顔認識システムのしくみ

テレビ番組「ラスベガス」を見た人は誰でも、顔認識ソフトウェアが動作しているのを見たことがあるでしょう。どのエピソードでも、架空のモンテシトホテルアンドカジノのセキュリティ部門は、ビデオ監視システムを使用して、カードカウンター、泥棒、またはブラックリストに登録された個人の画像を取得します。次に、その画像をデータベースで実行して、一致するものを見つけ、人物を識別します。時間の終わりまでに、すべての悪者はカジノから護衛されるか、刑務所に入れられます。しかし、テレビでとても簡単に見えるものが、現実の世界でも必ずしもうまく翻訳されるとは限りません。

2001年、タンパ警察署は、地域の犯罪を減らすために、顔認識技術を備えた警察カメラをイーバーシティのナイトライフ地区に設置しました。システムはその仕事をすることができず、効果がなかったために2003年に廃棄されました。その地域の人々は、マスクを着用し、卑猥なジェスチャーをしているのが見られ、カメラが誰かを識別するのに十分な鮮明なショットを撮ることを禁じていました。

ボストンのローガン空港はまた、ボランティアを使用して、セキュリティチェックポイントで顔認識システムの2つの別々のテストを実行しました。3か月間、結果は期待外れでした。電子プライバシー情報センターによると、このシステムの正解率は61.4％に過ぎず、空港当局は他のセキュリティオプションを追求するようになりました。

人間は常に顔を認識して区別する生来の能力を持っていましたが、コンピューターが同じ能力を示したのはごく最近のことです。1960年代半ば、科学者はコンピューターを使用して人間の顔を認識する作業を開始しました。それ以来、顔認識ソフトウェアは長い道のりを歩んできました。

この記事では、顔認識システムの歴史、その機能を強化するために行われている変更、および政府や民間企業がそれらをどのように使用するか（または使用する予定か）について見ていきます。

コンテンツ

1. 顔認識技術
2. 3D顔認識
3. 生体認証による顔認識
4. 顔認識システムの使用

ミネソタに本拠を置く会社であるIdentix®は、顔認識技術の多くの開発者の1人です。そのソフトウェアであるFaceIt®は、群衆の中から誰かの顔を選び、シーンの残りの部分から顔を抽出し、保存されている画像のデータベースと比較することができます。このソフトウェアが機能するためには、基本的な顔と残りの背景を区別する方法を知っている必要があります。顔認識ソフトウェアは、顔を認識し、顔のさまざまな特徴を測定する機能に基づいています。

すべての顔には、顔の特徴を構成する多数の識別可能なランドマーク、さまざまな山と谷があります。FaceItは、これらのランドマークを節点として定義します。各人間の顔には約80の節点があります。ソフトウェアによって測定されるこれらのいくつかは次のとおりです。

これらの節点は、データベース内の顔を表すフェイスプリントと呼ばれる数値コードを作成して測定されます。

これまで、顔認識ソフトウェアは、データベースから別の2D画像を比較または識別するために2D画像に依存していました。効果的かつ正確にするには、キャプチャされた画像は、データベース内の画像からの光や顔の表情の変化がほとんどなく、カメラをほぼ直接見ている顔である必要がありました。これはかなりの問題を引き起こしました。

ほとんどの場合、画像は管理された環境で撮影されていません。光や向きのわずかな変化でもシステムの有効性が低下する可能性があるため、データベース内のどの面にも一致させることができず、高い障害率につながります。次のセクションでは、問題を修正する方法を見ていきます。

顔認識ソフトウェアの新たなトレンドは、より正確であると主張する3Dモデルを使用しています。人の顔の表面のリアルタイム3D画像をキャプチャする、3D顔認識は、顔の特徴的な機能（眼窩、鼻、あごの曲線など、硬い組織や骨が最もはっきりと見える場所）を使用して、主題。これらの領域はすべて一意であり、時間の経過とともに変化することはありません。

照明の影響を受けない深度と測定軸を使用することで、3D顔認識は暗闇でも使用でき、最大90度（プロファイル内の顔）を認識する可能性のあるさまざまな視野角で被写体を認識することができます。 。

システムは、3Dソフトウェアを使用して、個人の身元を確認するための一連の手順を実行します。

検出

画像の取得は、既存の写真をデジタルスキャンするか（2D）、ビデオ画像を使用して被写体のライブ画像を取得する（3D）ことで実現できます。

配置

顔を検出すると、システムは頭の位置、サイズ、ポーズを決定します。前述のように、被写体は最大90度まで認識される可能性がありますが、2Dでは、頭をカメラに向かって少なくとも35度回転させる必要があります。

計測

次に、システムはサブミリメートル（またはマイクロ波）スケールで顔の曲線を測定し、テンプレートを作成します。

表現

システムはテンプレートを一意のコードに変換します。このコーディングにより、各テンプレートに、被験者の顔の特徴を表す一連の番号が与えられます。

マッチング

画像が3Dで、データベースに3D画像が含まれている場合、画像に変更を加えることなくマッチングが行われます。ただし、2D画像のままのデータベースが現在直面している課題があります。 3Dは、フラットで安定した画像と比較される、生きた動きのある可変被写体を提供します。新しいテクノロジーがこの課題に取り組んでいます。 3D画像を撮影すると、さまざまなポイント（通常は3つ）が識別されます。たとえば、目の外側、目の内側、鼻の先を引き出して測定します。これらの測定が行われると、アルゴリズム（段階的な手順）が画像に適用され、2D画像に変換されます。変換後、ソフトウェアは画像をデータベース内の2D画像と比較して、一致する可能性のあるものを見つけます。

検証または識別

検証では、画像はデータベース内の1つの画像のみと照合されます（1：1）。たとえば、対象を撮影した画像を自動車局データベースの画像と照合して、対象が本人であるかどうかを確認できます。識別が目標である場合、画像はデータベース内のすべての画像と比較され、一致する可能性のある各スコア（1：N）が得られます。この場合、画像を撮影し、それをマグショットのデータベースと比較して、被写体が誰であるかを特定できます。

次に、皮膚の生体認証が一致の検証にどのように役立つかを見ていきます。

画像は、顔認識だけで常に検証または識別されるとは限りません。Identix®は、精度を高めるための新製品を作成しました。FaceIt®Argusの開発では、肌の質感の独自性である肌の生体認証を使用して、さらに正確な結果を生成します。

表面テクスチャ分析と呼ばれるこのプロセスは、顔認識とほとんど同じように機能します。スキンプリントと呼ばれる皮膚のパッチの写真が撮られます。次に、そのパッチは小さなブロックに分割されます。アルゴリズムを使用してパッチを数学的な測定可能な空間に変換すると、システムは線、毛穴、実際の肌の質感を区別します。一卵性双生児の違いを特定できますが、顔認識ソフトウェアだけではまだ不可能です。Identixによると、顔認識と表面テクスチャ分析を組み合わせることで、正確な識別が20〜25％向上する可能性があります。

FaceItは現在、3つの異なるテンプレートを使用して、被写体を確認または識別します。ベクトル、局所特徴分析、表面テクスチャ分析です。

3つのテンプレートすべてを組み合わせることにより、FaceIt®は他のシステムよりも優れています。まばたき、しかめっ面、笑顔などの表情の変化に比較的鈍感で、口ひげやあごひげの成長や眼鏡の外観を補う能力があります。この制度は、人種や性別に関しても統一されています。

しかし、それは完璧なシステムではありません。認識の妨げになる可能性のあるいくつかの要因があります。

顔認識システムを利用できるのはIdentixだけではありません。ほとんどはFaceItと同じように機能しますが、いくつかのバリエーションがあります。たとえば、Animetrix、Inc。という会社には、通常は使用できない照明条件を修正できるFACEngineID®SetLightという製品があり、誤一致のリスクを軽減しています。 Sensible Vision、Inc。には、顔認識を使用してコンピューターを保護できる製品があります。正しいユーザーが画面の前にいる限り、コンピューターの電源がオンになり、アクセス可能な状態が維持されます。ユーザーが視界から外れると、コンピューターは他のユーザーから自動的に保護されます。

これらの技術の進歩により、顔と肌の認識システムは、ほんの数年前よりも広く使用されています。次のセクションでは、それらがどこでどのように使用されているか、そして将来に向けて何が用意されているかを見ていきます。

これまで、顔認識ソフトウェアの主なユーザーは法執行機関であり、このシステムを使用して群衆の中のランダムな顔をキャプチャしていました。一部の政府機関も、セキュリティと不正投票を排除するためにシステムを使用しています。米国政府は最近、US-VISITと呼ばれるプログラムを開始しました（米国訪問者および移民ステータスインジケーターテクノロジー）、米国への入国を取得する外国人旅行者を対象としています。外国人旅行者がビザを受け取ると、指紋を提出して写真を撮ってもらいます。指紋と写真は、既知の犯罪者とテロ容疑者のデータベースと照合されます。旅行者が入国地で米国に到着すると、同じ指紋と写真を使用して、ビザを受け取った人が入国しようとしている人と同じであることを確認します。

しかし、今ではソフトウェアが普及しつつある状況がもっとたくさんあります。システムの価格が下がるにつれ、システムの使用が拡大します。現在、銀行や空港ですでに使用されているカメラやコンピューターと互換性があります。 TSAは現在、RegisteredTravelerプログラムに取り組んでテストしています。このプログラムは、情報を提供し、セキュリティ脅威の評価を完了する乗客に迅速なセキュリティスクリーニングを提供します。空港では、登録された旅行者が通過する特定の路線があり、より速く移動し、顔の特徴によって旅行者を確認します。

その他の潜在的なアプリケーションには、ATMおよび小切手換金セキュリティが含まれます。ソフトウェアは、顧客の顔をすばやく確認することができます。顧客が同意した後、ATMまたは小切手換金キオスクが顧客のデジタル画像をキャプチャします。次に、FaceItソフトウェアは写真のフェイスプリントを生成して、個人情報の盗難や不正取引から顧客を保護します。顔認識ソフトウェアを使用することにより、顧客の身元を確認するために写真ID、銀行カード、または個人識別番号（PIN）を必要としません。このようにして、企業は不正の発生を防ぐことができます。

上記のすべての例は個人の許可を得て機能しますが、すべてのシステムがあなたの知識で使用されているわけではありません。最初のセクションでは、システムがタンパ警察によってスーパーボウルの間に、そしてイボール市で使用されたと述べました。これらのシステムは、すべての訪問者の知らないうちに、または許可なく写真を撮っていました。システムの反対者は、場合によってはセキュリティを提供しますが、自由と自由の感覚を無効にするだけでは不十分であると述べています。多くの人がこれらのシステムの使用ではプライバシー侵害が大きすぎると感じていますが、彼らの懸念はそれだけではありません。彼らはまた、個人情報の盗難に伴うリスクを指摘しています。顔認識企業でさえ、テクノロジーの使用が増えるほど、個人情報の盗難や詐欺の可能性が高くなることを認めています。

多くの開発中の技術と同様に、顔認識の信じられないほどの可能性にはいくつかの欠点がありますが、メーカーはシステムの使いやすさと精度の向上に努めています。

顔認識技術と関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

時間追跡

顔認識ソフトウェアの作成者であるA4Visionは現在、従業員の時間と出席を追跡するシステムを販売しています。彼らのウェブサイトは、セキュリティリスクを減らし、生産性を低下させる「バディパンチ」を禁止すると述べています。

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