Каким способом работает распознавание лицевых образов в смартфонах

Почему мы выбираем разблокирование по лицевому распознаванию

В прошлые годы распознавание физиономий превратилось в одной из самых распространённых функций для разблокировки мобильных телефонов. Еще пару годов назад большинство юзеров довольствовались PIN-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает данную возможность такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или находить верный палец в мраке. Кроме того, это оперативно: современные системы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это ощущение футуризма — будто в фильмах про вулкан казино разведчиков.

Тем не менее за данной кажущейся легкостью скрывается целый универсум комплексных техник и инженерных разработок. Давайте исследовать, как точно действует распознавание лиц в новейших смартфонах, какие бывают методы, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Краткая повествование прогресса технологии

Распознавание лиц как технология существует уже более 50 лет. Изначальные попытки автоматического исследования облика были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ способны были лишь выделять контуры черепа и вычислять дистанции между зрачками и ртом на монохромных фотографиях.

Изначальные торговые платформы стали доступны в девяностых годах, но они были несовершенны: работали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких систем, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать личные разработки.

Главные шаги действия механизма идентификации

Процесс определения лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

1. Идентификация лица — аппарат распознает существование гуманного лица в изображении.
2. Определение особенностей — алгоритм анализирует контуры физиономии: очертания глаз, обонятельного органа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с образцом — сформированный шаблон сверяется с зафиксированной при регистрации биометрической информацией владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно значительное, смартфон открывается.

Всякий из данных этапов запрашивает специальных методов и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что прячется внутри них

Типичная фронтальная камера.

Самый несложный метод распознавания лица задействует исключительно переднюю видеокамеру мобильного устройства. Такой подход осуществлён во различных недорогих моделях Android-девайсов.

Преимущества:

• Не требует внешних датчиков.
• Быстро работает при хорошем освещённости.

Отрицательные стороны:

• Легко обмануть снимком или роликом.
• Неудачно работает при плохом освещении или непривычных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Как это работает:

• Точечный устройство проекции отображает на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство записывает изменение формы этой решетки по плоскости лица.
• Получается 3D карта глубины, что почти неосуществима для фальсификации обычной фото или маской.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Сильная защита к подделкам.
• Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых устройствах задействуются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период движения луча до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для формирования более детализированной 3D-модели физиономии.

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

Программные алгоритмы: синтетический интеллект на работе

Современные системы распознавания лиц немыслимы в отсутствие применения artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как вулкан россии, устройство в состоянии распознавать юзера даже при трансформациях внешности: новая стрижка, растительность на лице, очки или косметика не становятся помехой для деблокировки.

Детектирование лиц

На стартовом шаге система должна быстро найти образ лица в пределах всего кадра камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать лицо даже с неполном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение ключевых аспектов

После идентификации лица устройство, такая как вулкан россии, устанавливает местоположение основных точек: уголки глаз, кончик носа, края губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 основных меток на лице.

Данное необходимо для стабилизации картинки: если пользователь находится с смартфон под наклоненным, или склонил голову, программа корректирует картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрии шаблона

Далее нейросеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой шаблон крайне сложно имитировать: он не сохраняет само картинку юзера, а лишь особенные характеристики его облика, что делает его оптимальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сравнение и осуществление заключения

В случае, когда человек желает разлочить мобильник взором, система повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к трансформациям внешности

Интересная особенность нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно доступаете к мобильное устройство с новой укладкой или оптикой, программа постепенно освежает эталонный модель вашего облика для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных.

Многие юзеры беспокоятся держать свои биометрические данные на телефоне из-за угрозы утечки информации или хакерской атаки. Определенные фирмы, вроде vulkan russia, предлагают решения для улучшения сохранности данных пользователей.

• Локальное хранение: Большинство устройств сохраняет био-идентификационные модели исключительно внутри защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают гаджет и недоступны даже производителю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения третьих разработчиков не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт верификации личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть существенную подробность: в случае, если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — например, заставляют открыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются категории распознавания лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно различить три основных способа к реализации этой функции:

Программное двухмерное определение

Используется только лицевая камера без вспомогательных сенсоров глубины. Такой подход встречается наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость воплощения; минимальная затраты; быстрая функционирование при достаточном освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; нестабильная работа ночью; слабая защищенность.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проектор точек + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная достоверность; нельзя обмануть изображение/видеозапись; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Образцы эксплуатации разнообразных методов

• iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил аналог Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное плоское распознавание по снимку селфи-камерой, так и сканер глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы защиты и ошибочные тревоги

Несмотря на замечательный развитие инноваций за последние годы, совершенных системы пока не имеется:

1. Шанс обмана: Доступные телефоны легко “разблокируются” качественной снимком владельца или роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные устройства могут ошибиться между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Резкое утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции либо повреждения в некоторых случаях требуют перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнцем или глубокая затенение могут уменьшить верность идентификации признаков.

Вот некоторые рекомендаций по надёжному использованию:

• Для значимых операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте ПО смартфона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она есть.

В каких областях дополнительно применяется технология кроме смартфонов?

Пускай предмет этой работы посвящена именно смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг прохода в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта последнего типа;
• Системы видеоконтроля муниципальных служб;
• Механизация регистрации явки учебных заведений/вузов;
• Вход участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без карты или телефона! Аналогичные программы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как изменяется технический процесс в наше время?

Любой годик появляются новые идеи для улучшения качества работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше элементов фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
2. Совершенствуются нейронные сети — современные архитектуры вида MobileNetV3 позволяют быстро осваивать новым характеристикам внешности владельца напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать настоящие движущиеся лица от неподвижных фото/маскировок по мельчайшим движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут автоматически закрыть доступ к телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Проявляются комбинированные устройства — в частности комбинирующие речевую аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Здесь, которые тренды особенно востребованы в данный момент:

1) Сокращение деталей

Изготовители пытаются минимизировать габариты отверстия (“чёлки”) под датчики на экране за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для улучшения личной безопасности всё больше обработки данных происходит локально без передачи информации во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные платформы, вроде вулкан россия, и каждые Android-программы были совместимы с любыми видами биометрии единообразно.

Какое выбрать сегодня?

Если вам нужна предельная защита информации, выбирайте передовые устройства с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех актуальных моделей
• Huawei Companion/P Series серии
• Mix Professional
• Vivo X линейки
• Оппо Find Х линейки.

Если бюджет скромен – лучше отдавать предпочтение традиционным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную возможность удобства.

Как улучшить комфорт функционирования опции?

Есть некоторые хитростей для людей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не упускайте из виду чистить объектив фронтальной камеры – загрязнения могут уменьшить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам включает фотоаппарат как только вы поднимаете его.
4. В процессе записи старайтесь держать лицевую часть прямо перед видеоустройства без резкого наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Перспективы прогресса техники

В предстоящие периоды можно ожидать развития полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: физиономия + голос + походка + манипуляции руками!

Также предполагается возникновение свежих подходов защиты приватности – к примеру, динамическое корректировка диджитал образца после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых захватывающих технологий нашего периода! Она предоставляет взаимодействие со телефоном проще чем раньше, и такие аппы, как vulkan russia, могут существенно улучшить ваш опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта технология изнутри, – сможете осознаннее определять свой очередной гаджет!