종분화 알고리즘 기반 영상필터 조합을 이용한 지문영상 생성 = Fingerprint image generation using filter combination based on the speciated algorithm
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 대학원, 2007
학위논문사항
학위논문(석사)-- 연세대학교 대학원 : 컴퓨터과학과 2007. 2
발행연도
2007
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
형태사항
v, 38장 : 삽도 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 조성배
소장기관
Constructing a fingerprint database is important to estimate the performance of an automatic fingerprint recognition system. Because of the difficulty in collecting simples, there are only few benchmark databases available. Moreover, it is hard to evaluate how robust the system is against various environments with those databases.This paper presents a novel method that generates various fingerprint images automatically from only a few training that include similar characteristics of those collected from the corresponding real environment. It applies image filter combination to generate images, and the genetic algorithm determines their types and order. We use 7 fingerprint features for modeling target environments, and 70 image filters for constructing the combination. We also use the speciated algorithm for constructing various combination that well represents each feature.The genetic algorithm applies some of natural evolution mechanisms like crossover, mutation, and survival of the fittest to optimization and machine learning. Because the genetic algorithm often converges to a point in the search space, the algorithm is proper method for optimal solution but multimodal. The speciation is the method for decreasing 'genetic drift' by selection operator, leads to maintain variety of the individual and search in various search spaces, and prevents early converges in local solution. In the paper, we use explicit fitness sharing introduced as a speciation, and it is that similar individual share fitness to limit the number of individuals residing in one region of the fitness landscape.In the paper, we generates various fingerprint images using the proposed method which constructs a set of filters that modifies an original image so as to become similar to that collected in the environment. To verify the proposed method, we use a fingerprint database which are captured from each finger according to the input pressure(high, middle, and low). After evolution, the test data is used to estimate the performance of the proposed method by measuring the similarity between real fingerprints of high and low pressure and fingerprints generated by the filters from fingerprints of middle pressure. It is also applied spaciated image filter combination to the original image for similar features analysis.
더보기지문인식 시스템의 성능을 평가하기 위해서는 대규모 지문 데이터베이스를 구축하는 것이 필요하다. 지문을 수집하는 것은 매우 고비용의 작업이기 때문에, 지문 평가용 데이터베이스의 구축은 많이 이루어지지 않았고 실제로 소수의 평가용 데이터베이스만이 공개되어 있다. 뿐만 아니라 이들 데이터베이스는 제한된 환경에서 수집되어 있어 실제 다양한 환경에 대한 지문인식 시스템의 성능을 정확히 평가하기가 어렵다.본 논문에서는 초기의 소수 지문을 이용하여 다양한 환경에서 수집된 지문과 유사한 특성을 가지는 지문영상을 생성하는 기법을 제안한다. 영상을 생성하기 위해서 영상필터 조합을 사용하며, 유전자 알고리즘으로 영상필터 조합의 종류와 순서를 결정한다. 대상 환경 모델링을 위해 총 7개의 특징을 사용하였으며, 필터 조합의 구성을 위해 총 70개의 영상필터를 사용하였다. 또한 각 특징을 잘 표현한 다양한 필터 조합을 결정하기 위하여 종분화 알고리즘을 사용한다.유전자 알고리즘은 교차, 돌연변이, 적자생존 등의 자연적 진화 현상을 모방한 알고리즘으로 최적화나 기계학습 등에 널리 사용되고 있다. 탐색이 진행됨에 따라 해공간상의 한 지점으로 수렴하는 경향이 있기 때문에 단일해 문제에 대해서는 유용한 방법이지만, 다중해 최적화 문제에서 전역해를 찾는 데에는 효과적이지 않다. 종분화 기법은 진화 알고리즘의 선택 연산자에 의한 유전자 해쏠림(genetic drift)를 감소시키기 위한 방법으로, 개체의 다양성을 유지시키고 동시에 여러 해영역을 탐색하도록 유도하며 지역해에 빠져서 조기 수렴하는 것을 방지한다. 본 논문에서는 종분화 기법을 적용하기 위해 명시적 적합도 공유 방법을 사용하였으며, 각 개체별로 공유 범위 내에 속한 개체의 수량을 계산하고 적합도를 이것으로 나누어 주어 생존확률을 낮춤으로써 자손이 한 종으로 몰리지 않도록 유도한다.본 논문에서는 종분화 알고리즘을 이용하여 구성한 영상필터 조합을 원본 영상에 적용하여 다양한 지문영상을 생성한다. 제안하는 방법의 유용성을 검증하기 위해서 실제 환경으로부터 압력별 지문(고, 중, 저)을 사용한다. 진화를 통해 원하는 필터 조합이 획득되면, 중압력의 테스트 데이터에 적용하여 실제 입력압력이 고, 저압력의 지문과의 유사도를 측정하여 성능을 분석한다. 또한 원본 영상의 종분화된 영상필터 집합을 적용으로 대상 환경으로부터 수집된 실제 지문영상과 유사한 특징을 분석한다.
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