Gesichtserkennungssysteme arbeiten bisher mit ganz normalen Fotos: Auf denen können zwar wir Menschen Gesichter hervorragend erkennen, für Computer gilt das aber nicht unbedingt. Sie kommen mit wechselnden Lichtverhältnissen, Blickwinkeln und Gesichtsausdrücken schlecht zurecht. Moulay Akhloufi von der Laval-Universität im kanadischen Quebec glaubt, dass die Systeme mit Aufnahmen im nicht-sichtbaren Bereich des Licht-Spektrums besser zurecht kommen. Er setzt auf Infrarotbilder. Auf diesen ist die Wärmeverteilung im Gesicht zu erkennen.
"Die Temperatur hängt vom Blutgefäßsystem unter der Gesichtshaut ab. Die Blutgefäße sind bei jedem Mensch einzigartig. Während Zwillinge im sichtbaren Spektrum für dieselbe Person gehalten werden können, können wir sie mit Wärmebildern auseinanderhalten und erkennen."
Allerdings ist die Körpertemperatur nicht stabil: Eine Krankheit, Schweiß, sportliche Aktivität – es gibt viele denkbare Ursachen für eine abweichende Wärmeverteilung im Gesicht.
"Wenn jemand laufen war, steigt die Temperatur und das Infrarotbild wird sich ändern. In diesem Fall hilft aktives Infrarot. Das ist dagegen unempfindlich. Es kann mit dem passiven Verfahren kombiniert werden, um mehr Robustheit bei solchen Veränderungen zu erlangen."
Bei der Aktiven Thermografie wird nicht die Wärmeabstrahlung, sondern die Reflexion elektromagnetischer Wellen gemessen. Bei jedem Menschen reflektiert die Haut die unsichtbare Strahlung unterschiedlich, das daraus entstehende Bild ist also ebenfalls eindeutig. Moulay Akhloufi kombiniert für sein Gesichtserkennungsverfahren Aktive und Passive Thermografie – zusammen sind sie gegen die meisten Veränderungen unempfindlich, kommen mit Brillen zurecht und identifizieren falsche Bärte.
"Wir haben die aktiven und passiven Infrarotbilder und die Kombination aus beiden miteinander verglichen. Und auch Bilder aus dem sichtbaren Lichtspektrum. Wir haben festgestellt, dass die Erkennungsrate mit diesem Ansatz substanziell steigt."
Mit den Thermografie-Bildern aus einer standardmäßig verwendeten Datenbank erreichte Akhloufi eine Erkennungsrate von 99 Prozent. Dabei wendete er einfach etablierte Gesichtserkennungsalgorithmen auf die von ihm zusammengefügten aktiven und passiven Bilder an. Da die Standardbilder offenbar keine große Herausforderung waren, erzeugte er ein eigenes Testset von Bildern. Die Personen schauen hier nicht immer direkt in die Kamera, die Bilder haben eine deutlich größere Varianz. Immer noch lag die Erkennungsrate bei mehr als 90 Prozent.
"Unser Ziel war, die Technik in einer herausfordernderen Umgebung zu testen. Das ist in der Forschung zwar unüblich, aber um die Robustheit zu testen, müssen wir die größtmögliche Herausforderung wählen."
Akhloufi glaubt sogar, dass sein System in völlig unkontrollierten Umgebungen funktionieren kann. Es könnte etwa Gesichter in einer Menschenmenge erkennen. Etwas Entwicklungsarbeit ist bis dahin allerdings noch nötig, vor allem, um die Rechenzeit zu verringern. Da Infrarotsysteme aber immer preisgünstiger werden, könnten Firmen, Behörden oder Militärs sie schon bald zur Zugangskontrolle zu ihren Gebäuden einsetzen.
"Die Temperatur hängt vom Blutgefäßsystem unter der Gesichtshaut ab. Die Blutgefäße sind bei jedem Mensch einzigartig. Während Zwillinge im sichtbaren Spektrum für dieselbe Person gehalten werden können, können wir sie mit Wärmebildern auseinanderhalten und erkennen."
Allerdings ist die Körpertemperatur nicht stabil: Eine Krankheit, Schweiß, sportliche Aktivität – es gibt viele denkbare Ursachen für eine abweichende Wärmeverteilung im Gesicht.
"Wenn jemand laufen war, steigt die Temperatur und das Infrarotbild wird sich ändern. In diesem Fall hilft aktives Infrarot. Das ist dagegen unempfindlich. Es kann mit dem passiven Verfahren kombiniert werden, um mehr Robustheit bei solchen Veränderungen zu erlangen."
Bei der Aktiven Thermografie wird nicht die Wärmeabstrahlung, sondern die Reflexion elektromagnetischer Wellen gemessen. Bei jedem Menschen reflektiert die Haut die unsichtbare Strahlung unterschiedlich, das daraus entstehende Bild ist also ebenfalls eindeutig. Moulay Akhloufi kombiniert für sein Gesichtserkennungsverfahren Aktive und Passive Thermografie – zusammen sind sie gegen die meisten Veränderungen unempfindlich, kommen mit Brillen zurecht und identifizieren falsche Bärte.
"Wir haben die aktiven und passiven Infrarotbilder und die Kombination aus beiden miteinander verglichen. Und auch Bilder aus dem sichtbaren Lichtspektrum. Wir haben festgestellt, dass die Erkennungsrate mit diesem Ansatz substanziell steigt."
Mit den Thermografie-Bildern aus einer standardmäßig verwendeten Datenbank erreichte Akhloufi eine Erkennungsrate von 99 Prozent. Dabei wendete er einfach etablierte Gesichtserkennungsalgorithmen auf die von ihm zusammengefügten aktiven und passiven Bilder an. Da die Standardbilder offenbar keine große Herausforderung waren, erzeugte er ein eigenes Testset von Bildern. Die Personen schauen hier nicht immer direkt in die Kamera, die Bilder haben eine deutlich größere Varianz. Immer noch lag die Erkennungsrate bei mehr als 90 Prozent.
"Unser Ziel war, die Technik in einer herausfordernderen Umgebung zu testen. Das ist in der Forschung zwar unüblich, aber um die Robustheit zu testen, müssen wir die größtmögliche Herausforderung wählen."
Akhloufi glaubt sogar, dass sein System in völlig unkontrollierten Umgebungen funktionieren kann. Es könnte etwa Gesichter in einer Menschenmenge erkennen. Etwas Entwicklungsarbeit ist bis dahin allerdings noch nötig, vor allem, um die Rechenzeit zu verringern. Da Infrarotsysteme aber immer preisgünstiger werden, könnten Firmen, Behörden oder Militärs sie schon bald zur Zugangskontrolle zu ihren Gebäuden einsetzen.