Каким способом работает идентификация лиц в мобильных устройствах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по лицевому распознаванию

В последние годы определение физиономий стало одной из самых популярных функций для деблокировки умных телефонов. Всего несколько лет ранее большинство использующих удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например cabura, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту возможность очень нужной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить сложные пароли или искать нужный палец в тьме. Также, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо практически за мгновения ока. В-третьем пункте, это впечатление будущего — словно в кинофильмах про кабура агентов.

Тем не менее за этой кажущейся простотой скрывается весь вселенная сложных методов и инженерных концепций. Попробуем разобраться, как именно работает идентификация по лицу в актуальных мобильных телефонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас предстоит.

Краткая история развития технологии

Распознавание лиц как технология имеется уже более пятидесяти лет. Первые эксперименты автоматизированного изучения лица были предприняты еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины умели лишь выделять очертания черепа и вычислять дистанции между очами и ртом на черно-белых фотографиях.

Изначальные торговые установки возникли в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: работали медленно и часто давали сбои. Только с развитием искусственных сетей и таких площадок, как кабура, мощных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные решения.

Ключевые шаги работы системы идентификации

Процесс распознавания лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

Распознавание лица — аппарат определяет существование человеческого лица в кадре.
Определение характеристик — система изучает контуры физиономии: конфигурацию глаз, обонятельного органа, уст, позицию бровей.
Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с стандартом — полученный модель сопоставляется со зафиксированной при учёте биометрической данными владельца.
Принятие определения — если совпадение достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Всякий из данных стадий требует специальных процедур и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что скрыто в их недрах

Типичная селфи камера.

Самый простой простой способ идентификации облика использует лишь фронтальную камеру смартфона смартфона. Данный подход реализован во различных недорогих версиях Android-девайсов.

Плюсы:

Необходимо потребляет дополнительные сенсоров.
Оперативно работает при достаточном свете.

Минусы:

Просто обмануть снимком или видеозаписью.
Неудачно действует при слабом освещении или необычных ракурсах.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как кабура, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

Точечный проектор показывает на лицо использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
Инфракрасная камера фиксирует изменение формы этой сетки по плоскости лица.
Формируется трехмерная карта глубины глубинности, которая практически невозможна для фальсификации типичной фото или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
Большая устойчивость к имитациям.
Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные датчики

В определённых аппаратах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период распространения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более аккуратной 3D-модели лица.

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

Компьютерные методы: искуственный ум в действии

Нынешние системы идентификации лиц невозможны в отсутствие использования artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как кабура, устройство способно идентифицировать владельца даже при изменениях внешности: новая укладка, растительность на лице, оптика или косметика не становятся помехой для разблокировки.

Распознавание лица

При начальном шаге система необходимо оперативно найти лицо в пределах полного кадра камеры. Для этого задействуются последовательные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

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

Определение важных аспектов

После распознавания лица механизм, такая как кабура, вычисляет положение ключевых точек: кончики глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Это необходимо для стабилизации изображения: если пользователь удерживает телефон под наклоненным, или повернул голову, программа корректирует изображение до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

Далее нейросеть строит уплотненное математическое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот образец весьма сложно подделать: он не удерживает само фото юзера, а лишь особенные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких систем, как кабура казино.

Сравнение и принятие выбора

Если пользователь намеревается разблокировать смартфон глазами, программа воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает установленный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа кабура казино, доступен; если нет — доступ блокируется.

Приспособление к трансформациям облика

Занимательная характеристика современных систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы постоянно открываете смартфон с свежей стрижкой или оптикой, система постепенно обновляет основной модель вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Множество клиенты боятся держать свои биометрические данные на смартфоне из-за вероятности утечки данных или взлома гаджета. Некоторые организации, такие как кабура казино, предоставляют варианты для увеличения сохранности информации пользователей.

Локальное сбережение: Основная часть аппаратов сохраняет биометричные шаблоны лишь внутрь безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не оставляют устройство и недоступны даже производителю.
Шифрование: Все информация сберегаются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения третьих девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации личности через системный API.

Стоит упомянуть значимую деталь: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании внедряют систему защиты от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются категории распознавания лиц?

В настоящее время можно определить различить 3 основных подхода к реализации этой задачи:

Софтверное двухмерное распознавание

Применяется только передняя камера без дополнительных датчиков дистанции. Подобный способ встречается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; низкая затраты; быстрая функционирование при качественном свете.
Минусы: несложно обмануть фотографией; нестабильная работа ночью; слабая безопасность.

Аппаратное объёмное оцифровка

Применяет инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надёжность; нельзя исказить фото/видео; постоянная работа в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные подходы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, например кабура и Google Pixel Face Unlock современных поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы применения различных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное 2D определение по фото селфи-камерой, так и сенсор ириса глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы защиты и ошибочные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за недавние лет, безупречных систем пока не существует:

Шанс подвоха: Недорогие смартфоны просто открываются качественной снимком хозяина либо видео с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные устройства могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
Изменения облика: Внезапное похудение/набор веса, хирургические вмешательства либо повреждения в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
Условия записи: Интенсивная подсветка солнечным светом или же плотная затенение могут понизить точность распознавания признаков.

Вот несколько рекомендаций по защищённому применению:

Для критически важных операций всегда используйте двухэтапную аутентификацию;
Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте ПО смартфона для предотвращения угроз от актуальных атак;
Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она имеется.

В каких местах также применяется технология за исключением смартфонов?

Пускай основная мысль этой статьи посвящена именно мобильным устройствам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Мониторинг прохода в рабочих помещениях и резиденциях;
Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
Цифровые идентификационные документы последнего типа;
Системы видеонаблюдения городских сервисов;
Механизация регистрации присутствия школ/университетов;
Аутентификация участников ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Аналогичные инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом трансформируется технический процесс сегодня?

Любой год появляются свежие идеи для повышения стандарта работы систем идентификации лиц:

Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск неточности;
Совершенствуются нейронные сети — современные архитектуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно адаптироваться к дополнительным особенностям вида владельца непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь телефоны могут распознавать реальные движущиеся лица от неподвижных фото/масок по мельчайшим движениям кожи.
Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать смартфон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Появляются комбинированные устройства — например совмещающие речевую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Здесь, какие направления очень популярны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Производители стараются уменьшить размер отверстия (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для повышения конфиденциальности всё больше обработки данных происходит на месте без пересылки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, например как cabura, и каждые Android-программы могли работать с любыми видами биометрии унифицированно.

Что подобрать сегодня?

Когда вам нужна максимальная защита данных, выбирайте передовые модели с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

iPhone всех последних версий
Huawei Companion/P Series линейки
Xiaomi Pro
Vivo X модели
Оппо Найти X линейки.

Если финансы скромен – лучше выбирать обычным методам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в cabura, использовать только как дополнительную возможность удобства.

Как увеличить комфорт функционирования возможности?

Есть пара советов для людей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

Часто меняйте свою изображение-шаблон, если кардинально трансформируется облик.
Не забывайте протирать линзу фронтальной камеры – пятна могут уменьшить точность!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам запускает фотоаппарат если вы поднимаете его.
В процессе регистрационного процесса старайтесь держать лицо неподвижно впереди видеоустройства без резкого наклона головы.
Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы прогресса техники

В предстоящие годы можно ожидать развития полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + речь + шаги + движения рук!

Также вероятно развитие свежих способов защиты приватности – например, изменяющееся корректировка диджитал паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее захватывающих техник нашего периода! Она обеспечивает общение со телефоном проще чем до этого, и такие аппы, как кабура казино, могут в разы улучшить ваш 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 работает эта система внутри, – сумеете осознаннее определять свой очередной девайс!