تشخیص چهره: انسان يا کامپیوتر (قسمت اول)

تحقیق در زمینه تشخیص چهره فرصت‌های مطالعاتی را فراهم می‌آورد که دانشمندان و مهندسان را برای چند سال آینده به چالش خواهد کشید. به عنوان نمونه، ایجاد یک سیستم تشخیص چهره قدرتمند می‌تواند در پروژه‌های مرتبط با امنیت ملی، تعامل انسان و کامپیوتر و بسیاری از موارد دیگر به کار برده شود. اين مطلب يكي از مقالات بخش ويژه نشريه ماهنامه شبكه در شماره 116 با عنوان امنيت بيومتريك مي‌باشد. جهت دريافت اين بخش ويژه به بخش پرونده‌هاي ويژه سايت مراجعه نمائيد.
تحقیقات درباره چگونگی درک چهره توسط انسان، یافته‌های جالب فراوانی را در پی داشته است که مي‌تواند در طراحی سیستم‌های کاربردی و عملی، كمك مفيدي باشد1. کارایی تشخیص چهره علاوه بر کاربردهای مرتبط با تعیین و مقایسه هویت نظیر کنترل دسترسی، امور قضایی، صدور مجوزها و مدارک هویتی و نظارت در زمینه‌هایی نظیر تعامل انسان و کامپیوتر، واقعیت مجازی، بازیابی اطلاعات از پایگاه‌های داده، مالتی مدیا و سرگرمی‌های کامپیوتری نیز به اثبات رسیده است(2-4). شکل 1 شمای کلی یک سیستم معمول تشخیص چهره را نشان می‌دهد که شامل سه بخش اساسی کشف چهره (Face Detection)، استخراج الگوها (Feature Extraction) و تشخیص چهره (Face Recognition) است.

شكل 1- نمای کلی سیستم‌های تشخیص چهره، که شامل سه بخش اساسی کشف چهره، استخراج الگو و تشخیص چهره است.
 

مانند هر مسئله تشخیص الگوی دیگری، تفاوت الگوی ناشی از نورپردازی، ژست، قیافه و... در واحد استخراج الگو، با تبدیل الگوها به حالت‌های یکنواخت و مقاوم در برابر تغییر یا با تعیین قوانینی برای این واحد که در تمام حالت‌ها قابل استفاده باشند، مدیریت می‌شوند. در طراحی سیستم‌های تشخیص چهره دست‌كم سه وظیفه مهم سیستم را همواره باید در نظر داشت:
مقایسه: در این حالت سیستم تعیین می‌کند که آیا شخصی که از او تصوير‌برداری شده با هویت مورد ادعا مطابقت دارد یا خیر.
تشخیص هویت: سیستم هویت یک فرد را از روی تصویر چهره تعیین می‌کند.
کنترل فهرست مراقبت: سیستم از روی تصویر چهره تعیین می‌کند که آیا فرد مورد نظر در فهرست وجود دارد یا خیر و اگر وجود دارد هویت او را مشخص می‌کند.
شكل 2 این سه عملکرد را نمایش می‌دهد. دشواری کار و دقت سیستم در حالت‌های تشخیص هویت و فهرست مراقبت به اندازه پایگاه داده یا فهرست مراقبت بستگی دارد.

شكل 2- این دیاگرام ساختار سه وظیفه اساسی تشخیص چهره مقایسه، کنترل فهرست مراقبت و تشخیص هویت را نشان می‌دهد.
 

چرا تشخیص چهره دشوار است
 

شرایط ثبت تصویر نظیر وضعیت چهره نسبت به دوربین، نورپردازی، حالت‌های چهره و تعداد پیکسل‌ها در ناحیه چهره و همچنین روند طبیعی پیر شدن انسان می‌تواند تغییرات زیادی را بر تصویر چهره انسان تحمیل کند. تغییرات دیگری هم ممکن است از طریق تغییر قیافه، پوشش‌هایی نظیر کلاه یا عینک آفتابی و موی صورت به وجود آید. همچنين روند پیری در برخی افراد باعث افزایش یا کاهش وزن می‌شود که خود بعد جدیدی بر تنوع و حالت‌های مختلف چهره انسان می‌افزاید. همان‌گونه که شكل 3 نشان می‌دهد، حتی وقتی بر سوژه واحدی تمرکز می‌کنیم، دامنه تنوع تصاویر چهره بسیار وسیع خواهد بود. چالش اصلی سیستم‌های تشخیص چهره، تعیین هویت یک فرد در عين وجود تمام این تنوع‌ها و تفاوت‌ها است.

درک چهره
 

از آنجا كه انسان در تشخیص چهره مهارت فوق‌العاده‌ای از خود نشان می‌دهد، طراحان سیستم‌های تشخیص چهره باید از فاکتورهای تأثیرگذار در ادراک چهره توسط انسان آگاهي داشته باشند. انجام پژوهش‌های گسترده در این زمینه به مدت دست‌كم سه دهه‌1، یافته‌هايي اساسی را به ارمغان آورده که می‌توان آن‌ها را به پنج دسته تقسیم کرد:

تشخیص
 

انسان‌ها می‌توانند قیافه‌های آشنا را حتی در تصاویر با کیفیت بسیار پایین تشخیص دهند که این قابلیت بخشی از توانایی تحلیل فضایی انسان است. قابلیت تحمل تغییر و تبدیل چهره با افزایش میزان آشنایی افزایش می‌یابد، اما اطلاعات با فرکانس بالا (تکرار شونده و مداوم) به تنهایی برای انجام یک تشخیص چهره خوب کافی نیست.

جزء به جزء در برابر کلی
 

در حالی‌که طبیعت فرآیند تشخیص چهره توسط انسان، جزء به جزء است، اما الگوهای چهره به صورت کلی مورد بررسی قرار می‌گیرند. از میان تمام مشخصات و الگوهای چهره، ابروها یکی از مهم‌ترین عوامل تشخیص هستند. به نظر می‌رسد تناسبات شکلی و فرمی نیز در جهت‌های طولی و عرضی مستقل باشند.

نگاه به ابروها
 

در میان خصوصیات و الگوهای مختلف چهره، ابروها به لحاظ اهمیت در هنگام تشخیص چهره با چشم‌ها قابل مقایسه‌اند‌1. برای تشریح اهمیت ابروها در تشخیص چهره دلایل متعددی وجود دارد.نخست به نظر می‌رسد ابروها در انتقال احساسات و سایر علائم غیرکلامی بسیار مهم هستند. چون بخش تصویری سیستم ممکن است از قبل برای کنترل ابروها جهت تشخیص و تفسیر این علائم برنامه‌ریزی شده باشد، این برنامه‌ریزی می‌تواند برای استفاده در عملیات تشخیص چهره نیز گسترش یابد. دوم به دلایل متعدد، ابروها می‌توانند یکی از خصوصیات یا الگوهای پایدار چهره باشند. چون ابروها به طور عادی از مشخصه‌های به نسبت بزرگ و با کنتراست صورت هستند می‌توانند در برابر تغییرات ناشی از کاهش کیفیت تصویر صورت پایدار بمانند. همچنين از آنجا كه ابروها روی یک برآمدگی (برجستگی که حدقه چشم را از پیشانی جدا می‌کند) قرار دارند، به نسبت سایر اجزاي صورت کمتر تحت تأثیر تغییرات نورپردازی و سایه‌ها قرار می‌گیرند.

طبیعت نشانه‌ها
 

به نظر می‌رسد فرم چهره به شیوه‌ای کاریکاتور گونه که بر رنگ‌بندی، فرم و حرکت تمرکز دارد، کدگذاری می‌شود. تماشاي طولانی مدت يك چهره می‌تواند به آثار جانبی سطح بالای متعددی منجر شود که ممکن است به سادگی تغییر یک چهره با شكلي متضاد با چهره اولیه یا به پیچیدگی یک ضدچهره با هویتی مشخص و بدون تغییر شکل مشخصي باشد و در نتیجه، امکان کدگذاری بر‌اساس نمونه را به ذهن متبادر می‌کند. نشانه‌های رنگ بندی دست‌كم به اندازه سایر نشانه‌ها مهم هستند. نشانه‌های رنگی به خصوص زمانی که نشانه‌های فرمی کیفیت مناسبی ندارند، نقش مهمی را بر عهده دارند، درحالی‌که وارونگي حاصل از قطبیدگی نور، به احتمال به علت ناتوانی سيستم در استفاده از نشانه‌های رنگی، به شدت کارایی سیستم تشخیص چهره را کاهش می‌دهد.

رشد تصاعدی
 

سیستم بصری انسان با ترجیح ابتدایی برای تشخیص الگوهای شبیه صورت شروع به کار می‌کند. در ادامه و در چند سال نخست زندگی، سیستم از حالت تشخیص تکه تکه به راهکار کلی‌نگری ارتقا می‌یابد.

پشتوانه‌های عصبی
 

به نظر می‌رسد، سیستم بینایی انسان پاره‌ای منابع عصبی متخصص را به ادراک چهره اختصاص می‌دهد. مدت زمان پاسخ‌گویی به چهره‌ها (شناخت چهره) در ناحیه اینفروتمپورال کورتکس (Infero-temporal cortex) 120میلی‌ثانیه است که نشان دهنده نوعی پردازش بازخورد به جلو [feed-forward: نوعی سیستم تشخیص لایه‌ای که خروجی هر لایه به لایه بعدی منتقل می‌شود، نه به لایه‌هاي قبلی. بنابراین، فاقد حلقه بازخورد است] است. به احتمال فرآیندهای تشخیص چهره و درک حالت چهره توسط سیستم‌های متفاوتی انجام می‌شود.
منبع:http://www.shabakeh-mag.com
ارسال توسط کاربر محترم سایت : hasantaleb