автоматизированная система управления центрированием положения изображения лица при регистрации персональных биометрических данных

Формула изобретения

Автоматизированная система управления центрированием положения изображения лица при регистрации персональных биометрических данных, содержащая модуль приема ординат положения маркера на экране монитора, информационный вход которого предназначен для приема ординат положения центров глаз лица заявителя и является первым информационным входом системы, синхронизирующий вход модуля приема ординат положения маркера на экране монитора, предназначенный для синхронизации приема ординат положения центров глаз лица заявителя, является первым синхронизирующим входом системы, модуль идентификации интервала фиксации положения центров глаз, управляющий вход которого является управляющим входом системы и предназначен для приема сигналов фиксации положения маркера на центрах глаз изображения заявителя, первый и второй управляющие выходы модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз соединены с первым и вторым управляющими входами модуля приема ординат положения маркера на экране монитора соответственно, первый и второй синхронизирующие выходы модуля идентификации, интервала фиксации положения центров глаз подключены ко второму и третьему синхронизирующим входам модуля приема ординат положения маркера на экране монитора соответственно, модуль памяти изображения лица заявителя, информационный вход которого предназначен для приема изображения лица заявителя и является вторым информационным входом системы, синхронизирующий вход модуля памяти изображения лица заявителя предназначен для синхронизации приема изображения лица заявителя и является вторым синхронизирующим входом системы, а выход модуля памяти изображения лица заявителя соединен с информационным входом монитора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу подвижного модуля позиционирования фотокамеры, отличающаяся тем, что она содержит модуль фиксации ординат положения центров глаз, первый и второй информационные входы которого соединены с первым и вторым информационными выходами модуля приема ординат положения маркера на экране монитора, первый и второй синхронизирующие входы модуля фиксации ординат положения центров глаз подключены к первому и второму синхронизирующим выходам модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз, сумматор, первый и второй информационные входы которого соединены с первым и вторым информационными выходами модуля фиксации ординат положения центров глаз, синхронизирующий вход сумматора подключен к тактирующему, выходу модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз, а выход сумматора соединен со входом цифроаналогового преобразователя, компаратор, первый и второй информационные входы которого подключены к первому и второму информационным выходам модуля фиксации ординат положения центров глаз, и модуль управления выдачей изображений на регистрацию, информационный вход которого соединен с выходом модуля памяти изображения лица, синхронизирующий вход модуля управления выдачей изображений на регистрацию подключен к тактирующему выходу модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз, установочный вход модуля управления выдачей изображений на регистрацию соединен с выходом компаратора, один синхронизирующий выход модуля управления выдачей изображений на регистрацию подключен к синхронизирующему входу компаратора, другой синхронизирующий выход модуля управления выдачей изображений на регистрацию соединен со вторым синхронизирующим входом модуля памяти изображения лица и является синхронизирующим выходом системы, а информационный выход модуля управления выдачей изображений на регистрацию является информационным выходом системы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к автоматизированной системе управления центрированием положения изображения лица при регистрации персональных биометрических данных.

Одним из основных направлений создания современных паспортно-визовых документов нового поколения является использование биометрических технологий для автоматизированной идентификации личности.

С использованием биометрической информации возможно решение задач:

- регистрации гражданского населения страны с выдачей многоцелевого удостоверения личности, содержащего фотографию, отпечатки пальцев и возможно другие биометрические характеристики и исключающего как подделку документа, так и попытки повторного получения документа на другую фамилию (в другом регионе);

- подтверждения личности граждан с целью предотвращения мошенничества в ходе крупных финансовых операций, при организации доступа к платежным системам, при приеме на работу в режимные учреждения и в других случаях;

- установление личности граждан, задержанных без документов или с документами, подлинность которых вызывает сомнение; установление неопознанных трупов, в том числе лиц, погибших в результате катастроф и стихийных бедствий.

Кроме итого, в интересах органов внутренних дел может быть осуществлено установление личности преступников, оставивших следы рук на месте совершения преступления, установление личности иностранных граждан или их причастности к совершению преступлений по запросам зарубежных Бюро Интерпола, правоохранительных органов других государств, а также идентификация лиц, находящихся в межгосударственном розыске за совершенные преступления, в ходе процедур паспортного контроля или при задержании по тем или иным мотивам.

Результаты исследований и практика применения биометрических технических средств и технологий для решения задач идентификации и верификации личности показали, что поддержание стабильными условий регистрации биологических характеристик человека в течение длительного времени возможно только с помощью биометрических сканеров, непосредственно контактирующих с пользователем и использующих излучение оптического и ближнего ИК-диапазонов.

К таким биологическим характеристикам человека, прежде всего, относятся параметры отпечатков пальцев, геометрия руки, радужной оболочки глаз. Выбор диапазона технических характеристик и параметров зондирующего излучения зависит в основном от специфических характеристик биологических тканей и их расположения на теле человека.

Для идентификации личности в микросхему паспорта записывается цветное изображение лица в одном из двух форматов сжатия изображений: JPEG или JPEG2000.

Черно-белое изображение в микросхему паспорта не записывается, а направляется в центр персонализации по сети передачи данных вместе с персональными данными.

Известны технические решения, которые могли бы быть использованы для решения поставленной задачи [1, 2].

Первое из известных технических решений (содержит блоки приема и хранения данных, соединенные с блоками управления и обработки данных, блоки поиска и селекции, подключенные к блокам хранения данных и отображения, синхронизирующие входы которых соединены с выходами блока управления [1].

Существенный недостаток данного технического решения состоит в невозможности решения задачи обновления данных, хранимых в памяти системы, одновременно с решением задачи выдачи содержания документальных данных граждан в реальном масштабе времени.

Известно и другое техническое решение, содержащее блоки обработки данных, информационные входы которых соединены с блоками приема данных и управления, а выходы подключены к первой группе блоков памяти, центральный процессор, входы которого соединены с выходами блоков памяти первой группы и блоков обработки данных, а выходы соединены с входами блоков памяти второй группы и блоков отображения данных [2].

Последнее из перечисленных выше технических решений наиболее близко к описываемому.

Недостаток этого технического решения заключается в невысокой надежности регистрации изображения лица заявителя, пригодного для идентификации, обусловленной тем, что выполнение процедуры фиксации изображения лица заявителя реализуется путем визуального позиционирования лица заявителя, что неизбежно приводит к ошибкам идентификации личности.

Цель изобретения - повышение надежности фиксации изображения лица для его последующей идентификации путем центрирования положений правого и левого глаза на лице заявителя.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую модуль приема ординат положения маркера на экране монитора, информационный вход которого предназначен для приема ординат положения центров глаз лица заявителя и является первым информационным входом системы, синхронизирующий вход модуля приема ординат положения маркера на экране монитора, предназначенный для синхронизации приема ординат положения центров глаз лица заявителя, является первым синхронизирующим входом системы, модуль идентификации интервала фиксации положения центров глаз, управляющий вход которого является управляющим входом системы и предназначен для приема сигналов фиксации положения маркера на центрах глаз изображения заявителя, первый и второй управляющие выходы модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз соединены с первым и вторым управляющими входами модуля приема ординат положения маркера на экране монитора соответственно; первый и второй синхронизирующие выходы модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз подключены ко второму и третьему синхронизирующим входам модуля приема ординат положения маркера на экране монитора соответственно, модуль памяти изображения лица заявителя, информационный вход которого предназначен для приема изображения лица заявителя и является вторым информационным входом системы, синхронизирующий вход модуля памяти изображения лица заявителя предназначен для синхронизации приема изображения лица заявителя и является вторым синхронизирующим входом системы, а выход модуля памяти изображения лица заявителя соединен с информационным входом монитора, и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу подвижного модуля позиционирования фотокамеры, введены модуль фиксации ординат положения центров глаз, первый и второй информационные входы которого соединены с первым и вторым информационными выходами модуля приема ординат положения маркера на экране монитора, первый и второй синхронизирующие входы модуля фиксации ординат положения центров глаз подключены к первому, и второму синхронизирующим выходам модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз, сумматор, первый и второй информационные входы которого соединены с первым и вторым информационными выходами модуля фиксации ординат положения центров глаз, синхронизирующий вход сумматора подключен к тактирующему выходу модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз, а выход сумматора соединен со входом цифроаналогового преобразователя, компаратор, первый и второй информационные входы которого подключены к первому и второму информационным выходам модуля фиксации ординат положения центров глаз, и модуль управления выдачей изображений на регистрацию, информационный вход которого соединен с выходом модуля памяти изображения лица, синхронизирующий вход модуля управления выдачей изображений на регистрацию подключен к тактирующему выходу модуля идентификации интервала фиксации положения центров глаз, установочный вход модуля управления выдачей изображений на регистрацию соединен с выходом компаратора, один синхронизирующий выход модуля управления выдачей изображений на регистрацию подключен к синхронизирующему входу компаратора, другой синхронизирующий выход модуля управления выдачей изображений на регистрацию соединен со вторым синхронизирующим входом модуля памяти изображения лица и является синхронизирующим выходом системы, а информационный выход модуля управления выдачей изображений на регистрацию является информационным выходом системы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема системы, на фиг.2 приведен пример конкретного конструктивного выполнения модуля идентификации интервала фиксации положения центра глаз, на фиг.3 приведен пример конкретного конструктивного выполнения модуля приема ординат положения маркера на экране монитора, на фиг.4 приведен пример конкретного конструктивного выполнения модуля фиксации ординат положения центра глаза, на фиг.5 приведен пример конструктивного выполнения модуля управления выдачей изображений лиц граждан, на фиг.6 приведен пример, иллюстрирующий работу ПЗС-матрицы, на фиг.7 приведен пример фотографии, на которой отражены требования, предъявляемые к цифровым фотографиям паспортно-визовых документов нового поколения.

Автоматизированная система регистрации (фиг.1) содержит модуль 1 идентификации интервала фиксации положения центров глаз, модуль 2 приема ординат положения маркера на экране монитора, модуль 3 фиксации ординат положения центра глаз, сумматор 4, цифроаналоговый преобразователь 5, подвижный модуль 6 позиционирования фотокамеры, модуль 7 памяти изображения лица, модуль 8 управления выдачей изображений на регистрацию, компаратор 9 и монитор 10.

На фиг.1 показаны первый 11 и второй 12 информационные входы системы, первый 13 и второй 14 синхронизирующие входы системы, управляющий 15 вход системы, а также информационный 16 и синхронизирующий 17 выходы системы.

Модуль 1 (фиг.2) идентификации интервала фиксации положения центров глаз содержит триггер 20, элементы 21, 22 И и элементы 23, 24 задержки. На чертеже показаны управляющий вход 15 модуля 1, являющийся управляющим входом системы, а также первый 25 и второй 26 управляющие выходы модуля, первый 27 и второй 28 управляющие выходы модуля и тактирующий 29 выход модуля.

Модуль 2 (фиг.3) приема ординаты положения маркера на экране монитора содержит регистр 31 и группы 32-33 элементов И. На чертеже показаны информационный вход 34 модуля, являющийся первым информационным входом системы, первый синхронизирующий вход 35 модуля, являющийся первым синхронизирующим входом системы, второй 36 и третий 38 синхронизирующие входы модуля, первый 37 и второй 39 управляющие входы модуля, а также первый 40 и второй 41 информационные выходы модуля.

Модуль 3 (фиг.4) фиксации координат положения центра глаз содержит регистры 42, 43, имеющие информационные входы 44, 45 соответственно. На чертеже показаны первый 46 и второй 47 синхронизирующие входы модуля, а также первый 48 и второй 49 информационные выходы модуля.

Модуль 8 (фиг.5) управления выдачей изображений на регистрацию содержит генератор 60 импульсов, элемент 61 И, триггеры, 62,63, элементы 64 И группы, элементы 65, 66 задержки. На чертеже показаны информационный вход 67 модуля, синхронизирующий вход 68, установочный вход 69, а также информационный выход 70, тактирующий выход 71 и управляющий выход 72.

Фотокамера (на чертеже не показана) установлена на подвижном модуле 6 позиционирования, на управляющий вход 74 которого поступает управляющий сигнал с выхода цифроаналогового преобразователя 5.

Информационный выход фотокамеры соединен с информационным входом 12 модуля 7 памяти изображений, а синхронизирующий выход фотокамеры соединен с первым синхронизирующим входом 14 модуля памяти изображений.

Основной орган фотокамеры - ПЗС - матрица, которая исполняет роль светочувствительного слоя фотоматериала.

Элементы ПЗС-матрицы имеют размер в несколько микрон и расположены в определенном порядке на полупроводниковой пластине. При экспозиции каждый ПЗС-элемент электрически заряжается пропорционально количеству попавшего на него света. После этого заряды записываются на носитель памяти в виде цифровой последовательности, содержащей информацию о цвете и яркости каждой точки изображения, в доступном для компьютера формате.

При открытом затворе фотографируемое изображение посредством системы линз фокусируется на ПЗС-матрицу. Какие-то сенсоры фиксируют очень яркие фрагменты лица, а какие-то - тени, все же остальные запоминают полутона. Каждый элемент матрицы преобразует падающий свет в электрический сигнал. Когда же затвор закрывается и выдержка полностью отработана, матрица «вспоминает» первоначальную картину распределения света.

Сенсоры в более светлой области имеют более высокий заряд, чем сенсоры в мало освещенной области. Затем эти различные по силе заряды преобразуются в цифровые выражения, которые, в свою очередь, служат для воссоздания первоначального изображения.

ПЗС-матрицы обеспечивают непрерывный поток импульсов на своем выходе, при этом перекрытие оптического тракта не происходит. Чтобы при этом не происходило «смазывание» изображения, используются ПЗС-матрицы с буферизацией столбцов (interline CCD-matrix).

В таких сенсорах рядом с каждым столбцом (который представляет собой последовательный регистр сдвига) располагается буферный столбец (тоже последовательный регистр сдвига), состоящий из ПЗС-элементов, покрытых непрозрачными полосками (чаще металлическими). Совокупность буферных столбцов составляет буферный параллельный регистр, причем столбцы данного регистра «перемешаны» с регистрирующими свет столбцами.

За один рабочий цикл светочувствительный параллельный регистр сдвига отдает все свои фототоки буферному параллельному регистру посредством «сдвига по горизонтали» зарядов, после чего светочувствительная часть снова готова к экспонированию. Затем идет построчный «сдвиг по вертикали» зарядов буферного параллельного регистра, нижняя строка которого является входом последовательного регистра сдвига матрицы.

Очевидно, что перенос заряда матрицы в буферный параллельный регистр сдвига занимает малый интервал временили, перекрывать световой поток механическим затвором нет необходимости - ямы не успеют переполниться.

С другой стороны, необходимое время экспонирования, как правило, сравнимо со временем считывания всего буферного параллельного регистра. За счет этого интервал между экспонированием можно довести до минимума - в результате видеосигнал в современных видеокамерах формируется с частотой от 30 кадров в секунду и выше.

В рамках технического проекта по созданию государственной системы изготовления, оформления и контроля паспортно-визовых документов нового поколения предусмотрено использование двумерной фотографии лица, подавшего заявление на паспорт.

В соответствии с международными стандартами ISO к фотографии предъявляются специальные требования, которые поясняются на фиг.7:

- размер предъявляемой фотографии должен составлять 35×45 мм;

- личная фотография изготавливается в цветном исполнении;

- разрешение предъявляемой фотографии должно составлять не менее 20 мм.

Система работает следующим образом.

Процесс автоматизированного наведения на лицо заявителя производится с помощью модуля 6 позиционирования по командам от автомата управления положением, входящим в состав платы микроконтроллеров (на чертеже не показаны).

Реальное положение средств регистрации автоматически контролируется датчиками положения на эффекте Холла, встроенными в модуль 6 позиционирования, сигналы от которых поступают на аналого-цифровые преобразователи в составе платы микроконтроллеров.

Изображение лица заявителя в цифровом виде поступает на информационный вход 12 модуля памяти, куда заносится синхронизирующими импульсами, поступающими на вход 14 модуля памяти.

Цифровое изображение лица заявителя с выхода 59 модуля 7 выдается как на вход 73 монитора 10, так и на вход 67 модуля. 8. Оператор имеет возможность и контролировать положение заявителя в кадре по отображаемому на экране монитора 10 видеопотоку.

Процесс извлечения биометрических данных производится в полуавтоматическом режиме, при этом обеспечивается выделение лица на подсвеченном фоне, выделение области глаз и нахождение их центров.

С этой целью оператор с помощью электронного маркера на экране монитора (на чертеже не показан) сначала выделяет левый глаз и находит его центр путем совмещения электронного маркера с центром левого глаза.

При этом код ординаты положения маркера через вход 34 модуля 2 с заданной частотой поступает на информационный вход регистра 31 и заносится в регистр 31 синхронизирующим импульсом, поступающим на его синхронизирующий вход с входа 35.

С выхода регистра 31 значения ординаты непрерывно выдаются на информационные входы соответствующих групп 32-33 элементов И, закрытых по другим входам.

Как только оператор зафиксирует электронный маркер на центре изображения левого глаза нажатием кнопки джойстика, формируется сигнал фиксации, который через вход 15 системы поступает на одни входы элементов 21, 22 И модуля 1.

Состояние элементов 21, 22 И определяется состоянием триггера 20, который к настоящему моменту времени находится в исходном состоянии, в результате чего на инверсном выходе триггера буден высокий потенциал, а на прямом выходе - низкий.

Вследствие этого высоким потенциалом с инверсного выхода триггера 20 элемент 22 будет открыт, а низким потенциалом с прямого выхода триггера 20 элемент 21 будет закрыт.

Синхронизирующий импульс с входа 15 через открытый элемент 22 И проходит как на выход 27 модуля 1, так и после задержки элементом 23 на единичный вход триггера, устанавливая его в единичное состояние, при котором элемент 22 И будет закрыт, а элемент 21 - открыт.

Одновременно с этим синхронизирующий импульс с выхода 27 модуля 1 поступает через синхронизирующий вход 37 на одни входы групп элементов 32 И, на информационные входы которых подан код ординаты с информационных выходов регистра 31, а на управляющие входы поданы высокие разрешающие потенциалы с выхода 25 модуля 1 через вход 36 модуля 2.

В результате этого, код ординаты, фиксирующий ординату положения центра левого глаза на изображении лица, с выходов регистра 31 через элементы 32 И группы поступает на выход 40 модуля 2 и далее поступает через вход 44 модуля 3 на информационный выход регистра 42, куда и заносится синхронизирующим импульсом, поступающим с выхода 27 модуля 1 на вход 46 модуля 3.

Таким образом, в регистре 42 будет зафиксирована ордината У1 центра левого глаза лица на изображении монитора.

С выхода 48 регистра 42 прямой код ординаты У1 поступает как на вход 50 сумматора 4, так и на вход 54 компаратора 9.

После окончания процедуры определения центра левого глаза на изображении лица оператор переходит к процедуре совмещения электронного маркера с центром правого глаза и также нажимает кнопку джойстика.

В результате этого ордината нового положения маркера поступает через вход 11 системы на вход 34 регистра 31 и заносится в него синхронизирующим импульсом с входа 13 системы, а сигнал, фиксирующий факт выделения правого центра глаза, вновь поступает через вход 15 системы на входы элементов 21 и 22 И. Однако к этому моменту времени в открытом состоянии будет находиться элемент 21 И, т.к. на один из его входов подается высокий потенциал с прямого выхода триггера 20.

Синхронизирующий импульс с входа 15 проходит через открытый элемент 21 И как на выход 28 модуля 1, так и после задержки элементом 24 на установочный вход триггера 20, возвращая его в исходное состояние, при котором элемент 21 И будет закрыт, а элемент 22 будет вновь открыт.

Одновременно с этим синхронизирующий импульс с выхода 28 модуля 1 поступает через синхронизирующий вход 39 модуля 2 на одни входы элементов 33 И группы, на информационные входы которых подан код с информационного выхода регистра 31, а на управляющие входы поданы высокие разрешающие потенциалы с выхода 26 модуля 1 через вход 38 модуля 2.

В результате этого обратный код ординаты У2, фиксирующий вторую ординату положения центра правого глаза на изображении лица, с выхода регистра 31 через элементы 33 И группы поступает на выход 41 модуля 2 и далее поступает через вход 45 модуля 3 на информационный вход регистра 43, куда и заносится синхронизирующим импульсом, поступающим с выхода 28 модуля 1 на вход 47 модуля 3.

Таким образом, в регистре 43 будет зафиксирована ордината У2 центра правого глаза лица на изображении монитора.

С выхода регистра 49 обратный код ординаты У2 через выход 49 модуля 3 поступает как на вход 51 сумматора 4, так и на вход 55 компаратора 9.

Синхронизирующий импульс с выхода элемента 24 задержки модуля 1, задерживающего синхронизирующий импульс на время занесения кода ординаты У2 в регистр 43 модуля 3, поступает на выход 29 модуля 1 и далее, во-первых, подается на синхронизирующие входы сумматора 4.

По синхронизирующему импульсу сумматор 4 суммирует прямой код ординаты У1 с обратным кодом ординаты У2, определяя таким образом отклонение центров левого и правого глаза от прямой линии, соединяющей их центры.

Сигнал рассогласования в положении центров правого и левого глаза в виде кода с соответствующим знаком поступает на вход цифроаналогового преобразователя 5, преобразующего код величины рассогласования в аналоговый сигнал и выдающего его на управляющий вход подвижного модуля 6 позиционирования фотокамеры.

Модуль 6 корректирует позиционное положение фотокамеры таким образом, чтобы разница в величине ординат У1 и У2 была сведена к нулю.

С этой целью каждый импульс синхронизации с выхода 29 модуля 1 поступает не только на синхронизирующий вход компаратора 9, но и на синхронизирующий вход 68 модуля 8, откуда он подается на единичный вход триггера 62 и устанавливает его в единичное состояние, при котором высоким потенциалом с единичного выхода триггера 62 открывает по одному входу элемент 61 И, к другому входу которого подключен генератор 60 импульсов опроса состояния компаратора 9.

По каждому импульсу опроса, поступающему на синхронизирующий вход 56, компаратор 9 сравнивает коды ординат У1 и У2, поступающие на его информационные входы 54 и 55, и только в момент равенства ординат У1 и У2 на выходе 57 компаратора 9 появляется импульс, фиксирующий момент, когда центры левого и правого глаза находятся на одной линии.

Этот сигнал с выхода 57 компаратора 9 через вход 69 модуля 8, во-первых, поступает на установочный вход триггера, 62, возвращая его в исходное состояние и отключая, тем самым, генератор 60 импульсов от синхронизирующего входа компаратора 9.

Во-вторых, этот же сигнал поступает на единичный вход триггера 63 модуля 8, устанавливая его в единичное состояние, при котором триггер 63 высоким потенциалом с прямого выхода открывает по одному входу элементы 64 И группы, на другие входы которых с входа 67 постоянно подается изображение лица в цифровом виде.

Цифровое изображение лица заявителя через элементы 64 И группы через выход 70 модуля 8 выдается на выход 16 системы для регистрации.

В-третьих, сигнал с выхода 57 компаратора 9 задерживается элементом 66 задержки на время установки триггера 63 в единичное состояние и затем через выход 72 модуля 8 выдается как на вход 58 модуля 7 в качестве сигнала синхронизации выдачи цифрового изображения на выход системы, так и на выход 17 системы в качестве сигнала фиксации цифрового изображения лица заявителя при его регистрации.

Кроме того, сигнал с выхода элемента 66 задержки дополнительно задерживается элементом 65 на время выдачи цифрового изображения на выход системы и поступает на установочный вход триггера 63, возвращая его в исходное состояние.

Таким образом, введение новых модулей и новых конструктивных связей позволило существенно повысить надежность и быстродействие системы путем формирования биометрических данных граждан для изготовления паспортно-визовых документов нового поколения в реальном масштабе времени.

Источники информации

1. Патент США № 6 498 970 B1, 24.12.2002.

2. Патент США № 6681032 В1, 20.01.2004 (прототип).