Каким образом действует определение лицевых образов в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние годы распознавание лиц стало одной из самых популярных опций для деблокировки умных телефонов. Еще некоторые годов тому назад большинство юзеров довольствовались PIN-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как cabura, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что обуславливает эту возможность настолько популярной? Для начала, это практично: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или отыскивать правильный палец в темноте. Также, это быстро: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третьих, это впечатление будущего — будто в кинофильмах про кабура агентов.

Впрочем за такой видимой легкостью таится весь универсум комплексных технологий и инженерных решений. Попробуем разобраться, как именно работает фейсканирование в актуальных смартфонах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая история развития техники

Распознавание лиц как техника имеется уже более 50 годов. Начальные попытки автоматизированного анализа облика были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь выделять силуэты черепа и вычислять дистанции между зрачками и устами на черно-белых фотографиях.

Начальные коммерческие платформы появились в 90-х, но они были далеки от совершенства: работали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких площадок, как кабура, сильных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать свои разработки.

Ключевые стадии работы системы идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно сегментировать на несколько основных этапов:

Идентификация лица — камера выявляет наличие людского образа в снимке.
Определение особенностей — механизм изучает черты физиономии: форму глаз, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со стандартом — созданный образец сверяется с сохранённой при внесении биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Любой из указанных стадий требует специальных процедур и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что скрыто внутри

Типичная передняя камера.

Самый простой несложный способ идентификации облика использует лишь фронтальную камеру смартфона. Данный способ реализован во различных недорогих моделях Android-девайсов.

Достоинства:

Необходимо требует дополнительные сенсоров.
Оперативно работает при достаточном освещённости.

Слабые стороны:

Легко ввести в заблуждение снимком или роликом.
Неправильно действует при слабом свете или необычных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как кабура, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология лежит в основе Face ID от Apple.

Как это функционирует:

Точечный проекционный прибор показывает на физиономию пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 меток).
Инфракрасная камера регистрирует изменение формы данной решетки по поверхности физиономии.
Формируется трёхмерная карта глубины, что почти неосуществима для подделки типичной снимком или маской.

Преимущества

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Высокая защита к имитациям.
Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых аппаратах задействуются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для построения более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются чаще всего во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный разум в работе

Текущие механизмы распознавания лиц неосуществимы в отсутствие использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как кабура, устройство в состоянии узнавать юзера даже при метаморфозах внешности: новая стрижка, борода, оптика или грим не становятся помехой для разблокировки.

Детектирование физиономии

В первом этапе программа должна мгновенно найти лицо внутри полного снимка с камеры. Для этой задачи используются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может обнаруживать физиономию даже с частичном закрытии (например, платком или рукой).

Идентификация важных аспектов

После распознавания лица система, такая как кабура, определяет расположение ключевых точек: уголки глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 главных меток на лицевой области.

Это нужно для выравнивания визуала: если юзер удерживает телефон под наклоном, или склонил голову, программа корректирует картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Формирование биометрии шаблона

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

Этот образец очень трудно сфальсифицировать: он не удерживает само изображение юзера, а лишь особенные особенности его облика, что делает его совершенным для таких площадок, как кабура казино.

Сравнение и вынесение выбора

В случае, когда пользователь хочет разблокировать смартфон взором, механизм повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа кабура казино, открывается; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к изменениям внешнего вида

Интересная особенность актуальных систем — возможность самообучения. Если ты постоянно разблокируете телефон с обновленной укладкой или очками, алгоритм постепенно освежает эталонный шаблон вашего облика для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Множество юзеры беспокоятся держать свои биометрические данные на смартфоне из-за вероятности утечки данных или взлома устройства. Некоторые фирмы, вроде кабура казино, предлагают варианты для увеличения защиты сведений клиентов.

Локальное сбережение: Большинство устройств хранит биометрические образцы только в пределах защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают аппарат и закрыты даже изготовителю.
Шифрование: Все сведения хранятся только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения внешних девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Следует отметить значимую подробность: если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют систему защиты от “слепого” разблокирования — к примеру, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды распознавания лиц?

В настоящее время можно определить различить три главных подхода к реализации этой функции:

Программируемое двухмерное идентификация

Эксплуатируется только передняя камера без вспомогательных датчиков дистанции. Такой способ наблюдается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность реализации; умеренная цена; быстрая работа при хорошем освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение фотографией; ненадежная работа ночью; недостаточная защищенность.

Аппаратное 3D оцифровка

Задействует ИК видеокамеру + проектор точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая достоверность; невозможно исказить изображение/видеозапись; стабильная работа в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как кабура и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации эксплуатации различных методов

iPhone модели X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил эквивалент Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное идентификацию по фото фронталкой, так и датчик ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro использует комплекс из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы безопасности и ложные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за последние лет, безупречных систем пока не существует:

Возможность подвоха: Недорогие смартфоны легко доступны высококачественной изображением пользователя или видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые совершенные устройства могут ошибиться между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Резкое похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы иногда требуют обновления данных биометрии.
Условия записи: Яркая засветка солнцем или же глубокая затенение могут понизить точность идентификации признаков.

Здесь пара советов для защищённому эксплуатации:

Для важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку ПО мобильного устройства для защиты от новых видов атак;
Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” там, где она доступна.

В каких областях также используется технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема этой статьи сосредоточена на конкретно мобильным устройствам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Мониторинг входа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
Цифровые идентификационные документы последнего образца;
Установки видеонаблюдения городских служб;
Автоматизация отслеживания присутствия школ/вузов;
Авторизация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Аналогичные инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется технический процесс в наше время?

Любой год появляются современные мысли для усовершенствования качества работы систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация датчиков — чем больше информации фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Совершенствуются нейросети — передовые конструкции типа MobileNetV3 дают возможность быстро осваивать свежим чертам внешности пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны распознавать настоящие живые лица от неподвижных фотографий/масок по микроскопическим движениям кожи.
Взаимодействие со умными устройствами — умные часы могут самостоятельно заблокировать смартфон, если пользователь отошёл далеко.
Появляются комбинированные системы — в частности комбинирующие голосовую идентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Здесь, какие тенденции в особенности востребованы сейчас:

1) Уменьшение деталей

Компании пытаются сократить размер отверстия (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для увеличения конфиденциальности всё больше расчётов происходит на месте без передачи информации во сторонний облачный услугу.

3) Унификация регламентов

Гугл активно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы такие платформы, вроде cabura, и каждые Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что решить на сегодня?

Когда вам всем важна предельная защита данных, подбирайте флагманские модели со встроенным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

iPhone всех новейших моделей
Huawei Mate/Series P серии
Mi Expert
Vivo X линейки
Oppo Найти Х линейки.

Если средства скромен – лучше отдавать предпочтение обычным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в cabura, применять только как второстепенную возможность удобства.

Каким образом увеличить комфорт работы возможности?

Есть некоторые хитростей для тех, кто уже использует разблокировку по лицу:

Часто обновляйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется внешность.
Не забывайте чистить объектив передней камеры – разводы могут уменьшить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам запускает камеру если вы поднимаете его.
При записи пытайтесь сохранять лицо прямо перед камеры без сильного наклона головы.
Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности эволюции инноваций

В скоро наступающие годы можно предвкушать появления полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + звучание + манера ходьбы + движения рук!

Также предполагается развитие новых способов защиты конфиденциальности – к примеру, динамическое корректировка электронного шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из очень интересных технологий нашего периода! Она обеспечивает интеракцию со телефоном проще чем до этого, и такие программы, как кабура казино, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как работает эта технология внутри, – будете в состоянии осознаннее определять свой следующий девайс!