スナック菓子の袋に反射した光から、その周囲の様子を画像として復元する──。そんな実験にワシントン大学の研究チームが成功した。このアルゴリズムはVRやARの研究に役立つと期待されるが、犯罪に悪用される危険性も指摘されている。
TEXT BY SOPHIA CHEN
TRANSLATION BY MINORU KAWAHARA/GALILEO
PEDPHOTO36PM/GETTY IMAGES
鏡というものは、自分では直接見ることができないものを見る際の助けになる。ハイウェイで後ろから追い越していくクルマや、自分の顔にできた嫌な吹き出物といったものだ。そして光沢のある物体にちょっとしたコンピューター処理を施すことで、ほぼ何でも鏡のように使えることが、このほど明らかになった。
ワシントン大学のコンピューター科学者のチームが発表した最新の研究によると、金属で表面処理を施したスナック菓子の袋から反射される光を利用して、周囲の環境を比較的信頼できる状態で画像として復元できたという。研究チームは論文で次のように説明している。
「注目すべきことに、光沢のあるポテトチップスの袋を撮影したイメージには、袋が置かれている部屋の詳細な画像を再構築できる程度に十分な手がかりがある。そこには部屋の照明や窓の位置、窓の外に見える物の配置などについての情報が含まれている」
この論文は、ワシントン大学のパク・チョンジュン、アレクサンダー・ホリンスキー、スティーヴ・セイツの研究チームによるもので、6月にオンライで開催されるカンファレンス「Computer Vision and Pattern Recognition Conference」の資料に掲載される。
今回の研究は仮想現実（VR）や拡張現実（AR）の技術的な障害を解決する助けになる。だが、一部の専門家らは、この研究の潜在的な利用（と悪用）の可能性はそれをはるかに上回ると指摘している。
反射光のゆがみを補正して画像を作成
厳密に言えば、研究チームが実験に使ったのはポテトチップスの袋ではない。コーンスナックをチョコレートでコーティングした韓国のスナック菓子「コンチョ」である。
とはえ、中身がコーンスナックであろうとポテトチップスであろうと、スナック菓子の袋は曇ってゆがんだ鏡のように作用する。袋に当たって跳ね返る反射光には、部屋のひどくゆがんだ反射像が含まれているのだ。研究チームはこの反射光のゆがみを補正して、ぼやけてはいるが認識可能な画像を作成するアルゴリズムを開発した。
PHOTOGRAPH BY JEONG JOON PARK/UNIVESITY OF WASHINGTON
ひとつの事例では、窓の前に立っている男性のシルエットを抽出することができた。別の例では袋の反射光を使うことで、部屋の窓越しに見える通りの向こう側の住宅を、何階建てなのかわかるほどの明瞭さで確認できた。
このアルゴリズムは光沢のある物体が対象で、光沢があるほどいい。例えば、陶磁製の猫の置物の光沢によっても、周囲にある天井の照明の配置を認識できた。
研究チームが開発したアルゴリズムにより、スナック菓子の袋で反射される光の多角的な視点を用いて作成された復元画像（上）。実際の光景を撮影した写真（下）に写る男性のシルエットが再現されている。PHOTOGRAPH BY JEONG JOON PARK/UNIVESITY OF WASHINGTON
深度センサーを搭載した小型カメラを使用
光沢のある物体の画像は、一般的にコンピューターを混乱させる傾向がある。例えば、光の反射はコンピューターによる物体の正確な認識を困難にすることがある。
「実に興味深い点は、研究チームが反射をイメージを破損させるものと見なさなかったことです」と、ニューヨーク大学のAI Now Instituteに所属するAI研究者のデボラ・ラジは言う。ラジは今回の研究には参加していない。「研究チームが問うたのは『反射のなかに何が見えるか』だったのです」
周囲の環境を再構築するために、研究チームは深度センサーを搭載した小型のカラーヴィデオカメラを使用した。深度センサーは、光沢のある物体の形状と距離を大まかに検出する。研究チームは光沢のある物体を約1分間撮影し、物体の反射光をさまざまな角度から捕捉した。
続いて機械学習アルゴリズムを用いて、物体の周囲の状況を再構築した。この処理には、物体1つにつき約2時間を要したという。
今回の研究による再構築の処理は、アルゴリズムの訓練に使われたデータ量が比較的少ないことを考えると驚くほど精度が高いと、コーネル大学のコンピューター科学者エイブ・デイヴィスは言う。彼は今回の研究には参加していない。
最終目標は新しい3D視点の生成
少量の訓練データでこれほど高い精度を達成できた理由のひとつは、今回の再構築アルゴリズムには物理的概念がいくつか組み込まれているからだ。例えば、光沢のある表面と、つや消しの表面との光の反射の違いなどである。
典型的なオンラインの画像認識ツールと一線を画すのは、この点にある。オンラインのツールは、追加の科学的な情報なしで画像のなかにあるパターンを探すだけだからだ。
ただし、アルゴリズムに物理的な概念を組み込みすぎると処理が厳密になりすぎるので、コンピューターによるミスの増加を引き起こす可能性があることも、研究で明らかになっている。「研究チームは物理的な洞察と最新の機械学習ツールとのバランスをうまくとっています」と、デイヴィスは評価する。
だが、周囲の環境の再構築は、より大規模なプロジェクトの作業課題のひとつにすぎない。研究チームの最終目標は、ポテトチップの袋の新しい3D視点の生成にある。つまり、360度あらゆる角度から見えるポテトチップの袋の外観を、コンピューターに正確に予測させることだ。
自分がいる部屋のコピーをつくる
光沢のある物体の現実的な外観を作成することは、ARやVRの研究者の間で大きな難題になっている。
例えば、ポテトチップの袋の光沢のパターンは、明るく照らされた部屋の中で違った角度から見ると、劇的に変化する。この光沢パターンの変化をコンピューターで再現することは困難なので、VRでは光沢のある物体は、ゆがんだりつぶれたりしているように見えることが多い。だが、ワシントン大学の研究チームは、光沢のある物体の周囲の環境を再構築することで、より現実的な外観を作成することに世界で初めて成功したのである。
部屋の窓と向かいの家を再現するために使われた動画の1フレーム。実際の光景と比べてみてほしい。PHOTOGRAHP BY JEONG JOON PARK/UNIVESITY OF WASHINGTON
「3D世界の再構築に非常に興味があるんです」と、論文の筆頭執筆者であるパクは言う。「つまり、自分がいる部屋のコピーをつくって仮想世界に置き、あとで現実的な方法によって現実世界とインタラクションできるようにすることです」
パクはVRゲームなどでの将来的な用途についても言及している。仮想の視点をより現実に近づけることは、イケアなどの家具メーカーに恩恵をもたらすかもしれない。イケアはすでにARアプリ「IKEA Place」を提供しており、自宅の部屋にイケア製品を仮想的に配置できるようにしている。
進化すれば悪用される危険性も
しかし一部の専門家は、この技術が進化すれば悪用される危険性があると警告する。例えばストーカーや児童虐待者などに悪用されるかもしれないと、倫理学者のジェイコブ・メトカーフは指摘する。かれは新興技術が社会に及ぼす影響を研究する非営利調査機関のデータ＆ソサエティーに所属している。
仮にストーカーが作成者の承諾を得ずにInstagramから画像をダウンロードして、そこに光沢のある表面が写り込んでいたとしよう。今回のようなアルゴリズムを用いることで周囲の環境を再構築し、特定の人物についての個人情報の割り出すことも可能になるかもしれない。
「実際のところ、Pythonのパッケージソフトを使ってInstagramの写真からデータをとろうとする人が多数います。それを認識しておくべきです」と、メトカーフは言う。「そうした人々は、有名人や子どもの写真のなかに反射する表面が写っているのを見つけたら、何らかの行動を起こそうとするかもしれません」
今回のアルゴリズムを開発したパクは、Instagramの画像にはアルゴリズムを機能させるために必要な3Dの深度データが含まれていないと指摘する。さらに研究チームは、起こりうる悪用、特に監視などのプライヴァシー侵害を考慮したのだと、パクは説明する。だが、こうした倫理的な配慮については、いま入手できるヴァージョンの論文では明示的に議論されていない。
パクによると、YouTubeのような画像や動画のプラットフォームは将来、画像などを再構築するアルゴリズムの機能を阻止するために、動画に写る反射面を自動的に検出してぼかしを入れるなどの処理を施したりするかもしれない。
「今後の研究によっては、環境において反射光から推測可能な情報を制限するプライヴァシー保護カメラや、ソフトウェアの開発が可能になるかもしれません」と、パクは『WIRED』US版の取材に説明している。さらに彼は、現在のアルゴリズムの精度は脅威を及ぼすほど高くないとも補足している。
求められる倫理的に関する議論
これに対してメトカーフは、論文を執筆したパクたちが倫理的配慮についても明記すべきだと考えている。実際に情報科学界は全体として、出版物のなかに倫理に関する章を一貫して盛り込む必要があるという。
「ここで明確にしておきたいのは、これは特に今回の研究チームに対する批判ではなく、情報科学の規範に対する批判だということです」と、メトカーフは言う。「学問の一分野としての情報科学の規範は、今回のような学術論文が人々のウェルビーイングに多大な影響を与える可能性があるという事実に取り組むまでにはいたっていません」
AI研究者のラジは、倫理に関する議論は、この分野における今後の研究の方向性に影響する可能性があると指摘する。「一部の研究者は『自分の研究の意図を明言しても何も意味がない。人々は自分がやりたいことをするだけだろう』といったスタンスでしょうね」と、彼女は言う。「でも、そうした研究者たちが気づいていない点は、倫理に関する声明が研究分野自体の発展をかたちづくる場合が多いということなのです」
なお、パクは6月のオンラインカンファレンスに合わせて発表する論文の公式版には、倫理に関する章を含める予定だという。
スナック菓子の袋は“マイク”にもなる
スナック菓子の袋をセンサーのように利用できることに気づいたのは、パクの研究チームが初めてではない。コーネル大学のデイヴィスの研究チームは、ポテトチップスの袋をマイクとして利用できることを14年に実証している。ポテトチップスの袋が置かれた場所で「メリーさんの羊」のMIDIファイルを再生し、袋の振動を撮影したハイスピード動画を処理することで、歌の復元に成功したのだ。
「その辺に置いてあるありふれた物体の画像にも、驚くべき量の情報が含まれているのです」と、デイヴィスは言う。適切なアルゴリズムさえ用いれば、どれだけかすかな音や、ほのかな光からも、情報を得ることができるのだ。
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May 12, 2020 at 03:00PM
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