Разработка алгоритма обнаружения лиц в защитной маске на основе методов компьютерного зрения и искусственного интеллекта

Султонов, Ансорхон Азизхонович Отделение информационных технологий (ОИТ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Цель данной работы – разработка алгоритмов и программных средств обнаружения лиц на видео-последовательности и выявления признаков наличия защитной медицинской маски на лице. Разработанный алгоритм позволяет обнаруживать лица и защитной медицинской маски на лице с помощью методы компьютерного зрения и технологий машинного обучения.

Ведение ……………………………………………………………………………………………………………14
1. Анализ предметной области ……………………………………………………………………………………………….15
1.1. Описание предметной области………………………………………………………………………………………..15
1.2. Машинное обучение ………………………………………………………………………………………………………..16
1.3. Глубокое обучение …………………………………………………………………………………………………………..16
1.4. Переобучение нейронных сетей и методы предотвращения переобучения ……………………18
1.5. Свёрточные нейронные сети …………………………………………………………………………………………..19
1.6. Системы распознавания лиц…………………………………………………………………………………………..23
1.7. Методы обнаружения лиц ……………………………………………………………………………………………….25
1.8. Метод Виолы-Джоса………………………………………………………………………………………………………..28
1.9. Методы предварительной обработки изображений ……………………………………………………….35
1.10. Методы распознавания лиц…………………………………………………………………………………………36
2. Разработка системы распознавания лиц в защитной маске ………………………………………………37
2.1. OpenCV ……………………………………………………………………………………………………………………………37
2.2. Dlib …………………………………………………………………………………………………………………………………..39
2.3. TensorFlow ……………………………………………………………………………………………………………………….40
2.4. NumPy ……………………………………………………………………………………………………………………………..40
2.5. Используемые архитектуры нейронных сетей ……………………………………………………………….41
2.6. Используемые наборы данных ……………………………………………………………………………………….43
2.7. Обработки кадров видеопотока ………………………………………………………………………………………45
3. Результаты тестирования модели ………………………………………………………………………………………49
3.1. Поворот вокруг вертикальной оси………………………………………………………………………………….53
3.2. Поворот вокруг оси Z ……………………………………………………………………………………………………..54
3.3. Критерии принятие решении модели ……………………………………………………………………………..54
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ………………………….56
4.1. Предпроектный анализ …………………………………………………………………………………………………..56
4.2. Технология QuaD…………………………………………………………………………………………………………….57
4.3. SWOT-анализ ………………………………………………………………………………………………………………….59
4.4. Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………………………………………64
4.5. Планирование управления научно-техническим проектом …………………………………………..67
4.5.1. План проекта ……………………………………………………………………………………………………………….67
4.5.2. Бюджет научного исследования ………………………………………………………………………………….69
4.5.2.1. Специальное оборудование для научных работ ………………………………………………………69
4.5.2.2. Основная заработная плата ……………………………………………………………………………………..70
4.5.2.3. Дополнительная заработная плата научно-производственного персонала …………….72
4.5.2.4. Отчисления на социальные нужды………………………………………………………………………….73
4.5.2.5. Накладные расходы …………………………………………………………………………………………………73
4.5.2.6. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского проекта …………………….74
4.6. Риски научно-исследовательского проекта ……………………………………………………………………74
4.7. Выводы по разделу «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» ……………………………………………………………………………………………………………………75
5. Социальная ответственность ……………………………………………………………………………………………..77
Введение …………………………………………………………………………………………………………………………………….77
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………………………………78
5.2. Производственная безопасность ……………………………………………………………………………………..80
5.2.1. Отклонение показателей микроклимата от нормы…………………………………………………….81
5.2.2. Недостаточная освещенность рабочей зоны ……………………………………………………………….83
5.2.3. Производственные шумы ……………………………………………………………………………………………87
5.2.4. Психофизиологические факторы ………………………………………………………………………………..88
5.2.5. Опасность поражения электрическим током ……………………………………………………………..88
5.2.6. Опасность возникновения пожара ………………………………………………………………………………89
5.3. Мероприятия и по снижению воздействия вредных производственных факторов ……….90
5.4. Экологическая безопасность …………………………………………………………………………………………..91
5.5. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………………………………92
5.6. Выводы по разделу «Социальная ответственность» ………………………………………………………94
Заключение ………………………………………………………………………………………………………………………………..95
Список использованных источников ………………………………………………………………………………………..96
Приложение А ………………………………………………………………………………………………………………………….100
Приложение Б. Исходный код процесса обучения и проверки моделей …………………………………118

Магистерская диссертация посвящена разработке методов и алгоритмов,
входящих в программный комплекс, осуществляющий распознавание
человеческих лиц с последующим выявлением признаков присутствия или
отсутствия защитной медицинской маски на лице. Данная работа реализовалась
с использованием методов машинного обучения, компьютерного зрения на
основе архитектуры искусственных нейронных сетей. Применения такой
технологии можно найти в системах контроля доступа в помещениях, контроль
доступа с помощью лиц, подсчет посещаемость групп лиц, проверка
безопасности на вокзалах и т.д. Более конкретная сфера применения данной
технологии — это обнаружение групп лиц, которые не соблюдают карантинных
мер, социальное дистанцирование и не носят защитные медицинские маски,
следовательно, разрешить или запретить им доступ в частных или
общественных местах.
С точки зрения актуальности исследования в рамках социальной
направленности результаты настоящего исследования позволят в значительной
степени упростить и ускорить процесс контроля доступа или допуска в
определенной территории или общественных местах таких как: метро,
аэропорт, университет и т.д.
В данном разделе будут рассмотрены вредные и опасные факторы,
которые оказывают влияние на рабочую деятельность персонала, рассмотрены
воздействия разрабатываемой программы на окружающую среду, исследованы
правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности при
чрезвычайных ситуациях.
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности

В результате данной работы были проведены исследования различных
алгоритмов обнаружения лиц и распознавание объектов. Был проведен анализ
актуальности разрабатываемого проекта, исследованы и изучены различные
эффективные методы и подходы, позволяющие определить правильность
получаемых результатов, а также была спроектирована система распознавания
лиц и обнаружения защитной маски на лице в видеопотоке. Данная система
использует в своей основе методы компьютерного зрения и машинного
обучения. Была рассмотрена проблема обнаружения масок, актуальная для
приложений мониторинга пандемии COVID-19. Изучены недостатки набора
данных для обнаружения масок, а также проведены эксперименты, при
проведении которых были рассмотрены: эффективность существующих
методов детектирования лиц в медицинских масках, реализации методов
распознавания, направленных на обнаружение правильно надетых масок,
качество работы существующих моделей обнаружения масок позволяющих
производить мониторинг в задаче борьбы с COVID-19.

Разработанная система может использоваться при решении различных
задач видео аналитики и имеет практическое применение в системах контроля
доступа и идентификации личности, а также для выявления лиц, нарушающих
санитарно-эпидемиологические требования.

Таким образом, поставленные задачи были полностью решены. Путем
расширения обучающей выборки более качественными изображениями и
увеличением времени обучения сверточной нейронной сети, можно добиться
высокой точности работы алгоритма. В дальнейшем планируется оптимизации
модели, в том числе путем изменения ее архитектуры.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету