Pokaži mi uhelj in povem ti, kdo si

Raziskovalec Žiga Emeršič razvija postopke prepoznave ljudi na podlagi uhljev.
Objavljeno
21. avgust 2018 12.00
Posodobljeno
21. avgust 2018 12.12
Tako nevronska mreža na naključno izbranih fotografijah samodejno označi uhelj. Na fotografiji igralka Scarlett Johansson.
FOTO: arhiv Laboratorija za računalniški vid, FRI
Naslov članka je populistična past. Morda se res najde kdo, ki zna po uhljih sklepati o človekovi identiteti ali celo njegovih značilnostih, toda to nima prav nobene znanstvene vrednosti. Jo pa imajo dognanja Žige Emeršiča, raziskovalca v laboratoriju za računalniški vid pri ljubljanski fakulteti za računalništvo in informatiko. Z uporabo nevronskih mrež je pokazal, da je uhelj zelo uporaben pri prepoznavanju ljudi, podobno kot prstni odtisi in obraz.

Po pogovoru z doktorskim študentom in asistentom na fakulteti se človek hitro zaloti pri želji, da bi komu pogledal v uhlje – ali da bi si vsaj sumničavo zakril svoje. Tudi Emeršič, ki se s tem ukvarja dobra tri leta, priznava, da ni ostal povsem neprizadet po tem, ko je obdelal nekaj tisoč fotografij različnih uhljev. »Človek res presenetljivo vidi nekatera pravila,« pravi, a nemudoma doda: »Toda za natančno prepoznavo ljudi na podlagi uhljev je seveda treba natančno primerjati posamezna območja uhljev.«
 

Obraz se bolj spremeni kot uhlji


Čeprav smo pri prepoznavanju soljudi praviloma osredotočeni na obraz, so uhlji kot sredstvo identifikacije v resnici bolj zanesljivi. Kajti ne glede na to, da v času človekovega življenja zrastejo in se s staranjem morda podaljšajo, v osnovi ostanejo enaki. »Obraz se z leti in odraščanjem veliko bolj spreminja kot uhlji. Prav tako se na njih ne kažejo človekova čustva, torej žalost, veselje …«

Bertillonov sistem
S prepoznavo ljudi po značilnosti obraza, tudi uhljev, se je ukvarjal že francoski kriminalist Alphonse Bertillon konec 19. stoletja. Sistem, ki ga je izumil leta 1879, je postal znan pod imenom Bertillonov sistem in je hitro pridobil sloves zanesljive in znanstvene metode kriminalistične preiskave. Samo leta 1884 so menda francoski policisti tako zajeli 240 kršiteljev zakona, ki so jih že pred tem obravnavali. Kmalu so ga sprejeli tudi Američani. V 20. stoletju ga je zamenjala identifikacija na podlagi prstnih odtisov.


Enakih uhljev nimajo niti enojajčni dvojčki, čeprav to, da so unikatni, ni znanstveno dokazano. »Velja pa, da so unikatni. Enako velja za prstne odtise. Ni nujno, da so res prav vsi različni, poleg tega so lahko razlike med njimi izrazito majhne. Kot sredstvo prepoznavanja so uhlji uporabni zlasti, če je obraz zakrit ali zamegljen, če je človek posnet od strani ali če noče dati prstnih odtisov,« našteva sogovornik. Po drugi strani imajo eno veliko slabost – pogosto, zlasti pri ženskah, so zakriti.
Kako različne uhlje imamo, dokazuje že bežen vpogled v bazo, ki jo je Emeršič zgradil v letih raziskovanja – s tem se je začel ukvarjati v okviru magistrskega študija, temo pa je izbral na pobudo mentorjev, dr. Petra Peera in dr. Vitomirja Štruca, saj je področje še precej neraziskano, kar ga kajpada dela še posebej zanimivega. V bazi ima zdaj več kot tri tisoč uhljev, do večine se je dokopal prek spleta.
 

Iz resničnega življenja


Zakaj si niso poskušali priskrbeti svoje baze podatkov, torej sami posneti fotografij? »Hoteli smo razviti pristope, ki temeljijo na posnetkih iz resničnega življenja. Prejšnji poskusi so se osredotočali na tako rekoč laboratorijske razmere z enako svetlobo, enakim zornim kotom, toda to je v resničnem življenju neuporabno. Zato smo začeli tako, da smo z interneta prenesli fotografije, posnete na različne načine, s fotoaparatom ali telefonom, z različnimi osvetlitvami, v različnih razmerah. To je tisto, kar otežuje delo. Če so fotografije poravnane in posnete v enakih okoliščinah, težav ni.«

image
Po uhljih je mogoče razpoznavati ljudi. Tako je nevronska mreža označila vir identifikacije pri papežu.
FOTO: arhiv Laboratorija za računalniški vid, FRI


Uhlje je najprej sam izrezoval iz fotografij in jih na ta način obdelal okoli 1800, potem pa je lani pri predmetu slikovna biometrija izkoristil marljivost študentov. »Zadnjih nekaj mesecev smo tako razvili segmentacijske mreže, da same izrežejo uhlje iz fotografije.«

Umetna nevronska mreža sicer potrebuje vsaj tisoč uhljev, da se jih nauči prepoznavati. »Še pred tremi leti smo mislili, da bomo lahko cilj dosegli z ročnim programiranjem, a so ta stari pristop povozile globoke nevronske mreže. Te zdaj same ugotavljajo in razlikujejo množico fotografij.«
 

Uporabnost v telefoniji


Popoln laik si težko ustvari jasno sliko, kaj to pomeni, zato Emeršič na zaslonu pokaže, kaj dela on in kaj računalnik. Če smo pri uhlju še pri stvari, se proces prepoznavanja potem spremeni v kodo, ki sama po sebi ne pove veliko, dokler ne izpljune rezultata, to pa je, da uhelj pripada osebi A, B ali C – če si sposodimo poimenovanje sogovornikove baze. Zaradi varstva podatkov je namreč zameglil obraze in zavrgel podatke o imenih in priimkih.

image
Pa še Bill Clinton, nekdanji predsednik ZDA.
FOTO: arhiv Laboratorija za računalniški vid, FRI


Naslednje vprašanje, ki se postavi laiku, je: Kaj zdaj? Kaj početi s temi podatki? Uporabnost je evidentna v različnih forenzičnih postopkih identifikacije ljudi, sicer pa Emeršič največ možnosti vidi v telefoniji. Pametni telefoni za prepoznavo uporabnikov že uporabljajo prstne odtise, denimo za pregledovanje fotografij, uhelj pa bi bil lahko uporaben kot način identifikacije pri odzivanju na klice.

Na vprašanje, ali so analizirali že toliko uhljev, da bi lahko prepoznali značilnosti, ki jih imajo na primer uhlji serijskih morilcev, trgovcev ali novinarjev, odgovori samo s prizanesljivim nasmeškom, češ to me ne zanima. Se pa kljub vsemu spomni primera, ko mu je uhelj povedal več kot obraz: »Pregledoval sem fotografije in našel črno-belo, na kateri naj bi bil znani igralec. Mislil sem, da je bil posnet v mladih letih, vsaj po obrazu se je tako zdelo. Ko sem analiziral uhelj, pa sem ugotovil, da je na fotografiji njegov sin. Po obrazu bi sklepal, da je bil to on v mlajših letih.« Fotografija torej ni bila stara, samo stilizirana, za Emeršiča pa dodaten dokaz, da obraz ni dovolj za identifikacijo, ampak je treba pogledati (tudi) uhlje.

image
Pri ženskah so uhlji večinoma zakriti z lasmi ali uhani. Igralka Natalie Portman jih je v tem primeru odkrila.
FOTO: arhiv Laboratorija za računalniški vid, FRI

 

Umetna inteligenca


Zdaj ko so računalnike pripeljali tako daleč, da lahko prepoznajo človeka na podlagi uhljev, se ukvarjajo s tem, kaj vse bi jih lahko zavedlo. Velik problem so uhani ali slušni aparati. »Vprašanje je, kaj se je nevronska mreža naučila. Morda je v središče postavila prav uhan in bi lahko zato na temelju tega nekomu drugemu pripisala identiteto. Zato je treba ves čas preverjati sistem in ga izboljševati.«

Žiga Emeršič v tem raziskovanju seveda ni sam; zelo rad pohvali svoja mentorja, sicer pa na prste para rok prešteje skupine, ki se v svetu še ukvarjajo s tem. Kako so zagrete, potrjuje že dejstvo, da celo tekmujejo v prepoznavanju uhljev. Pravzaprav je to deloma Emeršičevo maslo: prvo tekmovanje so organizirali on in mentorja lani na mednarodni konferenci o biometriji. Sodelovali so raziskovalci iz Indije, ZDA, Irana, Velike Britanije in Turčije ter predstavili najboljše pristope k prepoznavanju uhljev dotlej. »Vsi, razen ene skupine, so uporabili nevronske mreže. Tudi to dokazuje, da je strojno učenje prevladalo,« pomenljivo pravi Emeršič. S tem pa že zaidemo na polje umetne inteligence, področje, ki ga nadvse zanima in nestrpno pričakuje, kaj se bo zgodilo.