Родни учени разработват нови методи за разпознаване и следене на емоциите чрез движенията в погледа

Теодор Вакарелски от Института по информационни и комуникационни технологии – БАН, е носител на награда за млад учен за 2023 г.

Запалва се по математиката още като ученик, което го води до Софийската математическа гимназия и магистърската степен в областта в Софийския университет. Преминава и едногодишно допълнително обучение по математическо моделиране в Германия. След завръщането си започва работа в Института по информационни и комуникационни технологии.

Първата тема, с която се захваща, му подсказва неговият научен ръководител проф. Кирил Алексиев. Става дума за т.нар. следене на очи (eye tracking), като това се случва по време на семинар в Софийския университет още докато Теодор е студент.

„Темата ми се стори много интересна и затова помолих проф. Кирил Алексиев за допълнителни материали. Прочетох ги и дискутирахме“, спомня си Теодор Вакарелски.

След това той организира семинар за своите състуденти върху прочетеното. Тогава идва и поканата на проф. Алексиев да работи с него. Така попада в Института по информационни и комуникационни технологии – БАН. Младият учен признава, че в началото изобщо не предполага, че може да достигнат резултатите от изследванията, част от тях са представени на форума „Наука за бизнес“, провел се наскоро.

„Вече пет години се занимавам с тази тематика и успяхме да идентифицираме хора. Но вместо с пръстов отпечатък, разпознаване на лице или подпис – чрез движението на очите. Един пръстов отпечатък може да бъде манипулиран, докато методът за следене на очи – не“, подчертава Теодор.

В случая eye tracking представлява устройство, работещо с излъчвател и камера. То излъчва инфрачервена светлина, създава се т.нар. зайче в човешкото око, което се следи от камерата в устройството. В момента, в който се появи движение на окото, се получава промяна в „зайчето“ и може се определи много точно в каква посока гледа окото. Всичко това може да се направи с предварително изготвен сценарий, който се презентира на екрана. В този сценарий човек има визуални задачи за решаване, които изпълнява.

Устройството, което следи очите, записва в каква посока гледа човек, и по този начин може да се разбере неговата стратегия за решаване на задачата. Съществуват и два вида подобни устройства – статични и преносими. Преносимите се слагат на главата, а статичните са поставени пред монитора. За различните експерименти се използва един от двата вида.

Като пример младият учен дава точка, която се движи по екрана и човек трябва да я следи с поглед. Или пък му се показва някакво изображение на екрана. Една възможна задача е да се намерят ключовете на изображението.

Друга пък е свързана с идентификация на даден човек посредством фиксирането на погледа му върху конкретна точка. Реално в този процес възникват три вида фиксационни движения, които са незабележими с невъоръжено око.

„Тоест, ако в момента погледна в определена точка, вие няма да забележите движение на моите очи. Те ще изглеждат статични. Но устройството за проследяване улавя и най-малките движения. Всъщност регистрира не едно, а цели три движения – т.нар. микротремор, микродрифт и микросакади. Последното е най-интересният вид. Точно благодарение на него разпознаваме хора. Ако разгледаме движението на окото в много голям мащаб, то обикаля около точката, до която е фиксирано. И от време на време, средно на около една-две секунди, извършва едно по-голямо отклонение и се връща отново във фиксационната точка“, обяснява Теодор.

Според математика това е голямо отклонение, или поне е такова в мащаба на фиксационните движения. Но всъщност

не се забелязва с невъоръжено око.

И точно това движение е много характерно за всеки човек. Както някой се подписва с определен почерк, по същия начин отклонението е много характерно за всеки индивид. И това помага той да бъде идентифициран. Дори след дълъг период.

Подходът може да се приложи за контрол на достъпа до определени обекти, тъй като системата не може да бъде излъгана.

„Няма как да се фалшифицира идентификацията, която правим. Когато човекът застане пред инфрачервената камера на тази врата, системата намира неговите микросакади, разпознава, че това е същият човек, и му осигурява достъп“, подчертава Теодор Вакарелски.

А защо методът е по-добър от пръстов отпечатък? Младият учен обяснява, че пръстовият отпечатък би могъл да бъде фалшифициран. Например със силикон може да бъде създаден пръстов отпечатък, който да позволи неоторизиран достъп до определени системи. Но динамичното движение на окото зависи от конкретната ситуация, от конкретния начин, по който човек гледа, и това няма как да бъде фалшифицирано на този етап от развитието на технологиите.

По-сложен е въпросът с приложението на получените резултати. Учените са изпълнили задачата си и са разработили система, която автоматично разпознава микросакадите и може да определи на кого принадлежат. И това е приложение, готово да бъде внедрено в практиката. Но за да не останат разработките на изследователите само на теория, е необходимо да се намеси и бизнесът.

Интерес от подобно прецизно разпознаване имат и криминалистите. Те биха били потенциални потребители, защото следенето на очи прилича на част от техните методи. „Правени са опити да се внедри точно в полиграфа този метод, защото неговата точност се завишава с около 20%. Това не е малко. Така че, ако се следят по правилния начин, очите дават много точна информация“, уточнява Теодор.

Друго приложение е контролът на достъпа до сгради. Телефоните също биха могли да се отключват вместо с парола, пръстов отпечатък или лицево разпознаване чрез движението на очите, което ще направи много по-сигурен процеса на достъп.

„Например няма да рискуваме някой да отключи телефона ни, докато спим. За пръстов отпечатък и паролата – за там е ясно. Те са доста ненадеждни като средства. Всъщност достигнахме до две направления при изследването на движението на очите. В началото споделих, че за целите на идентификацията изследваме микродвиженията, тоест фиксационните движения на очите. Но има и макродвижения, които се получават при движещ се обект в пространството, който очите следят. И тогава те се въртят с по-голяма амплитуда“, разказва още младият учен.

Оказва се, че този тип движение не е достатъчно за идентифициране на хора. Обаче има друга информация в него – чрез макродвиженията на очите можем да разпознаем емоционалното състояние на човек.

„Разработили сме реално две системи. Първата е за идентификация на хора, втората – за разпознаване на емоции, която е по-нова. Завършена е преди по-малко от година“, обяснява Теодор.

На този етап учените разпознават само две емоционални състояния – положително или негативно. Но в бъдеще вероятно кръгът ще се разшири. Любопитно е, че на човечеството са познати над 250 различни емоции. И те се разпознават по макродвиженията на очите. Реално се търси затворена крива на движението на очите при макродвиженията. Окото тръгва от една точка, движи се в определена посока, после слиза надолу, качва се нагоре, върви наляво и пак се връща в първоначалната точка.

И докато микродвиженията са невидими без специална апаратура, то макродвиженията могат да бъдат забелязани с човешко око.

„Имаме завършен софтуер, който е готов да се използва от компаниите. Относно емоциите, надявам до средата на 2027 г. вече да имаме и готов софтуер за разпознаване на по-широк спектър от състояния“, казва накрая Теодор Вакарелски.

Подобно устройство може да има практическо приложение например при управлението на моторни превозни средства. Ясно е, че когато един шофьор не се чувства добре или е в силно негативно емоционално състояние, вероятността да направи пътен инцидент, е много по-голяма.

Съответно подобна система, вградена във всеки автомобил, може да проследява емоционалното състояние на шофьора и да преценява дали той може да шофира безопасно. Отделно подходът е приложим и за сигурността на летищата. Например за предвиждане на атентат или друга заплаха. Има емоционални характеристики, които, ако бъдат забелязани навреме, биха могли да помогнат да се избегне евентуален инцидент относно сигурността.