Gesichtserkennung

Beschreibung Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Beobachtung von Objekten und/oder Personen, insbesondere bei Nacht, in einem Beobachtungsbereich nach den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 8.

Stand der Technik

Für gefährdete Orte, wie z.B. öffentliche Plätze, hat sich die Videoüberwachung als ein geeignetes Mittel zur Prävention von kriminellen Handlungen bewährt. Problematisch gestaltet sich die Videoüberwachung während der Dunkelheit, insbesondere, wenn verdächtige Personen über den Erfassungsbereich mehrerer Kameras hinweg verfolgt werden müssen und sich dabei in Gruppen anderer Personen bewegen.

Zur Sichtbarmachung von Gegenständen oder Personen in Dunkelheit werden allgemein Infrarotkameras, Restlichtverstärker oder Wärmebildkameras eingesetzt.

Restlichtkameras nutzen, wie der Name schon sagt, das oftmals vorhandene noch schwache Licht und verstärken es entsprechend. Dies funktioniert aber nur, wenn noch Restlicht vorhanden ist. Bei geringem Restlicht rauschen diese Geräte, so dass eine genaue Identifizierung von Personen kaum möglich ist.

Wärmebildkameras nutzen die Tatsache, dass jeder Körper über 0 Grad Kelvin eine Wärmestrahlung aussendet. Diese wird von der Kamera aufgenommen und kann in einem Falschfarbenmodus dargestellt werden. Auch hierbei ist eine genaue Gesichtserkennung schwer oder unmöglich.

Bei einer der am meisten verwendeten Infrarotkamerasysteme beleuchtet ein Infrarotstrahler einen Beobachtungsbereich, der von einer für die Infrarotstrahlung empfindlichen Kamera eingefangen wird. Der Vorteil der Infrarotstrahlung liegt in der Unsichtbarkeit für das menschliche Auge. Daher wird diese Technologie vorzugsweise für die Videoüberwachung öffentlicher Plätze bei Nacht eingesetzt. Ein weiterer Vorteil ist die dadurch verhinderte Lichtverschmutzung.

Infrarotkameras liefern jedoch nachts nur ein„Schwarz-Weißbild" des Beobachtungsbe- reichs. Nehmen wir an, eine Person verhält sich bei der Überwachung eines öffentlichen Platzes auffällig, so ist es für diese Person einfach, sich unter andere Personen zu mischen und somit leicht unterzutauchen. Tagsüber wäre es nicht so einfach, da die Person z.B. durch die Farbe der Kleidung leichter identifiziert werden kann. Probleme treten allerdings dann auf, wenn eine Identifizierung von Personen erfolgen soll. Dies ist nicht nur allgemein auf öffentlichen Plätzen der Fall, sondern z.B. auch an Bankautomaten, an denen bisher eine Videoüberwachung mit einer üblichen Kamera schon erfolgt, die Aufnahmen der den Bankautomat bedienenden Person vornimmt. Dies gilt umso mehr, wenn z.B. eine Person eine lebensechte Maske in Hauttemperatur trägt. Dies ist mit übli- chen Kameras alleine nicht mehr zu entlarven.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist die Identifizierung eines Objektes oder einer Person, insbesonde- re zur Gesichtserkennung.

Dies wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufge- führten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Au sf ü h ru ng s va ria nte n der Erfindung aufgezeigt werden. Mit der Vorrichtung ist es möglich, Objekte und/oder Personen in einem Beobachtungsbereich zu beobachten und möglichst zu identifizieren. Dazu leuchtet wenigstens ein Beleuchtungsmittel den Beobachtungsbereich mit mindestens zwei verschiedenen für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen des Lichts zeitlich nacheinander aus. Mit wenigstens einer ersten Kamera werden die von Objekten und/oder Personen im Beobachtungs- bereich infolge der Ausleuchtung entstehenden Reflexionen nach den verschiedenen Wellenlängen zeitlich hintereinander pixelweise erfasst. Wenigstens eine weitere Kamera für Tageslicht ist zudem vorgesehen, die die von Objekten und/oder Personen im Beobach- tungsbereich infolge einer Ausleuchtung mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht am Objekt und/oder Personen entstehenden Reflexionen zeitlich hintereinander pixelweise erfasst. Die jeweils erfassten Reflexionen werden in mehreren Bildspeichern abgespeichert. Mit besonderem Vorteil können die Vorrichtung und das Verfahren zur Gesichtserkennung eingesetzt werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Reflexionswerte von Gesichtern bei unterschiedlichen Infrarot-Wellenlängen im nicht sichtbaren Bereich eine Signatur des Gesichtes abbilden. Diese Reflexionswerte können vorteilhaft zur Gesichtserkennung verwendet werden. Jede Haut verhält sich unterschiedlich und ebenso bilden die Fettschichten und das Gewebe unter der Haut unterschiedliche Infrarot-Bilder. Dadurch kann eine erhöhte Sicherheit bei der Gesichtserkennung erreicht werden, insbesondere wenn auch hier pixelweise eine Verrechnung mit den sonstigen Werten für die Gesichtserkennung erfolgt. Vorzugsweise kann ein Pixel einer weiteren Kamera für Tageslicht mit entsprechend zugeordneten Pixeln von Infrarot-Lichtkameras überlagert werden, um dadurch mit höherer Sicher- heit eine Gesichtserkennung zu erreichen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise jeweils pixelweise.

Mit anderen Worten kann also z.B. im Falle der vor dem Bankautomat stehenden Person nicht nur das Bild im Sinne eines„Identifikationsfotos" wie eines Passbilds genutzt werden, es kann vielmehr eine Signatur des Gesichts durch die unterschiedlichen Reflexionswerte von Haut, Hautstruktur, Untergewebe und Fettschichten erzeugt werden, die zur zusätzlichen Identifikation des Nutzers verwendet werden kann. Durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften ergibt sich so eine spezifische Signatur des aufgenommenen Gegenstands, beispielsweise des aufgenommenen Gesichts einer Person, sozusagen ein zusätz- liches„Passbild" unter der Haut. Da das Reflexionsverhalten bis unter die Haut erkannt wird, führt dies dazu, dass auch das Gesicht hinter einer Maske noch ausgemacht werden kann. Die Sicherheit gegen Missbrauch kann also deutlich gesteigert werden.

Der Spektralbereich hat mehrere, vorzugsweise drei Frequenzen im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Bereich des Lichts. Als vorteilhaft hat sich dabei der Infrarot-Bereich und dabei vor allem der Bereich des nahen Infrarots herausgestellt, allerdings ergeben sich vergleichbare Ergebnisse auch an Hand von Reflexionswerten eines mit UV-Licht bestrahlten Objekts, Körpers oder Gesichts. Durch die Überlagerung der Pixel mit unterschiedlichem Informationsgehalt gelingt eine Verbesserung der Gesichtserkennung einer Person. Mit einer entsprechend professionellen Datenverarbeitung kann damit relativ schnell und zuverlässig ein Gesicht auch in der Masse erkannt werden.

Vorzugsweise wird das Überlagerungsbild in einer Datenbank gespeichert. Bewegt sich die Person weiter, so dass die erkannte Markierung nach einigen Sekunden sich im Bereich anderer Pixel befindet, können die aktuellen Reflexionswerte in einem mathematischen Bewertungsvorgang mit den abgespeicherten überlagerten Reflexionswerten verglichen werden. Sind sie im Wesentlichen, z. B. zu 95%, gleich, erkennt die Software dies. Das entsprechende Pixel auf dem Monitor, in dem sich einander überlagerten Informationen aus Tageslicht und nicht sichtbarem Bereich des Lichts wiederfinden, kann entsprechend herausgehoben bzw. markiert werden, zum Beispiel in kräftiger Farbe, mit einem Helligkeitswert und/oder durch eine anderweitige optische Hervorhebung. Dies erleichtert das Nachverfolgen der Bewegung einer bestimmten Person, deren Gesicht erkannt wurde, in einer Menschenmenge. Damit kann eine Person oder ein Gesicht auch innerhalb einer Gruppe von Objekten oder Personen nachverfolgt werden.

Mittels der Datenbank können den Reflexionswerten bzw. dem ermittelten Verhältnis der Reflexionswerte der für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen eine Farbe und/oder ein Helligkeitswert und/oder eine anderweitige optische Hervorhebung zugeordnet werden, die z.B. aus den Bildern der Tageslichtkamera generiert wurden. Dies macht dann Sinn, wenn z.B. ein Gesicht bereits auf einem Tagesbild erkannt wurde und nun ergänzend in der Nacht nachverfolgt werden soll.

Gute Ergebnisse haben sich in der Praxis bevorzugt dann eingestellt, wenn mittels eines Beleuchtungsmittels im Zyklus alternierend mit verschiedenen Wellenlängen sowohl im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängenbereich als auch im für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts Aufnahmen gemacht werden. Damit ergibt sich innerhalb weniger Sekundenbruchteile ein signifikantes Bild des relevanten Beobachtungsbereichs, insbesondere eine signifikante Darstellung eines Gesichts einer Per- son im Beobachtungsbereich, das allein im sichtbaren Bereich des Lichts nicht gewonnen werden kann. Mit anderen Worten kann durch die Kombination bzw. Überlagerung von Aufnahmen im sichtbaren Bereich mit Aufnahmen im nicht sichtbaren Bereich ein Informationsgehalt gewonnen werden, der gerade bei der Gesichtserkennung und ggf. auch Nachverfolgung eines Gesichts von Vorteil ist. Eine besonders vorteilhafte Lösung ergibt sich, wenn das wenigstens eine Beleuchtungsmittel das Licht mit den verschiedenen Wellenlängen ausstrahlt. Damit lässt sich eine günstige Lösung schnell und einfach umsetzen. Gerade wenn das Beleuchtungsmittel mehrere Leuchtdioden aufweist, von denen je wenigstens eine Licht mit einer der verschiedenen Wellenlängen ausstrahlt, lässt sich eine derartige Erfassung der von einem Gesicht herrührenden Reflexionen bzw. einer signifikanten Signatur eines beobachteten Gesichts äußerst günstig und auf engem Raum gut umsetzen.

Von Vorteil ist, wenn die erfindungsgemäß verwendeten, für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen des Lichts hinsichtlich Vorrichtung und Verfahren im Infrarotbereich liegen, vorzugsweise im nahen Infrarotbereich. Allerdings können auch Wellenlängen im UV-Bereich ebenso verwendet werden, um entsprechende Reflexionsverhalten und da- mit Signaturen z.B. von Hautstruktur, Untergewebe, Fettschicht und damit Gesicht zu erhalten.

In der Praxis hat sich für die Vorrichtung und das Verfahren bevorzugt Licht in einem Wellenlängenbereich von 800 nm bis 1.400 nm, besonders bevorzugt in einem Wellenlängen- bereich von 800 nm bis 1.000 nm als leicht und günstig einsetzbar erwiesen, zumal für diesen Bereich auch entsprechende Leuchtmittel leicht verfügbar sind.

Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Beobachtung von Objekten und/oder Personen in einem Beobachtungsbereich gelöst, mit den Schritten

- Ausleuchten des Beobachtungsbereichs mit mindestens zwei verschiedenen für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen des Lichts zeitlich nacheinander,

- Erfassen der von den Objekten und/oder Personen im Beobachtungsbereich infolge der Ausleuchtung entstehenden Reflexionen nach den verschiedenen Wellenlängen zeitlich hintereinander und pixelweise,

- Erfassen der von den Objekten und/oder Personen im Beobachtungsbereich infolge einer Ausleuchtung mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht entstehenden Reflexionen mit wenigstens einer weiteren Kamera für Tageslicht, die die entstehenden Reflexionen zeitlich hintereinander zusätzlich pixelweise erfasst,

- pixelweises Abspeichern der Reflexionswerte je eines mit einer der verschiedenen Wel- lenlängen und mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht beleuchteten Bildes in mehreren Bildspeichern, - Überlagern aus den in den Bildspeichern abgespeicherten Reflexionswerten der Pixel der für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen und den Reflexionswerten der Pixel der für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängen und Erzeugung eines Überlagerungsbildes zur Darstellung des erfassten Beobachtungsbereichs auf einem Monitor, insbesondere zur Gesichtserkennung einer oder mehrerer Personen im Beobachtungsbereich.

Mit besonderem Vorteil kann das Verfahren zur Gesichtserkennung eingesetzt werden. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Reflexionswerte von Gesichtern bei unterschiedlichen Wellenlängen im nicht sichtbaren Bereich, wie z.B. im Infrarot- oder UV-Bereich, eine Signatur des Gesichtes abbilden, die bei Verwendung von nur Tageslicht oder nur einer einzigen für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlänge des Lichts nicht erkannt werden kann. Diese Reflexionswerte können vorteilhaft zur Gesichtserkennung verwendet werden. Jede Haut verhält sich unterschiedlich und ebenso bilden die Fettschichten und das Gewebe unter der Haut unterschiedliche Infrarot-Bilder, was zur Erstellung einer Signatur eines Gesichts verwendet werden kann. Dadurch kann eine erhöhte Sicherheit bei der Gesichtserkennung z.B. an Bankautomaten erreicht werden, insbesondere wenn auch hier pixelweise eine Verrechnung mit den sonstigen Werten für die Gesichtserkennung erfolgt. Vorzugsweise kann ein Pixel einer Tageslichtkamera mit entsprechend zugeordneten Pi- xeln von Kameras für Wellenlängenbereiche im für das menschliche Auge nicht sichtbaren Bereich des Lichts überlagert werden, um dadurch mit höherer Sicherheit eine Gesichtserkennung zu erreichen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise jeweils pixelweise.

Durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften ergibt sich eine spezifische Signatur des aufgenommenen Gegenstands, beispielsweise des aufgenommenen Gesichts einer Person, sozusagen unter der Haut, also eine Signatur, die jede Person mit sich trägt.

Diese einzigartige und unfälschbare Signatur bietet verschiedene Anwendungsmöglichkeiten im Bereich Sicherheit an: jedes System, dass nur von berechtigen Personen gestartet oder geöffnet werden darf, kann mit einer solchen Vorrichtung entriegelt werden, z.B. beim Starten (Fig. 7a) oder Öffnen (Fig. 7b) eines PKWs, LKWs, Zugs, Flugzeugs oder weiterer Transportmittel. Das Boarding in Flughäfen oder die Kontrolle an Grenzen (Fig. 8) oder in Menschenmengen kann dank der erhöhten Sicherheit bei der Gesichtserkennung auch viel effizienter gestaltet werden.

Vorzugsweise wird das Überlagerungsbiid in einer Datenbank gespeichert. Bewegt sich die Person weiter, so dass sie nach einigen Sekunden sich im Bereich eines anderen Pixels befindet, können die aktuellen Reflexionswerte in einem mathematischen Bewertungsvorgang mit den abgespeicherten überlagerten Reflexionswerten verglichen werden. Sind sie im Wesentlichen, z. B. zu 95%, gleich, erkennt die Software dies. Das so erkannte Pixel auf dem Monitor, in dem sich die aus dem Tageslicht und aus dem nicht sichtbaren Bereich 5 des Lichts gewonnen Informationen überlagern, kann entsprechend herausgehoben bzw. markiert werden, zum Beispiel in kräftiger Farbe, mit einem Helligkeitswert und oder durch eine anderweitige optische Hervorhebung. Dies erleichtert das Verfolgen der Bewegung einer bestimmten Person, deren Gesicht erkannt wurde, in einer Menschenmenge. i o Um ein schnelles und gutes Ergebnis auch bei einer tatsächlichen Bildfolge zu erhalten, wird wenigstens ein Beleuchtungsmittel im Zyklus alternierend mit den verschiedenen Wellenlängen betrieben.

Für den konkreten Einsatzzweck einer Überwachung, insbesondere einer Gesichtserken- 15 nung, ist es von Vorteil, wenn ein Objekt am Monitor markierbar ist und die Reflexionswerte dieses Objektes in die Datenbank übernommen werden. Dies erleichtert vor allem ein Nachverfolgen auch über verschiedene Überwachungsbereiche und Netzwerke hinweg.

Ebenso ist es dafür von Vorteil, wenn Reflexionswerte aus einer übergeordneten Daten- 0 bank für die korrekte Farbdarstellung in der Nacht übernommen werden können.

Ein Nachverfolgen wird insbesondere vorteilhaft dadurch erleichtert, dass zum Erfassen der Objekte und/oder Personen im Beobachtungsbereich mehrere Kameras vorgesehen sind. Dadurch wird ein hinsichtlich der Reflexionswerte erfasstes Objekt an Hand seiner Reflexi- 5 onswerte über mehrere Kamerastandorte hinweg verfolgbar.

Für die Erfindung ist es von Vorteil, wenn eine Person und vor allem ein Gesicht nacheinander seriell mit unterschiedlichem Licht, einerseits im Wellenlängenbereich des nicht sichtbaren Lichts und andererseits im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des 0 Lichts beleuchtet wird. Ist dies nicht möglich, weil z.B. an einem Kassenautomaten das Tageslicht ohnehin vorhanden ist, so kann wechselseitig oder zusätzlich eine Beleuchtung auch mit einem Licht in einer anderen Wellenlänge erfolgen und von einer darauf abgestimmten Kamera kann das entsprechende Reflexionsverhalten erfasst werden. Die unter diesen Bedingungen gewonnenen Aufnahmen werden dann überlagert, wobei sich signifi- 5 kante Informationen z.B. über eine vor dem Bankautomat stehende Person gewinnen lassen. Werden diese Informationen dann ergänzend mit bereits über den berechtigten Nutzer vorhandenen Informationen abgeglichen, kann eine zusätzliche Authentifizierung erfolgen. Dadurch kann auch sichergestellt werden, dass eine Person mit einer lebensechten Maske als„unecht" erkannt wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschrei- bung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Kurzbeschreibung der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungs- beispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beobachtungsbereichs,

Fig. 2 die pixelweise Büderfassung.

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs,

Fig. 4a, 4b eine schematische Abbildung eines Gesichts, einmal aufgenommen im Tageslicht und einmal aufgenommen mit einer für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlänge des Lichts,

Fig. 5 eine Darstellung der Vorgehensweise der Objekterkennung im Bildspeicher, Fig. 6 ein markiertes Monitorbild,

Fig. 7a, 7b Darstellungen von Ausführungsbeispielen für Öffnung bzw. Start eines PKWs, Fig. 8 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine Identitätskontrolle an der

Grenze

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel im medizinischen Bereich, z.B. für eine Hautuntersuchung

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Allerdings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen. Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehr- zahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.

Allgemein werden für die Ausleuchtung einer Fläche Beleuchtungsmittel verwendet, die ein für das menschliche Auge nicht sichtbares Licht aussenden. Grundsätzlich kann für die vorliegende Erfindung aber auch für das menschliche Auge nicht sichtbares Licht in einem anderen Spektralbereich verwendet werden, da die erfinderische Vorgehensweise dadurch nicht beeinflusst wird. Ein Beleuchtungsmittel erzeugt dabei einen Lichtschein. Dabei kann es sich z.B. auch um eine einzige LED als Beleuchtungsmittel handeln.

Bevorzugt wird nicht sichtbares Licht im Infrarotbereich verwendet, wenngleich ebenso Licht im UV-Bereich verwendet werden kann. Eine häufig im angloamerikanischen Raum genutzte Unterteilung für Infrarotlicht ist: · nahes Infrarot (englisch: near infrared, NIR) ist kurzwellige IR-Strahlung, die sich direkt an den sichtbaren (roten) Bereich anschließt von 780 nm bis 1400 nm.

• kurzwelliges Infrarot (englisch: short wavelength, SWIR) 1 ,4 bis 3,0 μιη

• mittleres Infrarot (englisch: mid wavelength, MWIR) mit Wellenlängen von 3,0 μιτΊ bis

8 pm.

· langwelliges Infrarot (englisch: long wavelength, LWIR) 8 bis 15 μιη

• fernes Infrarot (englisch: far infrared, FIR) ist langwellige IR-Strahlung von 15 pm bis 1 mm und reicht in den Bereich der Terahertzstrahlung.

Für die Erfindung hat sich der Bereich des nahen Infrarots als vorteilhaft erwiesen, da es für diesen Bereich bereits im Handel ohne weiteres erhältliche LEDs gibt. Die Wellenlänge dieses Lichtes liegt dann z.B. in einem Bereich von 800 bis 1.400 nm, vorzugsweise im Bereich von 800 bis 1000 nm. Verwendbar sind aber auch andere Bereiche des Lichts wie z.B. im UV-Bereich. Das Licht moderner Beleuchtungsmittel, gleichgültig ob im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich oder im Infrarot- oder UV-Bereich, wird in der Regel von Leuchtdioden erzeugt, die oftmals in größeren Mengen in einem solchen Beleuchtungsmittel verbaut sind. Nun haben verschiedene Gegenstände, aber auch Personen, nicht gleiche Reflexionseigenschaften für die verschiedenen Wellenlängen. Im weißen Lichtspektrum sehen wir ein Objekt deshalb farbig. Es wird aus dem Spektrum des weißen Lichtes zum Beispiel die Wellenlänge des roten Lichts (-700 nm) reflektiert, während alle anderen Wellenlängen geschluckt werden. Trifft diese Wellenlänge unser Auge, sehen wir dies als rote Farbe. Jedes Objekt hat aber ähnliche Eigenschaften, wenn man mit einem Lichtspektrum im nicht sichtbaren Lichtbereich, wie z.B. im infraroten Lichtbereich diesen Gegenstand oder diese Person beleuchtet. Die Wellenlängen werden unterschiedlich stark reflektiert.

Für eine Gesichtserkennung wird ausgenutzt, dass die Reflexionswerte von Gesichtern bei unterschiedlichen Infrarot-Wellenlängen im nicht sichtbaren Bereich eine Signatur des Gesichtes quasi unter der Haut abbilden, wie dies schematisch die Fig. 4a, 4b zeigen. Diese Reflexionswerte können vorteilhaft zur Gesichtserkennung verwendet werden. Jede Haut und/oder Hautstruktur verhalten sich unterschiedlich und ebenso bilden die Fettschichten und Gewebe unter der Haut unterschiedliche Infrarot-Bilder. Dadurch kann eine erhöhte Sicherheit bei der Gesichtserkennung erreicht werden, insbesondere wenn auch hier pixelweise eine Verrechnung mit den sonstigen Werten für die Gesichtserkennung erfolgt. Vorzugsweise kann ein Pixel einer Tageslichtkamera mit entsprechend zugeordneten Pixeln von Infrarot-Lichtkameras überlagert werden, um dadurch mit höherer Sicherheit eine Gesichtserkennung zu erreichen. Dies erfolgt zweckmäßigerweise jeweils pixelweise.

Durch die unterschiedlichen Reflexionseigenschaften ergibt sich eine spezifische Signatur des aufgenommenen Gegenstands, beispielsweise des aufgenommenen Gesichts einer Person, d.h. sozusagen eine Signatur unter der Haut.

In den unterschiedlichen Reflexionseigenschaften ist auch in indirekter Form eine Information der ursprünglich im weißen Lichtspektrum für das menschliche Auge sichtbaren Farbe enthalten. Indirekt meint, nicht eine Wellenlänge wird besonders stark reflektiert, wie es im oben beschriebenem Beispiel bei der Farbe Rot der Fall war, sondern bei z.B. drei unterschiedlichen Wellenlängen im infraroten Bereich wird sich ein bestimmtes Reflexionsverhältnis zueinander einstellen. In diesem Reflexionsverhältnis steckt auch die Information über das eigentliche reflektierende Material wie z.B. auch die Haut eines Menschen. So reflektiert Baumwolle bei unterschiedlichen Infrarotwellenlängen in einem anderen Verhältnis wie z.B. Synthetik oder teilsynthetische Kleidung und dies gilt auch für den einzelnen Menschen, dessen Haut, Hautstruktur, Untergewebe und Fettschichten sich von anderen Menschen unterscheiden. Die Unterscheidung nicht nur nach Farbe, sondern auch nach dem Material oder Materialmix ist bei der Identifizierung einer Person durchaus vorteilhaft. Diese zuletzt beschriebenen Eigenschaften lassen Platz für weitere Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie: Die Erkennung von Kleiderbestandteile kann z.B. bei der automatischen Komfortanpassung (Temperatur, usw.) im Auto (Fig. 7a) oder im Haus verwendet werden. Die Reflexionseigenschaften der Haut, Hautstruktur, Untergewebe und Fett- schichten können auch für den medizinischen Bereich, bei der Zellen-Untersuchung von Vorteil sein (Fig. 9).

Verwendete Wellenlängen können z.B. 820 nm, 870 nm und 950 nm sein. Für diese oder ähnliche Wellenlängen werden Leuchtdioden in großen Mengen hergestellt.

Beleuchtet man nun sequentiell den Gegenstand oder das Gesicht mit wenigstens zwei, besser aber mit drei oder mehr verschiedenen Wellenlängen z.B. des infraroten Spektrums, so werden sich je nach Wellenlänge unterschiedliche Reflexionen an ein und demselben Objekt einstellen. Da Leuchtdioden ein sehr schnelles Ein- und Ausschaltverhalten haben, können in einer Sekunde nahezu beliebig viele Lichtwechsel stattfinden. Dies macht sich das hier beschriebene Verfahren zu nutze.

Im Ausführungsbeispiel sind in einem Beleuchtungsmittel 1.1 eine Anzahl Leuchtdioden 1.2, 1.3, 1.4 mit einer ersten Wellenlänge 820 nm (1.2), eine Anzahl Leuchtdioden mit einer zweiten Wellenlänge 950 nm (1.3) und eine Anzahl Leuchtdioden mit einer dritten Wellenlänge 870 nm (1.4) angebracht, die je Wellenlänge gemeinsam eingeschaltet werden können. Zur besseren Identifizierung eines Objektes 1.7 können noch weitere Wellenlängen verwendet werden, hier im Ausführungsbeispiel beschränkt es sich auf drei sequentiell ausgesendete Wellenlängen 1.6, die das Objekt 1.7 beleuchten. Auch ist es möglich, jeweils zwei oder mehr Wellenlängen zu kombinieren, um detailliertere Informationen der Reflexionseigenschaften des Objektes zu bekommen.

Mit einer üblichen Infrarotkamera als erste Kamera 1.5 wird das sequentiell mit unterschiedlicher Amplitude zurückreflektierte Licht 1.8 empfangen. Das bei einer Wellenlänge, z.B. bei 950 nm reflektierte Licht wird als Reflexionswert 2.6 des Objektes 1.7 Pixel für Pixel (A 1.1 ) bis (A...n) in einem ersten Bildspeicher A abgelegt. Dies braucht z.B. einen Zeitraum von 3 ms. Danach wird die Beleuchtungseinrichtung, d.h. die Beleuchtungsmittel 1.1 , auf eine weitere Wellenlänge von z.B. 870 nm umgeschaltet und es wird wieder ein Einzelbild in einem weiteren Bildspeicher B abgelegt. Danach erfolgt ein weiteres Umschalten z.B. auf die Wellenlänge 820 nm, das damit gewonnene Einzelbild wird in einem weiteren Bildspeicher C abgelegt. Die Anzahl der Bildspeicher ist natürlich nicht auf drei beschränkt, bei Anwendung weiterer Wellenlängen oder der parallelen Kombination der Wellenlängen zueinander als auch bei der Verwendung von Informationen einer Tageslichtkamera als weitere Kamera 11.5 kann die Anzahl der Bildspeicher erhöht werden. Letzteres erhöht die auswertbare Information über die Eigenschaften des Objektes 1.7. Wird mit anderen Wellenlängen gearbeitet, ist nur die erste Kamera 1.5 daran anzupassen, d.h. bei Verwendung von UV-Licht, muss auch die zugeordnete Kamera (das ist dann die der Infrarotkamera entsprechenden Kamera 1.5.) dazu geeignet sein, Aufnahmen in diesem Spektralbereich machen zu können.

Ebenso wird mit wenigstens einer weiteren Kamera 11.5 für Tageslicht die von den Objekten und/oder Personen im Beobachtungsbereich 1.9 infolge einer Ausleuchtung mit für das menschliche Auge sichtbarem Licht am Objekt und/oder Personen entstehenden Reflexionen 11.8 zeitlich hintereinander pixelweise erfasst. Die erste Kamera 1.5 und die weitere Kamera 11.5 können in ein Gerät integriert sein. Sie arbeiten vorzugsweise zeitversetzt, d.h. seriell.

Fig. 3 zeigt den schematischen Ablauf. Eine Steuereinheit 3.1 gibt den zeitlichen Ablauf vor. Bei Verwendung einer handelsüblichen ersten Kamera 1.5 kann diese auch die Steuereinheit bei jedem Einzelbild synchronisieren, so dass in diesem Fall keine spezielle Kamera eingesetzt werden muss und die Bildauswertung sich nur auf die Beleuchtungseinheit und die Auswertesoftware beschränkt.

Die Reflexionswerte 2.6 im Infrarotbereich und im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich werden wie beschrieben in einer Anzahl Bildspeicher A, B, C, D abgelegt. Die Reflexionswerte pro Pixel der für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen werden mit den Reflexionswerten der Pixel der für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängen überlagert, womit ein Überlagerungsbild erzeugt wird, das mittels der Monitorsteuerung 3.4 auf dem Monitor 3.5 dargestellt werden kann.

Die Reflexionswerte pro Pixel können in einer Datenbank 3.2 mit einem oder vielen vorgegebenen eingespeicherten Werten in einer Auswerteeinheit 3.3 verglichen und das Ergebnis mittels der Monitorsteuerung 3.4 z.B. als markiertes, beispielsweise farbig gekennzeichnetes Objekt an den Monitor 3.5 ausgegeben. Wurde die Berechnung der einzelnen Reflexionswerte abgeschlossen, werden die Bildspeicher A, B, C, D in einem weiteren Zyklus erneut gefüllt. Das Einlesen der Daten, also bestimmter Reflexionswerte, in die Datenbank 3.2 kann z.B. dadurch geschehen, dass eine Person am Monitor 3.5 mit dem Mauszeiger auf eine verdächtige Person klickt. Vereinfacht dargestellt in Fig. 3 mittels der Steuerung 3.7 der Datenbank 3.2 durch den Beobachter am Monitor.

Die Reflexionswerte der diversen mit der Beleuchtungseinheit sequentiell ausgesandten Wellenlängen, deren Reflexion ja spezifisch für die Fettschichten im Gesicht und gegebenenfalls auch für das Kleidungsmaterial und die (im„normalen" Licht sichtbare) Farbe sind, sowie die Reflexionswerte im für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich werden dadurch in der Datenbank 3.2 abgespeichert. Durch pixelweise Überlagerung der Reflexionswerte kann eine genaue Gesichtserkennung der Person erfolgen.

Dies wird beispielhaft für die hier insbesondere beschrieben Gesichtserkennung an Hand der Figuren 4a und 4b näher erläutert. Fig. 4a zeigt schematisch ein Gesicht, wie es bei Tageslicht durch eine Tageslichtkamera (weitere Kamera 11.5) aufgenommen wird. Deutlich sind die auch uns bekannten Gesichtszüge mit Augen, Nase, Mund und Ohren zu erkennen. Fig. 4b zeigt nun dasselbe Gesicht, jedoch aufgenommen mit einer ersten Kamera 1.5, die mit einer anderen für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlänge des Lichts arbeitet. Dafür wurde das Gesicht mit Licht dieser Wellenlänge beleuchtet, so dass eine auf den Empfang von Licht dieser Wellenlänge abgestimmte Kamera dieses Bild aufnehmen konnte. Deutlich ist zu erkennen, dass die Gesichtszüge in den Hintergrund treten, stattdessen aber Fettschichten und -polster sowie Strukturen der Haut und des Untergewebes zu Tage treten. Führt man die gleiche Aufnahme für weitere Wellenlängen des Lichts durch, ergeben sich nochmals andere Darstellungen, so dass bei entsprechender Überlagerung eine für die jeweilige Person signifikante Signatur identifizierbar wird.

Durch Datenvergleich und mathematische Bewertung der Ähnlichkeit des Reflexionsmusters kann die verdächtige Person 5.2 auf dem Monitorbild 5.3 unabhängig von herrschenden Lichtverhältnissen z.B. in greller Farbe im Vergleich zu der sonst üblichen Darstellung aller anderen Personen 5.1 gekennzeichnet bzw. markiert werden. Fig. 6 zeigt das dadurch entstehende Monitorbild, auf Grund der in einer Patentanmeldung nicht möglichen Farbdarstellung leider nur symbolhaft dargestellt.

Die Gesamtreflexion, die ja mit dem Abstand des Objektes abnimmt, wird über ein mathematisches Verhältnis vorzugsweise herausgerechnet, das bedeutet, nur die Differenzen der Reflexionswerte zueinander gehen in die Berechnung ein. Dadurch spielt der Abstand der zu überwachenden Person zur Kamera keine Rolle. Die dargestellten symbolischen Zahlenwerte in Fig. 5 stellen die bereits bereinigten Reflexionswerte dar.

Fig. 5 verdeutlicht die Vorgehensweise der Objekterkennung im Bildspeicher 4.1 (hier beispielhaft nur für die Reflexionswerte im Infrarotbereich dargestellt). In der Datenbank 3.2 befinden sich bereits die Reflexionswerte (senkrechte Reihen 4.5 4.6 und 4.7) für verschiedene Materialien (senkrechte Reihe 4.2). Diese Werte können individuell ermittelt oder auch aus einer übergeordneten Datenbank übertragen sein. Die Zahlenwerte entsprechen den Reflexionswerten. Somit ist z.B. im Bildspeicher A (senkrechte Reihe 4.2) für jedes eingespeicherte Objekt bei der gegebenen Wellenlänge ein spezifischer Reflexionswert 4.9 abgespeichert. Diese Reflexionswerte wiederholen sich in den rechts anschließenden Reihen der weiteren Pixel A(1.2), B(1.2) usw., so dass alle Reflexionswerte für ein bestimmtes Material für den Bildspeicher A gleich sind.

Die kursiv dargestellten Zahlenwerte 4.8 entsprechen den durch die erste Kamera 1.5 ermittelten aktuellen Reflexionswerten des beleuchteten Objektes. In der Darstellung in Fig. 5 sind nur die ermittelten Reflexionswerte für ein Pixel A(1.1 ) B(1.1 ) C(1.1) dargestellt. Die Reflexionswerte können selbstverständlich für ein weiteres Pixel A(1.2) B(1.2) C(1.2) anders sein, da die Kamera hierbei z.B. ein anderes Objekt erfasst hat. Die pixelweisen Informationen aus einer Tageslichtkamera werden vorzugsweise analog behandelt. Nehmen wir an, ein Beobachter am Monitor hat durch Überlagerung der Pixel aus dem Infrarotbereich und dem sichtbaren Bereich eine verdächtige Person erkannt und z.B. mit dem Mauszeiger diese Person angeklickt, so werden die durch die Kamera ermittelten aktuellen kursiv dargestellten Reflexionswerte 4.8 im Bildspeicher 4.1 abgelegt.

Nehmen wir weiter an, die Person hat sich bewegt, und nach einigen Sekunden befindet sie sich im Bereich des Pixels A (1.1 ), B(1.1 ), C(1.1 ). Die aktuellen Reflexionswerte 4.8 werden in einem mathematischen Bewertungsvorgang mit den abgespeicherten Reflexionswerten 4.9 verglichen. Sind sie im Wesentlichen, z. B. zu 95%, gleich, erkennt die Software dies (dargestellt durch das Oval 4.3 in Fig. 5) und stellt das entsprechende Pixel auf dem Monitor entsprechend herausgehoben oder markiert dar, zum Beispiel in kräftiger Farbe, mit einem Helligkeitswert und oder durch eine anderweitige optische Hervorhebung oder Markierung.

Je nach Anwendung der Software kann z.B. nur die Darstellung der verdächtigen Person oder Personen als optisch herausgehobenes oder als markiertes Objekt auf dem Monitor z.B. farbig dargestellt werden, während alle anderen Objekte nur in Grautönen zu sehen sind.

Die Möglichkeit der Objektidentifikation beschränkt sich natürlich nicht nur auf ein Objekt, es können auch mehrere Objekte in unterschiedlichen Farbtönen oder anderen optischen Heraushebungen gleichzeitig auf dem Monitor dargestellt werden. Somit können Bewegungsabläufe mehrerer Personen z.B. in Gruppen von Menschen besser bewertet werden. Durch die Überlagerung der abgespeicherten Reflexionswerte der Pixel der für das menschliche Auge nicht sichtbaren Wellenlängen mit den Reflexionswerten der Pixel der für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängen können verschiedene Personen leicht unterschieden werden. Auch muss nicht unbedingt die Erfassung verdächtiger Personen „von Hand" ausgelöst werden, dies können auch intelligente Algorithmen übernehmen.

Sollen Personen über mehrere Kamerastandpunkte hinweg observiert werden, können über ein Kameranetzwerk 3.6 die Daten der Datenbanken ausgetauscht bzw. weitergereicht werden.

Bevorzugte Einsatzbereiche ergeben sich auch dadurch, dass sich vom Objekt, von einer Person und vor allem vom Gesicht eine einzigartige und unfälschbare Signatur erstellen lässt. Dadurch ergeben sich verschiedene Anwendungsmöglichkeiten im Bereich Sicherheit: jedes System, dass nur von berechtigen Personen gestartet oder geöffnet werden darf, kann mit einer solchen Vorrichtung entriegelt werden, z.B. beim Starten (Fig. 7a) oder Öffnen (Fig. 7b) eines PKWs, LKWs, Zugs, Flugzeugs oder weiterer Transportmittel, indem z.B. eine zusätzliche Gesichtserkennung für sich oder vorzugsweise als ergänzenden Si- cherheitsmaßnahme vorgesehen wird. So kann eine Identifizierung und Authentifizierung berechtigter Personen erfolgen, nicht nur bei Fahrzeugen, sondern auch allgemein insbesondere im Bereich der Zugangsberechtigung und/oder Zugangskontrolle. Ebenso kann z.B. das Boarding in Flughäfen oder die Kontrolle an Grenzen (Fig. 8) oder in Menschenmengen dank der erhöhten Sicherheit bei der Gesichtserkennung effizienter gestaltet wer- den.

Einsatzbereiche ergeben sich aber auch auf anderem Gebiet: So kann z.B. die Erkennung von Kleiderbestandteile z.B. bei der automatischen Komfortanpassung (Temperatur, usw.) im Auto (Fig. 7a) oder im Haus verwendet werden. Die Reflexionseigenschaften der Haut, Hautstruktur, Untergewebe und Fettschichten können auch für den medizinischen Bereich, bei der Zellen-Untersuchung von Vorteil sein (Fig. 9).

Bezugszeichenliste

1.1 Beleuchtungsmittel

1.2 Leuchtdiode mit Wellenlänge 820 nm

1.3 Leuchtdiode mit Wellenlänge 950 nm

1.4 Leuchtdiode mit Wellenlänge 870 nm

1.5 erste Kamera

1.6 Sequentiell ausgesandte unterschiedliche Wellenlängen

1.7 Reflektierendes Objekt

1.8 Sequentiell mit unterschiedlicher Amplitude zurückreflektiertes Licht 2.6 Reflexionswert

3.1 Steuereinheit

3.2 Datenbank

3.3 Bewertung

3.4 Monitorsteuerung

3.5 Monitor

3.6 Kameranetzwerk

3.7 Steuerung Datenbank durch den Beobachter

4.1 Bildspeicher symbolisch

4.2 Reflexionswert für Materialien in der Datenbank (senkrechte Reihe)

4.3 im Wesentlichen als gleich erkannte Reflexionswerte

4.4 durch Beobachter abgelegte Reflexionswerte einer zu verfolgenden Person 4.5, 4.6, 4.7 Reflexionswerte für verschiedene Materialien

4.8 durch die Kamera ermittelte aktuelle Reflexionswerte

4.9 spezifischer abgespeicherter Reflexionswert

5.1 Personen auf dem Monitorbild

5.2 gekennzeichnete (verdächtige) Person auf dem Monitorbild

5.3 Monitorbild

11.5 weitere Kamera für Tageslicht

11.8 zurückreflektiertes sichtbares Licht

A erster Bildspeicher

B Bildspeicher

C dritter Bildspeicher

A(1.1 ) erstes Pixel einer Anzahl von n Pixel des Bildspeichers A

A(1.2) zweites Pixel einer Anzahl von n Pixel des Bildspeichers A

B(1.1 ) erstes Pixel einer Anzahl von n Pixel des Bildspeichers B

B(1.2) zweites Pixel einer Anzahl von n Pixel des Bildspeichers B