Как функционирует определение лицевых образов в мобильных устройствах

Как функционирует определение лицевых образов в мобильных устройствах

Зачем мы останавливаемся на разлочивание по лицу

В недавние времена определение физиономий стало одной из самых распространённых функций для деблокировки мобильных телефонов. Всего некоторые лет назад большинство использующих удовлетворялись PIN-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает данную функцию очень нужной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать сложные пароли или находить правильный палец в тьме. Кроме того, это быстро: современные системы узнают лицо практически за мгновение. В-третьих, это чувство будущего — будто в кинолентах про вулкан платинум шпионов.

Однако за такой кажущейся несложностью таится полный вселенная сложных технологий и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как точно работает распознавание лиц в актуальных мобильных телефонах, какие применяются технологии, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Короткая история эволюции техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти годов. Первые попытки машинного анализа лица были предприняты еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ способны были лишь обозначать контуры черепа и определять дистанции между очами и губами на ахроматических снимках.

Изначальные бизнес установки возникли в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных микросхем распознавание 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-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали внедрять свои решения.

Ключевые этапы функционирования механизма распознавания

Процесс идентификации лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

  1. Распознавание лиц — аппарат выявляет присутствие человеческого образа в снимке.
  2. Определение признаков — механизм анализирует черты физиономии: очертания глаз, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
  3. Построение шаблона — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
  4. Сравнение с стандартом — полученный модель сопоставляется со зафиксированной при внесении биометрической сведениями владельца.
  5. Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон открывается.

Любой из этих стадий нуждается в особых методов и усовершенствований для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что прячется в их недрах

Обычная передняя камера.

Простейший легкий способ распознавания лица применяет только лицевую камеру смартфона смартфона. Подобный метод осуществлён во многочисленных бюджетных версиях Android-девайсов.

Плюсы:

Отрицательные стороны:

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика лежит в основе Face ID от Apple.

Как это функционирует:

Плюсы

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых устройствах задействуются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время движения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные лидары для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки применяются чаще всего во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные процедуры: искусственный разум в работе

Современные системы опознания лиц немыслимы при отсутствии использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как Vulkan Platinum, гаджет может идентифицировать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая причёска, щетина, оптика или макияж не становятся барьером для открытия.

Распознавание лица

На первом этапе программа необходимо оперативно распознать ликовое изображение в пределах всего снимка камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может находить физиономию даже в случае неполном перекрытии (например, платком или ладонью).

Выделение ключевых точек

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, вычисляет местоположение ключевых точек: уголки глаз, конец носа, границы губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 основных меток на лице.

Это необходимо для стабилизации картинки: если пользователь удерживает мобильник под углом, или наклонил головку, программа исправляет картинку до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

Далее искусственная сеть строит уплотненное числовое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Такой формат очень затруднительно имитировать: он не удерживает непосредственно фото пользователя, а лишь особенные особенности его внешности, что делает его оптимальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и вынесение решения

В случае, когда человек хочет разлочить телефон взглядом, программа повторяет все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает установленный уровень (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к трансформациям внешнего вида

Занимательная черта современных системы — способность самообучения. Если вы постоянно разблокируете мобильное устройство с обновленной укладкой или оптикой, программа постепенно модернизирует основной модель вашего облика для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрии данных.

Большинство пользователи боятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за вероятности утечки данных или взлома гаджета. Определенные фирмы, например Вулкан Казино Платинум, предлагают варианты для увеличения безопасности информации юзеров.

Стоит отметить существенную подробность: если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании осуществляют меры безопасности от “слепого” разблокирования — к примеру, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают типы распознавания лиц?

В настоящее время можно выделить определить три ключевых подхода к реализации этой операции:

Софтверное плоское определение

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

Преимущества: легкость реализации; умеренная затраты; скоростная функционирование при качественном свете.
Минусы: несложно обмануть снимком; ненадежная функционирование ночью; слабая безопасность.

Техническое 3D оцифровка

Применяет ИК видеокамеру + проектор пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая достоверность; нельзя исказить фото/видео; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации использования различных способов

Трудности охраны и ложные срабатывания

Несмотря на поразительный развитие техники за прошедшие годы, идеальных систем пока не имеется:

  1. Вероятность мошенничества: Недорогие мобильники легко “разблокируются” высококачественной изображением владельца либо видео с дисплея иного гаджета.
  2. Идентичные близнецы: Даже самые совершенные механизмы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
  3. Метаморфозы облика: Стремительное утрата веса/набор веса, косметические процедуры или повреждения иногда требуют обновления данных биометрических данных.
  4. Условия записи: Интенсивная освещённость солнцем или глубокая темнота могут снизить аккуратность идентификации признаков.

Ниже некоторые советов по защищённому эксплуатации:

В каких местах дополнительно используется технологии кроме смартфонов?

Несмотря на то, что предмет данной работы сосредоточена на именно портативным гаджетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Например: В столичном метро уже проверяется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или телефона! Аналогичные инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется технология сегодня?

Всякий годочек появляются современные мысли для усовершенствования уровня деятельности систем идентификации лиц:

  1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск неточности;
  2. Развиваются нейронные сети — новейшие архитектуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро обучаться свежим особенностям вида обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
  3. Развиваются методы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют отличать настоящие анимированные лица от статичных снимков/масок по незаметным микродвижениям.
  4. Синхронизация со умными устройствами — умные часы могут автоматически блокировать мобильный телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
  5. Появляются комбинированные устройства — в частности комбинирующие голосовую аутентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Итак, которые тенденции очень популярны сейчас:

1) Сокращение деталей

Компании стараются уменьшить размер отверстия (“чёлки”) под сенсоры на экране за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для повышения конфиденциальности всё больше обработки данных выполняется внутри устройства без пересылки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл активно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, вроде Вулкан Платинум, и любые Android-аппы могли работать с всеми формами биометрии унифицированно.

Какое подобрать на сегодня?

Если вам необходима предельная сохранность данных, остановите выбор на передовые устройства со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

Если средства ограничен – лучше выбирать обычным методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию удобства.

Каким образом улучшить практичность работы функции?

Есть несколько лайфхаков для тех, кто уже использует функцию распознавания лица:

  1. Регулярно меняйте свою фотографию-шаблон, если кардинально трансформируется внешний вид.
  2. Не забывайте чистить линзу передней камеры – разводы могут уменьшить четкость!
  3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам запускает фотоаппарат если вы берёте его в руки.
  4. В процессе регистрации пытайтесь удерживать лицевую часть ровно напротив видеоустройства исключая резкого наклона головы.
  5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности прогресса технологии

В скоро наступающие годы можно предвкушать возникновения полностью дистанционных способов идентификации персоны сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + манера ходьбы + жесты рук!

Также предполагается возникновение современных методов защиты приватности – скажем, переменное модификация электронного шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из самых захватывающих технологий нашего времени! Она делает общение со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы повысить ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как функционирует эта методика в деталях, – сможете осознаннее определять свой будущий гаджет!