Как действует идентификация лиц в мобильных устройствах

Почему мы предпочитаем разблокирование по лицу

В последние годы определение лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для деблокировки мобильных телефонов. Еще несколько годов назад основная часть использующих обходились пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Что превращает эту конкретную особенность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать трудные пароли или отыскивать правильный палец в темноте. Также, это мгновенно: современные системы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это ощущение футуристичности — словно в фильмах про вулкан платинум агентов.

Тем не менее за данной видимой несложностью скрывается весь мир сложных техник и инженерных решений. Позвольте нам разобраться, как точно работает фейсканирование в современных смартфонах, какие применяются способы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Сжатая история прогресса технологии

Идентификация лиц как техника существует уже более 50 лет. Начальные пробы машинного исследования лица были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ могли лишь определять силуэты лица и вычислять промежутки между глазами и губами на черно-белых снимках.

Начальные коммерческие установки стали доступны в 90-х, но они были далеки от совершенства: работали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом нейронных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, мощных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять личные решения.

Основные этапы действия устройства распознавания

Процесс распознавания лица можно ориентировочно поделить на несколько основных этапов:

Идентификация лица — камера распознает присутствие человеческого образа в снимке.
Выделение особенностей — алгоритм изучает особенности физиономии: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение бровей.
Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с образцом — сформированный шаблон сопоставляется со сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Каждый из данных шагов запрашивает индивидуальных методов и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные элементы: что находится в их недрах

Типичная фронтальная камера.

Самый простой простой способ распознавания облика применяет только переднюю камеру смартфона смартфона. Такой метод внедрён во многочисленных недорогих моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в требует дополнительные сенсоров.
Шустро функционирует при качественном освещении.

Минусы:

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

Инфракрасная фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

Точечный устройство проекции отображает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
Инфракрасная устройство фиксирует искривление этой сетки по поверхности лица.
Формируется трехмерная карта глубины, которая почти что неосуществима для фальсификации стандартной фото или маскировкой.

Плюсы

Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
Сильная сопротивляемость к подделкам.
Точность идентификации свыше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В определённых девайсах применяются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время прохождения луча до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются наиболее часто во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный интеллект в работе

Текущие механизмы идентификации лиц немыслимы в отсутствие применения ИИ и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как Vulkan Platinum, устройство может идентифицировать владельца даже при трансформациях облика: новая причёска, борода, оптика или грим не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение физиономии

При стартовом этапе система необходимо быстро найти образ лица среди целого изображения камеры. Для этой задачи задействуются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен находить облик даже при частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Идентификация ключевых точек

После обнаружения лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение основных точек: уголки глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой поверхности.

Это действие нужно для нормализации изображения: если человек держит мобильник под наклоном, или наклонил головку, программа исправляет изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Формирование биометрического идентификатора образца

Далее нейросеть строит компактное цифровое представление («эмбеддинг») внешности пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный формат крайне трудно имитировать: он не сохраняет непосредственно изображение юзера, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и принятие решения

Если пользователь намеревается открыть смартфон глазами, механизм воспроизводит все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает заданный порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная особенность актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно разблокируете мобильное устройство с обновленной стрижкой или оптикой, программа постепенно обновляет основной образец вашего лица для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Большинство клиенты опасаются сохранять свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за вероятности утечки информации или взлома устройства. Определенные фирмы, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для повышения защиты сведений пользователей.

Локальное хранение: Основная часть девайсов записывает био-идентификационные модели исключительно внутри защищенного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют аппарат и не доступны в том числе изготовителю.
Шифрование: Все информация сохраняются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения сторонних разработчиков не обладают прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт подтверждения идентичности через системный API.

Следует подчеркнуть существенную особенность: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории определения лиц?

Сегодня можно выделить определить три ключевых способа к реализации этой функции:

Программируемое плоское идентификация

Эксплуатируется только лицевая видеокамера без вспомогательных датчиков глубины. Такой подход встречается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность реализации; умеренная стоимость; оперативная деятельность при хорошем освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; неустойчивая деятельность ночью; низкая защищенность.

Оборудование для объёмное сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; нельзя обмануть фото/видео; постоянная работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Комбинированные методы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию программных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, такие изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних версий, объединяют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации применения разных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил эквивалент Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как софтверное двухмерное идентификацию по фото селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и ложные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за прошедшие годы, совершенных системы пока не существует:

Возможность подвоха: Недорогие смартфоны просто открываются четкой фотографией хозяина или же роликом с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Изменения внешнего вида: Стремительное похудение/набор веса, хирургические вмешательства либо повреждения порой требуют повторной регистрации биометрии.
Условия съёмки: Интенсивная освещённость солнцем или же интенсивная тень могут уменьшить аккуратность идентификации признаков.

Здесь некоторые рекомендаций для надёжному эксплуатации:

Для критически важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте функцию «Разблокировка по лицу» на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку прошивку мобильного устройства для обеспечения безопасности от актуальных атак;
Включайте функцию «Требовать открытых глаз» в тех местах, где она имеется.

В каких областях дополнительно применяется технологии за исключением мобильных телефонов?

Хотя тема нашей статьи касается конкретно портативным гаджетам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

Управление входа в офисах и жилых домах;
Платёжные устройства финансовых учреждений («Face Pay»);
Электронные удостоверения личности современного поколения;
Установки видеоконтроля городских сервисов;
Автоматизирование учёта присутствия образовательных учреждений/вузов;
Вход пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по лицу («Face Pay») — хватит пройти через барьер без карты или мобильника! Аналогичные инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как трансформируется технический процесс в наше время?

Всякий годочек возникают свежие идеи для усовершенствования стандарта функционирования систем идентификации лиц:

Увеличивается детализация сенсоров — чем больше элементов фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше шанс погрешности;
Улучшаются нейронные сети — новейшие структуры типа MobileNetV3 дают возможность быстро адаптироваться к новым характеристикам облика пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны умеют распознавать настоящие движущиеся лица от статичных фото/маскировок по незаметным движениям кожи.
Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если пользователь ушёл далеко.
Появляются комбинированные системы — к примеру совмещающие речевую опознание + облик + отпечаток пальца.

Итак, которые направления очень востребованы в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Изготовители намереваются минимизировать габариты прорези («чёлки») для сенсоры на дисплее за счёт интеграции компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для повышения приватности всё более обработки данных происходит на месте без пересылки данных во сторонний облачный сервис.

3) Упорядочивание стандартов

Google интенсивно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, вроде Вулкан Платинум, и любые Android-аппы были совместимы с различными типами биометрии единообразно.

Что выбрать сегодня?

В случае если тебе нужна предельная безопасность информации, остановите выбор на флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех существующих последних моделей
Huawei Mate/P Series ряда
Mi Professional
Vivo X серии
Oppo Find X серий.

Если финансы скромен – лучше отдавать предпочтение обычным способам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию «разблокировка по лицу», такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как дополнительную опцию комфорта.

Каким способом увеличить комфорт функционирования опции?

Есть пара лайфхаков для людей, кто уже применяет разблокировку через лицо:

Периодически меняйте свою фотографию-шаблон, если значительно трансформируется облик.
Не забывайте протирать линзу фронтальной камеры – пятна могут понизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам активирует камеру когда вы берёте его в руки.
При записи старайтесь держать лицо прямо перед объектива без резкого наклона головы.
Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы прогресса техники

В предстоящие годы можно предвкушать появления полностью бесконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также возможно возникновение современных способов защиты приватности – например, переменное модификация цифрового образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых захватывающих технологий нашего периода! Она обеспечивает взаимодействие со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы оптимизировать ваш опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы осведомлены, как устроена эта система в деталях, – сможете осознаннее определять свой следующий гаджет!