Информационная система идентификации изображений

Дактилоскопические системы, обрабатывающие изображение живого пальца, также можно разделить  на две группы: работающие в отраженном и проходящем свете. Это деление  определяется внутренним принципом  действия системы при первичном  преобразовании дактилоскопического изображения.

С развитием техники миниатюрных  телевизионных камер на базе ПЗС (прибор с зарядовой связью) получили широкое распространение дактилоскопические телевизионные системы, работающие в отраженном от пальца свете. Данные системы используют эффект полного внутреннего отражения света, т.е. при контакте пальца с поверхностью призмы от контактной поверхности отражается свет только в месте контакта кожи. Телевизионная камера с помощью объектива фиксирует отраженное изображение рельефа кожи. Данные системы имеют целый ряд преимуществ по сравнению с системами, обрабатывающими изображение с промежуточного носителя, т.к. позволяют быстро получать и записывать в компьютер изображение рельефа кожи пальца и не пачкают пальцы. Однако данные системы имеют ряд недостатков, связанных с принципом их действия:

1. Низкое качество изображения,  а, следовательно, и низкая вероятность идентификации при работе с сухими пальцами. Сухой палец имеет столь малую площадь контакта при установке на контактную поверхность, что практически невозможно получить его качественное изображение. Получается, что даже зазор~1 мкм между кожей и контактной поверхностью приводит к полной потере информации о рисунке кожи.

2. Применение объектива  также снижает качество изображения  за счет оптических искажений  и аберраций, т.к. любой дополнительный  элемент в цепи преобразования  создает дополнительные погрешности.  Кроме того, применение объектива  увеличивает габариты устройства, снижает его механическую прочность  и надежность и т.д.

Описанные недостатки препятствуют широкому распространению данных систем и позволяют их применять только в отдельных случаях, где не требуется  высокая вероятность автоматической идентификации и малые габариты.

Известна дактилоскопическая система идентификации изображения  в проходящем свете, включающая осветитель, непрерывно освещающий палец со стороны, обратной контактированию, телевизионную камеру с волоконно-оптической входной поверхностью, контактирующей с пальцем и имеющую в качестве фоточувствительного прибора - ПЗС с кадровым переносом заряда. Данная система взята за прототип. При контакте пальца с оптическим волокном выступающие части рельефа кожи плотно прилегают к волоконной контактной поверхности и свет, проходящий через палец, переходит в этих местах в светопровод с потерями, значительно меньшими, чем от участков кожи, не контактирующих вплотную с оптоволоконной поверхностью.

Данная система свободна от недостатков, присущих дактилоскопическим системам, работающим в отраженном свете - во-первых, отличается высоким  качеством изображения, причем число  градаций изображения определяется динамическим диапазоном телевизионной  камеры, т.к. наличие зазора между  кожей пальца и контактной поверхностью не приводит к полной потере информации, а величина этого зазора пропорционально  проходящему свету. Во-вторых, данное устройство не содержит объектива и  не имеет связанных с ним погрешностей при идентификации, а также отличается простотой, малыми габаритами, надежностью  и монолитностью.

Но прототип имеет следующие недостатки. Система, имеющая оптическое волокно с прямым переносом изображения, позволяет получать изображение только небольших участков кожи, что недостаточно для систем автоматической идентификации. Испытания показали, что возможно создание дактилоскопической системы автоматической идентификации при диагонали анализируемого отпечатка не менее 16 мм, хотя криминалистические стандарты различных стран обычно требуют размер диагонали анализируемого отпечатка не менее 24 мм. Однако создание фоточувствительных приборов с кадровым переносом заряда, работающих в непрерывном режиме, с диагональю фоточувствительной секции 16-24 мм и имеющих волоконно-оптический вход, представляет в данный момент трудно разрешимую техническую задачу. Поэтому данная конструкция системы не нашла практического применения. Известные волоконно-оптические устройства, которые позволяют увеличить площадь вводимого изображения, такие как фокон и волоконно-оптическая призма, могут применяться в качестве волоконно-оптического светопровода в прототипе. Однако такая комбинированная система перестает быть компактной и, кроме того, в этом случае значительно падает разрешающая способность, ~ 5 lp/mm, а, следовательно, увеличивается вероятность ошибки при автоматической идентификации живого пальца и ложного носителя. Другим недостатком данной системы является выявленная авторами нестабильность контраста изображения во времени, связанная, как считают авторы, с током крови внутри пальца. Такая нестабильность приводит к периодическому появлению неинформативной неравномерности на изображении, которая снижает качество изображения и приводит к увеличению вероятности ошибки при автоматической идентификации. Также недостатком данной системы является зависимость уровня сигнала от внешней освещенности, т.е. возможность изменения изображения при изменении внешней освещенности.

Описанные недостатки существенно  ограничивают применение известной системы для автоматической идентификации дактилоскопического изображения из-за высокой вероятности ошибки. Предлагаемое изобретение позволяет получать высококачественное, стабильное изображение кожи пальца большой площади, достаточной для осуществления автоматической идентификации с низкой вероятностью ошибки. Это достигается тем, что в известной дактилоскопической системе идентификации изображения, включающей телевизионную камеру с фоточувствительным элементом и волоконно-оптической входной поверхностью, контактирующей с объектом и осветитель, освещающий объект, осветитель является импульсным, а фоточувствительным элементом телевизионной камеры является односекционный ПЗС.

Сущность изобретения  заключается в следующем. Импульсный осветитель формирует короткие световые импульсы, не превышающие время обратного  хода по кадру. Синхронно с данными  импульсами телевизионная камера подает напряжения, соответствующие режиму накопления, на односекционный ПЗС. Свет диффузно проходит сквозь палец и входит в оптическое волокно в местах, где кожа прижата к контактной волоконно-оптической поверхности. Односекционный ПЗС за время обратного хода по кадру производит накопление зарядовых пакетов, отображающих рисунок кожи пальца, а затем за время прямого телевизионного хода по кадру под управлением телевизионной камеры, преобразует зарядовые пакеты в стандартный телевизионный сигнал. При этом телевизионный сигнал передает изображение рисунка кожи с большой площади с минимальными искажениями, что уменьшает вероятность ошибки при идентификации. 
Применение импульсного осветителя и односекционного ФПЗС позволяет не только повысить площадь вводимого изображения кожи пальца, но и значительно понизить неравномерность и нестабильность телевизионного сигнала. Вероятно, это происходит вследствие следующих причин. Влияние тока крови на неравномерность изображения оказывается пренебрежимо малым из-за короткого времени импульса подсветки ~ 1 mc. Таким образом, вместо смазанной "картинки", получаемой при непрерывной освещенности, и времени накопления, равном времени кадра, удается получить четкое изображение, несущее дополнительную информацию о мгновенном (дискретном) значении прозрачности пальца. Данная дополнительная информация может быть использована, например, для снижения вероятности ошибки в работе системы, т.к. позволяет отличить живой палец пользователя от искусственного носителя. Наличие информации о прозрачности пальца позволяет вычислять пульс пользователя и использовать получаемую кривую прозрачности, аналогичную электрокардиограмме, также и для медицинских целей. Кроме того, минимизация времени накопления значительно снижает влияние внешней подсветки, не связанной с осветителем, на изображение рельефа кожи, а односекционный ПЗС позволяет получить высококачественное изображение большой площади. Увеличение площади, повышение качества и стабильности изображения позволяет добиться цели и понизить вероятность ошибки при идентификации. Изготовление односекционного ФПЗС с диагональю фоточувствительной секции 16-24 мм и волоконно-оптическим входом представляет вполне технически осуществимую задачу, что позволяет сделать это устройство относительно простым и дешевым. Кроме того, односекционный ФПЗС приводит к меньшему искажению информации, чем любой ПЗС с другой организацией переноса.

Разработанная система может  иметь широкое применение в самых  различных областях деятельности человека, например как замок в квартире, модуль персонализации PC, средство обмена паролем и доступа в компьютерных сетях, устройство диагностирования различных  заболеваний и система, упрощающая безналичные расчеты. Простота технической  реализации и широкий круг решаемых задач должны обеспечить актуальность данного изобретения.[15,16]

В декабре 2011г. Провоторовым А.В. была разработана система автоматической идентификации маркировки на основе компьютерного анализа изображений с управляемых видеокамер.

Существующие системы  автоматической идентификации (САИ) в  сложных условиях производства не могут  дать качественные снимки маркированных  объектов. Иногда местоположение продукции  точно не известно либо она находится  на большом расстоянии от видеокамеры, что ведет к понижению достоверности  распознавания продукции. В связи  с этим разработка и внедрение  новых методик в данной области, является актуальной.

Целью проекта является повышение достоверности и оперативности контроля продукции на промышленных предприятиях на основе внедрения инновационной методики и системы автоматической идентификации, обеспечивающих качественный рост эффективности процессов на предприятии.

Система позволяет автоматически  идентифицировать заготовки в процессе их перемещения по предприятию. Это  позволит повысить оперативность обеспечения  производства заготовками, сократить  время простоя, включить полученную информацию в общую информационную систему комплекса.

Системы автоматической идентификации  входят в комплекс мер для промышленных предприятий в целях повышения  производительности труда, облегчения управления производством, избавления производственного процесса от ошибок и убытков.

Функции системы

1.Обмен с контроллером  рабочего места по сети.

2.Автоматический выбор  датчика для определения идентификационного  номера.

3.Автоматический расчет  и захват нужной зоны сканирования.

4.Автоматическое определение  наличия маркировки в зоне  сканирования.

5.Автоматическая обработка  кадра и распознавание маркировки  заготовки.

6.Формирование и передача  посылки с алфавитно-цифровым  кодом маркировки на сервер.

7.Идентификация движущихся  изделий на производстве.

Технические требования к  научно-техническому продукту

1. Оперативность. Использование  нескольких сканеров видеозахвата, а также новых алгоритмов, сокращающих временные затраты.

2. Достоверность. Внедрение  совмещенных алгоритмов идентификации  изображения маркера, дающих более  высокую точность.

3. Надёжность. Применение  алгоритмов защиты от аварийных  отключений питания, алгоритма  автоматического запуска при  восстановлении подачи электроэнергии, проверки ошибок, периодического  сканирования и сохранения состояния  системы.

Характеристики и преимущества перед существующими аналогами

1. САИ RFID. Разрабатываются  фирмами «Систематика», «ЮНИСКАН/ГС1 РУС», основаны на использовании метода радиочастотной идентификации.

2. САИ на основе штрихового  кодирования. Представители: «Shakr ID», «ДатаСкан», «ПАЛЬМА». Основаны на считывании информации с штрих-кода, расположенного на поверхности изделия.

Разрабатываемая система  позволит использовать большинство  из преимуществ и устранить недостатки существующих подходов построения САИ, не повышая при этом общую стоимость  системы, не изменяя и не затрудняя  текущую организацию перемещения  изделий на предприятии.

Внедрение САИ на промышленном предприятии позволяет:

- сократить трудозатраты  на сбор и внесение информации, тем самым снижая себестоимость  продукции в среднем от 2 до 3%;

- сократить число обслуживающего  персонала в условиях вредного или опасного производства;

- обеспечить контроль  состояния отдельного участка  производства.

Полученные наработки  были успешно протестированы и внедрены на производстве, а также в результате участия во всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи был получен диплом.

Разработанные алгоритмы  и методы применяются на металлопрокатном комплексе ОАО «Выксунский металлургический завод» и на ОАО «ПО Муроммашзавод. Полученные результаты могут быть использованы на других промышленных предприятиях, заинтересованных во внедрении инновационных технологий. [17]

Быстродействие и точность идентификации являются важнейшими требованиями, предъявляемыми к распознающим системам. В то же время обработка изображений сопряжена со значительным объемом вычислений, как правило, в условиях искажения поступающей информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современное понимание информационной системы предполагает использование  в качестве основного технического средства переработки информации компьютера. Кроме того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена  производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.