Каким способом функционирует идентификация лиц в телефонах

Почему мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние годы распознавание лиц превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для разблокировки мобильных телефонов. Еще пару годков тому назад большинство юзеров довольствовались PIN-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную возможность настолько популярной? Для начала, это практично: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или находить нужный палец в мраке. Также, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третьем пункте, это впечатление будущего — будто в фильмах про вулкан 24 агентов.

Впрочем за этой видимой простотой скрывается весь универсум комплексных методов и инженерных концепций. Давайте исследовать, как именно действует распознавание лиц в актуальных мобильных телефонах, какие применяются технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая повествование развития техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти лет. Первые попытки автоматизированного изучения лица были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ могли лишь выделять контуры черепа и вычислять промежутки между зрачками и ртом на монохромных снимках.

Первые бизнес установки стали доступны в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием искусственных сетей и таких платформ, как Вулкан 24 Казино, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять личные решения.

Ключевые шаги функционирования системы идентификации

Процесс распознавания лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

Обнаружение лица — камера определяет присутствие людского лица в снимке.
Определение признаков — система исследует особенности лица: форму зрительных органов, носа, губ, расположение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение со образцом — созданный шаблон сверяется с сохранённой при внесении биометрической данными владельца.
Принятие решения — если сходство достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Любой из указанных шагов запрашивает специальных процедур и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные элементы: что находится в их недрах

Обычная передняя камера.

Самый легкий вариант идентификации физиономии использует только лицевую камеру смартфона мобильного устройства. Такой метод осуществлён во многочисленных доступных моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не требует дополнительных сенсоров.
Быстро функционирует при качественном освещённости.

Недостатки:

Легко ввести в заблуждение фотографией или роликом.
Неправильно функционирует при низком освещении или необычных углах обзора.

ИК камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как Вулкан 24 Казино, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс составляет базу Face ID от Apple.

Как это работает:

Точечный проекционный прибор отображает на физиономию использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
ИК устройство записывает деформацию данной решетки по плоскости физиономии.
Получается трехмерная карта глубинности, которая почти неподвластна для имитации обычной фото или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
Большая сопротивляемость к подделкам.
Точность идентификации выше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых девайсах задействуются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время распространения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии применяются чаще всего во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искусственный интеллект на исполнении

Текущие системы опознания физиономий неосуществимы без применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким технологиям, как Вулкан 24 Казино, гаджет в состоянии идентифицировать юзера даже при изменениях облика: новая укладка, растительность на лице, линзы или грим не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение лиц

На начальном этапе программа должна быстро обнаружить образ лица среди полного кадра с камеры. Для этой задачи используются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

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

Идентификация основных аспектов

После идентификации лица система, такая как Вулкан 24 Казино, устанавливает расположение ключевых точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой области.

Это необходимо для выравнивания картинки: если человек удерживает телефон под углом, или повернул головку, программа „выпрямляет“ изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрии образца

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

Этот образец очень сложно имитировать: он не сохраняет непосредственно фото пользователя, а лишь уникальные особенности его внешности, что делает его совершенным для таких площадок, как Vulkan24.

Сравнительный анализ и вынесение заключения

Если юзер хочет разлочить смартфон глазами, механизм повторяет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к трансформациям облика

Увлекательная особенность нынешних систем — способность самостоятельного обучения. Если ты регулярно открываете мобильное устройство с свежей прической или очками, программа постепенно обновляет основной модель вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических информации.

Множество юзеры боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска потери данных или взлома устройства. Некоторые организации, например Vulkan24, предоставляют методы для повышения защиты данных клиентов.

Локальное сбережение: Основная часть аппаратов записывает биометрические образцы исключительно внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не покидают гаджет и закрыты в том числе производителю.
Шифрование: Все сведения сберегаются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы третьих разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Следует отметить существенную особенность: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании осуществляют защиту от неосознанного разблокирования — в частности, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют типы идентификации лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить различить 3 ключевых подхода к осуществлению этой операции:

Программное двухмерное распознавание

Используется только лицевая камера без экстра сенсоров дистанции. Такой подход встречается обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота осуществления; минимальная стоимость; скоростная функционирование при хорошем освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение фотографией; нестабильная работа ночью; слабая защищенность.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Применяет ИК камеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: значительная достоверность; нельзя исказить изображение/видеозапись; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана („чёлка“)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам („anti-spoofing“). Например, подобные продукты, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных поколений, сочетают фронталку c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры использования разнообразных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил аналог Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное обеспечение 2D идентификацию по фото селфи-камерой, так и сенсор ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности защиты и неверные сигналы

Несмотря на замечательный развитие технологий за последние лет, идеальных системы пока не существует:

Возможность мошенничества: Бюджетные мобильники легко доступны качественной изображением хозяина или видео с экрана другого устройства.
Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные устройства могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
Трансформации облика: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или травмы порой необходимы для перерегистрации биометрии.
Условия фотографирования: Яркая подсветка солнечным светом или же глубокая тень могут снизить верность распознавания признаков.

Ниже некоторые советов для безопасному эксплуатации:

Для критически важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте возможность „Разблокировка по лицу“ на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
Регулярно апгрейдите прошивку телефона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
Включайте настройку „Требовать открытых глаз“ там, где она имеется.

В каких областях ещё находится применение технологии за исключением мобильных телефонов?

Хотя тема этой публикации касается в частности смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Управление входа в офисах и многоквартирных зданиях;
Платёжные терминалы финансовых учреждений („Face Pay“);
Электронные паспорта последнего образца;
Комплексы видеомониторинга городских подразделений;
Механизация отслеживания присутствия школ/институтов;
Авторизация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу („Face Pay“) — хватит пройти через барьер без пластика или телефона! Аналогичные проекты осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким способом трансформируется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий год проявляются современные идеи для улучшения качества деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается чёткость датчиков — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
Совершенствуются нейронные сети — новейшие конструкции типа MobileNetV3 позволяют быстро обучаться новым особенностям внешности владельца напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны умеют отличать реальные движущиеся лица от фиксированных снимков/масок по микроскопическим микродвижениям.
Взаимодействие со интеллектуальными приборами — умные часы могут автоматически заблокировать мобильный телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
Проявляются смешанные устройства — в частности комбинирующие голосовую аутентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Здесь, те направления очень популярны в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Изготовители стараются уменьшить величину прорези („чёлки“) для сенсоры на экране за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для увеличения приватности всё больше вычислений происходит локально без отправки данных во сторонний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, например как Вулкан 24, и любые Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Какое выбрать на сегодня?

Если тебе важна наивысшая безопасность данных, подбирайте топовые устройства с интегрированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого актуальных моделей
Huawei Mate/P ряда
Mix Expert
Vivo X линейки
Оппо Find X серии.

Если бюджет ограничен – лучше выбирать традиционным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию „разблокировка по лицу“, такую как в Вулкан 24, задействовать только как дополнительную возможность комфорта.

Каким способом улучшить комфорт функционирования возможности?

Есть несколько хитростей для пользователей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

Периодически обновляйте свою изображение-шаблон, если значительно изменяется облик.
Не забывайте чистить линзу фронтальной камеры – пятна могут уменьшить точность!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам активирует фотоаппарат если вы берёте его в руки.
Во время записи пытайтесь держать голову неподвижно перед объектива не допуская сильного наклона головы.
Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Возможности прогресса инноваций

В скоро наступающие периоды можно ожидать появления полностью бесконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также вероятно появление свежих методов обеспечения личной информации – к примеру, переменное модификация цифрового паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых увлекательных технологий нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со телефоном комфортнее чем раньше, и такие приложения, как Vulkan24, могут существенно оптимизировать ваш юзерский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как устроена эта методика изнутри, – сумеете вдумчиво определять свой очередной устройство!