experience the next
 
Главная  > Журнал «Experience the Next»  > Статьи из журнала

Распознавание лиц - технология нашего века

24.07.2006

Значение визуального образа в современной жизни невероятно велико. Если мы хотим убедить человека, то показываем ему «картинку» - это хорошо усвоили киношники, рекламщики и пиарщики. Впрочем, и сами они - тоже логическое порождение эпохи «человека смотрящего», пришедшей на смену эпохе «человека читающего». Свои фундаментальные свойства мы стараемся передать и «брату нашему меньшему», творению рук человеческих - компьютеру. Он тоже должен видеть, как и мы…

Зеркало души как средство идентификации человека

Заставить компьютер видеть - задача не новая и естественным образом вписывающаяся в концепцию искусственного интеллекта. Главное здесь -алгоритмы обработки изображения, как статичного, так и движущегося.

Одним из самых последовательных и верных приверженцев данного направления является сфера безопасности. Ведь система безопасности - не столько «глухой забор», сколько надежный комплекс мер по профилактике и выявлению нарушений. Именно поэтому потенциальные пользователи систем безопасности и, конечно же, производители охранных комплексов заинтересованы в эффективной технологии распознавания лиц, которая основана именно на алгоритмах обработки изображения.

Суть этой технологии состоит в том, что система безопасности автоматически, без участия человека, определяет, что в кадре находится лицо человека, а также устанавливает, кому именно принадлежит это лицо. Сложность этой задачи,однако, настолько велика, что до сих пор высказываются большие сомнения в том, что такую технологию когда-либо удастся сделать работающей достоверно. Тем не менее, разработчики прикладывают много сил для совершенствования систем распознавания лиц. Является ли эта тема исключительно научно-исследовательской, своего рода состязанием, упражнением для ума и интеллекта, или все-таки преследует практические цели? Насколько подобная система востребована и применима на рынке безопасности?

По всему земному шару

Чтобы ответить на поставленные вопросы, следует задаться еще одним: «Для чего нужно распознавание лиц и где оно может использоваться?». Ответ прост: везде, где необходимо обеспечивать безопасность - на проходной предприятия, в метро, в аэропорту и на вокзале, в супермаркете и на автозаправке, в концертных залах и на стадионах, на улицах и площадях, в развлекательных заведениях, в кафе, клубах и ресторанах. Одним словом, везде, где можно столкнуться со «злой волей» и «нечистыми намерениями» человека. Миссия системы распознавания лиц в том и заключается, чтобы защитить граждан от посягательства на их права, имущество и жизнь.

Так, в США систему распознавания лиц стали активно внедрять и тестировать в аэропортах после печально известных событий 11 сентября. Цель сверхгуманна - предотвращение террористических актов! В тех же Соединенных Штатах эта технология применяется на стадионах при проведении крупных спортивных мероприятий, таких, например, как Кубок США по американскому футболу. В Великобритании в предместье Лондона работает система распознавания лиц с подключенными к ней 250 телекамерами. Система автоматически выхватывает изображения лиц людей, идущих по улице, и сравнивает эти изображения с комплектом фотографий преступников, находящихся в розыске. С аналогичной целью использует систему распознавания лиц и полиция США, к примеру, в местечке Вирджиния Бич, штат Вирджиния. Первые результаты тестирования системы распознавания при идентификации временно задержанных лиц в шотландском городе Грампиане продемонстрировали ценность этой технологии.

А что же в родном Отечестве? На выставке Sicur-2006, проходившей в Мадриде, была продемонстрирована система распознавания лиц «Face-Интеллект» российской компании ITV. Многие посетители выставки интересовались возможностями системы, выясняли подробности, связанные с ее функциями и условиями эксплуатации. В дни проведения выставки репортаж о российской разработке был показан на популярном в Испании телеканале Antena3.

Годом ранее этот же продукт был представлен на нью-йоркской выставке по безопасности ISCEast-2005 и на форуме ISCWest-2005 в Лас-Вегасе. И здесь многие были приятно удивлены качеством и скоростью распознавания лиц, а специалисты из финансовой отрасли особенно интересовались возможностями обеспечения повышенного контроля транзакций, которое может дать использование «Face-Интеллекта».

Что такое «Face-Интеллект»

Возникает закономерный вопрос: чем российский продукт так впечатлил искушенную американскую и европейскую публику? Чтобы это понять, давайте посмотрим на него изнутри.

«Face-Интеллект» - это система биометрической идентификации человека по изображению его лица, состоящая из комплекса безопасности «Интеллект» и двух модулей - захвата и распознавания. В целом система действует следующим образом.

Телекамера получает изображение. Каждый кадр поступает в модуль захвата, где происходит проверка изображения на наличие в нем одного или нескольких лиц. Если лица обнаружены, то для каждого лица определяется его размер и расположение. Захват произошел (рис. 1).

После этого в действие вступает модуль распознавания (рис. 2, а, б, в). Сначала он определяет положение центров глаз человека на изображении.

Далее с лицом происходит примерно то же, что и с головой героя какого-нибудь мультфильма - лицо поворачивается строго в фас, и размер его уменьшается либо увеличивается так, чтобы центры глаз расположились в двух определенных точках. Происходит «нормализация» изображения лица.

Следующий шаг - работа над яркостью, контрастностью и иными параметрами изображения, вполне аналогичная тому, что можно сделать с картинкой с помощью современной дизайнерской программы.

После этого модуль распознавания переходит к измерению определенных параметров лица - тех, по которым можно отличать одного человека от другого. Параметры эти подобрали и заложили в алгоритм распознавания разработчики модуля. Разумеется, обратная процедура - получить изображение лица на основе его параметров - уже не может быть проделана.

Набор параметров, извлеченных из изображения лица, - это биометрический образ лица человека. Чтобы система «Face-Интеллект» могла установить, чье изображение попало в кадр, она сравнивает биометрический образ данного лица с набором таких же образов, про которые заранее известно, кому они «принадлежат». Из таких образов составляются всевозможные базы данных - сотрудников предприятия, лиц, объявленных в розыск, важных персон и т.д.

Результат сравнения выражается в коэффициенте распознавания, определяющем степень сходства захваченного лица и образа в базе (рис. 3). В итоге «Face-Интеллект» принимает решение о том, что это - одно и то же лицо, если коэффициент достаточно велик. При этом можно регулировать тот порог, которого должен достигать коэффициент распознавания, чтобы было принято такое решение.

Реакция на результат распознавания зависит от применения системы. Если речь идет о попытке отсеять террористов в аэропорту при досмотре, то система должна сообщать оператору о том, что коэффициент распознавания велик, то есть попросту привлечь его внимание. На проходной предприятия, где одни и те же люди проходят много раз, совместная работа системы распознавания лиц и системы контроля доступа может быть полностью автоматизирована: если лицо похоже на одного из тех, кто есть в списке сотрудников, то проход разрешается.

Есть в системе и детализированный монитор распознанных лиц. На нем слева отображается лицо, захваченное телекамерой, а также информация о данной персоне. Справа, в ряд - список похожих кандидатов по убыванию степени сходства, с указанием степени сходства и личной информации о каждом (рис. 4).

Существует возможность поиска распознанной персоны в видеоархиве и просмотра видеоролика, в котором присутствует распознанное лицо. В интерфейсе, предназначенном для поиска людей по изображению, указывается период времени для поиска и фильтры для параметров поиска (рис. 5). После выполнения запроса на экран выводятся удовлетворяющие условиям поиска записи в протоколе (рис. 3).

Высокий уровень надежности системы гарантирован тем, что разработчик, компания ITV выбрала для использования в модуле распознавания лучшие программные платформы - Cogniteс Systems и Asia Software. Благодаря этому обеспечивается хорошее качество и высокая скорость распознавания лиц.

Если же на рынке безопасности появится платформа, демонстрирующая лучшие результаты, ничто не мешает разработчикам отдать ей предпочтение и подключить в «Face-Интеллект». В этом явное преимущество модульной системы! В свою очередь, специалисты ITV внимательно следят за мировым процессом развития программных платформ.

Все под контролем!

Еще одним преимуществом системы «Face-Интеллект» стали ее интеграционные возможности. Здесь стоит несколько слов сказать о программно-аппаратном комплексе безопасности «Интеллект», который, в свою очередь, является идеальной платформой для построения распределенных, комплексных систем безопасности.

«Интеллект» позволяет создавать распределенную структуру, дает возможность удаленного администрирования, организации неограниченного числа рабочих мест. Особый формат компрессии делает возможной передачу видеоизображения по этой распределенной структуре в больших объемах. «Интеллект» рассчитан на подключение к нему всевозможного охранного оборудования, что открывает дополнительные возможности для пользователей. К примеру, «Интеллект» может использоваться как система видеонаблюдения, а в зависимости от потребностей и стоящих задач по безопасности к нему подключаются различные модули.

Если необходимо контролировать кассовые операции, то в систему интегрируется модуль «POS-Интеллект», который отвечает за ее взаимодействие с программным обеспечением кассовых аппаратов. «POS-Интеллект» - средство для борьбы с потерями, возникающими в розничной торговле вследствие махинаций и злоупотреблений персонала и покупателей. Если необходимо вести на предприятии мониторинг и управление технологическими процессами и безопасностью производства, то используем с «Интеллектом» модуль, который превращает его в автоматизированную систему управления «SCADA-Интел-лект». Для решения задач, связанных с транспортом, интегрируем модуль распознавания автомобильных номеров и видеодетектор транспортных потоков. В результате получаем систему «Авто-Интеллект». И, наконец, если необходимо контролировать прохождение людей через КПП или вахту, если ведется розыскная работа, если в магазине или клубе орудует вор или шайка мошенников, если обеспечивается безопасность места с большим скоплением людей, то можно внедрить в систему безопасности модуль «Face-Интеллект».

Необходимо акцентировать внимание еще на одном отличительном свойстве комплекса «Интеллект» - распределенности системы. Это преимущество свойственно и всем продуктам, разработанным на его базе. В «Face-Интеллекте» распределенность реализована следующим образом: телекамеры, которые получают исходное изображение, могут быть установлены в разных местах, удаленных друг от друга, при этом захват лиц и их распознавание могут выполняться на разных серверах, а базы данных, которые используются для распознавания, могут также находиться на одном или на нескольких серверах. Кроме того, поскольку распознавание -это ресурсоемкая операция, для сервера распознавания можно выделить отдельный компьютер, на котором не будет ничего, кроме самого сервера распознавания.

Таким образом, «Face-Интеллект» можно разместить в одном месте, и из абсолютно любого другого места наблюдать в реальном времени, что происходит на сервере распознавания. Теоретически ничто не мешает отсылать изображение распознанного лица на мобильный телефон. Безусловно, есть возможность получать сообщения с сервера по электронной почте или в виде SMS.

Фейс-контроль дает добро

В целом применение системы распознавания лиц определяется ее особенностями, отличиями от других биометрических технологий, т.е. технологий, которые для идентификации человека используют его признаки, особенные для каждого индивидуума. По надежности распознавание лиц уступает некоторым другим биометрическим технологиям, в том числе двум наиболее отработанным и доведенным до практического уровня - идентификации человека по отпечаткам пальцев и по радужной оболочке глаза. При этом главное преимущество распознавания лиц состоит в том, что оно не требует каких-либо действий со стороны проверяемого человека.

Для получения отпечатка пальца человек должен приложить палец к сканеру. Чтобы изображение радужной оболочки глаза поступило в систему идентификации, человек должен посмотреть в объектив с небольшого расстояния. А вот для получения изображения лица, пригодного для распознавания, человек не должен никуда подходить или поворачиваться. Он может и не знать, что изображение его лица «захвачено». Система распознавания работает и там, где люди идут плотной вереницей, и там, где они образуют толпу. В этом - уникальность данной технологии.

Характерным примером использования системы распознавания лиц является ее интеграция с системой контроля доступа на предприятиях, в организациях и учреждениях. Особым преимуществом такого тандема является ужесточение мер безопасности и контроля. Недостатком системы контроля доступа является возможность манипуляции с карточками доступа - их можно передавать другим людям, красть, терять. Именно этот недостаток безболезненно компенсирует система распознавания лиц.

«Face-Интеллект» считывает с карточки фамилию ее законного владельца и находит в базе данных его фотографию. Затем он распознает лицо человека, стоящего перед телекамерой, и сравнивает его с фотографией, извлеченной из базы. Такой двойной контроль гарантирует невозможность манипуляции с карточкой доступа.

Другой характерный пример - это использование идентификации человека по изображению его лица в аэропорту. Здесь параллельно с досмотром вещей проверяют лицо пассажира, сравнивая его изображение с имеющимися в базе данных снимками. Как отмечалось выше, подобная система уже функционирует в некоторых зарубежных аэропортах. Причем аэропорты обмениваются собственными сформированными базами данных, что многократно увеличивает возможность найти искомого человека. Например, гражданина, совершившего правонарушение под одной фамилией, можно найти, когда он будет проходить контроль в следующий раз уже под другой.

Еще одной группой объектов, где очень актуально использование системы распознавания лиц, являются торговые предприятия и развлекательные заведения. Магазины, супермаркеты, автозаправки, клубы, рестораны, кафе - всех их объединяет одно: желание извлечь максимальную прибыль, для чего необходимо повышать качество обслуживания клиентов и обезопасить посетителей. Для них важно ограничить доступ людям, которые по тем или иным причинам нежелательны в этом заведении и, наоборот, заранее узнав о прибытии постоянного клиента или VIP-персоны, как можно на более высоком уровне обслужить его.

Сибирский прорыв

В авангарде внедрения распознавания лиц в сфере услуг идет мало кому известный бильярдный клуб «Волна» из сибирского города Кемерово. При инсталляции в этом клубе системы безопасности в ее состав была включена система распознавания лиц «Face-Интеллект». Она должна автоматически обнаруживать в видеопотоке, получаемом на входе, изображение лица человека и сравнивать его с образцами из базы. Обнаружив совпадение, система может просто сообщить об этом оператору, либо выполнить предписанные заранее действия (рис. 6).

Столь смелая инсталляция - это заслуга не только и не столько заказчика, сколько компании «Кемсервис», которая установила в клубе систему безопасности.

В базу системы распознавания были заложены электронные образы лиц руководителей учреждения, почетных постоянных клиентов, обслуживающего персонала. При необходимости в базу заносятся лица нарушителей, должников или нежелательных посетителей, что повышает эффективность работы службы охраны объекта и безопасность посетителей клуба.

Данный пример - показательный во многих отношениях. Мы наблюдаем здесь практическое применение распознавания лиц в развлекательном заведении. И реализовано оно уже не за рубежом, не в столице России, и даже не в европейской части страны, а в Сибири.

Дон Кихоты и ветряные мельницы

Не всем использование системы распознавания лиц в настоящем и будущем приходится по нраву. В США и Западной Европе главный аргумент противников системы сводится к тому, что ее применение нарушает права человека. Сначала «защитников» беспокоило то, что система подвержена отрицательному влиянию извне. Так как решение, в конечном счете, принимает человек - оператор системы безопасности, то они стали говорить о «человеческом факторе». Мол, человек - существо грешное и на работе занимается не всегда тем, чем надо. Где гарантия, что операторы системы распознавания лиц (как и просто системы видеонаблюдения) не будут использовать оную в личных бескорыстных (просто подглядывать) или корыстных (по сговору с целью давления на человека) целях? Мол, в США и Великобритании были подобные случаи. Вот они, нарушения неприкосновенности личной жизни!

Но причем здесь система распознавания лиц? То, что человек может совершать не лучшие поступки и использует для этого любые возможности, известно испокон веков. Но то, что подобные работники есть в сфере безопасности, -это, скорее, проблема не технологии, а кадровой службы. К сожалению, последний факт очевиден еще не всем.

Есть еще один довод, которым пользуются «защитники» - это гипотетическая опасность тотального контроля, который можно вести с помощью такой системы за ничего не подозревающими гражданами отдельно взятой улицы, города, региона или страны. Но и здесь все не так угрожающе гладко! Во-первых, технология распознавания не достигла еще такого совершенства, чтобы с лету, при любом освещении, на 100% распознавать человека, особенно если его изображения нет в базе. Во-вторых, в связи с появлением этой технологии совершенно не стоит бояться возможности всеобщей слежки. Те же, кто думают иначе, похожи на сражающихся с ветряными мельницами Дон Кихотов. Не секрет, что тотальный контроль над личностью гораздо удобнее вести посредством мобильного телефона. Как известно, определить местонахождение, установить круг общения, интересы владельца «мобильника» не составляет большого труда. Этот путь гораздо эффективнее и абсолютно ненавязчив! Так что «защитники» гражданских прав пошли по ложному следу и скорее отвлекают внимание широкой общественности от других реальных опасностей, связанных с перспективой введения тотального контроля над личностью.

«Face-Интеллект» - перспективы и прогнозы

Но вернемся к системе «Face-Интеллект», которая привлекает внимание специалистов и потенциальных потребителей как в России, так и в Западной Европе и США.

Технология распознавания лиц, реализованная в ней, сегодня динамично развивается. В выпущенной не так давно версии 4.7.3. комплекса безопасности «Интеллект» центральное место было уделено именно новшествам в «Face-Интеллекте». Здесь реализован новый интерфейс, оптимизированы алгоритмы его работы, внедрены новые функциональные возможности. Существенно увеличена скорость и качество работы модуля захвата лиц.

Сам захват лиц теперь входит в базовую версию «Интеллекта». Значит, его получает тот пользователь, который не приобретал систему «Face-Интеллект». Что это ему дает? Ценную во многих случаях возможность - искать в архиве те моменты, когда в кадре появлялось лицо человека.

Допустим, телекамера находится на входе, и за 8 часов мимо нее прошло 10 человек. Чтобы определить личности входящих, оператор теперь не должен просматривать весь видеоархив. Система производит захват, фиксирует лица проходящих людей и по требованию оператора выводит их на экран. Получается, что из видеозаписи, произведенной в течение 8 часов, на экран будет быстро выведено 10 кадров с указанием времени, когда они получены.

Вместо нудного, бесконечно трудоемкого просмотра многочасовых архивов мы получим возможность быстрого поиска интересующей нас личности.

Специалисты ITV, однако, не успокоятся на достигнутом и в дальнейшем планируют больше внимания уделить развитию сервисных функций «Face-Интеллекта», дать пользователю в управление все, что ему может понадобиться, и при этом сделать его работу еще более простой и удобной. Так, в частности, будет добавлена работа с множеством баз, появятся разнородные базы.

Отдельно будет разработан модуль индексирования изображений лиц - инструмент для быстрого поиска лиц в видеоархиве. Каждому лицу, присутствующему в видеозаписи, будет присваиваться некий индекс - числовой массив, характеризующий данное изображение. Когда пользователь введет в систему лицо, которое он хочет найти, система построит для этого лица такой же индекс. Затем она извлечет из архива изображения тех лиц, которые при сравнении по индексам показывают хорошее совпадение. Так пользователь получит 20-30 лиц, похожих на искомое, и уже сам, быстро просмотрев извлеченную из архива галерею изображений, найдет того, кто ему нужен.

Кто на новенького?!

Система распознавания лиц в ближайшее время может быть активно востребована в розничной торговле. Гипер-маркеты, супермаркеты, торгово-развлекательные комплексы и другие торговые предприятия, где вращаются большие суммы денег, особенно такие заведения, где надо знать своих посетителей в лицо и надо обеспечивать повышенные меры безопасности, будут заинтересованы в подобных системах. Благодаря ним можно будет сократить потери и повысить безопасность.

Особенно привлекательным для таких комплексов становится использование интегрированной системы, где в единой структуре работают, например, «Face-Интеллект», «Авто-Интеллект» и «POS-Интеллект». Таким образом, производится контроль кассовых операций, под охраной находится автопарковка перед магазином, и в самом торговом зале можно не опасаться краж. Это удобно как для торговых заведений, так и для покупателей. Человек, приезжая за покупками, может, ничего не боясь, оставлять свою машину и так же спокойно ходить по торговым залам, не опасаясь ловких воришек. К тому же руководитель торгового комплекса может, находясь на любом удалении от магазина, проверить, как идут дела.

В ближайшей перспективе системы распознавания лиц могут быть применены на объектах элитного жилья. Допустим, по воле жильцов может быть ограничен вход в подъезд или во двор нежелательным особам. Система также может стать преградой на пути воров, которые, подделав или украв ключ, попытаются проникнуть в подъезд.

Итак, не будучи еще абсолютно идеальной, технология распознавания лиц в то же время достаточно совершенна, чтобы реально приносить пользу своим владельцам, обеспечивать им высокий уровень безопасности и эффективность деятельности. Завоевывая место под солнцем, она в первую очередь захватит бизнес и те его сферы, прибыль которых напрямую зависит от посетителей и клиентов. Несмотря на выступления недоброжелателей, распознавание лиц находит все новых приверженцев и потенциальных потребителей и, в любом случае, не оставляет никого равнодушным.


Полезные материалы