Как работает идентификация лиц в телефонах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по лицу

В недавние времена идентификация физиономий стало одной из самых распространённых опций для открытия смартфонов. Еще несколько лет назад большинство использующих удовлетворялись PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту возможность очень нужной? Во-первых, это удобно: не нужно помнить трудные пароли или отыскивать правильный палец в мраке. Во-вторых, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо буквально за мгновение. В-третьем пункте, это чувство будущего — будто в кинофильмах про вулкан казино шпионов.

Однако за этой кажущейся простотой таится целый вселенная комплексных техник и инженерных концепций. Попробуем понять, как точно работает идентификация по лицу в современных смартфонах, какие существуют методы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Короткая повествование развития техники

Распознавание лиц как техника имеется уже более 50 годов. Изначальные эксперименты автоматического исследования облика были осуществлены еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ умели лишь обозначать очертания лица и вычислять дистанции между очами и устами на ахроматических снимках.

Изначальные торговые системы стали доступны в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом нейронных сетей и таких систем, как вулкан россии, мощных мобильных чипов 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 достоверным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять личные разработки.

Главные этапы действия механизма определения

Процесс распознавания лица можно ориентировочно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лица — аппарат распознает существование человеческого лица в снимке.
2. Определение признаков — система анализирует черты лица: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, положение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с стандартом — полученный модель сравнивается со зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Всякий из указанных шагов нуждается в особых алгоритмов и оптимизаций для быстрой работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что прячется внутри

Обычная фронтальная камера.

Самый несложный метод определения облика задействует только переднюю видеокамеру мобильного устройства. Такой подход осуществлён во многих недорогих моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Необходимо нуждается в внешних сенсоров.
• Шустро действует при хорошем освещённости.

Минусы:

• Легко обмануть фотографией или роликом.
• Неправильно функционирует при низком освещённости или необычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика является основой Face ID от Apple.

Как это функционирует:

• Точечный проектор отображает на облик пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера регистрирует изменение формы данной сетки по поверхности лица.
• Формируется трёхмерная глубинная карта глубинности, которая почти что неосуществима для подделки обычной фото или маской.

Преимущества

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Высокая устойчивость к имитациям.
• Точность идентификации выше 99%.

Дополнительные сенсоры

В определённых девайсах задействуются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период движения луча до цели и обратно; RGB-датчики дальности; специальные оптические дальномеры для построения более точной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются в основном во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: искусственный разум в действии

Современные механизмы опознания лиц немыслимы при отсутствии применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, устройство способно узнавать пользователя даже при трансформациях облика: новая причёска, щетина, очки или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Детектирование лица

При стартовом стадии алгоритм необходимо мгновенно найти образ лица внутри целого снимка камеры. Для этого используются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может обнаруживать физиономию даже в случае неполном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Выделение ключевых точек

После распознавания лица система, такая как вулкан россии, устанавливает расположение главных точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 главных точек на лице.

Это требуется для нормализации визуала: если юзер держит смартфон под углом, или повернул голову, программа исправляет изображение до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического модели

Далее нейросеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот формат очень сложно имитировать: он не удерживает непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и принятие выбора

В случае, когда человек хочет открыть телефон взором, система воспроизводит все 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, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к трансформациям внешнего вида

Интересная черта актуальных системы — способность самостоятельного обучения. Если вы регулярно разблокируете телефон с свежей прической или очками, система постепенно обновляет базовый модель вашего облика для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных информации.

Множество юзеры боятся держать свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки данных или хакерской атаки. Некоторые компании, такие как vulkan russia, предоставляют методы для увеличения сохранности сведений пользователей.

• Локальное сбережение: Большинство аппаратов хранит биометричные модели исключительно внутрь безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не покидают устройство и недоступны даже изготовителю.

• Шифрование: Все данные хранятся только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Следует подчеркнуть важную подробность: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — например, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории определения лиц?

На сегодняшний день можно определить 3 ключевых метода к реализации этой функции:

Программируемое двухмерное определение

Используется только лицевая камера без вспомогательных датчиков глубины. Этот метод наблюдается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность осуществления; низкая затраты; оперативная работа при достаточном освещении.
Минусы: легко обмануть снимком; неустойчивая функционирование ночью; низкая охрана.

Техническое 3D сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Плюсы: значительная надёжность; невозможно обмануть фото/видео; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, комбинируют фронталку c ИК датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы использования разнообразных способов

• iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное обеспечение 2D идентификацию по снимку селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности охраны и ложные сигналы

Несмотря на поразительный успехи инноваций за недавние лет, совершенных систем пока не наблюдается:

1. Возможность мошенничества: Бюджетные мобильники легко открываются четкой изображением хозяина или роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Внезапное снижение веса/набор веса, хирургические вмешательства либо травмы в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Яркая засветка солнцем либо интенсивная тень могут уменьшить аккуратность распознавания признаков.

Вот пара советов для защищённому эксплуатации:

• Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте ПО мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

В каких областях также используется технология за исключением мобильных телефонов?

Хотя основная мысль нашей работы касается конкретно портативным гаджетам, стоит упомянуть о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг доступа в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые идентификационные документы современного поколения;
• Комплексы видеомониторинга муниципальных служб;
• Автоматизирование отслеживания присутствия образовательных учреждений/институтов;
• Аутентификация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие программы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как изменяется технический процесс в наше время?

Всякий годик проявляются новые мысли для улучшения уровня функционирования систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — передовые конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать новым особенностям внешности владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь смартфоны могут распознавать подлинные движущиеся облики от фиксированных фотографий/маскировок по мельчайшим движениям кожи.
4. Синхронизация со смарт-гаджетами — умные часы могут самостоятельно блокировать телефон, если пользователь отошёл далеко.
5. Проявляются комбинированные механизмы — в частности объединяющие голосовую идентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Здесь, которые направления особенно востребованы на сегодняшний день:

1) Уменьшение компонентов

Производители стараются сократить величину прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для увеличения конфиденциальности всё более обработки данных осуществляется на месте без пересылки данных во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание норм

Гугл энергично пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, чтобы аналогичные площадки, как вулкан россия, и все Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии единообразно.

Какое выбрать на сегодня?

Если вам нужна наивысшая безопасность информации, выбирайте передовые модели с интегрированным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого новейших моделей
• Huawei Partner/P серии
• Mix Expert
• Vivo X модели
• Оппо Find Х линейки.

Если финансы скромен – лучше отдавать предпочтение обычным средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как опциональную опцию комфорта.

Как улучшить удобство работы опции?

Есть пара лайфхаков для тех, кто уже использует разблокировку через лицо:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется внешний вид.
2. Не упускайте из виду чистить объектив фронтальной камеры – пятна могут уменьшить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам активирует камеру когда вы поднимаете его.
4. В процессе записи старайтесь держать лицо ровно напротив объектива не допуская резкого наклона головы.
5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы развития инноваций

В ближайшие времена можно предполагать появления полностью дистанционных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: физиономия + голос + манера ходьбы + движения рук!

Также возможно возникновение свежих подходов охраны личной информации – к примеру, изменяющееся корректировка диджитал образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых захватывающих инноваций нашего времени! Она обеспечивает интеракцию со телефоном проще чем когда-либо прежде, и такие приложения, как vulkan russia, могут значительно повысить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы знаете, как функционирует эта технология в деталях, – сможете осознаннее определять свой будущий девайс!