Как функционирует идентификация лиц в мобильных устройствах

Почему мы предпочитаем разблокировку по фейсу

В последние времена идентификация лиц является одной из самых распространённых возможностей для деблокировки смартфонов. Всего пару годков ранее основная масса юзеров довольствовались пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как Вулкан 24, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Что делает эту особенность такой востребованной? Для начала, это комфортно: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или отыскивать правильный палец в темноте. Также, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо буквально за мгновение. В-третьих, это чувство футуристичности — словно в кинофильмах про вулкан автомат агентов.

Впрочем за такой видимой простотой таится весь мир комплексных технологий и инженерных разработок. Давайте понять, как именно действует распознавание лиц в новейших смартфонах, какие применяются способы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Краткая история эволюции технологии

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти годов. Первые эксперименты машинного исследования облика были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины могли лишь выделять очертания черепа и вычислять промежутки между глазами и ртом на черно-белых фотографиях.

Изначальные торговые установки возникли в девяностых годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких платформ, как Вулкан 24 Казино, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать собственные решения.

Основные этапы работы устройства распознавания

Процесс распознавания лица можно ориентировочно сегментировать на несколько основных этапов:

Идентификация лиц — устройство распознает присутствие людского образа в кадре.
Извлечение характеристик — механизм исследует черты физиономии: форму глаз, обонятельного органа, уст, позицию надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение со стандартом — сформированный модель сверяется со сохранённой при внесении биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если совпадение достаточно существенное, смартфон открывается.

Всякий из указанных стадий требует индивидуальных методов и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные элементы: что находится в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Простейший легкий вариант определения облика использует исключительно фронтальную камеру мобильного устройства. Такой подход внедрён во многих бюджетных вариантах Android-устройств.

Достоинства:

Необходимо нуждается в внешних датчиков.
Оперативно действует при достаточном свете.

Недостатки:

Просто ввести в заблуждение снимком или роликом.
Неправильно действует при низком освещённости или нестандартных ракурсах.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как Вулкан 24 Казино, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая методика лежит в основе Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

Точечный проекционный прибор отображает на физиономию использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 точек).
ИК устройство записывает деформацию этой сетки по плоскости физиономии.
Создаётся трёхмерная карта глубины глубины, что почти что неподвластна для подделки обычной снимком или маской.

Выигрыши

Надёжная деятельность даже в полной тьме.
Высокая сопротивляемость к подделкам.
Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных девайсах применяются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения луча до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические измерители расстояния для формирования более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти инновации встречаются чаще всего во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: искусственный интеллект в работе

Нынешние устройства опознания лиц неосуществимы при отсутствии использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно вследствие таким технологиям, как Вулкан 24 Казино, аппарат способно узнавать пользователя даже при трансформациях внешности: новая укладка, щетина, линзы или грим не становятся барьером для разблокировки.

Обнаружение физиономии

На первом стадии алгоритм необходимо оперативно распознать лицо внутри полного кадра с камеры. Для этой задачи используются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые „обучены“ идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии обнаруживать физиономию даже в случае частичном перекрытии (например, платком или рукой).

Выделение важных моментов

После распознавания лица устройство, такая как Вулкан 24 Казино, вычисляет местоположение основных точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 основных маркеров на лицевой области.

Это действие нужно для стабилизации визуала: если пользователь держит смартфон под наклоном, или склонил голову, программа корректирует изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Создание биометрического идентификатора образца

Далее нейронная сеть строит уплотненное цифровое представление („эмбеддинг“) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Этот формат очень сложно сфальсифицировать: он не хранит само картинку юзера, а лишь особенные черты его вида, что делает его оптимальным для таких платформ, как Vulkan24.

Сопоставление и принятие решения

В случае, когда юзер желает разлочить мобильник глазами, система воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает установленный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, открывается; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам внешности

Интересная особенность актуальных системы — способность самостоятельного обучения. Если ты регулярно разблокируете мобильное устройство с свежей прической или очками, система постепенно модернизирует эталонный модель вашего внешности для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрии информации.

Многие юзеры беспокоятся держать свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за вероятности утечки информации или взлома гаджета. Иные компании, например Vulkan24, предоставляют методы для увеличения сохранности информации юзеров.

Локальное сбережение: Большинство устройств хранит биометрические шаблоны только внутри безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не оставляют гаджет и закрыты включая создателю.
Шифрование: Все информация сохраняются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения третьих разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть важную особенность: в случае, если кто-либо получит физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители осуществляют защиту от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются категории распознавания лиц?

Сегодня можно определить различить 3 основных метода к выполнению этой операции:

Программируемое 2D идентификация

Эксплуатируется только лицевая видеокамера без вспомогательных сенсоров глубины. Подобный метод наблюдается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; минимальная стоимость; оперативная деятельность при достаточном свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение снимком; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная безопасность.

Аппаратное 3D оцифровка

Задействует инфракрасную камеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: значительная достоверность; невозможно подделать фото/видео; устойчивая работа в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана („чёлка“)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам („anti-spoofing“). Например, подобные товары, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронталку c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры эксплуатации различных методов

iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил эквивалент Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное двухмерное идентификацию по снимку фронталкой, так и датчик ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы охраны и ложные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи техники за последние годы, безупречных механизмов пока не существует:

Шанс подвоха: Недорогие смартфоны просто доступны четкой фотографией пользователя или видео с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые идеальные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
Изменения внешности: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры либо повреждения порой необходимы для обновления данных биометрии.
Условия съёмки: Интенсивная освещённость солнечным светом либо глубокая тень могут снизить верность определения признаков.

Здесь несколько подсказок для защищённому использованию:

Для значимых операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте опцию „Разблокировка по лицу“ на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите ПО мобильного устройства для предотвращения угроз от новых видов атак;
Включайте опцию „Требовать раскрытых глаз“ в тех местах, где она доступна.

В каких местах дополнительно находится применение технологии помимо смартфонов?

Пускай предмет нашей работы касается конкретно мобильным устройствам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Мониторинг прохода в офисах и многоквартирных зданиях;
Платёжные терминалы финансовых учреждений („Face Pay“);
Цифровые идентификационные документы последнего типа;
Системы видеонаблюдения городских подразделений;
Автоматизирование отслеживания присутствия школ/институтов;
Аутентификация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система оплаты проезда по лицу („Face Pay“) — достаточно пройти через барьер без пластика или телефона! Похожие проекты осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как трансформируется технология в нынешнее время?

Каждый год проявляются современные идеи для улучшения стандарта функционирования систем распознавания лиц:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс ошибки;
Улучшаются нейронные сети — современные структуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро адаптироваться к новым особенностям внешности пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать подлинные анимированные облики от неподвижных фото/масок по микроскопическим движениям кожи.
Интеграция со умными устройствами — смарт-часы могут самостоятельно блокировать телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
Возникают гибридные системы — в частности объединяющие аудио аутентификацию + облик + отпечаток пальца.

Здесь, те тенденции в особенности актуальны на сегодняшний день:

1) Миниатюризация элементов

Изготовители намереваются минимизировать габариты отверстия („чёлки“) для датчики на экране за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для улучшения личной безопасности всё больше расчётов происходит внутри устройства без передачи информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Гугл активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы подобные системы, вроде Вулкан 24, и каждые Android-программы могли работать с различными типами биометрии единообразно.

Какое подобрать на сегодня?

Когда вам всем важна максимальная сохранность информации, выбирайте флагманские устройства со встроенным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого последних поколений
Huawei Partner/P Series серии
Mix Pro
Vivo X линейки
Oppo Find X серий.

Если финансы ограничен – лучше отдавать предпочтение обычным методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию „разблокировка по лицу“, такую как в Вулкан 24, применять только как дополнительную возможность удобства.

Каким образом улучшить комфорт работы опции?

Есть пара советов для пользователей, кто уже использует разблокировку через лицо:

Часто обновляйте свою изображение-шаблон, если значительно изменяется внешность.
Не упускайте из виду протирать объектив передней камеры – разводы могут уменьшить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает фотоаппарат как только вы поднимаете его.
Во время регистрации пытайтесь удерживать лицо неподвижно напротив видеоустройства исключая резкого наклона головы.
Применяйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвернулись от экрана.

Перспективы развития техники

В ближайшие годы можно ожидать появления полностью дистанционных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: физиономия + речь + шаги + движения рук!

Также предполагается появление современных подходов охраны личной информации – например, динамическое модификация цифрового шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых захватывающих техник нашего времени! Она обеспечивает общение со телефоном комфортнее чем раньше, и такие приложения, как Vulkan24, могут значительно повысить ваш 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 технология внутри, – сможете вдумчиво подбирать свой будущий девайс!