Каким образом функционирует идентификация лиц в мобильных устройствах

Зачем мы останавливаемся на разлочивание по лицевому распознаванию

В последние годы идентификация лиц является одной из самых популярных опций для открытия смартфонов. Всего несколько лет назад основная масса пользователей обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту особенность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать сложные пароли или искать нужный палец в тьме. Кроме того, это оперативно: современные алгоритмы идентифицируют лицо фактически за мгновение. В-третьем пункте, это чувство будущего — как будто в кинофильмах про Вулкан казино разведчиков.

Тем не менее за этой на первый взгляд простотой прячется весь универсум комплексных техник и инженерных решений. Попробуем разобраться, как точно функционирует распознавание лиц в современных смартфонах, какие применяются технологии, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Краткая история эволюции технологии

Распознавание лиц как технология существует уже более 50 лет. Начальные пробы автоматического исследования лиц были предприняты еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда ЭВМ умели лишь выделять контуры головы и вычислять дистанции между очами и губами на ахроматических фотографиях.

Первые бизнес установки появились в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему общедоступным 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 этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать свои разработки.

Главные этапы работы механизма идентификации

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько важных этапов:

1. Обнаружение лиц — камера определяет существование людского образа в изображении.
2. Определение особенностей — механизм исследует черты физиономии: очертания глаз, носа, уст, позицию надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение со эталоном — созданный модель сравнивается со зафиксированной при учёте биометрической сведениями владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из данных этапов запрашивает специальных методов и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные элементы: что находится в их недрах

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой несложный метод определения облика задействует лишь лицевую камеру смартфона смартфона. Данный способ реализован во многочисленных бюджетных моделях Android-устройств.

Достоинства:

• Не нуждается в требует дополнительных сенсоров.
• Шустро функционирует при хорошем освещённости.

Отрицательные стороны:

• Легко ввести в заблуждение изображением или видео.
• Плохо функционирует при плохом освещении или необычных углах обзора.

ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта технология составляет базу Face ID от Apple.

Как это работает:

• Точечный проектор показывает на облик юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• Инфракрасная камера фиксирует деформацию этой сетки по плоскости лица.
• Создаётся 3D карта глубинности, что почти неподвластна для имитации обычной фотографией или маской.

Выигрыши

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Высокая сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность определения выше 99%.

Дополнительные датчики

В определённых устройствах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные световые лидары для формирования более точной 3D-модели физиономии.

Эти инновации используются в основном во топовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: синтетический интеллект на работе

Текущие механизмы опознания лиц неосуществимы в отсутствие эксплуатации artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как Vulkan Platinum, аппарат может узнавать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая причёска, борода, оптика или макияж не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение лиц

В начальном стадии алгоритм должна оперативно распознать лицо среди целого снимка камеры. Для этой задачи задействуются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен распознавать лицо даже в случае частичном перекрытии (например, шалью или рукой).

Определение основных моментов

После идентификации лица система, такая как Vulkan Platinum, вычисляет расположение основных точек: кончики глаз, кончик носа, края губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 главных точек на лицевой поверхности.

Это необходимо для нормализации картинки: если пользователь находится с смартфон под наклоненным, или повернул головку, программа “выпрямляет” картинку до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Построение биометрического образца

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

Такой образец очень трудно подделать: он не хранит само картинку пользователя, а лишь уникальные характеристики его облика, что делает его оптимальным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и осуществление заключения

Если человек желает разблокировать мобильник взором, программа воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к трансформациям внешности

Занимательная черта актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно разблокируете смартфон с обновленной укладкой или очками, программа постепенно обновляет эталонный шаблон вашего внешности для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрических информации.

Большинство юзеры опасаются хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома гаджета. Некоторые организации, например Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для повышения защиты сведений клиентов.

• Локальное хранение: Большинство устройств сохраняет био-идентификационные модели исключительно внутрь защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не выходят из аппарат и закрыты включая изготовителю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних разработчиков не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо упомянуть значимую особенность: если кто-то достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют меры безопасности от “слепого” разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают типы определения лиц?

Сегодня можно определить выделить 3 главных способа к осуществлению этой задачи:

Софтверное 2D определение

Применяется только передняя видеокамера без вспомогательных детекторов глубины. Этот подход используется обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность воплощения; минимальная цена; скоростная функционирование при хорошем свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая работа ночью; низкая защищенность.

Аппаратное объёмное сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проектор точек + датчики глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая надёжность; невозможно обмануть фото/видео; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры применения различных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как программное двухмерное определение по снимку фронталкой, так и сенсор ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы защиты и ошибочные сигналы

Несмотря на поразительный успехи техники за прошедшие годы, безупречных системы пока не наблюдается:

1. Вероятность подвоха: Доступные мобильники легко открываются высококачественной фотографией хозяина или видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации внешности: Внезапное утрата веса/набор веса, хирургические вмешательства либо травмы иногда требуют обновления данных биометрии.
4. Условия съёмки: Яркая засветка солнечным светом или интенсивная темнота могут уменьшить точность распознавания признаков.

Ниже несколько подсказок по защищённому эксплуатации:

• Для значимых операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите прошивку смартфона для защиты от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать открытых глаз” везде, где она есть.

Где ещё находится применение технологии за исключением смартфонов?

Хотя предмет нашей работы касается конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг входа в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
• Цифровые удостоверения личности нового поколения;
• Системы видеомониторинга муниципальных подразделений;
• Автоматизация регистрации явки образовательных учреждений/вузов;
• Авторизация участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без карты или телефона! Похожие программы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как трансформируется технология сегодня?

Каждый годочек проявляются современные концепции для повышения стандарта функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс погрешности;
2. Улучшаются искусственные интеллекты — передовые структуры типа MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться дополнительным особенностям вида пользователя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь телефоны умеют распознавать подлинные движущиеся лица от неподвижных снимков/масок по незаметным микродвижениям.
4. Взаимодействие со умными устройствами — умные часы могут самостоятельно закрыть доступ к смартфон, если владелец ушёл далеко.
5. Проявляются комбинированные механизмы — например комбинирующие аудио идентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Вот, какие направления очень актуальны на сегодняшний день:

1) Уменьшение компонентов

Компании намереваются сократить габариты выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для повышения личной безопасности всё более обработки данных выполняется внутри устройства без передачи информации во внешний облачный услугу.

3) Унификация стандартов

Google активно продвигает норму BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные системы, как Вулкан Платинум, и все Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Какое решить на сегодня?

Когда вам всем важна максимальная безопасность информации, подбирайте флагманские устройства с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого новейших поколений
• Huawei Companion/P Series серии
• Mix Professional
• Vivo X серии
• Оппо Find Х линейки.

Если средства невелик – лучше отдавать предпочтение обычным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как второстепенную возможность удобства.

Каким образом увеличить практичность функционирования функции?

Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не пренебрегайте протирать линзу фронтальной камеры – загрязнения могут снизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам запускает камеру когда вы поднимаете его.
4. При регистрации старайтесь сохранять голову ровно перед объектива без значительного наклона головы.
5. Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности прогресса инноваций

В ближайшие времена можно ожидать развития полностью дистанционных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + походка + жесты рук!

Также возможно появление современных методов защиты конфиденциальности – к примеру, изменяющееся модификация электронного образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых увлекательных технологий нашего времени! Она делает интеракцию со телефоном проще чем до этого, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, 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 осведомлены, как работает эта технология внутри, – сможете более осмысленно определять свой очередной гаджет!