تشخیص چهره در بسیاری از کاربردها از جمله شناسایی مجرم، نظارت تصویری و شهر هوشمند حیاتی است. برای تصویر برداری هم میتوان از نور مرئی و هم تصاویر گرمایی استفاده کرد. هر کدام مزایا و چالش های مربوط به خودر را دارند.
دوربین های حرارتی میتوانند تابش گرمایی ساطع شده از یک جسم را تشخیص دهند، این تابش را به دما تبدیل کنند و تصویری از توزیع دما را نمایش دهند. الگوی حرارتی صورت، منحصر به فرد است و توسط ساختار عروقی هر چهره تعیین میشود. هنگام گرفتن تصاویر در زمان های مختلف، تغییر چندانی در ساختار آن دیده نمیشود. از این ویژگی های حرارتی برای تشخیص هویت فرد استفاده میشود. تکنیکی مشابه با تشخیص اثر انگشت که برای شناسایی هویت های چهره به کار میرود.
در ادامه به بررسی تشخیص چهره ی مبتنی بر تصاویر حرارتی و همچنین چالش ها و مزیت های آن و مقایسه آن با تشخیص چهره با نور مرئی میپردازیم.
تصویربرداری حرارتی چیست؟
تصویربرداری حرارتی به معنی استفاده از دوربین های حرارتی برای گرفتن تصویر دمایی از یک شی است. در این تصویربرداری، نور مادون قرمز ساطع شده از اشیا به دوربین تابیده میشود. محدوده دمایی اشیا در تصویر با استفاده از طیفی از رنگ ها متمایز میشود.
تصویربرداری حرارتی یک فن آوری غیر تماسی است که امواج مادون قرمز را به تصاویری تبدیل میکند که دما را به تصویر میکشند.
افزایش دما، ناپایداری ها، یا نقاط داغ تنها در چند ثانیه میتواند حوادث احتمالی در تجهیزات یا سیستم ها را قبل از اینکه باعث آسیب، پایین آمدن یا از دست دادن توان شوند، شناسایی و مشخص کند. این قابلیت در مناطقی که امکان خاموش کردن آتش یا دسترسی آسان به تجهیزات وجود ندارد، بسیار ارزشمند است.
مکان یابی نقاط گرم یا سرد با تصویربرداری حرارتی خیلی سریع انجام میشود. این فن آوری به حفظ بهره وری از طریق تشخیص و اندازه گیری سریع دمای تجهیزات یا فرایندهای تولید کمک میکند.
علاوه بر این، چون در این نوع تصویربرداری، از فاصله ی دور تصویربرداری میشود، ایمنی افزایش مییابد. در نتیجه روشی ایده آل برای کاربردهایی است که شامل قطعات متحرک، سطوح بالای گرما، یا محیط های خطرناک هستند.
برای اطلاع بیشتر درباره تشخیص چهره چیست؟ به صفحه اختصاصی آن مراجعه کنید.
تصویربرداری حرارتی چه کاربردی در تشخیص چهره دارد و انواع آن کدام است؟
تصویربرداری حرارتی به صورت های مختلفی میتواند به تشخیص چهره کمک کند. میتوان تنها از تصویربرداری حرارتی استفاده کرد یا اینکه از ترکیب دوربین های عادی و دوربین های حرارتی استفاده کرد. در ادامه هر دو حالت را بررسی میکنیم.
تشخیص چهره با تصویربرداری حرارتی
پوست صورت از خود اشعه ی مادون قرمز ساطع میکند. دوربین های حرارتی، انعکاس این اشعه ها رو دریافت میکنند. دوربین های حرارتی بعد از دریافت آن ها، یک تصویر بر اساس تفاوت دمایی قسمت های مختلف چهره تولید میکند. دوربین حرارتی از سنسورهای مادون قرمز برای ثبت تغییرات دمایی روی صورت استفاده میکند. این حسگرها معمولا به طیفی از طول موج ها در طیف مادون قرمز حساس هست. تصویر حرارتی، الگوهای توزیع گرمای منحصر به فردی از صورت را ثبت میکند. این الگوها به دلیل عوامل فیزیولوژیکی مانند جریان خون، تراکم بافت و ضخامت پوست از فردی به فرد دیگر متفاوت هستند.
در یک تصویر حرارتی، ویژگی های کلیدی چهره مانند چشم ها، بینی، دهان و پیشانی براساس توزیع دما قابل شناسایی هستند. الگوریتم های پیشرفته این نشانه ها را از تصویر حرارتی برای پردازش بیشتر شناسایی میکنند.
این سیستم ویژگی های منحصر به فردی را از تصویر حرارتی استخراج کرده و آن ها را با یک پایگاه داده از پیش موجود از تصاویر چهره حرارتی (الگوها) مقایسه میکند.
تشخیص چهره با تصویربرداری مرئی
در تصویربرداری با نور مرئی از دوربین های معمولی استفاده میشود که همه ی ما همه روزه با آن ها سر و کار داریم. تصویری از چهره ی فرد ثبت میشود. سپس ویژگی های چهره ی فرد استخراج شده و برای تشخیص هویت او مورد استفاده قرار میگیرد.
تشخیص چهره با ترکیب تصاویر حرارتی و مرئی
در حالت ترکیبی هم از تشخیص چهره با نور مرئی و هم از تصاویر گرمایی استفاده میشود. در این حالت چون از هر دو نوع تصویر استفاده میشود، دقت افزایش مییابد. مخصوصا در شرایطی که شرایط برای یکی از این دو روش مهیاتر باشد، از کاهش دقت جلوگیری میشود. مثلا در شرایطی که نور کافی وجود نداشته باشد استفاده از تصاویر حرارتی به حفظ دقت کمک مینمایند.
تفاوت انواع تشخیص چهره ی حرارتی (ترکیب با تشخیص چهره در نور مرئی و تشخیص چهره حرارتی)
تشخیص چهره با نور مرئی در زمانی که نور کم باشد یا نوسان داشته باشد، به خوبی عمل نمیکند. اما تشخیص چهره با نور حرارتی در شرایط نامناسب که نور محیط کم باشد نیز به خوبی عمل میکند.
تشخیص چهره با نور دوربین های حرارتی برای حالتی که فرد آرایشی بر چهره دارد نیز مناسب است، این مورد میتواند در حالت تشخیص چهره با نور مرئی به درستی کار نکند. اما دوربین های حرارتی برای ثبت چهره در حالی که فرد چهره ی خود را با چیزی مانند ماسک پوشانده باشد، نامناسب است.
مزیت استفاده از تصویربرداری حرارتی در تشخیص چهره چیست؟
- در شب و هنگامی که نور محیط کم باشد، استفاده از تصویربرداری حرارتی گزینه ی مناسبی است. اولا وجود فرد در محیط به راحتی تشخیص داده میشود. ثانیا تصویر گرمایی چهره ی هر فرد متمایز و منحصر به فرد است. در نتیجه میتوان از این طریق هم زنده بودن تصویر و هم هویت فرد را تشخیص داد.
- مورد دیگر این است که تصاویر حرارتی خیلی کمتر تحت تاثیر مواردی مانند وجود مو، ریش و یا آرایش بر چهره قرار میگیرند.
- تشخیص چهره ی حرارتی کمتر تحت تاثیر تغییرات آب و هوایی مانند مه، دود و باران قرار بگیرد.
چالش های تشخیص چهره ی حرارتی چیست؟
تشخیص چهره ی حرارتی، با چالش هایی مواجه است که در ادامه بررسی میکنیم:
وجود پوشش بر روی چهره
اگر پوششی روی چهره وجود داشته باشد، مثلا یک ماسک بر روی صورت فرد باشد، دیگر تصویر حرارتی گرفته شده دقت کافی نخواهد داشت.
فاصلهی دور
گرفتن تصویر حرارتی از چهره ی فرد از راه دور دقت را کاهش میدهد.
دمای بالای محیطی
دمای بالای محیط نیز باعث کاهش در گرفتن تصویر حرارتی از چهره ی فرد میشود. وقتی دمای محیط بالا باشد، تمایز بین دمای محیط و دمای بدن فرد کم میشود. در نتیجه وضوح تصویر فرد کاهش مییابد.
بازتاب سطحی
در تصویرهای حرارتی، چیزهایی مانند عینک، سطوح صاف و سیقلی همگی باعث بازتاب نور میشوند و دقت را کاهش میدهند.
تشخیص چهره ی حرارتی چگونه کار میکند و چه مراحلی دارد؟
- گرفتن تصویر
در ابتدا با استفاده از دوربین های حرارتی تصویری از چهره ی فرد ثبت میشود. نور مادون قرمز از چهره ی فرد به سمت دوربین ساطع میشود. این امواج به دما تبدیل شده و توزیع دمایی چهره در قالب رنگ های مختلف نمایش داده میشود. - استخراج ویژگی ها
استخراج ویژگی در تشخیص چهره تصویر حرارتی شامل ثبت و شناسایی ویژگی های متمایز چهره فرد در تصاویر مادون قرمز است که معمولا براساس انتشار گرما تولید میشوند. از آنجا که تصاویر حرارتی، توزیع دما را به جای الگوهای نور مرئی فراهم میکنند، تکنیک های سنتی تشخیص چهره باید سازگار با این تصاویر شوند.
بخش های مختلف صورت مانند بینی، پیشانی، گونه ها و چشم ها مقادیر مختلفی از گرما را منتشر میکنند. این الگوهای گرمایی منحصر به فرد هستند، برای هر فرد خاص هستند و میتوانند به عنوان ویژگی استفاده شوند. همچنین از ویژگی های بافت صورت نیز میتوان استفاده نمود. - تطبیق با سایر تصاویر موجود در پایگاه داده
پس از اینکه ویژگی ها استخراج شدند، این ویژگی ها، با ویژگی های ذخیره شده در پایگاه داده مقایسه میشوند. در اینجا پایگاه داده ی عظیمی از تصاویر گرمایی وجود دارد. پس از مقایسه و در صورت وجود انطباق، فرد شناسایی میشود.
