Как работает распознавание лицевых образов в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние годы распознавание лиц превратилось в одной из наиболее востребованных опций для разблокировки умных телефонов. Еще пару годов тому назад основная часть пользователей довольствовались PIN-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например cabura, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает данную функцию очень нужной? Во-первых, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это оперативно: современные системы распознают лицо практически за доли секунды. В-третьем пункте, это ощущение будущего — как будто в фильмах про cabura агентов.

Тем не менее за данной на первый взгляд простотой таится полный вселенная сложных методов и инженерных решений. Попробуем разобраться, как конкретно функционирует фейсканирование в новейших мобильных телефонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Сжатая повествование развития инноваций

Идентификация лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Начальные попытки машинного изучения лица были предприняты еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины умели лишь определять контуры лица и измерять дистанции между зрачками и устами на ахроматических изображениях.

Изначальные бизнес системы появились в девяностых годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких платформ, как кабура, мощных мобильных чипов идентификация лиц стало по-настоящему массовым 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-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять собственные разработки.

Ключевые этапы работы устройства распознавания

Процесс распознавания лица можно примерно поделить на несколько основных этапов:

1. Идентификация лиц — камера определяет присутствие человеческого образа в изображении.
2. Извлечение особенностей — алгоритм анализирует особенности физиономии: форму зрительных органов, носа, губ, позицию бровей.
3. Построение модели — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение со стандартом — полученный образец сверяется с зафиксированной при регистрации биометрической сведениями владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон открывается.

Любой из данных шагов нуждается в специальных процедур и оптимизаций для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что находится в их недрах

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой несложный метод распознавания лица применяет только переднюю видеокамеру смартфона. Такой способ внедрён во многих доступных моделях Android-девайсов.

Достоинства:

• Не требует внешних сенсоров.
• Оперативно функционирует при качественном свете.

Минусы:

• Несложно обмануть изображением или видео.
• Плохо действует при слабом свете или непривычных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как кабура, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс составляет базу Face ID от Apple.

Как это функционирует:

• Точечный устройство проекции показывает на физиономию юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• Инфракрасная камера записывает деформацию данной сетки по плоскости физиономии.
• Формируется трехмерная карта глубинности, что почти невозможна для имитации стандартной снимком или маской.

Преимущества

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Высокая устойчивость к имитациям.
• Точность идентификации более 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В некоторых девайсах задействуются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время распространения луча до цели и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные световые измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии используются чаще всего во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искусственный разум на работе

Текущие устройства идентификации лиц неосуществимы в отсутствие использования ИИ и machine learning. Именно из-за таким инновациям, как кабура, аппарат в состоянии идентифицировать юзера даже при метаморфозах внешнего вида: новая укладка, растительность на лице, очки или косметика не становятся препятствием для деблокировки.

Обнаружение лиц

В первом шаге алгоритм должна мгновенно распознать лицо в пределах полного кадра камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может распознавать физиономию даже в случае частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Идентификация важных моментов

После распознавания лица система, такая как кабура, вычисляет местоположение главных точек: уголки глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 главных маркеров на лицевой поверхности.

Это действие необходимо для нормализации картинки: если пользователь держит мобильник под наклоном, или склонил головку, программа “выпрямляет” картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрии образца

Далее искусственная сеть строит сжатое математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный образец крайне затруднительно сфальсифицировать: он не сохраняет само фото юзера, а лишь уникальные черты его вида, что делает его оптимальным для таких площадок, как кабура казино.

Сравнительный анализ и принятие заключения

Если человек хочет открыть мобильник взглядом, система осуществляет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает определённый уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа кабура казино, открывается; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам внешности

Занимательная особенность нынешних системы — способность самообучения. Если вы часто открываете телефон с обновленной стрижкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет эталонный шаблон вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Большинство пользователи боятся сохранять свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Иные фирмы, например кабура казино, предлагают методы для увеличения сохранности данных клиентов.

• Локальное хранение: Большинство аппаратов сохраняет биометричные шаблоны лишь внутри защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не покидают гаджет и закрыты включая создателю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы сторонних разработчиков не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения личности через системный API.

Следует отметить существенную особенность: если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители внедряют систему защиты от автоматического разблокирования — например, просят разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды идентификации лиц на изображениях?

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

Программное двухмерное идентификация

Используется только лицевая камера без экстра детекторов дистанции. Подобный способ встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота осуществления; низкая цена; скоростная деятельность при качественном освещении.
Минусы: легко ввести в заблуждение снимком; неустойчивая функционирование ночью; недостаточная защищенность.

Техническое объёмное сканирование

Задействует инфракрасную камеру + проекционный модуль точек + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: большая надежность; невозможно исказить фото/видео; стабильная работа в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с дополнением ИИ

Используют комбинацию программных методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, например кабура и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронталку c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы применения разных методов

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил подобие Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное плоское определение по снимку фронталкой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro использует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы охраны и неверные тревоги

Несмотря на впечатляющий успехи техники за последние лет, безупречных механизмов пока не наблюдается:

1. Вероятность мошенничества: Доступные мобильники просто “разблокируются” качественной снимком хозяина или же видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы иногда необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия съёмки: Яркая освещённость солнцем либо интенсивная тень могут уменьшить верность распознавания признаков.

Ниже несколько советов для надёжному использованию:

• Для важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых аппаратах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте ПО смартфона для предотвращения угроз от новых видов атак;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

В каких местах ещё используется технология кроме мобильных телефонов?

Хотя тема данной публикации касается в частности портативным гаджетам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Мониторинг доступа в деловых центрах и резиденциях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта современного типа;
• Системы видеонаблюдения муниципальных служб;
• Автоматизация отслеживания присутствия школ/университетов;
• Авторизация пользователей компьютеров/ноутбуков.

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

Каким способом трансформируется техпроцесс сегодня?

Всякий год возникают новые идеи для усовершенствования стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
2. Совершенствуются нейросети — современные архитектуры модели MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к дополнительным чертам облика обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать реальные движущиеся лица от неподвижных снимков/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Интеграция со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к мобильный телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
5. Возникают смешанные механизмы — к примеру совмещающие голосовую идентификацию + облик + пальцевой отпечаток.

Вот, которые направления в особенности популярны в данный момент:

1) Сокращение деталей

Компании пытаются минимизировать размер выреза (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для повышения приватности всё более расчётов осуществляется внутри устройства без пересылки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Google активно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы такие платформы, вроде cabura, и любые Android-приложения могли взаимодействовать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Что решить сегодня?

В случае если вам всем необходима предельная безопасность данных, подбирайте топовые устройства со встроенным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех новейших поколений
• Huawei Companion/Series P ряда
• Xiaomi Professional
• Vivo X серии
• Oppo Обнаружить Икс линейки.

Если средства невелик – лучше предпочесть классическим способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в cabura, задействовать только как второстепенную опцию комфорта.

Как повысить комфорт использования возможности?

Есть некоторые лайфхаков для пользователей, кто уже использует разблокировку через лицо:

1. Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально изменяется внешность.
2. Не упускайте из виду чистить линзу фронтальной камеры – загрязнения могут снизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам активирует фотоаппарат когда вы поднимаете его.
4. При записи постарайтесь сохранять голову ровно перед камеры не допуская сильного наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы прогресса технологии

В скоро наступающие годы можно предвкушать появления полностью безконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + голос + походка + манипуляции руками!

Также возможно появление современных подходов защиты приватности – например, изменяющееся корректировка цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень захватывающих инноваций нашего периода! Она обеспечивает общение со телефоном комфортнее чем раньше, и такие аппы, как кабура казино, могут существенно улучшить ваш опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта технология внутри, – будете в состоянии осознаннее подбирать свой будущий гаджет!