Как работает идентификация лиц в мобильных устройствах
Как работает идентификация лиц в мобильных устройствах
Почему мы выбираем разлочивание по лицевому распознаванию
В прошлые времена распознавание лиц является одной из самых распространённых возможностей для открытия умных телефонов. Лишь несколько годов назад основная часть использующих удовлетворялись пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.
Какая вещь обуславливает эту конкретную функцию такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или искать нужный палец в темноте. Кроме того, это быстро: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это впечатление футуристичности — будто в кинофильмах про казино вулкан разведчиков.
Впрочем за данной видимой легкостью таится весь мир трудных техник и инженерных решений. Давайте понять, как конкретно работает распознавание лиц в актуальных гаджетах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.
Краткая история развития технологии
Идентификация лиц как техника имеется уже более 50 годов. Первые пробы автоматизированного изучения лиц были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины умели лишь выделять очертания головы и измерять дистанции между очами и ртом на монохромных фотографиях.
Изначальные бизнес системы стали доступны в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом нейронных сетей и таких систем, как вулкан россии, мощных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.
В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять личные разработки.
Главные стадии работы механизма определения
Процесс определения лица можно условно поделить на несколько важных этапов:
- Идентификация лиц — устройство определяет присутствие человеческого образа в кадре.
- Определение признаков — механизм исследует черты облика: конфигурацию зрительных органов, носа, уст, позицию надбровных дуг.
- Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
- Сравнение со образцом — полученный шаблон сверяется со записанной при регистрации биометрической данными владельца.
- Принятие выбора — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.
Каждый из указанных этапов нуждается в особых методов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.
Железные элементы: что находится внутри
Обычная передняя камера.
Самый легкий метод определения физиономии задействует лишь фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Такой метод реализован во различных недорогих моделях Android-устройств.
Положительные стороны:
- Не потребляет дополнительные датчиков.
- Шустро действует при достаточном освещённости.
Недостатки:
- Просто ввести в заблуждение снимком или видеозаписью.
- Неправильно действует при плохом свете или нестандартных ракурсах.
ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат
Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология лежит в основе Face ID от Apple.
Каким способом это работает:
- Точечный устройство проекции проецирует на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
- Инфракрасная камера регистрирует изменение формы этой решетки по поверхности лица.
- Формируется трехмерная глубинная карта глубины, которая почти неподвластна для имитации типичной снимком или маской.
Преимущества
- Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
- Сильная сопротивляемость к фальсификациям.
- Точность определения более 99%.
Дополнительные сенсорные устройства
В отдельных устройствах применяются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период распространения луча до предмета и обратно; RGB-датчики дальности; специальные световые измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.
Эти инновации встречаются чаще всего во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).
Софтверные процедуры: искуственный разум в действии
Современные механизмы распознавания лиц невозможны в отсутствие эксплуатации artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким разработкам, как вулкан россии, аппарат способно идентифицировать пользователя даже при трансформациях внешнего вида: новая причёска, растительность на лице, линзы или макияж не становятся барьером для разблокировки.
Обнаружение лиц
На начальном шаге система должна быстро распознать ликовое изображение в пределах целого снимка камеры. Для этой задачи используются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лица людей среди множества других объектов.
Пример: процесс MTCNN в состоянии находить физиономию даже при неполном перекрытии (например, шарфом или ладонью).
Идентификация важных точек
После идентификации лица система, такая как вулкан россии, определяет расположение главных точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 основных меток на лицевой поверхности.
Данное требуется для стабилизации картинки: если человек находится с мобильник под наклоненным, или повернул голову, программа исправляет изображение до обычного угла для дальнейшего анализа.
Построение биометрического шаблона
Далее нейросеть строит компактное цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.
Этот образец весьма трудно подделать: он не сохраняет само картинку юзера, а лишь уникальные черты его вида, что делает его совершенным для таких площадок, как vulkan russia.
Сопоставление и осуществление решения
Когда человек намеревается открыть телефон взором, система воспроизводит все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.
Если схожесть превышает заданный границу (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.
Адаптация к метаморфозам внешнего вида
Интересная особенность актуальных систем — способность самообучения. Если вы часто доступаете к мобильное устройство с обновленной укладкой или очками, система постепенно модернизирует основной образец вашего облика для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.
Защита биометрии информации.
Множество клиенты опасаются сохранять свои биометрические данные на телефоне из-за риска потери данных или взлома гаджета. Иные организации, такие как vulkan russia, предоставляют варианты для улучшения защиты данных юзеров.
-
Локальное сбережение: Большинство девайсов записывает биометричные образцы лишь внутри безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют устройство и закрыты даже создателю.
-
Шифрование: Все информация сохраняются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
-
Изоляция программ: Программы третьих разработчиков не обладают прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.
Стоит упомянуть важную особенность: если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители осуществляют меры безопасности от “слепого” разблокирования — в частности, заставляют разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.
Какие именно существуют виды идентификации лиц на изображениях?
В настоящее время можно выделить определить 3 основных подхода к реализации этой задачи:
Софтверное двухмерное идентификация
Применяется только фронтальная видеокамера без вспомогательных датчиков дистанции. Этот способ используется наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).
Достоинства: простота реализации; умеренная затраты; быстрая деятельность при хорошем свете.
Минусы: легко обмануть снимком; ненадежная деятельность ночью; слабая охрана.
Аппаратное 3D оцифровка
Применяет ИК видеокамеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая надежность; не получится обмануть фото/видео; устойчивая функционирование при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)
Гибридные методы с интеграцией ИИ
Применяют комбинацию программных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, комбинируют фронтальную камеру c ИК сенсором мобильности Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.
Иллюстрации эксплуатации разнообразных техник
- iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
- Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил эквивалент Face ID в числе Android.
- Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как программное обеспечение двухмерное идентификацию по изображению фронтальной камерой, так и сканер глазного ириса.
- Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор
Проблемы защиты и ошибочные срабатывания
Несмотря на поразительный успехи инноваций за недавние лет, совершенных систем пока не наблюдается:
- Вероятность подвоха: Бюджетные телефоны просто “разблокируются” высококачественной фотографией хозяина или же видеозаписью с экрана другого устройства.
- Идентичные близнецы: Даже самые совершенные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
- Изменения внешности: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или повреждения в некоторых случаях требуют перерегистрации биометрии.
- Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнцем или плотная темнота могут уменьшить верность идентификации признаков.
Вот пара советов по безопасному применению:
- Для важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
- Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
- Систематически обновляйте прошивку ПО смартфона для обеспечения безопасности от современных угроз;
- Включайте функцию “Требовать открытых глаз” везде, где она есть.
В каких областях также используется технология кроме смартфонов?
Хотя тема данной работы посвящена в частности смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:
- Мониторинг прохода в офисах и многоквартирных зданиях;
- Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
- Электронные идентификационные документы нового поколения;
- Установки видеоконтроля городских сервисов;
- Механизация отслеживания присутствия учебных заведений/вузов;
- Авторизация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.
Например: В столичном метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Схожие инициативы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.
Как изменяется техпроцесс в нынешнее время?
Всякий годик возникают современные идеи для улучшения уровня деятельности систем лицевого распознавания:
- Увеличивается детализация датчиков — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
- Развиваются нейросети — современные конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно обучаться новым особенностям облика обладателя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
- Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют распознавать реальные движущиеся лица от статичных фото/масок по микроскопическим микродвижениям.
- Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к мобильный телефон, если пользователь ушёл далеко.
- Проявляются гибридные устройства — например совмещающие голосовую идентификацию + физиономию + дактилоскопический след.
Вот, те тенденции в особенности востребованы на сегодняшний день:
1) Сокращение деталей
Компании пытаются сократить величину отверстия (“чёлки”) под датчики на экране за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.
2) Обработка прямо на аппарате
Для повышения приватности всё более обработки данных выполняется внутри устройства без отправки информации во сторонний облачный сервис.
3) Стандартизация регламентов
Google активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные платформы, вроде вулкан россия, и любые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии унифицированно.
Какое решить сегодня?
Когда вам важна предельная сохранность информации, остановите выбор на топовые аппараты с вмонтированным ИК-излучателем или ToF-датчиком глубины.
- iPhone всех существующих новейших поколений
- Huawei Partner/P ряда
- Mi Professional
- Vivo X модели
- Oppo Find X серии.
Если средства ограничен – лучше выбирать традиционным способам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как опциональную опцию комфорта.
Как повысить практичность функционирования возможности?
Есть несколько хитростей для пользователей, кто уже использует разблокировку по лицу:
- Часто обновляйте свою изображение-шаблон, если сильно изменяется внешний вид.
- Не забывайте очищать объектив передней камеры – загрязнения могут снизить точность!
- Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам включает фотоаппарат когда вы поднимаете его.
- При записи постарайтесь удерживать лицо ровно перед видеоустройства без значительного наклона головы.
- Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвели взгляд от экрана.
Перспективы эволюции инноваций
В скоро наступающие времена можно предвкушать возникновения полностью бесконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + голос + шаги + движения рук!
Также предполагается возникновение новых методов охраны личной информации – к примеру, переменное модификация электронного шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.
Распознавание лиц – единственная из очень захватывающих инноваций нашего периода! Она предоставляет интеракцию со телефоном комфортнее чем раньше, и такие программы, как vulkan russia, могут значительно оптимизировать ваш опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.
Теперь, раз вы знаете, как функционирует эта методика внутри, – сможете осознаннее определять свой очередной устройство!