Cross-Spectral Full and Partial Face Recognition: Preprocessing, Feature Extraction and Matching

Cross-spectral face recognition remains a challenge in the area of biometrics. The problem arises from some real-world application scenarios such as surveillance at night time or in harsh environments, where traditional face recognition techniques are not suitable or limited due to usage of imagery obtained in the visible light spectrum. This motivates the study conducted in the dissertation which focuses on matching infrared facial images against visible light images. The study outspreads from aspects of face recognition such as preprocessing to feature extraction and to matching.;We address the problem of cross-spectral face recognition by proposing several new operators and algorithms based on advanced concepts such as composite operators, multi-level data fusion, image quality parity, and levels of measurement. To be specific, we experiment and fuse several popular individual operators to construct a higher-performed compound operator named GWLH which exhibits complementary advantages of involved individual operators. We also combine a Gaussian function with LBP, generalized LBP, WLD and/or HOG and modify them into multi-lobe operators with smoothed neighborhood to have a new type of operators named Composite Multi-Lobe Descriptors. We further design a novel operator termed Gabor Multi-Levels of Measurement based on the theory of levels of measurements, which benefits from taking into consideration the complementary edge and feature information at different levels of measurements.;The issue of image quality disparity is also studied in the dissertation due to its common occurrence in cross-spectral face recognition tasks. By bringing the quality of heterogeneous imagery closer to each other, we successfully achieve an improvement in the recognition performance. We further study the problem of cross-spectral recognition using partial face since it is also a common problem in practical usage. We begin with matching heterogeneous periocular regions and generalize the topic by considering all three facial regions defined in both a characteristic way and a mixture way.;In the experiments we employ datasets which include all the sub-bands within the infrared spectrum: near-infrared, short-wave infrared, mid-wave infrared, and long-wave infrared. Different standoff distances varying from short to intermediate and long are considered too. Our methods are compared with other popular or state-of-the-art methods and are proven to be advantageous

Biometrics-as-a-Service: A Framework to Promote Innovative Biometric Recognition in the Cloud

Biometric recognition, or simply biometrics, is the use of biological attributes such as face, fingerprints or iris in order to recognize an individual in an automated manner. A key application of biometrics is authentication; i.e., using said biological attributes to provide access by verifying the claimed identity of an individual. This paper presents a framework for Biometrics-as-a-Service (BaaS) that performs biometric matching operations in the cloud, while relying on simple and ubiquitous consumer devices such as smartphones. Further, the framework promotes innovation by providing interfaces for a plurality of software developers to upload their matching algorithms to the cloud. When a biometric authentication request is submitted, the system uses a criteria to automatically select an appropriate matching algorithm. Every time a particular algorithm is selected, the corresponding developer is rendered a micropayment. This creates an innovative and competitive ecosystem that benefits both software developers and the consumers. As a case study, we have implemented the following: (a) an ocular recognition system using a mobile web interface providing user access to a biometric authentication service, and (b) a Linux-based virtual machine environment used by software developers for algorithm development and submission

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