Каким способом работает идентификация лиц в мобильных устройствах

Зачем мы предпочитаем разлочивание по лицу

В последние времена идентификация физиономий стало одной из самых распространённых опций для деблокировки смартфонов. Еще несколько лет ранее основная часть использующих довольствовались пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например cabura, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную функцию такой востребованной? Во-первых, это комфортно: не нужно запоминать сложные пароли или находить нужный палец в темноте. Кроме того, это быстро: современные алгоритмы узнают лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это ощущение будущего — как будто в кинофильмах про кабура шпионов.

Впрочем за данной кажущейся несложностью прячется весь универсум комплексных техник и инженерных решений. Давайте понять, как именно работает фейсканирование в современных смартфонах, какие бывают технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Короткая история эволюции техники

Идентификация лиц как технология существует уже более пятидесяти лет. Изначальные пробы машинного анализа лица были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры могли лишь определять очертания лица и измерять дистанции между очами и ртом на черно-белых изображениях.

Изначальные бизнес системы возникли в девяностых годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как кабура, мощных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему массовым 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 этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать свои решения.

Основные стадии работы механизма идентификации

Процесс идентификации лица можно ориентировочно поделить на несколько основных этапов:

Обнаружение лиц — аппарат распознает присутствие гуманного образа в кадре.
Выделение признаков — механизм исследует особенности физиономии: форму зрительных органов, носа, губ, позицию надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение со стандартом — сформированный модель сопоставляется со зафиксированной при внесении биометрической данными владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Каждый из этих этапов запрашивает специальных алгоритмов и улучшений для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные элементы: что находится внутри них

Обычная передняя камера.

Простейший простой способ распознавания физиономии применяет исключительно переднюю камеру смартфона мобильного устройства. Подобный метод осуществлён во многочисленных доступных версиях Android-устройств.

Плюсы:

Не нуждается в требует дополнительные сенсоров.
Оперативно действует при хорошем освещённости.

Недостатки:

Просто обмануть изображением или видео.
Неправильно действует при плохом освещённости или необычных ракурсах.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как кабура, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

Точечный проектор отображает на лицо юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
ИК устройство фиксирует изменение формы данной решетки по поверхности физиономии.
Формируется трехмерная карта глубины глубины, что почти что невозможна для имитации стандартной фото или маской.

Преимущества

Надёжная функционирование даже в полной тьме.
Большая устойчивость к подделкам.
Точность определения более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В некоторых аппаратах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные дальномеры для построения более детализированной 3D-модели лица.

Эти инновации применяются наиболее часто во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искусственный ум в исполнении

Нынешние системы распознавания физиономий неосуществимы при отсутствии применения artificial intelligence и machine learning. Именно из-за таким технологиям, как кабура, гаджет может узнавать юзера даже при метаморфозах облика: новая стрижка, борода, оптика или грим не становятся барьером для разблокировки.

Детектирование физиономии

На первом этапе система необходимо оперативно распознать образ лица среди целого снимка камеры. Для данной цели используются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые „обучены” распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен обнаруживать облик даже с неполном перекрытии (например, платком или ладонью).

Определение ключевых моментов

После распознавания лица система, такая как кабура, устанавливает положение ключевых точек: кончики глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 ключевых точек на лице.

Это требуется для выравнивания изображения: если юзер находится с смартфон под наклоном, или наклонил голову, программа „выпрямляет” картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Формирование биометрического модели

Далее искусственная сеть строит сжатое математическое представление („эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный образец весьма трудно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные особенности его внешности, что делает его идеальным для таких площадок, как кабура казино.

Сопоставление и принятие заключения

Когда человек желает разлочить телефон глазами, программа воспроизводит все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает определённый порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа кабура казино, доступен; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к трансформациям внешности

Интересная особенность современных системы — способность самостоятельного обучения. Если вы постоянно открываете телефон с обновленной стрижкой или очками, алгоритм постепенно обновляет базовый модель вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Множество юзеры опасаются хранить свои биометрические данные на телефоне из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Иные компании, такие как кабура казино, предлагают решения для увеличения сохранности данных пользователей.

Локальное хранение: Большинство девайсов сохраняет биометричные шаблоны исключительно в пределах безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не выходят из аппарат и недоступны включая изготовителю.
Шифрование: Все информация сохраняются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть важную подробность: если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители внедряют меры безопасности от „слепого” разблокирования — например, заставляют открыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают типы распознавания лиц?

Сегодня можно выделить три главных подхода к выполнению этой задачи:

Программное двухмерное определение

Используется только передняя видеокамера без экстра сенсоров дистанции. Такой метод используется наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость осуществления; умеренная стоимость; скоростная деятельность при качественном освещении.
Минусы: легко обмануть фотографией; нестабильная работа ночью; слабая охрана.

Оборудование для 3D сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая достоверность; невозможно подделать изображение/видеозапись; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана („чёлка”)

Смешанные способы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам („anti-spoofing”). Например, подобные товары, например кабура и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры применения разных методов

iPhone модели X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил подобие Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное обеспечение двухмерное определение по снимку фронтальной камерой, так и сенсор радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и ошибочные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи техники за недавние лет, идеальных систем пока не наблюдается:

Вероятность обмана: Доступные телефоны просто открываются высококачественной фотографией хозяина либо видео с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые идеальные системы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Резкое утрата веса/набор веса, косметические процедуры либо повреждения иногда необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия записи: Сильная подсветка солнечным светом или плотная тень могут снизить верность распознавания признаков.

Вот пара подсказок для надёжному применению:

Для значимых операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
Не активируйте функцию „Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку ПО смартфона для защиты от новых видов атак;
Включайте настройку „Требовать открытых глаз” в тех местах, где она доступна.

Где ещё применяется технология кроме мобильных телефонов?

Хотя основная мысль нашей работы посвящена именно смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

Контроль доступа в рабочих помещениях и резиденциях;
Платёжные терминалы финансовых учреждений („Face Pay”);
Электронные удостоверения личности современного поколения;
Системы видеонаблюдения городских служб;
Автоматизация учёта присутствия школ/университетов;
Вход участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу („Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие программы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Каждый годочек проявляются новые концепции для улучшения качества деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность неточности;
Совершенствуются нейросети — современные структуры модели MobileNetV3 позволяют оперативно осваивать новым характеристикам вида пользователя прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются способы антиспуфинга — теперь телефоны умеют отличать подлинные движущиеся облики от неподвижных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
Взаимодействие со интеллектуальными приборами — умные часы могут авто блокировать смартфон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Появляются гибридные механизмы — к примеру комбинирующие голосовую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Вот, те тенденции в особенности актуальны в данный момент:

1) Сокращение компонентов

Изготовители намереваются сократить величину отверстия („чёлки”) для датчики на экране за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для увеличения конфиденциальности всё более вычислений выполняется локально без пересылки данных во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация норм

Google активно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные платформы, вроде cabura, и все Android-аппы могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что решить сегодня?

В случае если вам всем важна максимальная защита данных, остановите выбор на флагманские устройства со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех существующих последних версий
Huawei Companion/P Series линейки
Mi Expert
Vivo X серии
Оппо Find Икс серии.

Если финансы скромен – лучше предпочесть традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию „разблокировка по лицу”, такую как в cabura, применять только как опциональную опцию комфорта.

Каким способом повысить комфорт использования опции?

Есть пара хитростей для пользователей, кто уже использует разблокировку по лицу:

Часто меняйте свою фотографию-шаблон, если кардинально меняется облик.
Не пренебрегайте очищать объектив фронтальной камеры – загрязнения могут снизить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам активирует камеру когда вы берёте его в руки.
При регистрации постарайтесь удерживать лицевую часть прямо перед камеры исключая резкого наклона головы.
Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее развития техники

В ближайшие периоды можно предвкушать возникновения полностью дистанционных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также предполагается развитие современных методов защиты личной информации – к примеру, переменное изменение цифрового образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из самых захватывающих технологий нашего времени! Она делает интеракцию со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие программы, как кабура казино, могут в разы оптимизировать 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 система изнутри, – сможете более осмысленно выбирать свой очередной гаджет!