Каким образом действует распознавание лиц в мобильных устройствах

Для чего мы выбираем разблокировку по лицу

В недавние годы определение лиц стало одной из самых популярных возможностей для открытия умных телефонов. Всего некоторые годков назад большинство пользователей обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например Вулкан 24, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает данную особенность такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно помнить замысловатые пароли или отыскивать нужный палец в мраке. Во-вторых, это мгновенно: современные программы узнают лицо практически за мгновение. В-третьих, это впечатление футуристичности — будто в фильмах про вулкан 24 агентов.

Однако за такой на первый взгляд легкостью таится целый мир трудных технологий и инженерных разработок. Давайте разобраться, как именно функционирует распознавание лиц в актуальных гаджетах, какие существуют методы, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Краткая история эволюции технологии

Распознавание лиц как методика присутствует уже более 50 лет. Первые эксперименты машинного изучения облика были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ способны были лишь определять очертания черепа и измерять промежутки между зрачками и устами на монохромных изображениях.

Изначальные коммерческие платформы появились в 90-х, но они были несовершенны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с эволюцией нейронных сетей и таких платформ, как Вулкан 24 Казино, сильных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять личные решения.

Ключевые шаги работы механизма распознавания

Процесс распознавания лица можно ориентировочно разделить на несколько ключевых этапов:

Идентификация лиц — аппарат выявляет существование человеческого образа в снимке.
Выделение особенностей — алгоритм изучает контуры физиономии: конфигурацию зрительных органов, носа, уст, позицию бровей.
Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение со эталоном — полученный шаблон сверяется с зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Каждый из этих шагов требует специальных алгоритмов и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Железные элементы: что находится внутри

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой легкий метод определения физиономии применяет лишь переднюю видеокамеру мобильного устройства. Такой способ реализован во многочисленных недорогих версиях Android-девайсов.

Плюсы:

Необходимо требует дополнительные датчиков.
Быстро действует при достаточном освещённости.

Минусы:

Несложно одурачить фотографией или роликом.
Плохо действует при слабом освещённости или непривычных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проектор

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

Как это действует:

Точечный проектор показывает на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 меток).
Инфракрасная камера фиксирует искривление этой сетки по поверхности физиономии.
Формируется 3D карта глубинности, которая почти что неосуществима для подделки стандартной фото или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная деятельность даже в полной темноте.
Высокая защита к имитациям.
Точность распознавания более 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных устройствах задействуются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время прохождения луча до цели и обратно; RGB-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более аккуратной 3D-модели лица.

Эти инновации применяются в основном во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искусственный разум в действии

Современные устройства распознавания лиц неосуществимы в отсутствие эксплуатации искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, гаджет может идентифицировать пользователя даже при метаморфозах внешности: новая укладка, щетина, линзы или косметика не становятся препятствием для деблокировки.

Распознавание лица

В стартовом шаге алгоритм необходимо быстро найти лицо среди целого снимка камеры. Для этой задачи используются последовательные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может распознавать лицо даже с частичном перекрытии (например, шалью или рукой).

Идентификация важных моментов

После распознавания лица система, такая как Вулкан 24 Казино, определяет положение основных точек: уголки глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 главных меток на лице.

Это действие требуется для стабилизации изображения: если юзер держит смартфон под наклоненным, или повернул головку, программа корректирует изображение до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического шаблона

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

Этот шаблон весьма трудно имитировать: он не сохраняет непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких площадок, как Vulkan24.

Сравнение и принятие выбора

Когда юзер желает разблокировать телефон взором, система повторяет все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Приспособление к трансформациям облика

Увлекательная особенность актуальных системы — возможность самообучения. Если ты регулярно разблокируете смартфон с обновленной укладкой или очками, алгоритм постепенно освежает базовый образец вашего внешности для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических информации.

Множество юзеры беспокоятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Некоторые фирмы, такие как Vulkan24, предлагают решения для увеличения защиты сведений клиентов.

Локальное сбережение: Большинство девайсов сохраняет биометричные образцы только внутрь защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не покидают гаджет и недоступны включая производителю.
Шифрование: Все сведения сберегаются только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения сторонних девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Следует отметить значимую особенность: если какой-то человек сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители внедряют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно определить определить 3 ключевых метода к осуществлению этой задачи:

Программируемое двухмерное определение

Используется только фронтальная видеокамера без вспомогательных детекторов дистанции. Такой способ встречается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость осуществления; минимальная цена; оперативная деятельность при качественном освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; ненадежная деятельность ночью; недостаточная охрана.

Аппаратное объёмное сканирование

Использует ИК камеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; не получится подделать фото/видео; устойчивая работа в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации использования различных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил подобие Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как софтверное плоское идентификацию по фото фронтальной камерой, так и сканер глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности охраны и неверные срабатывания

Несмотря на поразительный развитие техники за последние лет, идеальных системы пока не имеется:

Возможность мошенничества: Бюджетные телефоны без труда “разблокируются” четкой снимком пользователя или видео с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Изменения внешности: Внезапное похудение/набор веса, косметические процедуры либо травмы порой требуют обновления данных биометрии.
Условия фотографирования: Сильная подсветка солнечным светом либо плотная тень могут понизить аккуратность определения признаков.

Ниже пара советов для защищённому использованию:

Для критически важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых аппаратах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте ПО мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
Включайте опцию “Требовать открытых глаз” там, где она доступна.

Где ещё используется технология кроме смартфонов?

Пускай тема нашей публикации посвящена именно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

Контроль входа в деловых центрах и резиденциях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Виртуальные удостоверения личности последнего образца;
Установки видеомониторинга городских сервисов;
Автоматизация учёта посещаемости школ/университетов;
Аутентификация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие проекты развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как изменяется технический процесс сегодня?

Всякий годик возникают новые концепции для повышения уровня работы систем идентификации лиц:

Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность неточности;
Развиваются нейросети — современные конструкции типа MobileNetV3 позволяют оперативно обучаться свежим особенностям внешности обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны могут отличать настоящие живые облики от неподвижных фото/маскировок по незаметным микродвижениям.
Интеграция со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно закрыть доступ к мобильный телефон, если владелец отошёл далеко.
Появляются гибридные системы — в частности совмещающие голосовую идентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Итак, те тренды особенно популярны сейчас:

1) Сокращение элементов

Изготовители намереваются минимизировать размер прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для улучшения личной безопасности всё более расчётов выполняется на месте без отправки данных во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация норм

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные площадки, как Вулкан 24, и любые Android-аппы могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если тебе важна наивысшая защита данных, остановите выбор на топовые модели со встроенным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

iPhone всех существующих актуальных версий
Huawei Mate/P Series серии
Mix Pro
Vivo X модели
Oppo Find Икс линейки.

Если бюджет скромен – лучше предпочесть классическим способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, применять только как дополнительную опцию комфорта.

Как увеличить практичность работы опции?

Есть пара советов для людей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

Периодически обновляйте свою изображение-шаблон, если значительно трансформируется внешний вид.
Не пренебрегайте протирать объектив передней камеры – загрязнения могут снизить точность!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
Во время регистрационного процесса пытайтесь сохранять лицо прямо напротив видеоустройства без сильного наклона головы.
Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы эволюции технологии

В скоро наступающие времена можно предвкушать появления полностью бесконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + голос + походка + движения рук!

Также возможно возникновение современных подходов защиты личной информации – например, изменяющееся корректировка диджитал паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых увлекательных технологий нашего эпохи! Она предоставляет взаимодействие со телефоном комфортнее чем до этого, и такие аппы, как Vulkan24, могут существенно повысить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта технология изнутри, – сможете более осмысленно выбирать свой очередной гаджет!