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如何提高紅外熱成像的人臉識別能力?

關(guān)于人臉識別的大多數(shù)可用研究都出于明顯的原因而涉及對可見或近紅外(NIR)光譜成像。紅外熱成像提供了一種不同的方法和途徑從人臉識別(HFR)系統(tǒng)中進行精確體溫篩查。通常,盡管姿勢,表情和光照條件發(fā)生了巨大的變化,人類仍可以以合理的準確識別熟悉的面孔。由于計算機視覺系統(tǒng)不斷受到可見光譜中人臉識別系統(tǒng)的啟發(fā),因此自然而然地應(yīng)用了紅外熱成像并研究如何提高精確體溫篩查。

由于依賴于某些陰影和形狀提示來處理面部圖像,因此人類難以應(yīng)付某些種類的改變,例如照相底片或倒置。類似地,由于紅外熱圖像形成過程,紅外熱圖像將對人類對象提出一些顏色和形狀提示挑戰(zhàn)。因此,了解生理學(xué)和紅外熱成像過程是解釋任何發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。心臟在整個身體中循環(huán)血液,并通過軟組織從環(huán)境傳導(dǎo)熱量。新陳代謝過程和靜脈池排出的冷卻中,皮膚上的溫度變化很小。這些變化是由于血液從底層血管(而不是骨骼或核心)向皮膚灌注的熱量所致,這些血管保持在相對恒定的溫度下。人體皮膚的近乎理想的發(fā)射率(通常在0.91-0.98之間)是獲得這些熱信號作為紋理信息的主要因素。

紅外熱成像人臉識別

圖為紅外熱成像人臉識別

 

較好的紅外熱成像位置是由很少的身體組織或頭發(fā)覆蓋的高度暴露的皮膚區(qū)域。具體而言,諸如脂肪沉積物和頭發(fā)的固有生理特性會導(dǎo)致熱像儀觀察到的熱模式變化,以影響精確體溫篩查。例如,脂肪組織導(dǎo)致脈管系統(tǒng)與周圍組織之間的對比度減小。由于呼吸和環(huán)境的原因,覆蓋開放腔或突出的皮膚較薄區(qū)域(即下嘴,鼻子和耳朵)也代表了具有高度熱變異性的面部區(qū)域。

那如何提高紅外熱成像的人臉識別能力?長期以來,計算機視覺研究人員一直試圖在算法設(shè)計中模仿強大的人臉識別系統(tǒng)。然而,在與紅外熱成像有關(guān)的人臉識別領(lǐng)域中,很少進行研究。人臉和自動臉部識別結(jié)果的關(guān)鍵在于理解可見圖像和紅外熱圖像形成過程之間的差異。傳統(tǒng)的人臉識別實驗依靠可見光譜或紅外光譜進行實驗,由于在這些波長下皮膚的發(fā)射率低,因此需要光源。熱光譜中接近理想的人類皮膚發(fā)射率將面部轉(zhuǎn)換為光源和圖像源。與之有關(guān)的是,由于生理,環(huán)境和心理而引起的皮膚表面熱分布的變化影響可見光譜人臉識別和AFR實驗中通常存在的顏色和形狀提示的出現(xiàn)。

在實驗室中使用紅外熱圖像進行人臉識別實驗期間,發(fā)現(xiàn)去除下臉比使用整張臉可獲得更好的識別結(jié)果。這些測試包括標準的面部識別算法,結(jié)果表明,根據(jù)從某些解剖學(xué)界標得出的遮擋量,實時地,面部熱變化最大的區(qū)域是空氣在皮膚瓣上流動的區(qū)域以及覆蓋大型淺表動脈的區(qū)域,前者較大。下頜的去除顯著改善了人臉識別結(jié)果,這是因為面部的其余區(qū)域在每次治療之間更可能保持穩(wěn)定。其余區(qū)域是鼻子,額頭和眉毛,當將部分裁剪與整個面部溫度記錄圖相比較時,紅外熱成像的最佳識別性能出現(xiàn),能夠進行精確體溫篩查。

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