Каким образом действует распознавание лицевых образов в телефонах

Почему мы предпочитаем разлочивание по лицевому распознаванию

В последние времена идентификация лиц стало одной из наиболее востребованных опций для разблокировки умных телефонов. Лишь несколько лет ранее основная часть использующих обходились пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как cabura, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную функцию очень нужной? Для начала, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или находить правильный палец в мраке. Во-вторых, это мгновенно: современные системы распознают лицо фактически за мгновение. В-третьих, это ощущение футуризма — будто в кинофильмах про кабура шпионов.

Тем не менее за данной на первый взгляд простотой скрывается весь вселенная сложных технологий и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как именно работает распознавание лиц в современных смартфонах, какие применяются способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая история эволюции инноваций

Распознавание лиц как технология имеется уже более пятидесяти лет. Первые пробы машинного анализа лица были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ способны были лишь обозначать силуэты головы и вычислять дистанции между очами и устами на черно-белых снимках.

Начальные коммерческие установки возникли в 1990-х годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто ошибались. Только с развитием синтетических сетей и таких платформ, как кабура, сильных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать собственные разработки.

Главные стадии действия системы идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько основных этапов:

Идентификация лица — аппарат распознает присутствие гуманного образа в кадре.
Извлечение признаков — механизм исследует контуры облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, позицию бровей.
Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение с образцом — сформированный образец сопоставляется с зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон открывается.

Каждый из указанных этапов запрашивает специальных процедур и оптимизаций для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что прячется внутри

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой несложный способ распознавания физиономии применяет только лицевую камеру смартфона. Подобный метод осуществлён во многих бюджетных версиях Android-устройств.

Положительные стороны:

Не потребляет дополнительные датчиков.
Шустро функционирует при качественном освещённости.

Слабые стороны:

Несложно обмануть фотографией или роликом.
Неудачно работает при плохом освещённости или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный проектор

Более продвинутые системы, такие как кабура, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология составляет базу Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

Точечный проекционный прибор отображает на лицо юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 точек).
ИК устройство записывает деформацию данной решетки по поверхности лица.
Создаётся трехмерная карта глубинности, которая почти что невозможна для имитации типичной фотографией или маской.

Преимущества

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Высокая сопротивляемость к имитациям.
Точность идентификации свыше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В некоторых устройствах применяются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения луча до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти разработки используются наиболее часто во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искуственный разум в действии

Нынешние механизмы идентификации лиц неосуществимы без эксплуатации ИИ и machine learning. Именно благодаря таким разработкам, как кабура, аппарат способно идентифицировать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая укладка, щетина, оптика или макияж не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение лица

На первом этапе программа должна быстро распознать ликовое изображение в пределах полного изображения камеры. Для этого применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен обнаруживать облик даже с неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение основных точек

После идентификации лица система, такая как кабура, устанавливает расположение ключевых точек: уголки глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 главных меток на лицевой области.

Данное нужно для стабилизации картинки: если пользователь держит смартфон под наклоненным, или повернул голову, программа “выпрямляет” картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Формирование биометрического идентификатора шаблона

Далее нейросеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой формат крайне сложно имитировать: он не удерживает само изображение пользователя, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких платформ, как кабура казино.

Сравнение и осуществление решения

В случае, когда человек желает разлочить телефон взором, программа воспроизводит все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный границу (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа кабура казино, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к изменениям внешнего вида

Занимательная характеристика актуальных системы — способность самостоятельного обучения. Если вы постоянно разблокируете мобильное устройство с свежей стрижкой или очками, система постепенно обновляет основной шаблон вашего внешности для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Многие клиенты боятся сохранять свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Некоторые фирмы, например кабура казино, предлагают варианты для увеличения безопасности информации клиентов.

Локальное хранение: Преимущественно устройств записывает биометричные образцы исключительно внутри безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют аппарат и не доступны даже изготовителю.
Шифрование: Все информация сохраняются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения третьих разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо отметить существенную деталь: в случае, если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители внедряют систему защиты от “слепого” разблокирования — например, требуют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы распознавания лиц?

Сегодня можно определить определить 3 ключевых метода к осуществлению этой задачи:

Софтверное 2D распознавание

Применяется только фронтальная видеокамера без вспомогательных детекторов дистанции. Этот способ наблюдается наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота осуществления; умеренная цена; оперативная работа при достаточном свете.
Минусы: несложно ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая работа ночью; слабая безопасность.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Использует ИК камеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: большая надёжность; невозможно подделать фото/видео; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как кабура и Google Pixel Face Unlock современных поколений, сочетают фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации использования разнообразных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное обеспечение плоское определение по изображению фронталкой, так и сканер радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы безопасности и неверные сигналы

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за недавние годы, идеальных системы пока не наблюдается:

Вероятность обмана: Недорогие смартфоны легко “разблокируются” высококачественной изображением владельца или же видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные близнецы: Даже самые идеальные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
Трансформации внешнего вида: Внезапное похудение/увеличение массы тела, хирургические вмешательства или повреждения иногда требуют обновления данных биометрических данных.
Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнцем или плотная тень могут понизить аккуратность идентификации признаков.

Ниже пара рекомендаций по надёжному использованию:

Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте прошивку программное обеспечение мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она доступна.

В каких областях дополнительно находится применение технология за исключением смартфонов?

Пускай предмет этой статьи касается в частности портативным гаджетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Управление доступа в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Виртуальные идентификационные документы нового типа;
Комплексы видеонаблюдения муниципальных подразделений;
Автоматизация отслеживания присутствия образовательных учреждений/институтов;
Аутентификация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или телефона! Аналогичные инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Как трансформируется технология в нынешнее время?

Каждый год появляются современные концепции для улучшения качества деятельности систем распознавания лиц:

Увеличивается разрешение датчиков — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Улучшаются нейросети — передовые архитектуры вида MobileNetV3 позволяют скоростно адаптироваться к новым характеристикам внешности владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
Развиваются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны отличать настоящие анимированные лица от неподвижных фото/маскировок по мельчайшим движениям кожи.
Интеграция со умными устройствами — смарт-часы могут автоматически заблокировать смартфон, если владелец удалился на значительное расстояние.
Появляются комбинированные устройства — в частности объединяющие голосовую опознание + физиономию + дактилоскопический след.

Итак, те тренды очень популярны на сегодняшний день:

1) Уменьшение элементов

Производители пытаются сократить размер прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для улучшения приватности всё больше обработки данных происходит локально без отправки информации во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы такие площадки, например как cabura, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Какое решить сегодня?

Если вам важна наивысшая защита информации, остановите выбор на флагманские модели с интегрированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого актуальных моделей
Huawei Companion/P линейки
Mi Professional
Vivo X модели
Oppo Найти Икс серии.

Если финансы ограничен – лучше предпочесть традиционным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в cabura, применять только как дополнительную возможность удобства.

Как повысить удобство функционирования функции?

Есть пара хитростей для тех, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

Регулярно меняйте свою фотографию-шаблон, если сильно меняется внешний вид.
Не упускайте из виду чистить линзу передней камеры – разводы могут снизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам включает камеру когда вы берёте его в руки.
При регистрации постарайтесь удерживать лицевую часть прямо напротив камеры не допуская сильного наклона головы.
Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Будущее развития технологии

В предстоящие годы можно ожидать появления полностью дистанционных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно возникновение новых методов защиты приватности – скажем, динамическое корректировка цифрового образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее захватывающих инноваций нашего эпохи! Она делает интеракцию со телефоном комфортнее чем до этого, и такие аппы, как кабура казино, могут значительно повысить ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как функционирует эта система в деталях, – будете в состоянии осознаннее определять свой будущий девайс!