Tìm hiểu đề tài nhận dạng mống mắt

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN II BÁO CÁO CÁ NHÂN Tìm hiểu đề tài Nhận dạng mống mắt Môn Xử lý ảnh Giảng viên hướng dẫn Lê Hoàng Thái[.]

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN II BÁO CÁO CÁ NHÂN Tìm hiểu đề tài Nhận dạng mống mắt Môn: Xử lý ảnh Giảng viên hướng dẫn: Lê Hoàng Thái LỜI MỞ ĐẦU Trong 15 năm qua, tính nhận dạng mống mắt phát triển nhanh chóng từ lần trình diễn trực tiếp sáng chế phương pháp thực tế đầu tiên, cho lĩnh vực phát triển sinh trắc học với số lượng lớn nhà nghiên cứu tích cực hai học viện ngành cơng nghiệp Cho đến nay, khoảng 50 triệu người toàn giới đăng ký vào hệ thống nhận dạng mống mắt sử dụng thuật toán tác giả Nhưng khác hệ thống phát triển, trình diễn thử nghiệm thi Chính phủ phản hồi với kết tốt; chắn trong tương lai tồn trạng thái cân sống động phương pháp đa dạng sản phẩm khả thi có sẵn để triển khai, chí tương tác với Vì thế, qua em muốn giới thiệu chi tiết công nghệ sinh trắc “nhận dạng mống mắt” người thấy phát triển khơng ngừng tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy bạn nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để em thực đề tài MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu 1.2 Sơ lược lịch sử 1.2.1 Nỗ lực thương mại hóa (1993-2006) 1.2.2 Bước đột phá cho phát triển PHẦN II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .3 2.1 Quy trình nhận dạng mống mắt 2.2 Điều cần biết mống mắt 2.2.1 Sử dụng chuỗi Fouries 2.2.2 Lượng giác dựa Fourier Hiệu chỉnh cho ngắm nhìn Off-Axis PHẦN III: SUY LUẬN LOGIC VÀ THUẬT TOÁN 3.1 Phát loại trừ lông mi thống kê suy luận 3.2 Quy tắc chuẩn hóa điểm thay 3.3 Tương thích với ứng dụng quy mô lớn PHẦN IV: KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN I: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu Công nghệ nhận dạng mống mắt (Iris Recognition) phương pháp sinh trắc học sử dụng thuật tốn hình ảnh để nhận dạng người dựa vào cấu trúc phức tạp độc mống mắt, chí họ đeo kính sử dụng áp tròng từ khoảng cách định Nhiều quốc gia giới áp dụng công nghệ nhận diện công dân hay xác thực hộ chiếu Nhận diện mống mắt trở thành cách xác thực nhân sử dụng phổ biến nhiều quốc gia giới gần đây, cơng nghệ cịn số gã khổng lồ cơng nghệ tích hợp thiết bị cao cấp 1.2 Sơ lược lịch sử Năm 1936, bác sỹ nhãn khoa Frank Burch đề xuất khái niệm nhận dạng mống mắt Tuy nhiên phải đến năm 1985, Giáo sư Leonard Florn Đại học New York Giáo sư Aran Safir Đại học Connecticut cấp sáng chế liên quan đến “Cơng nghệ nhận diện mống mắt” Thuật tốn nhận diện mống mắt viết Tiến sĩ John Daugman làm việc Đại học Harvard Ông cấp sáng chế vào năm 1991 Nhờ sáng chế đó, thử nghiệm nhận diện mống mắt thực Cơ quan phòng thủ nguyên tử (DNA) Mỹ vào năm 1995 thành công tốt đẹp 1.2.1 Nỗ lực thương mại hóa (1993-2006) Các thuật tốn sử dụng, phương pháp tồn rộng rãi ngày công nghệ này, chẳng hạn mã hóa wavelet Gabor đa tỷ lệ, mã hóa nhị phân dựa giao 0, bit Exclusive-OR logic so sánh vectơ số tương tự khoảng cách Hamming Tranh chấp điều khoản cấp phép với số đối tác cơng ty, đặc biệt đối tác thành công hơn, leo thang thành loạt vụ kiện Cuối cùng, công ty nhỏ sử dụng hết nguồn tài trợ kiện tụng tích cực tập xây dựng lại thương hiệu cố gắng mơ tả thuật tốn có phát triển nội bộ, công ty trở thành kẻ thù người mà cần bạn bè sụp đổ 1.2.2 Bước đột phá cho phát triển Nghiên cứu phát triển công nghệ “nhận dạng mống mắt” ngày mở rộng nhanh chóng hàng chục trường đại học địa điểm nghiên cứu công nghiệp Niềm đam mê cơng nghệ tiềm mạnh mẽ, mức độ đổi để đáp ứng với thách thức phủ nhận nó, đặc biệt liên quan đến chụp ảnh Trong có bứt phá vượt bậc thúc đẩy lượng sáng tạo là: • Bằng chứng xuất thử nghiệm cho thấy “nhận dạng mống mắt” dường sinh trắc học với hiệu suất tốt nhất, độ xác sở liệu lớn tốc độ tìm kiếm • Luật pháp số quốc gia chương trình quốc gia liên quan đến sinh trắc học chứng minh thư sinh trắc học thay hộ chiếu việc vượt biên tự động • Đánh giá thử thách Iris NIST (“quy mơ lớn”) dựa hình ảnh từ 240 Môn học; Cơ sở liệu đào tạo tải 42 nhóm nghiên cứu • Tiêu chuẩn định dạng trao đổi liệu sinh trắc học sở liệu mống mắt hình ảnh để phát triển thử nghiệm thuật tốn • 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 giao tiếp mắt giao tiếp qua ánh mắt) • Niềm vui trí tuệ giải vấn đề đa lĩnh vực kết hợp tốn học, lý thuyết thơng tin, thị giác máy tính, thống kê, sinh học, công thái học, lý thuyết định tính ngẫu nhiên xảy cách tự nhiên người PHẦN II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.1 Quy trình nhận dạng mống mắt Quá trình nhận dạng mống mắt thực cách sử dụng máy chiếu bước sóng nhìn thấy tia cận hồng ngoại vào mắt người để ghi lại chi tiết cấu trúc phức tạp mống mắt Khi máy quét chiếu vào mắt, máy tính xác định vị trí gồm đồng tử, mống mắt , lơng mi, mí mắt, qua tìm tham số tần số, biên độ, phi Máy tính phân tích thơng số biên dịch thành dòng lệnh thành mẫu kỹ thuật số Mẫu mã hóa kỹ thuật số thuật tốn phép thống kê cho phép nhận dạng người đóng giả người Sau biên dịch máy tính tiếp tục sử dụng thuật toán để so sánh mẫu quét với mẫu lưu trữ sở liệu với tốc độ khoảng triệu mẫu giây, sai số cực thấp 2.2 Điều cần biết mống mắt Điều tự nhiên bắt đầu cách nghĩ mống mắt hình khuyên Chẳng người ta phát ranh giới bên bên ngồi thường khơng đồng tâm Một đơn giản giải pháp sau tạo hệ tọa độ giả cực không đồng tâm để lập đồ mống mắt, thư giãn giả định mống mắt đồng tử có chung trung tâm chung yêu cầu học sinh chứa đầy đủ bên mống mắt “Hệ tọa độ giả cực kép” sở nhận dạng mống mắt Nhưng sau người ta phát thường ranh giới đồng tử khơng phải hình trịn, thường ranh giới bên ngồi mống mắt khơng trịn Hiệu suất nhận dạng mống mắt cải thiện đáng kể cách thư giãn hai giả định đó, thay chúng phương pháp kỷ luật để phát trung thực mơ hình hóa ranh giới hình dạng chúng xác định hệ tọa độ linh hoạt tổng quát sở 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 sáng, hai ranh giới phản xạ từ kính đeo mắt, cần thiết để phù hợp với đường viền linh hoạt chịu gián đoạn tiếp tục quỹ đạo sở nguyên tắc, cách thúc đẩy liệu tồn nơi khác Một hạn chế bên bên ngồi mơ hình biên phải tạo thành đường cong khép kín Mục tiêu cuối áp đặt hạn chế thông suốt, dựa độ tin cậy chứng cho độ cong không mịn 2.2.1 Sử dụng chuỗi Fouries Một cách tuyệt vời để đạt tất mục tiêu mô tả ranh giới bên bên mống mắt dạng “đường viền hoạt động” dựa rời rạc mở rộng chuỗi Fourier liệu đường bao Bằng cách sử dụng thành phần Fourier có tần số bội số ngun / (2π), đóng, trực giao tính đầy đủ đảm bảo Lựa chọn số lượng thành phần tần số cho phép kiểm soát mức độ trơn tru áp đặt độ trung thực phép tính gần Về chất, cắt bớt chuỗi Fourier rời rạc sau số điều khoản định dẫn đến việc lọc ranh giới thông qua liệu thấp có độ cong mơ hình đường bao hoạt động Hình 1: Các đường viền chủ động tăng cường phân đoạn mống mắt, chúng cho phép tạo ranh giới không theo chu kỳ cho phép hệ thống tọa độ linh hoạt Hộp bên trái hiển thị đồ độ cong cho ranh giới bên bên mống mắt, điều phẳng thẳng chúng hình trịn Đây ranh giới bên ngồi (ơ phía trên) đặc biệt khơng trịn Các đường cong chấm hộp mống mắt chuỗi Fourier xấp xỉ Hình 2: So với mức người ta muốn áp đặt ràng buộc giữ cho mơ hình đơn giản có độ cong chiều thấp (đạt giảm M, ví dụ M = thực thi mơ hình vịng trịn) Do đó, số M hệ số Fourier kích hoạt đặc điểm kỹ thuật cho số bậc tự mơ hình hình dạng 2.2.2 Lượng giác dựa Fourier Hiệu chỉnh cho ngắm nhìn Off-Axis Một hạn chế máy ảnh nhận dạng mống mắt chúng yêu cầu trục hình ảnh mắt, thường đạt thơng qua gọi “điểm dừng giao diện nhìn diện ”trong người dùng phải chỉnh trục quang học với máy ảnh trục quang học Điều không linh hoạt lỏng lẻo Hơn nữa, đơi máy ảnh tiêu chuẩn thu hình ảnh mà giả định trục khơng thật Hình thái mắt thay đổi màng cứng nhìn thấy tình trạng tắc mí mắt khơng hỗ trợ ước tính xác, có mắt chụp ảnh; Mặc dù phải lưu ý người có kỹ ấn tượng cách việc giám sát hướng nhìn người khác Trong trường hợp khơng giải bí ẩn đó, cách tiếp cận thay hiển nhiên giả định hình ảnh trực quan mống mắt nên để lộ trịn Do phát tính elip đồng tử cho biết thu nhận hình ảnh ngồi trục đó, ước tính độ giãn dài hướng hình elip mang lại hai tham số độ lệch hướng nhìn, Modulo π hướng Phương pháp ước tính ánh nhìn (và điều chỉnh cho hình ảnh ngồi trục) sử dụng cách tiếp cận gọi “dựa Fourier lượng giác ” + Chuỗi Fourier mở rộng tọa độ X Y ranh giới đồng tử phát có chứa hình dạng thơng tin bóp méo liên quan đến nhìn lệch lạc, mối quan hệ hệ số thực hệ số ảo thuật ngữ tần số thấp chúng mở rộng đồng loạt + Để cho X(t) Y(t) vectơ tọa độ tham số hóa ranh giới đồng tử, nên biên độ t từ đến 2π chu kỳ quanh đường cong kín Thơng suốt trường hợp đồng tử hình trịn có bán kính A, lấy gốc 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 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, độ lệch ánh nhìn khơng dọc theo trục thay theo hướng θ, hàm có dạng tổng qt cho hình elip có hướng: (hình 3) PHẦN III: SUY LUẬN LOGIC VÀ THUẬT TỐN 3.1 Phát loại trừ lơng mi thống kê suy luận Suy luận loại trừ khả xảy IrisCode xử lý phương pháp ước tính thống kê phụ thuộc chủ yếu vào việc xác định xem phân bố pixel mống mắt có đa phương thức hay không Nếu đuôi biểu đồ pixel mống mắt hỗ trợ giả thuyết kết hợp đa phương thức, ngưỡng thích hợp tính tốn pixel bên ngồi khơng ảnh hưởng đến IrisCode (hình 4) Hình 4: Suy luận thống kê lơng mi từ biểu đồ pixel mống mắt xác định ngưỡng để loại trừ lông mi (được dán nhãn màu trắng) khỏi ảnh hưởng mật mã IrisCode ➔Trong hình này, lơng mi phát nằm mống mắt đánh dấu pixel màu trắng Vị trí họ ghi lại mảng mặt nạ ngăn chúng ảnh hưởng đến liệu mã hóa kết cấu mống mắt Chương trình phát lơng mi thực thi vịng chưa đầy mili giây 3.2 Quy tắc chuẩn hóa điểm thay Nhận dạng mống mắt hoạt động cách thực kiểm tra tính độc lập thống kê hai mã IrisCodes, để định xem chúng phát sinh từ từ tròng đen khác + Các vùng mống mắt bị che khuất mí mắt, lơng mi, phản xạ từ kính đeo mắt, có độ tương phản thấp tỷ lệ tín hiệu nhiễu kém, phát thuật tốn xử lý hình ảnh ngăn ảnh hưởng đến việc so sánh mống mắt, thông qua chức mặt nạ Trong thân bit IrisCode chứa liệu pha độc quyền (N) để phát bất đồng từ xác định giống hai mống mắt, bit xem xét chọn ANDing (∩) cặp với chức mặt nạ liên quan hai trịng mắt để đảm bảo tính hợp lệ ý nghĩa chúng Định mức (|| ||) vectơ bit kết vectơ mặt nạ AND sau đo để tính tốn Hamming thô khoảng cách HDraw, dạng phần nhỏ bit có ý nghĩa khơng đồng hai mống mắt có hai vectơ bit mã pha ký hiệu {codeA, codeB} có vectơ bit mặt nạ ký hiệu {maskA, maskB} : (hình 5) Một lựa chọn tự nhiên cho quy tắc chuẩn hóa điểm chia tỷ lệ lại tất độ lệch từ 0,5 khoảng cách Hamming theo tỷ lệ với bậc hai số bit so sánh đạt điểm số Nguyên nhân quy tắc độ lệch chuẩn dự kiến phân phối kết thử nghiệm Bernoulli σ = 2√𝑝𝑞/𝑛 p q tương ứng xác suất kết (cả hai danh nghĩa 0,5 trường hợp này) Do đó, mức độ tin cậy định trì có bit n thực so sánh, cách ánh xạ HDraw đưa khoảng cách Hamming một, cho điểm HDnorm cách sử dụng quy tắc chia lại tỷ lệ, chẳng hạn như: (hình 6) 3.3 Tương thích với ứng dụng quy mơ lớn Dạng hàm nhị thức mô tả tốt việc phân phối điểm số tương tự chuẩn hóa để so sánh mẫu mống mắt khác chìa khóa mức độ mạnh mẽ thuật tốn ứng dụng tìm kiếm quy mơ lớn Các đuôi nhị thức giảm nhanh chóng, thống trị xu hướng trung tâm gây thuật ngữ giai thừa hàm (hình 7) Giảm nhanh chóng quan trọng sinh trắc học để tồn số lượng lớn hội ràng buộc để tạo kết hợp sai mà không thực tạo sai sót nào, áp dụng chế độ 'tất chống lại tất cả' để tìm kiếm kết trùng khớp nhiều danh tính, dự tính số dự án thẻ ID quốc gia Anh Châu Âu (hình 8) →Tỷ lệ đối sánh sai với chuẩn hóa điểm HDnorm: Phụ thuộc vào tiêu chí ngưỡng định (dựa 200 tỷ so sánh, sở liệu UAE)  Kết phân tích: Các giá trị tích lũy (ở ngưỡng khác nhau) việc phân phối điểm số tương tự chuẩn hóa cho trịng mắt khác so sánh nhiều mức độ tương đối, hiển thị tỷ lệ đối sánh sai số 200 tỷ mẫu so sánh mống mắt sách định nhận dạng sử dụng ngưỡng Các tỷ lệ cung cấp hình Mặc dù giá trị nhỏ quan sát gần 0,26 bảng mở rộng xuống 0,22 cách sử dụng tích lũy lý thuyết phân phối giá trị cực đoan nhiều mẫu từ nhị thức (hình 7), để suy mặt lý thuyết tỷ lệ đối sánh sai dự kiến để có định cụ thể Kết hợp sai tỷ lệ, cho dù quan sát hay lý thuyết, đóng vai trị mức độ tin cậy liên kết với chất lượng trận đấu định cách sử dụng chuẩn hóa điểm số quy tắc (hình 6) Trong phân tích này, mắt cho xuất Theo giả định độc lập IrisCodes mắt trái mắt phải, hỗ trợ mạnh mẽ liệu có sẵn, mức độ tin cậy nhân với cho kết phù hợp thu hai mắt Một phương pháp cho phép mã IrisC lập xảy va chạm chúng với chuỗi con, thay tìm kiếm tồn diện gần tìm địa trực tiếp tới IrisCodes PHẦN IV: KẾT LUẬN Phương pháp nhận diện mống mắt đánh giá có độ xác cao so với phương pháp nhận diện sinh trắc học khác, mống mắt có tới 266 điểm đặc trưng riêng biệt, so với 13 đến 60 điểm đặc trưng loại khác vân tay, khn mặt, giọng nói Hơn nữa, mắt người cho không thay đổi theo thời gian mơi trường Thậm chí, sau phẫu thuật mắt hay người khiếm thị đeo kính, qt mống mắt khơng gây ảnh hưởng tới mắt hay bị suy giảm độ xác • • • Ưu điểm Nhược điểm Độ xác cao: Nhận dạng mống • mắt hình thức xác thực sinh trắc học xác nhất, xếp hạng cơng nghệ nhận dạng xác Iris Exchange (IREX) IX • Giá thành cao: Máy quét mống mắt thường đắt thiết bị nhận dạng khác lý nhận diện khuôn mặt, cảm biến vân tay, sử dụng phổ biến Sự phản xạ: Để quét mống mắt Tránh tiếp xúc trực tiếp: Iris cách xác, công nghệ yêu Recognition không yêu cầu người cầu chủ thể phải trì trạng thái tĩnh dùng phải tiếp xúc trực tiếp với thiết thời gian định (khơng bị nhận dạng chớp mắt) Tính linh hoạt cao: Iris Recognition linh động, hoạt động xác vào ban đêm bóng tối TÀI LIỆU THAM KHẢO STT NGUỒN TÀI LIỆU Handbook-of-Biometrics surfacepro.vn https://surfacepro.vn/bai-viet/nhan-dang-mong-mat-la-gi-uu-vanhuoc-diem.html ... Quy trình nhận dạng mống mắt Quá trình nhận dạng mống mắt thực cách sử dụng máy chiếu bước sóng nhìn thấy tia cận hồng ngoại vào mắt người để ghi lại chi tiết cấu trúc phức tạp mống mắt Khi máy... đồng tâm để lập đồ mống mắt, thư giãn giả định mống mắt đồng tử có chung trung tâm chung yêu cầu học sinh chứa đầy đủ bên mống mắt “Hệ tọa độ giả cực kép” sở nhận dạng mống mắt Nhưng sau người... cao: Nhận dạng mống • mắt hình thức xác thực sinh trắc học xác nhất, xếp hạng cơng nghệ nhận dạng xác Iris Exchange (IREX) IX • Giá thành cao: Máy quét mống mắt thường đắt thiết bị nhận dạng