Каким образом работает определение лиц в мобильных устройствах

Зачем мы выбираем разблокирование по фейсу

В прошлые времена распознавание лиц стало одной из наиболее востребованных функций для открытия мобильных телефонов. Лишь несколько годков назад большинство пользователей довольствовались PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что делает эту особенность настолько популярной? Во-первых, это комфортно: не нужно помнить сложные пароли или отыскивать нужный палец в темноте. Также, это быстро: современные системы узнают лицо буквально за мгновение. В-третью очередь, это ощущение футуризма — словно в кинофильмах про вулкан 24 разведчиков.

Тем не менее за данной кажущейся простотой скрывается весь мир сложных технологий и инженерных концепций. Давайте понять, как именно работает фейсканирование в новейших мобильных телефонах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Краткая хроника развития техники

Распознавание лиц как техника существует уже более 50 годов. Изначальные эксперименты автоматического исследования облика были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины способны были лишь обозначать силуэты лица и вычислять промежутки между глазами и губами на монохромных изображениях.

Первые коммерческие установки стали доступны в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом нейронных сетей и таких площадок, как Вулкан 24 Казино, мощных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои разработки.

Основные этапы работы механизма определения

Процесс идентификации лица можно примерно разделить на несколько важных этапов:

Идентификация лиц — устройство определяет присутствие людского лица в кадре.
Выделение характеристик — система исследует контуры лица: очертания зрительных органов, носа, уст, положение надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с эталоном — сформированный модель сравнивается со записанной при внесении биометрической информацией владельца.
Принятие определения — если соответствие достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Каждый из этих шагов запрашивает специальных методов и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что прячется в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Самый простой способ определения лица использует только лицевую видеокамеру мобильного устройства. Данный подход внедрён во многочисленных доступных вариантах Android-девайсов.

Положительные стороны:

Не потребляет дополнительных датчиков.
Оперативно действует при качественном освещении.

Минусы:

Легко одурачить фотографией или роликом.
Плохо работает при слабом освещении или необычных ракурсах.

Инфракрасная камера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Вулкан 24 Казино, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология лежит в основе Face ID от Apple.

Как это функционирует:

Точечный устройство проекции проецирует на лицо юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
ИК устройство регистрирует деформацию этой решетки по плоскости лица.
Получается 3D карта глубины, которая почти неподвластна для фальсификации обычной снимком или маской.

Достоинства

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Высокая защита к фальсификациям.
Точность определения более 99%.

Добавочные сенсоры

В определённых устройствах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время прохождения луча до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные лазерные измерители расстояния для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти технологии применяются чаще всего во флагманских устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный ум на действии

Нынешние системы распознавания лиц неосуществимы в отсутствие использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как Вулкан 24 Казино, устройство способно распознавать пользователя даже при метаморфозах облика: новая причёска, борода, линзы или макияж не становятся препятствием для открытия.

Детектирование лица

При стартовом этапе система должна быстро распознать образ лица внутри полного изображения камеры. Для этого используются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить человеческие лица среди множества других объектов.

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

Идентификация ключевых точек

После идентификации лица система, такая как Вулкан 24 Казино, устанавливает положение ключевых точек: уголки глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Это требуется для стабилизации картинки: если юзер удерживает телефон под наклоном, или повернул голову, программа корректирует картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрического шаблона

Далее искусственная сеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой образец крайне затруднительно сфальсифицировать: он не удерживает непосредственно фото юзера, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких платформ, как Vulkan24.

Сравнение и вынесение выбора

В случае, когда человек желает открыть мобильник глазами, система воспроизводит все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к метаморфозам внешности

Увлекательная характеристика современных системы — возможность самостоятельного обучения. Если ты часто доступаете к мобильное устройство с обновленной прической или очками, программа постепенно модернизирует базовый образец вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Многие юзеры опасаются сохранять свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за угрозы утечки данных или взлома гаджета. Иные фирмы, например Vulkan24, предлагают варианты для повышения защиты информации пользователей.

Локальное сбережение: Большинство девайсов сохраняет биометричные образцы только внутри защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют устройство и недоступны даже создателю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не обладают непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо упомянуть существенную деталь: в случае, если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители реализуют меры безопасности от “слепого” разблокирования — например, требуют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают типы распознавания лиц?

На сегодняшний день можно выделить различить 3 основных метода к реализации этой задачи:

Программное плоское распознавание

Используется только лицевая камера без дополнительных детекторов дистанции. Этот подход встречается наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота воплощения; низкая цена; быстрая деятельность при качественном свете.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; нестабильная функционирование ночью; слабая охрана.

Оборудование для объёмное сканирование

Использует ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики глубины (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: большая надежность; не получится подделать изображение/видеозапись; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Образцы использования различных способов

iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное обеспечение 2D идентификацию по изображению фронталкой, так и сканер радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы охраны и неверные тревоги

Несмотря на впечатляющий прогресс технологий за последние годы, идеальных системы пока не существует:

Шанс обмана: Доступные мобильники легко “разблокируются” качественной изображением пользователя или же видео с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые безупречные механизмы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
Трансформации облика: Стремительное утрата веса/набор веса, пластические операции или повреждения иногда необходимы для повторной регистрации биометрии.
Условия фотографирования: Сильная подсветка солнцем либо плотная темнота могут понизить верность идентификации признаков.

Здесь несколько рекомендаций по надёжному эксплуатации:

Для критически важных операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите программное обеспечение смартфона для защиты от современных угроз;
Включайте настройку “Требовать распахнутых глаз” там, где она есть.

Где также применяется технология кроме смартфонов?

Несмотря на то, что предмет нашей публикации сосредоточена на конкретно портативным гаджетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Контроль входа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Виртуальные паспорта последнего поколения;
Установки видеонаблюдения городских сервисов;
Автоматизирование регистрации явки образовательных учреждений/университетов;
Вход пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или телефона! Похожие проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Любой годик проявляются современные идеи для улучшения качества работы систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация сенсоров — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс погрешности;
Совершенствуются нейросети — современные структуры модели MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться свежим характеристикам вида обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Улучшаются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют отличать реальные анимированные лица от фиксированных фото/масок по мельчайшим микродвижениям.
Взаимодействие со умными устройствами — умные часы могут авто заблокировать телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Возникают комбинированные устройства — к примеру объединяющие голосовую аутентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Здесь, те тенденции особенно востребованы сейчас:

1) Уменьшение компонентов

Производители намереваются уменьшить размер прорези (“чёлки”) под сенсоры на экране за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для увеличения приватности всё более расчётов выполняется на месте без передачи информации во сторонний облачный услугу.

3) Унификация норм

Гугл активно продвигает норму BiometricPrompt API, чтобы такие площадки, например как Вулкан 24, и все Android-программы были совместимы с различными типами биометрии стандартизированно.

Что подобрать на сегодня?

Если вам необходима максимальная защита информации, остановите выбор на топовые аппараты со встроенным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого последних поколений
Huawei Partner/Series P ряда
Mix Professional
Vivo X серии
Oppo Find X серии.

Если средства невелик – лучше отдавать предпочтение обычным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, применять только как второстепенную опцию удобства.

Каким образом увеличить практичность работы опции?

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

Часто меняйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется облик.
Не забывайте чистить объектив фронтальной камеры – разводы могут снизить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам включает камеру если вы поднимаете его.
Во время регистрационного процесса пытайтесь держать лицо прямо перед камеры исключая резкого наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности развития техники

В предстоящие периоды можно предвкушать возникновения полностью бесконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + манера ходьбы + движения рук!

Также предполагается появление современных способов обеспечения личной информации – к примеру, динамическое корректировка диджитал образца после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень увлекательных техник нашего эпохи! Она обеспечивает взаимодействие со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие программы, как Vulkan24, могут в разы улучшить ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта технология внутри, – сможете осознаннее определять свой следующий устройство!