Как функционирует определение лиц в смартфонах

Почему мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В последние годы распознавание лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для открытия умных телефонов. Еще несколько лет тому назад основная часть юзеров удовлетворялись пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как admiral x, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную функцию такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно помнить замысловатые пароли или искать верный палец в темноте. Кроме того, это мгновенно: современные алгоритмы узнают лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это чувство футуризма — будто в кинолентах про адмирал х официальный сайт агентов.

Тем не менее за данной на первый взгляд несложностью прячется полный мир сложных технологий и инженерных разработок. Давайте понять, как именно функционирует распознавание лиц в актуальных смартфонах, какие существуют методы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Краткая повествование прогресса техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более 50 годов. Первые эксперименты машинного изучения лица были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины способны были лишь обозначать очертания лица и вычислять дистанции между зрачками и губами на черно-белых снимках.

Изначальные коммерческие платформы возникли в 90-х, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как адмирал х, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять личные разработки.

Основные стадии работы системы идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно сегментировать на несколько важных этапов:

1. Обнаружение лиц — устройство распознает наличие гуманного образа в кадре.
2. Выделение признаков — алгоритм анализирует контуры лица: форму глаз, носа, уст, положение бровей.
3. Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — полученный образец сопоставляется со записанной при учёте биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно высокое, смартфон открывается.

Любой из данных стадий требует индивидуальных методов и оптимизаций для скорой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто внутри

Типичная фронтальная камера.

Самый простой легкий способ распознавания физиономии использует исключительно фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Данный метод реализован во различных доступных моделях Android-устройств.

Положительные стороны:

• Не нуждается в дополнительных сенсоров.
• Шустро функционирует при качественном свете.

Отрицательные стороны:

• Легко ввести в заблуждение снимком или видео.
• Неудачно действует при плохом свете или непривычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как адмирал х, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая методика лежит в основе Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

• Точечный проекционный прибор отображает на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК камера фиксирует искривление этой сетки по плоскости лица.
• Формируется 3D карта глубины, которая почти что неподвластна для подделки обычной фотографией или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Большая сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность определения выше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных девайсах применяются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения света до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для построения более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются чаще всего во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искуственный интеллект на действии

Текущие механизмы идентификации физиономий неосуществимы без использования artificial intelligence и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как адмирал х, устройство может идентифицировать пользователя даже при изменениях облика: новая укладка, щетина, очки или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Обнаружение лиц

При стартовом шаге алгоритм должна быстро обнаружить образ лица среди полного снимка камеры. Для этого задействуются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лица людей среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может обнаруживать физиономию даже с частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Определение важных аспектов

После идентификации лица система, такая как адмирал х, определяет местоположение основных точек: уголки глаз, кончик носа, края губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 основных точек на лице.

Данное нужно для нормализации картинки: если человек держит телефон под наклоненным, или повернул голову, программа исправляет картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрического шаблона

Далее искусственная сеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот шаблон крайне трудно имитировать: он не удерживает непосредственно фото юзера, а лишь уникальные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких систем, как admiral-x.

Сравнение и вынесение выбора

Когда юзер хочет разблокировать мобильник глазами, программа повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает определённый порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа admiral-x, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к изменениям внешнего вида

Интересная характеристика актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы постоянно доступаете к мобильное устройство с новой укладкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет основной шаблон вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Большинство юзеры опасаются сохранять свои биометрические данные на телефоне из-за риска потери данных или взлома устройства. Определенные компании, например admiral-x, предлагают варианты для улучшения безопасности информации юзеров.

• Локальное хранение: Преимущественно устройств сохраняет био-идентификационные образцы только внутри безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не покидают аппарат и не доступны в том числе создателю.

• Шифрование: Все данные сохраняются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Стоит упомянуть существенную деталь: если кто-то получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы определения лиц?

Сегодня можно выделить выделить 3 ключевых способа к выполнению этой операции:

Софтверное двухмерное определение

Используется только передняя видеокамера без экстра детекторов глубины. Подобный подход наблюдается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость воплощения; низкая затраты; быстрая деятельность при достаточном освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая деятельность ночью; низкая безопасность.

Техническое 3D сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: значительная достоверность; не получится исказить изображение/видеозапись; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных поколений, комбинируют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры эксплуатации различных техник

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

Трудности безопасности и ошибочные сигналы

Несмотря на замечательный прогресс технологий за последние лет, идеальных систем пока не наблюдается:

1. Вероятность мошенничества: Доступные мобильники без труда “разблокируются” высококачественной снимком пользователя или же видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные системы могут спутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации внешнего вида: Стремительное похудение/увеличение массы тела, пластические операции или повреждения порой необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия съёмки: Сильная освещённость солнечным светом или интенсивная затенение могут понизить точность распознавания признаков.

Ниже несколько советов для безопасному применению:

• Для значимых операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте ПО мобильного устройства для обеспечения безопасности от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать открытых глаз” там, где она доступна.

Где ещё используется технологии за исключением смартфонов?

Хотя основная мысль данной статьи посвящена в частности смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Управление доступа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы нового поколения;
• Установки видеомониторинга муниципальных подразделений;
• Автоматизирование учёта присутствия учебных заведений/университетов;
• Аутентификация участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Схожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как меняется технический процесс в наше время?

Всякий год появляются свежие идеи для усовершенствования стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
2. Улучшаются нейросети — новейшие конструкции вида MobileNetV3 позволяют быстро осваивать новым характеристикам облика пользователя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны распознавать реальные живые лица от неподвижных фото/маскировок по незаметным микродвижениям.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут авто закрыть доступ к телефон, если владелец отошёл далеко.
5. Возникают смешанные механизмы — в частности совмещающие голосовую опознание + лицо + дактилоскопический след.

Вот, те тренды особенно востребованы в данный момент:

1) Уменьшение компонентов

Изготовители стараются уменьшить габариты прорези (“чёлки”) под датчики на экране за счёт интеграции компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для увеличения приватности всё больше обработки данных происходит на месте без пересылки информации во сторонний облачный услугу.

3) Унификация норм

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы такие площадки, как admiral x, и каждые Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии унифицированно.

Что решить на сегодня?

Если вам важна наивысшая безопасность информации, выбирайте топовые аппараты с вмонтированным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого актуальных версий
• Huawei Mate/Series P серии
• Xiaomi Expert
• Vivo X линейки
• Оппо Find Х серий.

Если средства ограничен – лучше предпочесть обычным средствам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, задействовать только как дополнительную опцию удобства.

Каким образом увеличить комфорт работы возможности?

Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется разблокировку через лицо:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не упускайте из виду чистить линзу передней камеры – разводы могут понизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам включает камеру если вы поднимаете его.
4. В процессе регистрационного процесса старайтесь держать лицо ровно напротив видеоустройства исключая сильного наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы развития инноваций

В скоро наступающие годы можно предвкушать развития полностью безконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + шаги + движения рук!

Также возможно появление новых методов обеспечения личной информации – к примеру, переменное изменение электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее захватывающих техник нашего эпохи! Она предоставляет общение со смартфоном проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как admiral-x, могут в разы повысить ваш юзерский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как работает эта технология в деталях, – сумеете вдумчиво определять свой очередной гаджет!