Предисловие редактора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
От авторов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Глава 1. Проблемы биометрических технологий распознавания людей по лицам . . .10
1.1. Истоки биометрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2. Базовые структуры FaReS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
1.3. Направления развития биометрии, основанной на геометрии лиц . . . . . . .17
1.4. Тенденции развития методов и технологий распознавания лиц . . . . . . . .21
1.5. Примеры применения FaReS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Глава 2. Методы предобработки изображений лиц . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1. Введение в проблему предобработки исходных данных . . . . . . . . . . . .38
2.2. Особенности получения исходных данных . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
2.3. Методы определения линии симметрии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3.1. Метод № 1 определения линий симметрии на лице . . . . . . . . . . . . .58
2.3.2. Метод № 2 определения линий симметрии на лице . . . . . . . . . . . . .65
2.3.3. Экспресс-метод определения линии симметрии . . . . . . . . . . . . . . 71
2.3.4. Экспресс-метод оценки угла поворота области лица. . . . . . . . . . . .77
2.4. Стабилизация яркости цветных изображений . . . . . . . . . . . . . . . . 81
Глава 3. Детекция областей лиц и глаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.1. Локализация области лиц на цветных изображениях . . . . . . . . . . . . .88
3.2. Поиск областей лиц на черно-белых изображениях . . . . . . . . . . . . .103
3.2.1. Поиск областей лиц методом сравнения с эталоном . . . . . . . . . . . 103
3.2.2. Обнаружение области лица методом овалов . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.3. Детекция областей глаз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
3.3.1. Определение положения линии глаз и областей глаз . . . . . . . . . . .120
3.3.2. Нахождение координат центров глаз при наличии очков . . . . . . . . . 126
Глава 4. Восстановление поверхности лица в форме 3D . . . . . . . . . . . . .133
4.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
4.2. Процесс получения исходных ЗБ-форм лиц . . . . . . . . . . . . . . . . .133
4.3. Восстановление поверхности 3D по методу обратных расстояний . . . . . . 135
4.3.1. Описание алгоритма переноса по МОР . . . . . . . . . . . . . . . . . .137
4.3.2. Программа "ПЕРЕНОС ДАННЫХ" в языке пакета МАТЛАБ . . . . . . . . . . .139
4.4. Описание экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
4.4.1. Базы изображений лиц, использованных в эксперименте . . . . . . . . . 142
4.4.2. Реконструкция полного изображения "range image" . . . . . . . . . . . 143
4.4.3. Реконструкция "range image" при наличии "черных дыр" . . . . . . . . .147
4.4.4. Реконструкция частей изображения "range image" . . . . . . . . . . . .151
Глава 5. Решение прикладных задач биометрии . . . . . . . . . . . . . . . . .154
5.1. Разработка детектора лиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154
5.2. Сравнение двух изображений лиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161
5.3. Проверка изображения лица на соответствие стандарту . . . . . . . . . . 171
5.4. Оценка состояния внимания человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . .177
Глава 6. Распознавание лиц простыми системами . . . . . . . . . . . . . . . .183
6.1. Подходы к экстракции признаков из цифровых изображений . . . . . . . . .183
6.2. Процедуры экстракции признаков в FaReS . . . . . . . . . . . . . . . . .186
6.2.1. Реализация подхода П1 ("Sc-Scale", "Sc-DS" и "Sc-W") . . . . . . . . .186
6.2.2. Реализация подхода П2 (Random) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195
6.2.3. Реализация подхода ПЗ (DFT и DCT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
6.2.4. Реализация подхода П4 (гистограммы изображений с лицами) . . . . . . .205
6.2.5. Реализация подхода П5 (метод градиента в скользящем окне) . . . . . . 213
6.3. Методология описания экспериментов . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
6.4. Поиск и распознавание лиц простыми системами . . . . . . . . . . . . . .221
6.4.1. Поиск изображений лиц по заданному эталону . . . . . . . . . . . . . .221
6.4.2. Эксперименты с базой лиц ORL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222
6.4.3. Эксперименты с базой лиц FERET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .234
6.4.4. Эксперименты с базой лиц Face94 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
6.5. Оценка характеристик систем распознавания . . . . . . . . . . . . . . . 241
6.5.1. Характеристики FRR и FAR и их интерпретация. . . . . . . . . . . . . .242
6.5.2. Расчет характеристик FAR и FRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .244
6.6. Применение FaReS в криминалистике и защите информации . . . . . . . . . 251
6.7. Простой алгоритм распознавания изображений лиц с проблемами
освещения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258
6.8. Эффективность распознавания в FaReS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Глава 7. Представление и обработка изображений в подпространствах . . . . . .274
7.1. Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .274
7.2. Анализ главных компонент для набора векторных данных . . . . . . . . . .276
7.3. Введение в методы двумерной проекции . . . . . . . . . . . . . . . . . .281
7.4. Алгоритмы 2D PCA/2D KLT для обработки изображений . . . . . . . . . . . 287
7.4.1. Введение в обработку изображений методами РСА. . . . . . . . . . . . .287
7.4.2. Алгоритмы реализации 2D PCA/2D KLT . . . . . . . . . . . . . . . . . .290
7.4.3. Формальное описание алгоритмов 2D РСА/2D KLT . . . . . . . . . . . . .293
7.4.4. Характеристики алгоритмов 2D PCA/2D KLT . . . . . . . . . . . . . . . 296
7.4.5. Примеры применения метода 2D PCA/2D KLT . . . . . . . . . . . . . . . 297
7.4.6. Распознавание изображений лиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
7.4.7. Показатель качества кластеризации . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
7.5. Алгоритм 2D LDA/2D KLT для обработки изображений . . . . . . . . . . . .321
7.5.1. Описание алгоритма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .321
7.5.2. Аппроксимация/реконструкция изображений с лицами . . . . . . . . . . .325
7.5.3. Примеры решения задач распознавания . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
7.6. Реализация алгоритмов 2D ССА и 2D PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . 336
7.6.1. Структура вычислений в ССА и PLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . .336
7.6.2. Алгоритмы 2D CCA/2D KLT и 2D PLS/2D KLT . . . . . . . . . . . . . . . 339
7.7. Распознавание лиц на основе 2D ССА и 2D PLS . . . . . . . . . . . . . . 351
7.7.1. Базы изображений, используемые в экспериментах . . . . . . . . . . . .351
7.7.2. Компьютерные эксперименты - модели и результаты . . . . . . . . . . . 357
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374
Authors preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .387