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WO2006010855A1 - Method and device of face signature and recognition based on wavelet transforms - Google Patents

Method and device of face signature and recognition based on wavelet transforms Download PDF

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Publication number
WO2006010855A1
WO2006010855A1 PCT/FR2005/001648 FR2005001648W WO2006010855A1 WO 2006010855 A1 WO2006010855 A1 WO 2006010855A1 FR 2005001648 W FR2005001648 W FR 2005001648W WO 2006010855 A1 WO2006010855 A1 WO 2006010855A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signature
face
image
points
wavelets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2005/001648
Other languages
French (fr)
Inventor
Nathalie Laurent
Christophe Laurent
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Orange SA
Original Assignee
France Telecom SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by France Telecom SA filed Critical France Telecom SA
Publication of WO2006010855A1 publication Critical patent/WO2006010855A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/16Human faces, e.g. facial parts, sketches or expressions
    • G06V40/168Feature extraction; Face representation
    • G06V40/171Local features and components; Facial parts ; Occluding parts, e.g. glasses; Geometrical relationships

Definitions

  • the present invention is in the field of face recognition.
  • the present invention relates to a method of signing a face represented by a digital image and a method of recognizing that face in a knowledge base from said signature.
  • the methods according to the invention are based on transformation techniques of the aforementioned digital image in wavelets, in order to exploit the known properties of time-frequency decomposition.
  • This method relies mainly on the calculation of the moments associated with three parts obtained by preliminary partition of the face (namely, the upper half of the center of the face, the lower part of the center of the face and the border of the face).
  • This method which requires a frontal view of the face, has a major disadvantage in that it deals with relatively coarse blocks of the face, and does not exploit the local characteristics.
  • the invention aims to overcome the aforementioned drawbacks.
  • this method comprises:
  • a step of structural representation of the face by a set of points a step of decomposing the image into undirected wavelets and oriented 2D wavelets; a step of determining statistical characteristics of the image obtained from the coefficients of these wavelets in the vicinity of the aforementioned points;
  • the invention thus makes it possible to obtain a signature taking into account the characteristics of the face in the vicinity of each of the points of its structural representation.
  • the structural representation of the image in a set of points makes it possible on the one hand to limit the size of the signature of the face and, on the other hand, to take into account characteristics such as the luminance of the neighboring pixels.
  • the decomposition of the image into undirected wavelets and oriented 2D wavelets makes it possible to take into account, in the signature of the face, numerous details around the aforementioned points, and in particular details relating to the horizontal, vertical, diagonal contours to 45 °, 135 ° diagonals and their texture.
  • the structural representation can include using a regular grid, or a set of randomly selected points.
  • the representation is based on a deformable model dedicated to the face object, which allows a representation of the face from a set of very significant points.
  • the wavelet decomposition uses a Daubechies base and a minimum resolution level equal to one sixteenth of the resolution of the initial image. Such a choice makes it possible to obtain a very satisfactory face recognition rate.
  • the statistical characteristics of the face comprise the mean and the standard deviation of the normalized coefficients of the wavelet associated with a mask around the points of structural representation.
  • the statistical characteristics may comprise the sum of the standardized coefficients of the wavelets, or any higher order moment.
  • the signature method according to the invention comprises a preliminary step of filtering the image, preferably with a Gaussian filter of size 5 out of 5.
  • the invention aims at a knowledge base comprising at least one signature of a face represented by a digital image, this signature comprising statistical characteristics of the image, obtained from the undirected wavelet decomposition coefficients. and 2D oriented of this image, in the vicinity of points of a structural representation of the face.
  • the invention relates to a method for recognizing a face represented by a digital image.
  • a signature of the face is obtained by a signature method as briefly described above;
  • a distance is calculated between the two signatures, preferably quadratic.
  • a quadratic distance is used and it is considered in the calculation of the quadratic distance that each characteristic has the same importance.
  • this embodiment is particularly suitable when the structural representation of the face is made from a regular grid or sparsely chosen points on the face.
  • this recognition method further comprises a step of weighting the statistical characteristics of the images to favor the most discriminating statistical characteristics in the calculation of the quadratic distance. In a first embodiment, these most discriminating characteristics are predetermined.
  • a principal component analysis of the statistical characteristics of the comparison signatures of the knowledge base is performed to determine the coefficients of this weighting.
  • the signature method according to the invention uses invariant characteristics of a predetermined number of points representing the digital image.
  • Such a signature can therefore serve as a key for indexing the digital image.
  • the invention also relates to a method of indexing a digital image using a signature of this image of the type obtained by a signature method as briefly described above.
  • the invention also aims at:
  • this signature comprising statistical characteristics of the image, obtained from the coefficients of non-oriented and 2D oriented wavelet decompositions of this image, in the vicinity; points of a structural representation of said face;
  • a transmission method and a method of recording a digital signal as briefly described above; a computer program stored on an information medium, this program including instructions enabling the implementation of a signature method and / or a recognition method and / or a method indexing as briefly described above when this program is loaded and executed by a computer system;
  • a device for signature of a face contained in a digital image characterized in that it comprises: means for structural representation of this face by a set of points;
  • a device for recognizing a face represented by a digital image characterized in that it comprises:
  • FIG. 1 represents, in flowchart form, the main steps of a signature process of a face represented in the form of a digital image, according to the invention
  • FIG. 2 represents a regular grid that can be used to perform a structural representation of a face, in a particular embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a deformable model that can be used to perform a structural representation of a face, in another particular embodiment of the invention
  • FIGS. 4a and 4b respectively represent a decomposition of a wavelet image at resolutions V ⁇ and VA;
  • FIG. 5 represents, in flowchart form, the main steps of a face recognition method according to the present invention in a preferred embodiment
  • FIG. 6 shows a computer system incorporating a signature device and a face recognition device according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 1 represents, in flowchart form, the main steps E10 to E70 of a signature method Sv of a face V represented in the form of a digital image I, in accordance with a preferred embodiment of the invention.
  • this digital image I is sampled on a discrete grid of n lines and m columns, each pixel of the image being associated with at least one component Kx, y) of a representation space color.
  • the component Kx, y) is a luminance value between 0 and 255.
  • the digital image I can therefore be considered as a discrete two-dimensional function, noted: [O 1 m] x [O 1 n] - * [0, 255] (x, y) -> I ( ⁇ , y)
  • the method described here comprises a prior step E10 of face detection in the digital image I.
  • This prior detection step E10 is not part of the invention and will not be detailed here.
  • the signature method according to the invention is independent of this detection step E10.
  • the detection step E10 is followed by a step E20 for filtering the digital image I.
  • this step consists in applying, to the digital image I, the Gaussian filter FG of size 5 ⁇ 5, according to:
  • this pretreatment eliminates any disturbance of the image I, and in particular any disturbance caused by a possible noise.
  • the filtering step E20 is followed by a step E30 of structural representation of the face detected in the image I.
  • this step consists of representing the face by a set of M points pi, so as to limit the size of the signature of the face and to bear the signature on discriminating points of the face.
  • a regular grid is used, retaining one in ten points in each direction.
  • the step E30 of structural representation of the face is followed by a step E40 of transforming the image I into unoriented wavelets, in order to obtain a representation of the image I at different resolutions 2 ', where j is a relative number less than or equal to -1.
  • FIGS. 4a and 4b A decomposition of the image I into wavelets at the resolutions V2 and ⁇ A is shown diagrammatically respectively in FIGS. 4a and 4b.
  • the non-oreinted wavelet transformation utilizes the Daubechies wavelet basis and a minimum resolution level of 1/16 (i.e., 2 -4 ).
  • the image DcV1 is an image of details representing the vertical high frequencies of the image I;
  • the image DcV1 is an image of details representing the horizontal high frequencies of the image I; and the DcV1 image is an image of details representing the diagonal high frequencies of the image I.
  • the step E40 of transforming the image I into undirected wavelets is followed by a step E50 of transforming the image I into oriented 2D wavelets.
  • this oriented 2D wavelet transformation also uses the Daubechies wavelet basis and a minimum resolution level of 1/16.
  • the 2D wavelet decomposition oriented of the image I at a resolution level 2 '(j ⁇ -1), is given by a coarse image Ao 2 ' I and three images of details DoVl, Do 2 2 ' I and Do 3 2 'I, these images being all of the same size 2 k + j x 2 1 + j .
  • this 2D oriented wavelet decomposition is given by a coarse image Ao 2 ' I and three images of details DoVl, Do 2 2 ' I and Do 3 2 'I, these images being all of the same size 2 k + j x 2 1 + j .
  • the image Do 1 2 'I is a detail image representing the 45 diagonal high frequencies of the image I;
  • the image D 2 2 j 1 is a detail image representing the diagonal high frequencies at 135 ° of the image I; and the image C 32 2 'I is an image of details representing the other diagonal frequencies of the image I.
  • the step E50 for transforming the image I into oriented 2D wavelets is followed by a step E60 for determining the dominant characteristics of the image I.
  • This step E60 consists in determining statistical characteristics that best represent the neighborhood of each of the Ms. points pi obtained during the step E30 structural representation of the face.
  • this step E60 comprises two sub-steps E62 and E64.
  • the first sub-step E62 consists of determining statistical characteristics that best represent the neighborhood of each of the points pi obtained during the step E30 of structural representation of the face.
  • a mask Q, 1 is calculated around each of the points p, where 1 is the resolution level of the decomposition considered, between 1 and 4. In a preferred embodiment, this mask Q, 1 is rectangular.
  • the means and standard deviations thus obtained are normalized by the maximum value of the coefficients of the subband processed.
  • step E60 for determining the dominant characteristics is followed by a signature step E70 of the face contained in the image I.
  • this signature Sv is constituted by the set of signatures s, points p , obtained in the previous step:
  • Signature step E70 completes the face signature method described herein.
  • This signature Sv can in particular be used in a face recognition method V according to the invention.
  • the knowledge base DB comprises a set of K signatures S v k of faces V k , these signatures being of the type of the signature Sv described above with reference to FIG. 4.
  • the recognition method identifies the face V as being identical to a face V k of the knowledge base DB, when the quadratic distance d between the signatures S v and Sv k of the faces V and V k is less than a first predetermined threshold Th 1.
  • the quadratic distance d expresses as follows:
  • - M is the number of points in the structural representation of the face
  • S denotes the size of the signature vector Sj associated with each point Pi of the structural representation
  • ik denotes the j th component of the signature of the i-th point of the structural representation of the face V k.
  • the distance between the two signature vectors si and Si ' k is expressed directly from the sum of the squares of the differences of the components mg 1 , ⁇ i j 1 of these vectors.
  • the threshold Th 1 is chosen empirically. In this first variant, the distribution of the distances d is studied and the threshold Th 1 is fixed such that if the distance between two faces is greater than Th1, then the faces are considered dissimilar.
  • the threshold Th 1 is chosen after a statistical analysis of the distribution of distances d.
  • a Bayesian analysis of this distribution of distances is carried out.
  • Such a method known to those skilled in the art, consists in studying the for a set of learning constituting a knowledge a priori, the distribution of distances d for faces, of the knowledge base DB wrongly recognized, rightly recognized , unrecognized and not properly recognized.
  • this recognition process aims to identify whether the face V is identical to a face V k of the DB knowledge base.
  • the knowledge base DB has the signatures Sv k of K faces.
  • This second preferred embodiment is based on a principal component analysis, such analysis being known in the field of statistics.
  • This recognition method comprises a first step E100 for creating an X matrix comprising the signatures Sv k .
  • the step E100 for creating the matrix X is followed by a step E110 for calculating the covariance matrix ⁇ of the matrix X.
  • the step E110 for calculating the covariance matrix ⁇ is followed by a step E120 for determining the eigenvalues and eigenvectors of the covariance matrix ⁇ .
  • the calculation of eigenvalues and eigenvectors of the matrix S is known and will not be detailed here.
  • the step E120 for determining the values and the eigenvectors is followed by a step E130 of normalization of the eigenvalues. This step makes it possible to obtain M coefficients ⁇ i, ... ⁇ m , between 0 and 1.
  • the normalization step E130 is followed by a loop during which a weighted quadratic distance dp is calculated between the signatures of the faces V and V k .
  • This loop comprises a step E 140 of the calculation, strictly speaking, of this weighted quadratic distance dp, with:
  • i ij designates the j th projection component of the signature of the i th point of the structural representation of the face V k in the space of the eigenvectors.
  • Step E 140 is followed by a test E 150 in which the weighted quadratic distance dp is compared with a second predetermined threshold Th2.
  • the choice of the Th2 threshold may in particular be made similarly to the choice of Th threshold Th 1 described above.
  • step E 160 If, during this test, it is determined that the quadratic distance dp is less than or equal to the second threshold Th2, it is deduced, during a step E 160, that the face V is recognized in that it comprises a signature similar to that of the face V k . In the opposite case, we go back to the previous step E140 to compare the signatures of the faces V and V k + 1 .
  • FIG. 6 represents a computer system 100 incorporating a signature device and a device for recognizing a face V according to the invention.
  • the computer system 100 described here consists of a personal computer of the PC type.
  • This computer system 100 comprises, in a known manner, a processor 10, a screen 11, a network card 12, a read-only memory ROM 13, a random access memory RAM 14, these various elements being, in a known manner, connected by
  • the computer system 100 is connected, by means of the network card 12, to a computer network 20 to which is connected a knowledge base DB according to the invention.
  • This knowledge base DB comprises a plurality of signatures S v k of faces V k of the type obtained by the signature method described above, with reference to FIG.
  • each signature Sv k of the knowledge base DB has statistical characteristics (my 1 , ⁇ - ⁇ ) of an image V k obtained from the classical and 2D wavelet decomposition coefficients of a digital image representing the face V k in the vicinity of points pi of a structural representation of this face.
  • the computer system 100 is connected to a digital camera 16 adapted, in cooperation with the other elements of the computer system 100, to acquire a digital image I and to store this image in a register of the same name.
  • RAM 14 includes registers storing a computer program PG 1 adapted to implement the signature method described above with reference to Figure 1. This computer program PG 1 is thus adapted to detect, if necessary, a face V in the digital image I stored in the RAM memory
  • the signature program PG 1 is also adapted to carry out an undirected wavelet decomposition and an oriented D wavelet and to determine the dominant characteristics of the image I as described above, with reference to the step E60 of FIG.
  • the signature method PG 1 is thus adapted to obtain the signature Sv of the image V and to store this signature in a register of the same name of the random access memory 14.
  • the read-only memory 13 of the computer system 100 also comprises a program PG2 adapted to create a signal SG of digital data representative of the signature Sv and to transmit, in collaboration with the network card 12, this signal SG to another computer system not shown here by means of a communication protocol, preferably standard.
  • the computer system 100 also includes a PG3 program for recording the SG signal.
  • the recording program PG3 is able to record the signal SG in the knowledge base DB on the computer network 20.
  • the ROM 13 of the computer system 100 also comprises a computer program PG4 for recognizing a face V represented by a digital image I.
  • This recording program PG4 is adapted to implement a recognition method as described above with reference to FIG.
  • the recognition program PG4 is adapted to obtain signatures Sv k of face V k from the knowledge base DB, via the network card 12 and the computer network 20 and to store these signatures in the random access memory 14 .
  • the recognition program PG4 is in particular adapted to carry out a principal component analysis of the statistical characteristics of the signatures S v k of the knowledge base DB so as to obtain the weighting coefficients ⁇ j described above, with reference to FIG.
  • the recognition PG4 is then adapted to calculate, from these weighting coefficients, a weighted quadratic distance between the signature Sv of the face V and the different signatures Sv k obtained from the knowledge base DB.
  • the recognition program PG4 is adapted to display on the screen 11 a predetermined message when the aforementioned quadratic distance is less than a threshold Th1 or Th2 stored in the read-only memory 13, this message being significant because the face V is recognized in that it has a signature similar to that of the face V k associated with the signature Sv k -

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Abstract

The invention concerns a signature method of a face contained in a digital image (I) comprising: a step (E30) of structural representation of the face through an assembly of points; steps (E40, E50) of decomposition of the image into non-oriented and 2D-oriented wavelets; a step (E60) of determining the statistical characteristics of the image (I) obtained from coefficients of said wavelets in the neighbourhood of said points; and a step (E70) of signature of the face from said statistical characteristics.

Description

Procédé et dispositif de signature et de reconnaissance d'un visage basé sur des transformations ondelettes Method and device for signing and recognizing a face based on wavelet transformations

La présente invention se situe dans le domaine de la reconnaissance des visages.The present invention is in the field of face recognition.

Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de signature d'un visage représenté par une image numérique et un procédé de reconnaissance de ce visage dans une base de connaissance à partir de ladite signature. Les procédés selon l'invention reposent, sur des techniques de transformations de l'image numérique précitée en ondelettes, afin d'en exploiter les propriétés connues de décomposition temps-fréquence.More specifically, the present invention relates to a method of signing a face represented by a digital image and a method of recognizing that face in a knowledge base from said signature. The methods according to the invention are based on transformation techniques of the aforementioned digital image in wavelets, in order to exploit the known properties of time-frequency decomposition.

Une méthode connue de reconnaissance de visages basée sur une transformation ondelettes a été publiée dans l'article « Wavelet packet analysis for face récognition » aux pages 289-297 de la revue « Images and Vision Computing, Vol. 18, 2000 ».A known method of face recognition based on wavelet transformation has been published in the article "Wavelet packet analysis for face recognition" on pages 289-297 of the journal "Images and Vision Computing, Vol. 18, 2000 ".

Cette méthode repose principalement sur le calcul des moments associés à trois parties obtenues par partition préalable du visage (à savoir, la moitié supérieure du centre du visage, la partie inférieure du centre du visage et la bordure du visage).This method relies mainly on the calculation of the moments associated with three parts obtained by preliminary partition of the face (namely, the upper half of the center of the face, the lower part of the center of the face and the border of the face).

Cette méthode, qui nécessite une vue frontale du visage, présente un inconvénient majeur en ce qu'il traite des blocs relativement grossiers du visage, et n'en exploite pas les caractéristiques locales.This method, which requires a frontal view of the face, has a major disadvantage in that it deals with relatively coarse blocks of the face, and does not exploit the local characteristics.

L'invention vise à pallier les inconvénients précités. A cet effet, et selon un premier aspect elle concerne un procédé de signature d'un visage contenu dans une image numérique, ce procédé comportant :The invention aims to overcome the aforementioned drawbacks. For this purpose, and according to a first aspect, it concerns a process for signing a face contained in a digital image, this method comprising:

- une étape de représentation structurelle du visage par un ensemble de points ; - une étape de décomposition de l'image en ondelettes non orientées et en ondelettes 2D orientées ; - une étape de détermination de caractéristiques statistiques de l'image obtenues à partir des coefficients de ces ondelettes au voisinage des points précités ; eta step of structural representation of the face by a set of points; a step of decomposing the image into undirected wavelets and oriented 2D wavelets; a step of determining statistical characteristics of the image obtained from the coefficients of these wavelets in the vicinity of the aforementioned points; and

- une étape de signature du visage à partir de ces caractéristiques statistiques.- a signature step of the face from these statistical characteristics.

L'invention permet ainsi d'obtenir une signature prenant en compte les caractéristiques du visage au voisinage de chacun des points de sa représentation structurelle.The invention thus makes it possible to obtain a signature taking into account the characteristics of the face in the vicinity of each of the points of its structural representation.

Avantageusement, la représentation structurelle de l'image en un ensemble de points permet d'une part de limiter la taille de la signature du visage et, d'autre part, la prise en compte de caractéristiques telle que la luminance des pixels voisins.Advantageously, the structural representation of the image in a set of points makes it possible on the one hand to limit the size of the signature of the face and, on the other hand, to take into account characteristics such as the luminance of the neighboring pixels.

Surtout, la décomposition de l'image en ondelettes non orientées et en ondelettes 2D orientées permet de prendre en compte, dans la signature du visage, de nombreux détails autour des points précités, et notamment des détails relatifs aux contours horizontaux, verticaux, diagonaux à 45°, diagonaux à 135° et à leur texture.Above all, the decomposition of the image into undirected wavelets and oriented 2D wavelets makes it possible to take into account, in the signature of the face, numerous details around the aforementioned points, and in particular details relating to the horizontal, vertical, diagonal contours to 45 °, 135 ° diagonals and their texture.

Ces caractéristiques permettent d'obtenir une signature dont le caractère discriminant est fortement amélioré par rapport à toutes les techniques connues de l'art antérieur.These characteristics make it possible to obtain a signature whose discriminating character is greatly improved with respect to all the techniques known from the prior art.

En variante, on peut également utiliser des ondelettes de deuxième génération (« ondelettes 2G »).In a variant, it is also possible to use second generation wavelets ("2G wavelets").

La représentation structurelle peut notamment utiliser une grille régulière, ou un ensemble de points sélectionnés aléatoirement. Préférentiellement, la représentation est basée sur un modèle déformable dédié à l'objet visage, ce qui permet une représentation du visage à partir d'un ensemble de points très significatifs.The structural representation can include using a regular grid, or a set of randomly selected points. Preferably, the representation is based on a deformable model dedicated to the face object, which allows a representation of the face from a set of very significant points.

Préférentiellement, la décomposition en ondelettes utilise une base de Daubechies et un niveau minimal de résolution égal à un seizième de la résolution de l'image initiale. Un tel choix permet d'obtenir un taux de reconnaissance des visages très satisfaisant.Preferentially, the wavelet decomposition uses a Daubechies base and a minimum resolution level equal to one sixteenth of the resolution of the initial image. Such a choice makes it possible to obtain a very satisfactory face recognition rate.

Dans un mode préféré de réalisation, les caractéristiques statistiques du visage comportent la moyenne et l'écart type des coefficients normalisés des ondelettes associées à un masque autour des points de représentation structurelle.In a preferred embodiment, the statistical characteristics of the face comprise the mean and the standard deviation of the normalized coefficients of the wavelet associated with a mask around the points of structural representation.

En variante, les caractéristiques statistiques peuvent comporter la somme des coefficients normalisés des ondelettes, ou tout moment d'ordre supérieur. Dans un mode préféré de réalisation, le procédé de signature selon l'invention comporte une étape préalable de filtrage de l'image, préférentiellement avec un filtre gaussien de taille 5 sur 5.As a variant, the statistical characteristics may comprise the sum of the standardized coefficients of the wavelets, or any higher order moment. In a preferred embodiment, the signature method according to the invention comprises a preliminary step of filtering the image, preferably with a Gaussian filter of size 5 out of 5.

Cette caractéristique permet avantageusement de supprimer toute perturbation engendrée par du bruit. Selon un deuxième aspect, l'invention vise une base de connaissance comportant au moins une signature d'un visage représenté par une image numérique, cette signature comportant des caractéristiques statistiques de l'image, obtenues à partir des coefficients de décompositions en ondelettes non orientées et 2D orientées de cette image, au voisinage de points d'une représentation structurelle du visage.This characteristic advantageously makes it possible to eliminate any disturbance caused by noise. According to a second aspect, the invention aims at a knowledge base comprising at least one signature of a face represented by a digital image, this signature comprising statistical characteristics of the image, obtained from the undirected wavelet decomposition coefficients. and 2D oriented of this image, in the vicinity of points of a structural representation of the face.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé de reconnaissance d'un visage représenté par une image numérique.According to a third aspect, the invention relates to a method for recognizing a face represented by a digital image.

Au cours de ce procédé :During this process:

- on obtient une signature du visage par un procédé de signature tel que décrit brièvement ci-dessus ;a signature of the face is obtained by a signature method as briefly described above;

- on obtient une signature de comparaison associée à un visage dans une base de connaissance telle que décrite brièvement ci- dessus ;a comparison signature associated with a face is obtained in a knowledge base as briefly described above;

- on calcule une distance entre les deux signatures, préférentiellement quadratique ; eta distance is calculated between the two signatures, preferably quadratic; and

- on décide si le visage à reconnaître correspond au visage associé à ladite signature de comparaison, à partir de ladite distance.- It is decided whether the face to be recognized corresponds to the face associated with said comparison signature, from said distance.

Dans un premier mode de réalisation particulièrement simple à mettre en œuvre, on utilise une distance quadratique et on considère, dans le calcul de la distance quadratique, que chaque caractéristique a la même importance.In a first embodiment which is particularly simple to implement, a quadratic distance is used and it is considered in the calculation of the quadratic distance that each characteristic has the same importance.

Ce mode de réalisation est particulièrement adapté lorsque la représentation structurelle du visage est faîte à partir d'une grille régulière ou de points choisis de manière éparse sur le visage. Avantageusement, ce procédé de reconnaissance comporte en outre une étape de pondération des caractéristiques statistiques des images pour favoriser les caractéristiques statistiques les plus discriminantes dans le calcul de la distance quadratique. Dans un premier mode de réalisation, ces caractéristiques les plus discriminantes sont prédéterminées.This embodiment is particularly suitable when the structural representation of the face is made from a regular grid or sparsely chosen points on the face. Advantageously, this recognition method further comprises a step of weighting the statistical characteristics of the images to favor the most discriminating statistical characteristics in the calculation of the quadratic distance. In a first embodiment, these most discriminating characteristics are predetermined.

Mais dans un mode préféré de réalisation, on effectue une analyse en composantes principales des caractéristiques statistiques des signatures de comparaison de la base de connaissance pour déterminer les coefficients de cette pondération.But in a preferred embodiment, a principal component analysis of the statistical characteristics of the comparison signatures of the knowledge base is performed to determine the coefficients of this weighting.

On est ainsi certain que les coefficients de pondération les plus élevés correspondent effectivement aux caractéristiques les plus discriminantes.It is thus certain that the highest weighting coefficients actually correspond to the most discriminating characteristics.

Avantageusement, le procédé de signature selon l'invention utilise des caractéristiques invariantes d'un nombre prédéterminé de points représentant l'image numérique.Advantageously, the signature method according to the invention uses invariant characteristics of a predetermined number of points representing the digital image.

Une telle signature peut donc servir de clef d'indexation de l'image numérique.Such a signature can therefore serve as a key for indexing the digital image.

En conséquence, et selon un autre aspect, l'invention vise également un procédé d'indexation d'une image numérique utilisant une signature de cette image du type de celle obtenue par un procédé de signature tel que décrit brièvement ci-dessus.Accordingly, and in another aspect, the invention also relates to a method of indexing a digital image using a signature of this image of the type obtained by a signature method as briefly described above.

Selon un autre aspect, l'invention vise également :According to another aspect, the invention also aims at:

- un signal numérique représentatif d'une signature d'un visage représenté par une image numérique, cette signature comportant des caractéristiques statistiques de l'image, obtenues à partir des coefficients de décompositions en ondelettes non orientées et 2D orientées de cette image, au voisinage de points d'une représentation structurelle dudit visage ;a digital signal representative of a signature of a face represented by a digital image, this signature comprising statistical characteristics of the image, obtained from the coefficients of non-oriented and 2D oriented wavelet decompositions of this image, in the vicinity; points of a structural representation of said face;

- un procédé de transmission et un procédé d'enregistrement d'un signal numérique tel que décrit brièvement ci-dessus ; - un programme d'ordinateur stocké sur un support d'information, ce programme comportant des instructions permettant la mise en œuvre d'un procédé de signature et/ou d'un procédé de reconnaissance et/ou d'un procédé d'indexation tels que décrits brièvement ci-dessus lorsque ce programme est chargé et exécuté par un système informatique ;a transmission method and a method of recording a digital signal as briefly described above; a computer program stored on an information medium, this program including instructions enabling the implementation of a signature method and / or a recognition method and / or a method indexing as briefly described above when this program is loaded and executed by a computer system;

- un dispositif de signature d'un visage contenu dans une image numérique caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens de représentation structurelle de ce visage par un ensemble de points ;a device for signature of a face contained in a digital image, characterized in that it comprises: means for structural representation of this face by a set of points;

- des moyens de décomposition de l'image en ondelettes non orientées et en ondelettes 2D orientées ;means for decomposing the image into undirected wavelets and oriented 2D wavelets;

- des moyens de détermination de caractéristiques statistiques de l'image obtenues à partir des coefficients de ces ondelettes au voisinage des points ; etmeans for determining statistical characteristics of the image obtained from the coefficients of these wavelets in the vicinity of the points; and

- des moyens de signature du visage à partir de ces caractéristiques statistiques ; etfacial signature means based on these statistical characteristics; and

- un dispositif de reconnaissance d'un visage représenté par une image numérique, caractérisé en ce qu'il comporte :a device for recognizing a face represented by a digital image, characterized in that it comprises:

- des moyens d'obtention d'une signature du visage par un dispositif de signature tel que décrit brièvement ci-dessus ;means for obtaining a signature of the face by a signature device as briefly described above;

- des moyens d'obtention d'une signature de comparaison associée à un visage dans une base de connaissance telle que décrite brièvement ci-dessus ;means for obtaining a comparison signature associated with a face in a knowledge base as briefly described above;

- des moyens de calcul d'une distance, préférentiellement quadratique, entre ces signatures ; etmeans for calculating a distance, preferably quadratic, between these signatures; and

- des moyens adaptés à décider si le visage à reconnaître correspond au visage associé à la signature de comparaison, à partir de cette distance.means adapted to decide whether the face to be recognized corresponds to the face associated with the comparison signature, from this distance.

Les avantages particuliers de la base de connaissance, du procédé de reconnaissance du signal numérique, du procédé de transmission, du procédé d'enregistrement, du programme d'ordinateur, du dispositif de signature et du dispositif de reconnaissance étant identiques à ceux du procédés de signature décrit précédemment, ils ne seront pas rappelés ici.The particular advantages of the knowledge base, the digital signal recognition method, the transmission method, the recording method, the computer program, the signature device and the recognition device are identical to those of the method of the invention. signature described above, they will not be recalled here.

D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description de modes particuliers de réalisation qui va suivre, cette description étant donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :Other aspects and advantages of the present invention will emerge more clearly on reading the description of particular embodiments which follows, this description being given solely by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which:

- la figure 1 représente, sous forme d'organigramme, les principales étapes d'un procédé de signature d'un visage représenté sous forme d'une image numérique, conformément à l'invention ;FIG. 1 represents, in flowchart form, the main steps of a signature process of a face represented in the form of a digital image, according to the invention;

- la figure 2 représente une grille régulière pouvant être utilisée pour effectuer une représentation structurelle d'un visage, dans un mode particulier de réalisation de l'invention ;FIG. 2 represents a regular grid that can be used to perform a structural representation of a face, in a particular embodiment of the invention;

- la figure 3 représente un modèle déformable pouvant être utilisé pour effectuer une représentation structurelle d'un visage, dans un autre mode particulier de réalisation de l'invention ;FIG. 3 represents a deformable model that can be used to perform a structural representation of a face, in another particular embodiment of the invention;

- les figures 4a et 4b représentent respectivement une décomposition d'une image en ondelettes aux résolutions V∑ et VA ;FIGS. 4a and 4b respectively represent a decomposition of a wavelet image at resolutions VΣ and VA;

- la figure 5 représente, sous forme d'organigramme, les principales étapes d'un procédé de reconnaissance d'un visage conforme à la présente invention dans un mode préféré de réalisation ; etFIG. 5 represents, in flowchart form, the main steps of a face recognition method according to the present invention in a preferred embodiment; and

- la figure 6 représente un système informatique incorporant un dispositif de signature et un dispositif de reconnaissance d'un visage conformes à l'invention dans un mode préféré de réalisation.- Figure 6 shows a computer system incorporating a signature device and a face recognition device according to the invention in a preferred embodiment.

La figure 1 représente, sous forme d'organigramme, les principales étapes E10 à E70 d'un procédé de signature Sv d'un visage V représenté sous forme d'une image numérique I, conforme à un mode préféré de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, nous supposerons que cette image numérique I est échantillonnée sur une grille discrète de n lignes et m colonnes, chaque pixel de l'image étant associé à au moins une composante Kx, y) d'un espace de représentation colorimétrique.FIG. 1 represents, in flowchart form, the main steps E10 to E70 of a signature method Sv of a face V represented in the form of a digital image I, in accordance with a preferred embodiment of the invention. . In the following description, we will assume that this digital image I is sampled on a discrete grid of n lines and m columns, each pixel of the image being associated with at least one component Kx, y) of a representation space color.

Dans le mode de réalisation décrit ici, la composante Kx, y) est une valeur de luminance comprise entre 0 et 255.In the embodiment described here, the component Kx, y) is a luminance value between 0 and 255.

L'image numérique I peut en conséquence être considérée comme une fonction bidimensionnelle discrète, notée : [O1 m] x [O1 n] -* [0, 255] (x, y) -> I(χ,y)The digital image I can therefore be considered as a discrete two-dimensional function, noted: [O 1 m] x [O 1 n] - * [0, 255] (x, y) -> I (χ, y)

Le procédé décrit ici comporte une étape préalable E10 de détection du visage dans l'image numérique I.The method described here comprises a prior step E10 of face detection in the digital image I.

Cette étape préalable E10 de détection ne fait pas partie de l'invention et ne sera pas détaillée ici.This prior detection step E10 is not part of the invention and will not be detailed here.

Pour plus de détails, l'homme du métier pourra se reporter au document « Detecting Faces in Images : A survey », de M. S. yang, D. Kriegman et N.Ahuja, publié dans la revue IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 24, No. 1 , pp. 34-58, en janvier 2002.For further details, those skilled in the art will be able to refer to the document "Detecting Faces in Images: A Survey" by MS Yang, D. Kriegman and N.Ahuja, published in the journal IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Flight. 24, No. 1, pp. 34-58, in January 2002.

Quoiqu'il en soit, le procédé de signature selon l'invention est indépendant de cette étape E10 de détection.Whatever the case may be, the signature method according to the invention is independent of this detection step E10.

L'étape E10 de détection est suivie par une étape E20 de filtrage de l'image numérique I.The detection step E10 is followed by a step E20 for filtering the digital image I.

Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, cette étape consiste à appliquer, à l'image numérique I, le filtre gaussien FG de taille 5 x 5, suivant :In the preferred embodiment described here, this step consists in applying, to the digital image I, the Gaussian filter FG of size 5 × 5, according to:

Figure imgf000009_0001
Figure imgf000009_0001

De façon connue, ce prétraitement élimine toute perturbation de l'image I, et notamment toute perturbation engendrée par un éventuel bruit.In known manner, this pretreatment eliminates any disturbance of the image I, and in particular any disturbance caused by a possible noise.

L'étape E20 de filtrage est suivie par une étape E30 de représentation structurelle du visage détecté dans l'image I.The filtering step E20 is followed by a step E30 of structural representation of the face detected in the image I.

D'une façon générale, cette étape consiste à représenter le visage par un ensemble de M points pi, de manière à limiter la taille de la signature du visage et à porter la signature sur des points discriminants du visage.In general, this step consists of representing the face by a set of M points pi, so as to limit the size of the signature of the face and to bear the signature on discriminating points of the face.

Différents types de représentations structurelles peuvent être utilisées par le procédé de signature selon l'invention.Different types of structural representations can be used by the signature method according to the invention.

Elle peut notamment être effectuée : - à l'aide d'une grille régulière, telle que représentée à la figure 2 ;It can in particular be carried out: - using a regular grid, as shown in Figure 2;

- à l'aide d'un modèle déformable dédié à l'objet visage, tel que représenté à la figure 3 ; ou- using a deformable model dedicated to the face object, as shown in Figure 3; or

- par sélection aléatoire d'un ensemble de points. Bien entendu, la représentation structurelle basée sur un modèle déformable dédié à l'objet visage, permet de retenir un ensemble de points beaucoup plus significatifs.- by random selection of a set of points. Of course, the structural representation based on a deformable model dedicated to the object face, allows to retain a set of points much more significant.

Dans le mode préféré de réalisation, on utilise une grille régulière, en retenant un point sur dix dans chaque direction. L'étape E30 de représentation structurelle du visage est suivie par une étape E40 de transformation de l'image I en ondelettes non orientées, afin d'obtenir une représentation de l'image I à différentes résolutions 2', où j est un nombre relatif inférieur ou égal à -1.In the preferred embodiment, a regular grid is used, retaining one in ten points in each direction. The step E30 of structural representation of the face is followed by a step E40 of transforming the image I into unoriented wavelets, in order to obtain a representation of the image I at different resolutions 2 ', where j is a relative number less than or equal to -1.

Une décomposition de l'image I en ondelettes aux résolutions V2 et λA est schématisée respectivement aux figures 4a et 4b.A decomposition of the image I into wavelets at the resolutions V2 and λ A is shown diagrammatically respectively in FIGS. 4a and 4b.

Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, la transformation en ondelettes non oreintées utilise la base d'ondelettes de Daubechies et un niveau minimal de résolution égal à 1/16 (c'est-à-dire 2"4).In the preferred embodiment described herein, the non-oreinted wavelet transformation utilizes the Daubechies wavelet basis and a minimum resolution level of 1/16 (i.e., 2 -4 ).

Pour plus de détails sur la base de Daubechies, l'homme du métier se reportera à l'article « Ten lectures on Wavelet » d'Ingrid Daubechies, publié en 1992 dans le journal SIAM.For more details on the basis of Daubechies, the person skilled in the art will refer to the article "Ten readings on Wavelet" by Ingrid Daubechies, published in 1992 in the journal SIAM.

De façon connue, la représentation de l'image I à un niveau de résolution 2' (j ≤ -1), est donnée par une image grossière Ac2 jI et trois images de détails DcVl, DcVl et Dc3Z1I, ces images étant toutes de même taille 2k+i x 21+i. Dans cette décomposition en ondelettes non orientées :In known manner, the representation of the image I at a level of resolution 2 '(j ≤ -1), is given by a coarse image Ac 2 j I and three images of details DcVl, DcVl and Dc 3 Z 1 I, these images being all of the same size 2 k + i x 2 1 + i . In this undirected wavelet decomposition:

- l'image DcVl est une image de détails représentant les hautes fréquences verticales de l'image I ;the image DcV1 is an image of details representing the vertical high frequencies of the image I;

- l'image DcVl est une image de détails représentant les hautes fréquences horizontales de l'image I ; et - l'image DcVl est une image de détails représentant les hautes fréquences diagonales de l'image I. L'étape E40 de transformation de l'image I en ondelettes non orientées est suivie par une étape E50 de transformation de l'image I en ondelettes 2D orientées.the image DcV1 is an image of details representing the horizontal high frequencies of the image I; and the DcV1 image is an image of details representing the diagonal high frequencies of the image I. The step E40 of transforming the image I into undirected wavelets is followed by a step E50 of transforming the image I into oriented 2D wavelets.

Une telle décomposition est décrite dans l'article « Texture Classification Using Roated Wavelet Filters » de Kim N. D et Udpa S. publié en 2000 dans la revue IEEE Transactions on Systems, Mans and Cybernetics, Vol. 6, No .6 aux pages 847-852.Such decomposition is described in Kim N. D and Udpa S.'s "Texture Classification Using Roated Wavelet Filters" published in 2000 in the journal IEEE Transactions on Systems, Mans and Cybernetics, Vol. 6, No. 6 at pages 847-852.

Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, cette transformation en ondelettes 2D orientées utilise aussi la base d'ondelettes de Daubechies et un niveau minimal de résolution égal à 1/16.In the preferred embodiment described here, this oriented 2D wavelet transformation also uses the Daubechies wavelet basis and a minimum resolution level of 1/16.

De façon connue, la décomposition en ondelettes 2D orientées de l'image I à un niveau de résolution 2' (j ≤ -1), est donnée par une image grossière Ao2'I et trois images de détails DoVl, Do2 2'I et Do3 2'I, ces images étant toutes de même taille 2k+j x 21+j. Dans cette décomposition en ondelettes 2D orientées :In known manner, the 2D wavelet decomposition oriented of the image I at a resolution level 2 '(j ≤ -1), is given by a coarse image Ao 2 ' I and three images of details DoVl, Do 2 2 ' I and Do 3 2 'I, these images being all of the same size 2 k + j x 2 1 + j . In this 2D oriented wavelet decomposition:

- l'image Do1 2'I est une image de détails représentant les hautes fréquences diagonales à 45° de l'image I ;- The image Do 1 2 'I is a detail image representing the 45 diagonal high frequencies of the image I;

- l'image Do2 2 jl est une image de détails représentant les hautes fréquences diagonales à 135°de l'image I ; et - l'image Do3 2'I est une image de détails représentant les autres fréquences diagonales de l'image I.the image D 2 2 j 1 is a detail image representing the diagonal high frequencies at 135 ° of the image I; and the image C 32 2 'I is an image of details representing the other diagonal frequencies of the image I.

L'étape E50 de transformation de l'image I en ondelettes 2D orientées est suivie par une étape E60 de détermination des caractéristiques dominantes de l'image I. Cette étape E60 consiste à déterminer des caractéristiques statistiques représentant au mieux le voisinage de chacun des M points pi obtenus au cours de l'étape E30 de représentation structurelle du visage.The step E50 for transforming the image I into oriented 2D wavelets is followed by a step E60 for determining the dominant characteristics of the image I. This step E60 consists in determining statistical characteristics that best represent the neighborhood of each of the Ms. points pi obtained during the step E30 structural representation of the face.

Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, cette étape E60 comporte deux sous étapes E62 et E64. La première sous étape E62 consiste à déterminer des caractéristiques statistiques représentant au mieux le voisinage de chacun des points pi obtenus au cours de l'étape E30 de représentation structurelle du visage. Au cours de la première sous étape E62, on calcule, pour chaque décomposition en ondelettes (quatre non orientées et quatre 2D orientées) obtenues précédemment, un masque Q,1 autour de chacun des points p, où 1 est le niveau de résolution de la décomposition considérée, compris entre 1 et 4. Dans un mode préféré de réalisation, ce masque Q,1 est rectangulaire.In the preferred embodiment described here, this step E60 comprises two sub-steps E62 and E64. The first sub-step E62 consists of determining statistical characteristics that best represent the neighborhood of each of the points pi obtained during the step E30 of structural representation of the face. During the first sub-step E62, for each wavelet decomposition (four non-oriented and four oriented 2D) obtained previously, a mask Q, 1 is calculated around each of the points p, where 1 is the resolution level of the decomposition considered, between 1 and 4. In a preferred embodiment, this mask Q, 1 is rectangular.

Au cours de la deuxième sous étape E64, on calcule, pour chaque point Pi, et pour chacune des huit décompositions ondelettes à la résolution 1, la moyenne et l'écart type des coefficients ondelettes associés au masque Q,1.During the second substep E64, for each point Pi, and for each of the eight wavelet decompositions at resolution 1, the mean and the standard deviation of the wavelet coefficients associated with the mask Q, 1 are calculated.

Dans ce mode préféré de réalisation, les moyennes et écarts types ainsi obtenus sont normalisés par la valeur maximale des coefficients de la sous bande traitée.In this preferred embodiment, the means and standard deviations thus obtained are normalized by the maximum value of the coefficients of the subband processed.

Ces moyennes et écarts types normalisés, respectivement notés m,1 et σ,1, constituent les caractéristiques dominantes de l'image I.These standard averages and standard deviations, respectively denoted m, 1 and σ, 1 , constitute the dominant characteristics of image I.

Dans la suite de la description, on appellera s,, signature du point p,, l'ensemble : s, = { s,1 }, où s,1 = (m,^, σ,,,1)} avecIn the rest of the description, we will call s ,, signature of the point p ,, the set: s, = {s, 1 }, where s, 1 = (m, ^, σ ,,, 1 )} with

1 = 0, ...4, et j = Ac2 1I, DcVl, Dc2 2'I; Dc3 2 JI, Ao2 1I, DoVl, Do2 2 JI, Do3 2'I. L'étape E60 de détermination des caractéristiques dominantes est suivie par une étape E70 de signature du visage contenu dans l'image I. Dans le mode de réalisation décrit ici, cette signature Sv est constituée par l'ensemble des signatures s, des points p, obtenues à l'étape précédente :1 = 0, ... 4, and j = Ac 2 1 I, DcVl, Dc 2 2 'I; Dc 3 2 J I, Ao 2 1 I, DoVl, Do 2 2 J I, Do 3 2 I. The step E60 for determining the dominant characteristics is followed by a signature step E70 of the face contained in the image I. In the embodiment described here, this signature Sv is constituted by the set of signatures s, points p , obtained in the previous step:

Sv = {s,, i=1 ...M}Sv = {s ,, i = 1 ... M}

L'étape E70 de signature termine le procédé de signature de visage décrit ici. Cette signature Sv peut notamment être utilisée dans un procédé de reconnaissance du visage V conforme à l'invention.Signature step E70 completes the face signature method described herein. This signature Sv can in particular be used in a face recognition method V according to the invention.

Nous allons maintenant décrire, en référence à la figure 5, les principales étapes E100 à E 160, d'un procédé de reconnaissance d'un visage V conforme à la présente invention dans un premier mode préféré de réalisation. Plus précisément, ce procédé de reconnaissance permet de vérifier l'existence du visage V dans une base de connaissance DB conforme à la présente invention. Conformément à l'invention, la base de connaissance DB comporte un ensemble de K signatures Sv k de visages Vk, ces signatures étant du type de la signature Sv décrite précédemment en référence à la figure 4.We will now describe, with reference to FIG. 5, the main steps E100 to E 160 of a face recognition method V according to the present invention in a first preferred embodiment. More specifically, this recognition method makes it possible to verify the existence of the face V in a DB knowledge base according to the present invention. According to the invention, the knowledge base DB comprises a set of K signatures S v k of faces V k , these signatures being of the type of the signature Sv described above with reference to FIG. 4.

Svk = {si\ i=1...lv1}) k = 1...K Dans un premier mode préféré de réalisation, le procédé de reconnaissance selon l'invention identifie le visage V comme étant identique à un visage Vk de la base de connaissance DB, lorsque la distance quadratique d entre les signatures Sv et Svk des visages V et Vk est inférieure à un premier seuil Th 1 prédéterminé. De façon classique, la distance quadratique d s'exprime ainsi :Sv k = {s i \ i = 1 ... lv1} ) k = 1 ... K In a first preferred embodiment, the recognition method according to the invention identifies the face V as being identical to a face V k of the knowledge base DB, when the quadratic distance d between the signatures S v and Sv k of the faces V and V k is less than a first predetermined threshold Th 1. In a classical way, the quadratic distance d expresses as follows:

M M d = ∑2>/ -*/*)2 . où :MM d = Σ2> / - * / *) 2 . or :

- M est le nombre de points dans la représentation structurelle du visage ;- M is the number of points in the structural representation of the face;

- |S| désigne la taille du vecteur signature Sj associé à chaque point Pi de la représentation structurelle ;- | S | denotes the size of the signature vector Sj associated with each point Pi of the structural representation;

- s/ désigne la jèmθ composante de la signature du iθmθ point de la représentation structurelle du visage V ; et- s / denotes the j èmθ component of the signature of the i θmθ point of the structural representation of the face V; and

- Sii k désigne la jeme composante de la signature du ieme point de la représentation structurelle du visage Vk . De façon connue, la distance entre les deux vecteurs signatures si et Si'k s'exprime directement à partir de la somme des carrés des différences des composantes mg1, σij 1 de ces vecteurs.- If ik denotes the j th component of the signature of the i-th point of the structural representation of the face V k. In known manner, the distance between the two signature vectors si and Si ' k is expressed directly from the sum of the squares of the differences of the components mg 1 , σ i j 1 of these vectors.

Dans une première variante de réalisation, le seuil Th 1 est choisi de manière empirique. Dans cette première variante, on étudie la répartition des distances d et on fixe le seuil Th 1 tel que si la distance entre deux visages est supérieure à Th1 , alors les visages sont considérés comme dissimilaires.In a first variant embodiment, the threshold Th 1 is chosen empirically. In this first variant, the distribution of the distances d is studied and the threshold Th 1 is fixed such that if the distance between two faces is greater than Th1, then the faces are considered dissimilar.

Dans une deuxième variante de réalisation, le seuil Th 1 est choisi après une analyse statistique de la répartition de distances d.In a second variant embodiment, the threshold Th 1 is chosen after a statistical analysis of the distribution of distances d.

Dans un mode préféré de cette deuxième variante de réalisation, on effectue une analyse bayesienne de cette répartition de distances. Une telle méthode, connue de l'homme du métier consiste à étudier la pour un ensemble d'apprentissage constituant une connaissance a priori, la répartition des distances d pour des visages, de la base de connaissance DB reconnus à tort, reconnus à juste titre, non reconnus à tort et non reconnus à juste titre.In a preferred embodiment of this second embodiment, a Bayesian analysis of this distribution of distances is carried out. Such a method, known to those skilled in the art, consists in studying the for a set of learning constituting a knowledge a priori, the distribution of distances d for faces, of the knowledge base DB wrongly recognized, rightly recognized , unrecognized and not properly recognized.

Nous allons maintenant décrire, en référence à la figure 5, un procédé de reconnaissance d'un visage V, conforme à un deuxième mode préféré de réalisation de l'invention.We will now describe, with reference to Figure 5, a method of recognition of a face V, according to a second preferred embodiment of the invention.

Là encore, ce procédé de reconnaissance vise à identifier si le visage V est identique à un visage Vk de la base de connaissance DB.Here again, this recognition process aims to identify whether the face V is identical to a face V k of the DB knowledge base.

Dans l'exemple décrit ici, on supposera que la base de connaissance DB comporte les signatures Svk de K visages.In the example described here, it will be assumed that the knowledge base DB has the signatures Sv k of K faces.

Ce deuxième mode préféré de réalisation repose sur une analyse en composantes principales, une telle analyse étant connue dans le domaine des statistiques.This second preferred embodiment is based on a principal component analysis, such analysis being known in the field of statistics.

Ce procédé de reconnaissance comporte une première étape E100 de création d'une matrice X comportant les signatures Svk .This recognition method comprises a first step E100 for creating an X matrix comprising the signatures Sv k .

Plus précisément, la matrice X s'écrit :More precisely, the matrix X is written:

X = s/ ... S1 K X = s / ... S1 K

Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001

L'étape E100 de création de la matrice X est suivie par une étape E110 de calcul de la matrice Σ de covariance de la matrice X.The step E100 for creating the matrix X is followed by a step E110 for calculating the covariance matrix Σ of the matrix X.

De façon connue, la matrice de covariance Σ s'obtient de la façon suivante :In known manner, the covariance matrix Σ is obtained as follows:

Σ = (X - μ)(X - μ)τ, où μi = -X s}Σ = (X - μ) (X - μ) τ , where μi = -X s}

P HP H

L'étape E110 de calcul de la matrice de covariance Σ est suivie par une étape E120 de détermination des valeurs propres et des vecteurs propres de la matrice de covariance Σ. Le calcul des valeurs propres et des vecteurs propres de la matrice S est connu et ne sera pas détaillé ici.The step E110 for calculating the covariance matrix Σ is followed by a step E120 for determining the eigenvalues and eigenvectors of the covariance matrix Σ. The calculation of eigenvalues and eigenvectors of the matrix S is known and will not be detailed here.

On notera U la matrice colonne des K vecteurs propres.Note U the column matrix of K eigenvectors.

On notera respectivement SV et SVk la projection des signature Sv et Svk dans l'espace des vecteurs propres.Note respectively SV and SV k the projection of the signature Sv and Sv k in the eigenvector space.

De façon connue, S'v = U . Sv ; et S'v k = U . Sv k In known manner, S ' v = U. Sv; and S ' v k = U. S v k

L'étape E120 de détermination des valeurs et des vecteurs propres est suivie par une étape E130 de normalisation des valeurs propres. Cette étape permet d'obtenir M coefficients λi, ...λm, compris entre 0 et 1. L'étape E130 de normalisation est suivie par une boucle au cours de laquelle on calcule une distance quadratique pondérée dp entre les signatures des visages V et Vk.The step E120 for determining the values and the eigenvectors is followed by a step E130 of normalization of the eigenvalues. This step makes it possible to obtain M coefficients λi, ... λ m , between 0 and 1. The normalization step E130 is followed by a loop during which a weighted quadratic distance dp is calculated between the signatures of the faces V and V k .

Cette boucle comporte une étape E 140 du calcul, à proprement parler, de cette distance quadratique pondérée dp, avec :This loop comprises a step E 140 of the calculation, strictly speaking, of this weighted quadratic distance dp, with:

Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001

- s? désigne la jeme composante de la projection de la signature du ieme point de la représentation structurelle du visage V dans l'espace des vecteurs propres; et- s? denotes the j th component of the projection of the signature of the i th point of the structural representation of the face in the space V of eigenvectors; and

- s'iiik désigne la jeme composante de projection de la signature du ieme point de la représentation structurelle du visage Vk dans l'espace des vecteurs propres.if i ij designates the j th projection component of the signature of the i th point of the structural representation of the face V k in the space of the eigenvectors.

Ainsi, conformément aux caractéristiques connues de l'analyse en composantes principales, la distance quadratique pondérée dp permet d'attacher plus d'importance aux caractéristiques statistiques les plus discriminantes. L'étape E 140 est suivie par un test E 150 au cours duquel on compare la distance quadratique pondérée dp avec un deuxième seuil Th2 prédéterminé.Thus, according to the known characteristics of the principal component analysis, the weighted quadratic distance dp makes it possible to attach more importance to the most discriminating statistical characteristics. Step E 140 is followed by a test E 150 in which the weighted quadratic distance dp is compared with a second predetermined threshold Th2.

Le choix du seuil Th2 peut notamment être effectué de façon similaire au choix du seuil Th 1 décrit précédemment.The choice of the Th2 threshold may in particular be made similarly to the choice of Th threshold Th 1 described above.

Si, au cours de ce test, on détermine que la distance quadratique dp est inférieure ou égale au deuxième seuil Th2, on en déduit, au cours d'une étape E 160, que le visage V est reconnu en ce qu'il comporte une signature similaire à celle du visage Vk. Dans le cas contraire, on retourne à l'étape précédente E140 pour comparer les signatures des visages V et Vk+1.If, during this test, it is determined that the quadratic distance dp is less than or equal to the second threshold Th2, it is deduced, during a step E 160, that the face V is recognized in that it comprises a signature similar to that of the face V k . In the opposite case, we go back to the previous step E140 to compare the signatures of the faces V and V k + 1 .

Bien entendu, le procédé de reconnaissance se termine lorsque la signature du visage V a été comparée sans succès avec les signatures des K visages Vk.Of course, the recognition process ends when the signature of the face V has been compared without success with the signatures of the faces K k .

La figure 6 représente un système informatique 100 incorporant un dispositif de signature et un dispositif de reconnaissance d'un visage V conformes à l'invention.FIG. 6 represents a computer system 100 incorporating a signature device and a device for recognizing a face V according to the invention.

Le système informatique 100 décrit ici est constitué par un ordinateur personnel de type PC.The computer system 100 described here consists of a personal computer of the PC type.

Ce système informatique 100 comporte, de façon connue, un processeur 10, un écran 11 , une carte réseau 12, une mémoire morte de type ROM 13, une mémoire vive de type RAM 14, ces différents éléments étant, de façon connue, reliés par un système de bus 15. Dans le mode de réalisation décrit ici, le système informatique 100 est relié, au moyen de la carte réseau 12, à un réseau informatique 20 auquel est connectée une base de connaissance DB conforme à l'invention.This computer system 100 comprises, in a known manner, a processor 10, a screen 11, a network card 12, a read-only memory ROM 13, a random access memory RAM 14, these various elements being, in a known manner, connected by In the embodiment described here, the computer system 100 is connected, by means of the network card 12, to a computer network 20 to which is connected a knowledge base DB according to the invention.

Cette base de connaissance DB comporte une pluralité de signatures Sv k de visages Vk du type de celle obtenue par le procédé de signature décrit précédemment, en référence à la figure 1.This knowledge base DB comprises a plurality of signatures S v k of faces V k of the type obtained by the signature method described above, with reference to FIG.

Plus précisément, chaque signature Svk de la base de connaissance DB comporte des caractéristiques statistiques (my1, σ-^) d'une image Vk obtenue à partir des coefficients de décomposition en ondelettes classiques et 2D orientées d'une image numérique représentant le visage Vk au voisinage de points pi d'une représentation structurelle de ce visage.More specifically, each signature Sv k of the knowledge base DB has statistical characteristics (my 1 , σ- ^) of an image V k obtained from the classical and 2D wavelet decomposition coefficients of a digital image representing the face V k in the vicinity of points pi of a structural representation of this face.

Dans le mode de réalisation décrit ici, le système informatique 100 est connecté à une caméra numérique 16 adaptée, en coopération avec les autres éléments du système informatique 100, à acquérir une image numérique I et à mémoriser cette image dans un registre du même nom de la mémoire vive 14. La mémoire morte 13 comporte des registres mémorisant un programme d'ordinateur PG 1 adapté à mettre en œuvre le procédé de signature décrit précédemment en référence à la figure 1. Ce programme d'ordinateur PG 1 est ainsi adapté à détecter, le cas échéant, un visage V dans l'image numérique I stockée dans la mémoire viveIn the embodiment described here, the computer system 100 is connected to a digital camera 16 adapted, in cooperation with the other elements of the computer system 100, to acquire a digital image I and to store this image in a register of the same name. RAM 14. The ROM 13 includes registers storing a computer program PG 1 adapted to implement the signature method described above with reference to Figure 1. This computer program PG 1 is thus adapted to detect, if necessary, a face V in the digital image I stored in the RAM memory

14 , à filtrer cette image en utilisant le filtre FG mémorisé dans la mémoire morte14, to filter this image using the FG filter stored in the read-only memory

13 et à en obtenir une représentation structurelle par un ensemble de M points pi.13 and to obtain a structural representation by a set of M points pi.

Le programme de signature PG 1 est également adapté à effectuer une décomposition en ondelettes non orientées et en ondelettes D orientées et à déterminer les caractéristiques dominantes de l'image I comme décrit précédemment, en référence à l'étape E60 de la figure 1. Le procédé de signature PG 1 est ainsi adapté à obtenir la signature Sv de l'image V et à stocker cette signature dans un registre du même nom de la mémoire vive 14.The signature program PG 1 is also adapted to carry out an undirected wavelet decomposition and an oriented D wavelet and to determine the dominant characteristics of the image I as described above, with reference to the step E60 of FIG. The signature method PG 1 is thus adapted to obtain the signature Sv of the image V and to store this signature in a register of the same name of the random access memory 14.

La mémoire morte 13 du système informatique 100 comporte également un programme PG2 adapté à créer un signal SG de données numériques représentatif de la signature Sv et à transmettre, en collaboration avec la carte réseau 12, ce signal SG à un autre système informatique non représenté ici, au moyen d'un protocole de communication, préférentiellement standard.The read-only memory 13 of the computer system 100 also comprises a program PG2 adapted to create a signal SG of digital data representative of the signature Sv and to transmit, in collaboration with the network card 12, this signal SG to another computer system not shown here by means of a communication protocol, preferably standard.

Le système informatique 100 comporte également un programme PG3 d'enregistrement du signal SG. Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, le programme PG3 d'enregistrement est apte à enregistrer le signal SG dans la base de connaissance DB sur le réseau informatique 20.The computer system 100 also includes a PG3 program for recording the SG signal. In the preferred embodiment described here, the recording program PG3 is able to record the signal SG in the knowledge base DB on the computer network 20.

La mémoire morte 13 du système informatique 100 comporte aussi un programme informatique PG4 de reconnaissance d'un visage V représenté par une image numérique I.The ROM 13 of the computer system 100 also comprises a computer program PG4 for recognizing a face V represented by a digital image I.

Ce programme d'enregistrement PG4 est adapté à mettre en œuvre un procédé de reconnaissance tel que décrit précédemment en référence à la figure 5.This recording program PG4 is adapted to implement a recognition method as described above with reference to FIG.

A cet effet, le programme PG4 de reconnaissance est adapté à obtenir des signatures Svk de visage Vk à partir de la base de connaissance DB, via la carte réseau 12 et le réseau informatique 20 et à mémoriser ces signatures dans la mémoire vive 14. Le programme PG4 de reconnaissance est en particulier adapté à effectuer une analyse en composante principale des caractéristiques statistiques des signatures Sv k de la base de connaissance DB pour obtenir ainsi les coefficients λj de pondération décrits précédemment, en référence à la figure 5. Le programme PG4 de reconnaissance est ensuite adapté à calculer, à partir de ces coefficients de pondération une distance quadratique pondérée entre la signature Sv du visage V et les différentes signatures Svk obtenues à partir de la base de connaissance DB.For this purpose, the recognition program PG4 is adapted to obtain signatures Sv k of face V k from the knowledge base DB, via the network card 12 and the computer network 20 and to store these signatures in the random access memory 14 . The recognition program PG4 is in particular adapted to carry out a principal component analysis of the statistical characteristics of the signatures S v k of the knowledge base DB so as to obtain the weighting coefficients λj described above, with reference to FIG. The recognition PG4 is then adapted to calculate, from these weighting coefficients, a weighted quadratic distance between the signature Sv of the face V and the different signatures Sv k obtained from the knowledge base DB.

Dans le mode préféré de réalisation décrit ici, le programme de reconnaissance PG4 est adapté à afficher sur l'écran 11 un message prédéterminé lorsque la distance quadratique précitée est inférieure à un seuil Th1 ou Th2 mémorisé dans la mémoire morte 13, ce message étant significatif du fait que le visage V est reconnu en ce qu'il comporte une signature similaire à celle du visage Vk associée à la signature Svk- In the preferred embodiment described here, the recognition program PG4 is adapted to display on the screen 11 a predetermined message when the aforementioned quadratic distance is less than a threshold Th1 or Th2 stored in the read-only memory 13, this message being significant because the face V is recognized in that it has a signature similar to that of the face V k associated with the signature Sv k -

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de signature d'un visage (V) contenu dans une image numérique (I) caractérisé en ce qu'il comporte :1. A method of signature of a face (V) contained in a digital image (I), characterized in that it comprises: - une étape (E30) de représentation structurelle du visage (V) par un ensemble de points (p,) ;a step (E30) of structural representation of the face (V) by a set of points (p,); - une étape de décomposition de l'image (I) en ondelettes non orientées (E40) et en ondelettes 2D orientées (E50) ; - une étape (E60) de détermination de caractéristiques statistiquesa step of decomposing the image (I) into non-oriented wavelets (E40) and oriented 2D wavelets (E50); a step (E60) for determining statistical characteristics (m,,,1, α,,,1) de l'image (I) obtenues à partir des coefficients desdites ondelettes au voisinage des points (p,) ; et(m ,,, 1 , α ,,, 1 ) of the image (I) obtained from the coefficients of said wavelets in the vicinity of the points (p,); and - une étape (E70) de signature (Sv) du visage (V) à partir desdites caractéristiques statistiques (m,,/, α,,,1).a step (E70) of signature (Sv) of the face (V) from said statistical characteristics (m ,, /, α ,,, 1 ). 2. Procédé de signature selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite étape (E30) de représentation structurelle utilise :2. Signature method according to claim 1 characterized in that said structural representation step (E30) uses: - une grille régulière ; ou- a regular grid; or - un modèle déformable dédié à l'objet visage ; ou- a deformable model dedicated to the face object; or - une sélection aléatoire de points.- a random selection of points. 3. Procédé de signature selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ladite décomposition (E40, E50) utilise une base de Daubechies et un niveau minimal de résolution égal à un seizième de la résolution de ladite image (I).3. Signature method according to claim 1 or 2 characterized in that said decomposition (E40, E50) uses a Daubechies base and a minimum resolution level equal to one sixteenth of the resolution of said image (I). 4. Procédé de signature selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites caractéristiques statistiques (m,,,1, σ,,,1) comportent la moyenne (m,,,1) et l'écart type (σ,,/) des coefficients normalisés desdites ondelettes associées à un masque (Q,1) autour desdits points (p,). 4. Signature method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said statistical characteristics (m ,,, 1 , σ ,,, 1 ) comprise the mean (m ,,, 1 ) and the difference deviation (σ,, /) of normalized coefficients of said wavelet associated with a mask (Q 1) around said points (p,). 5. Procédé de signature selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable (E20) de filtrage de ladite image (I), préférentiellement avec un filtre gaussien de taille 5 sur 5.5. Signature method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises a preliminary step (E20) filtering said image (I), preferably with a Gaussian filter size 5 of 5. 6. Procédé de reconnaissance d'un visage (V) représenté par une image numérique (I), caractérisé en ce que6. A method for recognizing a face (V) represented by a digital image (I), characterized in that - on obtient une signature (Sv) dudit visage (V) par un procédé de signature selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ;a signature (Sv) of said face (V) is obtained by a signature method according to any one of claims 1 to 5; - on obtient une signature de comparaison (Svk) associée à un visage (Vk) dans une base de connaissance (DB) ; - on calcule (E140) une distance (d, dp), préférentiellement quadratique, entre ladite signature (Sv) et ladite signature de comparaison (Svk) ; eta comparison signature (Sv k ) associated with a face (V k ) is obtained in a knowledge base (DB); calculating (E140) a distance (d, dp), preferably quadratic, between said signature (S v ) and said comparison signature (Sv k ); and - on décide (E160), si ledit visage (V) correspond au visage (Vk) associé à ladite signature de comparaison (Svk), à partir de ladite distance (d, dp).- it is decided (E160), if said face (V) corresponds to the face (V k ) associated with said comparison signature (Sv k ), from said distance (d, dp). 7. Procédé de reconnaissance selon la revendication 6 dans lequel on utilise une distance quadratique pondérée et caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape (E 140) de pondération des caractéristiques statistiques (rrijj 1, σij 1) desdites images pour favoriser les caractéristiques statistiques les plus discriminantes dans le calcul de ladite distance quadratique pondérée (dp).7. A method of recognition according to claim 6 wherein a weighted quadratic distance is used and characterized in that it further comprises a step (E 140) for weighting the statistical characteristics (rrij j 1 , σ i j 1 ) of said images for to favor the most discriminating statistical characteristics in the calculation of said weighted quadratic distance (dp). 8. Procédé de reconnaissance selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on effectue une analyse en composantes principales desdites caractéristiques statistiques (mi,/, σjj 1) des signatures de comparaison (Syk) de la base de connaissance (DB) pour déterminer les coefficients8. Recognition method according to claim 7, characterized in that a principal component analysis of said statistical characteristics (mi, /, σj j 1 ) of the comparison signatures (Sy k ) of the knowledge base (DB ) to determine the coefficients (λι) de ladite pondération.(λι) of said weighting. 9. Procédé de reconnaissance selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que, au cours de ladite étape de décision, on utilise un seuil de décision (Th1 , Th2), obtenu à partir d'une analyse statistique, préférentiellement bayesienne, de la répartition d'une pluralité de distances (d, dp) entre des visages de la base de connaissance (DB).9. Recognition method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that, during said decision step, a decision threshold (Th1, Th2), obtained from a statistical analysis, is used. preferentially bayesian, of the distribution of a plurality of distances (d, dp) between faces of the knowledge base (DB). 10. Procédé d'indexation d'une image numérique (I), caractérisé en ce que ladite indexation utilise une signature de ladite image numérique (I) du type de celle obtenue par un procédé de signature selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.10. A method of indexing a digital image (I), characterized in that said indexing uses a signature of said digital image (I) of the type obtained by a signature method according to any one of claims 1 to 5. 11. Signal numérique représentatif d'une signature (Svk) d'un visage (Vk) représenté par une image numérique, ladite signature étant obtenue par un procédé de signature selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.11. A digital signal representative of a signature (Sv k ) of a face (V k ) represented by a digital image, said signature being obtained by a signature method according to any one of claims 1 to 5. 12. Procédé de transmission d'un signal numérique (SG) selon la revendication 11.12. A method of transmitting a digital signal (SG) according to claim 11. 13. Procédé d'enregistrement d'un signal numérique (SG) selon la revendication 11.13. A method of recording a digital signal (SG) according to claim 11. 14. Programme d'ordinateur stocké sur un support d'information (13), ledit programme comportant des instructions permettant la mise en œuvre d'un procédé de signature selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et/ou d'un procédé de reconnaissance selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 et/ou d'un procédé d'indexation selon la revendication 10 lorsque ce programme est chargé et exécuté par un système informatique (100).14. Computer program stored on an information medium (13), said program comprising instructions for implementing a signature method according to any one of claims 1 to 5 and / or a method recognition system according to any one of claims 6 to 9 and / or an indexing method according to claim 10 when this program is loaded and executed by a computer system (100). 15. Dispositif de signature d'un visage (V) contenu dans une image numérique (I) caractérisé en ce qu'il comporte :15. Device for signature of a face (V) contained in a digital image (I), characterized in that it comprises: - des moyens (10, 13, 14) de représentation structurelle du visage (V) par un ensemble de points (pi) ; - des moyens (10, 13, 14) de décomposition de l'image (I) en ondelettes non orientées et en ondelettes 2D orientées ;means (10, 13, 14) for structural representation of the face (V) by a set of points (pi); means (10, 13, 14) for decomposing the image (I) into non-oriented wavelets and oriented 2D wavelets; - des moyens (10, 13, 14) de détermination de caractéristiques statistiques (rrijj1, σy1) de l'image (I) obtenues à partir des coefficients desdites ondelettes au voisinage des points (pi) ; et - des moyens (10, 13, 14) de signature (Sv) du visage (V) à partir desdites caractéristiques statistiques (rrijj1, σij 1)-means (10, 13, 14) for determining statistical characteristics (rrijj 1 , σy 1 ) of the image (I) obtained from the coefficients of said wavelets in the vicinity of the points (pi); and means (10, 13, 14) for signature (Sv) of the face (V) from said statistical characteristics (rrijj 1 , σi j 1 ) - 16. Dispositif de reconnaissance d'un visage (V) représenté par une image numérique (I), caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens (10, 13, 14) d'obtention d'une signature (Sv) dudit visage (V) par un dispositif de signature selon la revendication 15 ;16. Device for recognizing a face (V) represented by a digital image (I), characterized in that it comprises: - means (10, 13, 14) for obtaining a signature (S v ) said face (V) by a signature device according to claim 15; - des moyens (10, 13, 14) d'obtention d'une signature de comparaison (Svk) associée à un visage (Vk) dans une base de connaissance (DB) ; - des moyens (10, 13 , 14) de calcul d'une distance (d, dp), préférentiellement quadratique, entre ladite signature (Sv) et ladite signature de comparaison (Svk) ; etmeans (10, 13, 14) for obtaining a comparison signature (Sv k ) associated with a face (V k ) in a knowledge base (DB); means (10, 13, 14) for calculating a distance (d, dp), preferably quadratic, between said signature (Sv) and said comparison signature (Sv k ); and - des moyens (10, 13, 14) adaptés à décider si ledit visage (V) correspond au visage (Vk) associé à ladite signature de comparaison (Svk), à partir de ladite distance (d, dp). means (10, 13, 14) adapted to decide whether said face (V) corresponds to the face (V k ) associated with said comparison signature (Sv k ), from said distance (d, dp).
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