Contact lens classification by using segmented lens boundary features

Recent studies have shown that the wearing of soft lens may lead to performance degradation with the increase of false reject rate. However, detecting the presence of soft lens is a non-trivial task as its texture that almost indiscernible. In this work, we proposed a classification method to identify the existence of soft lens in iris image. Our proposed method starts with segmenting the lens boundary on top of the sclera region. Then, the segmented boundary is used as features and extracted by local descriptors. These features are then trained and classified using Support Vector Machines. This method was tested on Notre Dame Cosmetic Contact Lens 2013 database. Experiment showed that the proposed method performed better than state of the art methods

Proof-of-Concept

Biometry is an area in great expansion and is considered as possible solution to cases where high authentication parameters are required. Although this area is quite advanced in theoretical terms, using it in practical terms still carries some problems. The systems available still depend on a high cooperation level to achieve acceptable performance levels, which was the backdrop to the development of the following project. By studying the state of the art, we propose the creation of a new and less cooperative biometric system that reaches acceptable performance levels.A constante necessidade de parâmetros mais elevados de segurança, nomeadamente ao nível de autenticação, leva ao estudo biometria como possível solução. Actualmente os mecanismos existentes nesta área tem por base o conhecimento de algo que se sabe ”password” ou algo que se possui ”codigo Pin”. Contudo este tipo de informação é facilmente corrompida ou contornada. Desta forma a biometria é vista como uma solução mais robusta, pois garante que a autenticação seja feita com base em medidas físicas ou compartimentais que definem algo que a pessoa é ou faz (”who you are” ou ”what you do”). Sendo a biometria uma solução bastante promissora na autenticação de indivíduos, é cada vez mais comum o aparecimento de novos sistemas biométricos. Estes sistemas recorrem a medidas físicas ou comportamentais, de forma a possibilitar uma autenticação (reconhecimento) com um grau de certeza bastante considerável. O reconhecimento com base no movimento do corpo humano (gait), feições da face ou padrões estruturais da íris, são alguns exemplos de fontes de informação em que os sistemas actuais se podem basear. Contudo, e apesar de provarem um bom desempenho no papel de agentes de reconhecimento autónomo, ainda estão muito dependentes a nível de cooperação exigida. Tendo isto em conta, e tudo o que já existe no ramo do reconhecimento biometrico, esta área está a dar passos no sentido de tornar os seus métodos o menos cooperativos poss??veis. Possibilitando deste modo alargar os seus objectivos para além da mera autenticação em ambientes controlados, para casos de vigilância e controlo em ambientes não cooperativos (e.g. motins, assaltos, aeroportos). É nesta perspectiva que o seguinte projecto surge. Através do estudo do estado da arte, pretende provar que é possível criar um sistema capaz de agir perante ambientes menos cooperativos, sendo capaz de detectar e reconhecer uma pessoa que se apresente ao seu alcance.O sistema proposto PAIRS (Periocular and Iris Recognition Systema) tal como nome indica, efectua o reconhecimento através de informação extraída da íris e da região periocular (região circundante aos olhos). O sistema é construído com base em quatro etapas: captura de dados, pré-processamento, extração de características e reconhecimento. Na etapa de captura de dados, foi montado um dispositivo de aquisição de imagens com alta resolução com a capacidade de capturar no espectro NIR (Near-Infra-Red). A captura de imagens neste espectro tem como principal linha de conta, o favorecimento do reconhecimento através da íris, visto que a captura de imagens sobre o espectro visível seria mais sensível a variações da luz ambiente. Posteriormente a etapa de pré-processamento implementada, incorpora todos os módulos do sistema responsáveis pela detecção do utilizador, avaliação de qualidade de imagem e segmentação da íris. O modulo de detecção é responsável pelo desencadear de todo o processo, uma vez que esta é responsável pela verificação da exist?ncia de um pessoa em cena. Verificada a sua exist?ncia, são localizadas as regiões de interesse correspondentes ? íris e ao periocular, sendo também verificada a qualidade com que estas foram adquiridas. Concluídas estas etapas, a íris do olho esquerdo é segmentada e normalizada. Posteriormente e com base em vários descritores, é extraída a informação biométrica das regiões de interesse encontradas, e é criado um vector de características biométricas. Por fim, é efectuada a comparação dos dados biometricos recolhidos, com os já armazenados na base de dados, possibilitando a criação de uma lista com os níveis de semelhança em termos biometricos, obtendo assim um resposta final do sistema. Concluída a implementação do sistema, foi adquirido um conjunto de imagens capturadas através do sistema implementado, com a participação de um grupo de voluntários. Este conjunto de imagens permitiu efectuar alguns testes de desempenho, verificar e afinar alguns parâmetros, e proceder a optimização das componentes de extração de características e reconhecimento do sistema. Analisados os resultados foi possível provar que o sistema proposto tem a capacidade de exercer as suas funções perante condições menos cooperativas

Soft lens detection in iris image using lens boundary analysis and pattern recognition approach

Recent studies have demonstrated that the soft lens wearing during iris recognition has indicated the increase of false reject rate. It denies the strong belief that the soft lens wearing will cause no performance degradation. Therefore, it is a necessity for an iris recognition system to be able to detect the presence of soft lens prior to iris recognition. As a first step towards soft lens detection, this study proposed a method for segmenting the soft lens boundary in iris images. However, segmenting the soft lens boundary is a very challenging task due to its marginal contrast. Besides, the flash lighting effect during the iris image enrolment has caused the image to suffer from inconsistent illumination. In addition, the visibility condition of the soft lens boundary may be discerned as a bright or dark ridge as a result of the flash lighting. Three image enhancement techniques were therefore proposed in order to enhance the contrast of the soft lens boundary and to provide an even distribution of intensities across the image. A method called summed-histogram has been incorporated as a solution to classify the visibility condition of the soft lens boundary automatically. The visibility condition of the ridge is used to determine the directional directive magnitude by the ridge detection algorithm. The proposed method was evaluated with Notre Dame Contact Lens Detection 2013 database. Results showed that the proposed method has successfully segment the soft lens boundary with an accuracy of over 92%

On Generative Adversarial Network Based Synthetic Iris Presentation Attack And Its Detection

Human iris is considered a reliable and accurate modality for biometric recognition due to its unique texture information. Reliability and accuracy of iris biometric modality have prompted its large-scale deployment for critical applications such as border control and national identification projects. The extensive growth of iris recognition systems has raised apprehensions about the susceptibility of these systems to various presentation attacks. In this thesis, a novel iris presentation attack using deep learning based synthetically generated iris images is presented. Utilizing the generative capability of deep convolutional generative adversarial networks and iris quality metrics, a new framework, named as iDCGAN is proposed for creating realistic appearing synthetic iris images. In-depth analysis is performed using quality score distributions of real and synthetically generated iris images to understand the effectiveness of the proposed approach. We also demonstrate that synthetically generated iris images can be used to attack existing iris recognition systems. As synthetically generated iris images can be effectively deployed in iris presentation attacks, it is important to develop accurate iris presentation attack detection algorithms which can distinguish such synthetic iris images from real iris images. For this purpose, a novel structural and textural feature-based iris presentation attack detection framework (DESIST) is proposed. The key emphasis of DESIST is on developing a unified framework for detecting a medley of iris presentation attacks, including synthetic iris. Experimental evaluations showcase the efficacy of the proposed DESIST framework in detecting synthetic iris presentation attacks

Análise de propriedades intrínsecas e extrínsecas de amostras biométricas para detecção de ataques de apresentação

Orientadores: Anderson de Rezende Rocha, Hélio PedriniTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Os recentes avanços nas áreas de pesquisa em biometria, forense e segurança da informação trouxeram importantes melhorias na eficácia dos sistemas de reconhecimento biométricos. No entanto, um desafio ainda em aberto é a vulnerabilidade de tais sistemas contra ataques de apresentação, nos quais os usuários impostores criam amostras sintéticas, a partir das informações biométricas originais de um usuário legítimo, e as apresentam ao sensor de aquisição procurando se autenticar como um usuário válido. Dependendo da modalidade biométrica, os tipos de ataque variam de acordo com o tipo de material usado para construir as amostras sintéticas. Por exemplo, em biometria facial, uma tentativa de ataque é caracterizada quando um usuário impostor apresenta ao sensor de aquisição uma fotografia, um vídeo digital ou uma máscara 3D com as informações faciais de um usuário-alvo. Em sistemas de biometria baseados em íris, os ataques de apresentação podem ser realizados com fotografias impressas ou com lentes de contato contendo os padrões de íris de um usuário-alvo ou mesmo padrões de textura sintéticas. Nos sistemas biométricos de impressão digital, os usuários impostores podem enganar o sensor biométrico usando réplicas dos padrões de impressão digital construídas com materiais sintéticos, como látex, massa de modelar, silicone, entre outros. Esta pesquisa teve como objetivo o desenvolvimento de soluções para detecção de ataques de apresentação considerando os sistemas biométricos faciais, de íris e de impressão digital. As linhas de investigação apresentadas nesta tese incluem o desenvolvimento de representações baseadas nas informações espaciais, temporais e espectrais da assinatura de ruído; em propriedades intrínsecas das amostras biométricas (e.g., mapas de albedo, de reflectância e de profundidade) e em técnicas de aprendizagem supervisionada de características. Os principais resultados e contribuições apresentadas nesta tese incluem: a criação de um grande conjunto de dados publicamente disponível contendo aproximadamente 17K videos de simulações de ataques de apresentações e de acessos genuínos em um sistema biométrico facial, os quais foram coletados com a autorização do Comitê de Ética em Pesquisa da Unicamp; o desenvolvimento de novas abordagens para modelagem e análise de propriedades extrínsecas das amostras biométricas relacionadas aos artefatos que são adicionados durante a fabricação das amostras sintéticas e sua captura pelo sensor de aquisição, cujos resultados de desempenho foram superiores a diversos métodos propostos na literature que se utilizam de métodos tradicionais de análise de images (e.g., análise de textura); a investigação de uma abordagem baseada na análise de propriedades intrínsecas das faces, estimadas a partir da informação de sombras presentes em sua superfície; e, por fim, a investigação de diferentes abordagens baseadas em redes neurais convolucionais para o aprendizado automático de características relacionadas ao nosso problema, cujos resultados foram superiores ou competitivos aos métodos considerados estado da arte para as diferentes modalidades biométricas consideradas nesta tese. A pesquisa também considerou o projeto de eficientes redes neurais com arquiteturas rasas capazes de aprender características relacionadas ao nosso problema a partir de pequenos conjuntos de dados disponíveis para o desenvolvimento e a avaliação de soluções para a detecção de ataques de apresentaçãoAbstract: Recent advances in biometrics, information forensics, and security have improved the recognition effectiveness of biometric systems. However, an ever-growing challenge is the vulnerability of such systems against presentation attacks, in which impostor users create synthetic samples from the original biometric information of a legitimate user and show them to the acquisition sensor seeking to authenticate themselves as legitimate users. Depending on the trait used by the biometric authentication, the attack types vary with the type of material used to build the synthetic samples. For instance, in facial biometric systems, an attempted attack is characterized by the type of material the impostor uses such as a photograph, a digital video, or a 3D mask with the facial information of a target user. In iris-based biometrics, presentation attacks can be accomplished with printout photographs or with contact lenses containing the iris patterns of a target user or even synthetic texture patterns. In fingerprint biometric systems, impostor users can deceive the authentication process using replicas of the fingerprint patterns built with synthetic materials such as latex, play-doh, silicone, among others. This research aimed at developing presentation attack detection (PAD) solutions whose objective is to detect attempted attacks considering different attack types, in each modality. The lines of investigation presented in this thesis aimed at devising and developing representations based on spatial, temporal and spectral information from noise signature, intrinsic properties of the biometric data (e.g., albedo, reflectance, and depth maps), and supervised feature learning techniques, taking into account different testing scenarios including cross-sensor, intra-, and inter-dataset scenarios. The main findings and contributions presented in this thesis include: the creation of a large and publicly available benchmark containing 17K videos of presentation attacks and bona-fide presentations simulations in a facial biometric system, whose collect were formally authorized by the Research Ethics Committee at Unicamp; the development of novel approaches to modeling and analysis of extrinsic properties of biometric samples related to artifacts added during the manufacturing of the synthetic samples and their capture by the acquisition sensor, whose results were superior to several approaches published in the literature that use traditional methods for image analysis (e.g., texture-based analysis); the investigation of an approach based on the analysis of intrinsic properties of faces, estimated from the information of shadows present on their surface; and the investigation of different approaches to automatically learning representations related to our problem, whose results were superior or competitive to state-of-the-art methods for the biometric modalities considered in this thesis. We also considered in this research the design of efficient neural networks with shallow architectures capable of learning characteristics related to our problem from small sets of data available to develop and evaluate PAD solutionsDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação140069/2016-0 CNPq, 142110/2017-5CAPESCNP

Biometric Systems

Because of the accelerating progress in biometrics research and the latest nation-state threats to security, this book's publication is not only timely but also much needed. This volume contains seventeen peer-reviewed chapters reporting the state of the art in biometrics research: security issues, signature verification, fingerprint identification, wrist vascular biometrics, ear detection, face detection and identification (including a new survey of face recognition), person re-identification, electrocardiogram (ECT) recognition, and several multi-modal systems. This book will be a valuable resource for graduate students, engineers, and researchers interested in understanding and investigating this important field of study

IRDO: Iris Recognition by Fusion of DTCWT and OLBP

Iris Biometric is a physiological trait of human beings. In this paper, we propose Iris an Recognition using Fusion of Dual Tree Complex Wavelet Transform (DTCWT) and Over Lapping Local Binary Pattern (OLBP) Features. An eye is preprocessed to extract the iris part and obtain the Region of Interest (ROI) area from an iris. The complex wavelet features are extracted for region from the Iris DTCWT. OLBP is further applied on ROI to generate features of magnitude coefficients. The resultant features are generated by fusing DTCWT and OLBP using arithmetic addition. The Euclidean Distance (ED) is used to compare test iris with database iris features to identify a person. It is observed that the values of Total Success Rate (TSR) and Equal Error Rate (EER) are better in the case of proposed IRDO compared to the state-of-the art technique