V tomto blogovom príspevku sa jednoducho a priamočiaro pozrieme na princípy a procesy, ktoré stoja za tým, ako počítače rozpoznávajú ľudské tváre.
Aké princípy sú základom rozpoznávania tváre?
Pravdepodobne ste už ako dieťa hrali hru, v ktorej ste museli dokončiť ľudskú tvár. V tejto hre si najprv vyberiete tvar tváre, potom si postupne vyberiete účes, oči, nos a ústa a umiestnite ich na tvár. Prepínaním medzi rôznymi účesmi, očami, nosmi a ústami si môžete vytvoriť tvár, ktorú chcete. Spôsob, akým počítače rozpoznávajú a porovnávajú tváre, sa od tohto veľmi nelíši. Počítače identifikujú a ukladajú črty tváre; keď sa zadá nová fotografia tváre, porovnajú ju s uloženými črtami, aby určili, o koho ide.
Nedávnym príkladom ľahko dostupnej technológie rozpoznávania tváre je aplikácia na rozpoznávanie tváre (App). Tieto aplikácie vopred extrahujú a ukladajú kľúčové prvky – ako sú kontúry tváre, oči, nosy a ústa – z fotografií celebrít. Neskôr, keď fotoaparát zachytí tvár osoby, aplikácia extrahuje črty tváre rovnakým spôsobom a porovná ich s uloženými črtami tváre celebrít, aby identifikovala a zobrazila osobu, ktorá sa najviac zhoduje.
Ako počítač rozpozná tvár?
Teraz sa pozrime na proces rozpoznávania tváre v počítači. Rozpoznávanie tváre pozostáva zo štyroch hlavných fáz: vstup, detekcia tváre, extrakcia prvkov a porovnanie.
Vo vstupnej fáze sa jeden záber z fotografie alebo videa prenesie do počítača prostredníctvom vstupného zariadenia. Vo všeobecnosti platí, že čím vyššie je rozlíšenie vstupného zariadenia a čím vyšší je počet snímok za sekundu (FPS), tým presnejšie je možné rozpoznať tváre. Tento princíp je podobný tomu, ako osoba s dobrým zrakom dokáže presnejšie rozpoznať tvár niekoho, kto stojí ďaleko.
Vo fáze detekcie tváre systém najprv skontroluje, či sa na vstupnej fotografii alebo videu nachádza tvár. Za týmto účelom identifikuje obrys tváre a kľúčové znaky, ako sú oči, nos a ústa. Hoci sa v súčasnosti používa niekoľko techník detekcie tváre, my sa tu zameriame na reprezentatívnu metódu detekcie podobnú Haarovej metóde.
Haarova metóda detekcie využíva Haarove vlnky. Vlnka je jednoduchý obdĺžnikový vzor zložený z čiernych a bielych oblastí. Tieto čiernobiele oblasti sa používajú na identifikáciu oblastí v obraze, kde sa vyskytujú rozdiely v jase. Aplikáciou vlniek rôznych veľkostí a tvarov na celý vstupný obraz alebo video a následným zachovaním iba miest, kde je rozdiel jasu medzi čiernymi a bielymi oblasťami významný, dokáže systém efektívne detekovať obrys tváre a kľúčové črty tváre, ako sú oči, nos, ústa a obočie. Okrem toho tento proces umožňuje aj extrakciu informácií o polohe týkajúcich sa čŕt tváre.
Napríklad pri extrakcii informácií o očiach sú čierne oblasti vlnky umiestnené tak, aby zodpovedali relatívne tmavým oblastiam – ako je zrenica – zatiaľ čo biele oblasti zodpovedajú svetlým oblastiam, ako je pokožka. Využitím týchto rozdielov v jase je možné efektívne zistiť polohu a tvar očí.
Ako sa extrahujú črty tváre?
Po dokončení fázy detekcie tváre systém rozhodne, či má pokračovať do fázy extrakcie prvkov.
Vo fáze extrakcie prvkov sa extrahujú črty tváre, aby sa plne využili komponenty tváre identifikované počas fázy detekcie tváre. Na rozdiel od fázy detekcie tváre tento proces zahŕňa krok predspracovania. Keďže uhol natočenia, veľkosť a intenzita osvetlenia tvárí sa pri každej fotografii alebo videu líšia, vykonáva sa proces normalizácie, aby sa čo najviac štandardizovali. Okrem toho je možné farebné fotografie alebo videá podľa potreby previesť na čiernobiele obrázky.
Napríklad, pôvodná fotografia sa prevedie do odtieňov sivej, potom sa oreže iba oblasť tváre a jej veľkosť sa zmení na jednotnú veľkosť a vykoná sa vyrovnanie histogramu na korekciu jasu. Pomocou informácií o polohe komponentov tváre získaných počas fázy detekcie tváre sa z fotografií alebo videí, ktoré prešli týmto predspracovaním, extrahujú črty tváre.
Ako sa používajú extrahované črty tváre?
Počas fázy porovnávania sa informácie o týchto extrahovaných zložkách tváre buď ukladajú do databázy (DB), alebo sa porovnávajú s existujúcimi údajmi o tvári, aby sa identifikovala najlepšia zhoda.
Teraz sme preskúmali proces počítačového rozpoznávania tvárí. Len pred niekoľkými desaťročiami sa predstava počítača rozlišujúceho medzi ľuďmi zdala byť technológiou vzdialenou od reality. S rýchlym pokrokom počítačového hardvéru, softvéru a technológií umelej inteligencie sa však rozpoznávanie tvárí dnes široko používa v rôznych oblastiach – vrátane smartfónov a notebookov, ako aj v oblasti kontroly prístupu, finančných služieb a bezpečnosti letísk. Dnes už technológia, ktorá umožňuje počítačom rozpoznávať ľudské tváre, nie je príbehom budúcnosti, ale stala sa technológiou, ktorá je prirodzene integrovaná do nášho každodenného života.
