Тепловизионный контроль: бесконтактная биометрия против термометров, коронавируса и несознательных сотрудников

Пять секунд — это много или мало? Чтобы выпить горячий кофе — мало, чтобы приложить карту и пройти на работу — много. Но иногда даже из-за такой задержки на проходных образуются очереди, особенно по утрам. А давайте теперь выполним требования по профилактике COVID-19 и начнём измерять температуру у всех входящих? Время прохода увеличится в 3–4 раза, из-за этого появится толпа, и вместо борьбы с вирусом мы получим идеальные условия для его распространения. 

Чтобы этого не произошло, нужно либо организовать людей в очередь, либо автоматизировать этот процесс. Во втором варианте необходимо считать температуру сразу у большого числа людей, не нагружая их дополнительными действиями. Это можно сделать, если дополнить систему видеонаблюдения тепловизором и выполнять сразу несколько действий: идентифицировать лица, измерять температуру и определять наличие маски. О том, как работают такие системы, мы говорили на нашей конференции «Биометрия против пандемии» и подробнее расскажем под катом.

Где применяются тепловизионные комплексы

Тепловизор — оптико-электронное устройство, которое «видит» в инфракрасном спектре. Да, это та самая штука из боевиков про лихой спецназ и фильмов про Хищника, которая красиво раскрашивает обычное изображение в красно-синие тона. На практике ничего необычного в ней нет и их используют достаточно широко: тепловизорами определяют положение и форму излучающих тепло объектов и измеряют их температуру.

В промышленности тепловизоры давно применяют для контроля температуры на производственных линиях, промышленного оборудования или трубопроводов. Часто тепловизоры можно заметить по периметру серьёзных объектов: тепловизионные комплексы «видят» тепло, которое излучает человек. С их помощью охранные системы засекают несанкционированное проникновение на объект даже в абсолютной темноте. 

Из-за COVID-19 тепловизоры всё чаще интегрируются с системами биометрической идентификации для контроля доступом. Например, интегрированные в «БиоСКУД» (комплексное решение Ростелекома, которое разрабатывается и производится в России) тепловизионные устройства могут измерять температуру людей, отслеживать перемещение и выделять отдельных лиц с повышенной температурой. 

Обязательных нормативов по применению тепловизионных систем в России нет, но есть общая рекомендация Роспотребнадзора, согласно которой необходимо контролировать температуру всех посетителей и сотрудников. И тепловизионные комплексы делают это почти мгновенно, не требуя от сотрудников и посетителей дополнительных действий.

Как работают системы для потокового бесконтактного измерения температуры

Основа системы — тепловизионный комплекс из тепловизионной и обычной камер, которые упакованы в общий корпус. Если вы идёте по коридору, а вам в лицо смотрит пухлая двуглазая камера — это и есть тепловизор. Шутники-китайцы иногда делают их в белом корпусе и добавляют небольшие «ушки», чтобы они были больше похожи на панд. 

Простая оптика нужна для интеграции с «БиоСКУД» и работы алгоритмов распознавания лиц — для идентификации и проверки наличия средств индивидуальной защиты (масок) у входящих. Дополнительно через обычную камеру можно контролировать дистанцию между людьми или между людьми и оборудованием. В программном обеспечении видеоинформация о результатах измерения отображается в привычном для оператора виде.

Чтобы тепловизор реагировал только на температуру людей, в нём уже прописан алгоритм детектирования лиц. Оборудование считывает температуру с термальной матрицы в нужных точках — в данном случае в области лба. Без этого «фильтра» тепловизор срабатывал бы на чашки горячего кофе, лампочки накаливания и т. д. Среди дополнительных функций — контроль наличия средств защиты и соблюдения дистанции. 

Обычно на входе в помещения тепловизионные комплексы интегрируются с системами контроля и управления доступом. Комплекс подключается к серверу, который обрабатывает поступающие данные алгоритмами видеоаналитики и передаёт их на автоматизированное рабочее место оператора (АРМ). 

Если тепловизионная камера определяет повышенную температуру, то обычная камера снимает фото посетителя и отправляет в систему контроля для идентификации с базой сотрудников или посетителей. 

Калибровка тепловизионных комплексов: от эталонных образцов к машинному обучению

Для настройки и работы потокового бесконтактного измерения температуры обычно применяют абсолютно чёрное тело (АЧТ), которое при любой температуре поглощает электромагнитное излучение во всех диапазонах. Оно устанавливается в поле зрения тепловизионной камеры и используется для калибровки тепловизора. В АЧТ поддерживается эталонная температура 32–40 °С (в зависимости от производителя), с которой оборудование «сверяется» каждый раз, измеряя температуру других объектов.

Пользоваться такой системой неудобно. Так, для корректной работы тепловизора чёрное тело должно 10–15 минут прогреваться до нужной температуры. На одном объекте на ночь отключали тепловизионный комплекс, а утром АЧТ не успевало как следует нагреться. В результате у всех входящих в начале смены фиксировалась повышенная температура. Позже разобрались, теперь тепловизионный комплекс на ночь не отключают.

Сейчас мы разрабатываем экспериментальную технологию, которая позволяет обойтись без АЧТ. Оказалось, что наша кожа по своим характеристикам близка к абсолютно чёрному телу, и лицо человека можно использовать как эталон. Мы знаем, что у большинства людей температура тела — 36,6 °С. Если, например, в течение 10 минут отслеживать людей с одинаковой температурой и принять эту температуру за 36,6 °С, то можно откалибровать тепловизор по их лицам. Эта технология, реализованная с помощью искусственного интеллекта, показывает неплохие результаты — не хуже, чем у тепловизионных комплексов с АЧТ.

Там же, где АЧТ по-прежнему используется, искусственный интеллект помогает в калибровке тепловизоров. Дело в том, что большинство тепловизионных комплексов предполагает ручную установку тепловизора и его настройку на АЧТ. Но тогда при изменениях условий калибровку приходится делать заново, иначе тепловизоры начинают показывать температуру с отклонениями или реагировать на посетителей с нормальной температурой. Ручная калибровка — та ещё радость, поэтому мы разработали модуль на основе искусственного интеллекта, который отвечает за обнаружение АЧТ и настраивает всё сам. 

Можно ли замаскироваться от алгоритмов

Искусственный интеллект и машинное обучение часто используются в бесконтактной биометрии. На плечи ИИ ложатся детектирование лиц в потоке для измерения температуры, игнорирование посторонних объектов (горячая чашка с кофе или чаем, элементы освещения, электроника). Ну а обучение алгоритмов на распознавание лиц в масках — must have любой системы с 2018 года, ещё до коронавируса: на Ближнем Востоке люди закрывают значительную часть лица по религиозным соображениям, а во многих азиатских странах давно используют маски для защиты от гриппа или городского смога. Распознать наполовину скрытое лицо сложнее, но и алгоритмы совершенствуются: сегодня нейросети детектируют лица в масках с такой же вероятностью, как год назад без масок.

Казалось бы, что проблемой при идентификации должны были стать маски и другие средства индивидуальной защиты. Но на практике ни наличие маски, ни изменение причёски или формы очков не влияют на точность распознавания. Алгоритмы для детектирования лиц используют точки из области глаза-уши-нос, которые остаются открытыми. 

Единственная «отказная» ситуация из нашей практики связана с изменением внешности при помощи пластической хирургии. Сотрудница после пластической операции не смогла пройти через турникеты: биометрические процессоры не смогли её идентифицировать. Пришлось обновлять фото, чтобы доступ по геометрии лица снова заработал.

Возможности тепловизионных комплексов

Точность измерения и её скорость зависят от разрешения матрицы тепловизора и других его характеристик. Но за любой матрицей стоит ПО: за определение объектов в кадре, за их идентификацию и фильтрацию отвечает алгоритм видеоаналитики. 

Например, алгоритм одного из комплексов измеряет температуру у 20 человек одновременно. Пропускная способность комплекса — до 400 человек в минуту, этого достаточно для использования на крупных промышленных предприятиях, в аэропортах и на вокзалах. При этом тепловизоры фиксируют температуру на расстоянии до 9 метров с точностью плюс-минус 0,3 °С. 
Есть комплексы попроще. Однако и они могут эффективно справляться со своими задачами. Одно из решений – интеграция тепловизора в рамку металлодетектора. Такой комплект оборудования подойдёт для пропускных пунктов с небольшим потоком посетителей – до 40 человек в минуту. Подобное оборудование детектирует лица людей и измеряет температуру с точностью до 0,5 °С на расстоянии до 1 метра.

Проблемы при работе с тепловизорами

Бесконтактное измерение температуры людей в потоке пока нельзя назвать совершенным. Например, если в холодную погоду человек долго был на улице, на входе тепловизор покажет температуру на 1–2 °С ниже реальной. Из-за этого система может пропустить на объект людей с повышенной температурой. Это можно решить разными способами, например:

• а) создать тепловой коридор, чтобы перед замером температуры люди адаптировались и отходили от мороза;
• б) в морозные дни добавлять к температуре всех входящих 1–2 °С – правда, так под подозрение попадут те, кто приехал на машине.

Другая проблема — ценник точных тепловизионных комплексов. Это связано с высокой себестоимостью производства тепловизионной матрицы, которая требует точной калибровки, германиевой оптики и т. д. 

Источник: habr.com