Většina z nás vnímá rozpoznávání obličeje jako užitečnou funkci pro filtry na Instagramu nebo pro odemykání telefonu pomocí Face ID. Nicméně, tato poměrně nová technologie může vzbuzovat i obavy. Váš obličej je unikátní, podobně jako otisk prstu, a mechanismy rozpoznávání obličeje jsou sofistikované.
Jako každá nová technologie, i rozpoznávání obličeje má svá úskalí. Tyto nedostatky se stávají zřetelnějšími, když se armáda, policie, reklamní společnosti a tvůrci deepfake videí snaží nalézt nové způsoby využití tohoto softwaru.
Je proto klíčové, aby lidé pochopili, jak rozpoznávání obličeje funguje. Stejně tak je důležité být si vědom omezení této technologie a toho, jak se může vyvíjet v budoucnu.
Jak funguje rozpoznávání obličeje?
Předtím, než se ponoříme do různých aplikací rozpoznávání obličeje, je důležité pochopit, jak vlastně tento proces probíhá. Zde jsou tři příklady použití softwaru pro rozpoznávání obličeje a jednoduché vysvětlení jejich fungování:
Základní rozpoznávání obličeje: Filtry Animoji nebo Instagram hledají ve fotografii klíčové rysy obličeje, zejména oči, nos a ústa. Pomocí algoritmů pak zafixují obličej a určí, kam se osoba dívá, zda má otevřená ústa a tak dále. Důležité je, že nejde o identifikaci, ale pouze o vyhledání obličeje.
Face ID a podobné systémy: Po nastavení Face ID váš telefon vyfotí váš obličej a změří vzdálenosti mezi jednotlivými rysy. Poté, pokaždé, když odemykáte telefon, kamera znovu změří a porovná obličej, aby ověřila vaši identitu.
Identifikace neznámé osoby: Pokud organizace potřebuje identifikovat obličej pro bezpečnostní, reklamní nebo policejní účely, používá algoritmy k porovnání s velkou databází tváří. Tento proces je podobný Face ID, ale ve větším měřítku. Teoreticky lze použít jakoukoli databázi (například občanské průkazy nebo facebookové profily), ideální jsou však jasné, předem identifikované fotografie.
Zaměřme se nyní na identifikaci obličeje, protože “základní rozpoznávání obličeje” používané ve filtrech Instagramu je příliš jednoduché a neškodné. Podívejme se na různé technologie, které se pro identifikaci používají.
2D obrazy jsou základem většiny systémů rozpoznávání obličeje
Jak se dá očekávat, většina softwaru pro rozpoznávání obličeje se spoléhá na 2D obrazy. A to ne proto, že by byly super přesné, ale z důvodu praktičnosti. Většina kamer nefotí s hloubkou a i veřejné fotografie, například profilové fotky na sociálních sítích, jsou 2D.
Proč tedy 2D zobrazení obličeje není super přesné? Protože postrádá identifikační prvky, jako je hloubka. Počítač dokáže z 2D obrazu změřit vzdálenost mezi zornicemi nebo šířku úst, ale nemůže určit délku nosu nebo tvar čela.
2D zobrazení navíc využívá pouze viditelné světelné spektrum. To znamená, že ve tmě nefunguje a může být nespolehlivé v rušném nebo stíněném prostředí.
Řešením by bylo používání 3D zobrazení obličeje. Jak je to ale možné? Potřebujete speciální vybavení?
Infračervené kamery dodávají identitě hloubku
Zatímco některé aplikace používají pouze 2D obrazy, není neobvyklé, že se rozpoznávání obličeje opírá také o 3D zobrazení. Ve skutečnosti i vaše zkušenost s rozpoznáváním obličeje pravděpodobně zahrnuje 3D prvky.
Toho je dosaženo pomocí techniky zvané lidar, která je podobná sonaru. Zařízení pro skenování obličeje, například váš iPhone, vyšle do vašeho obličeje neškodnou infračervenou matici. Tato matice se odrazí od vašeho obličeje a je zachycena infračervenou kamerou (nebo ToF kamerou) na vašem telefonu.
Jak se děje 3D kouzlo? Infračervená kamera vašeho telefonu měří, jak dlouho trvá, než se jednotlivé části infračerveného světla odrazí od vašeho obličeje a vrátí zpět do telefonu. Světlo odražené od vašeho nosu má kratší dráhu než světlo odražené od uší, a infračervená kamera tyto informace využívá k vytvoření unikátní hloubkové mapy vašeho obličeje. V kombinaci se základním 2D zobrazením může 3D zobrazení výrazně zvýšit přesnost rozpoznávání.
Lidar zobrazování může být obtížné si představit. Pokud to pomůže, představte si infračervenou síť z vašeho telefonu jako hru s hřebíky. Váš obličej na infračervené síti zanechá prohlubeň, kde je nos znatelně hlubší než například oči.
Termální zobrazení umožňuje rozpoznávání obličeje i v noci
Jedním z nedostatků 2D rozpoznávání obličeje je jeho závislost na viditelném světelném spektru. Laicky řečeno, ve tmě nefunguje. To lze ale obejít použitím termovizní kamery.
Možná se ptáte, zda se termovizní zobrazení také nespoléhá na infračervené světlo. Ano, ale termovizní kamery nevysílají infračervené světlo. Pouze detekují infračervené světlo, které vyzařují objekty. Teplé objekty vyzařují hodně infračerveného světla, studené naopak málo. Drahé termovizní kamery dokážou detekovat i nepatrné teplotní rozdíly na povrchu, takže je tato technologie ideální pro rozpoznávání obličeje.
Snímek spektra viditelného světla, termosnímek a složený termosnímek.
Existuje několik různých způsobů identifikace obličeje pomocí termovize. Všechny tyto techniky jsou neuvěřitelně složité, ale mají některé společné prvky. Pokusme se je zjednodušit:
Je potřeba více fotografií: Termokamera pořídí více snímků obličeje. Každá fotografie se zaměřuje na jiné spektrum infračerveného světla (dlouhé, krátké a střední vlny). Spektrum dlouhých vln obvykle poskytuje nejvíce detailů obličeje.
Mapy krevních cév jsou užitečné: Z těchto infračervených snímků lze také extrahovat mapy krevních cév v obličeji. Tyto mapy lze použít jako jedinečné otisky obličeje. Lze je také použít k určení vzdáleností mezi rysy obličeje, k identifikaci modřin a jizev.
Identifikace subjektu: Ze získaných infračervených snímků se vytvoří složený obraz nebo datový soubor, který lze porovnat s databází obličejů za účelem identifikace.
Termální rozpoznávání obličeje se obvykle používá armádou a nenajdeme ho v běžných obchodech. Navíc ve dne nefunguje dobře, takže nemá mnoho potenciálních využití mimo armádu.
Omezení rozpoznávání obličeje
Probrali jsme si spoustu nedostatků rozpoznávání obličejů. Viděli jsme, že některé z nich lze překonat infračerveným a termálním zobrazením. Stále ale existují problémy, které dosud nebyly vyřešeny:
Překážky: Sluneční brýle a další doplňky mohou narušit rozpoznávání obličeje.
Pózy: Rozpoznávání obličeje funguje nejlépe s neutrální fotkou obličeje směřujícího dopředu. Naklonění nebo otočení hlavy může ztížit rozpoznávání i pro infračervený software. Úsměv, nafouknuté tváře a další pózy také mění způsob, jakým počítač měří váš obličej.
Světlo: Všechny formy rozpoznávání obličeje závisí na světle, ať už viditelném nebo infračerveném. Neobvyklé světelné podmínky proto mohou snížit přesnost identifikace. Nicméně, vědci pracují na vývoji technologie rozpoznávání obličeje založené na sonaru.
Databáze: Bez kvalitní databáze nemůže rozpoznávání obličeje fungovat. Je také nemožné identifikovat obličej, který v minulosti nebyl správně identifikován.
Zpracování dat: V závislosti na velikosti a formátu databáze může počítačům trvat déle, než správně identifikují tváře. V některých situacích, například při policejní práci, omezení zpracování dat omezují využití rozpoznávání obličeje v každodenních aplikacích.
V současné době se nejlépe daří obejít tato omezení kombinací rozpoznávání obličeje s dalšími formami identifikace. Pokud telefon nemůže rozpoznat váš obličej, požádá vás o heslo nebo otisk prstu. Čínská vláda používá kombinaci ID karet a sledovací technologie k odstranění chyb, které se vyskytují v jejich síti rozpoznávání obličeje.
V budoucnu vědci jistě najdou způsob, jak tyto problémy vyřešit. Mohou používat sonarovou technologii spolu s lidarem k vytvoření 3D map obličeje v jakémkoli prostředí a mohou najít způsoby, jak zpracovat data obličejů (a identifikovat cizí lidi) v krátkém čase. Vzhledem k potenciálu zneužití je důležité držet krok s tím, jak se tato technologie vyvíjí.
Zdroje: Univerzita v Rijece, Nadace Electronic Frontier Foundation