Технология распознавания лиц в смартфоне: как работает?

Чуть-чуть истории

Еще в 1960-х годах проводились специальные эксперименты, в ходе которых компьютер должен был научиться распознавать человеческое лицо. В то время это ни к чему не привело, потому что любая эмоция вызывала крах. Кроме того, надуманная система боялась изменения условий освещения.

Только в конце 20-го века появились системы, которые научились распознавать лица людей по фотографиям, запоминая их. В то же время они перестали давать сбои при появлении усов, бород, очков и других «помех». Наиболее активно такие системы стали внедряться в цифровые камеры. Они также нашли свое место в секторе безопасности.

Системы распознавания лиц уже давно имеют один недостаток. Они во многом зависели от освещенности и ракурса. Однако в сканерах безопасности эта проблема не была заметна. Ваше лицо держали очень близко к ним, а затем освещали лампой. Введение стереоизображения помогло избавиться от вышеупомянутого недостатка. Две камеры понимают глубину сцены, поэтому точность показаний увеличивается в несколько раз.

2-е место – Xiaomi Mi8 Explorer Edition

Его стоимость составляет от 520 долларов. Совершенно новый Xiaomi Mi8 уже поступил в продажу в Великобритании, в то время как в России он еще не запущен. Однако некоторые россияне, сделав онлайн запрос — смартфон с распознаванием лиц с aliexpress, уже заказали флагман и успели оставить о нем хорошие отзывы. Его базовая версия распознает лицо пользователя с помощью инфракрасной камеры, но только Explorer Edition поддерживает технологию 3D-сканирования — самую безопасную на сегодняшний день. Mi8 должен разблокироваться так же быстро, как iPhone 10, и ошибок при распознавании лица быть не должно.

Параметры:

• Фронтальная камера имеет разрешение 20 МП.
• Двойная задняя камера имеет разрешение 3840×2160 и апертуру f/1.8.
• AMOLED-дисплей имеет диагональ 6,21 дюйма, разрешение: 2248×1080.
• Поддержка большинства «диапазонов», включая текущий Band 20 в России.
• 8 гигабайт оперативной памяти, 128 ГБ хранилища.
• Процессор: Snapdragon 845 (видеоядро Adreno 630).
• Аккумулятор емкостью 3000 мАч, а также процессор с поддержкой быстрой зарядки Qualcomm Quick Charge 4+.

Liveness: как работает, кейс

Но как система определяет, является ли человек, стоящий перед ней, реальным и живым? Для этого существует еще одна интересная технология — Liveness. «Она «занимается» биометрическим распознаванием живого лица. Обнаружение «живости» предотвращает использование ботами и злоумышленниками украденных фотографий, встроенных видеороликов deepfake, реалистичных масок и других подделок для создания или получения доступа к онлайн-аккаунтам. Liveness гарантирует, что только реальные люди могут создавать учетные записи и получать к ним доступ.

Цель этапа Liveness Verification: предотвратить использование мошенниками, которые все чаще прибегают к поддельным атакам, фотографии, видео или другого суррогата биометрических характеристик уполномоченного лица для получения чьих-либо привилегий или прав доступа. Реализованная в системе система Liveness Detection должна соответствовать стандарту ISO 30107-3 для обнаружения атак.

Различные разработчики предоставляют свои решения Liveness (FaceTec, ID R&D, VisionLabs), но принцип их работы идентичен. Прежде чем пользователь предоставит удостоверение личности при регистрации, он должен убедительно доказать, что является реальным живым человеком. Это делается для того, чтобы злоумышленник не смог пройти аутентификацию с помощью поддельной фотографии или реалистичной маски лица (Deepfake).

Для любой аутентификации пользователя требуется два типа данных: данные о лице (для сопоставления) и «живые» данные (для подтверждения того, что данные о лице были получены от живого человека). Живые данные должны быть отмечены временем и действительны только в течение нескольких минут, а затем удалены. В любое время следует хранить только данные о лице. При каждой попытке аутентификации необходимо собирать новые «живые» данные.

Таким образом, биометрическая система должна определить, были ли данные собраны от живого человека или неодушевленного артефакта (неодушевленный объект, который пытается воспроизвести биометрические характеристики человека). 3D Liveness анализирует ваши высокоскоростные видеозаписи на наличие признаков живого человека: специфические движения головы и лицевых мышц в ответ на команды и соответствующие тени и блики на текстуре кожи; микроизменения мимики во время движения и статики; скорость реакции. Как только будет доказано, что новая учетная запись принадлежит реальному человеку, его биометрические данные будут сохранены как безопасная ссылка на его цифровую личность для последующей аутентификации.

4-е место – Huawei P20 Lite

Его стоимость составляет 15 000 рублей. Согласно отзывам, сканирование лица на P20 Lite происходит быстро — при дневном свете оно практически мгновенное, в течение 1-2 секунд.

Параметры:

• IPS-дисплей — диагональ 5,84 дюйма, разрешение 1080×2240.
• Очень крутая камера — на данный момент лучшая в мире. Версия Pro имеет в общей сложности три камеры.
• Диафрагма — F/1.8, разрешение модуля: 12 и 20 мегапикселей.
• Отличный процессор HiSilicon Kirin 970 — самый крутой на момент запуска телефона.
• Аккумулятор емкостью 3 400 мАч.
• 128 ГБ памяти, 4 ГБ оперативной памяти.

Согласно отзывам покупателей, он имеет быстрый и довольно точный сканер, который очень редко выходит из строя. Сам смартфон также выступил успешно — с хорошей камерой, автономный, мощный, с обширной комплектацией: наушники и чехол входят в комплект.

К недостаткам можно отнести 4 Гб оперативной памяти, что недостаточно для флагмана, выпуклую камеру и отсутствие пыле- и влагозащиты. Если вы ищете качественное устройство с функцией разблокировки по лицу, Huawei P20 — отличный выбор.

Читайте также: Не включается телевизор Samsung — 9 возможных причин

6-е место – Leagoo M9 Pro

Leagoo M9 Pro — самый дешевый смартфон на Aliexpress с функцией разблокировки по лицу. В целом гаджет довольно неплох: качественный дисплей и корпус, съемная задняя крышка, 2 слота для sim-карт и один для карт памяти, сносная камера и т.д.

Параметры:

• ОС: Android 8.1
• Процессор: MT6739
• Дисплей: 5,72 1440*720 (18:9)
• ОПЕРАТИВНАЯ ПАМЯТЬ: 2 ГБ
• Встроенная память: 16 ГБ
• Аккумулятор: 3000 мАч
• Задняя камера: 13.0MP AF + 2.0MP
• Фронтальная камера: 5.0MP
• GSM: 850/900/1800/1900 МГц
• WCDMA: 850/900/2100 мгц
• Fdd-lte: b1/3/5/7/8/20, tdd-lte: b40

Аналог Face ID на Android

Решения среднего уровня от Samsung, Huawei и других компаний основаны на более простом принципе использования камеры selfie и иногда ИК-подсветки для освещения лица в темноте. Картирование глубины используется редко, в отдельных флагманах, таких как Google Pixel. Это помогает поддерживать цену устройств на достаточно низком уровне, но безопасность таких решений порой хромает на обе ноги.

Например, даже флагманские модели неоднократно удавалось обмануть с помощью простой фотографии высокого разрешения. Оказалось, что смартфон не анализирует глубину и, в результате, делает снимок так, как будто это реальное лицо. Тот же трюк можно проделать, поднеся фотографию со смартфона к камере. А как насчет более сложных трюков с 3D-масками и 3D-печатными головами? Не зря многие производители рекомендуют использовать Face Unlock для подтверждения личности при финансовых операциях.

Проверил, работает. Удобно, но…

Как только снимок окажется в настройках, можно приступать к тестированию. Тест проходил в 2 этапа с разницей в один месяц: ради эксперимента мне пришлось отрастить бороду.

Первая особенность Xiaomi Face ID заключается в том, что вам не нужно включать экран. Просто направьте фронтальную камеру на свое лицо. Я взял телефон в руки, ничего с ним не делал — и с первого раза изображение не распозналось. Вторая попытка была успешной. Разблокировка произошла мгновенно.

Как и ожидалось, волосы на лице стали непреодолимым препятствием. Последующие тесты показали, что это были усы. Если закрыть бороду шарфом, экран разблокируется. Препятствием оказались усы, которые были выпущены уже после того, как был напечатан первый снимок.

Если закрыть глаза, Mi Note 3 также отказывается разблокировать экран. Видимо, так работает защита от разблокировки, когда владелец спит.

Но если смартфон делает снимок в солнцезащитных очках, а затем снимает их, система распознавания отказывается распознавать владельца. И в первый, и во второй раз. Интересно, что в обратном порядке (фото сделано без очков, попытка разблокировки в очках) разблокировка происходит практически мгновенно.

Мне не удалось обмануть систему с помощью фотографии. Аналогичная шахта также не работает. Однако близнецы, вероятно, смогут пользоваться смартфонами друг друга.

Единственный настоящий враг Face ID, разработанного Xiaomi, — это слабое освещение и темнота. В нем используется обычная фронтальная камера, которая не работает в ИК-диапазоне. Поэтому ему требуется достаточно света, чтобы разблокировать экран и сделать снимок. Приближение экрана к лицу не является хорошим решением.

Для необходимого света, который требует фирменный Face ID, совсем другая мера. Можете ли вы делать разборчивые селфи? Затем смартфон разблокируется сам. В других случаях достаточно отпечатка пальца или пароля.

Как работает настоящий Face ID?

Как вы знаете, Apple Face ID — это не просто программная функция. Она сложная и, прежде всего, аппаратная. Камеры TrueDepth используются для распознавания лица пользователя путем сканирования структурированной карты лица.

Для его создания используется 30 000 изображений, созданных в системе TrueDepth с помощью проектора. Они сканируются инфракрасной камерой, которая затем создает инфракрасное изображение. Затем эти данные передаются отдельному модулю в процессоре Secure Enclave, который проверяет и сопоставляет лицо с заранее определенной структурой точек лица пользователя.

В результате iPhone X распознает пользователя, даже если тот опускает подбородок и добавляет очки к своей внешности. Более того, сумерки, слабое освещение или темнота также не являются проблемой для настоящего Face ID.

Необходимых условий для правильной работы Apple Face ID немного — глаза пользователя должны быть направлены на камеру. Вот и все. Вы можете изменить свою одежду, макияж, гримасу. Смартфон будет разблокирован, несмотря ни на что.

Вместо итогов. Все работает, но Xiaomi стыдно

К сожалению, плохое исполнение убило инновации (так сказать) в их основе. Xiaomi вырезала функцию распознавания лиц из всех глобальных (многоязычных международных, для европейского рынка) прошивок в Mi Note 3 и других смартфонах. Исчезновение произошло после свежего обновления в декабре. Она вновь появится в одном из ближайших обновлений после серьезной доработки.

Поэтому компания разрешила покупателям за пределами Поднебесной купаться всего несколько месяцев. Хотите пройти тест-драйв? Англо-китайская прошивка Note 3 и некоторые пользовательские версии пока предлагают такую возможность.

Что есть кроме Face ID?

В отличие от сканера лица, Huawei и Samsung предложили в своих смартфонах сканеры радужной оболочки глаза. Как и отпечаток пальца, рисунок радужной оболочки глаза уникален для каждого человека и, в отличие от сканера отпечатков пальцев, не страдает от проблем запотевания и загрязнения считывающей поверхности, поскольку радужная оболочка надежно защищена от внешних воздействий.

Однако выяснилось, что в современном виде эта технология также несовершенна, и ту же маску легко обмануть с помощью наложения линз.

В целом, производители также не рекомендуют полностью полагаться на этот метод разблокировки смартфона. Для полной безопасности рекомендуется смешанный метод с использованием отпечатка пальца и сканера лица/глаз.

Как работает технология распознавания лиц?

Постепенно в смартфонах стала появляться новая функция. Здесь была введена биометрическая идентификация пользователя для того, чтобы неавторизованное лицо не могло разблокировать устройство. В идеале доступ к личным данным может получить только близнец. Нет необходимости беспокоиться об этом. Немногие люди стали бы всерьез скрывать что-то от своих братьев и сестер. И никто не мешает установить дополнительный пароль для чтения особо важных данных.

Систему распознавания лиц в смартфонах можно разделить на четыре этапа:

1. Сканирование лица. Для этого используется фронтальная камера или, как в случае с iPhone X, специальный сенсор. Сканирование является трехмерным, поэтому фокус не будет срабатывать при показе фотографии.
2. Извлечение уникальных данных. Система ориентируется на набор признаков сканируемого лица. Наиболее распространенными являются контуры глазниц, форма скул и ширина носа. Современные системы также могут «заметить» шрамы.
3. Он извлекает из памяти шаблон с ранее полученными данными.
4. Поиск матчей. Заключительный этап, на котором система решает, разблокировать ли дисплей. Мощность современных процессоров позволяет «думать» лишь доли секунды.

Функция распознавания лиц может быть реализована даже с помощью фронтальной камеры — при условии, что она имеет два объектива. Однако в этом случае функция будет нестабильной. Дело в том, что только специальные датчики обеспечат сканирование лица даже в темноте, в то время как «фара» требует яркого освещения. Кроме того, специальные датчики виртуально размещают больше точек на лице, так что они срабатывают даже в случае подбородка, очков и других отвлекающих факторов. Короче говоря, в некоторых DOOGEE Mix 2 система будет работать заметно хуже, чем в iPhone X. Другое дело, что юбилейный продукт Apple стоит гораздо дороже, чем все остальные смартфоны с функцией распознавания лиц.

5-е место – OnePlus 6

Цена смартфона с функцией распознавания лиц — 35 000 рублей. Китайский телефон OnePlus имеет, судя по отзывам, хорошую технологию распознавания лиц, которая работает даже в темноте. Для его работы не обязательно смотреть прямо в камеру. OnePlus — это смартфон без «изюминки», но с высококлассным оборудованием.

Инженерам удалось добиться того, что он работает быстро и нормально взаимодействует. OnePlus работает без тормозов, зависаний, глупых багов и выполнен в монолитном корпусе, что ценят покупатели. Фильм «Шестерка» не является исключением.

Параметры:

• Двойная камера с оптической стабилизацией, разрешение 16 Мп и 20 Мп, запись видео 4K, диафрагма f/1,7.
• Amoled дисплей (диагональ 6,28 дюйма, разрешение 2280×1080). Он занимает второе место в бенчмарке смартфонов (экраны от шести дюймов и выше).
• 64 ГБ памяти, 6 ГБ ОЗУ.
• Процессор: Snapdragon 845, графика Adreno 630.
• Емкость аккумулятора 3 300 мАч; поддерживает быструю зарядку OnePlus Dash Charge.

OnePlus 6 работает плавно быстро, отлично ощущается в руке, выделяется качеством всего: gsm и других модулей, сделан без трещин и люфтов из хороших материалов. Недостатки: отсутствие нормальной защиты от воды (должна быть во флагмане), низкая емкость аккумулятора, в то время как оптимизация энергоресурсов дает ему возможность «жить» без подзарядки не менее суток.

3-е место – Samsung Galaxy S9+

Его стоимость составляет 55 000 рублей. Телефон использует одновременно два сканера: радужной оболочки глаза и сканер лица. Они работают (в отличие от S8, предыдущей версии) в темноте. Точность и скорость распознавания лиц высока, но не достигает 100%. Также есть одна особенность: при разблокировке только лицом все работает быстро, но если добавить сканирование радужной оболочки глаза на всякий случай, смартфон задумывается и устройство отключается через 2-3 секунды.

Опции:

• Крутая задняя камера с диафрагмой f/1.5, двойными модулями (12+12MP) и возможностью записи видео 4K.
• Поддерживает режим super slo-mo (съемка со скоростью 960 кадров в секунду).
• 6,2-дюймовый Amoled дисплей с изогнутым экраном, разрешение: 2960×1440.
• Фирменный процессор Exynos (менее крутой Snapdragon — для других стран).
• Аккумулятор — 3500 мАч; процессор имеет поддержку быстрой зарядки.
• 6 ГБ ОЗУ, 64 ГБ хранилища.

Судя по отзывам, функция разблокировки по лицу работает хорошо. Сама по себе система распознавания лиц от Samsung мощная и эффективная, но у нее есть недостатки: большой и высокий ценник, выпуклая камера, стекло для сбора отпечатков пальцев на задней панели, недостаточно мощная вспышка.

Мы рекомендуем устройство — это лучший смартфон со времен iPhone X с функцией распознавания лиц.