Каким способом функционирует распознавание лиц в мобильных устройствах

Для чего мы предпочитаем разблокировку по фейсу

В последние годы определение лиц является одной из самых популярных функций для открытия мобильных телефонов. Всего несколько лет тому назад основная часть юзеров обходились пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как admiral x, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какая вещь обуславливает данную особенность настолько популярной? Для начала, это удобно: не нужно помнить сложные пароли или отыскивать правильный палец в тьме. Во-вторых, это быстро: современные программы узнают лицо фактически за мгновения ока. В-третьих, это ощущение футуристичности — словно в кинолентах про адмирал х официальный сайт разведчиков.

Впрочем за такой кажущейся несложностью таится целый мир трудных техник и инженерных разработок. Давайте понять, как точно работает идентификация по лицу в актуальных смартфонах, какие применяются способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Сжатая хроника прогресса техники

Распознавание лиц как технология существует уже более пятидесяти лет. Начальные эксперименты машинного анализа лица были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь обозначать контуры головы и вычислять дистанции между очами и устами на ахроматических фотографиях.

Начальные бизнес платформы стали доступны в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с развитием синтетических сетей и таких систем, как адмирал х, мощных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать личные решения.

Основные стадии действия механизма идентификации

Процесс определения лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

Распознавание лиц — камера определяет наличие людского лица в снимке.
Выделение признаков — алгоритм анализирует контуры физиономии: форму зрительных органов, обонятельного органа, губ, позицию бровей.
Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со стандартом — сформированный шаблон сверяется со сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
Принятие решения — если сходство достаточно значительное, смартфон открывается.

Любой из данных стадий запрашивает особых алгоритмов и оптимизаций для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические компоненты: что скрыто внутри

Обычная селфи камера.

Наиболее несложный метод определения лица применяет лишь фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Подобный метод осуществлён во различных бюджетных моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

Необходимо потребляет дополнительных сенсоров.
Быстро работает при хорошем свете.

Минусы:

Просто одурачить снимком или роликом.
Неудачно действует при низком освещении или непривычных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как адмирал х, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология является основой Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

Точечный устройство проекции показывает на физиономию использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
Инфракрасная камера фиксирует искривление этой сетки по поверхности физиономии.
Создаётся трёхмерная глубинная карта глубинности, которая почти невозможна для имитации обычной фото или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная работа даже в полной тьме.
Большая устойчивость к фальсификациям.
Точность определения выше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных девайсах применяются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время движения луча до объекта и обратно; RGB-датчики глубины; специальные световые измерители расстояния для построения более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации используются чаще всего во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: синтетический ум на работе

Текущие механизмы опознания физиономий немыслимы без использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким технологиям, как адмирал х, гаджет способно идентифицировать пользователя даже при изменениях облика: новая стрижка, щетина, линзы или макияж не становятся препятствием для открытия.

Обнаружение лиц

При стартовом стадии алгоритм необходимо оперативно найти лицо среди всего изображения с камеры. Для этого задействуются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен обнаруживать лицо даже при частичном закрытии (например, шарфом или рукой).

Выделение основных точек

После распознавания лица механизм, такая как адмирал х, вычисляет расположение основных точек: кончики глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой поверхности.

Это нужно для выравнивания картинки: если человек удерживает мобильник под наклоненным, или склонил головку, программа корректирует изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Формирование биометрического идентификатора образца

Далее нейронная сеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой шаблон очень сложно имитировать: он не сохраняет непосредственно изображение юзера, а лишь исключительные особенности его внешности, что делает его совершенным для таких систем, как admiral-x.

Сравнительный анализ и вынесение решения

Когда юзер желает открыть телефон взглядом, система воспроизводит все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа admiral-x, доступен; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам облика

Увлекательная особенность современных систем — способность самостоятельного обучения. Если вы часто разблокируете мобильное устройство с новой прической или очками, программа постепенно освежает эталонный образец вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Большинство юзеры боятся держать свои биометрические данные на смартфоне из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Некоторые компании, вроде admiral-x, предлагают решения для улучшения сохранности данных юзеров.

Локальное хранение: Большинство устройств сохраняет биометрические модели лишь внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают гаджет и недоступны включая производителю.
Шифрование: Все сведения хранятся только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения внешних разработчиков не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт верификации идентичности через системный API.

Необходимо отметить существенную особенность: в случае, если какой-то человек достанет физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители осуществляют защиту от “слепого” разблокирования — в частности, требуют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют типы идентификации лиц?

На сегодняшний день можно выделить 3 ключевых подхода к реализации этой операции:

Софтверное двухмерное определение

Применяется только фронтальная камера без вспомогательных сенсоров глубины. Такой подход наблюдается наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота реализации; низкая стоимость; оперативная деятельность при достаточном освещении.
Минусы: несложно одурачить снимком; ненадежная работа ночью; низкая защищенность.

Техническое трёхмерное сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: высокая достоверность; невозможно подделать изображение/видеозапись; постоянная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации эксплуатации разнообразных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное плоское определение по снимку фронтальной камерой, так и сенсор ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы безопасности и ложные сигналы

Несмотря на замечательный успехи инноваций за прошедшие лет, совершенных систем пока не существует:

Шанс обмана: Доступные смартфоны без труда открываются четкой фотографией владельца или видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Метаморфозы внешности: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции либо травмы в некоторых случаях требуют обновления данных биометрии.
Условия записи: Сильная подсветка солнцем либо интенсивная затенение могут снизить верность распознавания признаков.

Вот несколько подсказок для безопасному применению:

Для критически важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на дешёвых аппаратах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте прошивку программное обеспечение мобильного устройства для обеспечения безопасности от новых видов атак;
Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

Где также находится применение технология кроме мобильных телефонов?

Несмотря на то, что предмет нашей публикации посвящена именно мобильным устройствам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

Мониторинг доступа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Электронные удостоверения личности нового типа;
Комплексы видеомониторинга городских подразделений;
Механизация регистрации посещаемости школ/вузов;
Аутентификация пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Схожие инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Как трансформируется технология сегодня?

Всякий годик возникают современные мысли для повышения уровня деятельности систем распознавания лиц:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс неточности;
Развиваются нейронные сети — передовые структуры вида MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к новым чертам облика владельца напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать настоящие живые лица от статичных фотографий/маскировок по мельчайшим движениям кожи.
Синхронизация со смарт-гаджетами — смарт-часы могут автоматически закрыть доступ к телефон, если пользователь отошёл далеко.
Проявляются смешанные устройства — например объединяющие голосовую аутентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Здесь, какие тренды особенно актуальны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители пытаются сократить размер прорези (“чёлки”) для датчики на экране за счёт внедрения миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для увеличения личной безопасности всё более обработки данных выполняется внутри устройства без пересылки данных во дополнительный облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Гугл интенсивно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы подобные платформы, например как admiral x, и любые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии единообразно.

Какое подобрать на сегодня?

Если вам нужна максимальная защита информации, выбирайте топовые аппараты со встроенным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого новейших версий
Huawei Partner/P Series ряда
Mix Pro
Vivo X серии
Oppo Найти X серии.

Если бюджет скромен – лучше предпочесть традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, применять только как опциональную опцию удобства.

Каким способом повысить практичность функционирования функции?

Есть некоторые хитростей для тех, кто уже пользуется разблокировку через лицо:

Часто меняйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешний вид.
Не пренебрегайте чистить объектив фронтальной камеры – пятна могут снизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам включает камеру когда вы поднимаете его.
При записи пытайтесь удерживать лицевую часть неподвижно напротив камеры не допуская резкого наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Будущее эволюции техники

В скоро наступающие времена можно предвкушать возникновения полностью дистанционных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + звучание + манера ходьбы + движения рук!

Также вероятно появление современных способов защиты конфиденциальности – например, изменяющееся корректировка диджитал шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень захватывающих техник нашего эпохи! Она предоставляет взаимодействие со мобильным устройством удобнее чем раньше, и такие приложения, как admiral-x, могут существенно оптимизировать ваш юзерский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как устроена эта методика внутри, – сможете более осмысленно подбирать свой очередной устройство!

Posted bycasoft