احراز هویت بر اساس چهره

تغییرات پروژه از ابتدا تا تاریخ 1394/01/29
هدف از انجام این پروژه طراحی و پیاده سازی یک سیستم است که تصویر دو چهره ورودی که برای احراز هویت به آن داده میشود را با هم مقایسه کرده و عددی را به عنوان میزان تشابه آن دو چهره برگرداند. سپس برای پذیرش احراز هویت، یک آستانه را برای میزان شباهت تعیین کند که اگر میزان شباهت از آن مقدار بیشتر بود، سیستم آن مقایسه را به عنوان تطبیق بپذیرد و در غیر اینصورت آن را رد کند. این حد آستانه باید به گونه ای باشد که خطا روی پایگاه داده آزمون، کمترین میزان باشد. منظور از خطا، جمع مقدار FAR[^False Accept Rate] و FRR[^False Reject Rate] می‌باشد. 

* برای دریافت داده‌های آموزش و آزمون لطفا به آزمایشگاه دکتر آنالویی مراجعه نمایید. 



----------
##1.مقدمه
تشخیص هویت انسان بر اساس چهره [^face recognition]یکی از مسایل مهمی  است که از  پنجاه سال گذشته ذهن بشر را به خود مشغول کرده است.ما هر روز این کار را بار ها و بار ها تکرار می کنیم و از این روند در تشخیص اطرافیانمان استفاده می کنیم.
امروزه با پیشرفت روز افزون فناوری اطلاعات [^IT] و گسترش آن در بین مردم نیاز به روشی برای تشخیص هویت افراد توسط یک ماشین به جای انسان و با استفاده از ویژگی های بیومتریک[^biometric] به امری حیاتی تبدیل شده است.اساس این روش ها یکتا بودن بعضی ویژگی های انسان مثل چهره , اثر انگشت , طرز راه رفتن , نحوه تایپ کیبورد , DNA و  بسیاری از صفات دیگر است.اما فراگیر بودن استفاده از چهره برای تشخیص هویت به این علت است که ما نسبت به روش های دیگر داده های مورد نیازمان را به مراتب راحت تر بدست می آوریم, و عموم روش های تشخیص چهره از دقت نسبتا مناسبی برخوردارند.[1]
##1.1تعریف مساله
ما در پژوهش قصد داریم برنامه ای  را پیاده سازی کنیم تا با استفاده از آن میزان شباهت دو تصویر ورودی را دریافت کنیم و با تست داده های یک مجموعه داده[^data set] مقدار آستانه شباهت  برای اینکه دو تصویر متعلق به یک نفر باشد را تعیین کنیم.همچنین سرعت این برنامه نیز برای ما معیار نسبتا مهمی است چراکه ممکن است روی مجموعه داده ی بزرگی تست شود.[2]
![سیستم باید در ازای دو تصویر پاسخ دهد که آیا این تصاویر متعاق به یک نفر است؟!](http://doi.ieeecomputersociety.org/cms/Computer.org/dl/mags/co/2011/03/figures/mco20110300841.gif)
##1.2کاربرد ها
احراز هویت هر فرد توسط یک ماشین میتواند  کاربرد های زیادی در زمینه های امنیتی داشته باشد.
با استفاده از این روش  مشکلاتی از قبیل دزدیده شدن کلمه عبور یا فراموشی آن [3]  و یا سرقت تلفن همراه [4] کمتر به وجود می آیند.همچنین قابلیت مدل کردن یک چهره ی خاص و تمیز دادن آن از یک تعداد فراوان از مدل های چهره ی ذخیره شده ،فرآیند شناسایی مجرمان را به صورت گسترده ای بهبود خواهد بخشید.[5]
##1.3 چالش های پیش رو [6]
1.امکان ثابت نبودن بعضی از عناصر  چهره مثل مو , عینک , ریش و ...   می تواند فرآیند تشخیص را با مشکل مواجه کند.
2.یکسان نبودن نور در محیط های مختلف یکی از مهم ترین مشکلات تشخیص است.
![تفاوت نور در تصاویر](http://upload7.ir/imgs/2014-11/69324157479422818725.png)
3.تفاوت اندازه تصاویر ضبط شده و همچنین متفاوت بودن نسبت چهره به کل اندازه تصویر یکی از چالش های قبل از پردازش است.
4.متفاوت بودن زاویه چهره در  تصاویر  گرد آوری شده یکی از چالش های اجتناب ناپذیر است.
![تفاوت زاویه صورت در تصاویر مختلف](http://upload7.ir/imgs/2014-11/37629542209988154676.png)
5.فراهم کردن یک مجموعه داده مناسب می تواند زمان نسبتا  زیادی را از ما  بگیرد.
##کار های مرتبط
در ادامه به چند مورد از روش هایی که هم اکنون وجود دارد اشاره می کنیم:
Eigenface:از تبدیل Karhunen_Loeves's جهت تولید یکسری بردار ویژه ولی با بعد بسیار کمتر از بعد ماتریس کوواریانس اصلی استفاده می شود.هدف اصلی 
تعریف تصاویر اولیه با یک ترکیب خطی از ماتریس های Eigenface ها از Projection تصاویر اصلی بر روی بردار های ویژه انتخاب شده بدست می آیند.قابلیت 
مهم سیستم سرعت اجزا و پیچیدگی پیاده سازی می باشد ولی در مورد تغییرات شدت نور و زاویه چهره بسیار ضعیف است.
[8,7]
LDA [^Linear Discriminant Analysis] : در این روش با استفاده از ساخت ماتریس پراکندگی درون کلاسی اقدام به یکپارگی درون کلاسی و بیرون کلاسی و کاهش فاصله درون کلاسی و افزایش فاصله بین کلاسی اقدام به یکپارچه سازی توزیع داده در زیر فضای بدست آمده نسبت به حالت Eigenfaceانجام می شود از مزیت های این سیستم به توانایی یادگیری دامنه تغییرات درون کلاسی با مهیا سازی تصاویر با تغییرات ویژگی متناظر نام برد ولی برای پیاده سازی یک سیستم متناسب بر این اساس احتیاج به حجم وسیعی از تصاویر بوده که همواره نمی توان تمامی تغییرات را ثبت کرد.
[12]
ICA: در این مدل اقدام به یافتن بردار پایه ای نموده که تصاویر پس از projection بر روی آنها از لحاظ آماری بی اشتراک بوده که این امر با ماکسیمم سازی
وابستگی درجه دوم و درجه های بالاتر بدست می آید.
[10]
 EBGM: چهره با یک گراف نمایش داده شده که نقاط آن با استفاده از ضرایب wavelet گابور آن نقطه تعریف می گردند.
[10]
AAM:یک مدل دستی از نقاط مهم و ویژگی های مهم تصویر چهره ساخته شده  و سیستم برای شناسایی اقدام به Fit کردن مدل ساخته شده بر روی تصاویر 
ورودی می کند.مدل ساخته شده با استفاده از تصاویر درون گروه آموزش Deform شده و ویژگی نهایی برای کلاس بندی فاصله و دقت در مرحله Fit و سوار کردن 
مدل بر روی چهره می باشد.از مدل معروف Lucas canade برای این مرحله استفاده می شود.
[10]
LEM :  این الگوریتم یک تکنیک جدید را بر روی نقشه های لبه خط برای انجام تشخیص چهره توضیح می دهد. از ویژگی های فیزیکی دهان, بینی  و چشم ها 
به عنوان کاراکتر های ویژه استفاده می کنند.
[10]
EP:از ویژگی های برجسته چهره فرد مانند گوش بزرگ , ابرو شکسته و ... برای شناسایی استفاده می کند. شبکه عصبی:هویت چهره را با استفاده از الگوریتم های 
شبکه عصبی از جمله MLP و RBF شناسایی می کند.
[10]
ماشین ارتجاعی:ابتدا یک تصویر شناخته شده را درخواست می کند.تصویر باید به اندازه کوچک نرمال شود.از چشم ها و دهان که در جایش واقع شده به عنوان نقاط مرجع برای نرمال کردن استفاده می شود و یک تصویر به صورت استاندارد حاصل می شود.
[11]


##مراجع
[1] مهندس محمد اسلامی "روش های تشخیص هویت بیومتریک" خرداد ماه 87
[2]  Face Recognition Vendor Test 2002  P. Jonathon Phillips, Patrick Grother, Ross Micheals, Duane M. Blackburn, Elham Tabassi, Mike Bone
[3]  Face Recognition Methods & Applications Divyarajsinh N. Parmar1, Brijesh B. Mehta
[4]  Security Management for Mobile Devices by Face Recognition Yoshihisa Ijiri, Miharu Sakuragi and Shihong Lao Sensing & Control Technology Laboratory
[5]  Goldstein, A. J., Harmon, L. D., and Lesk, A. B., Identification of human faces
[6]  Overview Of Face Recognition System Challenges Ambika Ramchandra, Ravindra Kumar  
[7]  Turk, M., and Pentland, A., "Eigenfaces for recognition", Journal of Cognitive Neuroscience, Vol. 3,
[8]  Ilker Atalay , " Face recognition using eigenfaces ", M. Sc. THESIS , (January, 1996).
[9]  روشی جدید برای آشکارسازی چهره با استفاده از ماشین بردار پشتیبان   قاسم میر جلیلی مجید روحی و محمد تقی صادقی
[10] Jorge Orts   "Face recognition techniques" Afsaneh Esmailzadeh
[11] William A.barrett " A Survey of face Recognition Algorithms and Testing Result"" Afsaneh esmailzadeh
[12] Johnny NG and Humphrey CHEUNG " Dynamic Local Feature Analysis for Face Recognition "
" Afsaneh esmailzadeh "