Wie funktioniert eine 3D-Gesichtserkennungskamera
Heutzutage Intelligentes Schlosss sind mit 3D-Gesichtserkennungskameras ausgestattet. Wenn Sie vor der Tür stehen, müssen Sie Ihre Hand nicht ausstrecken. Das Türschloss „erkennt“ Sie und öffnet automatisch. Diese berührungslose Entriegelungsmethode ist sowohl bequem als auch sicher und besonders bei Familien mit älteren Menschen oder Kindern beliebt. Aber Sie fragen sich vielleicht: Wie kann diese winzige Kamera Personen genau erkennen? Was ist der Unterschied zwischen ihr und Handyfotos oder herkömmlichen Überwachungskameras? Tatsächlich funktioniert eine 3D-Gesichtserkennungskamera so, als würde man eine Karte Ihres Gesichts zeichnen und dann Ihre Identität durch Vergleich mit der Karte bestätigen. Der gesamte Vorgang ist schnell und präzise. Dieser Artikel erklärt in einfachen Worten, wie es genau funktioniert.
Der erste Schritt: Geben Sie Ihrem Gesicht durch ein „Foto“ einen dreidimensionalen Effekt
Die Fotos, die mit gewöhnlichen Kameras aufgenommen werden, sind flach, genau wie die Selfies, die wir mit unseren Mobiltelefonen machen. Wir können nur die Umrisse des Gesichts und die Positionen der Gesichtszüge erkennen, ohne Tiefe. Das Bemerkenswerte an 3D-Gesichtserkennungskameras lügen in ihrer Fähigkeit, die dreidimensionale Wirkung des Gesichts zu „sehen“ – etwa wie weit die Nase aus den Wangen hervorsteht, den Höhenunterschied zwischen Stirn und Kinn und sogar den Grad der Augentiefenlage.
Wie ist das möglich? Es gibt zwei gängige Methoden, die beide sehr raffiniert sind. Eine davon ist die „Lichtdistanzmessung“: Auf der Kamera befindet sich eine Reihe kleiner Infrarotlichter. Wenn Sie vor der Tür stehen, strahlen diese Lichter leise, für das menschliche Auge unsichtbares Infrarotlicht aus und leuchten Ihr Gesicht wie eine Taschenlampe an. Da das Gesicht dreidimensional ist, befinden sich verschiedene Teile (wie Nasenspitze, Wangen und Kinn) in unterschiedlichen Abständen von der Kamera, und auch Intensität und Dauer des reflektierten Infrarotlichts variieren. Die Kamera fungiert als „Lineal“: Sie berechnet die Tiefe jedes Gesichtspunkts anhand der Zeitdifferenz, die das reflektierte Licht benötigt, und erstellt schließlich ein dreidimensionales „Gesichtsbild“ mit Tiefeninformationen.
Eine andere Methode ähnelt eher der „Projektionsmalerei“: Das kleine Gerät an der Kamera projiziert unzählige winzige Lichtpunkte (für das bloße Auge fast unsichtbar), die dann bestimmte Muster auf dem Gesicht bilden. Da das Gesicht dreidimensional ist, verformen sich die Muster an verschiedenen Stellen – beispielsweise werden sie auf der hohen Nase „gestreckt“, und auf den eingesunkenen Augenhöhlen „gedrängt“. Nachdem die Kamera diese verformten Muster erfasst hat, kann sie durch Messung des Verformungsgrades die dreidimensionale Struktur des Gesichts berechnen.
Unabhängig von der verwendeten Methode besteht das ultimative Ziel darin, ein 3D-Gesichtsmodell mit „Höhen und Tiefen“ zu erhalten, genau wie eine kleine Gesichtsfigur aus Ton und nicht wie ein flaches Gemälde. Dieser Schritt ist der wichtigste Teil der 3D-Gesichtserkennung und auch der Schlüssel zu ihrer höheren Sicherheit im Vergleich zur gewöhnlichen 2D-Gesichtserkennung – schließlich ist es fast unmöglich, eine Kamera, die „Tiefe wahrnehmen“ kann, durch das Halten eines Fotos oder Videos zu täuschen.
Schritt 2: Markieren Sie die „charakteristischen Punkte“ auf dem Gesicht
Nach der Erstellung des 3D-Gesichtsmodells durchsucht die Kamera das Gesicht nicht von Kopf bis Fuß. Stattdessen erfasst sie schnell die markantesten Merkmale – so wie wir uns bei einer Person zuerst an ihre hohe Nase, ihre runden Augen oder ein Muttermal am Mundwinkel erinnern. Diese ausgewählten „Merkmale“ werden technisch als „Merkmalspunkte“ bezeichnet.
Die 3D-Kamera des Smart Locks markiert automatisch Dutzende bis Hunderte von Merkmalspunkten auf Ihrem 3D-Gesichtsmodell. Zum Beispiel: der Abstand vom Augenwinkel zum Brauenknochen, die Höhe von der Nasenspitze bis zur Oberlippe, der Vorsprung der Wangenknochen, die Krümmung des Kinns und sogar die Fülle der Stirn. Diese Merkmalspunkte werden nicht zufällig ausgewählt. Sie sind die stabilsten und am schwersten zu verändernden Teile des menschlichen Gesichts – wenn Sie sich beispielsweise die Haare schneiden lassen, Ihre Frisur ändern oder leichtes Make-up auftragen, bleiben diese Merkmalspunkte nahezu unberührt und die Kamera kann sie dennoch genau identifizieren.
Dies ist beispielsweise so, als würden Sie eine „Karte“ Ihres Gesichts zeichnen. Auf der Karte sind nicht die Straßen und Gebäude markiert, sondern die „Höhe“ und die relativen Positionen von Körperteilen wie Nase, Augen und Wangen. Diese „Karte“ ist für jeden Menschen einzigartig. Selbst bei Zwillingen können die feinen Unterschiede in den Merkmalspunkten von der Kamera erfasst werden.
Schritt 3: Schneller Vergleich zur Bestätigung „Sind Sie es?“
Nach dem Markieren der Merkmalspunkte ist der Vergleich der nächste entscheidende Schritt bei der „Personenerkennung“. Tatsächlich hat das System Sie bei der ersten Verwendung des Smart Locks bereits aufgefordert, vor der Tür zu stehen, mehrere „Standardfotos“ mit einer 3D-Kamera aufgenommen und das zu diesem Zeitpunkt generierte 3D-Gesichtsmodell und die Merkmalspunkte im Schloss gespeichert, was der Erstellung einer „Identitätsdatei“ für Sie entspricht.
Wenn Sie wieder vor der Tür stehen, führt die Kamera die ersten beiden Schritte (Erstellen eines 3D-Gesichtsmodells und Markieren von Merkmalspunkten) innerhalb von ein bis zwei Sekunden aus und ruft anschließend sofort die zuvor im Schloss gespeicherte „Identitätsdatei“ ab. Dabei vergleicht sie die neu generierten Merkmalspunkte nacheinander mit denen in der Datei. Ähnlich wie bei der Überprüfung eines Personalausweises vergleicht die Polizei das Foto mit der betreffenden Person, nur dass die Kamera hier detailliertere 3D-Merkmalspunkte vergleicht.
Beim Vergleichen ist es nicht erforderlich, dass alle Merkmalspunkte exakt gleich sind (schließlich kann sich der Zustand einer Person täglich leicht ändern, z. B. ist sie morgens etwas geschwollen oder hat einen anderen Gesichtsausdruck), sondern es wird der allgemeine Übereinstimmungsgrad betrachtet. Stimmen die meisten Merkmalspunkte überein (z. B. Nasenhöhe, Augenabstand und Kinnwölbung), erkennt das System, dass es sich um die Person handelt, und sendet ein Signal an das Smart Lock, um es zu öffnen. Der gesamte Vergleichsprozess ist so schnell, dass man ihn kaum bemerkt. Vom Stillstand bis zum Türschloss Öffnen dauert es oft weniger als eine Sekunde.
Keine Angst vor Täuschung: Warum können Fotos und Videos es nicht täuschen?
Viele Menschen machen sich Sorgen: Wenn jemand mein Foto hochhält oder ein Video von mir macht, während ich in die Kamera blicke, wird er dann „ausgetrickst“ und öffnet die Tür? Eigentlich besteht überhaupt kein Grund zur Angst. Kameras mit 3D-Gesichtserkennung sind in dieser Hinsicht schon lange gut vorbereitet.
Weil es „dreidimensionale Gesichter“ erkennt, während Fotos und Videos alle flach sind und keine echten Tiefeninformationen enthalten. Wenn Sie beispielsweise ein gedrucktes Foto vor eine Kamera halten und das Infrarotlicht der Kamera hindurchgeht, ist das reflektierte Signal flach, ohne Höhenunterschied zwischen Nase und Wangen. Das System erkennt sofort: „Das ist keine echte Person.“ Selbst bei hochauflösendem Video sind die Gesichter im Video immer noch flache Bilder ohne echte Lichtpunktverzerrung oder Tiefendaten und können von der Kamera problemlos erkannt werden.
Die 3D-Kameras einiger hochwertiger Smart Locks ermöglichen zudem eine „Live-Körpererkennung“, z. B. durch Blinzeln, leichtes Kopfdrehen und andere kleine Bewegungen oder durch die Messung der Hauttemperatur – all dies ist mit einfachen Fotos oder Videos nicht möglich. Daher sind Smart Locks mit 3D-Gesichtserkennung schwieriger zu knacken als solche mit Passwörtern oder Kartenleser, was ihre Sicherheit deutlich erhöht.
Passt sich verschiedenen Umgebungen an: Kann es auch im Dunkeln und mit Hut erkennen
Ein weiteres praktisches Merkmal der 3D-Gesichtserkennungskamera ist ihre präzise Funktion bei Tag und Nacht sowie bei allen Lichtverhältnissen. Denn sie nutzt zur Erfassung von 3D-Informationen hauptsächlich Infrarotlicht oder Lichtpunktmuster und nicht sichtbares Licht.
Wenn beispielsweise nachts die Lichter im Flur nicht eingeschaltet sind, kann eine normale Kamera möglicherweise kein klares Bild des Gesichts aufnehmen, aber das Infrarotlicht einer 3D-Kamera kann immer noch einwandfrei funktionieren und dennoch ein klares 3D-Rendermodell. An einem sonnigen Tag, wenn die Sonne direkt scheint und starkes Licht und Schatten auf das Gesicht fallen, wird dies nicht beeinträchtigt, da Infrarotlicht nicht durch sichtbares Licht gestört wird.
Selbst wenn Sie einen Hut oder eine Brille tragen oder einen Pony haben, kann die Kamera die Erkennung anhand der sichtbaren Merkmalspunkte abschließen, solange wichtige Körperteile wie Stirn, Augenpartie, Nase und Mund freiliegen. Sofern nicht das gesamte Gesicht bedeckt ist (z. B. durch eine Vollmaske), ist die Beurteilung kaum beeinträchtigt – dies ist besonders praktisch für Menschen, die im Winter Masken und Hüte tragen.
Zusammenfassung: Das Geheimnis von Schnelligkeit, Genauigkeit und Sicherheit
Vereinfacht ausgedrückt funktioniert eine 3D-Gesichtserkennungskamera wie folgt: Erfassung von 3D-Tiefeninformationen des Gesichts mit Infrarotlicht oder Lichtpunkten → Markierung eindeutiger Merkmalspunkte → Vergleich mit vorgespeicherten Merkmalspunkten → Entsperren nach Bestätigung der Identität. Der gesamte Vorgang ist berührungslos, schnell (innerhalb von 1 Sekunde abgeschlossen), kann Täuschungen auf Fotos und Videos erkennen und ist an verschiedene Lichtverhältnisse anpassbar.
Diese Technologie hebt das Benutzererlebnis intelligenter Schlösser auf ein neues Niveau – beim Tragen von Gegenständen oder beim Halten eines Kindes muss der Gegenstand nicht mehr abgelegt werden, um nach Schlüsseln zu suchen oder Passwörter einzugeben. Ältere Menschen mit schwachen Fingergelenken oder Kinder, die den Fingerabdruckerkennungsbereich nicht erreichen können, können das Schloss im Stehen öffnen. Genau diese praktischen und sicheren Funktionen haben 3D-Gesichtserkennungskameras zur Standardausrüstung immer mehr intelligenter Schlösser gemacht und unser Leben einfacher und entspannter gemacht.