Каким способом действует идентификация лиц в смартфонах

Почему мы предпочитаем разблокирование по лицу

В последние годы распознавание физиономий превратилось в одной из самых популярных функций для разблокировки смартфонов. Всего некоторые лет ранее большинство юзеров довольствовались PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан 24, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Что делает эту конкретную возможность очень нужной? Для начала, это комфортно: не нужно помнить замысловатые пароли или отыскивать нужный палец в тьме. Также, это оперативно: современные программы узнают лицо практически за мгновение. В-третьем пункте, это впечатление футуристичности — будто в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Однако за данной кажущейся простотой скрывается полный универсум сложных технологий и инженерных концепций. Попробуем разобраться, как точно работает распознавание лиц в новейших мобильных телефонах, какие бывают способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника развития техники

Распознавание лиц как методика существует уже более пятидесяти лет. Первые пробы автоматизированного изучения лиц были осуществлены еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда компьютеры умели лишь выделять силуэты лица и определять промежутки между глазами и устами на ахроматических снимках.

Первые коммерческие системы стали доступны в 1990-х годах, но они были несовершенны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как Вулкан 24 Казино, мощных мобильных чипов идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои решения.

Ключевые этапы действия устройства идентификации

Процесс определения лица можно примерно поделить на несколько важных этапов:

Обнаружение лица — камера выявляет существование человеческого образа в кадре.
Определение особенностей — механизм анализирует особенности лица: конфигурацию глаз, носа, уст, положение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение со эталоном — полученный образец сопоставляется с сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если совпадение достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из данных стадий нуждается в особых методов и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Технические компоненты: что прячется в их недрах

Типичная передняя камера.

Самый простой несложный способ идентификации физиономии применяет лишь переднюю камеру смартфона. Данный подход реализован во многочисленных бюджетных вариантах Android-устройств.

Сильные стороны:

Необходимо нуждается в дополнительные сенсоров.
Шустро функционирует при хорошем освещённости.

Недостатки:

Легко одурачить изображением или роликом.
Неправильно функционирует при слабом освещении или непривычных ракурсах.

Инфракрасная камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как Вулкан 24 Казино, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Каким способом это действует:

Точечный проекционный прибор показывает на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
ИК устройство регистрирует деформацию данной решетки по плоскости лица.
Создаётся 3D карта глубины глубинности, что практически невозможна для имитации типичной фото или маской.

Плюсы

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Высокая устойчивость к фальсификациям.
Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные датчики

В некоторых девайсах задействуются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время движения луча до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для формирования более точной 3D-модели лица.

Эти технологии используются чаще всего во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: искуственный разум на действии

Нынешние устройства идентификации лиц невозможны при отсутствии использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно из-за таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, устройство может распознавать владельца даже при трансформациях облика: новая причёска, растительность на лице, очки или макияж не становятся препятствием для открытия.

Распознавание физиономии

В начальном этапе система необходимо быстро найти лицо среди полного изображения камеры. Для этого применяются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может находить физиономию даже при неполном перекрытии (например, платком или ладонью).

Выделение важных моментов

После обнаружения лица механизм, такая как Вулкан 24 Казино, устанавливает расположение основных точек: уголки глаз, конец носа, края губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Это необходимо для стабилизации картинки: если юзер находится с телефон под углом, или наклонил голову, программа корректирует изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Построение биометрии образца

Далее нейросеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот образец весьма затруднительно сфальсифицировать: он не хранит само картинку пользователя, а лишь особенные характеристики его облика, что делает его совершенным для таких платформ, как Vulkan24.

Сопоставление и вынесение выбора

Если юзер хочет разлочить телефон глазами, система осуществляет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Приспособление к изменениям облика

Интересная характеристика современных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы постоянно открываете мобильное устройство с свежей прической или очками, алгоритм постепенно обновляет основной шаблон вашего внешности для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических информации.

Многие пользователи беспокоятся держать свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки информации или взлома устройства. Иные организации, например Vulkan24, предоставляют методы для улучшения сохранности сведений пользователей.

Локальное сохранение: Преимущественно устройств хранит биометрические образцы только в пределах безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают аппарат и не доступны в том числе производителю.
Шифрование: Все информация сохраняются только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения третьих девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт подтверждения личности через системный API.

Следует отметить значимую деталь: в случае, если кто-то достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители внедряют меры безопасности от неосознанного разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют виды идентификации лиц?

На сегодняшний день можно выделить различить 3 главных метода к реализации этой задачи:

Софтверное 2D распознавание

Эксплуатируется только передняя видеокамера без дополнительных датчиков глубины. Подобный метод наблюдается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость воплощения; умеренная цена; быстрая работа при хорошем освещении.
Минусы: просто обмануть фотографией; ненадежная деятельность ночью; недостаточная охрана.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая надежность; не получится подделать фото/видео; стабильная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с дополнением ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, как Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, комбинируют фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации эксплуатации различных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил эквивалент Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10/S20 имеют как софтверное плоское распознавание по снимку фронталкой, так и сенсор глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности охраны и ошибочные сигналы

Несмотря на замечательный прогресс техники за прошедшие лет, идеальных системы пока не имеется:

Вероятность мошенничества: Бюджетные телефоны просто “разблокируются” четкой фотографией хозяина либо видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
Изменения облика: Внезапное снижение веса/набор веса, косметические процедуры или повреждения иногда требуют перерегистрации биометрии.
Условия записи: Интенсивная подсветка солнечным светом либо плотная затенение могут уменьшить аккуратность определения признаков.

Вот несколько рекомендаций по надёжному эксплуатации:

Для значимых операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
Не запускайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте прошивку программное обеспечение смартфона для обеспечения безопасности от современных угроз;
Включайте настройку “Требовать открытых глаз” везде, где она есть.

В каких областях также находится применение технологии помимо мобильных телефонов?

Пускай предмет нашей публикации посвящена конкретно портативным гаджетам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

Мониторинг прохода в офисах и жилых домах;
Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
Электронные идентификационные документы современного поколения;
Комплексы видеоконтроля городских служб;
Механизация учёта явки образовательных учреждений/вузов;
Авторизация участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или мобильника! Схожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом трансформируется технология в наше время?

Всякий год появляются свежие мысли для улучшения стандарта работы систем идентификации лиц:

Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск ошибки;
Совершенствуются нейросети — новейшие конструкции модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно обучаться свежим особенностям внешности обладателя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь телефоны умеют распознавать реальные анимированные лица от неподвижных фотографий/масок по микроскопическим микродвижениям.
Синхронизация со умными устройствами — смарт-часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если обладатель ушёл далеко.
Проявляются смешанные механизмы — в частности совмещающие голосовую аутентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Итак, какие тренды очень популярны в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Компании пытаются минимизировать габариты отверстия (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

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

3) Стандартизация норм

Гугл энергично пропагандирует эталон BiometricPrompt API, для того чтобы такие платформы, как Вулкан 24, и любые Android-приложения могли взаимодействовать с различными типами биометрии единообразно.

Что выбрать сегодня?

Если тебе нужна наивысшая защита данных, выбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

iPhone всех актуальных моделей
Huawei Companion/P Series серии
Mix Professional
Vivo X серии
Oppo Find Х линейки.

Если финансы ограничен – лучше предпочесть обычным методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, использовать только как дополнительную опцию комфорта.

Каким образом улучшить комфорт функционирования функции?

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

Периодически обновляйте свою изображение-шаблон, если сильно изменяется облик.
Не упускайте из виду очищать объектив передней камеры – загрязнения могут уменьшить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует камеру когда вы поднимаете его.
В процессе регистрации постарайтесь сохранять голову ровно напротив объектива без значительного наклона головы.
Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Перспективы эволюции технологии

В ближайшие времена можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + походка + движения рук!

Также возможно возникновение новых подходов охраны личной информации – скажем, переменное модификация цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень интересных техник нашего времени! Она обеспечивает общение со смартфоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Vulkan24, могут в разы оптимизировать ваш пользовательский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы знаете, как работает эта система изнутри, – будете в состоянии вдумчиво подбирать свой очередной девайс!