راهنمای جامع تشخیص چهره: مزایا، معایب و کاربردها

چهره ی هر فرد ویژگی های منحصر به فردی دارد که از آن می توان فقط برای شناسایی آن فرد استفاده کرد. تشخیص چهره کابردهای گوناگونی دارد که در ادامه به معرفی و بررسی ویژگی ها، کاربردها، فرایند، مزیت ها و مسائل دیگر مربوط به تشخیص چهره می پردازیم. در این مقاله قصد داریم بررسی جامعی درباره ی فناوری تشخیص چهره داشته باشیم.

تشخیص چهره چیست؟

تشخیص چهره به فرایند تشخیص و شناسایی هویت افراد با توجه به ویژگی های چهره ی آن ها اشاره دارد. در واقع چهره ی هر فردی دارای ویژگی های منحصر به فردی است که از طریق آن ها می توان هویت فرد را شناسایی کرد. فاصله ی بین دو چشم، فرم صورت و موارد این چنینی از ویژگی هایی هستند که در فرایند تشخیص چهره از آن ها استفاده می شود.

تشخیص چهره به چه صورت می تواند استفاده شود؟

تشخیص چهره هم می تواند به صورت سخت افزاری و هم نرم افزاری استفاده شود. در ادامه به بررسی جزئیات هر یک می پردازیم.

نرم افزار تشخیص چهره

نرم افزار تشخیص چهره یک سامانه نرم افزاری است که می تواند چهره های ارسال را تحلیل کرده و هویت فرد را تشخیص دهد. در چنین سیستمی به سخت افزاری جهت پردازش داده ها نیاز داریم. نرم افزار با استفاده از سخت افزارهایی مانند پزدازشگر و کارت گرافیک شروع به پردازش تصاویر می کند.

سخت افزار یا دستگاه حضور و غیاب تشخیص چهره

سخت افزار یا دستگاه حضور و غیاب تشخیص چهره تمامی سخت افزارهای مورد نیاز برای تشخیص چهره را دارا هستند. دیگر نیازی به یک سیستم برای اجرای نرم افزار تشخیص چهره وجود ندارد. پردازشگر و کارت گرافیک مناسب در دستگاه تعبیه می شود و نرم افزار روی آن ها نصب می گردد. تنها کافی است که دستگاه را به یک صفحه ی نمایش متصل کرد تا تصاویر را نمایش دهد.

سرویس یا API تشخیص چهره

تشخیص چهره می تواند به صورت یک سرویس در برنامه های دیگر مورد استفاده قرار بگیرد. به این صورت که با ادغام سرویس تشخیص چهره می تواند اطلاعات چهره ی افراد را دریافت کرد و از آن برای مقاصد مختلف بهره برد. برای مثال گوشی های هوشمند امروزه مجهز به سرویس تشخیص چهره به منظور باز کردن قفل گوشی هستند.

مزایای تشخیص چهره چیست؟

تشخیص چهره مزایای زیادی دارد که در ادامه به تعدادی از آن ها اشاره می کنیم.

افزایش قطعیت

سیستم های تشخیص چهره می توانند، کار تشخیص هویت افراد را با دقت بالایی انجام می دهند. حتی اگر شرایط تصویری فرد مناسب نباشد، مثلا در زاویه ی خوبی قرار نگرفته باشد، این سیستم ها می توانند کار تشخیص چهره را به درستی انجام دهند. این سیستم ها ویژگی های جزئی تری از چهره را بررسی می کنند که می تواند از چشم های ما انسان ها مشخص نباشد.

امنیت

یکی دیگر از مزایای تشخیص چهره فراهم آوری امنیت برای شرکت ها و سازمان هاست. شرکت ها همواره می توانند از روش های دیگر مانند کارت یا رمز عبور برای دسترسی به منابع مهم استفاده کنند. اما استفاده از تشخیص چهره، فرایند را سریع تر و امن تر می کند. زیرا رمز عبور و کارت قابل به اشتراک گذاری هستند. در حالی که در فرایند تشخیص چهره فرد باید حضور داشته باشد و امکان جعل و تقلب وجود ندارد.

کاهش تعداد نقاط تماس

در شرایطی که امکان تماس فیزیکی به منظور احراز هویت وجود نداشته باشد می توان از تشخیص چهره استفاده کرد. روش های سنتی احراز هویت از روش هایی مانند کارت و اثر انگشت استفاده می کنند. درچنین شرایطی فرد باید کارت خود را وارد دستگاه کند و یا اثر انگشت خود را روی پنل ثبت کند. اما استفاده از تشخیص چهره نیازی به تماس فیزیکی ندارد. هویت فرد به محض قرارگیری در مقابل دوربین مشخص می گردد. به طور مثال در دوران کرونا که تماس فیزیکی باعث انتشار هر چه بیشتر ویروس می شد، استفاده از تشخیص چهره می توانست بسیار مفید واقع شود.

افزایش سرعت

وقتی که از دستگاه یا نرم افزار تشخیص چهره استفاده می شود، نیاز به چک کردن مدارک نیست. مثالی را در نظر بگیرید که افراد در ادارات برای زدن کارت یا ثبت اثر انگشت منتظر می‌مانند تا نوبتشان برسد.

یا در فرودگاه افراد باید با تحویل مدارک و بررسی دستی مدارک مدتی را منتظر بمانند. اما تشخیص چهره این فرایندها را تسریع می کند.

قابلیت یکپارچه شدن

سیستم تشخیص چهره قابلیت بکارگیری و ادغام شدن با انواع سیستم ها و حتی سیستم های بیومتریک دیگر را نیز دارد. با استفاده از همین ویژگی می توان از تشخیص چهره در پلتفرم ها و کاربردهای مختلف از پزشکی  تا خرده فروشی استفاده کرد.

افزایش دقت

فناوری تشخیص چهره به افزایش دقت در اعتبارسنجی کمک می کند. بکارگیری الگوریتم هایی مانند یادگیری عمیق در تشخیص چهره دقت شناسایی و تشخیص هویت افراد بالا می رود. استفاده از این فناوری در مواردی که به دقت بالایی نیاز است مانند کاربردهایی مثل  بانکداری الکترونیک بسیار کارامد است.

فرایند تشخیص چهره دارای چه مراحلی است؟

به منظور تشخیص هویت افراد از طریق چهره ی آن ها باید مراحلی طی شود که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم.

دریافت تصویر از ورودی: ابتدا تصاویر از طریق دوربین ضبط شده و از طریق شبکه به دستگاه یا نرم افزار تشخیص چهره ارسال می شود.

شناسایی چهره: ابتدا وجود یک چهره در تصویر مشخص می شود.

استخراج ویژگی ها: بعد از شناسایی چهره در تصویر، ویژگی های مورد نیاز برای تشخیص چهره باید استخدام شود. هر دستگاه تشخیص چهره از یک ویژگی های خاصی استفاده می کند.

ایجاد برداری از ویژگی های چهره: ویژگی‌ها که در مرحله قبل استخراج شده‌اند، بررسی و یک بردار ویژگی ساخته می‌شود. سپس این بردار با بردارهای موجود در پایگاه داده مقایسه می‌شود تا شباهت‌ها شناسایی شوند.

تشخیص چهره: در گام آخر در صورت یافتن تطبیق، هویت فرد را مشخص می کند.

کاربردهای تشخیص چهره چیست؟

تشخیص چهره کاربردهای مختلفی در صنایع گوناگون دارد که هر کدام در یکی از دسته بندی های زیر قرار می گیرند.

امنیت و نظارت

یکی از کاربردهای مهم دستگاه تشخیص چهره به کارگیری آن در امنیت و نظارت است. فرودگاه ها، مکان های عمومی، ساختمان های ادارای، از دستگاه تشخیص چهره برای شناسایی افراد و کنترل تردد استفاده می کنند. وقتی شخصی مقابل دوربین قرار می‌گیرد، سیستم چهره او را با تمام چهره‌های موجود در پایگاه داده مقایسه می‌کند و در صورت تأیید هویت، مجوز دسترسی به او اعطا می‌کند.

مراکز درمانی و بهداشتی

در مراکز درمانی و بهداشتی از تشخیص چهره برای شناسایی بیمار، تامین امنیت و نظارت بر دسترسی ها و عبور و مرور افراد استفاده می شود. همچنین تشخیص چهره می‌تواند برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها استفاده شود. Face2Gene یکی از این برنامه‌ها است که به پزشکان در تشخیص اختلالات ژنتیکی کمک می‌کند. این برنامه از هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری عمیق برای تطبیق ویژگی‌های مشترک اختلالات ژنتیکی مختلف استفاده می‌کند.

خرده فروشی

بانکداری و مالی

هنگام خرید آنلاین باید از طریق روشی هویت فرد را شناسایی کنید. ممکن است از روش رمز عبور و نام کاربری استفاده کنید و یا با بکارگیری یکی از روش های بیومتریک احراز هویت را هر چه ساده تر و امن تر کنید.

 امروز بسیاری از خدمات به صورت آنلاین و غیر حضوری انجام می شوند. بانکداری یکی از خدماتی است که در گذشته به صورت دستی و حضوری انجام می شد. افراد برای هر کار بانکی باید حضورا به بانک ها مراجعه می کردند و پس از انتظار طولانی در صف ها، خدمت مورد نظر را دریافت می کردند. اما امروزه دیگر با توجه به توسعه ی روش های احراز هویت بیومتریک دسترسی به خدمات بانکی با سهولت و امنیت بیشتری انجام می شود. مثلا برای دریافت خدمات می توان از تشخیص چهره استفاده کرد. به این صورت که فرد در مقابل دوربین قرار می گیرد و سیستم هویت او تشخیص می دهد. در صورت تایید هویت فرد، خدمات مختلف به او ارائه می شود.

سفر

گوشی‌های هوشمند و لوازم الکترونیکی مصرفی

یافتن افراد گم شده

اپلیکیشن های ویرایش تصویر

عکاس ها و افرادی که سر و کار زیادی با تصاویر دارند، روزانه باید تصاویر زیادی را مرتب و منظم کنند. این کار اگر به صورت دستی انجام شود زمان زیادی را از افراد می گیرد. حال اگر از تشخیص چهره استفاده شود می توان به راحتی و سریع تر تصاویر را بر اساس چهره دسته بندی کرد. امروزه اکثر نرم افزارهای ویرایش و مدیریت تصویر از فناوری تشخیص چهره برای مدیریت تصاویر و همچنین ویرایش خودکار آن ها استفاده می کند.

همچنین امروزه برنامه های ویرایش تصویر زیادی با بکارگیری هوش مصنوعی و تشخیص چهره توسعه پیدا کرده اند که بسیاری از کارها را به صورت هوشمند انجام می دهند. نرم افزارهای حذف اشیا و انسان از تصویر، نرم افزارهای ویرایش عکس، اپلیکیشن های تشخیص فرم صورت، تشخیص چهره ی فرزند آینده همگی از قابلیت های تشخیص چهره استفاده می کنند.

عوامل مهم در فرایند تشخیص چهره

تشخیص زنده بودن تصویر

تشخیص زنده بودن تصویر یکی از فاکتورهای مهم در فرایند های تشخیص چهره است. این عامل به این معنی است که فرد زنده حتما جلوی دوربین قرار بگیرد و عکس یا فیلم او مورد استفاده قرار نگیرد. در واقع با استفاده از تکنیک های تشخیص زنده بودن تصویر، جعلی نبودن هویت فرد مشخص می شود. برای مثال فردی با استفاده از تصویر شما و قرار دادن آن مقابل دوربین سعی در دسترسی به حساب شما دارد. اگر در دستگاه تشخیص چهره، از تشخیص زنده بودن تصویر استفاده نشود، فرد به راحتی می تواند به حساب دیگران تنها با داشتن تصویر آن ها دسترسی داشته باشد.

انتخاب الگوریتم تشخیص چهره

بررسی Deepfake بودن تصویر

Deepfake ویدیویی از یک فرد است که در آن چهره یا بدن او به صورت دیجیتالی تغییر داده شده است تا شبیه فرد دیگری به نظر برسد، معمولاً برای مقاصد مخرب یا انتشار اطلاعات نادرست استفاده می کند. برای مثال شما با استفاده از روش هایی چهره ی خود را شبیه فردی مشهور می کنید و اطلاعات نامناسبی را از جانب او منتشر می کنید.  در نتیجه بررسی این مسئله موضوع مهمی است که حتما باید در فرایند تشخیص چهره در نظر گرفته شود.

دقت

الگوریتم های تشخیص چهره

الگوریتم های مختلفی برای تشخیص هویت فرد وجود دارند. این الگوریتم ها در هر سیستم تشخیص چهره می تواند متفاوت باشد. در ادامه به تعدادی از این الگوریتم ها اشاره می کنیم.

• شبکه‌های عصبی کانولوشن (CNNs): شبکه‌های عصبی کانولوشن یک پیشرفت در شبکه‌های عصبی مصنوعی و توسعه هوش مصنوعی هستند. این شبکه‌ها در یادگیری عمیق برای وظایفی مانند طبقه‌بندی تصاویر و ویدئوها بسیار محبوب هستند و از لایه‌های کانولوشن و تجمیعی (Pooling) برای شناسایی ویژگی‌های مختلف تصاویر استفاده می‌کنند.
• روش‌های هسته‌ای (PCA و SVM): تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) برای کاهش اندازه داده‌ها در عین حفظ اطلاعات مرتبط استفاده می‌شود و بردارهای ویژه‌ای ایجاد می‌کند که چهره‌های ویژه (Eigenfaces) را تشکیل می‌دهند. ماشین بردار پشتیبان (SVM) برای تفکیک چهره‌ها از “غیرچهره‌ها” در یک روش طبقه‌بندی دوگروهی به کار می‌رود.
• شناسایی سه‌بعدی: این فناوری بر اساس ساختار منحصربه‌فرد جمجمه انسان عمل می‌کند و کمتر تحت تأثیر عواملی مانند آرایش یا موی صورت قرار می‌گیرد.
• تحلیل بافت پوست: این روش از تصاویر با وضوح بالا برای تحلیل پارامترهای منحصربه‌فردی مانند خال‌ها، رنگ پوست و تناژهای پوستی استفاده می‌کند. این فناوری در کاربردهای مختلفی مانند تشخیص چهره و فیلتر کردن تصاویر نامناسب مفید است.
• دوربین‌های حرارتی: این دوربین‌ها از الگوهای دمایی صورت انسان برای شناسایی استفاده می‌کنند و حتی در شرایطی مانند آرایش یا عینک مؤثر هستند.
• FaceNet: توسط گوگل توسعه داده شده است، از مجموعه داده‌های استاندارد برای شناسایی چهره استفاده می‌کند و به خاطر دقت بالای خود در استخراج ویژگی‌های چهره برای آموزش سیستم‌های شناسایی چهره شناخته شده است.
• DeepFace: این مدل توسط فیس‌بوک توسعه یافته است و از شبکه‌های عصبی عمیق برای شناسایی چهره‌ها با دقت سطح انسان استفاده می‌کند.
• ArcFace :ArcFace یک مدل پیشرفته در زمینه تشخیص چهره است که توسط محققان فناوری اطلاعات چین توسعه یافته است. این مدل بر اساس شبکه‌های عصبی عمیق (Deep Neural Networks) عمل می‌کند و به‌طور خاص برای بهبود دقت شناسایی چهره‌ها طراحی شده است
• VGGFace: یک شبکه عمیق است که از یک مجموعه داده بزرگ برای آموزش استفاده می‌کند و دقت بالایی در شناسایی چهره دارد.

نرم افزار و دستگاه تشخیص چهره چه تفاوت هایی با هم دارند؟

نرم افزار و دستگاه تشخیص چهره هر دو دارای کارکرد مشابهی هستند. هر دو تصاویر را دریافت کرده و آن را تحلیل می کنند و خروجی یکسانی تحویل می دهند. تفاوت عمده ی این دو در نحوه ی استفاده از آن هاست. برای نرم افزار تشخیص چهره نیاز به یک سیستم کامپیوتری است تا نرم افزار اجرا شود. از طرفی دیگر در دستگاه تشخیص چهره چنین نیازی وجود ندارد. زیرا تمامی سخت‌افزارهای موردنیاز برای پردازش داده  را در دستگاه تعبیه کرده اند. البته، می‌توان گفت که این تفاوت باعث می‌شود هر یک از این دو برای شرایط خاصی مناسب باشند.

در فضای بیرونی و مکان های دور از دسترس که امکانات زیادی وجود ندارد و همچنین امکان نگهداری سیستم کامپیوتری نیست، می توان از دستگاه تشخیص چهره استفاده کرد. زیرا دستگاه تشخیص چهره را در یک بسته کوچک تعبیه کرده‌اند. این دستگاه می‌تواند در شرایط سختی مانند باد، باران و گرد و خاک مقاومت کند. در شرایط دیگر، مانند مکان‌های سرپوشیده و داخلی، می‌توان از نرم‌افزار تشخیص چهره استفاده کرد.

انواع سیستم تشخیص چهره

تأیید هویت ۱:۱: چهره‌ را با چهره دیگری مقایسه می‌کند تا بررسی کند آیا هر دو متعلق به یک فرد هستند یا خیر. این روش در سیستم‌های احراز هویت مانند باز کردن قفل گوشی‌ها رایج است.

شناسایی ۱:چند: یک چهره را با پایگاه داده‌ای از چهره‌ها مقایسه می‌کند تا فرد را شناسایی کند. این روش در سیستم‌هایی مانند امنیت فرودگاه‌ها استفاده می‌شود.

روند آینده تشخیص چهره

تشخیص چهره کاربردهای مختلفی دارد. احتمالاً در آینده کاربردهای آن گسترش می‌یابد و ما تشخیص چهره را بیش از گذشته در ابزارها و سرویس‌های مختلف به کار می‌بریم. احتمال در آینده شاهد احراز هویت بیشتر کارها و فعالیت ها با استفاده از تشخیص چهره خواهیم بود. شناسایی چهره پتانسیل قابل توجهی دارد و بلوغ هر دو فناوری نرم‌افزار و سخت‌افزار به تسریع رشد آن کمک می‌کند. شرکت‌ها می‌توانند با بکارگیری فناوری تشخیص چهره، به‌طور قابل‌توجهی بهره‌وری را بهبود بخشند و تجربه کاربران را ارتقا دهند.