Gesichtserkennung

mini|Automatische Gesichtserkennung

Gesichtserkennung bezeichnet die Analyse der Ausprägung sichtbarer Merkmale im Bereich des frontalen Kopfes, gegeben durch geometrische Anordnung und Textureigenschaften der Oberfläche.

Sowohl Menschen, als auch diverse andere Spezies sind dazu in der Lage eigene Artgenossen und teilweise auch Individuen anderer Arten an den Gesichtsmerkmalen zu unterscheiden. Künstliche Intelligenz lässt sich ebenfalls so programmieren, dass sie menschliche (oder tierische) Gesichter erkennt.

Begriffsunterscheidung Es ist zu unterscheiden zwischen der Lokalisation eines Gesichts im Bild und der Zuordnung des Gesichts zu einer bestimmten Person. Im ersten Fall wird geprüft, ob und wo ein Gesicht zu sehen ist, im zweiten, um wen es sich handelt.

Geht es um die Gesichtserkennung im Sinne des Erkennens, um welches Gesicht es sich handelt, dann kann man zwei Fälle unterscheiden: Sollte dies durch Menschen geschehen, wird im englischen Sprachraum von face perception gesprochen, während eine Gesichtserkennung durch Maschinen als face recognition bezeichnet wird. Menschen, die besonders zur Gesichtserkennung befähigt sind, setzt die Polizei für Aufklärungszwecke als Super-Recognizer ein.

Einige Tierarten können Gesichter bei Tieren der gleichen Art oder auch bei Tieren einer anderen Art, einschließlich Menschen, unterscheiden und in dem Sinn erkennen. Hier werden die Begriffe face perception und face recognition (conspecific/heterospecific) verwendet.

Die Fähigkeit zur Gesichtserkennung Beim Menschen Beim Menschen ist die Gesichtserkennung an die Funktionen des Großhirns, genauer der Occipitallappen, gebunden. Ein teilweises oder völliges Fehlen dieser Fähigkeit heißt Prosopagnosie.

Die Fähigkeit zur Erkennung und Unterscheidung menschlicher Gesichtern wird von Säuglingen normalerweise innerhalb der ersten Lebensmonate erworben. Weil die Sehschärfe bei Neugeborenen noch nicht komplett ausgebildet ist, erkennen sie in ihren ersten zwei Lebensmonaten nur Gesichter in ihrem Nahbereich (in 20 bis 25 Zentimeter Entfernung). Die langsame Ausdehnung des Sichtfeldes dient als Schutz vor möglicher Reizüberflutung. Ab dem dritten Monat erkennen Babys nicht nur Gesichter, sondern auch Unterschiede in der Mimik. Sehfähigkeit Was und wie Babys sehen. vom 21. Mai 2002 Eltern, abgerufen am 18. Oktober 2023

Die Fähigkeit Gesichter voneinander zu unterscheiden, die nicht-menschlich sind, ist bei sechs Monate alten Babys stärker ausgeprägt als bei Erwachsenen. Mit der Zeit konzentrieren Menschen sich dann verstärkt auf Unterschiede, die wichtig sind, um menschliche Gesichter voneinander zu unterscheiden. Fähigkeit Unterschiede zu entdecken, die beispielsweise bei der Gesichtserkennung bei Makaken hilfreich sind, gehen dabei verloren.Babys können Gesichter besser unterscheiden als Erwachsene. vom 21. Mai 2002 Bild der Wissenschaft, abgerufen am 18. Oktober 2023

Neugeborene interessieren sich mehr für Gesichter oder Gesichtern ähnelnde Objekte als für Anderes. Schon im letzten Drittel der Schwangerschaft öffnen Embryos die Augen und entwickeln Sehsinn. 2017 zeigten Versuche an Ungeborenen in der 34. Schwangerschaftswoche, dass sich diese statistisch signifikant einem auf die Bauchdecke der Mutter projiziertem Lichtmuster zuwenden, wenn dieses das Grundmuster eines Gesichts aufweist.Schon Ungeborene reagieren auf Gesichter orf.at, 9. Juni 2017, abgerufen am 9. Juni 2017.

Wesentliche Beiträge zur Erforschung der Gesichtserkennung erbrachten Nancy Kanwisher, Doris Tsao und Winrich Freiwald.

Im Tierreich mini|Zahlreichen Wespenarten können ihre Artgenossen anhand der individuell gestalteten Gesichtszüge voneinander unterscheiden Nicht nur Säugetiere, wie beispielsweise Hunde, Affen oder PferdePferde erkennen menschliche Gesichter. vom 10. September 2020 Cavallo, abgerufen am 18. Oktober 2023 sind dazu in der Lage menschliche Gesichter voneinander zu unterscheiden. In verschiedenen Studien wurde nicht nur erforscht, ob Tiere menschliche Gesichter erkennen können, sondern auch, ob sie die Gesichter ihrer eigenen Artgenossen unterscheiden können.Umwelt. Schafe erkennen unsere Gesichter vom 7. November 2017 Bild der Wissenschaft, abgerufen am 18. Oktober 2023.

Tiere, die menschliche Gesichter unterscheiden können Es konnte gezeigt werden, das Honigbienen (Apis mellifera) unterschiedliche menschliche Gesichter, die ihnen auf Fotografien präsentiert wurden, unterscheiden können. Sie sind in gewissem Grad auch in der Lage, Gesichter wiederzuerkennen, die auf den Fotos um 30 Grad rotiert wurden.

An der University of Cambridge konnte nachgewiesen werden, dass auch Schafe menschliche Gesichter, die ihnen auf Fotos präsentiert wurden, erkennen können und (wie bei Bienen) auch, wenn die Perspektive geändert wurde, aus der das Bild aufgenommen wurde.F. Knolle, R, P. Goncalves & A. J. Morton (2017): Sheep recognize familiar and unfamiliar human faces from two-dimensional images. Royal Society Open Science Nov. 2017, Vol. 4 Iss. 11 doi:10.1098/rsos.171228

Neben Säugetieren sind auch einige Vögel, darunter Krähen und Tauben, nachweislich dazu in der Lage Menschen anhand ihrer Gesichter wiederzuerkennen, wie eine, an der Universität Paris-Nanterre durchgeführte Studie, bestätigte. Selbst wenn die menschlichen Probanden identische Laborkittel trugen, unterschieden Tauben sogar zwei Frauen, die ähnlichen Alters, die sich auch hinsichtlich der Figur und der Hautfarbe nicht voneinander unterschieden.Verhaltensbiologie: Vögel können Gesichter unterscheiden. vom 4. Juli 2011 Süddeutsche Zeitung, abgerufen am 18. Oktober 2023

Tiere die Artgenossen anhand des Gesichts voneinander unterscheiden können Neuere Forschungsergebnisse belegen, dass auch diverse Hautflügler, wie beispielsweise Wespen, einzelne Individuen anhand ihrer unterschiedlich ausgestalteten Gesichtspartie erkennen können.Sozialverhalten: Gesichtskontrolle im Wespennest Spektrum der Wissenschaft, abgerufen am 18. Oktober 2023 Die Gesichtserkennung hilft unter anderem dabei Kämpfe mit stärkeren Tieren zu vermeiden.Wissen. Smarte Insekten - Wie winzige Gehirne Geniales leisten 3sat, abgerufen am 18. Oktober 2023 Zuerst konnte diese Eigenschaft 2002 bei der Papierwespe Polistes aurifer, die zu den „Echten Wespen“ gezählt wird, von einer an der Cornell University tätigen Forscherin nachgewiesen werden.Alla Katsnelson (2011): Face recognition in golden paper wasps may be an adaptation to their social environment. Nature 01 January 2011 doi:10.1038/nature.2011.9533

Durch Künstliche Intelligenz Entsprechend programmiert, ist Künstliche Intelligenz nicht nur dazu in der Lage menschliche Gesichter voneinander zu unterscheiden (siehe Abschnitt „Technische Gesichtserkennung“), sondern auch die Gesichter unterschiedlicher Tiere. Der Mensch macht sich diese Fähigkeit zu Nutze, indem er beispielsweise Katzenklappen entwickelt hat, die fremden Katzen, durch Gesichtserkennung, den Einlass verwehren.Diese Katzenklappe mit KI-Gesichtserkennung hält fremde Tiere fern. vom 4. Juli 2011 Berliner Zeitung, abgerufen am 18. Oktober 2023

Technische Gesichtserkennung In technischem Zusammenhang zählt Gesichtserkennung zu den biometrischen Verfahren. Sie wird sicherheitstechnisch, kriminalistisch und forensisch eingesetzt, zum Zweck der Identifikation oder Verifikation (Authentifizierung) natürlicher Personen. Typischerweise dient die technische, computergestützte Gesichtserkennung zur Zutrittskontrolle zu sicherheitsempfindlichen Bereichen und zur Suche nach Dubletten in Datenbanken, beispielsweise in Melderegistern zur Vermeidung von Identitätsdiebstahl.

Maßgeblich für die Erfassung und digitale Repräsentation von Gesichtsbildern für interoperable Zwecke, insbesondere zur Verwendung in elektronischen Reisepässen und Kriminalistik, ist der internationale Standard ISO/IEC 19794-5. Seine detaillierten Spezifikationen hinsichtlich Bildinhalt und Aufnahmetechnik zielen auf eine hohe Erkennungsqualität.

2D-Verfahren Simple Gesichtserkennungsverfahren verwenden eine zweidimensionale (2D) geometrische Vermessung besonderer Merkmale (z. B. Augen, Nase, Mund). Hierbei wird deren Position, Abstand und Lage zueinander bestimmt. Heutige Verfahren setzen jedoch meist auf komplexe Berechnungen wie die Waveletanalyse (z. B. mittels Gabor-Transformation) oder Hauptkomponentenanalyse. Das National Institute of Standards and Technology (NIST) hat wiederholt vergleichende Untersuchungen verschiedener kommerzieller und universitärer Verfahren durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Steigerung der Erkennungsleistung innerhalb von ca. 10 Jahren. Lag die Falschrückweisungsrate bei einer gesetzten Falschakzeptanzrate von 0,1 % im Jahr 1993 noch bei praxisuntauglichen 79 % (d. h. beinahe vier von fünf Personen wurden damals nicht erkannt), so wird diese Fehlerrate heute (Stand Mitte 2006) von den leistungsfähigsten Verfahren auf nur 1 % reduziert (d. h. etwa eine von hundert Personen wird nicht erkannt). Diese Rate liegt in der gleichen Größenordnung wie die aktueller Fingerabdruck- oder IriserkennungsverfahrenErgebnisse des Face Recognition Vendor Test 2006, Seite 5 (engl.) und übertrifft die Fähigkeiten der menschlichen Gesichtserkennung.

2001 entwickelten zwei Informatiker die nach ihnen benannte Viola-Jones-Methode zur Gesichtserkennung. Das Verfahren beruht auf maschinellem Lernen, erkennt auch Strukturen anderer Art, etwa Verkehrszeichen für das autonome Fahren. Vergleichbar hierzu ist die Methode Histogram of oriented gradients (HOG), die ebenfalls auf Trainingsdaten beruht.

3D-Verfahren Neben der zweidimensionalen biometrischen Gesichtserkennung, bei der für die Erfassung handelsübliche Kameras genutzt werden, entwickelte sich ein neuer Zweig, der auf die dreidimensionale (3D) Erfassung (z. B. mittels Streifenprojektion) des Gesichts setzt. Durch die zusätzlichen Informationen sollen höhere Erkennungsgenauigkeit, bessere Posenunabhängigkeit und Überwindungssicherheit erzielt werden. Testergebnisse des NIST zeigen, dass mit Stand Mitte 2006 die 2D-Verfahren hinsichtlich der Erkennungsleistung den 3D-Verfahren noch überlegen waren..

Anwendung In Deutschland wurde während des Rheinkultur-Festivals in Bonn im Herbst 2011 ein Projekt der öffentlich-rechtlichen Rundfunkanstalt WDR gestartet, die eine Gesichtserkennung der Festivalbesucher ermöglicht. Das funktioniert über (hochauflösende) Fotos der Festivalbesucher, die mithilfe der Gesichtserkennung von Facebook „getaggt“ werden. Die Gesichter werden so identifiziert und mit Facebook-Profilen verknüpft.

Die App FindFace produziert von russischen Softwareentwicklern benötigt nur ein Foto von einer Person z. B. aufgenommen auf der Straße, um dann im Internet in sozialen Netzwerken diese Person wiederzufinden (Stand Mai 2016). Das System soll z. B. dafür eingesetzt werden, um Personen, die sich in realen Geschäften z. B. eine Stereoanlage anschauen, später gezielte Werbung im Internet zustellen zu können. Aber auch Privatpersonen können Fotos von Unbekannten, die man daten möchte, auf der Straße machen, um später mit der App deren Profile im Internet zu finden und die Person zu kontaktieren. Moskaus Stadtverwaltung will die Software zukünftig nutzen, um Fotos aus Überwachungskameras mit Fahndungsfotos abzugleichen. Die Sicherheitsfirma Kaspersky hat das System getestet und attestiert dem System eine Erkennungsrate von 90 Prozent. Das System basiert auf FaceN und benutzt Techniken des maschinellen Lernens, um Gesichter zu erkennen. Dabei werden Strukturen des Gesichts analysiert, die sich auch dann nicht verändern, wenn z. B. eine Brille oder Make-up getragen werden.

Im Oktober 2016 wurde bekannt, dass sich 117 Millionen Amerikaner in der Gesichtserkennungsdatenbank des FBI befänden.