Računarsko prepoznavanje lica

Da li će računarsko prepoznavanje lica omogućiti scene koje smo doskoro mogli da vidimo samo u SF filmovima?

Facial recognition je tehnologija koja doživljava ekspanziju zahvaljujući mogućnostima savremenog hardvera, a služi za automatsko prepoznavanje i identifikaciju osoba na osnovu digitalnih slika njihovih lica. Sistem ovo postiže tako što unetu sliku upoređuje sa slikama u bazi podataka.

Okolnosti pri kojima ovi sistemi mogu da se vide na delu najčešće su povezane sa bezbednošću pa su kupci i korisnici ovakvih uređaja uglavnom aerodromske službe obezbeđenja, banke, vojne baze, policija, različite ustanove kojima je potreban visok stepen obezbeđenja i slične organizacije. Sistem računarskog prepoznavanja lica spada u biometrijske metode, poput elektronskog skeniranja otisaka prstiju ili zenice oka, a u nekim slučajevima zbog potrebe za većim stepenom tačnosti skeniranje lica može da se kombinuje s ove dve metode.

Ovi uređaji se sve češće montiraju na javnim mestima, a posebna pažnja se posvećuje tome da budu što manje uočljivi za ljude čija se lica skeniraju. Ovakav sistem je primenjen u jednom delu Londona i pokriva celu opštinu, a sve postaje mnogo jasnije ako se zna da je u tom kraju prisutan veliki broj muslimana, crnaca i Azijata. Sve ovo otvara pitanja privatnosti i postavljanja granica preko kojih sistemi nadzora ne bi trebalo da idu.

Na slepom koloseku

Softver za računarsko prepoznavanje lica bazira se na algoritmima, a do sada su među najpoznatijima bili eigenface, fisherface, Hidden Markov model i Dynamic Link Matching. Ovi algoritmi se nalaze u mnogim sistemima, a razvijaju se i primenjuju već dugi niz godina. Po pravilu, do sada su to bili mahom dvodimenzionalni facial recognition sistemi, ali je njihov zajednički problem bio nizak stepen tačnosti.

Naučnici i inženjeri se uporno bore da tačnost prepoznavanja podignu na viši nivo, ali im je zadatak izgleda otežan zbog načina rada ovih dvodimenzionalnih sistema, za koje sada možemo reći da predstavljaju tehnologiju koja treba da ode u zaborav. Ovome u prilog govore loši rezultati u pomenutom predgrađu Londona, kao i testovi koje je sprovodila američka policija. Pojedini aerodromi koji su testirali ovakvu opremu bili su prinuđeni da je vrate, žaleći se da je stepen grešaka preveliki da bi uređaji uopšte ispunili svoju svrhu.

Ova situacija rađa nekoliko pitanja: da li će moćniji računari s bržim procesorima povećati tačnost, ili programeri moraju više da rade da bi napravili bolji softver, ili je dvodimenzionalna tehnika prepoznavanja lica na slepom koloseku? Odgovor možda leži u novoj generaciji uređaja i softvera koji svoj rad baziraju na trodimenzionalnoj tehnologiji. Ovakvi sistemi počinju da se primenjuju u sve većoj meri, ali je njihovo širenje nešto sporije zbog više cene. Na kraju cene uvek padaju, a prednost trodimenzionalne tehnologije je u nivou tačnosti koji nije bilo moguće postići sa dvodimenzionalnim uređajima. Nedvosmisleno se nameće utisak da je u ovom trenutku ovo jedini put razvoja tehnologije face recognition.

Nasmeši se kameri

Tehnologije za dvodimenzionalno prepoznavanje lica polaze od toga da je prosečna osoba sposobna da zapamti i prepozna hiljade različitih lica. Naučnici koji su kreirali algoritme na kojima se zasniva softver dvodimenzionalnih sistema pokušali su da imitiraju proces koji se dešava u ljudskom mozgu. Nažalost, naučnicima priroda ovog procesa još uvek nije dovoljno poznata, pa tako ni računarski algoritmi nisu savršeni.

Dvodimenzionalni sistemi imaju jednostavan i relativno jeftin način „inputa” slika lica koje sistem treba da obradi. Najčešće se koriste kamere za video-nadzor koje generišu crno-belu sliku. Jednostavnost i niža cena uređaja su prednosti ovih sistema, ali s druge strane probleme stvaraju različite otežavajuće okolnosti pri kojima je načinjen snimak nečijeg lica. Kod ovih sistema uspešnost prepoznavanja opada ako je izgled lica izmenjen zbog svetla koje pada iz drugog ugla, ako je kosa mokra od kiše, ako osoba znatno promeni izraz lica ili frizuru itd. U prilog ovome govori podatak da ovi sistemi imaju primetno lošiji uspeh pri prepoznavanju ženskih lica. To svakako nije neobično ako se uzme u obzir način rada ove tehnologije i činjenica da nežniji pol voli da promeni boju kose, izgled frizure, šminku...

Prvi ozbiljan zadatak s kojim se suočavaju dvodimenzionalni sistemi jeste izdvajanje lica osobe iz video-snimka. Ovde je na delu algoritam specijalno razvijen samo za ovu svrhu, a nakon izdvajanja lica posao preuzima deo koji vrši analizu i mapiranje.

Kod dvodimenzionalnih sistema analiza se bazira na pomenutim algoritmima pa je, uprošćeno rečeno, eigenfaces algoritam skup „standardizovanih komponenti prosečnih lica”. Ovaj set komponenti je izvučen statističkom analizom s velikog broja fotografija ljudskih lica. Rad algoritma se bazira na činjenici da je svako lice sastavljeno od različitih kombinacija ovih standardizovanih delova.

Pri analizi određenog lica softver mapira područja koja se lako prepoznaju kao što su oči, obrve, nos, usta, uglovi očiju, brada itd. Ove tačke su poznate kao nodal points, a na prosečnom licu ih ima oko 80. Za rad sistema je dovoljno da računar identifikuje samo dvadesetak tačaka. Nakon ovog procesa mapiranim delovima se dodeljuju digitalne vrednosti na osnovu seta standardizovanih komponenti lica tako da na kraju dobijamo u velikoj meri jedinstven digitalni kôd lica osobe (faceprint). Ako je sistem primenjen u svrhu bezbednosti, ovako digitalizovan zapis se upoređuje sa bazom zapisa o sumnjivim licima. U slučaju prepoznavanja tražene osobe alarmira se osoblje.

Sada kad znamo principe rada ove tehnologije, postaje jasno da je položaj kamere koja snima masu ljudi jako bitan. Ako je ugao prema licu suviše oštar ili svetlosni uslovi nisu dobri, stepen tačnosti prepoznavanja može drastično da opadne. Najbolje je kamere spustiti na visinu položaja glave prosečnog čoveka i postaviti ih na mestima kao što su hodnici ili prolazi gde su svi okrenuti u jednom pravcu. Ako je pri tome kamera još i skrivena ili teško prepoznatljiva, izbeći će se pravljenje neprirodnih grimasa čemu su pojedinci obično skloni kada ugledaju kamere video-nadzora.

Sistem koji razlikuje blizance!

Telefoni prepoznaju vlasnika Da tehnologija prepoznavanja lica počinje da se spušta među obične korisnike, nagoveštava predstavljanje novog softvera koji dolazi iz kompanije OKI Electronic Industry. Program pod imenom Face Sensing Engine je namenjen svim ručnim uređajima koji imaju ugrađenu kameru: mobilnim telefonima, PDA, prenosnim računarima itd. Zahvaljujući ovom programu, korisnik ima mogućnost da „trenira” telefon kako bi prepoznao njegovo lice i dozvolio upotrebu. Softver ima dobre performanse i obavlja ovaj zadatak za 280 milisekundi u kombinaciji sa procesorom ARM9 na taktu od 100 MHz. Prilikom uključenja telefona aktivira se kamera, zatim se načini snimak sopstvenog lica, a program locira i mapira ključne tačke: oči, obrve, nos i usta. Fotografija se upoređuje s onom koja je prethodno sačuvana u telefonu i tek nakon prepoznavanja dobija se pristup ostalim funkcijama uređaja. Program ima sposobnost prilagođavanja u slučaju promenljivih svetlosnih uslova, a podržane su sledeće mobilne platforme: Symbian, ulTRON, Linux, BREW, WIPI, Windows i Solaris.

Sa trodimenzionalnim sistemima vezana je jedna interesantna priča iz Tehničkog instituta u Haifi (Izrael). Ovde se usavršavaju dva mlada čoveka, dvadesetpetogodišnji blizanci, Michael i Alex Bronstein.

Jednom prilikom njihov profesor na institutu u šali im je rekao da će, bez obzira na sve, kod njega dobiti čiste desetke ako im pođe za rukom da naprave sistem za prepoznavanje lica koji će moći da razlikuje njih dvojicu. Oni su rešenje videli u kreiranju sistema koji će koristiti trodimenzionalnu tehnologiju koju su sami patentirali i, koliko god to zvuči neverovatno, uspeli su u svom poduhvatu. Naravno, dobili su svoje desetke.

Sistem koristi 3D skener koji su sami konstruisali, a koji snima površinu lica skenirajući ga uz pomoć serije svetlosnih snopova i ove podatke pretvara u trodimenzionalnu sliku u računaru. Za ovo je zadužen algoritam koji, slično kao u slučaju dvodimenzionalnih sistema, mapira lice i određuje specijalne tačke (nodal points). Na kraju se dobija jedinstven digitalni „potpis lica”, a ova dva mlada stručnjaka tvrde da ima veliku tačnost prilikom upoređivanja s licima sačuvanim u bazi podataka. Prednost ovog i sličnih sistema je u tome što njegov rad ne remete položaj lica, svetlosni uslovi, grimase i slično.

Jedan sličan sistem dolazi iz kompanije Guardia (www.guardia.com), a primenjen je u različitim varijantama: u mašinama za isplatu gotovine, u vidu samostojećih uređaja na ulazima u aerodrom, a tu su i varijante za kačenje na zid, kao i specijalna rotirajuća stolica za ubacivanje trodimenzionalnih likova u bazu itd. Guardia Control System je jedinstven po tome što u isto vreme snima lice na tri načina, što omogućava mnogo više podataka. Mesto gde se skenira lice se ponekada sastoji od dva uređaja između kojih prolazi subjekt, a lice biva snimljeno kamerama kao 3D fotografija, 3D skenirano infracrvenim zracima i skenirano kao 3D objekat. Prema tvrdnjama iz kompanije, u pitanju je najtačniji sistem na tržištu, a sposoban je čak da otkrije nekoliko tipova bolesti kod kojih je jedan od simptoma promena temperature kože.

• • •

Ovakvi sistemi će verovatno biti sve prisutniji u svetu rastrzanom sukobima, a tome će doprineti njihova sve veća uspešnost u radu, kao i pad cene. Raširenost ovakve tehnologije će uticati na promenu ponašanja i navika ljudi, dok sama svest o tome da smo pod prismotrom može doneti dodatni pritisak. Međutim, „svako vreme ima svoje breme”, pa se moramo navići na ove tekovine savremenog doba ili biti buntovnici i zbog toga „zabeleženi” u bazi podataka sumnjivih. Imamo li izbora?

Mirko PERAK