Каким способом действует распознавание лиц в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние времена идентификация лиц является одной из самых популярных функций для разблокировки смартфонов. Всего несколько годов тому назад основная масса использующих удовлетворялись PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например Вулкан 24, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект превращает эту конкретную функцию очень нужной? Прежде всего, это комфортно: не нужно запоминать замысловатые пароли или искать правильный палец в тьме. Во-вторых, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо фактически за мгновения ока. В-третьих, это чувство футуризма — словно в фильмах про казино вулкан разведчиков.

Впрочем за данной видимой несложностью прячется целый универсум сложных технологий и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как именно работает распознавание лиц в актуальных смартфонах, какие существуют методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника прогресса технологии

Распознавание лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Изначальные пробы автоматизированного исследования облика были сделаны еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины умели лишь выделять контуры черепа и определять расстояния между глазами и ртом на монохромных фотографиях.

Изначальные коммерческие платформы стали доступны в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с прогрессом нейронных сетей и таких платформ, как Вулкан 24 Казино, мощных 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 широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные решения.

Главные шаги работы устройства идентификации

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько важных этапов:

Обнаружение лиц — камера определяет наличие людского лица в изображении.
Выделение особенностей — алгоритм анализирует особенности физиономии: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с эталоном — полученный модель сравнивается с зафиксированной при регистрации биометрической сведениями владельца.
Принятие решения — если соответствие достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из указанных стадий нуждается в особых методов и усовершенствований для быстрой работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что прячется внутри них

Обычная фронтальная камера.

Простейший легкий способ идентификации облика задействует только фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Данный подход реализован во различных доступных вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

Необходимо нуждается в внешних датчиков.
Оперативно работает при хорошем освещённости.

Недостатки:

Просто одурачить фотографией или роликом.
Неправильно работает при низком освещённости или непривычных ракурсах.

ИК камера и точечный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Вулкан 24 Казино, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая методика является основой Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

Точечный проекционный прибор проецирует на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
Инфракрасная камера фиксирует искривление этой решетки по плоскости физиономии.
Создаётся 3D карта глубинности, которая почти что невозможна для имитации стандартной фото или маскировкой.

Преимущества

Надёжная деятельность даже в полной темноте.
Большая сопротивляемость к имитациям.
Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых аппаратах применяются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время распространения света до объекта и обратно; RGB-датчики дальности; специальные лазерные лидары для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации используются чаще всего во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: синтетический ум в действии

Текущие механизмы опознания лиц немыслимы без эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно вследствие таким разработкам, как Вулкан 24 Казино, устройство способно узнавать юзера даже при метаморфозах внешнего вида: новая стрижка, растительность на лице, линзы или косметика не становятся помехой для разблокировки.

Детектирование физиономии

На начальном этапе система обязана мгновенно распознать ликовое изображение внутри целого изображения с камеры. Для данной цели задействуются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии находить облик даже при частичном закрытии (например, шалью или ладонью).

Определение основных аспектов

После идентификации лица система, такая как Вулкан 24 Казино, вычисляет местоположение главных точек: уголки глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 главных точек на лицевой поверхности.

Это нужно для стабилизации картинки: если человек держит телефон под наклоненным, или повернул головку, программа корректирует изображение до обычного угла для последующего изучения.

Построение биометрического идентификатора образца

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

Такой шаблон очень сложно сфальсифицировать: он не хранит само фото пользователя, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких платформ, как Vulkan24.

Сопоставление и вынесение выбора

Когда юзер намеревается разлочить смартфон взглядом, механизм осуществляет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная черта актуальных систем — возможность самообучения. Если вы постоянно доступаете к телефон с новой прической или оптикой, программа постепенно обновляет основной шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных.

Множество пользователи опасаются хранить свои био-идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки информации или взлома гаджета. Некоторые компании, например Vulkan24, предоставляют методы для увеличения защиты сведений клиентов.

Локальное сохранение: Преимущественно девайсов хранит биометричные образцы только внутрь защищенного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают устройство и не доступны даже производителю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения третьих девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Стоит упомянуть важную особенность: если какой-то человек сможет получить доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают виды распознавания лиц?

Сегодня можно определить определить 3 ключевых подхода к осуществлению этой функции:

Программируемое 2D идентификация

Используется только лицевая видеокамера без вспомогательных датчиков дистанции. Этот метод встречается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость реализации; низкая стоимость; быстрая деятельность при хорошем свете.
Минусы: легко обмануть фотографией; нестабильная работа ночью; недостаточная защищенность.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Задействует инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая достоверность; невозможно исказить изображение/видеозапись; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы эксплуатации различных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное плоское распознавание по фото селфи-камерой, так и сканер радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы безопасности и ошибочные сигналы

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

Возможность мошенничества: Бюджетные мобильники без труда доступны качественной фотографией хозяина или же видео с дисплея иного гаджета.
Идентичные близняшки: Даже самые безупречные устройства могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
Трансформации внешнего вида: Внезапное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или травмы порой требуют перерегистрации биометрических данных.
Условия съёмки: Яркая освещённость солнцем или глубокая темнота могут понизить аккуратность определения признаков.

Вот пара советов для безопасному использованию:

Для важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте прошивку прошивку мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
Включайте функцию “Требовать открытых глаз” в тех местах, где она доступна.

В каких местах ещё применяется технологии кроме смартфонов?

Хотя основная мысль нашей публикации касается именно мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

Контроль входа в рабочих помещениях и резиденциях;
Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
Электронные паспорта последнего образца;
Системы видеомониторинга городских подразделений;
Механизация отслеживания посещаемости образовательных учреждений/институтов;
Вход пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или телефона! Аналогичные программы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом меняется технология в нынешнее время?

Всякий годик появляются свежие концепции для повышения качества работы систем идентификации лиц:

Увеличивается чёткость датчиков — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Развиваются нейронные сети — современные конструкции вида MobileNetV3 дают возможность скоростно обучаться свежим особенностям вида владельца прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
Улучшаются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать настоящие движущиеся облики от статичных снимков/маскировок по незаметным движениям кожи.
Интеграция со умными устройствами — смарт-часы могут авто заблокировать мобильный телефон, если владелец отошёл далеко.
Проявляются комбинированные системы — к примеру комбинирующие речевую опознание + облик + отпечаток пальца.

Здесь, какие тенденции особенно актуальны в данный момент:

1) Сокращение компонентов

Изготовители пытаются минимизировать величину прорези (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для улучшения конфиденциальности всё более обработки данных осуществляется на месте без передачи данных во сторонний облачный сервис.

3) Стандартизация норм

Гугл энергично пропагандирует эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные площадки, например как Вулкан 24, и каждые Android-приложения могли работать с любыми видами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

Когда вам нужна наивысшая сохранность данных, выбирайте флагманские аппараты с интегрированным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

iPhone всех последних поколений
Huawei Companion/P линейки
Mi Professional
Vivo X модели
Oppo Обнаружить Х серий.

Если бюджет скромен – лучше отдавать предпочтение обычным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, задействовать только как дополнительную возможность комфорта.

Как повысить удобство использования опции?

Есть пара советов для тех, кто уже использует разблокировку по лицу:

Регулярно обновляйте свою изображение-шаблон, если сильно меняется внешность.
Не забывайте протирать объектив фронтальной камеры – загрязнения могут понизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам запускает камеру как только вы берёте его в руки.
При регистрационного процесса старайтесь держать лицевую часть прямо напротив объектива исключая сильного наклона головы.
Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Возможности прогресса технологии

В ближайшие периоды можно предвкушать развития полностью безконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + звучание + походка + жесты рук!

Также вероятно возникновение новых подходов защиты приватности – к примеру, изменяющееся корректировка цифрового паттерна после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее захватывающих техник нашего эпохи! Она обеспечивает общение со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как Vulkan24, могут в разы улучшить ваш юзерский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы знаете, как работает эта технология изнутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой следующий гаджет!

شاركي من هنا