Каким способом действует распознавание лиц в телефонах

Почему мы выбираем разблокирование по лицу

В прошлые годы распознавание лиц является одной из самых популярных функций для открытия умных телефонов. Всего несколько лет тому назад основная масса пользователей довольствовались пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как admiral x, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект превращает эту возможность такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать нужный палец в тьме. Также, это мгновенно: современные алгоритмы распознают лицо практически за мгновения ока. В-третьих, это впечатление футуристичности — как будто в кинофильмах про адмирал x агентов.

Однако за данной видимой несложностью таится целый вселенная комплексных технологий и инженерных концепций. Попробуем понять, как конкретно действует идентификация по лицу в актуальных мобильных телефонах, какие применяются методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Сжатая хроника развития инноваций

Распознавание лиц как технология существует уже более пятидесяти лет. Начальные попытки автоматизированного изучения лица были предприняты еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины могли лишь выделять силуэты лица и измерять расстояния между глазами и устами на монохромных снимках.

Изначальные торговые установки возникли в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких систем, как адмирал х, высокопроизводительных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали интегрировать свои разработки.

Ключевые стадии функционирования механизма распознавания

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

Обнаружение лиц — аппарат выявляет существование человеческого образа в снимке.
Выделение признаков — алгоритм исследует контуры физиономии: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, уст, расположение бровей.
Построение структуры — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со стандартом — полученный модель сопоставляется со сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из этих этапов требует специальных процедур и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что прячется в их недрах

Типичная селфи камера.

Самый несложный метод распознавания физиономии задействует исключительно лицевую камеру мобильного устройства. Данный способ внедрён во различных бюджетных моделях Android-устройств.

Сильные стороны:

Необходимо потребляет внешних сенсоров.
Оперативно функционирует при хорошем освещённости.

Минусы:

Несложно ввести в заблуждение снимком или видео.
Плохо действует при плохом освещении или нестандартных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и точечный проекционный аппарат

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

Как это действует:

Точечный проектор показывает на лицо юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 точек).
ИК камера фиксирует деформацию данной сетки по плоскости лица.
Формируется трехмерная карта глубины, что почти что неподвластна для фальсификации типичной фотографией или маскировкой.

Плюсы

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

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных аппаратах задействуются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения света до цели и обратно; RGB-датчики глубины; специальные световые дальномеры для формирования более точной 3D-модели лица.

Эти технологии используются наиболее часто во топовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искуственный разум в действии

Современные устройства идентификации физиономий невозможны в отсутствие использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как адмирал х, аппарат в состоянии распознавать пользователя даже при трансформациях внешности: новая стрижка, щетина, оптика или макияж не становятся препятствием для разблокировки.

Детектирование физиономии

При начальном этапе система необходимо мгновенно обнаружить образ лица внутри полного снимка камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии обнаруживать облик даже с частичном закрытии (например, платком или рукой).

Определение основных точек

После обнаружения лица устройство, такая как адмирал х, устанавливает расположение главных точек: кончики глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 главных маркеров на лицевой поверхности.

Это требуется для нормализации визуала: если человек удерживает телефон под наклоном, или склонил головку, программа исправляет картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Формирование биометрического образца

Далее нейросеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный образец очень затруднительно имитировать: он не сохраняет само изображение пользователя, а лишь особенные характеристики его внешности, что делает его оптимальным для таких площадок, как admiral-x.

Сравнение и принятие заключения

Когда пользователь намеревается разблокировать мобильник взором, программа осуществляет все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к изменениям облика

Занимательная черта современных систем — возможность самообучения. Если ты постоянно разблокируете телефон с свежей укладкой или очками, программа постепенно обновляет базовый образец вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Большинство клиенты беспокоятся держать свои биометрические данные на смартфоне из-за риска утечки информации или взлома гаджета. Определенные компании, такие как admiral-x, предоставляют решения для улучшения сохранности сведений клиентов.

Локальное хранение: Основная часть аппаратов хранит биометричные шаблоны исключительно внутри защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют гаджет и закрыты в том числе производителю.
Шифрование: Все информация сберегаются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Стоит упомянуть важную деталь: в случае, если какой-то человек достанет физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — к примеру, просят раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют категории распознавания лиц?

Сегодня можно различить три основных метода к реализации этой операции:

Программируемое двухмерное определение

Эксплуатируется только фронтальная видеокамера без экстра сенсоров дистанции. Этот способ используется наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность реализации; низкая затраты; оперативная деятельность при достаточном свете.
Минусы: несложно одурачить фотографией; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная безопасность.

Аппаратное 3D оцифровка

Использует ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: высокая достоверность; невозможно подделать фото/видео; стабильная работа в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программных методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как адмирал х и Google Pixel Face Unlock последних поколений, объединяют фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации применения разных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил подобие Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как программное обеспечение двухмерное распознавание по снимку фронтальной камерой, так и сканер ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы защиты и ошибочные срабатывания

Несмотря на поразительный успехи инноваций за недавние лет, безупречных механизмов пока не существует:

Вероятность обмана: Доступные телефоны без труда открываются четкой снимком владельца либо видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные устройства могут спутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Метаморфозы облика: Резкое похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо повреждения в некоторых случаях требуют обновления данных биометрических данных.
Условия фотографирования: Сильная освещённость солнечным светом либо интенсивная затенение могут уменьшить точность идентификации признаков.

Вот пара советов по безопасному применению:

Для критически важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку ПО мобильного устройства для защиты от современных угроз;
Включайте настройку “Требовать распахнутых глаз” там, где она есть.

В каких областях ещё используется технология за исключением смартфонов?

Пускай тема этой публикации сосредоточена на конкретно портативным гаджетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

Контроль прохода в деловых центрах и резиденциях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Цифровые удостоверения личности нового образца;
Установки видеоконтроля муниципальных служб;
Автоматизация отслеживания присутствия учебных заведений/университетов;
Аутентификация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие инициативы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким способом меняется технология в наше время?

Всякий год проявляются современные мысли для повышения уровня деятельности систем идентификации лиц:

Увеличивается разрешение датчиков — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
Развиваются нейросети — новейшие структуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно обучаться новым характеристикам внешности пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны умеют различать реальные движущиеся облики от неподвижных фотографий/масок по мельчайшим микродвижениям.
Интеграция со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут автоматически закрыть доступ к мобильный телефон, если пользователь ушёл далеко.
Появляются комбинированные системы — в частности комбинирующие голосовую идентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Здесь, которые направления особенно актуальны сейчас:

1) Сокращение элементов

Производители намереваются сократить размер выреза (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для повышения приватности всё больше расчётов происходит внутри устройства без отправки информации во сторонний облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Google активно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные системы, например как admiral x, и все Android-аппы могли взаимодействовать с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое подобрать сегодня?

Когда вам всем важна максимальная безопасность информации, выбирайте топовые аппараты со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех последних поколений
Huawei Partner/Series P ряда
Mi Pro
Vivo X линейки
Oppo Обнаружить X серии.

Если средства скромен – лучше предпочесть обычным методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, применять только как дополнительную возможность комфорта.

Каким способом повысить комфорт использования опции?

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

Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально трансформируется облик.
Не упускайте из виду протирать объектив фронтальной камеры – загрязнения могут уменьшить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам включает камеру когда вы берёте его в руки.
В процессе регистрационного процесса старайтесь сохранять голову ровно впереди видеоустройства без значительного наклона головы.
Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Перспективы развития технологии

В скоро наступающие периоды можно ожидать появления полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + походка + жесты рук!

Также вероятно появление современных способов обеспечения личной информации – к примеру, переменное изменение цифрового образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых захватывающих технологий нашего времени! Она обеспечивает взаимодействие со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как admiral-x, могут существенно повысить ваш опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы осведомлены, как работает эта система в деталях, – будете в состоянии вдумчиво выбирать свой следующий гаджет!