Каким способом работает распознавание лиц в телефонах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В прошлые времена идентификация лиц стало одной из наиболее востребованных функций для открытия мобильных телефонов. Лишь несколько годов назад основная часть использующих довольствовались PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает данную функцию настолько популярной? Прежде всего, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать верный палец в темноте. Также, это оперативно: современные программы идентифицируют лицо практически за доли секунды. В-третьих, это ощущение футуристичности — будто в фильмах про вулкан автомат разведчиков.

Тем не менее за данной видимой легкостью прячется полный мир комплексных технологий и инженерных разработок. Давайте исследовать, как конкретно функционирует распознавание лиц в актуальных смартфонах, какие применяются методы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая хроника развития техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более 50 лет. Начальные попытки автоматического исследования облика были предприняты еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда вычислительные машины умели лишь обозначать очертания лица и вычислять дистанции между зрачками и ртом на черно-белых фотографиях.

Начальные бизнес системы появились в девяностых годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких систем, как Вулкан 24 Казино, мощных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать свои разработки.

Главные шаги функционирования устройства распознавания

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

Обнаружение лица — аппарат определяет присутствие гуманного образа в кадре.
Извлечение характеристик — система исследует черты лица: очертания зрительных органов, носа, уст, расположение надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся неповторимый электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с образцом — полученный шаблон сравнивается с зафиксированной при регистрации биометрической информацией владельца.
Принятие определения — если сходство достаточно существенное, смартфон открывается.

Каждый из данных этапов нуждается в специальных алгоритмов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто внутри них

Обычная передняя камера.

Самый простой простой вариант идентификации облика применяет только фронтальную видеокамеру смартфона. Данный метод реализован во многочисленных доступных версиях Android-устройств.

Сильные стороны:

Не нуждается в внешних сенсоров.
Быстро функционирует при достаточном свете.

Слабые стороны:

Несложно одурачить снимком или видеозаписью.
Неправильно функционирует при плохом освещённости или необычных углах обзора.

ИК камера и точечный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как Вулкан 24 Казино, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта технология является основой Face ID от Apple.

Как это действует:

Точечный устройство проекции проецирует на физиономию юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
ИК камера регистрирует деформацию этой решетки по плоскости физиономии.
Получается трёхмерная карта глубины, что почти неподвластна для имитации обычной снимком или маской.

Преимущества

Надёжная работа даже в полной темноте.
Высокая устойчивость к имитациям.
Точность идентификации более 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В отдельных устройствах задействуются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время движения луча до объекта и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные лидары для формирования более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки используются в основном во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный ум в действии

Нынешние устройства опознания лиц неосуществимы без эксплуатации artificial intelligence и machine learning. Именно из-за таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, гаджет в состоянии узнавать владельца даже при метаморфозах внешности: новая причёска, борода, линзы или косметика не становятся помехой для открытия.

Детектирование физиономии

При первом шаге программа должна оперативно распознать образ лица среди всего снимка с камеры. Для данной цели применяются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать лицо даже с неполном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Определение важных аспектов

После распознавания лица система, такая как Вулкан 24 Казино, устанавливает расположение основных точек: кончики глаз, кончик носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 основных точек на лицевой поверхности.

Данное необходимо для нормализации визуала: если человек находится с смартфон под углом, или наклонил голову, программа корректирует картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрического шаблона

Далее нейросеть строит уплотненное математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Данный образец крайне трудно подделать: он не сохраняет само фото юзера, а лишь особенные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких площадок, как Vulkan24.

Сравнение и вынесение решения

Если пользователь хочет открыть телефон взглядом, механизм осуществляет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый границу (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная особенность актуальных систем — способность самообучения. Если вы регулярно открываете мобильное устройство с обновленной стрижкой или оптикой, система постепенно освежает эталонный шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрии данных.

Многие клиенты боятся держать свои биометрические данные на телефоне из-за угрозы утечки информации или хакерской атаки. Иные организации, вроде Vulkan24, предлагают решения для улучшения защиты данных пользователей.

Локальное сбережение: Основная часть девайсов хранит биометрические шаблоны только в пределах безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не покидают аппарат и недоступны в том числе создателю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Необходимо упомянуть существенную деталь: если кто-либо получит доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании реализуют защиту от неосознанного разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют категории определения лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно определить различить 3 основных способа к выполнению этой операции:

Программное плоское определение

Используется только фронтальная видеокамера без дополнительных детекторов дистанции. Такой метод используется наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость реализации; умеренная затраты; быстрая работа при достаточном свете.
Минусы: несложно обмануть фотографией; неустойчивая деятельность ночью; низкая охрана.

Аппаратное объёмное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая достоверность; нельзя обмануть изображение/видеозапись; устойчивая деятельность при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних версий, комбинируют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации использования разных методов

iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил эквивалент Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное плоское идентификацию по изображению фронталкой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы безопасности и ошибочные тревоги

Несмотря на поразительный прогресс технологий за недавние лет, безупречных механизмов пока не существует:

Вероятность мошенничества: Бюджетные мобильники просто “разблокируются” высококачественной фотографией пользователя либо видео с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые безупречные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень схожей внешностью.
Трансформации внешности: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства или повреждения иногда требуют обновления данных биометрии.
Условия съёмки: Сильная освещённость солнцем либо глубокая темнота могут снизить точность идентификации признаков.

Ниже некоторые подсказок по безопасному использованию:

Для значимых операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
Систематически апгрейдите программное обеспечение мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она имеется.

Где дополнительно применяется технология за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что тема нашей публикации посвящена в частности портативным гаджетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

Управление доступа в офисах и резиденциях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Виртуальные паспорта последнего поколения;
Установки видеомониторинга городских служб;
Автоматизирование отслеживания посещаемости учебных заведений/университетов;
Вход юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без пластика или мобильника! Схожие инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Как изменяется технология в наше время?

Каждый год проявляются свежие мысли для усовершенствования качества работы систем распознавания лиц:

Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше вероятность ошибки;
Совершенствуются нейросети — современные конструкции вида MobileNetV3 позволяют оперативно обучаться новым особенностям облика обладателя прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать настоящие движущиеся облики от фиксированных снимков/масок по незаметным движениям кожи.
Интеграция со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно заблокировать мобильный телефон, если пользователь ушёл далеко.
Появляются комбинированные системы — к примеру объединяющие голосовую опознание + физиономию + отпечаток пальца.

Итак, те направления особенно востребованы на сегодняшний день:

1) Сокращение элементов

Компании пытаются сократить габариты выреза (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для увеличения личной безопасности всё больше вычислений осуществляется внутри устройства без пересылки данных во сторонний облачный услугу.

3) Унификация норм

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные площадки, например как Вулкан 24, и все Android-программы могли работать с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое подобрать сегодня?

Если тебе важна предельная защита данных, подбирайте топовые аппараты с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

iPhone всех актуальных моделей
Huawei Partner/P Series серии
Mix Pro
Vivo X серии
Oppo Обнаружить X линейки.

Если финансы ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, применять только как второстепенную опцию комфорта.

Как повысить комфорт использования опции?

Есть некоторые хитростей для людей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется внешность.
Не пренебрегайте протирать линзу передней камеры – пятна могут понизить четкость!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам включает камеру когда вы берёте его в руки.
Во время регистрационного процесса старайтесь удерживать лицо неподвижно перед видеоустройства без резкого наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Перспективы эволюции инноваций

В предстоящие периоды можно предвкушать возникновения полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + речь + манера ходьбы + жесты рук!

Также предполагается появление новых методов обеспечения личной информации – например, динамическое корректировка электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее интересных техник нашего периода! Она делает общение со смартфоном комфортнее чем раньше, и такие программы, как Vulkan24, могут существенно оптимизировать ваш юзерский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта методика в деталях, – сможете вдумчиво подбирать свой следующий девайс!