Thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay từ ảnh số

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CÁP TUẤN BIÊN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỪ ẢNH SỐ Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: : TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT HÀ NỘI – NĂM 2013 Luận văn được hoàn thành tại: HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS. TRỊNH ANH TUẤN Phản biện 1:…………………………… ……………………. Phản biện 2: ………………………………………………… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông PHẦN I: MỞ ĐẦU 1. Lời nói đầu: Ngày nay, việc thu thập, xử lý thông tin qua ảnh để nhận biết đối tượng đang được quan tâm và ứng dụng rộng rãi. Với phương pháp này, chúng ta có thể thu nhận được nhiều thông tin từ đối tượng mà lại không cần tác động nhiều đến đối tượng nghiên cứu. 2. Giới thiệu: Nhận dạng vân tay là một bộ phận của nhận dạng sinh học. Khoa học nhận dạng vân tay cũng đã hình thành từ khá lâu. Nhưng tới thời gian gần đây, cùng với sự ra đời của máy tính nó mới đạt được nhiều kết quả quan trọng và trở thành một trong những phương pháp sinh trắc có độ tin cậy nhất. Luận văn này sẽ thực hiện nhận dạng vân tay bằng ảnh số theo hướng có thể triển khai trong dân sự. Có 3 phương pháp: Phương pháp thứ nhất: sử dụng đặc trưng tương quan của hai mẫu vân tay. Phương pháp thứ hai: dựa trên cơ sở phát hiện và sử dụng các điểm nút đặc trưng (minutiae). Phương pháp thứ ba: sử dụng các đặc trưng về đường vân. 3. Trọng tâm của luận văn tập trung vào hai phần: Tạo vec-tơ đặc tính cho mục đích phân loại kiểu vân tay và cho đối sánh vân tay (feature extraction). Sử dụng các điểm minutiea đã trích chọn bước trước để đối sánh nhận dạng vân tay (minutiae matching). 4. Luận văn trình bày theo cấu trúc: Chương I: Vân tay trong sinh trắc học. Chương II: Trích chọn đặc tính vân tay và đối sánh vân tay. Chương III: Xây dựng hệ thống thử nghiệm. Ví dụ minh họa PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG I: VÂN TAY TRONG SINH TRẮC HỌC Thực chất việc lấy dấu vân tay dùng để làm gì? Việc lấy dấu vân tay nhằm mục đích làm cơ sở dữ liệu. Gồm 2 quá trình chính trong việc lấy dấu vân tay như sau : 1. Xác nhận dấu vân tay ( fingerprint verification )Tại bước này một người sẽ cung cấp dấu vân tay cùng với chứng minh thư nhằm tạo ra một cơ sở dữ liệu tương ứng dấu vân tay và thẻ chứng minh thư . 2. Nhận diện dấu vân tay (finger identification ) Bước này sẽ không cần dùng tới chứng minh thư nữa. Dấu vân tay sẽ được đưa vào để đối chiếu với database chứa các vân tay. Chương trình xử lý thuật toán trong luận văn thiết kế theo mô-đun và có thể tận dụng cho các khâu khác cùng hệ thống. Hệ thống thiết kế có tính mở. Có khả năng thay thế các mô-đun thực hiện thuật toán. Cơ sở dữ liệu ảnh có thể bổ sung thêm dễ dàng. 1. Vai trò của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học Công nghệ sinh trắc học : dùng để nhận dạng Ai là Ai qua vân tay, mống mắt, giọng nói, các đặc điểm trên mặt, trên người Tất cả các đặc điểm trên đều giúp chúng ta nhận ra Ai là Ai. Tuy nhiên theo các nghiên cứu thì vân tay là một đặc điểm nhận dạng có tính chất ưu việt nhất và phổ biển nhất. Nguyên lý hoạt động của Công nghệ nhận dạng vân tay: Quá trình xử lý dữ liệu sẽ được thiết bị chuyển sang các dữ liệu số và ra thông báo rằng dấu vân tay đó là hợp lệ hay không hợp lệ để cho phép hệ thống thực hiện các chức năng tiếp theo. Có hai phương pháp để lấy dấu vân tay: - Cách thứ nhất (cổ điển) là sao chép lại hình dạng vân tay (như lăn tay, hay chạm vào một vật gì đó) thông qua máy quét ghi nhận và xử lý. - Cách thứ hai được xem là "đọc" dòng điện dưới ngón tay thông qua hệ thống khuyếch đại xung điện, rồi chuyển thành vân tay. Ngày nay việc ứng dụng công nghệ sinh trắc học về nhận dạng vân tay được sử dụng ngày càng nhiều vì nó đáp ứng yêu cầu bảo vệ dữ liệu, đảm bảo an ninh an toàn với độ chính xác cao. Thuật toán so khớp vân tay: Thuật toán gồm hai bước: giai đoạn thứ nhất là thiết lập quần thể và giai đoạn hai là sự tiến hóa dựa vào di truyền. Thuật toán được trình bày tóm tắt như sau: 1) Áp dụng toán tử so khớp cục bộ để thiết lập quẩn thể ban đầu gồm P cá thể được biểu diễn dạng vector các số thực. 2) Tính toán giá trị thích nghi dựa vào phương trình (8) cho mỗi cá thể trong quần thể ban đầu . 3) Lặp lại các bước cho đến khi gặp điều kiện dừng. 4) Chọn P/2 cá thể có độ tích nghi cao (bằng phương pháp đấu chọn kích thước k [23], k=5 trong thực nghiệm) trong quần thể làm cá thể bố mẹ . 5) Sản sinh ra thế hệ con sử dụng phép lai ghép các cá thể bố mẹ này và sau đó [...]... thống có khâu hợp nhất sau tổng hợp kết quả 2.4.3 Xây dựng hệ thống nhận dạng vân tay bằng ảnh số: Trên cơ sở các phân tích đã nêu, sau đây là đề xuất về sơ đồ khối hệ thống nhận dạng vân tay bằng ảnh số Hệ thống này có khả năng phân loại vân tay, tạo cơ sở dữ liệu và nhận dạng vân tay - Kiểu nhận dạng là identification, nghĩa là một mẫu cần nhận dạng (input) sẽ nhận kết quả bằng cách đối sánh với N mẫu... morphology 2.4 Sơ đồ khối thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay 2.4.1 Các nguyên lý nhận dạng vân tay: Các nguyên lý nhận dạng vân tay thì liên quan chặt chẽ đến cách thức tìm ra sự tương đồng giữa ảnh vân tay đầu vào với một template trong cơ sở dữ liệu vân tay Ba phương pháp chính: - Minutiae-base matching - Correlation-base matching - Ridge feature-base matching 2.4.2 Hệ thống nhận dạng vân tay: Có hai hình... thức phân loại hệ thống nhận dạng vân tay: dựa trên kiến trúc của hệ thống và cách xử lý dữ liệu trong hệ thống a) Phân loại hệ thống theo kiến trúc: - Hệ thống có kiến trúc song song - Hệ thống có kiến trúc nối tiếp - Hệ thống có kiến trúc thứ bậc b) Phân loại hệ thống theo các xử lý dữ liêu: - Hệ thống có khâu hợp nhất sau trích chọn đặc tính - Hệ thống có khâu hợp nhất sau đối sánh - Hệ thống có khâu... lượng ảnh thu thập nên nhiều khi các chi tiết trên mẫu vân tay không biểu hiện hiện rõ ràng Tuy vậy trong thực tế cũng có nhiều mẫu vân tay thu thập trong điều kiện tốt nên có chất lượng cao CHƯƠNG II ĐẶC TÍNH VÂN TAY VÀ ĐỐI SÁNH VÂN TAY 2.1 Đại cương về ảnh số và xử lý ảnh trong Matlab Trong phần này sẽ trình bày tóm tắt về ảnh số và một số thuật toán xử lý ảnh số trong Matlab 2.2 Đại cương về ảnh số: ... Hình dạng tổng thể của vân tay trên các ngón tay của con người không thay đổi theo thời gian Ngay cả trường hợp bị chấn thưong nhẹ, dấu vân tay vẫn có khả năng khôi phục lại 1.3 Thể hiện các đặc tả của vân tay Căn cứ vào ảnh vân tay đầu vào chúng ta có thể lựa chọn được đặc tính cần trích chọn và dự kiến phương án nhận dạng 1.4 Khó khăn gặp phải khi nhận dạng vân tay Tùy vào điều kiện thu nhận ảnh dẫn... - Kiểu chế độ hoạt động của hệ thống hướng đến là online Nghĩa là hệ thống có thể hoạt động liên tục, có khả năng ghép với khâu thu thập số liệu sử các phương pháp thu nhận ảnh live-scan (bằng máy scan, sensor,…) và quan trọng hơn có thể vừa thu thập số liệu vừa có thể nhận dạng - Kiến trúc hệ thống thiết kế theo hướng xử lý dữ liệu nối tiếp 2.5 Tập mẫu ảnh vân tay Vân tay có thể lưu trữ theo hai cách:... khoanh vùng ảnh vân tay: Trong phần này sẽ trình bày các ước lượng định hướng vân tay cục bộ Ước lượng orientation image: Trường định hướng thể hiện bản chất tự nhiên của đường vân và các rãnh đường vân Trường định hướng cung cấp nhiều thông tin quan trong cho các bước xử lý tiếp theo Khoanh vùng ảnh vân tay: Khoanh vùng ảnh vân tay nhằm mục đích phân chia các vùng khác nhau trên ảnh vân tay Một ngưỡng... gồm: nhị phân hóa ảnh bằng thuật toán local threshold với ảnh đã được tăng cường kết hợp với kết quả khoanh vùng ảnh vân tay ở phần trên; sau đó với ảnh có các đường vân đã được làm mảnh đến độ rộng một pixel thì thực hiện tìm minutiae bằng thuật toán crossing number Nhị phân hóa và làm mảnh đường vân: Sau tăng cường ảnh bằng biến đổi Fourier rời rạc, đường vân tây đã nổi rõ hơn so với ảnh ban đầu Phát... 3.2 Các bước chạy phần mềm mô phỏng 3.3 Tổng kết và hướng phát triển Nhận dạng vân tay là một trong những lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu Các tài liệu, thuật toán, mô-đun chương trình rất hạn chế vì bản quyền tác giả Kết thúc luận văn, đã xây dựng được phần mềm mô phỏng các bước thực hiện nhận dạng trong hệ thống nhận dạng vân tay Các mô-đun chương trình cần thiết cũng đã được hoàn thành ... minutiae: Vân tay sau khi đã làm mảnh có thể bắt đầu tìm các minutiae Ước lượng khoảng cách đường vân: Vân tay trên ngón tay không giống nhau giữa mỗi người Ngay cả trường hợp ở một người, các đường vân cũng thể hiện sự khác biệt trên từng ngón tay 2.6.5 Hiệu chỉnh đường vân và lọc minutiae sai: Hiệu chỉnh đường vân và lọc minutiae sai cấp một: Giai đoạn này thực hiện hiệu chỉnh các vân tay và các . CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CÁP TUẤN BIÊN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỪ ẢNH SỐ Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: :. nghiên cứu. 2. Giới thiệu: Nhận dạng vân tay là một bộ phận của nhận dạng sinh học. Khoa học nhận dạng vân tay cũng đã hình thành từ khá lâu. Nhưng tới