تصویربرداری حرارتی روشی غیرتماسی است که با دوربینهای مادون قرمز، تابش گرمایی اجسام را ثبت میکند و آن را به تصویری از توزیع دما تبدیل میکند. در تشخیص چهره، از این فناوری برای شناسایی افراد بر اساس الگوی حرارتی صورت استفاده میشود؛ الگویی که حتی در تاریکی هم قابل ثبت است.
الگوی حرارتی صورت به ساختار عروق و بافت پوست هر فرد بستگی دارد و تا حد زیادی منحصربه‌فرد و در شرایط عادی نسبتاً پایدار است. به همین دلیل، مانند اثر انگشت، میتواند به عنوان یک ویژگی بیومتریک برای تشخیص هویت به کار برود. البته عواملی مثل تب، فعالیت بدنی و دمای محیط روی این الگو اثر می‌گذارند.
تشخیص چهره در کاربردهایی مانند شناسایی مجرم، نظارت تصویری و شهر هوشمند اهمیت دارد و میتواند هم با نور مرئی و هم با تصاویر حرارتی انجام شود. در این مقاله می‌بینیم تصویربرداری حرارتی چیست، چگونه کار میکند، چه مزایا و چالش‌هایی دارد و با تشخیص چهره در نور مرئی چه تفاوتی دارد. برای آشنایی با اصل موضوع، می‌توانید تشخیص چهره چیست؟ را هم مطالعه کنید.
تصویربرداری حرارتی چیست؟
تصویربرداری حرارتی (Thermal Imaging) یعنی استفاده از دوربینهای حرارتی برای ثبت تصویر دمایی یک جسم. هر جسمی که دمایی بالاتر از صفر مطلق داشته باشد، تابش مادون قرمز ساطع میکند. دوربین حرارتی این تابش را دریافت میکند، آن را به مقدار دما تبدیل میکند و در تصویر با طیفی از رنگ‌ها نمایش می‌دهد؛ معمولاً رنگهای گرمتر دمای بالاتر و رنگهای سردتر دمای پایین‌تر را نشان می‌دهند.
این فناوری غیرتماسی است و بدون نیاز به نور محیط کار میکند. به همین دلیل علاوه بر تشخیص چهره، در پایش دمای تجهیزات صنعتی، شناسایی نقاط داغ، ایمنی و نظارت هم استفاده میشود.
از آنجا که تصویربرداری از فاصله انجام میشود، نیازی به نزدیک شدن به منبع گرما یا تماس با فرد نیست و ایمنی افزایش می‌یابد.
کاربرد تصویربرداری حرارتی در تشخیص چهره و انواع آن
تشخیص چهره با کمک تصویربرداری حرارتی به سه شکل انجام میشود: استفاده از تصویر حرارتی به‌تنهایی، استفاده از تصویر نور مرئی، و ترکیب این دو. در ادامه هر سه حالت را بررسی می‌کنیم.
تشخیص چهره با تصویربرداری حرارتی
پوست صورت تابش مادون قرمز ساطع میکند و دوربین حرارتی با سنسورهای حساس به طول‌موج‌های مادون قرمز، این تابش را دریافت میکند. بر اساس تفاوت دمای نقاط مختلف صورت، تصویری تولید میشود که الگوی حرارتی چهره را نشان می‌دهد. این الگو از فردی به فرد دیگر متفاوت است، چون به عواملی مثل جریان خون، تراکم بافت و ضخامت پوست بستگی دارد.
در تصویر حرارتی، اجزای اصلی چهره مثل چشمها، بینی، دهان و پیشانی بر اساس توزیع دما قابل تشخیص‌اند. الگوریتم‌های بینایی ماشین و یادگیری عمیق این نقاط را شناسایی و ویژگی‌های لازم را برای مقایسه و تشخیص هویت استخراج می‌کنند.
تشخیص چهره با تصویربرداری مرئی
در این روش از دوربینهای معمولی استفاده میشود. تصویر چهره ثبت میشود و الگوریتم، ویژگی‌هایی مثل فاصله چشمها و شکل بینی و فک را استخراج میکند و برای تشخیص هویت به کار می‌برد.
تشخیص چهره با ترکیب تصاویر حرارتی و مرئی
در حالت ترکیبی از هر دو نوع تصویر استفاده میشود و این کار میتواند دقت را افزایش دهد. وقتی شرایط برای یکی از دو روش مناسب نباشد، دیگری جبران میکند. برای مثال، در نور کم، تصویر حرارتی به حفظ دقت کمک میکند.
تفاوت تشخیص چهره حرارتی و تشخیص چهره با نور مرئی
| ویژگی | تشخیص چهره حرارتی | تشخیص چهره با نور مرئی |
|---|---|---|
| نور کم یا شب | عملکرد خوب | ضعیف |
| نوسان نور | تاثیر کم | تاثیر زیاد |
| آرایش،مو و ریش | تاثیر کم | تاثیر بیشتر |
| ماسک و پوشش صورت | ضعیف | ضعیف(ولی بخ شهای بدون پوشش قابل ساتفاده است) |
| عینک و سطوح بازتابنده | مشکل ساز | معمولا مشکل کمتر |
| هزینه تجهیزات | معمولا بیشتر | معمولا کمتر |
| وضوح جزئیات چهره | کمتر | بیشتر |
مزایا استفاده از تصویربرداری حرارتی در تشخیص چهره چیست؟
- عملکرد در نور کم و شب: چون دوربین حرارتی به نور محیط وابسته نیست، حضور فرد در تاریکی هم تشخیص داده میشود.
- تشخیص زنده بودن: الگوی حرارتی فقط از چهره زنده به دست می‌آید. بنابراین فریب سیستم با عکس یا تصویر چاپی دشوارتر است.
- مقاومت در برابر آرایش، مو و ریش: این موارد تأثیر کمتری روی الگوی حرارتی دارند.
- تأثیر کمتر شرایط جوی: مه، دود و باران در مقایسه با نور مرئی کمتر بر تصویر حرارتی اثر می‌گذارند.
- عدم نیاز به تماس: تصویربرداری از فاصله انجام میشود و برای فرد مزاحمتی ندارد.
چالش های تشخیص چهره ی حرارتی چیست؟
- پوشش روی چهره: ماسک یا هر پوشش دیگری که بخشی از صورت را بپوشاند، مانع ثبت الگوی حرارتی آن ناحیه میشود و دقت تشخیص را کاهش می‌دهد.
- فاصله زیاد: با افزایش فاصله از دوربین، جزئیات حرارتی چهره کم میشود و دقت پایین می‌آید.
- دمای بالای محیط: وقتی دمای محیط به دمای بدن نزدیک باشد، تمایز بین چهره و پس‌زمینه کم میشود و وضوح تصویر کاهش می‌یابد.
- عینک و سطوح بازتابنده: شیشه عینک تابش مادون قرمز را عبور نمیدهد و ناحیه چشمها را میپوشاند؛ سطوح صاف و براق هم میتوانند باعث خطا شوند.
- تغییرات فیزیولوژیکی: تب، فعالیت بدنی، الکل و استرس میتوانند الگوی حرارتی صورت را تغییر دهند.
تشخیص چهره حرارتی چگونه کار میکند؟
تشخیص چهره حرارتی در سه مرحله انجام میشود:
گرفتن تصویر
دوربین حرارتی تابش مادون قرمزی را که از چهره ساطع میشود دریافت میکند و آن را به مقدار دما تبدیل میکند. دوربین حرارتی توزیع دمای صورت را با استفاده از رنگهای مختلف به‌صورت یک تصویر حرارتی نمایش می‌دهد.استخراج ویژگی‌ها
در این مرحله ویژگی‌های متمایز چهره از تصویر حرارتی استخراج میشود. چون این تصاویر به‌جای الگوهای نور مرئی، توزیع دما را نشان می‌دهند، روش‌های معمول تشخیص چهره باید برای آن‌ها تطبیق داده شوند. نواحی مختلف صورت، مانند بینی، پیشانی، گونه‌ها و چشمها، مقادیر متفاوتی از گرما منتشر می‌کنند. این الگوهای حرارتی و همچنین بافت حرارتی صورت میتوانند به‌عنوان ویژگی به کار روند.تطبیق با پایگاه داده
ویژگی‌های استخراج‌شده با ویژگی‌های ذخیره‌شده در پایگاه داده مقایسه می‌شوند. سیستم برای هر مقایسه یک امتیاز شباهت محاسبه میکند و اگر این امتیاز از آستانه تعیین‌شده بالاتر باشد، هویت فرد تأیید یا شناسایی میشود.
جمع‌بندی
تصویربرداری حرارتی روشی غیرتماسی است که تابش مادون قرمز ساطع‌شده از اجسام را ثبت میکند و آن را به تصویری از توزیع دما تبدیل میکند. در تشخیص چهره، از الگوی حرارتی صورت که به ساختار عروق و بافت پوست بستگی دارد، برای شناسایی افراد استفاده میشود. این روش میتواند به‌تنهایی یا همراه با تصویر نور مرئی به کار برود.
مهم‌ترین مزیت تشخیص چهره حرارتی، عملکرد در نور کم و شب، تأثیر کمتر آرایش، مو و شرایط جوی، و کمک به تشخیص زنده بودن چهره است.
سوالات متداول
تصویربرداری حرارتی روشی غیرتماسی است که با دوربینهای مادون قرمز، تابش گرمایی اجسام را ثبت میکند و آن را به تصویری از توزیع دما تبدیل میکند. در این تصاویر، نرمافزار نواحی گرمتر و سردتر را با رنگهای مختلف مشخص میکند.
بله. دوربین حرارتی به تابش مادون قرمزی که پوست تولید میکند وابسته است، نه به نور محیط. بنابراین در شب و نور کم هم میتواند چهره را ثبت کند.
تشخیص چهره معمولی از تصویر نور مرئی استفاده میکند و با نور کم یا نوسان نور دچار افت دقت میشود. تشخیص چهرهٔ حرارتی دمای بخشهای مختلف صورت را بررسی میکند و برای شناسایی چهره به نور محیط نیاز ندارد. در عوض، جزئیات ظاهری چهره در آن کمتر است.
بله. ماسک بخشی از صورت را میپوشاند و الگوی حرارتی آن ناحیه ثبت نمیشود. شیشه عینک هم تابش مادون قرمز را عبور نمیدهد و ناحیه چشمها را میپوشاند. هر دو مورد میتوانند دقت تشخیص را کاهش دهند.
الگوی حرارتی صورت به ساختار عروق و بافت پوست بستگی دارد و تا حد زیادی از فردی به فرد دیگر متفاوت است، ولی ثابت و بدون تغییر نیست. عواملی مثل تب، فعالیت بدنی، الکل و دمای محیط میتوانند آن را تغییر دهند.
