I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   16 ,   N o .   3 D e c e m b e r   201 9 ,   pp .   1279 ~ 1285   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 6 .i 3 . pp 127 9 - 1285             1279       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i ae s c or e . c om / j our na l s / i nde x . php/ i j e e c s   D e v e l o p e d   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   b a sed   h u m a n   f a c e   r e c o g n i t i o n       M ar yam   M ah m o o d   H u s s e i n 1 ,   A m m ar   H u s s e i n   M u tl ag 2 ,   H u s s ai n   S h ar e e f 3   1 ,2 D e pa r t m e n t   o f   C o m put e r   E ng i ne e r i ng   T e c hn i qu e s ,   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng   T e c hn i c a l   C o l l e g e ,   I r a q   3 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   U n i t e d   A r a E m i r a t e s   U n i v e r s i t y ,   U n i t e A r a b   E m i r a t e s       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e F e b   16,   2 019   R e v i s e M a y   2 5 ,   20 19   A c c e pt e J un   28 ,   201 9       F a c e   r e c o g ni t i o ha s   b e c o m e   o ne   of   t he   m o s t   i m po r t a nt   c ha l l e ng i ng   pr o bl e m s   i pe r s o na l   c o m put e r - hum a i n t e r a c t i o n,   v i de o   o b s e r v a t i o n,     a nd  b i o m e t r i c .   M a ny   a l g o r i t hm s   ha v e   be e d e v e l o pe i r e c e nt   y e a r s .     T he s e   a l g o r i t hm s   a r e   no t   s uf f i c i e n t l y   r o bus t   t o   a ddr e s s   t he   c o m pl e i m a g e s .   T he r e f o r e ,   t h i s   p a pe r   pr o po s e s   a   s o f t   c o m put i ng   a l g o r i t hm   ba s e o f a c e   r e c o g ni t i o n.   O n e   o f   t he   m o s t   p r o m i s i ng   s o f t   c o m put i ng   a l g o r i t hm s   w hi c i s   ba c k - pr o pa g a t i o a r t i f i c i a l   n e u r a l   ne t w o r ( B P - A N N )   ha s   be e pr o po s e d.   T he   pr o po s e B P - A N N   ha s   be e de v e l o pe t o   i m pr o v e   t he   pe r f o r m a nc e   of   f a c e   r e c og ni t i o n.   T he   i m pl e m e n t a t i o o f   t he   de v e l o pe B P - A N N   ha s   be e a c hi e v e us i ng   t he   M A T L A B   e nv i r o nm e nt .   T he   de v e l o pe B P - A N N   r e qui r e s   s upe r v i s e t r a i n i ng   t o   l e a r ho w   t o   a nt i c i p a t e   r e s ul t s   f r o m   t he   de s i r e da t a .   T he   B P - A N N   ha s   be e d e v e l o pe t o   r e c o g ni z e   10  pe r s o ns .   T e i m a g e s   ha v e   be e u s e f o r   e a c pe r s o n.   T he r e f o r e ,   1 00  i m a g e s   ha v e   be e u t i l i z e t o   t r a i t he   d e v e l o pe B P - A N N .   I t hi s   r e s e a r c 50  i m a g e s   ha v e   be e n   us e f o r   t e s t i ng   pur po s e .   T he   r e s u l t s   s ho w   t ha t   t he   de v e l o pe B P - A N N   ha s   pr o duc e a   s uc c e s s   r a t i o   o f   82   % .   Ke y w or ds :   B a c k - pr o pa ga t i o n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r (B P - ANN)   F a c e   de t e c t i o n   F a c e   r e c o gn i t i o n   V i o l a - J o n e s   a l go r i t hm   C opy r i gh t   ©   201 9   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M a r y a m   M a hm o o H us s e i n ,   D e pa rt m e n t   o f   Co m put e E ngi n e e ri n g   T e c hn i que s ,     E l e c t r i c a l   E n gi n e e r i n g   T e c hn i c a l   Co l l e ge ,     M i ddl e   T e c hni c a l   U n i v e r s i t y ,   B a gh d a d,   I ra q .   E m a i l :   m a r y a m m a hm oo d202@g m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     In   t h e   p r e s e n t   n e t w o r ke w o r l d,   t h e   n e e t o   ke e up  t h e   s e c ur i t y   of   da t a   a nd  p h y s i c a l   pr o pe rt y   i s   b e c o m i n i n c r e a s i n g l y   e s s e n t i a l   a n i n c r e a s i ngl y   di ff i c ul t .   F r o m   t i m e   t o   t i m e   w e   f i n o ut   a b o ut   t h e   c r i m e s   of  c r e di t   c a r ds   e xt o r t i o n,   b r e a ki n o f   t h e   pe r s o n a l   c o m put e r   by   h a c ke r s ,   o r   o n   t h e   o t h e r   ha n s e c ur i t y   b r e a ks   i n   a n   o r ga ni z a t i o n   o r   go ve rn m e n t   b ui l d i n g.   R e c e n t l y ,   t e c hn o l o g y   b e c o m e s   a c c e s s i b l e   t pe r m i t   v e r i f i c a t i o n   of  ge n ui n e   i n d i v i dua l   i de nt i t y .   T h i s   t e c hn o l o g y   de pe n ds   o n   a   f i e l c a l l e b i o m e t r i c s .   F a c e   r e c o gn i t i o r e p r e s e n t s   o n e   o f   t h e   f e w   b i o m e t ri c   t e c hni que s   [1] .   I t   a i m s   t o   i m i t a t e   o n e   o f   t h e   n a t u ra l   hum a c a pa c i t i e s :   pe r c e i v i n g   c h a ra c t e ri s t i c s   o f   f a c e s   i n   di f f e r e n t   s i t ua t i o n s   a n c o nn e c t   t he m   w i t h   t h e   l e a rni n s t o r e i n   t h e i r   m e m o r y .   It   i s   a   s i m pl e   a n di r e c t   t a s f o r   pe o pl e s ,   h o w e ve r ,   i t   s e e m s   t o   b e   a   c ha l l e ngi n g   p r o b l e m   f o r   c o m put i n s y s t e m s   b e c a us e   of   t h e   f e w   n a t u ra l   f a c t o r s   s uc h   a s   f a c e   l o c a t i o n ,   l i g ht i n c o n d i t i o n ,   a n t h e   di s t a n c e   of   f a c e   f r o m   t h e   c a m e ra   [ 2].     M a n y   s of t   c o m put i n t e c hni que s   h a v e   b e e n   m e nt i o n e i n   t h e   l i t e ra t u r e   [3 - 6].   A   n e w   di s c r i m i na n t   f a c e   r e c o gn i t i o n   m e t h o do l o g y ,   w h i c h   i s   b a s e o n   pr i n c i p a l   c o m po n e n t   a na l y s i s   a l go r i t h m   (P CA a nd  a da p t i v e   n e u r o - f uz z y   i n f e r e n c e   s y s t e m   (A N F IS )   h a s   b e e n   pr o po s e d   i [7].   P CA   h a s   b e e n   us e t e xt r a c t   t h e   f e a t ur e   of  f a c i a l   i m a ge   a n de c r e a s e   i t s   di m e n s i o n s ;   m e a n w h i l e ,   A N F IS   h a s   b e e n   us e a s   a   c l a s s i f i e r   f o r   f a c e   r e c o gn i t i o n.   H ow e ve r ,   t h e   A N F IS   i s   r e qui r e d   a   v e r y   l o n t i m e   f o r   t ra i ni n g.   I [8] ,   a   f a c e   r e c o gn i t i o s y s t e m   ha s   b e e n   i m pl e m e n t e b a s e o n   ra n do m   f o r e s t   (R F c l a s s i f i e r   a n hi s t o g r a m s   o f   o r i e n t e g ra d i e nt s   (H O G )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 019   :     12 79   -   12 85   1280   f a c e   de s c r i pt o r .   H ow e v e r ,   t h e   i n c r e a s i ng  of   t h e   n u m b e r   of   t r e e s   i n   t h e   ra n do m   f o r e s t   w i l l   m a ke   t h e   s y s t e m   s l ow e r .   M e a n w hi l e ,   s u ppo r t   v e c t o r   m a c h i n e   (S V M )   b a s e o n   c ha o t i c   pa rt i c l e   s w a r m   o pt i m i z a t i o n   ( CP S O a l go ri t hm   us i n i m p r o v e c i r c l e   m a p   h a s   b e e n   i m p l e m e n t e i n   [9] .   H ow e v e r ,   t ra i n   l o c a l   m i n i m a   i s   t h e   m a i dra w b a c of   t h e   p a r t i c l e   s w a rm   o pt i m i z a t i o n .   T h e r e f o r e ,   t o   o ve r c o m e   t h e s e   d r a w b a c ks   o n e   of   t h e   m o s t   a l go r i t hm s   o f   pa t t e rn   r e c o gni t i o n   na m e l y   b a c k - pr o pa ga t i o n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r (B P - A N N h a s   be e n   us e i n   t h i s   r e s e a r c h   t o   i m pl e m e n t   t h e   f a c e   r e c o gn i t i o s y s t e m .   T h e   pa pe r   i s   o r g a n i z e a s   f o l l o w s :   S e c t i o de s c ri b e s   de s i gn   o f   t h e   p r o po s e s y s t e m .   V i o l a - J o n e s   a l go r i t hm   ha s   b e e n   p r e s e n t e i S e c t i o n   3 .   S e c t i o n   e xpl a i n s   t h e   b a c k - p r o pa ga t i o n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k.   T h e   i m p l e m e n t a t i o n   o t h e   pr o po s e s y s t e m   i s   fo un i n   S e c t i o n   5.   T h e   di s c us s i o n   o f   t h e   r e s ul t s   i s   p r e s e n t e d   i S e c t i o n   6.   F i na l l y ,   t h e   c o n c l us i o i s   d ra w n   i n   S e c t i o 7.       2.   D ES I G N   O F   TH P R O P O S ED   S Y S TE M   T h e   p r o po s e h u m a n   f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   i s   s h o w n   i n   F i gur e   1 .   It   pa s s e s   i n   f i v e   s t e ps   w h i c h   a r e   i m a ge   a c qui s i t i o n,   f a c e   de t e c t i o n ,   f e a t u r e   e xt r a c t i o n ,   f a c e   r e c o gn i t i o n ,   a n r e c o gn i t i o n   r e po rt .     Im a ge   a c qui s i t i o p h a s e   r e p r e s e n t s   t h e   f i r s t   s t a ge   o f   a   f a c e   re c o gn i t i o n   s y s t e m .   T h e r e f o r e ,   t h e   us e r   g i v e s   t h e   f a c e   i m a ge   a s   t h e   i n pu t   t o   t h e   s y s t e m .   T h e   n e xt   s t e r e qu i r e f o r   f a c i a l   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   i s   f a c e   de t e c t i o n .     It   i s   t h e   p r o c e s s   of   d e c i di n g   w h e t h e a   s ub - w i n do w   of   a n   i n p ut   i m a ge   c o n t a i n s   a   f a c e   o r   n o t .   I n   t h i s   r e s e a r c h ,   t h e   de t e c t i o n   of   t h e   f a c e   h a s   b e e n   i m pl e m e n t e us i n t h e   V i o l a - J o n e s   a l go ri t hm .   T h e   t hi r p ha s e   i s   fe a t u r e   e xt ra c t i o n   f r o m   t h e   f a c e   i m a ge .   P r i n c i pa l   c o m po n e n t   a n a l y s i s   (P CA a l go r i t hm   h a s   b e e n   us e t o   e xt r a c t   t h e s e   f e a t ur e s .   It   i s   o n e   of  t h e   m o s t   f a m o us   a l go r i t hm s   of   fe a t u r e s   e xt r a c t i o n   [10] .   R e ga r di ng  t h e   fo ur t h   p h a s e   i s   f a c e   r e c o gn i t i o n .   I n   t hi s   m o dul e ,   t h e   s y s t e m   t a ke s   t h e   f a c e   of   a n   i ndi v i dua l   t o   b e   r e c o gn i z e a n c o m pa r e   i t   w i t h   t h e   f a c e s   t h a t   a l r e a dy   t r a i n e i n   t h e   n e u r a l   n e t w o r a nd  i t   r e c o gn i z e t h e   b e s t   m a t c hi n f a c e   a s   o ut put .   F o r   t h i s   pu r po s e   b a c k - pr o pa ga t i o n   a rt i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r (B P - A N N a l go ri t hm   ha s   b e e n   us e d.   F i na l l y ,     t h e   s y s t e m   c l a s s i f i e t h e   i n pu t   f a c e   i m a ge   a s   k n o w n   o r   u n k n o w n   pe r s o n .           F i gu r e   1 .   T h e   p r o po s e h u m a F a c e   r e c o gn i t i o s y s t e m       3.   V I O LA - JO N ES   A L G O R I T H M   V i o l a - J o n e s   a l go ri t hm   i s   o n e   of   t h e   m o s t   i m po rt a nt   a n f a m o us   m e t h o ds   ha v e   b e e n   us e t o   de t e c t   t h e   h u m a n   f a c e   f r o m   a n   e n t i r e   i m a ge   [11].   It   i s   p r o po s e i n   t h e   y e a r   2001  by   P a ul   V i o l a   a n M i c h a e l   J o n e s .   T h e   go a l   o f   t h i s   a l go r i t h m   i s   t h e   i s s ue   o f   f a c e   de t e c t i o n   b ut   c a a l s o   b e   i m p l e m e nt e f o r   de t e c t i n g   di v e r s e   ob j e c t s   s uc h   a s   e y e s ,   n o s e ,   a n m o ut h   [12] .   T hi s   m e t h o c ont a i n s   fo ur   b a s i c   c o m po n e n t s   a s   de s c r i b e i n   t h e   fo l l ow i n g:     3. 1 .      H a r r   F e atu r e s   T h e   e s s e n t i a l   p a r t   o f   t h i s   p r o c e s s   i s   t h e   e xt ra c t i o n   o f   H a rr   f e a t u r e s   f r o m   t h e   i m a ge   us i ng  H a rr   c a s c a de   c l a s s i f i e r .   E a c h   f e a t ur e   r e s t o r e s   a   s i n g l e   v a l ue   w h i c h   i s   gi v e by   s u b t r a c t i ng  t h e   s um   o t h e   pi xe l s   i n   t h e   w h i t e   a r e a   f r o m   t h e   s um   o f   pi xe l s   i t h e   b l a c a r e a   [1 3],   a s   de f i n e b e l ow :     F (x)  =   Σ   ( pi xe l s   i b l a c a r e a -   Σ   (pi xe l s   i w h i t e   a r e a )   (1)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l op e a r t i f i c i a l   n e ur al   n e t w or k   bas e d   hum an   f ac e   r e c og ni t i on  ( Mar y am   Ma hm ood   H us s e i n )   1281   3. 2 .      I n t e gr a l   I m age   T o   r e duc e   t h e   c o m put a t i o na l   t i m e ,   a n o t h e r   i m a ge   r e p r e s e n t a t i o n   h a s   b e e n   us e c a l l e i nt e g r a l   i m a ge   [14].   T h e   v a l ue   of   e a c h   (x,   y l o c a t i o n   i n   t h e   i nt e g r a l   i m a ge   i s   t h e   s um   o f   pi xe l s   a b ove   a n l e f t   o f   t h i s   l o c a t i o a t   t h e   o r i g i n a l   i m a ge   [15 ].     3. 3 .      A d a B o o s A l go r i th m   V i o l a - J o n e s   a l go ri t hm   ha s   b e e n   us e a   24× 24  w i n do w   s i z e   a s   t h e   b a s e   w i n do w   t o   be gi n   t h e   e xt r a c t i o n   p r o c e s s   of   H a rr   f e a t ur e s   f r o m   a n y   gi v e n   i m a ge   [15].   T hus ,   a r o u n d   160000  f e a t ur e s   c a n   b e   e xt ra c t e by   us i n t h i s   w i n do w   w h i c h   i s   p r a c t i c a l l y   i m po s s i b l e   [13].   F o r   t hi s   r e a s o n,   t h e   A da B oo s t   a l go r i t hm   ha s   b e e n   us e t f i n d   t h e   be s t   fe a t ur e s   a m o n 16000 0.   T h e s e   f e a t ur e s   r e p r e s e n t   t h e   w e a c l a s s i f i e r s .   T h e   A da B oo s t   a l go r i t hm   c r e a t e s   s t r o n c l a s s i f i e r s   a s   a   l i n e a c o m b i na t i o n   o f   t h e s e   w e i ght e w e a c l a s s i f i e r s   a s   s h o w n   b e l ow   [15]:     F (x)  =   a 1 f 1 (x)  +   a 2 f 2 (x)  +   a 3 f 3 (x) + ……   (2)     W h e r e   F (x)  r e p r e s e n t s   t h e   s t r o n c l a s s i f i e r,   w h i l e   f 1 (x ),   f 2 (x)  a nd  s o   o n   r e p r e s e n t s   w e a c l a s s i f i e r s ,   a 1 ,a 2   a n d   s o   o n   a r e   w e i ght e qu a nt i t i e s   a nd  x   i s   a i m a ge   [16] .     3. 4 .      C as c ad e   C l as s i f i e r   Ca s c a de   c l a s s i f i e r   i s   a   m e t h o f o r   c o m b i n i n s t r o n c l a s s i f i e r s   c r e a t e by   A da B oo s t   a l go r i t hm   i c a s c a de   s t a ge s .   T h e s e   s t a ge s   h a v e   b e e n   us e t o   de t e r m i n e   w h e t h e r   t h e   s ub - w i n do w   f o r   t h e   g i v e n   i m a ge   i s   a   f a c e   o r   n o n - f a c e   [17].       4.   B A C K - P R O P A G A TI O N   A R TI F I C I A N EU R A N ET WO R K     A r t i f i c i a l   n e u ra l   n e t w o r (A N N i s   a n   i n f o r m a t i o n   p r o c e s s i n t o o l   t h a t   i s   i n s pi r e b y   t h e   w a y   t h e   h u m a n   b r a i n   w o r pr i n c i pl e   [18].   I t   i s   c o m po s e o a   l a r g e   n um b e r   o f   i n t e r c o nn e c t e p r o c e s s i n n e u r o n s .   B a c k - pr o pa ga t i o n   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r (B P - A N N r e pr e s e n t s   o n e   of   t h e   m o s t   c o m m o n l y   us e f a m i l i e s   of  n e u r a l   n e t w o r ks   f o r   pa t t e rn   r e c o gn i t i o n   due   t o   i t s   r e l a t i v e   s i m pl i c i t y   [19].   It   b a s e o n   g r a d i e nt   de s c e n t   t o   upda t e   t h e   w e i gh t s   i n   o r de t o   r e duc e   t h e   s qua r e e rr o b e t w e e n   t h e   o ut put   a nd  t a r ge t   v a l ue s   o f   t h e   n e t w o r [20].   B P - A N N   i s   a   m ul t i l a y e r   f e e d fo r w a r d ,   s upe r v i s e l e a rni n n e t w o r k.   I t   go e s   i n   b o t h   di r e c t i o n s   f o r w a r a n b a c kw a r d .   I n   t h e   f o r w a r di r e c t i o n,   t r a i n i ng  da t a   i s   f e t o   t h e   n e u ra l   n e t w o r t hr o ug h   t h e   i n pu t   l a y e r .   T h e n   d a t a   i s   a pp l i e t o   t h e   h i dde n   l a y e r ,   t h e   pr o c e s s i n o da t a   i s   a c t ua l l y   pe r fo r m e a t   t h e   h i dd e n   l a y e r .   T h e n,   t h e   da t a   i s   a pp l i e t o   t h e   o ut put   l a y e r .   T h e   o ut put   c a l c ul a t e i n   t h e   f o r w a r di r e c t i o n   i s   c o m pa r e w i t h   t h e   t a r ge t   o ut pu t .   T h e   di f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   t a rge t   o ut put   a n d   t h e   c a l c ul a t e o ut put   p r o v i de   t h e   e rr o r.     T h i s   e rr o r   i s   c a l c ul a t e a n p r o pa ga t e b a c t ow a r ds   t h e   l o w e r   l a y e r   of   t h e   n e t w o r fo r   upda t i n t h e   w e i gh t s   of   e a c h   l a y e r   t o   m i n i m i z e   i t   [ 21] .   T h i s   e rr o r   i s   g i v e n   by   t h e   m e a s qua r e   e rr o r   (M S E a s   de f i n e b e l ow :     M S E = 1 ( ) 2 = 1     (3)     W h e r e     i s   t h e   t a r ge t   o ut pu t   o f   t h e   n e t w o r k,     r e p r e s e n t   t h e   c a l c ul a t e o ut pu t ,   a n d   n   i s   t h e   num b e r   o f   t h e   n e t w o r s a m p l e s   [22] .       5.   I M P LEM EN TA TI O N   O F   T H E   P R O P O S ED   S Y S T EM   T h e   s y s t e m   fo r   hum a n   f a c e   r e c o gn i t i o n   i n v o l v e s   fo ur   s t a g e s .   T h e s e   s t a ge s   a r e   t h e   p r e - p r o c e s s i n g   s t a ge ,   t r a i n i ng  s t a ge ,   i m p l e m e nt a t i o o f   b a c k - pr o pa ga t i o n   a r t i f i c i a l   n e u ra l   n e t w o r a n t e s t i n s t a ge .     T h e s e   s t a ge s   w i l l   de s c r i b e   i t h e   n e x t   s e c t i o n s .       5. 1 .      Pre - p r o c e s s i n g   S tag e   In  t hi s   s t a ge ,   t h e   V i o l a - J o n e s   a l go r i t hm   ha s   b e e n   us e t o   de t e c t   t h e   f a c e   r e gi o f r o m   a n   e n t i r e   i m a ge ,   w h i c i s   r e f e rr e t o   a s   a   f a c e   de t e c t i o n   p r o c e s s .   T h e n ,   t h e   P CA   a l go r i t h m   ha s   b e e n   us e t o   e xt r a c t   t h e   m a i i m po rt a nt   f e a t u r e s   f r o m   t h e   de t e c t e f a c e   i m a ge .   T h e r e f o r e ,   i n   t hi s   w o r k,   e a c h   f a c e   i m a ge   i s   r e p r e s e n t e by   100x1  f e a t u r e   v e c t o r .   H e r e ,   da t a b a s e s   of   100  f a c e   i m a ge s   ha v e   b e e n   us e w i t h   di f f e r e n t   f a c e s   of   10  pe r s o n s .   A s   a   r e s ul t ,   100x1 00  da t a b a s e   ha s   b e e n   us e fo r   t r a i n i n t h e   n e u r a l   n e t w o r k.   A   r o b us t   a nd  e ff i c i e n t   f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   s h o ul b e   i n s e n s i t i v e   t o   n o i s e   ge n e r a t e d   by   c a m e r a s   o r   f ra m e   g ra b b e r s .   F o r   t h i s   r e a s o n,     i t   i s   v e r y   i m po r t a n t   t o   a dd  n o i s e   t o   s o m e   i m a ge   f a c e   s a m pl e s   fo r   e a c h   pe r s o n   t ha t   a l r e a dy   be e n   s t o r e i n   t h e   f a c e   da t a b a s e .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 019   :     12 79   -   12 85   1282   5. 2 .      T r a i n i n S t age   A s   de s c r i b e e a r l i e du r i ng  t h e   p r e - p r o c e s s i n g   s t a ge ,   t he   fe a t u r e   v e c t o r s   f o r   f a c e   i m a ge s   a r e   c o m put e t o   t r a i n   t h e   n e ura l   n e t w o r k.   M A T L A B   e n v i r o nm e n t   h a s   b e e n   us e t i m pl e m e n t   a   p h y s i c a l   fe e d   fo r w a r d   b a c k - p r o pa g a t i o n e u r a l   n e t w o r k.       5. 3 .      I m p l e m e n tat i o n   o B a c k - P r o p agati o n   A r t i fi c i a l   N e u r al   N e tw o r k     T h e   p r o po s e a r c h i t e c t u r e   o f   B P - A N N   m o de l   f o r   pr o po s e f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   i s   s h o w n   i F i gu r e   2 .   I t   c o nt a i n s   f o ur   l a y e r s ;   i nput   l a y e r ,   t w o   h i d de l a y e r s ,   a n d   o ut put   l a y e r .         X 1 X 2 X 1 0 0 y 1 y 2 y 3 y 4 I n p u t   l a y e r H i d d e n   l a y e r H i d d e n   l a y e r O u t p u t   l a y e r     F i gu r e   2 . T h e   a r c h i t e c t ur e   o f   t h e   de v e l o A N N       T h e   i n pu t   l a y e r   r e p r e s e n t s   t h e   i m a ge   o f   t h e   f a c e   a s   a   s y s t e m   i n put .   T h e r e fo r e ,   t h e   n u m b e r   o f   n e u r o n s   i n   t h e   i n pu t   l a y e r   de pe n ds   o n   t h e   di m e n s i o n s   o a n   i m a ge   w hi c h   i n   t hi s   w o r i s   e qua l   t o   100  n e ur o n s .   I n   t h e   a r t i f i c i a l   n e u ra l   n e t w o r k,   t w o   v a r i a b l e s   ha v e   be e n   c o n s i de r e n a m e l y   l e a rn i n g   r a t e   a n t h e   n u m b e r   o f   h i dde n   n e u r o n s .   T h e   ra n ge   v a l ue   o f   t h e   l e a rni n ra t e   i s   g r e a t e r   t ha n   a n e qu a l   t o   o r   l e s s   t h a 1.   T hr e e   v a l ue s   o f   t h e   l e a rn i ng  r a t e   w h i c h   a r e   0. 2,   0. 4 ,   a n 0. 8   h a v e   b e e n   t e s t e i n   t h e   t r a i ni n o f   A N N   t o   de t e r m i n e   t h e   a pp r o pri a t e   l e a rn i ng  r a t e   v a l ue .   T h e   A N N   w i t a   l e a rni n ra t e   o f   0. gi v e s   t h e   m o s t   a c c ura t e   r e s ul t s .   R e ga r di n g   t h e   hi dde n   l a y e r ,   t h e   A N N   w a s   t r a i n e us i ng  25,   55 ,   a n 85  n e u r o n s .   T h e   a pp r o p r i a t e   n e u r o n s   ha v e   b e e n   fo un t o   be   55   n e u r o n s   f o r   b o t h   h i dde l a y e r s .   T h e   hi dde n   n e u r o n s   pe r f o r m   t h e   c a l c u l a t i o n   us i n b i po l a r   s i gm o i a c t i v a t i o f un c t i o a s   de f i n e b e l ow :     = [ x  100 = 1 ] +   w h e r e   j = 1, 2 , . . ,   55   (4)     = 2 1 + 1   w h e r e   j = 1, 2 , . . ,   55   (5)     T h e   l a s t   l a y e r   i s   t h e   o ut put   l a y e r .   T h e   n u m b e r   o f   n e ur o n s   i n   t h e   o ut put   l a y e r   de pe n ds   o n   t h e   n a t u r e   of  t h e   p r o b l e m .   T h e   de v e l o pe s y s t e m   ha s   b e e n   p r o po s e fo r   1 pe r s o n s .   T o   de c r e a s e   t h e   n e u r o n s   i t h e   o ut pu t   l a y e r ,   a   l o o up  t a b l e   h a s   b e e n   us e d.   T h e r e f o r e ,   o n l y   four   n e u r o n s   ha v e   b e e n   us e i n   t h e   o ut put   l a y e r .     T h e   l o o up  t a b l e   i s   s h o w n   i T a b l e   1 .       T a b l e   1 .   L o o kup  T a b l e   f o r   t h e   P r o po s e P e r s o n s   T a rg e t   P e r s o n   Y1   Y2   Y3   Y4   D i m a   0   0   0   0   A b d u l a z e e z   0   0   0   1   M o h a m m e d   0   0   1   0   Re e m   0   0   1   1   M o s t a f a   0   1   0   0   J u m a n a   0   1   0   1   T e e b a   0   1   1   0   Ib ra h e e m   0   1   1   1   Ra n i a   1   0   0   0   H a l a   1   0   0   1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l op e a r t i f i c i a l   n e ur al   n e t w or k   bas e d   hum an   f ac e   r e c og ni t i on  ( Mar y am   Ma hm ood   H us s e i n )   1283   T h e   b i po l a r   s i g m o i a c t i v a t i o n   f a c t i o n   ha s   b e e n   us e t o   pe r fo r m   t h e   c a l c ul a t i o n   i n   t h e   o ut put   l a y e r   a s   de f i n e b e l ow :     = [ z  55 = 1 ] +   w h e r e   k= 1 , 2 , 3, 4   (6)     = 2 1 + 1   w h e r e   k= 1 , 2 , 3, 4   (7)     5. 4 .      T e s ti n g   S tag e   T h i s   s t a ge   i s   us e t o   e v a l ua t e   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   p ro pos e f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m .   In  t hi s   r e s e a r c h   50  i m a ge s   h a v e   be e n   us e fo r   t e s t i n pu r po s e .   T h e   s e l e c t e t e s t i n i m a ge   i s   gi v e n   t o   t h e   t r a i n e n e u r a l   n e t w o r k.   T h e n,   t hi s   i m a ge   i s   c o m pa r e w i t h   t h e   f a c e   i m a ge s   of   t h e   t r a i n e n e u ra l   n e t w o r k.   T h e r e f o r e ,   i t   r e c o gni z e t h e   b e s t   m a t c h i n g   f a c e   a s   o ut pu t .       6.   R ES U LTS   A N D   DISCUSSIO N   In   t hi s   pa pe r,   a   h um a n   f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   h a s   b e e n   i m pl e m e nt e d.   T h e   f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   c o n s i s t e of   t w m a i n   p a r t s .   T h e   f i r s t   p a rt   i s   t h e   de t e c t i o n   p r o c e s s   of   t h e   f a c e   f r o m   a n   e nt i r e   i m a ge .     T h i s   pu r po s e   ha s   b e e n   a c h i e v e us i n t h e   m o s t   i m po r t a nt   f a c e   de t e c t i o n   m e t h o c a l l e t h e   V i o l a - J o n e s   a l go ri t hm .   T h e   s e c o n pa r t   r e p r e s e n t s   t h e   r e c o gn i t i o n   o f   t he   f a c e .   B P - A N N   h a s   b e e n   i m pl e m e n t e f o r   t hi s   purpo s e .   In  t h e   t ra i ni n o f   A N N ,   t w o   pa r a m e t e r s   m us t   b e   a dj us t e d,   n a m e l y ,   l e a rn i ng  ra t e   a n d   t h e   n u m b e r   o n e u r o n s   i n   t h e   h i dde n   l a y e r .   T h e   a pp r o pri a t e   v a l ue   o t h e   l e a rn i ng   ra t e   i s   0. 4;   m e a n w h i l e ,   t h e   a pp r o p r i a t e   v a l ue   of  n e ur o n s   i n   b o t h   hi dde n   l a y e r s   a r e   55  n e u r o n s .   T h e   M S E   v a l ue s   a r e   t h e n   a v e ra ge f r o m   t h e   t ra i ni n g   r e s ul t s .   F i gu r e   s h o w s   t h e   n um b e r   o f   e p o c h s   a ga i n s t   t h e   M S E   w h i c h   i s   1. 4143 E - 5 .   A f t e r   t h e   A N N   i s   t ra i n e d ,   i t   c a b e   us e f o r   o n - l i n e   hum a n   f a c e   r e c o gn i t i o n.         (a )     (b )     F i gu r e   3 .   ( a )   P e r f o r m a n c e   c u r v e   w i t r e s pe c t   t o   M S E ,   (b R e gr e s s i o pl o t   o f   t r a i n i ng  da t a       T h e   de t e c t i o n   a n r e c o gn i t i o n   p r o c e s s   h a s   b e e n   a c hi e v e us i n t h e   g ra p h i c a l   us e r   i nt e r f a c e   (G U I)  of  t h e   M A T L A B   e n v i r o nm e nt .   5 i m a ge s   h a v e   b e e n   s ub j e c t e fo r   t e s t i n pu rpo s e .   B P - A N N   s uc c e e d e i r e c o gn i z e 41  i m a ge s .   M e a n w h i l e ,   f a i l e t o   r e c o gn i z e i m a ge s .   T h e   s a m p l e   o f   t h e   r e c o gn i z e i m a ge   i s   s h o w n   i F i g u r e   4 .           F i gu r e   4 .   S a m p l e   o f   f a c e   r e c o gn i t i o us i n g   n e u ra l   n e t w o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   16 ,   N o .   3 D e c e m be r   2 019   :     12 79   -   12 85   1284   T h e   A N N   h a s   b e e n   s ub j e c t e t o   50  i m a ge s   a s   m e n t i o n e b e fo r e .   S o m e   o f   t h e s e   i m a ge s   a r e   n o t   i t h e   A N N   da t a b a s e .   T h e r e f o r e ,   t h e   A N N   s uc c e e t o   r e c o gn i z e   t he s e   i m a ge s .   S a m p l e   o f   t h e   n o t   r e c o gn i z e   pe r s o n s   i s   s h o w n   i F i gu r e   5.           F i gu r e   5 .   S a m p l e   o f   f a c e   n o t   r e c o gn i t i o n   us i ng  n e u ra l   n e t w o r k       A f t e r   a l l   i m a ge s   w e r e   s ubj e c t e t o   A N N ,   t h e   s uc c e s s   r e c o g ni t i o n   r a t i o   h a s   b e e n   fo un t o   b e   82%.   M e a n w hi l e ,   t h e   f a i l e ra t i o   h a s   b e e n   f o un t o   b e   18%.   T h e   g ra p h i c a l   r e p r e s e n t a t i o n   o f   r e s ul t s   c a n   b e   s h o w n   i F i gu r e   6.   T h e   f i gu r e   s h o w s   t h a t   t h e   A N N   h a s   b e e n   a c hi e v e a c c e pt a b l e   r e s ul t s .   T h e r e f o r e ,   t h e   A N N   c a n   b e   us e f o r   f a c e   r e c o gn i t i o n .           F i gu r e   6 .   P e r f o r m a n c e   r e p r e s e n t a t i o o f   b a c k - pr o pa ga t i o n e ura l   n e t w o r k       7.   C O N C LU S I O N     T o da y ,   f a c e   r e c o gn i t i o n   s y s t e m   pl a y   a i m po r t a nt   r o l e   i n   m a n y   a ppl i c a t i o n s   s uc h   a s   a ut h e nt i c a t i o n,   i n de xi n g ,   m o ni t o r i n g ,   a n o t h e r   s u r v e i l l a n c e   a ppl i c a t i o n s .   In   t hi s   pa pe r ,   o n e   o t h e   m o s t   c o m m o n   s of t   c o m put i n a l go r i t hm s   w h i c h   i s   t h e   B P - A N N   h a s   b e e n   p r o po s e fo r   f a c e   r e c o gn i t i o n.   T h e   a pp r o pri a t e   v a l ue s   of   t h e   l e a rn i ng  ra t e   a nd  n e u r o n s   i n   t h e   t w o   h i dde l a y e r s   h a v e   b e e n   f o un t o   b e   0. 4,   55 ,   a n 5 r e s pe c t i v e l y .   T h e r e f o r e ,   t h e   A N N   h a s   b e e n   de ve l o p e d   w i t h   100 - 55 - 55 - a r c h i t e c t ur e .   T h e   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   ha s   b e e n   a c hi e v e d   un de r   t h e   M A T L A B   e n v i r o nm e nt .   50  i m a ge s   ha v e   b e e n   us e fo r   t e s t i n pu r po s e .   T h e   A N N   s uc c e e ds   t o   r e c o gn i z e   41   i m a ge s   a nd  f a i l   t o   r e c o gn i z e   9   i m a ge s .   T h e r e f o r e ,   t h e   s uc c e s s   r a t i o   i s   82   m e a n w h i l e ;   t h e   f a i l e r a t i o   i s   18 %.   T hr o ug h   t e s t i n r e s ul t s   of   t h e   e xpe ri m e n t ,   t h i s   s y s t e m   a c h i e v e s   a   hi g h e r   r e c o gn i t i o n   ra t e .   T h e r e f o r e ,   go o r e s ul t s   c a n   b e   a c h i e v e us i n g   t h e   de v e l o p e B P - A N N .   F ur t h e r m o r e ,   t h e   B P - A N N   a l go r i t h m   i s   f a s t   a n d   r e l a t i v e   s i m p l e   t o   i m p l e m e nt .       R EF ER EN C ES   [ 1]   S .   M a nt r i ,   K .   B a pa t ,   N e ur a l   n e t w o r b a s e f a c e   r e c og ni t i o us i ng   M a t l a b” ,   I nt e r na t i ona l   J ou r na l   o f   C om pu t e r   Sc i e nc e   a nd   E ng i ne e r i ng   T e c hno l o g y,   v o l .   1,   20 11 ,   pp.   6 - 9.   [ 2]   G .   R a m kum a r ,   E .   L og a s ha nm ug a m ,   M ul t i m o da l   v e r g e   f o r   s c a l e   a nd  po s e   v a r i a nt   r e a l   t i m e   f a c e   t r a c ki ng   a nd  r e c o g ni t i o n” ,   I ndone s i an   J o ur n al   o f   E l e c t r i c al   E n gi ne e r i ng  and   C o m put e r   Sc i e nc e ,   v o l .   13 ,   2019 ,   pp .   665 - 670 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       D e v e l op e a r t i f i c i a l   n e ur al   n e t w or k   bas e d   hum an   f ac e   r e c og ni t i on  ( Mar y am   Ma hm ood   H us s e i n )   1285   [ 3]   A .   H .   M ut l a g ,   H .   S ha r e e f ,   A .   M o ha m e d,   D e s i g a nd  a na l y s i s   o f   a   hi g pe r f o r m a nc e   t hr e e - pha s e   v o l t a g e   s o ur c e   i nv e r t e r   b a s e o f uz z y   l og i c   c o nt r o l l e r ,   S t ude n t   C o nf e r e n c e   o R e s e a r c h   a nd   D e v e l o pm e n t ,   I E E E ,     S C O R e D   20 13 .   [ 4]   H .   S ha r e e f ,   A .   H .   M u t l a g ,   A .   M o ha m e d,   R a ndo m   F o r e s t - B a s e A ppr o a c f o r   M a x i m um   P o w e r   P o i n t   T r a c ki ng   o f   P ho t o vo l t a i c   S y s t e m s   O pe r a t i ng   unde r   A c t ua l   E nv i r o nm e n t a l   C o ndi t i o ns ,   C om p ut a t i ona l   I n t e l l i ge nc e   and   N e ur os c i e nc e ,   v o l .   201 7,   A r t i c l e   I D   1673 864 ,   17   pa g e s ,   2017 .   h t t p s : / / do i . o r g / 10. 1 155 / 20 17/ 1673 864 .   [ 5]   H .   S ha r e e f ,   M .   M .   I s l a m ,   A .   A .   I br a hi m ,   A .   H .   M u t l a g ,   A   na t u r e   i ns p i r e he ur i s t i c   opt i m i z a t i o al g or i t hm   b as e on  l i ght ni n g ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o A r t i f i c i a l   I nt e l l i g e nc e ,   M o de l l i ng   a n S i m u l a t i o n,   20 15 .   [ 6]   M uj i a r t o ,   A .   D j o ha r ,   e t   a l .     C o l o r e o b j e c t   d e t e c t i o u s i ng   do f   r o bo t   a r m   ba s e a da pt i v e   ne ur o - f uz z y   m e t ho d ,   I ndo ne s i an   J our nal   o f   E l e c t r i c a l   E ngi ne e r i ng   and   C om p ut e r   Sc i e nc e ,   v o l .   13 ,   201 9,   pp .   293 - 2 99.   [ 7]   T .   C h a nd r a s e kh a r ,   C h .   S um a n t h,   F ac e   r e c ogn i t i o s y s t e m   us i ng   ad apt i v e   ne ur o - f uz z y   i n f e r e nc e   s y s t e m ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o E l e c t r i c a l ,   E l e c t r o ni c s ,   C o m m uni c a t i o n,   C o m put e r   a nd   o pt i m i z a t i o T e c hn i que s ,     I E E E ,   2017 .   [ 8]   A .   S a l h i ,   M .   K a r do uc hi ,   N .   B e l a c e l ,   F as t   and   e f f i c i e nt   f ac e   r e c og n i t i on  s y s t e m   us i ng   r a ndom   f o r e s t   a n h i s t og r am s   of   or i e nt e g r ad i e nt s ,   I nt e r n a t i o na l   C o nf e r e nc e   o f   t he   B i o m e t r i c s   S pe c i a l   I nt e r e s t   G r o up,   20 12 .   [ 9]   M .   L i ,   X .   S un,   Y .   W a ng ,   W .   L i ,   Y .   H a o ,   A p pl i c a t i on  of   i m p r o v e C P SO - SV M   app r oa c i f a c e   r e c ogn i t i on ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o A r t i f i c i a l   I nt e l l i g e nc e   a nd  C o m pu t a t i o n a l   I nt e l l i g e nc e ,   I E E E ,   20 09 .   [ 10]   N .   S .   P a r a m e s w a r a n ,   D .   V e nk a t a r a m a n,   A   c o m put e r   v i s i o ba s e i m a g e   pr o c e s s i ng   s y s t e m   f o r   de pr e s s i o d e t e c t i o n   a m o ng  s t ude nt s   f o r   c o uns e l i ng ,   I ndo ne s i an  J our n al   o f   E l e c t r i c al   E ngi ne e r i n and  C om pu t e r   S c i e nc e ,   v o l .   14,   201 9,   pp.   50 3 - 512.   [ 11]   N .   D e s h pa nd e ,   S .   R a v i s ha n ka r ,   F a c e   de t e c t i o a n r e c o g ni t i o us i ng   V i o l a - J o ne s   a l g o r i t hm   a nd  f us i o o f   P C A   a nd  A N N ,   A dv a nc e s   i n   C om pu t a t i ona l   Sc i e nc e s   a nd  T e c hno l ogy ,   v o l .   10,   20 17,   p p. 1 173 - 118 9.   [ 12]   S .   T i ko o ,   N .   M a l i k,   D e t e c t i o o f   f a c e   us i ng   V i o l a   J o ne s   a n r e c og ni t i o u s i ng   ba c pr o pa g a t i o n e ur a l   ne t w o r k” ,   D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   a n C o m m uni c a t i o E n g i ne e r i ng ,   T he   N o r t C a U n i v e r s i t y ,   G ur g a o n,   2017 .   [ 13]   M .   N e hr u,   P .   S ,   I l l um i na t i on  i nv ar i an t   f ac e   de t e c t i on  u s i ng  V i ol J one s   a l go r i t hm ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n   A d v a nc e C o m put i ng   a nd   C o m m uni c a t i o S y s t e m s ,   I E E E ,   2017 .   [ 14]   P .   V i o l a ,   M .   J o ne s ,   R ap i d   obj e c t   de t e c t i on  us i ng   boos t e c as c a de   of   s i m pl e   f e at u r e s ,   C o m put e r   S o c i e t y   C o nf e r e nc e ,   I E E E ,   200 1.   [ 15]   A .   G upt a ,   R .   T i w a r i ,   F a c e   d e t e c t i o u s i ng   m o di f i e V i o l a   J o ne s   a l g o r i t hm ,   I n t e r na t i ona l   J our nal   o f   R e c e nt   R e s e ar c i n   M at he m a t i c s   C om pu t e r   S c i e nc e   and   I n f o r m at i o T e c h n ol og y ,   v o l .   1,   20 14,   p p.   59 - 66 .   [ 16]   P .   M e h t a ,   P .   T o m a r ,   A e f f i c i e nt   a t t e nda nc e   m a na g e m e n t   s y s t e m   ba s e o f a c e   r e c o g ni t i o us i ng   M a t l a a nd   r a s pbe r r y   pi   2” ,   I n t e r na t i o na l   J our nal   o f   E ng i ne e r i ng   T e c hno l o gy   S c i e nc e   an R e s e ar c h ,   v o l .   3, 2016 ,   pp . 71 - 78 .   [ 17]   M .   D a b hi ,   B .   P a nc ho l i ,   F a c e   de t e c t i o s y s t e m   ba s e o V i o la - J one s   a l g o r i t hm ,   I n t e r na t i o nal   J our nal   o f   Sc i e nc e   and  R e s e ar c h ,   v o l .   5,   20 16 ,   p p.   6 2 - 64.   [ 18]   R .   A .   D i l r uba ,   N .   C ho w dhu r y ,   e t   a l .   D a t pa t t e r r e c ogn i t i on   us i n ne ur a l   ne t w or k   w i t B ac k - P r op aga t i o n   t r a i n i ng” ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o n   E l e c t r i c a l   a nd   C o m p ut e r   E n g i ne e r i ng ,   I E E E ,   200 6.   [ 19]   N .   B e l g hi ni ,   A .   Z a r g hi l i ,   e t   a l.   A   c ol or   f ac i al   a ut hi n t i f i c a t i on  s y s t e m   bas e on  s e m i   s upe r v i s e bac k pr opag at i on   ne ur al   ne t w or k ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   i n   M ul t i m e di a   C o m p u t i ng   a nd   s y s t e m s ,   I E E E ,   2 011 .     [ 20]   D .   D o l ka r ,   B .   S a ha ,   O pt i m al   f a c e   r e c ogn i t i on   m e t hod  us i ng  A nt   C o l on y   ba s e B ac k - P r opa ga t i o ne t w or k ,   I nt e r na t i o na l   C o nf e r e nc e   o C o m put e r   a n D e v i c e s   f o r   C o m m uni c a t i o n,   20 09 .   [ 21]   T .   A hm a d,   A .   J a m e e l ,   B .   A hm a d,   P at t e r n   r e c og ni t i on  u s i ng  s t at i s t i c a l   a nd  ne ur a l   t e c hni que s ,   I nt e r n a t i o na l   C o nf e r e nc e   o C o m put e r   N e t w o r ks   a nd   I nf o r m a t i o T e c hno l o gy ,   I E E E ,   201 1.   [ 22]   A .   S ul i m a n,   Y .   Z h a ng ,   A   r e v i e w   o B a c k - P r o pa g a t i o n e ur a l   ne t w o r ks   i t he   a pp l i c a t i o o f   r e m o t e   s e ns i ng   i m a g e   c l a s s i f i c a t i o n” ,   J o ur n al   o f   E ar t Sc i e nc e   and   E n gi ne e r i n g,   v o l .   5,   2 015,   p p. 5 2 - 65.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.