Каким способом работает распознавание лицевых образов в смартфонах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицевому распознаванию

В последние времена распознавание лиц является одной из наиболее востребованных опций для разблокировки умных телефонов. Еще пару годков назад основная масса пользователей удовлетворялись пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как admiral x, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает эту особенность такой востребованной? Прежде всего, это удобно: не нужно запоминать сложные пароли или искать правильный палец в мраке. Кроме того, это оперативно: современные программы узнают лицо фактически за доли секунды. В-третьих, это впечатление будущего — словно в фильмах про admiral x официальный сайт шпионов.

Впрочем за этой кажущейся легкостью прячется весь вселенная трудных технологий и инженерных решений. Попробуем разобраться, как конкретно действует фейсканирование в актуальных мобильных телефонах, какие существуют способы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Краткая история прогресса инноваций

Идентификация лиц как техника имеется уже более 50 лет. Первые попытки машинного анализа лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь обозначать силуэты головы и измерять промежутки между глазами и ртом на монохромных снимках.

Первые бизнес установки появились в 1990-х годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких платформ, как адмирал х, сильных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple представила 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 стали интегрировать личные разработки.

Ключевые этапы работы механизма определения

Процесс определения лица можно условно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лица — камера распознает присутствие гуманного лица в изображении.
2. Извлечение характеристик — алгоритм исследует особенности физиономии: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, положение бровей.
3. Построение модели — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с стандартом — созданный модель сверяется с записанной при регистрации биометрической сведениями владельца.
5. Принятие определения — если соответствие достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Любой из указанных шагов нуждается в индивидуальных алгоритмов и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что прячется внутри них

Типичная передняя камера.

Наиболее несложный способ идентификации физиономии использует только лицевую камеру мобильного устройства. Подобный подход внедрён во многочисленных бюджетных версиях Android-девайсов.

Достоинства:

• Не требует внешних сенсоров.
• Шустро работает при хорошем свете.

Минусы:

• Несложно одурачить фотографией или видеозаписью.
• Неудачно функционирует при плохом освещении или необычных углах обзора.

ИК камера и пунктирный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как адмирал х, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким образом это функционирует:

• Точечный проектор проецирует на облик использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• Инфракрасная устройство регистрирует изменение формы данной решетки по поверхности лица.
• Формируется 3D глубинная карта глубинности, что почти неосуществима для подделки типичной снимком или маскировкой.

Достоинства

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Высокая защита к имитациям.
• Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных девайсах задействуются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения света до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные световые измерители расстояния для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации встречаются в основном во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искуственный разум в работе

Современные устройства распознавания лиц неосуществимы в отсутствие использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно из-за таким разработкам, как адмирал х, гаджет в состоянии идентифицировать владельца даже при изменениях облика: новая причёска, щетина, очки или грим не становятся помехой для деблокировки.

Распознавание физиономии

В первом стадии система необходимо быстро обнаружить лицо в пределах всего кадра камеры. Для этой задачи применяются последовательные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может обнаруживать физиономию даже с частичном закрытии (например, шалью или ладонью).

Выделение важных моментов

После обнаружения лица механизм, такая как адмирал х, устанавливает положение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 основных точек на лице.

Это нужно для нормализации картинки: если пользователь находится с телефон под наклоненным, или наклонил головку, программа исправляет картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Формирование биометрического идентификатора модели

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

Такой образец крайне трудно сфальсифицировать: он не удерживает непосредственно фото пользователя, а лишь особенные черты его вида, что делает его оптимальным для таких систем, как admiral-x.

Сравнение и осуществление выбора

В случае, когда пользователь намеревается разлочить телефон глазами, программа воспроизводит все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа admiral-x, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к метаморфозам внешности

Интересная особенность современных системы — способность самостоятельного обучения. Если вы часто разблокируете мобильное устройство с обновленной стрижкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет эталонный модель вашего внешности для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Большинство клиенты опасаются хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за риска утечки информации или взлома гаджета. Иные фирмы, например admiral-x, предлагают методы для увеличения безопасности сведений юзеров.

• Локальное сохранение: Большинство аппаратов записывает биометричные модели исключительно внутрь защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют гаджет и не доступны в том числе изготовителю.

• Шифрование: Все сведения сберегаются только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения внешних девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Стоит упомянуть важную деталь: в случае, если какой-то человек сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании внедряют защиту от неосознанного разблокирования — в частности, заставляют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают типы определения лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить три главных метода к осуществлению этой задачи:

Программируемое 2D идентификация

Применяется только передняя камера без экстра детекторов глубины. Этот метод наблюдается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость воплощения; минимальная цена; скоростная деятельность при достаточном свете.
Минусы: несложно одурачить фотографией; нестабильная деятельность ночью; низкая охрана.

Техническое трёхмерное оцифровка

Применяет ИК камеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Плюсы: значительная надежность; нельзя подделать фото/видео; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных версий, сочетают фронталку c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации использования разнообразных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное обеспечение двухмерное определение по фото фронтальной камерой, так и сканер глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы охраны и ложные тревоги

Несмотря на поразительный прогресс технологий за недавние лет, идеальных механизмов пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Доступные телефоны просто “разблокируются” четкой изображением хозяина или роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные механизмы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешности: Внезапное похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия записи: Сильная подсветка солнечным светом или плотная темнота могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Ниже несколько рекомендаций по безопасному эксплуатации:

• Для важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите прошивку телефона для предотвращения угроз от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать открытых глаз” там, где она доступна.

В каких местах дополнительно находится применение технология за исключением мобильных телефонов?

Несмотря на то, что предмет нашей публикации касается конкретно портативным гаджетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг прохода в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
• Цифровые паспорта современного поколения;
• Установки видеонаблюдения городских сервисов;
• Автоматизация учёта присутствия школ/университетов;
• Аутентификация пользователей компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие проекты осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется технология сегодня?

Всякий год появляются новые идеи для улучшения качества деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше деталей фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
2. Развиваются нейросети — современные структуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно адаптироваться к свежим особенностям внешности владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны отличать настоящие анимированные лица от фиксированных фотографий/масок по незаметным движениям кожи.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — умные часы могут самостоятельно блокировать смартфон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются гибридные системы — к примеру совмещающие голосовую идентификацию + облик + дактилоскопический след.

Итак, которые направления особенно популярны в данный момент:

1) Сокращение деталей

Компании стараются минимизировать габариты отверстия (“чёлки”) под датчики на экране за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для повышения конфиденциальности всё более обработки данных выполняется внутри устройства без пересылки данных во дополнительный облачный услугу.

3) Унификация норм

Google активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, чтобы аналогичные платформы, как admiral x, и любые Android-программы могли работать с различными типами биометрии единообразно.

Какое подобрать на сегодня?

Если вам всем нужна предельная защита данных, остановите выбор на флагманские модели с вмонтированным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого новейших поколений
• Huawei Companion/P линейки
• Mi Professional
• Vivo X модели
• Oppo Find Х серий.

Если финансы невелик – лучше предпочесть традиционным средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, использовать только как опциональную опцию комфорта.

Как улучшить удобство использования опции?

Есть несколько хитростей для пользователей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Периодически меняйте свою фотографию-шаблон, если значительно меняется внешность.
2. Не забывайте чистить объектив фронтальной камеры – разводы могут снизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам запускает фотоаппарат если вы берёте его в руки.
4. Во время записи постарайтесь сохранять голову прямо напротив камеры без значительного наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее прогресса техники

В скоро наступающие времена можно ожидать развития полностью бесконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + шаги + движения рук!

Также возможно развитие современных методов обеспечения личной информации – скажем, динамическое изменение цифрового шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых интересных техник нашего периода! Она делает общение со мобильным устройством проще чем до этого, и такие приложения, как admiral-x, могут значительно улучшить ваш опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы знаете, как функционирует эта технология изнутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой будущий девайс!