Segmentation of irises acquired in degraded conditions

par Thierry Lefevre

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Bernadette Dorizzi.

  • Titre traduit

    Segmentation d’iris acquis en conditions dégradées


  • Résumé

    Les performances des systèmes de reconnaissances basés sur l'iris sont très négativement affectées par les relâchements des contraintes lors de l'acquisition des images (sujet mobile ou faiblement coopératif, image acquise loin du capteur…). L’objectif de cette thèse est de proposer une amélioration des algorithmes de segmentation traditionnels afin de pouvoir travailler dans de telles conditions. Nous avons identifié et traité quarte modules qui permettent de limiter l'impact des dégradations des images sur les performances du système de reconnaissance global : • Une localisation précise et robuste de la pupille dans l'image l'œil. Pour cela, nous avons développé une méthode qui supprime les cils et les sourcils de l'image pour faciliter la détection de la pupille. • Une segmentation précise de la texture de l'iris dans l'image. Nous avons étudié plusieurs méthodes de la littérature des Contours Actifs et comparé l'impact de ces méthodes sur les performances de reconnaissances du système complet. • Une estimation précise et robuste des contours anatomique de l'iris indépendamment des occlusions dans l'image. Pour cela, nous avons dérivé les équations des Contours Actifs explicitement pour des cercles et des ellipses. Nous avons par ailleurs proposé une méthodologie efficace pour rendre la détection moins sensible aux minimas locaux. • Une méthode de détection des erreurs de segmentation. Il est en effet important de pouvoir avertir le système de reconnaissance global qu'une erreur s’est produite. Pour cela nous avons développé plusieurs critères d'évaluation de la qualité de segmentation. Nous avons ensuite fusionnés ces mesures en utilisant un algorithme de type <<Support Vector Regression>> (SVR) pour former une mesure de qualité globale évaluant la qualité de la segmentation


  • Résumé

    This thesis is focused on the development of robust segmentation algorithms for iris recognition systems working in degraded acquisition conditions. In controlled acquisition scenarios, iris segmentation is well handled by simple segmentation schemes, which modeled the iris borders by circles and assumed that the iris can only be occluded by eyelids. However, such simple models tend to fail when the iris is strongly occluded or off-angle, or when the iris borders are not sharp enough. In this thesis, we propose a complete segmentation system working efficiently despite the above-mentioned degradations of the input data. After a study of the recent state of the art in iris recognition, we identified four key issues that an iris segmentation system should handle when being confronted to images of poor quality, leading this way to four key modules for the complete system: • The system should be able locate the pupil in the image in order to initialize more complex algorithms. To address this problem, we propose an original and effective way to first segment dark elements in the image that can lead to mistakes of the pupil localization process. This rough segmentation detects high frequency areas of the image and then the system uses the pupil homogeneity as a criterion to identify the pupil area among other dark regions of the image. • Accurate segmentation of the iris texture in the eye image is a core task of iris segmentation systems. We propose to segment the iris texture by Active Contours because they meet both the requirement in robustness and accuracy required to perform segmentation on large databases of degraded images. We studied several Active Contours that varies in speed, robustness, accuracy and in the features they use to model the iris region. We make a comparative evaluation of the algorithms’ influence on the system performance. • A complete segmentation system must also accurately estimate the iris shape in occluded regions, in order to format the iris texture for recognition. We propose a robust and accurate scheme based on a variational formulation to fit an elliptic model on the iris borders. We explicitly derive evolution equations for ellipses using the Active Contours formalism. We also propose an effective way to limit the sensitivity of this process to initial conditions. This part of our work is currently under review for final acceptance in the international journal Computer Vision and Image Understanding (CVIU). • Finally, we address the main issue of automatic detection of segmentation failures of the system. Few works in the literature address measuring the quality of a segmentation algorithm, critical task for an operational system. We propose in this thesis a set of novel quality measures for segmentation and show a correlation between each of them with the intrinsic recognition performance of the segmented images. We perform fusion of the individual quality measures via a Support Vector Regression (SVR) algorithm, in order to propose a more robust global segmentation quality score


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