Алгоритмы распознавания лиц понемногу превращаются во всевидящее око

Популярная механикаHi-Tech

На лице написано

Взять кредит, оформить визу, да и просто запустить смартфон последней модели – сделать все это сегодня невозможно без участия алгоритмов распознавания лиц. Они помогают полицейским в расследованиях, музыкантам – на сцене, но понемногу превращаются во всевидящее око, следящее за всеми нашими действиями онлайн и офлайн.

Текст: Александр Ершов, Роман Фишман

0:00 /
786.027

Алгоритмы (технологии)

Определить человека по фото с точки зрения компьютера означает две очень разные задачи: во-первых, найти лицо на снимке (если оно там есть), во-вторых, вычленить из изображения те особенности, которые отличают этого человека от других людей из базы данных.

Найти

Попытки научить компьютер находить лицо на фотографиях проводились еще с начала 1970-х годов. Было испробовано множество подходов, но важнейший прорыв произошел существенно позднее – с созданием в 2001 году Полом Виолой и Майклом Джонсом метода каскадного бустинга, то есть цепочки слабых классификаторов. Хотя сейчас есть и более хитрые алгоритмы, можно поспорить, что и в вашем сотовом телефоне, и в фотоаппарате работает именно старый добрый Виола – Джонс. Все дело в замечательной быстроте и надежности: даже в далеком 2001 году средний компьютер с помощью этого метода мог обрабатывать по 15 снимков в секунду. Сегодня эффективность алгоритма удовлетворяет всем разумным требованиям. Главное, что нужно знать об этом методе, – он устроен удивительно просто. Вы даже не поверите насколько.

Алгоритмы распознают образы

Почему это работает? Посмотрите на признак [1]. Почти на всех фотографиях область глаз всегда немного темнее области непосредственно ниже. Посмотрите на признак [2]: светлая область посередине соответствует переносице, расположенной между темными глазами. На первый взгляд черно-белые маски совсем не похожи на лица, но при всей своей примитивности они имеют высокую обобщающую силу.

Шаг 1. Убираем цвет и превращаем изображение в матрицу яркости.
Шаг 2. Накладываем на нее одну из квадратных масок – они называются признаками Хаара. Проходимся с ней по всему изображению, меняя положение и размер.
Шаг 3. Складываем цифровые значения яркости из тех ячеек матрицы, которые попали под белую часть маски, и вычитаем из них те значения, что попали под черную часть. Если хотя бы в одном из случаев разность белых и черных областей оказалась выше определенного порога, берем эту область изображения в дальнейшую работу. Если нет – забываем про нее, здесь лица нет.
Шаг 4. Повторяем с шага 2 уже с новой маской – но только в той области изображения, которая прошла первое испытание.

Почему так быстро? В описанном алгоритме не отмечен один важный момент. Чтобы вычесть яркость одной части изображения из другой, понадобилось бы складывать яркость каждого пикселя, а их может быть много. Поэтому на самом деле перед наложением маски матрица переводится в интегральное представление: значения в матрице яркости заранее складываются таким образом, чтобы интегральную яркость прямоугольника можно было получить сложением всего четырех чисел.

Как собрать каскад? Хотя каждый этап наложения маски дает очень большую ошибку (реальная точность ненамного превышает 50%), сила алгоритма – в каскадной организации процесса. Это позволяет быстро выкидывать из анализа области, где лица точно нет, и тратить усилия только на те области, которые могут дать результат. Такой принцип сборки слабых классификаторов в последовательности называется бустингом (подробнее о нем можно прочитать в октябрьском номере «ПМ»). Общий принцип такой: даже большие ошибки, будучи перемножены друг на друга, станут невелики.

Упростить

Найти особенности лица, которые позволили бы идентифицировать его владельца, означает свести реальность к формуле. Речь идет об упрощении, причем весьма радикальном. Например, различных комбинаций пикселей даже на миниатюрном фото 64 × 64 пикселя может быть огромное количество – (28)64 × 64 = 232768 штук. При этом для того, чтобы пронумеровать каждого из 7,6 млрд людей на Земле, хватило бы всего 33 бита. Переходя от одной цифры к другой, нужно выкинуть весь посторонний шум, но сохранить важнейшие индивидуальные особенности. Специалисты по статистике, хорошо знакомые с такими задачами, разработали множество инструментов упрощения данных. Например, метод главных компонент, который и заложил основу идентификации лиц. Впрочем, в последнее время сверточные нейросети оставили старые методы далеко позади. Их строение довольно своеобразно, но, по сути, это тоже метод упрощения: его задача – свести конкретное изображение к набору особенностей.

Шаг 1. Накладываем на изображение маску фиксированного размера (правильно она называется ядром свертки), перемножаем яркость каждого пикселя изображения на значения яркости в маске. Находим среднее значение для всех пикселей в «окошке» и записываем его в одну ячейку следующего уровня.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Это моя бабушка! Это моя бабушка!

Как наладить отношения со старшим поколением: советы психолога

Домашний Очаг
Изобразительное искусство Изобразительное искусство

Светлана Ходченкова распрощалась с прилипшим к ней амплуа лирической героини

Glamour
Сверх человек: бета-версия Сверх человек: бета-версия

Биохакеры пытаются редактировать гены при помощи собственных изобретений

Esquire
Танго надежды: наперегонки с болезнью Танго надежды: наперегонки с болезнью

Танцевать на инвалидной коляске — это вызов. Вызов болезни, судьбе. Это решение, которое требует смелости. И Наталье Боровой ее не занимать. К тяжелому диагнозу можно отнестись по-разному. Кто-то ставит крест на прежней жизни и отдается во власть недуга. Кто-то старается принять болезнь, «договориться» с ней. Наталья видит в своем диагнозе хитрого соперника, с которым упрямо соревнуется уже несколько лет. Об отчаянной игре на опережение ее личная история.

Psychologies
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
По моему веленью По моему веленью

Наши мечты – не просто фантазии, а руководство к действию

Cosmopolitan
Лыжники с небес Лыжники с небес

Самолеты на лыжах, пожалуй, еще большая экзотика, чем гидросамолеты

Популярная механика
Украина ТВ Украина ТВ

Как украинские студии превратились в поставщиков шоу для российского телевидения

РБК
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Ольга Кормухина: Нужно научиться ждать Ольга Кормухина: Нужно научиться ждать

В преддверии концертов мы поговорили с певицей о русском роке и путешествиях

Лиза
Корпорация «Юдашкин» Корпорация «Юдашкин»

Как устроен бизнес главного российского кутюрье

РБК
Электрошок Электрошок

Неконтролируемое развитие электротранспорта грозит безопасности городской среды

АвтоМир
Макс атакует Макс атакует

Максим Виторган — о театре и кино, вдумчивом характере и жизни с Ксенией Собчак

Vogue
Цирк одного актера Цирк одного актера

Хью Джекман о том, что понял на разных этапах жизни (спойлер: ничего не понял)

Cosmopolitan
Александры Ильины: старший и младший Александры Ильины: старший и младший

Отец и сын Ильины — о своих корнях, любимой профессии и крутых поворотах судьбы

Караван историй
Уильям Ламберти Уильям Ламберти

Итальянский шеф готовит запеченную баранью лопатку

Esquire
Подарки – в студию! Подарки – в студию!

Разбираемся, почему он дарит тебе это

Cosmopolitan
12 лучших авто года по версии GQ 12 лучших авто года по версии GQ

Дюжина лучших автомобилей года

GQ
Subaru XV Subaru XV

Сдобрен ли крепкий коктейль субариста банальным качеством

АвтоМир

Консультация с Владимиром Дашевским

Psychologies
5 причин открыть семейный счет 5 причин открыть семейный счет

Деньги сами по себе не делают нас счастливыми. Но возможности, которые они дарят, а главное, умение ими грамотно распорядиться позволяют чувствовать себя независимыми и получать удовольствие от жизни. Семейный счет в банке — один из таких полезных инструментов. Управление им — ценный навык, который придает уверенности и помогает наладить отношения с близкими людьми. Как это работает?

Psychologies
Хватит капризничать! Хватит капризничать!

Что делать с проявлением детских негативных эмоций

Лиза
Осмелиться на яркий жест: почему мы боимся яркого макияжа? Осмелиться на яркий жест: почему мы боимся яркого макияжа?

Синие тени, зеленые ресницы, алые губы… Не каждая девушка решится на такое буйство красок, хотя оно сейчас в моде. Почему же, несмотря на уговоры визажистов, мы с осторожностью относимся к яркому макияжу и стесняемся даже красной помады?

Psychologies
Как меня слышно? Как меня слышно?

Качество звучания автомобильных аудиосистем становится лучше, чем у домашних

Quattroruote
Семь пятниц на неделе Семь пятниц на неделе

Расида Лакоба — создатель марки Rasario Atelier

Glamour
Громче, чем бомбы Громче, чем бомбы

Светлана Лобода рассказала нам о планах, которые надо осуществить

Glamour
Слово королевы Слово королевы

Хелен Миррен — о своей русской крови, феминизме и стиле Мелании Трамп

Vogue
Впадаю я в экстаз Впадаю я в экстаз

Стоит ли симулировать оргазм и как без этого обойтись?

Glamour
Сейчас я не чувствую себя свободной, и это прекрасно Сейчас я не чувствую себя свободной, и это прекрасно

Интервью с Еленой Подкаминской

Добрые советы
Разговор с душой Разговор с душой

Что такое практика аффирмаций и как научиться договариваться с самим собой

Yoga Journal
Открыть в приложении