Каким способом функционирует идентификация лиц в смартфонах

Для чего мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В прошлые годы распознавание лиц является одной из наиболее востребованных функций для открытия умных телефонов. Лишь пару годов ранее основная масса пользователей удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например admiral x, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что превращает эту особенность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно помнить замысловатые пароли или искать правильный палец в темноте. Во-вторых, это быстро: современные алгоритмы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третью очередь, это ощущение футуристичности — будто в кинолентах про адмирал x разведчиков.

Тем не менее за такой видимой несложностью прячется весь мир трудных техник и инженерных решений. Давайте понять, как именно работает идентификация по лицу в современных смартфонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая хроника прогресса техники

Распознавание лиц как методика присутствует уже более 50 лет. Начальные попытки автоматического анализа лиц были предприняты еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры могли лишь определять очертания лица и определять промежутки между глазами и губами на ахроматических изображениях.

Первые коммерческие платформы возникли в 1990-х годах, но они были несовершенны: работали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией синтетических сетей и таких платформ, как адмирал х, сильных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои разработки.

Основные стадии функционирования механизма идентификации

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько основных этапов:

1. Идентификация лица — аппарат выявляет присутствие человеческого лица в кадре.
2. Выделение особенностей — система анализирует черты лица: очертания глаз, носа, уст, положение надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с эталоном — сформированный образец сравнивается с зафиксированной при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон деблокируется.

Каждый из указанных шагов нуждается в особых алгоритмов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что прячется внутри них

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой легкий метод идентификации облика использует только фронтальную видеокамеру смартфона. Такой метод внедрён во многочисленных доступных вариантах Android-девайсов.

Плюсы:

• Не требует внешних датчиков.
• Быстро функционирует при качественном свете.

Отрицательные стороны:

• Несложно ввести в заблуждение снимком или видео.
• Неудачно действует при низком освещении или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким способом это действует:

• Точечный устройство проекции отображает на физиономию юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
• Инфракрасная камера фиксирует деформацию этой решетки по плоскости лица.
• Получается трехмерная карта глубинности, что почти невозможна для подделки стандартной фотографией или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная функционирование даже в полной тьме.
• Большая устойчивость к фальсификациям.
• Точность распознавания более 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В отдельных устройствах используются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения луча до объекта и обратно; RGB-датчики глубины; специальные световые дальномеры для построения более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти технологии встречаются в основном во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный ум на исполнении

Современные устройства идентификации физиономий невозможны в отсутствие эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким разработкам, как адмирал х, устройство способно распознавать пользователя даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, растительность на лице, оптика или грим не становятся помехой для разблокировки.

Детектирование лиц

На первом шаге алгоритм обязана быстро найти ликовое изображение среди целого снимка с камеры. Для этой задачи применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может обнаруживать лицо даже с частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация ключевых аспектов

После идентификации лица механизм, такая как адмирал х, определяет местоположение основных точек: уголки глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных маркеров на лицевой поверхности.

Это действие нужно для выравнивания визуала: если юзер держит смартфон под углом, или склонил голову, программа корректирует картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрии шаблона

Далее искусственная сеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой шаблон крайне сложно сфальсифицировать: он не хранит непосредственно фото юзера, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких систем, как admiral-x.

Сравнение и осуществление выбора

Когда человек намеревается разлочить телефон взором, система повторяет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к метаморфозам внешнего вида

Интересная характеристика нынешних системы — способность самообучения. Если ты часто разблокируете мобильное устройство с новой прической или оптикой, программа постепенно освежает базовый модель вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Большинство клиенты боятся сохранять свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за угрозы потери данных или взлома устройства. Некоторые организации, вроде admiral-x, предоставляют варианты для увеличения защиты данных пользователей.

• Локальное сбережение: Основная часть устройств хранит биометрические образцы исключительно в пределах защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не выходят из гаджет и закрыты включая изготовителю.

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

• Изоляция приложений: Программы сторонних девелоперов не обладают непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо подчеркнуть значимую деталь: в случае, если кто-либо сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители реализуют систему защиты от “слепого” разблокирования — к примеру, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют типы идентификации лиц?

Сегодня можно выделить 3 основных способа к реализации этой функции:

Софтверное двухмерное определение

Используется только передняя камера без дополнительных датчиков дистанции. Такой способ встречается наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость реализации; минимальная стоимость; скоростная функционирование при хорошем свете.
Минусы: просто обмануть снимком; нестабильная работа ночью; низкая безопасность.

Аппаратное трёхмерное оцифровка

Применяет инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: высокая надежность; не получится исказить фото/видео; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, например адмирал х и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации применения различных техник

• iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное 2D определение по фото селфи-камерой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности охраны и неверные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие техники за последние лет, безупречных систем пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Недорогие смартфоны легко доступны качественной фотографией пользователя либо видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Трансформации облика: Резкое похудение/набор веса, пластические операции либо травмы иногда необходимы для обновления данных биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная засветка солнечным светом или же глубокая затенение могут понизить аккуратность определения признаков.

Ниже некоторые советов по безопасному использованию:

• Для критически важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку программное обеспечение смартфона для защиты от новых видов атак;
• Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

В каких местах также применяется технологии помимо смартфонов?

Хотя основная мысль данной статьи сосредоточена на конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

• Мониторинг доступа в офисах и жилых домах;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые паспорта нового поколения;
• Комплексы видеомониторинга городских подразделений;
• Автоматизирование учёта явки образовательных учреждений/институтов;
• Вход юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие проекты развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется технический процесс в нынешнее время?

Любой годик возникают новые мысли для повышения стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — новейшие архитектуры вида MobileNetV3 дают возможность быстро обучаться свежим особенностям вида пользователя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь телефоны умеют отличать подлинные анимированные облики от статичных фото/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если пользователь отошёл далеко.
5. Появляются гибридные механизмы — к примеру совмещающие голосовую идентификацию + облик + дактилоскопический след.

Здесь, которые направления очень востребованы на сегодняшний день:

1) Миниатюризация компонентов

Изготовители намереваются минимизировать габариты выреза (“чёлки”) под датчики на экране за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для улучшения личной безопасности всё более расчётов происходит на месте без отправки информации во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация стандартов

Google энергично продвигает эталон BiometricPrompt API, чтобы аналогичные площадки, вроде admiral x, и любые Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое подобрать на сегодня?

В случае если тебе нужна максимальная безопасность данных, выбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех актуальных поколений
• Huawei Partner/P Series серии
• Xiaomi Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Find X линейки.

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

Каким способом увеличить удобство функционирования возможности?

Есть несколько хитростей для тех, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если значительно трансформируется внешность.
2. Не забывайте протирать объектив передней камеры – разводы могут снизить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам включает камеру когда вы поднимаете его.
4. В процессе регистрационного процесса пытайтесь сохранять лицевую часть неподвижно напротив камеры не допуская резкого наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Возможности прогресса технологии

В предстоящие годы можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + звучание + походка + манипуляции руками!

Также вероятно появление новых подходов обеспечения личной информации – скажем, переменное модификация цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых захватывающих техник нашего эпохи! Она делает взаимодействие со телефоном проще чем раньше, и такие программы, как admiral-x, могут существенно повысить ваш юзерский опыт, но нуждается в 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, – сумеете вдумчиво определять свой следующий девайс!