8/13/2019 2006 3D Face Recognition

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3D F a c e R e c o g n i t i o nC h a r l e s B e u m i e rS I C D p t , R o y a l M i l i t a r y A c a d e m y , B r u s s e l s B e l g i u mb e u m i e r g e l e c . r m a . a c . b e

A b s t r a c t - T h i s p a p e r d e s c r i b e s t h e d e v e l o p m e n t s o f t h e I I FRAMEWORKRMA/SIC d e p a r t m e n t i n 3D F a c e R e c o g n i t i o n a n d s i t u a t e s t h e mi n t h e r e s e a r c h a c t i v i t i e s i n t h i s f i e l d . 3D F a c e R e c o g n i t i o n T h e s c e n a r i o f o r f a c e r e c o g n i t i o n b e g i n s w i t h t h e e n r o l m e n ta p p e a r s a s a p r o m i s i n g a p p r o a c h f o r b i o m e t r i c p e r s o ni d e n t i f i c a t i o n , b r i n g i n g r o b u s t a n d s p e c i f i c f e a t u r e s , w i t h e a s y f a c e e c l i e n t s i a d a t a b a s e o f r e f e r e n c e s . T h e n , t h e s y s t e m c a n b ed e t e c t i o n f r o m d e p t h a n d q u i t e d i f f i c u l t f a k i n g p o s s i b i l i t i e s . T h e p r e s e n t e d p e o p l e f o r r e c o g n i t i o n . B a s e d o n t h e s i m i l a r i t y w i t hs u c c e s s f u l d e v e l o p m e n t o f a p r o t o t y p e f o r r e a l - t i m e a u t o m a t i c r e f e r e n c e s , p e o p l e a r e a c c e p t e d o r r e j e c t e d .p r o f i l e i d e n t i f i c a t i o n b y t h e S I C l e d u s t o t h e m o r e c o m p l e t e O u r d e v e l o p m e n t s a d d r e s s t h e p r o b l e m o f f a c e r e c o g n i t i o ng e o m e t r i c a l a n a l y s i s o f f a c i a l s u r f a c e s . S e v e r a l v er s i o n s o f c o s t f o r c o o p e r a t i v e a c c e s s c o n t r o l . i t h i s s i t u a t i o n , c a p t u r ee f f e c t i v e a n d f a s t 3D a c q u i s i t i o n s y s t e m s h a v e b e e n r e a l i z e d t o . . ..c a p t u r e f a c i a l s u r f a c e s . Two d a t a b a s e s were c r e a t e d a n d u s e d t o c o n d t i o an b e o p t e , t e r e f e r e n d a t a i s u t n dm a k e r e c o g n i t i o n e x p e r i m e n t s b y m a t c h i n g f a c i a l s u r f a c e s c o n t r o l a n d s u b j e c t s c o o p e r a t e ( a t t i t u d e , p o s e ) , a l l c o n t r i b u t i n gt h r o u g h p l a n a r p r o f i l e c o m p a r i s o n . Ou r d e v e l o p m e n t s a n d o t h e r t o b e t t e r p e r f o r m a n c e s .w o r k s c o n f i r m t h a t a f a c e r e c o g n i t i o n s y s t e m s h o u l d i n t e g r a t e 3D R e c o g n i t i o n s y s t e m s c a n b e e v a l u a t e d a c c o r d i n g t o s e v e r a lc a p a b i l i t i e s t o e x p l o i t t h e c o m p l e m e n t a r i t y o f r o b u s t g e o m e t r i c a l c r i t e r i a [ 5 ] l i k e t h e f a c i l i t y t o e x t r a c t i n f o r m a t i o n , t h ef e a t u r e s a n d n o r m a l i z e d g r e y - l e v e l c u e s . . . p e rm a n e nc e o f f e a t u r e s , t h e r e c o g n i t i o n p e r f o r m a n c e s a n d t h eu s e r a c c e p t a b i l i t y . We t r i e d t o a c h i e v e t h e b e s t r e c o g n i t i o nI . I N T R O D U C T I O N p e r f o r m a n c e s t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e t i m e r e s p o n s e , h a r d w a r en e e d s a n d c o d e s i m p l i c i t y . R e c o g n i t i o n f i g u r e s w e r e e v a l u a t e dT h e i n c r e a s i n g m o b i l i t y o f p e o p l e a n d d a t a i s c a l l i n g f o r w i t h t h e r a t e s o f f a l s e a c c e p t a n c e o f i m p o s t o r s ( F A R ) a n d f a l s em o r e a n d m o r e s e c u r i t y . A u t o m a t i c s o l u t i o n s a r e a p p e a l i n g f o r r e j e c t i o n o f c l i e n t s ( F R R ) . T h e E q u a l E r r o r R a t e ( E E R ) ,t h e i r c o m m o d i t y a n d r e c e i v e t h e s u p p o r t o f t h e e v o l v i n g d i g i t a l c o r r e s p o n d i n g t o e q u a l FAR a n d F R R , i s g i v e n a s a n o v e r a l lt e c h n o l o g y . I n t h i s c o n t e x t , F a c e R e c o g n i t i o n h a s b e e n p e r f o r m a n c e n u m b e r .g a i n i n g m u c h a t t e n t i o n f o r more t h a n t e n y e a r s a s c o n f i r m e d b yt h e o r g a n i z a t i o n o f s p e c i f i c c o n f e r e n c e s ( A u d i o - a n d V i d e o -b a s e d B i o m e t r i c P e r s o n A u t h e n t i c a t i o n A V B P A , A u t o m a t i c I I I . M O T I V A T I O N S F O R 3D F A C E R E C O G N I T I O NF a c e a n d G e s t u r e R e c o g n i t i o n A F G R ) , t h e p u b l i c a t i o n o f T h e s t u d y o f f r o n t a l i m a g e s a t t h e S I C i n 1 9 9 0 l e d t o t h e

s u r v e y s [ 1 , 2 , 3 ] , a n d t h e s e t u p o f e m p i r i c a l e v a l u a t i o n ( F E R E T c o n c l u s i o n t h a t h e a d p o s e a n d i l l u m i n a t i o n v a r i a t i o n s w e r e[ 4 ] ) . d i f f i c u l t t o h a n d l e . We t h u s c o n s i d e r e d t h e e x t e r n a l c o n t o u r o fF r o m t h e l a r g e n u m b e r o f c o m m e r c i a l i z e d b i o m e t r i c t h e h e a d p r o f i l e a n d b u i l t a r e a l - t i m e p r o t o t y p e [ 6 ] a b l e t os o l u t i o n s , F a c e R e c o g n i t i o n h a s t h e a d v a n t a g e s o f b e i n g l e s s c o n t i n u o u s l y i d e n t i f y p e o p l e a m o n g a d a t a b a s e o f 4 0 p e r s o n si n t r u s i v e a n d w e l l a c c e p t e d b y u s e r s . U n f o r t u n a t e l y , t h e w i t h a n EER o f 4 .s e n s i t i v i t y t o t h e v i e w p o i n t , i l l u m i n a t i o n a n d s u b j e c t a t t i t u d e T h e s u c c e s s o f p r o f i l e i d e n t i f i c a t i o n m o t i v a t e d a f a c i a li m p a i r s p e r f o r m a n c e s i n p r a c t i c a l i m p l e m e n t a t i o n s . T h e r e f o r e s u r f a c e a n a l y s i s t o g e t m o r e g e o m e t r i c a l i n f o r m a t i o n . I n t h en o w a d a y s s o l u t i o n s t y p i c a l l y c o m b i n e s e v e r a l m o d a l i t i e s l i k e e a r l y 9 0 s , t h e f e w 3D f a c e r e c o g n i t i o n w o r k s u s e d d i f f e r e n t i a li m a g e s , s p e e c h , p a s s w o r d o r c a r d s . g e o m e t r y a p p l i e d t o h i g h q u a l i t y 3D s u r f a c e s c a p t u r e d b yT h e 3D a p p r o a c h h a s b e e n c o n s i d e r e d s i n c e t h e 9 0 s t o e x p e n s i v e a n d s l o w LASER s c a n n e r s . T h e p o s s i b i l i t y f o r f a s tr e d u c e t h e d i f f i c u l t i e s d u e t o p o s e a n d l i g h t i n g v a r i a t i o n . a n d l o w c o s t 3D a c q u i s i t i o n s y s t e m s m o t i v a t e d o u r ownB e f o r e , t h e p r i c e a n d q u a l i t y o f 3D c a p t u r e , t h e v i s u a l i z a t i o n d e v e l o p m e n t .a n d p r o c e s s i n g o f a c q u i r e d d a t a l i m i t e d 3D d e v e l o p m e n t s . I t A s a n a n s w e r t o t h e e v a l u a t i o n c r i t e r i a g i v e n i n s e c t i o n I I ,a p p e a r s t o d a y t o b e t h e b e s t a p p r o a c h w h e n d e a l i n g w i t h l a r g e f a c e r e c o g n i t i o n s e e m s w e l l a c c e p t e d b y t h e u s e r s a n d l o w c o s tv a r i a t i o n i n p o s e . 3D c a p t u r e i s m o r e a n d m o r e a v a i l a b l e . E x t r a c t e d 3D f a c i a lI n w h a t f o l l o w s , s e c t i o n I I p r e s e n t s t h e f r a m e w o r k o f o u r f e a t u r e s a r e r a t h e r s t a b l e a n d e n h a n c e p e r f o r m a n c e s o f f a c ed e v e l o p m e n t i n f a c e r e c o g n i t i o n . S e c t i o n I I I m o t i v a t e s 3D F a c e r e c o g n i t i o n .R e c o g n i t i o n . 3D F a c e A c q u i s i t i o n a n d a v a i l a b l e 3D F a c e P r a c t i c a l l y , t h e 3D F a c e A n a l y s i s c a n i n t e g r a t e m o s t f a c i a lD a t a b a s e s a r e t h e s u b j e c t o f t h e n e x t t w o s e c t i o n s . S e c t i o n V I i n f o r m a t i o n ( g e o m e t r y a n d t e x t u r e ) , s i m p l i f y f a c e d e t e c t i o np r e s e n t s o u r 3D F a c e C o m p a r i s o n a p p r o a c h e s a n d r e s u l t s . t h a n k s t o d e p t h a n d c o m p l i c a t e f o r g e r y .S e c t i o n V I I c o n cl u d e s t h e p a p e r .

1 - 4 2 4 4 - 0 7 2 6 - 5 / 0 6 / 2 0 . O O ' 2 0 0 6 IEEE 3 6 9

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I V . 3D F A C E A C Q U I S I T I O NA . 3D A c q u i s i t i o nT h e r e e x i s t s e v e r a l p o s s i b i l i t i e s f o r 3D c a p t u r e . T h e w e b s i t eh t t p . / w w w . ipeD.com l i s t s a p p r o a c h e s a n d p r o d u c t s . Wep r e s e n t h e r e s y s t e m s c o m m o n l y u s e d f o r 3D f a c e c a p t u r e .LASER s c a n n e r s w e r e t h e f i r s t c o m m e r c i a l p r o d u c t s f o r 3Df a c i a l c a p t u r e . T h e y o f f e r h i g h p r e c i s i o n a n d r e g i s t e r e d t e x t u r ef r o m a c o l o u r camera b u t r e m a i n v e r y e x p e n s i v e a n d r a t h e rs l o w e . g . C y b e r w a r e , M i n o l t a V I V I D ) .T r i a n g u l a t i o n f o r d e p t h e s t i m a t i o n w a s i d e a l l y i m p l e m e n t e dt h a n k s t o p a t t e r n p r o j e c t i o n c a l l e d s t r u c t u r e d l i g h t . A s i n g l e F i g u r e 2 : S t r i p e d i m a g e a n d r e c o n s t r u c t i o n f o r p r o t o t y p e Bi m a g e o f t h e s c e n e i l l u m i n a t e d b y t h e p a t t e r n a l l o w s f o r 3Da n d t e x t u r e c a p t u r e . T h i s l o w c o s t a n d v e r y f a s t s o l u t i o n h a s T o measure 3D c o o r d i n a t e s , p r o j e c t e d l i n e s s t r i p e s ) a r e f i r s ti m p r o v e d i n q u a l i t y s i n c e 1 9 9 5 , t h a n k s t o t h e i n c r e a s i g

p e r f o r m a n c e of diia e e g ytois iin m g l o c a l i z e d i n t h e i m a g e . T h e i r l a b e l i S t h e n e s t i m a t e d b a s e d onp e r f o r m a n c e s o f d i g i t a l c a m e r a s ( e . g . E y e t r o n i c s , A 4 v i s i o n ) . t h i c k n e s s f o r P r o t o t y p e A [ 8 ] o r c o l o r f o r p r o t o t y p e B [ 9 ]A l e s s common a p p r o a c h t o 3D f a c e c a p t u r e c o n s i s t s i na p p l y i n g t r i a n g u l a t i o n f r o m a s t e r e o p a i r o f i m a g e s . I n a f i r s t C o s i d e r i n g t h ee o f e a t f e n e i b s , q e a c e i sa s s i g n e d i t S i n d e x i n t h e p r o j e c t e d p a t t e r n s e q u e n c e . P o i n t sd e v e l o p m e n t ( C 3 D ) , t h e T u r i n g I n s t i t u t e p r o p o s e d t o p r o j e c t a a l o n g t h e s t r i p e s a r e t h e n c o n v e r t e d i n t o X , Y , Z c o o r d i n a t e sp a t t e r n o n t h e f a c e t o s o l v e t h e c o r r e s p o n d e n c e p r o b l e m . T h e y t h a n k s t o t h e i r i m a g e p o s i t i o n a n d s t r i p e l a b e l . T h e p a r a m e t e r ss h o w e d r e c e n t l y t h a t t h e s k i n t e x t u r e s u f f i c e s t o f i n d o f t h i s c o n v e r s i o n a r e e s t i m a t e d d u r i n g a c a l i b r a t i o n p r o c e d u r ec o r r e s p o n d e n c e s w i t h v e r y h i g h r e s o l u t i o n c a m e r a . b a s e d o n t h e c a p t u r e o f p o i n t s o f a r e f e r e n c e p l a n a r o b j e c t ( [ 8 ]f o r P r o t o A , [ 1 0 ] f o r P r o t o B ) .B . S I C P r o t o t y p e s T h e c o m p a r i s o n o f r e c o n s t r u c t e d f a c e s o f F i g u r e a n d 2S t r u c t u r e d l i g h t a p p e a r e d t o b e t h e m o s t a t t r a c t i v e a p p r o a c h s h o w s t h e s u p e r i o r i t y o f p r o t o t y p e B , t h a n k s t o t h e b e t t e rf o r 3D f a c e c a p t u r e . We s u c c e s s i v e l y d e v e l o p e d t h r e e c a m e r a q u a l i t y ( d i g i t a l ) a n d t h e i m p r o v e d c a l i b r a t i o np r o t o t y p e s , i m p r o v i n g h a r d w a r e a n d i m a g e p r o c e s s i n g [ 7 ] . p r o c e d u r e . A t h i r d p r o t o t y p e w i t h b e t t e r r e s u l t s w a s d e v e l o p e dT h e s e c a n c a p t u r e a v o l u m e o f m i n i m u m 4 0 x 3 0 cm w i t h 4 0 cm b u t n o t f i n i s h e d .i n d e p t h , a t a d i s t a n c e o f l m 5 0 , w i t h a r e s o l u t i o n o f a t l e a s t5 0 x 4 0 p o i n t s o n t h e f a c e . C C o n c l u s i o n sT h e p r o j e c t e d p a t t e r n s c o n s i s t o f p a r a l l e l l i n e s ( s t r i p e s ) A m o n g a p p r o p r i a t e t e c h n o l o g i e s f o r f a c e c a p t u r e l i k ew h a t p r o v i d e s f o r e a s y d e t e c t i o n a n d p r e c i s e l o c a l i z a t i o n . LASER s c a n n e r s , s t r u c t u r e d l i g h t a n d t h e p r o m i s i n g p a s s i v eD e p e n d i n g on t h e p r o t o t y p e s , s t r i p e l a b e l s were c o d e d i n t h e s t e r e o , s t r u c t u r e d l i g h t o f f e r s b e t t e r s o l u t i o n s r e l a t i v e l y t o c o s ts t r i p e t h i c k n e s s , c o l o r o r i n t h e p o s i t i o n o f d o t s o n t h e s t r i p e s . a n d s p e e d .

V . 3D D A T A B A S E SWhen we a d d r e s s e d 3D F a c e r e c o g n i t i o n i n 1 9 9 4 , n o 3Df a c i a l d a t a b a s e w a s a v a i l a b l e . We h a d t o b u i l d u p o u r o w n ,o n c e o u r f i r s t 3D c a p t u r e p r o t o t y p e b e c a m e a v a i l a b l e .T h e 3D_RMA d a t a b a s e c a p t u r e d w i t h P r o t o t y p e A( h t t p : / / w w w . s i c . r m a . a c . b e / - b e u m i e r / D B / 3 d r m a . h t m l ) h a s t w o/ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ s e s s i o n s o f 3D f a c i a l d a t a [ 1 1 ] c a p t u r e d t w o m o n t h s a p a r t .E a c h s e s s i o n c o n s i s t s o f 1 2 0 p e r s o n s w i t h t h r e e s l i g h t l y

d i f f e r e n t p o s e s a n d o n e t e x t u r e s h o t ( p r o j e c t o r s w i t c h e d o f f ) .R e c o n s t r u c t e d s u r f a c e s a r e o f m e d i u m q u a l i t y l i m i t e d b y t h eF i g u r e 1 : S t r i p e d i m a g e a n d r e c o n s t r u c t i o n f o r p r o t o t y p e A a n a l o g c a m e r a , w i t h m a j o r p r o b l e m s f o r f a c i a l h a i r a n d e y e s( g l a s s e s ) . Some i n d i v i d u a l s w e r e b a d l y c a p t u r e d s o t h a ts e s s i o n l h a s 9 8 s u b j e c t s a n d s e s s i o n 2 1 0 8 . T h i s f r e e d a t a b a s ei s r e q u e s t e d a b o u t o n c e e v e r y m o n t h .

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P r o t o t y p e B [ 1 2 ] w a s u s e d i n BIOMET [ 1 3 ] a s many o t h e r B . C e n t r a l a n d L a t e r a l P r o f i l e sm o d a l i t i e s ( s p e e c h , f i n g e r p r i n t , p a l m , s i g n a t u r e , f a c e ) . O n l y t h e O u r f i r s t d e v e l o p m e n t i n 3D f a c e r e c o g n i t i o n c o n s i s t e d i nt h i r d s e s s i o n c o n t a i n e d 3D c a p t u r e , w i t h 8 1 s u b j e c t s . A l t h o u g h t h e a n a l y s i s o f t h e c e n t r a l p r o f i l e . T o e x t r a c t t h e c e n t r a l p r o f i l en o t a s a c c u r a t e a s e x p e c t e d f r o m t h e i m p r o v e m e n t s r e l a t i v e t o i n d e p e n d e n t l y o f t h e v i e w p o i n t , we s e a r c h t h e p l a n e o f f a c i a lP r o t o t y p e A , t h e f a c i a l s u r f a c e s a r e o f b e t t e r q u a l i t y . 5 o r 6 s y m m e t r y b y c o n s i d e r i n g t h e p l a n a r c u t s ( p r o f i l e s ) f o r 3s h o t s w e r e c a p t u r e d w i t h d i f f e r e n t o r i e n t a t i o n s . Q u a l i t a t i v e l y , p l a n e s s e p a r a t e d b y 3 c m . Two p a r a m e t e r s f o r p l a n e1 5 p e r s o n s ( 1 9 ) w e r e p o o r l y c a p t u r e d m ai n l y d u e t o b e a r d o r i e n t a t i o n s a n d o n e f o r p l a n e t r a n s l a t i o n a r e a d a p t e d t oa n d l i m i t e d c o n t r a s t ( o u t o f f o c u s ) . m a x i m i z e t h e p r o t r u s i o n o f t h e c e n t r a l p r o f i l e a n d a c h i e v e t h eA M i n o l t a V I V I D 7 0 0 w a s u s e d t o c r e a t e t h e Gavab g r e a t e s t s i m i l a r i t y o f l a t e r a l p r o f i l e s . T h i s n o r m a l i z a t i o nd a t a b a s e ( h t t p : / / g a v a b . e s c e t . u r j c . e s / a r t i c u l o s / G a v a b D B . p d f ) p r o c e d u r e ( F i g u r e 3 a ) i s v e r y f a s t a n d s t a b l e t h a n k s t o a c l e a rc o n t a i n i n g s h a p e a n d t e x t u r e o f 6 1 p e r s o n s f o r 9 p o s e s w i t h o p t i m u m , e x c e p t w h e n 3D d a t a a r e n o i s y . R o u g h i n i t i a l v a l u e sv a r i e d e x p r e s s i o n a n d o r i e n t a t i o n . o f t h e t h r e e p a r a m e t e r s b a s e d o n t h e n o s e , c h e e k s a n d f o r e h e a dB J U T - 3 D - R 1 Db ( h t t p : / / w w w . b j p u . e d u . c n / s c i / m u l t i m e d i a / m u l - s p e e d u p t h e o p t i m i z a t i o n a n d a v o i d many l o c a l m i n i m a . T h el a b / 3 d f a c e / p d f / M I S K L - T R - 0 5 - F M F R - O O I . p d f ) w a s c a p t u r e d w i t h o p t i m a l s o l u t i o n d e l i v e r s t w o n o r m a l i z e d p r o f i l e s : t h e c e n t r a lC y b e r w a r e 3 0 3 0 ( s h a p e a n d t e x t u r e ) a n d i s c l a i m e d t o b e t h e o n e a n d t h e l a t e r a l o n e , a v e r a g e o f b o t h l a t e r a l p r o f i l e s .f i r s t 3D c o l l e c t i o n o f C h i n e s e p e o p l e ( 5 0 0 s u b j e c t s ) .T h e York U n i v e r s i t y p o p u l a t e d a d a t a b a s e o f 3 5 0 s u b j e c t s( h t t p : / / w w w - u s e r s . c s . y o r k . a c . u k / 7 E t o m h / 3 D F a c e D a t a b a s e . h t m l )a c c o r d i n g t o FERET t e s t s ( 1 5 d i f f e r e n t e x p r e s s i o n s a n d p o s e s ) . IXM2VTS ( h t t p : / / w w w . e e . s u r r e y . a c . u k / R e s e a r c h / V S S P / x m 2 v t s d b / )h a s o n e s e s s i o n p r o v i d e d w i t h o n e 3D m o d e l a c q u i r e d b y t h eC3D s y s t e m ( 2 9 3 s u b j e c t s ) .T h e U n i v e r s i t y o f N o t r e Dame h a s b e e n c r e a t i n g a d a t a b a s e 7 ic o n t a i n i n g m o r e t h a n 4 0 0 0 3D s h o t s f r o m 2 7 7 p e o p l e CD( h t t p : / / w w w . n d . e d u / 0 7 E c v r l l U N D B i o m e t r i c s D a t a b a s e . h t m l ) .A s p r e s e n t e d , s e v e r a l d a t a b a s e s w i t h h i g h q u a l i t y a r ea v a i l a b l e t o d a y . T h e y o f f e r v a r i a b l e p o p u l a t i o n , e x p r e s s i o n a n dp o s e . M o s t d a t a b a s e s r e f e r r e d a b o v e a r e a v a i l a b l e f o r f r e e .

V I . 3D F A C E COMPARISONA . I n t r o d u c t i o nE a r l y 3D f a c e r e c o g n i t i o n w o r k s w e r e r e p o r t e d i n t h e l a t e8 0 s [ 1 4 , 1 5 , 1 6 ] . T h e y a n a l y z e t h e f a c e g e o m e t r y t h a n k s t oc u r v a t u r e f o r n o r m a l i s a t i o n o r l o c a l i s a t i o n a n d h e n c e r e q u i r eh i g h q u a l i t y d a t a o b t a i n e d f r o m a l a s e r s c a n n e r . S i n c e t h e n av a r i e t y o f g e o m e t r i c a l a p p r o a c h e s h a v e c o n s i d e r e d p r o f i l ed i s t a n c e s [ 1 7 ] , s u r f a c e m a t c h i n g b y H a u s d o r f f d i s t a n c e [ 1 8 ] , b ) S l o p e measure a l o n g t h e p r o f i l eI C P ( I t e r a t i v e C l o s e s t P o i n t , [ 1 9 ] ) o r P o i n t S i g n a t u r e [ 2 0 ] .Many p u b l i c a t i o n s h a v e a d a p t e d P CA ( P r i n c i p a l C o m p o n e n t T o b r i n g t w o f a c i a l s u r f a c e s i n t o c o r r e s p o n d e n c e , 3 r o t a t i o nA n a l y s i s ) s o p o p u l a r f o r 2D t o c o m p a r e 3D d a t a [ 2 1 ] o r 3D a n d a n d 3 t r a n s l a t i o n p a r a m e t e r s h a v e t o b e t u n e d . T h r e e o f t h o s e 62D [ 2 2 ] . p a r a m e t e r s a r e o b t a i n e d b y t h e s y m m e t r y c r i t e r i o n a p p l i e d f o rO t h e r w o r k s m a k e u s e o f a 3D f a c e m o d e l . I n [ 2 3 ] f o r e a c h f a c e i n d e p e n d e n t l y , p o s s i b l y o f f l i n e f o r t h e r e f e r e n c ei n s t a n c e , s h a p e a n d t e x t u r e p a r a m e t e r s , l a t e r u s e d f o r f a c e s . T h e d e r i v e d n o r m a l i z e d c e n t r a l a n d l a t e r a l p r o f i l e s c a nr e c o g n i t i o n , a r e a d a p t e d i n o r d e r t o f i t a 3D f a c i a l m o r p h a b l e b e m a t c h e d t h r o u g h t h e a d a p t a t i o n o f t h e r e m a i n i n g t h r e em o d e l t o c a p t u r e d 2D i m a g e s . p a r a m e t e r s . A m o r e e f f i c i e n t wa y c o n s i s t s i n c o m p a r i n g t h e

T h i s s u m m a r y g i v e s m a i n r e s e a r c h d i r e c t i o n s a n d l i s t s f e w s l o p e a l o n g t h e p r o f i l e s ( F i g u r e 3 b ) , o n l y d e p e n d i n g o n a s h i f tr e f e r e n c e s . S e v e r a l w o r k s h a v e c o n s i d e r e d t h e c o mb i n at i o n o f p a r a m e t e r i f t h e s t a n d a r d v a r i a t i o n i s u s e d a s m e a s u r e t os h a p e a n d t e x t u r e . S e e [ 2 4 ] f o r a r e ce n t r e v i e w . s u p p r e s s t h e e f f e c t o f g l o b a l r o t a t i o n . T h e n o s e t i p g i v e s a nWe a d o p t e d a g e o m e t r i c a l a p p r o a c h , b a s e d o n p l a n a r p r o f i l e a c c u r a t e e s t i m a t e o f t h e s h i f t . On a P e n t i u m 2 0 0 M H z ,c o m p a r i s o n , w h i c h a l l o w e d f o r t h e q u a l i t a t i v e e s t i m a t i o n o f n o r m a l i z a t i o n t a k e s a b o u t 0 . 5 s a n d p r o f i l e c o m p a r i s o n t a k e sa c q u i r e d 3D f a c e s a n d t h e v i s u a l c o n t r o l o f m a t c h i n g l e s s t h a n 0 . 0 1 s .d e v e l o p m e n t s .

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C G r e y C o m p a r i s o n T a b l e 1 : EER f r o m 3D a n d G r e y a n a l y s i s f o r t h e c e n t r a lA t e x t u r e ( g r e y - l e v e l ) a n a l y s i s c o m p l e m e n t s t h e g e o m e t r i c a n d l a t e r a l p r o f i l e s , a n d f u s i o nc o m p a r i s o n , a s t h e y p r o v i d e d i f f e r e n t i n f o r m a t i o n . M o r e o v e r , E E R ( ) 3D 3D G r e y G r e y F u s i o ns t r u c t u r e d l i g h t a c q u i s i t i o n s y s t e m s o f t e n m i s s r a n g e c a p t u r e C t r L a t C t r L a tw h e r e t e x t u r e i s s t r o n g . We d e s i g n e d a g r e y c o m p a r i s o n S h o t 1 gre| 12 8 9 . 5 1 6 . 5 1 . 2a p p r o a c h t h a t w a s e a s i l y i n t e g r a t e d w i t h t h e 3D c o m p a r i s o n S h o t 1 s t r i p e d ) 1 2 8 . 1 2 1 7 . 5 2 . 8b a s e d on p r o f i l e s [ 2 5 ] . 3 s h o t s 1 4 1 2 1 6 2 0 . 5 7 . 2I n a f i r s t e x p e r i m e n t , g r e y v a l u e s w e r e m e a s u r e d o n t h e g r e y 3 s h o t s f u s i o n ) 1 0 9 1 5 1 7 4 . 1s h o t ( p r o t o t y p e A : v i e w p o i n t o f s t r i p e d s h o t w i t h p r o j e c t o ro f f ) , w i t h 1 . 5 cm a v e r a g e o n e a c h s i d e o f t h e p r o f i l e s ( F i g u r e T e m p o r a l f u s i o n 8 7 9 1 6 . 5 1 . 44 a ) t o r e d u c e n o i s e a n d l o c a l i z a t i o n e r r o r s . T o g e t g r e y v a l u e si n d e e n d e t f o mi l u m i a t i n , w u s e l o a l ge y v l u e I n s u b s e q u e n t e x p e r i m e n t s , we a n a l y z e d t h e s t r i p e d i m a g e s .i n d e p e n d e t f T h a n k s t o t h e a v e r a g e o p e r a t i o n w h i c h p a r t l y w a s h e s s t r i p e s ,d i f f e r e n c e s a l o n g t h e p r o f i l e s , a s s h o w n i n F i g u r e 4 b f o r t w o t h e r e d u c t i o n i n p e r f o r m a n c e i s s m a l l ( S h o t 1 ( s t r i p e d ) ) ,p e r s o n s a n d t w o s e s s i o n s . C u r v e s a r e i n d e x e d b y t h e ( s i g n e d ) ^ . e s e c i a l l y w h e n c o n s i d e r i n t h e p r a c t i c a l a d v a n t a g e o f u s i n gd i s t a n c e t o t h e n o s e , t h a n k s t o t h e 3D k n o w l e d g e o f t h e y g istance ~o t h . o e hnst h Dkoldeo h t h e same i m a g e f o r 3D a n d g r e y a n a l y s i s . T h e p e r f o r m a n c ec o r r e s p o n d i n g p r o f i l e . N o r m a l i z e d g r e y p r o f i l e s w e r e d i r e c t l y tesm mg o Dadge nl s s h efracc o m p a r e d , a l l o w f i g f o r a s m a l l s h i f t o f a c o n f o r n o s e p e n a l t y i s h i g h e r w h e n i n c l u d i n g s h o t s 2 a n d 3 w h i c h a r e n o ti o m p a r e s o . a f r o n t a l : t h e o v e r l a p b e t w e e n s h o t s i s r e d u c e d a n d t h ei m p r e c i s i o n . d i r e c t i o n a l l i g h t a f f e c t s g r e y l e v e l s d i f f e r e n t l y o n t h e f a c e .T h e s e p e r f o r m a n c e r e d u c t i o n s a r e c o m p e n s a t e d w h e n s u m m i n gt h e s c o r e s o f t h e t h r e e r e f e r e n c e s o f e a c h p e r s o n , a n d w h e n

s u m m i n g t h e s c o r e s o f t h e t h r e e t e s t i m a g e s ( T e m p o r a lf u s i o n ) .D . S u r f - a c e M a t c h i n g w i t h P r o f i l e sT o e x p l o i t more 3D i n f o r m a t i o n a n d t o r e d u c e t h ei m p o r t a n c e o f t h e n o s e , t h e w h o l e f a c i a l s u r f a c e wasc o n s i d e r e d . U p t o 1 5 p a r a l l e l p l a n a r c u t s d e l i v e r a s manyp r o f i l e s t o b e c o m p a r e d w i t h h o m o l o g u e p r o f i l e s o f a r e f e r e n c e3D f a c e . E a c h p a i r o f c o r r e s p o n d i n g p r o f i l e s i s s u e s a d i s t a n c eC e n t r a l g r e y - l e v e l p r o f i l e s m e a s u r e , o b t a i n e d f r o m t h e a r e a b e t w e e n t h e p r o f i l e s d i v i d e db y t h e i r l e n g t h . T h e d i s t a n c e b e t w e e n f a c i a l s u r f a c e s t h ea v e r a g e d i s t a n c e b e t w e e n a l l c o r r e s p o n d i n g p r o f i l e p a i r s ) i s

0 . 0 L | 2 m i n i m i z e d b y a d a p t i n g t h e t h r e e r o t a t i o n a n d t h r e e t r a n s l a t i o np a r a m e t e r s . F i r s t a n I t e r a t i v e C o n d i t i o n a l Mode a p p r o a c h was=. 0 F ^< t f f / 1 a d o p t e d , t u n i n g e a c h p a r a m e t e r o n e a t a t i m e . L a t e r , t o s p e e du p p r o c e s s i n g a n d r e d u c e l o c a l m i n i m a , we m a t c h e d f a c e s b y an o r m a l i z a t i o n b a s e d on f a c e s y m m e t r y f o l l o w e d b y p r o f i l e7[gi q c o m p a r i s o n i n t h e s l o p e s p a c e as d e s c r i b e d i n B .

- 1 0 0 . 0 = A A p p l i e d t o t h e BIOMET d a t a b a s e , a l l p e r s o n s i n c l u d e dp e r s o n B ( e x c e p t w r o n g a c q u i s i t i o n s , 1 4 O ) , a n EER o f 3 . 6 0 0 w a s- 1 5 0 0 0 0 5 1 0 0 r e a c h e d w h e n f r o n t a l s h o t s 1 a n d 6 ) were c o m p a r e d . T h i s r a t ed i n e d s t a n c e t o n o s ecm d r o p s t o 1 4 0 0 w h e n s h o t s 1 , 2 , 3 ( F r o n t a l l , L e f t , R i g h t ) w e r e

c o m p a r e d t o 4 , 5 , 6 ( U p , D o w n , F r o n t a l 2 ) . F r o n t a l s h o t s a r eF i g u r e 4 : a ) E x t e n t s o f g r e y - l e v e l a v e r a g e i n d e e d m o r e b a l a n c e d f o r s y m m e t r y n o r m a l i z a t i o n a n d ab ) C e n t r a l g r e y - l e v e l p r o f i l e f o r t w o s e s s i o n s d i f f e r e n c e i n t h e v i e w p o i n t r e d u c e s t h e o v e r l a p o f s u r f a c e s .T h i s e x p l a i n s w h y a t h i r d p r o t o t y p e w a s d e s i g n e d t o b e t t e rc o v e r t h e f a c e w i t h o n e c a p t u r e . N o t e x t u r e a n a l y s i s h a s b e e nT h e t o p r o w o f T a b l e p r e s e n t s t h e r e s u l t s o f t h i s e x p e r i m e n t p e r f o r m e d w i t h P r o t o t y p e B .( S h o t ( g r e y ) ) . T h e w o r s e p e r f o r m a n c e s o f g r e y p r o f i l e scome f r o m t h e l i t t l e i n f o r m a t i o n i n l a t e r a l g r e y p r o f i l e s a n df r o m t h e i r d e pe n d e n c e o n p r o f i l e e x t r a c t i o n . T h e f u s i o n ( l i n e a rc o m b i n a t i o n w i t h c o e f f i c i e n t s o b t a i n e d w i t h a l e a r n i n g s e t ) o ft h e g e o m e t r i c a l a n d g r e y p r o f i l e s s h o w s a c l e a r i m p r o v e m e n ti n r e c o g n i t i o n .

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ACK N OWLED G ME N TT h i s w o r k h a s b e e n m a i n l y s u p p o r t e d b y t h e B e l g i a n MoD

a n d p a r t i a l l y b y t h e E u r o p e a n P r o g r a m m e ACTS a n d l E c o l eN a t i o n a l e S u p e r i e u r e d e s T e l e c o m m u n i c a t i o n s , P a r i s X I I I .REFERENCES

[ 1 ] A . S a m a l a n d P . I y e n g a r , AUTOMATIC RECOG NITION ANDANALYSIS OF HUMAN FACES AND FACIAL EXPRESSIONS: ASURVEY, I n P a t t e r n R e c og n i ti o n , V o l . 2 5 , N o . 1 , p p 6 5 - 7 7 , 1 9 9 2 .[ 2 ] R . C h e l l a p p a , C . L . W i l s o n a n d S . S i r o h e y , Human a n d M a c h i n eR e c o g n i t i o n o f F a c e s I n P r o c e e d i n g s o f t h e I E E E , V o l 8 3 , N o . 5 , Ma y1 9 9 5 , p p 7 0 5 - 7 4 0 .[ 3 ] W. Z h a o , R o b u s t I ma g e- b a s e d 3D F a c e R e c o g n i t i o n , P hD t h e s i s ,U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d , 1 9 9 9 .[ 4 ] P . J . P h i l l i p s , H . M o o n , P . J . R a u s s , a n d S . R i z v i , T h e FERET e v a l u a t i o n

I z / f e X g / 1 / / g X y ~ ~ ~ ~ m e t h o d o l o g y f o r f a c e r e c o g n i t i o n a l g o r i t h m s , IEEE T r a n s a c t i o n s onP a t t e r n A n a l y s i s a n d M a c h i n e I n t e l l i g e n c e , V o l . 2 2 , N o . 1 0 , O c t 2 0 0 0 .[ 5 ] I n BIOMETRICS P e r s o n a l I d e n t i f i c a t i o n i n N e t w o r k e d S o c i e t y , A . J a i n , R .B o l l e , S . P a n k a n t i e d i t o r s , K l u w e r A c a d e m i c P u b l i s h e r s , 1 9 9 9 .[ 6 ] C . B e u m i e r , M . P . A c h e r o y , A u t o m a t i c P r o f i l e I d e n t i f i c a t i o n , I n FIRSTINTC O N F ON AUDIO AN D VIDEO BASED BIOMETRIC PERSONAUTHENTICATION ( A V B P A ) , C r a n s - M o n t a n a , S w i t z e r l a n d , M a r c h 1 2 -1 4 1 9 9 7 , p p 1 4 5 - 1 5 2 .[ 7 ] C . B e u m i e r , DESIGN OF CODED STRUCTURED LIGHT PATTERNFOR 3 D F ACI AL SURFACE C A P T U R E , E U S I P C O - 2 0 0 4 , V i e n n a ,A u s t r i a , S e p t 6 - 1 0 , 2 0 0 4 , p p 2 2 9 1 - 2 2 9 4 .[ 8 ] C . B e u m i e r , M . A c h e r o y , 3D F a c i a l S u r f a ce A c qu i s i t io n b y S t r u c t u r e dF i g u r e 5 : a ) P a r a l l e l p l a n a r c u t s b ) P r o f i l e m a t c h i n g L i g h t , I n I n t e r n a t i o n a l W o r k s h o p on S y n t h e t i c - N a t u r a l H y b r i d C o d i n ga n d T h r e e D i m e n s i o n a l I m a g i n g , S a n t o r i n i , G r e e c e , 1 5 - 1 7 S e p , 1 9 9 9 , p p1 0 3 - 1 0 6 .[ 9 ] C . B e u m i e r , F a c i a l S ur f ac e A c q ui s it i o n w i t h C o l o u r S t r i p i n g ,E . C o n c l u s i o n s I C A N N I I C O N I P 2 0 0 3 , I s t a n b u l , T u r k e y , J u n e 2 0 0 3 , p p 5 4 8 - 5 5 1 .[ 1 0 ] C . B e u m i e r , C a l i b r a t i o n o f a s t r u c t u r e d l i g h t s y s t e m f o r 3D a c q u i s i t i o n , I nWe d e m o n s t r a t e d t h e v a l i d i t y o f 3D f a c e r e c o g n i t i o n a n d t h e I E E E B E N E L U X S i g n a l P r o c e s s i n g S y m p o s i u m , H i l v a r e n b e e k , T h e

a d v a n t a g e o f c o m b i n i n g t e x t u r e d a t a . T h e s y s t e m i s l o w c o s t N e t h e r l a n d s , A p r 2 0 0 4 .a n d f a s t . R e s u l t s c a n b e l a r g e l y i m p r o v e d w i t h b e t t e r 3D [ 1 1 ] C . B e u m i e r , M . A c h e r o y , S I C _ D B : M u l t i - M o d a l D a t a b a s e f o r P e r s o n

lessnoise,fewerholesndl a r g e r . . . . . . . . . . . . . . . . A u t h e n t i c a t i o n , I n P r o c e e d i n g s o f t h e 1 0 t h I n te r n at i on a l C o n f e r e n c e ona c q u i s i t i o n l e s s n o i s e , f e w e r h o l e s a n d l a r g e r c o v e r a g e ) . T h i s I m a g e A n a l y s i s a n d P r o c e s s i n g , V e n i c e , I t a l y , 2 7 - 2 9 S e p , 1 9 9 9 , p p 7 0 4 -w o u l d r e d u c e l o c a l m i n i m a i m p a i r i n g c o m p a r i s o n . A b e t t e r 7 0 8 .r e p r e s e n t a t i o n o f p e o pl e i n t h e d a t a b a s e w o u l d f a v o r t h e [ 1 2 ] C . B e u m i e r , 3 D F a c e R e c o g n i t i o n , C I H S P S 2 0 0 4 , I E E E I n t . C o n f o nC o m p u t a t i o n a l I n t e l l i g e n c e f o r H o m e l a n d S e c u r i t y a n d P e r s o n a l S a f e t y ,s t a t i s t i c a l v a l i d i t y o f t e s t s a n d o f e x p e c t a b l e p e r f o r m a n c e s o f V e n i c e , I t a l y , 2 1 - 2 2 J u l y 2 0 0 4 .t h e 3 D a p p r o a c h . [ 1 3 ] BIOMET I n c e n t i v e r e s e a r c h p r o j e c t o f G ET ( R D 1 2 3 , R E 4 0 8 ) , F r a n c e .O t h e r w o r k s w i t h h i g h q u a l i t y d a t a b a s e s , e x h i b i t v e r y g o o d [ 1 4 ] J . Y . C a r t o u x , J . T . L a p r e s t e , M . R i c h e t i n , F a c e A u t h e n t i c a t i o n o rrecognitionp e r f o r m a n c e s , even or l ar g e o r ie n t a ti o n c h a n g e s . R e c o g n i t i o n b y P r o f i l e E x t r a c t i o n f r o m R a n g e I m a g e s , IEEE C o m p u t e rr e c o g n i t i o n p e r f o r m a n c e s ,e v e n f o r l a r g e o r i e n t a t i o n c h a n g e S o c i e t y W o r k s h o p o n I n t e r p r e t a t i o n o f 3D s c e n e s , 1 9 8 9 , p p 1 9 4 - 1 9 9 .[ 1 5 ] J . C . L e e a n d E . M i l i o s , M a t c h i n g R a n g e I m a g e s o f Human F a c e s , 3 r d I n tC o n f o n C o m p u t e r V i s i o n , 1 9 9 0 , p p 7 2 2 - 7 2 6 .V I I . CONCLUSIONS [ 1 6 ] G . G o r d o n , F a c e r e c o g n i t i o n b a s e d o n d e p t h m a p s a n d s u r f a c e c u r v a t u r e ,I n S P I E G e o - m e t r i c m e t h o d s i n C o m p u t e r V i s i o n , V o l 1 5 7 0 , S a n D i e g o ,T h e 3D F a c e R e c o g n i t i o n a p p r o a c h c o n t a i n s t w o m a i n 1 9 9 1 .c h a l l e n g e s . T h e f i r s t o n e s h o w e d t h a t 3D c a p t u r e c a n f u l f i l l [ 1 7 ] C . B e u m i e r , M . A c h e r o y , A u t o m a t i c F a c e V e r i f i c a t i o n f r o m 3 D a n d G r e y

s y s t e m r e q u i r e m e n t s a b o u t s p e e d , c o s t , c o v e r a g e a n d p r e c i s i o n . L e v e l C l u e s , I n 1 1 t h P o r t u g u e s e C o n f e r e n c e o n P a t t e r n R e c o g n i t i o n( R E C P A D 2 0 0 0 ) , P o r t o , P o r t u g a l , M a y 1 1 t h - 1 2 t h , 2 0 0 0 .T h e s e c o n d c h a l l e n g e p r o v e d t h a t f a c i a l s u r f a c e a n a l y s i s [ 1 8 ] B . A c h e r m a n n , H . B u n k e , C l a s s i f y i n g R a n g e I m a g e s o f Human F a c e sc o n t a i n s d i s c r i m i n a t i v e i n f o r m a t i o n , a d e q u a t e f o r p e r s o n w i t h H a u s d o r f f D i s t a n c e , I n t . C o n f o n P a t t e r n R e c o g n i t i o n 2 0 0 0 ,v e r i f i c a t i o n . B a r c e l o n a , S p a i n , S e p 2 0 0 0 , p p 8 1 3 - 8 1 7 .[ 1 9 ] N . U c h i d a , T . S h i b a h a r a , T A o k i , 3D F a c e R e c o g n i t i o n U s i n g P a s s i v eMany 3D a c q u i s i t i o n s y s t e m s a r e c o m m e r c i a l i z e d . We S t e r e o V i s i o n , I n t . C o n f o n I m a g e P r o c e s s i n g 2 0 0 5 ( I C I P 2 0 0 5 ) ,e x p e c t m o s t 3D d a t a b a s e s t o c o l l e c t s h a p e a n d t e x t u r e s i n c e G e n o v a , I t a l y , V o l I I p p 9 5 0 - 9 5 3 , S e p 2 0 0 5 .

t h e y a r e a v a i l a b l e w i t h m o s t 3D s e n s o r s . S e v e r a l d a t a b a s e s [ 2 0 ] C - S . C h u a , F . H a n , Y - K . H o , 3 D H u m a n F a c e R e c o g n i t i o n U s i n g P o i n tS i g n a t u r e , I n t . C o n f o n A u t o m a t i c F a c e a n d G e s t u r e R e c o g n i t i o n 2 0 0 0 ,h a v e b e e n p r e s e n t e d . G r e n o b l e , F r a n c e , p p 2 3 3 - 2 3 8 , M a r c h 2 0 0 0 .A l t h o u g h S I C r e s u l t s s u f f e r f r o m l o w q u a l i t y d a t a b a s e s , t h e [ 2 1 ] K . C h a n g , K . B o w y e r , P . F l y n n , M u l t i - M o d a l 2D a n d 3 D B i o m e t r i c s f o rp r e s e h a s d e m o n s t r a t e d t h e v a l i d i t y o f t h e 3 D F a c e R e c o g n i t i o n , I n t . W o r k s h o p o n A n a l y s i s a n d M o d e l l i n g o f F a c e sp r e s e n t e dr o t o t y p e ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ne s t u r e s 2 0 0 3 , N i c e , F r a n c e , p p 1 8 7 - 1 9 4 , O c t 2 0 0 3 .a p p r o a c h , e s p e c i a l l y w h en s h a p e and t e x t u r e c u e s a r e u s e d . [ 2 2 ] A . C o l o m b o , C . C u s a n o , R . S c h e t t i n i , 3 D F a c e R e c o g n i t i o n s y s t e m u s i n gTh e e x i s t e n c e o f c o m m e r c i a l s o l u t i o n s ( a 4 v i s i o n , F a c e E n f o r c e ) C u r v a t u r e - b a s e d d e t e c t i o n a n d h o l i s t i c m u l t i m o d a l c l a s s i f i c a t i o n , I n

c o n f i r m s t h e 3D p o t e n t i a l f o r s e c u r i t y . P a t t e r n R e c o g n i t i o n , V o l 3 9 , p p 4 4 4 - 4 5 5 , M a r 2 0 0 6 .

3 7 3

8/13/2019 2006 3D Face Recognition

6/6

[ 2 3 ] S . R o m d h a n i , V . B l a n z , T . V e t t e r , F a c e I d e n t i f i c a t i o n b y F i t t i n g a 3DM o r p h a b l e M o d e l u s i n g L i n e a r S h a p e a n d T e x t u r e E r r o r F u n c t i o n s ,E u r o p e a n C o n f e r en c e o n C o m p u t e r V i s i o n 2 0 0 2 , C o p e n h a g e n , D e n m a r k ,p p 3 - 1 9 , Ma y 2 0 0 2 .[ 2 4 ] K B o w y e r , K . C h a n g , P . F l y n n , A s u r v e y o f A p p r o a c h e s t o T h r e e -D i m e n s i o n a l F a c e R e co g ni t io n , 7 t h I n t . C o n f o n P a t te r n R e c o gn i t i on ,ICPR 2 0 0 4 , V o l 1 , 2 0 0 4 , p p 3 5 8 - 3 6 1 .[ 2 5 ] C . B e u m i e r , A u t o m a t i c 3D F a c e A u t h e n t i c a t i o n , I n I m a g e a n d V i s i o nC o m p u t i n g , V o l . 1 8 , N o . 4 , p p 3 1 5 - 3 2 1 .

3 7 4