Гибридная система биометрической верификации водителя по изображению лица
HYBRID SYSTEM OF BIOMETRIC DRIVER VERIFICATION BY FACIAL IMAGE

Изобретение относится к оборудованию транспортных средств (ТС) с биометрической системой верификации водителя по изображению лица для целей предотвращения нелегитимного использования или кражи ТС и настройки автомобиля под профиль пользователя. Система биометрической верификации по изображению лица относится к бесконтактным средствам контроля доступа.
Известна автомобильная противоугонная система на основе биометрической идентификации (варианты) Патент RU 61 221 U1, выбранная в качестве прототипа в которой для проведения верификации используется отпечаток пальца в качестве биометрического признака. Данная система блокирует использование автомобиля в случае нелегитимного использования транспортного средства.
Недостаток этого решения в необходимости контактного воздействия пользователя с сенсорным устройством, что, не позволяет проводить верификацию скрытно от пользователя в фоновом режиме. Кроме того, данная система направлена исключительно на выполнение охранных функций, но не на подстройку автомобиля под конкретного водителя, что затрудняет ее использование в группах для сбора и анализа данных по вождению конкретного водителя.
Таким образом, анализ уровня существующих систем биометрической верификации показал, что в известных системах не решена задача бесконтактного использования данных систем в автомобилях с настройкой на множество легитимных пользователей.
Эти недостаток устраняются предлагаемым решением.
Решается задача совместного использования одного автомобиля несколькими водителями на основе проведения процедуры бесконтактной биометрической верификации по изображению лица пользователя.
Технический результат - система биометрической верификации водителя транспортного средства по изображению лица без прямого контакта между водителем и сенсорным устройством в процессе верификации с настройкой автомобиля под конкретного водителя с суммарной ошибкой первого и второго рода при верификации менее 1%.
Этот результат достигается тем, что в гибридной системе биометрической верификации водителя, состоящей из сенсора и блока биометрической идентификации в качестве биометрического признака водителя используется изображение лица, а в качестве сенсорного устройства используется видеокамера, которая снимает изображение лица с водителя и посредством сетевых интерфейсов передается на верификатор.
Использование данной системы на автомобиле обуславливает ряд особенностей. В частности, минимизация габаритов и поддержка требуемых вычислительных мощностей системы обеспечивается за счет использования одноплатного компьютера Raspberry Pi 4 Model B в качестве верификатора.
Все нейронные вычисления выполняются на ускорителе Intel Neural Compute Stick 2 (Myriad X), который соединен с Raspberry Pi 4 Model B посредством интерфейса USB 3.0. В зависимости от результатов верификации, одноплатный компьютер генерирует управляющие сигналы высокого (3.3V) или низкого (0V) напряжения на GPIO портах, которые используются для управления автомобилем через бортовой компьютер.
Одноплатный компьютер производит детектирование лица на изображении, т.е. получает координаты ограничивающей рамки лица. Для этого используются метод Виолы-Джонса и каскадные классификаторы Хаара. Затем регион изображения, в котором находится лицо, обрабатывается модифицированной искусственной нейронной сетью архитектуры Inception Resnet V1. Обработка производится на основе программного комплекса OpenVINO Deep Learning Deployment Toolkit (dldt) Inference Engine. Искусственная нейронная сеть обучена предварительно на большом тренировочном наборе данных и преобразована в специальный формат (Intermediate Representation), который поддерживается программной библиотекой Inference Engine. Задача нейронной сети - получить на входе RGB изображение, а на выходе вычислить вектор высокоуровневых признаков для него. Таким образом, на выходе искусственной нейронной сети имеем вектор из 512 вещественных чисел. Для каждого пользователя этот вектор по своему уникален, что гарантируется нейронной сетью. Два вектора для разных фотографий одного и того же пользователя не идентичны, но дистанция между ними будет небольшая (как правило, меньше 1.0). Метрикой дистанции между векторами служит косинусное расстояние (формула 1)
Формула 1. Косинусное расстояние между двумя векторами
Полученный вектор сравнивается согласно этой метрике со всеми векторами, сохраненными в базе данных. Среди полученных чисел выбирается минимальное. Если при этом, полученная величина не превышает пороговую (1.0), система рассматривает пользователя на фотографии как пользователя, которому принадлежит соответствующий вектор в базе данных.
Сочетание применяемых инструментов и технологий позволяет применять полученную систему бесконтактной биометрической верификации в автомобилях без подключения к облачным сервисам, обеспечивая суммарную ошибку первого и второго рода менее 1%.