Каким способом работает идентификация лиц в смартфонах

Для чего мы предпочитаем разблокировку по лицу

В недавние годы определение лиц превратилось в одной из самых распространённых опций для разблокировки смартфонов. Еще пару годов тому назад основная часть юзеров удовлетворялись пин-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную функцию настолько популярной? Во-первых, это удобно: не нужно помнить трудные пароли или отыскивать верный палец в мраке. Во-вторых, это мгновенно: современные системы идентифицируют лицо практически за доли секунды. В-третьих, это чувство футуризма — будто в фильмах про вулкан автомат агентов.

Тем не менее за этой на первый взгляд легкостью таится весь универсум сложных технологий и инженерных концепций. Попробуем понять, как точно функционирует идентификация по лицу в актуальных гаджетах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Краткая история прогресса инноваций

Распознавание лиц как техника существует уже более 50 лет. Начальные эксперименты автоматизированного анализа облика были сделаны еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь обозначать контуры головы и измерять дистанции между очами и устами на ахроматических фотографиях.

Первые коммерческие установки возникли в девяностых годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, мощных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать личные разработки.

Основные этапы действия системы определения

Процесс распознавания лица можно условно разделить на несколько основных этапов:

1. Идентификация лица — камера распознает существование человеческого образа в изображении.
2. Извлечение особенностей — система исследует контуры физиономии: очертания глаз, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со стандартом — созданный шаблон сопоставляется со сохранённой при учёте биометрической сведениями владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Всякий из этих этапов нуждается в особых методов и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что находится в их недрах

Стандартная передняя камера.

Самый простой легкий вариант распознавания облика задействует лишь лицевую видеокамеру смартфона. Подобный подход реализован во многих бюджетных версиях Android-устройств.

Плюсы:

• Не требует дополнительные датчиков.
• Оперативно действует при хорошем освещённости.

Отрицательные стороны:

• Легко одурачить снимком или видео.
• Плохо функционирует при низком свете или необычных ракурсах.

ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким способом это функционирует:

• Точечный устройство проекции отображает на лицо пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• ИК камера регистрирует деформацию этой сетки по поверхности лица.
• Формируется 3D карта глубинности, которая почти что неподвластна для подделки типичной фото или маской.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Сильная защита к фальсификациям.
• Точность определения более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых аппаратах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период распространения луча до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные световые дальномеры для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются в основном во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: синтетический разум в исполнении

Текущие системы распознавания лиц немыслимы без эксплуатации ИИ и machine learning. Именно вследствие таким разработкам, как вулкан россии, устройство в состоянии узнавать владельца даже при трансформациях облика: новая стрижка, борода, оптика или грим не становятся препятствием для деблокировки.

Детектирование физиономии

В начальном стадии программа обязана мгновенно распознать ликовое изображение среди полного кадра с камеры. Для этого используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии обнаруживать физиономию даже при неполном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Определение основных точек

После идентификации лица механизм, такая как вулкан россии, определяет местоположение главных точек: края глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных меток на лице.

Это необходимо для нормализации изображения: если пользователь удерживает мобильник под наклоненным, или наклонил головку, программа “выпрямляет” картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Построение биометрического идентификатора модели

Далее нейросеть строит компактное математическое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот образец крайне сложно подделать: он не удерживает само картинку пользователя, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сопоставление и осуществление заключения

В случае, когда юзер хочет разблокировать телефон взглядом, механизм воспроизводит все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к трансформациям внешности

Интересная особенность нынешних систем — способность самообучения. Если вы постоянно доступаете к телефон с свежей укладкой или очками, система постепенно модернизирует основной шаблон вашего внешности для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных информации.

Большинство юзеры боятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за вероятности утечки информации или хакерской атаки. Некоторые организации, вроде vulkan russia, предоставляют варианты для улучшения сохранности данных клиентов.

• Локальное хранение: Основная часть аппаратов записывает биометрические шаблоны только в пределах безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют гаджет и закрыты даже изготовителю.

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

• Изоляция программ: Программы внешних разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Следует подчеркнуть значимую подробность: в случае, если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители осуществляют меры безопасности от “слепого” разблокирования — в частности, просят разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории идентификации лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить три ключевых способа к реализации этой задачи:

Программное плоское определение

Используется только лицевая камера без дополнительных датчиков глубины. Подобный метод используется чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота воплощения; низкая цена; быстрая деятельность при качественном свете.
Минусы: легко одурачить фотографией; ненадежная функционирование ночью; низкая защищенность.

Техническое объёмное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: большая достоверность; не получится исказить изображение/видеозапись; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних версий, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации применения разных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное 2D определение по изображению фронталкой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на поразительный успехи технологий за последние лет, безупречных системы пока не имеется:

1. Вероятность подвоха: Бюджетные телефоны легко “разблокируются” четкой снимком владельца либо видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Стремительное утрата веса/набор веса, пластические операции либо травмы порой требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Сильная засветка солнечным светом или интенсивная темнота могут понизить точность определения признаков.

Здесь пара рекомендаций для защищённому применению:

• Для критически важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку прошивку мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
• Включайте настройку “Требовать открытых глаз” везде, где она доступна.

Где также применяется технология за исключением смартфонов?

Пускай тема нашей статьи касается конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Мониторинг прохода в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные паспорта последнего поколения;
• Комплексы видеомониторинга городских сервисов;
• Механизация регистрации присутствия школ/институтов;
• Аутентификация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или телефона! Схожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом трансформируется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий годик появляются современные мысли для усовершенствования стандарта функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация датчиков — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск неточности;
2. Улучшаются искусственные интеллекты — передовые архитектуры типа MobileNetV3 позволяют оперативно обучаться дополнительным чертам внешности обладателя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут различать настоящие движущиеся лица от статичных фото/масок по микроскопическим движениям кожи.
4. Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно блокировать телефон, если обладатель ушёл далеко.
5. Возникают смешанные механизмы — в частности объединяющие речевую аутентификацию + облик + отпечаток пальца.

Итак, те тренды в особенности востребованы на сегодняшний день:

1) Миниатюризация элементов

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

2) Обработка прямо на аппарате

Для повышения личной безопасности всё больше расчётов выполняется внутри устройства без отправки информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл интенсивно пропагандирует норму BiometricPrompt API, чтобы аналогичные площадки, вроде вулкан россия, и каждые Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое выбрать сегодня?

В случае если тебе необходима наивысшая защита информации, остановите выбор на флагманские аппараты с вмонтированным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого новейших версий
• Huawei Companion/P ряда
• Xiaomi Expert
• Vivo X линейки
• Oppo Обнаружить X линейки.

Если средства ограничен – лучше отдавать предпочтение традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как дополнительную опцию комфорта.

Каким способом увеличить удобство использования опции?

Есть несколько лайфхаков для людей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если значительно трансформируется внешность.
2. Не пренебрегайте протирать объектив передней камеры – загрязнения могут снизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам активирует камеру как только вы поднимаете его.
4. Во время регистрационного процесса постарайтесь держать лицевую часть прямо впереди камеры без сильного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы развития технологии

В предстоящие периоды можно предполагать появления полностью безконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + манера ходьбы + жесты рук!

Также вероятно появление свежих подходов обеспечения конфиденциальности – например, динамическое изменение электронного паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых интересных техник нашего времени! Она обеспечивает взаимодействие со телефоном комфортнее чем до этого, и такие приложения, как vulkan russia, могут в разы оптимизировать ваш 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 работает эта система внутри, – будете в состоянии более осмысленно подбирать свой следующий девайс!