Каким образом действует распознавание лиц в мобильных устройствах
Зачем мы выбираем разлочивание по лицевому распознаванию
В прошлые времена идентификация лиц стало одной из наиболее востребованных возможностей для открытия мобильных телефонов. Еще несколько годов назад большинство юзеров удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.
Какой аспект превращает эту особенность такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно запоминать трудные пароли или искать правильный палец в мраке. Кроме того, это быстро: современные системы идентифицируют лицо фактически за доли секунды. В-третьих, это чувство будущего — словно в фильмах про вулкан автомат разведчиков.
Впрочем за такой на первый взгляд несложностью прячется весь универсум трудных технологий и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как конкретно функционирует фейсканирование в актуальных гаджетах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.
Сжатая история прогресса технологии
Распознавание лиц как техника существует уже более пятидесяти годов. Изначальные эксперименты автоматического анализа облика были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины умели лишь обозначать очертания черепа и измерять расстояния между очами и ртом на черно-белых снимках.
Начальные коммерческие установки возникли в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как вулкан россии, мощных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.
В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные разработки.
Ключевые этапы работы устройства идентификации
Процесс идентификации лица можно условно сегментировать на несколько ключевых этапов:
- Идентификация лица — устройство определяет наличие гуманного образа в изображении.
- Извлечение признаков — система изучает контуры облика: очертания глаз, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
- Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
- Сравнение с эталоном — полученный образец сравнивается со записанной при внесении биометрической информацией владельца.
- Принятие выбора — если сходство достаточно существенное, смартфон разблокируется.
Любой из этих стадий требует индивидуальных алгоритмов и оптимизаций для скорой работы прямо на устройстве.
Аппаратные элементы: что прячется внутри
Стандартная селфи камера.
Наиболее простой способ определения лица применяет только лицевую камеру смартфона смартфона. Такой способ реализован во различных недорогих версиях Android-девайсов.
Сильные стороны:
- Необходимо нуждается в дополнительных сенсоров.
- Быстро функционирует при достаточном освещении.
Недостатки:
- Просто обмануть снимком или видео.
- Неправильно действует при низком освещении или нестандартных ракурсах.
Инфракрасная камера и точечный проектор
Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая методика является основой Face ID от Apple.
Как это действует:
- Точечный проекционный прибор отображает на облик пользователя невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
- ИК камера регистрирует искривление данной сетки по плоскости лица.
- Формируется 3D карта глубины, которая почти что неосуществима для подделки стандартной фотографией или маскировкой.
Выигрыши
- Надёжная деятельность даже в полной темноте.
- Высокая сопротивляемость к фальсификациям.
- Точность идентификации выше 99%.
Дополнительные сенсоры
В определённых устройствах задействуются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до предмета и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные лазерные лидары для создания более детализированной 3D-модели лица.
Эти инновации используются чаще всего во топовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).
Софтверные алгоритмы: искуственный разум на работе
Современные механизмы опознания лиц невозможны без применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно вследствие таким технологиям, как вулкан россии, гаджет может идентифицировать владельца даже при изменениях внешнего вида: новая укладка, борода, оптика или косметика не становятся барьером для открытия.
Распознавание лица
При первом этапе система необходимо оперативно обнаружить ликовое изображение в пределах всего изображения с камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать человеческие лица среди множества других объектов.
Пример: процесс MTCNN способен находить физиономию даже в случае частичном закрытии (например, платком или рукой).
Идентификация ключевых аспектов
После распознавания лица устройство, такая как вулкан россии, устанавливает расположение главных точек: края глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой поверхности.
Это действие необходимо для выравнивания картинки: если человек держит телефон под наклоненным, или склонил голову, программа “выпрямляет” картинку до нормального состояния для дальнейшего анализа.
Формирование биометрического идентификатора шаблона
Далее нейронная сеть строит уплотненное математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 флоатов.
Этот формат очень трудно подделать: он не сохраняет непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные особенности его вида, что делает его совершенным для таких систем, как vulkan russia.
Сравнение и вынесение заключения
Когда юзер намеревается открыть телефон глазами, система осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.
Если похожесть превышает установленный уровень (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ блокируется.
Привыкание к изменениям облика
Интересная черта актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если ты постоянно доступаете к смартфон с обновленной прической или оптикой, алгоритм постепенно освежает эталонный модель вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.
Безопасность биометрических данных данных.
Многие пользователи беспокоятся сохранять свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Определенные организации, вроде vulkan russia, предлагают решения для увеличения защиты данных юзеров.
-
Локальное сохранение: Преимущественно девайсов сохраняет био-идентификационные образцы лишь в пределах защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают устройство и не доступны включая изготовителю.
-
Шифрование: Все данные сберегаются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
-
Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.
Следует подчеркнуть значимую особенность: если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители внедряют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.
Какие существуют типы определения лиц на изображениях?
На сегодняшний день можно выделить 3 главных метода к осуществлению этой задачи:
Софтверное 2D определение
Эксплуатируется только лицевая видеокамера без вспомогательных датчиков глубины. Подобный способ используется обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).
Плюсы: несложность воплощения; умеренная цена; оперативная деятельность при качественном освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; ненадежная функционирование ночью; низкая защищенность.
Аппаратное трёхмерное сканирование
Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: значительная надёжность; невозможно обмануть изображение/видеозапись; постоянная функционирование при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)
Гибридные методы с ИИ-дополнением
Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.
Примеры использования разнообразных техник
- iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное сканирование
- Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил подобие Face ID среди Android.
- Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как программное плоское определение по снимку селфи-камерой, так и сенсор радужки глаза.
- Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент
Трудности защиты и неверные сигналы
Несмотря на впечатляющий успехи техники за прошедшие лет, совершенных механизмов пока не имеется:
- Возможность подвоха: Доступные телефоны просто открываются четкой фотографией пользователя либо видео с экрана другого устройства.
- Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
- Метаморфозы внешнего вида: Внезапное снижение веса/набор веса, косметические процедуры или повреждения порой требуют повторной регистрации биометрии.
- Условия фотографирования: Интенсивная подсветка солнцем либо плотная тень могут понизить верность распознавания признаков.
Здесь пара рекомендаций по безопасному применению:
- Для критически важных операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
- Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
- Систематически обновляйте прошивку телефона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
- Включайте функцию “Требовать открытых глаз” там, где она имеется.
В каких местах также находится применение технологии помимо мобильных телефонов?
Несмотря на то, что тема этой статьи сосредоточена на конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:
- Мониторинг доступа в деловых центрах и резиденциях;
- Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
- Цифровые паспорта последнего образца;
- Системы видеонаблюдения муниципальных служб;
- Автоматизирование регистрации явки учебных заведений/вузов;
- Аутентификация юзеров компьютеров/ноутбуков.
Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или телефона! Похожие проекты развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.
Как изменяется техпроцесс в нынешнее время?
Любой год появляются свежие мысли для повышения уровня работы систем лицевого распознавания:
- Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
- Совершенствуются нейронные сети — новейшие структуры вида MobileNetV3 позволяют быстро обучаться свежим особенностям вида владельца непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
- Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь смартфоны могут различать подлинные живые лица от статичных фотографий/масок по мельчайшим микродвижениям.
- Интеграция со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно блокировать телефон, если владелец ушёл далеко.
- Проявляются смешанные системы — например комбинирующие речевую опознание + облик + отпечаток пальца.
Итак, какие направления в особенности актуальны в данный момент:
1) Уменьшение элементов
Компании стараются минимизировать размер прорези (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.
2) Обработка прямо на девайсе
Для улучшения приватности всё больше расчётов выполняется локально без передачи данных во дополнительный облачный сервис.
3) Унификация норм
Гугл интенсивно продвигает норму BiometricPrompt API, чтобы такие системы, например как вулкан россия, и все Android-приложения были совместимы с различными типами биометрии единообразно.
Какое подобрать сегодня?
Когда вам всем важна предельная сохранность информации, выбирайте флагманские устройства с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.
- iPhone всех существующих актуальных версий
- Huawei Partner/P Series ряда
- Mix Pro
- Vivo X модели
- Oppo Найти X серии.
Если финансы скромен – лучше выбирать традиционным способам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как дополнительную возможность комфорта.
Каким способом улучшить удобство работы опции?
Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:
- Часто обновляйте свою фото-шаблон, если сильно изменяется внешний вид.
- Не пренебрегайте очищать объектив передней камеры – загрязнения могут понизить четкость!
- Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам активирует камеру когда вы берёте его в руки.
- Во время регистрационного процесса постарайтесь сохранять лицевую часть неподвижно впереди видеоустройства исключая значительного наклона головы.
- Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отворачиваетесь от дисплея.
Перспективы эволюции технологии
В предстоящие времена можно ожидать возникновения полностью бесконтактных способов идентификации персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + голос + шаги + движения рук!
Также вероятно развитие современных методов обеспечения личной информации – например, переменное модификация диджитал шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.
Идентификация лиц – одна из самых интересных техник нашего эпохи! Она делает взаимодействие со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.
Теперь, если вы осведомлены, как функционирует эта система изнутри, – сумеете осознаннее выбирать свой будущий устройство!