Multimodal biometrics score level fusion using non-confidence information

Multimodal biometrics refers to automatic authentication methods that depend on multiple modalities of measurable physical characteristics. It alleviates most of the restrictions of single biometrics. To combine the multimodal biometrics scores, three different categories of fusion approaches including rule based, classification based and density based approaches are available. When choosing an approach, one has to consider not only the fusion performance, but also system requirements and other circumstances. In the context of verification, classification errors arise from samples in the overlapping region (or non- confidence region) between genuine users and impostors. In score space, a further separation of the samples outside the non-confidence region does not result in further verification improvements. Therefore, information contained in the non-confidence region might be useful for improving the fusion process. Up to this point, no attempts are reported in the literature that tries to enhance the fusion process using this additional information. In this work, the use of this information is explored in rule based and density based approaches mentioned above

Face recognition in the wild.

Research in face recognition deals with problems related to Age, Pose, Illumination and Expression (A-PIE), and seeks approaches that are invariant to these factors. Video images add a temporal aspect to the image acquisition process. Another degree of complexity, above and beyond A-PIE recognition, occurs when multiple pieces of information are known about people, which may be distorted, partially occluded, or disguised, and when the imaging conditions are totally unorthodox! A-PIE recognition in these circumstances becomes really “wild” and therefore, Face Recognition in the Wild has emerged as a field of research in the past few years. Its main purpose is to challenge constrained approaches of automatic face recognition, emulating some of the virtues of the Human Visual System (HVS) which is very tolerant to age, occlusion and distortions in the imaging process. HVS also integrates information about individuals and adds contexts together to recognize people within an activity or behavior. Machine vision has a very long road to emulate HVS, but face recognition in the wild, using the computer, is a road to perform face recognition in that path. In this thesis, Face Recognition in the Wild is defined as unconstrained face recognition under A-PIE+; the (+) connotes any alterations to the design scenario of the face recognition system. This thesis evaluates the Biometric Optical Surveillance System (BOSS) developed at the CVIP Lab, using low resolution imaging sensors. Specifically, the thesis tests the BOSS using cell phone cameras, and examines the potential of facial biometrics on smart portable devices like iPhone, iPads, and Tablets. For quantitative evaluation, the thesis focused on a specific testing scenario of BOSS software using iPhone 4 cell phones and a laptop. Testing was carried out indoor, at the CVIP Lab, using 21 subjects at distances of 5, 10 and 15 feet, with three poses, two expressions and two illumination levels. The three steps (detection, representation and matching) of the BOSS system were tested in this imaging scenario. False positives in facial detection increased with distances and with pose angles above ± 15°. The overall identification rate (face detection at confidence levels above 80%) also degraded with distances, pose, and expressions. The indoor lighting added challenges also, by inducing shadows which affected the image quality and the overall performance of the system. While this limited number of subjects and somewhat constrained imaging environment does not fully support a “wild” imaging scenario, it did provide a deep insight on the issues with automatic face recognition. The recognition rate curves demonstrate the limits of low-resolution cameras for face recognition at a distance (FRAD), yet it also provides a plausible defense for possible A-PIE face recognition on portable devices

Pattern Recognition

Pattern recognition is a very wide research field. It involves factors as diverse as sensors, feature extraction, pattern classification, decision fusion, applications and others. The signals processed are commonly one, two or three dimensional, the processing is done in real- time or takes hours and days, some systems look for one narrow object class, others search huge databases for entries with at least a small amount of similarity. No single person can claim expertise across the whole field, which develops rapidly, updates its paradigms and comprehends several philosophical approaches. This book reflects this diversity by presenting a selection of recent developments within the area of pattern recognition and related fields. It covers theoretical advances in classification and feature extraction as well as application-oriented works. Authors of these 25 works present and advocate recent achievements of their research related to the field of pattern recognition

Adaptive classifier ensembles for face recognition in video-surveillance

Lors de l’implémentation de systèmes de sécurité tels que la vidéo-surveillance intelligente, l’utilisation d’images de visages présente de nombreux avantages par rapport à d’autres traits biométriques. En particulier, cela permet de détecter d’éventuels individus d’intérêt de manière discrète et non intrusive, ce qui peut être particulièrement avantageux dans des situations comme la détection d’individus sur liste noire, la recherche dans des données archivées ou la ré-identification de visages. Malgré cela, la reconnaissance de visages reste confrontée à de nombreuses difficultés propres à la vidéo surveillance. Entre autres, le manque de contrôle sur l’environnement observé implique de nombreuses variations dans les conditions d’éclairage, la résolution de l’image, le flou de mouvement, l’orientation et l’expression des visages. Pour reconnaître des individus, des modèles de visages sont habituellement générés à l’aide d’un nombre limité d’images ou de vidéos de référence collectées lors de sessions d’inscription. Cependant, ces acquisitions ne se déroulant pas nécessairement dans les mêmes conditions d’observation, les données de référence représentent pas toujours la complexité du problème réel. D’autre part, bien qu’il soit possible d’adapter les modèles de visage lorsque de nouvelles données de référence deviennent disponibles, un apprentissage incrémental basé sur des données significativement différentes expose le système à un risque de corruption de connaissances. Enfin, seule une partie de ces connaissances est effectivement pertinente pour la classification d’une image donnée. Dans cette thèse, un nouveau système est proposé pour la détection automatique d’individus d’intérêt en vidéo-surveillance. Plus particulièrement, celle-ci se concentre sur un scénario centré sur l’utilisateur, où un système de reconnaissance de visages est intégré à un outil d’aide à la décision pour alerter un opérateur lorsqu’un individu d’intérêt est détecté sur des flux vidéo. Un tel système se doit d’être capable d’ajouter ou supprimer des individus d’intérêt durant son fonctionnement, ainsi que de mettre à jour leurs modèles de visage dans le temps avec des nouvelles données de référence. Pour cela, le système proposé se base sur de la détection de changement de concepts pour guider une stratégie d’apprentissage impliquant des ensembles de classificateurs. Chaque individu inscrit dans le système est représenté par un ensemble de classificateurs à deux classes, chacun étant spécialisé dans des conditions d’observation différentes, détectées dans les données de référence. De plus, une nouvelle règle pour la fusion dynamique d’ensembles de classificateurs est proposée, utilisant des modèles de concepts pour estimer la pertinence des classificateurs vis-à-vis de chaque image à classifier. Enfin, les visages sont suivis d’une image à l’autre dans le but de les regrouper en trajectoires, et accumuler les décisions dans le temps. Au Chapitre 2, la détection de changement de concept est dans un premier temps utilisée pour limiter l’augmentation de complexité d’un système d’appariement de modèles adoptant une stratégie de mise à jour automatique de ses galeries. Une nouvelle approche sensible au contexte est proposée, dans laquelle seules les images de haute confiance capturées dans des conditions d’observation différentes sont utilisées pour mettre à jour les modèles de visage. Des expérimentations ont été conduites avec trois bases de données de visages publiques. Un système d’appariement de modèles standard a été utilisé, combiné avec un module de détection de changement dans les conditions d’illumination. Les résultats montrent que l’approche proposée permet de diminuer la complexité de ces systèmes, tout en maintenant la performance dans le temps. Au Chapitre 3, un nouveau système adaptatif basé des ensembles de classificateurs est proposé pour la reconnaissance de visages en vidéo-surveillance. Il est composé d’un ensemble de classificateurs incrémentaux pour chaque individu inscrit, et se base sur la détection de changement de concepts pour affiner les modèles de visage lorsque de nouvelles données sont disponibles. Une stratégie hybride est proposée, dans laquelle des classificateurs ne sont ajoutés aux ensembles que lorsqu’un changement abrupt est détecté dans les données de référence. Lors d’un changement graduel, les classificateurs associés sont mis à jour, ce qui permet d’affiner les connaissances propres au concept correspondant. Une implémentation particulière de ce système est proposée, utilisant des ensembles de classificateurs de type Fuzzy-ARTMAP probabilistes, générés et mis à jour à l’aide d’une stratégie basée sur une optimisation par essaims de particules dynamiques, et utilisant la distance de Hellinger entre histogrammes pour détecter des changements. Les simulations réalisées sur la base de donnée de vidéo-surveillance Faces in Action (FIA) montrent que le système proposé permet de maintenir un haut niveau de performance dans le temps, tout en limitant la corruption de connaissance. Il montre des performances de classification supérieure à un système similaire passif (sans détection de changement), ainsi qu’a des systèmes de référence de type kNN probabiliste, et TCM-kNN. Au Chapitre 4, une évolution du système présenté au Chapitre 3 est proposée, intégrant des mécanismes permettant d’adapter dynamiquement le comportement du système aux conditions d’observation changeantes en mode opérationnel. Une nouvelle règle de fusion basée sur de la pondération dynamique est proposée, assignant à chaque classificateur un poids proportionnel à son niveau de compétence estimé vis-à-vis de chaque image à classifier. De plus, ces compétences sont estimées à l’aide des modèles de concepts utilisés en apprentissage pour la détection de changement, ce qui permet un allègement des ressources nécessaires en mode opérationnel. Une évolution de l’implémentation proposée au Chapitre 3 est présentée, dans laquelle les concepts sont modélisés à l’aide de l’algorithme de partitionnement Fuzzy C-Means, et la fusion de classificateurs réalisée avec une moyenne pondérée. Les simulation expérimentales avec les bases de données de vidéo-surveillance FIA et Chokepoint montrent que la méthode de fusion proposée permet d’obtenir des résultats supérieurs à la méthode de sélection dynamique DSOLA, tout en utilisant considérablement moins de ressources de calcul. De plus, la méthode proposée montre des performances de classification supérieures aux systèmes de référence de type kNN probabiliste, TCM-kNN et Adaptive Sparse Coding

Advanced Biometrics with Deep Learning

Biometrics, such as fingerprint, iris, face, hand print, hand vein, speech and gait recognition, etc., as a means of identity management have become commonplace nowadays for various applications. Biometric systems follow a typical pipeline, that is composed of separate preprocessing, feature extraction and classification. Deep learning as a data-driven representation learning approach has been shown to be a promising alternative to conventional data-agnostic and handcrafted pre-processing and feature extraction for biometric systems. Furthermore, deep learning offers an end-to-end learning paradigm to unify preprocessing, feature extraction, and recognition, based solely on biometric data. This Special Issue has collected 12 high-quality, state-of-the-art research papers that deal with challenging issues in advanced biometric systems based on deep learning. The 12 papers can be divided into 4 categories according to biometric modality; namely, face biometrics, medical electronic signals (EEG and ECG), voice print, and others