Термовизионен контрол: безконтактна биометрия срещу термометри, коронавирус и безотговорни служители

Пет секунди много ли са или малко? Да изпиеш горещо кафе не е достатъчно, да си дръпнеш картата и да отидеш на работа е много. Но понякога дори поради такова забавяне се образуват опашки на контролно-пропускателните пунктове, особено сутрин. Сега да изпълним изискванията за превенция на COVID-19 и да започнем да мерим температурата на всички влизащи? Времето за преминаване ще се увеличи 3-4 пъти, поради това ще се появи тълпа и вместо да се борим с вируса, ще получим идеални условия за разпространението му. 

За да предотвратите това да се случи, трябва или да организирате хората в опашка, или да автоматизирате този процес. Във втория вариант е необходимо да се измери температурата на голям брой хора наведнъж, без да се натоварват с допълнителни действия. Това може да стане чрез добавяне на система за видеонаблюдение термовизионна камера и извършвайте няколко действия наведнъж: идентифицирайте лица, измервайте температура и определяйте наличието на маска. Говорихме за това как работят такива системи на нашата конференция “Биометрия срещу пандемията„и ще ви разкажем по-подробно под разрез.

Къде се използват термовизионни системи?

Термокамерата е оптико-електронно устройство, което „вижда“ в инфрачервения спектър. Да, това е едно и също нещо от екшън филми за смелите специални сили и филми за Хищника, който красиво оцветява обичайното изображение в червени и сини тонове. На практика в това няма нищо необичайно и те се използват доста широко: термовизионните камери определят позицията и формата на обектите, излъчващи топлина, и измерват тяхната температура.

В промишлеността термовизионните камери отдавна се използват за наблюдение на температурите на производствени линии, промишлено оборудване или тръбопроводи. Често термовизионните камери могат да се видят около периметъра на сериозни обекти: термовизионните системи „виждат“ топлината, която човек излъчва. С тяхна помощ системите за сигурност откриват неоторизирано влизане в обект дори при пълна тъмнина. 

Поради COVID-19 термовизионните камери все повече се интегрират с биометрични системи за идентификация за контрол на достъпа. Например, интегриран в "БиоСКУД» (комплексно решение от Ростелеком, което е разработено и произведено в Русия) термовизионните устройства могат да измерват температурата на хората, да проследяват движението и да открояват лица с повишена температура. 

В Русия няма задължителни стандарти за използване на термовизионни системи, но има общи Препоръка на Роспотребнадзор, според който е необходимо да се следи температурата на всички посетители и служители. А термовизионните системи правят това почти мигновено, без да изискват допълнителни действия от служители и посетители.

Как работят системите за поточно безконтактно измерване на температурата

В основата на системата е термовизионен комплекс, състоящ се от термовизионни и конвенционални камери, които са събрани в общ корпус. Ако вървите по коридор и дебела камера с две очи ви гледа в очите, това е термовизионна камера. Китайските шегаджии понякога ги правят бели и добавят малки „уши“, за да изглеждат повече като панди. 

Необходима е проста оптика за интеграция с BioSKUD и работата на алгоритмите за лицево разпознаване - за идентифициране и проверка на наличието на лични предпазни средства (маски) за влизащите. Освен това може да се използва конвенционална камера за наблюдение на разстоянието между хората или между хората и оборудването. В софтуера се показва видео информация за резултатите от измерването в позната за оператора форма.

За да може термокамерата да реагира само на температурата на хората, тя вече съдържа алгоритъм за разпознаване на лица. Апаратурата отчита температурата от термична матрица в правилните точки – в случая в областта на челото. Без този „филтър“ термокамерата ще се задейства при чаши горещо кафе, крушки с нажежаема жичка и т.н. Допълнителните функции включват наблюдение на наличието на защитно оборудване и поддържане на дистанция. 

Обикновено на входа на помещенията термовизионните системи са интегрирани със системи за контрол и управление на достъпа. Комплексът се свързва със сървър, който обработва постъпващите данни с помощта на алгоритми за видеоаналитика и ги предава на автоматизирана работна станция на оператора (АРМ). 

Ако термовизионна камера засече повишена температура, тогава обикновена камера прави снимка на посетителя и я изпраща на контролната система за идентификация с базата данни на служители или посетители. 

Калибриране на термовизионни системи: от референтни проби до машинно обучение

За настройка и работа с поточно безконтактно измерване на температурата обикновено се използва абсолютно черно тяло (ABL), който при всяка температура абсорбира електромагнитно излъчване във всички диапазони. Инсталира се в зрителното поле на термовизионната камера и се използва за калибриране на термокамерата. Черното тяло поддържа референтна температура от 32–40 °C (в зависимост от производителя), с която оборудването се „проверява” всеки път, когато измерва температурата на други обекти.

Неудобно е да се използва такава система. Така че, за да работи правилно термокамерата, черното тяло трябва да се загрее до желаната температура за 10-15 минути. В едно съоръжение термовизионният комплекс беше изключен през нощта и на сутринта черното тяло нямаше време да се загрее правилно. В резултат на това всички, които влизат на смяна, са с повишена температура в началото на смяната. По-късно го разбрахме и сега термовизионната система не се изключва през нощта.

В момента разработваме експериментална технология, която ни позволява да се справим без черното тяло. Оказа се, че нашата кожа е близка по своите характеристики до напълно черно тяло и лицето на човек може да се използва като стандарт. Знаем, че повечето хора имат телесна температура 36,6 °C. Ако, например, проследите хора с една и съща температура в продължение на 10 минути и вземете тази температура за 36,6 °C, тогава можете да калибрирате термовизионната камера въз основа на техните лица. Тази технология, реализирана с помощта на изкуствен интелект, показва добри резултати - не по-лоши от термовизионните системи с черно тяло.

Там, където все още се използва черното тяло, изкуственият интелект помага при калибрирането на термокамерите. Факт е, че повечето термовизионни системи изискват ръчно инсталиране на термокамерата и настройката й спрямо черното тяло. Но след това, когато условията се променят, калибрирането трябва да се направи отново, в противен случай термовизионните камери започват да показват температурни отклонения или да реагират на посетители с нормална температура. Ръчното калибриране е такова удоволствие, затова разработихме модул, базиран на изкуствен интелект, който отговаря за откриването на черното тяло и настройва всичко сам. 

Възможно ли е да се прикриете от алгоритми?

Изкуственият интелект и машинното обучение често се използват в безконтактната биометрия. AI е отговорен за откриването на лица в поток за измерване на температурата, като игнорира чужди обекти (гореща чаша кафе или чай, осветителни елементи, електроника). Е, алгоритмите за обучение за разпознаване на лица, носещи маски, са задължителни за всяка система от 2018 г., дори преди коронавируса: в Близкия изток хората покриват значителна част от лицата си по религиозни причини, а в много азиатски страни те отдавна използвани маски за защита срещу грип или градски смог. Разпознаването на полускрито лице е по-трудно, но алгоритмите също се подобряват: днес невронните мрежи откриват лица, носещи маски, със същата вероятност, както преди година без маски.

Изглежда, че маските и другите лични предпазни средства трябва да са се превърнали в проблем при идентифицирането. Но на практика нито наличието на маска, нито промяната в прическата или формата на очилата влияят на точността на разпознаването. Алгоритмите за разпознаване на лица използват точки от областта око-ухо-нос, които остават отворени. 

Единствената ситуация на „провал“ в нашата практика включва промяна на външния вид чрез пластична хирургия. Служител след пластична операция не успя да премине през турникетите: биометричните процесори не успяха да я идентифицират. Трябваше да актуализирам снимката, така че достъпът чрез лицева геометрия да работи отново.

Възможности на термовизионни системи

Точността и скоростта на измерване зависят от разделителната способност на матрицата на термокамерата и другите й характеристики. Но зад всяка матрица стои софтуер: алгоритъм за видео анализ е отговорен за идентифицирането на обекти в кадъра, тяхното идентифициране и филтриране. 

Например, алгоритъмът на един от комплексите измерва температурата на 20 души едновременно. Капацитетът на комплекса е до 400 души в минута, което е достатъчно за използване в големи промишлени предприятия, летища и гари. В същото време термовизионните камери записват температура на разстояние до 9 метра с точност плюс-минус 0,3 °C. 
Има по-прости комплекси. Въпреки това, те също могат да се справят ефективно със задачите си. Едно решение е да се интегрира термокамера в рамката на металдетектора. Този комплект оборудване е подходящ за контролно-пропускателни пунктове с малък поток от посетители - до 40 души в минута. Такова оборудване разпознава лицата на хората и измерва температурата с точност до 0,5 °C на разстояние до 1 метър.

Проблеми при работа с термовизионни камери

Безконтактното измерване на температурата на хора в поток все още не може да се нарече перфектно. Например, ако човек е бил дълго време навън в студено време, на входа термокамерата ще покаже температура с 1–2 °C по-ниска от реалната. Поради това системата може да позволи на хора с повишени температури да влязат в обекта. Това може да се реши по различни начини, например:

• а) създайте топлинен коридор, така че преди измерване на температурата хората да се адаптират и да се отдалечат от замръзване;
• б) в мразовити дни добавете 1–2 °C към температурата на всички пристигащи пътници - това обаче ще накара тези, които са пристигнали с кола, да попаднат под съмнение.

Друг проблем е цената на прецизните термовизионни системи. Това се дължи на високата цена за производство на термовизионна матрица, която изисква прецизно калибриране, германиева оптика и др. 

Източник: www.habr.com