Каким образом действует определение лиц в смартфонах

Почему мы останавливаемся на разблокирование по лицу

В прошлые времена идентификация лиц является одной из самых популярных опций для разблокировки умных телефонов. Лишь некоторые лет ранее большинство юзеров обходились пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает данную возможность настолько популярной? Во-первых, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или находить верный палец в тьме. Во-вторых, это оперативно: современные системы узнают лицо буквально за мгновение. В-третью очередь, это впечатление футуристичности — будто в фильмах про казино Вулкан шпионов.

Однако за этой кажущейся несложностью таится весь мир комплексных техник и инженерных концепций. Попробуем понять, как конкретно функционирует идентификация по лицу в современных гаджетах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Краткая повествование развития технологии

Идентификация лиц как технология существует уже более пятидесяти лет. Начальные эксперименты машинного анализа лица были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры умели лишь обозначать контуры черепа и измерять дистанции между очами и ртом на монохромных фотографиях.

Начальные торговые системы стали доступны в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, сильных мобильных чипов идентификация 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 идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять собственные решения.

Главные стадии действия устройства идентификации

Процесс определения лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

Идентификация лиц — камера определяет наличие людского лица в изображении.
Определение особенностей — механизм исследует контуры облика: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, уст, позицию надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с стандартом — сформированный образец сопоставляется с сохранённой при учёте биометрической сведениями владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из этих шагов требует индивидуальных методов и оптимизаций для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные элементы: что находится внутри них

Обычная селфи камера.

Наиболее легкий вариант определения лица применяет исключительно лицевую камеру смартфона. Такой подход осуществлён во различных доступных моделях Android-девайсов.

Плюсы:

Не потребляет дополнительные сенсоров.
Шустро действует при достаточном свете.

Минусы:

Несложно ввести в заблуждение фотографией или видеозаписью.
Плохо функционирует при слабом освещении или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный проектор

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

Каким способом это действует:

Точечный проекционный прибор отображает на лицо пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
Инфракрасная камера записывает искривление данной решетки по поверхности физиономии.
Получается 3D глубинная карта глубины, которая почти неосуществима для фальсификации стандартной фото или маской.

Достоинства

Надёжная работа даже в полной темноте.
Высокая устойчивость к имитациям.
Точность определения выше 99%.

Добавочные датчики

В отдельных аппаратах задействуются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время распространения луча до цели и обратно; RGB-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для построения более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти технологии используются наиболее часто во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: синтетический интеллект в работе

Нынешние механизмы распознавания лиц неосуществимы в отсутствие использования ИИ и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как Vulkan Platinum, устройство в состоянии идентифицировать юзера даже при трансформациях облика: новая стрижка, щетина, линзы или косметика не становятся препятствием для деблокировки.

Распознавание лиц

В начальном стадии система должна быстро найти ликовое изображение в пределах полного кадра с камеры. Для данной цели используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии находить физиономию даже в случае частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение ключевых аспектов

После распознавания лица механизм, такая как Vulkan Platinum, определяет положение главных точек: края глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 ключевых меток на лице.

Это действие требуется для выравнивания изображения: если юзер находится с мобильник под углом, или склонил голову, программа корректирует изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Формирование биометрии модели

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

Такой образец очень затруднительно подделать: он не удерживает само картинку пользователя, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его совершенным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнение и вынесение заключения

В случае, когда человек намеревается открыть смартфон взглядом, механизм осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная черта современных систем — способность самостоятельного обучения. Если ты регулярно открываете телефон с свежей стрижкой или очками, алгоритм постепенно модернизирует базовый образец вашего внешности для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Многие пользователи боятся сохранять свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за вероятности утечки данных или хакерской атаки. Некоторые организации, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для улучшения защиты данных клиентов.

Локальное хранение: Преимущественно девайсов записывает био-идентификационные модели лишь внутрь безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают аппарат и закрыты включая создателю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения внешних разработчиков не обладают прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Следует подчеркнуть существенную деталь: если кто-то получит физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют защиту от неосознанного разблокирования — например, требуют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют типы распознавания лиц?

В настоящее время можно различить три главных способа к осуществлению этой операции:

Программируемое плоское распознавание

Эксплуатируется только фронтальная камера без вспомогательных датчиков глубины. Подобный способ наблюдается наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота реализации; умеренная стоимость; скоростная работа при достаточном освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая работа ночью; слабая охрана.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надежность; не получится исказить изображение/видеозапись; стабильная функционирование при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Примеры использования разнообразных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил эквивалент Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное двухмерное распознавание по изображению селфи-камерой, так и сканер радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности охраны и ложные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за последние лет, совершенных системы пока не наблюдается:

Шанс подвоха: Доступные телефоны без труда “разблокируются” качественной изображением пользователя или же видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные механизмы могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
Изменения облика: Стремительное утрата веса/набор веса, пластические операции или травмы порой необходимы для перерегистрации биометрии.
Условия записи: Сильная освещённость солнцем или же интенсивная тень могут понизить точность идентификации признаков.

Здесь пара подсказок для безопасному использованию:

Для критически важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку программное обеспечение мобильного устройства для обеспечения безопасности от современных угроз;
Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она имеется.

В каких местах ещё используется технология за исключением смартфонов?

Пускай предмет данной статьи посвящена в частности мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

Контроль прохода в деловых центрах и жилых домах;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Виртуальные идентификационные документы последнего образца;
Системы видеонаблюдения городских служб;
Механизация учёта присутствия образовательных учреждений/институтов;
Аутентификация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без пластика или телефона! Аналогичные инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как меняется технический процесс в наше время?

Каждый годочек проявляются современные концепции для улучшения стандарта работы систем распознавания лиц:

Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
Совершенствуются нейронные сети — современные структуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро обучаться свежим характеристикам облика владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют распознавать настоящие анимированные лица от статичных фотографий/масок по мельчайшим движениям кожи.
Интеграция со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать смартфон, если обладатель отошёл далеко.
Появляются смешанные механизмы — например совмещающие голосовую аутентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Вот, какие тренды в особенности актуальны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители пытаются минимизировать размер выреза (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания маленьких ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё более вычислений происходит внутри устройства без отправки информации во дополнительный облачный сервис.

3) Унификация регламентов

Google активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, чтобы подобные платформы, например как Вулкан Платинум, и все Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое выбрать сегодня?

В случае если вам важна предельная безопасность данных, подбирайте топовые устройства с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

iPhone всех актуальных моделей
Huawei Companion/P Series линейки
Xiaomi Professional
Vivo X серии
Oppo Find Икс серии.

Если финансы ограничен – лучше предпочесть традиционным методам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким образом повысить комфорт работы функции?

Есть несколько лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

Периодически меняйте свою фотографию-шаблон, если кардинально изменяется облик.
Не забывайте протирать линзу передней камеры – загрязнения могут понизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам активирует фотоаппарат если вы берёте его в руки.
В процессе регистрации старайтесь удерживать голову неподвижно перед камеры исключая резкого наклона головы.
Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы прогресса инноваций

В ближайшие годы можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно развитие новых способов обеспечения приватности – например, изменяющееся изменение электронного паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее захватывающих инноваций нашего времени! Она делает взаимодействие со мобильным устройством проще чем раньше, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут существенно оптимизировать ваш юзерский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы понимаете, как функционирует эта технология внутри, – будете в состоянии более осмысленно подбирать свой очередной гаджет!