Как работает распознавание лиц в мобильных устройствах

Почему мы выбираем разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние годы определение лиц превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для деблокировки мобильных телефонов. Лишь пару годов ранее основная масса пользователей довольствовались пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту функцию настолько популярной? Для начала, это удобно: не нужно запоминать замысловатые пароли или отыскивать нужный палец в мраке. Также, это быстро: современные алгоритмы узнают лицо фактически за мгновения ока. В-третьих, это впечатление будущего — будто в фильмах про vulkan russia шпионов.

Впрочем за такой кажущейся несложностью таится целый мир сложных техник и инженерных решений. Давайте понять, как точно функционирует распознавание лиц в новейших смартфонах, какие бывают технологии, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Сжатая история эволюции инноваций

Распознавание лиц как техника присутствует уже более 50 лет. Изначальные эксперименты машинного анализа облика были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ способны были лишь обозначать силуэты головы и измерять дистанции между зрачками и ртом на ахроматических изображениях.

Первые бизнес платформы возникли в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких платформ, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

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

Основные шаги работы системы распознавания

Процесс идентификации лица можно условно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — аппарат распознает присутствие гуманного образа в кадре.
2. Выделение особенностей — алгоритм изучает черты облика: конфигурацию глаз, носа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся неповторимый электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — созданный образец сверяется с сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Любой из этих стадий требует специальных методов и усовершенствований для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что находится в их недрах

Обычная селфи камера.

Простейший легкий вариант распознавания лица применяет лишь фронтальную камеру смартфона смартфона. Такой метод реализован во многочисленных недорогих версиях Android-девайсов.

Положительные стороны:

• Необходимо требует дополнительных сенсоров.
• Оперативно функционирует при хорошем освещённости.

Минусы:

• Несложно ввести в заблуждение снимком или роликом.
• Неудачно функционирует при плохом освещённости или необычных ракурсах.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика является основой Face ID от Apple.

Как это работает:

• Точечный проектор показывает на лицо пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
• ИК камера записывает деформацию данной решетки по поверхности физиономии.
• Создаётся трёхмерная карта глубины, которая практически невозможна для фальсификации стандартной фото или маской.

Плюсы

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Сильная устойчивость к фальсификациям.
• Точность идентификации выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых устройствах применяются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения света до предмета и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные лазерные лидары для формирования более детализированной 3D-модели лица.

Эти разработки используются наиболее часто во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: синтетический разум на работе

Современные устройства распознавания лиц неосуществимы при отсутствии использования ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как вулкан россии, гаджет способно распознавать пользователя даже при трансформациях облика: новая причёска, растительность на лице, оптика или косметика не становятся барьером для разблокировки.

Детектирование физиономии

При стартовом стадии алгоритм обязана оперативно обнаружить лицо внутри всего кадра камеры. Для этой задачи применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может находить физиономию даже при неполном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Идентификация важных аспектов

После обнаружения лица система, такая как вулкан россии, устанавливает положение ключевых точек: края глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 основных точек на лице.

Данное необходимо для стабилизации визуала: если пользователь удерживает смартфон под углом, или наклонил головку, программа исправляет картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрического шаблона

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

Данный шаблон крайне сложно подделать: он не удерживает само фото пользователя, а лишь исключительные черты его вида, что делает его совершенным для таких платформ, как vulkan russia.

Сопоставление и осуществление выбора

В случае, когда человек намеревается разлочить смартфон глазами, механизм осуществляет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к изменениям внешности

Интересная особенность современных систем — способность самостоятельного обучения. Если ты часто разблокируете мобильное устройство с обновленной прической или очками, алгоритм постепенно обновляет базовый модель вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрии данных.

Большинство юзеры беспокоятся держать свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за угрозы утечки информации или взлома гаджета. Иные фирмы, например vulkan russia, предлагают решения для увеличения сохранности информации клиентов.

• Локальное сбережение: Преимущественно аппаратов сохраняет биометричные модели только в пределах защищенного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют аппарат и закрыты включая производителю.

• Шифрование: Все данные сохраняются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы сторонних девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт подтверждения идентичности через системный API.

Стоит упомянуть существенную особенность: в случае, если кто-то сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители внедряют систему защиты от “слепого” разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются категории распознавания лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить три главных метода к реализации этой операции:

Софтверное 2D определение

Применяется только передняя видеокамера без дополнительных датчиков глубины. Подобный способ встречается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; минимальная цена; оперативная работа при качественном свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; ненадежная работа ночью; слабая охрана.

Оборудование для 3D оцифровка

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: большая надежность; не получится исказить изображение/видеозапись; постоянная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c ИК сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации использования различных методов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное идентификацию по изображению фронтальной камерой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы защиты и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий развитие инноваций за недавние годы, идеальных систем пока не существует:

1. Вероятность обмана: Доступные мобильники просто “разблокируются” качественной снимком владельца или видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
3. Метаморфозы облика: Внезапное похудение/набор веса, пластические операции либо повреждения иногда требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия записи: Яркая подсветка солнечным светом либо глубокая затенение могут уменьшить верность идентификации признаков.

Здесь несколько советов для защищённому применению:

• Для значимых операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку мобильного устройства для защиты от новых видов атак;
• Включайте настройку “Требовать открытых глаз” в тех местах, где она есть.

В каких областях также применяется технологии кроме мобильных телефонов?

Хотя предмет нашей статьи касается конкретно мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

• Управление входа в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные удостоверения личности нового типа;
• Системы видеомониторинга муниципальных подразделений;
• Автоматизация отслеживания посещаемости образовательных учреждений/вузов;
• Вход юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без карты или телефона! Схожие программы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким способом трансформируется технология в нынешнее время?

Всякий годочек проявляются современные концепции для повышения уровня функционирования систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — новейшие архитектуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро адаптироваться к дополнительным особенностям облика обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать подлинные живые облики от неподвижных фотографий/маскировок по незаметным микродвижениям.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если обладатель ушёл далеко.
5. Появляются гибридные устройства — к примеру комбинирующие аудио аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Вот, которые тенденции особенно популярны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Производители намереваются уменьшить размер прорези (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для повышения личной безопасности всё более расчётов выполняется на месте без передачи информации во внешний облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Гугл активно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы такие платформы, как вулкан россия, и все Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии унифицированно.

Что выбрать на сегодня?

Если вам всем необходима максимальная сохранность информации, остановите выбор на флагманские модели с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех существующих последних версий
• Huawei Companion/P серии
• Mix Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Найти Икс линейки.

Если средства невелик – лучше предпочесть традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как второстепенную возможность удобства.

Каким образом повысить комфорт функционирования опции?

Есть несколько советов для тех, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не упускайте из виду очищать объектив передней камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам активирует камеру как только вы поднимаете его.
4. Во время регистрационного процесса старайтесь держать лицевую часть ровно перед объектива не допуская сильного наклона головы.
5. Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отвернулись от экрана.

Возможности прогресса технологии

В предстоящие времена можно ожидать появления полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + шаги + жесты рук!

Также вероятно возникновение свежих подходов обеспечения личной информации – к примеру, переменное корректировка электронного паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее интересных технологий нашего периода! Она обеспечивает взаимодействие со телефоном проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как vulkan russia, могут значительно оптимизировать ваш юзерский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы знаете, как работает эта технология изнутри, – будете в состоянии осознаннее выбирать свой будущий устройство!