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Universidade de Brasília
IE – Departamento de Ciência da Computação Reconhecimento Facial Baseado em Eigenfaces e na PCA com Múltiplos Thresholds Por PAULO QUINTILIANO DA SILVA Orientador: Prof. Dr. ANTÔNIO NUNO DE CASTRO SANTA ROSA
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Papel do Reconhecimento Facial
O relacionamento entre as pessoas está baseado no Reconhecimento Facial 02
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Histórico do Reconhecimento Facial
Em 1878, Sir Francis Galton escreveu artigo apresentando a sua Composite Portraiture 03
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A idéia de comparação de medidas de Galton é utilizada em pesquisas atuais na Ciência da Computação
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Objetivos deste trabalho
Modelo de Reconhecimento Facial, baseado na PCA e nas eigenfaces Projeção da face questionada no espaço de faces O Reconhecimento Facial é determinado pela mínima distância euclideana dentro do threshold de uma classe 05
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BIOMETRIA 06
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Princípio do Threshold O corpo é a própria chave Aplicações
Biometria Definição Histórico Princípio do Threshold O corpo é a própria chave Aplicações Qual sistema de biometria é o melhor? 07
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Reconhec. Facial na Psicologia Níveis do reconhecimento da face:
Reconhecimento em nível de entrada; e Reconhecimento do em nível subordinado O cérebro tem regiões específicas para o Reconhecimento Facial 08
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Etapas do Reconhecimento Facial Representação Facial Template-based
Feature-based Appearance-based Detecção Facial Reconhecimento Facial 09
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Fatores que interferem no desempenho do RF Expressões Faciais
Iluminação inadequada Disfarces Escala Posição da Face 10
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Iluminação inadequada
Expressões Faciais Iluminação inadequada 11
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Disfarces Escala 12
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Posição da Face 13
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Técnicas Utilizadas no RFA Uso das Características Geométricas da Face
Uso de templates Redes Neurais Artificiais Hidden Markov Models Eigenfaces 14
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Banco de Dados de Faces utilizado para avaliação
Banco de Dados de Faces utilizado para avaliação The Yale Face DataBase 15 classes 11 imagens p/classe: centerlight, withglasses, happy, leftlight, noglasses, normal, rightlight, sad, sleepy, surprised e wink 15
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Banco de Dados de Faces 16
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Modelo Proposto para o Reconhe- cimento Facial Automático
Baseia-se na PCA e nas eigenfaces, autovalores e autovetores. projeção da face questionada no espaço das eigenfaces. Encontra a distância euclideana mínima dentro do threshold de uma classe 17
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Linguagem Matlab, versão 5.0 10 mil linhas de fonte
Implementação Linguagem Matlab, versão 5.0 10 mil linhas de fonte Todas as imagens são submetidas aos algoritmos Compaq Presario 5170, PII-350 MHz, 128 MB RAM 30 minutos para a execução 18
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Detecção Facial utilizada
Grande intervenção Manual 19
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Autovalores e Autovetores
Autovalores de W Autovetores de W Para 20
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As M imagens de faces são convertidas em vetores coluna
Calcula-se a Face Média 21
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Face Média 22
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Novo conjunto de imagens,
Novo conjunto de imagens, “O Espaço ”, obtido da diferença entre as imagens originais e a face média. 24
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Montagem da matriz A 1 2 3 4 M 25
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Montagem da matriz C 1 2 3 4 26
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Montagem da matriz L 1 2 3 4 M 27
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Autovetores da matriz L
Montagem da matriz V Autovetores da matriz L 28
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Autovetores da matriz C
Montagem da matriz U Autovetores da matriz C 29
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Cálculo dos Autovetores de C
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Cálculo dos Autovetores de C
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Cálculo dos Autovetores de C
Sejam e Será mostrado que é verdadeira. 32
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Cálculo dos Autovetores de C
Colocando-se em evidência os escalares d, teremos: Logo: 33
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Treinamento do modelo de RF
Imagens usadas: withglasses, happy, noglasses e sleepy. 34
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Representação das faces a partir das eigenfaces
2, 5, 10, 20, 30 e 50 maiores autovalores. Autovalores de 2, de 5, de 10, de 20, de 30 e de 50 até 128. 35
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Reconhecimento de faces a partir das eigenfaces
Cálculo da distância euclideana 36
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Cálculos dos thresholds
Foram usados fatores k de 1 a 10 Uso dos autovetores com os maiores autovalores Corte hard. Usando-se apenas os 5, 10, 20, 30 e 50 maiores autovalores 37
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Tabela dos thresholds Ob.: Valores divididos por 1.0e+015 38
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Uso das 120 imagens bem iluminadas
Resultados Obtidos Uso das 120 imagens bem iluminadas N. Auto-vetores Erros Acertos 1º lugar 1º e 2º 1º 2º 3º 05 23,22% 49,17% 64,17% 76,67% 10 11,67% 63,33% 77,50% 88,33% 20 6,67% 81,67% 89,17% 93,33% 30 3,33% 87,50% 92,50% 96,67% 50 1,67% 94,17% 98,33% 39
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Resultados Obtidos Uso de todas as 165 imagens N. Auto-vetores Erros
Acertos 1º lugar 1º e 2º 1º 2º 3º 05 46,67% 33,33% 44,85% 53,33% 10 35,15% 43,64% 57,58% 64,85% 20 25,45% 64,24% 71,52% 74,55% 30 20,61% 68,48% 76,36% 79,39% 50 16,36% 72,12% 76,97% 83,64% 40
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Técnicas de Simetrização
Melhora as condições de iluminação e a performance do algoritmo Pode também ser usado em: Imagens de faces semi-oclusas Imagens de faces em perfil 41
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Técnicas de Simetrização
Simples (>=2/3) Média com a inversa (< 2/3) 42
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Resultados da aplicação da Simetrização
Ob.: Valores divididos por 1.0e+015 43
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Uso das 45 imagens com problemas de iluminação
Resultados Obtidos Uso das 45 imagens com problemas de iluminação Simetri- zação Erros 1º Lugar 1º e 2º 1º 2º 3º Sem 57,77% 24,44% 31,11% 42,22% Com 40,00% 46,66% 60,00% 44
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Expansão das Eigenfaces em Eigenmouth e Eigennose
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Expansão das Eigenfaces em Eigenmouth e Eigennose
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Expansão das Eigenfaces em Eigeneyes (um olho)
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Expansão das Eigenfaces em Eigeneyes (dois olhos)
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Eigenmouth e eigennose (120 imagens)
Resultados Obtidos Eigenmouth e eigennose (120 imagens) 85,00% 80,83% 69,17% 15,00% 50 86,67% 80,00% 66,67% 13,33% 30 85,83% 83,33% 65,00% 14,16% 20 62,50% 10 82,50% 75,00% 50,00% 17,50% 05 Acertos 1º 2º 3º 1º e 2º 1º lugar Erros N. Auto-vetores 49
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Eigeneye esquerdo (120 imagens)
Resultados Obtidos Eigeneye esquerdo (120 imagens) 87,50% 86,66% 80,83% 15,00% 50 84,17% 80,00% 74,17% 13,33% 30 83,33% 77,50% 66,66% 14,16% 20 68,33% 50,83% 10 77,33% 59,16% 35,00% 17,50% 05 Acertos 1º 2º 3º 1º e 2º 1º lugar Erros N. Auto-vetores 50
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Simetrização e Eigenfeatures
Conclusão O modelo é robusto no tratamento de imagens de faces bem iluminadas e com expressões faciais diversas Dispensa considerações da geometria da face e distância entre os órgãos faciais É sensível no tratamento de imagens obtidas em condições não controladas Simetrização e Eigenfeatures 51
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Publicações em Congressos e Periódicos Internacionais
“Pratical Procedures to Improve Face Recognition Based on Eigenfaces and Principal Component Analysis” (5 páginas) - Proceedings of 5th PRIA - Rússia, 2000 “Face Recognition Based on Eigenfaces and Symmetryzation” (17 páginas) - Periódico internacional PATTERN RECOGNITION AND IMAGE ANALYSIS - Rússia, 2001 52
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Apresentação de Artigos em Congressos Internacionais
“Face Recognition Based on Eigenfaces with Multiple Thresholds” (8 páginas) - SPIE, San Jose/EUA, janeiro/2001 “Face Recognition Based on Eigeneyes, Eigennose, Eigenmouth and Eigenfaces” (9 páginas) - EVOIASP2001, Milan/Itália, abril/2001 53
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Apresentação de Artigos em Congressos Internacionais
“Face Recognition Working with Half-Occluded Face Images Based on Eigenmouth, Eigennose and Eigeneyes with Multiple Thresholds” - Boston/EUA, outubro/2001 54
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