Как действует идентификация лиц в смартфонах

Зачем мы выбираем разблокирование по лицу

В прошлые времена определение лиц стало одной из самых популярных функций для разблокировки смартфонов. Лишь пару лет тому назад основная масса юзеров удовлетворялись пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту особенность очень нужной? Прежде всего, это комфортно: не нужно запоминать сложные пароли или находить верный палец в темноте. Также, это мгновенно: современные алгоритмы распознают лицо фактически за мгновение. В-третьих, это чувство футуризма — будто в кинофильмах про казино вулкан агентов.

Впрочем за такой видимой простотой прячется целый универсум комплексных техник и инженерных решений. Давайте исследовать, как конкретно действует идентификация по лицу в новейших мобильных телефонах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая повествование эволюции инноваций

Идентификация лиц как методика присутствует уже более пятидесяти лет. Изначальные попытки автоматизированного исследования лица были предприняты еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры умели лишь определять силуэты головы и измерять расстояния между очами и ртом на черно-белых изображениях.

Начальные коммерческие платформы возникли в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто ошибались. Только с развитием синтетических сетей и таких систем, как вулкан россии, мощных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали внедрять собственные решения.

Ключевые этапы действия механизма распознавания

Процесс определения лица можно условно поделить на несколько важных этапов:

Обнаружение лица — камера распознает присутствие людского образа в кадре.
Выделение характеристик — механизм анализирует особенности лица: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со образцом — сформированный образец сопоставляется со записанной при регистрации биометрической сведениями владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Любой из указанных шагов нуждается в особых методов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что находится внутри них

Стандартная фронтальная камера.

Самый легкий способ идентификации лица использует только фронтальную камеру смартфона смартфона. Данный подход реализован во различных бюджетных вариантах Android-устройств.

Положительные стороны:

Не потребляет дополнительные сенсоров.
Оперативно функционирует при качественном освещённости.

Недостатки:

Несложно одурачить фотографией или видео.
Неудачно действует при низком свете или необычных ракурсах.

ИК камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

Точечный проектор показывает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
Инфракрасная устройство регистрирует деформацию данной решетки по плоскости лица.
Формируется 3D карта глубины глубины, что практически невозможна для имитации типичной фотографией или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Большая защита к фальсификациям.
Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В определённых девайсах используются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период прохождения луча до цели и обратно; RGB-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более детализированной 3D-модели лица.

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

Софтверные методы: искусственный интеллект на работе

Нынешние механизмы распознавания лиц немыслимы в отсутствие эксплуатации ИИ и machine learning. Именно из-за таким технологиям, как вулкан россии, гаджет способно распознавать юзера даже при изменениях внешности: новая причёска, борода, очки или грим не становятся барьером для разблокировки.

Детектирование лица

В первом шаге система обязана оперативно найти лицо внутри полного изображения с камеры. Для данной цели используются последовательные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может распознавать облик даже при частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация важных точек

После обнаружения лица система, такая как вулкан россии, устанавливает положение главных точек: уголки глаз, кончик носа, края губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой области.

Это необходимо для стабилизации визуала: если человек удерживает смартфон под наклоненным, или склонил головку, программа корректирует картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрического образца

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

Данный формат весьма трудно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно изображение пользователя, а лишь особенные особенности его облика, что делает его оптимальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и вынесение заключения

Если пользователь хочет разблокировать телефон взором, система повторяет все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к трансформациям внешнего вида

Увлекательная особенность нынешних систем — возможность самообучения. Если ты регулярно открываете телефон с свежей прической или оптикой, программа постепенно модернизирует эталонный образец вашего внешности для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Многие юзеры беспокоятся держать свои биометрические данные на телефоне из-за риска утечки информации или взлома устройства. Некоторые компании, вроде vulkan russia, предлагают варианты для улучшения сохранности данных клиентов.

Локальное сохранение: Основная часть аппаратов сохраняет биометричные шаблоны исключительно внутри безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из гаджет и закрыты даже изготовителю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Стоит упомянуть значимую подробность: в случае, если кто-либо получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании внедряют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают категории распознавания лиц на изображениях?

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

Программируемое плоское определение

Используется только передняя видеокамера без экстра детекторов глубины. Этот способ используется наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота воплощения; низкая стоимость; скоростная работа при качественном свете.
Минусы: несложно обмануть снимком; нестабильная работа ночью; слабая безопасность.

Оборудование для 3D оцифровка

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надежность; невозможно исказить фото/видео; постоянная функционирование при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации применения различных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное обеспечение плоское определение по фото селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности защиты и ложные срабатывания

Несмотря на замечательный успехи технологий за прошедшие лет, безупречных механизмов пока не имеется:

Вероятность обмана: Доступные телефоны без труда доступны качественной изображением владельца либо роликом с экрана другого устройства.
Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
Трансформации внешности: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции либо повреждения в некоторых случаях необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия съёмки: Яркая засветка солнечным светом либо глубокая темнота могут понизить точность идентификации признаков.

Здесь несколько советов по безопасному эксплуатации:

Для критически важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите ПО телефона для защиты от новых видов атак;
Включайте функцию “Требовать открытых глаз” в тех местах, где она доступна.

В каких местах дополнительно находится применение технология помимо смартфонов?

Хотя предмет нашей работы сосредоточена на именно мобильным устройствам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Управление прохода в рабочих помещениях и жилых домах;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Цифровые удостоверения личности нового поколения;
Системы видеомониторинга городских подразделений;
Автоматизирование регистрации посещаемости школ/университетов;
Вход участников ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без пластика или телефона! Похожие проекты осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким способом трансформируется техпроцесс в нынешнее время?

Каждый год появляются новые мысли для улучшения качества работы систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск неточности;
Улучшаются нейросети — современные архитектуры типа MobileNetV3 дают возможность скоростно обучаться новым характеристикам облика пользователя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны отличать настоящие анимированные облики от фиксированных фотографий/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если пользователь отошёл далеко.
Проявляются комбинированные устройства — например объединяющие аудио опознание + физиономию + пальцевой отпечаток.

Итак, какие тенденции в особенности популярны на сегодняшний день:

1) Уменьшение деталей

Производители пытаются минимизировать величину выреза (“чёлки”) под датчики на экране за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для улучшения приватности всё больше расчётов выполняется локально без передачи информации во внешний облачный сервис.

3) Унификация регламентов

Гугл интенсивно пропагандирует норму BiometricPrompt API, чтобы аналогичные системы, как вулкан россия, и каждые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии единообразно.

Какое выбрать сегодня?

Когда вам всем необходима наивысшая безопасность информации, остановите выбор на флагманские модели с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

iPhone каждого новейших поколений
Huawei Partner/Series P линейки
Xiaomi Pro
Vivo X модели
Oppo Обнаружить X серии.

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

Как увеличить практичность работы возможности?

Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально трансформируется внешний вид.
Не пренебрегайте протирать линзу фронтальной камеры – загрязнения могут снизить четкость!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует камеру как только вы поднимаете его.
Во время регистрационного процесса постарайтесь удерживать лицевую часть неподвижно напротив видеоустройства исключая сильного наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Перспективы эволюции техники

В предстоящие времена можно предполагать развития полностью дистанционных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + походка + манипуляции руками!

Также предполагается возникновение новых методов защиты приватности – скажем, динамическое модификация диджитал паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень увлекательных инноваций нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как vulkan russia, могут значительно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как устроена эта технология в деталях, – сумеете осознаннее определять свой очередной девайс!