания визуала: если человек держит смартфон под наклоненным, или склонил головку, программа “выпрямляет” картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрического идентификатора шаблона

Далее нейронная сеть строит сжатое цифровое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой формат крайне сложно сфальсифицировать: он не удерживает само картинку юзера, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнение и осуществление решения

В случае, когда человек желает разблокировать смартфон взором, механизм осуществляет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает установленный границу (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ блокируется.

Приспособление к изменениям внешнего вида

Увлекательная черта актуальных системы — способность самостоятельного обучения. Если вы регулярно открываете смартфон с новой укладкой или очками, система постепенно модернизирует эталонный модель вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических информации.

Большинство пользователи опасаются хранить свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за угрозы потери данных или взлома устройства. Определенные компании, например vulkan russia, предлагают решения для увеличения защиты информации юзеров.

• Локальное сохранение: Основная часть девайсов записывает биометричные шаблоны лишь внутрь безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не выходят из аппарат и закрыты даже производителю.

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

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

Стоит подчеркнуть важную подробность: в случае, если кто-либо получит физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители внедряют защиту от неосознанного разблокирования — в частности, требуют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются категории идентификации лиц на изображениях?

Сегодня можно определить выделить три ключевых подхода к реализации этой задачи:

Программируемое плоское распознавание

Используется только фронтальная видеокамера без дополнительных детекторов глубины. Подобный метод используется наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность реализации; низкая затраты; оперативная функционирование при достаточном освещении.
Минусы: несложно обмануть снимком; нестабильная деятельность ночью; недостаточная охрана.

Техническое 3D сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: большая надёжность; невозможно исказить фото/видео; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации использования разнообразных техник

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное 2D определение по снимку селфи-камерой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности защиты и ложные срабатывания

Несмотря на впечатляющий развитие техники за недавние годы, совершенных систем пока не существует:

1. Возможность обмана: Недорогие смартфоны без труда открываются качественной фотографией владельца или видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Внезапное снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции либо травмы порой необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Сильная подсветка солнцем либо интенсивная темнота могут уменьшить аккуратность распознавания признаков.

Ниже несколько рекомендаций для надёжному применению:

• Для важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Постоянно апгрейдите прошивку смартфона для защиты от современных угроз;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

В каких областях ещё находится применение технологии помимо смартфонов?

Хотя предмет нашей публикации сосредоточена на именно портативным гаджетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Управление входа в офисах и резиденциях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта нового образца;
• Установки видеоконтроля городских сервисов;
• Механизация регистрации явки образовательных учреждений/вузов;
• Авторизация пользователей компьютеров/ноутбуков.

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

Каким образом изменяется технический процесс в наше время?

Каждый годочек проявляются свежие концепции для повышения качества работы систем идентификации лиц:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность неточности;
2. Улучшаются нейронные сети — передовые структуры типа MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к свежим характеристикам внешности владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь смартфоны способны различать реальные анимированные лица от статичных фотографий/масок по микроскопическим микродвижениям.
4. Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к смартфон, если владелец удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются смешанные системы — в частности объединяющие речевую аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Итак, какие тренды в особенности востребованы сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители стараются уменьшить размер прорези (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт внедрения миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для повышения личной безопасности всё более вычислений происходит на месте без отправки информации во сторонний облачный сервис.

3) Унификация норм

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, чтобы аналогичные площадки, вроде вулкан россия, и каждые Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Что решить на сегодня?

Если вам необходима предельная защита данных, подбирайте флагманские модели с вмонтированным ИК-проектором или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех существующих актуальных моделей
• Huawei Mate/P серии
• Mi Expert
• Vivo X линейки
• Oppo Обнаружить Х линейки.

Если средства невелик – лучше предпочесть классическим способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как второстепенную опцию комфорта.

Каким образом увеличить практичность работы функции?

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

1. Регулярно меняйте свою изображение-шаблон, если кардинально трансформируется внешний вид.
2. Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – пятна могут уменьшить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам активирует фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрации постарайтесь сохранять лицевую часть ровно впереди камеры исключая значительного наклона головы.
5. Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее развития технологии

В предстоящие годы можно ожидать развития полностью дистанционных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + голос + шаги + движения рук!

Также предполагается развитие новых способов обеспечения конфиденциальности – скажем, переменное корректировка диджитал паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых захватывающих технологий нашего периода! Она предоставляет общение со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш юзерский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта система внутри, – будете в состоянии более осмысленно определять свой очередной гаджет!