Как функционирует идентификация лицевых образов в телефонах

Почему мы предпочитаем разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние годы определение лиц является одной из самых популярных опций для деблокировки смартфонов. Еще несколько годов ранее основная часть юзеров обходились пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь превращает эту функцию такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать верный палец в темноте. Во-вторых, это оперативно: современные программы узнают лицо практически за доли секунды. В-третьем пункте, это ощущение футуризма — будто в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Однако за этой на первый взгляд легкостью скрывается весь универсум комплексных технологий и инженерных разработок. Позвольте нам разобраться, как именно функционирует фейсканирование в актуальных мобильных телефонах, какие применяются методы, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история прогресса технологии

Распознавание лиц как технология существует уже более 50 годов. Первые попытки автоматического исследования лица были предприняты еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда вычислительные машины умели лишь определять очертания головы и вычислять дистанции между зрачками и ртом на ахроматических фотографиях.

Начальные бизнес установки стали доступны в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких систем, как вулкан россии, сильных 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 идентификацией лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять собственные решения.

Главные этапы действия механизма определения

Процесс идентификации лица можно условно поделить на несколько основных этапов:

1. Идентификация лиц — камера определяет присутствие гуманного образа в кадре.
2. Извлечение особенностей — алгоритм исследует особенности лица: конфигурацию зрительных органов, носа, губ, положение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со образцом — полученный модель сопоставляется со записанной при внесении биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Любой из этих этапов требует особых методов и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что прячется внутри них

Стандартная фронтальная камера.

Наиболее несложный способ определения физиономии применяет только переднюю камеру смартфона. Данный способ осуществлён во различных доступных моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не нуждается в дополнительные датчиков.
• Оперативно действует при достаточном освещении.

Слабые стороны:

• Несложно ввести в заблуждение фотографией или видеозаписью.
• Неудачно действует при плохом освещённости или необычных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

• Точечный проекционный прибор отображает на облик пользователя невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК камера фиксирует искривление этой сетки по плоскости физиономии.
• Создаётся 3D карта глубины, которая почти что неосуществима для имитации обычной фотографией или маскировкой.

Достоинства

• Надёжная функционирование даже в полной тьме.
• Сильная защита к фальсификациям.
• Точность распознавания более 99%.

Добавочные сенсоры

В отдельных аппаратах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии используются чаще всего во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: искусственный ум на исполнении

Нынешние механизмы распознавания лиц невозможны при отсутствии применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким технологиям, как вулкан россии, устройство в состоянии узнавать пользователя даже при трансформациях внешнего вида: новая укладка, борода, очки или макияж не становятся барьером для открытия.

Детектирование лица

На первом этапе программа обязана мгновенно найти лицо внутри полного снимка с камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии распознавать облик даже с частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Определение важных аспектов

После обнаружения лица система, такая как вулкан россии, определяет местоположение главных точек: края глаз, кончик носа, края губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Это нужно для выравнивания визуала: если юзер находится с смартфон под наклоном, или склонил голову, программа “выпрямляет” картинку до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического шаблона

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

Этот шаблон крайне трудно подделать: он не удерживает непосредственно картинку пользователя, а лишь уникальные характеристики его вида, что делает его оптимальным для таких систем, как vulkan russia.

Сравнение и осуществление заключения

Когда пользователь намеревается открыть смартфон взором, механизм воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к изменениям внешнего вида

Интересная особенность актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы постоянно доступаете к смартфон с обновленной укладкой или очками, алгоритм постепенно модернизирует базовый модель вашего облика для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Большинство пользователи опасаются хранить свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Иные фирмы, например vulkan russia, предлагают методы для повышения защиты информации пользователей.

• Локальное хранение: Большинство устройств хранит био-идентификационные образцы только внутрь защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают гаджет и закрыты включая создателю.

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

• Изоляция программ: Программы внешних разработчиков не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Следует подчеркнуть важную особенность: если кто-то получит доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются типы определения лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить определить три главных подхода к реализации этой функции:

Программное 2D распознавание

Применяется только фронтальная видеокамера без дополнительных датчиков глубины. Такой способ встречается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность воплощения; низкая цена; быстрая функционирование при достаточном свете.
Минусы: несложно одурачить фотографией; ненадежная деятельность ночью; недостаточная защищенность.

Техническое 3D сканирование

Задействует ИК камеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая достоверность; не получится исказить изображение/видеозапись; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших версий, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации эксплуатации разнообразных способов

• iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил аналог Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как софтверное 2D распознавание по фото фронтальной камерой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и ошибочные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие инноваций за недавние годы, безупречных систем пока не наблюдается:

1. Возможность обмана: Доступные телефоны просто открываются качественной изображением хозяина или роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные устройства могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы в некоторых случаях требуют перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнечным светом или плотная темнота могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Ниже некоторые советов по защищённому применению:

• Для значимых операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте ПО мобильного устройства для защиты от современных угроз;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она есть.

В каких местах дополнительно находится применение технологии помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что основная мысль данной статьи посвящена именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Мониторинг доступа в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные удостоверения личности последнего образца;
• Установки видеомониторинга муниципальных служб;
• Механизация отслеживания посещаемости учебных заведений/университетов;
• Авторизация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без карты или телефона! Аналогичные инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом меняется техпроцесс в наше время?

Любой годик проявляются новые концепции для улучшения качества деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
2. Улучшаются нейросети — новейшие конструкции типа MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к новым особенностям облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать подлинные анимированные лица от фиксированных фотографий/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно блокировать мобильный телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Проявляются гибридные системы — например совмещающие голосовую аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Итак, какие направления особенно актуальны на сегодняшний день:

1) Миниатюризация компонентов

Компании намереваются уменьшить величину выреза (“чёлки”) под датчики на экране за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для увеличения приватности всё больше вычислений выполняется локально без отправки данных во сторонний облачный сервис.

3) Унификация регламентов

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные платформы, вроде вулкан россия, и каждые Android-приложения могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Какое решить сегодня?

Когда вам важна предельная безопасность информации, остановите выбор на флагманские аппараты с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого новейших версий
• Huawei Partner/P Series линейки
• Mix Professional
• Vivo X модели
• Oppo Найти X серии.

Если средства невелик – лучше выбирать традиционным средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, задействовать только как опциональную опцию комфорта.

Каким способом повысить практичность использования возможности?

Есть некоторые советов для тех, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется внешний вид.
2. Не пренебрегайте чистить объектив передней камеры – разводы могут снизить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам включает фотоаппарат если вы поднимаете его.
4. При регистрации пытайтесь сохранять лицо неподвижно впереди камеры исключая значительного наклона головы.
5. Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Будущее эволюции техники

В скоро наступающие годы можно ожидать возникновения полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также предполагается развитие свежих подходов охраны конфиденциальности – к примеру, изменяющееся модификация электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее увлекательных технологий нашего времени! Она делает общение со смартфоном удобнее чем раньше, и такие программы, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш пользовательский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта технология изнутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой очередной девайс!