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N° d'ordre :
UNIVERSITE D’EVRY VAL D'ESSONNE
THÈSE
pour obtenir le titre de
Docteur de l'Université Evry Val d'Essonne
Spécialité:
Sciences de l'Ingénieur
Présentée par
SOUHILA GUERFI ABABSA
Authentification d’individus par reconnaissance de
caractéristiques biométriques liées aux visages 2D/3D
Soutenue le 03 octobre 2008 devant le jury composé de
M. M. MILGRAM, Professeur, ISIR Université de Paris VI, Président
M. L. CHEN, Professeur, EC de Lyon, Rapporteur
Mme. C. FERNANDEZ, Professeur, SIC Université de Poitiers, Rapporteur
M. A. SMOLARZ , McF HDR, LM2S Université de Troyes , Examinateur
M. J-P. GAMBOTTO, PAST HDR, IBISC Université d’Evry, Co-Directeur de thèse
Mme S. LELANDAIS, Professeur, IBISC Université d’Evry, Directeur de thèse Je dédie cette thèse
à mes parents qui m’ont encouragé et soutenu,
à Fakhr Eddine, Selma et Sarah qui partagent ma vie,

Remerciements




Je tiens à exprimer mes remerciements et ma vive gratitude :


A Madame Sylvie Lelandais et à Monsieur Jean-Pierre Gambotto qui m'ont
permis, grâce à leur confiance et leur soutien précieux, de réaliser et
surtout de mener à terme ce travail.


A Monsieur Etienne Colle, directeur du Laboratoire Informatique, Biologie
Intégrative et Systèmes Complexes, pour m'avoir accueilli dans son
laboratoire dans des conditions plus que favorables à une recherche
fructueuse.


A Monsieur Maurice Milgram qui me fait l'honneur de présider ce jury de
thèse.


A Madame Christine Fernandez et à Monsieur Liming Chen qui ont accepté
d'être les rapporteurs de ce mémoire, je les remercie tout particulièrement
pour l'attention et le temps qu'ils y ont consacrés.


J'exprime également toute ma sympathie et ma gratitude à tous les
doctorants de l’IBISC pour l'ambiance agréable qu'ils ont su créer.


Enfin, je voudrais remercier ma famille et en particulier ma mère et mon
père qui m'a donné l'éducation sans laquelle je n'en serais pas là
aujourd'hui. Table des matières
Chapitre 1 Les Systèmes Biométriques
1.1 Introduction ............................................................................................................6
1.2 Les systèmes biométriques .....................................................................................8
1.3 Evaluation des performances des Systèmes biométriques ...................................10
1.4 Fiabilité des systèmes biométriques .....................................................................11
1.4.1 Test de vérification .......................................................................................11
1.4.2 Test d’identification......................................................................................13
1.5 Applications des systèmes biométriques ..............................................................14
1.6 La place de la reconnaissance faciale parmi les autres techniques biométriques.15
1.7 Systèmes biométriques basés sur la reconnaissance de visage.............................16
1.7.1 Détection de visage.......................................................................................17
1.7.2 Extraction de caractéristiques du visage.......................................................18
1.7.3 La reconnaissance de visage.........................................................................19
1.8 Principales difficultés de la reconnaissance de visage .........................................19
1.8.1 Changement d’illumination ..........................................................................19
1.8.2 Variation de pose..........................................................................................20
1.8.3 Expressions faciales......................................................................................20
1.8.4 Présence ou absence des composants structurels .........................................21
1.8.5 Occultations partielles ..................................................................................21 1.9 Conclusion............................................................................................................21
Chapitre 2 Techniques de détection et de reconnaissance de visages
2.1 Introduction ......................................................................................................... 22
2.2 Détection de visages ............................................................................................ 22
2.2.1 Approches basées sur les connaissances acquises....................................... 23
2.2.2 Approches basées sur le « Template-matching » ........................................ 24
2.2.3 Approches basées sur l’apparence............................................................... 25
2.2.4 Approches basées sur des caractéristiques invariantes................................ 27
2.2.5 Détection de visages basée sur l’analyse de la couleur de la peau.............. 29
2.2.6 Comparaison des différentes approches ...................................................... 36
2.3 Techniques 2D de reconnaissance de visage....................................................... 37
2.3.1 Approches holistiques ou globales .............................................................. 38
2.3.2 Méthodes locales ......................................................................................... 44
2.3.3 Méthodes Hybrides...................................................................................... 52
2.4 Techniques 3D de reconnaissance de visages ..................................................... 55
2.4.1 Systèmes d’acquisition 3D .......................................................................... 55
2.4.2 Approches modèle ....................................................................................... 57
2.4.3 Approches 3D.............................................................................................. 57
2.4.4 Approches 3D+2D....................................................................................... 61
2.4.5 Conclusion................................................................................................... 63
Chapitre 3 Bases de données utilisées
3.1 Généralité sur les bases de données existantes.....................................................66
3.2 La base XM2VTS [Mes99] ..................................................................................68
23.3 La base IV [IV05] ...............................................................................................69
23.3.1 Protocoles d’acquisition IV .........................................................................70 3.3.2 Evaluation préliminaire ................................................................................71
3.3.3 Protocoles .....................................................................................................73
3.3.4 Conclusion....................................................................................................74
Chapitre 4 Extraction de visage et de ses caractéristiques
4.1 Introduction ......................................................................................................... 75
4.2 Segmentation couleur du visage.......................................................................... 76
4.3 Segmentation par Ligne de Partage des Eaux ..................................................... 77
4.3.1 Principe de l’immersion .............................................................................. 77
4.3.2 Ligne de Partage des Eaux (d’après Vincent et Soille ) .............................. 81
4.4 Approche segmentation de couleur proposée...................................................... 82
4.4.1 Représentation de l’espace TLS .................................................................. 82
4.4.2 Détermination de l’image de la norme du gradient TLS............................. 84
4.4.3 Simulation de l’inondation d’après Vincent................................................ 88
4.4.4 Fusion des bassins versants ......................................................................... 91
4.4.5 Extraction de visage .................................................................................... 98
4.4.6 Extraction des régions caractéristiques du visage ....................................... 99
4.4.7 Extraction et Normalisation des régions pour la vérification de visage.... 109
4.4.8 Conclusion................................................................................................. 110
Chapitre 5 Reconnaissance de visage 2D/3D
5.1 Introduction ............................................................................................... 111
5.2 Authentification de visage 2D ................................................................... 112
5.2.1 Eigenface globale ...................................................................................... 113
5.2.2 Eigenface modulaire.................................................................................. 115
5.2.3 Tests et Evaluations................................................................................... 116
5.3 Vérification de visage 3D.......................................................................... 125 5.3.1 Etude de l’anthropométrie du visage......................................................... 126
5.3.2 Sélection des points caractéristiques ......................................................... 129
5.3.3 La signature 3D ......................................................................................... 130
5.3.4 Système d’acquisition de visage 3D.......................................................... 132
5.3.5 Protocole d’évaluation............................................................................... 137
5.4 Vérifications de visage 2D/3D .................................................................. 141
5.4.1 Evaluation de la méthode proposée........................................................... 143
5.4.2 Comparaison des approches 2D, 3D et 2D/ 3D......................................... 143
5.4.3 Identification visage .................................................................................. 145
5.5 Discussion et Conclusion .......................................................................... 147
Conclusion et Perspectives ..........................................................................149
Annexe A
Algorithmes..................................................................................................151
Annexe B
Calibration de la Caméra ............................................................................................... 155
B.1 La projection perspective .................................................................................. 156
B.2 Transformation caméra/image........................................................................... 156
B.3 Les paramètres intrinsèques .............................................................................. 156
B.3 Les paramètres extrinsèques.............................................................................. 157
B.4 La transformation mire/image ........................................................................... 158
B.5 Estimation des coefficients de la matrice M...................................................... 159
Annexe C
Indices anthropométriques.........................................................................162
Références ...................................................................................................163

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