Каким способом действует определение лиц в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по лицу

В недавние времена распознавание лиц стало одной из самых популярных функций для деблокировки смартфонов. Еще некоторые лет ранее большинство юзеров обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как admiral x, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь делает эту особенность такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или находить верный палец в тьме. Также, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо практически за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление будущего — словно в кинолентах про адмирал х шпионов.

Впрочем за этой кажущейся простотой скрывается полный вселенная трудных технологий и инженерных решений. Позвольте нам исследовать, как точно функционирует идентификация по лицу в современных гаджетах, какие бывают методы, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Краткая история развития техники

Идентификация лиц как методика имеется уже более 50 годов. Начальные попытки автоматизированного исследования лиц были осуществлены еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры могли лишь обозначать силуэты головы и определять промежутки между глазами и губами на черно-белых снимках.

Изначальные бизнес установки возникли в 90-х, но они были неидеальны: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как адмирал х, сильных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать собственные разработки.

Основные этапы работы системы идентификации

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

Обнаружение лица — камера распознает существование человеческого образа в снимке.
Извлечение признаков — алгоритм изучает особенности облика: форму глаз, обонятельного органа, уст, положение бровей.
Построение шаблона — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с стандартом — полученный шаблон сверяется со записанной при регистрации биометрической информацией владельца.
Принятие определения — если сходство достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Каждый из этих шагов нуждается в особых процедур и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Аппаратные элементы: что скрыто внутри

Обычная селфи камера.

Самый простой легкий метод идентификации облика задействует исключительно лицевую камеру смартфона мобильного устройства. Данный способ внедрён во многочисленных бюджетных вариантах Android-девайсов.

Плюсы:

Необходимо требует дополнительные сенсоров.
Шустро функционирует при достаточном освещённости.

Минусы:

Легко обмануть изображением или видео.
Неудачно работает при плохом свете или непривычных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проектор

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

Каким образом это функционирует:

Точечный проектор проецирует на физиономию использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
ИК камера регистрирует изменение формы этой решетки по плоскости физиономии.
Формируется трёхмерная глубинная карта глубинности, что почти неподвластна для имитации обычной фото или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная деятельность даже в полной темноте.
Высокая сопротивляемость к подделкам.
Точность распознавания свыше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В отдельных девайсах задействуются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время распространения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные световые лидары для создания более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти технологии встречаются наиболее часто во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: искусственный разум в действии

Нынешние механизмы идентификации лиц невозможны при отсутствии эксплуатации искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким технологиям, как адмирал х, устройство может распознавать владельца даже при метаморфозах внешности: новая причёска, щетина, очки или макияж не становятся помехой для открытия.

Обнаружение физиономии

В начальном этапе система должна оперативно найти лицо внутри полного кадра с камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может обнаруживать лицо даже в случае частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Определение основных точек

После распознавания лица система, такая как адмирал х, вычисляет положение ключевых точек: края глаз, конец носа, границы губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой поверхности.

Это необходимо для стабилизации картинки: если человек удерживает смартфон под углом, или склонил голову, программа «выпрямляет» картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрии модели

Далее искусственная сеть строит уплотненное цифровое представление («эмбеддинг») внешности пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный формат крайне затруднительно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно фото юзера, а лишь особенные особенности его вида, что делает его оптимальным для таких систем, как admiral-x.

Сопоставление и принятие заключения

Когда человек хочет открыть смартфон взглядом, система воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Приспособление к метаморфозам внешности

Увлекательная характеристика нынешних системы — способность самостоятельного обучения. Если вы регулярно открываете телефон с свежей стрижкой или оптикой, программа постепенно обновляет базовый модель вашего облика для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Множество юзеры боятся хранить свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска потери данных или хакерской атаки. Определенные фирмы, вроде admiral-x, предлагают решения для повышения сохранности данных юзеров.

Локальное сбережение: Преимущественно аппаратов сохраняет биометричные образцы только внутри защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают устройство и недоступны в том числе изготовителю.
Шифрование: Все данные сохраняются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы третьих девелоперов не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Следует упомянуть существенную деталь: в случае, если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — например, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют типы определения лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить различить три основных метода к выполнению этой задачи:

Программируемое плоское распознавание

Используется только лицевая видеокамера без экстра детекторов глубины. Этот метод наблюдается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность реализации; низкая цена; оперативная работа при хорошем освещении.
Минусы: просто одурачить снимком; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная охрана.

Оборудование для объёмное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая достоверность; невозможно обмануть фото/видео; устойчивая деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Смешанные методы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, подобные товары, например адмирал х и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, объединяют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры эксплуатации разных способов

iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые представил подобие Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное 2D идентификацию по фото селфи-камерой, так и сенсор ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы безопасности и ошибочные тревоги

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за последние лет, совершенных системы пока не существует:

Шанс мошенничества: Недорогие телефоны без труда открываются высококачественной снимком хозяина или видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные механизмы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень схожей внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Внезапное похудение/набор веса, косметические процедуры либо травмы порой требуют повторной регистрации биометрических данных.
Условия фотографирования: Сильная подсветка солнечным светом либо интенсивная тень могут понизить верность определения признаков.

Вот некоторые рекомендаций по безопасному использованию:

Для значимых операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
Не активируйте опцию «Разблокировка по лицу» на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите программное обеспечение телефона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
Включайте опцию «Требовать распахнутых глаз» везде, где она имеется.

В каких местах также используется технологии за исключением смартфонов?

Хотя тема нашей работы касается конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

Контроль прохода в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
Платёжные устройства финансовых учреждений («Face Pay»);
Электронные идентификационные документы последнего образца;
Комплексы видеоконтроля городских сервисов;
Автоматизирование учёта посещаемости учебных заведений/университетов;
Авторизация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу («Face Pay») — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Схожие инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется технология в наше время?

Каждый годочек проявляются новые мысли для усовершенствования качества работы систем идентификации лиц:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
Совершенствуются нейронные сети — современные конструкции типа MobileNetV3 дают возможность быстро осваивать свежим чертам вида владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют отличать подлинные живые лица от неподвижных фотографий/масок по микроскопическим микродвижениям.
Взаимодействие со умными устройствами — смарт-часы могут самостоятельно закрыть доступ к мобильный телефон, если владелец удалился на значительное расстояние.
Возникают комбинированные системы — например комбинирующие аудио опознание + облик + пальцевой отпечаток.

Здесь, какие направления особенно востребованы на сегодняшний день:

1) Сокращение компонентов

Изготовители намереваются уменьшить размер выреза («чёлки») под сенсоры на экране за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для увеличения конфиденциальности всё больше вычислений осуществляется на месте без отправки данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, чтобы подобные платформы, вроде admiral x, и каждые Android-программы были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если вам всем нужна максимальная безопасность данных, остановите выбор на передовые устройства с интегрированным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех актуальных версий
Huawei Companion/P Series линейки
Xiaomi Professional
Vivo X серии
Oppo Найти X серий.

Если финансы ограничен – лучше предпочесть классическим способам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а возможность «разблокировка по лицу», такую как в admiral x, использовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким образом улучшить практичность использования функции?

Есть некоторые советов для пользователей, кто уже использует функцию распознавания лица:

Часто обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально трансформируется внешность.
Не пренебрегайте очищать объектив фронтальной камеры – разводы могут понизить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам включает фотоаппарат когда вы поднимаете его.
Во время записи постарайтесь сохранять лицевую часть прямо напротив видеоустройства без резкого наклона головы.
Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее развития технологии

В предстоящие времена можно предполагать развития полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + шаги + движения рук!

Также вероятно развитие новых подходов защиты личной информации – скажем, переменное модификация диджитал образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых захватывающих техник нашего периода! Она предоставляет взаимодействие со мобильным устройством удобнее чем до этого, и такие программы, как admiral-x, могут в разы улучшить ваш опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как функционирует эта система в деталях, – сможете более осмысленно определять свой следующий девайс!