Αναγνώριση ψυχοσωματικής κατάστασης προσώπου με τη χρήση θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας
Authors: Κουκίου Γεωργία 
Published: September 2021

Στη Διδακτορική Διατριβή εξετάζεται η δυνατότητα διαπίστωσης κατάστασης μέθης με τη χρήση θερμικών υπέρυθρων εικόνων του προσώπου. Η ιδέα στηρίζεται στο γεγονός ότι το δίκτυο των αιμοφόρων αγγείων του προσώπου θα παρουσιάζει σε κατάστασης μέθης αυξημένη δραστηριότητα. Η διαπίστωση αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει σε ένα αυτόματο σύστημα αναγνώρισης μεθυσμένων, το οποίο θα χρησιμοποιείται από τις αρχές ως ένα πρώτο στάδιο για την διαπίστωση μέθης πριν το άτομο εξεταστεί με το αλκοολόμετρο ή με ανάλυση αίματος. Ωστόσο, οι περισσότερες δημοσιεύσεις στη βιβλιογραφία αναφέρονται μόνο σε συστήματα ελέγχου μέθης που τοποθετεί η αυτοκινητοβιομηχανία στα οχήματα και τα οποία χρησιμοποιούν σήματα από τη καρδιά ή τον εγκέφαλο. Στην εκπόνηση της διδακτορικής χρησιμοποιήθηκαν υπέρυθρες εικόνες οι οποίες αποκτήθηκαν με τη βοήθεια της θερμικής υπέρυθρης κάμερας Thermo Vision Micron/A10 (18mm, πρέπει F/1.6) της εταιρείας FLIR. Το εύρος λειτουργίας της θερμικής υπέρυθρης κάμερας είναι από 7.5 έως 13.0 μm. Σαράντα ένα άτομα κατανάλωσαν αλκοόλ με συντεταγμένο τρόπο για να δημιουργηθεί η βάση δεδομένων (http://www.physics.upatras.gr/sober/). Στη διδακτορική διατριβή εφαρμόστηκαν επτά διαφορετικές προσεγγίσεις για να γίνει ο έλεγχος, εάν οι εικόνες υπέρυθρων μπορούν να αποκαλύψουν την κατάσταση μέθης. Στα κεφάλαια 1-3 δίνονται εισαγωγικές έννοιες για τους παθητικούς θερμικούς αισθητήρες για τη συμπεριφορά του δέρματος στο θερμικό υπέρυθρο καθώς και αναλυτικά στοιχεία για την συμπεριφορά του ανθρώπου στο αλκοόλ. Στο τέταρτο κεφάλαιο, για την αναγνώριση μεθυσμένων χρησιμοποιήθηκαν οι θερμικές τους εικόνες και ως διάνυσμα χαρακτηριστικών απλά σημεία σε διαφορές θέσεις πάνω στο πρόσωπο των εθελοντών. Μέσω εφαρμογής της Fisher Linear Discriminant Analysis μειώθηκε ο χώρος των χαρακτηριστικών από είκοσι σε δύο διαστάσεις. Ο χώρος των χαρακτηριστικών εύκολα διαχωρίζεται σε δυο περιοχές, την "νηφάλια" και την "μεθυσμένη". Στο κεφάλαιο 5, μελετήθηκαν οι θερμοκρασιακές διαφορές που παρουσιάζονται στις περιοχές του προσώπου κατά την κατανάλωση αλκοόλ. Σύμφωνα με αυτή την προσέγγιση δεν είναι απαραίτητο να έχουμε την θερμική εικόνα του ατόμου στην νηφάλια κατάσταση. Για παράδειγμα, μόνο η θερμική εικόνα του μεθυσμένου είναι χρήσιμη για να εκτιμήσουμε την κατάστασή του, καθώς για παράδειγμα η θερμοκρασία της μύτης στον μεθυσμένο είναι πάντα πιο υψηλή από την θερμοκρασία του μετώπου. Στο κεφάλαιο 6, για την αναγνώριση των μεθυσμένων, μελετήθηκε η δραστηριότητα των αιμοφόρων αγγείων του προσώπου. Αυτή η προσέγγιση στηρίζεται στο γεγονός, ότι τα αιμοφόρα αγγεία του προσώπου παρουσιάζουν μεγαλύτερη δραστηριότητα και επιπλέον κάποια από αυτά εμφανίζονται πιο φωτεινά όταν το άτομο καταναλώνει αλκοόλ. Στο έβδομο κεφάλαιο, η αναγνώριση των μεθυσμένων διερευνήθηκε μέσω της εφαρμογής νευρωνικών δικτύων στις θερμικές υπέρυθρες εικόνες των προσώπων τους. Οι μεγάλες νευρωνικές δομές επιτυγχάνουν υψηλότερη απόδοση στην αναγνώριση μεθυσμένων όταν εφαρμόζονται σε ολόκληρο το πρόσωπο. Τέλος, οι μικρές νευρωνικές δομές επιτυγχάνουν πάνω από 90% όταν εφαρμόζονται μόνο στο μέτωπο. Στο όγδοο κεφάλαιο, μελετήθηκαν εκτενώς ισοθερμικές περιοχές στο πρόσωπο του νηφάλιου και του μεθυσμένου. Οι ισοθερμικές περιοχές στο πρόσωπο αλλάζουν με την κατανάλωση ποσότητας αλκοόλ. Στο ένατο κεφάλαιο, μελετήθηκε η κατανομή της θερμοκρασίας στα μάτια. Ο σκληρός χιτώνας και η ίριδα του ματιού βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία όταν το άτομο είναι σε νηφάλια κατάσταση. Στην περίπτωση του μεθυσμένου, η ίριδα γίνεται σκοτεινότερη, πράγμα που σημαίνει ότι η θερμοκρασία του σκληρού χιτώνα έχει αυξηθεί. Στο δέκατο κεφάλαιο, εφαρμόστηκαν οι διαδικασίες Markov με σκοπό να διαχωριστεί το πρόσωπο του μεθυσμένου. Ένα ηλεκτρονικό σύστημα εφοδιασμένο με μια κάμερα θερμικού υπερύθρου μπορεί να ενσωματώνει μια από τις προτεινόμενες μεθόδους και να υποδεικνύει στην αστυνομία σε ποιους θα πρέπει να γίνει οπωσδήποτε έλεγχος με αλκοολόμετρο ή με εξέταση αίματος. Όλες οι μέθοδοι είναι μη-επεμβατικές (non-invasive) και ταχύτατες. Στο ενδέκατο κεφάλαιο, πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός τράπεζας φίλτρων ταχύτητας.