Принцип работы face id iphone

Face ID в iPhone X — что это, как работает, как настроить

Все, что нужно знать про Face ID в iPhone X.

Одной из самых впечатляющих возможностей iPhone X стала технология сканирования лица Face ID. Инженеры Apple придумали действительно нечто удивительное, способное произвести настоящую революцию в сфере мобильных устройств. В этом материале в подробностях рассказали о функции Face ID, принципе ее работы, способе настройки и многих других особенностей.

Что такое Face ID?

Face ID — это новая система аутентификации Apple, позволяющая подтверждать личность для разблокировки iPhone или оплаты покупок с помощью одного лишь взгляда на смартфон. Подтверждение личности происходит путем сканирования лица и сравнения его с ранее записанной структурной картой лица владельца. Впервые технология Face ID была представлена в iPhone X — флагмане Apple образца 2017 года.

Как работает Face ID?

Реализация сверхточной и быстрой технологии сканирования лица стала возможной благодаря объединению передовых программных и аппаратных разработок Apple. Ключевой аппаратной разработкой является система камер TrueDepth, которая включает в себя:

• Проектор точек. Проецирует на лицо пользователя более 30 000 невидимых инфракрасных точек, по которым впоследствии создается его математическая модель.
• Инфракрасную камеру. Выполняет считывание точечной структуры лица и создает изображение в инфракрасном спектре и помещает эти данные в специальный модуль процессора A11 Bionic Secure Enclave.
• Инфракрасный излучатель. Пускает невидимый пучок инфракрасного света на лицо, что позволяет выполнить точное сканирование лица, даже в полной темноте.

Благодаря своим уникальным компонентам, камера TrueDepth проецирует на лицо более 30 000 невидимых точек, анализирует их и составляет подробную структурную карту и изображение лица в инфракрасном спектре.

Затем карта передается в модуль Secure Enclave процессора A11 Bionic, где происходит преобразование инфракрасного изображения и карты глубины в математическое представление. Именно это представление и становится лицом владельца для iPhone X.

Когда Face ID запоминает пользователя, функция “встает на стражу” iPhone X. При каждой попытке аутентификации вновь производится сканирование лица, составляется карта, а после и ее математическое представление. Последнее сравнивается с эталонным представлением, уже хранящемся в модуле Secure Enclave. На все эти совершенно невероятные для понимания действия iPhone X тратит доли секунды.

Я отрастил усы/необычно накрасилась, что будет делать Face ID?

Незначительные изменения лица, будь это густой волосяной покров или нестандартный макияж не станут проблемой для Face ID. Кроме этого, функция легко распознает пользователей в очках (включая солнцезащитные), шарфах, шляпах и контактных линзах. По крайней мере, так заявляет Apple. Достоверна ли эта информация узнать получится уже после поступления iPhone X в продажу.

Справедливости ради отметим, что Apple не называет Face ID чем-то магическим. Компания прямо заявляет, что при значительных изменениях лица Face ID не сможет распознать пользователя. В таком случае владельцу iPhone X понадобится ввести пароль. После успешного подтверждения личности система обновит данные о лице.

Как настроить Face ID?

Для того, чтобы начать пользоваться Face ID необходимо выполнить первоначальную настройку функции и сканирование лица. Для этого требуется перейти в меню “Настройки” → “Face ID и пароль” и нажать “Добавить лицо“. После этого запустится специальный экран фронтальной камеры с изображенным перекрестием, в самый центр которого нужно поместить лицо. Когда зеленая шкала вокруг экрана камеры будет полностью заполнена, сканирование вашего лица завершится и вы сможете начать пользоваться Face ID.

Как снять блокировку с iPhone X через Face ID?

Все очень просто. Для разблокировки iPhone X при помощи Face ID понадобится только лишь посмотреть на экран устройства. Сканирование выполнится мгновенно и в случае подтверждения соответствия лица ранее сохраненной математической карте лица произойдет разблокировка.

На каком расстоянии лучше всего держать iPhone X для разблокировки?

Во время презентации iPhone X руководители Apple хвастались, что Face ID сможет распознавать владельца смартфона даже если смартфон находится не прямо перед пользователем. И это действительно так. Сканирование лица выполнится и в случаях, когда вы держите iPhone X в руках, но под наклоном, и если смартфон лежит на столе. Главное, чтобы лицо находилось в обзоре камеры TrueDepth. Обзор сканирования идентичен обзору съемки камеры FaceTime.

Apple не говорила об этом во время презентации iPhone X, но точность разблокировки устройства с помощью Face ID будет выше, если смартфон находится на расстоянии вытянутой руки (или меньше) от лица. Таким образом, идеальное расстояния для работы Face ID составляет меньше 50 см.

Сканирование происходит и при “спящем” экране?

Да, специально нажимать на кнопку питания и разблокировки не придется. При поднятии или прикосновении к экрану iPhone X, смартфон автоматически выходит из режима сна и активирует камеру TrueDepth. Благодаря этому сканирование можно выполнить как можно быстрее, без задержки на нажатие каких-либо кнопок.

Инфракрасное излучение Face ID вредит?

Излучаемая мощность системы камер TrueDepth чрезвычайно мала и безопасна для использования в обычных условиях. Apple тщательно протестировала TrueDepth на соответствие всем возможным стандартам безопасности. Переживать не о чем.

Излучение полностью невидимое?

Инфракрасное свечение из камеры TrueDepth можно заметить невооруженным глазом, но только в полной темноте. В иных условиях освещенности заметить свечение получится только через видоискатели камер с возможностью регистрации инфракрасного излучения.

Карта моего лица находится на серверах Apple?

Данные, используемые Face ID, в частности, математическое представление вашего лица хранятся в зашифрованном виде в модуле Secure Enclave, который является частью революционного процессора Apple A11 Bionic. Другими словами, карта лица хранится только на вашем устройстве и никуда не отправляется. По точно такому же принципу работает сканер отпечатков пальцев Touch ID.

Для каких действий можно использовать Face ID?

Функцию Face ID в iPhone X можно использовать для:

• снятия блокировки с iPhone,
• авторизации в приложениях с поддержкой этой технологии,
• совершении покупок в App Store, iTunes Store и iBooks Store,
• подтверждении личности при покупках через Apple Pay.

Какова вероятность, что другой человек разблокирует iPhone X своим лицом?

Вероятность того, что ваш iPhone X будет разблокирован через Face ID другим человек составляет 1 к 1 000 000. При этом, у этого человека будет всего пять попыток произвести авторизацию. Если все они окажутся неудачными, iPhone X запросит ввод пароля.

Можно ли снять блокировку через Face ID пока человек спит?

Нет, распознавание лица с помощью функции Face ID происходит только тогда, когда человек смотрит на устройство. Пройти аутентификацию с закрытыми глазами невозможно.

Так что, о вводе пароля можно забыть?

Несмотря на то, что Face ID работает очень точно, постоянно обучается и запоминает вашу внешность, реагируя на ее изменения, навсегда забыть о необходимости вводить пароль не получится. Более того, для получения возможности включения Face ID на iPhone X в обязательном порядке должен быть установлен пароль. Его потребуется вводить если:

• С момента последнего снятия блокировки прошло более 48 часов.
• iPhone X был только что включен или перезагружен.
• Было сделано пять неудачных попыток снятия блокировки с помощью Face ID.
• Face ID был заблокирован через сервис “Найти iPhone”.

Отметим, что в этом плане нет ничего нового. Все эти же моменты были актуальны и для Touch ID.

Сколько будет стоить ремонт камеры TrueDepth?

Apple не сообщила даже примерную стоимость ремонта системы камер TrueDepth, но подчеркнула, что инфракрасные излучатели могут быть повреждены при ремонте или разборке iPhone X. Вместе с этим компания настоятельно посоветовала владельцам iPhone X обращаться в случае поломки только в Apple или ее авторизованные сервисные центры.

Как и в случае со сканером отпечатков пальцев Touch ID, в системе камер TrueDepth встроены специальные компоненты для обнаружения несанкционированных модификаций. Это означает, что при обнаружении в TrueDepth неоригинальных компонентов, система камер будет отключена, а функция Face ID перестанет работать.

Как отключить Face ID и снимать блокировку путем ввода пароля?

Если вы не хотите снимать блокировку с iPhone X при помощи Face ID, вы можете отключить эту опцию. Перейдите в меню «Настройки» → «Face ID и код-пароль» → «Использовать Face ID» и отключите параметр «Разблокировка iPhone».

Как полностью отключить Face ID?

Функцию Face ID на iPhone X можно выключить полностью, вместе с этим удалив данные о карте вашего лица. Для этого перейдите в меню «Настройки» → «Face ID и код-пароль» и нажмите «Сбросить Face ID». Отметим, что все используемые Face ID данные удаляются и при выполнении полного сброса iPhone X.

Какие еще есть функции у камеры TrueDepth?

Система камер TrueDepth приносит пользу и новые возможности даже в том случае, если вы не пользуетесь Face ID. Она в автоматическом режиме отслеживает ваш взгляд и регулирует некоторые параметры iPhone X. Например, если вы не смотрите на дисплей смартфона, то он будет затемнен, а если вам приходит уведомление или входящий звонок, то посмотрев на экран вы сможете уменьшить громкость оповещения. Этот набор функций называется «Распознавание внимания» и более подробно о нем мы рассказали в этой статье.

Кроме этого, камеры TrueDepth сделали возможным создание совершенно уникальных анимационных смайликов, который в Apple назвали Animoji (анимодзи). Камера анализирует мимику более 50 лицевых мышц лица пользователя и на ее основе создает 12 анимированных анимодзи. Анимодзи могут говорить голосом пользователя и их можно отправлять через приложения “Сообщения”.

iPhone X поступит в продажу 3 ноября. Подробный обзор смартфона представлен здесь.

Читай и используй:

Поставьте 5 звезд внизу статьи, если нравится эта тема. Подписывайтесь на нас Telegram , ВКонтакте , Instagram , Facebook , Twitter , YouTube .

Источник

Как работает Face ID и распознавание лица на Android смартфонах?

Интернет буквально переполнен статьями на тему того, как работает разблокировка по лицу (Face ID) на iPhone. Если вы хотя бы немножко интересовались этим вопросом, то сразу же вспомните все эти, набившие оскомину, термины: лазерный проектор, ИК-излучатель, 30 тысяч точек и т.п.

Все популярные ресурсы (The Verge, Wired, Engadget) как под копирку пишут одно и то же, повторяя слова, сказанные еще на презентации первого iPhone с технологией Face ID.

Если ваше любопытство полностью удовлетворяется этими общими фразами, порой искаженными и далекими от реальности, тогда эта статья не для вас. Здесь же я расскажу о том, что в действительности происходит, когда вы пытаетесь разблокировать свой смартфон при помощи распознавания лица.

Надеюсь, эта статья ответит на многие вопросы!

Нейросети, искусственный интеллект, самообучение…

Эти слова, как мантру, повторяют блогеры, пытаясь объяснить работу Face ID. Но давайте задумаемся на минуточку, что это значит.

Чтобы смартфон научился классифицировать объекты (в нашем случае — лица), он должен пройти долгий и нелегкий процесс обучения. К примеру, если мы хотим, чтобы нейросеть отличала кошек от собак, мы должны «скормить» ей тысячи (а лучше десятки и сотни тысяч) фотографий различных собачек и котиков. Причем, каждая фотография должна иметь пометку о том, что конкретно на ней изображено.

В процессе обучения, нейросеть начнет выставлять веса таким образом, чтобы на выходе всегда активировался один нейрон, отвечающий за конкретное животное.

А теперь представьте себе такой процесс обучения на iPhone или Android. Вам нужно показать телефону тысячи своих фотографий с разной прической и макияжем, разной мимикой и аксессуарами. Ведь, как иначе смартфон будет вас узнавать? А затем нужно показать еще сотню тысяч других лиц, уточнив при этом, что это не вы и не следует этих людей пропускать.

Приятно, конечно, тешить себя мыслью, что ваш смартфон такой умный и сам обучается в процессе использования, но в реальности он проходит обучение еще до того, как попадет на прилавки магазинов. И ваше лицо, естественно, не имеет к этому процессу никакого отношения.

Для обучения нейросетей нужны очень мощные графические процессоры и много времени. Поэтому, на телефон загружают уже обученную нейросеть. Которая способна лишь незначительно адаптироваться в процессе своей работы.

Но как же тогда Android-смартфоны и iPhone за пару секунд запоминают лицо пользователя и в дальнейшем распознают его мгновенно, вне зависимости от выражения лица, освещения и даже макияжа? Где же тысячи фотографий и длительное обучение?

Как работает Face ID и распознавание лица?

Понятное дело, что учить смартфон запоминать ваше лицо, а также лица других людей — бессмысленная и ресурсоемкая задача. Он не будет классифицировать лица в том смысле, как делает это для различных видов животных или растений (в приложении Камера). Вместо этого телефон обучают делать кое-что другое.

Вначале (еще «на заводе») нейросеть учат просто различать лица, то есть, выделять какие-то конкретные признаки лица (формы, размеры, расстояния) и отличать одни от других. Делается это при помощи так называемой сверточной нейронной сети (CNN) и специальных фильтров или сверток (в рамках этой статьи понимание данного процесса совершенно не важно).

Вся нейросеть состоит из слоев: на первый слой подается изображение с лицом, на втором слое применяются свертки, дальше идет выделение отдельных признаков, после чего на последнем (выходном) слое определяется конкретный человек.

К примеру, если бы наша нейросеть определяла расу человека и на предпоследнем слое собрались бы такие признаки, как «темная кожа», «толстые губы», «широкий нос» и «крупные зубы», тогда на выходе активировался бы нейрон, отвечающий за негроидную расу.

Но нам не нужен последний слой. То есть, нейросеть не будет пытаться узнать конкретного человека или расу, а всё должно заканчиваться сбором признаков. Другими словами, Apple или любой другой Android-разработчик обучает нейросеть лишь собирать признаки лиц:

Однако же, само по себе умение собирать признаки еще не позволяет нам реализовать идентификацию пользователя по лицу.

Давайте на секундочку отвлечемся. Как мы понимаем, внутри нейросети нет ничего, кроме чисел. Вся нейросеть — это просто математическая модель, в которой одни числа, «проходя» по связям от нейрона к нейрону, умножаются и суммируются (подробно об этом я рассказывал в этой статье).

В итоге, каждый признак — это не изображение глаза или носа, а определенное число, которое ассоциируется с конкретным глазом, носом или расстоянием между глазами (для каждого лица эти числа будут разными). Набор всех признаков называется вектором. К примеру, на картинке выше у нас есть 7 признаков на выходе из нейросети, то есть, наш вектор признаков — это 7 определенных чисел, уникальных для конкретного лица.

А теперь следите за мыслью, так как это самая важная часть в понимании Face ID или распознавания лица на любом другом смартфоне. Как мы знаем, вектор можно изобразить в пространстве. Для удобства представим, что у нас на выходе из нейросети только два числа: первое отвечает за цвет глаз, а второе — за цвет кожи.

Мы подаем в нейросеть фото человека с голубыми глазами и светлой кожей, а на выходе получаем два числа, например, 5 и 4. Затем мы подаем фото другого человека с темной кожей и зелеными глазами, соответственно, получаем на выходе другие числа, к примеру, 3 и 2. Всё это — двумерные вектора (с двумя координатами), которые можно легко отобразить на плоскости:

Если признаков будет 3, то получим трехмерный вектор, который также очень легко изобразить в пространстве (добавится третья координата глубины).

Нейросеть на смартфоне собирает гораздо больше признаков, соответственно и размерность вектора также намного выше. Вообразить себе точку в таком пространстве невозможно, так как наш мозг ограничен только тремя измерениями. Но это не суть важно, главное, что искусственный интеллект работает с этим без малейших проблем.

Когда сверточная нейросеть научилась выделять признаки, мы собираем несколько одинаковых нейросетей (с одинаковыми весами) в один блок и продолжаем обучение. Только теперь задание посложнее. Мы должны подавать уже 3 фотографии на вход: на первых двух снимках (А и Б) изображено лицо одного и того же человека, но с небольшими отличиями (макияж, другая прическа, другое выражение), а на третьем снимке (В) — лицо совершенно другого человека:

Задача нашей новой нейросети — не просто выделять какие-то признаки каждого лица, но подбирать их так, чтобы когда мы отобразим эти вектора в пространстве, расстояние между А и Б (слегка отличающимися лицами одного и того же человека) было минимальным, а вектор В (лицо совершенно другого человека) находился как можно дальше:

Мы продолжаем «скармливать» нейросети тысячи примеров до тех пор, пока она не научится выделять правильные признаки, чтобы расстояние между векторами одного и того же лица было минимальным, а между разными лицами — максимальным. И весь этот процесс обучения, повторюсь, происходит еще до того, как смартфон попадет на прилавки.

Когда нейросеть научилась это делать, ее можно загружать на iPhone или Android-смартфон.

Теперь пользователь включает функцию распознавания лица (или Face ID) и происходит первоначальная настройка. Обученная нейросеть уже знает, какие именно нужно выделить признаки и создает, образно говоря, их вектор в пространстве. Телефону уже не нужны тысячи ваших фотографий или десятки тысяч снимков других людей, чтобы научиться различать лица (делать классификацию). Вектор признаков вашего лица всегда будет находиться примерно в одном и том же месте скрытого пространства.

Когда вы попытаетесь разблокировать устройство в очередной раз, нейросеть снова создаст вектор признаков того лица, которое видит перед собой. И этот вектор с огромной вероятностью разместится в пространстве очень близко к первому — тому, что был сохранен при начальной настройке Face ID.

Если же другой человек попытается разблокировать ваш телефон, нейросеть создаст новые признаки, вектор которых будет находиться гораздо дальше от сохраненного. Соответственно, аппарат не разблокируется.

Подведем небольшие итоги

Смартфон не умеет классифицировать лица, как например, его камера определяет сцену (цветок, собака, кошка и пр.):

Он не понимает, что какое-то лицо принадлежит конкретному человеку, а другое лицо — другому конкретному человеку. Его нейросеть просто умеет так выделять признаки лица, чтобы их вектора всегда занимали определенное положение в пространстве.

Как вы уже догадались, смартфон не хранит фотографии своего владельца, так как в этом нет никакого смысла. Сохраняются лишь вектора (наборы чисел), расстояния между которыми и сравниваются при каждой разблокировке.

Может ли iPhone или Android-смартфон «обучаться» в процессе использования? Если мы говорим именно о тренировке нейросети, тогда ответ однозначный — нет.

Сеть обучена производителем и дополнительные «тренировки» невозможны, так как это потребовало бы переобучения всей нейросети. Но когда смартфон создает вектор признаков и он находится дальше, чем нужно для разблокировки, и в то же время вы вводите верный пин-код (то есть, подтверждаете, что это ваш вектор признаков), тогда устройство может (но не факт) запомнить его и в дальнейшем пропускать.

В чем разница между Face ID на iPhone и Распознаванием лица на Android?

Обе технологии используют один и тот же принцип работы, о котором я рассказал чуть выше. Наличие одной лишь селфи-камеры на Android-смартфонах и целый набор датчиков на iPhone могут ввести в заблуждение пользователей касательно самого процесса распознавания лица.

На самом деле, все дополнительные датчики на iPhone нужны только для обнаружения витальности (или жизненности). Помимо распознавания признаков лица, еще более сложной задачей является определение того, находится ли перед камерой смартфона живое (настоящее) лицо или же это фотография/видео/маска.

Android-смартфоны с одной селфи-камерой определяют жизненность лица при помощи определенных алгоритмов. Скорее всего, вам не удастся обмануть современную разблокировку по лицу простой фотографией или даже видео с экрана. Особенно, если камера видит очертание телефона или фотографии/бумаги в ваших руках. Подобные примитивные методы моментально обнаруживаются нейросетью.

Смартфон пытается определить характерные для стекла или бумаги блики, которых не может быть на реальном лице. Также в расчет берется текстура области лица или предмета, которым вы пытаетесь заменить лицо. Анализируется муар, расфокусировка и дисторсия на снимке.

Может даже использоваться анализ микромимики, когда смартфон делает несколько снимков подряд, а затем попиксельно ищет различия.

С другой стороны, iPhone использует гораздо более эффективный метод защиты. При помощи дополнительных датчиков он строит карту глубины, то есть, видит ваше лицо в трехмерном пространстве. Соответственно, все обманные методы, связанные с использованием 2D подделок (фотографии, снимки с экрана, видео), отпадают сразу же. Остается лишь использование масок. Но и здесь нейросеть пытается обнаружить подделку.

Метод 3D-сканирования однозначно безопаснее 2D-сканирования, но не стоит полагать, что распознавание лица на Android-смартфонах очень легко обмануть. Особенно, когда речь идет о флагманах, вычислительной мощности которых достаточно для работы глубоких нейросетей.

Основные технологии распознавания лиц

В завершение хотелось бы просто перечислить самые популярные методы распознавания лиц:

• Распознавание только при помощи селфи-камеры. Это наиболее распространенный метод разблокировки на Android-смартфонах (бюджетных, средне-бюджетных и практически всех флагманах). Здесь используется предварительно обученная нейросеть, сравнивающая расстояние между векторами признаков. Главный недостаток этого метода — зависимость от освещения. В темноте разблокировка по лицу работает крайне плохо.
• Использование дополнительной ИК-подсветки. Подобная технология применяется, например, на смартфоне Huawei P40. Разница с первым методом только в том, что для распознавания совершенно нет нужды во внешнем освещении.
• Построение карты глубины. Этот метод использует те же нейросети, но анализируется трехмерный снимок лица вместо плоского. На Android-смартфонах встречается крайне редко. Например, Google Pixel 4 вместо модного Soli-радара использует ровно ту же технологию, что и Face ID на iPhone (проецируется шаблон из тысячи точек). Также некоторые флагманы Huawei используют проектор точек (Huawei Mate 20 Pro и Mate 30 Pro).

Алексей, главный редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник