Каким образом функционирует определение лицевых образов в смартфонах

Зачем мы выбираем разблокирование по лицу

В недавние годы распознавание лиц является одной из наиболее востребованных функций для деблокировки мобильных телефонов. Всего несколько годов назад основная масса юзеров удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан 24, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает данную особенность такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно помнить сложные пароли или отыскивать правильный палец в тьме. Во-вторых, это быстро: современные алгоритмы идентифицируют лицо фактически за доли секунды. В-третьих, это впечатление футуризма — словно в кинофильмах про вулкан автомат агентов.

Однако за такой на первый взгляд простотой таится целый универсум трудных методов и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как конкретно функционирует идентификация по лицу в новейших мобильных телефонах, какие существуют технологии, насколько они безопасны и что нас предстоит.

Краткая история эволюции техники

Распознавание лиц как методика имеется уже более 50 лет. Начальные пробы автоматизированного изучения лиц были осуществлены еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь выделять силуэты лица и определять расстояния между зрачками и губами на монохромных фотографиях.

Первые торговые платформы появились в девяностых годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких платформ, как Вулкан 24 Казино, высокопроизводительных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои разработки.

Главные этапы работы системы распознавания

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько ключевых этапов:

  1. Распознавание лиц — камера выявляет наличие человеческого лица в изображении.
  2. Выделение особенностей — механизм анализирует особенности облика: форму зрительных органов, носа, губ, положение надбровных дуг.
  3. Построение структуры — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
  4. Сравнение с образцом — созданный образец сверяется со сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
  5. Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон открывается.

Всякий из этих этапов нуждается в специальных методов и оптимизаций для скорой работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что скрыто внутри

Обычная селфи камера.

Простейший простой метод распознавания физиономии применяет лишь переднюю камеру мобильного устройства. Такой способ реализован во многих бюджетных моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

  • Не требует дополнительные сенсоров.
  • Оперативно функционирует при качественном освещённости.

Недостатки:

  • Легко одурачить изображением или видеозаписью.
  • Неправильно действует при плохом свете или нестандартных углах обзора.

ИК камера и точечный проектор

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

Каким образом это действует:

  • Точечный проектор отображает на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
  • ИК устройство записывает искривление этой решетки по плоскости физиономии.
  • Получается трехмерная карта глубины, которая практически неосуществима для подделки стандартной фото или маской.

Достоинства

  • Надёжная работа даже в полной темноте.
  • Сильная защита к подделкам.
  • Точность определения свыше 99%.

Добавочные сенсоры

В определённых девайсах применяются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения луча до объекта и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные световые измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти инновации встречаются чаще всего во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: синтетический разум на действии

Современные механизмы идентификации лиц немыслимы в отсутствие применения artificial intelligence и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как Вулкан 24 Казино, гаджет в состоянии узнавать пользователя даже при изменениях внешности: новая укладка, растительность на лице, очки или косметика не становятся барьером для разблокировки.

Распознавание лица

На первом стадии программа необходимо мгновенно распознать лицо в пределах целого кадра камеры. Для данной цели используются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые „обучены“ находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии находить лицо даже с частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Выделение ключевых моментов

После обнаружения лица устройство, такая как Вулкан 24 Казино, устанавливает расположение главных точек: кончики глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой поверхности.

Это требуется для стабилизации изображения: если пользователь удерживает мобильник под углом, или склонил голову, программа „выпрямляет“ изображение до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрического идентификатора шаблона

Далее нейронная сеть строит уплотненное математическое представление („эмбеддинг“) внешности пользователя — своеобразный цифровой „отпечаток“ внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный шаблон весьма сложно сфальсифицировать: он не сохраняет само фото юзера, а лишь уникальные особенности его облика, что делает его оптимальным для таких систем, как Vulkan24.

Сравнение и осуществление заключения

В случае, когда человек желает разблокировать мобильник взглядом, механизм осуществляет все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к трансформациям внешнего вида

Увлекательная черта нынешних системы — способность самостоятельного обучения. Если ты регулярно доступаете к телефон с свежей стрижкой или очками, система постепенно освежает основной шаблон вашего облика для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Защита биометрии информации.

Множество юзеры опасаются сохранять свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за вероятности утечки данных или хакерской атаки. Определенные организации, вроде Vulkan24, предлагают варианты для повышения защиты информации пользователей.

  • Локальное сохранение: Преимущественно аппаратов сохраняет биометрические шаблоны только в пределах безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют устройство и недоступны в том числе изготовителю.

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

  • Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт подтверждения идентичности через системный API.

Следует упомянуть важную особенность: в случае, если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют меры безопасности от автоматического разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают виды распознавания лиц?

В настоящее время можно определить определить три основных подхода к выполнению этой функции:

Программируемое двухмерное определение

Используется только фронтальная видеокамера без экстра сенсоров дистанции. Этот способ наблюдается обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость реализации; низкая цена; быстрая функционирование при достаточном свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная защищенность.

Оборудование для объёмное сканирование

Задействует ИК камеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; невозможно подделать фото/видео; устойчивая деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана („чёлка“)

Гибридные подходы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам („anti-spoofing“). Например, такие товары, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних версий, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы использования разных техник

  • iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование
  • Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил эквивалент Face ID в ряду Android.
  • Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное обеспечение 2D идентификацию по изображению селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
  • Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Вопросы охраны и неверные тревоги

Несмотря на впечатляющий успехи технологий за последние лет, безупречных механизмов пока не наблюдается:

  1. Шанс обмана: Бюджетные смартфоны легко открываются четкой снимком хозяина либо роликом с дисплея иного гаджета.
  2. Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
  3. Трансформации внешнего вида: Внезапное снижение веса/набор веса, косметические процедуры или травмы иногда требуют повторной регистрации биометрических данных.
  4. Условия записи: Интенсивная подсветка солнечным светом или плотная затенение могут уменьшить верность идентификации признаков.

Ниже несколько рекомендаций для защищённому применению:

  • Для значимых операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
  • Не активируйте возможность „Разблокировка по лицу“ на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
  • Систематически обновляйте программное обеспечение телефона для обеспечения безопасности от современных угроз;
  • Включайте опцию „Требовать раскрытых глаз“ там, где она имеется.

В каких местах дополнительно применяется технологии кроме мобильных телефонов?

Пускай тема нашей публикации посвящена именно мобильным устройствам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

  • Мониторинг доступа в офисах и многоквартирных зданиях;
  • Платёжные аппараты банков („Face Pay“);
  • Электронные идентификационные документы нового поколения;
  • Комплексы видеомониторинга городских подразделений;
  • Автоматизирование регистрации явки учебных заведений/вузов;
  • Аутентификация юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу („Face Pay“) — достаточно пройти через турникет без пластика или мобильника! Похожие инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как меняется техпроцесс сегодня?

Всякий год возникают современные идеи для улучшения уровня функционирования систем распознавания лиц:

  1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше информации фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
  2. Улучшаются нейронные сети — передовые структуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро обучаться свежим особенностям вида владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
  3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь телефоны умеют различать реальные движущиеся лица от статичных фотографий/масок по незаметным микродвижениям.
  4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут самостоятельно блокировать телефон, если обладатель отошёл далеко.
  5. Возникают гибридные механизмы — в частности объединяющие аудио опознание + физиономию + отпечаток пальца.

Вот, те направления в особенности востребованы в данный момент:

1) Миниатюризация деталей

Производители намереваются уменьшить габариты прорези („чёлки“) для датчики на экране за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для улучшения личной безопасности всё более обработки данных выполняется внутри устройства без отправки данных во дополнительный облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Гугл активно продвигает эталон BiometricPrompt API, чтобы такие платформы, вроде Вулкан 24, и любые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии унифицированно.

Какое выбрать на сегодня?

Если вам всем важна предельная безопасность информации, выбирайте флагманские модели со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

  • iPhone всех новейших моделей
  • Huawei Companion/P Series серии
  • Xiaomi Expert
  • Vivo X линейки
  • Оппо Найти Х серий.

Если средства скромен – лучше выбирать традиционным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию „разблокировка по лицу“, такую как в Вулкан 24, задействовать только как второстепенную опцию удобства.

Как увеличить удобство использования функции?

Есть некоторые хитростей для тех, кто уже применяет разблокировку через лицо:

  1. Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально трансформируется облик.
  2. Не забывайте очищать линзу передней камеры – пятна могут уменьшить точность!
  3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает фотоаппарат как только вы поднимаете его.
  4. В процессе регистрации старайтесь держать голову неподвижно впереди камеры исключая значительного наклона головы.
  5. Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Возможности развития техники

В скоро наступающие времена можно ожидать возникновения полностью безконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + голос + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также предполагается появление свежих подходов обеспечения личной информации – например, переменное корректировка электронного паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее захватывающих техник нашего эпохи! Она обеспечивает общение со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Vulkan24, могут значительно повысить ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как работает эта методика изнутри, – будете в состоянии вдумчиво определять свой будущий гаджет!