سیستم تشخیص چهره چگونه کار می کند؟

اکثریت مردم برای بهره گیری از Face ID یا فیلتر های اینستاگرام مشکلی با سیستم تشخیص چهره ندارند ولی ممکن است این تکنولوژی جدید کمی ترسناک به نظر برسد. چهره شما نیز مانند اثر انگشت بوده و تکنولوژی تشخیص آن پیچیده می باشد.

همانند هر تکنولوژی دیگری، در این فناوری نیز معایبی وجود دارد. این معایب برای نهاد هایی مثل ارتش، پلیس بیشتر حس می شود زیرا این نهاد ها بیشتر از سایر افراد با این تکنولوژی سروکار دارند. به همین دلیل در حال حاضر شناخت سیستم عملکرد این تکنولوژی جدید بیش از هر زمان دیگری حس می شود.

سیستم تشخیص چهره بسیار ساده می باشد

قبل از پرداختن به کاربرد های تشخیص چهره، ابتدا باید بدانیم این سیستم چگونه کار می کند. در اینجا سه برنامه کاربردی برای این سیستم و نحوه عملکرد آنها وجود دارد که به آنها می پردازیم.

1. تشخصی چهره ابتدایی: برای قابلیت هایی مثل Animoji یا فیلتر های اینستاگرامی، دوربین گوشی به دنبال ویژگی های شاخص صورت مثل بینی، چشم ها و… می گردد. سپس به کمک الگوریتم های مربوطه مشخص می کند که چشم ها به کدام سمت نگاه می کنند و یا دهان باز است یا بسته و در کل موارد این چنینی را تشخیص می دهد. لازم به ذکر است که این سیستم در اصل تشخیص چهره نیست و فقط به دنبال چهره است.
2. Face ID و برنامه های مشابه: برای راه اندازی فیس ای دی (یا سیستم ها مشابه) رو تلفن همراهتان، عکس های مختلفی از صورت شما ثبت می شود و فاصله بین ویژگی های صورت را اندازه گیری می کند. سپس شما هر موقع اقدام به بازگشایی قفل گوشی کنید، دوربین گوشی اطلاعات موجود را با موارد ثبت شده مقایسه می کند و در صورت تطابق با نمونه ثبت شده اقدام به بازگشایی قفل گوشی می کند.
3. شناسایی افراد ناشناس: هنگامی که یک سازمان (به عنوان مثال اداره پلیس) می خواهد چهره ای را شناسایی کند، از الگوریتم هایی برای مقایسه آن چهره با پایگاه داده ای از چهره ها استفاده می کند. این روند تقریبا مشابه فیس ای دی اپل است اما در مقیاس بزرگتر. از لحاظ نظری، هر نوع پایگاه داده ای می تواند مورد استفاده قرار گیرد (پروفایل فیس بوک، کارت شناسایی) ولی پایگاه داده ای متشکل از عکس های واضح برای این کار مناسب است.

بیشتر تشخیص چهره‌ ها از تصاویر دو بعدی استفاده می‌ کنند

همانطور که انتظار می رفت اکثر سیستم های تشخیص چهره از تصاویر دو بعدی استفاده می کنند. البته این موضوع به دلیل امنیت و دقت بالای آنها نیست، بلکه به خاطر سادگی آن است. اکثریت دوربین های مورد استفاده در این سیستم ها، عکس ها را بدون هیچ گونه عمقی ثبت می کنند و تصاویری هم که در پایگاه داده ذخیره می شود، همگی دو بعدی هستند.

اما چرا تصاویر دو بعدی از امنیت پایینی برخوردارند؟ جواب بسیار ساده است، چون این تصاویر فاقد هرگونه اطلاعات از ویژگی های شاخص صورت شما مثل عمق می باشد. با یک تصویر صاف، کامپیوتر می تواند به عنوان مثال فاصله دهان شما را از سایر المان های صورت بسنجد، ولی نمی تواند طول بینی یا پیشانی شما را اندازه گیری کند؛ به همین دلیل امنیت آنها پایین است.

علاوه بر این، تصویر برداری دو بعدی متکی به نور مرئی می باشد. بدین معنی که این نوع تصویر برداری در تاریکی کاربرد ندارند و در نور های کم نیز زیاد قابل اعتماد نیستند.

با این حال واضح است که راه کار حل این مشکلات استفاده از تصویر برداری سه بعدی است. اما سوال اینجا پیش می آید که این عمل چگونه ممکن می شود. آیا به ابزار هایی نیاز دارید یا خیر؟

دوربین های مادون قرمز عمق را به تصاویر شما اضافه می کنند

در حالی که اکثر برنامه های تشخیص چهره از تصاویر دو بعدی استفاده می کنند، استفاده از تصاویر سه بعدی نیز چندان عجیب نیست. در واقع تجربه شما از تشخیص چهره به وسیله تصاویر سه بعدی انجام می شود.

این کار به وسیله تکنیکی که لیدار نام دارد بدست می آید که بسیار شبیه به سونار می باشد. اساسا دستگاه های تشخیص چهره مانند آیفون ها ماتریسی از اشعه های مادون قرمز بی ضرر را به سوی صورت شما پرتاب می کند، سپس این اشعه های از صورت شما بازتاب شده و به وسیله خود سنسور مادون قرمز یا سنسور های دیگری مثل ToF جذب می شوند.

در این میان وظیفه سنسور مادون قرمز محاسبه زمان بازگشت اشعه از صورت شما به سنسور است، طبیعتا نوری که از بینی شما بازتاب می شود در زمان کمتری از سایر نقاط صورت جذب سنسور می شود، بدین صورت سنسور IR می تواند اطلاعات عمق صورت شما را تشخیص دهد. علاوه بر این، این فناوری هنگامی از دقت بالاتری برخوردار می شود که اطلاعات عمقی ثبت شده توسط سنسور IR در کنار تصاویر دو بعدی ثبت شده با دوربین ادغام گردند.

تصویر برداری حرارتی به کار کردن تشخیص چهره در تاریکی کمک می‌ کند

یکی از معایب سیستم تشخیص چهره دو بعدی متکی بودن آن به طیف نور مرئی است که در این صورت، در شرایط عادی عملکرد مناسبی در تاریکی نخواهد داشت اما به کمک یک دوربین حرارتی می تواند در تاریکی نیز از سیستم تشخیص چهره بهره برد.

اما شاید این سوال را بپرسید که تصویر برداری حرارتی هم بر مبنای مادون قرمز کار می کند. پس بدون سنسور مربوطه چگونه عمل خواهد کرد؟ در جواب باید بگوییم که سنسور حرارتی اشعه های مادون قرمز را پرتاب نمی کند، بلکه اشعه های ساطع شده از سطح پوست فرد را تشخیص می دهد. اصولا اشیای گرم از خود به میزان قابل قبولی اشعه مادون قرمز ساطع می کنند و بدین ترتیب دوربین های حرارتی می تواند آنها را تشخیص دهند.

روش های مختلفی برای شناسایی چهره با تصور برداری حرارتی وجود دارد که بعضی از آن ها تکنیک های پیچیده ای هستند. اما بعضی روش های ساده را با شما در میان می گذاریم.

• عکس های چندگانه نیاز است : دوربین حرارتی چند تصویر مختلف از سوژه مورد نظر ثبت می کند که هر عکس حاوی طیف های مختلف از اشعه های ساطع شده می باشد. (طیف های طولانی، متوسط و کوتاه) از این بین طیف های بلند حاوی اطلاعات بیشتری از جزئیات چهره می باشند.
• نقشه رگ های خونی کارآمد هستند: تصویر برداری حرارتی می تواند ترکیب بندی رگ های خونی موجود در روی صورت فرد را تشخیص دهد. این نقشه های خونی مانند اثر انگشت برای صورت هر فرد منحصر به فرد می باشد که به این ترتیب دوربین ها فاصله میان المان های مختلف صورت هر فرد را حتی در شرایطی که تصاویر شفاف در دسترس نیست یا صورت فرد دچار آسیب دیدگی شده است، تشخیص می دهد.
• سوژه ها شناسایی می شوند:در نهایت تصاویر ثبت شده با هم ادغام می شوند و با پایگاه داده تصاویر مقایسه شده و با این کار تصاویر شناسایی می شوند.

البته باید به این نکته اشاره کنیم که سیستم تشخیص چهره به کمک تصویر برداری حرارتی بیشتر در کارهای نظامی کاربرد دارد و سازندگان تلفن های همراه به ندرت از این فناوری در سیستم تشخیص چهره گوشی های خود استفاده می کنند. همچنین این سیستم کابرد چندانی در شرایط با نور کافی ندارند، بنابراین استفاده از این سیستم در گوشی های هوشمند امروزی امری بی معنی خواهد بود.

محدودیت های سیستم تشخیص چهره

در این مطلب موضوعات مختلفی در رابطه با نقاط ضعف تشخیص چهره گفته شد که با استفاده از روش‌ های جدید تا حدی برطرف می‌ شوند. اما برخی محدودیت‌ ها وجود دارند که هنوز وجود دارند:

• موارد مزاحم: همان طور که انتظار می رفت استفاده از وسایلی مانند عینک آفتابی می‌ تواند تشخیص چهره را با مشکل مواجه کند.
• ژست های مختلف: سیستم تشخیص چهره زمانی عملکرد مطلوبی ارایه می دهد که صورت فرد مورد نظر به سمت جلو و به صورت عادی باشد.انجام ژست‌ های مختلف و حتی چرخاندن سر می‌ تواند تا حدی برای نرم افزار‌ هایی که از دوربین‌های IR استفاده می‌ کنند هم مشکل‌ ساز باشد. علاوه بر این، لبخند، گونه‌ های پف کرده یا هر ژست خاص دیگر می‌تواند این سیستم را دچار مشکل کند.
• نور: تمام سیستم‌ های تشخیص چهره بر نور متکی هستند؛ حالا این نور می‌تواند در طیف مرئی قرار داشته باشد یا به‌صورت نور مادون قرمز باشد. هرگونه تغییر در شرایط نوردهی می تواند دقت این سیستم ها را کاهش دهد. البته محققان در تلاشند تا از تکنولوژی سونار برای تشخیص چهره استفاده کنند که دیگر این مشکل را پیش رو نخواهد داشت.
• پایگاه داده: بدون پایگاه داده، سیستم تشخیص چهره عملکرد مطلوبی نخواهد داشت. این پایگاه داده می‌ تواند شامل فقط یک چهره (مثلا برای گوشی) باشد، یا اینکه متشکل از میلیون ها تصویر باشد.
• پردازش داده: بسته به اندازه و تعداد تصاویر موجود در یک پایگاه داده، عملیات تشخیص چهره می تواند طول بکشد. به همین دلیل در برخی موارد مثل کارهای پلیسی استفاده از این سیستم ها استفاده نمی کنند و در برخی کارهای مهم تر به سیستم تشخیص چهره روی می آورند.

در حال حاضر بهترین راه برای رهایی از این محدودیت ها، استفاده از روش های دیگری کنار سیستم تشخیص چهره می باشد که به عنوان مثال در گوشی های هوشمند، این خلا با روش هایی مانند اثر انگشت یا روش های قدیمی تر مثل الگو یا … پر می شود.

اما در آینده احتمالا شاهد بهره‌ گیری از تکنولوژی سونار (فاصله‌یابی صوتی) برای خلق تصاویر سه‌ بعدی چهره در محیط‌ های مختلف خواهیم بود و در کنار آن احتمالا راهی برای پردازش سریعتر داده های چهره به کار برده شود. بنابراین ارزش استفاده از این سیستم ها بالاتر می رود.

منبع: How to Geek