Andersons Blickwinkel

‘Kreatives’ Gesichtsverifizierung mit Generativen Adversarial-Netzwerken

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Ein neues Papier der Stanford-UniversitÃĪt hat eine neue Methode vorgeschlagen, um Gesichtsauthentifizierungssysteme auf Plattformen wie Dating-Apps zu tÃĪuschen, indem ein Generatives Adversarial-Netzwerk (GAN) verwendet wird, um alternative Gesichtsbilder zu erstellen, die die gleichen wesentlichen ID-Informationen wie ein echtes Gesicht enthalten.

Die Methode hat die Gesichtsverifizierungsprozesse in den Dating-Apps Tinder und Bumble erfolgreich umgangen, in einem Fall sogar ein geschlechtsspezifisches (mÃĪnnliches) Gesicht als authentisch fÞr die QuellenidentitÃĪt (weibliche) IdentitÃĪt ausgewiesen.

Verschiedene generierte IdentitÃĪten, die die spezifische Kodierung des Autors des Papiers (in der ersten Abbildung oben) enthalten. Quelle: https://arxiv.org/pdf/2203.15068.pdf

Verschiedene generierte IdentitÃĪten, die die spezifische Kodierung des Autors des Papiers (in der ersten Abbildung oben) enthalten. Quelle: https://arxiv.org/pdf/2203.15068.pdf

Laut dem Autor stellt die Arbeit den ersten Versuch dar, Gesichtsverifizierung mit generierten Bildern zu umgehen, die mit spezifischen IdentitÃĪtsmerkmalen ausgestattet sind, aber eine alternative oder wesentlich verÃĪnderte IdentitÃĪt darstellen sollen.

Die Technik wurde auf einem benutzerdefinierten lokalen Gesichtsverifizierungssystem getestet und hat sich in Black-Box-Tests gegen zwei Dating-Apps, die Gesichtsverifizierung auf benutzerhochgeladenen Bildern durchfÞhren, bewÃĪhrt.

Das neue Papier trÃĪgt den Titel Gesichtsverifizierungsumgehung und stammt von Sanjana Sarda, einer Forscherin am Department of Electrical Engineering der Stanford-UniversitÃĪt.

Steuerung des Gesichtsraums

Obwohl das “EinfÞgen” von ID-spezifischen Merkmalen (z. B. von Gesichtern, Verkehrsschildern usw.) in bearbeitete Bilder ein Standardverfahren bei adversarialen Angriffen ist, legt die neue Studie etwas anderes nahe: dass die wachsende FÃĪhigkeit des Forschungssektors, den latenten Raum von GANs zu kontrollieren, letztendlich die Entwicklung von Architekturen ermÃķglichen wird, die konsistente alternative IdentitÃĪten zu denen eines Benutzers erstellen kÃķnnen – und damit effektiv die Extraktion von IdentitÃĪtsmerkmalen aus im Internet verfÞgbaren Bildern eines unbefangenen Benutzers ermÃķglichen, um sie in eine “Schatten”-IdentitÃĪt zu integrieren.

Konsistenz und Navigierbarkeit haben seit der EinfÞhrung von Generativen Adversarial-Netzwerken die primÃĪren Herausforderungen im Zusammenhang mit dem latenten Raum von GANs dargestellt. Ein GAN, das erfolgreich eine Sammlung von Trainingsbildern in seinen latenten Raum integriert hat, bietet keine einfache Karte, um Merkmale von einer Klasse in eine andere zu “schieben”.

WÃĪhrend Techniken und Werkzeuge wie Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM) helfen kÃķnnen, latente Richtungen zwischen den etablierten Klassen zu etablieren und Transformationen zu ermÃķglichen (siehe Bild unten), stellt die weitere Herausforderung der Verflechtung in der Regel eine “approximative” Reise dar, mit begrenzter Feinsteuerung der ÜbergÃĪnge.

Eine raue Reise zwischen kodierten Vektoren im latenten Raum eines GAN, bei der eine datenbasierte mÃĪnnliche IdentitÃĪt in die

Eine raue Reise zwischen kodierten Vektoren im latenten Raum eines GAN, bei der eine datenbasierte mÃĪnnliche IdentitÃĪt in die “weiblichen” Kodierungen auf der anderen Seite einer der vielen linearen HyperflÃĪchen im komplexen und arkischen latenten Raum geschoben wird. Bildmaterial von https://www.youtube.com/watch?v=dCKbRCUyop8

Die FÃĪhigkeit, ID-spezifische Merkmale “einzufrieren” und zu schÞtzen, wÃĪhrend sie in transformative Kodierungen an anderen Stellen im latenten Raum bewegt werden, macht es mÃķglicherweise mÃķglich, eine konsistente (und sogar animierbare) Person zu erstellen, deren IdentitÃĪt von Maschinensystemen als jemand anderes gelesen wird.

Methode

Der Autor verwendete zwei DatensÃĪtze als Grundlage fÞr die Experimente: einen Datensatz mit 310 Bildern seines Gesichts, das Þber einen Zeitraum von vier Jahren aufgenommen wurde, mit variierender Beleuchtung, Alter und Blickwinkeln), mit ausgeschnittenen Gesichtern, die Þber Caffe extrahiert wurden; und den rassisch ausgewogenen Datensatz mit 108.501 Bildern, der ÃĪhnlich extrahiert und ausgeschnitten wurde.

Das lokale Gesichtsverifizierungsmodell wurde von einer Basisimplementierung von FaceNet und DeepFace abgeleitet, das auf ConvNet Inception vor trainiert wurde, wobei jedes Bild durch einen 128-dimensionalen Vektor dargestellt wurde.

Der Ansatz verwendet Gesichtsbilder aus einem trainierten Teil des FairFace-Datensatzes. Um die Gesichtsverifizierung zu bestehen, wird der berechnete Abstand, der durch den Frobenius-Norm eines Bildes verursacht wird, gegen die Zielbenutzerin in der Datenbank angepasst. Jedes Bild unter der Schwelle von 0,7 entspricht der gleichen IdentitÃĪt, andernfalls gilt die Verifizierung als fehlgeschlagen.

Ein StyleGAN-Modell wurde auf dem persÃķnlichen Datensatz des Autors feinjustiert, wodurch ein Modell entstand, das erkennbare Variationen seiner IdentitÃĪt erzeugen konnte, obwohl keines der generierten Bilder identisch mit den Trainingsdaten war. Dies wurde erreicht, indem die ersten vier Schichten im Diskriminator eingefroren wurden, um eine Überanpassung der Daten zu vermeiden und variierte Ausgaben zu erzeugen.

Obwohl mit dem Basis-StyleGAN-Modell diverse Bilder erhalten wurden, fÞhrte die geringe AuflÃķsung und FidelitÃĪt zu einem zweiten Versuch mit StarGAN V2, der das Training von Seed-Bildern auf ein Zielgesicht ermÃķglicht.

Das StarGAN-V2-Modell wurde Þber etwa 10 Stunden mit dem FairFace-Validierungsset, einem Batch-GrÃķße von vier und einer ValidierungsgrÃķße von 8, vor trainiert. Im erfolgreichsten Ansatz wurde der persÃķnliche Datensatz des Autors als Quelle mit Trainingsdaten als Referenz verwendet.

Verifizierungsexperimente

Ein Gesichtsverifizierungsmodell wurde auf der Grundlage eines Teils von 1000 Bildern konstruiert, mit dem Ziel, ein willkÞrliches Bild aus dem Satz zu verifizieren. Bilder, die die Verifizierung erfolgreich bestanden, wurden anschließend gegen die eigene ID des Autors getestet.

Links, der Autor des Papiers, ein echtes Foto; Mitte, ein willkÞrliches Bild, das die Verifizierung nicht bestanden hat; rechts, ein unabhÃĪngiges Bild aus dem Datensatz, das als Autor verifiziert wurde.

Links, der Autor des Papiers, ein echtes Foto; Mitte, ein willkÞrliches Bild, das die Verifizierung nicht bestanden hat; rechts, ein unabhÃĪngiges Bild aus dem Datensatz, das als Autor verifiziert wurde.

Das Ziel der Experimente bestand darin, eine mÃķglichst große LÞcke zwischen der wahrgenommenen visuellen IdentitÃĪt und den definierenden Merkmalen der ZielidentitÃĪt zu schaffen. Dies wurde mit der Mahalanobis-Distanz bewertet, einem Maß, das in der Bildverarbeitung fÞr Muster- und VorlagenSuche verwendet wird.

FÞr das Basis-Generierungsmodell zeigen die Ergebnisse mit niedriger AuflÃķsung begrenzte Vielfalt, obwohl sie die lokale Gesichtsverifizierung bestanden. StarGAN V2 erwies sich als besser geeignet, um diverse Bilder zu erstellen, die authentifiziert werden konnten.

Alle abgebildeten Bilder haben die lokale Gesichtsverifizierung bestanden. Oben sind die Bildgenerierungen mit niedriger AuflÃķsung des StyleGAN-Basismodells, unten die hÃķher auflÃķsenden und qualitativ besseren Generierungen von StarGAN V2.

Alle abgebildeten Bilder haben die lokale Gesichtsverifizierung bestanden. Oben sind die Bildgenerierungen mit niedriger AuflÃķsung des StyleGAN-Basismodells, unten die hÃķher auflÃķsenden und qualitativ besseren Generierungen von StarGAN V2.

Die endgÞltigen drei Bilder, die oben abgebildet sind, verwendeten den persÃķnlichen Datensatz des Autors als Quelle und Referenz, wÃĪhrend die vorherigen Bilder Trainingsdaten als Referenz und den Datensatz des Autors als Quelle verwendeten.

Die resultierenden generierten Bilder wurden gegen die Gesichtsverifizierungssysteme der Dating-Apps Bumble und Tinder getestet, wobei die IdentitÃĪt des Autors als Basis diente, und bestanden die Verifizierung. Eine “mÃĪnnliche” Generation des Gesichts des Autors bestand auch die Verifizierung von Bumble, obwohl die Beleuchtung im generierten Bild vor der Annahme angepasst werden musste. Tinder akzeptierte die mÃĪnnliche Version nicht.

MÃĪnnliche Versionen der (weiblichen) IdentitÃĪt des Autors.

MÃĪnnliche Versionen der (weiblichen) IdentitÃĪt des Autors.

Schlussfolgerung

Diese sind seminale Experimente in der IdentitÃĪtsprojektion im Kontext der Manipulation des latenten Raums von GANs, was eine außergewÃķhnliche Herausforderung in der Bildsynthese und der Deepfake-Forschung darstellt. Dennoch erÃķffnet die Arbeit das Konzept, hochspezifische Merkmale konsistent Þber diverse IdentitÃĪten zu integrieren und “alternative” IdentitÃĪten zu erstellen, die als jemand anderes “gelesen” werden.
 

ErstverÃķffentlicht am 30. MÃĪrz 2022.

Schriftsteller Þber maschinelles Lernen, DomÃĪnen-Spezialist in der menschlichen Bildsynthese. Ehemaliger Leiter des Forschungsinhalts bei Metaphysic.ai, bis zu dessen AuflÃķsung in DNEG's Brahma.ai.
Portfolio-Seite: martinanderson.ai
Kontakt: [email protected]