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viernes, 12 de marzo de 2021

¿Cómo funciona el reconocimiento facial?

 

El rostro de una mujer delineado con una cuadrícula.  Esta cuadrícula se usa para identificar su rostro.

La mayoría de las personas se sienten cómodas con el reconocimiento facial para su uso en filtros de Instagram y Face ID. Pero esta tecnología relativamente nueva puede resultar un poco espeluznante. Tu rostro es como una huella digital y la tecnología detrás del reconocimiento facial es compleja.

Como ocurre con cualquier tecnología nueva, el reconocimiento facial tiene sus desventajas. Estos inconvenientes son cada vez más evidentes a medida que los militares, la policía, los anunciantes y los creadores de deepfake encuentran nuevas formas tortuosas de aprovechar el software de reconocimiento facial.

Ahora, más que nunca, es fundamental que las personas comprendan cómo funciona el reconocimiento facial. También es importante conocer las limitaciones del reconocimiento facial y cómo se desarrollará en el futuro.

El reconocimiento facial es sorprendentemente simple

Antes de entrar en los diferentes medios para el reconocimiento facial, es importante comprender cómo funciona el proceso de reconocimiento facial. Aquí hay tres aplicaciones para el software de reconocimiento facial y una explicación simple de cómo reconocen o identifican rostros:

  • Reconocimiento facial básico : para los filtros Animoji e Instagram, la cámara de su teléfono "busca" las características definitorias de un rostro, específicamente un par de ojos, una nariz y una boca. Luego, usa algoritmos para fijar una cara y determinar en qué dirección está mirando, si su boca está abierta, etc. Vale la pena mencionar que esto no es identificación facial, es solo un software que busca caras.
  • Face ID y programas similares : al configurar Face ID (o programas similares) en su teléfono, toma una foto de su rostro y mide la distancia entre sus rasgos faciales. Luego, cada vez que vas a desbloquear tu teléfono, este “mira” a través de la cámara para medir y confirmar tu identidad.
  • Identificación de un extraño : cuando una organización desea identificar un rostro por motivos de seguridad, publicidad o vigilancia, utiliza algoritmos para comparar ese rostro con una extensa base de datos de rostros. Este proceso es casi idéntico al Face ID de Apple, pero a mayor escala. Teóricamente, se podría usar cualquier base de datos (tarjetas de identificación, perfiles de Facebook), pero una base de datos de fotos claras y preidentificadas es ideal.

Muy bien, entremos en el meollo de la cuestión. Debido a que el “reconocimiento facial básico” que se usa para los filtros de Instagram es un proceso tan simple e inofensivo, nos centraremos por completo en la identificación facial y las muchas tecnologías diferentes que se pueden usar para identificar un rostro.

La mayor parte del reconocimiento facial se basa en imágenes 2D

Como era de esperar, la mayoría de los programas de reconocimiento facial se basan por completo en imágenes en 2D. Pero esto no se hace porque las imágenes faciales en 2D son súper precisas, se hacen por conveniencia. La inmensa mayoría de las cámaras toman fotos sin profundidad, y las fotos públicas que se pueden usar para bases de datos de reconocimiento facial (imágenes de perfil de Facebook, por ejemplo) están todas en 2D.

Un hombre que usa tecnología de reconocimiento facial para identificar a un sujeto de una base de datos.

¿Por qué las imágenes faciales en 2D no son muy precisas? Bueno, porque una imagen plana de tu rostro carece de rasgos identificativos, como profundidad. Con una imagen plana, una computadora puede medir su distancia pupilar y el ancho de su boca, entre otras variables. Pero no puede decir la longitud de tu nariz o la prominencia de tu frente.

Además, las imágenes faciales 2D se basan en el espectro de luz visible. Esto significa que las imágenes faciales en 2D no funcionan en la oscuridad y pueden ser poco confiables en condiciones de iluminación funky o sombrías.

Claramente, la forma de evitar algunas de estas deficiencias es utilizar imágenes faciales en 3D. Pero, ¿cómo es posible? ¿Necesitas un equipo especial para ver una cara en 3D?

Las cámaras de infrarrojos añaden profundidad a su identidad

Si bien algunas aplicaciones de reconocimiento facial se basan únicamente en imágenes en 2D, no es raro que el reconocimiento facial también se base en imágenes en 3D. De hecho, su experiencia con el reconocimiento facial probablemente implique una pizca de 3D.

Esto se logra mediante una técnica llamada lidar, que es similar al sonar. Esencialmente, los dispositivos de escaneo facial,  como su iPhone, envían una matriz de infrarrojos inofensiva a su cara. Esta matriz (una pared de láseres) luego se refleja en su cara y es captada por una cámara IR (o cámara ToF ) en su teléfono.

Una mujer que usa Face ID o una tecnología similar de reconocimiento facial basada en infrarrojos.

¿Dónde ocurre la magia 3D? La cámara de infrarrojos de su teléfono mide cuánto tiempo tarda cada bit de luz de infrarrojos en rebotar en su rostro y volver al teléfono. Naturalmente, la luz que se refleja en su nariz tendrá un viaje más corto que la luz que se refleja en sus oídos, y la cámara de infrarrojos utiliza esta información para crear un mapa de profundidad único de su rostro. Cuando se utiliza junto con imágenes en 2D básicas, las imágenes en 3D pueden aumentar significativamente la precisión del software de reconocimiento facial.

Las imágenes Lidar son un concepto extraño que puede ser difícil de entender. Si ayuda, intente imaginar que la malla de infrarrojos de su teléfono (o cualquier dispositivo de reconocimiento facial) es un juguete de tableroComo un juguete de tablero de anuncios, su cara deja una hendidura en la malla de infrarrojos, donde su nariz es notablemente más profunda que, digamos, sus ojos.

Las imágenes térmicas permiten que el reconocimiento facial funcione durante la noche

Una de las deficiencias del reconocimiento facial 2D es que se basa en el espectro de luz visible. En términos sencillos, el reconocimiento facial básico no funciona en la oscuridad. Pero esto se puede solucionar usando una cámara termográfica (sí, como en Tom Clancy).

"Espere un minuto", podría decir, "¿no se basan las imágenes térmicas en la luz infrarroja?" Sí, lo hace. Pero las cámaras termográficas no emiten ráfagas de luz IR; simplemente detectan la luz IR que emite de los objetos. Los objetos cálidos emiten una tonelada de luz IR, mientras que los objetos fríos emiten una cantidad insignificante de luz IR. Las costosas cámaras termográficas pueden incluso detectar diferencias sutiles de temperatura en una superficie, por lo que la tecnología es ideal para el reconocimiento facial.

Tres fotos.  La primera es del espectro de luz visible, la segunda es una imagen térmica fija y la tercera es una imagen térmica compuesta.

Hay varias formas diferentes de identificar una cara con imágenes térmicas. Todas estas técnicas son increíblemente complicadas, pero comparten algunas similitudes fundamentales, por lo que intentaremos mantener las cosas simples con una lista:

  • Se necesitan varias fotografías : una cámara termográfica toma varias fotografías del rostro de un sujeto. Cada foto se enfoca en un espectro diferente de luz IR (ondas largas, cortas y medias). Normalmente, el espectro de onda larga proporciona la mayor parte de los detalles faciales.
  • Los mapas de vasos sanguíneos son útiles : estas imágenes de infrarrojos también se pueden utilizar para extraer la formación de vasos sanguíneos en el rostro de una persona. Es espeluznante, pero los mapas de vasos sanguíneos se pueden usar como huellas dactilares faciales únicas. También se pueden usar para encontrar la distancia entre los órganos faciales (si las imágenes térmicas típicas producen imágenes de mala calidad) o para identificar hematomas y cicatrices.
  • Se puede identificar al sujeto : se crea una imagen compuesta (o conjunto de datos) utilizando varias imágenes de infrarrojos. Esta imagen compuesta se puede comparar con una base de datos facial para identificar al sujeto.

Por supuesto, el reconocimiento facial térmico generalmente lo usan los militares, no es algo que encontrará en Khols y no es algo que vendrá con su próximo teléfono celular. Además, la termografía no funciona bien durante el día (o en entornos generalmente bien iluminados), por lo que no tiene muchas aplicaciones potenciales fuera del ejército.

Limitaciones del reconocimiento facial

Hemos pasado mucho tiempo hablando de las deficiencias del reconocimiento facial. Como hemos visto en las imágenes infrarrojas y térmicas, es posible superar algunas de estas limitaciones. Pero todavía hay algunos problemas que aún no se han resuelto:

  • Obstrucción : como era de esperar, las gafas de sol y otros accesorios pueden dañar el software de reconocimiento facial.
  • Poses : el reconocimiento facial funciona mejor con una imagen neutra orientada hacia el frente. Una inclinación o giro de la cabeza puede dificultar el reconocimiento facial, incluso para el software de reconocimiento basado en infrarrojos. Además, una sonrisa, mejillas hinchadas o cualquier otra pose pueden cambiar la forma en que una computadora mide su rostro.
  • Luz : todas las formas de reconocimiento facial se basan en la luz, ya sea de espectro visible o luz infrarroja. Como resultado, las condiciones de iluminación extrañas pueden disminuir la precisión de la identificación facial. Esto puede cambiar, ya que los científicos están desarrollando actualmente tecnología de reconocimiento facial basada en sonares.
  • La base de datos : sin una buena base de datos, el reconocimiento facial no puede funcionar. En la misma línea, es imposible identificar un rostro que no se haya identificado correctamente en el pasado.
  • Procesamiento de datos : según el tamaño y el formato de una base de datos, las computadoras pueden tardar un tiempo en identificar las caras correctamente. En algunas situaciones, como la vigilancia, las limitaciones en el procesamiento de datos restringen el uso de la identificación facial para aplicaciones cotidianas (lo que probablemente sea algo bueno).

A partir de ahora, la mejor forma de evitar estas limitaciones es utilizar otras formas de identificación junto con el reconocimiento facial. Su teléfono le pedirá una contraseña o una huella dactilar si no logra identificar su rostro, y el gobierno chino usa tarjetas de identificación y tecnología de rastreo para cerrar el margen de error que existe en su red de reconocimiento facial.

En el futuro, los científicos seguramente encontrarán una manera de sortear estos problemas. Pueden usar tecnología de sonar junto con lidar para crear mapas faciales en 3D en cualquier entorno, y pueden encontrar formas de procesar datos faciales (e identificar extraños) en un período de tiempo increíblemente corto. De cualquier manera, esta tecnología tiene un gran potencial de abuso, por lo que vale la pena mantenerse al día.

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