Báo cáo xử lý ảnh móng mắt

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỀ TÀI NHẬN DẠNG MỐNG MẮT (Iris Recognition) Môn: Xử lý ảnh Giảng viên hướng dẫn: Lê Hoàng Thái Sinh viên thực hiện: Nguyễn Hữu Long Mã số sinh viên: N18DCCN109 Lớp : D18CQCN01-N Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 05 năm 2021 Mục lục Giới thiệu 2 Lợi ích của nhận dạng mống mắt Nhược điểm của nhận dạng mống mắt Thuận lợi kích thích phát triển Phương thức hoạt động Phát hiện loại trừ lông mi cách suy luận thống kê 12 Phần kết 12 Tài liệu tham khảo 13 1 Giới thiệu - - - Nhận diện mống mắt, hay gọi quét mống mắt (Iris Recognition hay Iris Scanner) dạng công nghệ bảo mật sinh trắc áp dụng thuật toán nhận diện, xác thực người dựa cấu trúc của mống mắt (Iris Structure) Công nghệ hiện được áp dụng việc nhận diện công dân, xác thực hộ chiếu, nhân nhiều quốc gia tiên tiến thế giới Trong năm gần đây, công nghệ lại trở lên “nóng” vài nhà sản xuất điện thoại tích hợp cảm biến để đảm nhận công việc bảo mật cho thiết bị Tương tự công nghệ nhận diện dấu vân tay (Fingerprint Recognition), công nghệ Iris Recognition dựa đặc điểm “duy nhất” của đặc điểm, cấu trúc mống mắt của người Hơn nữa, cấu tạo mống mắt của người hầu khơng thay đổi (đặc tính ổn định) kể từ 10 tháng tuổi Do đó, đặc điểm sinh trắc học giúp cho việc nhận diện, xác thực được xác khó “vượt rào” Lợi ích của nhận dạng mống mắt - - Độ xác cao: Nhận dạng mống mắt hình thức xác thực sinh trắc học xác nhất, được xếp hạng cơng nghệ nhận dạng xác Iris Exchange (IREX) IX Tránh tiếp xúc trực tiếp: Iris Recognition không yêu cầu người dùng phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị nhận dạng Tính linh hoạt cao: Iris Recognition linh động, hoạt động xác cả vào ban đêm bóng tối Nhược điểm của nhận dạng mống mắt - - Giá thành cao: Máy quét mống mắt thường đắt thiết bị nhận dạng khác và chính là lý nhận diện khuôn mặt, cảm biến vân tay, được sử dụng phổ biến Sự phản xạ: Để quét mống mắt cách xác, cơng nghệ u cầu chủ thể phải trì trạng thái tĩnh thời gian định (không chớp mắt) Thuận lợi kích thích phát triển Nghiên cứu phát triển công nghệ nhận dạng mống mắt ngày mở rộng nhanh chóng, hàng chục trường đại học và địa điểm nghiên cứu công nghiệp Niềm đam mê đối với công nghệ tiềm của mạnh mẽ, mức độ đổi mới để đáp ứng thách thức phủ nhận của nó, đặc biệt liên quan đến chụp ảnh Trong số chất kích thích dường thúc đẩy lượng sáng tạo là: - - Bằng chứng xuất hiện thử nghiệm cho thấy nhận dạng mống mắt dường là sinh trắc học có hiệu suất tốt nhất, độ xác của sở liệu lớn tốc độ tìm kiếm Luật pháp số quốc gia đối với chương trình quốc gia liên quan đến thẻ ID sinh trắc học, sinh trắc học thay thế hộ chiếu việc vượt biên tự động Đánh giá Thử thách Iris của NIST (“quy mơ lớn”) dựa hình ảnh từ 240 Đối tượng; sở liệu đào tạo của được tải 42 nhóm nghiên cứu Tiêu chuẩn định dạng trao đổi liệu sinh trắc học và sở liệu hình ảnh mống mắt để phát triển thử nghiệm thuật toán Nhiều hội thảo quốc tế sách bao gồm chủ đề Chủ nghĩa vị lai phim tiếng, từ James Bond đến Báo cáo người thiểu số Biểu tượng văn hóa gắn liền với mắt (“Cửa sổ tâm hồn”; ý nghĩa tình cảm của giao tiếp mắt giao tiếp qua ánh mắt) Niềm vui trí tuệ giải quyết vấn đề đa lĩnh vực kết hợp với toán học, lý thuyết thơng tin, thị giác máy tính, thống kê, sinh học, công thái học, lý thuyết quyết định ngẫu nhiên xảy tự nhiên của người Phương thức hoạt động Nhận dạng mống mắt bắt đầu việc tìm mống mắt hình ảnh, xác định ranh giới bên của ranh giới bên ngồi đồng tử màng cứng, phát hiện mí mắt và dưới ranh giới nếu chúng xuất hiện phát hiện loại trừ lông mi, phản xạ từ giác mạc kính đeo mắt Các quy trình gọi chung phân đoạn Chính xác việc định nội dung thực ranh giới bên mống mắt, cả chúng khơng thể nhìn thấy phần, quan trọng ánh xạ của mống mắt không gian (kích thước bất biến giãn nở đồng tử- bất biến) hệ tọa độ phụ thuộc nhiều vào điều Khơng xác việc phát hiện, mơ hình hóa biểu diễn ranh giới gây ánh xạ khác của mẫu mống mắt mơ tả được trích xuất của nó, và khác biệt gây lỗi khơng khớp Ngay sau người khám phá ranh giới bên và bên ngoài thường không đồng tâm Một giải pháp đơn giản tạo hệ tọa độ giả cực không đồng tâm để lập bản đồ mống mắt, thư giãn giả định mống mắt và đồng tử có chung trung tâm chung yêu cầu được chứa đầy đủ bên mống mắt “Doubly-dimensionless pseudo-polar coordinate system” sở của báo gốc của nhận dạng mống mắt sáng chế, và điều hệ tọa độ mống mắt được đưa vào Tiêu chuẩn ISO 19794-6 cho mống mắt liệu Nhưng sau người ta phát hiện ranh giới đồng tử thường khơng hình trịn, và thường ranh giới bên ngồi của mống mắt khơng trịn Hiệu suất nhận dạng mống mắt được cải thiện đáng kể cách thay thế chúng phương pháp kỷ luật để phát hiện trung thực mơ hình hóa ranh giới hình dạng của chúng và xác định hệ tọa độ linh hoạt tổng quát sở của chúng Bởi ranh giới bên ngồi mống mắt thường bị mí mắt che khuất phần, ranh giới bên mống mắt bị che khuất phần phản xạ từ ánh sang và cả hai ranh giới phản xạ từ kính đeo mắt, cần thiết để phù hợp với đường viền linh hoạt chịu được gián đoạn tiếp tục quỹ đạo của họ theo họ sở nguyên tắc, cách nào được thúc đẩy liệu tồn nơi khác Một hạn chế cả bên bên ngồi mơ hình biên phải tạo thành đường cong khép kín Mục tiêu cuối để áp đặt hạn chế thông suốt, dựa độ tin cậy của chứng cho độ cong không mịn Một cách tuyệt vời để đạt được tất cả mục tiêu mơ tả mống mắt ranh giới bên ngồi “Đường viền chủ động” dựa chuỗi Fourier rời rạc của liệu đường bao Bằng cách sử dụng Fourier compo-nents có tần số bội số nguyên của / (2π), đóng, trực giao, và tính đầy đủ được đảm bảo Lựa chọn số lượng thành phần tần số cho phép kiểm soát mức độ trơn tru được áp đặt độ trung thực của phép tính gần Về bản chất, cắt bớt chuỗi Fourier rời rạc sau số điều khoản định dẫn đến việc lọc ranh giới thông qua thấp liệu độ cong mơ hình đường bao hoạt động Các phương pháp này được minh họa Hình 5.1 5.2 Ở phía dưới bên tráigóc bàn tay của Hình được hiển thị hai "con rắn", "con rắn" bao gồm phân phối liệu giống dải băng và đường cong chấm chấm Fourier rời rạc xấp xỉ chuỗi đối với liệu, bao gồm cả tiếp diễn qua khoảng cách ngắt Con rắn phía dưới rắn bản đồ độ cong cho đồng tử ranh giới, rắn bản đồ độ cong cho đường bao của mống mắt, với điểm cuối nối vị trí Sự gián đoạn tương ứng với khớp cắn được phát hiện mí mắt (được splines riêng biệt cả hai hình ảnh), phản xạ cụ thể Dữ liệu được vẽ dưới dạng mức xám đối với rắn gradient hình ảnh theo hướng xun tâm Do đó, người thân độ dày của rắn đại diện cho độ sắc nét của cạnh hướng tâm Nếu ranh giới mống mắt được mô tả rõ ràng cạnh hình trịn, rắn tương ứng hộp của phải phẳng thẳng Nói chung không phải là trường hợp Đường cong chấm chấm được vẽ bên rắn và được xếp chồng lên locus điểm tương ứng hình ảnh mống mắt, chuỗi Fourier rời rạc gần với liệu (Trong cả hai Hình được phát hiện có mí mắt bị cắn được phân giới đường màu trắng và chúng làm gián đoạn phần bên ngoài tương ứng liệu ranh giới rắn, đường bao ước tính tiếp tục thơng qua gián đoạn.) Thủ tục ước lượng tính tốn mở rộng Fourier số N mẫu góc cách của liệu cạnh gradient xuyên tâm {𝑟𝜃 } cho θ = đến θ = N - Tập hợp M hệ số Fourier rời rạc {𝐶𝑘 }, cho k = đến k = M - 1, được tính từ chuỗi liệu {𝑟𝜃 } sau: Hình 5.1 Các đường viền chủ động tăng cường phân đoạn mống mắt, chúng cho phép hình trịn khơng ranh giới kích hoạt hệ thống tọa độ linh hoạt Hộp dưới bên trái hiển thị bản đồ độ cong cho ranh giới bên bên mống mắt, phẳng thẳng nếu chúng hình trịn Đây là ranh giới bên ngồi (ơ phía trên) đặc biệt khơng trịn Các đường cong chấm hộp mống mắt chuỗi Fourier xấp xỉ Mống mắt NIST ICE-1 tệp 239261 −2πikθ / N 𝐶𝑘 = ∑𝑁−1 𝜃=0 𝑟𝜃 𝑒 (5.1) Lưu ý hệ số bậc “số hạng DC” 𝐶0 trích thơng tin độ cong trung bình của ranh giới (đồng tử mống mắt ngồi), nói cách khác từ, bán kính của nó được ước lượng gần hình trịn đơn giản Từ M hệ số Fourier rời rạc này, giá trị gần với phản hồi ranh giới mống mắt (bây không bị gián đoạn độ phân giải được định nghĩa M) nhận được dưới dạng dãy mới {𝑟𝜃 } cho θ = đến θ = N −1: 2πikθ / N 𝑅𝜃 = ∑𝑀−1 (5.2) 𝑘=0 𝐶𝑘 𝑒 𝑁 Hình 5.2 Các đường viền chủ động tăng cường phân đoạn mống mắt, chúng cho phép hình trịn khơng ranh giới kích hoạt hệ thống tọa độ linh hoạt Hộp dưới bên trái hiển thị bản đồ độ cong cho ranh giới bên bên mống mắt, phẳng thẳng nếu chúng hình trịn Ở ranh giới học sinh (ơ dưới) đặc biệt khơng trịn Các đường cong chấm hộp mống mắt chuỗi Fourier xấp xỉ Mống mắt NIST ICE-1 tệp 240461 Nói chung là với phương pháp đường bao chủ động, có thương mại việc người muốn mơ hình phù hợp với tất cả liệu chính xác thế nào (đã cải thiện cách tăng M), so với mức người ta muốn áp đặt ràng buộc giữ cho mơ hình đơn giản và có độ cong chiều thấp (đạt được giảm M, ví dụ M = thực thi mơ hình vịng trịn) Do đó, số M của hệ số Fourier được kích hoạt đặc điểm kỹ thuật cho số bậc tự mơ hình hình dạng Họ thấy lựa chọn tốt của M để chụp ranh giới đồng tử thật với độ trung thực thích hợp M = 17, lựa chọn tốt cho ranh giới bên mống mắt, nơi liệu thường nhiều yếu là M = Nó hữu ích áp đặt trọng số giảm dần đơn điệu hệ số Fourier được tính tốn {𝐶𝑘 } điều khiển thêm {𝑅𝜃 } ≈ {𝑟𝜃 }, tương đương với lọc thông thấp bản đồ độ cong biểu diễn Fourier của Nhìn chung thao tác này, đặc biệt hai lựa chọn khác cho M, triển khai máy tính ngun tắc tầm nhìn liệu mạnh (ranh giới đồng tử) được mơ hình hóa với ràng buộc yếu, liệu ́u (ranh giới bên ngồi) nên được mơ hình hóa với ràng buộc mạnh mẽ, tức cho phép bậc tự Các mơ hình đường viền hoạt động cho ranh giới mống mắt bên bên hỗ trợ ánh xạ đẳng áp của mô mống mắt chúng, thực tế hình dạng của đường viền Giả sử mơ hình đường bao cho ranh giới đồng tử bao gồm tọa độ Cartesian (𝑥𝑝 (𝜃), 𝑦𝑝 (𝜃)) với tham số cung θ ∈ [0, 2π], ranh giới bên ngồi của mống mắt củng mạc được mơ tả đường viền mơ hình (𝑥 (𝜃), 𝑦𝑠 (𝜃)) Sau đó, hình dạng linh hoạt, kích thước bất biến giãn nở đồng tử- hệ tọa độ bất biến, khơng thứ ngun cho phần mống mắt của hình ảnh I (x, y) được biểu diễn ánh xạ chuẩn hóa I (x (r, θ), y (r, θ)) → I (r, θ) (5.3) tham số khơng thứ nguyên r ∈ [0, 1] kéo dài khoảng đơn vị, [ 𝑥𝑝 (𝜃) 𝑥 (𝑟, 𝜃) ]=[ 𝑦(𝑟, 𝜃) 𝑦𝑝 (𝜃) 𝑥𝑠 (𝜃) − 𝑟 ][ ] 𝑦 (𝜃) 𝑟 (5.4) Thời gian thực hiện cho tồn chương trình phù hợp với đường bao hoạt động để cả ranh giới bên bên mống mắt 3,5 mili giây PC GHz với mã tối ưu hóa Lợi ích của hệ tọa độ thích ứng mới dựa đường viền hoạt động được đánh giá cải tiến mà mang lại để nhận biết hiệu suất sở liệu hình ảnh khó Cơ sở liệu mống mắt NIST ICE-1 bao gồm nhiều hình ảnh khó, tạo Tỷ lệ từ chối sai (FRR) cao, làm giảm Tỷ lệ Lỗi Bằng (EER) Các thuật toán mang lại EER 1% (EER = 0,01) sử dụng mơ hình trịn có hiệu lực được cải thiện gấp 10 lần thành EER 0,1% (EER = 0,0011) sở liệu cách sử dụng hoạt động thay vào đó, phương pháp tiếp cận đường nét Lượng giác dựa Fourier Hiệu chỉnh cho Góc nhìn lệch trục Một hạn chế của máy ảnh nhận dạng mống mắt hiện chúng yêu cầu trục hình ảnh của mắt, thường đạt được thơng qua được gọi là “điểm dừng giao diện nhìn chằm chằm” người dùng phải chỉnh trục quang học của với máy ảnh trục quang học Điều không linh hoạt lỏng lẻo Hơn nữa, đơi máy ảnh tiêu chuẩn thu được hình ảnh mà giả định trục không thật Do phụ thuộc vào nhiều ́u tố máy ảnh, góc nhìn… nhiều ý tưởng được đưa biến thể mạnh mẽ được giới thiệu khơng giả định hình dạng đồng tử thực hình trịn được xem xét phương diện thống Phương pháp ước tính ánh nhìn này (và điều chỉnh cho hình ảnh ngồi trục) sử dụng cách tiếp cận mới được gọi là “dựa Fourier lượng giác.” Phương pháp phát sinh từ quan sát chuỗi Fourier mở rộng của tọa độ X Y của ranh giới đồng tử được phát hiện có chứa hình dạng thơng tin bóp méo liên quan đến nhìn lệch lạc, mối quan hệ hệ số thực hệ số ảo của thuật ngữ tần số thấp của mở rộng loạt Trong trường hợp đặc biệt, ranh giới đồng tử thực được xem cách trực quan thực vòng trịn, sau phương pháp này phương pháp "ellipticity" đơn giản Chúng ta bắt đầu cách xem xét trường hợp đặc biệt đơn giản của đồng tử hình trịn Để cho X (t) và Y (t) là vectơ tọa độ được tham số hóa của ranh giới đồng tử, nên biên độ của t từ đến 2π chu kỳ quanh đường cong kín Thơng suốt trường hợp đồng tử hình trịn có bán kính A, lấy gốc là tâm để đơn giản, hàm X (t) = A cos (t) Y (t) = A sin (t) Trong trường hợp ánh nhìn lệch dọc theo trục giả sử khoảng cách máy ảnh lớn so với đường kính mống mắt, đó, có kéo dài đơn giản dọc theo trục chính, hàm trở thành: X (t) = A cos (t) Y (t) = B sin (t), với A = B Cuối cùng, nếu độ lệch của ánh nhìn khơng dọc theo trục thay theo hướng θ, hàm này có dạng conic tổng qt cho hình elip có định hướng: X (t) = [A cos θ + B sin θ] cos (t) + [(B - A) cos θ sin θ] sin (t) (6.1) Y (t) = [(B - A) cos θ sin θ] cos (t) + [B cos θ + A sin θ] sin (t) (6.2) Đáng ý là thông tin chúng tơi tìm kiếm độ lệch hướng nhìn, cụ thể hướng độ lớn của độ lệch, được chứa dưới dạng Fourier hệ số của hàm điều hòa cos (t) sin (t) biểu diễn Hình 6.1 Ước tính theo góc nhìn cho phép chuyển đổi hình ảnh mắt bị lệch nhìn thẳng vào người nhìn thẳng vào máy ảnh Nếu khơng có biến đổi này, hình ảnh không khớp Mống mắt NIST ICE-1 tệp 244858 10 kết hợp tuyến tính liệu đường bao X (t) Y (t) Cụ thể, thấp hệ số có giá trị phức khai triển chuỗi Fourier của hàm thực nghiệm tion X (t) lần lượt chứa phần thực ảo, a b: a = A cos2 θ + B sin2 θ (6.3) b = (B - A) cos θ sin θ (6.4) Tương tự vậy, hệ số có giá trị phức đầu tiên khai triển chuỗi Fourier của hàm thực nghiệm Y (t) chứa phần thực ảo của nó, c d, tương ứng: c = (B - A) cos θ sin θ (6.5) d = B cos2 θ + A sin2 θ (6.6) Do đó, suy tham số độ lệch hướng nhìn mà tìm kiếm tính tốn nhập hệ số Fourier có liên quan của hàm đường bao thực nghiệm X (t) Y (t) Quá trình ước lượng này độc lập với hệ số Fourier bậc cao- dấu hiệu tồn đồng tử có số phức tạp và khơng hình dạng hình trịn Phương pháp này không bị giới hạn đối với giả định hình trịn Thao tác đại số chiết xuất từ bốn hệ số Fourier thực nghiệm c nhận a, b, c, d tham số độ lệch hướng nhìn mà cần Cần lưu ý cạnh bên phải của (4.8) (4.9) dường được nhận dạng hàm cal của tham số mong muốn, phương trình này thể hiện ràng buộc dựa liệu thực nghiệm khác Các đại lượng a b nhận được từ X (t), c và d thu được từ Y (t) Hướng nhìn được tính tốn de-viation (modulo π) bản có dạng thơng tin pha Fourier: 𝜃 = 0.5 arctan −𝑏−𝑐 𝑎−𝑑 (4.11) độ lớn của độ lệch hướng nhìn theo hướng θ khơng được biểu thị góc là tỷ lệ khung hình xạ ảnh γ = B / A affine tham số biến đổi: 𝛾= (a + d) cos (2θ) + a − d (a + d) cos (2θ) − a + d (6.12) 11 Phát hiện loại trừ lông mi cách suy luận thống kê Một cách mà liệu hình ảnh mống mắt bị hỏng, ngồi phản xạ, nhiễu máy ảnh tắc mí mắt là lơng mi (thường mí mắt trên) Chúng thường có hình dạng ngẫu nhiên phức tạp, kết hợp với để tạo thành khối lượng phần tử giao thay đơn giản sợi giống sợi tóc được phát hiện theo hình dạng bản mơ hình Chúng tín hiệu mạnh hình ảnh mống mắt, xét độ tương phản lượng, chúng thống trị IrisCode với thông tin giả nếu không được phát hiện loại trừ khỏi liệu được mã hóa Suy luận của lơng mi loại trừ chúng khỏi IrisCode được xử lý phương pháp ước tính thống kê phụ thuộc bản vào quyết định khai thác xem phân bố của pixel mống mắt có đa phương thức hay khơng Nếu dưới của biểu đồ pixel mống mắt hỗ trợ giả thuyết kết hợp đa phương thức, ngưỡng thích hợp được tính tốn pixel bên ngồi khơng ảnh hưởng đến IrisCode Phần kết Quét mống mắt thực được công nhận công nghệ xác thực bảo mật tốt hiện Trong quét võng mạc nhiều nhầm lẫn, nhận dạng mống mắt đơn giản liên quan đến việc chụp ảnh của mống mắt, hình ảnh này được sử dụng để xác thực, bảo mật với nhiều điểm bật như: ổn định, không nhầm lẫn, linh hoạt nhanh chóng 12 Tài liệu tham khảo - Handbook-of-Biometrics (Anil K Jain Michigan State University, USA and Patrick Flynn University of Notre Dame, USA and Arun A Ross West Virginia University, USA) - https://surfacepro.vn/bai-viet/nhan-dang-mong-mat-la-gi-uu-va-nhuocdiem.html 13 ... mống mắt - - Giá thành cao: Máy quét mống mắt thường đắt thiết bị nhận dạng khác và chính là lý nhận diện khuôn mặt, cảm biến vân tay, được sử dụng phổ biến Sự phản xạ: Để quét mống mắt. .. hóa gắn liền với mắt (“Cửa sổ tâm hồn”; ý nghĩa tình cảm của giao tiếp mắt giao tiếp qua ánh mắt) Niềm vui trí tuệ giải quyết vấn đề đa lĩnh vực kết hợp với toán học, lý thút thơng tin,... đồ mống mắt, thư giãn giả định mống mắt và đồng tử có chung trung tâm chung yêu cầu được chứa đầy đủ bên mống mắt “Doubly-dimensionless pseudo-polar coordinate system” sở của báo gốc của