Каким способом действует идентификация лицевых образов в мобильных устройствах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по лицу

В прошлые годы идентификация физиономий является одной из наиболее востребованных возможностей для разблокировки умных телефонов. Всего несколько лет ранее основная масса пользователей удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например cabura, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную функцию настолько популярной? Во-первых, это комфортно: не нужно запоминать сложные пароли или искать нужный палец в мраке. Во-вторых, это быстро: современные системы распознают лицо фактически за мгновение. В-третью очередь, это чувство футуризма — словно в кинолентах про кабура шпионов.

Тем не менее за этой на первый взгляд несложностью таится целый универсум сложных технологий и инженерных решений. Попробуем понять, как именно действует идентификация по лицу в актуальных смартфонах, какие существуют технологии, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Краткая повествование эволюции техники

Идентификация лиц как техника имеется уже более пятидесяти лет. Изначальные пробы автоматического анализа облика были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ могли лишь выделять контуры черепа и определять промежутки между зрачками и ртом на ахроматических снимках.

Изначальные торговые системы возникли в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом нейронных сетей и таких систем, как кабура, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои решения.

Главные этапы функционирования механизма распознавания

Процесс идентификации лица можно условно разделить на несколько важных этапов:

Идентификация лица — аппарат распознает присутствие людского образа в изображении.
Определение особенностей — механизм анализирует черты лица: конфигурацию глаз, носа, губ, позицию надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение со эталоном — сформированный шаблон сопоставляется со записанной при внесении биометрической информацией владельца.
Принятие определения — если сходство достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из указанных этапов требует специальных процедур и усовершенствований для оперативной работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что прячется внутри них

Обычная фронтальная камера.

Простейший простой метод определения физиономии применяет исключительно переднюю видеокамеру смартфона. Подобный способ осуществлён во многочисленных доступных моделях Android-девайсов.

Положительные стороны:

Не нуждается в требует внешних сенсоров.
Быстро функционирует при качественном освещённости.

Отрицательные стороны:

Просто ввести в заблуждение фотографией или роликом.
Неудачно действует при слабом освещённости или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проекционный аппарат

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

Каким способом это действует:

Точечный проектор проецирует на физиономию использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
Инфракрасная камера записывает изменение формы данной решетки по поверхности физиономии.
Формируется трехмерная карта глубины глубинности, которая почти невозможна для имитации стандартной снимком или маскировкой.

Плюсы

Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
Сильная защита к фальсификациям.
Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых девайсах применяются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые измерители расстояния для построения более точной 3D-модели лица.

Эти разработки используются в основном во флагманских устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный ум на работе

Нынешние механизмы опознания лиц неосуществимы в отсутствие использования ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как кабура, устройство может узнавать пользователя даже при метаморфозах внешности: новая причёска, борода, линзы или косметика не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение физиономии

На стартовом шаге алгоритм необходимо быстро найти лицо среди всего изображения камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен находить физиономию даже с частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация основных точек

После обнаружения лица система, такая как кабура, вычисляет расположение ключевых точек: края глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 главных точек на лицевой поверхности.

Это действие требуется для нормализации изображения: если юзер удерживает телефон под наклоненным, или склонил голову, программа исправляет картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрического идентификатора образца

Далее нейросеть строит сжатое цифровое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой формат весьма трудно подделать: он не сохраняет непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких площадок, как кабура казино.

Сопоставление и принятие решения

Когда пользователь хочет разлочить смартфон взором, программа повторяет все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа кабура казино, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Приспособление к метаморфозам внешнего вида

Интересная черта актуальных систем — способность самостоятельного обучения. Если ты часто доступаете к смартфон с новой укладкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет основной модель вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Многие пользователи опасаются держать свои био-идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки информации или взлома гаджета. Определенные фирмы, такие как кабура казино, предлагают варианты для улучшения безопасности сведений юзеров.

Локальное сохранение: Большинство аппаратов хранит биометрические шаблоны лишь внутри безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют аппарат и не доступны даже создателю.
Шифрование: Все данные хранятся только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы третьих девелоперов не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо упомянуть существенную деталь: если кто-то достанет доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители внедряют систему защиты от “слепого” разблокирования — например, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы определения лиц на изображениях?

Сегодня можно определить 3 главных подхода к осуществлению этой операции:

Программируемое 2D идентификация

Используется только передняя видеокамера без экстра датчиков дистанции. Этот способ наблюдается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость осуществления; умеренная стоимость; оперативная деятельность при качественном свете.
Минусы: легко одурачить снимком; ненадежная деятельность ночью; недостаточная охрана.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Использует ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Плюсы: большая надёжность; невозможно подделать изображение/видеозапись; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, как кабура и Google Pixel Face Unlock последних версий, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры применения различных методов

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное обеспечение 2D идентификацию по изображению фронталкой, так и сканер глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности защиты и ошибочные тревоги

Несмотря на замечательный успехи технологий за последние годы, совершенных механизмов пока не существует:

Возможность обмана: Недорогие мобильники легко открываются высококачественной снимком хозяина или же видео с дисплея иного гаджета.
Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут спутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Трансформации внешнего вида: Резкое снижение веса/набор веса, пластические операции или травмы порой необходимы для повторной регистрации биометрии.
Условия фотографирования: Сильная засветка солнечным светом или интенсивная затенение могут снизить аккуратность определения признаков.

Вот пара подсказок по безопасному эксплуатации:

Для значимых операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте ПО смартфона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она имеется.

Где дополнительно находится применение технологии кроме мобильных телефонов?

Хотя тема этой публикации посвящена в частности мобильным устройствам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

Управление прохода в рабочих помещениях и резиденциях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Электронные идентификационные документы современного типа;
Системы видеонаблюдения городских подразделений;
Механизация учёта присутствия школ/институтов;
Вход пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Любой годочек возникают современные концепции для повышения уровня деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается разрешение датчиков — чем больше информации фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
Развиваются нейронные сети — передовые структуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать дополнительным характеристикам облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Улучшаются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны распознавать настоящие анимированные лица от статичных фото/масок по мельчайшим микродвижениям.
Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут автоматически закрыть доступ к мобильный телефон, если обладатель ушёл далеко.
Проявляются смешанные устройства — к примеру совмещающие голосовую аутентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Вот, какие тенденции особенно актуальны в данный момент:

1) Уменьшение элементов

Изготовители пытаются минимизировать величину выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для повышения личной безопасности всё более вычислений происходит локально без пересылки данных во внешний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл интенсивно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные системы, вроде cabura, и каждые Android-приложения могли работать с любыми видами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если вам нужна наивысшая безопасность данных, остановите выбор на флагманские устройства с вмонтированным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

iPhone всех последних поколений
Huawei Mate/P Series линейки
Xiaomi Expert
Vivo X серии
Oppo Обнаружить Х серий.

Если средства невелик – лучше предпочесть обычным средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в cabura, применять только как опциональную опцию комфорта.

Каким способом увеличить комфорт функционирования опции?

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

Часто меняйте свою фото-шаблон, если значительно меняется облик.
Не упускайте из виду протирать объектив фронтальной камеры – пятна могут снизить четкость!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует камеру если вы берёте его в руки.
Во время регистрационного процесса старайтесь сохранять лицевую часть неподвижно напротив видеоустройства исключая резкого наклона головы.
Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Возможности эволюции инноваций

В ближайшие годы можно предполагать развития полностью безконтактных способов идентификации персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + звучание + шаги + жесты рук!

Также возможно развитие новых подходов обеспечения конфиденциальности – например, изменяющееся корректировка диджитал образца после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых интересных инноваций нашего эпохи! Она делает взаимодействие со смартфоном удобнее чем раньше, и такие программы, как кабура казино, могут существенно улучшить ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы осведомлены, как функционирует эта технология в деталях, – сможете более осмысленно выбирать свой будущий устройство!

شاركي من هنا