Statistical computing on manifolds for 3D face analysis and recognition

par Hassen Drira

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Mohamed Daoudi et de Boulbaba Ben Amor.

Soutenue le 04-07-2011

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .

  • Titre traduit

    Calcul statistique sur des variétés de formes 3D pour la reconnaissance de visages 3D


  • Résumé

    La reconnaissance de visage automatique offre de nombreux avantages par rapport aux autres technologies biométriques en raison de la nature non-intrusive. Ainsi, les techniques de reconnaissance faciale ont reçu une attention croissante au sein de la communauté de vision par ordinateur au cours des trois dernières décennies. Un atout majeur de scans 3D sur l'imagerie couleur 2D est que les variations de éclairage et mise à l'échelle ont moins d'influence sur les scans 3D. Toutefois, la numérisation des données souffrent souvent du problème de données manquantes à cause de l'auto-occultation ou des imperfections des technologies de numérisation. En outre, les variations dues aux expressions faciales rendent difficile la reconnaissance automatique des visages 3D. Pour être utiles dans des applications du monde réel, les approches de reconnaissance faciale 3D devraient être en mesure de reconnaitre les surfaces faciales 3D, même dans la présence de grandes déformations dues aux expressions et des données manquantes. La plupart des recherches récentes ont été dirigés vers des techniques invariantes aux expressions faciales. Ils ont toutefois dépensé moins d'efforts pour faire face aux problème des données manquantes. Dans cet thèse, nous présentons un framework commun pour faire face aux expressions et aux données manquantes. En outre, dans le même cadre, notre framework permet de calculer des moyennes surfaces qui permettent une organization hiérarchique des bases de données de visages 3D pour permettre des recherches efficaces. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la tâche fondamentale de la reconnaissance faciale en 3D, fournir une analyse comparative de plusieurs approches, et offrir des solutions originales pour chacun des problèmes analysés.


  • Résumé

    Automatic face recognition has many benefits over other biometric technologies due to the natural, non-intrusive, and high throughput nature of face data acquisition. Thus, the techniques for face recognition have received a growing attention within the computer vision community over the past three decades. In terms of a modality for face imaging, a major advantage of 3D scans over 2D color imaging is that variations in illumination and scaling have less influence on the 3D scans.However, scan data often suffer from the problem of missing parts dueto self-occlusions or imperfections in scanning technologies. Additionally, variations in face data due to facial expressions are challenging to 3D face recognition. In order to be useful in real-world applications, 3D face recognition approaches should be able to successfully recognize face scans even in the presence of large expression-based deformations and missing data due to occlusions and pose variation. Most recent research has been directed towards expression-invariant techniques and spent less effort to handle the missing parts problem. Few approaches handles the missing part problem but none has performed on a full database containing real missing data, they simulate some missing parts. We present a common framework handling both large expressions and missing parts due to large pose variation. In addition, with the same framework, we are able to average surfaces and hierarchically organize databases to allow efficient searches. In presence of occlusion, we propose to delete and restore occluded parts. The surface is first represented by radial curves (emanating from the nose tip fo the 3D face). Then a base is built using PCA for each curve. Hence, the missing part of the curve can be restored by projecting the existing part of it on the base. PCA is applied on the tangent space of the mean curve as it is linear space. Once the occlusion was detected and removed, the occlusion challenge can be handled as a missing data problem. Hence, we apply the restoration framework and then apply our radial-curve-based 3D face recognition algorithm.


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