HRP20100451A2 - Zrgb aparatura za dualnu detekciju - Google Patents

Abstract

Ovim izumom se rješava problem istovremenog paralelnog gledanja u dva različita dijela elektromagnetskog spektra: vidnog područja (400 nm do 700 nm) i bliskog infracrvenog NIR (Near InfraRed) područja (800 nm do 1000 nm). ZRGB aparatura za dualnu detekciju se sastoji od jednog digitalnog fotoaparata s zaslonom u RGB standardu i drugog prerađenog digitalnog fotoaparata, povezanog s prvim, s zaslonom za NIR područje - Z slika. Konstrukcija zajedničkog postolja omogućuje pomicanje po tri osi da bi se ugodilo Z promatranje s paralelnim RGB promatranjem što je bitno za bliske i udaljenije objekte kao i za međusobnu kalibraciju. Uz upotrebu Z markera na objektu moguće je unaprijediti ugađanje dvaju slika i preklapanje RGB piksela na Z piksel istih adresnih pozicija. Aparatura omogućava detekciju steganografske slike ugrađene s Infraredesign metodom kao i snimanje slika parova ili potpuno samostalnih slike radi arhiviranja i buduće analize. Stvorila se mogućnost lagane prijenosne detekcije Infraredesign zaštite na tekstilnim proizvodima, farmaceutskim proizvodima, svim vrstama zaštićenih pakiranja i vrhunskim sigurnosnim dokumentima od putovnice, osobne karte pa sve do novčanica. S aparaturom se unapređuje autentifikacija umjetničkih djela. Ona se mogu arhivirati u Z i RGB zapisu i naknadnim integracijskim algoritmima reproducirati u posebnim katalozima s autentifikacijskim karakteristikama. Korist ZRGB aparature je i u detekciji zaštite reprodukcije portreta sa sigurnosnim portretom na zaštitnim dokumentima za autentifikaciju ljudi. Tada se na carinama, policijskim postajama i drugim mjestima autentifikacije ljudi može zabilježiti, odvojeno i istovremeno, vidljiva slika sprijeda na dokumentu kao RGB slika i sakrivena slika profila osobe u otisnutoj slici kao Z slika.

Description

Područje tehnike

Prema Međunarodnoj klasifikaciji patenata predmet izuma može se klasificirati slijedećim oznakama:

G03B 15/00 – Posebni postupci pri fotografiranju; Pripadni uređaji

G03B 19/02 – Fotoaparati

G03B 33/00 – Fotografija u boji, različita od one dobivene običnim osvjetljenjem

Tehnički problem i rješenje tehničkog problema za koje se zahtijeva zaštita

Ovim izumom se rješava problem istovremenog paralelnog gledanja u dva različita dijela elektromagnetskog spektra: vidnog područja (400 nm do 700 nm) i bliskog infracrvenog NIR (Near InfraRed) područja (800 nm do 1000 nm). Postoje mnogi uređaji koji mogu neovisno gledati u NIR području u takozvanim noćnim modovima rada (Night Vision) ili specijalističkim skanerima s barijernim NIR filtrima, ali ne postoji efikasni prijenosni sistem za paralelno istovremeno gledanje u vidnom i NIR području u jednom geometrijskom položaju. U mnogim domenama ljudskog posla postoji potreba za istovremeno promatranje i bilježenje vidnog i NIR područja od medicine do sigurnosne zaštite dokumenata ili autentifikacije umjetničkih dijela.

Glavni tehnički problem koji imaju postojeći uređaji za NIR gledanje je nepostojanje dva neovisna CCD polja s time da je jedan zadužen za prikaz i bilježenje RGB slike vidnog dijela spektra i drugi za prikaz i bilježenje odziva u NIR dijelu spektra kao Z slike s ciljem savršenog preklapanja piksela dvaju slika s istih adresa. Istovremeno promatranje na takav način je preduvjet za odluku promatrača da li će htjeti zabilježiti RGB i Z sliku u memoriji radi arhiviranja za naknadnu analizu ili trenutačnu eksperimentalnu činjenicu.

Rješenje tehničkog problema je stvaranje ZRGB aparature za dualnu detekciju koja se sastoji od jednog digitalnog fotoaparata s zaslonom u RGB standardu pomičnog po osi rotacije i drugog digitalnog fotoaparata, povezanog s prvim preko zajedničkog postolja, s Z odzivom u NIR bliskom infracrvenom području pomičnog po preostale dvije osi. U projektiranoj aparaturi Z digitalni fotoaparat je po karakteristikama rezolucije (CCD polje) i optike identičan RGB aparatu samo što je prerađen sa NIR filtrom tako da je njegovo CCD polje obasjano samo s NIR odzivom koji se bilježi kao Z slika.

U takvom željenom istovremenom promatranju postoje tehnički problemi koji proizlaze iz uvjeta promatranja i same konstrukcije zajedničkog postolja. Konstrukcija zajedničkog postolja nije nikad savršena ili zbog mogućeg korištenja različitih materijala u finalnoj izvedbi postolja ili nemogućnosti održavanja početnih uvjeta u položaju tokom životnog vijeka korištenja sustava. Zbog toga se na strani Z kamere ugrađuje mogućnost pomicanja njene spojne točke po dvije osi, a na strani RGB kamere mogućnost rotacije spojne točke po jednoj osi. Na taj način korisnik može ugoditi promatranje i fotografiranje Z slike u odnosu na RGB sliku iz prve kamere bez obzira da li vrši promatranje objekata na većim ili manjim daljinama ili mu izvedba zajedničkog postolja ne omogućava početno povoljno preklapanje RGB i Z slike u prostoru. Da bi se taj problem još tehnički bolje riješio priređene su četiri skupine markera klasificirane zbog svojih dvostrukih svojstava odziva u vidljivom i NIR području: tamni RGB zapis i tamni Z zapis, tamni RGB zapis i svijetli Z zapis, svijetli RGB zapis i tamni Z zapis, svijetli RGB zapis i svijetli Z zapis.

U procesima provjere autentičnosti sigurnosnih dokumenata s Infraredesign tehnikom zaštite postoji tehnički problem traženja pozicije ugrađene zaštitne informacije. Na ovaj način osoba može cijelo vrijeme paralelno promatrati u istom kadru zaštitni dokument u vidljivom dijelu spektra i NIR dijelu spektra. U željenom trenutku može se izvršiti digitalno fotografiranje RGB slike i Z slike. Takvi parovi slika mogu ići u arhivu krivotvorina ili se s njima mogu stvarati baze originala za buduće autentifikacije dokumenata.

Stanje tehnike

Danas postoje mnogi uređaji koji se mogu koristiti za promatranje u NIR dijelu spektra. To je najviše zasluga razvoja CCD tehnologije koja se masovno koristi u svim vrstama digitalnih fotoaparata i kamera. Infracrvene (IC) kamere koriste se za detekciju infracrvenog dijela elektromagnetskog spektra zračenja. IC spektar se dijeli na 3 dijela prema CIE (The International Commision on Illumination): IR-A 700 nm–1400 nm, IR-B 1400 nm–3000 nm i IR-C 3000 nm–1 mm. Područje IR-A se smatra bliskim infracrvenim područjem (NearIR) kao osnovni dio spektra za promatranje u ovom sustavu (Slika 1). Definirano područje je od 750 nm do 1075 nm. Kraj područja razmatranja spektralnih karakteristika od interesa je 1075 nm zbog toga što su CCD senzori bazirani na siliciju i njegovim spojevima limitirani s gornjom valnom duljinom od 1100 nm gdje im relativna osjetljivost pada na nulu. Nova tehnika zaštite Infraredesign (IRD) se implementira za detekciju u području od 800 nm do 1000 nm. IRD područje je itekako od interesa za ovu inovaciju jer će se pojednostaviti i usavršiti sustav i način detekcije.

Na slici 1 je također označeno područje koje koriste klasični digitalizatori kroz RGB filtre u današnjim digitalnim fotoaparatima koji imaju ugrađen IR filter za osvjetljavanje CCD-a samo s valnim duljinama ispod 700 nm.

U današnjim digitalnim fotoaparatima i kamerama CCD polja osjetljiva su, osim na vidljivi dio spektra i na širi, oku nevidljivi dio spektra. U konstrukcijama IC kamera, odnosno fotoaparata, razlikujemo dva tipa kamera: kamere sa IC izvorištem i kamere bez IC izvorišta. Osnovna razlika je što prvi tip (kamere sa IC diodama) zahtijevaju potpuni mrak vidljivog dijela spektra, dok drugi tip zahtijeva što više elektromagnetskog zračenja, jer se ne oslanja na refleksiju umjetnog IC izvorišta. Današnje stanje tehnike u obliku klasifikacije spektralnih karakteristika izvorišta svjetala, klasifikacije spektralnih karakteristika optičkih filtera, te na kraju spektralnih karakteristika CCD senzora prikazano je na slici 2. Iz tih karakteristika naznačen je presjek onih izvorišta infracrvenog svjetla, onih filtera i onih CCD senzora koji imaju najbolju karakteristiku za promatranje u NIR području spektra. Te karakteristike uvelike ovise o raznim tehnologijama proizvodnje, te o vrsti upotrijebljenih materijala za proizvodnju premaza na filterima, vrsti poluvodičkog elementa za izvorišta svjetla, te načinu proizvodnje samog CCD senzora. Na slici 2 presjekom je prikazana povoljna konstrukcija kamere koja sadrži I1 ili I2 filter, F1, F2 ili F3 CCD senzor te B2, B3 i u nekim slučajevima C1 infracrveno izvorište svjetla.

Kratak opis crteža

Slika 1. Prikaz elektromagnetskog spektra i područja od interesa

Slika 2. Presjek klasifikacija IC izvorišta svjetla, IC filtera i CCD senzora

Slika 3. Konstrukcija ZRGB digitalnog sustava

Slika 4. 4 eksperimentalna rezultata upotrebe ZRGB digitalnog sustava.

Izlaganje suštine izuma i detaljan opis najmanje jednog od načina ostvarivanja izuma

Ovaj izum omogućuje istovremeno paralelno promatranje i fotografiranje neke scene ili objekta u vidljivom odnosno NIR dijelu spektra. Sustav se sastoji od dva digitalna fotoaparata međusobno povezana preko postolja. Jedan digitalni fotoaparat je podešen u klasičnom RGB standardu pa ga nazivamo RGB aparatom, a drugi je prerađen za jednokanalno gledanje Z odziva u NIR području i nazivamo ga Z aparatom. U predloženom sustavu Z digitalni fotoaparat se preradi tako da mu se uklanja klasičan zaštitni infracrveni filter koji ne propušta više od 650 nm i ubacuje se I2 filter (slika 2) koji je dovoljan za C1 – izvorište svjetla koji predstavlja dnevno svjetlo koje sadržava dovoljnu količinu NIR elektromagnetskog zračenja u sebi, a pogotovo ako se koristi bolji infracrveni izvor. Bilo koja druga kombinacija u označenom presjeku na slici 2 će odgovarati potrebama željene detekcije.

Tako konstruiran sustav može proizvesti dvije uparene RGB i Z slike koje se mogu koristiti za daljnju analizu. U sustavu je Z digitalni fotoaparat po karakteristikama CCD polja i optike identičan RGB aparatu samo što je prerađen sa NIR filtrom tako da je njegovo CCD polje obasjano samo s NIR odzivom koji se bilježi kao Z slika. Dobiveni slikovni par RGB i Z je tako identičan po broju piksela u retcima i stupcima. To je od velike važnosti ako se želi što veće preklapanje RGB i Z informacije u slučaju kada želimo izvršiti programsku analizu slikovnog para piksla.

Z digitalni fotoaparat ima mogućnost pomicanja po dvije osi za ugađanje Z snimke s paralelnim RGB digitalnim fotoaparatom koji se može rotirati po trećoj osi što je osobito bitno za paralelno istovremeno promatranje i snimanje bliskih i udaljenih objekata i za korekciju nesavršenih međusobnih početnih pozicija RGB aparata i Z aparata na zajedničkom postolju (slika 3). RGB kamera se rotira (γ) dok se Z kamera ugađa preko dva stupnja slobode (α i β).

Ugađanje se vrši preko tri stupnja slobode uz paralelno gledanje na dva zaslona, a za vrhunsko preklapanje koriste se četiri seta markera koji se koriste ovisno o dvostrukom svojstvu promatranog fizičkog objekta. Zbog toga što se markeri moraju jasno razlikovati u odnosu na pozadinu na koju se stavljaju, njihov se odabir prilikom markiranja gleda paralelno na RGB i Z zaslonu i bira između ovih kombinacija: tRGBtZ marker - tamni RGB zapis i tamni Z zapis, tRGBsZ marker - tamni RGB zapis i svijetli Z zapis, sRGBtZ marker - svijetli RGB zapis i tamni Z zapis, sRGBsZ marker - svijetli RGB zapis i svijetli Z zapis.

Praktičnost ZRGB aparature za dualnu detekciju je postignuta što je konstrukcija lako prenosiva i neosjetljiva na rastavljanja i slučajna savijanja jer se uvijek paralelno promatranje brzo ugađa s tri stupnja slobode. U isto vrijeme se svaka kamera može ujedno koristiti potpuno nezavisno za pojedinačna promatranja i snimanja.

Postupak upotrebe izuma se sastoji od ovih osnovnih faza:

1. Uključe se RGB kamera i Z kamera;

2. Kroz zaslon RGB kamere odabire se željeni kadar, a paralelno se na Z kameri vidi NIR odziv. Ugađanje kadra jedne i druge kamere za promatranje udaljenijih i bližih objekata se može raditi preko tri osi na čistoj vizualnoj osnovi;

3. Ako se želi ugoditi Z kadar na RGB kadar za potrebe savršenog preklapanja moraju se na objekt pričvrstiti markeri da budu uočljivi posebno u RGB prikazu i posebno u Z prikazu što se postiže prikladnim odabirom iz četiri klase markera;

4. Ugađanjem tri osi vrši se dodatno kadriranje Z kamere da svi markeri budu što bliže pocijama RGB kamere

5. Okidanje RGB i Z kamere i stvaranje Z i RGB slike na zasebnim memorijama

Industrijska primjena izuma

Mogućnost promatranja i bilježenje dvostruko i istovremeno u RGB i NIR području potrebno je u mnogim područjima ljudskog rada i istraživanja. Dvostruko gledanje i arhiviranje RGB i Z digitalnog zapisa potrebno je u području medicinskih istraživanja kao i u istraživanja prirode od biljaka do životinjskog svijeta.

Stvaranjem takve aparature omogućava se detekcija steganografske slike ugrađene s Infraredesign metodom. U procesu autentifikacije originala ili krivotvorine se može cijelo vrijeme paralelno promatrati u istom kadru zaštitni dokument u vidljivom dijelu spektra i NIR dijelu spektra. U željenom trenutku može se izvršiti digitalno fotografiranje RGB slike i Z slike. Takvi parovi slika mogu ići u arhivu krivotvorina ili se s njima mogu stvarati baze originala za buduće autentifikacije dokumenata.

Stvorila se mogućnost lagane prijenosne autentifikacije postojanja ili nepostojanja Infraredesign zaštite na tekstilnim proizvodima, farmaceutskim proizvodima, svim vrstama zaštićenih pakiranja i vrhunskim sigurnosnim dokumentima od putovnice, osobne karte pa sve do novčanica.

ZRGB aparatura za dualnu detekciju unapređuje autentifikaciju umjetničkih djela. Danas je rašireno kvalitativno ocjenjivanje razlike jedne umjetničke slike od druge ili originala od krivotvorine na temelju infracrvenog odziva. S ovom aparaturom će se moći istraživati kvantitativno ocjenjivanje razlike kao novog područja istraživanja umjetničkih djela jer nas zanima razlika RGB i Z vrijednosti za isti pozicionirani piksel što otvara mogućnost utvrđivanja korelacije između RGB i Z varijablama na cijeloj digitaliziranoj sceni.

Ovakva aparatura otvara potpuno nove inovacijske mogućnosti reprodukcije slika pomoću piksel para stvorenog iz isto pozicionirajućih RGB i Z piksela. To bi bila reprodukcija RGB slike na Z sliku. Umjetničke slike mogu se arhivirati u Z i RGB zapisu i naknadnim integracijskim algoritmima reproducirati u posebnim katalozima s autentifikacijskim karakteristikama.

Primjena ZRGB aparature je i u detekciji zaštite reprodukcije portreta sa sigurnosnim portretom na zaštitnim dokumentima. Tada se na carinama, policijskim postajama i drugim mjestima autentifikacije ljudi može zabilježiti, odvojeno i istovremeno, vidljiva slika sprijeda na dokumentu kao RGB slika i sakrivena slika profila osobe u otisnutoj slici kao Z slika (NIR odziv).

Na slici 4. su prikazana četiri eksperimentalna rezultata upotrebe ZRGB digitalnog sustava. ZRGB par na slici a prikazuje primjer promatranja flore i faune. U primjeru b vidimo upotrebu aparature prilikom detekcije ugrađene Infraredesign (IRD) zaštite na službenom dokumentu. Na c primjeru je demonstrirana detekcija ugrađenog zaštitnog profila portreta u originalan anfas portret. Na zadnjem d primjeru vidimo upotrebu prilikom autentificiranja originala umjetničke slike. U kutevima RGB i Z slike vide se tragovi markera za podešavanje.

Claims (6)

1. ZRGB aparatura za dualnu detekciju, naznačena time, što se ta aparatura sastoji od jednog digitalnog fotoaparata s zaslonom u RGB standardu pomičnog po osi rotacije i drugog digitalnog fotoaparata pomičnog po dvije osi, povezanog s prvim, za zapis Z vrijednosti u NIR bliskom infracrvenom području.

2. ZRGB aparatura za dualnu detekciju prema 1. zahtjevu, naznačena time, da je pomoću nje omogućeno paralelno istovremeno gledanje i istraživanje u vidnom i NIR području s mogućnošću digitalnog fotografiranja iste scene što daje dvije uparene RGB i Z slike.

3. ZRGB aparatura za dualnu detekciju prema 1. i 2. zahtjevu, naznačena time, da je Z digitalni fotoaparat prerađen tako da mu se uklanja klasičan zaštitni infracrveni filter koji ne propušta više od 650 nm i ubacuje se I2 filter koji je dovoljan za filtriranje dnevnog svjetla koji sadržava dovoljnu količinu NIR elektromagnetskog zračenja u sebi, a pogotovo uz upotrebu boljeg infracrvenog izvora.

4. ZRGB aparatura za dualnu detekciju prema 1., 2. i 3. zahtjevu, naznačena time, da je konstrukcija zajedničkog postolja takova da Z digitalni fotoaparat ima mogućnost pomicanja po dvije osi (α i β) za ugađanje Z snimke s paralelnim RGB digitalnim fotoaparatom koji se rotira po trećoj osi (γ) za promatranje bliskih i udaljenih objekata i za korekciju nesavršenih međusobnih početnih pozicija RGB i Z aparata.

5. ZRGB aparatura za dualnu detekciju prema 1., 2., 3. i 4. zahtjevu, naznačena time, da se s upotrebom posebno priređenih Z markera na fizičkom predlošku ili sceni može omogućiti ciljano preklapanja RGB piksela i Z piksela na istoj adresnoj poziciji slike ugađanjem preko tri stupnja slobode što omogućuje konstrukcija postolja.

6. ZRGB aparatura za dualnu detekciju prema 1., 2., 3., 4. i 5. zahtjevu, naznačena time, da se stvaranjem takve aparature omogućava detekcija steganografske slike sakrivene s Infraredesign metodom s mogućnošću digitalnog snimanja, arhiviranja i autentifikacije kao i razvoj nove metode reprodukcije RGB slike na Z sliku.