Каким образом работает распознавание лиц в мобильных устройствах

Почему мы выбираем разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние времена определение физиономий является одной из самых популярных возможностей для деблокировки мобильных телефонов. Лишь пару лет назад основная часть пользователей удовлетворялись PIN-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что превращает эту функцию такой востребованной? Во-первых, это комфортно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это мгновенно: современные программы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это чувство футуризма — будто в кинолентах про вулкан 24 агентов.

Тем не менее за этой на первый взгляд несложностью скрывается полный универсум сложных методов и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как именно работает распознавание лиц в современных гаджетах, какие применяются методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Сжатая история эволюции инноваций

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти лет. Первые попытки автоматизированного анализа лица были сделаны еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь определять силуэты лица и определять дистанции между очами и устами на ахроматических снимках.

Изначальные торговые установки возникли в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом нейронных сетей и таких систем, как Вулкан 24 Казино, мощных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять собственные решения.

Ключевые этапы функционирования устройства распознавания

Процесс определения лица можно условно сегментировать на несколько основных этапов:

Идентификация лица — камера распознает наличие гуманного образа в изображении.
Извлечение характеристик — система анализирует особенности лица: очертания глаз, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с эталоном — полученный образец сравнивается со сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно высокое, смартфон открывается.

Всякий из этих шагов требует особых процедур и оптимизаций для скорой работы непосредственно на девайсе.

Железные составляющие: что прячется внутри них

Обычная селфи камера.

Простейший несложный вариант идентификации облика применяет только фронтальную камеру мобильного устройства. Подобный подход реализован во многочисленных недорогих вариантах Android-устройств.

Плюсы:

Не требует дополнительных датчиков.
Шустро действует при хорошем освещённости.

Отрицательные стороны:

Несложно обмануть фотографией или видеозаписью.
Плохо работает при плохом свете или необычных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Вулкан 24 Казино, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология составляет базу Face ID от Apple.

Как это действует:

Точечный устройство проекции показывает на лицо использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
ИК устройство регистрирует искривление данной решетки по плоскости лица.
Получается 3D карта глубинности, которая почти неосуществима для фальсификации типичной фото или маскировкой.

Достоинства

Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
Высокая защита к подделкам.
Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В некоторых девайсах применяются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки встречаются чаще всего во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: синтетический ум на работе

Современные устройства распознавания физиономий невозможны при отсутствии применения ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как Вулкан 24 Казино, аппарат способно узнавать пользователя даже при трансформациях облика: новая стрижка, щетина, оптика или косметика не становятся препятствием для открытия.

Детектирование лица

При первом этапе система обязана мгновенно распознать образ лица среди всего снимка с камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен находить физиономию даже при неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение ключевых точек

После идентификации лица система, такая как Вулкан 24 Казино, определяет положение главных точек: кончики глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой поверхности.

Это действие нужно для выравнивания визуала: если пользователь удерживает мобильник под углом, или наклонил головку, программа исправляет картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Формирование биометрического модели

Далее искусственная сеть строит сжатое математическое представление („эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Такой формат весьма сложно подделать: он не сохраняет само изображение пользователя, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его совершенным для таких систем, как Vulkan24.

Сопоставление и принятие решения

Если человек хочет разлочить телефон взглядом, программа осуществляет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый границу (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам облика

Интересная черта современных системы — способность самостоятельного обучения. Если ты постоянно открываете телефон с обновленной укладкой или оптикой, программа постепенно обновляет базовый модель вашего облика для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Множество клиенты боятся держать свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома гаджета. Иные компании, например Vulkan24, предлагают методы для повышения сохранности информации пользователей.

Локальное сбережение: Большинство аппаратов хранит био-идентификационные модели исключительно внутрь защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют устройство и недоступны даже изготовителю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения третьих разработчиков не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо упомянуть значимую особенность: если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители реализуют меры безопасности от „слепого” разблокирования — к примеру, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют виды идентификации лиц?

На сегодняшний день можно определить выделить 3 ключевых подхода к осуществлению этой задачи:

Программное плоское распознавание

Применяется только передняя камера без дополнительных сенсоров глубины. Такой подход наблюдается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность воплощения; низкая цена; оперативная функционирование при достаточном свете.
Минусы: легко обмануть снимком; неустойчивая работа ночью; недостаточная охрана.

Аппаратное 3D оцифровка

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; не получится исказить изображение/видеозапись; постоянная функционирование при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана („чёлка”)

Смешанные методы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам („anti-spoofing”). Например, подобные товары, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Образцы применения разных методов

iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил подобие Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как программное обеспечение плоское идентификацию по изображению фронталкой, так и датчик глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности безопасности и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий успехи технологий за последние лет, идеальных механизмов пока не имеется:

Шанс мошенничества: Бюджетные смартфоны без труда доступны высококачественной изображением пользователя или же видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
Изменения внешнего вида: Внезапное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или повреждения в некоторых случаях требуют перерегистрации биометрии.
Условия фотографирования: Интенсивная засветка солнечным светом или же глубокая темнота могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Ниже несколько советов для безопасному применению:

Для значимых операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
Не запускайте функцию „Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
Систематически апгрейдите прошивку телефона для обеспечения безопасности от актуальных атак;
Включайте настройку „Требовать открытых глаз” в тех местах, где она имеется.

В каких областях также находится применение технология кроме мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема данной публикации касается именно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Контроль доступа в деловых центрах и жилых домах;
Платёжные терминалы финансовых учреждений („Face Pay”);
Виртуальные паспорта современного поколения;
Системы видеомониторинга городских подразделений;
Механизация регистрации явки школ/институтов;
Авторизация пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу („Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или телефона! Похожие инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом трансформируется техпроцесс сегодня?

Всякий годочек возникают современные концепции для повышения качества деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Улучшаются нейросети — передовые конструкции модели MobileNetV3 дают возможность оперативно адаптироваться к свежим чертам внешности пользователя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
Развиваются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют распознавать настоящие движущиеся лица от неподвижных фото/масок по мельчайшим движениям кожи.
Взаимодействие со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
Возникают смешанные устройства — в частности совмещающие аудио опознание + лицо + дактилоскопический след.

Здесь, которые тенденции в особенности актуальны в данный момент:

1) Уменьшение элементов

Производители стараются минимизировать габариты отверстия („чёлки”) для датчики на экране за счёт внедрения миниатюрных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для улучшения конфиденциальности всё больше вычислений выполняется на месте без передачи информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Google интенсивно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, чтобы аналогичные системы, как Вулкан 24, и каждые Android-приложения могли взаимодействовать с любыми видами биометрии единообразно.

Какое выбрать на сегодня?

В случае если вам всем нужна предельная защита данных, выбирайте флагманские аппараты с интегрированным ИК-проектором или же ToF-сенсором глубины.

iPhone всех существующих последних поколений
Huawei Partner/P серии
Mi Professional
Vivo X линейки
Oppo Find X линейки.

Если бюджет ограничен – лучше предпочесть классическим способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию „разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, применять только как опциональную возможность удобства.

Каким образом улучшить комфорт функционирования опции?

Есть пара хитростей для людей, кто уже использует функцию распознавания лица:

Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется облик.
Не забывайте протирать объектив передней камеры – пятна могут снизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам активирует фотоаппарат если вы берёте его в руки.
В процессе записи старайтесь удерживать лицевую часть неподвижно напротив камеры исключая сильного наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отвернулись от дисплея.

Будущее прогресса техники

В предстоящие годы можно ожидать появления полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + походка + жесты рук!

Также возможно появление современных подходов защиты приватности – например, динамическое корректировка диджитал шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень увлекательных технологий нашего эпохи! Она обеспечивает взаимодействие со смартфоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Vulkan24, могут существенно оптимизировать ваш опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы осведомлены, как устроена эта технология изнутри, – будете в состоянии более осмысленно подбирать свой следующий девайс!