Каким способом действует определение лиц в мобильных устройствах

Почему мы останавливаемся на разблокировку по фейсу

В последние годы распознавание лиц превратилось в одной из самых популярных функций для открытия умных телефонов. Еще некоторые годков назад большинство использующих довольствовались пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь обуславливает эту возможность очень нужной? Для начала, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или находить правильный палец в темноте. Также, это быстро: современные системы распознают лицо буквально за мгновения ока. В-третьих, это ощущение футуристичности — словно в кинофильмах про вулкан платинум шпионов.

Впрочем за данной видимой простотой скрывается весь вселенная сложных методов и инженерных концепций. Позвольте нам разобраться, как точно действует идентификация по лицу в современных гаджетах, какие бывают способы, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Сжатая хроника эволюции технологии

Распознавание лиц как техника существует уже более 50 годов. Первые эксперименты машинного изучения лиц были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры умели лишь обозначать очертания лица и измерять дистанции между очами и ртом на ахроматических изображениях.

Начальные торговые системы стали доступны в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и часто ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять свои решения.

Главные стадии действия системы распознавания

Процесс определения лица можно условно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — устройство выявляет наличие гуманного образа в изображении.
2. Извлечение признаков — механизм изучает контуры облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — созданный образец сверяется со сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если сходство достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Всякий из этих этапов запрашивает индивидуальных методов и усовершенствований для быстрой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что скрыто внутри

Стандартная передняя камера.

Самый несложный метод идентификации лица использует лишь фронтальную камеру смартфона смартфона. Данный метод осуществлён во многочисленных недорогих вариантах Android-устройств.

Положительные стороны:

• Не нуждается в дополнительных сенсоров.
• Шустро работает при достаточном освещении.

Минусы:

• Несложно одурачить снимком или видео.
• Неудачно действует при слабом освещении или необычных ракурсах.

ИК фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

• Точечный проектор показывает на лицо юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• ИК камера фиксирует изменение формы данной решетки по плоскости физиономии.
• Получается трёхмерная карта глубины глубины, которая почти что невозможна для фальсификации стандартной фотографией или маской.

Выигрыши

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Большая сопротивляемость к имитациям.
• Точность определения более 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных аппаратах применяются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время распространения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные световые измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

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

Софтверные методы: искусственный интеллект на действии

Текущие механизмы опознания физиономий немыслимы в отсутствие использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как Vulkan Platinum, гаджет может идентифицировать юзера даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, растительность на лице, очки или макияж не становятся барьером для открытия.

Распознавание лиц

В первом стадии алгоритм обязана мгновенно обнаружить ликовое изображение среди всего снимка с камеры. Для данной цели применяются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать облик даже в случае неполном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение основных моментов

После обнаружения лица система, такая как Vulkan Platinum, вычисляет положение основных точек: кончики глаз, конец носа, края губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой поверхности.

Это действие нужно для нормализации картинки: если человек держит смартфон под наклоном, или повернул голову, программа исправляет изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрического образца

Далее нейронная сеть строит уплотненное цифровое представление («эмбеддинг») лица пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой шаблон весьма затруднительно подделать: он не хранит непосредственно фото юзера, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и вынесение выбора

Когда пользователь намеревается открыть телефон глазами, механизм осуществляет все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к метаморфозам внешности

Занимательная черта современных систем — способность самообучения. Если ты часто разблокируете телефон с свежей стрижкой или оптикой, программа постепенно модернизирует основной образец вашего внешности для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Охрана биометрии информации.

Многие клиенты боятся сохранять свои биометрические данные на телефоне из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Определенные организации, такие как Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для увеличения безопасности информации пользователей.

• Локальное сохранение: Основная часть аппаратов записывает био-идентификационные модели исключительно в пределах безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не оставляют гаджет и закрыты включая производителю.

• Шифрование: Все информация сохраняются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних девелоперов не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт подтверждения личности через системный API.

Стоит упомянуть существенную подробность: в случае, если кто-либо получит доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — в частности, просят раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают категории определения лиц?

В настоящее время можно различить три главных подхода к реализации этой операции:

Программируемое двухмерное идентификация

Используется только лицевая видеокамера без экстра детекторов глубины. Этот способ встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность осуществления; низкая цена; оперативная деятельность при качественном освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная защищенность.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; невозможно подделать фото/видео; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Комбинированные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, такие продукты, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, объединяют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры применения разнообразных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые представил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное обеспечение плоское определение по снимку фронталкой, так и сенсор ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на поразительный развитие технологий за недавние лет, совершенных механизмов пока не имеется:

1. Вероятность обмана: Доступные смартфоны просто «разблокируются» высококачественной фотографией пользователя либо видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Внезапное утрата веса/набор веса, пластические операции либо травмы порой требуют повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая освещённость солнечным светом или плотная затенение могут уменьшить точность определения признаков.

Здесь пара советов по безопасному применению:

• Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не активируйте возможность «Разблокировка по лицу» на дешёвых аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите прошивку телефона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте опцию «Требовать открытых глаз» в тех местах, где она имеется.

В каких местах также используется технология помимо смартфонов?

Пускай предмет нашей статьи посвящена в частности портативным гаджетам, стоит упомянуть о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг доступа в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков («Face Pay»);
• Электронные удостоверения личности современного образца;
• Комплексы видеоконтроля городских служб;
• Автоматизирование отслеживания присутствия учебных заведений/институтов;
• Аутентификация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу («Face Pay») — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Аналогичные программы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом меняется технический процесс сегодня?

Всякий год проявляются свежие концепции для усовершенствования качества работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — новейшие конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро обучаться свежим чертам вида обладателя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь телефоны могут различать подлинные живые лица от статичных фото/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Синхронизация со умными устройствами — смарт-часы могут автоматически закрыть доступ к смартфон, если пользователь ушёл далеко.
5. Возникают смешанные механизмы — в частности объединяющие голосовую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Здесь, какие направления в особенности востребованы в данный момент:

1) Сокращение компонентов

Изготовители пытаются уменьшить размер прорези («чёлки») для сенсоры на дисплее за счёт встраивания компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё более обработки данных осуществляется локально без отправки информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Google интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные площадки, вроде Вулкан Платинум, и любые Android-программы могли взаимодействовать с любыми видами биометрии единообразно.

Что решить сегодня?

Если вам важна максимальная сохранность данных, остановите выбор на передовые устройства с интегрированным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих актуальных версий
• Huawei Partner/P Series линейки
• Mix Pro
• Vivo X модели
• Oppo Find X линейки.

Если финансы невелик – лучше предпочесть обычным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность «разблокировка по лицу», такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную возможность комфорта.

Как повысить комфорт работы возможности?

Есть пара советов для пользователей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не пренебрегайте очищать объектив передней камеры – разводы могут уменьшить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам активирует фотоаппарат если вы поднимаете его.
4. В процессе регистрации постарайтесь удерживать лицевую часть неподвижно впереди камеры не допуская резкого наклона головы.
5. Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы эволюции инноваций

В предстоящие годы можно ожидать появления полностью безконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + звучание + походка + движения рук!

Также вероятно развитие новых методов обеспечения приватности – например, изменяющееся корректировка цифрового паттерна после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее увлекательных инноваций нашего эпохи! Она обеспечивает интеракцию со мобильным устройством проще чем раньше, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы знаете, как функционирует эта система внутри, – сможете осознаннее выбирать свой очередной гаджет!