27.01.2015

Научиться запоминать лица сложнее, чем научиться разбираться в винах

Команда ученых из Великобритании обнаружила, что сравнение лица человека с лицами других людей не помогает научиться лучше узнавать его. По всей видимости, механизмы для распознавания лиц сложнее, чем для большинства других объектов.

Способность узнавать незнакомых людей по фотографии очень важна в повседневной жизни — к примеру, когда нужно встретиться с человеком, которого знаешь только заочно, или определить, свои ли документы предъявляет человек. Менее обычная, но более важная ситуация — опознание преступника, который находится в розыске. Исследования показывают, что люди на удивление плохо узнают других людей по фотографиям.

К примеру, английские ученые в 1997 году исследовали, помогают ли фотографии на кредитных карточках уличать тех, кто пользуется чужими карточками. Тогда еще обсуждалась идея о том, следует ли снабжать кредитные карточки фотографиями владельцев, чтобы усложнить жизнь мошенникам. Оказалось, что работники супермаркета даже в оптимальных условиях (когда они знали, что участвуют в исследовании и что им нужно стараться опознавать фотографии как можно лучше) всё равно ошибались приблизительно в 50% случаев при предъявлении посетителями чужих карточек (R. Kemp, N. Towell, G. Pike, 1997. When Seeing should not be Believing: Photographs, Credit Cards and Fraud). В 2003 году во время вторжения в Ирак солдатам раздавали наборы игральных карт с изображениями находящихся в розыске членов правительства Саддама Хусейна. Было ли солдатам, игравшим в такие карты, легче узнать разыскиваемых людей? Согласно последним исследованиям, солдаты научились бы лучше различать двух представленных на картах людей между собой, но им не было бы легче узнать разыскиваемого человека среди других незнакомых людей.

Мы лучше различаем знакомые фотографии, чем незнакомые (H. Buttle, J. E. Raymond, 2003. High familiarity enhances visual change detection for face stimuli). Кроме того, если нас побуждают внимательно или долго рассматривать изображения, мы потом лучше распознаем человека и на других фотографиях (L. Bonner, A. M. Burton, V. Bruce, 2003. Getting to know you: How we learn new faces). В 2007 году было исследовано распознавание фотографий, полученных с помощью морфинга — метода создания промежуточных форм между двумя изображениями. Такая технология используется, например, в кино — для создания эффекта превращения одного объекта в другой. Пару таких искусственно сделанных похожими фотографий испытуемым было легче различать, если во время ознакомления они демонстрировались одновременно, а не по очереди (M. E. Mundy et al., 2007. Simultaneous presentation of similar stimuli produces perceptual learning in human picture processing). Испытуемым, по-видимому, помогала возможность сравнивать фотографии между собой, чтобы лучше различать их впоследствии.

Действительно, известно много примеров, когда сравнение объекта с другими похожими объектами помогает человеку потом лучше научиться отличать этот объект. Такой эффект продемонстрирован во множестве работ, в числе которых есть такие забавные примеры, как дегустация вин (G. E. A. Solomon, 1997. Conceptual Change and Wine Expertise), умение разбираться в рентгеновских снимках (P. T. Snowden et al., 2000. Perceptual learning of the detection of features in X-ray images: A functional role for improvements in adults' visual sensitivity?), а также определение пола цыплят (I. Biederman, M. M. Shiffrar, 1987. Sexing day-old chicks: A case study and expert systems analysis of a difficult perceptual-learning task).

Но легче ли узнать человека, если на этапе «предварительного знакомства» его фотографию можно сравнить с другими? Если да, то наконец был бы открыт подходящий для всех способ улучшить память на лица. При этом наиболее интересно умение распознавать именно человека, а не данную конкретную фотографию, которую предоставили для ознакомления. Ведь одного и того же человека можно заснять с разных ракурсов или, к примеру, с разными выражениями лица. Это значит, что нужно найти способ улучшить не запоминание поворота головы человека, или его улыбки, или цветовой гаммы снимка, а именно самого его лица, чтобы его можно было узнавать в разных условиях. И, конечно, наибольший интерес представляет распознавание фотографий реальных людей, а не результатов морфинга.

Именно этого хотели добиться в новом исследовании ученые из Университета Восточной Англии имени Джона Раскина в Кембридже и Кардиффского университета. Они собрали базу фотографий, на которых каждый человек был изображен в двух вариантах — улыбающийся или с нейтральным выражением лица. Все фотографии выровняли по размеру и контрасту, а также обрезали в форме овала, чтобы на распознавание влияло только лицо, но не другие признаки, например прическа. Такие отличительные признаки, как очки или украшения, конечно, тоже отсутствовали. Примеры фотографий представлены на рисунке.

Испытуемым давали ознакомиться либо только с фотографией человека, которого требовалось опознать, либо с комплектом из пяти фотографий — снимка искомого человека и 4 фотографий, с которыми его можно было сравнивать. Для сравнения использовались фотографии людей того же или противоположного пола, а также результаты морфинга фотографии искомого человека и случайной фотографии из базы. Для «предварительного знакомства» использовались фотографии людей с нейтральным выражением лица. В экспериментах нужно было найти конкретного человека в наборе из пяти фотографий улыбающихся людей. Таким образом ученые пытались исключить возможность запоминания определенной фотографии вместо самого человека.

Оказалось, что возможность предварительно сравнить фотографию искомого человека с фотографиями других людей или с результатами морфинга этой фотографии не дает преимуществ по сравнению с демонстрацией одной только фотографии. И хотя в уже упоминавшемся исследовании испытуемым удавалось научиться запоминать и хорошо различать полученные в результате морфинга изображения между собой, похоже, что опознание настоящих фотографий людей, к тому же с разными выражениями лица, — это более сложная задача. Авторы предположили, что искусственно сгенерированные с помощью морфинга изображения людей отличаются друг от друга по меньшему числу параметров, чем настоящие фотографии людей. Поэтому людям легче научиться узнавать результаты морфинга, нежели настоящие лица.

По разным данным, при анализе изображения лица мы используем от 15 до 22 различных параметров (M. Lewis, 2004. Face-pace-: Towards a unified account of face recognition). Может быть, сравнение только с четырьмя фотографиями на стадии «предварительного знакомства» давало недостаточно информации? Авторы попробовали снабдить испытуемых большим количеством материала для сравнения, добавляя к искомой фотографии до 16 других снимков. Однако это не сказалось на эффективности распознавания.

Как и в более ранних работах, в этом исследовании тоже имело значение время, в течение которого можно было рассматривать фотографии. Увеличение времени на ознакомление с фотографиями в 16 раз (с 2 секунд до 32) позволило увеличить точность распознавания с 70 до 85%. Получается, что увеличение времени на ознакомление с фотографией — это всё, что мы пока можем предложить для улучшения качества распознавания людей по фотографиям.

К тому же, распознавание реальных людей, по-видимому, еще сложнее, чем умение опознавать одного человека на разных снимках. Пример с кассирами, которым нужно было определить, не дают ли им чужую кредитную карту, это подтверждает. Но раз проблема запоминания и узнавания лиц оказалась сложнее, чем можно было предположить, новые исследования наверняка не заставят себя ждать. Они могут принести интересные данные о механизмах обработки данных в нашем мозге, который не перестает удивлять своей сложностью.

Источник: S. P. Jones, D. M. Dwyer & M. B. Lewis. Learning Faces?: Similar Comparator Faces Do Not Improve Performance // PLOS ONE. 2015. DOI:10.1371/journal.pone.0116707.

Юлия Кондратенко

Источники:

1. elementy.ru