Каким образом функционирует идентификация лицевых образов в смартфонах - Hacce — Agencia Digital

Каким образом функционирует идентификация лицевых образов в смартфонах

Каким образом функционирует идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по лицу

В последние времена определение физиономий является одной из самых распространённых возможностей для разблокировки мобильных телефонов. Лишь некоторые лет ранее основная масса пользователей удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает эту функцию очень нужной? Прежде всего, это удобно: не нужно помнить замысловатые пароли или отыскивать верный палец в мраке. Также, это мгновенно: современные алгоритмы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуризма — как будто в фильмах про казино вулкан разведчиков.

Тем не менее за такой видимой несложностью таится целый мир трудных техник и инженерных разработок. Позвольте нам понять, как именно работает распознавание лиц в современных смартфонах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история развития технологии

Идентификация лиц как технология существует уже более 50 лет. Начальные эксперименты машинного исследования лица были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины могли лишь обозначать контуры черепа и измерять промежутки между глазами и устами на ахроматических снимках.

Начальные коммерческие системы стали доступны в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как вулкан россии, сильных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать собственные решения.

Главные шаги работы системы идентификации

Процесс распознавания лица можно условно сегментировать на несколько основных этапов:

  1. Распознавание лица — устройство определяет существование людского образа в изображении.
  2. Определение характеристик — алгоритм изучает контуры облика: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, позицию бровей.
  3. Построение шаблона — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
  4. Сравнение со эталоном — сформированный шаблон сверяется с записанной при регистрации биометрической данными владельца.
  5. Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон открывается.

Каждый из этих стадий нуждается в индивидуальных алгоритмов и усовершенствований для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что прячется в их недрах

Стандартная селфи камера.

Простейший простой метод распознавания лица применяет только переднюю камеру смартфона. Такой подход реализован во различных доступных вариантах Android-девайсов.

Преимущества:

  • Не требует дополнительные датчиков.
  • Шустро работает при достаточном свете.

Недостатки:

  • Несложно ввести в заблуждение снимком или видеозаписью.
  • Неправильно работает при слабом свете или непривычных ракурсах.

ИК камера и пунктирный проектор

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

Каким способом это работает:

  • Точечный проекционный прибор показывает на физиономию юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
  • Инфракрасная устройство записывает деформацию этой решетки по поверхности физиономии.
  • Формируется трехмерная карта глубины глубинности, которая практически невозможна для фальсификации обычной фотографией или маскировкой.

Выигрыши

  • Надёжная деятельность даже в полной темноте.
  • Большая сопротивляемость к имитациям.
  • Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых аппаратах применяются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период распространения луча до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные лидары для построения более точной 3D-модели физиономии.

Эти разработки применяются в основном во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: искусственный ум на действии

Нынешние устройства распознавания физиономий невозможны при отсутствии эксплуатации искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, устройство в состоянии распознавать пользователя даже при метаморфозах облика: новая причёска, борода, очки или косметика не становятся барьером для открытия.

Детектирование лица

В начальном шаге программа необходимо мгновенно распознать образ лица в пределах полного кадра камеры. Для данной цели используются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может находить физиономию даже при частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение основных точек

После обнаружения лица система, такая как вулкан россии, устанавливает положение главных точек: края глаз, кончик носа, границы губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Данное требуется для нормализации изображения: если пользователь находится с смартфон под углом, или склонил голову, программа корректирует изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

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

Такой формат очень сложно сфальсифицировать: он не удерживает само изображение пользователя, а лишь уникальные особенности его облика, что делает его оптимальным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и осуществление решения

Когда пользователь хочет разблокировать телефон взглядом, система осуществляет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к метаморфозам внешности

Занимательная особенность современных систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно разблокируете смартфон с новой прической или очками, программа постепенно обновляет базовый шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрии данных.

Большинство пользователи боятся держать свои биометрические данные на телефоне из-за угрозы утечки информации или взлома гаджета. Некоторые фирмы, например vulkan russia, предоставляют методы для улучшения защиты данных пользователей.

  • Локальное сбережение: Основная часть аппаратов записывает биометричные модели только в пределах защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют устройство и недоступны включая производителю.

  • Шифрование: Все сведения сохраняются только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

  • Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Стоит отметить важную подробность: если какой-то человек сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании внедряют защиту от автоматического разблокирования — в частности, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются типы распознавания лиц на изображениях?

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

Софтверное плоское распознавание

Применяется только передняя видеокамера без вспомогательных детекторов глубины. Подобный метод используется чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота воплощения; минимальная цена; быстрая работа при хорошем освещении.
Минусы: легко одурачить фотографией; нестабильная деятельность ночью; слабая охрана.

Аппаратное объёмное оцифровка

Использует инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; невозможно исказить изображение/видеозапись; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Смешанные способы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, подобные продукты, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации использования различных способов

  • iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
  • Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил аналог Face ID среди Android.
  • Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное распознавание по снимку фронтальной камерой, так и сканер радужки глаза.
  • Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы безопасности и ошибочные срабатывания

Несмотря на поразительный развитие технологий за последние лет, совершенных систем пока не имеется:

  1. Вероятность обмана: Доступные телефоны без труда «разблокируются» высококачественной изображением хозяина или же видеозаписью с дисплея иного гаджета.
  2. Идентичные близняшки: Даже самые совершенные системы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
  3. Трансформации внешности: Резкое похудение/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо травмы в некоторых случаях необходимы для перерегистрации биометрических данных.
  4. Условия записи: Сильная подсветка солнцем либо глубокая затенение могут уменьшить верность определения признаков.

Ниже несколько подсказок для безопасному использованию:

  • Для значимых операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
  • Не активируйте опцию «Разблокировка по лицу» на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
  • Постоянно апгрейдите программное обеспечение мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
  • Включайте опцию «Требовать раскрытых глаз» там, где она доступна.

Где ещё находится применение технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что предмет нашей работы касается именно смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

  • Мониторинг прохода в деловых центрах и резиденциях;
  • Платёжные терминалы банков («Face Pay»);
  • Цифровые удостоверения личности нового поколения;
  • Системы видеоконтроля городских подразделений;
  • Автоматизация регистрации явки школ/институтов;
  • Вход пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу («Face Pay») — достаточно пройти через барьер без пластика или мобильника! Схожие программы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким способом изменяется техпроцесс в наше время?

Любой годочек возникают новые концепции для повышения качества функционирования систем лицевого распознавания:

  1. Увеличивается детализация датчиков — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс неточности;
  2. Совершенствуются нейросети — новейшие конструкции типа MobileNetV3 дают возможность быстро адаптироваться к свежим чертам вида обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
  3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют различать настоящие живые лица от статичных фотографий/масок по мельчайшим микродвижениям.
  4. Интеграция со смарт-гаджетами — умные часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если пользователь ушёл далеко.
  5. Возникают гибридные системы — в частности комбинирующие аудио опознание + лицо + пальцевой отпечаток.

Итак, те тренды очень популярны в данный момент:

1) Сокращение деталей

Компании пытаются сократить величину выреза («чёлки») для сенсоры на экране за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для улучшения приватности всё больше расчётов осуществляется внутри устройства без отправки информации во сторонний облачный сервис.

3) Упорядочивание норм

Google энергично пропагандирует норму BiometricPrompt API, для того чтобы подобные системы, например как вулкан россия, и каждые Android-аппы могли работать с всеми формами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если вам всем нужна максимальная безопасность данных, остановите выбор на флагманские устройства со встроенным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

  • iPhone всех существующих последних поколений
  • Huawei Partner/P Series ряда
  • Mi Professional
  • Vivo X модели
  • Oppo Найти Икс линейки.

Если средства ограничен – лучше предпочесть обычным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность «разблокировка по лицу», такую как в вулкан россия, применять только как опциональную возможность комфорта.

Каким образом улучшить практичность работы опции?

Есть некоторые лайфхаков для людей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

  1. Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется внешность.
  2. Не забывайте чистить объектив передней камеры – загрязнения могут уменьшить четкость!
  3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам активирует фотоаппарат когда вы поднимаете его.
  4. Во время регистрационного процесса старайтесь держать лицевую часть ровно перед видеоустройства без сильного наклона головы.
  5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее прогресса инноваций

В ближайшие годы можно предполагать развития полностью безконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + шаги + жесты рук!

Также возможно появление новых подходов охраны приватности – скажем, изменяющееся корректировка электронного образца после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из очень интересных технологий нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со телефоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно оптимизировать ваш юзерский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта технология изнутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой очередной девайс!