Каким способом функционирует распознавание лиц в мобильных устройствах

Для чего мы останавливаемся на разблокировку по фейсу

В прошлые годы распознавание лиц является одной из самых распространённых функций для деблокировки смартфонов. Еще пару годов тому назад основная часть пользователей довольствовались PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает данную возможность настолько популярной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить сложные пароли или отыскивать правильный палец в темноте. Во-вторых, это мгновенно: современные программы распознают лицо практически за доли секунды. В-третью очередь, это впечатление футуризма — словно в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Тем не менее за данной кажущейся несложностью таится весь мир комплексных методов и инженерных решений. Позвольте нам понять, как именно функционирует идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие существуют способы, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Краткая хроника прогресса инноваций

Распознавание лиц как техника имеется уже более 50 лет. Начальные эксперименты автоматического изучения лиц были осуществлены еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда компьютеры умели лишь определять силуэты лица и определять дистанции между глазами и ртом на монохромных снимках.

Первые бизнес установки возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, мощных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои решения.

Основные стадии работы механизма идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

Идентификация лица — аппарат выявляет наличие человеческого лица в снимке.
Выделение характеристик — алгоритм анализирует контуры облика: форму глаз, обонятельного органа, губ, расположение бровей.
Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со эталоном — полученный образец сверяется с зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно высокое, смартфон открывается.

Всякий из данных шагов нуждается в особых методов и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные составляющие: что скрыто внутри них

Стандартная селфи камера.

Самый простой легкий способ распознавания облика применяет исключительно переднюю камеру смартфона мобильного устройства. Такой подход внедрён во различных бюджетных версиях Android-устройств.

Достоинства:

Не нуждается в внешних сенсоров.
Оперативно функционирует при качественном свете.

Отрицательные стороны:

Несложно ввести в заблуждение фотографией или роликом.
Неудачно действует при низком освещённости или необычных углах обзора.

Инфракрасная камера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким образом это функционирует:

Точечный устройство проекции отображает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 меток).
ИК устройство регистрирует изменение формы этой решетки по поверхности лица.
Получается трёхмерная глубинная карта глубины, которая почти невозможна для подделки обычной фотографией или маской.

Плюсы

Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
Сильная устойчивость к подделкам.
Точность распознавания выше 99%.

Добавочные сенсоры

В некоторых аппаратах используются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время распространения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для формирования более аккуратной 3D-модели лица.

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

Софтверные процедуры: синтетический интеллект на работе

Современные механизмы распознавания физиономий невозможны при отсутствии использования artificial intelligence и machine learning. Именно благодаря таким инновациям, как вулкан россии, устройство может распознавать юзера даже при изменениях облика: новая стрижка, борода, оптика или грим не становятся барьером для открытия.

Детектирование лиц

На первом этапе программа необходимо быстро найти ликовое изображение внутри всего кадра камеры. Для данной цели задействуются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые « обучены » распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может обнаруживать физиономию даже с неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Идентификация ключевых точек

После распознавания лица механизм, такая как вулкан россии, устанавливает местоположение ключевых точек: края глаз, кончик носа, края губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Данное необходимо для стабилизации визуала: если человек держит телефон под углом, или наклонил головку, программа « выпрямляет » изображение до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрии модели

Далее искусственная сеть строит компактное математическое представление (« эмбеддинг ») лица пользователя — своеобразный цифровой « отпечаток » лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный шаблон очень трудно подделать: он не сохраняет само картинку пользователя, а лишь особенные особенности его внешности, что делает его идеальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сопоставление и осуществление выбора

Если пользователь желает разблокировать смартфон взором, программа повторяет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам внешности

Занимательная характеристика актуальных систем — возможность самостоятельного обучения. Если ты постоянно открываете мобильное устройство с свежей укладкой или очками, программа постепенно обновляет базовый образец вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических данных данных.

Многие пользователи опасаются хранить свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за вероятности утечки информации или взлома гаджета. Определенные компании, вроде vulkan russia, предлагают варианты для повышения безопасности данных юзеров.

Локальное сбережение: Большинство аппаратов хранит био-идентификационные образцы исключительно в пределах защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не покидают устройство и закрыты включая производителю.
Шифрование: Все информация сберегаются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения внешних разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Стоит отметить значимую особенность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы определения лиц?

Сегодня можно определить выделить три основных способа к осуществлению этой функции:

Программное 2D распознавание

Эксплуатируется только лицевая видеокамера без вспомогательных детекторов дистанции. Подобный подход используется обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота воплощения; умеренная стоимость; скоростная работа при достаточном свете.
Минусы: просто одурачить фотографией; ненадежная функционирование ночью; слабая безопасность.

Аппаратное объёмное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надёжность; не получится исказить изображение/видеозапись; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (« чёлка »)

Комбинированные методы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (« anti-spoofing »). Например, такие продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, комбинируют фронталку c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации использования разнообразных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как софтверное двухмерное идентификацию по снимку селфи-камерой, так и сенсор глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности безопасности и ложные тревоги

Несмотря на замечательный развитие инноваций за прошедшие лет, идеальных систем пока не существует:

Вероятность обмана: Недорогие смартфоны легко открываются высококачественной изображением владельца или видео с дисплея иного гаджета.
Идентичные близнецы: Даже самые безупречные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень схожей внешностью.
Метаморфозы облика: Резкое снижение веса/набор веса, пластические операции или травмы порой необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия фотографирования: Сильная освещённость солнцем либо плотная тень могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Здесь некоторые рекомендаций для защищённому эксплуатации:

Для важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
Не запускайте опцию « Разблокировка по лицу » на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте программное обеспечение смартфона для предотвращения угроз от новых видов атак;
Включайте настройку « Требовать раскрытых глаз » там, где она доступна.

Где ещё находится применение технологии помимо мобильных телефонов?

Пускай предмет нашей работы посвящена именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

Мониторинг входа в офисах и жилых домах;
Платёжные устройства банков (« Face Pay »);
Электронные идентификационные документы нового поколения;
Установки видеонаблюдения городских подразделений;
Автоматизирование отслеживания посещаемости школ/институтов;
Авторизация участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (« Face Pay ») — достаточно пройти через турникет без карты или телефона! Похожие программы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как изменяется техпроцесс сегодня?

Каждый годочек возникают новые мысли для улучшения стандарта деятельности систем распознавания лиц:

Увеличивается чёткость датчиков — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Улучшаются искусственные интеллекты — передовые конструкции модели MobileNetV3 дают возможность оперативно адаптироваться к свежим характеристикам облика владельца прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны распознавать подлинные движущиеся лица от фиксированных снимков/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически закрыть доступ к мобильный телефон, если пользователь отошёл далеко.
Появляются смешанные механизмы — в частности совмещающие голосовую аутентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Вот, которые направления очень популярны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Производители стараются минимизировать габариты отверстия (« чёлки ») под сенсоры на экране за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для увеличения личной безопасности всё больше расчётов происходит локально без передачи информации во внешний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы такие платформы, например как вулкан россия, и любые Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое подобрать на сегодня?

Если вам нужна наивысшая безопасность данных, подбирайте передовые модели со встроенным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого актуальных версий
Huawei Companion/P Series линейки
Xiaomi Expert
Vivo X линейки
Oppo Найти X линейки.

Если бюджет скромен – лучше выбирать традиционным средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а функцию « разблокировка по лицу », такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную опцию удобства.

Каким образом улучшить удобство функционирования опции?

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

Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется внешность.
Не забывайте очищать линзу передней камеры – пятна могут понизить точность!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает фотоаппарат если вы поднимаете его.
Во время записи постарайтесь удерживать лицевую часть неподвижно напротив объектива без сильного наклона головы.
Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвернулись от экрана.

Будущее развития инноваций

В скоро наступающие времена можно предполагать развития полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + голос + походка + движения рук!

Также предполагается развитие новых подходов обеспечения конфиденциальности – к примеру, динамическое корректировка цифрового паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых увлекательных инноваций нашего времени! Она предоставляет общение со мобильным устройством проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как vulkan russia, могут в разы повысить ваш пользовательский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как функционирует эта технология в деталях, – сможете вдумчиво определять свой следующий гаджет!

Post Views: 0