Устройство для регистрации изображения лица человека

Полезная модель относится к средствам цифровой регистрации изображений и преимущественно может быть использована для получения такой биометрической характеристики человека, как изображение его лица в системах, использующих распознавание личности, или в системах оформления различных видов документов, содержащих биометрическую информацию об их владельцах. Устройство содержит несущий элемент, установленный с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, цифровую камеру и осветитель, установленные на несущем элементе, электродвигатель, соединенный через редуктор с несущим элементом, компьютер, подключенный к выходу цифровой камеры, и блок управления электродвигателем, подключенный входом и выходом соответственно к компьютеру и электродвигателю, причем цифровая камера установлена на несущем элементе с расположением ее оптической оси в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси поворота несущего элемента. Полезная модель обеспечивает снижение энергопотребления, массы, габаритов и повышение надежности устройства. 1 н.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 1 илл.

Полезная модель относится к средствам цифровой регистрации изображений и преимущественно может быть использована для получения такой биометрической характеристики человека, как изображение его лица в системах, использующих распознавание личности, или в системах оформления различных видов документов, содержащих биометрическую информацию об их владельцах.

При регистрации изображения лица в качестве биометрической характеристики человека для целей распознавания личности или оформления различных видов документов, содержащих биометрическую информацию об их владельцах, одним из наиболее важных требований является обеспечение такого наведения фотокамеры на лицо человека, при котором ее оптическая ось направлена на середину воображаемого отрезка, соединяющего центры глаз субъекта. Указанные требования к наведению фотокамеры при получении такой биометрической характеристики человека, как изображение его лица, определены международным стандартом ISO\IEC 19794-5 (Information technology - Biometric data interchange formats. Part 5: Face image data. Amendment 1: Conditions for taking photographs for face image data). Поскольку на практике необходимо осуществлять регистрацию изображения лица людей разного роста, возникает необходимость наведения фотокамеры на лицо по высоте.

Так, например, из указанного стандарта известна фотокабина для регистрации изображения лица субъекта (Information technology - Biometric data interchange formats. Part 5: Face image data. Amendment 1: Conditions for taking photographs for face image data, fig. B.7), которая содержит стены и потолок, фотокамеру, неподвижно установленную на одной из стен, осветители и вращающийся стул для субъекта съемки, выполненный с возможностью его регулировки по высоте.

Из указанного стандарта также известен набор для регистрации изображения лица субъекта в условиях фотостудии (Information technology - Biometric data interchange formats. Part 5: Face image data Amendment 1: Conditions for taking photographs for face image data, fig. В.2), который содержит вращающийся стул для субъекта съемки, выполненный с возможностью его регулировки по высоте, и фотокамеру, которая установлена на штативе, выполненном с возможностью регулировки высоты установки камеры.

Поскольку наведение осуществляется вручную, недостатками указанных известных технических решений являются низкая точность наведения и отсутствие автоматизации.

Наиболее близким по конструкции к настоящей полезной модели является устройство для считывания изображения лица, которое использовано в известных способе распознавания личности и системе для его осуществления (RU 2093890, 1997), применяемых для предотвращения несанкционированного доступа на объекты. Указанное известное устройство, являющееся ближайшим аналогом, содержит осветитель и, по меньшей мере, один оптический считыватель, например, цифровую фотокамеру, установленные на несущем элементе в виде юстировочного столика, а также привод. Привод содержит вертикально расположенную несущую колонну, на верхнем конце которой установлен котировочный столик, а на нижнем конце закреплена каретка, имеющая возможность перемещения вдоль направляющей колонны. Направляющая колонна установлена на корпусе электродвигателя и снабжена высокоточным винтом, имеющим прямоугольный профиль резьбы и установленным с возможностью вращения внутри направляющей колонны в подшипнике, установленном на верхнем конце направляющей колонны, а также надетой на высокоточный винт высокоточной гайкой со шпильками, пропущенными через продольные прорези в направляющей колонне. Концы шпилек закреплены в нижнем конце несущей колонны. Высокоточный винт связан с валом электродвигателя через редуктор. Кроме того, известное устройство, являющееся ближайшим аналогом, содержит компьютер, который подключен к выходу оптического считывателя и выполняет функцию анализатора изображения и блока обработки данных, и блок управления высотой, подключенный к компьютеру.

Посетитель, желающий получить допуск к объекту, вводит в компьютер с помощью клавиатуры персональный код, на основании которого компьютер выбирает из своей базы данных лиц, допущенных к объекту, такие биометрические характеристики данного посетителя, как значение его роста, а также параметры, характеризующие изображение его лица, например, расстояние между центрами глаз и высота носа. По сигналу с компьютера, соответствующему выбранному из базы данных значению роста данного посетителя, блок управления высотой обеспечивает с помощью привода перемещение юстировочного столика с оптическим считывателем и осветителем на высоту, соответствующую высоте расположения лица посетителя. Оптический считыватель формирует цифровое изображение лица посетителя, а компьютер определяет такие параметры изображения лица, как расстояние между центрами глаз и высота носа, по результатам сравнения которых со значениями, хранящимися в базе данных, принимается решение о допуске посетителя.

В указанном известном устройстве, являющемся ближайшим аналогом, наведение оптического считывателя на лицо человека осуществляется автоматически.

Вместе с тем, во-первых, используемая конструкция привода перемещения по высоте привела к значительным массе и габаритам устройства.

Во-вторых, высокоточная винтовая передача, используемая в конструкции известного устройства, являющегося ближайшим аналогом, а также существенные значения массы несущей колонны и элементов, которые на ней установлены, обусловливают необходимость применения электродвигателя большой мощности, что приводит к существенному энергопотреблению.

В-третьих, использование конструкции привода, осуществляющего линейное перемещение по высоте котировочного столика с оптическим считывателем и осветителем, приводит к тому, что в процессе его работы соединительные кабели оптического считывателя и осветителя подвергаются периодическому изгибу до формы, обладающей достаточно малым радиусом кривизны, что отрицательно сказывается на надежности устройства и снижает срок его службы.

Задачами настоящей полезной модели являются снижение энергопотребления, массы, габаритов и повышение надежности устройства.

Поставленные задачи решены, согласно настоящей полезной модели, тем, что устройство для регистрации изображения лица человека, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, цифровую камеру и осветитель, установленные на общем несущем элементе, электродвигатель, соединенный с электродвигателем редуктор, компьютер, подключенный к выходу цифровой камеры, и блок управления электродвигателем, подключенный входом и выходом соответственно к компьютеру и электродвигателю, отличается от ближайшего аналога тем, что его несущий элемент соединен с выходным валом редуктора и установлен с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, а цифровая камера установлена на несущем элементе с расположением ее оптической оси в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси поворота несущего элемента.

При этом цифровая камера выполнена в виде фотокамеры или видеокамеры

Соединение несущего элемента с выходным валом редуктора и установка его с возможностью поворота относительно горизонтальной оси совместно с установкой цифровой камеры на несущем элементе с расположением ее оптической оси в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси поворота несущего элемента, обеспечивают возможность наведения цифровой камеры на лицо субъекта съемки путем разворота несущего элемента с цифровой камерой в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси. Такая конструкция привода характеризуется существенно меньшими массой и габаритами по сравнению с конструкцией привода, используемого в ближайшем аналоге.

Эти же указанные отличительные признаки заявляемого устройства для регистрации изображения лица человека позволили отказаться от использования в конструкции привода несущей колонны, обладающей значительной массой и перемещаемой по высоте, и высокоточной винтовой передачи, наличием которых обусловлено значительное потребление энергии электродвигателем. В соответствии с настоящей полезной моделью конструкция привода, которая обеспечивает наведение цифровой камеры на лицо субъекта съемки путем разворота несущего элемента с цифровой камерой в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, характеризуется меньшим значением электроэнергии, потребляемой электродвигателем привода.

Для регистрации изображения лица как детей, так и взрослых людей высокого роста, устройству для регистрации изображения лица, установленному от субъекта съемки на расстоянии 1 м, для наведения цифровой камеры необходим разворот в пределах около ±25°. При таких значениях углов поворота цифровой камеры и осветителя их соединительные кабели не подвергаются изгибу до формы, обладающей достаточно малым радиусом кривизны, в результате чего повышается надежность устройства.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящей полезной модели благодаря наличию у устройства для регистрации изображения лица человека перечисленных выше отличительных признаков.

На чертеже показана схема устройства для регистрации изображения лица человека, где 1 - основание, 2 - вал, 3 - цифровая камера, 4 - осветитель, 5 - компьютер, 6 - электродвигатель с редуктором и 7 - блок управления электродвигателем.

Устройство для регистрации изображения лица человека содержит основание 1, в подшипниках стоек которого горизонтально установлен с возможностью поворота несущий элемент в виде вала 2. Устройство содержит цифровую камеру 3, например, фотокамеру или видеокамеру, которая установлена на вале 2 с расположением ее оптической оси в плоскости, перпендикулярной его оси. Для обеспечения бестеневого освещения лица субъекта съемки устройство снабжено двумя модулями осветителя 4, которые установлены на вале 2 с двух сторон цифровой камеры 3, симметрично относительно ее, как это показано на чертеже. С этой же целью устройство может быть дополнительно снабжено двумя аналогичными модулями осветителя, которые установлены на вале 2 сверху и снизу по отношению к цифровой камере 3, симметрично относительно ее (на чертеже не показано). Устройство содержит электродвигатель 6 с редуктором, причем выходной вал редуктора соединен в валом 2, а также компьютер 5, например, на основе персонального компьютера, например, аналогичного компьютеру ближайшего аналога Компьютер 5 снабжен специализированным программным обеспечением, которое обеспечивает анализ цифрового изображения, в частности, по меньшей мере, возможность выявления центров глаз на цифровом изображении лица и определение их координат. Устройство также снабжено блоком 7 управления электродвигателем, который подключен входом и выходом соответственно к компьютеру 5 и электродвигателю 6 с редуктором. Блок 7 управления электродвигателем может быть выполнен либо, подобно ближайшему аналогу, на основе преобразователя цифрового кода во временной интервал, либо на основе преобразователя цифрового кода в количество импульсов в случае использования шагового электродвигателя.

Устройство для регистрации изображения лица человека работает следующим образом.

Устройство устанавливают основанием 1 на ровную поверхность, например на стол. Субъекта съемки располагают напротив объектива цифровой камеры 3 на расстоянии 1,0-1,2 м. Затем включают осветитель 4.

Цифровая камера 3 формирует цифровое изображение лица субъекта съемки, которое поступает в компьютер 5. Компьютер 5 в соответствии с известными алгоритмами (подобно ближайшему аналогу) выполняет выявление центров глаз в цифровом изображении лица и определяет их координаты. Далее с использованием известных формул аналитической геометрии компьютер 5 вычисляет расстояние между центрами глаз, а затем расстояние между положением проекции оптической оси цифровой камеры на плоскость изображения и отрезком, соединяющим центры глаз изображения лица. Поскольку последнее из этих расстояний является пропорциональным углу рассогласования между оптической осью цифровой камеры и направлением на воображаемый отрезок, соединяющий центры глаз субъекта съемки, цифровой код, соответствующий этому расстоянию поступает из компьютера 5 в блок 7 управления электродвигателем. Блок 7 управления электродвигателем преобразует указанный цифровой код в аналоговый электрический сигнал управления, который поступает на электродвигатель 6 с редуктором. Электродвигатель 6 с редуктором поворачивают относительно горизонтальной оси вал 2 с установленными на нем цифровой камерой 3 и осветителем 4 до наведения цифровой камеры 3 на лицо субъекта съемки, при котором ее оптическая ось направлена на воображаемый отрезок, соединяющий центры глаз субъекта. После окончания рассмотренного наведения цифровой камеры 3 на лицо субъекта съемки цифровое изображение его лица с выхода цифровой камеры 3 поступает в компьютер 5, где регистрируется для дальнейшей обработки с целью распознавания личности или оформления различных видов документов, содержащих биометрическую информацию об их владельцах.

Использование в заявляемом устройстве в отличие от ближайшего аналога не командного принципа наведения цифровой камеры на лицо субъекта съемки, когда задающее воздействие формируется пропорциональным хранящемуся в базе данных значению роста человека, а применение отрицательной обратной связи обеспечивает повышение точности наведения, поскольку текущее значение высоты расположения центров глаз зависит не только от роста, но и от позы, в которой находится субъект съемки, а также от его обуви, если съемка субъекта осуществляется в положении стоя.

Кроме того, заявляемое устройство обладает более широкой областью возможного применения, поскольку, в отличие от ближайшего аналога (из-за необходимости использования информации базы данных о росте лиц), может применяться не только в системах санкционирования допуска, когда список лиц, допущенных к объекту, весьма ограничен и известен, но и в системах оформления различных видов документов, содержащих биометрическую информацию об их владельцах, а также в системах паспортно-визового контроля.

Таким образом, полезная модель обеспечивает снижение энергопотребления, массы, габаритов и повышение надежности устройства.

1. Устройство для регистрации изображения лица человека, содержащее цифровую камеру и осветитель, установленные на общем несущем элементе, электродвигатель, соединенный с электродвигателем редуктор, компьютер, подключенный к выходу цифровой камеры, и блок управления электродвигателем, подключенный входом и выходом соответственно к компьютеру и электродвигателю, отличающееся тем, что его несущий элемент соединен с выходным валом редуктора и установлен с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, а цифровая камера установлена на несущем элементе с расположением ее оптической оси в плоскости, перпендикулярной горизонтальной оси поворота несущего элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая камера выполнена в виде фотокамеры.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая камера выполнена в виде видеокамеры.