Análisis de la influencia del ángulo lumínico sobre el rendimiento de las técnicas de reconocimiento facial basadas en la apariencia lineal

Abstract

El presente trabajo de Investigación propone el análisis de la influencia del ángulo lumínico sobre el rendimiento de las técnicas de reconocimiento facial basadas en la apariencia lineal con la finalidad de determinar el grado de asertividad de cada técnica a diferentes ángulos de luz. El estudio corresponde a una investigación aplicada y cuasi-experimental, cuya unidad de análisis es la captura de rostros con variaciones angulares de iluminación en el plano coronal. La metodología desarrollada comprende: la recopilación documental e investigación de las técnicas de reconocimiento basadas en apariencia lineal más utilizadas en sistemas embebidos; el desarrollo de cada sistema de reconocimiento, la implementación de algoritmos base para cada técnica, y la toma fotografías de los rostros de colaboradores con diferentes ángulos de iluminación. Para el desarrollo de la técnica PCA, se elaboró dos algoritmos, el primero: encargado del procesamiento y reordenamiento de la matriz de datos de las fotos y el segundo: encargado de la tarea de reconocimiento, cuya tarea es hallar las distancias euclidianas y así determinar el rostro que tuviera un porcentaje mayor de coincidencia de características faciales. Para la técnica LDA, se empleó el algoritmo Fisher, FLD (Fisher Linear Discriminant). Para LPP, dado que su tratamiento adquiere mayor complejidad, se optó por desarrollar dos códigos complementarios y así desarrollar su funcionamiento. Finalmente, se empleó un algoritmo particular para obtener las distancias euclidianas y, a su vez, poder ejecutar posteriormente el reconocimiento de dicha técnica. Para la implementación se utilizó MatLab; aprovechando su herramienta GUIDE se desarrolló una plataforma de simple funcionamiento y autonomía. Los resultados mostrados en gráficas comparativas entre los rendimientos de las técnicas PCA, LDA y LPP, sobre las fotografías bajo la influencia de los diferentes ángulos lumínicos muestran que, para ángulos de iluminación superiores a 20° del eje horizontal del rostro la degradación de la eficacia es de al menos el 40% en las tres técnicas empleadas.

This research work proposes the analysis of the influence of the light angle on the performance of facial recognition techniques based on linear appearance in order to determine the degree of assertiveness of each technique at different angles of light. The study corresponds to an applied and quasi-experimental investigation; whose unit of analysis is the capture of faces with angular variations of illumination in the coronal plane. The methodology developed includes: documentary collection and research into recognition techniques based on linear appearance most commonly used in embedded systems; the development of each recognition system, the implementation of base algorithms for each technique, and the taking of photographs of the faces of collaborators with different lighting angles. For the development of the PCA technique, two algorithms were developed, the first: in charge of processing and reorganizing the data matrix of the photos and the second: in charge of the recognition task, whose task is to find the Euclidean distances and determine the face that had a higher percentage of matching facial features. For the LDA technique, the Fisher, FLD (Fisher Linear Discriminant) algorithm was used. For LPP, given that its treatment acquires greater complexity, it was decided to develop two complementary codes and thus develop its operation. Finally, a particular algorithm was used to obtain the Euclidean distances and, in turn, to be able to subsequently execute the recognition of said technique. MatLab was used for the implementation, taking advantage of its GUIDE tool for the development of a simple operation platform that can operate autonomously. The results shown in comparative graphs between the yields of the PCA, LDA and LPP techniques, on the photographs under the influence of the different light angles show that, for illumination angles superior to 20 ° of the horizontal axis of the face, the degradation of the efficiency it is at least 40% in the three techniques used.