Каким способом функционирует распознавание лицевых образов в телефонах

Зачем мы выбираем разлочивание по фейсу

В недавние времена определение лиц является одной из наиболее востребованных функций для деблокировки умных телефонов. Еще некоторые лет ранее основная часть пользователей довольствовались PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь превращает данную функцию такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или искать правильный палец в мраке. Кроме того, это мгновенно: современные системы идентифицируют лицо фактически за мгновение. В-третьих, это ощущение футуристичности — как будто в кинофильмах про vulkan russia шпионов.

Однако за данной кажущейся простотой скрывается полный мир комплексных техник и инженерных разработок. Попробуем разобраться, как конкретно действует распознавание лиц в актуальных смартфонах, какие применяются способы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая повествование прогресса инноваций

Распознавание лиц как технология присутствует уже более пятидесяти годов. Изначальные попытки автоматического исследования лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ способны были лишь обозначать очертания черепа и измерять расстояния между очами и ртом на черно-белых снимках.

Начальные бизнес системы стали доступны в 90-х, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией искусственных сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои разработки.

Основные этапы функционирования системы определения

Процесс распознавания лица можно условно поделить на несколько ключевых этапов:

Обнаружение лица — аппарат определяет наличие гуманного образа в снимке.
Определение характеристик — система анализирует особенности физиономии: форму зрительных органов, носа, губ, расположение бровей.
Построение модели — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение с образцом — полученный шаблон сопоставляется с записанной при внесении биометрической данными владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Всякий из указанных шагов требует индивидуальных процедур и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что прячется внутри них

Стандартная фронтальная камера.

Наиболее несложный метод идентификации физиономии задействует исключительно переднюю видеокамеру смартфона. Данный подход осуществлён во многих недорогих моделях Android-устройств.

Положительные стороны:

Не требует внешних сенсоров.
Быстро работает при качественном свете.

Недостатки:

Легко обмануть изображением или видео.
Плохо действует при слабом освещённости или нестандартных ракурсах.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика является основой Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

Точечный проектор показывает на облик использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
Инфракрасная устройство регистрирует деформацию данной решетки по поверхности физиономии.
Получается 3D карта глубины глубинности, которая почти невозможна для фальсификации стандартной снимком или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
Высокая устойчивость к фальсификациям.
Точность определения свыше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных устройствах используются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до объекта и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные измерители расстояния для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти разработки встречаются наиболее часто во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: искусственный интеллект в исполнении

Текущие устройства идентификации лиц неосуществимы без эксплуатации искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как вулкан россии, гаджет способно распознавать юзера даже при метаморфозах облика: новая причёска, растительность на лице, линзы или макияж не становятся барьером для открытия.

Обнаружение физиономии

На первом этапе алгоритм должна быстро распознать образ лица в пределах всего изображения с камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить лица людей среди множества других объектов.

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

Выделение основных моментов

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, определяет положение основных точек: кончики глаз, кончик носа, края губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 главных точек на лице.

Это действие требуется для выравнивания картинки: если юзер находится с телефон под наклоном, или повернул голову, программа исправляет картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрии шаблона

Далее искусственная сеть строит компактное числовое представление (« эмбеддинг ») лица пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой шаблон очень трудно имитировать: он не хранит непосредственно картинку юзера, а лишь уникальные особенности его вида, что делает его совершенным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и осуществление выбора

Если человек желает открыть телефон взором, система осуществляет все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к метаморфозам внешности

Интересная черта актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы постоянно открываете телефон с новой стрижкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет основной шаблон вашего лица для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Множество юзеры опасаются сохранять свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за вероятности утечки информации или хакерской атаки. Некоторые компании, вроде vulkan russia, предлагают решения для улучшения сохранности информации юзеров.

Локальное сохранение: Преимущественно устройств записывает биометричные образцы только внутри защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют устройство и недоступны в том числе создателю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Необходимо отметить важную деталь: в случае, если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании осуществляют систему защиты от « слепого » разблокирования — к примеру, требуют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают типы определения лиц на изображениях?

Сегодня можно определить различить три основных подхода к реализации этой операции:

Софтверное двухмерное идентификация

Эксплуатируется только фронтальная камера без экстра сенсоров дистанции. Этот подход наблюдается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость осуществления; минимальная стоимость; скоростная деятельность при хорошем освещении.
Минусы: легко одурачить фотографией; нестабильная работа ночью; низкая защищенность.

Аппаратное объёмное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; не получится подделать изображение/видеозапись; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (« чёлка »)

Комбинированные способы с дополнением ИИ

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

Примеры применения разных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил подобие Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное плоское идентификацию по изображению селфи-камерой, так и сенсор радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и ложные сигналы

Несмотря на замечательный успехи инноваций за последние лет, безупречных системы пока не имеется:

Вероятность обмана: Недорогие телефоны легко « разблокируются » высококачественной снимком хозяина или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные устройства могут спутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Трансформации облика: Резкое похудение/набор веса, хирургические вмешательства либо травмы порой требуют повторной регистрации биометрии.
Условия записи: Сильная засветка солнцем либо интенсивная тень могут снизить точность идентификации признаков.

Вот несколько советов по защищённому применению:

Для критически важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
Не включайте возможность « Разблокировка по лицу » на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте прошивку ПО телефона для защиты от новых видов атак;
Включайте опцию « Требовать распахнутых глаз » в тех местах, где она имеется.

Где дополнительно применяется технологии помимо смартфонов?

Несмотря на то, что предмет данной публикации посвящена именно портативным гаджетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

Управление прохода в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
Платёжные аппараты финансовых учреждений (« Face Pay »);
Электронные идентификационные документы нового поколения;
Установки видеонаблюдения городских служб;
Автоматизирование учёта присутствия образовательных учреждений/университетов;
Вход пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (« Face Pay ») — хватит пройти через барьер без пластика или телефона! Аналогичные инициативы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как трансформируется технический процесс в нынешнее время?

Всякий год возникают современные идеи для усовершенствования стандарта функционирования систем идентификации лиц:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
Улучшаются искусственные интеллекты — передовые архитектуры типа MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться новым характеристикам облика обладателя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют отличать подлинные анимированные облики от неподвижных фотографий/маскировок по микроскопическим микродвижениям.
Интеграция со умными устройствами — смарт-часы могут автоматически блокировать телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
Появляются смешанные механизмы — например совмещающие аудио аутентификацию + облик + отпечаток пальца.

Вот, какие тренды особенно популярны в данный момент:

1) Сокращение компонентов

Компании намереваются уменьшить габариты прорези (« чёлки ») под датчики на экране за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для повышения конфиденциальности всё больше вычислений происходит внутри устройства без пересылки данных во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание норм

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные платформы, вроде вулкан россия, и каждые Android-приложения были совместимы с различными типами биометрии стандартизированно.

Что подобрать на сегодня?

Если вам всем важна максимальная защита данных, остановите выбор на флагманские модели с вмонтированным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого актуальных версий
Huawei Mate/Series P серии
Mix Pro
Vivo X серии
Oppo Найти X серий.

Если средства ограничен – лучше выбирать традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность « разблокировка по лицу », такую как в вулкан россия, использовать только как дополнительную возможность удобства.

Как увеличить комфорт работы опции?

Есть пара советов для тех, кто уже использует разблокировку по лицу:

Периодически меняйте свою фото-шаблон, если кардинально изменяется внешность.
Не забывайте очищать объектив фронтальной камеры – пятна могут снизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам активирует фотоаппарат когда вы поднимаете его.
При регистрации постарайтесь удерживать голову прямо впереди камеры исключая резкого наклона головы.
Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Будущее прогресса инноваций

В скоро наступающие периоды можно предполагать возникновения полностью дистанционных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + речь + манера ходьбы + движения рук!

Также возможно возникновение современных методов защиты приватности – например, изменяющееся модификация цифрового шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых увлекательных инноваций нашего времени! Она обеспечивает общение со смартфоном комфортнее чем раньше, и такие приложения, как vulkan russia, могут значительно повысить ваш пользовательский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы осведомлены, как функционирует эта система изнутри, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой будущий гаджет!

Laure Delafosse

Plus de publications