Optimisation de stratégies de fusion pour la reconnaissance de visages 3D.

• Auteur / Autrice : Wael Ben Soltana
• Direction : Liming Chen, Chokri Ben Amar, Mohsen Ardabilian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Information pour la Société
• Date : Soutenance le 11/12/2012
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'InfoRmatique en Images et Systèmes d'information (Ecully, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Garcia
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boulbaba Ben Amor, Sami Romdhani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bernadette Dorizzi, Michèle Rombaut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Heuristique

Fusion, Méthode

Perception des visages

Reconnaissance des formes (informatique)

Mots clés libres

Reconnaissance faciale 3D

Stratégies de fusion

Qualité des experts

Descripteurs

Classifieurs

Recuit simulé

Méthode heuristique

Algorithme génétique

3D face recognition

Fusion scheme

Expert quality

Features

Classifiers

Simulated annealing

Heurestic method

Genetic algorithm

Résumé

La reconnaissance faciale (RF) est un domaine de recherche très actif en raison de ses nombreuses applications dans le domaine de la vision par ordinateur en général et en biométrie en particulier. Cet intérêt est motivé par plusieurs raisons. D’abord, le visage est universel. Ensuite, il est le moyen le plus naturel par les êtres humains de s’identifier les uns des autres. Enfin, le visage en tant que modalité biométrique est présente un caractère non intrusif, ce qui le distingue d’autres modalités biométriques comme l’iris ou l’emprunte digitale. La RF représente aussi des défis scientifiques importants. D’abord parce que tous les visages humains ont des configurations similaires. Ensuite, avec les images faciales 2D que l’on peut acquérir facilement, la variation intra-classe, due à des facteurs comme le changement de poses et de conditions d’éclairage, les variations d’expressions faciales, le vieillissement, est bien plus importante que la variation inter-classe.Avec l’arrivée des systèmes d’acquisition 3D capables de capturer la profondeur d’objets, la reconnaissance faciale 3D (RF 3D) a émergé comme une voie prometteuse pour traiter les deux problèmes non résolus en 2D, à savoir les variations de pose et d’éclairage. En effet, les caméras 3D délivrent généralement les scans 3D de visages avec leurs images de texture alignées. Une solution en RF 3D peut donc tirer parti d’une fusion avisée d’informations de forme en 3D et celles de texture en 2D. En effet, étant donné que les scans 3D de visage offrent à la fois les surfaces faciales pour la modalité 3D pure et les images de texture 2D alignées, le nombre de possibilités de fusion pour optimiser le taux de reconnaissance est donc considérable. L’optimisation de stratégies de fusion pour une meilleure RF 3D est l’objectif principal de nos travaux de recherche menés dans cette thèse.Dans l’état d’art, diverses stratégies de fusion ont été proposées pour la reconnaissance de visages 3D, allant de la fusion précoce "early fusion" opérant au niveau de caractéristiques à la fusion tardive "late fusion" sur les sorties de classifieurs, en passant par de nombreuses stratégies intermédiaires. Pour les stratégies de fusion tardive, nous distinguons encore des combinaisons en parallèle, en cascade ou multi-niveaux. Une exploration exhaustive d’un tel espace étant impossible, il faut donc recourir à des solutions heuristiques qui constituent nos démarches de base dans le cadre des travaux de cette thèse.En plus, en s’inscrivant dans un cadre de systèmes biométriques, les critères d’optimalité des stratégies de fusion restent des questions primordiales. En effet, une stratégie de fusion est dite optimisée si elle est capable d’intégrer et de tirer parti des différentes modalités et, plus largement, des différentes informations extraites lors du processus de reconnaissance quelque soit leur niveau d’abstraction et, par conséquent, de difficulté.Pour surmonter toutes ces difficultés et proposer une solution optimisée, notre démarche s’appuie d’une part sur l’apprentissage qui permet de qualifier sur des données d’entrainement les experts 2D ou 3D, selon des critères de performance comme ERR, et d’autre part l’utilisation de stratégie d’optimisation heuristique comme le recuit simulé qui permet d’optimiser les mélanges des experts à fusionner. [...]

Face recognition (FR) was one of the motivations of computer vision for a long time, but only in recent years reliable automatic face recognition has become a realistic target of biometrics research. This interest is motivated by several reasons. First, the face is one of the most preferable biometrics for person identification and verification related applications, because it is natural, non-intrusive, and socially well accepted. The second reason relates to the challenges encountered in the FR domain, in which all human faces are similar to each other and hence offer low distinctiveness as compared with other biometrics, e.g., fingerprints and irises. Furthermore, when employing facial texture images, intra-class variations due to various factors as illumination and pose changes are usually greater than inter-class ones, preventing 2D face recognition systems from being completely reliable in real conditions.Recent, 3D acquisition systems are capable to capture the shape information of objects. Thus, 3D face recognition (3D FR) has been extensively investigated by the research community to deal with the unsolved issues in 2D face recognition, i.e., illumination and pose changes. Indeed, 3D cameras generally deliver the 3D scans of faces with their aligned texture images. 3D FR can benefit from the fusion of 2D texture and 3D shape information.This Ph.D thesis is dedicated to the optimization of fusion strategies based on three dimensional data. However, there are some problems. Indeed, since the 3D face scans provide both the facial surfaces for the 3D model and 2D texture images, the number of fusion method is high.In the literature, many fusion strategies exist that have been proposed for 3D face recognition. We can roughly classify the fusion strategies into two categories: early fusion and late fusion. Some intermediate strategies such as serial fusion and multi-level fusion have been proposed as well. Meanwhile, the search for an optimal fusion scheme remains extraordinarily complex because the cardinality of the space of possible fusion strategies. It is exponentially proportional to the number of competing features and classifiers. Thus, we require fusion technique to efficiently manage all these features and classifiers that constitute our contribution in this work. In addition, the optimality criteria of fusion strategies remain critical issues. By definition, an optimal fusion strategy is able to integrate and take advantage from different data.To overcome all these difficulties and propose an optimized solution, we adopted the following reflection. [...]