Каким способом действует идентификация лиц в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по фейсу

В последние годы распознавание лиц превратилось в одной из самых распространённых возможностей для деблокировки смартфонов. Лишь некоторые годов тому назад большинство юзеров обходились пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например admiral x, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную функцию такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно помнить трудные пароли или находить нужный палец в темноте. Кроме того, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо фактически за мгновения ока. В-третьем пункте, это чувство будущего — словно в кинолентах про адмирал х разведчиков.

Впрочем за данной видимой несложностью скрывается весь вселенная сложных методов и инженерных разработок. Давайте понять, как именно действует распознавание лиц в современных гаджетах, какие применяются способы, насколько они защищены и что нас предстоит.

Сжатая повествование прогресса технологии

Распознавание лиц как техника существует уже более пятидесяти годов. Начальные пробы автоматизированного анализа облика были предприняты еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры умели лишь определять контуры головы и определять расстояния между очами и устами на черно-белых фотографиях.

Первые коммерческие установки появились в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких платформ, как адмирал х, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять свои разработки.

Основные этапы функционирования устройства определения

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лица — устройство определяет существование человеческого образа в кадре.
2. Определение признаков — алгоритм анализирует черты физиономии: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, позицию надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с образцом — созданный образец сопоставляется со записанной при учёте биометрической сведениями владельца.
5. Принятие определения — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из указанных шагов нуждается в особых процедур и оптимизаций для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические элементы: что находится в их недрах

Обычная передняя камера.

Простейший легкий способ распознавания облика использует лишь фронтальную камеру мобильного устройства. Такой способ реализован во многочисленных недорогих вариантах Android-устройств.

Плюсы:

• Не нуждается в дополнительных датчиков.
• Быстро функционирует при хорошем свете.

Отрицательные стороны:

• Несложно обмануть изображением или видеозаписью.
• Неправильно действует при низком освещённости или непривычных ракурсах.

Инфракрасная камера и точечный проектор

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

Как это работает:

• Точечный проекционный прибор отображает на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
• ИК устройство фиксирует изменение формы этой решетки по плоскости физиономии.
• Создаётся трёхмерная глубинная карта глубинности, которая практически неподвластна для имитации обычной фото или маскировкой.

Выигрыши

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Большая устойчивость к имитациям.
• Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В некоторых аппаратах применяются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые дальномеры для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти инновации используются чаще всего во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искуственный интеллект в действии

Нынешние системы идентификации лиц невозможны без использования ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как адмирал х, гаджет в состоянии идентифицировать владельца даже при метаморфозах облика: новая причёска, растительность на лице, линзы или косметика не становятся барьером для открытия.

Распознавание лиц

На начальном стадии программа обязана оперативно обнаружить образ лица внутри целого снимка с камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может обнаруживать лицо даже при частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Определение важных моментов

После идентификации лица механизм, такая как адмирал х, определяет местоположение ключевых точек: края глаз, конец носа, края губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных меток на лицевой области.

Данное требуется для выравнивания визуала: если пользователь держит телефон под углом, или наклонил голову, программа „выпрямляет” картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Формирование биометрического идентификатора шаблона

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

Такой шаблон очень сложно сфальсифицировать: он не сохраняет само фото пользователя, а лишь уникальные черты его облика, что делает его оптимальным для таких площадок, как admiral-x.

Сопоставление и принятие заключения

В случае, когда пользователь желает открыть телефон взглядом, механизм повторяет все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает заданный уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа admiral-x, разблокируется; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к изменениям облика

Интересная особенность нынешних системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы часто разблокируете телефон с обновленной прической или очками, алгоритм постепенно модернизирует базовый образец вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Множество юзеры беспокоятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы потери данных или хакерской атаки. Определенные компании, такие как admiral-x, предоставляют решения для увеличения сохранности данных пользователей.

• Локальное хранение: Преимущественно устройств записывает био-идентификационные образцы лишь внутри защищенного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают устройство и недоступны в том числе создателю.

• Шифрование: Все информация хранятся только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

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

Следует отметить важную особенность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители внедряют меры безопасности от автоматического разблокирования — например, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют категории определения лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно определить три основных метода к осуществлению этой функции:

Программируемое двухмерное идентификация

Используется только передняя видеокамера без вспомогательных датчиков глубины. Такой метод наблюдается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость воплощения; минимальная стоимость; быстрая работа при качественном свете.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; неустойчивая функционирование ночью; слабая безопасность.

Оборудование для объёмное оцифровка

Задействует инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая достоверность; невозможно обмануть фото/видео; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана („чёлка”)

Смешанные способы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам („anti-spoofing”). Например, такие товары, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронтальную камеру c ИК сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Примеры использования различных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как софтверное плоское идентификацию по фото фронталкой, так и сенсор ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и ошибочные срабатывания

Несмотря на замечательный успехи инноваций за прошедшие лет, совершенных систем пока не имеется:

1. Вероятность подвоха: Доступные мобильники просто „разблокируются” четкой снимком пользователя или видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Трансформации облика: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции либо травмы в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия записи: Сильная засветка солнцем или же интенсивная затенение могут уменьшить аккуратность определения признаков.

Вот несколько подсказок по защищённому применению:

• Для важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте возможность „Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку программное обеспечение телефона для предотвращения угроз от новых видов атак;
• Включайте функцию „Требовать распахнутых глаз” везде, где она имеется.

Где дополнительно находится применение технология помимо мобильных телефонов?

Хотя предмет данной статьи касается конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Контроль входа в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные аппараты банков („Face Pay”);
• Цифровые удостоверения личности последнего поколения;
• Комплексы видеоконтроля муниципальных служб;
• Механизация учёта посещаемости учебных заведений/институтов;
• Авторизация юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу („Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или мобильника! Похожие проекты развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом меняется технический процесс сегодня?

Любой год возникают современные мысли для повышения стандарта работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — новейшие структуры вида MobileNetV3 дают возможность быстро осваивать новым особенностям вида пользователя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют распознавать реальные анимированные лица от фиксированных фотографий/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
4. Интеграция со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать мобильный телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются комбинированные системы — например объединяющие аудио опознание + облик + пальцевой отпечаток.

Итак, какие направления в особенности актуальны в данный момент:

1) Уменьшение компонентов

Компании пытаются уменьшить величину выреза („чёлки”) под датчики на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для улучшения конфиденциальности всё больше обработки данных выполняется локально без отправки информации во внешний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные площадки, вроде admiral x, и любые Android-программы могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Какое выбрать на сегодня?

Если вам всем нужна предельная сохранность информации, подбирайте передовые аппараты с интегрированным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого последних моделей
• Huawei Mate/P Series ряда
• Mi Pro
• Vivo X линейки
• Оппо Найти Икс линейки.

Если финансы ограничен – лучше выбирать классическим способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию „разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, задействовать только как опциональную возможность удобства.

Как улучшить комфорт функционирования возможности?

Есть несколько лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально трансформируется внешний вид.
2. Не пренебрегайте протирать линзу фронтальной камеры – загрязнения могут понизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам включает фотоаппарат если вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрации старайтесь держать лицевую часть прямо перед камеры исключая сильного наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Будущее эволюции инноваций

В ближайшие годы можно ожидать развития полностью безконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно появление новых способов охраны приватности – например, динамическое корректировка диджитал шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее увлекательных инноваций нашего периода! Она делает взаимодействие со мобильным устройством комфортнее чем до этого, и такие программы, как admiral-x, могут значительно оптимизировать ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как работает эта методика изнутри, – сумеете более осмысленно определять свой будущий гаджет!