Оба изображения иллюстрируют то, что новое исследование Вашингтонского университета назвало «подделкой местоположения»."Фотографии, созданные разными людьми для разных целей, являются поддельными, но выглядят как подлинные изображения реальных мест. Исследователи предупреждают, что, учитывая более совершенные технологии искусственного интеллекта, доступные сегодня, такая «география дипфейков» может стать растущей проблемой.
Таким образом, используя спутниковые фотографии трех городов и используя методы, используемые для обработки видео и аудио файлов, группа исследователей намеревалась определить новые способы обнаружения поддельных спутниковых фотографий, предупредить об опасности фальсифицированных геопространственных данных и призвать к созданию системы географическая проверка фактов.
"Это не просто фотошопинг. Благодаря этому данные выглядят невероятно реалистичными ", – сказал Бо Чжао, доцент кафедры географии Университета штата Вашингтон и ведущий автор исследования, опубликованного 21 апреля в журнале Cartography and Geographic Information Science. "Техника уже есть. Мы просто пытаемся выявить возможность использования тех же техник и необходимость разработки стратегии выживания для них."
Как отмечают Чжао и его соавторы, поддельные локации и другие неточности использовались при создании карт с древних времен. Отчасти это связано с самой природой преобразования реальных местоположений в форму карты, поскольку никакая карта не может отобразить место в точности таким, как оно есть. Но некоторые неточности в картах – это подделки, созданные картографами.
Термин «бумажные города» описывает скрытно размещенные поддельные города, горы, реки или другие объекты на карте, чтобы предотвратить нарушение авторских прав. На более беззаботном конце спектра официальная карта автомагистралей Министерства транспорта штата Мичиган 1970-х годов включала вымышленные города «Беатосу» и «Гоблу», пьесу о «Beat OSU» и «Go Blue», потому что тогдашний глава из отдела хотел отдать должное своей альма-матер, защищая авторские права на карту.
Но с преобладанием географических информационных систем, Google Планета Земля и других систем спутниковой съемки, подмена местоположения требует гораздо большей сложности, говорят исследователи, и сопряжена с большим риском. В 2019 году директор Национального агентства геопространственной разведки, организации, ответственной за предоставление карт и анализ спутниковых изображений для США,.S. Министерство обороны заявило, что спутниковые изображения с использованием искусственного интеллекта могут представлять серьезную угрозу национальной безопасности.
Чтобы изучить, как можно подделать спутниковые изображения, Чжао и его команда обратились к системе искусственного интеллекта, которая использовалась для управления другими типами цифровых файлов. Применительно к области картографии алгоритм по существу изучает характеристики спутниковых изображений из городской местности, а затем генерирует глубокое фальшивое изображение, передавая характеристики изученных характеристик спутникового изображения на другую базовую карту – аналогично тому, как популярные фильтры изображений может отобразить черты человеческого лица на кошке.
Затем исследователи объединили карты и спутниковые изображения из трех городов – Такомы, Сиэтла и Пекина – чтобы сравнить особенности и создать новые изображения одного города, основанные на характеристиках двух других.
Они назначили Такому своей «базовой картой» города, а затем исследовали, как географические особенности и городские структуры Сиэтла (сходные по топографии и землепользованию) и Пекина (разные в обоих) могут быть объединены для создания дипфейк-изображений Такомы.
В приведенном ниже примере район Такомы показан в картографическом программном обеспечении (вверху слева) и на спутниковом снимке (вверху справа). Последующие глубокие поддельные спутниковые снимки того же района отражают визуальные модели Сиэтла и Пекина. Низкие здания и зелень отмечают "сиэтлскую" версию Такомы в левом нижнем углу, в то время как более высокие здания Пекина, которые ИИ сопоставил со строительными конструкциями на изображении Такомы, отбрасывают тени – отсюда темный вид построек на изображение внизу справа.
Тем не менее, в обоих случаях дорожная сеть и расположение зданий схожи.
Исследователи отмечают, что неподготовленному глазу может быть сложно определить разницу между настоящим и фальшивым. Случайный зритель может списать цвета и тени просто на низкое качество изображения.
Чтобы попытаться идентифицировать «подделку», исследователи сосредоточились на более технических аспектах обработки изображений, таких как цветовые гистограммы, частотные и пространственные области.
По словам Чжао, некоторые смоделированные спутниковые изображения могут служить определенной цели, особенно при отображении географических областей за периоды времени, например, для понимания разрастания городов или изменения климата.
Может быть место, для которого нет изображений за определенный период времени в прошлом или при прогнозировании будущего, поэтому создание новых изображений на основе существующих – и четкая идентификация их как моделирования – может заполнить пробелы и помочь обеспечить перспективу.
По словам Чжао, цель исследования не состояла в том, чтобы показать, что геопространственные данные могут быть фальсифицированы. Авторы скорее надеются узнать, как обнаруживать поддельные изображения, чтобы географы могли начать разработку инструментов грамотности данных, подобных сегодняшним службам проверки фактов, для общественного блага.
«Поскольку технологии продолжают развиваться, это исследование направлено на поощрение более целостного понимания географических данных и информации, чтобы мы могли демистифицировать вопрос об абсолютной надежности спутниковых изображений или других геопространственных данных», – сказал Чжао. «Мы также хотим развить более ориентированное на будущее мышление, чтобы при необходимости принимать контрмеры, такие как проверка фактов», – сказал он.
Соавторами исследования были Ифань Сунь, аспирант географического факультета Вашингтонского университета; Шаозэн Чжан и Чуньсюэ Сюй из Университета штата Орегон; и Чэнбинь Дэн из Бингемтонского университета.