У цій публікації блогу ми просто та зрозуміло розглянемо принципи та процеси, що лежать в основі того, як комп'ютери розпізнають людські обличчя.

Які принципи лежать в основі розпізнавання облич?

Ви, мабуть, хоча б раз у дитинстві грали в гру, де потрібно було завершити створення людського обличчя. У цій грі ви спочатку вибираєте форму обличчя, потім по черзі вибираєте зачіску, очі, ніс і рот і розміщуєте їх на обличчі. Перемикаючись між різними зачісками, очима, носами та ротами, ви можете створити потрібне вам обличчя. Спосіб, яким комп'ютери розпізнають і порівнюють обличчя, не сильно відрізняється від цього. Комп'ютери ідентифікують і зберігають риси обличчя; коли вводиться нова фотографія обличчя, вони порівнюють її зі збереженими рисами, щоб визначити, хто ця людина.
Нещодавнім прикладом легкодоступної технології розпізнавання облич є додаток для розпізнавання облич (App). Ці додатки попередньо витягують та зберігають ключові риси, такі як контури обличчя, очі, носи та роти, з фотографій знаменитостей. Пізніше, коли обличчя людини знімається камерою, додаток витягує риси обличчя таким самим чином та порівнює їх зі збереженими рисами обличчя знаменитостей, щоб ідентифікувати та відобразити особу, яка найбільше відповідає зображенню.

Як комп'ютер розпізнає обличчя?

Тепер давайте розглянемо процес розпізнавання обличчя комп'ютером. Розпізнавання обличчя складається з чотирьох основних етапів: введення даних, виявлення обличчя, вилучення ознак та порівняння.
На етапі введення окремий кадр з фотографії чи відео передається на комп’ютер через пристрій введення. Як правило, чим вища роздільна здатність пристрою введення та чим вища кількість кадрів за секунду (FPS), тим точніше можна розпізнати обличчя. Цей принцип схожий на те, як людина з добрим зором може точніше розпізнати обличчя когось, хто стоїть далеко.
На етапі розпізнавання обличчя система спочатку перевіряє, чи присутнє обличчя на вхідному фото або відео. Для цього вона визначає контури обличчя та ключові риси, такі як очі, ніс і рот. Хоча наразі використовується багато різних методів розпізнавання обличчя, ми зосередимося тут на репрезентативному методі розпізнавання, подібному до методу Хаара.
Метод виявлення, подібний до методу Хаара, використовує вейвлети Хаара. Вейвлет – це простий прямокутний візерунок, що складається з чорних і білих областей. Ці чорно-білі області використовуються для ідентифікації областей на зображенні, де виникають відмінності в яскравості. Застосовуючи вейвлети різних розмірів і форм по всьому вхідному зображенню або відео, а потім залишаючи лише ті місця, де різниця яскравості між чорними та білими областями є значною, система може ефективно виявляти контури обличчя та ключові риси обличчя, такі як очі, ніс, рот і брови. Крім того, цей процес також дозволяє витягувати інформацію про положення рис обличчя.
Наприклад, під час вилучення інформації про очі чорні області вейвлета розташовуються відповідно до відносно темних ділянок, таких як зіниця, тоді як білі області відповідають світлим ділянкам, таким як шкіра. Використовуючи ці відмінності яскравості, можна ефективно визначити положення та форму очей.

Як витягуються риси обличчя?

Після завершення етапу розпізнавання обличчя система визначає, чи переходити до етапу вилучення ознак.
На етапі вилучення ознак витягуються риси обличчя, щоб повністю використати компоненти обличчя, визначені на етапі розпізнавання обличчя. На відміну від етапу розпізнавання обличчя, цей процес включає етап попередньої обробки. Оскільки кут повороту, розмір та інтенсивність освітлення облич змінюються для кожної фотографії чи відео, виконується процес нормалізації, щоб максимально їх стандартизувати. Крім того, кольорові фотографії чи відео можуть бути перетворені на чорно-білі зображення за потреби.
Наприклад, оригінальне фото перетворюється на градації сірого, потім обрізається лише область обличчя та змінюється її розмір до однорідного, а для корекції яскравості виконується вирівнювання гістограми. Використовуючи інформацію про положення компонентів обличчя, отриману на етапі розпізнавання обличчя, риси обличчя витягуються з фотографій або відео, які пройшли цю попередню обробку.

Як використовуються витягнуті риси обличчя?

Під час етапу порівняння інформація про ці вилучені компоненти обличчя або зберігається в базі даних (БД), або порівнюється з існуючими даними обличчя для визначення найкращого збігу.
Ми розглянули процес комп'ютерного розпізнавання облич. Ще кілька десятиліть тому ідея комп'ютера, який розрізняє людей, здавалася технологією, далекою від реальності. Однак, завдяки швидкому розвитку комп'ютерного обладнання, програмного забезпечення та технологій штучного інтелекту, розпізнавання облич зараз широко використовується в різних сферах, включаючи смартфони та ноутбуки, а також контроль доступу, фінансові послуги та безпеку аеропортів. Сьогодні технологія, яка дозволяє комп'ютерам розпізнавати людські обличчя, вже не є історією майбутнього, а стала технологією, яка природно інтегрована в наше повсякденне життя.