Table of Contents

Каким образом действует распознавание лицевых образов в телефонах

Почему мы выбираем разлочивание по фейсу

В прошлые годы распознавание лиц является одной из самых распространённых функций для разблокировки смартфонов. Еще несколько годов ранее основная часть использующих обходились PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает эту функцию такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или находить правильный палец в мраке. Также, это быстро: современные системы узнают лицо фактически за мгновения ока. В-третьих, это впечатление футуристичности — словно в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Тем не менее за такой видимой простотой скрывается полный универсум трудных техник и инженерных концепций. Давайте понять, как точно работает идентификация по лицу в современных гаджетах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Короткая повествование прогресса технологии

Распознавание лиц как техника присутствует уже более 50 лет. Начальные попытки машинного изучения лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда компьютеры способны были лишь обозначать контуры головы и вычислять дистанции между глазами и устами на монохромных изображениях.

Первые бизнес системы возникли в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с развитием синтетических сетей и таких площадок, как вулкан россии, сильных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать собственные решения.

Ключевые шаги функционирования механизма идентификации

Процесс идентификации лица можно примерно разделить на несколько ключевых этапов:

Распознавание лица — аппарат определяет присутствие людского лица в изображении.
Определение признаков — алгоритм анализирует особенности облика: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, уст, расположение бровей.
Построение структуры — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение со стандартом — сформированный шаблон сравнивается с зафиксированной при внесении биометрической информацией владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из этих шагов запрашивает индивидуальных алгоритмов и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные компоненты: что скрыто внутри

Типичная селфи камера.

Наиболее простой вариант определения физиономии задействует только переднюю камеру смартфона. Подобный способ осуществлён во многочисленных недорогих моделях Android-девайсов.

Достоинства:

Не требует дополнительные сенсоров.
Оперативно действует при качественном освещении.

Слабые стороны:

Легко ввести в заблуждение фотографией или роликом.
Неудачно функционирует при низком освещённости или нестандартных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

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

Как это работает:

Точечный проекционный прибор проецирует на физиономию пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
Инфракрасная камера фиксирует изменение формы данной решетки по плоскости физиономии.
Формируется трёхмерная глубинная карта глубины, что практически неосуществима для подделки типичной фотографией или маскировкой.

Преимущества

Надёжная деятельность даже в полной темноте.
Большая сопротивляемость к подделкам.
Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В определённых девайсах применяются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период прохождения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные дальномеры для построения более точной 3D-модели лица.

Эти разработки используются в основном во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: искуственный разум на исполнении

Текущие механизмы идентификации физиономий немыслимы при отсутствии эксплуатации ИИ и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, аппарат способно идентифицировать юзера даже при трансформациях облика: новая причёска, растительность на лице, очки или грим не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание лиц

При стартовом стадии алгоритм необходимо оперативно распознать лицо внутри полного снимка камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии находить лицо даже при частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Идентификация важных моментов

После распознавания лица система, такая как вулкан россии, вычисляет местоположение ключевых точек: уголки глаз, кончик носа, края губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 ключевых маркеров на лице.

Это действие необходимо для выравнивания визуала: если человек удерживает телефон под углом, или наклонил головку, программа исправляет изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Построение биометрического образца

Далее нейронная сеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Этот шаблон весьма сложно имитировать: он не сохраняет непосредственно изображение пользователя, а лишь особенные черты его облика, что делает его совершенным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и вынесение выбора

В случае, когда юзер желает открыть мобильник взором, программа осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная черта актуальных системы — способность самостоятельного обучения. Если ты часто открываете телефон с свежей укладкой или оптикой, программа постепенно модернизирует базовый шаблон вашего облика для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Большинство юзеры опасаются сохранять свои био-идентификационные данные на телефоне из-за угрозы утечки данных или взлома гаджета. Некоторые организации, вроде vulkan russia, предоставляют варианты для повышения защиты сведений юзеров.

Локальное хранение: Основная часть девайсов сохраняет биометрические образцы исключительно внутрь безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют устройство и закрыты включая создателю.
Шифрование: Все данные сохраняются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт подтверждения личности через системный API.

Необходимо отметить существенную подробность: в случае, если кто-то 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 систему защиты от “слепого” разблокирования — в частности, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить выделить три главных способа к выполнению этой задачи:

Софтверное двухмерное распознавание

Эксплуатируется только передняя видеокамера без вспомогательных детекторов дистанции. Этот подход используется обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость реализации; низкая стоимость; скоростная деятельность при достаточном свете.
Минусы: просто обмануть снимком; ненадежная деятельность ночью; низкая защищенность.

Аппаратное объёмное сканирование

Использует ИК камеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; нельзя подделать фото/видео; постоянная функционирование при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию программных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Образцы эксплуатации разнообразных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил эквивалент Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как софтверное плоское распознавание по изображению селфи-камерой, так и датчик глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и ложные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи технологий за последние годы, безупречных механизмов пока не существует:

Возможность мошенничества: Доступные смартфоны легко “разблокируются” высококачественной снимком пользователя или же роликом с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые идеальные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
Метаморфозы внешности: Стремительное утрата веса/набор веса, хирургические вмешательства либо повреждения иногда необходимы для повторной регистрации биометрии.
Условия записи: Яркая засветка солнечным светом или глубокая тень могут уменьшить верность идентификации признаков.

Вот пара подсказок по надёжному использованию:

Для важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте ПО мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она доступна.

В каких областях дополнительно используется технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема этой статьи сосредоточена на в частности мобильным устройствам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

Контроль прохода в офисах и жилых домах;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Цифровые удостоверения личности нового типа;
Системы видеонаблюдения муниципальных служб;
Автоматизирование учёта присутствия школ/университетов;
Вход юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без карты или мобильника! Аналогичные инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется технология в нынешнее время?

Всякий годик проявляются новые идеи для усовершенствования качества деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация датчиков — чем больше элементов фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск неточности;
Совершенствуются нейронные сети — новейшие конструкции модели MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к свежим чертам облика владельца напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны способны отличать настоящие движущиеся лица от статичных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к смартфон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
Возникают гибридные системы — в частности комбинирующие голосовую аутентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Вот, те направления в особенности популярны на сегодняшний день:

1) Уменьшение элементов

Изготовители стараются уменьшить габариты отверстия (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт встраивания компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для повышения конфиденциальности всё больше вычислений выполняется на месте без передачи данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы подобные платформы, например как вулкан россия, и каждые Android-программы могли взаимодействовать с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое решить сегодня?

В случае если вам всем нужна наивысшая сохранность данных, выбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

iPhone всех последних поколений
Huawei Mate/Series P серии
Mi Expert
Vivo X серии
Oppo Find Х линейки.

Если средства невелик – лучше отдавать предпочтение обычным средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, задействовать только как опциональную опцию удобства.

Каким образом улучшить удобство работы возможности?

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

Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется облик.
Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – загрязнения могут снизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам активирует фотоаппарат как только вы поднимаете его.
Во время регистрационного процесса постарайтесь сохранять лицо ровно напротив камеры не допуская значительного наклона головы.
Применяйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Возможности развития техники

В ближайшие времена можно предполагать развития полностью дистанционных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + звучание + шаги + жесты рук!

Также вероятно появление свежих способов охраны конфиденциальности – к примеру, динамическое изменение электронного паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее захватывающих технологий нашего периода! Она делает интеракцию со мобильным устройством проще чем до этого, и такие приложения, как vulkan russia, могут значительно повысить ваш юзерский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы знаете, как работает эта система в деталях, – сумеете вдумчиво выбирать свой следующий гаджет!

haidar