Yüz Tanıma Sistemi Nasıl Çalışır?

Çoğu kişi Instagram filtrelerinde ve Face ID’de kullanımı için yüz tanıma konusunda rahattır . Ancak bu nispeten yeni teknoloji biraz ürkütücü gelebilir. Yüzünüz bir parmak izi gibidir ve yüz tanımanın arkasındaki teknoloji karmaşıktır.

Tüm yeni teknolojilerde olduğu gibi, yüz tanımanın dezavantajları vardır. Bu dezavantajlar, ordu, polis, reklamverenler ve deepfake yaratıcıları yüz tanıma yazılımından yararlanmak için yeni yollar buldukça daha belirgin hale geliyor.

Şimdi, her zamankinden daha fazla, insanların yüz tanımanın nasıl çalıştığını anlamaları önemlidir. Yüz tanımanın sınırlarını ve gelecekte nasıl gelişeceğini bilmek de önemlidir.

Yüz Tanıma Şaşırtıcı derecede Basittir

Yüz tanıma için birçok farklı ortama girmeden önce, yüz tanıma sürecinin nasıl çalıştığını anlamak önemlidir. Yüz tanıma yazılımı için üç uygulama ve yüzleri nasıl tanıdıklarını veya tanımladıklarını gösteren basit bir açıklama:

• Temel Yüz Tanıma : Animoji ve Instagram filtreleri için, telefon kameranız bir yüzün, özellikle bir çift gözün, bir burnun ve bir ağzın tanımlayıcı özelliklerini “arar”. Daha sonra, bir yüze kilitlemek ve ağzı açıksa, hangi yöne baktığını belirlemek için algoritmalar kullanır. Bunun yüz tanıma olmadığını, sadece yüzleri arayan bir yazılım olduğunu belirtmek gerekir.
• Face ID ve Benzer Programlar : Telefonunuzda Face ID (veya benzeri programlar) ayarlandıktan sonra, yüzünüzün bir fotoğrafını çeker ve yüz özellikleriniz arasındaki mesafeyi ölçer. Ardından, telefonunuzun kilidini her açtığınızda, kimliğinizi ölçmek ve onaylamak için kamerayı “arar”.
• Bir Yabancıyı Belirleme : Bir kuruluş güvenlik, reklam veya polislik amacıyla bir yüzü tanımlamak istediğinde, o yüzü geniş bir yüz veritabanıyla karşılaştırmak için algoritmalar kullanır. Bu işlem Apple’ın Face ID’si ile neredeyse aynı, ancak daha büyük bir ölçekte. Teorik olarak, herhangi bir veritabanı kullanılabilir (kimlik kartları, Facebook profilleri), ancak net, önceden tanımlanmış fotoğraflardan oluşan bir veritabanı idealdir.

Pekala, nitrit-cesurluğa girelim. Instagram filtreleri için kullanılan “temel yüz tanıma” çok basit ve zararsız bir süreç olduğundan, tamamen yüz tanımlamaya ve bir yüzü tanımlamak için kullanılabilecek birçok farklı teknolojiye odaklanacağız.

Çoğu Yüz Tanıma 2B Görüntülere Dayalı

Beklediğiniz gibi, çoğu yüz tanıma yazılımı tamamen 2D görüntülere dayanır. Ancak bu yapılmaz çünkü 2D yüz görüntüleme süper doğrudur, kolaylık sağlamak için yapılır. Kameraların ezici çoğunluğu herhangi bir derinlik olmadan fotoğraf çeker ve yüz tanıma veritabanları için kullanılabilecek genel fotoğraflar (örneğin Facebook profil resimleri) 2B’dir.

2D yüz görüntüleme neden süper doğru değil? Çünkü yüzünüzün düz bir görüntüsünde derinlik gibi tanımlayıcı özellikler yoktur. Düz bir görüntüyle, bir bilgisayar diğer değişkenlerin yanı sıra pupil mesafenizi ve ağzınızın genişliğini ölçebilir. Ancak burnunuzun uzunluğunu veya alnınızın önemini söyleyemez.

Ek olarak, 2D yüz görüntüleme görünür ışık spektrumuna dayanır. Bu, 2D yüz görüntülemenin karanlıkta çalışmadığı ve korkak veya gölgeli aydınlatma koşullarında güvenilmez olabileceği anlamına gelir.

Açıkçası, bu eksikliklerin bazılarının yolu 3D yüz görüntülemeyi kullanmaktır. Ama bu nasıl mümkün olabilir? Bir yüzü 3D görmek için özel ekipmanlara mı ihtiyacınız var?

IR Kameralar Kimliğinize Derinlik Katıyor

Bazı yüz tanıma uygulamaları yalnızca 2D görüntülere dayanırken, yüz tanıma işlevinin de 3D görüntülemeye güvenmesi nadir değildir. Aslında, yüz tanıma deneyiminiz muhtemelen bir tutam 3D içerir.

Bu, sonara benzer lidar adı verilen bir teknikle elde edilir. Esasen, iPhone’unuz gibi yüz tarama cihazları yüzünüzde zararsız bir IR matrisi patlatır. Bu matris (bir lazer duvarı) daha sonra yüzünüzü yansıtır ve telefonunuzdaki bir IR kamera (veya ToF kamera) tarafından alınır.

3D büyüsü nerede olur? Telefonunuzun IR kamerası, her bir IR ışığının yüzünüzden sıçramasının ve telefona dönmesinin ne kadar sürdüğünü ölçer. Doğal olarak, burnunuzdan yansıyan ışık, kulaklarınızdan yansıyan ışıktan daha kısa bir yolculuğa sahip olacak ve IR kamera, bu bilgileri yüzünüzün benzersiz bir derinlik haritasını oluşturmak için kullanır. Temel 2D görüntülemeyle birlikte kullanıldığında, 3D görüntüleme yüz tanıma yazılımının doğruluğunu önemli ölçüde artırabilir.

Lidar görüntüleme, başınızı sarmak zor olabilecek garip bir kavramdır. Eğer yardımcı olursa, telefonunuzdan (veya herhangi bir yüz tanıma cihazından) gelen IR ağının bir pin-board oyuncak olduğunu hayal etmeye çalışın. Bir pin-board oyuncak gibi, yüzünüz de IR ağında, burnunuzun, gözlerinizden belirgin şekilde daha derin olduğu bir girinti bırakır.

Termal Görüntüleme Gece Yüz Tanıma Çalışmasına İzin Verir

2D yüz tanımanın eksikliklerinden biri, görünür ışık spektrumuna dayanmasıdır. Layman’ın terimleriyle, temel yüz tanıma karanlıkta çalışmaz. Ancak bu, termal görüntüleme kamerası (evet, Tom Clancy’deki gibi) kullanılarak çözülebilir.

“Bir dakika,” diyebilirsiniz, “termal görüntüleme IR ışığına dayanmıyor mu?” Evet öyle. Ancak termal görüntüleme kameraları IR ışık patlamaları göndermez; nesnelerden yayılan kızılötesi ışığı algılarlar. Sıcak nesneler bir ton IR ışığı yayarken, soğuk nesneler ihmal edilebilir miktarda IR ışığı yayar. Pahalı termal görüntüleme kameraları bir yüzeydeki ince sıcaklık farklılıklarını bile algılayabilir, böylece yüz tanıma için ideal teknoloji.

Termal görüntüleme ile bir yüzü tanımlamanın birkaç farklı yolu vardır. Tüm bu teknikler inanılmaz derecede karmaşıktır, ancak bazı temel benzerlikleri paylaşırlar, bu yüzden bir liste ile işleri basitleştirmeye çalışacağız:

• Birden Fazla Fotoğraf Gerekir : Termal görüntüleme kamerası bir öznenin yüzünün birden fazla fotoğrafını çeker. Her fotoğraf farklı bir IR ışığı spektrumuna (uzun, kısa ve orta dalgalar) odaklanır. Tipik olarak, uzun dalga spektrumu en yüz detayını sağlar.
• Kan Damarı Haritaları Yararlıdır : Bu IR görüntüleri, bir kişinin yüzündeki kan damarlarının oluşumunu çıkarmak için de kullanılabilir. Ürpertici, ancak kan damarı haritaları benzersiz yüz parmak izleri gibi kullanılabilir. Ayrıca yüz organları arasındaki mesafeyi bulmak için (tipik termal görüntüleme kalitesiz resimler veriyorsa) veya çürükleri ve yara izlerini tanımlamak için de kullanılabilirler.
• Konu Tanımlanabilir : Birden çok IR görüntüsü kullanılarak bileşik bir görüntü (veya veri kümesi) oluşturulur. Bu kompozit görüntü daha sonra konuyu tanımlamak için bir yüz veritabanıyla karşılaştırılabilir.

Tabii ki, termal yüz tanıma genellikle ordu tarafından kullanılır, Khols’da bulacağınız bir şey değildir ve bir sonraki cep telefonunuzla birlikte gelecek bir şey değildir. Ayrıca, termal görüntüleme gündüz (veya genellikle iyi aydınlatılmış ortamlarda) iyi çalışmadığından, ordu dışında birçok potansiyel uygulamaya sahip değildir.

Yüz Tanıma Sınırlamaları

Yüz tanımanın eksikliklerinden bahsetmek için çok zaman harcadık. IR ve termal görüntülemeden gördüğümüz gibi, bu sınırlamaların bazılarının üstesinden gelmek mümkündür. Ancak henüz çözülmemiş birkaç sorun var:

• Engel : Beklediğiniz gibi, güneş gözlüğü ve diğer aksesuarlar yüz tanıma yazılımını açabilir.
• Pozlar : Yüz tanıma en iyi tarafsız, öne bakan bir görüntüyle çalışır. Kafanın eğilmesi veya döndürülmesi, IR tabanlı tanıma yazılımı için bile yüz tanımayı zorlaştırabilir. Ayrıca, bir gülümseme, kabarık yanaklar veya başka bir poz, bilgisayarın yüzünüzü nasıl ölçtüğünü değiştirebilir.
• Işık : Görünür spektrum veya IR ışığı olsun, tüm yüz tanıma biçimleri ışığa dayanır. Sonuç olarak, garip aydınlatma koşulları yüz tanımlamanın doğruluğunu azaltabilir. Bilim adamları şu anda sonar tabanlı yüz tanıma teknolojisi geliştirdiklerinden bu durum değişebilir.
• Veritabanı : İyi bir veritabanı olmadan yüz tanıma işlevi çalışmaz. Aynı çizgiler boyunca, geçmişte doğru olarak tanımlanmamış bir yüzü tanımlamak imkansızdır.
• Veri İşleme : Bir veritabanının boyutuna ve biçimine bağlı olarak, bilgisayarların yüzleri doğru şekilde tanımlaması biraz zaman alabilir. Polislik gibi bazı durumlarda, veri işlemedeki sınırlamalar günlük uygulamalar için yüz tanıma kullanımını kısıtlamaktadır (muhtemelen iyi bir şeydir).

Şu an itibariyle, bu sınırlamaların en iyi yolu, yüz tanıma ile birlikte diğer kimlik biçimlerini kullanmaktır. Telefonunuz yüzünüzü tanımlayamazsa bir şifre veya parmak izi isteyecektir ve Çin hükümeti yüz tanıma ağında bulunan hata payını kapatmak için kimlik kartları ve izleme teknolojisi kullanmaktadır.

Gelecekte, bilim adamları kesinlikle bu sorunların üstesinden gelmenin bir yolunu bulacaklar. Herhangi bir ortamda 3D yüz haritaları oluşturmak için lidarın yanında sonar teknolojisini kullanabilirler ve yüz verilerini inanılmaz derecede kısa sürede işlemek (ve yabancıları tanımlamak) için yollar bulabilirler. Her iki durumda da, bu teknolojinin kötüye kullanım için çok fazla potansiyeli var, bu yüzden uymaya değer.