Как работает распознавание лиц в смартфонах

Почему мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В последние годы распознавание лиц является одной из наиболее востребованных возможностей для открытия смартфонов. Всего некоторые лет ранее основная часть юзеров удовлетворялись PIN-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Что превращает эту конкретную особенность такой востребованной? Во-первых, это комфортно: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или находить нужный палец в темноте. Также, это мгновенно: современные алгоритмы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьих, это впечатление футуризма — будто в кинолентах про вулкан 24 шпионов.

Однако за данной на первый взгляд несложностью скрывается весь универсум сложных технологий и инженерных решений. Попробуем понять, как точно действует идентификация по лицу в новейших мобильных телефонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Сжатая история прогресса инноваций

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти годов. Изначальные пробы машинного изучения облика были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ могли лишь выделять очертания головы и измерять дистанции между зрачками и устами на черно-белых фотографиях.

Начальные торговые установки возникли в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких площадок, как Вулкан 24 Казино, сильных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать собственные разработки.

Главные этапы функционирования устройства распознавания

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько основных этапов:

Идентификация лица — камера распознает существование человеческого лица в изображении.
Извлечение признаков — механизм исследует черты физиономии: очертания глаз, носа, губ, положение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со эталоном — сформированный образец сопоставляется с зафиксированной при внесении биометрической сведениями владельца.
Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Всякий из данных этапов нуждается в специальных процедур и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Технические компоненты: что скрыто в их недрах

Типичная селфи камера.

Самый простой несложный вариант определения облика задействует только переднюю видеокамеру смартфона. Такой подход внедрён во различных доступных версиях Android-устройств.

Преимущества:

Не потребляет дополнительных сенсоров.
Оперативно функционирует при хорошем освещённости.

Недостатки:

Просто одурачить снимком или видеозаписью.
Неправильно действует при слабом освещении или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как Вулкан 24 Казино, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Как это функционирует:

Точечный устройство проекции показывает на облик пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
Инфракрасная устройство регистрирует изменение формы данной сетки по плоскости физиономии.
Получается трехмерная карта глубины глубины, что почти невозможна для фальсификации обычной фото или маскировкой.

Плюсы

Надёжная деятельность даже в полной темноте.
Большая защита к фальсификациям.
Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных девайсах задействуются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более точной 3D-модели лица.

Эти разработки применяются чаще всего во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искуственный разум в исполнении

Нынешние системы опознания лиц немыслимы при отсутствии эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как Вулкан 24 Казино, аппарат в состоянии распознавать владельца даже при изменениях облика: новая укладка, растительность на лице, оптика или косметика не становятся препятствием для разблокировки.

Распознавание лица

На стартовом этапе программа должна быстро найти ликовое изображение внутри всего снимка с камеры. Для этой задачи задействуются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии распознавать физиономию даже при частичном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Выделение ключевых аспектов

После идентификации лица система, такая как Вулкан 24 Казино, определяет положение главных точек: уголки глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 главных точек на лицевой области.

Это действие нужно для нормализации картинки: если человек удерживает телефон под наклоненным, или наклонил голову, программа корректирует картинку до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

Далее нейронная сеть строит уплотненное математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный формат очень сложно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно картинку пользователя, а лишь особенные черты его вида, что делает его совершенным для таких платформ, как Vulkan24.

Сравнение и вынесение заключения

В случае, когда человек намеревается открыть телефон глазами, программа воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ блокируется.

Приспособление к изменениям внешнего вида

Интересная черта нынешних системы — способность самообучения. Если ты постоянно доступаете к мобильное устройство с новой укладкой или очками, алгоритм постепенно модернизирует базовый шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Большинство пользователи беспокоятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома устройства. Некоторые фирмы, вроде Vulkan24, предлагают варианты для увеличения безопасности данных юзеров.

Локальное сбережение: Большинство аппаратов записывает био-идентификационные образцы исключительно в пределах защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают аппарат и недоступны даже производителю.
Шифрование: Все данные хранятся только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы третьих разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Необходимо упомянуть важную подробность: в случае, если какой-то человек сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители реализуют меры безопасности от автоматического разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают виды идентификации лиц на изображениях?

В настоящее время можно различить 3 основных способа к осуществлению этой функции:

Софтверное двухмерное распознавание

Используется только лицевая видеокамера без экстра сенсоров дистанции. Подобный подход используется обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота осуществления; умеренная стоимость; скоростная функционирование при достаточном освещении.
Минусы: легко обмануть снимком; неустойчивая деятельность ночью; низкая защищенность.

Оборудование для объёмное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: большая достоверность; невозможно обмануть изображение/видеозапись; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры использования различных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное двухмерное распознавание по снимку фронтальной камерой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы защиты и ошибочные тревоги

Несмотря на поразительный успехи техники за недавние годы, идеальных системы пока не имеется:

Возможность мошенничества: Доступные мобильники без труда открываются качественной фотографией хозяина или видео с дисплея иного гаджета.
Идентичные близняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень схожей внешностью.
Изменения внешнего вида: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо повреждения в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрических данных.
Условия записи: Яркая подсветка солнцем или же глубокая затенение могут уменьшить верность определения признаков.

Ниже некоторые подсказок для надёжному применению:

Для важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите программное обеспечение мобильного устройства для защиты от новых видов атак;
Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она доступна.

Где дополнительно применяется технология за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что тема нашей публикации касается конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

Мониторинг прохода в офисах и резиденциях;
Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
Цифровые удостоверения личности современного типа;
Установки видеонаблюдения городских сервисов;
Механизация учёта посещаемости образовательных учреждений/университетов;
Авторизация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без пластика или телефона! Схожие программы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом изменяется техпроцесс сегодня?

Всякий год появляются новые идеи для усовершенствования уровня деятельности систем идентификации лиц:

Увеличивается детализация датчиков — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
Улучшаются искусственные интеллекты — современные архитектуры типа MobileNetV3 позволяют быстро адаптироваться к дополнительным особенностям вида владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
Развиваются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать настоящие движущиеся облики от статичных снимков/масок по микроскопическим движениям кожи.
Интеграция со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут автоматически заблокировать смартфон, если пользователь отошёл далеко.
Проявляются смешанные механизмы — в частности комбинирующие речевую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Вот, те тренды особенно востребованы в данный момент:

1) Уменьшение компонентов

Изготовители стараются уменьшить габариты выреза (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для улучшения приватности всё больше вычислений выполняется внутри устройства без отправки информации во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Google интенсивно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы подобные площадки, вроде Вулкан 24, и каждые Android-аппы могли взаимодействовать с различными типами биометрии единообразно.

Что решить сегодня?

В случае если тебе необходима максимальная безопасность данных, подбирайте флагманские аппараты с интегрированным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

iPhone каждого новейших версий
Huawei Companion/P линейки
Mix Professional
Vivo X линейки
Oppo Find Х серии.

Если финансы ограничен – лучше предпочесть классическим способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, применять только как дополнительную опцию удобства.

Как увеличить комфорт работы возможности?

Есть некоторые лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

Периодически меняйте свою фото-шаблон, если значительно трансформируется облик.
Не забывайте очищать объектив передней камеры – пятна могут снизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
В процессе регистрационного процесса постарайтесь держать лицевую часть ровно впереди объектива не допуская значительного наклона головы.
Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы прогресса технологии

В предстоящие времена можно ожидать возникновения полностью дистанционных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + звучание + походка + движения рук!

Также предполагается появление свежих способов защиты приватности – скажем, изменяющееся изменение диджитал шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень захватывающих техник нашего периода! Она предоставляет взаимодействие со телефоном комфортнее чем раньше, и такие приложения, как Vulkan24, могут существенно улучшить ваш опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как функционирует эта система изнутри, – сможете вдумчиво определять свой очередной девайс!