Polar Codes for Biometric Identification Systems

Autor: Bao, Yicheng
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Biometrics are widely used in identification systems, such as face, fingerprint, iris, etc. Polar code is the only code that can be strictly proved to achieve channel capacity, and it has been proved to be optimal for channel and source coding. In this degree project, our goal is to apply polar codes algorithms to biometric identification systems, and to design a biometric identification system with high identification accuracy, low system complexity, and good privacy preservation. This degree project has carried out specific and in-depth research in four aspects, following results are achieved: First, idea of polar codes is learnt, for example channel combination, channel splitting, successive cancellation decoding. The successive cancellation and successive cancellation list algorithm are also applied to encoding, which further realizes polar codes for source coding. Second, using autoencoder to process biometrics. Autoencoder is introduced to compress fingerprints into binary sequences of length 1024, it has 5 encoding layers and 12 decoding layers, achieved reconstruction error is 0.03. The distribution is close to Gaussian distribution, and compressed codes are quantized into binary sequences. Properties of sequences are similar with random sequences in terms of entropy, correlation, variance. Third, the identification system under Wyner-Ziv problem is studied with fingerprints. In enrollment phase, encoding algorithms are designed to compress biometrics, and in identification phase, decoding algorithms are designed to estimate the original sequence based on decoded results and noisy sequence. Maximum mutual information method is used to identify users. Results show that with smaller number of users, longer code length, smaller noise, then recognition error rate is lower. Fourth, human faces are used in the generated secret key system. After fully considering the trade off to achieve optimal results, in enrollment phase both public data and secure data are generated, in identification phase user’s index and secret key are estimated. A hierarchical structure is further studied. First, CNN is used to classify the age of faces, and then the generated secret key system is used for identification after narrowing the range. The system complexity is reduced by 80% and the identification accuracy is not reduced.
Biometriska kännetecken används i stor utsträckning i identifieringssystem, kännetecken såsom ansikte, fingeravtryck, iris, etc. Polär kod är den enda koden som strikt bevisats uppnå kanalkapacitet och den har visat sig vara optimal för kanal- och källkodning. Målet med detta examensarbete är att tillämpa polära kodalgoritmer på biometriska identifieringssystem, och att designa ett biometriskt identifieringssystem med hög identifieringsnoggrannhet, låg systemkomplexitet och bra integritetsskydd. Under examensarbetet har det genomförts specifik och djupgående forskning i fyra aspekter, följande resultat har uppnåtts: För det första introduceras idén om polära koder, till exempel kanalkombination, kanaluppdelning, successiv annulleringsavkodning. Algoritmerna för successiv annullering och successiv annulleringslista tillämpas även på kodning,vilket ytterligare realiserar polära koders användning för källkodning. För det andra används autoencoder för att bearbeta biometriska uppgifter. Autoencoder introduceras för att komprimera fingeravtryck till binära sekvenser med längden 1024, den har 5 kodningslager och 12 avkodningslager, det uppnådda rekonstruktionsfelet är 0,03. Fördelningen liknar en normaldistribution och komprimerade koder kvantiseras till binära sekvenser. Egenskaperna för sekvenserna liknar slumpmässiga sekvenser vad gäller entropi, korrelation, varians. För det tredje studeras identifieringssystemet under Wyner-Ziv-problemet med fingeravtryck. I inskrivningsfasen är kodningsalgoritmer utformade för att komprimera biometriska kännetecken, och i identifieringsfasen är avkodningsalgoritmer utformade för att estimera den ursprungliga sekvensen baserat på avkodade resultat och brusiga sekvenser. Maximal ömsesidig informationsmetod används för att identifiera användare. Resultaten visar att med ett mindre antal användare, längre kodlängd och mindre brus så är identifieringsfelfrekvensen lägre. För det fjärde används mänskliga ansikten i det genererade hemliga nyckelsystemet. Efter att noggrant ha övervägt kompromisser fullt ut för att uppnå det optimala resultatet genereras både offentlig data och säker data under registreringsfasen, i identifieringsfasen uppskattas användarens index och säkerhetsnyckel. En hierarkisk struktur studeras vidare. Först används CNN för att klassificera ålder baserat på ansikten och sedan används det genererade hemliga nyckelsystemet för identifiering efter att intervallet har begränsats. Systemkomplexiteten reduceras med 80% men identifieringsnoggrannheten reduceras inte.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: