Каким способом действует идентификация лиц в мобильных устройствах

Для чего мы выбираем разлочивание по лицу

В последние годы определение лиц превратилось в одной из самых распространённых возможностей для деблокировки умных телефонов. Еще несколько годов ранее основная часть пользователей обходились пин-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как admiral x, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную особенность такой востребованной? Для начала, это практично: не нужно запоминать сложные пароли или отыскивать нужный палец в темноте. Также, это быстро: современные программы идентифицируют лицо буквально за мгновения ока. В-третьем пункте, это ощущение футуристичности — словно в кинофильмах про admiral x зеркало агентов.

Однако за этой кажущейся простотой прячется полный универсум трудных технологий и инженерных разработок. Давайте понять, как точно действует идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие существуют методы, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Сжатая хроника эволюции техники

Идентификация лиц как методика имеется уже более 50 лет. Первые попытки автоматизированного анализа лица были предприняты еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь определять контуры лица и измерять расстояния между зрачками и устами на монохромных снимках.

Первые бизнес платформы появились в девяностых годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией нейронных сетей и таких площадок, как адмирал х, сильных мобильных чипов идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать свои разработки.

Основные стадии функционирования устройства определения

Процесс определения лица можно примерно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — устройство определяет наличие гуманного образа в кадре.
2. Определение особенностей — механизм изучает черты облика: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, уст, положение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с эталоном — полученный модель сравнивается с сохранённой при внесении биометрической сведениями владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Любой из указанных этапов нуждается в специальных методов и улучшений для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что прячется внутри

Обычная селфи камера.

Простейший легкий метод определения физиономии задействует только фронтальную камеру смартфона смартфона. Такой метод внедрён во многих доступных вариантах Android-девайсов.

Плюсы:

• Не потребляет дополнительные датчиков.
• Шустро работает при хорошем освещённости.

Слабые стороны:

• Легко обмануть изображением или роликом.
• Плохо функционирует при слабом освещённости или непривычных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как адмирал х, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология лежит в основе Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный проектор проецирует на облик использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• Инфракрасная камера фиксирует изменение формы этой решетки по поверхности физиономии.
• Создаётся трёхмерная глубинная карта глубинности, которая практически невозможна для фальсификации типичной снимком или маской.

Преимущества

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Сильная устойчивость к имитациям.
• Точность идентификации более 99%.

Добавочные сенсоры

В отдельных аппаратах используются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти инновации применяются чаще всего во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искуственный интеллект на работе

Текущие устройства распознавания лиц немыслимы в отсутствие эксплуатации ИИ и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как адмирал х, устройство способно распознавать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая причёска, щетина, очки или грим не становятся барьером для деблокировки.

Детектирование физиономии

При начальном стадии система обязана быстро распознать лицо в пределах всего снимка с камеры. Для этого задействуются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии находить физиономию даже в случае частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Определение ключевых моментов

После обнаружения лица механизм, такая как адмирал х, вычисляет местоположение основных точек: уголки глаз, конец носа, края губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Это нужно для нормализации изображения: если пользователь удерживает смартфон под углом, или склонил головку, программа “выпрямляет” картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрического идентификатора модели

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

Данный образец крайне затруднительно подделать: он не сохраняет само картинку пользователя, а лишь уникальные черты его облика, что делает его совершенным для таких систем, как admiral-x.

Сравнительный анализ и осуществление решения

В случае, когда юзер желает разлочить смартфон взором, программа осуществляет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к изменениям внешнего вида

Увлекательная черта современных системы — возможность самостоятельного обучения. Если ты постоянно доступаете к телефон с обновленной прической или очками, система постепенно освежает основной модель вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Многие клиенты беспокоятся хранить свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за угрозы утечки данных или взлома устройства. Некоторые фирмы, вроде admiral-x, предлагают решения для увеличения безопасности сведений пользователей.

• Локальное сбережение: Основная часть аппаратов сохраняет биометричные образцы только в пределах безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не оставляют устройство и не доступны в том числе создателю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения внешних разработчиков не обладают непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Следует отметить важную особенность: в случае, если кто-либо сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители реализуют систему защиты от неосознанного разблокирования — в частности, просят открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы идентификации лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно выделить определить три основных способа к реализации этой операции:

Программируемое 2D идентификация

Используется только лицевая видеокамера без экстра сенсоров глубины. Такой метод встречается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость воплощения; минимальная затраты; оперативная деятельность при качественном свете.
Минусы: просто обмануть фотографией; нестабильная функционирование ночью; недостаточная охрана.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: значительная надежность; не получится исказить фото/видео; постоянная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Иллюстрации применения различных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил эквивалент Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как софтверное двухмерное идентификацию по снимку селфи-камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы охраны и ошибочные тревоги

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за прошедшие годы, совершенных механизмов пока не существует:

1. Шанс обмана: Недорогие телефоны легко доступны качественной снимком владельца или же роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые совершенные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Метаморфозы облика: Внезапное снижение веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо травмы в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия съёмки: Интенсивная засветка солнечным светом либо плотная затенение могут понизить точность распознавания признаков.

Здесь пара рекомендаций для безопасному использованию:

• Для значимых операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку программное обеспечение мобильного устройства для защиты от современных угроз;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” там, где она доступна.

В каких областях также применяется технология за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что предмет этой публикации посвящена именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Контроль доступа в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные удостоверения личности современного образца;
• Системы видеоконтроля городских сервисов;
• Механизация регистрации посещаемости учебных заведений/институтов;
• Вход участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом меняется технология в нынешнее время?

Каждый годик проявляются свежие концепции для улучшения уровня функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
2. Совершенствуются нейросети — новейшие конструкции вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно обучаться дополнительным особенностям облика обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут отличать настоящие движущиеся лица от статичных фотографий/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут автоматически заблокировать смартфон, если владелец удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются гибридные механизмы — к примеру совмещающие голосовую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Вот, какие тренды особенно актуальны на сегодняшний день:

1) Уменьшение компонентов

Производители пытаются минимизировать размер прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для повышения личной безопасности всё больше вычислений осуществляется внутри устройства без пересылки информации во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные платформы, вроде admiral x, и любые Android-приложения могли работать с различными типами биометрии стандартизированно.

Какое решить сегодня?

Если вам всем важна наивысшая защита информации, подбирайте флагманские устройства с интегрированным ИК-излучателем или ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех новейших моделей
• Huawei Companion/P Series линейки
• Mi Pro
• Vivo X модели
• Оппо Find Икс линейки.

Если финансы скромен – лучше предпочесть обычным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, применять только как опциональную возможность удобства.

Каким образом увеличить комфорт использования возможности?

Есть несколько лайфхаков для людей, кто уже применяет разблокировку через лицо:

1. Регулярно меняйте свою фото-шаблон, если значительно изменяется внешность.
2. Не упускайте из виду очищать объектив фронтальной камеры – разводы могут снизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам активирует фотоаппарат как только вы поднимаете его.
4. При записи старайтесь удерживать лицо неподвижно напротив объектива без резкого наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Будущее эволюции технологии

В скоро наступающие периоды можно ожидать развития полностью дистанционных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + речь + шаги + манипуляции руками!

Также предполагается развитие современных способов обеспечения конфиденциальности – скажем, изменяющееся корректировка электронного паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее захватывающих техник нашего эпохи! Она делает общение со мобильным устройством проще чем до этого, и такие программы, как admiral-x, могут в разы оптимизировать ваш опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы знаете, как устроена эта методика внутри, – сможете осознаннее подбирать свой следующий девайс!