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Der Pin hat ausgedient – heute gilt die Gesichtserkennung

Gesichtserkennung ist ein brandaktuelles Forschungsthema, nicht nur in den Neurowissenschaften. Mit modernen lichtbasierten Technologien ist es gelungen, Gesichtserkennung neuerdings auch auf elektronischen Geräten wie z.B. Smartphones möglich zu machen. Zusammen mit dem Fingerabdruckscanner betreten wir mit der Gesichtserkennung ein neues Zeitalter der digitalen Sicherheit: Entweder ich benutze ein Passwort, oder ich bzw. mein Körper ist das Passwort.

Text und Bilder: PD Dr. Udo Birk

Welche Vor- bzw. Nachteile bietet die Gesichtserkennung gegenüber der herkömmlichen Eingabe von Passwort oder PIN? Die Eingabe einer PIN ist mühsam, der Schutz vor Missbrauch nicht unbedingt hoch: Bei einer vierstelligen PIN müssen lediglich 10’000 verschiedene Zahlenkombinationen ausprobiert werden. Zusätzliche Schutzmassnahmen sind erforderlich, die das Gerät z.B. nach dem dritten Fehlversuch dauerhaft sperren. Aber genau dies kann für den Nutzenden auch ein Problem darstellen, wenn er oder sie nicht mehr auf das Gerät zugreifen kann.

Die Gesichtserkennung basiert auf Bildern, die üblicherweise viele Millionen Bildpunkte beinhalten. Jeder dieser Bildpunkte kann dabei wie eine weitere Ziffer der PIN die Sicherheit erhöhen. Durch diese grosse Datenmenge könnte die Gesichtserkennung sehr viel sicherer sein, als z.B. ein Fingerabdruckscanner, welcher sich leicht überlisten lässt, indem man etwa einen fremden Fingerabdruck mit Hilfe eines Klebestreifens abnimmt und dem Fingerabdruckscanner vorlegt. Aber wie sicher ist die Gesichtserkennung? Während früher die Geräte nicht zwischen einem realen Gesicht und einer Fotografie unterscheiden konnten, werden heute durch den Einsatz von 3D Bildgebung (z.B. einer 3D Kamera) Täuschungsversuche leicht erkannt: Im 3D Bild sind – im Gegensatz zum Foto – zusätzlich die Profilinformationen, d.h. das Relief des Gesichts enthalten. Im Hintergrund laufen Programme, die die Form des Gesichts analysieren und mit zuvor gespeicherten Daten vergleichen.


Strukturierte Beleuchtung
Eine Möglichkeit der 3D Bildaufnahme besteht darin, das Gesicht mit einem Muster zu beleuchten. Durch das Profil des Gesichts wird das Muster verzerrt. Die Infrarot-Lichtpunkte sind für das Auge nicht wahrnehmbar.

Wie gut dieser Abgleich funktioniert, bzw. ob ein Gesicht richtig oder falsch erkannt wird, hängt von vielen Faktoren ab. Oftmals werden die Programme mit Hilfe eines definierten Sets aus Beispielgesichtern entwickelt. Dabei werden grosse Beispieldatensätze mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Gesichtern gewählt, um möglichst viele Faktoren abzudecken. In der Praxis können dennoch unvorhergesehene – weil in den Beispieldaten nicht enthaltene – Gesichtsformen auftreten, und so zu Problemen führen, wenn das Gerät für die falsche Person entsperrt oder das eigene Gesicht nicht erkennt.


Filmaufnahme mit einer 3D Kamera
Die 3D-Information kann zum Beispiel farbcodiert dargestellt werden: Gelb sind Punkte, die sich nahe der Kamera befinden. Etwas weiter entfernte Bereiche sind grün und türkis dargestellt. Blaue und lila Bereiche haben einen grossen Abstand.

Verschiedene Techniken stehen zur Verfügung um 3D Gesichtsmessungen zu ermöglichen: Zwei Kameras gleichzeitig erzeugen ein Stereobild analog zur 3D Wahrnehmung des Menschen, oder eine Kamera wird mit besonderen Lichtquellen kombiniert, oder ein Infrarotpunkt- bzw. -streifenmuster wird auf das Gesicht projiziert, oder die Kamera muss um das Gesicht herumbewegt werden. Alle diese Techniken dienen dem gleichen Ziel, nämlich eine Art dreidimensionale Profilkarte des Gesichts zu erhalten, also nicht nur aufzunehmen, wie das Gesicht aussieht, sondern auch welche 3D Ausdehnung und Orientierung die Gesichtsmerkmale wie z.B. Nase, Kinn, Augen und so weiter haben.

Profilanalyse


Profilanalyse
Die Gesichtsoberfläche wird analysiert, und kann anschliessend mit dem gespeicherten Gesichtsprofil verglichen werden.

Die neuesten Verfahren der Gesichtserkennung können sogar eineiige Zwillinge unterscheiden. Fortschrittliche Algorithmen sollen in der Lage sein, Änderungen von Haarlänge oder Bartwuchs vorherzusagen, und sich nicht durch das Tragen einer Kopfbedeckung, von Brillengläsern oder ähnlichem beeinflussen lassen.

Der Schutz der gespeicherten Gesichtsdaten stellt eine weitere grosse Herausforderung dar, denn Sie können zwar Ihr PIN ändern, aber nicht Ihr Gesicht – Hacker können sich genau diese Chance zu Nutze machen, und in Ruhe den unveränderlichen Code knacken.


PD Dr. UDO BIRK
PD Dr. Udo Birk ist Dozent für Bildverarbeitung im schweizweit einzigartigen Bachelorstudium Photonics am Institut für Photonics und ICT (IPI) der HTW Chur..

Dies ist ein Blog-Beitrag der HTW Chur.

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