Каким способом работает распознавание лицевых образов в телефонах

Для чего мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В прошлые времена распознавание лиц является одной из самых распространённых функций для деблокировки умных телефонов. Еще пару годков тому назад большинство использующих удовлетворялись PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает данную возможность настолько популярной? Для начала, это комфортно: не нужно запоминать трудные пароли или искать нужный палец в мраке. Также, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо буквально за мгновение. В-третьих, это впечатление футуризма — словно в фильмах про вулкан автомат шпионов.

Тем не менее за этой видимой несложностью скрывается весь универсум комплексных техник и инженерных концепций. Позвольте нам понять, как точно функционирует фейсканирование в актуальных гаджетах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Сжатая хроника эволюции техники

Идентификация лиц как техника имеется уже более 50 лет. Изначальные пробы машинного исследования лица были предприняты еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ умели лишь выделять контуры головы и определять дистанции между очами и ртом на ахроматических фотографиях.

Начальные торговые платформы возникли в 1990-х годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с развитием синтетических сетей и таких платформ, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять собственные решения.

Основные стадии действия механизма распознавания

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лиц — камера распознает присутствие людского лица в кадре.
2. Определение особенностей — механизм исследует черты физиономии: конфигурацию зрительных органов, носа, уст, позицию бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение со эталоном — полученный модель сопоставляется с записанной при учёте биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если соответствие достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Любой из данных шагов нуждается в особых процедур и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Технические элементы: что скрыто в их недрах

Стандартная передняя камера.

Самый простой несложный метод распознавания облика применяет исключительно лицевую камеру смартфона. Такой подход внедрён во многочисленных бюджетных версиях Android-девайсов.

Плюсы:

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

Слабые стороны:

• Несложно одурачить изображением или видеозаписью.
• Неудачно действует при слабом свете или нестандартных углах обзора.

ИК камера и пунктирный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

• Точечный проекционный прибор проецирует на облик использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• ИК камера записывает искривление данной решетки по плоскости физиономии.
• Создаётся трехмерная карта глубины глубины, которая почти что неосуществима для фальсификации обычной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Сильная сопротивляемость к подделкам.
• Точность идентификации выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных аппаратах задействуются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения луча до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные дальномеры для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти разработки встречаются наиболее часто во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: синтетический разум на действии

Современные механизмы идентификации лиц невозможны в отсутствие эксплуатации искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, аппарат может распознавать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая стрижка, борода, оптика или косметика не становятся препятствием для деблокировки.

Обнаружение физиономии

На первом этапе алгоритм необходимо оперативно обнаружить лицо среди полного кадра с камеры. Для этого используются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен обнаруживать облик даже при частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Определение основных аспектов

После идентификации лица система, такая как вулкан россии, устанавливает расположение главных точек: кончики глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 главных точек на лицевой области.

Это требуется для выравнивания картинки: если человек находится с телефон под наклоном, или наклонил голову, программа «выпрямляет» изображение до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического идентификатора шаблона

Далее нейронная сеть строит компактное числовое представление («эмбеддинг») лица пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный формат крайне трудно имитировать: он не хранит непосредственно изображение юзера, а лишь уникальные черты его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и вынесение заключения

Когда юзер намеревается разблокировать телефон взором, механизм повторяет все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к метаморфозам внешнего вида

Интересная особенность нынешних систем — способность самостоятельного обучения. Если вы постоянно доступаете к телефон с обновленной укладкой или оптикой, система постепенно обновляет эталонный модель вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Множество юзеры опасаются держать свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за вероятности потери данных или хакерской атаки. Некоторые организации, такие как vulkan russia, предлагают варианты для повышения сохранности информации юзеров.

• Локальное хранение: Преимущественно устройств хранит биометричные образцы только внутри безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют гаджет и закрыты в том числе изготовителю.

• Шифрование: Все сведения сохраняются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

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

Стоит упомянуть важную особенность: если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании внедряют защиту от автоматического разблокирования — к примеру, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются типы распознавания лиц на изображениях?

В настоящее время можно определить различить три основных метода к выполнению этой задачи:

Программируемое плоское идентификация

Используется только передняя видеокамера без вспомогательных детекторов дистанции. Такой подход встречается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; умеренная стоимость; быстрая работа при хорошем свете.
Минусы: легко одурачить снимком; нестабильная работа ночью; слабая охрана.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Использует ИК камеру + проекционный модуль точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая достоверность; не получится подделать изображение/видеозапись; постоянная работа при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Гибридные методы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы эксплуатации разных методов

• iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное обеспечение 2D идентификацию по фото фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы охраны и ложные тревоги

Несмотря на замечательный успехи инноваций за прошедшие лет, безупречных механизмов пока не имеется:

1. Шанс обмана: Доступные смартфоны просто доступны четкой фотографией хозяина или же видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Трансформации внешнего вида: Стремительное снижение веса/набор веса, пластические операции либо травмы иногда необходимы для повторной регистрации биометрии.
4. Условия записи: Интенсивная засветка солнцем или же глубокая затенение могут уменьшить аккуратность распознавания признаков.

Вот пара советов для безопасному эксплуатации:

• Для важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте функцию «Разблокировка по лицу» на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите прошивку мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте настройку «Требовать открытых глаз» в тех местах, где она доступна.

В каких местах также находится применение технология за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что тема данной работы сосредоточена на конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг прохода в рабочих помещениях и резиденциях;
• Платёжные устройства банков («Face Pay»);
• Цифровые удостоверения личности последнего образца;
• Установки видеонаблюдения городских служб;
• Механизация отслеживания присутствия учебных заведений/вузов;
• Аутентификация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу («Face Pay») — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие проекты развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как меняется техпроцесс в нынешнее время?

Каждый год появляются современные мысли для усовершенствования качества работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше шанс погрешности;
2. Совершенствуются нейросети — современные структуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно обучаться дополнительным чертам вида владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют распознавать подлинные живые лица от статичных фото/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Интеграция со умными устройствами — умные часы могут автоматически заблокировать телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Возникают комбинированные системы — к примеру комбинирующие аудио опознание + облик + отпечаток пальца.

Вот, которые направления очень актуальны в данный момент:

1) Миниатюризация компонентов

Компании пытаются уменьшить размер прорези («чёлки») для сенсоры на экране за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё более вычислений происходит внутри устройства без передачи данных во внешний облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Google активно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы такие площадки, как вулкан россия, и каждые Android-аппы могли работать с всеми формами биометрии единообразно.

Какое выбрать сегодня?

Когда вам нужна максимальная безопасность информации, выбирайте флагманские модели с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих последних поколений
• Huawei Companion/P Series серии
• Mix Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Find Икс серии.

Если бюджет невелик – лучше отдавать предпочтение классическим средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию «разблокировка по лицу», такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную возможность удобства.

Каким образом повысить удобство работы функции?

Есть несколько советов для тех, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально изменяется внешность.
2. Не пренебрегайте чистить объектив фронтальной камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам активирует камеру как только вы поднимаете его.
4. При записи пытайтесь сохранять лицо неподвижно впереди видеоустройства не допуская значительного наклона головы.
5. Применяйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее прогресса техники

В ближайшие времена можно предполагать возникновения полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + шаги + движения рук!

Также предполагается развитие новых способов обеспечения личной информации – скажем, изменяющееся изменение цифрового шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых увлекательных технологий нашего времени! Она предоставляет интеракцию со мобильным устройством проще чем раньше, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы осведомлены, как функционирует эта система в деталях, – сможете вдумчиво определять свой очередной устройство!