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

Карта дня беспилотника Карта дня беспилотника

Как города России готовятся к появлению беспилотных автомобилей

Популярная механика
Криптобанкиры Криптобанкиры

Мир буквально загипнотизирован блокчейном и криптовалютами

Forbes
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Как меня слышно? Как меня слышно?

Качество звучания автомобильных аудиосистем становится лучше, чем у домашних

Quattroruote
Лыжники с небес Лыжники с небес

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

Популярная механика
Электрошок Электрошок

Неконтролируемое развитие электротранспорта грозит безопасности городской среды

АвтоМир
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Принц на белом коне Принц на белом коне

Алексей Фролов построил посреди донской степи курорт

Tatler
Упасть по собственному желанию Упасть по собственному желанию

Альпинисты боятся сорваться, а роупджамперы идут в горы специально за этим

Популярная механика
Движение в радость: почему спорт дарит позитив Движение в радость: почему спорт дарит позитив

Вы замечали, что те, кто занимается спортом, энергичнее и бодрее тех, кто предпочитает ленивые вечера на диване? По идее, все должно быть наоборот: тренировки отнимают много сил, а блаженное ничегонеделание их восстанавливает. Но все не так просто. Что происходит с мозгом, когда мы тренируемся, и что делать, если спорт не в радость?

Psychologies
Не цифрой единой Не цифрой единой

Парадокс альтернативных инвестиций

Forbes
Пират и его женщины Пират и его женщины

Вспоминаем романы актера Джонни Деппа

Лиза
Пока не было света Пока не было света

Предыстория солнца и солнечной системы

Популярная механика
Шеннон и швы Шеннон и швы

Майкл Шеннон отрастил усы и примерил вещи из новых коллекций

Esquire
Маргарита Симоньян: Высокие отношения Маргарита Симоньян: Высокие отношения

Однажды прочитала в "Фейсбуке": "Здравствуйте, Маргарита! Это Тигран Кеосаян"

Караван историй
Наведем порядок! Наведем порядок!

Уборка обладает целительными свойствами

Psychologies
Ультиматум Борнса Ультиматум Борнса

Американский певец Гарретт Борнс способен заворожить любую публику

Vogue
Пусть говорит Пусть говорит

Резидент Stand Up Елена Новикова про Новый год

Cosmopolitan
Маргарита Наскинова. Войти в клетку Маргарита Наскинова. Войти в клетку

Сумасшедшей дрессировщица Маргарита Назарова никогда не была

Караван историй
Опасные порывы Опасные порывы

Что делать с неожиданными хобби партнеров

Cosmopolitan
Mercedes-Benz A-Класс Mercedes-Benz A-Класс

Третье поколение хэтчбека А-Класса открестилось от своих предшественников

АвтоМир
Как полюбить зиму: секреты из Норвегии Как полюбить зиму: секреты из Норвегии

Холод и ветер, сугробы и гололед, короткий световой день и постоянный риск подхватить простуду. Казалось бы, зимой не так много поводов для радости. Однако в Норвегии, где климат еще суровее, большинство людей счастливы. Как они научились получать удовольствие от зимы?

Psychologies
Бросок к славе Бросок к славе

Иван Колесников сыграл легенду баскетбола Александра Белова в новой драме

Vogue
«Просто расслабься!» Почему это важно и как этому научиться «Просто расслабься!» Почему это важно и как этому научиться

Мы отлично знаем, как напрячь тело: об этом рассказывают сотни пособий по накачиванию мышц. Но как запустить обратный процесс – расслабление, от которого зависит координация, гибкость, сила и здоровье?

Psychologies
Татьяна Еремеева. Простая история Татьяна Еремеева. Простая история

История Татьяны Еремеевой об отношениях со Спартаком Мишулиным

Караван историй
Рецидевицы Рецидевицы

Подруги твоей девушки могут представлять реальную угрозу вашим отношениям

Maxim
Я и мое благоустройство Я и мое благоустройство

О том, что бывает, когда вы доверяете государству все решать за вас

GQ
Как выбрать противовирусное средство? Как выбрать противовирусное средство?

Как не ошибиться в выборе препаратов

Лиза
25 стильных пар 25 стильных пар

GQ выбрал 25 самых стильных пар России

GQ
Коллективное хозяйство Коллективное хозяйство

У «Куйбышевазот» нет контролирующего акционера, но есть главный

Forbes
Открыть в приложении