DE102008053395A1

DE102008053395A1 - Verfahren und Einrichtung zur fotografischen Bilderfassung des Gesichtsfelds einer Person

Info

Publication number: DE102008053395A1
Application number: DE102008053395A
Authority: DE
Inventors: Alfredo Herrera; Frank Weber; Michael Müller; Stefan Christ; Volker Kempert
Original assignee: Cognitec Systems GmbH
Current assignee: Cognitec Systems GmbH
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-29
Also published as: WO2010045941A2; WO2010045941A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur fotografischen Bilderfassung des Gesichtsfelds einer bestimmten Person in einem virtuellen Aufnahmeraum. Die Erfindung ist anwendbar für eine automatische Erkennung, Aufnahme und Auswertung des Gesichtsfelds der Person, wobei mit Hilfe von optischen Erkennungs- und Aufnahmeeinrichtungen sowie entsprechender Gerätesteuerung einerseits das Gesicht bzw. Gesichtsfeld der Person lokalisiert und mit vorgegebenen Qualitätsmerkmalen verglichen wird, und wobei andererseits nach Auswertung und bestimmten Korrekturen bei hinreichend guten Qualitätsmerkmalen das Gesichtsfeld zur weiteren Verwendung abgebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur fotografischen Bilderfassung des Gesichtsfelds einer bestimmten Person in einem virtuellen Aufnahmeraum.
Die Erfindung ist anwendbar für die automatische Erkennung und Aufnahme des Gesichtsfelds der Person in einem virtuell definierten Aufnahmeraum, wobei das als Bild aufgenommenes Gesichtsfeld der Person nach Erfüllung bestimmter Kriterien beispielsweise für biometrische Auswertungen eingesetzt wird.
Aus der DE-OS 195 11 713 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Bildaufnahme einer Person mit Hilfe einer optoelektronischen Bildverarbeitungseinrichtung zur Richtungslokalisierung der Person und ihres Gesichts bekannt, wobei in Abhängigkeit von mindestens einem Positioniersignal der Bildverarbeitungseinrichtung eine Sensor-Ausrichtungsvorrichtung die Blickrichtung der Aufnahmekamera steuert.
Aus der AT-PS 501 370 B1 ist eine Vorrichtung zur biometrischen Steuerung von Anlagen, insbesondere von Zutrittssperren, bekannt, bei der eine einstellbare Kamera zur Bildaufnahme eines Benutzers mit einer nachgeschalteten Auswerteeinheit verbunden ist, welche aus dem aufgenommenen Bild Biometriedaten extrahiert und daraus ein Steuersignal für die Anlage erzeugt, und wobei ein Speicher zur Aufnahme eines für jeden Benutzer spezifischen Parametersatzes und einer Ausleseeinrichtung vorgesehen sind, welche die Kameraeinstellung in Abhängigkeit vom Parametersatz des jeweiligen Benutzers zwecks Aufnahme steuert.
Aus der EP 1 280 095 B1 ist für eine Person eine Gesichtsbilderkennungsvorrichtung mit einem zur Eingabe von Identifikationsinformationen der Person in einem Tasteneingabeabschnitt eingeordneten Bildeingabeabschnitt bekannt.
Aus dem DE-G 9212 628.6 ist eine Fotokabine mit einem Video-Fotoautomaten mit einer Videokamera, einem Videoprinter und einem Videobildschirm zur Wiedergabe des von der Kamera erfassten Bildes bekannt, wobei die Videokamera am Videobildschirm befestigt und mit diesem um dessen Bildmittelachse um wenigstens 90° aus Hochformat in Querformatlage und umgekehrt drehbar in einer im Wesentlichen vertikalen, jedoch auf unterschiedliche Neigungswinkel einstellbaren Drehebene gelagert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erkennung und Erfassung des Gesichtsfelds einer Person zu schaffen, mit denen entsprechende biometrischen Daten des Gesichts von der Person erfasst werden, die geeignet sind, die gewonnenen Daten einer Auswertung zuzuführen, wobei während der Erfassung entsprechender Daten verhaltensspezifische Hinweise an die Person vermittelt und davon abhängig das Gesichtsfeld abgebildet werden soll.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen nach Anspruch 1 und mit einer Einrichtung gemäß den Merkmalen nach Anspruch 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Der Verfahrensablauf erfolgt gemäß der Erfindung derart, dass mit dem Steuersensor und dem Steuerobjektiv der virtuelle Aufnahmeraum permanent nach Gesichtern abgesucht wird. Sobald von der Steuereinheit ein Gesicht gefunden worden ist, werden der Aufnahmesensor und das Aufnahmeobjektiv aktiviert, um das Gesicht aufzunehmen, wobei die Brennweite, der Fokus, die Blende und Belichtungszeit sowie die Sensorverstärkung entsprechend dem erwarteten Gesicht automatisch eingestellt werden.
Gleichzeitig mit diesen Maßnahmen gibt die Steuereinheit eine Information über die Höhe des Gesichts beziehungsweise Gesichtsfelds an die Verfahreinheit, woraufhin der Schlitten mit dem Bildschirm als Nutzeranzeige, dem Aufnahmesensor und dem Aufnahmeobjektiv auf die Höhenlage des Gesichts beziehungsweise Gesichtsfelds derartig angepasst wird, wobei eine anhand einer durch die Augen gebildete Achse festgestellte, frontale Kopfhaltung der Person für die Aufnahmeposition der Kamera zu Grunde gelegt wird.
Bei Übereinstimmung der Parameter wird mit Hilfe des Aufnahmesensors und dem Aufnahmeobjektiv ein Bild aufgenommen, das in den entsprechenden Steuereinrichtungen analysiert wird.
Wenn das Bild die vorgegebenen Kriterien erfüllt, wird das Verfahren beendet, anderenfalls wird das Verfahren mit dem erstgenannten Schritt fortgesetzt so lange, bis alle geforderten Kriterien erfüllt sind.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung werden ausschließlich das aufgenommene Gesicht beziehungsweise Gesichtsfeld als Objekt und daraus ableitbare Kriterien, wie die Bildschärfe, die Ausleuchtung, der Kontrast, die Homogenität der Lichtverteilung im Gesicht, die Kopfhaltung der Gesichtsausdruck und teilweise Gesichtsabdeckungen, wie eine Brille, Haare oder eine Kopfbedeckung, verwendet.
Dabei werden die Parameter der regelbaren Einrichtung, wie die Einstellung der Kamera- und Nutzeranzeigenhöhe, die Belichtungszeiten der Kamera, die Objektivfokusblende und Objektivfokusbrennweite sowie die Digitalsensorverstärkung (Gain) und zusätzliche Beleuchtung kombiniert und in der zugehörigen Auswerteeinheit verarbeitet.
Von Bedeutung dabei ist, dass die aufzunehmende Person auf Grund der bisher aufgenommenen Bildsequenzen mittels der als Bildschirm ausgebildeten Nutzeranzeige über ihr optisches Verhalten informiert wird, um möglichst schnell eine hinreichend gute beziehungsweise optimale Aufnahme zu erzielen.
Dazu wird die Person entsprechend angewiesen, wie zum Beispiel: „Schauen sie frontal in die Kamera”, „Treten sie bitte einen Schritt zurück”, „Stehen sie still”, Schließen sie den Mund”, „Nehmen sie die Brille ab” oder „Nehmen sie eine neutrale Gesichtshaltung ein”.
Von Vorteil bei dem Verfahren ist, dass die aufzunehmende Person nicht mit Verhaltensanweisungen überlastet, sondern kontextabhängig bedient wird.
Wenn zum Beispiel bei der Person ein geöffneter Mund festgestellt wird, der jedoch für ein hinreichendes oder optimales Bild ungeeignet ist, erhält die Person die Anweisung „Schließen sie den Mund”.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnungen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
1 eine schematisch stark vereinfachte Darstellung einer Einrichtung gemäß der Erfindung und
2 das Ablaufschema des Verfahrens gemäß der Erfindung.
In der 1 der Zeichnung ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet.
Die Einrichtung 1 weist eine in einem Rahmen 2 mit einem Gehäuse 3 angeordnete Verfahreinheit 4 mit einem Schlitten 5, der an einer Führungseinrichtung 6 in überwiegend vertikaler Richtung und innerhalb einer vorgegebenen Strecke mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung begrenzt verfahrbar ist.
An der Führungseinrichtung 6 ist in einer geeigneten Halterung 7 eine Bildschirmeinrichtung, beispielsweise ein Monitor 8 angeordnet, der im Bereich des vorgegebenen Verfahrwegs der Führungseinrichtung 6 in seiner Höhe verschiebbar ist.
In einem zeichnungsgemäß oberhalb des Monitors 8 dargestellten Bereich ist in einer geeigneten Position an der Verfahreinheit 6 ein Steuersensor 9 angeordnet, der mit einem in dessen Nähe ebenfalls an der Verfahreinheit 6 angeordneten Steuerobjektiv 10, einem Aufnahmesensor 11 und einer Kamera 12 mit einem integrierten Aufnahmeobjektiv 13 in elektrischer Verbindung steht.
Bei der Einrichtung 1 gemäß vorliegender Erfindung ist von Bedeutung, dass die Kamera 12 mittig und in einem möglichst geringen Abstand oberhalb des Monitors 8 angeordnet ist. In einer Baugruppe beziehungsweise einem Teil der Einrichtung 1 ist ferner eine Sprachausgabeeinheit 14 vorgesehen, die gemäß der hier beschriebenen Ausführung beispielsweise in der Verfahreinheit 4 integriert ist.
Die Einrichtung 1 weist außerdem eine Gerätesteuereinrichtung 15 auf, die zur Steuerung aller Komponenten der Einrichtung 1 eingesetzt und daher in entsprechender Weise mit diesen elektrisch verbunden ist.
Wie aus der Zeichnung des Weiteren erkennbar ist, ist in einem vergleichsweise geringen Abstand von beispielsweise einem Meter senkrecht gegenüber der Einrichtung 1 ein virtueller Aufnahmeraum 16 vorgesehen.
Der virtuelle Aufnahmeraum 16 ist durch einen Raum einer nicht näher definierten Höhe gebildet, der sich zeichnungsgemäß über einem beispielsweise quadratischen und Seitenlängen von etwa einem Meter aufweisenden Flächenabschnitt 17 erstreckt, auf dem etwa mittig und gegenüber der Einrichtung 1 eine Markierung 18 angeordnet ist.
Der virtuelle Aufnahmeraum 16 ist für einen vergleichsweise kurzzeitigen Aufenthalt einer bestimmten Person 19 vorgesehen, die in der Zeichnung sehr abstrakt und stehend dargestellt ist und einen Körper 20, Füße 21 und einen Kopf 22 mit einem Gesicht beziehungsweise Gesichtsfeld 23 aufweist.
Die Person 19 ist gemäß der vorliegenden Ausführung auf dem Flächenabschnitt 17 so dargestellt, dass sich die Füße 21 an der Markierung 18 befinden und das Gesicht beziehungsweise Gesichtsfeld 23 mit einer rechnerisch ermittelten Augenlinie 24 der Einrichtung 1 zugewandt ist.
Die Einrichtung 1 ist ferner mit einem Beleuchtungsmittel 25 zur Ausleuchtung des aufzunehmenden Bildes sowie mit einer Ausgabeeinrichtung 26 für die Ausgabe eines aufgenommenen Bildes versehen.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird nachfolgend der Ablauf des Verfahrens kurz beschrieben.
Wie aus den 1 und 2 erkennbar ist, betritt zur Durchführung des Verfahrens zunächst eine vorbestimmte Person 19 den virtuellen Aufnahmeraum 16, mit dem Ziel dass sich die Füße 21 an der Markierung 18 befinden und sich das Gesicht beziehungsweise Gesichtsfeld 23 frontal senkrecht gegenüber der Einrichtung 1 und dem Bildschirm 8 befindet und in dieser Stellung vergleichsweise ungezwungen stehen bleibt.
In dieser Position wird mit Hilfe des Steuersensors 9 anhand vorgegebener Wertegrößen zunächst die Lage beziehungsweise Höhe des Gesichts beziehungsweise des Gesichtsfelds 23 mittels Gesichtsmusterdetektion ermittelt.
Dazu wird der Schlitten 5 in eine solche Stellung entlang der Führungseinrichtung 6 verfahren, bis sich die aus dem realen Augenabstand ermittelte, horizontale Augenlinie 24 der Person in gleicher Position und senkrecht gegenüber dem mit dem Schlitten 5 in gleicher Weise verstellten Aufnahmeobjektiv 13 befindet.
In dieser Stellung beziehungsweise Position des Gesichtsfelds 23 und festgestellter Übereinstimmung mit den vorgegebenen Daten wird das Gesichtsfeld 23 von der Kamera 12 aufgenommen und das Bild gespeichert bzw. einer entsprechenden Verwendung zugeführt.
Bei festgestellter Nichtübereinstimmung der geforderten Qualitätsmerkmale allerdings muss der Ablauf zur Abbildung wiederholt werden, wozu die Person 19 selektive Hinweise von der Einrichtung 1 erhält und entsprechend der Hinweise handeln muss.
Die Einrichtung 1 ist schließlich mit einem entsprechenden Beleuchtungsmittel 25 ausgestattet, welches in Abhängigkeit von den jeweiligen Bedingungen und Erfordernissen gesteuert wird.
Eine Ausgabeeinheit 26 ist schließlich für die Ausgabe eines jeweils aufgenommenen Bildes mit der Einrichtung 1 verbunden.
Damit nicht nur stehende und Erwachsenengröße betreffende Personen 19 von den Sensoren 9 und 11 erfasst werden können, sondern auch Kinder oder beispielsweise eine in einem Rollstuhl sitzende Person, ist die Verfahreinheit 4 entlang der Führungseinrichtung 6 auch entsprechend diesen vorhandenen Situationen beziehungsweise Größen in ihrer Höhe verfahrbar.

1: Einrichtung zur Bilderfassung
2: Rahmen
3: Gehäuse
4: Verfahreinheit
5: Schlitten
6: Führungseinrichtung
7: Halterung
8: Bildschirm; Monitor
9: Steuersensor
10: Steuerobjektiv
11: Aufnahmesensor
12: Kamera
13: Aufnahmeobjektiv
14: Sprachausgabeeinheit
15: Gerätesteuereinrichtung
16: Virtueller Aufnahmeraum
17: Flächeabschnitt
18: Markierung
19: Aufzunehmende Person
20: Körper
21: Füße
22: Kopf
23: Gesicht/Gesichtsfeld
24: Augenlinie
25: Beleuchtungsmittel
26: Ausgabeeinheit
A: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19511713 A1 [0003]
- AT 501370 B1 [0004]
- EP 1280095 B1 [0005]
- DE 9212628 U [0006]

Claims

Verfahren zur fotografischen Bilderfassung des Gesichtsfeldes einer bestimmten Person in einem virtuellen Aufnahmeraum, mit einem Gestell mit einem Bildschirm und einer Kamera zur Ermittlung und Aufnahme eines Bildes sowie Mitteln zur Ausgabe und/oder Speicherung des Bildes, dadurch gekennzeichnet, dass • die Person (19) im Aufnahmeraum (16) sich gegenüber der Kamera (12) und dem Bildschirm (8) als Nutzeranzeigeeinrichtung in einer zunächst beliebigen Anordnung/Position platziert derart, dass das Gesichtsfeld (23) im Wesentlichen frontal und beabstandet gegenüber dem Bildschirm (8) und einer steuerbaren Optik (10) der Kamera (12) positioniert und gehalten wird, • der Aufnahmeraum (16) von einem mit der Kamera (12) verbundenen Steuerobjektiv (10) erfasst und von der Steuereinheit (15) die Position des Gesichts beziehungsweise Gesichtsfelds (23) ermittelt wird, • die Position der Kamera (12) an die Position des Kopfes (22) in Bezug auf eine horizontale und durch beide Augen gebildete Augenlinie (24) und das Gesichtsfeld (23) durch eine definierte Verstellung der Kamera (12) angepasst wird, • bei übereinstimmender Lage des ermittelten Gesichtsfelds (23) und der Kamera (12) das Gesichtsfeld (23) von der Kamera (12) fotografisch aufgenommen wird, • das Bild des Gesichtsfelds (23) hinsichtlich optisch definierter Kriterien mit vorgegebenen verallgemeinerten gesichtsbiometrischen Qualitätsmerkmalen verglichen wird, • das Ergebnis des Vergleichs ausgewertet wird, • wobei ausschließlich im Gesichtsfeld (23) die Bildschärfe und Bildausleuchtung, der Kontrast, die Homogenität der Lichtverteilung, die Kopf- beziehungsweise Gesichtshaltung, der Gesichtsausdruck und ferner verdeckte Bereiche des Gesichtsfelds (23) als Qualitätsmerkmale berücksichtigt werden, • bei Feststellung unzureichender Qualitätsmerkmale in bisherigen Aufnahmen die Position des Gesichts (23) und oder den Gesichtsausdruck und oder die Kopfhaltung gegenüber der Kamera (12) entsprechend zu korrigieren ist solange, bis das Gesichtsfeld (23) die vorgegebenen Qualitätsmerkmale erfüllt, • bei Erfüllung der Qualitätsmerkmale das Gesicht beziehungsweise Gesichtsfeld (23) fotografisch endgültig abgelichtet wird und • das endgültig abgelichtete Gesichtsfeld (23) beziehungsweise Gesicht als Ist-Bilddatei einer Auswerteeinrichtung zugeführt, dort ausgewertet und abrufbar gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die optischen Kriterien eine Anzahl von Begriffen bzw. Begriffsgruppen vorgesehen und phonetischen in einer Speicheranordnung gespeichert werden, wobei in Abhängigkeit von den ermittelten Ist-Qualitätsmerkmalen des Gesichtsfeldes (23) eine entsprechende Ausgabe oder mehrere entsprechende Ausgaben an eine phonetische Ausgabeeinrichtung (Sprachausgabeeinheit) und oder an den Bildschirm (8) als Nutzeranzeigeeinrichtung als jeweilige Anweisung an die Person (19) zur Korrektur der Ist-Qualitätsmerkmale für vorgegebene Soll-Qualitätsmerkmale des Gesichtsfelds (23) gegenüber der Kamera (12) vermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Qualitätsmerkmale verdeckte Bereiche gewertet werden, wie Brillen, tief sitzende Kopfbedeckungen, auch ins Gesicht gefallene Haare, und oder andere auch temporär vorhandenen Körper wie Augenklappen oder Hände entstehen oder entstanden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Definition des virtuellen Aufnahmeraums (16) der Augenabstand der aufzunehmenden Person (19) in Pixeln gemessen wird, der mittels realem Augenabstand zwischen 5,8 cm und 7,2 cm beträgt und auf reale Koordinaten umgerechnet wird, wobei anhand der ermittelten Umrechnungsparameter für den Augenabstand und der gemessenen Position des Kopfes (22) festgestellt wird, dass sich der Kopf (22) beziehungsweise das Gesichtsfeld (23) im Aufnahmeraum (16) befindet.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer an einem Gestell angeordneten Halterung (7) für den Bildschirm (8) eine entsprechende Kamera (12) mit einem Aufnahmeobjektiv (13) als Aufnahmeeinrichtung unmittelbar oberhalb des Bildschirms (8) angeordnet ist, wobei die Kamera (12) mit wenigstens einem extern angeordneten Aufnahmesensor (11), einem optionalen Beleuchtungsmittel (25) und einer optionalen Sprachausgabeeinheit (14) sowie mit einer Gerätesteuereinrichtung einer Rechen- und Speicheranordnung (15) verbunden ist, in welcher der virtuelle Aufnahmeraum (16) definiert vorgegeben und gespeichert ist.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprachausgabeeinheit (14) und die Gerätesteuer- beziehungsweise Speicheranordnung (15) mit einer als Lautsprecher ausgebildeten, phonetischen Ausgabeeinrichtung verbunden sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (16) durch eine am Boden vorgesehenen Flächenabschnitt (17) fixierte Markierung (18) für eine optimale/maßgebliche Position der Person (19) gegenüber dem Aufnahmeobjektiv (13) der Kamera (12) definiert ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (7) an einer horizontal und vertikal bewegbaren Führungseinrichtung (6) angeordnet und die Kamera (12) zusätzlich schwenkbar gelagert ist.