Как функционирует идентификация лицевых образов в мобильных устройствах

Почему мы предпочитаем разлочивание по лицевому распознаванию

В прошлые годы определение физиономий стало одной из наиболее востребованных возможностей для открытия умных телефонов. Еще пару годков ранее большинство использующих удовлетворялись пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту особенность очень нужной? Прежде всего, это комфортно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать правильный палец в тьме. Во-вторых, это мгновенно: современные системы распознают лицо фактически за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуризма — словно в кинофильмах про казино Вулкан агентов.

Однако за данной видимой простотой прячется весь вселенная сложных технологий и инженерных концепций. Попробуем понять, как конкретно действует идентификация по лицу в актуальных мобильных телефонах, какие существуют технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Краткая хроника развития технологии

Идентификация лиц как техника присутствует уже более пятидесяти годов. Первые эксперименты машинного исследования лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ способны были лишь выделять очертания головы и определять дистанции между очами и губами на черно-белых фотографиях.

Первые торговые системы появились в 1990-х годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и часто ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать личные решения.

Главные этапы работы устройства идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько основных этапов:

Распознавание лица — устройство выявляет наличие гуманного образа в изображении.
Определение особенностей — алгоритм анализирует особенности физиономии: очертания глаз, обонятельного органа, губ, позицию бровей.
Построение модели — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение со стандартом — полученный образец сопоставляется с сохранённой при внесении биометрической сведениями владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Всякий из данных шагов запрашивает особых процедур и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Технические компоненты: что находится внутри них

Стандартная фронтальная камера.

Самый легкий способ определения облика задействует лишь переднюю видеокамеру смартфона. Подобный подход осуществлён во различных доступных вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в внешних сенсоров.
Шустро действует при достаточном освещённости.

Отрицательные стороны:

Несложно одурачить снимком или видео.
Плохо работает при слабом освещённости или непривычных ракурсах.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика лежит в основе Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

Точечный проектор проецирует на облик юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
Инфракрасная камера записывает изменение формы этой решетки по поверхности лица.
Формируется трёхмерная карта глубины глубины, которая почти что неподвластна для фальсификации стандартной фотографией или маскировкой.

Достоинства

Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
Сильная сопротивляемость к имитациям.
Точность распознавания свыше 99%.

Добавочные сенсоры

В определённых аппаратах используются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели физиономии.

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

Программные алгоритмы: синтетический ум в работе

Современные устройства идентификации физиономий немыслимы при отсутствии применения artificial intelligence и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как Vulkan Platinum, устройство способно распознавать пользователя даже при метаморфозах внешнего вида: новая причёска, растительность на лице, оптика или грим не становятся барьером для разблокировки.

Обнаружение лиц

При стартовом стадии алгоритм должна быстро распознать образ лица среди полного кадра с камеры. Для этого используются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен распознавать физиономию даже при частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация ключевых аспектов

После идентификации лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение основных точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 главных маркеров на лицевой поверхности.

Данное требуется для нормализации визуала: если человек удерживает смартфон под наклоненным, или повернул голову, программа корректирует изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрического модели

Далее нейронная сеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Такой формат крайне трудно сфальсифицировать: он не удерживает само фото юзера, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его оптимальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и осуществление заключения

Если человек хочет разлочить мобильник глазами, механизм осуществляет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к изменениям облика

Интересная характеристика нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если ты регулярно разблокируете смартфон с новой прической или оптикой, алгоритм постепенно обновляет эталонный модель вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных.

Множество пользователи беспокоятся сохранять свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Иные организации, например Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для улучшения сохранности сведений пользователей.

Локальное сохранение: Преимущественно устройств сохраняет биометричные образцы исключительно в пределах защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают гаджет и недоступны даже создателю.
Шифрование: Все данные хранятся только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних девелоперов не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Необходимо подчеркнуть существенную особенность: если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют категории распознавания лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно определить определить 3 главных метода к выполнению этой функции:

Программируемое двухмерное идентификация

Используется только лицевая камера без экстра датчиков дистанции. Такой подход используется чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность воплощения; минимальная стоимость; быстрая функционирование при хорошем свете.
Минусы: просто одурачить фотографией; нестабильная работа ночью; слабая охрана.

Техническое объёмное сканирование

Использует ИК камеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная достоверность; невозможно обмануть изображение/видеозапись; постоянная работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры использования разных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил эквивалент Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10/S20 имеют как программное плоское распознавание по фото фронтальной камерой, так и сенсор ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы защиты и ложные сигналы

Несмотря на замечательный успехи инноваций за последние годы, безупречных системы пока не существует:

Возможность подвоха: Недорогие мобильники просто открываются качественной изображением владельца или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Изменения внешнего вида: Стремительное снижение веса/набор веса, пластические операции или повреждения в некоторых случаях требуют обновления данных биометрических данных.
Условия записи: Интенсивная подсветка солнечным светом или плотная тень могут снизить верность идентификации признаков.

Ниже пара подсказок по безопасному эксплуатации:

Для важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте программное обеспечение мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она есть.

Где ещё используется технологии кроме смартфонов?

Несмотря на то, что основная мысль нашей работы сосредоточена на конкретно смартфонам и планшетам, следует отметить других сферах применения технологии:

Контроль входа в деловых центрах и жилых домах;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Виртуальные удостоверения личности последнего типа;
Установки видеоконтроля городских служб;
Автоматизирование отслеживания присутствия образовательных учреждений/университетов;
Вход пользователей ПК/ноутбуков.

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

Каким способом трансформируется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий годочек проявляются свежие идеи для повышения стандарта работы систем распознавания лиц:

Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс ошибки;
Улучшаются искусственные интеллекты — современные структуры вида MobileNetV3 дают возможность быстро адаптироваться к новым характеристикам вида пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Улучшаются методы антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать подлинные живые лица от неподвижных фото/масок по микроскопическим движениям кожи.
Интеграция со интеллектуальными приборами — умные часы могут самостоятельно закрыть доступ к смартфон, если владелец удалился на значительное расстояние.
Появляются смешанные механизмы — в частности совмещающие аудио идентификацию + облик + пальцевой отпечаток.

Вот, те тенденции в особенности востребованы в данный момент:

1) Миниатюризация деталей

Производители пытаются сократить размер прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения конфиденциальности всё более расчётов происходит локально без пересылки информации во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация норм

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, как Вулкан Платинум, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с различными типами биометрии единообразно.

Какое решить на сегодня?

В случае если тебе важна предельная сохранность данных, остановите выбор на флагманские модели с интегрированным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

iPhone всех последних моделей
Huawei Mate/P Series ряда
Mi Professional
Vivo X серии
Oppo Обнаружить X серий.

Если средства невелик – лучше предпочесть обычным способам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как второстепенную опцию комфорта.

Каким способом улучшить практичность функционирования возможности?

Есть некоторые лайфхаков для людей, кто уже использует разблокировку через лицо:

Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется внешность.
Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – загрязнения могут понизить точность!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам активирует фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
При регистрационного процесса пытайтесь держать лицевую часть прямо впереди камеры исключая значительного наклона головы.
Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности прогресса инноваций

В скоро наступающие периоды можно предвкушать появления полностью дистанционных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + голос + шаги + манипуляции руками!

Также вероятно появление новых методов охраны конфиденциальности – например, динамическое корректировка диджитал шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из очень захватывающих технологий нашего времени! Она делает интеракцию со телефоном комфортнее чем до этого, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы осведомлены, как функционирует эта методика изнутри, – будете в состоянии осознаннее подбирать свой будущий девайс!