Как работает распознавание лиц в мобильных устройствах

Для чего мы останавливаемся на разблокирование по лицевому распознаванию

В последние времена идентификация лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для открытия умных телефонов. Еще пару годков тому назад основная масса юзеров обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан 24, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту возможность настолько популярной? Для начала, это удобно: не нужно помнить сложные пароли или искать нужный палец в темноте. Во-вторых, это мгновенно: современные алгоритмы узнают лицо практически за доли секунды. В-третьих, это впечатление будущего — будто в фильмах про казино вулкан разведчиков.

Впрочем за данной видимой несложностью скрывается полный универсум трудных методов и инженерных разработок. Попробуем разобраться, как точно работает распознавание лиц в современных мобильных телефонах, какие бывают технологии, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника развития техники

Идентификация лиц как техника присутствует уже более 50 лет. Начальные попытки автоматического исследования лиц были сделаны еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь выделять очертания головы и измерять дистанции между глазами и губами на черно-белых снимках.

Начальные торговые платформы возникли в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких площадок, как Вулкан 24 Казино, сильных мобильных чипов распознавание 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 безопасным трёхмерным идентификацией лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять собственные разработки.

Основные шаги функционирования механизма идентификации

Процесс распознавания лица можно ориентировочно сегментировать на несколько важных этапов:

1. Распознавание лиц — камера распознает существование человеческого образа в снимке.
2. Извлечение характеристик — алгоритм исследует контуры облика: очертания зрительных органов, обонятельного органа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — сформированный модель сверяется с записанной при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Каждый из данных стадий нуждается в индивидуальных алгоритмов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что находится в их недрах

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой метод распознавания облика задействует лишь лицевую камеру смартфона. Такой способ внедрён во различных недорогих моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не требует внешних датчиков.
• Оперативно действует при хорошем освещении.

Слабые стороны:

• Несложно одурачить снимком или видеозаписью.
• Неправильно действует при плохом свете или нестандартных ракурсах.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как Вулкан 24 Казино, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология является основой Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

• Точечный устройство проекции отображает на облик пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
• ИК камера фиксирует изменение формы данной сетки по плоскости лица.
• Получается трехмерная глубинная карта глубины, что почти неосуществима для имитации обычной фото или маской.

Преимущества

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Сильная сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность идентификации выше 99%.

Добавочные сенсоры

В некоторых устройствах применяются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период распространения луча до предмета и обратно; RGB-датчики глубины; специальные оптические лидары для создания более аккуратной 3D-модели лица.

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

Софтверные процедуры: искусственный ум в работе

Нынешние механизмы идентификации лиц невозможны в отсутствие применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно из-за таким разработкам, как Вулкан 24 Казино, аппарат в состоянии идентифицировать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая укладка, растительность на лице, оптика или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание физиономии

При стартовом шаге алгоритм необходимо быстро обнаружить лицо в пределах всего изображения с камеры. Для этой задачи задействуются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые «обучены» распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен распознавать физиономию даже с частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Выделение ключевых моментов

После идентификации лица система, такая как Вулкан 24 Казино, определяет расположение ключевых точек: кончики глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 основных меток на лицевой поверхности.

Это действие требуется для нормализации картинки: если человек удерживает телефон под наклоненным, или наклонил голову, программа «выпрямляет» изображение до обычного угла для последующего изучения.

Построение биометрического образца

Далее нейронная сеть строит сжатое математическое представление («эмбеддинг») облика пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный образец крайне трудно сфальсифицировать: он не удерживает само изображение пользователя, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его оптимальным для таких систем, как Vulkan24.

Сравнительный анализ и осуществление выбора

Когда человек хочет разлочить смартфон взглядом, программа осуществляет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Приспособление к изменениям облика

Увлекательная особенность современных системы — способность самообучения. Если ты регулярно доступаете к смартфон с новой стрижкой или оптикой, система постепенно модернизирует эталонный образец вашего облика для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных информации.

Многие юзеры боятся хранить свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Иные фирмы, вроде Vulkan24, предлагают решения для повышения безопасности сведений клиентов.

• Локальное сбережение: Преимущественно девайсов сохраняет биометричные образцы только внутри защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают аппарат и закрыты в том числе создателю.

• Шифрование: Все информация хранятся только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних разработчиков не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо отметить значимую подробность: если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители реализуют меры безопасности от неосознанного разблокирования — в частности, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют виды идентификации лиц?

Сегодня можно выделить различить 3 ключевых метода к выполнению этой функции:

Программное двухмерное идентификация

Применяется только лицевая камера без вспомогательных сенсоров дистанции. Такой метод используется чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость осуществления; умеренная затраты; скоростная функционирование при достаточном освещении.
Минусы: просто обмануть фотографией; неустойчивая работа ночью; низкая защищенность.

Техническое 3D сканирование

Задействует инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: высокая достоверность; невозможно обмануть изображение/видеозапись; стабильная работа в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Комбинированные способы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, подобные продукты, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних версий, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Примеры эксплуатации различных техник

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное 2D распознавание по изображению фронтальной камерой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы защиты и ложные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи техники за недавние лет, идеальных систем пока не имеется:

1. Шанс подвоха: Бюджетные телефоны без труда открываются четкой фотографией владельца или роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешности: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или травмы порой необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Сильная подсветка солнцем или интенсивная затенение могут уменьшить верность определения признаков.

Здесь некоторые рекомендаций для безопасному эксплуатации:

• Для важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте функцию «Разблокировка по лицу» на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Постоянно апгрейдите программное обеспечение телефона для защиты от современных угроз;
• Включайте опцию «Требовать открытых глаз» в тех местах, где она имеется.

В каких местах ещё применяется технология кроме мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема нашей публикации посвящена именно мобильным устройствам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

• Контроль прохода в офисах и резиденциях;
• Платёжные аппараты банков («Face Pay»);
• Электронные идентификационные документы современного типа;
• Системы видеомониторинга муниципальных сервисов;
• Автоматизация регистрации явки школ/институтов;
• Авторизация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система платежа проезда по лицу («Face Pay») — хватит пройти через турникет без карты или телефона! Схожие программы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется технический процесс сегодня?

Всякий год проявляются новые мысли для усовершенствования стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается детализация датчиков — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
2. Улучшаются нейронные сети — современные конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно адаптироваться к новым характеристикам внешности обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь телефоны способны различать реальные анимированные лица от фиксированных фотографий/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — умные часы могут автоматически заблокировать смартфон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Появляются комбинированные механизмы — в частности объединяющие речевую идентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Здесь, которые тенденции особенно востребованы в данный момент:

1) Уменьшение элементов

Компании пытаются сократить габариты отверстия («чёлки») для датчики на дисплее за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для увеличения личной безопасности всё больше вычислений происходит внутри устройства без передачи информации во внешний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл активно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, как Вулкан 24, и все Android-приложения могли работать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что выбрать на сегодня?

Когда тебе важна наивысшая защита информации, подбирайте топовые устройства со встроенным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех актуальных поколений
• Huawei Partner/P Series линейки
• Xiaomi Expert
• Vivo X модели
• Оппо Найти Икс серии.

Если бюджет невелик – лучше выбирать классическим способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию «разблокировка по лицу», такую как в Вулкан 24, применять только как дополнительную опцию комфорта.

Как увеличить практичность работы функции?

Есть пара хитростей для пользователей, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется облик.
2. Не забывайте протирать линзу фронтальной камеры – загрязнения могут понизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам запускает фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
4. Во время записи постарайтесь держать лицевую часть прямо впереди видеоустройства без резкого наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Перспективы эволюции технологии

В ближайшие годы можно предвкушать развития полностью дистанционных способов идентификации персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + голос + шаги + манипуляции руками!

Также предполагается появление современных способов обеспечения конфиденциальности – скажем, переменное модификация цифрового паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее увлекательных технологий нашего эпохи! Она делает взаимодействие со смартфоном удобнее чем до этого, и такие программы, как Vulkan24, могут в разы повысить ваш пользовательский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы осведомлены, как устроена эта система внутри, – сумеете более осмысленно подбирать свой следующий устройство!