Biometric Systems

Biometric authentication has been widely used for access control and security systems over the past few years. The purpose of this book is to provide the readers with life cycle of different biometric authentication systems from their design and development to qualification and final application. The major systems discussed in this book include fingerprint identification, face recognition, iris segmentation and classification, signature verification and other miscellaneous systems which describe management policies of biometrics, reliability measures, pressure based typing and signature verification, bio-chemical systems and behavioral characteristics. In summary, this book provides the students and the researchers with different approaches to develop biometric authentication systems and at the same time includes state-of-the-art approaches in their design and development. The approaches have been thoroughly tested on standard databases and in real world applications

Machine Learning Techniques and Optical Systems for Iris Recognition from Distant Viewpoints

Vorhergehende Studien konnten zeigen, dass es im Prinzip möglich ist die Methode der Iriserkennung als biometrisches Merkmal zur Identifikation von Fahrern zu nutzen. Die vorliegende Arbeit basiert auf den Resultaten von [35], welche ebenfalls als Ausgangspunkt dienten und teilweise wiederverwendet wurden. Das Ziel dieser Dissertation war es, die Iriserkennung in einem automotiven Umfeld zu etablieren. Das einzigartige Muster der Iris, welches sich im Laufe der Zeit nicht verändert, ist der Grund, warum die Methode der Iriserkennung eine der robustesten biometrischen Erkennungsmethoden darstellt. Um eine Datenbasis für die Leistungsfähigkeit der entwickelten Lösung zu schaffen, wurde eine automotive Kamera benutzt, die mit passenden NIR-LEDs vervollständigt wurde, weil Iriserkennung am Besten im nahinfraroten Bereich (NIR) durchgeführt wird. Da es nicht immer möglich ist, die aufgenommenen Bilder direkt weiter zu verabeiten, werden zu Beginn einige Techniken zur Vorverarbeitung diskutiert. Diese verfolgen sowohl das Ziel die Qualität der Bilder zu erhöhen, als auch sicher zu stellen, dass lediglich Bilder mit einer akzeptablen Qualität verarbeitet werden. Um die Iris zu segmentieren wurden drei verschiedene Algorithmen implementiert. Dabei wurde auch eine neu entwickelte Methode zur Segmentierung in der polaren Repräsentierung eingeführt. Zusätzlich können die drei Techniken von einem "Snake Algorithmus", einer aktiven Kontur Methode, unterstützt werden. Für die Entfernung der Augenlider und Wimpern aus dem segmentierten Bereich werden vier Ansätze präsentiert. Um abzusichern, dass keine Segmentierungsfehler unerkannt bleiben, sind zwei Optionen eines Segmentierungsqualitätschecks angegeben. Nach der Normalisierung mittels "Rubber Sheet Model" werden die Merkmale der Iris extrahiert. Zu diesem Zweck werden die Ergebnisse zweier Gabor Filter verglichen. Der Schlüssel zu erfolgreicher Iriserkennung ist ein Test der statistischen Unabhängigkeit. Dabei dient die Hamming Distanz als Maß für die Unterschiedlichkeit zwischen der Phaseninformation zweier Muster. Die besten Resultate für die benutzte Datenbasis werden erreicht, indem die Bilder zunächst einer Schärfeprüfung unterzogen werden, bevor die Iris mittels der neu eingeführten Segmentierung in der polaren Repräsentierung lokalisiert wird und die Merkmale mit einem 2D-Gabor Filter extrahiert werden. Die zweite biometrische Methode, die in dieser Arbeit betrachtet wird, benutzt die Merkmale im Bereich der die Iris umgibt (periokular) zur Identifikation. Daher wurden mehrere Techniken für die Extraktion von Merkmalen und deren Klassifikation miteinander verglichen. Die Erkennungsleistung der Iriserkennung und der periokularen Erkennung, sowie die Fusion der beiden Methoden werden mittels Quervergleichen der aufgenommenen Datenbank gemessen und übertreffen dabei deutlich die Ausgangswerte aus [35]. Da es immer nötig ist biometrische Systeme gegen Manipulation zu schützen, wird zum Abschluss eine Technik vorgestellt, die es erlaubt, Betrugsversuche mittels eines Ausdrucks zu erkennen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass es zukünftig möglich ist biometrische Merkmale anstelle von Autoschlüsseln einzusetzen. Auch wegen dieses großen Erfolges wurden die Ergebnisse bereits auf der Consumer Electronics Show (CES) im Jahr 2018 in Las Vegas vorgestellt

Human-Centric Machine Vision

Recently, the algorithms for the processing of the visual information have greatly evolved, providing efficient and effective solutions to cope with the variability and the complexity of real-world environments. These achievements yield to the development of Machine Vision systems that overcome the typical industrial applications, where the environments are controlled and the tasks are very specific, towards the use of innovative solutions to face with everyday needs of people. The Human-Centric Machine Vision can help to solve the problems raised by the needs of our society, e.g. security and safety, health care, medical imaging, and human machine interface. In such applications it is necessary to handle changing, unpredictable and complex situations, and to take care of the presence of humans

Human retinal oximetry using hyperspectral imaging

The aim of the work reported in this thesis was to investigate the possibility of measuring human retinal oxygen saturation using hyperspectral imaging. A direct non-invasive quantitative mapping of retinal oxygen saturation is enabled by hyperspectral imaging whereby the absorption spectra of oxygenated and deoxygenated haemoglobin are recorded and analysed. Implementation of spectral retinal imaging thus requires ophthalmic instrumentation capable of efficiently recording the requisite spectral data cube. For this purpose, a spectral retinal imager was developed for the first time by integrating a liquid crystal tuneable filter into the illumination system of a conventional fundus camera to enable the recording of narrow-band spectral images in time sequence from 400nm to 700nm. Postprocessing algorithms were developed to enable accurate exploitation of spectral retinal images and overcome the confounding problems associated with this technique due to the erratic eye motion and illumination variation. Several algorithms were developed to provide semi-quantitative and quantitative oxygen saturation measurements. Accurate quantitative measurements necessitated an optical model of light propagation into the retina that takes into account the absorption and scattering of light by red blood cells. To validate the oxygen saturation measurements and algorithms, a model eye was constructed and measurements were compared with gold-standard measurements obtained by a Co-Oximeter. The accuracy of the oxygen saturation measurements was (3.31%± 2.19) for oxygenated blood samples. Clinical trials from healthy and diseased subjects were analysed and oxygen saturation measurements were compared to establish a merit of certain retinal diseases. Oxygen saturation measurements were in agreement with clinician expectations in both veins (48%±9) and arteries (96%±5). We also present in this thesis the development of novel clinical instrument based on IRIS to perform retinal oximetry.Al-baath University, Syri

Optical techniques applied to measurements in art

Optical diagnostic techniques are particularly attractive for the non-destructive detection of incipient damage and the evaluation of the state of surface decay. Non-contact, high precision measurements of the shape and deformation of an artifact can be performed using laser methods based on holographic and speckle interferometry. [Continues.

Blickpunktabhängige Computergraphik

Contemporary digital displays feature multi-million pixels at ever-increasing refresh rates. Reality, on the other hand, provides us with a view of the world that is continuous in space and time. The discrepancy between viewing the physical world and its sampled depiction on digital displays gives rise to perceptual quality degradations. By measuring or estimating where we look, gaze-contingent algorithms aim at exploiting the way we visually perceive to remedy visible artifacts. This dissertation presents a variety of novel gaze-contingent algorithms and respective perceptual studies. Chapter 4 and 5 present methods to boost perceived visual quality of conventional video footage when viewed on commodity monitors or projectors. In Chapter 6 a novel head-mounted display with real-time gaze tracking is described. The device enables a large variety of applications in the context of Virtual Reality and Augmented Reality. Using the gaze-tracking VR headset, a novel gaze-contingent render method is described in Chapter 7. The gaze-aware approach greatly reduces computational efforts for shading virtual worlds. The described methods and studies show that gaze-contingent algorithms are able to improve the quality of displayed images and videos or reduce the computational effort for image generation, while display quality perceived by the user does not change.Moderne digitale Bildschirme ermöglichen immer höhere Auflösungen bei ebenfalls steigenden Bildwiederholraten. Die Realität hingegen ist in Raum und Zeit kontinuierlich. Diese Grundverschiedenheit führt beim Betrachter zu perzeptuellen Unterschieden. Die Verfolgung der Aug-Blickrichtung ermöglicht blickpunktabhängige Darstellungsmethoden, die sichtbare Artefakte verhindern können. Diese Dissertation trägt zu vier Bereichen blickpunktabhängiger und wahrnehmungstreuer Darstellungsmethoden bei. Die Verfahren in Kapitel 4 und 5 haben zum Ziel, die wahrgenommene visuelle Qualität von Videos für den Betrachter zu erhöhen, wobei die Videos auf gewöhnlicher Ausgabehardware wie z.B. einem Fernseher oder Projektor dargestellt werden. Kapitel 6 beschreibt die Entwicklung eines neuartigen Head-mounted Displays mit Unterstützung zur Erfassung der Blickrichtung in Echtzeit. Die Kombination der Funktionen ermöglicht eine Reihe interessanter Anwendungen in Bezug auf Virtuelle Realität (VR) und Erweiterte Realität (AR). Das vierte und abschließende Verfahren in Kapitel 7 dieser Dissertation beschreibt einen neuen Algorithmus, der das entwickelte Eye-Tracking Head-mounted Display zum blickpunktabhängigen Rendern nutzt. Die Qualität des Shadings wird hierbei auf Basis eines Wahrnehmungsmodells für jeden Bildpixel in Echtzeit analysiert und angepasst. Das Verfahren hat das Potenzial den Berechnungsaufwand für das Shading einer virtuellen Szene auf ein Bruchteil zu reduzieren. Die in dieser Dissertation beschriebenen Verfahren und Untersuchungen zeigen, dass blickpunktabhängige Algorithmen die Darstellungsqualität von Bildern und Videos wirksam verbessern können, beziehungsweise sich bei gleichbleibender Bildqualität der Berechnungsaufwand des bildgebenden Verfahrens erheblich verringern lässt