تحقيق در زمينه تشخيص چهره فرصت‌هاي مطالعاتي را فراهم مي‌آورد که دانشمندان و مهندسان را براي چند سال آينده به چالش خواهد کشيد. به عنوان نمونه، ايجاد يک سيستم تشخيص چهره قدرتمند مي‌تواند در پروژه‌هاي مرتبط با امنيت ملي، تعامل انسان و کامپيوتر و بسياري از موارد ديگر 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.
تحقيقات درباره چگونگي درک چهره توسط انسان، يافته‌هاي جالب فراواني را در پي داشته است که مي‌تواند در طراحي سيستم‌هاي کاربردي و عملي، كمك مفيدي باشد1. کارايي تشخيص چهره علاوه بر کاربردهاي مرتبط با تعيين و مقايسه هويت نظير کنترل دسترسي، امور قضايي، صدور مجوزها و مدارک هويتي و نظارت در زمينه‌هايي نظير تعامل انسان و کامپيوتر، واقعيت مجازي، بازيابي اطلاعات از پايگاه‌هاي داده، مالتي مديا و سرگرمي‌هاي کامپيوتري نيز به اثبات رسيده است(2-4). شکل 1 شماي کلي يک سيستم معمول تشخيص چهره را نشان مي‌دهد که شامل سه بخش اساسي کشف چهره (Face Detection)، استخراج الگوها (Feature Extraction) و تشخيص چهره (Face Recognition) است.
شكل 1- نماي کلي سيستم‌هاي تشخيص چهره، که شامل سه بخش اساسي کشف چهره، استخراج الگو و تشخيص چهره است.
مانند هر مسئله تشخيص الگوي ديگري، تفاوت الگوي ناشي از نورپردازي، ژست، قيافه و... در واحد استخراج الگو، با تبديل الگوها به حالت‌هاي يکنواخت و مقاوم در برابر تغيير يا با تعيين قوانيني براي اين واحد که در تمام حالت‌ها قابل استفاده باشند، مديريت مي‌شوند. در طراحي سيستم‌هاي تشخيص چهره دست‌كم سه وظيفه مهم سيستم را همواره بايد در نظر داشت:
مقايسه: در اين حالت سيستم تعيين مي‌کند که آيا شخصي که از او تصوير‌برداري شده با هويت مورد ادعا مطابقت دارد يا خير.
تشخيص هويت: سيستم هويت يک فرد را از روي تصوير چهره تعيين مي‌کند.
کنترل فهرست مراقبت: سيستم از روي تصوير چهره تعيين مي‌کند که آيا فرد مورد نظر در فهرست وجود دارد يا خير و اگر وجود دارد هويت او را مشخص مي‌کند.
شكل 2 اين سه عملکرد را نمايش مي‌دهد. دشواري کار و دقت سيستم در حالت‌هاي تشخيص هويت و فهرست مراقبت به اندازه پايگاه داده يا فهرست مراقبت بستگي دارد.
شكل 2- اين دياگرام ساختار سه وظيفه اساسي تشخيص چهره مقايسه، کنترل فهرست مراقبت و تشخيص هويت را نشان مي‌دهد.
چرا تشخيص چهره دشوار است
شرايط ثبت تصوير نظير وضعيت چهره نسبت به دوربين، نورپردازي، حالت‌هاي چهره و تعداد پيکسل‌ها در ناحيه چهره و همچنين روند طبيعي پير شدن انسان مي‌تواند تغييرات زيادي را بر تصوير چهره انسان تحميل کند. تغييرات ديگري هم ممکن است از طريق تغيير قيافه، پوشش‌هايي نظير کلاه يا عينک آفتابي و موي صورت به وجود آيد. همچنين روند پيري در برخي افراد باعث افزايش يا کاهش وزن مي‌شود که خود بعد جديدي بر تنوع و حالت‌هاي مختلف چهره انسان مي‌افزايد. همان‌گونه که شكل 3 نشان مي‌دهد، حتي وقتي بر سوژه واحدي تمرکز مي‌کنيم، دامنه تنوع تصاوير چهره بسيار وسيع خواهد بود. چالش اصلي سيستم‌هاي تشخيص چهره، تعيين هويت يک فرد در عين وجود تمام اين تنوع‌ها و تفاوت‌ها است.
درک چهره
از آنجا كه انسان در تشخيص چهره مهارت فوق‌العاده‌اي از خود نشان مي‌دهد، طراحان سيستم‌هاي تشخيص چهره بايد از فاکتورهاي تأثيرگذار در ادراک چهره توسط انسان آگاهي داشته باشند. انجام پژوهش‌هاي گسترده در اين زمينه به مدت دست‌كم سه دهه1، يافته‌هايي اساسي را به ارمغان آورده که مي‌توان آن‌ها را به پنج دسته تقسيم کرد:
تشخيص
انسان‌ها مي‌توانند قيافه‌هاي آشنا را حتي در تصاوير با کيفيت بسيار پايين تشخيص دهند که اين قابليت بخشي از توانايي تحليل فضايي انسان است. قابليت تحمل تغيير و تبديل چهره با افزايش ميزان آشنايي افزايش مي‌يابد، اما اطلاعات با فرکانس بالا (تکرار شونده و مداوم) به تنهايي براي انجام يک تشخيص چهره خوب کافي نيست.
جزء به جزء در برابر کلي
در حالي‌که طبيعت فرآيند تشخيص چهره توسط انسان، جزء به جزء است، اما الگوهاي چهره به صورت کلي مورد بررسي قرار مي‌گيرند. از ميان تمام مشخصات و الگوهاي چهره، ابروها يکي از مهم‌ترين عوامل تشخيص هستند. به نظر مي‌رسد تناسبات شکلي و فرمي نيز در جهت‌هاي طولي و عرضي مستقل باشند.
نگاه به ابروها
در ميان خصوصيات و الگوهاي مختلف چهره، ابروها به لحاظ اهميت در هنگام تشخيص چهره با چشم‌ها قابل مقايسه‌اند1. براي تشريح اهميت ابروها در تشخيص چهره دلايل متعددي وجود دارد.نخست به نظر مي‌رسد ابروها در انتقال احساسات و ساير علائم غيرکلامي بسيار مهم هستند. چون بخش تصويري سيستم ممکن است از قبل براي کنترل ابروها جهت تشخيص و تفسير اين علائم برنامه‌ريزي شده باشد، اين برنامه‌ريزي مي‌تواند براي استفاده در عمليات تشخيص چهره نيز گسترش يابد. دوم به دلايل متعدد، ابروها مي‌توانند يکي از خصوصيات يا الگوهاي پايدار چهره باشند. چون ابروها به طور عادي از مشخصه‌هاي به نسبت بزرگ و با کنتراست صورت هستند مي‌توانند در برابر تغييرات ناشي از کاهش کيفيت تصوير صورت پايدار بمانند. همچنين از آنجا كه ابروها روي يک برآمدگي (برجستگي که حدقه چشم را از پيشاني جدا مي‌کند) قرار دارند، به نسبت ساير اجزاي صورت کمتر تحت تأثير تغييرات نورپردازي و سايه‌ها قرار مي‌گيرند.
طبيعت نشانه‌ها
به نظر مي‌رسد فرم چهره به شيوه‌اي کاريکاتور گونه که بر رنگ‌بندي، فرم و حرکت تمرکز دارد، کدگذاري مي‌شود. تماشاي طولاني مدت يك چهره مي‌تواند به آثار جانبي سطح بالاي متعددي منجر شود که ممکن است به سادگي تغيير يک چهره با شكلي متضاد با چهره اوليه يا به پيچيدگي يک ضدچهره با هويتي مشخص و بدون تغيير شکل مشخصي باشد و در نتيجه، امکان کدگذاري بر‌اساس نمونه را به ذهن متبادر مي‌کند. نشانه‌هاي رنگ بندي دست‌كم به اندازه ساير نشانه‌ها مهم هستند. نشانه‌هاي رنگي به خصوص زماني که نشانه‌هاي فرمي کيفيت مناسبي ندارند، نقش مهمي را بر عهده دارند، درحالي‌که وارونگي حاصل از قطبيدگي نور، به احتمال به علت ناتواني سيستم در استفاده از نشانه‌هاي رنگي، به شدت کارايي سيستم تشخيص چهره را کاهش مي‌دهد.
رشد تصاعدي
سيستم بصري انسان با ترجيح ابتدايي براي تشخيص الگوهاي شبيه صورت شروع به کار مي‌کند. در ادامه و در چند سال نخست زندگي، سيستم از حالت تشخيص تکه تکه به راهکار کلي‌نگري ارتقا مي‌يابد.
پشتوانه‌هاي عصبي
به نظر مي‌رسد، سيستم بينايي انسان پاره‌اي منابع عصبي متخصص را به ادراک چهره اختصاص مي‌دهد. مدت زمان پاسخ‌گويي به چهره‌ها (شناخت چهره) در ناحيه اينفروتمپورال کورتکس (Infero-temporal cortex) 120ميلي‌ثانيه است که نشان دهنده نوعي پردازش بازخورد به جلو [feed-forward: نوعي سيستم تشخيص لايه‌اي که خروجي هر لايه به لايه بعدي منتقل مي‌شود، نه به لايه‌هاي قبلي. بنابراين، فاقد حلقه بازخورد است] است. به احتمال فرآيندهاي تشخيص چهره و درک حالت چهره توسط سيستم‌هاي متفاوتي انجام مي‌شود.
منبع:http://www.shabakeh-mag.com ارسال توسط کاربر محترم سايت : hasantaleb