BİYOMETRİK GÜVENLİK SİSTEMLERİ VE YÜZ TANIMAYA DAYALI ÇEVRİMİÇİ SINAV SİSTEMİ

Özet

Bu çalışmada, çevrimiçi sınavlarda bir başkasının yerine sınava girişin önlenmesi amacıyla yüz tanımayla kimlik tespiti yapan bir uygulama geliştirilmiştir. Öncelikle ad, soyad ve yüz görüntüsü gibi verilerden oluşan kullanıcı bilgisi veri tabanına kaydedilmektedir. Sınav zamanında, kullanıcıdan web kamera yoluyla alınan yüz görüntüsü, veri tabanına daha önceden kaydedilen yüz görüntüsü ile karşılaştırılmaktadır. Karşılaştırma sonucuna göre kişi sınava alınmakta ya da alınmamaktadır. Günümüzde, hemen hemen her bilgisayarda bir web kamera olması, yüz tanımanın en güvenli biyometrik sistemlerinden biri olması ve kullanımı kolay olması nedeniyle bu çalışmada yüz tanıma sistemi kullanılmıştır. Bu çalışmada, otomatik insan yüzü tanımak için Özyüz yöntemi kullanılmış olup oldukça yüksek başarım elde dilmiştir.

Anahtar Kelimeler: biyometrik güvenlik sistemleri, yüz tanıma sistemi, çevrimiçi sınav sistemi Continue reading

Java ve OpenCV ile Ortalama Görüntünün Bulunması

Elimizde aşağıdaki iki yüz görüntüsü olsun. Bu yüzlerin ortalama görüntüsünü bulmak isteyelim. Görüntü yüksekliği 112 piksel genişliği ise 92 pikseldir.
12

Yüz görüntüleri Maven projemizde resource klasürünün altında olsun. Bu dosyaların yolunu aşağıdaki şekilde imread fonksiyonuna birinci parametre olarak veriyoruz. ikinci parametre ile de görüntü formatını belirliyoruz. Eğer, sıfır verirsek, görüntü gri seviyede, yani her bir piksel için 0 ile 255 arasında bir değer saklanır. Bir verirsek her bir piksel için BGR sıralamasında üç tane 0-255 arasında değer saklanır. Continue reading

Görüntü Örnekleme ve Nicemleme

Görüntüleri elde etmek için çok sayıda yol olduğunu görüyoruz, fakat bizim amacımız hepsinde aynı : algılanan veriden sayısal görüntüleri üretmek. Çoğu algılayıcının çıktısı genliği ve uzamsal davranışı algılanan fiziksel olayla bağlantılı sürekli bir gerilim dalga biçimi  şeklindedir. Sayısal görüntü oluşturmak için algılanmış sürekli veriyi sayısal forma dönüştürmeliyiz. Bu durum iki süreci içermektedir: örnekleme ve nicemleme.

1.1 Örnekleme ve Nicemlemede Temel Kavramlar

sekil-2-16

Örnekleme ve nicemlemenin arkasındaki temel fikir Şekil 2.16’da gösterilmiştir. Şekil 2.16(a) sayısal forma dönüştürmek istediğimiz sürekli bir f görüntüsünü göstermektedir. Bir görüntü x ve y koordinatlarına ve de genliğe göre sürekli olabilir. Görüntüyü sayısal biçime dönüştürmek için, hem koordinatlarda hem de genlikte örneklemeliyiz. Koordinat değerlerini sayısallaştırmak örnekleme olarak adlandırılır. Genlik değerlerini sayısallaştırmak nicemleme olarak adlandırılır. Şekil 2.16(b)’deki tek boyutlu fonksiyon, sürekli görüntünün genlik değerlerinin (yeğinlik seviyeleri)  Şekil 2.16(a)’daki AB doğru parçası boyunca çizimidir. Rastgele değişimler görüntü gürültüsünden kaynaklanmaktadır.  Bu fonksiyonu örneklemek için, Şekil 2.16(c)’de göründüğü gibi AB doğrusu boyunca eşit aralıklı örnekler alırız. Her bir örneğin uzamsal yeri şeklin alt kısmındaki dikey bir kontrol işareti ile gösterilmektedir. Örnekler fonksiyonun üzerine oturtulmuş küçük beyaz kareler olarak gösterilmiştir. Bu kesikli yerlerin kümesi örneklenmiş fonksiyonu verir. Fakat, örneklerin değeri hala (dikey olarak) sürekli bir yeğinlik değerleri kümesi boyunca uzanmaktadır. Sayısal bir fonksiyon oluşturmak için, yeğinlik değerleri de kesikli niceliklere dönüştürülmelidir (nicemleme). Şekil 2.16(c)’nin sağ tarafı siyahtan beyaza uzanan  sekiz kesikli aralığa bölünmüş yeğinlik ölçeğini göstermektedir. Dikey kontrol işaretleri sekiz yeğinlik seviyesinin her birine atanmış belirli bir değeri göstermektedir. Sürekli yeğinlik seviyeleri her bir örneğe sekiz değerden birini atayarak nicemlenir. Atama dikey kontrol işaretlerine bir örneğin dikey yakınlığı göz önüne alınarak yapılır. Örnekleme ve nicemlemeden ortaya çıkan sayısal örnekler Şekil 2.16(d)’de gösterilmektedir. Görüntünün tepesinden başlayarak bu işlemi satır satır uygulamak iki boyutlu sayısal bir görüntü oluşturacaktır. Kullanılan kesikli seviye sayısına ek olarak, Şekil 2.16’da kastedilen, nicemlemede elde edilen doğruluğun örneklenmiş sinyalin gürültü içeriğine yüksek derecede bağlı olduğudur.

Biraz önce tanımlanan şekildeki örnekleme genliğin yanında her iki koordinat yönünde de sürekli bir görüntüye sahip olduğumuzu varsaymaktadır. Pratikte, örnekleme metodu görüntüyü üretmek için kullanılan algılayıcı düzenlemesiyle belirlenir. Bir algılama dizilimi görüntü elde etmek için kullanıldığında, hareket yoktur, ve dizideki algılayıcıların sayısı her iki yönde örneklemenin limitlerini belirler. Algılayıcı çıktılarının nicemlenmesi önceki gibidir.  Şekil 2.17(a) bir dizi algılayıcısının düzlemine izdüşümlenmiş bir sürekli görüntüyü göstermektedir. Şekil 2.17(b) örnekleme ve nicemlemeden sonraki görüntüyü göstermektedir. Çaıkça görülüyor ki, bir sayısal görüntünün kalitesi büyük ölçüde örneklerin sayısı ve örnekleme ve nicemlemede kullanılan kesikli yeğinlik seviyeleri tarafından belirlenir.

sekil-2-17

Kaynakça

GONZALES, Rafael C., WOODS, Richard E., Sayısal Görüntü İşleme, Ankara, Palme Yayıncılık, 3.Baskıdan Çeviri, 2014

Bir Görüntü Oluşturma Modeli

Görüntüleri f(x,y) şeklinde iki boyutlu fonksiyonlar ile gösteririz. Uzamsal (x,y) koordinatlarında f’nin değeri veya genliği fiziksel anlamı görüntünün kaynağı tarafından belirlenen pozitif sayısal bir niceliktir. Bir görüntü fiziksel bir süreç tarafından oluşturulduğu zaman, yeğinlik değerleri fiziksel kaynak tarafından yayılan enerjiyle doğru orantılıdır (örneğin elektromanyetik dalgalar).

Sonuç olarak, f(x,y) sıfırdan farklı ve sonlu olmalıdır; yani

0 < f(x,y) < ∞                         (2.3-1)

f(x,y) fonksiyonu iki bileşen ile karakterize edilebilir. (1) görüntülenen sahne üzerinde kaynak aydınlatmasının miktarı, (2) sahnedeki nesneler tarafından yansıtılan aydınlatmanın miktarı.  Doğal olarak bunlar aydınlatma ve yansıma bileşenleri olarak adlandırılırlar ve sırasıyla i(x,y) ve r(x,y) ile gösterilirler. İki fonksiyon f(x,y)’yi oluşturmak için çarpım olarak birleşirler.

f(x,y) = i(x,y) r (x,y)           (2.3-2)

burada

0 < i(x,y) < ∞                    (2.3-3)
ve

0 < r(x,y) < 1                    (2.3-4)

dir. Eşitlik (2.3-4) yansımanın 0 (tüm emilim) ve 1(tam yasıma) ile sınırlı olduğunu göstermektedir. i(x,y)’nin doğal aydınlatma kaynağı, ve r(x,y) görüntülenen nesnelerin karakteristikleri tarafından belirlenir.

Eşitlik (2.3-3) ve (2.3-4) de verilen değerler teorik sınırlardır. Aşağıdaki ortalama nümerik değerler görünür ışık için i(x,y)’nin bazı tipik aralıklarını göstermektedir. Açık bir günde, güneş dünyanın yüzeyi üzerinde 90,000 lm/m^2’yi geçen aydınlatma üretebilir. Bu değer bulutlu bir günde 10,000 lm/m^2’den daha az bir değere düşer. Açık bir akşamda, dolunay yaklaşık 0.1 lm/m^2 aydınlatma verir. Ticari bir ofiste tipik aydınlatma seviyesi yaklaşık 1,000 lm/m^2’dir. Benzer şekilde, şunlar r(x,y)’nin tipik değerleridir. 0.01 siyah kadife için, 0.65 paslanmaz çelik için, 0.80 düz beyaz duvar boyası için, 0.90 gümüş plakalı metal için ve 0.93 kar için.

Tek renkli bir görüntünün herhangi bir (x0,y0) koorninatlarında yeğinliği (gri seviye)

j = f(x0,y0)                         (2.3-5)

ile gösterilsin. Eşitlikler (2.3-2)’den (2.3-4)’e L’nin

Lmin <= j <= L max            (2.3-6)

aralığında olduğu açıktır. Teoride Lmin üzerindeki tek koşul pozitif olması, ve Lmax’ında sonlu olmasıdır. Pratikte Lmin = İminRmin ve Lmax =İmax+Rmax’tır. Yukarıda belirtilen ortalama ofis aydınlatma ve yansıma aralığı değerlrini rehber olarak kullanırsan, ek aydınlatma olmadan  Lmin=10 ve Lmax=1000 değerlerini kapalı mekan değrleri için tipik limitler olarak bekleyebiliriz.

[Lmin, Lmax] aralığı gri (şiddet) ölçeği olarak adlandırılır. Yaygın uygulama bu aralığı nümerik olarak [0, L-1] aralığına kaydırmaktır. Burada, gri ölçekte j=0 siyah ve j=1 beyaz olarak kabul edilir.  Tüm ara değerler siyahtan beyaza değişen gri tonlardır.

Görüntü Algılama ve Algılayıcı Dizileri Kullanarak Görüntü Elde Etme

İlgilendiğimiz görüntülerin çoğu bir “aydınlatma” kaynağı ve bu kaynaktan gelen enerjinin görüntülenen “yer”in elemanlarınca yansıtılmasının yada emiliminin kombinasyonu ile üretilir. Görünür bir ışık kaynağının her günkü 3-D (üç boyutlu) bir yeri aydınlattığındaki bilinen bir durumdan çok daha genel olduklarını vurgulamak için aydınlatma ve yer kelimelerini tırnak içine alıyoruz.

Şekil 2.12 aydınlatma enerjisini sayısal görüntülere dönüştürmek için kullanılan üç temel algılayıcı tertibatını göstermektedir. Düşünce basittir: Gelen enerji, algılanacak belirli bir tipteki enerjiye duyarlı algılayıcı malzeme ve giriş elektrik gücünün kombinasyonu ile bir gerilime çevrilir. Çıkış geriliminin dalga şekli algılayıcı(lar)ın cevabıdır, ve her bir algılayıcının cevabını sayısallaştırarak  sayısal bir nicelik elde edilir.

sekil2-12

 

Şekil 2.12(c) 2-D dizi biçiminde düzenlenmiş birbirinden ayrı algılayıcıları göstermektedir. Sayısal kameralarda bu düzenek kullanılır. Bu kameralar için tipik bir algılayıcı geniş algılama aralığı özellikleri ile imal edilen ve 4000 x 4000 veya daha fazla elemanlı diziler olarak paketlenen bir CCD dizisidir. Her bir algılayıcının tepkisi yüzeyine yansıtılan ışık enerjisinin integraliyle  doru orantılıdır ki, bu özellik düşük gürültülü görüntülere ihtiyaç duyan astronomik ve diğer uygulamalarda kullanılır. Gürültü azaltma sensörün giriş ışık sinyalini dakikalar hatta saatler boyunca toplamasıyla başarılır.  Şekil 2.12(c)’deki algılayıcı dizisi iki boyutlu olduğu için, tam bir görüntünün, enerji örüntüsünün dizinin yüzeyine odaklanarak elde edilebilmesi bu algılayıcı dizisinin temel üstünlüğüdür.

Dizi algılayıcıların kullanıldığı temel biçim Şekil 2.15’de gösterilmektedir. Bu şekil bir sahne elemanından yansıyan bir aydınlatma kaynağından çıkan enerjiyi göstermektedir (enerji sahne elemanlarıyla da iletilebilir). Şekil 2.15(c)’deki görüntüle sistemi tarafından gerçekleştirilen ilk fonksiyon gelen enerjiyi toplamak  ve bir görüntü düzlemine odaklamaktır. Aydınlatma ışıksa, görüntüleme sisteminin ön tarafı, Şekil 2.15(d)’nin gösterdiği gibi, görüntülenen sahneyi lens odak düzlemine yansıtan bir optik lenstir. Odak düzlemiyle çakışık algılayıcı dizisi her bir algılayıcıda alınan ışığın integraliyle doğru orantılı çıktılar üretir. Sayısal ve analog devre sistemleri bu çıktıları tarar ve daha sonra görüntüleme sisteminin diğer bir kısmı tarafından sayısallaştırılan analog sinyale çevirir. Şekil 2.15(e)’de şematik olarak görüldüğü gibi, çıkış sayısal bir görüntüdür.

sekil-2-15

 

Kaynakça

GONZALES, Rafael C., WOODS, Richard E., Sayısal Görüntü İşleme, Ankara, Palme Yayıncılık, 3.Baskıdan Çeviri, 2014