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Sehende Rechner Schau mir in die Linse...

..., damit ich dich erkenne: Ein Neuroinformatiker lehrt Computer das Sehen.

Zeig mir Dein Gesicht!
Zeig mir Dein Gesicht: Bei der 3-D-Gesichtserkennung werden die Maße des Kopfs exakt erfasst. Foto: Fraunhofer IGD

"Willkommen in New York, Herr Professor von der Malsburg", sagt eine freundliche Computerstimme auf deutsch. "Sie können direkt durchgehen, ihr Gepäck finden Sie auf Band 43." Sinnend wirft der Gehirnforscher einen kurzen Blick auf die kleine Kamera an der Seite des Ganges, die ihn fixiert. Der Computer auf dem John F. Kennedy Airport hat die aus Frankfurt übermittelten biometrischen Daten der Passagiere mit seinem realen Bild verglichen. Den Pass muss Christoph von der Malsburg gar nicht mehr zeigen. Ungehindert läuft er durch die Sperre.

Die geschilderte Szene ist noch reine Zukunftsmusik. Bislang sind Computer nicht in der Lage, mit Sicherheit einen Menschen unter anderen zu erkennen. Weltweit arbeiten Wissenschaftler daran, den Computern das Sehen beizubringen. Von der Malsburg, der neue Direktor am Frankfurt Institute for Advanced Studies (Fias), will mit seinen Kollegen in den kommenden Jahren den Durchbruch hinbekommen. "Künstliches Sehen ist auch nach 50 Jahren Forschung noch sehr schwer zu realisieren", sagt er. "Das ist sehr frustrierend, der Computer findet die wesentlichen Kanten im Bild nicht, um die Person darzustellen."

Deshalb darf auch auf dem derzeitigen Bild für den Personalausweis oder den Reisepass nicht gelächelt werden, es muss alles genau nach Standard fotografiert werden. Sicherheitspolitiker wie etwa Innenminister Wolfgang Schäuble haben deshalb großes Interesse an besser arbeitende Systemen. Und schon heute nutzen Militärs, Banken, Firmen oder Atomkraftwerke ausgefeiltere Erkennungssysteme, um ihre Hochsicherheitsbereiche zu schützen. Für Datenschützer könnte das alles der Weg in den Überwachungsstaat bedeuten.

"Es ist eine der ganz großen Fähigkeiten des Gehirns, Bilder in Teilstücke aufzuspalten und in Zehntelsekunden das alles wieder zusammenzufügen aus Strukturstückchen, die im Gehirn gespeichert sind", erläutert von der Malsburg. Mit dieser Vielfalt der Welt fertig zu werden, das sei ein erhebliches Problem für einen Computer.

Statt sich die Finger wund zu programmieren wollen die Frankfurter Wissenschaftler nun einen anderen Weg einschlagen. "Wir arbeiten mit Kameras, die sich bewegen und quasi wie ein Kleinkind ihre Umwelt erfassen", sagt der Gehirnforscher. Ganz am Anfang stehen sie nicht. Von der Malsburgs Frankfurter Kollege Professor Jochen Triesch etwa hat ein System entwickelt, das fünf verschiedene Erkennungsmerkmale für Menschen miteinander verbindet. Obwohl jedes Merkmal sehr unscharf arbeitet, werden Menschen auch dann erkannt, wenn sich die Lichtverhältnisse oder der Hintergrund ändern.

Dem kindlichen Computer werden vor der Kamera etwa eine Ente oder ein Würfel gezeigt und der dazugehörige Namen gesagt. Beim nächsten Mal sollte der Computer schon selbst erkennen, was er da sieht. "Wir sind guten Mutes, das zu schaffen", meint von der Malsburg. Allerdings dürfte der Arbeitsaufwand dennoch gigantisch werden, um die notwendige Datenbasis zu erfassen. Eine Tasse oder ein Stuhl muss erst einmal in viele Teilobjekte zerlegt werden, zudem können Stühle sehr verschieden aussehen. Die Erkennung von Gesichtern sei da schon "eine einfache Sache, weil fasst alle Gesichter zwei Augen, Nase und Mund aufweisen".

Schwieriger wird es mit dem kompletten Menschen. Da ist es der bislang übliche Weg, eine Gliederpuppe in den Computer einzuprogrammieren. "Unser Ehrgeiz besteht darin, dass das Ganze aus Beispielbildern gelernt wird", sagt von der Malsburg. Damit aber der Computer ausreichend viele Beispielbilder verfügbar hat und diese in Zehntelsekunden mit neu gesehenen Videoaufnahmen abgleichen kann, sind Hochleistungscomputer notwendig.

Weltweit arbeiten Forscher an solchen leistungsfähigen System zur automatischen Gesichtserkennung. Eines der größten Projekte neben den Frankfurtern ist das von der Eu geförderte "3D Face", an dem auch das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung in Darmstadt beteiligt ist. Damit soll ein dreidimensionales Gesichtserkennungssystem entwickelt werden, das beispielsweise bei Grenzkontrollen eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu einem normalen Passbild bleiben bei der dreidimensionalen Erfassung des Kopfes die Grundmaße des Kopfes immer unverändert, etwa der Augenabstand oder die Länge der Nase.

Ähnliche Methoden werden auch mit Hochdruck von der Autoindustrie entwickelt, die sich davon Assistentensysteme für gefährliche Situationen im Straßenverkehr verspricht. So könnte der Computer automatisch eine Bremsung auslösen, wenn ein Kind auf die Straße rennt. Bei einem Ausfall des Fahrers etwa bei einem Herzinfarkt sollen solche System künftig den Wagen sicher zum Stehen bringen.

Für Professor Edgar Körner, Präsident des Europäischen Forschungszentrums von Honda in Offenbach, ist das Fernziel, "Intelligenzleistungen für technische Systeme zu ermöglichen, wie wir sie am Gehirn bewundern". Sein Zeithorizont liege bei 20 Jahren in der Zukunft. Allerdings sind Körners Systeme schon sehr weit gediehen, wie der Honda-Roboter Asimo zeigt. Der kann Tanzen, Joggen und Treppensteigen.

Die Erkennungsleistungen der Computer machten durch immer raffiniertere Verfahren in den vergangenen Jahren große Fortschritte. Wurde 1993 vom Computer nur eine unter fünf Personen richtig erkannt, so liegt die Fehlerrate heute bei den guten Systemen bei rund einem Prozent. Sogar die ersten handelsüblichen Digitalkameras sind mit einem Gesichtserkennungsprogramm ausgestattet - das Bild wird automatisch auf die Person scharfgestellt.

Testweise laufen auf Bahnhöfen und Flughäfen Versuche mit Freiwilligen, die per Gesichtserkennung automatisch aus größeren Personengruppen herausgefischt werden sollen. Ziel ist es, später einmal gesuchte Verbrecher auf diese Wiese zu finden.

Vor rund 30 Jahren hat von der Malsburg der Gehirnforschung einen wichtigen Impuls gegeben. Damals veröffentlichte er seine Idee, wie das Gehirn aus kleinen Elementarsymbolen größere Einheiten aufbaut - quasi aus Strichen Buchstaben und aus Buchstaben Wörter bildet. Er machte damals den Vorschlag, dass sich Gehirnzellen, die ein Thema bearbeiten, sich mit ihren Signalen synchronisieren, also zur selben Zeit feuern.

Diese Interpretation des Bindungsproblems im Gehirn wurde im Laufe der vergangenen Jahre von der Gehirnforschung bestätigt. "Es ist die Leidenschaft meines Lebens, herauszufinden, wie das menschliche Gehirn funktioniert", sagt von der Malsburg. Jetzt müssen er und seine Forscherkollegen das nur noch auf den Computer übertragen.

Info: fias.uni-frankfurt.de

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