Il software permette alle facce dei bambini di ‘crescere’ in pochi secondi

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Università di Washington

Un nuovo software di progressione dell’età genera immagini del volto di un bambino piccolo mentre invecchia nel corso della vita, e lo fa in meno di un minuto.

La nuova tecnica è la prima che funziona con illuminazione, espressioni e pose variabili, dicono i ricercatori.

“Invecchiare foto di bambini molto piccoli da una singola foto è considerato il più difficile di tutti gli scenari, quindi abbiamo voluto concentrarci specificamente su questo caso molto impegnativo”, dice Ira Kemelmacher-Shlizerman, assistente professore di informatica e ingegneria all’Università di Washington.

“Abbiamo scattato foto di bambini in condizioni completamente libere e abbiamo scoperto che il nostro metodo funziona notevolmente bene.”

Il team di ricerca ha pubblicato un documento sulla nuova tecnica e presenterà i suoi risultati alla conferenza IEEE Computer Vision and Pattern Recognition di giugno a Columbus, Ohio.

Migliaia di volti

La forma e l’aspetto del volto di un bambino – e la varietà di espressioni – spesso cambiano drasticamente in età adulta, rendendo difficile modellare e prevedere questo cambiamento. La nuova tecnica sfrutta la media di migliaia di volti della stessa età e dello stesso sesso, poi calcola i cambiamenti visivi tra i gruppi man mano che invecchiano per applicare quei cambiamenti al volto di una nuova persona.

Più specificamente, il software determina la disposizione media dei pixel da migliaia di foto casuali su internet di volti in diverse fasce di età e sesso.

Un algoritmo trova poi corrispondenze tra le medie di ogni fascia e calcola il cambiamento medio nella forma e nell’aspetto del viso tra le età. I cambiamenti sono poi applicati alla foto di un nuovo bambino per prevedere come apparirà per ogni età successiva fino a 80 anni.

Vero o no?

I ricercatori hanno testato le loro immagini renderizzate contro quelle di 82 persone reali fotografate in un arco di anni. In un esperimento che chiedeva agli utenti casuali di identificare la foto invecchiata corretta per ogni esempio, hanno scoperto che gli utenti sceglievano le foto rese automaticamente circa la stessa frequenza di quelle reali.

“I nostri studi approfonditi sugli utenti hanno dimostrato risultati di progressione dell’età che sono così convincenti che le persone non possono distinguerli dalla realtà”, dice il coautore Steven Seitz, professore di informatica e ingegneria. “Quando vengono mostrate le immagini di una foto di un bambino con progressione di età e una foto della stessa persona da adulto, le persone non sono in grado di identificare in modo affidabile quale sia la foto reale.”

Utilizzando una foto di un bambino di 3 anni, il software rende automaticamente le immagini del suo volto a più età mantenendo la sua identità (e i baffi di latte). (Credit: U. Washington)
Utilizzando una foto di un bambino di 3 anni, il software rende automaticamente le immagini del suo viso a più età mantenendo la sua identità (e i baffi di latte). (Credit: U. Washington)

Le foto di bambini nella vita reale sono difficili da far invecchiare, in parte a causa di luci variabili, ombre, espressioni buffe e persino baffi di latte. Per compensare questi effetti, l’algoritmo prima corregge automaticamente i volti inclinati, le teste girate e l’illuminazione incoerente, poi applica i cambiamenti di forma e aspetto calcolati al volto del nuovo bambino.

Un'unica foto di un bambino (all'estrema sinistra) viene fatta avanzare di età (a sinistra in ogni coppia) e confrontata con foto reali della stessa persona alla stessa età (a destra in ogni coppia). (Credit: U. Washington)
Una singola foto di un bambino (all’estrema sinistra) è progressiva per età (a sinistra in ogni coppia) e confrontata con foto reali della stessa persona all’età corrispondente (a destra in ogni coppia). (Credit: U. Washington)

Immagini di bambini scomparsi

Forse l’applicazione più comune del lavoro di progressione dell’età è il rendering di versioni più vecchie di bambini scomparsi. Questi rendering di solito sono creati manualmente da un artista che usa le foto del bambino e dei membri della famiglia, e un software di editing per tenere conto dei cambiamenti comuni al volto di un bambino quando invecchia, tra cui lo stiramento verticale, le rughe e un naso più lungo.

Ma il processo richiede tempo, ed è significativamente più difficile produrre un’immagine accurata per i bambini più giovani di 5 anni, quando le caratteristiche facciali assomigliano più da vicino a quelle di un bambino.

Il software automatico di progressione dell’età può funzionare su un computer standard e richiede circa 30 secondi per generare risultati per un volto. Mentre il metodo ha considerato il sesso e l’età, i ricercatori sperano di incorporare altri identificatori come l’etnia, e fattori cosmetici come lo sbiancamento dei capelli e le rughe per costruire un metodo abbastanza robusto per rappresentare ogni volto umano.

“Sono davvero interessato a cercare di trovare una qualche rappresentazione di tutti nel mondo sfruttando l’enorme quantità di foto di volti catturati”, dice Kemelmacher-Shlizerman. “Il processo di invecchiamento è una delle tante dimensioni da considerare.”

Google e Intel Corporation hanno finanziato la ricerca.

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