Как работает идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по фейсу

В прошлые годы идентификация лиц является одной из самых популярных опций для разблокировки смартфонов. Лишь пару годов назад основная масса использующих обходились пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например admiral x, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает эту функцию такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или искать правильный палец в темноте. Во-вторых, это быстро: современные системы узнают лицо буквально за мгновения ока. В-третьем пункте, это чувство футуристичности — будто в кинолентах про адмирал х казино шпионов.

Впрочем за данной кажущейся несложностью таится весь мир комплексных техник и инженерных решений. Давайте исследовать, как именно работает фейсканирование в актуальных гаджетах, какие применяются технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника развития технологии

Распознавание лиц как технология присутствует уже более пятидесяти годов. Начальные эксперименты автоматического исследования облика были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь выделять силуэты лица и измерять промежутки между зрачками и ртом на черно-белых фотографиях.

Начальные бизнес установки появились в 1990-х годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и часто ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как адмирал х, мощных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять собственные разработки.

Главные шаги функционирования устройства идентификации

Процесс распознавания лица можно ориентировочно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лиц — аппарат распознает присутствие людского лица в снимке.
2. Выделение особенностей — алгоритм анализирует особенности облика: очертания зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение бровей.
3. Построение модели — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с стандартом — созданный образец сопоставляется со зафиксированной при учёте биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если соответствие достаточно значительное, смартфон деблокируется.

Всякий из этих шагов запрашивает особых алгоритмов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Аппаратные элементы: что скрыто внутри

Обычная передняя камера.

Самый легкий вариант идентификации лица применяет исключительно переднюю камеру смартфона. Данный подход осуществлён во многих недорогих моделях Android-устройств.

Сильные стороны:

• Не нуждается в дополнительные сенсоров.
• Быстро работает при хорошем освещённости.

Минусы:

• Просто обмануть снимком или роликом.
• Неправильно функционирует при низком свете или необычных ракурсах.

Инфракрасная камера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как адмирал х, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология составляет базу Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный устройство проекции показывает на лицо пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
• ИК камера фиксирует изменение формы этой сетки по поверхности физиономии.
• Получается трёхмерная карта глубины, которая почти невозможна для имитации стандартной снимком или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Большая устойчивость к имитациям.
• Точность распознавания свыше 99%.

Добавочные сенсоры

В определённых аппаратах применяются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период распространения луча до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для построения более точной 3D-модели физиономии.

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

Компьютерные процедуры: искусственный ум на действии

Современные системы опознания лиц немыслимы без применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как адмирал х, гаджет может распознавать юзера даже при трансформациях внешности: новая причёска, борода, линзы или макияж не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение физиономии

В первом этапе программа обязана мгновенно обнаружить лицо в пределах целого изображения с камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать облик даже с частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Определение ключевых точек

После распознавания лица устройство, такая как адмирал х, устанавливает положение главных точек: уголки глаз, конец носа, границы губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Это действие необходимо для стабилизации изображения: если юзер держит смартфон под наклоном, или склонил голову, программа корректирует картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Формирование биометрии модели

Далее нейросеть строит компактное цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот шаблон очень сложно подделать: он не хранит само изображение юзера, а лишь особенные особенности его внешности, что делает его идеальным для таких систем, как admiral-x.

Сравнение и принятие выбора

Если пользователь хочет разлочить мобильник взором, механизм воспроизводит все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает установленный порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа admiral-x, доступен; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к трансформациям облика

Занимательная характеристика нынешних системы — возможность самостоятельного обучения. Если ты часто доступаете к смартфон с свежей прической или очками, программа постепенно освежает базовый модель вашего облика для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Защита биометрии данных.

Множество юзеры опасаются держать свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы потери данных или хакерской атаки. Иные компании, вроде admiral-x, предоставляют методы для повышения безопасности данных пользователей.

• Локальное хранение: Большинство аппаратов хранит биометричные модели только в пределах безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не выходят из аппарат и закрыты в том числе создателю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Приложения третьих девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Следует подчеркнуть важную подробность: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители осуществляют защиту от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают виды распознавания лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно различить три главных метода к выполнению этой функции:

Программное плоское идентификация

Эксплуатируется только передняя видеокамера без экстра датчиков дистанции. Этот подход встречается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость осуществления; минимальная стоимость; быстрая функционирование при хорошем освещении.
Минусы: легко ввести в заблуждение снимком; ненадежная функционирование ночью; недостаточная охрана.

Аппаратное 3D сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики глубины (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; не получится подделать изображение/видеозапись; устойчивая деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, например адмирал х и Google Pixel Face Unlock последних версий, сочетают фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры эксплуатации различных методов

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное обеспечение 2D идентификацию по снимку фронтальной камерой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на поразительный развитие технологий за недавние лет, безупречных системы пока не существует:

1. Возможность мошенничества: Доступные смартфоны просто доступны четкой фотографией владельца или же роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные устройства могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Стремительное снижение веса/набор веса, пластические операции или повреждения иногда требуют перерегистрации биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая освещённость солнцем или же глубокая темнота могут снизить аккуратность определения признаков.

Ниже несколько советов для защищённому применению:

• Для критически важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку ПО смартфона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она доступна.

Где также находится применение технологии кроме смартфонов?

Несмотря на то, что предмет данной работы сосредоточена на именно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Контроль доступа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы нового образца;
• Комплексы видеоконтроля городских служб;
• Автоматизация регистрации посещаемости школ/вузов;
• Вход юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Похожие инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Как трансформируется технология сегодня?

Каждый годочек появляются свежие мысли для повышения качества деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
2. Развиваются нейронные сети — современные структуры типа MobileNetV3 дают возможность оперативно адаптироваться к новым чертам внешности обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать реальные живые облики от фиксированных снимков/маскировок по незаметным движениям кожи.
4. Интеграция со интеллектуальными приборами — умные часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Возникают смешанные системы — в частности комбинирующие аудио аутентификацию + облик + отпечаток пальца.

Итак, которые тенденции очень востребованы на сегодняшний день:

1) Уменьшение элементов

Производители стараются сократить величину выреза (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для увеличения конфиденциальности всё более обработки данных осуществляется внутри устройства без передачи информации во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация регламентов

Гугл энергично пропагандирует норму BiometricPrompt API, чтобы подобные системы, вроде admiral x, и любые Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии унифицированно.

Что решить сегодня?

Когда вам всем важна максимальная безопасность информации, выбирайте флагманские модели с вмонтированным ИК-излучателем или ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих новейших версий
• Huawei Companion/P линейки
• Mix Pro
• Vivo X линейки
• Оппо Find X серий.

Если финансы невелик – лучше отдавать предпочтение классическим средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, применять только как дополнительную опцию удобства.

Каким способом увеличить комфорт функционирования функции?

Есть несколько хитростей для людей, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

1. Часто меняйте свою фото-шаблон, если кардинально трансформируется внешность.
2. Не забывайте очищать объектив передней камеры – пятна могут уменьшить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам включает фотоаппарат если вы поднимаете его.
4. Во время записи старайтесь сохранять голову ровно напротив камеры исключая значительного наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвернулись от экрана.

Перспективы прогресса техники

В ближайшие периоды можно предполагать развития полностью бесконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: физиономия + речь + шаги + движения рук!

Также возможно появление новых методов защиты конфиденциальности – скажем, динамическое модификация электронного образца после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее интересных техник нашего эпохи! Она делает общение со телефоном удобнее чем раньше, и такие приложения, 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 осведомлены, как устроена эта технология в деталях, – сумеете осознаннее выбирать свой будущий гаджет!

Zain Ahmed

All Author Posts