Как работает идентификация лиц в мобильных устройствах

Для чего мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние годы определение лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для открытия умных телефонов. Лишь некоторые годов ранее большинство использующих удовлетворялись пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает данную особенность настолько популярной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или находить нужный палец в тьме. Кроме того, это быстро: современные системы распознают лицо фактически за мгновения ока. В-третью очередь, это ощущение футуризма — словно в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Однако за такой на первый взгляд легкостью скрывается полный мир трудных технологий и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как именно работает идентификация по лицу в новейших мобильных телефонах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая повествование прогресса техники

Распознавание лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Первые попытки автоматизированного анализа лица были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины умели лишь обозначать очертания лица и вычислять промежутки между очами и губами на монохромных изображениях.

Начальные бизнес установки возникли в девяностых годах, но они были несовершенны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с прогрессом нейронных сетей и таких платформ, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять собственные разработки.

Основные стадии функционирования механизма идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько основных этапов:

1. Обнаружение лица — устройство выявляет присутствие человеческого лица в снимке.
2. Определение особенностей — система изучает черты физиономии: конфигурацию глаз, носа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение со стандартом — сформированный образец сверяется со записанной при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если соответствие достаточно значительное, смартфон деблокируется.

Всякий из указанных шагов запрашивает специальных методов и улучшений для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Технические элементы: что скрыто внутри

Типичная селфи камера.

Самый простой простой вариант определения облика применяет лишь фронтальную камеру мобильного устройства. Такой подход осуществлён во многочисленных доступных версиях Android-устройств.

Положительные стороны:

• Необходимо потребляет дополнительные датчиков.
• Шустро функционирует при хорошем освещённости.

Слабые стороны:

• Просто обмануть снимком или видеозаписью.
• Плохо функционирует при плохом свете или непривычных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный проектор

Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология является основой Face ID от Apple.

Каким способом это действует:

• Точечный устройство проекции отображает на физиономию юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство записывает деформацию данной решетки по поверхности физиономии.
• Получается трёхмерная глубинная карта глубинности, что практически неподвластна для подделки типичной фотографией или маской.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Высокая устойчивость к подделкам.
• Точность определения выше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных девайсах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения луча до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для построения более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии встречаются наиболее часто во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: искусственный ум в действии

Современные механизмы идентификации лиц неосуществимы в отсутствие эксплуатации ИИ и machine learning. Именно вследствие таким технологиям, как вулкан россии, устройство способно узнавать владельца даже при изменениях внешности: новая причёска, щетина, оптика или грим не становятся барьером для разблокировки.

Распознавание физиономии

На первом стадии программа необходимо оперативно найти ликовое изображение внутри всего кадра с камеры. Для данной цели применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые « обучены » распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен распознавать облик даже в случае неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение основных моментов

После распознавания лица устройство, такая как вулкан россии, определяет местоположение главных точек: уголки глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Это действие нужно для выравнивания визуала: если пользователь удерживает мобильник под наклоненным, или склонил голову, программа корректирует картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрии модели

Далее искусственная сеть строит сжатое числовое представление (« эмбеддинг ») облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Этот формат крайне трудно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные особенности его облика, что делает его совершенным для таких систем, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и осуществление выбора

Когда юзер хочет разблокировать мобильник глазами, программа осуществляет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к метаморфозам внешности

Интересная особенность современных систем — способность самостоятельного обучения. Если вы постоянно открываете смартфон с новой прической или очками, система постепенно освежает основной шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Множество юзеры опасаются сохранять свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за вероятности утечки информации или взлома гаджета. Определенные фирмы, например vulkan russia, предлагают варианты для улучшения защиты данных юзеров.

• Локальное хранение: Большинство устройств записывает био-идентификационные модели лишь внутри безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют устройство и не доступны даже производителю.

• Шифрование: Все информация сберегаются только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения третьих разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения личности через системный API.

Следует упомянуть значимую подробность: в случае, если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют систему защиты от « слепого » разблокирования — к примеру, просят открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают типы распознавания лиц?

На сегодняшний день можно определить различить 3 основных подхода к выполнению этой задачи:

Программируемое плоское распознавание

Применяется только фронтальная видеокамера без экстра сенсоров дистанции. Такой метод наблюдается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность реализации; минимальная цена; быстрая функционирование при достаточном освещении.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; нестабильная деятельность ночью; низкая безопасность.

Оборудование для 3D оцифровка

Задействует инфракрасную камеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая достоверность; нельзя обмануть изображение/видеозапись; постоянная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (« чёлка »)

Смешанные методы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (« anti-spoofing »). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных поколений, сочетают фронталку c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации применения разных способов

• iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как программное обеспечение плоское определение по фото фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы охраны и ошибочные сигналы

Несмотря на поразительный успехи техники за прошедшие лет, идеальных систем пока не наблюдается:

1. Вероятность обмана: Доступные смартфоны легко « разблокируются » качественной снимком хозяина либо видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые совершенные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Метаморфозы внешности: Резкое утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или травмы иногда требуют обновления данных биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая засветка солнечным светом или же глубокая темнота могут снизить верность идентификации признаков.

Вот некоторые подсказок по защищённому эксплуатации:

• Для значимых операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не запускайте возможность « Разблокировка по лицу » на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите программное обеспечение мобильного устройства для обеспечения безопасности от современных угроз;
• Включайте опцию « Требовать распахнутых глаз » в тех местах, где она имеется.

В каких областях также находится применение технология за исключением смартфонов?

Пускай тема данной статьи посвящена в частности смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг прохода в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные устройства банков (« Face Pay »);
• Виртуальные паспорта последнего типа;
• Установки видеоконтроля муниципальных подразделений;
• Автоматизирование регистрации явки школ/университетов;
• Вход юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (« Face Pay ») — хватит пройти через барьер без пластика или мобильника! Аналогичные проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом трансформируется технический процесс сегодня?

Каждый годочек проявляются свежие идеи для повышения уровня работы систем идентификации лиц:

1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс погрешности;
2. Улучшаются нейронные сети — современные архитектуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать дополнительным чертам вида владельца напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать реальные анимированные облики от статичных фото/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — умные часы могут автоматически закрыть доступ к телефон, если владелец отошёл далеко.
5. Появляются смешанные системы — в частности комбинирующие аудио опознание + физиономию + отпечаток пальца.

Итак, те тенденции в особенности популярны на сегодняшний день:

1) Сокращение деталей

Изготовители стараются сократить габариты отверстия (« чёлки ») для сенсоры на экране за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для улучшения личной безопасности всё больше расчётов происходит внутри устройства без передачи данных во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация стандартов

Google интенсивно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, для того чтобы подобные системы, вроде вулкан россия, и все Android-программы могли работать с различными типами биометрии стандартизированно.

Какое подобрать сегодня?

В случае если вам нужна предельная сохранность информации, выбирайте флагманские устройства с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих актуальных поколений
• Huawei Companion/P Series серии
• Mi Professional
• Vivo X модели
• Оппо Обнаружить Х серий.

Если финансы ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию « разблокировка по лицу », такую как в вулкан россия, задействовать только как дополнительную опцию комфорта.

Каким образом увеличить удобство использования функции?

Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не забывайте очищать объектив фронтальной камеры – пятна могут уменьшить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам включает камеру если вы поднимаете его.
4. При записи пытайтесь сохранять голову ровно впереди видеоустройства без сильного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы эволюции техники

В скоро наступающие периоды можно ожидать развития полностью дистанционных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + голос + походка + жесты рук!

Также возможно возникновение новых способов обеспечения конфиденциальности – к примеру, переменное модификация электронного образца после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень увлекательных технологий нашего периода! Она предоставляет общение со телефоном проще чем до этого, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш пользовательский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как функционирует эта технология в деталях, – сможете более осмысленно определять свой очередной устройство!