Wie Forscher aus Darmstadt Biometrie fairer machen wollen

Was geschehen ist – die Kernmeldung

An der Hochschule Darmstadt arbeiten Informatik-Forschende unter der Leitung von Professor Christoph Busch an einem wegweisenden Projekt, das die biometrische Gesichtserkennung grundlegend verbessern soll. Das Ziel der Wissenschaftler ist es, sogenannte „faire Biometrie“ zu etablieren. Dies bedeutet, dass Systeme zur automatisierten Gesichtserkennung – wie sie etwa bei der Beantragung von Reisepässen oder bei Sicherheitskontrollen an Flughäfen zum Einsatz kommen – unabhängig von der ethnischen Herkunft, dem Alter oder der Hautfarbe eines Menschen gleichermaßen zuverlässig funktionieren müssen. Aktuelle Systeme weisen in der Praxis häufig Schwächen auf, wenn sie Bilder von Menschen mit dunklerer Hautfarbe verarbeiten. Diese werden oft aufgrund technischer Fehlinterpretationen, wie etwa einer vermeintlichen Unterbelichtung, als fehlerhaft eingestuft. Um diese systematische Benachteiligung zu beheben, baut das Darmstädter Team einen weltweit einzigartigen Datensatz auf. Dieser dient dazu, die Qualität der Bildbewertungssoftware OFIQ (Open Source Face Image Quality) zu optimieren und somit eine objektive, diskriminierungsfreie Prüfung biometrischer Lichtbilder zu gewährleisten.

Die Einzelheiten – Zahlen, Namen und Orte

Das Projekt, das maßgeblich von Professor Christoph Busch an der Hochschule Darmstadt vorangetrieben wird, nutzt ein eigens eingerichtetes Fotostudio vor Ort. Bisher konnten die Forschenden bereits rund 170 Freiwillige gewinnen, die sich für den neuen Datensatz, das „Darmstadt Skin Tone Set“ (DAST), fotografieren ließen. Um eine wissenschaftlich fundierte Datengrundlage zu schaffen, wird bei jeder Person der exakte Hautton mit einem speziellen Messgerät bestimmt und dem jeweiligen Foto zugeordnet. Die Software OFIQ, an deren Entwicklung sieben internationale Forschungsteams arbeiten, bewertet die Bilder auf einer Skala von 0 bis 100 hinsichtlich Kriterien wie Schärfe, Kontrast und Belichtung. Während das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) das Programm in Deutschland leitet, ist die Software selbst als Open-Source-Projekt für Behörden, Fotostudios und Privatpersonen weltweit kostenlos zugänglich. Das Ziel ist es, die Fehlerraten bei der automatisierten Bildbewertung, die bisher oft von der subjektiven Einschätzung einzelner Fotografen oder fehleranfälligen Automaten abhingen, durch objektive Algorithmen zu ersetzen.

Hintergrund – Der Weg zur fairen Biometrie

Die Notwendigkeit für dieses Forschungsprojekt entstand aus einer Entwicklung, die ihren Ursprung im Jahr 2019 nahm. Damals identifizierte die Europäische Kommission in einer umfassenden Studie den dringenden Bedarf an einer objektiven Softwarelösung zur Bewertung biometrischer Passfotos. Vor diesem Zeitpunkt war die Qualitätssicherung der Lichtbilder in hohem Maße von der individuellen Einschätzung der Fotografen in Meldestellen oder gewerblichen Fotostudios abhängig. Auch Fotoautomaten übernahmen diese Aufgabe, jedoch oft mit unzureichenden Ergebnissen. Die daraufhin initiierten Algorithmen, die zur Automatisierung der Qualitätsprüfung entwickelt wurden, basierten jedoch auf Datensätzen, die fast ausschließlich aus Bildern hellhäutiger und älterer Menschen bestanden. Diese einseitige Datenbasis führte dazu, dass die Algorithmen bei Menschen mit dunkler Hautfarbe häufig fälschlicherweise eine Unterbelichtung diagnostizierten. Diese Fehlbewertungen sind keineswegs trivial, da sie die Zuverlässigkeit biometrischer Systeme, etwa bei Passkontrollen, massiv beeinträchtigen können, wenn die Software die Bilder aufgrund der vermeintlichen Mängel als unbrauchbar ablehnt.

Die Beteiligten – Personen und Institutionen

Zentraler Akteur in diesem Vorhaben ist Professor Christoph Busch, der als Informatiker an der Hochschule Darmstadt tätig ist. Gemeinsam mit seinem Forschungsteam leitet er die Entwicklung des DAST-Datensatzes. Auf nationaler Ebene spielt das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) eine tragende Rolle, da es das Programm zur Entwicklung der OFIQ-Software in Deutschland koordiniert. Die Arbeit ist jedoch in einen größeren, internationalen Kontext eingebettet: Insgesamt sieben Forschungsteams weltweit arbeiten kontinuierlich an der Verbesserung der Open-Source-Software. Zudem sind die rund 170 Freiwilligen, die sich bisher im Darmstädter Studio ablichten ließen, ein wesentlicher Bestandteil des Projekts. Ohne diese Unterstützung durch die Bevölkerung wäre der Aufbau einer repräsentativen Datenbank nicht möglich. Die Europäische Kommission fungiert als übergeordnete Instanz, die den Anstoß für die Standardisierung der Bildbewertung gab und damit den Rahmen für die aktuelle wissenschaftliche Arbeit in Darmstadt und weltweit setzte.

Einordnung – Was das bedeutet

Den Berichten zufolge ist die Arbeit der Darmstädter Forscher ein wichtiger Schritt zur Demokratisierung technischer Systeme. Einzuordnen ist das so: Biometrische Merkmale, allen voran Lichtbilder, sind heute in kommerziellen wie öffentlichen Bereichen allgegenwärtig. Wenn ein Algorithmus jedoch aufgrund einer fehlerhaften Trainingsbasis bestimmte Bevölkerungsgruppen systematisch benachteiligt, entstehen Barrieren, die den Zugang zu Dienstleistungen oder die reibungslose Identitätsprüfung erschweren. Die Darmstädter Forscher adressieren hier ein technisches Problem, das gesellschaftliche Auswirkungen hat. Dass die Software als Open Source zur Verfügung gestellt wird, unterstreicht den Anspruch auf Transparenz und breite Nutzbarkeit. Die wissenschaftliche Strenge, mit der durch die exakte Hauttonmessung und standardisierte Aufnahmebedingungen gearbeitet wird, soll sicherstellen, dass die Software OFIQ in Zukunft nicht mehr nur als „unfaire“ Instanz wahrgenommen wird, sondern als verlässliches Werkzeug, das unabhängig von der Herkunft der abgebildeten Person funktioniert.

Offene Fragen – Was der Quelltext nicht beantwortet

Obwohl der Quelltext einen tiefen Einblick in die methodische Vorgehensweise der Darmstädter Forscher gewährt, bleiben einige Fragen unbeantwortet. So geht aus dem Text nicht hervor, wie viele Datenpunkte insgesamt benötigt werden, um die Software als „fertig“ oder „ausreichend trainiert“ zu betrachten. Es wird zwar erwähnt, dass die Datenbank wachsen soll, doch ein konkretes Ziel für die Anzahl der benötigten Bilder oder eine zeitliche Deadline für den Abschluss der Optimierungsphase wird nicht genannt. Auch bleibt unklar, welche spezifischen technischen Hürden bei der Programmierung der Algorithmen auftreten, wenn man versucht, die Belichtungswerte für verschiedene Hauttöne zu harmonisieren, ohne die allgemeine Bildqualität zu gefährden. Ebenso wird nicht explizit thematisiert, ob es bereits erste Rückmeldungen von Behörden oder anderen internationalen Partnern zur praktischen Anwendung der verbesserten Software im Alltag gibt oder ob sich das Projekt derzeit noch rein in der Forschungs- und Entwicklungsphase befindet.

Wie es weitergeht – Ausstehende Schritte

Das Team um Professor Busch setzt die Arbeit an der Hochschule Darmstadt fort. Die Suche nach weiteren Freiwilligen, insbesondere Menschen mit sehr hellem oder sehr dunklem Hautton, bleibt ein zentraler Bestandteil der laufenden Bemühungen. Interessierte können sich weiterhin über die Internetseite der Hochschule Darmstadt melden, um einen Termin im Fotostudio zu vereinbaren. Die kontinuierliche Erweiterung des Datensatzes ist die Voraussetzung dafür, dass die sieben internationalen Forschungsteams die OFIQ-Software weiter präzisieren können. Das große, übergeordnete Ziel bleibt die Gleichbehandlung aller Menschen durch die biometrischen Systeme. Da die Software als Open-Source-Projekt konzipiert ist, wird jede Verbesserung, die durch den Darmstädter Datensatz erzielt wird, unmittelbar für die weltweite Gemeinschaft der Anwender – von Behörden bis hin zu privaten Fotostudios – zur Verfügung stehen, sobald die Updates in den Quellcode der Software integriert werden.