Uhlji razkrivajo našo identiteto, so kot prstni odtis

Zakaj bi sploh identificirali ljudi s pomočjo uhljev, če obstaja toliko drugih tehnik in možnosti? Odgovor je preprost. Uhlji so pri prepoznavi priročni takrat, ko je obraz človeka viden samo s profila ali oseba nosi masko ali pa je obraz kako drugače slabo viden, na primer zaradi slabe osvetlitve ali zamegljenega posnetka. "Tehnike razpoznave uhljev so lahko uporabne same zase ali pa kot dopolnitev obstoječim sistemom razpoznave oseb," je pojasnil Žiga Emeršič, doktorski študent – asistent na Fakulteti za računalništvo in informatiko Univerze v Ljubljani in raziskovalec v Laboratoriju za računalniški vid. Tehnike razpoznave pomenijo še eno praktično stvar – na telefon bi se lahko oglašali zgolj s tem, da bi ga prislonili direktno k uhlju, je dodal.

Zakaj nas uhlji lahko razkrijejo?

Podobno kot prstni odtisi so tudi naši uhlji zelo specifični. Glavna prednost je, da ne potrebujemo sodelovanja osebe, če želimo pridobiti biometrične podatke. Pri prstnih odtisih je torej nujno, da oseba prisloni prst na nek senzor, uhljev pa ni treba. Če primerjamo z obrazi, se uhlji bolje izkažejo tudi pri dvojčkih. Zaradi faktorja naključnosti pri rasti uhljev jih je namreč mogoče razločiti. "Naj omenim anekdoto. Ob pripravljanju baze slik uhljev sem naletel na črno-belo (sivinsko) fotografijo, kjer je bila oseba občutno mlajša kot na drugih fotografijah. Prepričan sem bil, da gre za starejšo fotografijo osebe iz mladih let in sem uhlje normalno obrezal. Kasneje, ko sem šel skozi fotografije uhljev te osebe, mi je ta uhelj takoj padel v oko, saj se na pogled ni ujemal z drugimi. Ob iskanju izvirne fotografije sem ugotovil, da to ni oseba v mlajših letih, temveč gre za fotografijo njegovega sina! Fotografija je bila namreč črno-bela zaradi estetskih razlogov," je argumentiral Emeršič, zakaj obrazi niso dovolj in potrebujemo uhlje.

Za raziskovanje izrezali 2000 uhljev

Emeršič se je z razpoznavo uhljev, ki so v primerjavi z obrazi relativno neraziskano področje, začel ukvarjati že na magistrskem študiju. Zdaj svojo raziskavo še poglablja. Pri tem mu stojita ob strani mentorja, profesorja Peter Peer in Vitomir Štruc, brez katerih raziskave sploh ne bi bilo.

Za začetek postopka so potrebne dvodimenzionalne fotografije oseb, iz katerih je treba izluščiti uhlje. "To lahko opravimo ročno ali samodejno z uporabo algoritmov za detekcijo oz. segmentacijo. Na začetku je bilo treba uhlje obrezati ročno. Izrezali smo jih nekaj manj kot dva tisoč, da smo ustvarili bazo, ki je bila uporabna za evalvacijo obstoječih in za razvoj novih pristopov," je opisal potek raziskave Emeršič. Nato so po klasičnem postopku iz fotografij izluščili značilnosti uhljev, v drugem koraku pa uporabili popularne konvolucijske nevronske mreže. "Prvi pristop vključuje programiranje določenih pravil oziroma odzivov na vhodne podatke. Glede na kontrastne nivoje se lahko izračunajo vektorji vrednosti, ki opisujejo fotografijo. Pri drugem pristopu z globokim učenjem oziroma konvolucijskimi nevronskimi mrežami pa določena pravila sestavi računalnik sam, glede na množico vhodnih podatkov," je razložil Emeršič.

Na začetku so mislili, da bodo določene izboljšave dosegli s klasičnimi pristopi. Zdaj postaja vse bolj jasno, da so globoke nevronske mreže veliko bolj učinkovite. Ne zmagujejo le na področju razpoznave uhljev ali biometrije, temveč tudi splošno na področju računalniškega vida, ugotavlja Emeršič.

Kakšne fotografije so primerne?

Ker je cilj razviti uporabne pristope, torej take, ki bi delovali v resničnem svetu, so Emeršič in njegova skupina uporabili fotografije s spleta. Zato tudi pomislili niso, da bi ljudi fotografirali na primer v studiu, kjer lahko ustvariš laboratorijske pogoje s fiksno osvetlitvijo. Idealne fotografije so namreč v realnosti redkost. "Obstaja več načinov, kako pridobiti uporabne fotografije uhljev. Lahko si pomagamo z obstoječimi algoritmi za detekcijo ali to opravimo ročno. Mi smo uporabili oba načina. Z lastnim delom in s pomočjo zelo pridnih študentov smo prišli do skoraj deset tisoč fotografij," je pojasnil.

Težave?

Kot pri vsaki raziskavi, tudi pri Emeršičevi, ni teklo vse kot po maslu. Težave, vezane na uhlje, so podobne težavam pri drugih biometrijah – slaba osvetlitev, zamegljene slike, visoki koti zajema fotografije … "Poleg klasičnih težav z nevronskimi mrežami, kjer pravzaprav ne vemo, kaj točno se je po fazi učenja v ozadju zgodilo, se pri uhljih pojavlja še težava prekrivanja. Še posebej je opazna pri ženskah, kadar jih lasje popolnoma ali deloma prekrivajo, še večje preglavice pa nam povzročajo uhani. Če uhlje tretiramo celostno, se lahko zgodi, da kot biometrične podatke zajamemo tudi tujke. Če oseba ob registraciji nosi določene uhane, ob prijavi v sistem pa jih nima ali nosi drugačne, bi se lahko zgodilo, da je sistem ne bi spustil naprej. Še slabše bi bilo, če bi podobne uhane nosil kdo drug in bi ga zato sistem spustil naprej, kljub drugačnim uhljem," je probleme izpostavil Emeršič in dodal, da se trenutno ubadajo ravno s tem, da jih skušajo rešiti z zaznavanjem in odstranjevanjem objektov, ki niso del uhlja.

Na svetu le 15 raziskovalnih skupin, ki raziskujejo uhlje

Tovrstno prepoznavanje človeške identitete je na svetovni ravni še v povojih, sploh če primerjamo z razpoznavo obrazov. Emeršič je s svojima mentorjema Peerom in Štrucem leta 2017 organiziral prvo tekmovanje v razpoznavi uhljev. "Sodelovali so raziskovalci iz Indije, ZDA, Irana, Velike Britanije in Turčije. Predstavili so takrat najboljše pristope k razpoznavi uhljev na svetu. Tovrstna tekmovanja veliko pripomorejo k razvoju znanosti, zato nameravamo naslednje tekmovanje ponoviti v letu 2019," je povedal Emeršič in strnil, da uhlji še nekaj časa ne bodo izčrpani.

Poleg tega pa obstaja še veliko področij biometrije in računalniškega vida, ki ga tudi navdušujejo.