Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем

Изобретение относится к области вычислительной техники и касается системы обнаружения присутствия объектов с функцией самоконтроля. Система содержит по меньшей мере один источник света, по меньшей мере одно чувствительное к свету средство и процессорное устройство для определения присутствия объекта. Источники света имеют различный предварительно определенный спектр для каждой заранее заданной зоны. Чувствительное к свету средство выполнено с возможностью обнаружения света предварительно определенного спектра, отраженного от по меньшей мере одного объекта, если он присутствует в заранее заданной зоне, и генерирования сигнала присутствия на основе обнаруженного света, представляющего собой сигнал сердечного ритма человека. Процессорное устройство выполнено с возможностью определения присутствия объекта на основании сигнала присутствия, причем процессорное устройство делает вывод о присутствии объекта в заранее заданной зоне на основе сигналов присутствия посредством использования обученной искусственной нейронной сети. Технический результат заключается в повышении качества обнаружения присутствия объектов. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Данное изобретение относится к области вычислительной техники, а, в частности, к способам и системам обнаружения присутствия объектов с функцией самоконтроля.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Современные системы контроля доступа используют биометрическую информацию о человеке для идентификации зарегистрированных пользователей и запрещения доступа несанкционированным пользователям.

[003] Одной из особенностей развития современного общества является возрастающая потребность в ограничении доступа к различным объектам, например офисам, складам, банкоматам, военным объектам. Это связано с необходимостью обеспечения безопасности данных объектов, предотвращения краж интеллектуальной собственности и товаров.

[004] Широко применяемые ранее охранные системы, основанные на присутствии человека, например охранника, на входе в охраняемую зону или использующие системы видеонаблюдения, данные с которых также анализируются человеком, становятся дорогостоящими и не обеспечивают необходимую степень надежности. Именно в связи с указанными недостатками во многих государственных и частных организациях широкое распространение получили системы, основанные на идентификационных магнитных и смарт-картах. Карта содержит информацию, идентифицирующую использующего ее пользователя. Сканер, находящийся на входе в охраняемое помещение, считывает данную информацию и принимает решение о предоставлении пользователю доступа в помещение. Существенным недостатком таких систем является возможность использования карты злоумышленником, например, он может ее украсть.

[005] Биометрические системы являются одним из наиболее перспективных решений, лишенных указанных недостатков. Такие системы основываются на анализе биометрической информации о пользователе: черт лица, голосе, жестах, отпечатках пальцев и т.п. Биометрические параметры пользователя, автоматически считанные системой, сравниваются с шаблонами, хранящимися в базе данных. Если один из шаблонов соответствует полученным данным, то пользователь считается идентифицированным и ему разрешается доступ.

[006] Современные биометрические системы основываются на анализе следующих биометрических параметров человека: лица, голоса, радужки глаз, жестов. Другие типы параметров либо не обеспечивают достаточную точность идентификации пользователя, либо требуют контакта со считывающим устройством (как в случае с отпечатками пальцев).

[007] Вместе с тем существующим биометрическим системам присущ ряд недостатков, допускающих возможность несанкционированного доступа в охраняемую область.

[008] Из уровня техники известен ближайший аналог патент No 2316051 «Способ и система автоматической проверки присутствия лица живого человека в биометрических системах безопасности», патентообладатель: САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС, опубликован: 27.01.2008.

[009] Изобретение относится к системам безопасности и контроля. Его использование позволяет получить технический результат в виде повышения надежности и скорости в детектировании попытки несанкционированного доступа к объекту. Это достигается за счет того, что в качестве основного механизма используют выявление лица живого человека и детектирование несанкционированных пользователей, присутствующих рядом с зарегистрированным пользователем. В изобретении используются методы слежения за трехмерным объектом, приведенным к первой нормализованной форме лица, при этом применяют быстрый метод измерения и сравнения мимики лица с шаблоном, а также методы детекции локальных черт и представления лица в трех различных нормализованных формах. Помимо этого, используют быстрый метод измерения и сравнения с шаблоном такой поведенческой биометрической характеристики как фонемная подпись, получаемая в результате выполнения пользователем команд системы.

[0010] Недостатком данного технического является то, что фиксируется только наличие на изображении образа лица и присущих ему физических аспектов, таких как мимика. Данный способ не позволяет отличить сгенерированный образ от изображения реального живого объекта.

[0011] Также из уровня техники известны решения, предлагающие алгоритмы и системы контроля, основанные на анализе двумерных изображений лица человека (см. опубликованные патенты США No 6633655 и No 6681032). Данные системы используют видеокамеры для захвата изображений лица, реализуют выделение областей лица и вычисляют их характеристики, которые сравниваются с шаблонами, хранящимися в базе данных. Такие системы обрабатывают 2D модели лица человека и тем самым позволяют получить несанкционированный доступ путем предоставления видеокамерам фотографии зарегистрированного пользователя.

[0012] Из уровня техники известна заявка «WO 199702682120.11 «А presence detection system and a lighting system» (заявитель: Ian Robert Fothergill, дата публикации: 31.07.1997). Эта патентная заявка раскрывает устройство для мониторинга живого тела, например ребенка, включающее передачу излучения к телу, прием излучения, передаваемого телом после модификации, и обработку принятого излучения для определения положения и/или состояния тела. Например, чтобы определить, дышит ли тело или бьется его сердце.

[0013] Недостатком данной системы является ограниченная точность. В частности, такая система не способна точно определить, в какой части области находится живое тело.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] Данное техническое решение направлено на устранение недостатков, известных из уровня техники.

[0015] Технической задачей или технической проблемой, решаемой в данном техническом решении, является осуществление системы обнаружения присутствия объектов с самоконтролем.

[0016] Техническим результатом является повышение качества обнаружения присутствия объектов за счет использования искусственного интеллекта, а также применения чувствительного средства к свету предварительно определенного спектра.

[0017] Указанный технический результат достигается посредством осуществления системы обнаружения присутствия объектов с самоконтролем, которая содержит по меньшей мере один источник света, выполненный с возможностью излучения света предварительно определенного спектра, причем каждый из источников имеет различный предварительно определенный спектр для каждой заранее заданной зоны; по меньшей мере одно чувствительное средство к свету предварительно определенного спектра, выполненное с возможностью обнаружения света, отраженного от по меньшей мере одного объекта, если оно присутствует в заранее заданной зоне, и для генерирования сигнала присутствия на основе обнаруженного света, и по меньшей мере одно процессорное устройство для определения присутствия объекта на основании сигнала присутствия, сгенерированного на предыдущем шаге, причем процессорное устройство делает вывод о присутствии объекта в заранее заданной зоне на основе сигналов присутствия.

[0018] В некоторых вариантах реализации изобретения чувствительное средство содержит фотодатчик, чувствительный к свету предварительно определенного спектра.

[0019] В некоторых вариантах реализации изобретения чувствительное средство содержит фотодатчик, снабженный спектральным фильтром для фильтрации света предварительно определенного спектра.

[0020] В некоторых вариантах реализации изобретения два источника света содержатся в одном устройстве излучения света, причем устройство излучения света выполнено с возможностью излучать свет, по меньшей мере, двух разных предварительно определенных спектрах в двух зонах.

[0021] В некоторых вариантах реализации изобретения в случае наличия двух работающих источников света первый спектр и второй спектр по существу не перекрываются.

[0022] В некоторых вариантах реализации изобретения объект является человеком, а сигнал присутствия представляет жизненный сигнал человека.

[0023] В некоторых вариантах реализации изобретения сигнал присутствия представляет сигналы жизнедеятельности, по меньшей мере, двух людей, присутствующих в одной и той же зоне, и в котором процессорное устройство различает соответствующие сигналы жизнедеятельности из по крайней мере двух человек, присутствующих в зоне.

[0024] В некоторых вариантах реализации изобретения заданный спектр излучаемого источниками света исходит из видимого спектра и/или.

[0025] В некоторых вариантах реализации изобретения каждый из фотодатчиков содержит фотодиод.

[0026] В некоторых вариантах реализации изобретения фотодиоды вместе расположены в матрице фотодиодов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0027] Признаки и преимущества настоящего технического решения станут очевидными из приведенного ниже подробного описания и прилагаемых чертежей, на которых:

[0028] Фиг. 1 схематически показывает первый примерный вариант осуществления системы обнаружения присутствия, в которой область содержит две зоны.

[0029]Фиг. 2 схематически показывает интенсивность сигналов присутствия, измеренную системой обнаружения присутствия в соответствии с Фиг. 1.

[0030] Фиг. 3 схематически показывает второй примерный вариант осуществления системы обнаружения присутствия, в которой область содержит три зоны.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0031] Ниже будут подробно рассмотрены термины и их определения, используемые в описании данного технического решения.

[0032] В данном изобретении под системой подразумевается компьютерная система, ЭВМ (электронно-вычислительная машина), ЧПУ (числовое программное управление), ПЛК (программируемый логический контроллер), компьютеризированные системы управления и любые другие устройства, способные выполнять заданную, четко определенную последовательность операций (действий, инструкций), централизованные и распределенные базы данных, смарт-контракты.

[0033] Под устройством обработки команд подразумевается электронный блок либо интегральная схема (микропроцессор), исполняющая машинные инструкции (программы), или подобное. Устройство обработки команд считывает и выполняет машинные инструкции (программы) с одного или более устройства хранения данных. В роли устройства хранения данных могут выступать, но, не ограничиваясь, жесткие диски (HDD), флеш-память, ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), твердотельные накопители (SSD), оптические приводы.

[0034] Программа - последовательность инструкций, предназначенных для исполнения устройством управления вычислительной машины или устройством обработки команд.

[0035] Сервер (англ. server) - электронное устройство, выполняющее сервисные функции по запросу клиента, предоставляя ему доступ к определенным ресурсам. В целях настоящего описания рассматривается сервер, имеющий постоянное подключение к объединенной сети, которая может передавать данные на клиентское устройство. Сервер может обрабатывать эти данные и передавать результат обработки обратно на клиентское устройство.

[0036] Модуль обмена данных - это модуль сервера, который может представлять приемник входящих сигналов, и преобразователь их для последующей обработки, и транслятор для дальнейшей отправки.

[0037] Вычислительный модуль - это модуль сервера, который представляет собой микропроцессор, специально приспособленный для сложной обработки сигналов.

[0038] В последующем описании предпочтительных вариантов осуществления ссылка делается на прилагаемые чертежи, которые составляют его часть. Конкретные варианты осуществления, в которых изобретение может быть осуществлено на практике, показаны в данном описании в качестве иллюстрации. Также понятно, что могут быть использованы другие варианты осуществления и могут быть сделаны структурные изменения, не выходя за пределы объема настоящего изобретения. Следует отметить, что одинаковые позиции на ссылки будут использоваться для обозначения одинаковых или сходных частей в нескольких вариантах осуществления.

[0039] На Фиг. 1 схематично показан первый примерный вариант осуществления системы обнаружения присутствия объекта в соответствии с изобретением. В этом варианте осуществления система содержит два источника света, первый источник 110.1 света и второй источник 110.2 света для излучения света предварительно определенных спектров и два чувствительных средства, содержащих два фотодатчика в этом варианте осуществления, а именно первый фотодатчик 120.1 и второй фотодатчик 120.2. В этом варианте осуществления фотодатчики оснащены спектральными фильтрами, первым спектральным фильтром 130.1 и вторым спектральным фильтром 130.2, соответственно, для фильтрации света предварительно определенных спектров. Фотодатчики 120.1, 120.2 выполнены с возможностью обнаружения света, отраженного от человека 140, присутствующего в области, который прошел через соответствующие спектральные фильтры 130.1, 130.2, и для генерации двух сигналов присутствия, основанных на результатах обнаружения. Например, систему детекторов можно соединять с системой того типа, который отличен от осветительной системы, такой как HVAC система.

[0040] Фотодатчик (например, 120.1 и 120.2) может включать в себя оптические датчики различных типов, которые обеспечивают средство преобразования обнаруживаемого оптического излучения в электрический сигнал, при этом фотодатчик может быть широкополосным датчиком или узкополосным датчиком. Например, как нетрудно понять специалисту в данной области техники, фотодатчик может быть фототранзистором, фоточувствительной интегральной схемой, светодиодом, не подключенным к источнику питания, кремниевым фотодиодом или другим прибором. В одном варианте осуществления широкополосный датчик совмещен с фильтром, и тем самым может обеспечиваться узкая полоса обнаружения оптического излучения. Один или несколько фотодатчиков в общем выполнены с возможностью формирования электрических сигналов, характеризующих соответствующее выходное излучение одного или нескольких светоизлучающих элементов, которые затем могут быть использованы в контроллере, таком как сигнальный процессор или система регулирования (например, контроллер, микроконтроллер, программное обеспечение и/или устройство и так далее), или в другом таком средстве регулирования для оценивания выходного излучения источника света и при необходимости регулировки соответствующего выходного излучения одного или нескольких светоизлучающих элементов. Еще в одном из вариантов реализации фотодатчик может содержать прибор с зарядовой связью (ПЗС, CCD, заряд coupled device) со спектрально-чувствительными обнаруживающими устройствами для преобразования энергии лазерного луча в цифровые сигналы, которые затем могут быть обработаны обрабатывающей подсистемой. Прибор с зарядовой связью может быть любым устройством с возможностью перемещения электрического заряда от устройства к месту, где заряд может быть обработан, например преобразованием в цифровое значение для обработки обрабатывающей подсистемой, получаемым посредством "смещения" сигналов поодиночке между этапами в устройстве. Прибор с зарядовой связью может перемещать заряд между емкостными ячейками в устройстве с помощью смещения, позволяющего переносить заряд между ячейками. В качестве примера, прибор с зарядовой связью может содержать n-well/p-sub фотодиоды, емкостной управляемый током усилитель напряжения, пиксельные сканеры и дельта-дифференцирующие схемы. Использование прибора с зарядовой связью может исключить необходимость использования дискретного спектрометра и преобразователя ток-напряжение.

[0041] Сигналы присутствия подаются на процессорное устройство 150, причем процессорное устройство 150 определяет наличие или отсутствие человека 140 на основе предоставленных сигналов присутствия 160.1; 160.2. Область может быть покрыта двумя зонами, первой зоной 170.1 и второй зоной 170.2. Каждый из двух источников света, первый источник 110.1 света и второй источник 110.2 света, имеет различный предварительно определенный спектр, и каждый из них излучает свет в пределах другой зоны, первой зоны 170.1 и второй зоны 170.2 соответственно. Каждый из двух фотодатчиков, первый фотодатчик 120.1 и второй фотодатчик 120.2, выполнен с возможностью работы с одним из источников света, первым источником 110.1 света и вторым источником 110.2 света соответственно и вместе с соответствующим спектральным фильтром, причем первый спектральный фильтр 130.1 и второй спектральный фильтр 130.2, соответственно, выполнены с возможностью обнаружения соответствующего света предварительно определенного спектра. Таким образом, процессорное устройство 150 делает вывод о присутствии человека 140 по зонам. Спектральный фильтр может быть дополнительно установлен за фокусирующей оптикой для пропуска света только определенного спектра длин волн.

[0042] Альтернативно, чувствительные средства содержат фотодатчики, имеющие разные спектральные чувствительности. Такой фотодатчик, чувствительный к свету предварительно определенного спектра, можно использовать вместо фотодатчика, снабженного спектральным фильтром, для фильтрации света предварительно определенного спектра. Фотодатчики должны иметь различную спектральную чувствительность. В некоторых вариантах осуществления фотодатчики могут иметь принципиально различную спектральную чувствительность, благодаря чему они могут по своей природе различать свет разных предварительно определенных спектров. Существенно различные спектральные чувствительности могут быть реализованы, например, путем с использованием разных классов фотодатчиков, таких как фотодиоды, ПЗС-матрицы, фотоумножители и т.д., не ограничиваясь. Альтернативно, принципиально разные спектральные чувствительности могут быть реализованы с использованием фотодатчиков одного класса, таких как фотодиоды, с разными свойствами материала, например, на основе кремния (Si) или на основе арсенида галлия (GaAs), различных уровней легирования в кремнии и т.д. Альтернативно, различные спектральные чувствительности могут быть реализованы путем добавления спектральных фильтров.

[0043] В конкретном примере реализации, показанном на Фиг. 1, первый человек 140 расположен в первой зоне 170.1 в области. Таким образом, только первый фотодатчик 120.1 обнаруживает свет, исходящий от первого источника 110.1 света, отраженный от первого человека 140 и фильтруется первым спектральным фильтром 130.1, тогда как второй фотодатчик 120.2 не обнаруживает какого-либо значительного света. Это означает, что процессорное устройство 150 принимает два сигнала присутствия 160.1; 160.2, причем первый сигнал 160.1 присутствия указывает присутствие человека в первой зоне 170.1, а второй сигнал 160.2 присутствия указывает отсутствие человека во второй зоне 170.2. Следовательно, процессорное устройство 150 определяет присутствие человека в зоне 170 и, в частности, присутствие в первой зоне 170.1.

[0044] Фотодатчики, например фотодиоды, способны измерять жизненно важные сигналы человека. Фотоплетизмография - это мониторинг изменений пульса крови в капиллярах человека посредством поглощения света окси-деоксигемоглобином. Фотоплетизмографию можно выполнять с помощью простых фотодатчйков, таких как фотодиоды. Фотодиод контролирует крошечные изменения интенсивности света, вызванные циклическим проходом свежей крови в капиллярах кожи. С таким фотодиодом можно динамически измерять частоту сердечных сокращений, вариабельность сердечного ритма, оксигенацию крови и, возможно, кровяное давление человека на расстоянии нескольких метров. Также известно, что фотодиоды способны измерять жизненно важные сигналы, такие как частота сердечных сокращений, в широком диапазоне спектральных частот. Наиболее предпочтительно, система использует свет невидимого диапазона спектра, в результате чего измерение становится совершенно незаметным. Таким образом, например, сигналы присутствия 160.1; 160.2 могут представлять сигнал сердечного ритма человека. Такая особенность дает дополнительную безопасность, что присутствие человека правильно определено, поскольку известные параметры сигнала сердечного ритма могут использоваться процессором в качестве дополнительного критерия при выводе о присутствии человека.

[0045] Спектральные фильтры могут быть очень простыми компонентами, например, нанесенными тонкими пленками, которые расположены непосредственно сверху фотодатчиков, то есть фотодиодов.

[0046] В качестве альтернативы можно использовать фотодиоды или матрицу фотодиодов, содержащих спектральные фильтры, как известно в данной области техники. Фотодиоды могут быть изготовлены по стандартной технологии полупроводникового кремния или, альтернативно, могут быть изготовлены по технологии аморфного кремния, которая используется для изготовления ЖК-дисплеев на стеклянных или гибких пластиковых подложках. Последняя упомянутая технология имеет преимущество в более низкой стоимости и большей площади диодов.

[0047] Источники света 110.1, 110.2 также могут излучать свет не только в одной зоне и вместо этого излучать свет относительно высокой интенсивности в основной зоне, а свет относительно низкой интенсивности в соседних зонах основной зоны. Конкретно, в примере реализации, показанном на Фиг. 1, первый источник 110.1 света излучает свет относительно высокой интенсивности в первой зоне 170.1, а также свет относительно низкой интенсивности во второй зоне 170.2, и аналогично, источник 110.2 света излучает свет относительно высокой интенсивности во второй зоне 170.2, а также относительно низкой интенсивности в первой зоне 170.1. Свет первого источника 110.1 света непрерывно уменьшается от основной зоны, в этом примере от первой зоны 170.1, к зонам, расположенным более далеко от основной зоны. Такая особенность может использоваться для определения относительно более точного положения первого человека 140 в пределах зоны. В частности, в примере, показанном на Фиг. 1, биение сердца первого человека 140 будет детектироваться первым фотодатчиком 120.1 относительно сильно и относительно слабо вторым фотодатчиком 120.2. Однако для второго человека 140.1, показанного на той же Фиг. 1, причем сердцебиение второго человека 140.1 будет детектироваться первым фотодатчиком 120.1 как относительно сильный сигнал, приблизительно такой же интенсивности, как для первого человека 140, и как относительно слабый сигнал, обнаруженный вторым фотодатчиком 120.2, но все же с более высокой интенсивностью по сравнению с первым человеком 140. Это представлено таблицей, показанной на Фиг. 2. Как уже упоминалось, эта особенность может использоваться для определения более точное положения человека в зоне. В этом конкретном примере измерения сердцебиения для первого человека 140 и для второго человека 140.1 будут указывать, что второй человек 140.1 находится ближе ко второй зоне 170.2, чем первый человек 140, тогда как будет очевидно, что оба человека находятся в зона 170.1.

[0048] Количество зон в области 170 может быть разным, фактически любое целое число больше единицы. Увеличение количества зон может повысить точность системы обнаружения присутствия. Однако количество зон также следует выбирать таким образом, чтобы оно соответствовало размеру области 170, а именно относительно небольшая область может быть очень хорошо покрыта всего двумя зонами, тогда как относительно большая область может потребовать более 2 зон.

[0049] На Фиг. 3 схематично показан второй примерный вариант осуществления системы обнаружения присутствия в соответствии с изобретением, в которой система используется для обнаружения присутствия более чем одного человека, в этом конкретном примере присутствия трех человек, первого человека 140, второго человека 140.1 и третьего человека 140.2. Процессорное устройство 150 получит три сигнала присутствия, первый сигнал присутствия 160.1, второй сигнал присутствия 160.2 и третий сигнал присутствия 160.3. Эти сигналы присутствия будут указывать на присутствие трех человек. Первый сигнал 160.1 присутствия будет указывать на присутствие первого человека 140, имеющего первую частоту сердечных сокращений. Третий сигнал 160.3 присутствия будет указывать на присутствие второго человека 140.1 и третьего человека 140.2, имеющих вторую частоту сердечных сокращений и третью частоту сердцебиения. Это означает, что система согласно изобретению способна обнаруживать более одного человека в разных зонах, а также в одной зоне. Это возможно, потому что сигнал присутствия содержит информацию о разных сердцебиениях, обнаруженных у разных людей, в одной зоне. Чтобы подтвердить, что на самом деле два или более человека присутствуют в одной и той же зоне, необходимо определить любую разницу в измеренных сердечных сокращениях, например, различную частоту сердечных сокращений, вариабельность сердечного ритма и т.д.

[0050] Для классификации и определения сигналов присутствия живого объекта в данном техническом решении могут использоваться алгоритмы машинного обучения. Ниже расписан пример на основании искусственной нейронной сети.

[0051] Нейронная сеть представляет собой граф взаимосвязанных нелинейных блоков обработки (процессоров), которые могут обучаться, чтобы аппроксимировать комплексные отображения между входными данными и выходными данными. Отметим, что входными данными является, например, сигнал присутствия в цифровом виде (набор координат живого объекта), а выходом является, например, решение классификации (в простейшем случае +1/-1, что означает "да", в сигнале есть человек, или "нет", в сигнале нет человека). Каждый нелинейный процессор (или нейрон) состоит из взвешенной линейной комбинации своих входов, к которым применяется нелинейная функция активации.

[0052] Нейронная сеть определяется ее структурой связности, ее нелинейной функцией активации и ее весами.

[0053] В нижеследующих вариантах осуществления используется концепция, которая может называться и называется в последующем описании распространением релевантности. Она перераспределяет доказательство (основание) для конкретной структуры в данных, как моделируется выходными нейронами, обратно на входные нейроны. Таким образом, она стремится дать объяснение своего собственного предсказания с точки зрения входных переменных (например, координат живого объекта). Отметим, что эта концепция работает для любого типа (не имеющей петель) нейронной сети, независимо от количества слоев, типа функции активации и т.д. Таким образом, ее можно применять ко многим популярным моделям, так как многие алгоритмы могут быть описаны в терминах нейронных сетей.

[0054] Ниже приведена иллюстрация процедуры распространения релевантности для сети, состоящей из слоев свертки/субдискретизации, за которыми следует последовательность полностью связанных слоев.

[0055] В частности, нижеприведенный пример показывает реализацию искусственной нейронной сети упрощенным примерным образом. Искусственная нейронная сеть состоит из нейронов. Нейроны взаимосвязаны друг с другом или взаимодействуют друг с другом. Как правило, каждый нейрон соединен с расположенными ниже по потоку (нисходящими) соседними (или последующими) нейронами, с одной стороны, и расположенными выше по потоку (восходящими) соседними (или предшествующими) нейронами, с другой стороны. Термины "восходящий", "предшествующий", "нисходящий" и "последующий" относятся к общему направлению распространения, вдоль которого работает нейронная сеть, когда она применяется к набору элементов, чтобы отображать набор элементов на выход сети, то есть выполнять предсказание.

[0056] Набор элементов может, например, быть набором пикселов изображения, формирующих изображение путем ассоциирования каждого пиксела с пиксельным значением, соответствующим цвету или интенсивности сцены, в пространственном местоположении, соответствующем положению соответствующего пиксела в массиве пикселов изображения или например данные о сигнале присутствия, который содержит информацию о разных сердцебиениях людей. В этом случае, набор представляет собой упорядоченный набор элементов, а именно, массив пикселов или данных о сердцебиении. В этом случае, элементы будут соответствовать отдельным пиксельным значениям, т.е. каждый элемент будет соответствовать одному пикселу. Дальше будет пояснено, что настоящая заявка не ограничивается полем изображений. Скорее, набор элементов может представлять собой набор элементов без какого-либо порядка, определенного среди элементов. Комбинации между ними также могут иметь место.

[0057] Первый или самый нижний слой нейронов образует своего рода вход искусственной нейронной сети. То есть, каждый нейрон этого нижнего слоя принимает в качестве своих входных значений по меньшей мере поднабор из набора элементов, то есть, по меньшей мере поднабор пиксельных значений. Объединение поднаборов элементов из набора, значения которых вводятся в некоторый нейрон нижнего слоя. Иными словами, для каждого элемента набора, его значение вводится по меньшей мере в один из нейронов нижнего слоя.

[0058] На противоположной стороне нейронной сети, то есть на ее нисходящей/выходной стороне, сеть содержит один или несколько выходных нейронов, которые отличаются от нейронов тем, что у первых нет нисходящих соседних/последующих нейронов. После применения к набору данных о сигнале присутствия и после завершения обработки, значения, хранящиеся в каждом выходном нейроне, образуют выход сети. То есть, выход сети может, например, быть скаляром. В этом случае будет присутствовать только один выходной нейрон, и его значение после операции сети будет формировать выход сети. Такой выход сети может, например, быть мерой вероятности того, что набор элементов, то есть набор численных значений сигнала присутствия, принадлежит к определенному классу или нет. Выход сети может, однако, альтернативно быть вектором. В этом случае существует более одного выходного нейрона, и значение каждого из этих выходных нейронов, как получено в конце операции сети, формирует соответствующий компонент выходного вектора сети. Каждый компонент выхода сети является мерой, измеряющей вероятность того, что набор принадлежит к соответствующему классу, ассоциированному с соответствующим компонентом, например, к классу сигналов присутствия «человек», «кошка» и «слон. Другие примеры также возможны и будут представлены ниже.

[0059] Таким образом, суммируя вышеизложенное, нейронная сеть включает в себя нейроны, связанные между собой, чтобы отображать, в операции прямого распространения или нормальной операции, набор элементов на нейронный выход. Подобно выходным нейронам, значение которых в конце операции сети формирует выход сети, элементы набора, то есть численные значения сигнала присутствия в примерном случае могут рассматриваться как входные нейроны сети с нейронами и слоями, образованными при этом, являющимися промежуточными нейронами или промежуточными слоями, соответственно. В частности, входные нейроны могут соответственно рассматриваться как восходящие соседние или предшествующие нейроны промежуточных нейронов, также как выходные нейроны могут образовывать нисходящие соседние/последующие нейроны промежуточных нейронов, образующих, например, самый высокий промежуточный слой сети или, если интерпретировать один или несколько выходных нейронов как образующие самый верхний слой сети, второй по высоте слой сети.

[0060] Нейронная сеть может быть реализована, например, в форме компьютерной программы, работающей на компьютере или процессорном устройстве, то есть в программном обеспечении, но реализация в аппаратной форме, например, в виде электрической схемы, также будет осуществима. Каждый нейрон при обучении вычисляет, как описано выше, активацию на основе своих входных значений, используя нейронную функцию, которая, например, представлена как нелинейная скалярная функция g(⋅) линейной комбинации входных значений. Как описано, нейронные функции, ассоциированные с нейронами, могут быть параметризируемыми функциями. Например, в одном из конкретных примеров, описанных ниже, нейронные функции для нейрона j являются параметризируемыми с использованием смещения bj и веса wij для всех входных значений i соответствующего нейрона. Эти параметры могут быть получены путем обучения сети. С этой целью сеть, например, повторно применяется к тренировочному (обучающему) набору для наборов элементов, для которого известен корректный выход сети, то есть обучающему набору маркированных сигналов присутствия в иллюстративном случае. Однако также могут существовать и другие возможности. Даже комбинация может быть осуществимой. Варианты осуществления, описанные ниже, не ограничиваются каким-либо источником или способом определения параметров. Например, восходящая (передняя) часть сети, состоящая из слоев, продолжающихся от набора данных, т.е. входа сети, до промежуточного скрытого слоя, может быть искусственно сгенерирована или обучена, чтобы эмулировать извлечение признака данных сигнала присутствия посредством сверточных фильтров, например, так, что каждый нейрон (нисходящего) последующего слоя представляет собой значение признака из карт признаков. Каждая карта признаков, например, ассоциирована с определенной характеристикой или признаком или импульсным откликом или тому подобным. Соответственно, каждая карта признаков может, например, рассматриваться как разреженно (суб-) дискретизированная отфильтрованная версия входного сигнала присутствия, причем одна карта признаков различается по ассоциированному признаку/характеристике/импульсному отклику ассоциированного фильтра от другой карты признаков. Если, например, набор имеет XY элементов, а именно, значений сигнала присутствия, то есть X столбцов и Y строк значений сигнала, каждый нейрон будет соответствовать одному значению признака одной карты признаков, значение которого будет соответствовать локальной оценке признака, ассоциированной с определенной частью сигнала присутствия. В случае N карт признаков с P⋅Q выборками оценок признаков, например, Р столбцами и Q строками значений признаков, число нейронов в нисходящем последующем слое части будут равно, например, N⋅P⋅Q, которое может быть меньше или больше, чем X⋅Y. Для установки нейронных функций или параметризации нейронных функций нейронов внутри части можно было бы использовать перевод (преобразование) описаний признаков или фильтров, лежащих в основе карт признаков, соответственно. Однако вновь отметим, что существование такой "переведенной", а не "обученной" части сети не является обязательным для настоящей заявки и ее вариантов осуществления, и что такая часть может альтернативно отсутствовать. В любом случае, устанавливая, что, возможно, нейронные функции нейронов могут быть равны среди всех нейронов или равны среди нейронов одного слоя или т.п., нейронная функция может, однако, быть параметризируемой, и хотя параметризируемая нейронная функция может быть одинаковой среди этих нейронов, параметр(ы) функции этой нейронной функции может (могут) варьироваться среди этих нейронов. Количество промежуточных слоев также является произвольным и может быть равно одному или больше одного.

[0061] Подводя итог вышеизложенному, применение сети в нормальном рабочем режиме выглядит следующим образом: набор числовых значений сигнала присутствия, подвергается воздействию или вводится в сеть. То есть, данные значения образуют входные значения для нейронов первого слоя. Эти значения распространяются, как описано, вдоль прямого направления по сети и дают в результате выход сети. В случае сигнала присутствия живого человека, например, выход сети будет, например, указывать, что это входной сигнал относится к третьему классу, то есть к классу сигналов, показывающих живого человека. Более точно, в то время как выходной нейрон, соответствующий классу "человек", завершался бы высоким значением, другие выходные нейроны, иллюстративно соответствующие в данном случае классам "кошка" и "слон", завершались бы в низких (меньших) значениях.

[0062] Однако, как описано во вводной части спецификации настоящей заявки, информация о том, показывает ли или нет сигнал присутствия, то есть набор, человек или тому подобное, может оказаться недостаточной. Скорее, было бы предпочтительнее иметь информацию на уровне детализации значений сигнала присутствия, указывающую, какие числа, т.е. элементы набора, были релевантны для решения сети, а какие нет, например, какие значения о данных сердцебиения отображают человека, а какие нет.

[0063] Если используется матрица фотодиодов, может потребоваться однократная калибровка системы для преобразования цвета спектра, обнаруженного матрицей фотодиодов, в пространственную координату. Однако, поскольку схема освещения фиксирована и, возможно, соответствует в отношении 1:1 фильтрам фотодатчиков, проблема калибровки является тривиальной.

[0064] Источники света могут использовать свет невидимых длин волн, поскольку не всегда желательно освещать пространство цветным освещением. По этой причине в предпочтительном варианте осуществления изобретения предлагается создать систему, в которой ширина полосы спектра источника света и матричного фильтра фотодатчика выходят за пределы длин волн видимого света, то есть 350-700 нанометров (нм).

[0065] Свет также сильно поглощается кровотоком в коже человека как на инфракрасных (ИК) длинах волн, выше 700 нм, так и на ультрафиолетовых (УФ) длинах волн, ниже 400 нм. Так как влияние ультрафиолета света может быть вредным для кожи, очень предпочтительно, чтобы используемые частоты спектра были инфракрасными частотами, когда свет все еще сильно поглощается кровотоком в коже. Такой ИК-спектр хорошо подходит как для источников ИК-излучения, например светодиодов, так и для фотодиодов, которые легко доступны во всем диапазоне длин волн ИК-излучения.

[0066] Изобретение также предлагает конкретные концепции, в соответствии с которыми уменьшается либо ширина спектральной полосы источника света, либо матричный фотодиодный фильтр. В общем, ширина полосы источника света должна находиться в пределах полосы пропускания фильтра матрицы фотодиодов.

[0067] Кроме того, такая система может содержать дискретный или непрерывный спектр света. Для специалистов в данной области техники очевидно, что такая система может быть создана с использованием широкополосного спектра света или серии источников света с уменьшенной шириной полосы пропускания или с одночастотными источниками света, такими как лазеры и светодиоды.

[0068] Кроме того, также возможно, что каждый фотодиод в матрице имеет дискретный фильтр.

[0069] Описанная система обладает функцией самоконтроля для определения, когда условия внутри зон требуют включения фотодетекторов, и снабжена регулировочными механизмами, которые могут самонастраиваться в ответ на обнаруженные условия в зоне обнаружения присутствия человека.

[0070] Хотя изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в предшествующем описании, такие иллюстрации и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограничивающие, т.е. изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления.

[0071] Специалистам в данной области техники могут быть поняты и осуществлены другие вариации раскрытых вариантов осуществления на основе изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.

[0072] Все блоки, используемые в системе, могут быть реализованы с помощью электронных компонент, используемых для создания цифровых интегральных схем, что очевидно для специалиста в данном уровне техники. Не ограничиваюсь, могут быть использоваться микросхемы, логика работы которых определяется при изготовлении, или программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), логика работы которых задается посредством программирования. Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др. Альтернативой ПЛИС могут быть программируемые логические контроллеры (ПЛК), базовые матричные кристаллы (БМК), требующие заводского производственного процесса для программирования; ASIC - специализированные заказные большие интегральные схемы (БИС), которые при мелкосерийном и единичном производстве существенно дороже.

[0073] Обычно, сама микросхема ПЛИС состоит из следующих компонент:

- конфигурируемых логических блоков, реализующих требуемую логическую функцию;

- программируемых электронных связей между конфигурируемыми логическими блоками;

- программируемых блоков ввода/вывода, обеспечивающих связь внешнего вывода микросхемы с внутренней логикой.

[0074] Также блоки могут быть реализованы с помощью постоянных запоминающих устройств.

[0075] Таким образом, реализация всех используемых блоков достигается стандартными средствами, базирующимися на классических принципах реализации основ вычислительной техники.

[0076] Как будет понятно специалисту в данной области техники, аспекты настоящего технического решения могут быть выполнены в виде системы, способа или компьютерного программного продукта. Соответственно, различные аспекты настоящего технического решения могут быть реализованы исключительно как аппаратное обеспечение, как программное обеспечение (включая прикладное программное обеспечение и так далее) или как вариант осуществления, сочетающий в себе программные и аппаратные аспекты, которые в общем случае могут упоминаться как «модуль», «система» или «архитектура». Кроме того, аспекты настоящего технического решения могут принимать форму компьютерного программного продукта, реализованного на одном или нескольких машиночитаемых носителях, имеющих машиночитаемый программный код, который на них реализован.

[0077] Также может быть использована любая комбинация одного или нескольких машиночитаемых носителей. Машиночитаемый носитель хранилища может представлять собой, без ограничений, электронную, магнитную, оптическую, электромагнитную, инфракрасную или полупроводниковую систему, аппарат, устройство или любую подходящую их комбинацию. Конкретнее, примеры (неисчерпывающий список) машиночитаемого носителя хранилища включают в себя: электрическое соединение с помощью одного или нескольких проводов, портативную компьютерную дискету; жесткий диск, оперативную память (ОЗУ), постоянную память (ПЗУ), стираемую программируемую постоянную память (EPROM или Flash-память), оптоволоконное соединение, постоянную память на компакт-диске (CD-ROM), оптическое устройство хранения, магнитное устройство хранения или любую комбинацию вышеперечисленного. В контексте настоящего описания, машиночитаемый носитель хранилища может представлять собой любой гибкий носитель данных, который может содержать или хранить программу для использования самой системой, устройством, аппаратом или в соединении с ними.

[0078] Программный код, встроенный в машиночитаемый носитель, может быть передан с помощью любого носителя, включая, без ограничений, беспроводную, проводную, оптоволоконную, инфракрасную и любую другую подходящую сеть или комбинацию вышеперечисленного.

[0079] Компьютерный программный код для выполнения операций для шагов настоящего технического решения может быть написан на любом языке программирования или комбинаций языков программирования, включая объектно-ориентированный язык программирования, например Java, Smalltalk, С++ и так далее, и обычные процедурные языки программирования, например язык программирования «С» или аналогичные языки программирования. Программный код может выполняться на компьютере пользователя полностью, частично, или же как отдельный пакет программного обеспечения, частично на компьютере пользователя и частично на удаленном компьютере, или же полностью на удаленном компьютере. В последнем случае, удаленный компьютер может быть соединен с компьютером пользователя через сеть любого типа, включая локальную сеть (LAN), глобальную сеть (WAN) или соединение с внешним компьютером (например, через Интернет с помощью Интернет-провайдеров).

[0080] Аспекты настоящего технического решения были описаны подробно со ссылкой на блок-схемы, принципиальные схемы и/или диаграммы способов, устройств (систем) и компьютерных программных продуктов в соответствии с вариантами осуществления настоящего технического решения. Следует иметь в виду, что каждый блок из блок-схемы и/или диаграмм, а также комбинации блоков из блок-схемы и/или диаграмм, могут быть реализованы компьютерными программными инструкциями. Эти компьютерные программные инструкции могут быть предоставлены процессору компьютера общего назначения, компьютера специального назначения или другому устройству обработки данных для создания процедуры, таким образом, чтобы инструкции, выполняемые процессором компьютера или другим программируемым устройством обработки данных, создавали средства для реализации функций/действий, указанных в блоке или блоках блок-схемы и/или диаграммы.

[0081] Эти компьютерные программные инструкции также могут храниться на машиночитаемом носителе, который может управлять компьютером, отличным от программируемого устройства обработки данных или отличным от устройств, которые функционируют конкретным образом, таким образом, что инструкции, хранящиеся на машиночитаемом носителе, создают устройство, включающее инструкции, которые осуществляют функции/действия, указанные в блоке блок-схемы и/или диаграммы.

[0082] Приведенное выше описание включает в себя примеры одного или более аспектов. Конечно, нет возможности описать каждую возможную комбинацию компонентов или методологий с целью представления описанных выше аспектов, но для специалиста в данной области техники будет понятно, что возможно множество дополнительных комбинаций и перестановок различных аспектов. В соответствии с этим описанные аспекты предназначены для охвата всех таких изменений, модификаций и вариантов, которые находятся в пределах сущности и объема приложенной формулы изобретения. Кроме того, в той степени, что термин "включает в себя" используется либо в подробном описании изобретения, или в формуле изобретения предполагается, что такой термин имеет включительный смысл, аналогично термину "содержащий", как термин "содержащий" интерпретируется, когда его используют как переходное слово в формуле изобретения.

1. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем, содержащая:

• по меньшей мере один источник света, выполненный с возможностью излучения света предварительно определенного спектра, причем каждый из источников имеет различный предварительно определенный спектр для каждой заранее заданной зоны;

• по меньшей мере одно чувствительное средство к свету предварительно определенного спектра, выполненное с возможностью обнаружения света, отраженного от по меньшей мере одного объекта, если оно присутствует в заранее заданной зоне, и для генерирования сигнала присутствия на основе обнаруженного света, представляющего собой сигнал сердечного ритма человека, и

• по меньшей мере одно процессорное устройство для определения присутствия объекта на основании сигнала присутствия, сгенерированного на предыдущем шаге, причем процессорное устройство делает вывод о присутствии объекта в заранее заданной зоне на основе сигналов присутствия посредством использования обученной искусственной нейронной сети, которая представляет собой граф взаимосвязанных нелинейных блоков обработки для аппроксимации комплексных отображений между входными данными нейронной сети, которыми является сигнал присутствия объекта в цифровом виде и выходными данными, которыми является решение классификации с обнаруженным объектом или нет.

2. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по п. 1, характеризующаяся тем, что чувствительное средство содержит фотодатчик, чувствительный к свету предварительно определенного спектра.

3. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по п. 1, характеризующаяся тем, что чувствительное средство содержит фотодатчик, снабженный спектральным фильтром для фильтрации света предварительно определенного спектра.

4. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по п. 1, характеризующаяся тем, что два источника света содержатся в одном устройстве излучения света, причем устройство излучения света выполнено с возможностью излучать свет по меньшей мере двух разных предварительно определенных спектров в двух зонах.

5. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по п. 1, характеризующаяся тем, что в случае наличия двух работающих источников света первый спектр и второй спектр по существу не перекрываются.

6. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по п. 1, характеризующаяся тем, что заданный спектр излучаемого источниками света исходит из видимого спектра.

7. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по любому пп. 1-6, характеризующаяся тем, что каждый из фотодатчиков содержит фотодиод.

8. Система обнаружения присутствия объектов с самоконтролем по п. 7, характеризующаяся тем, что фотодиоды вместе расположены в матрице фотодиодов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу сигнализации об обнаружении объектов в пространстве, окружающем транспортное средство, в частности коммерческого транспортного средства.

Изобретение относится к области поиска и спасения субъектов в пространстве. Технический результат заключается в обеспечении эффективного поиска и спасения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при мониторинге человека на опорной конструкции. Представлены сенсорное устройство и способ мониторинга человека сенсорным устройством, которое содержит измерительную электронику и сенсорную структуру (100), которые могут быть установлены на опорную конструкцию.

Изобретение относится к области систем отслеживания. Техническим результатом является обеспечение возможности обнаруживать людей в поле зрения системы отслеживания.

Группа изобретений относится к средствам отслеживания пассажиров на аттракционе. Технический результат заключается в расширении арсенала средств.

Изобретение относится к способу и устройству для видеомониторинга и принадлежит области интеллектуальных устройств. Способ включает в себя: прием беспроводного сигнала, отправляемого с внешнего устройства; распознание того, идентичны ли идентификационные данные устройства, переносимые в беспроводном сигнале, идентификационным данным носимого устройства; и прекращение видеомониторинга, в случае если идентификационные данные устройства идентичны идентификационным данным носимого устройства.

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга местности и может быть использовано в случаях применения средств обнаружения (СО) с протяженной зоной обнаружения (ПЗО), построенных на радиолучевом или инфракрасном принципах обнаружения, для сигнализационного прикрытия Т-образного перекрестка дорог.

Изобретение относится к техническим средствам обнаружения человека, определения его местоположения в контролируемой зоне по создаваемым им сейсмическим колебаниям.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к системам тревожной сигнализации, и может быть использовано при разработке способов и средств контроля доступа к объекту.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для поиска и обнаружения местоположения людей, например, затерявшихся в горах или лесу, попавших под снежную лавину либо находящихся под развалинами зданий.

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к многозональным радиотехническим способам обнаружения нарушителей. Техническим результатом является упрощение многозонального способа обнаружения нарушителя за счет перенесения главных функций приема и обработки сигнала из модулей в центральный блок и упрощения системы синхронизации модулей.
Наверх