Каким способом работает распознавание лицевых образов в телефонах

Зачем мы выбираем разблокировку по фейсу

В недавние годы определение физиономий стало одной из самых распространённых возможностей для открытия мобильных телефонов. Всего несколько лет тому назад большинство юзеров удовлетворялись пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что обуславливает эту возможность такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это оперативно: современные программы распознают лицо фактически за доли секунды. В-третью очередь, это ощущение будущего — будто в кинолентах про вулкан 24 агентов.

Однако за такой на первый взгляд простотой таится весь вселенная сложных техник и инженерных разработок. Попробуем понять, как конкретно работает фейсканирование в современных смартфонах, какие бывают методы, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Краткая хроника развития инноваций

Распознавание лиц как техника присутствует уже более пятидесяти лет. Начальные эксперименты автоматизированного исследования лица были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры умели лишь обозначать очертания головы и измерять дистанции между зрачками и губами на черно-белых изображениях.

Первые торговые системы стали доступны в 1990-х годах, но они были неидеальны: работали медленно и нередко ошибались. Только с развитием искусственных сетей и таких площадок, как Вулкан 24 Казино, мощных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать собственные разработки.

Ключевые стадии работы механизма определения

Процесс идентификации лица можно примерно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — камера выявляет присутствие людского образа в снимке.
2. Выделение признаков — механизм анализирует контуры лица: очертания глаз, обонятельного органа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — сформированный образец сравнивается с сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие выбора — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Каждый из данных этапов запрашивает специальных процедур и оптимизаций для оперативной работы прямо на устройстве.

Железные составляющие: что прячется внутри них

Стандартная передняя камера.

Наиболее легкий способ определения физиономии задействует лишь переднюю видеокамеру мобильного устройства. Подобный метод внедрён во различных бюджетных моделях Android-устройств.

Положительные стороны:

• Не требует внешних датчиков.
• Оперативно работает при достаточном освещённости.

Минусы:

• Легко ввести в заблуждение изображением или видеозаписью.
• Неправильно функционирует при плохом освещении или непривычных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проектор

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

Как это функционирует:

• Точечный проекционный прибор отображает на физиономию пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера регистрирует искривление этой сетки по поверхности лица.
• Формируется трёхмерная карта глубины, что практически неосуществима для подделки стандартной фото или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Сильная сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность определения выше 99%.

Дополнительные датчики

В некоторых устройствах используются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время распространения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные лидары для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти технологии встречаются наиболее часто во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: синтетический разум в действии

Нынешние системы распознавания физиономий немыслимы в отсутствие применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как Вулкан 24 Казино, аппарат в состоянии идентифицировать владельца даже при трансформациях облика: новая укладка, растительность на лице, очки или грим не становятся препятствием для деблокировки.

Детектирование лица

При начальном этапе программа должна оперативно обнаружить образ лица в пределах всего кадра камеры. Для этого используются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые «обучены» находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии обнаруживать лицо даже при неполном перекрытии (например, платком или рукой).

Идентификация ключевых моментов

После распознавания лица система, такая как Вулкан 24 Казино, вычисляет расположение главных точек: кончики глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных точек на лицевой поверхности.

Это нужно для выравнивания изображения: если пользователь держит смартфон под наклоненным, или повернул головку, программа исправляет картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Построение биометрического идентификатора образца

Далее нейронная сеть строит компактное математическое представление («эмбеддинг») облика пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой формат весьма затруднительно подделать: он не сохраняет непосредственно фото пользователя, а лишь уникальные характеристики его облика, что делает его идеальным для таких систем, как Vulkan24.

Сравнение и вынесение решения

В случае, когда человек хочет разлочить телефон взглядом, программа повторяет все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к изменениям внешности

Интересная особенность нынешних систем — возможность самообучения. Если вы постоянно открываете смартфон с свежей прической или очками, система постепенно модернизирует базовый шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Большинство клиенты боятся сохранять свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Некоторые компании, например Vulkan24, предоставляют методы для повышения безопасности данных пользователей.

• Локальное сбережение: Преимущественно аппаратов записывает био-идентификационные шаблоны исключительно внутрь защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не оставляют аппарат и не доступны даже производителю.

• Шифрование: Все информация сберегаются только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы третьих разработчиков не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть значимую особенность: в случае, если кто-то получит физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют защиту от автоматического разблокирования — например, просят открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды определения лиц?

В настоящее время можно выделить выделить три основных метода к реализации этой задачи:

Программируемое двухмерное распознавание

Используется только передняя камера без экстра датчиков глубины. Такой метод наблюдается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность воплощения; минимальная цена; оперативная деятельность при достаточном свете.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; ненадежная функционирование ночью; низкая защищенность.

Оборудование для объёмное сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: высокая надежность; не получится исказить изображение/видеозапись; постоянная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Гибридные подходы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, такие изделия, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных поколений, комбинируют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Образцы использования разных методов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное плоское идентификацию по снимку селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и ошибочные тревоги

Несмотря на впечатляющий успехи техники за последние годы, идеальных системы пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Бюджетные телефоны легко доступны высококачественной изображением пользователя или видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
3. Изменения облика: Внезапное похудение/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо повреждения порой необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия записи: Сильная освещённость солнцем или же интенсивная тень могут снизить аккуратность идентификации признаков.

Ниже пара советов по надёжному использованию:

• Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не активируйте опцию «Разблокировка по лицу» на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте программное обеспечение мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте функцию «Требовать открытых глаз» везде, где она есть.

Где дополнительно находится применение технология помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что предмет этой работы сосредоточена на именно смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Управление доступа в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений («Face Pay»);
• Электронные идентификационные документы последнего образца;
• Установки видеомониторинга городских служб;
• Автоматизация отслеживания присутствия учебных заведений/вузов;
• Вход пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система оплаты проезда по фейсу («Face Pay») — хватит пройти через турникет без карты или мобильника! Схожие программы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом меняется технический процесс сегодня?

Любой годик проявляются новые концепции для усовершенствования качества деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше информации фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Развиваются нейронные сети — передовые конструкции модели MobileNetV3 дают возможность скоростно осваивать свежим характеристикам внешности обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь смартфоны способны различать настоящие движущиеся лица от неподвижных фото/маскировок по незаметным движениям кожи.
4. Синхронизация со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно закрыть доступ к смартфон, если владелец отошёл далеко.
5. Возникают комбинированные механизмы — например объединяющие речевую опознание + лицо + отпечаток пальца.

Здесь, которые тренды в особенности востребованы сейчас:

1) Уменьшение компонентов

Производители пытаются сократить величину отверстия («чёлки») под датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для увеличения конфиденциальности всё больше расчётов выполняется локально без отправки информации во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация норм

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, чтобы аналогичные площадки, как Вулкан 24, и любые Android-приложения могли работать с всеми формами биометрии единообразно.

Что выбрать сегодня?

Если вам всем необходима наивысшая безопасность информации, выбирайте топовые модели с вмонтированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого актуальных версий
• Huawei Mate/P линейки
• Xiaomi Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Найти Икс серий.

Если финансы невелик – лучше отдавать предпочтение традиционным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию «разблокировка по лицу», такую как в Вулкан 24, задействовать только как опциональную опцию комфорта.

Как улучшить удобство работы возможности?

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

1. Часто меняйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется внешность.
2. Не пренебрегайте очищать объектив фронтальной камеры – пятна могут понизить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
4. При регистрации пытайтесь держать голову прямо напротив объектива исключая сильного наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отвернулись от экрана.

Перспективы эволюции инноваций

В предстоящие периоды можно предвкушать возникновения полностью дистанционных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + голос + походка + манипуляции руками!

Также предполагается развитие новых способов охраны личной информации – скажем, изменяющееся модификация электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень захватывающих техник нашего периода! Она делает взаимодействие со смартфоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как Vulkan24, могут в разы повысить ваш юзерский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта технология внутри, – сможете более осмысленно подбирать свой следующий гаджет!