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

Разные гвозди Джона Бисби Разные гвозди Джона Бисби

Уверенной рукой художник сплетает самые разнообразные гвозди

Популярная механика
Смешная девчонка Смешная девчонка

Сверхновая голливудская звезда Екатерина Самсонова

Vogue
Сверх человек: бета-версия Сверх человек: бета-версия

Биохакеры пытаются редактировать гены при помощи собственных изобретений

Esquire
Lamborghini Aventador S Lamborghini Aventador S

Сорок дополнительных «лошадок» и полноуправляемое шасси определяют характер

Quattroruote
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Обертки и фантики Обертки и фантики

Как торговец акциями из Татарстана научился продавать упаковку для еды

РБК
Лыжники с небес Лыжники с небес

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

Популярная механика
HTC Vive: система профессионалов HTC Vive: система профессионалов

Шлем виртуальной реальности HTC Vive во всех подробностях

CHIP
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
Subaru XV Subaru XV

Сдобрен ли крепкий коктейль субариста банальным качеством

АвтоМир
Ядерный грипп Ядерный грипп

Легендарная болезнь, унесшая жизней больше, чем обе мировые войны

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

Интервью с Еленой Подкаминской

Добрые советы
Распределение ролей Распределение ролей

Что дает ребенку на разных этапах развития и взросления каждый член семьи

Psychologies
И вот она нарядная И вот она нарядная

Наташа Давыдова: идеальное тело, безупречный и разнообразный стиль

Glamour
Пусть говорит Пусть говорит

Резидент Stand Up Елена Новикова про Новый год

Cosmopolitan
Зеленый сигнал Зеленый сигнал

Семья бизнесменов строит один из крупнейших жестких дискаунтеров «Светофор»

Forbes
Продукты, которые не стоит есть на ночь Продукты, которые не стоит есть на ночь

На пустой желудок уснуть сложно. И вот вы открываете холодильник в поисках, чем бы перекусить. Учтите, некоторые продукты не способствуют крепкому здоровому сну.

Psychologies
Собрано в России Собрано в России

Неутомимый и нестареющий Федор Бондарчук

Glamour
Как меня слышно? Как меня слышно?

Качество звучания автомобильных аудиосистем становится лучше, чем у домашних

Quattroruote
Cosmo-эксперимент: как я была доброй Cosmo-эксперимент: как я была доброй

Что случается, если перевоплотиться в добрую фею

Cosmopolitan
Тоненький ледок Тоненький ледок

Саша Спилберг делится впечатлениями о шоу #IntimissimiOnIce

Tatler
12 лучших авто года по версии GQ 12 лучших авто года по версии GQ

Дюжина лучших автомобилей года

GQ
Давай поговорим! Давай поговорим!

Объясни мастеру салона, что ты хочешь

Cosmopolitan
Так ли надежна биометрия? Так ли надежна биометрия?

Можно ли обойти проверку отпечатков пальцев или сканирование глаза?

CHIP
Как все запутано Как все запутано

«Зачем просто, если можно сложно?»

Psychologies
Мистер Армани Мистер Армани

А есть ли счастье?

The Rake
Роберт Редфорд Роберт Редфорд

Как стать самым стильным мужчиной в Голливуде, не увлекаясь модой

Esquire
20 способов держать мозг в тонусе 20 способов держать мозг в тонусе

Хотя многие считают, что способности нашего разума ограничены коэффициентом IQ, существует ряд способов улучшить когнитивные способности. Для этого нужно каждый день нагружать, тренировать и удивлять мозг.

Psychologies
Железный, марш! Железный, марш!

Триатлон Ironman, он же «Железный человек»

Maxim
Опасные порывы Опасные порывы

Что делать с неожиданными хобби партнеров

Cosmopolitan
Открыть в приложении