Barbara Zitová stopuje zločince a podvodníky ve světě fotek a videí

Odmalička milovala umění, ale i matematiku. A fascinovala ji počítačová grafika. Právě ta ji přivedla k vědě. Dnes je máma dvou synů a dcery šéfkou Oddělení zpracování obrazové informace Ústavu teorie informace a automatizace Akademie věd ČR a podstatná část její práce je vlastně jedna velká detektivka.

„Jestliže se někdo snažil digitální obraz vylepšit nebo s ním jinak manipuloval, zanechal za sebou stopy. A ty my nacházíme. Máme na to řadu metod,“ ujišťuje mě. „Je to samozřejmě klasická hra na policajty a zloděje. Při současném rychlém vývoji technologií si nemůžeme být nikdy jistí, že protistrana v tuto chvíli už neumí něco dalšího.“

Existují například metody, které dovedou odhalit, že digitální snímek vznikl v konkrétním fotoaparátu. Jeho snímací čip totiž přidává k zachycenému obrazu i jedinečný šum, jenž představuje cosi jako otisk prstu. Samozřejmě už ale vznikly i způsoby, jak tento jedinečný šum z fotoaparátu vytáhnout a přidat jej ke snímku, který pořídil jiný přístroj.

„Teoreticky se tedy díky tomu můžete snažit někoho křivě usvědčit, že danou fotku udělal právě on svým fotoaparátem,“ vysvětluje Barbara Zitová. Přestože tedy vědci v digitálním obrazu vždy hledají nejrůznější příznaky toho, že jde pravděpodobně o podvod, s jistotou ho vyloučit nemohou.

„Zdravá skepse je v současnosti pro každého mnohem důležitější než kdy dřív,“ zdůrazňuje.

V oddělení Barbary Zitové pracuje na různých projektech asi pětadvacet vědců. Vytvořili třeba software, jenž umí odstranit šmouhy způsobené pohybem, a může tak být užitečný při vyhodnocování sportovních zápasů nebo v policejním prostředí.

Společně s univerzitami vyvinuli i aplikaci, která zlepšuje kvalitu obrazu z bezpečnostních kamer. Policisté mohou tedy s jeho pomocí přečíst poznávací značku na autě nebo zaostřit lidskou tvář, případně v rozmazaných stínech v obličeji odhalit brýle, a upřesnit tím podobu hledané osoby.

Na pracoviště se proto občas obracejí policie a soudy s žádostí o odbornou expertizu. Jako příklad mi Barbara Zitová ukazuje dva rentgenové snímky zubů. Pacientka žalovala lékaře kvůli špatně provedenému zákroku, ten se u soudu bránil snímky, které měly vzniknout s časovým odstupem. Jenže jak její kolegové prokázali, ve skutečnosti byl druhý falzifikát.

„Oba byly až na drobné rozdíly skoro stejné. Jenže není vůbec možné, aby tak podobné záběry vznikly při dvou různých návštěvách ordinace. Druhý snímek vznikl manipulací s prvním,“ vysvětluje s tím, že až sem ji dovedl obyčejný dětský zájem o kreslení a malování.

Stále ještě prý občas ráda vezme do ruky štětec a tvoří obrazy, nejraději abstraktní. Zatímco dnešní děti se u počítačů noří do stále věrohodnější reality umělých světů, ji během dospívání zaujaly donekonečna se opakující fraktální struktury.

„Byla jsem jimi naprosto fascinovaná, po estetické stránce se mi ohromně líbily,“ přiznává s úsměvem. Z gymnázia, kde studovala ve třídě s rozšířenou výukou matematiky, zamířila nejdřív na obor odborná matematika na Karlově univerzitě. Na počítačovou grafiku si netroufla.

„Myslela jsem si, že toho nemám ještě tolik za sebou a že ti kluci, co se tam hlásí, mají naprogramováno mnohem víc než já,“ vzpomíná. Jenže ve třetím ročníku si uvědomila, že si beztak dobrovolně zapisuje všechny předměty z oboru počítačové grafiky, a že bude tedy lepší přestoupit na obor rovnou.

Shodou okolností tehdy Barbara Zitová bydlela na koleji s budoucí restaurátorkou. A tak není divu, že výtvarně orientovaná matematička začala brzy přemýšlet, jak se dobrat dalších a podrobnějších informací o uměleckých dílech jinak než metodami, které měli restaurátoři zatím k dispozici.

Jakmile dokončila doktorát na akademii věd, pustila se s kolegy do výzkumu. Podařilo se jim navázat kontakty s významnými univerzitními pracovišti v Itálii, v Belgii nebo ve Spojených státech, která jsou špičkově vybavena a mají přístup k mnoha historickým dílům, a tudíž také kvalitní data vhodná ke zpracování.

Na monitoru mi ukazuje obraz Madony s vřetenem od Leonarda da Vinci, který její kolega snímkoval v očima neviditelném infračerveném spektru. Právě to pomohlo zobrazit tmavou podkresbu.

„Používá metody založené na neuronových sítích. Díky nim se podkresby ukážou čitelněji a restaurátoři je tak můžou lépe prozkoumat. Jsou pro ně důležité pro poznání vývoje obrazu, ale třeba i pro dataci,“ vysvětluje.

Podobně byly v zahraničí naskenovány také třeba obrazy Vincenta Van Gogha, přičemž vědci z Princetonské univerzity v USA mezi nimi objevili i jeden přemalovaný. Pod obrazem Patch of Grass (1887), na němž malíř zobrazil kus louky, se skrýval portrét ženy.

U starší skryté malby pak byli vědci schopni díky moderním zobrazovacím metodám a softwaru určit i její chemické složení, a odhadnout tak původní barevnost, aniž by do obrazu museli jen škrábnout.

Na pracovišti Barbary Zitové byla už vyvinuta také řada aplikací pro medicínu. Jedna z nich vznikla pro ORL lékaře a pomáhá jim objektivně vyhodnotit změny na hlasivkách, které museli donedávna posuzovat sami pouhým pozorováním.

Další programy pomohly lékařům realizovat studii při screeningovém vyšetření prsu ultrazvukem, ale i zpracovat data nasnímaná kamerou v tenkém střevě. Lékařům pak program vybere i možná problematická místa, která bude vhodné podrobně prohlédnout.

Lékařsky zaměřená je i aktuálně vyvíjená aplikace pro logopedy. Také v jejím případě vědci využili neuronové sítě, které se dnes často schovávají pod pojmem umělá inteligence.

Dítě sleduje monitor počítače a aplikace mu zadává pokyny k procvičování pohybů rtů a jazyka, přitom ho snímá kamera a vyhodnocuje úspěšnost. Zaznamenává se počet opakování i kvalita provedení a vše se archivuje. V programu pak může logoped zadávat domácí úkoly a sledovat jejich plnění.

„Chtěli bychom tím zároveň dětem cvičení zpříjemnit a zpestřit. Všechny totiž náramně milují, když mají sedět půl hodiny u zrcadla a koukat se na sebe,“ usmívá se Barbara Zitová a doufá, že jejich aplikace s virtuální šlehačkou na nose, kterou je potřeba slíznout, a s hvězdičkami za odměnu, je přece jen zajímavější.

„Inspiraci jsem měla i doma. Naše děti chodily na logopedii, a tak s tím mám bohaté zkušenosti,“ vysvětluje.

A jak se jim v jejich oddělení spolupracuje se specialisty z tolika náročných oborů? Někdy prý trochu trvá, než najdou společnou řeč, ale jakmile se to povede, jde podle Barbary Zitové nakonec stejně pořád jen o to jedno. „Pro nás jsou to ve všech případech nakonec obrázky. Musíme je umět číst a vyhodnocovat,“ uzavírá.