تشخیص چهره در بسیاری از کاربردها از جمله شناسایی مجرم، نظارت تصویری و شهر هوشمند حیاتی است. برای تصویر برداری هم می توان از نور مرئی و هم تصاویر گرمایی استفاده کرد. هر کدام مزایا و چالش های مربوط به خودر را دارند.
دوربین های حرارتی می توانند 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 می شود. هنگام گرفتن تصاویر در زمان های مختلف، تغییر چندانی در ساختار آن دیده نمی شود. از این ویژگی های حرارتی برای تشخیص هویت فرد استفاده می شود. تکنیکی مشابه با تشخیص اثر انگشت که برای شناسایی هویت های چهره به کار می رود.
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 می پردازیم.
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 می شود. محدوده دمایی اشیا در تصویر با استفاده از طیفی از رنگ ها متمایز می شود.
تصویربرداری حرارتی یک فن آوری غیر تماسی است که امواج مادون قرمز را به تصاویری تبدیل می کند که دما را به تصویر می کشند.
افزایش دما، ناپایداری ها، یا نقاط داغ تنها در چند ثانیه می تواند 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 می شود. این فن آوری به حفظ بهره وری از طریق تشخیص و اندازه گیری سریع دمای تجهیزات یا فرایندهای تولید کمک می کند.
علاوه بر این، چون در این نوع تصویربرداری، از فاصله ی دور تصویربرداری می شود، ایمنی افزایش می یابد. در نتیجه روشی ایده آل برای کاربردهایی است که شامل قطعات متحرک، سطوح بالای گرما، یا محیط های خطرناک هستند.
تشخیص چهره چیست؟
تشخیص چهره به معنای شناسایی هویت افراد از روی تصویر چهره ی آن هاست. چهره ی هر فرد دارای ویژگی های منحصر به فردی است که از آن می توان برای تشخیص هویت فرد استفاده کرد. مثلا فاصله ی بین دو چشم، نوک بینی، شکل ابروها و موارد دیگر همگی در تشخیص چهره مورد استفاده قرار می گیرند. از تشخیص چهره می توان برای حضور و غیاب، نظارت و اپلیکیشن های سرگرمی استفاده نمود. بیشتر روش های تشخیص چهره از تصاویر معمولی که با نور مرئی گرفته شده است، استفاده می کنند. اما می توان از روش های دیگر مانند تصویربرداری حرارتی نیز در شرایط خاص، استفاده نمود.
تصویربرداری حرارتی چه کاربردی در تشخیص چهره دارد و انواع آن کدام است؟
تصویربرداری حرارتی به صورت های مختلفی می تواند به تشخیص چهره کمک کند. می توان 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 می کنیم.
تشخیص چهره با تصویربرداری حرارتی
پوست صورت از خود اشعه ی مادون قرمز ساطع می کند. دوربین های حرارتی، انعکاس این اشعه ها رو دریافت می کنند. دوربین های حرارتی بعد از دریافت آن ها، یک تصویر بر اساس تفاوت دمایی قسمت های مختلف چهره تولید می کند. دوربین حرارتی از سنسورهای مادون قرمز برای ثبت تغییرات دمایی روی صورت استفاده می کند. 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 می کند. 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 می کنند.
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 می کند.
تشخیص چهره با تصویربرداری مرئی
در تصویربرداری با نور مرئی از دوربین های معمولی استفاده می شود که همه ی ما همه روزه با آن ها سر و کار داریم. تصویری از چهره ی فرد ثبت می شود. سپس ویژگی های چهره ی فرد استخراج شده و برای تشخیص هویت او مورد استفاده قرار می گیرد.
تشخیص چهره با ترکیب تصاویر حرارتی و مرئی
در حالت ترکیبی هم از تشخیص چهره با نور مرئی و هم از تصاویر گرمایی استفاده می شود. در این حالت چون از هر دو نوع تصویر استفاده می شود، دقت افزایش می یابد. مخصوصا در شرایطی که شرایط برای یکی از این دو روش مهیاتر باشد، از کاهش دقت جلوگیری می شود. مثلا در شرایطی که نور کافی وجود نداشته باشد استفاده از تصاویر حرارتی به حفظ دقت کمک می نمایند.
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 نمی کند. اما تشخیص چهره با نور حرارتی در شرایط نامناسب که نور محیط کم باشد نیز به خوبی عمل می کند.
تشخیص چهره با نور دوربین های حرارتی برای حالتی که فرد آرایشی بر چهره دارد نیز مناسب است، این مورد می تواند 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 می شود. ثانیا تصویر گرمایی چهره ی هر فرد متمایز و منحصر به فرد است. در نتیجه می توان 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 می گیرند.
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 می کنیم:
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.
فاصله ی دور
گرفتن تصویر حرارتی از چهره ی فرد از راه دور دقت را کاهش می دهد.
دمای بالای محیطی
دمای بالای محیط نیز باعث کاهش در گرفتن تصویر حرارتی از چهره ی فرد می شود. وقتی دمای محیط بالا باشد، تمایز بین دمای محیط و دمای بدن فرد کم می شود. در نتیجه وضوح تصویر فرد کاهش می یابد.
بازتاب سطحی
در تصویرهای حرارتی، چیزهایی مانند عینک، سطوح صاف و سیقلی همگی باعث بازتاب نور می شوند و دقت را کاهش می دهند.
تشخیص چهره ی حرارتی چگونه کار می کند و چه مراحلی دارد؟
گرفتن تصویر
در ابتدا با استفاده از دوربین های حرارتی تصویری از چهره ی فرد ثبت می شود. نور مادون قرمز از چهره ی فرد به سمت دوربین ساطع می شود. این امواج به دما تبدیل شده و توزیع دمایی چهره در قالب رنگ های مختلف نمایش داده می شود.
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 می شوند. از آنجا که تصاویر حرارتی، توزیع دما را به جای الگوهای نور مرئی فراهم می کنند، 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 می کنند. این الگوهای گرمایی منحصر به فرد هستند، برای هر فرد خاص هستند و می توانند به عنوان ویژگی استفاده شوند. همچنین از ویژگی های بافت صورت نیز می توان 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 می شوند. در اینجا پایگاه داده ی عظیمی از تصاویر گرمایی وجود دارد. پس از مقایسه و در صورت وجود انطباق، فرد شناسایی می شود.
