Как работает определение лиц в мобильных устройствах

Почему мы останавливаемся на разлочивание по лицу

В прошлые времена идентификация лиц стало одной из наиболее востребованных возможностей для деблокировки мобильных телефонов. Всего несколько лет тому назад основная часть пользователей обходились PIN-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какая вещь делает данную функцию такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно запоминать сложные пароли или искать нужный палец в темноте. Также, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это чувство футуризма — словно в кинолентах про Вулкан казино шпионов.

Однако за этой на первый взгляд несложностью прячется целый мир комплексных технологий и инженерных разработок. Давайте разобраться, как конкретно действует распознавание лиц в современных гаджетах, какие существуют методы, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Краткая история эволюции технологии

Распознавание лиц как технология существует уже более 50 годов. Первые эксперименты автоматического исследования облика были осуществлены еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины способны были лишь определять контуры черепа и определять расстояния между зрачками и устами на ахроматических изображениях.

Начальные бизнес платформы стали доступны в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать личные разработки.

Ключевые стадии действия системы распознавания

Процесс идентификации лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

Обнаружение лица — аппарат распознает существование человеческого лица в изображении.
Определение характеристик — система анализирует контуры физиономии: форму глаз, обонятельного органа, уст, позицию надбровных дуг.
Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с эталоном — созданный модель сверяется с зафиксированной при регистрации биометрической информацией владельца.
Принятие выбора — если сходство достаточно значительное, смартфон открывается.

Любой из этих стадий требует особых алгоритмов и усовершенствований для скорой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Наиболее простой способ определения физиономии использует только фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Подобный подход реализован во многих бюджетных версиях Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в нуждается в дополнительных сенсоров.
Шустро функционирует при достаточном освещении.

Минусы:

Легко обмануть снимком или видео.
Плохо функционирует при плохом освещении или непривычных ракурсах.

Инфракрасная фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика лежит в основе Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

Точечный проектор показывает на физиономию юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
ИК камера регистрирует изменение формы этой решетки по поверхности лица.
Получается 3D карта глубины глубины, что почти невозможна для подделки обычной фотографией или маскировкой.

Плюсы

Надёжная деятельность даже в полной тьме.
Сильная устойчивость к фальсификациям.
Точность распознавания свыше 99%.

Добавочные сенсоры

В отдельных девайсах задействуются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время распространения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные световые дальномеры для создания более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти технологии используются чаще всего во топовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: искуственный интеллект на действии

Текущие устройства распознавания лиц невозможны без применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как Vulkan Platinum, гаджет в состоянии идентифицировать владельца даже при трансформациях внешнего вида: новая причёска, щетина, линзы или макияж не становятся помехой для деблокировки.

Детектирование физиономии

При стартовом этапе алгоритм должна быстро обнаружить образ лица внутри всего снимка камеры. Для данной цели задействуются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые „обучены” находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать лицо даже с неполном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Выделение важных моментов

После обнаружения лица механизм, такая как Vulkan Platinum, устанавливает местоположение основных точек: кончики глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 ключевых маркеров на лице.

Данное необходимо для стабилизации визуала: если пользователь удерживает мобильник под наклоном, или наклонил головку, программа корректирует изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрического шаблона

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

Этот шаблон весьма сложно сфальсифицировать: он не удерживает непосредственно изображение юзера, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и вынесение заключения

Если человек хочет разблокировать телефон взглядом, система осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает установленный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, доступен; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к метаморфозам внешности

Увлекательная особенность нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы часто доступаете к мобильное устройство с обновленной укладкой или оптикой, система постепенно модернизирует эталонный шаблон вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических информации.

Многие юзеры опасаются держать свои биометрические данные на телефоне из-за риска потери данных или взлома устройства. Определенные компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предоставляют решения для повышения сохранности информации юзеров.

Локальное сохранение: Преимущественно устройств записывает био-идентификационные модели только внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не оставляют устройство и не доступны даже изготовителю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних разработчиков не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Следует упомянуть важную подробность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители реализуют систему защиты от неосознанного разблокирования — в частности, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории идентификации лиц?

На сегодняшний день можно выделить различить 3 основных подхода к реализации этой задачи:

Софтверное двухмерное распознавание

Применяется только передняя видеокамера без дополнительных датчиков дистанции. Этот подход наблюдается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота осуществления; умеренная затраты; скоростная деятельность при качественном освещении.
Минусы: легко одурачить снимком; неустойчивая функционирование ночью; низкая безопасность.

Техническое 3D сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: значительная надёжность; не получится обмануть изображение/видеозапись; устойчивая деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана („чёлка”)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам („anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock современных поколений, сочетают фронтальную камеру c ИК сенсором мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации использования разных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как софтверное 2D идентификацию по снимку фронтальной камерой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности защиты и неверные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие техники за прошедшие годы, идеальных системы пока не наблюдается:

Возможность подвоха: Доступные телефоны просто „разблокируются” высококачественной фотографией хозяина или видео с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые идеальные устройства могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Трансформации внешнего вида: Резкое похудение/набор веса, пластические операции или повреждения порой требуют повторной регистрации биометрических данных.
Условия съёмки: Яркая засветка солнечным светом или глубокая тень могут уменьшить верность определения признаков.

Здесь пара советов для надёжному применению:

Для критически важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
Не активируйте опцию „Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте прошивку программное обеспечение телефона для предотвращения угроз от новых видов атак;
Включайте настройку „Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она доступна.

В каких местах ещё используется технологии кроме смартфонов?

Несмотря на то, что основная мысль нашей статьи сосредоточена на именно портативным гаджетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Контроль прохода в офисах и резиденциях;
Платёжные терминалы финансовых учреждений („Face Pay”);
Виртуальные паспорта современного образца;
Системы видеоконтроля городских сервисов;
Автоматизирование отслеживания присутствия образовательных учреждений/вузов;
Авторизация участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу („Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или телефона! Аналогичные инициативы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как трансформируется технический процесс в наше время?

Всякий годочек проявляются свежие мысли для улучшения стандарта функционирования систем лицевого распознавания:

Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс ошибки;
Улучшаются нейронные сети — новейшие структуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно осваивать свежим чертам облика пользователя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать подлинные живые лица от статичных фото/маскировок по незаметным движениям кожи.
Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к мобильный телефон, если обладатель отошёл далеко.
Возникают смешанные системы — например комбинирующие голосовую аутентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Здесь, те тенденции очень популярны в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Производители стараются минимизировать габариты отверстия („чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для повышения личной безопасности всё больше расчётов выполняется локально без передачи информации во дополнительный облачный услугу.

3) Унификация норм

Google активно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные системы, как Вулкан Платинум, и все Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если тебе нужна максимальная безопасность данных, выбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем или ToF-датчиком глубины.

iPhone всех новейших моделей
Huawei Companion/Series P серии
Mix Professional
Vivo X модели
Oppo Найти X линейки.

Если средства ограничен – лучше предпочесть традиционным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию „разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию комфорта.

Как повысить удобство функционирования опции?

Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

Периодически меняйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешний вид.
Не забывайте протирать объектив фронтальной камеры – разводы могут понизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает фотоаппарат как только вы поднимаете его.
В процессе регистрационного процесса пытайтесь держать голову прямо впереди видеоустройства не допуская сильного наклона головы.
Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности прогресса технологии

В ближайшие времена можно предполагать возникновения полностью безконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также вероятно появление современных подходов обеспечения конфиденциальности – например, динамическое изменение цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее интересных техник нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со смартфоном удобнее чем раньше, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы знаете, как устроена эта система внутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой следующий гаджет!