Periocular Region-Based Biometric Identification

As biometrics become more prevalent in society, the research area is expected to address an ever widening field of problems and conditions. Traditional biometric modalities and approaches are reaching a state of maturity, and their limits are clearly defined. Since the needs of a biometric system administrator might extend beyond those limits, new modalities and techniques must address such concerns. The goal of the work presented here is to explore the periocular region, the region surrounding the eye, and evaluate its usability and limitations in addressing these concerns. First, a study of the periocular region was performed to examine its feasibility in addressing problems that affect traditional face- and iris-based biometric systems. Second, the physical structure of the periocular region was analyzed to determine the kinds of features found there and how they influence the performance of a biometric recognition system. Third, the use of local appearance based approaches in periocular recognition was explored. Lastly, the knowledge gained from the previous experiments was used to develop a novel feature representation technique that is specific to the periocular region. This work is significant because it provides a novel analysis of the features found in the periocular region and produces a feature extraction method that resulted in higher recognition performance over traditional techniques

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

Periocular in the Wild Embedding Learning with Cross-Modal Consistent Knowledge Distillation

Periocular biometric, or peripheral area of ocular, is a collaborative alternative to face, especially if a face is occluded or masked. In practice, sole periocular biometric captures least salient facial features, thereby suffering from intra-class compactness and inter-class dispersion issues particularly in the wild environment. To address these problems, we transfer useful information from face to support periocular modality by means of knowledge distillation (KD) for embedding learning. However, applying typical KD techniques to heterogeneous modalities directly is suboptimal. We put forward in this paper a deep face-to-periocular distillation networks, coined as cross-modal consistent knowledge distillation (CM-CKD) henceforward. The three key ingredients of CM-CKD are (1) shared-weight networks, (2) consistent batch normalization, and (3) a bidirectional consistency distillation for face and periocular through an effectual CKD loss. To be more specific, we leverage face modality for periocular embedding learning, but only periocular images are targeted for identification or verification tasks. Extensive experiments on six constrained and unconstrained periocular datasets disclose that the CM-CKD-learned periocular embeddings extend identification and verification performance by 50% in terms of relative performance gain computed based upon face and periocular baselines. The experiments also reveal that the CM-CKD-learned periocular features enjoy better subject-wise cluster separation, thereby refining the overall accuracy performance.Comment: 30 page

Fusion Iris and Periocular Recognitions in Non-Cooperative Environment

The performance of iris recognition in non-cooperative environment can be negatively impacted when the resolution of the iris images is low which results in failure to determine the eye center, limbic and pupillary boundary of the iris segmentation. Hence, a combination with periocular features is suggested to increase the authenticity of the recognition system. However, the texture feature of periocular can be easily affected by a background complication while the colour feature of periocular is still limited to spatial information and quantization effects. This happens due to different distances between the sensor and the subject during the iris acquisition stage as well as image size and orientation. The proposed method of periocular feature extraction consists of a combination of rotation invariant uniform local binary pattern to select the texture features and a method of color moment to select the color features. Besides, a hue-saturation-value channel is selected to avoid loss of discriminative information in the eye image. The proposed method which consists of combination between texture and colour features provides the highest accuracy for the periocular recognition with more than 71.5% for the UBIRIS.v2 dataset and 85.7% for the UBIPr dataset. For the fusion recognitions, the proposed method achieved the highest accuracy with more than 85.9% for the UBIRIS.v2 dataset and 89.7% for the UBIPr dataset