Digital signal processing with applications to biometrics and forensics
Authors: Παντράκη Ευαγγελία 
Published: December 2023

Η διδακτορική διατριβή εισάγει νέους αλγόριθμους και ερευνητικά πλαίσια επίλυσης προβλημάτων στους τομείς της βιομετρίας και της εγκληματολογίας. Ειδικότερα, η έρευνα επικεντρώνεται στην πρόβλεψη βιομετρικών χαρακτηριστικών, όπως το φύλο, το διάστημα ηλικίας και οι αλλαγές στην εμφάνιση του προσώπου ως αποτέλεσμα της γήρανσης. Αρχικά, αναπτύχθηκε μια προσέγγιση, που αξιοποιεί τη μέθοδο αποσύνθεσης πολυδιάστατων πινάκων Ανάλυση Παράλληλων Παραγόντων 2 στο πεδίο της βιομετρίας. Ειδικότερα, η προτεινόμενη μέθοδος ενσωματώνει δύο πηγές πληροφορίας, δηλαδή, αρχεία ομιλίας και εικόνες προσώπου, για την πρόβλεψη των διαστημάτων ηλικίας και του φύλου του ατόμου. Το κίνητρο πίσω από τη προτεινόμενη μέθοδο πηγάζει από την επιθυμία να βελτιωθεί η ακρίβεια της εκτίμησης ηλικίας και του φύλου, όταν είναι διαθέσιμα τόσο αρχεία ομιλίας όσο και εικόνες προσώπου του ατόμου. Τα πειραματικά αποτελέσματα καταδεικνύουν τα οφέλη από τη χρήση του συνδυασμού ακουστικών και οπτικών χαρακτηριστικών για την επίτευξη και των δύο στόχων πρόβλεψης. Ακολούθως, η διδακτορική έρευνα επικεντρώθηκε στην πρόβλεψη και προσομοίωση των επιπτώσεων της γήρανσης στα χαρακτηριστικά του προσώπου αξιοποιώντας τη δυναμική των Γενετικών Ανταγωνιστικών Δικτύων. Ειδικότερα, αναπτύχθηκε μια προσέγγιση που αντιμετωπίζει τη γήρανση του προσώπου ως πρόβλημα μη επιβλεπόμενης μετάφρασης εικόνας-σε-εικόνα. Η προτεινόμενη μέθοδος επιτυγχάνει προσομοίωση μελλοντικής και προηγούμενης εμφάνισης των εικόνων προσώπων που ανήκουν σε μια συγκεκριμένη ηλικιακή κλάση μεταφράζοντάς τες σε άλλες (επακόλουθες ή προηγούμενες) ηλικιακές κλάσεις. Παρουσιάζονται δύο παραλλαγές της προτεινόμενης μεθόδου. Η πρώτη παραλλαγή μαθαίνει έναν καθολικό μετασχηματισμό μεταξύ των ηλικιακών κλάσεων, ενώ η δεύτερη ενσωματώνει ένα πυραμοειδές σχήμα κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης για να διαχέει πιο αποτελεσματικά και σταδιακά την ηλικιακή πληροφορία μεταξύ των ηλικιακών κλάσεων. Οι προτεινόμενες παραλλαγές αξιολογήθηκαν διεξοδικά όσον αφορά τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά κριτήρια, αποδίδοντας ελκυστικά αποτελέσματα προσομοίωσης μεταγενέστερης και προγενέστερης ηλικίας του προσώπου σε σύγκριση με τις πραγματικές εικόνες και με τα αντίστοιχα αποτελέσματα προσεγγίσεων τελευταίας τεχνολογίας για τη γήρανση του προσώπου. Στη συνέχεια, η διδακτορική έρευνα επικεντρώθηκε στην αντιμετώπιση του προβλήματος της Ετερογλωσσικής Μεταφοράς Μάθησης και ειδικότερα, στην Ετερογλωσσική Ταξινόμηση Εγγράφων και την Ετερογλωσσική Απόδοση Συγγραφέα. Η μέθοδος που αναπτύχθηκε αξιοποιεί τη μέθοδο Ανάλυση Παράλληλων Παραγόντων 2 για την εξαγωγή λανθανουσών χαρακτηριστικών μειωμένων διαστάσεων από αρχεία κειμένου που ανήκουν σε διαφορετικές γλώσσες. Ειδικότερα, η προτεινόμενη μέθοδος περιλαμβάνει την εκπαίδευση δύο μοντέλων Ανάλυσης Παράλληλων Παραγόντων 2 για κάθε ζευγάρι γλωσσών στόχου και προέλευσης: ένα μη επιβλεπόμενο και ένα επιβλεπόμενο μοντέλο. Το επιβλεπόμενο μοντέλο χρησιμοποιεί στην εκπαίδευσή του τις ψευδο-ετικέτες για τα κείμενα εκπαίδευσης στη γλώσσα στόχο που έχουν προκύψει από το μη επιβλεπόμενο μοντέλο για να επιτύχει καλύτερη προσαρμογή. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε ένα επεξηγηματικό πλαίσιο γήρανσης προσώπου που βασίζεται στην προσέγγιση επίτευξης ηλικιακής γήρανσης με χρήση Υπό Συνθήκη Ανταγωνιστικών Αυτό-κωδικοποιητικών Δικτύων. Η προτεινόμενη μέθοδος ενσωματώνει στη διαδικασία εκπαίδευσης του δικτύου επεξηγηματικές μεθόδους Τεχνητής Νοημοσύνης, όπως χάρτες αιχμής (Saliency maps) και προσθετικές εξηγήσεις κατά Shapley. Ο στόχος της εκπαίδευσης με καθοδήγηση επεξηγηματικών τεχνικών είναι να συμπληρώσει την ανατροφοδότηση του διευκρινιστή (discriminator) στην γεννήτρια (generator) με εξηγήσεις που παρέχουν «λόγο» για την απόφαση του διευκρινιστή. Διεξοδική αξιολόγηση της προτεινόμενης μεθόδου καταδεικνύει ότι οι επεξηγήσεις των επεξηγηματικών μεθόδων συνέβαλαν σημαντικά στη δημιουργία μιας πιο ρεαλιστικής απεικόνισης των εικόνων προσώπου σε μεταγενέστερη ή προγενέστερη ηλικιακή κλάση.