FaceDig: автоматизация разметки ориентиров на лицах для морфометрических исследований

Введение в геометрическую морфометрию лиц

Разметка ориентиров — ключевой этап геометрической морфометрии, позволяющий количественно анализировать форму биологических структур, таких как кости или мягкие ткани лица. Традиционные ориентиры соответствуют четким анатомическим точкам, а полуориентиры (скользящие точки) используются там, где точное определение локализации затруднено.

Проблемы ручной разметки

• Трудоемкость: ручное нанесение сотен точек требует значительного времени
• Субъективность: вариативность между исследователями снижает воспроизводимость
• Ограничения существующих инструментов: многие конфигурации ориентиров разработаны для психологических экспериментов, а не для биометрики

Решение: FaceDig

Мы представляем FaceDig — ИИ-инструмент для автоматической разметки 72 ориентиров на фронтальных фотографиях лиц. Его особенности:

Точность на уровне эксперта с воспроизводимостью 0.97 по данным Procrustes-анализа

Технические преимущества

• Открытый исходный код (facedig.org)
• Совместимость с TpsDig2 и аналитическими платформами (R/Python)
• Двухэтапная архитектура: грубая проекция + CNN-уточнение

Методология

Обучение проводилось на 3,937 этнически разнообразных фотографиях. Архитектура включает:

1. Грубая проекция

Использование MediaPipe для первичного определения 239 ориентиров с последующей линейной проекцией в целевую 72-точечную систему.

2. CNN-уточнение

Для каждого ориентира применялся ансамбль из 6 сверточных сетей, анализирующих изображение в разных масштабах (32-72 пикселя). Потери рассчитывались через Wing Loss.

Результаты тестирования

Сравнение автоматической (FDG) и ручной коррекции (HC) показало:

Практическое применение

FaceDig особенно полезен для:

• Анализа исторических фотоархивов
• Кросс-культурных исследований
• Работы с большими базами данных (паспорта, соцсети)

Ограничения и перспективы

Текущая версия работает только с фронтальными изображениями. В разработке — поддержка профильных снимков и улучшенная обработка возрастных изменений.