Способ идентификации личности человека по цифровому изображению лица

Авторы патента:

Хомяков Юрий Николаевич (RU)

G06K9/78 - комбинация получения изображения и операции распознавания

Владельцы патента RU 2613852:

Хомяков Юрий Николаевич (RU)

Изобретение относится к автоматике и вычислительной техники и применимо в системах управления доступом и системах автоматической идентификации и верификации человека по изображению лица. Техническим результатом является уменьшение ошибок и времени на распознавание изображения лица человека. Способ идентификации личности человека по цифровому изображению лица содержит этапы формирования идентичных по размерам и расположению в кадре изображений распознаваемого лица в видимом и ИК свете, определения по ИК изображению координат центров зрачков глаз, вписывания цветного изображения по найденным координатам центров зрачков в эталонный кадр, преобразования цветного изображения в полутоновое и вычисления изображений интенсивности и направлений градиента яркости с формированием трех изображений распознаваемого лица: бинарного изображения интенсивности градиента яркости, полутонового изображения направлений градиента яркости и пастеризованного цветного изображения, по суммарному соответствию которых эталонным изображениям в базе данных принимается решение о идентификации. 9 ил.

Заявляемый способ относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использован в системах искусственного интеллекта: системах контроля и управления доступом (СКУД) и робототехнических системах автоматической идентификации и верификации человека по изображению лица (системах контроля удостоверения личности, информационной безопасности и др).

В этих системах контролируемые условия получения изображения (освещенность, задний фон), фиксация изображения лица человека анфас существенно упрощают процедуру идентификации.

Известен патент РФ №2295152, кл. G06K 9/00 "Способ распознавания лица человека по видеоизображению", по которому производят поиск лица человека в кадре, нормируют его параметры, формируют вектор входного изображения (Р1), загружают из базы данных для сравнения вектора (Р2), разбивают изображения на блоки (8×8), осуществляют первичный поиск по совпадению блоков, осуществляют вторичный поиск, на основе чего принимают решение о распознавании.

Недостатком данного способа является большой объем вычислений и, как следствие, низкая оперативность метода, а также ошибки распознавания.

Известен патент РФ №2297039, кл. G06K 9/62, "Способ распознавания сложного графического объекта", в котором изображения всех эталонных объектов разбивают на пересекающиеся доменные блоки, а изображение распознаваемого объекта разбивают на непересекающиеся ранговые блоки, размер которых меньше доменных блоков, производят поиск наилучшего сопоставления всех ранговых блоков анализируемого изображения и доменных блоков всех эталонных изображений с использованием сжимающих аффинных преобразований.

Недостатком данного способа является также большой объем вычислений при распознавании.

Известен патент США №7,869,657, кл. G06K 9/68 "System and method for comparing images using an edit distance", по которому вводится понятие подобия (расстояния редактирования) сравниваемых изображений с использованием результатов соответствия частей одного изображения другому. Для вычисления подобия распознаваемый объект делится на блоки пикселей и им находится соответствие в сравниваемом изображении. По результатам анализа минимального расстояния редактирования между изображением неизвестного объекта и набора эталонных изображений принимается решение о распознавании.

Недостатком данного способа является очень большой объем вычислений и, как следствие, низкая оперативность метода.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является патент №2431191, кл. G06K 9/00, заявленный 27.01.2009 "Способ идентификации личности человека по цифровому изображению лица". Этот способ включает поиск лица человека в кадре, выравнивание яркости и цветности изображения. Далее формируется вектор входного изображения путем фильтрации и бинаризации, изображение масштабируется до заданного размера по экстремумам интегральных проекций, выполняется сегментирование областей изображения по связности, вычисляются вектора геометрических характеристик сегментированных областей и формируется интегральный индекс, по которому выполняется распознавание.

Недостатком этого способа является невысокая точность распознавания из-за ошибок масштабирования по экстремумам интегральных проекций, учет при распознавании только вычисляемых интегральных геометрических характеристик сегментированных областей бинарного изображения. При распознавании не учитывается информация о цветовых параметрах изображения лица и рельефе поверхности лица.

Техническим результатом, на которое направлено изобретение, является повышение точности и оперативности распознавания изображения лица человека за счет более точного масштабирования по изображению в ближнем ИК, использования полной информации сегментированных областей и уменьшения ошибок распознавания дополнительным учетом цветовых параметров и рельефности лица.

Указанный результат достигается за счет того, что с использованием сопряженных цветной и инфракрасной TV камер формируют два идентичных по размерам и расположению в кадре изображения распознаваемого лица в видимом и ИК свете, по ИК изображению находят точное расположение центров зрачков глаз, осуществляют вписывание цветного изображения по координатам центров зрачков в эталонный кадр, затем после преобразования цветного изображения в полутоновое и вычисления полей интенсивности и направлений градиента яркости формируют три изображения: бинарное изображение интенсивности градиента яркости, полутоновое изображение направлений градиента и пастеризованное цветное изображение, по суммарному соответствию которых эталонным изображениям в базе данных принимается решение о распознавании.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых показаны:

фиг. 1а, 1б - представлен алгоритм выполнения заявляемого способа,

фиг. 2 - операторы-маски вычисления градиента яркости и направления градиента яркости,

фиг. 4-7 - примеры исходных и обработанных изображений, по которым производится распознавание,

фиг. 8 - графики зависимостей примерного числа обрабатываемых пикселей N и порога отличия DEL при распознавании лиц в базе FEI форматом 90*65 пикселей.

На фиг. 1а показаны этапы идентификации по изображению лица.

Получение кадров распознаваемого изображения лица в видимом и ИК свете осуществляется с использованием сопряженных цветной и инфракрасной TV камер захватом кадра с фронтальным ракурсом распознаваемого лица.

По методу, описанному в статье "Shuyan Zhao and Rolf-Rainer Grigat" An Automatic Face Recognition System in the Near Infrared Spectrum" In Proceedings MLDM 2005, Leipzig, Germany, July 9-11, 2005, p. 437-444, определяются координаты центров зрачков глаз в кадре изображения лица при ИК подсветке.

Эти данные позволяют нормировать размер лица и заданное размещение центров зрачков глаз в кадре цветного изображения с высокой точностью на шаблоне для распознавания. Поэтому во всех эталонах баз данных идентифицируемых лиц в системе расположение центров зрачков глаз будет идентично. Идентификация лица проводится по трем базам данных лиц, которые вычисляются из исходного цветного изображения в процессе регистрации лица в системе. Это базы бинарных изображений градиента яркости - BDA, изображений направлений градиента яркости - BDB и пастеризованных исходных цветных изображений = BDC.

Преобразование цветного изображения в полутоновое изображение выполняется суммированием значений цветовых составляющих для каждого пикселя изображения.

В связи с максимальной информативностью для распознавания и значительным уменьшением объема обрабатываемой информации при выделении очертаний (контуров) объектов выполняется вычисление изображений градиента яркости и направления градиента яркости (направления наибольшего изменения яркости в каждом пикселе изображения).

Для вычисления градиента яркости используется сверка матрицы исходного полутонового изображения с операторами-масками H1 и Н3, показанными на фиг. 2. Дополнительно показаны значения координат пикселей масок (i - координата X, j - координата Y).

Маски H1 и Н3 используются для вычисления проекций градиента яркости по координатам X и Y соответственно. Возможный вариант вычисления градиента яркости суммирование проекций градиента для каждого пикселя.

Маски Н1-Н4 применяются к каждому пикселю и используются для вычисления направления градиента яркости. Одно из возможных 8-ми направлений градиента выбирается по максимуму значения результата вычислений.

В качестве операторов вычисления изображений градиента яркости и направления градиента яркости могут быть использованы и другие известные операторы (Sobel, Prewitt, Isotropic, Kirsh, Robinson).

Результатом вычислений являются полутоновое изображение градиента яркости и полутоновое изображение направления градиента яркости, где градациям яркости будут поставлены в соответствие определенные направления градиента яркости.

На фиг. 3 показаны примеры кадров цветных изображений лиц из базы лиц FEI, используемой для моделирования и оценки характеристик описываемого способа. Им соответствующие вычисленные изображения градиента яркости (8-битное полутоновое изображение) и направления градиента яркости (3-битное полутоновое изображение) приведены на фиг. 4 и 5.

Изображение градиента яркости нормируется в диапазоне 0-1.0. Пороговой обработкой на заданном уровне формируется бинарный срез изображения, в котором пиксели исходного изображения, равные или большие порога (POROG), отображаются как единичные. Это изображение содержит наиболее информативные зоны для распознавания, они занимают небольшую часть исходного кадра изображения (0.02-0.2) и позволяют существенно сократить вычислительные затраты при распознавании (фиг. 6).

Для уменьшения влияния нестабильности аппаратуры на результаты распознавания уменьшают цветовую палитру исходных изображений пастеризацией. На фиг. 7 показаны примеры пастеризованных цветных изображений.

Процедура распознавания (фиг. 1b) сводится к бинарной корреляции, оценке зоны несовпадения выделенных фрагментов лица в бинарном изображении и сравниваемом эталоне и дополнительном уменьшении этой зоны на количество пикселей, не совпадающим по двум другим рассматриваемым параметрам (цветовым и направлению градиента яркости). Результатом однократного контроля всех пикселей кадра изображения является суммарный подсчет числа пикселей выделенных фрагментов лица (sum) и числа пикселей, коррелирующих в сравниваемых изображениях (corr). Величина (sum - corr) позволяет оценить меру отличия сравниваемых изображений. Сравнительный анализ распознаваемого изображения со всеми эталонами базы данных дает возможность принять решение о распознавании. Пороговая величина отличия DEL.

Заявляемый способ моделировался в среде MatLab. Использовалась база данных лиц FEI (электронный ресурс http://fei.edu.br/^~cet/facedatabase.html). База состоит из 200 цветных изображений мужских и женских лиц анфас форматом 260*360 пикселей. Изображения выравнены вручную по расположению центров зрачков глаз. Использование при распознавании информации о цветовых параметрах изображения лица и рельефе поверхности лица увеличивает надежность распознавания в десятки раз. На изображениях форматом 90*65 пикселей при 100% распознавании любого из представленных в базе лиц по всей базе надежность распознавания около 40 дБ (фиг. 8) при отсутствии ошибок в масштабировании исходных изображений. Так как масштабирование в системе проводится в изображениях с высоким разрешением (260*360 пикселей), а обработка и распознавание с низким (65*90 пикселей) предполагается, что погрешности масштабирования минимизированы.

Способ идентификации личности человека по цифровому изображению лица анфас, заключающийся в том, что производят поиск лица человека в кадре, масштабируют изображение до заданного размера, выравнивают яркость и цветность изображения, разбивают изображение по связности элементов, формируют интегральный индекс для распознавания по геометрическим характеристикам областей связности, отличающийся тем, что для поиска лица формируют, используя сопряженные цветную и инфракрасную цифровые TV камеры, два идентичных по размерам и расположению в кадре изображения распознаваемого лица в видимом и ИК свете, по ИК изображению находят точное расположение центров зрачков, осуществляют вписывание цветного изображения по координатам центров зрачков в эталонный кадр, а для определения интегрального индекса, по которому осуществляется распознавание, преобразуют цветное изображение в полутоновое и вычисляют нормированное первое изображение интенсивности градиента яркости, которое приводят к бинарному виду пороговой обработкой на заданном уровне, далее вычисляют второе полутоновое изображение направлений градиента яркости и третье - пастеризованное цветное изображение; в областях единичных элементов в первом изображении выделяют зоны несовпадения со сравниваемым эталоном и подсчитывают число несовпавших пикселей, из этого результата по зонам несовпадения подсчитывают и дополнительно вычитают число пикселей во втором и третьем изображениях, не равных по значению соответствующим пикселям второго и третьего эталонов, по результатам сравнения со всеми эталонами базы данных по порогу отличия принимается решение о распознавании.

Изобретение относится к области формирования компьютерной модели целевого пользователя, включающей в себя модель кистей руки и пальцев пользователя, захваченной посредством датчика изображения в системе естественного пользовательского интерфейса.

Способ пассивной дистанционной телевизионной идентификации объектов и устройство для его осуществления // 2603998

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью оптических средств, а именно к способам пассивной дистанционной телевизионной идентификации объектов, и может быть использовано в системах идентификации типа и государственной принадлежности объектов, например воздушных судов в полете.

Способ навигации в помещении с использованием мобильного устройства и графических меток // 2597517

Изобретение относится к области навигации. Техническим результатом является эффективная навигация в помещении.

Устройство обработки изображений, способ обработки изображений и система обработки изображений // 2595495

Изобретение относится к обработке изображений. Уменьшено влияние разницы между пробами клетки-мишени и разницы в условиях формирования изображения и так далее.

Интегральное устройство восприятия изображения и соответствующий способ // 2585985

Группа изобретений относится к средствам формирования изображений. Технический результат заключается в создании устройства распознавания изображений, имеющего чувствительную площадку, непосредственно встроенную в прозрачный или полупрозрачный материал, образующий оптический интерфейс.

Способ аутентификации физического лица и устройство для аутентификации физического лица // 2563157

Изобретение относится к техническим средствам аутентификации физических лиц с использованием биометрической информации. Техническим результатом является обеспечение простой аутентификации физического лица с высокой точностью посредством извлечения признака узора кровеносных сосудов и признака формы отпечатка ладони человека, подлежащего аутентификации, из данных одного первоначального изображения, сфотографированного с использованием блока получения изображения в видимом свете.

Автоматическое распознавание и съемка объекта // 2533445

Группа изобретений относится к способам и системам управления мобильными устройствами. Техническим результатом является обеспечение автоматического распознавания и съемки объекта.

Способ исследования и идентификации живописных произведений культуры // 2533319

Изобретение относится к области идентификации предметов культуры. Техническим результатом является повышение точности определения подлинности произведения живописи.

Способ, устройство и система обеспечения взаимосвязи между видеоизображением и витруальной сетевой средой // 2518940

Изобретение относится к средствам обработки видеоизображений в виртуальной сетевой среде. Техническим результатом является обеспечение точного соответствия между реальными видеоданными пользователя и его виртуального персонажа в виртуальной сетевой среде.

Стереоскопическая измерительная система и способ // 2471147

Способ, устройство и терминал для воспроизведения музыки на основе фотоальбома с фотографиями лиц // 2635238

Изобретение относится к области коммуникационных технологий. Технический результат заключается в обеспечении автоматического выбора музыки во время просмотра пользователем фотографий в фотоальбоме с фотографиями лиц. Технический результат достигается за счет получения команды, инициированной пользователем, о просмотре фотографий в целевом фотоальбоме с фотографиями лиц, получения информации о характеристиках пользователя, определения характерного отношения между пользователем и человеком, чьи фотографии содержатся в просматриваемом целевом фотоальбоме с фотографиями лиц, на основе информации о характеристиках пользователя, определения целевого типа музыки, соответствующего определенному характерному отношению, на основе отношения соответствия между каждым заранее заданным характерным отношением и каждым типом музыки, показа фотографии в целевом фотоальбоме с фотографиями лиц и воспроизводения музыки, соответствующей целевому типу музыки. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Носимое устройство биометрической аутентификации с однопиксельным датчиком // 2636136

Изобретение относится к методикам аутентификации, а именно к аутентификации, основанной на использовании персональных биологических данных, таких как конфигурации вен тела человека. Технический результат – обеспечение достоверной аутентификации и портативность устройства. Устройство для биометрической идентификации пользователя содержит блок освещения, выполненный с возможностью испускания по меньшей мере одного первого оптического излучения на тело человека; блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека; датчик, выполненный с возможностью регистрации интегральной мощности по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека; блок обработки и хранения, выполненный с возможностью переключения состояний блока модуляции, получения сигнала от датчика таким образом, чтобы каждое показание датчика соответствовало конкретному состоянию блока модуляции, выполнения биометрической аутентификации пользователя. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство обнаружения и распознавания объектов // 2639689

Изобретение относится к устройствам для обнаружения и распознавания сложных технических объектов на основе сравнения топологий электромагнитных точек объектов. Технический результат заключается в повышении чувствительности устройства обнаружения и классификации объектов, имеющих точки электромагнитного излучения. Устройство обнаружения и распознавания объектов содержит антенну обнаружения с широкой односторонней диаграммой направленности, антенну с фазированной решеткой с узкой диаграммой направленности, двухконтурный приемник, состоящий из блока обнаружения и блока сканирования, фиксирующий наличие сигнала излучения, превышающего заданный порог и сканирующий поверхность, на которой находится объект, блок распознавания, включающий схему сравнения и банк данных, где производится сравнение полученного массива электромагнитных точек объектов с массивами из банка данных, передатчик сигнала о наличии объекта, состоящий из блока формирования сигнала и антенны излучения. 2 ил.

Способ и устройство для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также терминальное устройство // 2643460

Изобретение относится к способу и устройству для реализации сенсорной кнопки и идентификации отпечатка пальца, а также к терминальному устройству, которые используются для объединения сенсорной кнопки с идентификацией отпечатка пальца. Технический результат заключается в обеспечении объединения идентификации отпечатка пальца и сенсорной кнопки, в увеличении конструктивной прочности защитного стекла и повышении удобства для пользователя. Устройство содержит датчик для идентификации отпечатка пальца, расположенный под защитным стеклом терминального устройства; схему для идентификации отпечатка пальца, соединенную с датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостный датчик касания, расположенный под датчиком для идентификации отпечатка пальца; емкостную сенсорную схему, соединенную с емкостным датчиком касания; и переключатель, используемый для включения или отключения датчика для идентификации отпечатка пальца и схемы для идентификации отпечатка пальца, а также для включения или отключения емкостного датчика касания и емкостной сенсорной схемы. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ создания идентификационной метки на металлической пленке // 2648591

Изобретение относится к способу создания идентификационной метки на металлической пленке и может быть использовано для маркировки электропроводящих деталей, например продукции проката, деталей транспортных средств, продукции машиностроения, авиастроения, изделий атомной промышленности, в частности ТВЭЛов. Осуществляют электроискровой разряд между высоковольтным электродом и металлическим носителем и затем наносят цифровой код и виртуальную идентификационную сетку. Одновременно с электроискровым разрядом вокруг разрядного промежутка создают стохастическое магнитное поле. Для этого вокруг разрядного промежутка устанавливают барабан с возможностью его вращения. На барабане случайным образом устанавливают набор постоянных магнитов разной формы и разной коэрцитивной силы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил, 3 пр.