thiết kế và thi công hệ thống mở cửa tự động bằng nhận dạng vân tay

i BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG BẰNG NHẬN DẠNG VÂN TAY GVHD : TS. NGUYỄN MINH THẠNH SVTH : ĐẶNG MINH TRÍ MSSV : TD06059 TP.HCM, 09/2011 ii Đại học GTVT TP HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - ĐTVT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Tự động hóa TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2011. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: TRẦN VĂN LONG MSSV: TD06027 ĐẶNG MINH TRÍ MSSV: TD06059 1. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG BẰNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI: - Nghiên cứu lí thuyết thuật toán nhận dạng vân tay bằng các điểm Minutiae. - Xây dựng thuật toán nhận dạng trên ngôn ngữ lập trình Matlab và Visual Basic. - Thi công mô hình cửa tự động để kiểm chứng thuật toán nhận dạng. 3. NGÀY GIAO ĐỀ TÀI: 30/05/2011 4. NGÀY HOÀN THÀNH LUẬN VĂN: 01/09/2011 5. HỌ VÀ TÊN NGƢỜI HƢỚNG DẪN PHẦN HƢỚNG DẪN TS. Nguyễn Minh Thạnh TRƢỞNG KHOA TRƢỞNG BỘ MÔN NGƢỜI HƢỚNG DẪN CHÍNH (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) 1. Hƣớng dẫn về cách nghiên cứu thuật toán nhận dạng vân tay 2. Hƣớng dẫn thiết kế phần cứng phù hợp với đề tài iii Đại học GTVT TP HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - ĐTVT Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Bộ môn Tự động hóa TP Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2011. PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP (Dành cho ngƣời hƣớng dẫn) 1. Họ và tên SV: MSSV: Chuyên ngành: 2. Đề tài : 3. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: 4. Tổng quát về bản thuyết minh: Số trang: Số chƣơng: Bảng số liệu: Số hình vẽ: Số tài liệu tham khảo: Phần mềm tính toán: Hiện vật (sản phẩm): 5. Tổng quát về các bản vẽ : - Số bản vẽ: Bản A0 Bản A1 Khổ khác - Số bản vẽ vẽ tay: Số bản vẽ trên máy tính: 6. Những ƣu điểm chính của LVTN: 7. Những thiếu sót chính của LVTN: 8. Đề nghị : Đƣợc bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ  Không đƣợc bảo vệ  9. 3 câu hỏi SV phải trả lời trƣớc Hội đồng : 1) 2) 3) 10. Đánh giá chung (bằng chữ : giỏi, khá, TB) : Điểm ________/10 Tp. Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2011 GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) iv Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. Tháng ….năm 2011 GVHD TS. Nguyễn Minh Thạnh v Nhận xét của giáo viên phản biện Tp. Hồ Chí Minh, Ngày …. tháng ….năm 2011 GVPB TS. Lê Quang Đức vi LỜI CẢM ƠN Quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp là giai đoạn quan trọng nhất trong quãng đời mỗi sinh viên. Luận văn tốt nghiệp là tiền đề nhằm trang bị cho chúng em những kĩ năng nghiên cứu, những kiến thức thực tiễn quý báu trƣớc khi lập nghiệp. Trƣớc hết chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện – Điện Tử Viễn Thông, đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Tự động hóa đã tận tình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian ngồi trên giảng đƣờng làm nền tảng cho việc thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Xin trân trọng cảm ơn thầy Nguyễn Minh Thạnh đã tận tình giúp đỡ, định hƣớng cách tƣ duy và cách làm việc khoa học. Đây là những góp ý hết sức quý báu không chỉ trong suốt quá trình thực hiện luận văn mà còn là hành trang để chúng em tiếp bƣớc trong quá trình học tập và lập nghiệp sắp tới. Chúng con xin gửi lòng biết ơn sâu sắc nhất đến ba mẹ, các thành viên trong gia đình. Những ngƣời luôn luôn ở bên cạnh động viên, khuyến khích và hỗ trợ tối đa cho việc học tập. Đây chính là động lực rất lớn thúc đẩy sự phấn đấu của chúng em trong suốt thời gian qua. Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè thân thiết, tập thể lớp TD06. Những ngƣời luôn sẵn sàng chia sẽ và giúp đỡ trong học tập cũng nhƣ trong cuộc sống. Mong rằng chúng ta sẽ càng gắn bó với nhau hơn. Chúc cho những điều tốt đẹp nhất luôn đồng hành cùng mọi ngƣời. TP. Hồ Chí Minh, ngày….tháng 09 năm 2011. Sinh viên vii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH HÌNH VẼ x DANH SÁCH BẢNG BIỂU xii BẢNG CHÖ GIẢI MỘT SỐ THUẬT NGỮ THƢỜNG DÙNG xiii KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xiv TÓM TẮT xv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1. Cơ bản về sinh trắc học 1 1.2. Tổng quan về vân tay 2 1.2.1. Vài nét sơ lƣợc về lịch sử khoa học nhận dạng vân tay 2 1.2.2. Các ứng dụng thực tiễn của nhận dạng vân tay 4 1.2.2.1. Các lĩnh vực ứng dụng mang tính chất quản lí nhà nƣớc 4 1.2.2.2. Các ứng dụng thƣơng mại 4 1.2.2.3. Các ứng dụng trong lĩnh vực an ninh 4 1.3. Tổng quan về tình hình nghiên cứu 4 1.3.1. Tình hình nghiên cứu chung 4 1.3.2. Tình hình nghiên cứu của sinh viên Việt Nam 6 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH SỐ VÀ XỬ LÍ ẢNH 7 2.1. Cơ bản về một hệ thống xử lí ảnh 7 2.2. Một số khái niệm cơ bản trong xử lí ảnh 8 2.2.1. Phần tử ảnh (Pixel) 8 2.2.2. Mức xám 9 2.2.3. Các loại ảnh 10 2.2.4. Biến đổi ảnh 10 2.2.5. Phân tích ảnh 11 2.2.6. Nhận dạng ảnh 11 CHƢƠNG III: ẢNH VÂN TAY 13 3.1. Vân nổi, vân chìm 13 viii 3.2. Các điểm đặc trƣng trên ảnh vân tay 14 3.2.1. Điểm đặc trƣng Singularity 14 3.2.2. Điểm đặc trƣng Minutiae 15 3.3. Các chi tiết gây nhiễu và khó khăn trong nhận dạng vân tay 16 3.4. Các cách thu nhận ảnh vân tay 17 3.4.1. Các phƣơng pháp lấy dấu vân tay thủ công 17 3.4.2. Các thiết bị thu nhận dấu vân tay có trên thị trƣờng 18 CHƢƠNG 4: CÁC BƢỚC NHẬN DẠNG VÂN TAY 20 4.1. Sơ đồ khối quá trình nhận dạng 20 4.2. Tiền xử lí dấu vân tay 23 4.2.1. Cân bằng xám (Histogram) 23 4.2.2. Phân tích Fourier 27 4.2.3. Làm rõ ảnh sử dụng bộ lọc Gabor 29 4.2.4. Nhị phân hóa ảnh 30 4.3. Biến đổi phân tích ảnh vân tay 31 4.3.1. Ƣớc lƣợng trƣờng định hƣớng 31 4.3.2. Khoanh vùng vân tay 32 4.3.3. Làm mảnh đƣờng vân 33 4.3.4. Loại bỏ các Minutiae sai 34 4.3.5. Phân tích Minutiae 35 4.4. Nhận dạng 37 CHƢƠNG 5 : CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ MỘT HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 43 5.1. Đặt vấn đề 43 5.2. Các lỗi hệ thống nhận dạng vân tay 43 CHƢƠNG 6 : THI CÔNG MÔ HÌNH MỞ CỬA TỰ ĐỘNG 47 6.1. Sơ đồ khối của hệ thống 47 6.2. Mạch điều khiển 48 6.2.1. Vi điều khiển AT89C51 48 6.2.1.1. Cơ bản về vi điều khiển AT89C51 49 ix 6.2.2. Giao tiếp RS232 56 6.3. Mạch động lực 58 6.3.1. Opto PC817 59 6.3.2. IC cầu đôi L298 60 6.4. Mô hình hoàn chỉnh 62 6.5. Giao diện hệ thống 64 6.5.1. Giao diện hoạt động của hệ thống 64 6.5.2. Giao diện chƣơng trình đăng kí mẫu cho cơ sở dữ liệu của hệ thống 64 CHƢƠNG 7 : KẾT LUẬN 65 7.1. Kết quả đạt đƣợc 65 7.2. Hƣớng phát triển của đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 Code Matlab 67 Code Visual Basic 93 Code Vi xử lí 117 x DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 - Công nghệ sinh trắc học 1 Hình 1.2 - Phân loại công nghệ sinh trắc học 2 Hình 2.1 - Các bƣớc cơ bản trong hệ thống xử lí ảnh 7 Hình 2.2 - Hệ trục tọa độ biểu diễn ảnh số 9 Hình 2.3 - Ma trận biểu diễn ảnh số 9 Hình 3.1 - Vân chìm, vân nổi 13 Hình 3.2 - Điểm Core và Delata của ảnh vân 14 Hình 3.3 - Các loại điểm Core trong ảnh vân tay 15 Hình 3.4 - Các điểm Minutiae của ảnh vân tay 15 Hình 4.1 - Sơ đồ quá trình nhận dạng 20 Hình 4.2 - Lƣu đồ thực hiện quá trình nhận dạng 24 Hình 4.3 - Lƣu đồ giải thuật mô hình đóng mở cửa tự động 25 Hình 4.4 - Sơ đồ khối cho giải thuật cân bằng Histogram 25 Hình 4.5 - Các Histogram tƣơng ứng với 4 loại ảnh 26 Hình 4.6 - Biểu đồ khi chƣa cần bằng xám 26 Hình 4.7 - Biểu đồ sau khi đã cân bằng xám 26 Hình 4.8 - So sánh ảnh vân tay trƣớc và sau khi cân bằng xám 28 Hình 4.9 - So sánh ảnh vân tay trƣớc và sau khi phân tích Fourier 28 Hình 4.10 - Ảnh vân tay trƣớc và sau khi nhị phân hóa 30 Hình 4.11 - Ảnh vân tay trƣớc và sau khi ƣớc lƣợng trƣờng định hƣớng 31 Hình 4.12 - Ảnh vân tay sau khi đã đƣợc khoanh vùng vân tay 32 Hình 4.13 - Thuật toán xác định giá trị Pixel 33 Hình 4.14 - Ảnh vân tay trƣớc và sau khi làm mảnh đƣờng vân 33 Hình 4.15 - Các kiểu Minutiae sai 34 Hình 4.16 - Loại bỏ và hiệu chỉnh các Minutiae sai 35 Hình 4.17 - Các loại điểm rẽ nhánh sau khi phân tích 36 [...]... một công nghệ sử dụng những thuộc tính vật lý hoặc các mẫu hành vi để nhận diện con ngƣời nhƣ nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng giọng nói, nhận dạng mắt (mống mắt), nhận dạng chữ ký, nhận dạng dấu vân tay, và kể cả nhận dạng tai (Hình 1.1) Trong đó vân tay là một đặc điểm nhận dạng có tính chất ƣu việt nhất Công nghệ nhận dạng vân tay là công nghệ sinh trắc đƣợc áp dụng phổ biến và lâu đời nhất Dấu vân tay. .. hai ảnh vân tay Phƣơng pháp này cho hiệu quả cao nhƣng việc nhận dạng mất nhiều thời gian và thích hợp với cơ sở dữ liệu nhỏ Ở Việt Nam hiện tại nhóm nghiên cứu thuộc phòng thí nghiệm mô phỏng và tích hợp hệ thống Tổng Cục Kỹ Thuật Bộ Công An đang nghiên cứu và phát triển nhận dạng vân tay Vào năm 2009 công trình khoa học Hệ thống phần mềm nhận dạng vân tay tự động C@FRIS” đã vinh dự đƣợc nhận giải... phần vân tay trên ngón Nguyên nhân chính là do ngón tay đặt không đúng vị trí chuẩn thu nhập Ngoài ra các nguyên nhân nhƣ bụi bặm, tay hay thi t bị thu nhận dấu vân tay bị dơ bẩn cũng là nguyên nhân gây nên các nhiễu và sai số của ảnh vân tay Trƣớc khi phân tích và nhận dạng thì giai đoạn thu nhận dấu vân tay tốt, ít nhiễu cũng là điều kiện cần để có một hệ thống nhận dạng tốt 16 3.4 Các cách thu nhận. .. CÁC BƢỚC NHẬN DẠNG VÂN TAY Nội dung chương này trình bày chi tiết các bước để thực hiện nhận dạng vân tay Tại mỗi bước thực hiện có các hình vẽ trước và sau khi thực hiện để so sánh kết quả thu được 4.1 Sơ đồ khối quá trình nhận dạng Quá trình nhận dạng vân tay đƣợc thực hiện theo các bƣớc ở sơ đồ sau: (Hình 4.1- Sơ đồ quá trình nhận dạng) 20 Lƣu đồ thực hiện quá trình nhận dạng vân tay: Cân bằng xám... tiện dụng - Thi công hoàn chỉnh mô hình nhà mở cửa tự động để kiệm nghiệm kết quả nhận dạng xv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Trong chương này trình bày những hiểu biết cơ bản nhất về lịch sử, các ứng dụng thực tiễn, tình hình nghiên cứu của nhận dạng vân tay Những hiểu biết này là nền tảng để triển khai và phát triển các kết quả của nhận dạng vân tay vào thực tiễn 1.1 Cơ bản về sinh trắc học Công nghệ sinh trắc... trung tâm nghiên cứu về nhận dạng vân tay trên thế giới Hàng năm FVC đều tổ chức các cuộc thi để mọi ngƣời cùng trao đổi, kiểm tra giải thuật nhận dạng vân tay Trên FVC cũng có các bộ vân tay mẫu để kiểm tra kết quả thuật toán Trong luận văn sử dụng thi t bị đọc dấu vân tay Finger Reader của Microsoft nên không lấy mẫu từ FVC Kết luận: Trên đây là vài nét tổng quan về nhận dạng vân tay, lịch sử phát triển,... dấu vân tay, biến đổi và phân tích ảnh vân tay Trong các bƣớc này đã sử dụng các thuật toán nhƣ phân tích Fourier, bộ lọc Gabor, ƣớc lƣợng trƣờng định hƣớng Sau khi đƣa ra kết quả nhận dạng chúng em đã thực hiện việc kiểm chứng bằng mô hình mở cửa tự động Ảnh vân tay đƣợc thu nhận từ thi t bị Microsoft Finger Reader, các bƣớc xử lí và nhận dạng ảnh đƣợc thực hiện trên ngôn ngữ Visual Basic, mô hình cửa. .. chính, y học, kinh tế điện tử và ứng dụng điều khiển truy nhập và khóa cửa Ứng dụng hiện đại nhất của công nghệ vân tay là nhờ vào phần lớn của sự phát triển của mắt đọc vân tay dạng nén một cách phi thƣờng Đầu thế kỉ 20, cơ chế hình thành vân tay đã đƣợc nghiên cứu và hiểu rõ Nhận dạng vân tay đƣợc chính thức chấp nhận là một phƣơng pháp nhận dạng cá nhân có hiệu quả và là một chuẩn đƣợc sử dụng trong... vẫn là bài toán mở cho mọi ngƣời Các nguyên lí nhận dạng vân tay liên quan chặt chẽ đến cách thức tìm ra sự tƣơng đồng giữa ảnh vân tay đầu vào với một template trong cơ sở dữ liệu vân 4 Thông thƣờng trong nhận dạng ảnh vân tay có 3 phƣơng pháp để nhận dạng thông qua so sánh ảnh vân tay ở đầu vào với ảnh vân tay trong cơ sở dữ liệu So sánh hai ảnh vân tay là so sánh từng chi tiết với nhau Các phƣơng... lý Các cơ sở dữ liệu ảnh vân tay đã đƣợc hình thành để thực hiện nhiệm vụ quản lí nhân thân và tội phạm Các cơ sở dữ 3 liệu này ngày càng lớn khiến cho việc nhận dạng vân tay bằng phƣơng pháp thủ công gần nhƣ không thực hiện đƣợc Vì lí do này ngƣời ta bắt đầu nghiên cứu và phát triển các hệ thống chứng thực, nhận dạng vân tay 1.2.2 Các ứng dụng thực tiễn của nhận dạng vân tay 1.2.2.1 - Các lĩnh vực . TD06059 1. TÊN ĐỀ TÀI: THI T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG BẰNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 2. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI: - Nghiên cứu lí thuyết thuật toán nhận dạng vân tay bằng các điểm Minutiae ĐÁNH GIÁ MỘT HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY 43 5.1. Đặt vấn đề 43 5.2. Các lỗi hệ thống nhận dạng vân tay 43 CHƢƠNG 6 : THI CÔNG MÔ HÌNH MỞ CỬA TỰ ĐỘNG 47 6.1. Sơ đồ khối của hệ thống 47 6.2 ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI : THI T KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG MỞ CỬA TỰ ĐỘNG BẰNG NHẬN DẠNG VÂN TAY GVHD : TS. NGUYỄN