Как работает распознавание лицевых образов в мобильных устройствах

Зачем мы выбираем разлочивание по лицу

В последние годы определение лиц является одной из наиболее востребованных возможностей для деблокировки умных телефонов. Еще некоторые годов ранее основная масса юзеров удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает эту возможность очень нужной? Для начала, это удобно: не нужно помнить замысловатые пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это мгновенно: современные системы узнают лицо фактически за доли секунды. В-третью очередь, это впечатление будущего — будто в кинолентах про казино Вулкан разведчиков.

Однако за данной кажущейся легкостью скрывается полный универсум трудных техник и инженерных концепций. Попробуем понять, как точно действует идентификация по лицу в актуальных гаджетах, какие применяются методы, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история развития технологии

Распознавание лиц как методика имеется уже более 50 годов. Начальные попытки автоматизированного анализа лица были сделаны еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда компьютеры могли лишь обозначать силуэты черепа и измерять расстояния между очами и ртом на монохромных изображениях.

Изначальные коммерческие платформы появились в девяностых годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с прогрессом синтетических сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять свои решения.

Главные стадии функционирования устройства распознавания

Процесс распознавания лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — устройство распознает существование человеческого лица в кадре.
2. Определение признаков — система исследует особенности физиономии: форму зрительных органов, обонятельного органа, губ, позицию бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со эталоном — полученный модель сравнивается со зафиксированной при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если сходство достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Любой из указанных стадий требует индивидуальных алгоритмов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что скрыто в их недрах

Типичная селфи камера.

Наиболее простой способ определения лица задействует только фронтальную камеру смартфона. Такой подход осуществлён во многочисленных доступных версиях Android-девайсов.

Положительные стороны:

• Не требует дополнительных сенсоров.
• Оперативно функционирует при качественном свете.

Отрицательные стороны:

• Просто ввести в заблуждение снимком или видео.
• Плохо функционирует при слабом освещённости или нестандартных ракурсах.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким образом это действует:

• Точечный проектор проецирует на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• Инфракрасная камера фиксирует изменение формы этой сетки по плоскости физиономии.
• Получается трехмерная карта глубины, что почти неподвластна для подделки типичной фото или маской.

Преимущества

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Большая сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных аппаратах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время движения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные оптические дальномеры для создания более аккуратной 3D-модели лица.

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

Программные методы: искусственный разум на работе

Нынешние устройства распознавания лиц неосуществимы при отсутствии эксплуатации artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким разработкам, как Vulkan Platinum, гаджет в состоянии распознавать владельца даже при трансформациях внешнего вида: новая причёска, щетина, линзы или грим не становятся барьером для деблокировки.

Обнаружение лица

На стартовом этапе алгоритм должна оперативно распознать ликовое изображение в пределах полного кадра камеры. Для этой задачи применяются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может обнаруживать облик даже при частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация важных точек

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение основных точек: края глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных меток на лицевой области.

Это необходимо для стабилизации картинки: если юзер удерживает мобильник под углом, или повернул голову, программа корректирует картинку до обычного угла для последующего изучения.

Формирование биометрии шаблона

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

Такой шаблон весьма трудно сфальсифицировать: он не хранит само фото пользователя, а лишь исключительные характеристики его облика, что делает его совершенным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и вынесение заключения

Если человек хочет разлочить мобильник взором, программа повторяет все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый уровень (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, доступен; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к изменениям внешности

Увлекательная особенность нынешних систем — способность самостоятельного обучения. Если вы регулярно доступаете к мобильное устройство с обновленной стрижкой или очками, алгоритм постепенно обновляет эталонный шаблон вашего лица для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Большинство пользователи беспокоятся хранить свои биометрические данные на телефоне из-за риска потери данных или взлома гаджета. Некоторые компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают варианты для улучшения защиты сведений пользователей.

• Локальное хранение: Большинство девайсов сохраняет био-идентификационные шаблоны лишь внутри безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают гаджет и не доступны включая создателю.

• Шифрование: Все данные сохраняются только в шифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Приложения третьих девелоперов не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт подтверждения личности через системный API.

Стоит упомянуть важную подробность: если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании осуществляют систему защиты от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают категории определения лиц?

В настоящее время можно определить 3 ключевых подхода к выполнению этой операции:

Программируемое двухмерное идентификация

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

Достоинства: простота осуществления; низкая цена; скоростная функционирование при достаточном свете.
Минусы: легко одурачить снимком; нестабильная функционирование ночью; недостаточная защищенность.

Аппаратное 3D сканирование

Задействует инфракрасную камеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; невозможно обмануть фото/видео; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, комбинируют фронталку c ИК датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры использования различных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил эквивалент Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное обеспечение плоское определение по фото селфи-камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности охраны и неверные срабатывания

Несмотря на замечательный прогресс техники за прошедшие годы, совершенных механизмов пока не наблюдается:

1. Шанс подвоха: Недорогие телефоны просто доступны высококачественной фотографией хозяина или роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные устройства могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Изменения внешности: Стремительное утрата веса/набор веса, хирургические вмешательства или травмы в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия записи: Сильная засветка солнечным светом или глубокая темнота могут снизить точность идентификации признаков.

Вот некоторые подсказок по надёжному эксплуатации:

• Для важных операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
• Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте ПО мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать открытых глаз” там, где она имеется.

Где ещё находится применение технологии помимо смартфонов?

Хотя основная мысль нашей публикации касается в частности мобильным устройствам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг доступа в офисах и жилых домах;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые идентификационные документы нового поколения;
• Комплексы видеонаблюдения муниципальных сервисов;
• Автоматизация учёта посещаемости школ/университетов;
• Аутентификация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или телефона! Аналогичные инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом меняется техпроцесс в нынешнее время?

Каждый год возникают новые концепции для усовершенствования стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
2. Улучшаются нейронные сети — новейшие конструкции вида MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать новым характеристикам облика пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь телефоны способны отличать настоящие анимированные лица от неподвижных снимков/маскировок по незаметным микродвижениям.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут авто заблокировать телефон, если обладатель ушёл далеко.
5. Появляются комбинированные устройства — к примеру объединяющие аудио аутентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Вот, какие тенденции особенно популярны на сегодняшний день:

1) Сокращение деталей

Изготовители стараются сократить величину выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для повышения конфиденциальности всё больше расчётов выполняется внутри устройства без передачи информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Google энергично пропагандирует эталон BiometricPrompt API, чтобы подобные системы, вроде Вулкан Платинум, и все Android-программы были совместимы с различными типами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

Когда вам важна максимальная защита данных, выбирайте передовые устройства с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих новейших моделей
• Huawei Companion/P Series линейки
• Mi Professional
• Vivo X серии
• Oppo Find Икс серии.

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

Как улучшить удобство использования опции?

Есть несколько хитростей для пользователей, кто уже применяет разблокировку через лицо:

1. Часто меняйте свою фотографию-шаблон, если значительно изменяется внешний вид.
2. Не забывайте очищать линзу передней камеры – загрязнения могут уменьшить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам активирует камеру если вы берёте его в руки.
4. В процессе записи старайтесь сохранять голову прямо перед видеоустройства исключая резкого наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Возможности эволюции техники

В ближайшие периоды можно предполагать появления полностью безконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + речь + манера ходьбы + жесты рук!

Также вероятно появление свежих подходов обеспечения личной информации – скажем, изменяющееся изменение диджитал шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из самых увлекательных техник нашего эпохи! Она предоставляет общение со телефоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут существенно улучшить ваш юзерский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы осведомлены, как функционирует эта технология изнутри, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой следующий гаджет!