臺灣博碩士論文加值系統

生物特徵辨識系統是目前國內外相當熱門的研究之一，其應用的
範圍也相當的廣泛，各項應用當中又以生物特徵辨識系統作為系統主
機，結合門禁、考勤、網路等等不同功能的管理系統最為切合生活進
步之需要，因此發展一個生物特徵辨識系統已成為潮流，也是增進生
活便利的重要課題。
本研究首先以國內外門禁系統發展趨勢為起點，藉由這樣的探討
得知生物特徵辨識系統已是研究主流，當中又以人臉辨識技術最為自
然與實用。接著本研究又以系統工程中常用的品質機能展開法將生物
特徵辨識系統展開，在展開過程中將需求、技術、乃至產品定位特性
完整的表現出來，同時也確認人臉辨識技術為系統主要核心技術。
本研究以數位影像處理結合主要成份分析法與雙向聯想記憶網
路，作為生物特徵辨識系統之人臉辨識的核心技術，同時以自建人臉
資料實施印證，最後得到100﹪之初分類與72.7﹪之後端辨識結果。

The biological characterist verification system (BCVS) has become a
hot research topic in the world since the system can be applied in a lot of
suitations such as access systems, network safe etc. Thus, the
development of a good BCVS to promote quality of living is an important
object. For this object, a BCVS with face verification is developed in this
thesis. Firstly, an overview of access systems is to study the development
trends of BCVS. Then, the quality function development (QFD) is
adopted in this thesis to analyze the market-required functions, product
related parts and technologies. Moreover, an intelligent based framework
that combines ‘principal component analysis’ (PCA) and ‘bidirectional
associative memory’ (BAM) is also developed in this thesis to promote
the performance of biological characterist verification. Finally, we get
100% first classification and 72.7% face Verification rate.

目錄
頁次
中文摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ι
英文摘要‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ΙΙ
目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧Ш
圖目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧VΙ
表目錄‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ΙX
中英文名詞對照表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧X
第一章 前言‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
1-1 研究動機‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧1
1-2 研究目的‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧2
1-3 論文架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3
第二章 門禁系統發展趨勢探討‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6
2-1 門禁系統發展背景‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧6
2-2 門禁系統發展概況‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧7
2-3 國內外發展情況‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 10
2-3.1 目前已有產品‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 10
2-3.2 目前研發趨勢‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 11
2-4 本章小結‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧14
IV
第三章 生物辨識門禁管制系統之品質機能展開分析‧‧‧‧‧‧ 15
3-1 品質機能展開法‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ .15
3-1.1 品質機能展開法概述‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 15
3-1.2 品質機能展開法應用於新產品開發之研究架構‧‧‧‧‧ 17
3-2 品質機能展開法應用於產品開發之步驟‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 21
3-3 生物特徵辨識門禁系統之品質機能展開分析‧‧‧‧‧‧‧‧ 23
3-4 本章小結‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 35
第四章 智慧型數位影像處理於人臉辨識之應用‧‧‧‧‧‧‧‧ 37
4-1 數位影像處理概述‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 37
4-1.1 數位影像處理‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 37
4-1.2 國內外相關研究‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 39
4-2數位影像處理結合主成份分析與雙向聯想網路用於人臉識別42
4-2.1 主要成分分析法‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 43
4-2.2 雙向聯想記憶網路‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 44
4-3 實驗步驟‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧48
4-4 本章小結‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧52
第五章 實驗結果與分析‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53
5-1 以ORL 資料庫為模擬對象‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53
5-1.1 ORL 人臉影像資料庫‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧53
V
5-1.2 ORL 人臉影像資料庫實證研究‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 55
5-2 以自建人臉資料為模擬對象‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧63
5-3 問題與討論‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧73
5-4 本章小結‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧74
第六章 結論與未來工作‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 75
參考文獻‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧77
VI
圖目錄
圖1-1 論文計畫書架構圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧3
圖2-1 國內門禁系統發展成長率示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8
圖2-2 門 禁 系 統 運 作 流 程‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧9
圖2-3 生物特徵辨識系統發展架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧14
圖3-1 品質機能基本程序之連續展開圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧16
圖3-2 品質屋之基本架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧17
圖3-3 品質機能展開法展開步驟‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧23
圖3-4 新產品定位狀況分析圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33
圖4-1 數位影像處理的基本架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 38
圖4-2 Wavelet + PCA 分析架構圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 40
圖4-3 Wavelet + PCA+FLD 分析架構圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧40
圖4-4 數位影像處理結合PCA 法與BAM 網路研究架構圖‧‧‧‧43
圖4-5 類神經演算法計算視窗‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧45
圖4-6 雙向聯想記憶網路架構‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧46
圖4-7 影像處理之介面程式‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧49
圖4-8 影像特徵強化‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 50
圖4-9 影像壓縮介面‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧51
圖4-10 影像分割與特徵選擇‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 51
VII
圖4-11 特徵抽取-眼睛示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 51
圖5-1 ORL 人臉資料庫‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 54
圖5-2 主程式示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧55
圖5-3 人臉眼睛特徵定位示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧56
圖5-4 第一組特徵抽取示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧56
圖5-5 第二組特徵抽取示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧57
圖5-6 平均值向量‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧57
圖5-7 伴隨矩陣值‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 58
圖5-8 特徵空間矩陣‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧59
圖5-9 訓練樣本投影到特徵空間示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧59
圖5-10 歐氏距離計算示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧60
圖5-11 權值矩陣‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 61
圖5-12 前向聯想示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 61
圖5-13 後向聯想示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 62
圖5-14 漢明距離計算示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 62
圖5-15 自建人臉資料‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 64
圖5-16 自建人臉資料特徵抽取示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 64
圖5-17 平均值向量‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 65
圖5-18 伴隨矩陣值‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 65
VIII
圖5-19 特徵空間矩陣‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 66
圖5-20 訓練樣本投影到特徵空間‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 67
圖5-21 歐氏距離計算示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 67
圖5-22 影像二值化步驟‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 69
圖5-23 影像灰階臨界值52 之二值化‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧70
圖5-24 權值矩陣值‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 70
圖5-25 前向聯想值‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 71
圖5-26 後向聯想值‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 71
圖5-27 漢明距離計算示意圖‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 72
IX
表目錄
表2-1 國內門禁系統發展概況‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧8
表2-2 國內外研究及生產概況‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧13
表3-1 品質機能展開法（QFD）應用於新產品開發之研究探討‧‧20
表3-2 絕對權重計算矩陣‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧22
表3-3 生物特徵辨識門禁系統之顧客需求與品質要求表‧‧‧‧‧25
表3-4 要求品質與品質要素（設計要求）項目之轉換表‧‧‧‧‧26
表3-5 品質要素展開表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧27
表3-6 顧客與設計需求相關矩陣‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧28
表3-7 新產品定位表依顧客重要度‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧31
表3-8 新產品定位表依權重‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧32
表3-9 新產品定位狀況表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧33
表3-10 控制系統設計需求與零件展開‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ 34
表4-1 國內外相關研究使用方法分類表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧42
表4-2 具聯想記憶類神經網路功能比較表‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧45
表5-1 利用PCA 求出訓練樣本與測試樣本距離‧‧‧‧‧‧‧‧‧60
表5-2 利用BAM 求出訓練樣本與測試樣本距離‧‧‧‧‧‧‧‧‧63
表5-3 利用PCA 處理人臉實際驗證結果 ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧68
表5-4 利用BAM 處理人臉實際驗證結果‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧72
X
中英文名詞對照表
英文簡寫 英文全文 中文名稱
CE Concurrent Engineering 同步工程
QFD Quality Function Deployment 品質機能展開法
PM Project Management 專案管理
DFMA Design Failure Mode and Effects
Analysis 設計的失效模式與效應分析
SPC Statistical Process Control 統計製程管理
CCTV Closed Circuit Television Video 閉路電視監視系統
KLT Karhunen Loeve Transform KL 轉換
FLD Fisherface Linear Discriminant 鑑別性參數延伸分析
DCT Discrete Cosine Transform 離散餘弦轉換
SOM Self Organization Mapping 自我組織映射
BAM Bidirectional Associative Memory 雙向聯想記憶
LAM Linear Associative Memory 線性聯想記憶網路
ORL Olivetti Research Laboratory 劍橋人臉資料庫

參考文獻
中文部分
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