V tomto blogovém příspěvku se jednoduše a přímočaře podíváme na principy a procesy, které stojí za tím, jak počítače rozpoznávají lidské tváře.

Jaké principy jsou základem rozpoznávání obličejů?

Pravděpodobně jste si alespoň jednou jako dítě zahráli hru, ve které jste museli dokončit lidský obličej. V této hře si nejprve vyberete tvar obličeje, poté si postupně vyberete účes, oči, nos a ústa a umístíte je na obličej. Přepínáním mezi různými účesy, očima, nosy a ústy si můžete vytvořit obličej, který chcete. Způsob, jakým počítače rozpoznávají a porovnávají obličeje, se od tohoto příliš neliší. Počítače identifikují a ukládají rysy obličeje; když je zadána nová fotografie obličeje, porovnají ji s uloženými rysy, aby určily, o koho se jedná.
Nedávným příkladem snadno dostupné technologie rozpoznávání obličeje je aplikace pro rozpoznávání obličeje (App). Tyto aplikace předem extrahují a ukládají klíčové rysy – jako jsou kontury obličeje, oči, nos a ústa – z fotografií celebrit. Později, když fotoaparát zachytí obličej osoby, aplikace extrahuje rysy obličeje stejným způsobem a porovná je s uloženými rysy obličeje celebrit, aby identifikovala a zobrazil osobu, která se nejvíce shoduje.

Jak počítač rozpozná obličej?

Nyní se podívejme na proces rozpoznávání obličeje v počítači. Rozpoznávání obličeje se skládá ze čtyř hlavních fází: vstup, detekce obličeje, extrakce prvků a porovnání.
Ve vstupní fázi je jeden snímek z fotografie nebo videa přenesen do počítače prostřednictvím vstupního zařízení. Obecně platí, že čím vyšší je rozlišení vstupního zařízení a čím vyšší je počet snímků za sekundu (FPS), tím přesněji lze rozpoznávat tváře. Tento princip je podobný tomu, jak osoba s dobrým zrakem dokáže přesněji rozpoznat tvář někoho stojícího v dálce.
Ve fázi detekce obličeje systém nejprve zkontroluje, zda se na vstupní fotografii nebo videu nachází obličej. Za tímto účelem identifikuje obrys obličeje a klíčové rysy, jako jsou oči, nos a ústa. I když se v současnosti používá řada technik detekce obličeje, my se zde zaměříme na reprezentativní metodu detekce podobnou Haarově metodě.
Haarova detekční metoda využívá Haarovy vlnky. Vlnka je jednoduchý obdélníkový vzor složený z černých a bílých oblastí. Tyto černobílé oblasti se používají k identifikaci oblastí v obraze, kde se vyskytují rozdíly v jasu. Aplikováním vlnek různých velikostí a tvarů na celý vstupní obraz nebo video a následným zachováním pouze míst, kde je rozdíl jasu mezi černými a bílými oblastmi významný, dokáže systém efektivně detekovat obrys obličeje a klíčové rysy obličeje, jako jsou oči, nos, ústa a obočí. Tento proces dále umožňuje extrakci informací o poloze týkajících se rysů obličeje.
Například při extrakci informací o očích jsou černé oblasti vlnky umístěny tak, aby odpovídaly relativně tmavým oblastem – jako je zornice – zatímco bílé oblasti odpovídají světlým oblastem, jako je kůže. Využitím těchto rozdílů v jasu lze efektivně detekovat polohu a tvar očí.

Jak se extrahují rysy obličeje?

Jakmile je fáze detekce obličeje dokončena, systém rozhodne, zda pokračovat do fáze extrakce prvků.
Ve fázi extrakce prvků se extrahují rysy obličeje, aby se plně využily komponenty obličeje identifikované během fáze detekce obličeje. Na rozdíl od fáze detekce obličeje tento proces zahrnuje krok předzpracování. Vzhledem k tomu, že úhel natočení, velikost a intenzita osvětlení obličejů se u každé fotografie nebo videa liší, provádí se proces normalizace, aby se co nejvíce standardizovaly. Barevné fotografie nebo videa lze navíc v případě potřeby převést na černobílé snímky.
Například původní fotografie je převedena do stupňů šedi, poté je oříznuta pouze oblast obličeje a její velikost je změněna na jednotnou velikost a provede se vyrovnání histogramu pro korekci jasu. Pomocí informací o poloze složek obličeje získaných během fáze detekce obličeje jsou z fotografií nebo videí, které prošly tímto předzpracováním, extrahovány rysy obličeje.

Jak se používají extrahované rysy obličeje?

Během fáze porovnávání jsou informace o těchto extrahovaných komponentách obličeje buď uloženy v databázi (DB), nebo porovnány s existujícími daty o obličeji, aby se identifikovala nejlepší shoda.
Nyní jsme prozkoumali proces počítačového rozpoznávání obličejů. Ještě před několika desetiletími se myšlenka počítače rozlišujícího mezi lidmi jevila jako technologie vzdálená realitě. S rychlým pokrokem počítačového hardwaru, softwaru a technologií umělé inteligence se však rozpoznávání obličejů nyní široce používá v různých oblastech – včetně chytrých telefonů a notebooků, ale i v oblasti kontroly přístupu, finančních služeb a bezpečnosti letišť. Technologie, která umožňuje počítačům rozpoznávat lidské tváře, dnes již není příběhem budoucnosti, ale stala se technologií, která je přirozeně integrována do našeho každodenního života.