Как работает идентификация лиц в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по лицевому распознаванию

В прошлые времена идентификация лиц превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для открытия мобильных телефонов. Еще несколько годков назад основная часть пользователей довольствовались пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект превращает эту конкретную особенность настолько популярной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать сложные пароли или искать правильный палец в мраке. Во-вторых, это быстро: современные программы идентифицируют лицо буквально за мгновения ока. В-третьих, это впечатление футуристичности — как будто в фильмах про вулкан казино шпионов.

Тем не менее за этой кажущейся легкостью прячется весь мир трудных технологий и инженерных решений. Позвольте нам разобраться, как точно работает распознавание лиц в новейших смартфонах, какие существуют методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Краткая история прогресса инноваций

Идентификация лиц как методика существует уже более 50 годов. Начальные попытки автоматизированного исследования лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь определять очертания головы и вычислять расстояния между очами и губами на ахроматических фотографиях.

Изначальные бизнес платформы возникли в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких платформ, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать свои разработки.

Основные этапы функционирования системы идентификации

Процесс распознавания лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

1. Обнаружение лиц — устройство выявляет существование человеческого образа в снимке.
2. Выделение характеристик — система изучает черты облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с стандартом — сформированный образец сверяется с записанной при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Любой из этих этапов нуждается в индивидуальных алгоритмов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные элементы: что находится в их недрах

Типичная передняя камера.

Самый простой легкий метод идентификации облика использует только лицевую камеру смартфона. Такой метод реализован во многих недорогих версиях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не нуждается в нуждается в дополнительных сенсоров.
• Оперативно действует при хорошем свете.

Отрицательные стороны:

• Несложно одурачить снимком или видео.
• Неправильно действует при низком освещённости или необычных ракурсах.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

• Точечный устройство проекции показывает на облик пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• Инфракрасная устройство записывает искривление данной решетки по поверхности лица.
• Формируется трёхмерная карта глубинности, которая практически неподвластна для подделки обычной фотографией или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной темноте.
• Сильная защита к имитациям.
• Точность распознавания свыше 99%.

Добавочные сенсоры

В отдельных аппаратах используются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные измерители расстояния для создания более аккуратной 3D-модели лица.

Эти инновации встречаются в основном во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: искусственный разум в исполнении

Современные устройства распознавания физиономий немыслимы при отсутствии применения artificial intelligence и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, гаджет способно идентифицировать пользователя даже при метаморфозах внешности: новая причёска, растительность на лице, оптика или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание лиц

В первом стадии система обязана оперативно распознать ликовое изображение в пределах полного кадра с камеры. Для этого используются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии распознавать облик даже в случае частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Выделение ключевых точек

После распознавания лица система, такая как вулкан россии, устанавливает расположение основных точек: кончики глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 главных маркеров на лицевой области.

Это необходимо для стабилизации изображения: если пользователь держит телефон под наклоном, или наклонил головку, программа “выпрямляет” изображение до обычного угла для последующего изучения.

Формирование биометрического шаблона

Далее искусственная сеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Этот образец очень сложно сфальсифицировать: он не сохраняет само картинку пользователя, а лишь исключительные особенности его вида, что делает его идеальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и вынесение решения

Когда пользователь намеревается открыть смартфон взором, механизм повторяет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к изменениям внешности

Занимательная особенность нынешних системы — способность самообучения. Если вы часто открываете телефон с свежей прической или оптикой, алгоритм постепенно обновляет эталонный шаблон вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных.

Многие юзеры боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска потери данных или взлома устройства. Определенные организации, такие как vulkan russia, предоставляют решения для увеличения сохранности сведений юзеров.

• Локальное сбережение: Преимущественно аппаратов записывает био-идентификационные модели только внутрь защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не выходят из гаджет и не доступны даже создателю.

• Шифрование: Все данные хранятся только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы третьих разработчиков не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт верификации идентичности через системный API.

Следует упомянуть важную особенность: если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании внедряют защиту от “слепого” разблокирования — к примеру, просят разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории идентификации лиц?

На сегодняшний день можно определить различить 3 главных метода к выполнению этой функции:

Программируемое 2D определение

Применяется только фронтальная камера без дополнительных детекторов глубины. Подобный способ используется обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость реализации; умеренная цена; скоростная деятельность при хорошем свете.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; ненадежная деятельность ночью; низкая охрана.

Аппаратное объёмное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Плюсы: большая надежность; невозможно исказить изображение/видеозапись; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c ИК сенсором мобильности Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации применения разных способов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное обеспечение 2D распознавание по снимку фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Вопросы безопасности и неверные сигналы

Несмотря на поразительный прогресс инноваций за прошедшие годы, безупречных систем пока не имеется:

1. Вероятность подвоха: Доступные телефоны легко доступны качественной снимком пользователя или же роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо травмы в некоторых случаях необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Яркая освещённость солнцем либо интенсивная тень могут снизить точность распознавания признаков.

Вот пара подсказок для защищённому использованию:

• Для важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте ПО смартфона для защиты от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она имеется.

Где дополнительно находится применение технологии за исключением смартфонов?

Хотя предмет данной работы касается конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Мониторинг входа в офисах и жилых домах;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы последнего поколения;
• Комплексы видеонаблюдения муниципальных подразделений;
• Автоматизирование учёта посещаемости школ/институтов;
• Авторизация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без карты или телефона! Аналогичные программы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом трансформируется технический процесс сегодня?

Всякий годочек появляются современные мысли для повышения стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Совершенствуются нейронные сети — современные структуры модели MobileNetV3 позволяют скоростно обучаться свежим особенностям внешности владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут отличать подлинные движущиеся облики от неподвижных фото/масок по микроскопическим движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Проявляются гибридные системы — к примеру объединяющие речевую опознание + облик + отпечаток пальца.

Итак, какие тренды особенно актуальны в данный момент:

1) Уменьшение элементов

Производители намереваются минимизировать габариты отверстия (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения личной безопасности всё больше расчётов происходит локально без отправки информации во дополнительный облачный сервис.

3) Стандартизация норм

Гугл интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, вроде вулкан россия, и все Android-программы могли работать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое решить сегодня?

Если тебе необходима наивысшая безопасность информации, подбирайте топовые модели с вмонтированным ИК-излучателем или ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех актуальных версий
• Huawei Partner/P Series линейки
• Mix Pro
• Vivo X модели
• Оппо Обнаружить Икс линейки.

Если бюджет скромен – лучше отдавать предпочтение классическим средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как второстепенную опцию удобства.

Каким способом улучшить практичность использования функции?

Есть пара советов для людей, кто уже использует разблокировку через лицо:

1. Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно трансформируется облик.
2. Не пренебрегайте протирать линзу фронтальной камеры – загрязнения могут уменьшить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам активирует фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
4. Во время регистрационного процесса старайтесь сохранять лицо прямо перед камеры не допуская резкого наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Будущее прогресса инноваций

В скоро наступающие времена можно предвкушать возникновения полностью бесконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + голос + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также предполагается возникновение современных способов охраны конфиденциальности – скажем, переменное корректировка диджитал образца после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень интересных технологий нашего времени! Она делает интеракцию со смартфоном удобнее чем раньше, и такие программы, как vulkan russia, могут в разы повысить ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы осведомлены, как функционирует эта система в деталях, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой следующий гаджет!