Каким способом работает идентификация лиц в телефонах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицу

В недавние годы определение лиц превратилось в одной из наиболее востребованных опций для открытия умных телефонов. Всего некоторые годов тому назад основная масса использующих довольствовались PIN-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что делает данную функцию такой востребованной? Прежде всего, это удобно: не нужно запоминать сложные пароли или искать правильный палец в мраке. Также, это мгновенно: современные системы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это ощущение футуризма — будто в кинолентах про вулкан казино агентов.

Тем не менее за этой видимой простотой скрывается целый мир сложных технологий и инженерных решений. Попробуем понять, как точно действует идентификация по лицу в современных мобильных телефонах, какие применяются технологии, насколько они защищены и что нас предстоит.

Сжатая хроника эволюции инноваций

Распознавание лиц как методика существует уже более пятидесяти лет. Начальные пробы автоматического исследования лиц были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ могли лишь определять силуэты лица и определять расстояния между глазами и губами на монохромных фотографиях.

Первые коммерческие платформы появились в 90-х, но они были несовершенны: действовали неспешно и часто ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, мощных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать свои разработки.

Главные стадии действия системы распознавания

Процесс идентификации лица можно условно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лица — аппарат определяет существование гуманного образа в кадре.
2. Определение признаков — механизм исследует черты лица: очертания зрительных органов, обонятельного органа, губ, позицию бровей.
3. Построение структуры — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со образцом — созданный образец сопоставляется с зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если совпадение достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Каждый из этих шагов запрашивает специальных алгоритмов и усовершенствований для скорой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что прячется в их недрах

Стандартная селфи камера.

Самый простой несложный метод распознавания лица применяет только фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Подобный подход внедрён во многих доступных версиях Android-девайсов.

Плюсы:

• Не нуждается в потребляет дополнительных датчиков.
• Оперативно работает при достаточном свете.

Слабые стороны:

• Легко ввести в заблуждение снимком или видеозаписью.
• Неудачно работает при плохом свете или непривычных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика лежит в основе Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный устройство проекции отображает на облик использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• ИК камера фиксирует деформацию данной сетки по поверхности физиономии.
• Формируется трехмерная карта глубинности, что почти невозможна для имитации обычной фото или маскировкой.

Выигрыши

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Большая защита к подделкам.
• Точность определения более 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных аппаратах используются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения света до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для формирования более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти разработки используются чаще всего во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искусственный ум на действии

Текущие системы распознавания лиц неосуществимы при отсутствии использования ИИ и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, устройство может распознавать пользователя даже при изменениях облика: новая причёска, растительность на лице, линзы или косметика не становятся барьером для открытия.

Детектирование лиц

На первом этапе программа необходимо мгновенно обнаружить ликовое изображение среди всего кадра с камеры. Для этой задачи применяются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен распознавать лицо даже с частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение ключевых точек

После идентификации лица механизм, такая как вулкан россии, вычисляет местоположение ключевых точек: кончики глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 основных меток на лицевой поверхности.

Это нужно для стабилизации картинки: если пользователь держит смартфон под наклоненным, или склонил головку, программа корректирует изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Построение биометрического идентификатора модели

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

Такой шаблон очень сложно подделать: он не хранит непосредственно изображение пользователя, а лишь особенные характеристики его внешности, что делает его совершенным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнение и осуществление заключения

В случае, когда человек хочет разлочить телефон взором, система осуществляет все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает определённый порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к трансформациям внешнего вида

Интересная черта актуальных системы — способность самообучения. Если ты часто доступаете к телефон с обновленной укладкой или оптикой, программа постепенно модернизирует основной образец вашего облика для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрических данных данных.

Множество юзеры боятся хранить свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома устройства. Иные организации, такие как vulkan russia, предоставляют варианты для улучшения безопасности сведений клиентов.

• Локальное хранение: Большинство устройств записывает био-идентификационные шаблоны только внутрь защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не выходят из гаджет и не доступны в том числе производителю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы третьих девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Необходимо отметить значимую деталь: если кто-то получит доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители внедряют меры безопасности от “слепого” разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют категории распознавания лиц на изображениях?

Сегодня можно различить 3 ключевых метода к реализации этой функции:

Программное плоское идентификация

Эксплуатируется только фронтальная видеокамера без вспомогательных детекторов глубины. Такой метод встречается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость реализации; умеренная стоимость; скоростная деятельность при качественном освещении.
Минусы: просто обмануть фотографией; неустойчивая деятельность ночью; низкая охрана.

Аппаратное трёхмерное оцифровка

Задействует ИК камеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: большая достоверность; невозможно подделать фото/видео; устойчивая функционирование при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних версий, сочетают фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Примеры применения разных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как софтверное двухмерное распознавание по снимку фронталкой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Вопросы безопасности и неверные сигналы

Несмотря на впечатляющий прогресс техники за последние лет, совершенных системы пока не имеется:

1. Возможность мошенничества: Доступные мобильники просто доступны качественной изображением хозяина или же роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Стремительное похудение/набор веса, хирургические вмешательства или травмы иногда требуют обновления данных биометрии.
4. Условия записи: Интенсивная засветка солнечным светом или плотная затенение могут уменьшить точность распознавания признаков.

Здесь некоторые рекомендаций по безопасному применению:

• Для критически важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте программное обеспечение телефона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать открытых глаз” там, где она доступна.

В каких областях также находится применение технология за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что тема данной работы касается в частности мобильным устройствам, стоит упомянуть о прочих направлениях внедрения технологии:

• Контроль входа в деловых центрах и резиденциях;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта последнего образца;
• Установки видеомониторинга городских сервисов;
• Автоматизация регистрации явки учебных заведений/вузов;
• Авторизация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без карты или телефона! Похожие проекты развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как меняется технический процесс сегодня?

Всякий годик появляются современные мысли для улучшения уровня деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Улучшаются нейронные сети — современные конструкции модели MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к свежим чертам облика обладателя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны могут распознавать подлинные движущиеся лица от фиксированных снимков/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Взаимодействие со умными устройствами — умные часы могут автоматически блокировать смартфон, если обладатель ушёл далеко.
5. Проявляются смешанные механизмы — например объединяющие аудио опознание + облик + пальцевой отпечаток.

Итак, какие направления очень востребованы сейчас:

1) Сокращение элементов

Производители пытаются минимизировать размер выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для увеличения личной безопасности всё более обработки данных происходит внутри устройства без пересылки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные платформы, вроде вулкан россия, и каждые Android-программы были совместимы с различными типами биометрии единообразно.

Какое выбрать сегодня?

Когда тебе необходима наивысшая безопасность данных, выбирайте передовые аппараты со встроенным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех актуальных моделей
• Huawei Partner/P серии
• Mix Professional
• Vivo X модели
• Oppo Find X линейки.

Если средства невелик – лучше отдавать предпочтение обычным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким способом повысить практичность работы опции?

Есть пара советов для людей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально меняется внешний вид.
2. Не пренебрегайте протирать линзу передней камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам активирует фотоаппарат когда вы поднимаете его.
4. При регистрации старайтесь держать лицевую часть прямо перед объектива не допуская сильного наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее развития технологии

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

Также возможно развитие современных способов охраны приватности – к примеру, переменное модификация цифрового образца после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых интересных технологий нашего эпохи! Она делает интеракцию со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как vulkan russia, могут в разы повысить ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта технология в деталях, – будете в состоянии осознаннее выбирать свой будущий устройство!