Більшість людей зручно використовувати розпізнавання обличчя для його використання у фільтрах Instagram та Face ID. Але ця відносно нова технологія може здатися трохи моторошною. Ваше обличчя схоже на відбиток пальця, а технологія розпізнавання обличчя є складною.
Як і будь-яка нова технологія, у розпізнавання обличчя є недоліки. Ці недоліки стають все більш очевидними, оскільки військові, поліція, рекламодавці, і творці глибоких фейків знаходять нові хитрі способи скористатися перевагами програмного забезпечення для розпізнавання облич.
Зараз, як ніколи, людям важливо зрозуміти, як працює розпізнавання обличчя. Також важливо знати обмеження розпізнавання облич і те, як воно розвиватиметься в майбутньому.
Розпізнавання обличчя напрочуд просте
Перш ніж ознайомитися з багатьма різними засобами розпізнавання облич, важливо зрозуміти, як працює процес розпізнавання облич. Ось три програми для програмного забезпечення для розпізнавання облич і просте пояснення того, як вони розпізнають або ідентифікують обличчя:
Базове розпізнавання обличчя: для фільтрів Animoji та Instagram камера вашого телефону «шукає» визначальні риси обличчя, зокрема пару очей, носа та рота. Потім він використовує алгоритми, щоб зафіксувати обличчя та визначити, в якому напрямку воно дивиться, чи відкритий його рот тощо. Варто зазначити, що це не ідентифікація обличчя, це просто програмне забезпечення, яке шукає обличчя.
Face ID та подібні програми: після налаштування Face ID (або подібних програм) на вашому телефоні він робить фотографію вашого обличчя та вимірює відстань між вашими рисами обличчя. Потім, щоразу, коли ви йдете розблокувати телефон, він «дивиться» через камеру, щоб виміряти та підтвердити вашу особу.
Ідентифікація незнайомця: коли організація хоче ідентифікувати обличчя з метою безпеки, реклами або поліції, вона використовує алгоритми для порівняння цього обличчя з великою базою даних облич. Цей процес майже ідентичний Face ID від Apple, але в більшому масштабі. Теоретично можна використовувати будь-яку базу даних (посвідчення особи, профілі Facebook), але ідеальною є база даних із чіткими, попередньо ідентифікованими фотографіями.
Гаразд, давайте перейдемо до тонкощів. Оскільки «базове розпізнавання обличчя», що використовується для фільтрів Instagram, є таким простим і нешкідливим процесом, ми повністю зосередимося на ідентифікації обличчя та багатьох різних технологіях, які можна використовувати для ідентифікації обличчя.
Більшість розпізнавання облич ґрунтується на 2D-зображеннях
Як і слід було очікувати, більшість програмного забезпечення для розпізнавання облич повністю покладається на 2D-зображення. Але це не робиться, тому що 2D-зображення обличчя дуже точне, це зроблено для зручності. Переважна більшість камер роблять фотографії без будь-якої глибини, а загальнодоступні фотографії, які можна використовувати для баз даних розпізнавання облич (наприклад, зображення профілю Facebook), усі у 2D.
Чому двовимірне зображення обличчя не надто точне? Ну, тому що плоскому зображенню вашого обличчя не вистачає ідентифікаційних рис, наприклад глибини. За допомогою плоского зображення комп’ютер може виміряти відстань зіниць, ширину рота та інші параметри. Але це не може визначити довжину вашого носа чи виступаність вашого чола.
Крім того, 2D-зображення обличчя покладається на спектр видимого світла. Це означає, що 2D-зображення обличчя не працює в темряві, і воно може бути ненадійним в умовах фанкового або темного освітлення.
Очевидно, що деякі з цих недоліків можна обійти за допомогою 3D-зображення обличчя. Але як це можливо? Чи потрібне спеціальне обладнання, щоб побачити обличчя в 3D?
ІЧ-камери додають глибину вашій особистості
Хоча деякі програми розпізнавання облич покладаються виключно на 2D-зображення, нерідко для розпізнавання облич також використовуються 3D-зображення. Насправді, ваш досвід з розпізнаванням обличчя, ймовірно, включає в себе щіпку 3D.
Це досягається за допомогою техніки під назвою лідар, яка схожа на гідролокатор. По суті, пристрої для сканування обличчя, як-от ваш iPhone, виділяють нешкідливу ІЧ-матрицю на ваше обличчя. Ця матриця (стіна з лазерів) потім відбивається від вашого обличчя та отримується ІЧ-камерою (або ToF-камерою) на вашому телефоні.
Де відбувається магія 3D? ІЧ-камера вашого телефону вимірює, скільки часу потрібно, щоб кожен елемент ІЧ-світла відбивався від вашого обличчя та повертався до телефону. Природно, світло, яке відбивається від вашого носа, матиме коротший шлях, ніж світло, яке відбивається від ваших вух, і ІЧ-камера використовує цю інформацію для створення унікальної карти глибини вашого обличчя. При використанні разом із основними 2D-зображеннями 3D-зображення можуть значно підвищити точність програмного забезпечення для розпізнавання обличчя.
Лідарне зображення — це дивна концепція, яку важко зрозуміти. Якщо це допомагає, спробуйте уявити, що ІЧ-сітка з вашого телефону (або будь-якого пристрою розпізнавання обличчя) є іграшка pin-board. Як іграшка з дошки, ваше обличчя залишає поглиблення в ІЧ-сітці, де ваш ніс помітно глибше, скажімо, очі.
Тепловізор дозволяє розпізнаванню облич працювати вночі
Одним із недоліків 2D розпізнавання обличчя є те, що воно покладається на видимий спектр світла. З точки зору неспеціаліста, базове розпізнавання обличчя не працює в темряві. Але це можна обійти за допомогою тепловізійної камери (так, як у Tom Clancy).
«Зачекайте хвилинку, — скажете ви, — чи теплові зображення не покладаються на ІЧ-світло?» Так. Але тепловізійні камери не випромінюють вибухи ІЧ-світла; вони просто виявляють ІЧ-світло, яке випромінює об’єкти. Теплі об’єкти випромінюють тонну ІЧ-світла, тоді як холодні об’єкти випромінюють незначну кількість ІЧ-світла. Дорогі тепловізійні камери можуть навіть виявляти незначні перепади температури на всій поверхні, тому ця технологія ідеально підходить для розпізнавання облич.
Зображення спектру видимого світла, теплові зображення та композиційне теплові зображення.
Є a кілька різних способів ідентифікувати обличчя за допомогою тепловізора. Усі ці методи неймовірно складні, але у них є деяка фундаментальна схожість, тому ми спробуємо зробити все простішим за допомогою списку:
Необхідно кілька фотографій: тепловізійна камера робить кілька знімків обличчя об’єкта. Кожна фотографія фокусується на різному спектрі ІЧ-світла (довгі, короткі та середні хвилі). Як правило, довгохвильовий спектр забезпечує найбільше деталей обличчя.
Корисні карти кровоносних судин: ці ІЧ-зображення також можна використовувати для виділення утворення кровоносних судин на обличчі людини. Це моторошно, але карти кровоносних судин можна використовувати як унікальні відбитки пальців обличчя. Їх також можна використовувати, щоб знайти відстань між органами обличчя (якщо звичайне тепловізійне зображення дає неякісні зображення) або визначити синці та шрами.
Об’єкт можна ідентифікувати: складене зображення (або набір даних) створюється за допомогою кількох ІЧ-зображень. Потім це складене зображення можна порівняти з базою даних обличчя, щоб ідентифікувати об’єкт.
Звичайно, теплове розпізнавання обличчя зазвичай використовується військовими, це не те, що ви знайдете в Khols, і це не те, що вийде з вашим наступним мобільним телефоном. Крім того, тепловізор погано працює вдень (або в добре освітленому середовищі), тому він не має багато потенційних застосувань за межами військових.
Обмеження розпізнавання облич
Ми витратили багато часу на розмови про недоліки розпізнавання облич. Як ми бачили з ІЧ- та тепловізійних зображень, деякі з цих обмежень можна подолати. Але є ще кілька проблем, які ще не вирішені:
Перешкода: як і слід було очікувати, сонцезахисні окуляри та інші аксесуари можуть спрацювати програмне забезпечення розпізнавання обличчя.
Пози: розпізнавання обличчя найкраще працює з нейтральним зображенням, спрямованим вперед. Нахил або поворот голови може ускладнити розпізнавання обличчя, навіть для програмного забезпечення для розпізнавання на основі ІЧ. Крім того, посмішка, надуті щоки чи будь-яка інша поза можуть змінити те, як комп’ютер вимірює ваше обличчя.
Світло: всі форми розпізнавання обличчя покладаються на світло, будь то видимий спектр чи ІЧ-світло. Як наслідок, дивні умови освітлення можуть знизити точність розпізнавання обличчя. Це може змінитися, оскільки вчені зараз розвиваються технологія розпізнавання обличчя на основі сонара.
База даних: без хорошої бази даних розпізнавання обличчя не може працювати. У цьому ж сенсі неможливо визначити обличчя, яке не було ідентифіковано правильно в минулому.
Обробка даних: залежно від розміру та формату бази даних, комп’ютерам може знадобитися деякий час, щоб правильно ідентифікувати обличчя. У деяких ситуаціях, як-от поліція, обмеження в обробці даних обмежують використання ідентифікації обличчя для повсякденних додатків (що, ймовірно, добре).
На даний момент найкращим способом обійти ці обмеження є використання інших форм ідентифікації в поєднанні з розпізнаванням обличчя. Ваш телефон запитає пароль або відбиток пальця, якщо не вдасться ідентифікувати ваше обличчя китайський уряд використовує ідентифікаційні картки та технологію відстеження, щоб закрити межу похибки, яка існує в його мережі розпізнавання облич.
У майбутньому вчені обов’язково знайдуть спосіб обійти ці проблеми. Вони можуть використовувати технологію гідролокатора разом з лідаром для створення 3D-карт обличчя в будь-якому середовищі, і вони можуть знайти способи обробити дані про обличчя (і ідентифікувати незнайомців) за неймовірно короткий проміжок часу. У будь-якому випадку, ця технологія має великий потенціал для зловживань, тому варто не відставати від неї.
Джерела: Університет Рієки, Фонд «Електронний кордон».