Как функционирует распознавание лиц в смартфонах

Почему мы останавливаемся на разблокирование по фейсу

В недавние годы определение физиономий стало одной из самых популярных функций для деблокировки мобильных телефонов. Еще пару годков тому назад большинство пользователей удовлетворялись пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Что превращает данную особенность такой востребованной? Во-первых, это удобно: не нужно помнить трудные пароли или искать нужный палец в мраке. Во-вторых, это оперативно: современные системы распознают лицо практически за доли секунды. В-третьем пункте, это чувство футуризма — как будто в кинофильмах про вулкан казино шпионов.

Впрочем за этой кажущейся простотой таится полный мир трудных методов и инженерных решений. Давайте понять, как именно работает распознавание лиц в современных гаджетах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Короткая повествование развития техники

Распознавание лиц как технология присутствует уже более 50 лет. Первые эксперименты машинного изучения облика были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда компьютеры способны были лишь выделять силуэты головы и измерять дистанции между зрачками и губами на монохромных изображениях.

Изначальные торговые системы появились в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто давали сбои. Только с развитием нейронных сетей и таких систем, как Вулкан 24 Казино, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять личные разработки.

Главные этапы функционирования системы распознавания

Процесс распознавания лица можно примерно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лиц — камера распознает наличие гуманного лица в снимке.
2. Извлечение характеристик — механизм изучает черты лица: очертания зрительных органов, обонятельного органа, губ, расположение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с стандартом — полученный модель сравнивается со сохранённой при учёте биометрической сведениями владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из этих стадий нуждается в специальных алгоритмов и усовершенствований для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что находится в их недрах

Типичная селфи камера.

Простейший простой метод идентификации лица использует исключительно фронтальную видеокамеру смартфона. Данный способ осуществлён во многих доступных вариантах Android-устройств.

Достоинства:

• Не нуждается в нуждается в дополнительные сенсоров.
• Шустро функционирует при качественном свете.

Слабые стороны:

• Просто ввести в заблуждение изображением или видео.
• Неправильно работает при плохом свете или непривычных ракурсах.

ИК камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как Вулкан 24 Казино, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта технология является основой Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

• Точечный проекционный прибор отображает на физиономию пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК устройство фиксирует деформацию данной решетки по плоскости физиономии.
• Создаётся 3D карта глубины глубинности, которая почти что неподвластна для фальсификации обычной фотографией или маскировкой.

Выигрыши

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Большая защита к фальсификациям.
• Точность определения более 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В некоторых аппаратах задействуются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до объекта и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические лидары для построения более точной 3D-модели физиономии.

Эти разработки применяются наиболее часто во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искусственный разум в действии

Нынешние системы идентификации физиономий невозможны в отсутствие применения artificial intelligence и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, аппарат может идентифицировать владельца даже при метаморфозах облика: новая стрижка, борода, оптика или косметика не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение физиономии

На начальном стадии система необходимо мгновенно обнаружить образ лица среди полного кадра камеры. Для этой задачи используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать физиономию даже в случае неполном перекрытии (например, платком или рукой).

Определение основных точек

После идентификации лица устройство, такая как Вулкан 24 Казино, вычисляет местоположение главных точек: кончики глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 основных маркеров на лицевой области.

Данное необходимо для нормализации визуала: если человек находится с смартфон под наклоненным, или склонил голову, программа исправляет изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Создание биометрического образца

Далее искусственная сеть строит уплотненное числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот формат крайне сложно подделать: он не сохраняет непосредственно фото юзера, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его совершенным для таких систем, как Vulkan24.

Сопоставление и вынесение выбора

В случае, когда юзер хочет разлочить телефон глазами, механизм осуществляет все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к изменениям облика

Занимательная характеристика нынешних системы — способность самостоятельного обучения. Если ты постоянно разблокируете телефон с обновленной прической или оптикой, программа постепенно модернизирует основной образец вашего облика для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Множество клиенты опасаются сохранять свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за риска потери данных или хакерской атаки. Определенные компании, например Vulkan24, предлагают варианты для повышения защиты данных юзеров.

• Локальное хранение: Большинство девайсов записывает био-идентификационные модели лишь внутри защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают аппарат и недоступны включая создателю.

• Шифрование: Все сведения сберегаются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы внешних разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо отметить существенную деталь: в случае, если кто-то достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют систему защиты от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают типы идентификации лиц?

В настоящее время можно выделить три основных метода к осуществлению этой задачи:

Программное плоское определение

Применяется только фронтальная камера без вспомогательных детекторов дистанции. Этот метод наблюдается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота воплощения; минимальная затраты; скоростная работа при качественном свете.
Минусы: легко одурачить снимком; нестабильная функционирование ночью; низкая охрана.

Аппаратное трёхмерное оцифровка

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая достоверность; нельзя обмануть фото/видео; постоянная работа при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронталку c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры использования разных методов

• iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное плоское определение по фото фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы безопасности и ложные срабатывания

Несмотря на замечательный развитие технологий за последние годы, идеальных систем пока не наблюдается:

1. Шанс мошенничества: Бюджетные смартфоны легко открываются высококачественной снимком владельца или же роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Резкое похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо повреждения в некоторых случаях необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия записи: Яркая подсветка солнечным светом или плотная затенение могут понизить верность определения признаков.

Здесь некоторые советов для надёжному применению:

• Для значимых операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку программное обеспечение телефона для защиты от актуальных атак;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” там, где она есть.

В каких областях дополнительно применяется технология помимо смартфонов?

Хотя предмет этой работы касается конкретно портативным гаджетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг входа в рабочих помещениях и резиденциях;
• Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
• Виртуальные удостоверения личности последнего образца;
• Установки видеоконтроля городских служб;
• Механизация отслеживания посещаемости школ/университетов;
• Авторизация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без пластика или телефона! Схожие инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется технический процесс в наше время?

Всякий годочек проявляются свежие мысли для усовершенствования уровня функционирования систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
2. Улучшаются искусственные интеллекты — новейшие конструкции типа MobileNetV3 позволяют оперативно обучаться свежим характеристикам вида обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь телефоны умеют различать подлинные анимированные лица от неподвижных фотографий/маскировок по мельчайшим движениям кожи.
4. Интеграция со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать телефон, если пользователь отошёл далеко.
5. Проявляются комбинированные механизмы — к примеру объединяющие аудио идентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Вот, те направления очень популярны в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Компании пытаются сократить размер прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для увеличения личной безопасности всё больше обработки данных выполняется на месте без пересылки информации во внешний облачный сервис.

3) Упорядочивание стандартов

Google интенсивно пропагандирует норму BiometricPrompt API, с целью чтобы такие платформы, вроде Вулкан 24, и каждые Android-программы могли работать с различными типами биометрии унифицированно.

Какое выбрать сегодня?

В случае если вам всем нужна предельная безопасность информации, подбирайте флагманские модели с интегрированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех актуальных версий
• Huawei Mate/Series P линейки
• Mi Expert
• Vivo X серии
• Oppo Find Х серий.

Если бюджет скромен – лучше выбирать традиционным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, использовать только как опциональную опцию комфорта.

Каким способом повысить комфорт использования опции?

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

1. Периодически меняйте свою фото-шаблон, если сильно меняется внешний вид.
2. Не упускайте из виду протирать линзу передней камеры – разводы могут снизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрации постарайтесь сохранять лицевую часть прямо напротив объектива без значительного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвернулись от экрана.

Перспективы развития техники

В скоро наступающие годы можно предполагать развития полностью безконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + голос + походка + движения рук!

Также возможно возникновение современных подходов охраны приватности – к примеру, динамическое изменение диджитал образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых захватывающих инноваций нашего времени! Она делает интеракцию со телефоном комфортнее чем раньше, и такие программы, как Vulkan24, могут в разы оптимизировать ваш пользовательский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы знаете, как устроена эта методика внутри, – будете в состоянии вдумчиво выбирать свой очередной гаджет!