BR102020010134A2 - sistema de reconhecimento facial - Google Patents

Abstract

“SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”. Trata-se de um sistema de reconhecimento facial, pertencente ao campo de aplicação dos meios e dispositivos de controle, monitoramento, proteção e segurança, abrangendo um algoritmo de extração biométrica facial utilizando visão computacional e rede neural convolutiva, propiciando o tratamento de imagens para remoção de ruídos e eleição da melhor face para reconhecimento facial, de uso em sistemas de controle e monitoramento inteligentes aplicáveis a gerenciamento de entrada e saída de pessoas, tendo como base os métodos de segurança com circuito fechado de TV (CFTV), onde câmeras dispostas no cenário capturam os streamings de vídeos e os enviam a um servidor composto por um conjunto de serviços que fazem o processamento de imagens, o reconhecimento e a identificação facial, atendendo aos critérios de qualidade na aquisição de dados da face e de segurança contra fraudes, a busca no banco de dados do ID fornecido pela rede neural e acesso aos centros de monitoramento expansível à aplicativos Web.

Description

[001] O presente relatório descritivo de pedido de patente de invenção refere-se a um sistema de reconhecimento facial, pertencente ao campo de aplicação dos meios e dispositivos de controle, monitoramento, proteção e segurança.

[002] Mais precisamente, dito sistema abrange um algoritmo de extração biométrica facial utilizando visão computacional e rede neural convolutiva com “feedforward” (rede neural artificial em que as conexões entre os nós não formam um ciclo), podendo ser definido também como um algoritmo de tratamento de imagens para remoção de ruídos e eleição da melhor face para reconhecimento facial.

[003] Nesse sentido, ditos algoritmos serão utilizados em sistemas de controle e monitoramento inteligentes aplicáveis a gerenciamento de entrada e saída de pessoas.

[004] Como é do conhecimento principalmente por parte dos habilitados na área, o mercado disponibiliza atualmente alguns sistemas similares, os quais, no entanto, apresentam algumas deficiências, podendo ser citadas, por exemplo: - reconhecimento indiscriminado, onde muitas soluções de controle de acesso utilizam câmeras para abrir cancelas, catracas e demais elementos de caráter restritivo, cujo problema paira no fato de não haver um controle de identificação da face mais próxima, de modo que caso uma pessoa não autorizada se ponha em frente à câmera e em um momento em que a face de um indivíduo autorizado acabe também sendo captada e reconhecido (atrás, do lado ou próximo à pessoa não autorizada) os sistemas acabam habilitando a abertura e liberando erroneamente o acesso; - alto consumo de rede, onde os modelos disponíveis precisam utilizar câmeras normalmente de preços excessivos (habilitadas para atuar mais adequadamente se dotadas de hardwares e/ou até softwares especiais) capazes de efetuar o pré- processamento das imagens e envio somente do conteúdo importante para o reconhecimento facial, ou, possuindo uma relação “número de câmeras X unidade de processamento” muito elevado, reduzindo, porém, o nicho de mercado disposto a consumir o produto e seus derivados; - plataformas restritivas, onde o conjunto de hardwares e softwares (câmeras, monitores, componentes eletroeletrônicos, leitores, gravadores, servidores, arquitetura de rede, etc.) são personalizados e limitados a sistemas proprietários, fornecedores, detentores de direitos e/ou demais impedimentos legais congêneres.

[005] Em relação ao estado da técnica, foram efetuados levantamentos que apontaram a existência de alguns documentos de patentes em torno do assunto em questão, os quais, no entanto, não alcançam o mérito inventivo do sistema ora revelado, podendo ser citados a título de conhecimento, os seguintes processos: - PI 0717672-4, apresentando um sistema de transmissão de dados de forma remota e digital e localização via satélite a partir de terminais móveis ou fixos com câmeras de vigilância urbana para reconhecimento facial, detector de disparos, captura de pessoal de segurança pública, pessoas perdidas ou sequestradas, alarme cidadão e controle veicular captando infrações de trânsito e detecção de veículos roubados, comunicando todos os módulos a um centro de controle de comando que compreende a combinação de uma câmera com aproximação óptica colocada sobre um poste ou estrutura, através da qual se tira uma fotografia que é enviada ao centro de comando por meio de um enlace de dados, passando a um módulo global, o qual a transmite para um filtro de segurança analítico, assegurando a informação para regresso ao módulo de identificação de pessoas, edição da fotografia ou credencial com todos os dados, com um arranjo de uma série de microfones acoplados sobre uma estrutura e um painel eletrônico, tais arranjos permitindo o reconhecimento de assinaturas de som, tais como disparos em diferentes intensidades de ruído, além do controle de comando atuar como um processador de informação para registrar o pagamento de multas por meio de infrações de trânsito automáticas e diversos serviços públicos dirigidos às correspondentes pessoas mediante um sistema de controle de identidade única com capacidade adicional da aplicação de pagamentos; - BR102016025067-6, relativo a um sistema digital integrado de coleta, consulta e revalidação de dados do registro geral, através de equipamentos móveis ou fixos, dotados de dispositivos de leitura e coleta de dados por aproximação, como: smartphones, tablets, coletores com conexões físicas (USB e outras), sem a necessidade de contatos físico e/ou sem a necessidade de visibilidade nítida da mídia consultada e com reconhecimento por biometria facial e/ou, por imagem local ou remota, para confirmação das informações desejadas com possibilidade de aviso sonoro de status, de modo a inibir a falsificação do RG, através da inserção de etiqueta de "RFID" ou "NFC", contendo informações cadastrais, alertas de ocorrência, etc., ou ainda, do reconhecimento por biometria facial, cuja etiqueta, quando aproximada a um leitor, permitirá que estas informações sejam visualizadas em um computador, leitor portátil, tablet, smartphone, utilizando aplicativo, que informará se é autêntico o item consultado, com a validação de reconhecimento facial, sendo que além da leitura, o usuário poderá gravar uma restrição ou invalidação, com a opção posterior de revalidação, caso queira, além de emitir sinal por voz, ideal para portadores de necessidades visuais; - BR112014007113-6, que trata de um método para autenticação de um primeiro usuário em um dispositivo computacional que inclui receber uma imagem do primeiro usuário através de uma câmera acoplada operacionalmente ao dispositivo computacional e determinar uma identidade do primeiro usuário baseada na imagem recebida, sendo que no caso da identidade determinada corresponder a uma identidade predeterminada, então, baseada pelo menos na identidade do primeiro usuário que corresponde à identidade predeterminada, o primeiro usuário é autenticado no dispositivo computacional; - BR112014013980-6, condizente a uma solução de geração de impressão facial para reconhecimento de imagem, através da qual um servidor determina uma pluralidade de impressões faciais representando uma pluralidade de usuários a serem reconhecidos em um dispositivo, onde cada impressão facial contém um número de imagens de referência para um determinado usuário que são utilizadas para reconhecer imagens faciais deste detectando em mídia capturada, sendo que as impressões faciais entregues ao mesmo são determinadas para o dispositivo com base nos usuários prováveis de serem detectados em imagens capturadas, cujas imagens de referência com uma determinada impressão fadai entregue ao dispositivo são selecionadas pelo servidor com base no seu valor de reconhecimento para identificar os usuários prováveis de serem detectados em imagens capturadas no dispositivo de cliente; - BR102013033135-0, compreendendo um processo de controle de acesso por biometria facial em paralelo com reconhecimento ótico de caracteres ou senha pessoal, utilizando um leitor ótico de caracteres (OCR) para automaticamente efetuar a leitura de letras e números (como placas de carros ou documentos) ou um leitor de "RFID" para buscar informações de identificação ou ainda a leitura de uma senha pessoal (ou o conjunto dessas tecnologias) e também requer que o usuário faça uma identificação por biometria facial, somente liberando o acesso em caso de todas as tecnologias utilizadas fornecerem uma identificação positiva, propiciando, segundo seu inventor, maior segurança ao controle de acesso, garantindo que apenas os usuários cadastrados consigam ser identificados e tenham o acesso liberado; - BR102016029934-9, revelando um sistema de busca de pessoas e verificação de autenticidade de documentos de identificação através de reconhecimento por biometria facial com validação através de leitura de dados do documento por aproximação, biometria digital, senha ou outros meios, com acessibilidade para portadores de necessidades visuais (possui software e aplicativo mobile embarcados), que fará o reconhecimento do indivíduo por biometria facial com o intuito de verificar a autenticidade dos documentos, podendo inserir informações definitivas ou temporárias, tendo como validação opcional para inibição de falsificação de documentos a inserção de etiqueta de "RFID" ou "NFC", para possibilitar a leitura dos dados e em último biometria digital ou login e senha, podendo ser utilizado em computadores, equipamentos fixos, leitores móveis, smartphones e tablets, onde haverá o aplicativo específico, que fará a consulta ao banco de dados e a validação, onde, da mesma forma, a "tag", quando aproximada a um leitor, permitirá que estas informações sejam visualizadas em tais equipamentos eletrônicos, utilizando aplicativo, que informará se é autêntico o item consultado.

[006] No caso do sistema de reconhecimento facial em questão, seu funcionamento tem apenas como base os métodos de segurança com circuito fechado de TV (CFTV), onde câmeras dispostas no cenário capturam os streamings de vídeos e os enviam a um servidor, de modo que a partir deste ponto acontece a inovação, e onde o produto apresenta suas diferenças. O servidor que recebe os streamings de vídeo é composto por um conjunto de serviços que fazem o processamento de imagens, o reconhecimento e a identificação facial, atendendo aos critérios de qualidade na aquisição de dados da face e de segurança contra fraudes, a busca no banco de dados do ID fornecido pela rede neural e acesso aos centros de monitoramento expansível à aplicativos Web.

[007] O equipamento necessário para o uso do sistema é composto por servidor de streaming, servidor de banco de dados, servidor de aplicação, servidor de processamento de imagens e servidor de visão computacional. Cada servidor descrito aqui se comunica com os demais através de um esquema de mensagens, utilizando para isso o servidor “Kafka”.

[008] Dito conjunto de serviços responsáveis pelo funcionamento do sistema em questão abrange dois fluxos principais, onde o primeiro trata de manipulação dos algoritmos para a construção do processo de reconhecimento facial, em áreas com controle de luminosidade, compreendendo: - captura das imagens das faces para extração das biometrias; - construção de um banco de registros faciais que armazenem as faces para reconhecimento; - aplicação de algoritmos (base do pedido de patente ora revelado) para eleger a imagem que apresente a melhor qualidade, baseado em métricas como equalização de luminosidade (através de metodologia obtida por algoritmo de histograma), identificação de presença de uma face humana (através de metodologia obtida pelo uso de uma árvore de decisão), identificação de alinhamento correto da face (através de metodologia obtida pelo uso de algoritmo de alinhamento geométrico de imagens), - submissão das faces a uma rede neural para extração das características faciais e construção de vetores que identifiquem cada indivíduo através de ID único.

[009] Já o segundo fluxo trata do reconhecimento em áreas grandes. O algoritmo possui duas principais partes: a face “detection” e a face “recognition”. A face “detection” é um algoritmo que tem a tarefa de identificar a presença de faces humanas no ambiente e recortar apenas os quadros onde esta informação ocorre. A face “recognition” consome os quadros recortados da face “detection” para devolver o ID da rede neural, cujas etapas são também descritas abaixo: - o ambiente recebe a intervenção estrutural para que câmeras IP de alta definição capturem as faces das pessoas; - as faces detectadas são recortadas após a submissão dos algoritmos de correção de iluminação histograma e correção de angulação geométrica; - as faces recortadas são submetidas ao face “recognition”, que é uma rede neural reconstruída para reconhecer faces humanas no padrão ocidental. A rede neural recebe os dados faciais e os submete a uma investigação para devolver o ID de um ou mais suspeitos de serem o dono da face reconhecida.

[010] Visando um melhor entendimento da estrutura e funcionamento do sistema de reconhecimento facial objeto da presente inovação, são apresentados alguns organogramas e diagramas de blocos, nos quais: - a figura 1 traz uma visão geral do mesmo, mostrando os equipamentos principais utilizados / atuações, grafada com as seguintes indicações referenciais: servidores de aplicação (SA) câmeras IP (CAM), reconhecimento facial (RF), “Lan / Wan” (L/W), texto (T), terminal de atendimento (TA), estação de monitoramento (EM), terminais de controle de acesso (TCA); - a figura 2 ilustra os passos do sistema do cadastro facial para reconhecimento, grafada com as seguintes indicações referenciais: usuário (U), aquisição de imagem (Al), detecção facial (DF), detecção válida? (DV), nota suficiente (NS), processamento de métricas de qualidade (PMQ), sim (S), extração de características (EC), armazenamento espacial otimizado das características (AEOC), não repetir captura (NRC), calcular métricas de qualidade (CMQ); - a figura 3 ilustra os passos do sistema de monitoramento com reconhecimento facial, grafada com as seguintes indicações referenciais: coleta de streaming (CM), detecção facial em lote (DFL), rastreamento de indivíduos (RI), extração de faces (EF), seleção de faces candidatas para reconhecimento (SFCR), correções geométricas e de iluminação (CGI), extração de características (EC), cruzamento de características com a base otimizada (CCBO); recuperação do identificador do usuário (RIU).

[011] Dessa forma, o sistema em questão compreende as inovações elencadas abaixo, descritas juntamente com suas vantagens e características diferenciais: - escalabilidade, proporcionando a gestão e consumo de múltiplas câmeras e de diversos modelos que podem ser adicionados, tais como Webcams, câmeras IP, câmeras analógicas, câmeras de smartphones e tablets, câmeras de dispositivos embarcados (comumente encontradas em catracas, portas giratórias, etc.), dentre outras; - rede neural com base de reconhecimento formada por padrões biométricos de pessoas ocidentais, tendo em vista que as redes neurais disponíveis no mercado estão configuradas para o padrão biométrico oriental, gerando muitos falsos positivos quando aplicados em países ocidentais. A rede neural foi refeita, aplicando recortes na entrada dos padrões e na saída das respostas para padronizar a geometria facial ocidental; - pré-processamento de imagens, onde o sistema se apresenta em cada parte dos algoritmos de pré-processamento, que é responsável por retirar os ruídos das imagens, eleger a melhor imagem para o reconhecimento facial; - estrutura distribuída: o sistema foi construído com o objetivo de se escalar e ter alta disponibilidade. Para isso, foi implementado em seu “backEnd” (parte estrutural do sistema) toda uma engenharia capaz de suportar a adição/ remoção / atualização de componentes físicos e lógicos.

[012] Para aumentar a confiabilidade do sistema, é explorado o uso de dispositivos para verificação de face humana em tempo real por meio de sensores termais incorporados em uma única câmera simples. A fraude com dados da face consiste na aceitação falsa pelo sistema biométrico, na qual os fraudadores enviam uma evidência errônea ao sistema para obter autenticação. A tentativa de fraude com faces é um tipo de ataque muito simples de ser gerado. Fotos e vídeos das pessoas podem ser facilmente encontrados em sites de redes sociais ou capturados à distância. O invasor tentar fraudar o sistema por meio da exibição de fotos e vídeos gravados, obtidos através de canais não autorizados, para o dispositivo. Com a inclusão de um sensor térmico às câmeras que viabilizam o acesso pessoal à determinado ambientes, agrega padrões de segurança contra a fraudes, garantindo maior segurança ao sistema de reconhecimento facial.

[013] Não obstante toda a explanação acima, muitas outras melhorias poderão ser implementadas no sistema de reconhecimento facial ora revelado, possibilitando a incrementação de suas características e capacidades técnicas, com a consequente atualização de versões, fazendo-se plenamente merecedor da patente de invenção ora pleiteada.

Claims (9)

1) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, caracterizado por abranger um algoritmo de extração biométrica facial utilizando visão computacional e rede neural convolutiva, propiciando o tratamento de imagens para remoção de ruídos e eleição da melhor face para reconhecimento facial, de uso em sistemas de controle e monitoramento inteligentes aplicáveis a gerenciamento de entrada e saída de pessoas.

2) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, tendo como base os métodos de segurança com circuito fechado de TV (CFTV), onde câmeras dispostas no cenário capturam os streamings de vídeos e os enviam a um servidor, caracterizado por dito servidor ser composto por um conjunto de serviços que fazem o processamento de imagens, o reconhecimento e a identificação facial, atendendo aos critérios de qualidade na aquisição de dados da face e de segurança contra fraudes, a busca no banco de dados do ID fornecido pela rede neural e acesso aos centros de monitoramento expansível à aplicativos Web.

3) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por ser composto por servidor de streaming, servidor de banco de dados, servidor de aplicação, servidor de processamento de imagens e servidor de visão computacional, e onde cada servidor se comunica com os demais.

4) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por dito conjunto de serviços responsáveis pelo funcionamento do sistema em questão abranger dois fluxos principais, onde o primeiro trata de manipulação dos algoritmos para a construção do processo de reconhecimento facial, em áreas com controle de luminosidade, e o segundo trata do reconhecimento facial em áreas grandes.

5) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por o fluxo da manipulação dos algoritmos para a construção do processo de reconhecimento facial compreender: - captura das imagens das faces para extração das biometrias; - construção de um banco de registros faciais que armazenem as faces para reconhecimento; - aplicação de algoritmos para eleger a imagem que apresente a melhor qualidade, baseado em métricas como equalização de luminosidade, identificação de presença de uma face humana, identificação de alinhamento correto da face; - submissão das faces a uma rede neural para extração das características faciais e construção de vetores que identifiquem cada indivíduo através de ID único.

6) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por o fluxo do reconhecimento em áreas grandes compreender o algoritmo que possui as partes da face “detection” que tem a tarefa de identificar a presença de faces humanas no ambiente e recortar apenas os quadros onde esta informação ocorre, e a face “recognition” que consome os quadros recortados da face “detection” para devolver o ID da rede neural.

7) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, de acordo com a reivindicações 6, caracterizado por os algoritmos do fluxo do reconhecimento em áreas grandes compreender as seguintes etapas: - o ambiente recebe a intervenção estrutural para que câmeras IP de alta definição capturem as faces das pessoas; - as faces detectadas são recortadas após a submissão dos algoritmos de correção de iluminação histograma e correção de angulação geométrica; - as faces recortadas são submetidas ao face “recognition”, sendo que a rede neural recebe os dados faciais e os submete a uma investigação para devolver o ID de um ou mais suspeitos de serem o dono da face reconhecida.

8) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, de acordo com a reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender organogramas e diagramas de blocos, cuja visão geral mostra os equipamentos principais utilizados / atuações, sendo: servidores de aplicação (SA) câmeras IP (CAM), reconhecimento facial (RF), “Lan / Wan” (L/W), texto (T), terminal de atendimento (TA), estação de monitoramento (EM), terminais de controle de acesso (TCA); enquanto os passos do sistema do cadastro facial para reconhecimento mostram: usuário (U), aquisição de imagem (Al), detecção facial (DF), detecção válida? (DV), nota suficiente (NS), processamento de métricas de qualidade (PMQ), sim (S), extração de características (EC), armazenamento espacial otimizado das características (AEOC), não repetir captura (NRC), calcular métricas de qualidade (CMQ); e o sistema de monitoramento com reconhecimento facial definir: coleta de streaming (CM), detecção facial em lote (DFL), rastreamento de indivíduos (RI), extração de faces (EF), seleção de faces candidatas para reconhecimento (SFCR), correções geométricas e de iluminação (CGI), extração de características (EC), cruzamento de características com a base otimizada (CCBO); recuperação do identificador do usuário (RIU).

9) - “SISTEMA DE RECONHECIMENTO FACIAL”, caracterizado por proporcionar a gestão e consumo de múltiplas câmeras e de diversos modelos que podem ser adicionados (escalabilidade); possuir rede neural com base de reconhecimento formada por padrões biométricos de pessoas ocidentais; executar o pré-processamento, retirando os ruídos e elegendo as melhores imagens para o reconhecimento facial; apresentar estrutura distribuída escalando e tendo alta disponibilidade capaz de suportar a adição/ remoção / atualização de componentes físicos e lógicos.

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