Как функционирует идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по лицевому распознаванию

В последние годы определение лиц является одной из наиболее востребованных функций для разблокировки смартфонов. Лишь некоторые годов назад большинство юзеров обходились пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как admiral x, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту конкретную возможность очень нужной? Для начала, это комфортно: не нужно запоминать трудные пароли или искать нужный палец в тьме. Во-вторых, это мгновенно: современные системы узнают лицо фактически за мгновения ока. В-третью очередь, это впечатление футуризма — будто в кинолентах про адмирал x разведчиков.

Однако за этой на первый взгляд несложностью прячется полный мир трудных технологий и инженерных разработок. Позвольте нам разобраться, как конкретно действует идентификация по лицу в новейших гаджетах, какие бывают методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Сжатая история эволюции инноваций

Идентификация лиц как технология присутствует уже более пятидесяти годов. Первые попытки автоматического анализа лиц были осуществлены еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины могли лишь определять контуры черепа и измерять дистанции между глазами и ртом на черно-белых изображениях.

Изначальные коммерческие платформы появились в девяностых годах, но они были несовершенны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с развитием синтетических сетей и таких площадок, как адмирал х, мощных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять личные решения.

Основные этапы функционирования механизма идентификации

Процесс распознавания лица можно ориентировочно поделить на несколько основных этапов:

1. Распознавание лица — аппарат выявляет существование людского образа в кадре.
2. Выделение характеристик — механизм анализирует особенности облика: конфигурацию зрительных органов, носа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со стандартом — созданный шаблон сверяется с сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон открывается.

Любой из указанных шагов требует особых методов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что прячется в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Самый простой несложный вариант распознавания облика задействует лишь переднюю камеру смартфона смартфона. Подобный способ реализован во различных недорогих моделях Android-устройств.

Достоинства:

• Необходимо нуждается в дополнительные сенсоров.
• Быстро действует при достаточном освещённости.

Минусы:

• Несложно одурачить изображением или видео.
• Неправильно функционирует при низком освещённости или непривычных углах обзора.

ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как адмирал х, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика лежит в основе Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный проектор показывает на лицо использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• Инфракрасная камера фиксирует деформацию этой решетки по поверхности лица.
• Получается 3D карта глубины глубины, которая почти невозможна для фальсификации обычной фото или маской.

Выигрыши

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Большая защита к подделкам.
• Точность распознавания выше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В определённых аппаратах задействуются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период прохождения света до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные световые дальномеры для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти инновации применяются в основном во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный разум на действии

Нынешние системы идентификации лиц немыслимы при отсутствии эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно вследствие таким разработкам, как адмирал х, устройство в состоянии распознавать владельца даже при изменениях внешнего вида: новая стрижка, борода, оптика или косметика не становятся барьером для разблокировки.

Детектирование физиономии

В первом шаге программа должна быстро обнаружить ликовое изображение среди всего кадра с камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен обнаруживать лицо даже с частичном закрытии (например, шарфом или рукой).

Определение важных аспектов

После идентификации лица устройство, такая как адмирал х, определяет местоположение ключевых точек: кончики глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 главных меток на лицевой поверхности.

Это действие необходимо для нормализации картинки: если пользователь удерживает смартфон под углом, или наклонил головку, программа исправляет картинку до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

Далее нейросеть строит уплотненное числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Такой формат крайне затруднительно подделать: он не сохраняет само картинку пользователя, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его оптимальным для таких систем, как admiral-x.

Сравнительный анализ и осуществление заключения

В случае, когда человек желает разблокировать телефон взглядом, программа воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа admiral-x, доступен; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к трансформациям облика

Занимательная черта нынешних системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно доступаете к телефон с свежей укладкой или очками, программа постепенно освежает эталонный образец вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Большинство юзеры опасаются хранить свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за угрозы утечки данных или хакерской атаки. Некоторые организации, вроде admiral-x, предлагают методы для увеличения защиты данных пользователей.

• Локальное сбережение: Большинство устройств сохраняет био-идентификационные шаблоны только внутрь безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не выходят из аппарат и недоступны даже создателю.

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

• Изоляция программ: Приложения третьих разработчиков не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть значимую деталь: если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители осуществляют меры безопасности от автоматического разблокирования — например, требуют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются типы идентификации лиц?

Сегодня можно выделить три ключевых подхода к реализации этой функции:

Софтверное двухмерное определение

Используется только передняя видеокамера без вспомогательных сенсоров дистанции. Этот метод встречается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость воплощения; минимальная цена; оперативная функционирование при достаточном свете.
Минусы: несложно одурачить снимком; ненадежная деятельность ночью; низкая защищенность.

Техническое трёхмерное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: значительная достоверность; невозможно исказить фото/видео; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы использования разнообразных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как софтверное плоское идентификацию по снимку фронтальной камерой, так и сенсор радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и неверные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за прошедшие лет, совершенных систем пока не имеется:

1. Возможность обмана: Бюджетные смартфоны легко открываются качественной фотографией владельца или же роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые совершенные механизмы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Резкое похудение/набор веса, хирургические вмешательства или травмы в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия записи: Интенсивная подсветка солнцем либо плотная темнота могут понизить верность определения признаков.

Здесь пара советов по надёжному применению:

• Для критически важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку телефона для защиты от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она есть.

Где ещё используется технология помимо мобильных телефонов?

Хотя тема этой публикации касается именно смартфонам и планшетам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

• Управление входа в офисах и жилых домах;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта последнего поколения;
• Установки видеонаблюдения муниципальных подразделений;
• Механизация регистрации посещаемости учебных заведений/вузов;
• Вход юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Схожие программы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется технический процесс в наше время?

Каждый год возникают свежие идеи для повышения стандарта деятельности систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше информации фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
2. Развиваются искусственные интеллекты — современные конструкции вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно осваивать свежим чертам облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь телефоны могут распознавать настоящие анимированные лица от фиксированных снимков/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
5. Возникают гибридные устройства — например совмещающие голосовую аутентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Здесь, которые тренды особенно актуальны на сегодняшний день:

1) Миниатюризация элементов

Компании стараются сократить габариты выреза (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для улучшения приватности всё больше вычислений выполняется внутри устройства без передачи информации во внешний облачный услугу.

3) Унификация регламентов

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные платформы, например как admiral x, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии унифицированно.

Какое выбрать сегодня?

В случае если вам нужна наивысшая сохранность данных, подбирайте флагманские аппараты с интегрированным ИК-излучателем или ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого новейших поколений
• Huawei Companion/Series P ряда
• Mix Professional
• Vivo X линейки
• Oppo Найти Икс серии.

Если средства скромен – лучше выбирать обычным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, использовать только как опциональную опцию удобства.

Каким способом повысить комфорт работы возможности?

Есть некоторые хитростей для пользователей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Периодически меняйте свою фото-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не пренебрегайте очищать объектив передней камеры – загрязнения могут уменьшить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам запускает камеру когда вы берёте его в руки.
4. В процессе записи пытайтесь сохранять лицевую часть неподвижно напротив камеры не допуская резкого наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы эволюции технологии

В ближайшие годы можно ожидать развития полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно возникновение новых методов защиты приватности – к примеру, динамическое корректировка цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых увлекательных технологий нашего времени! Она обеспечивает интеракцию со смартфоном удобнее чем до этого, и такие аппы, как admiral-x, могут значительно повысить ваш опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы знаете, как функционирует эта методика изнутри, – будете в состоянии вдумчиво подбирать свой следующий гаджет!