Каким образом работает распознавание лицевых образов в телефонах

Для чего мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В последние годы определение физиономий превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для разблокировки умных телефонов. Еще некоторые годков тому назад большинство пользователей обходились PIN-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает эту функцию настолько популярной? Во-первых, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или отыскивать верный палец в тьме. Также, это оперативно: современные программы распознают лицо практически за мгновение. В-третьем пункте, это чувство футуризма — будто в кинолентах про вулкан платинум разведчиков.

Тем не менее за данной на первый взгляд простотой скрывается целый вселенная трудных техник и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как конкретно функционирует распознавание лиц в актуальных мобильных телефонах, какие бывают методы, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Краткая история эволюции техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти годов. Начальные попытки автоматического изучения лиц были осуществлены еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь обозначать контуры черепа и измерять промежутки между глазами и ртом на черно-белых фотографиях.

Изначальные торговые системы стали доступны в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, сильных мобильных процессоров 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 достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять собственные разработки.

Ключевые шаги функционирования системы определения

Процесс распознавания лица можно ориентировочно сегментировать на несколько основных этапов:

1. Распознавание лиц — устройство определяет присутствие людского лица в изображении.
2. Определение характеристик — механизм изучает контуры лица: форму глаз, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с стандартом — полученный шаблон сверяется со зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если соответствие достаточно значительное, смартфон открывается.

Всякий из этих стадий запрашивает особых процедур и улучшений для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что прячется внутри

Стандартная селфи камера.

Простейший несложный вариант идентификации лица применяет только фронтальную камеру смартфона смартфона. Подобный подход внедрён во различных доступных вариантах Android-девайсов.

Плюсы:

• Не нуждается в потребляет дополнительных сенсоров.
• Оперативно действует при достаточном свете.

Недостатки:

• Просто ввести в заблуждение снимком или видео.
• Неудачно действует при плохом освещении или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как Vulkan Platinum, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

• Точечный проектор отображает на физиономию юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
• Инфракрасная камера записывает деформацию данной сетки по поверхности лица.
• Создаётся 3D карта глубины, которая практически неподвластна для фальсификации типичной фотографией или маскировкой.

Выигрыши

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Высокая защита к имитациям.
• Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных устройствах используются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения луча до объекта и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические лидары для построения более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти технологии применяются наиболее часто во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: искусственный разум на исполнении

Нынешние устройства идентификации лиц немыслимы при отсутствии эксплуатации artificial intelligence и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как Vulkan Platinum, аппарат в состоянии идентифицировать юзера даже при трансформациях облика: новая стрижка, щетина, линзы или грим не становятся барьером для разблокировки.

Обнаружение физиономии

В первом шаге система обязана мгновенно распознать ликовое изображение среди целого кадра камеры. Для этой задачи используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии обнаруживать физиономию даже при частичном закрытии (например, шалью или ладонью).

Определение важных аспектов

После идентификации лица устройство, такая как Vulkan Platinum, устанавливает местоположение основных точек: уголки глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 главных точек на лицевой поверхности.

Это действие требуется для выравнивания визуала: если человек находится с смартфон под углом, или повернул головку, программа “выпрямляет” изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрии модели

Далее нейросеть строит сжатое цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный формат крайне сложно подделать: он не хранит само изображение пользователя, а лишь особенные черты его облика, что делает его совершенным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и вынесение решения

Когда юзер желает открыть мобильник взглядом, программа воспроизводит все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный границу (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, открывается; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к трансформациям внешности

Увлекательная черта нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если ты часто разблокируете телефон с обновленной стрижкой или оптикой, алгоритм постепенно освежает эталонный шаблон вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных.

Многие юзеры опасаются хранить свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за риска потери данных или взлома устройства. Определенные фирмы, например Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для увеличения сохранности данных клиентов.

• Локальное сохранение: Основная часть девайсов хранит биометрические образцы лишь внутри защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не покидают устройство и недоступны в том числе изготовителю.

• Шифрование: Все данные сохраняются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы третьих девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Следует подчеркнуть значимую особенность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании реализуют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории идентификации лиц?

Сегодня можно определить выделить три основных метода к осуществлению этой функции:

Программируемое 2D определение

Применяется только фронтальная видеокамера без дополнительных датчиков дистанции. Этот подход наблюдается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; низкая затраты; скоростная работа при хорошем свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение снимком; неустойчивая деятельность ночью; низкая охрана.

Оборудование для трёхмерное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая надёжность; нельзя подделать изображение/видеозапись; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с дополнением ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации эксплуатации разных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное распознавание по снимку фронтальной камерой, так и сенсор радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности защиты и неверные срабатывания

Несмотря на впечатляющий прогресс инноваций за прошедшие лет, совершенных систем пока не существует:

1. Шанс обмана: Бюджетные мобильники легко доступны высококачественной снимком владельца или же видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные механизмы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы внешности: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции либо повреждения в некоторых случаях требуют обновления данных биометрических данных.
4. Условия съёмки: Сильная подсветка солнечным светом либо плотная тень могут снизить верность распознавания признаков.

Вот некоторые советов по надёжному использованию:

• Для критически важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте программное обеспечение смартфона для защиты от новых видов атак;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она есть.

В каких областях ещё применяется технология помимо мобильных телефонов?

Хотя предмет нашей статьи сосредоточена на именно мобильным устройствам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Контроль прохода в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
• Цифровые удостоверения личности последнего поколения;
• Комплексы видеонаблюдения городских сервисов;
• Автоматизация учёта посещаемости учебных заведений/вузов;
• Авторизация участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом изменяется технология сегодня?

Каждый годик проявляются свежие концепции для повышения стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
2. Улучшаются нейронные сети — передовые конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно обучаться новым особенностям внешности владельца непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются методы антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать настоящие живые облики от фиксированных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут автоматически блокировать телефон, если владелец отошёл далеко.
5. Появляются смешанные системы — например комбинирующие аудио аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Вот, которые тенденции очень востребованы в данный момент:

1) Миниатюризация компонентов

Изготовители пытаются минимизировать габариты отверстия (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для повышения конфиденциальности всё более расчётов осуществляется на месте без пересылки информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, с целью чтобы такие платформы, вроде Вулкан Платинум, и любые Android-аппы были совместимы с различными типами биометрии единообразно.

Что выбрать сегодня?

Когда вам необходима предельная сохранность информации, подбирайте флагманские аппараты с интегрированным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого новейших версий
• Huawei Partner/P Series ряда
• Mi Expert
• Vivo X модели
• Oppo Find X серии.

Если средства скромен – лучше предпочесть обычным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию удобства.

Как увеличить комфорт использования опции?

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

1. Периодически обновляйте свою изображение-шаблон, если кардинально изменяется внешний вид.
2. Не пренебрегайте очищать линзу фронтальной камеры – разводы могут снизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
4. Во время записи старайтесь держать лицо ровно напротив объектива без резкого наклона головы.
5. Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвернулись от экрана.

Будущее прогресса технологии

В скоро наступающие периоды можно предполагать развития полностью бесконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + звучание + шаги + жесты рук!

Также предполагается возникновение свежих способов обеспечения приватности – скажем, динамическое изменение цифрового шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень захватывающих инноваций нашего времени! Она предоставляет интеракцию со смартфоном проще чем раньше, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы повысить ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы знаете, как работает эта технология внутри, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой будущий устройство!