Как действует идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по фейсу

В недавние времена идентификация лиц превратилось в одной из самых популярных опций для открытия смартфонов. Еще пару годков ранее основная часть пользователей удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан 24, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту особенность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно помнить сложные пароли или находить правильный палец в мраке. Кроме того, это мгновенно: современные системы распознают лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуризма — как будто в кинолентах про вулкан автомат разведчиков.

Тем не менее за такой на первый взгляд легкостью прячется полный вселенная комплексных технологий и инженерных концепций. Давайте разобраться, как точно функционирует идентификация по лицу в современных мобильных телефонах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Краткая хроника прогресса технологии

Распознавание лиц как технология существует уже более пятидесяти годов. Изначальные попытки автоматического анализа облика были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры могли лишь определять контуры лица и измерять расстояния между очами и губами на ахроматических фотографиях.

Изначальные торговые системы возникли в 1990-х годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких площадок, как Вулкан 24 Казино, высокопроизводительных мобильных чипов 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 последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать личные решения.

Ключевые шаги действия системы идентификации

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

1. Обнаружение лица — устройство распознает наличие человеческого лица в кадре.
2. Извлечение особенностей — система изучает контуры физиономии: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с эталоном — полученный образец сопоставляется со записанной при регистрации биометрической сведениями владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно значительное, смартфон открывается.

Всякий из этих этапов требует индивидуальных методов и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что скрыто в их недрах

Обычная селфи камера.

Самый простой легкий метод идентификации лица использует лишь переднюю камеру смартфона. Данный метод реализован во многочисленных бюджетных версиях Android-устройств.

Преимущества:

• Не нуждается в потребляет дополнительные датчиков.
• Быстро функционирует при достаточном освещённости.

Слабые стороны:

• Несложно ввести в заблуждение фотографией или роликом.
• Плохо функционирует при плохом освещении или нестандартных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проектор

Более продвинутые системы, такие как Вулкан 24 Казино, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика лежит в основе Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

• Точечный проекционный прибор проецирует на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК камера записывает деформацию данной сетки по поверхности физиономии.
• Создаётся 3D карта глубины глубинности, что практически невозможна для подделки стандартной фотографией или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная функционирование даже в полной тьме.
• Высокая сопротивляемость к имитациям.
• Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных устройствах применяются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период движения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более точной 3D-модели лица.

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

Компьютерные методы: искусственный разум в действии

Нынешние устройства распознавания лиц немыслимы без использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, аппарат в состоянии идентифицировать владельца даже при изменениях внешности: новая стрижка, щетина, оптика или макияж не становятся помехой для открытия.

Детектирование физиономии

На стартовом шаге программа обязана быстро распознать образ лица внутри всего снимка с камеры. Для этого применяются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может распознавать физиономию даже в случае частичном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Выделение важных аспектов

После идентификации лица механизм, такая как Вулкан 24 Казино, устанавливает расположение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Это действие необходимо для нормализации визуала: если пользователь держит мобильник под наклоненным, или склонил голову, программа корректирует изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Построение биометрического идентификатора шаблона

Далее нейросеть строит уплотненное числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот шаблон крайне затруднительно подделать: он не сохраняет непосредственно фото пользователя, а лишь уникальные особенности его вида, что делает его совершенным для таких платформ, как Vulkan24.

Сопоставление и вынесение выбора

В случае, когда человек намеревается открыть смартфон взглядом, система воспроизводит все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к изменениям облика

Интересная черта современных системы — способность самостоятельного обучения. Если ты часто доступаете к телефон с новой укладкой или оптикой, алгоритм постепенно освежает эталонный шаблон вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Многие пользователи боятся держать свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за риска потери данных или взлома гаджета. Определенные компании, вроде Vulkan24, предлагают методы для улучшения сохранности данных юзеров.

• Локальное сохранение: Преимущественно аппаратов хранит биометрические шаблоны исключительно внутрь безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не выходят из гаджет и не доступны даже создателю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в шифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации идентичности через системный API.

Следует упомянуть существенную особенность: если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании реализуют меры безопасности от автоматического разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют виды определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно различить три ключевых метода к осуществлению этой функции:

Программируемое двухмерное распознавание

Применяется только фронтальная камера без дополнительных датчиков дистанции. Такой подход используется наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость осуществления; умеренная цена; быстрая работа при хорошем освещении.
Минусы: просто одурачить снимком; ненадежная работа ночью; низкая охрана.

Аппаратное объёмное оцифровка

Задействует ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надёжность; невозможно исказить изображение/видеозапись; стабильная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных версий, сочетают фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Примеры использования разных техник

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное определение по снимку селфи-камерой, так и сенсор радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы охраны и ложные срабатывания

Несмотря на поразительный прогресс технологий за последние годы, идеальных механизмов пока не существует:

1. Возможность обмана: Недорогие смартфоны легко открываются высококачественной фотографией владельца или же роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные системы могут спутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы облика: Внезапное похудение/увеличение массы тела, пластические операции или повреждения порой требуют перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Яркая засветка солнцем или глубокая темнота могут снизить верность распознавания признаков.

Ниже пара подсказок по надёжному применению:

• Для значимых операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку телефона для защиты от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она есть.

В каких местах также используется технологии помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что основная мысль этой публикации касается в частности мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

• Контроль входа в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта современного поколения;
• Комплексы видеомониторинга городских подразделений;
• Автоматизирование регистрации посещаемости образовательных учреждений/институтов;
• Аутентификация пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без пластика или телефона! Схожие проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом трансформируется технический процесс сегодня?

Каждый год появляются свежие концепции для усовершенствования уровня функционирования систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск погрешности;
2. Улучшаются нейронные сети — современные конструкции модели MobileNetV3 позволяют скоростно осваивать свежим чертам вида владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Развиваются методы антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать реальные движущиеся лица от неподвижных снимков/масок по микроскопическим микродвижениям.
4. Интеграция со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно блокировать смартфон, если пользователь отошёл далеко.
5. Появляются смешанные устройства — к примеру совмещающие голосовую идентификацию + облик + отпечаток пальца.

Здесь, которые направления очень актуальны сейчас:

1) Уменьшение компонентов

Изготовители стараются сократить габариты отверстия (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для повышения личной безопасности всё больше расчётов происходит локально без пересылки данных во сторонний облачный сервис.

3) Стандартизация норм

Google активно продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы такие площадки, как Вулкан 24, и каждые Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии единообразно.

Что подобрать сегодня?

Когда вам всем нужна максимальная защита информации, подбирайте передовые аппараты с интегрированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех актуальных версий
• Huawei Companion/P Series линейки
• Xiaomi Expert
• Vivo X модели
• Oppo Обнаружить X серий.

Если средства ограничен – лучше предпочесть обычным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, применять только как дополнительную возможность удобства.

Каким способом повысить комфорт работы опции?

Есть пара хитростей для тех, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Регулярно меняйте свою фотографию-шаблон, если кардинально изменяется внешность.
2. Не упускайте из виду протирать объектив передней камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам запускает фотоаппарат когда вы поднимаете его.
4. В процессе регистрации постарайтесь удерживать лицо ровно перед камеры исключая значительного наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Возможности прогресса технологии

В ближайшие годы можно предвкушать возникновения полностью дистанционных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + речь + походка + движения рук!

Также вероятно возникновение современных способов защиты приватности – например, изменяющееся корректировка цифрового паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из самых увлекательных техник нашего времени! Она предоставляет интеракцию со смартфоном комфортнее чем раньше, и такие программы, как Vulkan24, могут значительно оптимизировать ваш опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы знаете, как функционирует эта методика в деталях, – сможете более осмысленно выбирать свой следующий гаджет!