Как функционирует распознавание лиц в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по лицевому распознаванию

В последние времена идентификация лиц превратилось в одной из наиболее востребованных функций для открытия умных телефонов. Лишь некоторые годов ранее основная часть пользователей довольствовались PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Что делает эту конкретную функцию такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно помнить замысловатые пароли или искать нужный палец в тьме. Кроме того, это мгновенно: современные алгоритмы идентифицируют лицо практически за доли секунды. В-третью очередь, это чувство футуризма — будто в кинолентах про Вулкан казино разведчиков.

Однако за такой видимой несложностью таится полный мир комплексных методов и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как конкретно функционирует идентификация по лицу в актуальных мобильных телефонах, какие существуют технологии, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Короткая повествование эволюции инноваций

Распознавание лиц как техника существует уже более 50 лет. Первые попытки машинного исследования лица были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры могли лишь обозначать силуэты головы и определять дистанции между глазами и ртом на ахроматических изображениях.

Первые бизнес установки появились в девяностых годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и часто ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать свои решения.

Ключевые стадии действия механизма определения

Процесс распознавания лица можно примерно сегментировать на несколько важных этапов:

1. Распознавание лица — устройство определяет наличие гуманного образа в снимке.
2. Определение признаков — система исследует черты облика: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с эталоном — созданный образец сравнивается со сохранённой при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Любой из данных этапов запрашивает специальных методов и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что находится внутри них

Стандартная селфи камера.

Самый несложный вариант определения облика применяет лишь лицевую камеру смартфона смартфона. Такой подход реализован во многочисленных доступных моделях Android-девайсов.

Плюсы:

• Не нуждается в дополнительные датчиков.
• Шустро действует при хорошем свете.

Отрицательные стороны:

• Легко ввести в заблуждение снимком или видеозаписью.
• Неправильно функционирует при слабом освещении или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Каким способом это действует:

• Точечный проектор показывает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК камера фиксирует изменение формы данной решетки по плоскости физиономии.
• Формируется 3D глубинная карта глубины, что почти неосуществима для фальсификации типичной фото или маскировкой.

Преимущества

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

Дополнительные сенсоры

В определённых девайсах применяются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период прохождения света до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные световые дальномеры для построения более точной 3D-модели физиономии.

Эти инновации используются чаще всего во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный разум на действии

Нынешние механизмы распознавания лиц неосуществимы при отсутствии использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким разработкам, как Vulkan Platinum, аппарат способно узнавать юзера даже при трансформациях облика: новая укладка, растительность на лице, линзы или косметика не становятся барьером для деблокировки.

Детектирование физиономии

В начальном этапе система обязана быстро распознать образ лица среди целого изображения с камеры. Для данной цели задействуются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен распознавать облик даже при частичном закрытии (например, шарфом или рукой).

Определение ключевых аспектов

После идентификации лица система, такая как Vulkan Platinum, устанавливает местоположение ключевых точек: уголки глаз, кончик носа, края губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 основных точек на лицевой области.

Это нужно для нормализации картинки: если пользователь удерживает смартфон под углом, или повернул головку, программа “выпрямляет” картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрического образца

Далее нейросеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный формат весьма трудно подделать: он не удерживает само изображение юзера, а лишь уникальные особенности его внешности, что делает его совершенным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и осуществление заключения

Если юзер намеревается разблокировать мобильник глазами, механизм осуществляет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к трансформациям внешнего вида

Интересная характеристика нынешних систем — способность самостоятельного обучения. Если вы часто доступаете к смартфон с новой стрижкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет базовый шаблон вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрии данных.

Большинство клиенты боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска потери данных или хакерской атаки. Иные компании, такие как Вулкан Казино Платинум, предоставляют варианты для улучшения сохранности информации юзеров.

• Локальное сохранение: Основная часть устройств записывает биометричные модели исключительно внутри защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают гаджет и недоступны в том числе изготовителю.

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

• Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения идентичности через системный API.

Стоит упомянуть существенную деталь: если кто-то достанет доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители внедряют систему защиты от “слепого” разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют категории определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить определить 3 ключевых подхода к реализации этой задачи:

Софтверное двухмерное определение

Используется только лицевая видеокамера без экстра сенсоров дистанции. Такой метод встречается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность воплощения; минимальная затраты; оперативная работа при хорошем освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая деятельность ночью; слабая охрана.

Аппаратное 3D сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надёжность; невозможно обмануть фото/видео; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации использования разных техник

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное двухмерное идентификацию по фото фронталкой, так и сенсор радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности охраны и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий прогресс технологий за недавние годы, безупречных механизмов пока не наблюдается:

1. Возможность мошенничества: Бюджетные смартфоны без труда открываются четкой фотографией пользователя или же роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные устройства могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Внезапное утрата веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или повреждения порой необходимы для обновления данных биометрии.
4. Условия фотографирования: Сильная засветка солнцем или интенсивная затенение могут уменьшить верность определения признаков.

Ниже некоторые рекомендаций для защищённому эксплуатации:

• Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите программное обеспечение телефона для защиты от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать открытых глаз” в тех местах, где она доступна.

В каких местах дополнительно применяется технология помимо смартфонов?

Пускай основная мысль нашей статьи касается в частности смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг входа в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые идентификационные документы последнего поколения;
• Установки видеонаблюдения городских подразделений;
• Автоматизация регистрации присутствия школ/институтов;
• Авторизация участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже тестируется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Похожие проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как меняется технология сегодня?

Всякий год появляются новые концепции для улучшения уровня деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск ошибки;
2. Улучшаются нейросети — передовые архитектуры вида MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться дополнительным характеристикам вида пользователя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь смартфоны могут различать настоящие живые лица от фиксированных снимков/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Возникают гибридные системы — к примеру комбинирующие речевую идентификацию + облик + пальцевой отпечаток.

Итак, те тенденции очень актуальны в данный момент:

1) Сокращение элементов

Компании пытаются минимизировать величину выреза (“чёлки”) для датчики на экране за счёт внедрения миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для улучшения личной безопасности всё более расчётов выполняется локально без пересылки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, как Вулкан Платинум, и каждые Android-программы могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что выбрать сегодня?

Когда вам всем необходима наивысшая безопасность информации, выбирайте топовые модели со встроенным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого новейших поколений
• Huawei Mate/Series P серии
• Mi Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Найти Икс линейки.

Если бюджет невелик – лучше выбирать традиционным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию комфорта.

Как увеличить практичность работы функции?

Есть пара лайфхаков для людей, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Периодически меняйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется облик.
2. Не упускайте из виду чистить объектив фронтальной камеры – пятна могут снизить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам запускает фотоаппарат если вы берёте его в руки.
4. При регистрации пытайтесь держать лицо ровно впереди видеоустройства не допуская резкого наклона головы.
5. Применяйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Будущее прогресса техники

В ближайшие годы можно ожидать развития полностью дистанционных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + манера ходьбы + движения рук!

Также вероятно появление свежих подходов защиты конфиденциальности – к примеру, изменяющееся модификация диджитал шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее захватывающих инноваций нашего времени! Она обеспечивает интеракцию со мобильным устройством удобнее чем до этого, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут существенно улучшить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта методика внутри, – будете в состоянии осознаннее определять свой очередной девайс!