Как функционирует распознавание лицевых образов в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по лицу

В последние годы распознавание физиономий является одной из наиболее востребованных опций для открытия мобильных телефонов. Еще пару годов ранее основная масса пользователей удовлетворялись пин-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную функцию такой востребованной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить замысловатые пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это мгновенно: современные системы узнают лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это ощущение будущего — как будто в кинолентах про вулкан платинум разведчиков.

Впрочем за этой на первый взгляд легкостью скрывается полный мир комплексных техник и инженерных решений. Позвольте нам разобраться, как именно действует распознавание лиц в современных мобильных телефонах, какие бывают методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая история развития инноваций

Распознавание лиц как методика присутствует уже более пятидесяти годов. Начальные эксперименты автоматического анализа лица были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины умели лишь обозначать силуэты лица и измерять дистанции между очами и губами на черно-белых фотографиях.

Первые бизнес платформы появились в 90-х, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом синтетических сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, мощных мобильных чипов идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать собственные решения.

Основные стадии работы механизма определения

Процесс определения лица можно ориентировочно поделить на несколько основных этапов:

1. Идентификация лиц — камера распознает существование человеческого лица в снимке.
2. Извлечение особенностей — алгоритм изучает черты облика: очертания зрительных органов, носа, губ, положение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с эталоном — сформированный модель сопоставляется со зафиксированной при учёте биометрической сведениями владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Любой из указанных шагов запрашивает особых методов и оптимизаций для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто внутри них

Стандартная передняя камера.

Самый несложный вариант идентификации физиономии задействует только лицевую видеокамеру смартфона. Подобный подход реализован во многочисленных недорогих версиях Android-девайсов.

Достоинства:

• Необходимо потребляет дополнительные датчиков.
• Оперативно функционирует при достаточном свете.

Недостатки:

• Просто обмануть снимком или видеозаписью.
• Неудачно функционирует при низком освещении или нестандартных углах обзора.

Инфракрасная камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика является основой Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

• Точечный проекционный прибор показывает на физиономию использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• ИК устройство фиксирует изменение формы этой сетки по поверхности физиономии.
• Формируется трехмерная карта глубины глубинности, что почти что неподвластна для подделки типичной фото или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Сильная защита к фальсификациям.
• Точность идентификации свыше 99%.

Добавочные сенсоры

В определённых аппаратах задействуются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения луча до объекта и обратно; RGB-датчики дальности; специальные лазерные лидары для формирования более точной 3D-модели лица.

Эти разработки применяются наиболее часто во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: искусственный разум на исполнении

Нынешние механизмы распознавания лиц немыслимы в отсутствие использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как Vulkan Platinum, гаджет в состоянии идентифицировать владельца даже при трансформациях облика: новая укладка, борода, очки или косметика не становятся препятствием для открытия.

Детектирование лиц

В стартовом этапе система обязана мгновенно обнаружить лицо в пределах полного кадра с камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен находить облик даже при частичном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Выделение ключевых точек

После идентификации лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение ключевых точек: кончики глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой поверхности.

Это необходимо для стабилизации изображения: если юзер удерживает телефон под наклоном, или склонил головку, программа “выпрямляет” изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Формирование биометрического образца

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

Такой формат весьма трудно сфальсифицировать: он не хранит само фото пользователя, а лишь уникальные характеристики его вида, что делает его оптимальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и принятие решения

В случае, когда юзер намеревается открыть мобильник глазами, механизм повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, открывается; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к трансформациям внешности

Увлекательная черта современных систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно разблокируете смартфон с обновленной стрижкой или очками, программа постепенно освежает основной модель вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических информации.

Большинство юзеры беспокоятся хранить свои био-идентификационные данные на телефоне из-за угрозы утечки данных или взлома устройства. Некоторые компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают варианты для увеличения сохранности сведений юзеров.

• Локальное хранение: Большинство устройств сохраняет биометрические модели исключительно внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не оставляют аппарат и не доступны включая производителю.

• Шифрование: Все сведения сохраняются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы внешних разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо отметить важную особенность: в случае, если кто-то достанет физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании внедряют систему защиты от автоматического разблокирования — в частности, требуют раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить три ключевых метода к выполнению этой задачи:

Программируемое 2D определение

Эксплуатируется только фронтальная камера без вспомогательных датчиков дистанции. Этот способ наблюдается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность осуществления; умеренная стоимость; быстрая деятельность при качественном свете.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; нестабильная деятельность ночью; низкая защищенность.

Оборудование для трёхмерное оцифровка

Использует ИК видеокамеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надёжность; невозможно обмануть фото/видео; постоянная работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, объединяют фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы применения разнообразных способов

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил подобие Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное обеспечение плоское определение по изображению фронталкой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и ошибочные сигналы

Несмотря на замечательный прогресс техники за недавние годы, безупречных механизмов пока не существует:

1. Вероятность мошенничества: Доступные мобильники легко открываются качественной изображением владельца или же роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Внезапное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или повреждения в некоторых случаях требуют обновления данных биометрии.
4. Условия записи: Яркая засветка солнцем или же интенсивная затенение могут снизить верность определения признаков.

Ниже пара советов для безопасному применению:

• Для критически важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку ПО смартфона для защиты от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать открытых глаз” везде, где она имеется.

В каких местах ещё находится применение технология за исключением мобильных телефонов?

Хотя тема этой публикации сосредоточена на конкретно смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг входа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные идентификационные документы последнего типа;
• Установки видеомониторинга городских служб;
• Автоматизация отслеживания посещаемости учебных заведений/вузов;
• Авторизация пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без карты или мобильника! Аналогичные программы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом трансформируется технология сегодня?

Всякий годочек возникают новые идеи для улучшения уровня деятельности систем распознавания лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Развиваются искусственные интеллекты — современные структуры типа MobileNetV3 позволяют скоростно обучаться новым характеристикам облика владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь телефоны способны отличать реальные движущиеся лица от фиксированных снимков/масок по микроскопическим движениям кожи.
4. Интеграция со смарт-гаджетами — смарт-часы могут автоматически заблокировать телефон, если владелец ушёл далеко.
5. Возникают смешанные системы — в частности объединяющие речевую аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Итак, те тренды в особенности востребованы в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Изготовители намереваются уменьшить габариты выреза (“чёлки”) для датчики на экране за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для улучшения приватности всё больше вычислений происходит на месте без отправки информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл интенсивно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие площадки, например как Вулкан Платинум, и любые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что выбрать сегодня?

В случае если вам всем нужна предельная безопасность данных, выбирайте топовые модели с интегрированным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих новейших версий
• Huawei Mate/P Series линейки
• Mix Professional
• Vivo X модели
• Oppo Обнаружить Х линейки.

Если средства невелик – лучше предпочесть классическим методам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию удобства.

Каким образом улучшить практичность работы возможности?

Есть несколько хитростей для тех, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно трансформируется внешность.
2. Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – разводы могут уменьшить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам активирует камеру как только вы поднимаете его.
4. При записи пытайтесь удерживать лицо прямо напротив объектива не допуская сильного наклона головы.
5. Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Будущее прогресса техники

В ближайшие периоды можно предвкушать возникновения полностью бесконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + голос + походка + манипуляции руками!

Также возможно развитие новых методов обеспечения конфиденциальности – например, динамическое модификация диджитал шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых интересных инноваций нашего периода! Она делает взаимодействие со смартфоном комфортнее чем раньше, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш юзерский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы осведомлены, как функционирует эта система внутри, – сумеете более осмысленно выбирать свой будущий устройство!