 |
Принципы построения систем распознавания, выработанные компанией "Вокорд", применимы к самым разным типам объектов. Такие объекты у тех, кто занимается распознаванием, принято называть "объектами интереса". Наиболее востребованные из них - человек и автомобиль. Одним из сложных, но перспективных типов объектов для распознавания является лицо человека, выделяемое из панорамного изображения.
Компания занимается как аппаратной частью систем распознавания, так и алгоритмическими программами для них. Специалистами компании накоплен большой опыт в этой работе. У них сложилось устойчивое понимание того, как должны строиться такие системы и какие условия необходимо соблюсти для их корректной работы.
Преимущества 3D-технологий
Работая над развитием технологий распознавания лица, специалисты "Вокорда" пришли к выводу, что если вместо двумерного изображения используются реконструированные трехмерные (3D-) модели объектов, то достигается принципиально более высокая точность распознавания.
При наличии исходных 3D-моделей лиц в трехмерном распознавании вероятность ошибок значительно уменьшается по сравнению с двумерным распознаванием. Существенно снижаются требования к ракурсу, в котором снят объект. Достоверность двумерного распознавания катастрофически падает при повороте головы на 15 градусов вправо, влево, вверх или вниз. При 3D-распознавании допустимый угол отклонения головы от фронтального ракурса может достигать 45 градусов. Если полученная по изображению модель и хранящееся в базе данных эталонное изображение получены в разных ракурсах, то можно повернуть модель программными средствами. Помимо всего прочего, можно повернуть объект и привести его к виду "в фас" для последующего распознавания стандартными двумерными алгоритмами.
Новые возможности для решения фундаментальных проблем распознавания дает расстановка параметрических точек. На трехмерной модели она делается быстро и очень эффективно. Точки имеют не двумерные координаты, а трехмерные, их расстановка производится с высокой точностью и быстро - комплекс из 68 антропологических точек расставляется за доли секунды.
3D-распознавание не требует фиксации человека, он может быть снят на ходу. Глубина и ширина зоны, которая должна находиться под контролем синхронизированных телекамер, - несколько метров. Следовательно, захват лиц может проводиться на открытой местности, в людском потоке. Открываются широкие возможности по применению распознавания на улицах города, на вокзалах, в торговых центрах и т.д.
Качество изображения
Основной залог успеха системы 3D-распознавания, как, впрочем, и распознавания двумерного, - качество получаемого изображения. Компания "Вокорд" разработала датчики изображения высокого разрешения, которые используются для получения изображения. Это телекамеры Vocord NetCam с матрицей от 1 до 5 мегапикселов, частотой кадров до 200 кадров/с, динамическим диапазоном до 70 дБ и соотношением "сигнал-шум" порядка 60 дБ.
Для эффективного распознавания необходимо передать большой массив информации на сервер, который отведен для этой процедуры. Сжатие передаваемого изображения недопустимо. Уже после распознавания изображение можно компрессировать, чтобы записывать его для последующего просмотра человеком.
Правильное использование объектива также очень важно. Большинство объективов ухудшают изображение на этапе его получения. Они вносят массу различных оптических искажений: асферическую аберрацию, хроматическую аберрацию, дисторсию. Если объектив используется для работы в условиях неконтролируемого освещения, то, например, летним днем освещенность объекта может достигать 100 000 лк, а ночью падать до 1 лк, т.е. изменяться на 5 порядков. Чтобы обеспечить работу в таком огромном динамическом диапазоне, нужно уменьшать диафрагму, т.е. относительное отверстие, через которое проходит световой поток, а также применять моторизованное управление объективом.
Синхронизация
На сегодняшний день все известные системы 3D-реконструкции объектов по стереоизображениям требуют наличия структурированной подсветки объектов наблюдения. Специалисты компании VOCORD разработали технологию реконструкции 3D-моделей различных классов объектов, основанную на высокой точности временной синхронизации. Эта технология позволяет отказаться от структурированной подсветки и использовать обычное диффузное освещение.
Вопрос синхронизации датчиков также в деталях изучен специалистами "Вокорда". Камеры соединяются специальным проводом, по которому передаются синхроимпульсы. За счет этого камеры, смотрящие в одну зону контроля, снимают все кадры абсолютно синхронно. При этом одна камера является управляющей, все остальные - подчиненными. Здесь очень важна высокая степень синхронизации. Она должна быть такой, чтобы движущийся объект не сместился на расстояние, превышающее ширину одного пиксела, чтобы на картинке не появился дополнительный пиксел. Это очень важно для последующей обработки изображения.
С датчиков поток фотографий поступает на сервер. На нем производится распознавание. Оператору выводится информация о наступивших событиях, например, о том, что человек пересек рубеж контроля и что модель его лица очень похожа на лицо человека, находящегося в списке разыскиваемых личностей. Всю рутинную работу по просмотру информации полностью выполняет компьютер, человек только принимает решение.
В системе синхронного наблюдения объект, находящийся в зоне контроля, виден с разных ракурсов. Точность синхронизации составляет 50 микросекунд. В результате получается высокоточное изображение, которое открывает новые возможности: можно реконструировать объекты интереса, не используя какого-либо специального освещения. Для использования технологии, разработанной компанией "Вокорд", достаточно обычного освещения - благодаря тому, что в ней используются высокое разрешение, широкий динамический диапазон и высокая степень синхронизации.
Реконструкция 3D-моделей
Высокая частота кадров камер VOCORD NetCam дает новую уникальную возможность: в условиях некооперативного поведения объектов производить их достоверное обнаружение и межкадровое сопровождение, получать непрерывную последовательность стереоснимков этих объектов. Из такой последовательности выделяются снимки с наилучшим качеством изображения, наиболее пригодные для реконструкции 3D-моделей объектов. Наличие нескольких стереоснимков объекта с различными ракурсами позволяет повысить точность реконструкции.
В такой системе стало возможным реализовать еще одну новую технологию: специалисты компании "Вокорд" разработали эффективные методы и алгоритмы компенсации неоднородности освещения по серии стереоизображений, на которых объект зафиксирован в разных ракурсах.
Безопасность большого города
Таким образом, 3D-распознавание позволяет вести мониторинг людского потока, строить трехмерные модели их лиц, сравнивать их с базой. Кроме того, можно отслеживать перемещение по городу отдельных людей, не занесенных пока ни в какие базы, без их идентификации, с целью анализа их поведения и выявления в нем подозрительных признаков.
Перечисленные выше технологии в данный момент уже работают. В территориально-распределенную систему VOCORD Tahion интегрирована технология распознавания по двумерному изображению лица. Предстоит интеграция в эту систему технологии распознавания по трехмерному изображению лица. Распознавание лиц входит составной частью в уже работающий единый комплекс безопасности масштаба города-"миллионника", который построен в Уфе. На очереди - Ростов-на-Дону.
