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

Космические Одиссеи Космические Одиссеи

Русский милиционер и американский двоечник провели на орбите Земли почти год

Esquire
Разговор с душой Разговор с душой

Что такое практика аффирмаций и как научиться договариваться с самим собой

Yoga Journal
Пламенные моторы будущего Пламенные моторы будущего

Интервью с генеральным директором ЦИАМ Михаилом Гординым

Популярная механика
3 простых способа избежать тоски в холодное время года 3 простых способа избежать тоски в холодное время года

Осень и зима в городе — унылое время, когда легко скатиться в хандру. Но эмоции не вводятся в организм снаружи, а исходят изнутри. Как научиться лучше понимать себя и управлять собственным восприятием, чтобы избавиться от тоски и сохранить бодрое настроение?

Psychologies
Полет бумеранга Полет бумеранга

Гибрид самолета, вертолета, конвертоплана и автожира

Популярная механика
Как полюбить себя, приняв свое тело Как полюбить себя, приняв свое тело

Мы не можем любить и быть любимыми, пока не научимся принимать себя. Не так просто убрать фальшивые маски, принять своих близких и найти тех, кто ценит нас такими, какие мы есть. Как научиться любить себя или вернуть эту любовь, если она была потеряна?

Psychologies
Лыжники с небес Лыжники с небес

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

Популярная механика
Где найти энергию зимой? Где найти энергию зимой?

Попробуйте в этом году сделать все по-другому и пережить зиму без потери энергии

Домашний Очаг
Летающий автомобиль Атаманова Летающий автомобиль Атаманова

Пятиместный автомобиль, первый полет которого планируется уже в сентябре

Популярная механика
Со всей возможной любовью Со всей возможной любовью

Александр Цыпкин о письмах фанаток и планах на будущее

Glamour
_Не музыка еще, уже не шум _Не музыка еще, уже не шум

Как научить машину сочинять музыку и писать картины

Популярная механика
Мастер церемоний Мастер церемоний

Кто в этом году был ведущим праздников номер один? Конечно, MC Андрей Малахов

Tatler
Одинокие женщины не желают знакомиться... Одинокие женщины не желают знакомиться...

Истинные причины одиночества, которые отлично устраняются

Psychologies
Зеленый сигнал Зеленый сигнал

Семья бизнесменов строит один из крупнейших жестких дискаунтеров «Светофор»

Forbes
Где мои подарки? Где мои подарки?

Праздник – это подарки, но что делать, если их становится слишком много?

Домашний Очаг
«Я не девочка с «биполяркой»: проект фотографа Лизы Жаковой «Я не девочка с «биполяркой»: проект фотографа Лизы Жаковой

Лиза Жакова недавно опубликовала фотопроект «Нам не кажется», посвященный депрессии и биполярному расстройству личности. В интервью Psychologies.ru она рассказала о том, как живет с этими диагнозами, почему не хочет ассоциировать с ними свое творчество, что не так с флешмобом #faceofdepression, и о многом другом.

Psychologies
5 биографий успешных мужчин, у которых есть чему поучиться 5 биографий успешных мужчин, у которых есть чему поучиться

Это не сборники советов «Как заработать миллион» или «Стань счастливым за 21 день». Магии и готовых бизнес-рецептов на страницах этих книг тоже нет. Зато есть откровенные жизненные истории мужчин, не побоявшихся трудностей и осуществивших мечты вопреки обстоятельствам. Возможно, однажды и вам придется написать мемуары о своей выдающейся жизни. А пока читайте и берите пример.

Psychologies
Артефакт особого назначения Артефакт особого назначения

Вещи, которые влияют на нашу судьбу

Psychologies
Ирина Антонова Ирина Антонова

Правила жизни искусствоведа Ирины Антоновой

Esquire
Бросок к славе Бросок к славе

Иван Колесников сыграл легенду баскетбола Александра Белова в новой драме

Vogue
Осторожно, Нагиев Осторожно, Нагиев

Как Дмитрий Нагиев стал одним из главных шоуменов страны и моделью для мужчин

GQ
HTC Vive: система профессионалов HTC Vive: система профессионалов

Шлем виртуальной реальности HTC Vive во всех подробностях

CHIP
«Будущее за теми, кто постоянно учится» «Будущее за теми, кто постоянно учится»

Самообразование – не просто модное поветрие, а вызов времени. Успех приходит к тем, кто находится в постоянном поиске знаний. Как освоить искусство life-long learning и чем в этом могут помочь онлайн-курсы? Об этом мы поговорили с экспертом по рекрутингу Аленой Владимирской и директором по развитию бизнеса компании Coursera Никилом Синха.

Psychologies
Все уместно Все уместно

Новое прочтение традиций — шале в Альпах по проекту архитектора Алирезы Разави

AD
Джулианна Мур: «Я строила дом на фундаменте своего одиночества» Джулианна Мур: «Я строила дом на фундаменте своего одиночества»

Актриса может позволить себе выбирать роли по... территориальному принципу — соглашается, только если съемки недалеко от дома. Ее жизнь размеренна и гармонична, но так было далеко не всегда. Однажды Джулианна Мур оказалась на грани отчаяния, и тогда принять самое главное решение ей помогла психотерапия. Мы встретились с актрисой на Венецианском фестивале, где прошла презентация картины Джорджа Клуни «Субурбикон». В российский прокат фильм выйдет 23 ноября 2017 года.

Psychologies
Звездные роботы Звездные роботы

Как стартап из Колорадо стал производителем игровых роботов для Disney

РБК
Аж вся светится Аж вся светится

Лукерья Ильяшенко похожа на нас — фотографирует котов и борется с комплексами

Glamour
Упасть по собственному желанию Упасть по собственному желанию

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

Популярная механика
Дет Мороз Дет Мороз

Как сделать так, чтобы и взрослые были сыты, и подростки целы и довольны жизнью?

Добрые советы
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
Открыть в приложении