Распознавание по ушной раковине используя вейвлеты
Авторы: M. Ali, M. Y. Javed and A. BasitПеревод: Дырул А. И.
Источник http://digital.liby.waikato.ac.nz/conferences/ivcnz07/papers/ivcnz07-paper16.pdf
Аннотация
Ухо - новичок в биометрических методах идентификации. Различные методы идентификации по ушам использовались для улучшения существующих алгоритмов. В продолжение этих усилий, предлагается новый метод распознавания. Изображение уха вырезаются вручную из фотографии. После этого вейвлет-преобразование используется для извлечения функции и использования евклидова расстояния. Результаты, достигнутые с помощью предложенного метода показали вероятность распознавания до 0,94.Введение
Биометрия является наукой, в которой лицо является основой физиологических особенностей или поведенческих характеристик [1]. Физиологический характеристики включают в себя отпечатки пальцев, радужную оболочку (сканирование сетчатки), сканирование лица, термограмма лица, отпечаток ладони, ухо и т. д. в то время как поведенческие характеристики состоят из опознания походки, запаха, распознания голоса и проверки подписи. Результаты полученые в области биометрии при помощи одного или нескольких средств показывают, что биометрические методы являются гораздо более точными, чем традиционные методы.Другие, чем точность, всегда были определенные проблемы, которые остаются связанными с существующими традиционных методов. В качестве примера рассмотрим собственность и знания. Оба они могут быть распространены, украдены, забыты, скопированы и.т.д. Однако опасность сводится к минимуму в случае использования биометрических средств [2].
Биометрия используется во всех типах системы безопасности. В связи с развитием технологий атак, возникает необходимость поиска новых средства для использования в качестве автономного устройства или приложения совместно с существующими системами. Для того, чтобы создать новый класс в биометрии, необходимо, чтобы выполнялось условие универсальности и особенности для каждого человека. Также эти условия не должны изменяться с течением времени[3]. Очевидно, что уши отвечают всем требованиям, что делает их приемлимыми для использования в биометрии. Ухо имеет ряд биометрических преимуществ перед лицом: сокращение пространственное разрешение, более равномерное распределение цветов и меньшая зависимость к выражению и ориентации лица.
В данной работе для идентификации человека по уху используются вейвлеты.
Остальная часть работы организована следующим образом. В втором разделе "История темы и похожие работы" описываются работы связанные с идентификацией по уху. Третий раздел включает в себя предварительную обработку в соответствии с разделом четыре. В разделе пять представленые результаты и замечания, в шестом разделе сделаны выводы.
История темы и похожие работы
Ухо было впервые использовано для идентификации личности Iannarelli [4], который использовал ручной метод для выявления изображений ушей. Были изучены более 10.000 образцов ушей, чтобы доказать своеобразие уха. Структура уха радикально не изменяеться с течением времени. В медицинской литературе [4] содержится информация, что ухо растет равномерно после первых четырех месяцев со дня рождения и изменения не происходят в возрасте от 8 до 70. Виктор и др.[5] и Чжан и др.. [6] использовали собственное ухо для идентификации. Полученные результаты были различными в обоих случаях. Результаты Чанг показывают никакой разницы при использовании уха или лица найдено было,а результаты Виктора показали, что использование ушей хуже сказывается на результате чем лицо. В соответствии с мнением Чанга , разница в результате может быть связана с использованием различного качества изображений. Морено и др.. [2] использовали двухмерные изображения ушей с тремя подходами нейронных сетей (Борда, Байеса, Весовые байесовской комбинации) для признания. В работе использовалось 6 изображений из 28 человек, верная работа алгоритма была зарегистрирована в 93% случаев. Чен и др. [7] исследовали двухитерационный алгоритм на 30 испытуемых с использованием их 3D изображения уха, которые были вручную обработаны. Результаты показали 2 несоответствия из 60 изображений.Методика предпринятая для распознавания уха показана на рис.1. Основными блоками являются блоки предварительной обработки, выделения признаков, подготовки кадров и соответствия. Подробная информация приведена в следущих разделах.
Рис.1 Шаги предлагаемого метода
Предварительная обработка
Изображения с серьгами и другими артефактами и окклюзиями с волосками не были обработаны в этой исследовательской работе. Каждое изображение прошло следующие шаги до функции обработки.- Изображение уха вырезается вручную из полного изображения головы человека.
- вырезанное изображение изменяется.
- Цветное изображение преобразуется в оттенки серого
изображения.
ряд особенностей от каждого изображений, все изображения имели фиксированный размер 64 * 64 пикселей. Каждое изображение было преобразовано из RGB в градации серого (или в оттенки серого). На рис.2 показано изображение на последем этапе предварительной обработки.демонстрирует выход в конце предварительном этапе. Рис 2 (a) показывает, реальное изображение в базе данных, вырезанное изображение показано на рисунке 2 (b). Рисунок 2 (с) и рис 2 (d) являются измененый размер и обсцвеченный соответственно.
Рис.2 (a)Изображение в базе данных (b)Вырезанное изображение (c) сжатое изображение (d) Обесцвеченное изображение
Выделение признаков и сопоставление
После нормализации изображения уха, следующим шагом является
функция выделения. Новой техники осуществляется для функции выделения с
использованием вейвлет-преобразования Хаара [9]. Вейвлет
Хаара второго уровня применяется для изображения и
приближении коэффициентов второго уровня сохраненных в векторную
строку. Этот вектор имеет размер 256 байт, что и требуется для
обработки изображения уха.
Эти векторы используются для проверочной базы данных. В процессе обучения,берутся номера изображений, а затем функция вектора каждого образа сохраняется в подготовленную базу данных наряду с средним числом подготвливаемых изображений. Для соответствия, вектор тестового изображения рассчитывается используя евклидово расстояние для всех обученных векторов. Изображения соотвествующие минимальному значению евклидова расстояния совпадали с образом при рассмотрении.
Набор из 32 людей был использован для проведения экспериментов имеющих шесть и более изображений каждого. Рис. 3 показывает, результаты ряда учебных изображений против правильного распознавания. Как видно из рисунка, если число учебных изображений увеличивается, то увеличивается и распознавание изображения признание скорости. Для двух учебных изображений, правильность распознавания достигает 78,5%, а если система имеет три тренирочных изображения изображения, то точность составляет 84,2%.
Рис.3 Скорость распознавания
Аналогичным образом, когда число учебных
изображений равно четырем,
правильность распознавания составляет 90,2% , в то время как оно
доходит до 94,3%, число обучающих изображений должно равняться пяти.
Время затраченное на подготовку трех изображений из набора составляет
3,8 секунд, в то время она увеличилась до 4,8 секунды и 6,1 секунд для
подготовки данных с четырьмя и пятью изображениями соответственно.
Учебного времени для полного набор из 32 людей колеблется от 2,8 до 6,1
секунд в то время как и признание время для полного набора изображения
варьируется от 7,5 до 9,1 секунд, соответственно, как показано на Рис.
4.
Рис.4 Время анализа
Изображения, используемые в этой
экспериментальной работы без вращения.
В будущей работе, уха изображения будут ориентированы на же положении,
в предварительном этапе. Ожидается, что этот процесс повысит результаты
распознавания. Теперь результаты будут сравнены с работы другим
исследователем в том же поле, используя различные методы. Результаты
получены с использованием предлагаемого метода лучше, чем аль Морено и
др.. [2]. его результат дал 93%, тогда как наш метод правильного
распознавания составил 94,3%. Аналогично с работой Чена. [7] Чена
получает два неправильных изображения из 60 (т.е. 96,6%). Скорость
выше, потому что число изображения, используемых в его эксперименте
были намного меньше.
[2] Moreno, B., Sanchez, A., Velez, J., F., “On the Use of Outer Ear Images for Personal Identification in Security Applications”, IEEE 33rd Annual International Carnahan Conference on Security Technology, pp. 469-476, 1999.
[3] Jain, A., Hong, L., Pankati, S., “Biometric Identification”, Communications of the ACM, vol. 43, No. 2, pp. 91-98, 2000.
[4] Iannarelli, A., in: “Ear Identification”, Paramont Publishing, 1989.
[5] Victor, B., Bowyer, K., and Sarkar, S., “An Evaluation of Face and Ear Biometrics,” Proc. 16th Int’l Conf. Pattern Recognition, pp. 429- 432, 2002.
[6] Chang, K., Bowyer, K. and Barnabas, V., “Comparison and Combination of Ear and Face Images in Appearance-Based Biometrics,” IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 25, pp. 1160-1165, 2003.
[7] Chen, H., and Bhanu, B., “Contour Matching for 3D Ear Recognition”, Proc. Seventh IEEE Workshop Application of Computer Vision, pp. 123-128, 2005.
[8] Http:\\www.UNDBiometricsDatabase.htm, 2005
[9] Burrus, C., Gopinath, R., and Guo, H., “Introduction to Wavelets and Wavelet Transforms”, Prentice Hall, New Jersy, 1998
Эти векторы используются для проверочной базы данных. В процессе обучения,берутся номера изображений, а затем функция вектора каждого образа сохраняется в подготовленную базу данных наряду с средним числом подготвливаемых изображений. Для соответствия, вектор тестового изображения рассчитывается используя евклидово расстояние для всех обученных векторов. Изображения соотвествующие минимальному значению евклидова расстояния совпадали с образом при рассмотрении.
Экспериментальные результаты и обсуждение
Предложенный подход реализован в MATLAB 7.0 на компьютере с 1,6 ГГц процессором Intel и 256 Мб ОЗУ. В экспериментах использовались изображения из базы данных ушей университета Нотр-Дам[8] . База данных содержит в общей сложности 464 изображения с разрешением 1200 * 1600 пикселей, содержащая 114 пациентов с ухом с видом сбоку и углом обзора от -90 и -75.Набор из 32 людей был использован для проведения экспериментов имеющих шесть и более изображений каждого. Рис. 3 показывает, результаты ряда учебных изображений против правильного распознавания. Как видно из рисунка, если число учебных изображений увеличивается, то увеличивается и распознавание изображения признание скорости. Для двух учебных изображений, правильность распознавания достигает 78,5%, а если система имеет три тренирочных изображения изображения, то точность составляет 84,2%.
Рис.3 Скорость распознавания
Рис.4 Время анализа
Выводы
Ухо совсем недавно стало пользоваться популярностью среди ученых занимающихся биометрией. В данной работе новый метод распознавания человека предлагается на основе изображений человеческого уха с использованием вейвлет-преобразования. Изображения ушей обрезаны вручную и изменяется до фиксированного размера путем преобразования в оттенки серого. После этого используется вейвлета Хаара преобразование второго уровня используется для извлечения функция из изображения. База данных используется для обучения и классификации. Она основана на использовании евклидового расстояния. Полученные результаты сопоставлены с рание проведенными работами.Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить г-н Saqib Masood за его ценные предложения. Мы также выражаем благодарность научно-исследовательской лаборатории в университете Нотр-Дам за предоставление биометрических данных по e запросу.Список литературы
[1] Basit, A., Javed, M. Y. and Anjum, M. A., “Efficient iris recognition method for human identification”, ENFORMATIKA, pp. 24-26, vol 1, 2005.[2] Moreno, B., Sanchez, A., Velez, J., F., “On the Use of Outer Ear Images for Personal Identification in Security Applications”, IEEE 33rd Annual International Carnahan Conference on Security Technology, pp. 469-476, 1999.
[3] Jain, A., Hong, L., Pankati, S., “Biometric Identification”, Communications of the ACM, vol. 43, No. 2, pp. 91-98, 2000.
[4] Iannarelli, A., in: “Ear Identification”, Paramont Publishing, 1989.
[5] Victor, B., Bowyer, K., and Sarkar, S., “An Evaluation of Face and Ear Biometrics,” Proc. 16th Int’l Conf. Pattern Recognition, pp. 429- 432, 2002.
[6] Chang, K., Bowyer, K. and Barnabas, V., “Comparison and Combination of Ear and Face Images in Appearance-Based Biometrics,” IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 25, pp. 1160-1165, 2003.
[7] Chen, H., and Bhanu, B., “Contour Matching for 3D Ear Recognition”, Proc. Seventh IEEE Workshop Application of Computer Vision, pp. 123-128, 2005.
[8] Http:\\www.UNDBiometricsDatabase.htm, 2005
[9] Burrus, C., Gopinath, R., and Guo, H., “Introduction to Wavelets and Wavelet Transforms”, Prentice Hall, New Jersy, 1998