Каким способом действует определение лиц в мобильных устройствах

Почему мы выбираем разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние времена идентификация лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для разблокировки умных телефонов. Всего пару лет назад большинство использующих удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например On X, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь обуславливает эту особенность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать верный палец в темноте. Кроме того, это оперативно: современные алгоритмы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третьих, это ощущение будущего — как будто в фильмах про onx шпионов.

Впрочем за данной на первый взгляд легкостью прячется весь вселенная трудных методов и инженерных решений. Попробуем разобраться, как конкретно работает идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие существуют технологии, насколько они надёжны и что нас предстоит.

Краткая хроника прогресса инноваций

Идентификация лиц как техника присутствует уже более 50 годов. Первые пробы автоматизированного исследования лиц были предприняты еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры умели лишь определять очертания лица и измерять дистанции между глазами и ртом на черно-белых изображениях.

Начальные бизнес системы возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как On-X, мощных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать свои разработки.

Главные шаги работы механизма распознавания

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — аппарат определяет присутствие человеческого лица в снимке.
2. Определение признаков — механизм анализирует особенности облика: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, позицию надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с эталоном — сформированный образец сопоставляется с записанной при регистрации биометрической информацией владельца.
5. Принятие выбора — если сходство достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Каждый из этих стадий запрашивает индивидуальных алгоритмов и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Железные элементы: что находится внутри них

Типичная селфи камера.

Самый несложный вариант идентификации облика применяет исключительно лицевую камеру смартфона. Такой подход внедрён во различных недорогих версиях Android-устройств.

Достоинства:

• Необходимо требует дополнительные сенсоров.
• Быстро работает при качественном освещении.

Минусы:

• Легко ввести в заблуждение снимком или роликом.
• Неправильно работает при слабом свете или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как On-X, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная техпроцесс составляет базу Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

• Точечный проекционный прибор показывает на лицо пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство фиксирует изменение формы данной решетки по поверхности лица.
• Формируется 3D карта глубины, которая практически невозможна для фальсификации стандартной фотографией или маской.

Плюсы

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Большая устойчивость к подделкам.
• Точность определения более 99%.

Дополнительные сенсоры

В определённых аппаратах применяются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые лидары для формирования более детализированной 3D-модели лица.

Эти технологии применяются чаще всего во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: искусственный интеллект на исполнении

Нынешние системы идентификации физиономий невозможны без использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким разработкам, как On-X, устройство в состоянии распознавать юзера даже при изменениях облика: новая стрижка, борода, оптика или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание лиц

При стартовом стадии программа необходимо оперативно найти лицо в пределах целого кадра с камеры. Для данной цели применяются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен распознавать лицо даже в случае частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Выделение ключевых моментов

После распознавания лица механизм, такая как On-X, определяет местоположение основных точек: кончики глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 главных точек на лицевой области.

Данное необходимо для стабилизации визуала: если пользователь держит смартфон под наклоном, или наклонил головку, программа исправляет изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрического модели

Далее нейронная сеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Данный шаблон весьма сложно сфальсифицировать: он не сохраняет непосредственно изображение пользователя, а лишь уникальные характеристики его облика, что делает его совершенным для таких систем, как Он Икс Казино.

Сопоставление и принятие выбора

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

Если схожесть превышает определённый порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Он Икс Казино, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к изменениям внешности

Интересная черта нынешних системы — способность самостоятельного обучения. Если ты постоянно открываете телефон с обновленной укладкой или очками, система постепенно модернизирует базовый образец вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Множество клиенты беспокоятся хранить свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или хакерской атаки. Определенные организации, вроде Он Икс Казино, предоставляют варианты для увеличения безопасности информации юзеров.

• Локальное сбережение: Преимущественно девайсов сохраняет биометрические образцы только внутрь защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют аппарат и не доступны даже создателю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения третьих разработчиков не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Следует упомянуть важную подробность: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании внедряют защиту от автоматического разблокирования — в частности, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают категории распознавания лиц?

Сегодня можно выделить выделить 3 основных подхода к выполнению этой операции:

Софтверное двухмерное определение

Эксплуатируется только фронтальная видеокамера без дополнительных датчиков глубины. Такой подход наблюдается наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость воплощения; низкая стоимость; скоростная деятельность при качественном освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; нестабильная деятельность ночью; низкая безопасность.

Техническое 3D сканирование

Использует инфракрасную видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: большая достоверность; не получится подделать изображение/видеозапись; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как On-X и Google Pixel Face Unlock последних версий, объединяют фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации применения разных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как программное 2D распознавание по фото селфи-камерой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за прошедшие годы, идеальных систем пока не имеется:

1. Шанс мошенничества: Бюджетные мобильники без труда доступны высококачественной фотографией пользователя или же видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные устройства могут ошибиться между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации облика: Внезапное снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или травмы порой требуют повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия съёмки: Сильная засветка солнечным светом либо интенсивная тень могут уменьшить верность распознавания признаков.

Ниже несколько рекомендаций по защищённому эксплуатации:

• Для важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
• Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Постоянно апгрейдите программное обеспечение мобильного устройства для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте настройку “Требовать распахнутых глаз” там, где она есть.

В каких местах ещё применяется технологии кроме смартфонов?

Хотя основная мысль этой работы посвящена в частности мобильным устройствам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

• Управление прохода в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Электронные идентификационные документы нового типа;
• Установки видеоконтроля городских подразделений;
• Автоматизирование отслеживания явки образовательных учреждений/институтов;
• Вход участников ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без пластика или телефона! Схожие проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется техпроцесс сегодня?

Любой годик проявляются свежие идеи для повышения уровня деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — передовые конструкции типа MobileNetV3 позволяют оперативно обучаться дополнительным особенностям облика пользователя прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать настоящие анимированные облики от статичных снимков/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Взаимодействие со умными устройствами — умные часы могут авто закрыть доступ к телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Возникают комбинированные устройства — к примеру совмещающие аудио опознание + физиономию + пальцевой отпечаток.

Итак, которые тренды в особенности актуальны сейчас:

1) Уменьшение элементов

Производители пытаются минимизировать размер выреза (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт внедрения компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для увеличения личной безопасности всё больше вычислений происходит локально без отправки информации во дополнительный облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Google активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, чтобы подобные площадки, как On X, и каждые Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что решить на сегодня?

Когда тебе необходима наивысшая сохранность информации, выбирайте передовые модели с интегрированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех новейших поколений
• Huawei Partner/Series P серии
• Mix Professional
• Vivo X модели
• Oppo Find Х серии.

Если бюджет ограничен – лучше отдавать предпочтение традиционным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в On X, задействовать только как второстепенную опцию удобства.

Как увеличить практичность функционирования опции?

Есть пара советов для пользователей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Периодически меняйте свою фото-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не забывайте очищать линзу фронтальной камеры – пятна могут понизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам запускает камеру как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрационного процесса постарайтесь удерживать лицевую часть ровно перед камеры без сильного наклона головы.
5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Возможности эволюции инноваций

В скоро наступающие периоды можно предполагать появления полностью безконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + звучание + походка + жесты рук!

Также возможно появление современных подходов защиты приватности – например, изменяющееся модификация электронного шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее интересных инноваций нашего эпохи! Она обеспечивает интеракцию со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Он Икс Казино, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта методика внутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой очередной гаджет!