СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ И/ИЛИ ВЕРИФИКАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК G06K9/68 

Изобретение относится к областям радиоэлектроники, распознавания образов и безопасности, точнее - к способам видеонаблюдения, видеорегистрации и анализа эталонных и предъявляемых изображений с целью их идентификации и/или верификации, и может быть использовано в различных системах безопасности, охраны и сигнализации всевозможных объектов от транспорта и предприятий до учебных заведений, библиотек и музеев, а также в страховой, банковской, искусствоведческой и исследовательской сферах.

Широко известны различные способы идентификации и верификации документов, предметов, животных и людей. Ниже понимается, что при идентификации предъявляемого изображения его электронный образ поочередно сопоставляют с каждым из группы эталонных электронных образов для определения совпадения с одним из них, а при верификации - сопоставляют только с одним персонифицированным эталонным электронным образом.

Например, известен «Способ идентификации владельца многоразового финансового документа при работе с ним» [патент РФ №2134449 по МПК G06K 9/00 от 19.09.1997 г.], характеризующийся использованием изображений папиллярных линий по меньшей мере двух пальцев владельца документа и сравнением их с соответствующими изображениями предъявителя документа.

Недостатком этого способа является ручное сравнение предъявляемого изображения с соответствующим эталонным, что требует относительно большого времени, что критично при больших потоках людей и невозможность использования способа в системах где человек принципиально отсутствует.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ управления системой видеонаблюдения транспортного средства и устройство его осуществления» [патент РФ №2370822 по МПК G07C 5/08 от 19.03.2008 г.], характеризующийся использованием системы видеонаблюдения и видеорегистрации с соответствующими средствами преобразования, анализа, управления и сигнализации.

Недостатком известного способа является невозможность им осуществления биометрической идентификации и/или верификации владельца автомобиля с целью исключения угона автомобиля посторонним лицом, имеющим ключи (в том числе зажигания) от этого автомобиля. В известном способе отсутствует самое главное - методология автоматического сопоставления предъявляемого изображения с соответствующим ему эталонным. Кроме того, известный способ, ориентированный на внешнее видеонаблюдение, не обеспечивает видеосъем мелкой биометрики владельца автомобиля (отпечатков пальцев и т.п.).

Техническим результатом и целью заявленного способа является расширение функциональных возможностей известного изобретения, уже имеющего необходимые для заявляемого способа системы видеонаблюдения и видеорегистрации, путем обеспечения возможности автоматического сопоставления предъявляемого изображения с соответствующим ему эталонным путем обеспечения видеосъема мелкой биометрики владельца автомобиля, а также путем обеспечения раздельной или совместной (для более глубокого контроля) в любом сочетании идентификации и/или верификации изображений лица, пальцев, глаз, ушей, ладоней и предметов (печать, талисман и т.п.) владельца автомобиля.

Указанные технический результат и цель достигаются тем, что способ идентификации и/или верификации изображения, характеризующийся использованием системы видеонаблюдения и видеорегистрации с соответствующими средствами преобразования, анализа, управления и сигнализации, характеризуется также тем, что заблаговременно с помощью указанной системы в ее базу данных поочередно записывают в цифровом виде эталонные электронные образы, соответствующие известным реальным эталонным изображениям, предъявляемым системе для записи в ней после формирования заранее установленным способом, а затем при предъявлении системе произвольного изображения формируют из него тем же способом соответствующий ему электронный образ, который сопоставляют с эталонными электронными образами, при идентификации предъявляемого изображения его электронный образ поочередно сопоставляют с каждым из группы эталонных электронных образов для определения совпадения с одним из них, а при верификации - сопоставляют только с одним персонифицированным эталонным электронным образом, при этом формирование каждого электронного образа из предъявленного системе изображения использует целостное восприятие всего яркостного поля предъявленного изображения, геометрически ограниченного по краям в соответствии с техническими свойствами конкретного используемого периферийного видеовоспринимающего устройства системы видеонаблюдения, имеющей свои константные специфические, в том числе - дефектные или специально искусственно внесенные, точки и/или линии на яркостном поле предъявленного изображения, которые после преобразования всего яркостного поля в цифровые коды, соответствующие используемым градациям яркости каждого микроэлемента изображения, и последующего его кадрирования с упорядоченным запоминанием в базе данных, селектируют на фоне случайных сбоев и помех путем критерийного анализа смежных кадров, выявленные таким образом константные специфические точки и/или линии в дальнейшем используют для сопоставления предъявленного и эталонного электронных образов для чего перед сопоставлением совмещают константные точки и/или линии, с помощью которых приводят электронный образ предъявленного изображения к масштабу эталонного электронного образа по вертикали и по горизонтали, для контрольного сопоставления эталонного и предъявляемого электронных образов из них выделяют информационные части, отбрасывая вокруг них фоновые части, имеющие одинаковые или близкие коды яркости сенселей, для каждой информационной части для всех сенселей определяют максимальное и минимальное значение кодов, складывают их и делят пополам, определяя тем самым код средней яркости, далее в каждой информационной части эталонного и предъявленного электронных образов вычисляют раздельно числа сенселей, имеющих код яркости выше кода средней яркости или равный ему и числа сенселей, имеющих код яркости ниже кода средней яркости, т.е. все Z кодов используемых градаций яркости при Z=2, 3, 4, 5… разбивают для вычисления сенселей на Z1=2 градаций при Z1=Z, а затем полученные числа для эталонного и предъявленного электронных образов попарно сопоставляют с учетом заданного допуска, контроль имеет положительный исход, если обе пары укладываются в допуск, в противном случае - исход контроля отрицательный, причем объем контроля, связанный с возможностью использования только режима идентификации или только режима верификации или с их одновременным использованием, а также связанный с одновременным использованием возможных видов изображения биометрической и не биометрической предметной природы, определяют соответствующим назначением через средство управления также перед процедурой сопоставления, в любом случае при совпадении электронных образов предъявленного и эталонного изображений констатируют факт «соответствует», а в противном случае - «не соответствует», в связи с чем активизируют соответствующее средство сигнализации, при этом при одновременном использовании режимов идентификации и/или верификации для различных видов изображения факт «соответствует» определяют при положительном исходе всех анализируемых видов изображения. При этом определение числа сенселей могут осуществлять для большего числа градаций яркости (точнее) при Z1=3, 4, 5… Способ характеризуется также тем, что идентификацию и/или верификацию осуществляют для биометрических изображений лица персоны, претендующей на допуск к управлению конкретным транспортным средством, оборудованным системой видеонаблюдения и видеорегистрации с соответствующими средствами преобразования, анализа, управления и сигнализации, при этом только положительный исход идентификации и/или верификации биометрического изображения лица персоны позволяет запустить двигатель транспортного средства, а также тем, что идентификацию и/или верификацию осуществляют для биометрических изображений отпечатков n пальцев персоны, n=1, 2, … 10, а также тем, что идентификацию и/или верификацию осуществляют для биометрических изображений m радужных оболочек глаз персоны, при m=1, 2, а также тем, что идентификацию и/или верификацию осуществляют для биометрических изображений K мочек ушей персоны, при K=1, 2, а также тем, что идентификацию и/или верификацию осуществляют для биометрических изображений L ладоней персоны, при L=1, 2, а также тем, что идентификацию и/или верификацию осуществляют для изображений предметов персоны, в том числе недоступных для посторонних лиц, а также тем, что для мелких изображений на объектив системы видеонаблюдения одевают насадку, к которой контактно прикладывают это изображение, причем с помощью насадки изображение подсвечивают и увеличивают.

На фиг.1 представлена структурная схема, поясняющая принципы способа, например, для биометрической идентификации и/или верификации владельца автомобиля.

Показаны автомобиль 1, его владелец 1.1 в кресле 1.2, источник 1.3 света, подсистема 1.4 охраны и сигнализации автомобиля, подсистема 2 видеонаблюдения с видеокамерой 2.1 и насадкой 2.2 для видеосчитывания мелких изображений, подсистема видеорегистрации 3, содержащая вычислительное устройство (ВУ) 3.1 на основе процессора 3.1.1 с арифметико-логическим устройством (АЛУ), сетевой адаптер 3.2, база 3.3 данных, состоящая из семи независимых зон 3.3.1, … 3.3.7 оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) для эталонных электронных образов (ЭЭО) соответственно лица, его персональных данных, пальцев, глаз, ладоней, ушей и предъявленного текущего изображения, а также блок управления (БУ) 3.4 с триггером 3.4.1 альтернативных режимов работы: «записи ЭЭО» или «контроля», с регистром 3.4.2 объема и очередности контроля, видеоэкраном 3.4.3 и группой 3.4.4 входов исходных установок: пароля для разрешения записи или удаления или изменения ЭЭО, объема и очередности видов контроля, указаний какие и в какой очередности контролируют пальцы, глаза, ладони и уши.

Группа 3.4.4 входов исходных установок соединена с регистром 3.4.2 объема и очередности контроля, группа выходов которого связана с процессором 3.1.1 и с триггером 3.4.1, выходы которого соединены с соответствующими входами процессора 3.1.1, магистраль адресных выходов которого соединена поразрядно параллельно с соответствующими адресными входами всех зон 3.3.1, … 3.3.7 ОЗУ 3.3, информационные входы которых поразрядно параллельно соединены с информационным входом процессора 3.1.1 и информационным выходом сетевого адаптера 3.2, информационный вход которого соединен с соответствующим выходом видеокамеры 2.1, магистраль информационных выходов всех зон 3.3.1, … 3.3.7 ОЗУ 3.3 поразрядно параллельно соединены с соответствующими входами процессора 3.1.1, группа выходов которого соединена с видеоэкраном 3.4.3, а выход которого соединен с подсистемой 1.4 охраны и сигнализации. На фиг.1 не показаны не относящиеся к сути заявленного способа связи электропитания, синхронизации и заземления, а также служебные сигналы. Так, например, служебные сигналы «запись» или «чтение» от процессора 3.1.1 в ОЗУ 3.3 подразумеваются в составе кода адреса.

Указанные на фиг.1 элементы широко применяются в РФ. В качестве видеокамеры 2.1 авторы использовали модель Novicam 98А 2.8-12 мм с вариофокальным объективом 2.8-12 мм и матрицей Sony 1/3 дюйма, а в качестве подсистемы 3 видеорегистрации ноутбук модели Ultrabook Intel, загруженный для заявляемого способа разработанной авторами программой Smilart.

Способ осуществляется следующим образом.

Рассмотрим, например, способ идентификации и/или верификации изображения, в качестве которого используют биометрические уникальные свойства конкретной персоны - владельца автомобиля (с целью исключения возможности использования автомобиля посторонними), причем, в первую очередь, его лица, а при необходимости при более жестких требованиях (для страховых, судебных, исследовательских и т.п. уточнений) дополнительно его отпечатков пальцев и других особенностей.

Заблаговременно с помощью подсистем видеонаблюдения 2 и видеорегистрации 3 (фиг.1) в базу данных 3.3 записывают эталонные электронные образы (ЭЭО), для чего в режиме «запись ЭЭО» владелец 1.1 автомобиля 1 садится в кресло 1.4 водителя, подает электропитание на подсистемы 2 и 3 (например, от аккумуляторной батареи автомобиля, вставляя ключ зажигания в замок зажигания и переводя его в режим стоянки), включает источник 1.3 света, освещающий его лицо, и делает исходные установки через входы 3.4.4 БУ 3.4 (например, с помощью клавиатуры ноутбука, используемого в качестве подсисиемы 3). Активизация режима «запись ЭЭО» должна быть доступной только для владельца 1.1, поэтому она осуществляется, например, через пароль типа пин-кода, который владелец 1.1 получает при покупке автомобиля. При правильном вводе пароля владелец 1.1 видит на видеоэкране 3.4.3 БУ 3.4 (или ноутбука) поступающее на него без преобразования изображение своего лица, переданное через видеокамеру 2.1, сетевой адаптер 3.2 и процессор 3.1.1. При удовлетворительном изображении владелец 1.1 с помощью стандартной опции «сохранить» дает команду на преобразование (способ преобразования рассматривается ниже) и запись результата этого преобразования, т.е. самого ЭЭО лица, в зону 3.3.1 ОЗУ 3.3 по указанному процессором 3.1.1 адресу (формируется в этом процессоре на счетчике адреса; адреса всех зон ОЗУ 3.3 не пересекаются). Аналогичным образом в этом же режиме регистрируются ЭЭО совладельцев, а по опции «удалить» стирается любое ЭЭО.

Для уже зарегистрированного лица в виде соответствующего ЭЭО (при необходимости последующей верификации) в зоне 3.3.2 ОЗУ 3.3 без преобразования регистрируют персональные данные этого лица, например, ФИО или псевдоним и т.п., которые набирают на клавиатуре БУ 3.4, а также (при необходимости увеличения объема контроля) в зонах 3.3.3, … 3.3.6 ОЗУ 3.3 регистрируют поочередно через насадку 2.2, одеваемую на объектив видеокамеры 2.1, соответственно преобразованные изображения пальцев, глаз, ладоней и ушей, причем в любом сочетании и любой очередности, задаваемых через БУ 3.4.

Указанные выше исходные изображения (лица и т.д.), изначально по своей природе аналоговые при восприятии человеческим глазом, для удобства регистрации, хранения и анализа преобразуют в цифровую форму (в современных цифровых видеокамерах 2.1 непосредственно в них). При этом видеокамера 2.1, направленная на освещенное от источника 1.3 света лицо владельца 1.1 автомобиля 1, за счет отраженного света на своей матрице формирует соответствующее этому лицу яркостное поле, состоящее в зависимости от размера матрицы (обычно несколько дюймов) из нескольких миллионов сенселей - минимальных элементарных площадок (микроэлементов) - по физической природе фотоэлементов (типа пикселей, характеризующих минимальные площадки на экранах телевизоров и компьютеров). Причем под воздействием конкретного яркостного поля данного изображения на каждый сенсель воздействует соответствующий уровень яркости света (изначально в аналоговой природе всегда цветного). Пропорционально яркости на выходах каждого сенселя вырабатывается напряжение. При этом при использовании в качестве сенселей цветных фотоэлементов (красных, синих и зеленых, смешение которых позволяет получать любые цветные оттенки) сохраняется информация о цветности исходного изображения. Далее напряжения сенселей в соответствии с их уровнем с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) преобразуют в соответствующие цифровые коды. Каждому сенселю присваивается его геометрическое место на матрице в виде двух цифровых координат Х и У, а для цветных видеокамер 2.1 - еще и код цвета. Все это вместе с кодом яркости последовательно во времени с выхода видеокамеры 2.1 поступает на вход подсистемы 3 видеорегистрации. При тактовой частоте используемых АЦП, равной сотни и более МГЦ, все яркостное поле изображения, состоящее из нескольких миллионов сенселей (один кадр) преобразуется в цифровой код за доли секунды.

Формирование каждого электронного образа из предъявленного системе изображения использует целостное восприятие всего яркостного поля предъявленного изображения, геометрически ограниченного по краям в соответствии с техническими свойствами конкретного используемого периферийного видеовоспринимающего устройства подсистемы видеонаблюдения 2, имеющей свои константные специфические, в том числе - дефектные или специально искусственно внесенные, точки и/или линии на яркостном поле предъявленного изображения, которые после преобразования всего яркостного поля в цифровые коды, соответствующие используемым градациям яркости каждого микроэлемента изображения (сенселя), и последующего его кадрирования с упорядоченным запоминанием в базе 3.3 данных, селектируют на фоне случайных сбоев и помех путем критерийного анализа смежных кадров, выявленные таким образом константные специфические точки и/или линии в дальнейшем используют для сопоставления предъявленного и эталонного электронных образов для чего перед сопоставлением совмещают константные точки и/или линии, с помощью которых приводят электронный образ предъявленного изображения к масштабу эталонного электронного образа (ЭОЭ) по вертикали и по горизонтали.

Если нет специфических дефектов видеокамеры 3.1 константные специфические точки формируют искусственно: наклеивают или наносят тушью на краю стекла объектива. В отличие от режима «запись ЭЭО» в режиме «контроль» пароль не вводят и все подсистемы активизируются сразу после подачи электропитания. При этом все описанные выше процессы относятся и к режиму «контроль» за исключением того, что в режиме «контроль» дополнительно осуществляют сопоставление электронного образа предъявленного изображения с его ЭЭО. Для этого процессор 3.1.1, получив соответствующий сигнал от триггера 3.4.1, считывает для сопоставления два операнда: электронный образ предъявленного изображения из зоны 3.3.7 ОЗУ 3.3 и ЭЭО из соответствующей зоны 3.3.2, … 3.3.6.

Для контрольного сопоставления эталонного и предъявляемого электронных образов из них выделяют информационные части, отбрасывая вокруг них фоновые части, имеющие одинаковые или близкие коды сенселей, для каждой информационной части для всех сенселей определяют максимальное и минимальное значение кодов, складывают их и делят пополам, определяя тем самым код средней яркости, далее в каждой информационной части эталонного и предъявленного электронных образов вычисляют раздельно числа сенселей, имеющих код яркости выше кода средней яркости или равный ему и числа сенселей, имеющих код яркости ниже кода средней яркости, т.е. все Z кодов используемых градаций яркости при Z=2, 3, 4. 5…(определяемых АЦП) разбивают на Z1=2 (в данном случае на две части), а затем полученные числа для эталонного и предъявленного электронных образов попарно сопоставляют с учетом заданного допуска, контроль имеет положительный исход, если обе пары укладываются в допуск, в противном случае - исход контроля отрицательный, причем объем контроля, связанный с возможностью использования только режима идентификации или только режима верификации или с их одновременным использованием, а также связанный с одновременным использованием возможных видов изображения биометрической и не биометрической предметной природы, определяют соответствующим назначением через БУ 3.4 перед процедурой контроля, в любом случае при совпадении электронных образов предъявленного и эталонного изображений констатируют факт «соответствует», а в противном случае - «не соответствует», в связи с чем активизируют подсистему 1.4 охраны и сигнализации, при этом при одновременном использовании режимов идентификации и/или верификации для различных видов изображения факт «соответствует» определяют при положительном исходе всех анализируемых видов изображения. При необходимости возможно более точное вычисление количества сенселей при Z1=3, 4, 5, …, т.е. для большего числа различных оттенков изображения.

Если идентификацию и/или верификацию осуществляют для биометрических изображений лица персоны, претендующей на допуск к управлению конкретным автомобилем 1, оборудованным подсистемами видеонаблюдения 2 и видеорегистрации 3 с соответствующими средствами преобразования, анализа, управления и сигнализации, то только положительный исход идентификации и/или верификации биометрического изображения лица персоны позволяет запустить двигатель этого автомобиля 1. При отрицательном исходе контроля блокируют запуск двигателя и выдают сигнал на подсистему 1.4 охраны и сигнализации автомобиля 1.

Аналогично автомобилю 1 способ может быть использован и для других транспортных средств: самолетов, водных судов и т.п., а также для других объектов: квартир, офисов, музеев, учебных заведений и др.

Изобретение относится к способу идентификации и верификации изображений. Техническим результатом является обеспечение возможности автоматического сопоставления предъявляемого изображения с эталонным. Способ идентификации и верификации изображения характеризуется формированием электронного образа из предъявленного системе изображения с использованием восприятия яркостного поля предъявленного изображения, преобразованием яркостного поля в цифровые коды, соответствующие используемым градациям яркости каждого микроэлемента изображения, и последующим его кадрированием с запоминанием в базе данных, причем перед сопоставлением приводят электронный образ предъявленного изображения к масштабу эталонного электронного образа, из них выделяют информационные части, отбрасывая вокруг них фоновые части, имеющие одинаковые или близкие коды яркости сенселей, для каждой информационной части для всех сенселей определяют максимальное и минимальное значения этих кодов, складывают их и делят пополам, определяя тем самым код средней яркости, вычисляют раздельно числа сенселей, имеющих код яркости выше кода средней яркости или равный ему, и числа сенселей, имеющих код яркости ниже кода средней яркости, а затем полученные числа для эталонного и предъявленного электронных образов попарно сопоставляют с учетом заданного допуска, контроль имеет положительный исход, если обе пары укладываются в допуск, в противном случае исход контроля отрицательный. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ идентификации и верификации изображения, характеризующийся использованием системы видеонаблюдения и видеорегистрации с соответствующими средствами преобразования, анализа, управления и сигнализации, отличающийся тем, что заблаговременно с помощью указанной системы в ее базу данных поочередно записывают в цифровом виде эталонные электронные образы, соответствующие известным реальным эталонным изображениям, предъявляемым системе для записи в ней после формирования заранее установленным способом, а затем при предъявлении системе произвольного изображения формируют из него тем же способом соответствующий ему электронный образ, который сопоставляют с эталонными электронными образами, при идентификации предъявляемого изображения его электронный образ поочередно сопоставляют с каждым из группы эталонных электронных образов для определения совпадения с одним из них, а при верификации сопоставляют только с одним персонифицированным эталонным электронным образом, при этом формирование каждого электронного образа из предъявленного системе изображения использует целостное восприятие всего яркостного поля предъявленного изображения, геометрически ограниченного по краям в соответствии с техническими свойствами конкретного используемого периферийного видеовоспринимающего устройства системы видеонаблюдения, имеющей свои константные специфические, в том числе дефектные или специально искусственно внесенные, точки и/или линии на яркостном поле предъявленного изображения, которые после преобразования всего яркостного поля в цифровые коды, соответствующие используемым градациям яркости каждого микроэлемента изображения, и последующего его кадрирования с упорядоченным запоминанием в базе данных, селектируют на фоне случайных сбоев и помех путем критерийного анализа смежных кадров, выявленные таким образом константные специфические точки и/или линии в дальнейшем используют для сопоставления предъявленного и эталонного электронных образов, для чего перед сопоставлением совмещают константные точки и/или линии, с помощью которых приводят электронный образ предъявленного изображения к масштабу эталонного электронного образа по вертикали и по горизонтали, для контрольного сопоставления эталонного и предъявляемого электронных образов из них выделяют информационные части, отбрасывая вокруг них фоновые части, имеющие одинаковые или близкие коды яркости сенселей, для каждой информационной части для всех сенселей определяют максимальное и минимальное значения этих кодов, складывают их и делят пополам, определяя тем самым код средней яркости, далее в каждой информационной части эталонного и предъявленного электронных образов вычисляют раздельно числа сенселей, имеющих код яркости выше кода средней яркости или равный ему и числа сенселей, имеющих код яркости ниже кода средней яркости, а затем полученные числа для эталонного и предъявленного электронных образов попарно сопоставляют с учетом заданного допуска, контроль имеет положительный исход, если обе пары укладываются в допуск, в противном случае исход контроля отрицательный, причем объем контроля, связанный с возможностью использования только режима идентификации или только режима верификации или с их одновременным использованием, а также связанный с одновременным использованием возможных видов изображения биометрической и не биометрической предметной природы, определяют соответствующим назначением через средство управления также перед процедурой сопоставления, в любом случае при совпадении электронных образов предъявленного и эталонного изображений констатируют факт «соответствует», а в противном случае - «не соответствует», в связи с чем активизируют соответствующее средство сигнализации, при этом при одновременном использовании режимов идентификации и верификации для различных видов изображения факт «соответствует» определяют при положительном исходе всех анализируемых видов изображения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию и верификацию осуществляют для биометрических изображений лица персоны, претендующей на допуск к управлению конкретным транспортным средством, оборудованным системой видеонаблюдения и видеорегистрации с соответствующими средствами преобразования, анализа, управления и сигнализации, при этом только положительный исход идентификации и/или верификации биометрического изображения лица персоны позволяет запустить двигатель транспортного средства.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию и верификацию осуществляют для биометрических изображений отпечатков n пальцев персоны, n=1,2,…10.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию и верификацию осуществляют для биометрических изображений m радужных оболочек глаз персоны, m=1, 2.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию и верификацию осуществляют для биометрических изображений K мочек ушей персоны, при K=1, 2.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию и верификацию осуществляют для биометрических изображений L ладоней персоны, при L=1, 2.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что идентификацию и верификацию осуществляют для изображений предметов персоны, в том числе недоступных для посторонних лиц.