Forschung für faire Biometrie

Ein Raum im Fachbereich Informatik an der h_da verwandelt sich derzeit regelmäßig in ein Passfotostudio. Dort entstehen Portraitaufnahmen für einen weltweit einzigartigen Datensatz zur Bewertung der Fairness biometrischer Algorithmen zur Gesichtserkennung. Erreicht werden soll das zum einen durch eine einheitlich hohe Qualität der Fotos. Zum anderen soll in den Pool eine möglichst hohe Vielfalt an Hauttönen einfließen. Noch werden Probanden gesucht.

Von Alexandra Welsch, 22.6.2026

Aufrecht sitzen, Augen geradeaus, nicht lächeln, neutral schauen. In einem Stuhl ohne Rückenlehne sitzt ein junger Mann vor einer gleißend weißen Leinwand und blickt auf einen Fotoapparat vor sich, rechts und links flankiert von zwei schirmförmigen Blitzeinheiten. Der Fotograf macht sechs Fotos hintereinander, jedes mit einer anderen Belichtung und jedes begleitet vom kurzen Aufblitzen. Dann kommt eine andere Kamera ins Spiel und der ganze Vorgang wiederholt sich. Aufrecht sitzen, neutral schauen, fünf Fotos, fünf Belichtungsstärken.

Forscher am Fachbereich Informatik der Hochschule Darmstadt bauen seit einem Jahr immer wieder einen Arbeitsraum zu einem Fotostudio um. Dort lichten sie Menschen mit diversen Hautfarben für einen weltweit einzigartigen Datensatz ab, mit dessen Hilfe die Bewertung biometrischer Bilder durch Algorithmen im Rahmen der Gesichtserkennung fairer werden soll. Dieses „Darmstadt Skin Tone Dataset“ (DAST) ist Teil des Forschungsprojekts „Next Generation Biometric System“ unter Leitung des Informatikprofessors und Biometrie-Experten Christoph Busch an der h_da im Rahmen des Nationalen Forschungszentrums für Angewandte Cybersicherheit (ATHENE).

Hintergrund ist eine Problematik bisheriger Gesichtserkennungssysteme, wie sie etwa bei Reisen oder Grenzübertritten eingesetzt werden. Ihre Effektivität hängt stark von der Qualität der Portraitfotos ab, die von der Biometrie-Software verarbeitet werden. So werden internationale Standards, etwa an Schärfe oder Belichtung, nicht immer eingehalten. „Ob Anforderungen an Passfotos erfüllt sind, war bisher dem Ermessen von Mitarbeitern in den Meldestellen überlassen, nach Sichtprobe“, erläutert Christoph Busch. „Das ist keine objektive Bewertung.“

Daher hat die Europäische Kommission 2019 in einer Studie den Bedarf an einer computergestützten, objektiven Bewertung der Gesichtsbildqualität formuliert. Und im Rahmen des Projekts „Open Source Face Image Quality“ (OFIQ) ist eine frei im Internet zugängliche Software entwickelt worden, die die Qualität von Gesichtsbildern für biometrische Anwendung automatisiert, bewertet – und Verzerrungen greifbar machen und perspektivisch verringern soll. Entstanden ist dieses Tool unter Federführung des Deutschen Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik und Mitwirkung von Professor Busch. Die Hochschule Darmstadt hat dabei als eine von sieben Internationalen Forschungsgruppen zu OFIQ beigetragen.

Zurück im h_da-Fotostudio. „Wir versuchen eine objektive Bewertung von Bildern zu ermöglichen“, erläutert Fabian Stockhardt, der als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Informatik an dem DAST-Datensatz mitarbeitet. Alle Aufnahmen werden daher unter den gleichen Bedingungen gemacht. So sorgen Klebestreifen-Markierungen auf dem Boden dafür, dass alles stets mit denselben Abständen und Ausrichtungen zueinandersteht. Und es entstehen jeweils sechs Fotos, weil neben der idealen Belichtung stets auch Aufnahmen jeder Person in starker oder sehr starker Unter- und Überbelichtung gemacht werden. Denn auch das kann Auswirkungen auf die automatisierte Gesichtserkennung und kann Verzerrungen in der Bewertung bedingen – vor allem, wenn verschiedene Hauttypen ins Spiel kommen.

Denn hier liegt eine andere Kernproblematik beim Einsatz von Gesichtserkennungssoftware: „Der Bias ist extrem bei bisherigen Daten“, gibt Stockhardt zu bedenken. Der Algorithmus der OFIQ-Software bewertet die Qualität der Fotos von Menschen mit dunkleren Hauttönen systematisch anders als im Fall hellerer Hauttöne und gibt dafür einen niedrigeren Qualitätswert an, wie Professor Busch erläutert. Das liege vor allem an den zugrundeliegenden Datensätzen: Die Referenzfotos seien in erster Linie aus dem Internet gezogen worden und bestünden überproportional aus Prominenten, wie Schauspieler oder Politiker, die meist weiß und in einem bestimmten Alter seien. Auch zeichneten sich Kontraste bei dunklerer Haut anders ab als bei hellerer, was ebenfalls zu Verzerrungen bei der Bewertung der Bilderqualität führen kann. Die Folge eines solchen Racial Bias in der Biometrie kann sein, dass Personen etwa bei automatisierten Gesichtserkennungssystemen am Flughafen häufiger falsch abgelehnt oder falsch erkannt werden.

„Wir versuchen das durch unsere Daten auszugleichen“, erläutert Fabian Stockhardt weiter. Mit Hilfe des entstehenden Datensatzes im Rahmen ihres Fotoprojekts wollen sie herausfinden, wie sich unterschiedliche Hauttypen auf die Leistungsfähigkeit von Gesichtserkennungsverfahren auswirken. Dafür sei ein möglichst breites Spektrum an Hauttönen erforderlich. Wenn Teilnehmende zu ihnen ins Fotostudio kommen, wird als erstes der Hautton bestimmt. Mit einem Colorimeter, einem Messgerät aus der Dermatologie, wird an Stirn, Wangenknochen und Handoberflächen die Lichtreflektion und somit Farbe der Haut gemessen und in eine zehnstufige Skala eingestuft.

Gut 160 Freiwillige haben sich bislang bei Ihnen ablichten lassen. Doch die Gesichtserkennungsforscher wollen noch mehr für ihr Projekt. Vorgesehen sind circa 30 Teilnehmende je Hauttyp-Klasse. Und bislang ist das nur bei den helleren Hauttypen 2 und 3 erreicht, großer Bedarf herrscht vor allem noch an sehr dunklen Hauttypen und sehr hellhäutigen. Um mehr Personen für ihren Probandenpool zu gewinnen, werben die Projektbeteiligten mittlerweile auch jenseits der Hochschule, so wurden bereits auf dem Luisenplatz englischsprachige Flyer verteilt mit dem Aufruf: „Fairness in der Biometrie – mach mit!“ Außer der „guten Tat“, zu einer objektiveren Qualitätsbestimmung von Gesichtsbildern beizutragen, locken noch 30 Euro Aufwandsentschädigung.

„Wir haben jetzt ein Drittel der Daten, die wir haben wollen“, stellt Biometrie-Professor Busch fest. Doch mit dem bisherigen Datensatz wird bereits gearbeitet. Ein Masterstudent habe sich gerade in seiner Abschlussarbeit damit beschäftigt. Er habe die vorhandenen Hauttyp-Daten in verschiedene Modelle für maschinelles Lernen eingepflegt und dann anhand weiterer Daten getestet, wie gut sich die Hauttypen mit den Algorithmen dieser digitalen Rechentools bestimmen lassen. Zwischenergebnis: „Zu 98 Prozent wurde die richtige Hauttypklasse geschätzt“, freut sich der betreuende Professor, „das ist natürlich klasse.“

Denn übergeordnet geht es dem Team vor allem um eins: „Wir wollen die Auswirkung von racial bias minimieren“, sagt Christoph Busch. „Dass alle demografischen Gruppen möglichst gleichermaßen fair behandelt werden.“ Und gerade Biometrie bietet für den Experten grundsätzlich den Vorteil der objektiven Betrachtung eines Menschen anhand seiner individuellen Körperlichkeit und könne daher auch Missbrauch verhindern.

„Ich bin ein großer Fan von Biometrie“, betont auch Fabian Stockhardt im Fotostudio. Eine automatisierte Gesichtserkennung nehme dem Menschen unnötige Arbeit ab und könne ein Foto sehr viel objektiver und schneller abgleichen. Und was ist mit dem Potenzial von Gesichtserkennung, Menschen auszusortieren? „Man kann jede Technik auch negativ einsetzen“, sagt der junge Informatiker. Aber ihr Forschungsprojekt ziele klar in die entgegengesetzte Richtung: „Unser Datensatz dient vor allem Fairness-Zwecken.“