Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay TRƯờNG ĐạI HọC VINH KHOA CÔNG NGHệ THÔNG TIN Đề TàI: Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Giáo viên h-ớng dẫn : ThS Nguyễn quang ninh Sinh viªn thùc hiƯn : Phan Thanh hïng Líp Vinh, năm 2010 SVTH: Phan Thanh Hùng - 46K1 : 46K1 - CNTT th¸ng ~ ~ GVHD: ThS Ngun Quang Ninh Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Mục lục CHƯƠNG 1: GIớI THIệU Trang 1.1 Sự CầN THIếT CủA xử lý ảnh vân tay 1.2 LịCH Sử CủA VÂN TAY .4 1.3 C¸C HƯ THèNG X¸C THùC 1.4 SO SáNH CáC ĐặC TRƯNG SINH TRắC 1.5 CáC LOạI LỗI CủA Hệ THốNG vân tay .7 1.5.1 Các lỗi hệ thống kiểm tra 1.5.2 Các loại lỗi hệ thống nhận dạng 12 CHƯƠNG 2: 13 PHÂN TíCH Và BIểU DIễN VÂN TAY 2.1 PH¢N TÝCH CÊU TRóC V¢N TAY 13 2.2 BIểU DIễN HìNH ảNH V¢N TAY 15 2.3 ƯớC LƯợNG HƯớNG VÂN CụC Bộ 17 2.4 ƯớC LƯợNG TầN SUấT VÂN CôC Bé 18 2.5 T¡NG CƯờNG ảNH .20 2.6 PH¸T HIƯN CHI TIÕT 25 2.7 LäC CHI TIÕT 28 CHƯƠNG 3: 30 ĐốI SáNH VÂN TAY 3.1 ĐặT VÊN §Ị 30 3.2 CáC Kĩ THUậT DựA Độ TƯƠNG QUAN 33 3.3 CáC PHƯƠNG PHáP DựA CHI TIếT 36 3.4 CáC Kĩ THUậT ĐốI SáNH DựA ĐặC TRƯNG VÂN 41 3.5 SO SáNH HIệU NĂNG CủA CáC THUậT TOáN ĐốI SáNH 43 Ch-ơng 4: 45 CáC THUậT TOáN Và THựC NGHIệM 4.1 GIíI THIƯU .45 4.2 C¸C THUËT TOáN ĐƯợC Sử DụNG .46 4.2.1 Thuật toán tính h-ớng vân tay cục 46 SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay 4.2.1.1 Ph-ơng pháp 46 4.2.1.2 KÕt qu¶ thùc thi 46 47 4.2.2 Thuật toán chuẩn hóa ảnh 4.2.2.1 Ph-ơng pháp 47 4.2.2.2 KÕt qu¶ thùc thi 47 4.2.3 Thuật toán tăng c-ờng ảnh 48 4.2.3.1 Ph-¬ng ph¸p 48 4.2.3.2 KÕt qu¶ thùc thi 48 4.2.4 Thuật toán tách ng-ỡng tự động 49 4.2.4.1 Ph-ơng pháp 49 4.2.4.2 Thực nghiêm ph-ơng pháp tác ng-ỡng theo chế tìm ng-ỡng tự động 50 50 4.2.5 Thuật toán tìm x-ơng 50 4.2.5.1 Ph-ơ ng pháp 53 4.2.5.2 KÕt qu¶ thùc thi 4.2.6 T×m kiÕm chi tiÕt 53 53 4.2.6.1 Ph-ơng pháp 54 4.2.6.1 KÕt qu¶ thùc thi 4.2.7 Thuật toán đối sánh vân tay 54 4.2.7.1 Ph-ơng pháp 54 4.2.7.2 KÕt qu¶ thùc thi 55 4.2.8 ThuËt to¸n Hough 56 4.2.8.1 Ph-ơng pháp 56 4.2.8.2 KÕt qu¶ thùc thi 57 KÕT LUËN TµI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 58 59 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay LờI Mở ĐầU N gày nay, kỹ thuật trắc sinh học ngày đ-ợc ứng dụng rộng rÃi Trong đó, nhận dạng vân tay đ-ợc xem kỹ thuật hoàn thiện đáng tin cậy để xác nhận ng-ời Gần đây, kỹ thuật đ-ợc ý nhiều ng-ời ta thấy thích hợp với ứng dụng có sở liệu nhỏ, nh-ng không thuận tiện cho ứng dụng có phạm vi lớn Bằng cách sử dụng vân tay để làm mật mÃ, việc xác nhận ng-ời đ-ợc thực hệ thống nhận dạng vân tay an toàn thuận tiện Để làm đ-ợc điều cần phải có ch-ơng trình xử lý ảnh vân tay thật hoàn thiện nhằm xây dựng b-ớc quan trọng cho toàn hệ thống nhận dạng vân tay thực tốt yêu cầu đặt Vì vậy, đà chọn Đề tài Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay để làm Đồ án tốt nghiệp cho mình, với mong muốn Đề tài có h-ớng phát triển ứng dụng cho tất lĩnh vực Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy ThS Nguyễn Quang Ninh đà nhiệt tình h-ớng dẫn hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này, thời gian hạn chế nên Đề tài nhiều thiếu sót quy mô nhỏ - mong góp ý nhiệt tình quý Thầy Cô bạn Sinh viên! Tôi xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng năm 2010 SV thực Phan Thanh Hùng 46K1 CNTT SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay CHƯƠNG 1: GIớI THIệU 1.1 Sự CầN THIếT CủA xử lý ảnh vân tay Xử lý ảnh vân tay đề cập đến trình phân tích tính chất khác biệt vân tay để nhận dạng vân tay ng-ời hay không thuộc ng-ời Vân tay - đ-ợc biết tới với tính phân biệt (tính chất cá nhân) ổn định theo thời gian đặc tr-ng sinh trắc đ-ợc sử dụng rộng rÃi Nhiều công nghệ vân tay đà đ-ợc phát triển, số chúng đ-ợc sử dụng ứng dụng thực tế, công việc phân tích xử lý ảnh xác đóng vai trò định việc nhận dạng vân tay Ng-ời ta nhận thấy đặc tr-ng vân tay dễ dàng bị thay thế, chia sẻ hay giả mạo , chúng đ-ợc xem đáng tin cậy nhận dạng ng-ời so với ph-ơng pháp dựa vào thẻ truyền thống (ví dụ dùng chìa khóa ), ph-ơng pháp dựa vào trí thức (ví dụ dùng mật khẩu) Trong tổ chức, sở hành chính, khoa học có nhu cầu kiểm tra trả lời câu hỏi: ng-ời có đ-ợc quyền vào sử dụng thiết bị hay không , cá nhân có quyền truy cập thông tin mật hay không Những yêu cầu thiết bị nhận dạng vân tay đ-ợc sử dụng nh- công cụ hữu hiệu để quản lý nhân Nhận dạng vân tay ngày cung cấp mức độ an toàn cao hơn, tính hiệu cao hơn, thuận tiện cho ng-ời dùng Vì vậy, hệ thống nhận diện vân tay đ-ợc triển khai thử nghiệm ngày nhiều khu vùc qu¶n lý thc chÝnh phđ (chøng minh th-, b»ng lái xe ), khu vực dân sinh (thẻ thông minh, đăng nhập mạng máy tính, ) 1.2 LịCH Sử CủA VÂN TAY Trên mẫu khảo cổ học mẫu vật lịch sử, ng-ời ta đà tìm thấy nhiều mẫu vân tay Điều cung cấp chứng rõ ràng ng-ời x-a đà nhận tính cá nhân vân tay, nh-ng không xuất sở khoa học MÃi đến kỉ 16 kĩ thuật vân tay khoa học đại xuất từ lí thuyết ch-ơng trình mô tả, nhận dạng vân tay phát triển mau chãng: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Hình 1.1: Một số chứng vân tay tìm đ-ợc thời x-a Năm 1964: Nehemiah Grew nhà sinh thái học thực vật xuất trang sách nghiên cứu có tính hệ thống ông vân tay Năm 1788: Mayer đà mô tả chi tiết thông tin giải phẫu vân tay để đặc tính hóa, nhận dạng đặc tính vân tay Năm 1809: Thomas Bewick bắt đầu sử dụng vân tay nh- biểu t-ợng đăng kí th-ơng mại - đà tạo cột mốc quan trọng nghiên cứu khoa học nhận dạng vân tay Năm 1880: Henrry Fauld đà đ-a giả thuyết khoa học khẳng định tính cá nhân vân tay dựa vào nhận thức kinh nghiệm Năm 1888: Ngài Francis Galton giới thiệu đặc tr-ng chi tiết phục vụ cho đối sánh vân tay Đầu kỉ 20: Cấu trúc vân tay đ-ợc mô tả cách đầy đủ Các nguyên lý sinh học vân tay đ-ợc tổng kết nh- sau: a Biểu bì vân có đặc tính khác vân tay khác Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an T×m hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay b Cấu hình vân tay có thay đổi cá nhân, nh-ng thay đổi nhỏ cho phép phân loại cách có hệ thống vân tay c Các chi tiết cấu hình đ-ờng vân ổn định không thay đổi Nguyên lý a) sở cho nhận dạng vân tay, nguyên lý b) sở để tiến hành phân loại vân tay Cũng từ đầu kỉ 20, nhận dạng vân tay thức đ-ợc chấp nhận nhmột ph-ơng pháp nhận dạng cá nhân có giá trị trở thành chuẩn pháp luật Ví dụ: năm 1924 FBI đà thiết lập sở liệu có 810000 thẻ vân tay 1.3 CáC Hệ THốNG XáC THựC Một hệ thống sinh trắc hệ thống nhận dạng mẫu để nhận ng-ời cách định tính xác thực đặc tính sinh học hay hành vi thuộc ng-ời Trong thiết kế hệ thống sinh trắc, vấn đề quan trọng đặt xác định cách ng-ời đ-ợc nhận dạng Một hệ thống sinh trắc mét hƯ thèng kiĨm tra hay mét hƯ thèng nhËn dạng Hệ thống kiểm tra: hệ thống xác thực ng-ời cách so sánh đặc tính sinh trắc ng-ời với mẫu sinh trắc ng-ời đà đ-ợc l-u trữ tr-ớc hệ thống Hệ thống nhận dạng: hệ thống xác thực cá nhân cách tìm kiếm đối sánh đặc tính sinh trắc ng-ời với toàn mẫu sinh trắc đ-ợc l-u giữ sở liệu 1.4 SO SáNH CáC ĐặC TRƯNG SINH TRắC Một đặc tính sinh học hành vi ng-ời đ-ợc sử dụng nhlà đặc tr-ng sinh trắc nhận dạng ng-ời có yêu cầu sau: Tính phổ biến: ng-ời có đặc tr-ng sinh trắc Tính phân biệt: hai ng-ời khác đặc tr-ng sinh trắc phải khác Tính ổn định: đặc tr-ng sinh trắc không thay đổi theo giai đoạn thời gian (t-ơng ứng với hạng mục đối sánh định) Tính thu thập: nghĩa đặc tr-ng đo đ-ợc l-ợng hóa Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Hiệu năng: khả nhận dạng xác, tốc độ nhận dạng; tài nguyên cần thiết để đạt đ-ợc tốc độ độ xác mong muốn; nhân tố môi tr-ờng hoạt động ảnh h-ởng đến tốc độ độ xác nhận dạng Tính chấp nhận: ng-ời vui lòng chấp nhận đặc tr-ng sinh trắc đời sống hàng ngày họ Khả phá hoại: mức độ khó hay dễ để đánh lừa hệ thống ph-ơng pháp lừa dối Sau số đặc tr-ng sinh trắc thông dụng: ADN, tai, mặt, dáng đi, đồ hình bàn tay ngón tay, mống mắt Hình 1.2: Một số đặc tr-ng sinh trắc: a) g-ơng mặt, b) vân tay, c) Đồ hình bàn tay, d) Mống mắt, e) võng mạc, f) chữ kí, g) tiếng nói 1.5 CáC LOạI LỗI CủA Hệ THốNG vân tay Xử lý đối sánh hệ thống nhận dạng vân tay dựa vào điểm đối sánh s (không tính tổng quát, giả sử giá trị điểm nằm [0,1]) Điểm đối sánh đ-ợc dùng để l-ợng hóa độ t-ơng tự biểu diễn đầu vào biểu diễn mẫu sở liệu Điểm có giá trị gần khả hai vân tay ngón tay cao, ng-ợc lại điểm có giá trị gần khả hai vân tay hai ngón tay khác lớn Quyết định hệ thống ®-ỵc ®iỊu khiĨn bëi ng-ìng t Víi ®iĨm s cđa hai v©n tay: NÕu s t: KÕt luËn cặp so khớp (nghĩa hai vân tay cïng mét ngãn tay) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Nếu s t: Kết luận cặp không so khớp (nghĩa hai vân tay đến từ hai ngón tay khác nhau) Một hệ thống kiểm tra chấp nhận hai lỗi sau đây: Kiểm tra số đo vân tay từ hai ngón tay khác với kết ngãn tay (ta gäi lµ so khíp sai) KiĨm tra số đo vân tay ngón tay với kết hai ngón tay khác (ta gọi không - so khớp sai) Hai lỗi t-ơng ứng đ-ợc gọi chấp nhận sai từ chối sai Bởi kẻ giả mạo đ-ợc chấp nhận sử dụng thiết bị hay hƯ thèng nÕu cã sù so khíp sai, vµ ng-ời có đủ thẩm quyền đăng nhập, sử dụng thiết bị hay hệ thống lại bị từ chối xảy không - so khớp sai Chúng ta l-ợng hóa hai lỗi đại l-ợng: tỉ lệ chÊp nhËn sai vµ tØ lƯ tõ chèi sai Chóng ta sâu vào lỗi hệ thống kiểm tra hệ thống nhận dạng 1.5.1 Các lỗi hệ thống kiểm tra Phát biểu toán: Kí hiệu T mẫu sinh trắc ng-ời đà đ-ợc l-u trữ, I biểu diễn sinh trắc đầu vào cần đ-ợc kiểm tra Các giả thuyết đặt là: H0: I T, đầu vào mẫu không ng-ời H1: I = T, đầu vào mẫu ng-ời T-ơng ứng với giả thuyết kết luận: D0: hai mẫu vân tay không trùng khớp D1: hai mẫu vân tay trùng khớp Đối sánh kiểm tra T I sử dụng độ t-¬ng tù s (T,I) NÕu s nhá h¬n ng-ìng t kết D0, s lớn ng-ỡng t cho kết luận D1 Từ giả thuyết trên, định nghĩa hai loại lỗi hệ thống kiểm tra: Dạng I: Đối sánh sai (kết luận D1 H0 đúng) Dạng II: Không - đối sánh sai (kết luận D0 H1 ®óng) Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Khi đó, tỉ lệ đối sánh sai (FMR-Finger Minutiae Regnition) xác suất lỗi loại I, tỉ lệ không đối sánh sai (FNMR- Finger Not Minutiae Regnition) xác suất lỗi loại II: FMR = P (D1| H0 ®óng) FNMR = P (D0| H1 đúng) Để đánh giá tính xác hệ thống xử lý vân tay phải thống kê điểm đối sánh s cặp v©n tay cđa cïng mét ngãn tay (ph©n bè p(s|H1 đúng) - th-ờng đ-ợc gọi phân bố chân chính) điểm đối sánh s cặp vân tay từ hai ngón tay khác (phân bố p(s|H0 sai)- th-ờng đ-ợc gọi phân bố giả mạo) t FNMR = p (s|H1 ®óng)ds FMR = p (s | H0 đúng)ds t Hình 1.3: FMR FNMR với ng-ỡng t thể phân bố chân phân bố giả mạo Trong hình vẽ FMR phần trăm cặp giả mạo có điểm đối sánh lớn hay t FNMR phần trăm cặp chân có điểm đối sánh nhỏ t Thực tế, FMR FNMR hàm ng-ỡng hệ thống t nên cã thĨ viÕt chóng lµ FMR(t) vµ FNMR(t) NÕu t giảm hệ thống bỏ qua nhiều Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ 10 ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an T×m hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay CHƯƠNG 4: CáC THUậT TOáN Và THựC NGHIệM 4.1 GIớI THIệU Ch-ơng tập trung vào việc mô tả chi tiết thuật toán đà đuợc sử dụng kết thực thi chúng Nó mô tả b-ớc cần thiết để so sánh hai vân tay víi Tõ viƯc tÝnh h-íng cơc bé, chn hãa, tăng c-ờng, đến việc đối sánh vân tay Ch-ơng trình minh họa đ-ợc thực ngôn ngữ Microsoft Visual Studio C# 9.0 Lớp ImageData chứa liệu ảnh tất thuật toán lên quan đến việc xử lý ảnh vân tay Lớp Minutiae chứa liệu chi tiết số ph-ơng thức xử lý chi tiết nh- quay tịnh tiến Lớp Functions chứa số hàm tĩnh để xử lý ảnh chi tiết nh- so sánh chi tiết, so sánh ảnh, khoảng cách chi tiết, Hình 4.0: Giao diện ch-ơng trình nhận dạng vân tay Việc đối sánh tính h-ớng vân tay cục đ-ợc thực Form ch-ơng trình Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ 46 ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Các Form ch-ơng trình đuợc thiết kế đơn giản, đầy đủ chức thân thiện 4.2 CáC THUậT TOáN ĐƯợC Sử DụNG Để thực thi số thuật toán nh-: tính h-ớng vân tay cục bộ, chuẩn hóa ảnh, tăng c-ờng ảnh, nhị phân hóa, tìm x-ơng vân, tìm chi tiết Bạn vào Công cụ/Kiểm nghiệm thuật toán Khi Form để bạn tiến hành b-ớc Click vào nút Mở ảnh để chọn ảnh bạn muốn kiểm nghiệm 4.2.1 Thuật toán tính h-ớng vân tay cục 4.2.1.1 Ph-ơng pháp Để tính h-ớng vân tay cục vị trí điểm ảnh [x i, yj] Xét « vu«ng cã kÝch th-íc tïy ý (theo khun c¸o nên chọn 17x17 nhiên chọn kích th-ớc ô vuông nhỏ để tăng tốc độ xư lý) TÝnh Gxy theo c«ng thøc: Gxy x h, y k y xi h, y j k h 8 k 8 x i j TÝnh Gxx theo c«ng thøc: Gxx ( x h, y j k ) ( x h, y k ) 8 h 8 k 8 x i TÝnh Gyy theo c«ng thøc: Gyy 8 h 8 k 8 y i j Ci cïng h-íng cơc vị trí điểm ảnh [xi, yj] đ-ợc tính bëi c«ng thøc: 2Gxy Gxx Gyy ij 90 arctan x y đ-ợc thành phần gradient đ-ợc tính qua mặt nạ (3x3) Sobel 4.2.1.2 Kết thực thi Để kiểm nghiệm kết quả, bạn click vào vị trí ảnh vân tay Ch-ơng trình vẽ h-ớng vân tay cục điểm Hình d-ới kết việc click số lần lên ảnh vân Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ 47 ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Hình 4.1: H-ớng vân tay cục 4.2.2 Thuật toán chuẩn hóa ảnh 4.2.2.1 Ph-ơng pháp Đầu tiên tính kỳ vọng ảnh theo c«ng thøc width height m I x 1 y 1 ( x, y ) width * height Tiếp đến tính giá trị ph-ơng sai ảnh theo công thức width height v (I x 1 y 1 ( x, y ) m) width* height TiÕp theo tính giá trị mức xám theo công thức m I x, y m0 ' I [x,y]-m I [x,y]-m v0 / v I [x,y]>m v0 / v I [x,y] m 4.2.2.2 Kết thực thi Click vào nút Chuẩn hóa ta đ-ợc kết thực thi nh- sau: Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ 48 ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an T×m hiĨu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Hình 4.2: ảnh đà đ-ợc chuẩn hoá 4.2.3 Thuật toán tăng c-ờng ảnh 4.2.3.1 Ph-ơng pháp Tìm mặt nạ điểm theo c«ng thøc x y g ( x, y : , f ) exp - 2 2 cos(2 f.x ) X y Trong h-ớng vân tay cục điểm Và f tần suất vân tay cục điểm Nh-ng việc tính toán tần suất vân tay cục điểm ảnh phức tạp nên -ớc l-ợng giá trị f phù hợp (1/5,1/7,1/9,) Đồng thời [x, y] đ-ợc tính theo công thức x cos(90 ) sin(90 ) x sin y -sin(90 ) cos(90 ) y cos cos x sin y Thùc hiƯn nh©n chËp mặt nạ thu đ-ợc với ma trận ảnh Giá trị cấp xám điểm ảnh giá trị điểm kết nhân chập 4.2.3.2 Kết thực thi Click vào nút Tăng c-ờng ta thu đ-ợc kết ảnh vân tay sau tăng c-ờng nh- sau Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hùng - 46K1 ~ 49 ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay Hình 4.3: ảnh đà đ-ợc tăng c-ờng 4.2.4 Thuật toán tách ng-ỡng tự động 4.2.4.1 Ph-ơng pháp Tìm ng-ỡng cách: Gọi t(g) số điểm ảnh có giá trị g, m(g) giá trị trung bình điểm ảnh có giá trị g: g t ( g ) h(i ) i 0 g m( g ) i.h(i) i t(g) Gọi G số cấp xám đ-ợc xét, P số điểm ảnh đ-ợc xét: f (g) t(g) * m( g ) m(G 1) P t(g) Giá trị ng-ỡng cần tìm , cho () = max (g) Rồi tách ng-ìng Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhd 77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77t@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn.Stt.010.Mssv.BKD002ac.email.ninhddtt@edu.gmail.com.vn.bkc19134.hmu.edu.vn SVTH: Phan Thanh Hïng - 46K1 ~ 50 ~ GVHD: ThS NguyÔn Quang Ninh C.33.44.55.54.78.65.5.43.22.2.4 22.Tai lieu Luan 66.55.77.99 van Luan an.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.22 Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an.Tai lieu Luan van Luan an Do an Tìm hiểu kỹ thuật xử lý ảnh vân tay I(x,y) I(x,y) 0)) return TRUE; if ((p1 + p4 + p6) == && (p3 * p5 * p8 > 0)) return TRUE; if ((p1 + p2 + p4) == && (p5 * p7 * p8 > 0)) return TRUE; if ((p6 + p7 + p8) == && (p1 * p2 * p3 > 0)) return TRUE; if ((p3 + p5 + p8) == && (p1 * p4 * p6 > 0)) return TRUE; if ((p5 + p7 + p8) == && (p1 * p2 * p4 > 0)) return TRUE; if ((p2 + p3 + p5) == && (p4 * p6 * p7 > 0)) return TRUE; if ((p4 + p6 + p7) == && (p2 * p3 * p5 > 0)) return TRUE; return FALSE; } Và cuối việc tìm x-ơng đ-ợc thùc hiÖn nh- sau: void MakeBone() { BOOL Manh = FALSE; Stack S; S.Empty(); // Khởi tạo ngăn xếp rỗng while (!Manh) { Manh = TRUE; for (int i=0; i