Как действует распознавание лиц в телефонах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицу

В последние годы определение лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для деблокировки умных телефонов. Всего несколько годков ранее основная масса пользователей довольствовались пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь обуславливает данную особенность такой востребованной? Во-первых, это удобно: не нужно запоминать замысловатые пароли или отыскивать нужный палец в мраке. Кроме того, это быстро: современные алгоритмы идентифицируют лицо буквально за мгновения ока. В-третью очередь, это ощущение футуризма — словно в кинолентах про вулкан автомат разведчиков.

Тем не менее за данной видимой несложностью таится весь вселенная комплексных техник и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как точно работает фейсканирование в новейших смартфонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Краткая история прогресса технологии

Идентификация лиц как технология присутствует уже более пятидесяти годов. Изначальные попытки автоматического изучения лиц были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины способны были лишь выделять контуры лица и вычислять дистанции между глазами и устами на черно-белых фотографиях.

Изначальные коммерческие системы возникли в 1990-х годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией искусственных сетей и таких систем, как вулкан россии, мощных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные решения.

Основные этапы функционирования системы идентификации

Процесс определения лица можно ориентировочно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лиц — аппарат распознает наличие человеческого лица в изображении.
2. Определение признаков — система изучает особенности лица: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с образцом — сформированный модель сопоставляется с зафиксированной при регистрации биометрической сведениями владельца.
5. Принятие определения — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из указанных этапов требует специальных процедур и усовершенствований для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные составляющие: что прячется в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Самый несложный вариант распознавания физиономии задействует лишь переднюю камеру смартфона смартфона. Данный метод реализован во многих доступных моделях Android-девайсов.

Преимущества:

• Не требует дополнительных датчиков.
• Быстро действует при хорошем освещении.

Недостатки:

• Просто ввести в заблуждение изображением или роликом.
• Неудачно работает при низком свете или нестандартных ракурсах.

ИК камера и точечный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

• Точечный проектор отображает на физиономию пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• ИК устройство записывает искривление данной сетки по поверхности физиономии.
• Получается 3D карта глубины, что почти неосуществима для подделки стандартной фотографией или маскировкой.

Выигрыши

• Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
• Сильная защита к фальсификациям.
• Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных устройствах используются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения луча до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти разработки применяются наиболее часто во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искуственный разум в действии

Современные устройства идентификации лиц немыслимы при отсутствии использования ИИ и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, гаджет способно узнавать пользователя даже при трансформациях облика: новая причёска, борода, оптика или грим не становятся помехой для разблокировки.

Детектирование физиономии

В стартовом этапе программа должна оперативно обнаружить лицо в пределах всего снимка камеры. Для данной цели используются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать лицо даже при частичном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Идентификация основных моментов

После распознавания лица система, такая как вулкан россии, определяет положение ключевых точек: кончики глаз, кончик носа, края губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 главных меток на лицевой области.

Это требуется для выравнивания визуала: если юзер находится с смартфон под наклоном, или склонил голову, программа корректирует изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрического образца

Далее нейросеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот шаблон весьма трудно сфальсифицировать: он не сохраняет само картинку пользователя, а лишь особенные особенности его облика, что делает его совершенным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и принятие заключения

В случае, когда юзер хочет открыть телефон взглядом, система воспроизводит все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к изменениям облика

Интересная черта актуальных систем — возможность самообучения. Если ты регулярно доступаете к мобильное устройство с новой укладкой или очками, алгоритм постепенно обновляет основной модель вашего внешности для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Большинство юзеры беспокоятся сохранять свои биометрические данные на смартфоне из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Некоторые фирмы, такие как vulkan russia, предлагают варианты для повышения безопасности данных юзеров.

• Локальное сохранение: Основная часть аппаратов записывает биометричные шаблоны лишь в пределах защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют гаджет и недоступны в том числе производителю.

• Шифрование: Все информация сохраняются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних разработчиков не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Следует упомянуть важную подробность: в случае, если кто-либо получит физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, требуют раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы идентификации лиц?

В настоящее время можно выделить три основных подхода к выполнению этой задачи:

Программное двухмерное идентификация

Применяется только лицевая камера без экстра сенсоров глубины. Подобный подход используется обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость осуществления; умеренная затраты; оперативная работа при качественном свете.
Минусы: просто ввести в заблуждение фотографией; нестабильная работа ночью; слабая безопасность.

Аппаратное 3D сканирование

Использует ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: большая достоверность; не получится подделать фото/видео; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры эксплуатации различных техник

• iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как программное двухмерное идентификацию по изображению фронталкой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности защиты и ложные срабатывания

Несмотря на замечательный развитие техники за последние лет, идеальных механизмов пока не имеется:

1. Шанс мошенничества: Бюджетные телефоны без труда открываются четкой изображением пользователя или видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации внешнего вида: Внезапное снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции либо травмы в некоторых случаях требуют обновления данных биометрии.
4. Условия записи: Интенсивная засветка солнцем или же глубокая темнота могут понизить точность идентификации признаков.

Здесь пара рекомендаций по надёжному использованию:

• Для значимых операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых аппаратах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку смартфона для предотвращения угроз от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она имеется.

Где ещё находится применение технология за исключением смартфонов?

Хотя основная мысль данной публикации посвящена именно портативным гаджетам, следует отметить других сферах применения технологии:

• Управление прохода в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные идентификационные документы современного поколения;
• Системы видеоконтроля городских сервисов;
• Автоматизирование учёта посещаемости образовательных учреждений/вузов;
• Вход пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие программы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий годик проявляются современные идеи для усовершенствования уровня работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Улучшаются нейросети — современные архитектуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро осваивать свежим чертам вида владельца прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут различать настоящие движущиеся лица от статичных фотографий/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — смарт-часы могут авто блокировать мобильный телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Появляются гибридные устройства — к примеру объединяющие речевую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Итак, которые тренды особенно актуальны в данный момент:

1) Миниатюризация компонентов

Компании пытаются сократить габариты прорези (“чёлки”) под датчики на экране за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для увеличения приватности всё больше обработки данных происходит на месте без пересылки данных во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация регламентов

Гугл интенсивно продвигает стандарт BiometricPrompt API, чтобы такие платформы, вроде вулкан россия, и все Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что выбрать на сегодня?

Если вам важна предельная сохранность информации, выбирайте флагманские устройства с вмонтированным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих актуальных поколений
• Huawei Mate/P ряда
• Mix Professional
• Vivo X серии
• Oppo Find X линейки.

Если финансы ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как дополнительную возможность комфорта.

Каким способом повысить практичность работы функции?

Есть несколько лайфхаков для людей, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Периодически меняйте свою изображение-шаблон, если сильно изменяется внешний вид.
2. Не забывайте чистить объектив передней камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам включает фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрации постарайтесь удерживать голову ровно напротив камеры без сильного наклона головы.
5. Применяйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы прогресса техники

В ближайшие времена можно ожидать развития полностью бесконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также вероятно развитие новых подходов охраны конфиденциальности – к примеру, переменное изменение цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень захватывающих инноваций нашего периода! Она делает взаимодействие со смартфоном удобнее чем до этого, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш пользовательский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта технология внутри, – сможете осознаннее выбирать свой следующий девайс!