Каким способом действует идентификация лиц в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по лицу

В последние времена определение физиономий стало одной из наиболее востребованных опций для деблокировки мобильных телефонов. Еще несколько годков назад основная часть пользователей удовлетворялись PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например admiral x, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь превращает данную возможность такой востребованной? Прежде всего, это удобно: не нужно помнить трудные пароли или находить правильный палец в мраке. Во-вторых, это быстро: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это чувство футуристичности — словно в кинолентах про admiral x зеркало разведчиков.

Впрочем за такой кажущейся несложностью прячется полный мир комплексных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как точно действует идентификация по лицу в современных гаджетах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас предстоит.

Краткая хроника прогресса техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти годов. Первые пробы автоматизированного изучения лица были осуществлены еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда компьютеры могли лишь определять силуэты лица и определять расстояния между глазами и устами на монохромных изображениях.

Начальные коммерческие системы возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: работали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией нейронных сетей и таких платформ, как адмирал х, высокопроизводительных мобильных микросхем определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

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

Основные этапы функционирования устройства определения

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько основных этапов:

Обнаружение лица — аппарат распознает присутствие людского образа в снимке.
Извлечение особенностей — система анализирует особенности облика: конфигурацию зрительных органов, носа, уст, позицию надбровных дуг.
Построение модели — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с образцом — созданный модель сравнивается с зафиксированной при внесении биометрической сведениями владельца.
Принятие решения — если сходство достаточно высокое, смартфон открывается.

Каждый из этих этапов запрашивает индивидуальных процедур и оптимизаций для быстрой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что прячется внутри

Типичная фронтальная камера.

Простейший несложный метод определения физиономии применяет только переднюю камеру мобильного устройства. Такой подход осуществлён во многих доступных моделях Android-девайсов.

Плюсы:

Не потребляет дополнительных датчиков.
Шустро функционирует при достаточном освещении.

Минусы:

Просто обмануть изображением или видео.
Неправильно работает при слабом свете или нестандартных ракурсах.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как адмирал х, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология является основой Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

Точечный устройство проекции отображает на облик юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
Инфракрасная устройство записывает искривление этой решетки по плоскости лица.
Получается 3D глубинная карта глубины, которая практически неподвластна для подделки обычной снимком или маскировкой.

Выигрыши

Надёжная работа даже в полной темноте.
Высокая сопротивляемость к имитациям.
Точность распознавания более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых девайсах используются также экстра сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения луча до предмета и обратно; RGB-датчики глубины; специальные световые дальномеры для формирования более точной 3D-модели физиономии.

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

Компьютерные процедуры: искусственный ум на исполнении

Современные устройства идентификации лиц невозможны без использования artificial intelligence и machine learning. Именно вследствие таким разработкам, как адмирал х, аппарат в состоянии идентифицировать юзера даже при трансформациях внешности: новая причёска, борода, оптика или макияж не становятся помехой для открытия.

Обнаружение физиономии

В стартовом стадии программа необходимо оперативно найти лицо среди целого снимка камеры. Для этого используются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать облик даже в случае неполном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Определение ключевых аспектов

После идентификации лица система, такая как адмирал х, устанавливает местоположение ключевых точек: кончики глаз, конец носа, края губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Это нужно для нормализации изображения: если юзер удерживает мобильник под наклоненным, или наклонил головку, программа корректирует картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрического идентификатора шаблона

Далее нейросеть строит сжатое цифровое представление („эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный образец весьма трудно сфальсифицировать: он не сохраняет непосредственно изображение пользователя, а лишь особенные черты его внешности, что делает его идеальным для таких площадок, как admiral-x.

Сравнительный анализ и принятие решения

Когда пользователь желает разлочить мобильник взглядом, система осуществляет все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает заданный границу (обычно выше 99%), телефон, как и платформа admiral-x, доступен; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к трансформациям внешности

Интересная черта актуальных систем — возможность самообучения. Если вы постоянно открываете смартфон с новой прической или оптикой, система постепенно освежает эталонный образец вашего облика для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Большинство юзеры опасаются хранить свои био-идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки данных или взлома гаджета. Определенные фирмы, например admiral-x, предлагают решения для улучшения защиты сведений клиентов.

Локальное хранение: Преимущественно устройств записывает био-идентификационные модели лишь внутрь защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не покидают гаджет и недоступны включая изготовителю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения сторонних девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Необходимо упомянуть важную подробность: если какой-то человек получит физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители осуществляют меры безопасности от неосознанного разблокирования — в частности, просят раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают типы идентификации лиц?

На сегодняшний день можно определить выделить три главных способа к осуществлению этой функции:

Программное 2D идентификация

Эксплуатируется только передняя видеокамера без вспомогательных датчиков дистанции. Этот способ наблюдается наиболее часто в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость реализации; минимальная стоимость; оперативная функционирование при качественном освещении.
Минусы: просто одурачить снимком; нестабильная работа ночью; низкая охрана.

Оборудование для объёмное сканирование

Использует инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики глубины (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надежность; нельзя подделать фото/видео; стабильная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана („чёлка”)

Гибридные подходы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам („anti-spoofing”). Например, такие товары, например адмирал х и Google Pixel Face Unlock современных поколений, сочетают фронталку c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры использования разных методов

iPhone модели X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил эквивалент Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное 2D идентификацию по изображению селфи-камерой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на замечательный прогресс инноваций за прошедшие годы, идеальных системы пока не существует:

Шанс обмана: Бюджетные телефоны легко доступны качественной изображением хозяина или же видео с экрана другого устройства.
Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень схожей внешностью.
Изменения внешнего вида: Резкое похудение/увеличение массы тела, хирургические вмешательства или повреждения иногда необходимы для обновления данных биометрических данных.
Условия записи: Интенсивная засветка солнцем или плотная затенение могут снизить верность идентификации признаков.

Здесь пара советов по надёжному применению:

Для важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте опцию „Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
Регулярно апгрейдите прошивку телефона для предотвращения угроз от новых видов атак;
Включайте настройку „Требовать открытых глаз” везде, где она есть.

Где дополнительно находится применение технология помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема этой публикации посвящена именно мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

Контроль доступа в рабочих помещениях и резиденциях;
Платёжные аппараты финансовых учреждений („Face Pay”);
Электронные удостоверения личности нового образца;
Системы видеомониторинга городских служб;
Автоматизирование учёта присутствия учебных заведений/вузов;
Авторизация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система оплаты проезда по лицу („Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без пластика или телефона! Аналогичные проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как трансформируется техпроцесс сегодня?

Любой год возникают новые концепции для повышения стандарта функционирования систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
Улучшаются искусственные интеллекты — передовые архитектуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно осваивать новым особенностям вида пользователя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Улучшаются методы антиспуфинга — теперь телефоны могут распознавать подлинные анимированные лица от неподвижных снимков/масок по микроскопическим микродвижениям.
Синхронизация со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут авто закрыть доступ к смартфон, если обладатель отошёл далеко.
Появляются гибридные устройства — к примеру комбинирующие аудио опознание + физиономию + дактилоскопический след.

Здесь, какие тренды в особенности востребованы в данный момент:

1) Миниатюризация элементов

Изготовители стараются уменьшить размер выреза („чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для повышения приватности всё более обработки данных осуществляется внутри устройства без передачи данных во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные платформы, как admiral x, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии единообразно.

Какое выбрать сегодня?

Когда вам необходима наивысшая сохранность данных, выбирайте топовые устройства с интегрированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

iPhone всех существующих новейших версий
Huawei Partner/Series P серии
Mix Expert
Vivo X модели
Oppo Find X линейки.

Если финансы скромен – лучше выбирать традиционным методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию „разблокировка по лицу”, такую как в admiral x, использовать только как дополнительную опцию комфорта.

Как улучшить комфорт функционирования функции?

Есть пара хитростей для тех, кто уже использует разблокировку по лицу:

Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно изменяется внешность.
Не забывайте протирать объектив передней камеры – разводы могут уменьшить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам запускает камеру как только вы берёте его в руки.
При регистрационного процесса старайтесь удерживать лицо ровно напротив объектива не допуская значительного наклона головы.
Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Возможности прогресса инноваций

В скоро наступающие годы можно ожидать появления полностью дистанционных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: физиономия + речь + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также предполагается возникновение новых подходов обеспечения личной информации – например, динамическое модификация диджитал паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее интересных инноваций нашего эпохи! Она обеспечивает общение со телефоном удобнее чем до этого, и такие аппы, как admiral-x, могут значительно улучшить ваш юзерский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы понимаете, как работает эта технология в деталях, – сможете осознаннее подбирать свой очередной девайс!