تاریخچه تشخیص چهره از آغاز تا به الان

پردازش تصویر یکی از حوزه های مهم کامپیوتر و هوش مصنوعی است که به تجزیه و تحلیل تصاویر در جهت استخراج اطلاعات و ویژگی های آنها، همچنین درک مفاهیم خاصی از تصاویر می پردازد. این حوزه کاربردهای فراوانی در تشخیص چهره، تشخیص شیء، تشخیص نوشته ها، تشخیص علائم بیماری، تحلیل تصاویر پزشکی و غیره دارد.

در این میان تشخیص چهره از مهمترین شاخه های پردازش تصویر است. تاریخچه تشخیص چهره به دهه 1960 باز می گردد که در ادامه به آن بیشتر خواهیم پرداخت. تشخیص چهره کاربردهای مهمی در بخش های مختلف هوش مصنوعی، امور صنعتی و اداری از جمله امنیت، حضور و غیاب، تحلیل تصاویر و غیره دارد.

اهمیت استفاده از این حوزه در علوم مختلف و زندگی روزمره کاملاً مشهود است. برای درک عمیق تر از چرایی استفاده از تشخیص چهره در موارد مختلف، بهتر است با تاریخچه تشخیص چهره بیشتر آشنا شوید.

مختصری از تاریخچه تشخیص چهره

تشخیص چهره یکی از مهمترین کاربردهای پردازش تصویر است. با استفاده از الگوریتم های پردازش تصویر و شبکه های عصبی عمیق، می توان به طور خودکار چهره ها را در تصاویر و ویدئوها شناسایی کرد و ویژگی های آن ها را استخراج کرد.  در آغاز دهه 1960 تشخیص خودکار چهره نیز آغاز شد.

این پروژه، انسان – ماشین، نام گرفت و توسط چندین نفر از دانشمندان علوم کامپیوتری و هوش مصنوعی انجام شد. از آن میان می توان به وودی بلدسو ( ریاضیدان، دانشمند و معلم برجسته آمریکایی که از بنیانگذاران هوش مصنوعی که در تئوری تشخیص الگو مشارکت فراوانی داشت)، هلن چان ولف ( یکی از پیشگامان هوش مصنوعی که روی فناوری تشخیص چهره و اولین ربات خودمختار جهان مشغول فعالیت بود) و چارلز بیسون اشاره کرد.

در پروژۀ انسان – ماشین که بخشی از تاریخچه تشخیص چهره بود، ویژگی های صورت مانند مردمک چشم، شکل ظاهری چشم ها، خط مو، شکل بینی . غیره در یک عکس به صورت مختصات تعیین گردید. فواصل این موارد از بخش های دیگر چهره نیز محاسبه شد.

حدود 40 تصویر در ساعت، به این روش پردازش می شد و یک پایگاه داده از فواصل و الگوهای تصاویر با فواصل محاسبه شده، جمع آوری شد. سپس این فواصل در رایانه ثبت و بررسی های لازم انجام شد و پرونده هایی برای سوابق و تطابق احتمالی با چهره اصلی تشکیل شد. بدین ترتیب اولین گام های تشخیص چهره برداشته شد.

یک سیستم تطبیق چهره نیز توسط تاکئو کاناده در سال 1970 طراحی گردید. در این سیستم، ویژگی آناتومیکی مانند چانه و فواصل آن از دیگر بخش های صورت محاسبه شد. بررسی این سیستم منجر به چاپ کتابی در این زمینه با عنوان فناوری تشخیص چهره توسط این فرد گردید. تاکئو کاناده دانشمند کامپیوتر ژاپنی و یکی از برجسته ترین محققان بینایی کامپیوتر در جهان است.

تاریخچه شروع تشخیص چهره در اداره جات

در سال 1993 برای کمک به امنیت اطلاعات آمریکا برنامه ای طرح ریزی شد که در آن قابلیت های شناسایی خودکار چهره در یک محیط واقعی توسعه پیدا کرد. این کار توسط آژانس تحقیقات پیشرفته دفاع و آزمایشگاه تحقیقات ارتش این کشور انجام شد که به تشخیص چهره پرسنل تحت عنوان دستگاه حضور و غیاب کمک می کرد.

این برنامه که به نام FERT معروف بود، سبب پیدایش سه شرکت آمریکایی گردید که سیستم های تشخیص چهره اتوماتیک را می فروختند. این آغاز مرحله ای دیگر در تاریخچه تشخیص چهره بود. پس از این شرکت های فروشنده تشخیص چهره FERT، امکانات خود را به دفاتر اداره ها مانند دفتر اداره وسایط نقلیه موتوری نیکومکزیکو و ویرجینیای غربی فروختند که از این سیستم های شناسایی چهره به صورت اتوماتیک استفاده می کردند.

در نتیجه از دریافت چندین گواهینامه رانندگی با اسم های مختلف توسط افراد متفاوت جلوگیری شد و به مرور بر تعداد دفاتری که از سیستم تشخیص چهره استفاده می کردند، بیشتر شد.

تاریخچه استفاده از تشخیص چهره در امور زندان ها

در دهه 1990، تعداد افراد زندانی در آمریکا افزایش یافت و نیاز این بخش به سیستم تشخیص چهره بیشتر شد. بنابراین سیستم های شناسایی اتوماتیکی طراحی شدند که از پایگاه داده های بیومتریک دیجیتال استفاده کنند و امر تشخیص چهره انجام شود.

بطور مثال در سال 1999 در مینه سوتای آمریکا سیستمی برای تشخیص چهره طراحی شد که افسران دادگاه و قضات می توانستند با استفاده از شناسایی چهره، مجرمان را ردیابی و شناسایی کنند. تا پیش از 1990 شناسایی صورت ها با کمک پرتره های عکاسی از چهره ها انجام میشد.

اما در دهه 1990 روشی به نام PCA در تشخیص چهره به کار گرفته شد که تحول عظیمی در این حوزه پدید آورد. تطبیق نمودارها با ویژگی های چهره و محاسبه ساختار صورت در این سالها پیشرفت زیادی داشت.

اما تشخیص چهره به صورت عام در 2001 امکان پذیر شد و اولین ردیاب چهره راه اندازی گردید. الگوریتمی که سبب گسترش تشخیص چهره در این زمان شد به نام viola-Jones بود که پیشرفت های فوق العاده ای در رابط های کاربری و کنفرانس های تلفنی نیز داشت.

مهمترین کاربردهای تشخیص چهره

شناسایی و تشخیص افراد بزهکار، تشخیص افراد بدون نیاز به کارت های اعتباری، تشخیص چهره هایی که وارد سیستم های امنیتی می شدند، از جمله کاربردهای سیستم تشخیص چهره هستند. یکی از جالب ترین کاربردها تشخیص چهره پرسنل اداره جات و ایجاد سیستم حضور و غیاب می باشد.

ورودی سیستم های امنیتی، ارائه خدمات دستگاه های اجرایی، امکان لاگین در همراه بانک ها و … از جمله مهمترین مواردی است که از سیستم تشخیص چهره استفاده می کنند. بدین ترتیب تا حدود زیادی از تقلب و کلاهبرداری در دستگاه های ATM جلوگیری به عمل آمد.

ساعات ورود و خروج پرسنل ضبط گردید. سرعت پردازش چهره افراد نسبت به کارت مشخصات بیشتر شد. در زمان مراجعه به بانک در صورت فراموشی کارت شناسایی دیگر نیز به مدارک شناسایی نخواهید داشت. احراز هویت مشتریان و کاهش تخلف و تقلب های بانکی از دیگر موارد استفاده از این سیستم می باشد.

استفاده از سیستم تشخیص چهره در دستگاه حضور و غیاب

ثبت و ضبط چهره پرسنل در دستگاه حضور و غیاب شرکت ها یکی از جالب ترین کاربردهای تشخیص چهره می باشد و در محاسبات ساعات کارکرد پرسنل بسیار موثر است. در این صورت جای هیچ شک و شبه ای در حضور کارگران و کارفرمایان و کارمندان وجود ندارد.

دوربین های دو بعدی، فرآیندهای اسکن و ایجاد تصاویر و نقشه ها از نقاط مهم صورت، شناسایی چهره به صورت سه بعدی به این امر کمک شایانی کرده اند. خطاهای این سیستم ها در سال 2014 به 4 درصد رسید و با عبور از چالش های نور کم و حرکت نامتعارف چهره ها در سال 2018 به 0.2 درصد رسید.

دستگاه حضور و غیاب با امکان احراز هویت بدون تماس لمسی در سازمان ها و ارگان ها و شرکت ها یکی از بهترین کاربردهای این سیستم است که پیشرفت فراوانی داشته است و دانشمندان همچنان بر رفع چالش های موجود و تهیه الگوهای بیشتر اصرار دارند و در حال تحقیق بیشتر در این زمینه هستند.