Badanie metod przekształceń obrazu biometrycznego

W O J S K O W A
A K A D E M I A
T E C H N I C Z N A
WYDZIAŁ ELEKTRONIKI
Drukować dwustronnie
PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH
Data wykonania ćwiczenia:
Grupa ...........................
Nazwisko i imię:
Ocena
Ćwiczenie prowadził:
...................................
...................................
1. ........................................................
2. ........................................................
Uwagi:
Podpis:
3. ........................................................
4. ........................................................
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO
Temat: Badanie metod przekształceń obrazu biometrycznego
1. INSTRUKCJA OBSŁUGI PROGRAMU
Program umożliwi uruchamianie pliku wykonywalnego z dowolnej lokalizacji, jednak istotnym jest, aby nie pominąć zintegrowanego folderu zawierającego m.in. pliki obrazowe, dźwiękowe oraz arkusze z zaszyfrowanymi
nazwami klas. Optymalną metodą uruchomienia programu jest wywołanie polecenie FaceRecognizer.exe z
konsoli systemowego interpretera poleceń(cmd). Program operuje na plikach obrazowych w formacie.jpg,
o parametrach: rozdzielczość 128x128 pikseli, obraz w skali szarości(monochromatyczne), głębia w bitach: 8.
W celu poprawnego korzystania z programu konieczna jest kamera USB, zewnętrzna lub zintegrowana.
Po uruchomieniu programu otwiera się okno główne przedstawione na rysunku 1. Program wymaga do działania pakietu MATLAB Runtime R2012b 64 bit, pełniącego funkcję wirtualnej maszyny.
 Zakładka Generacja BD umożliwia intuicyjne utworzenie zarówno bazy danych uczących jak i danych testujących. Umożliwi wizualizację działania detektora twarzy, oraz zarządzanie poszczególnymi rekordami
bazy danych,
Rys. 1. Okno główne programu Face Recognizer
PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH
str. 1 z 5
 Zakładka Testowanie umożliwia dokonanie wyboru metody generacji cech, wybór bazy danych do uczenia oraz testowania algorytmu oraz wybór pojedynczego zdjęcia do identyfikacji jednokrotnej. Dodatkowo
zamieszczono tu panel statystyki, w którym wyświetlane są m.in. wyniki generacji krzywych ROC (rysunek 2).
Rys. 2. Panel programu po wybraniu zakładki Testowanie
 Zakładka Konfiguracja umożliwia deklarację dokonanie wyboru metody generacji cech, wybór bazy danych do trenowania algorytmu oraz wybór pojedynczego zdjęcia do identyfikacji jednokrotnej. Dodatkowo zamieszczono tu
panel statystyki, w którym wyświetlane są m.in. wyniki generacji krzywych ROC (rysunek 2).
Rys. 3. Panel programu po wybraniu zakładki Konfiguracja
PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH
str. 2 z 5
2. ZADANIA DO WYKONANIA
Zadanie 1. Badanie podstawowych przekształceń i transformacji obrazu
 Za pomocą systemowego eksploratora plików zapoznać się z danymi zamieszczonymi w katalogu ….\ Faces.
 Zapoznać się z kodem i interfejsem programu FaceRecognizer,
 Uruchomić program FaceRecognizer, w zakładce „Konfiguracja” ustawić wskazaną przez prowadzącego liczbę obrazów w danej klasie uczącej(domyślnie 25), natomiast w zakładce „Testowanie” załadować wskazaną przez prowadzącego bazę twarzy uczących („Załaduj bazę danych”)
 Dla wczytanej bazy danych dokonać generacji cech dla następujących parametrów pracy: bez wyrównywania histogramu, bez stosowania FFT, oraz bez stosowania dodatkowej filtracji obrazu, z zastosowaniem przekształcenia PCA.
 Dokonać analizy jakości wczytanej bazy danych, m.in. zaobserwować histogramy poszczególnych obrazów twarzy,
 Zaobserwować wyniki, poszczególnych metod filtracji obrazu oraz transformacji Fouriera dla wczytanych obrazów
twarzy
 Przebadać kątowy zakres detekcji twarzy w trzech osiach dla zaimplementowanego w programie FaceRecognizer
detektora twarzy(zakładka Generacja BD) - wg. Zaleceń prowadzącego, wyniki zanotować w Tabeli 1 oraz we wnioskach,
Zadanie 2. Filtracja zdegradowanych próbek biometrycznych na przykładzie obrazu twarzy
 Utworzyć zarówno w bazie uczącej jak i testowej rekordy dla własnej twarzy wg. warunków akwizycji podanych
przez prowadzącego, m.in. zmiana wartości natężenia oświetlenia naturalnego oraz sztucznego.
 Dokonać wyrównania histogramów dla wczytanych obrazów twarzy, zarówno na etapie generacji cech dystynktywnych jak i etapie identyfikacji jednokrotnej, zanotować w Tabeli 2 wyznaczone wartości współczynników błędów
identyfikacji dla podanej przez prowadzącego wartości progu odrzucenia, natomiast we wnioskach zanotować empirycznie wyznaczoną wartość optymalną progu odrzucenia,
 Dokonać filtracji obrazu twarzy poszczególnymi rodzajami filtrów liniowych i nieliniowych, zaobserwować wpływ
rodzaju filtracji na sumaryczne wyniki w postaci krzywych ROC (wyniki zanotować oraz omówić we wnioskach
sprawozdania),
 Ww. czynności przeprowadzić zarówno dla wzorcowych obrazów z bazy twarzy (pobranych w komorze bezcieniowej) jak i dla nowo dodanych obrazów twarzy- osób wykonujących ćwiczenie
Zadanie 3. Implementacja i weryfikacja metod rozpoznawania osób na podstawie obrazu twarzy
 Za pomocą załączonego programu FaceRecognizer dokonać porównania rozproszenia pierwszych dwóch a następnie pierwszych trzech cech dla wszystkich zamieszczonych w bazie obrazów twarzy, wnioski zanotować na ostatniej
stronie sprawozdania. Następnie powtórzyć ww. czynności dla zmienionych wartości wyświetlanych cech np. dla
4,5,6. We wnioskach zanotować wartości cech pozwalające bezkonfliktowe odseparowanie wskazanych przez prowadzącego identyfikowanych klas.
 Zaobserwować wyniki rzutowania cech do przestrzeni 2D i 3D dla twarzy należącej do bazy obrazów uczących, oraz
dla twarzy nienależącej do bazy odpowiednio dla transformacji PCA i LDA, W sprawozdaniu zanotować odległości
euklidesowe do najbliższe klasy oraz najbliższego obrazu(Tabela 3). We wnioskach omówić uzyskane wyniki.
PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH
str. 3 z 5
Tabela 1. Zestawienie zakresu detekcji kątowej dla poszczególnych osi obrotu głowy
Kątowy zakres maksymalnej
detekcji twarzy w osi X
Wybrany algorytm detekcji twarzy
Kątowy zakres maksymalnej
detekcji twarzy w osi Y
Kątowy zakres maksymalnej detekcji
twarzy w osi Z
Tabela 2. Zestawienie sumarycznych wartości błędów identyfikacji
Wartości poszczególnych
błędów wyznaczone dla poszczególnych przekształceń
Numer przedziału i próg, dla
którego wyznaczane są wskaźniki
FAR
FRR
TAR
Przedział …………………………………….
TRR
Próg odrzucenia……………………………
Dane wejściowe
Dane wejściowe po wyrównaniu histogramu
Dane wejściowe po zastosowaniu filtracji
………………………………………
Dane wejściowe po zastosowaniu filtracji
………………………………………
Tabela 3. Zestawienie odległości euklidesowej identyfikowanego wektora cech w zależności od zastosowanej metody identyfikacji oraz algorytmu klasyfikacji
Identyfikowana twarz
Metoda identyfikacji
Algorytm klasyfikacji
Odległość euklidesowa
NN
PCA
NS
Zawierająca zarejestrowany szablon
w bazie
NN
LDA
NS
NN
PCA
NS
Nie zawierająca zarejestrowanego szablonu w
bazie
NN
LDA
NS
PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH
str. 4 z 5
2. Spostrzeżenia i wnioski
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
……………………………………..……………………………………………....………………………………………………...…
PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW BIOMETRYCZNYCH
str. 5 z 5