Nghiên cứu ứng dụng sinh trắc vân tay

Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SAO ĐỎ BÙI BẢO TRUNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH TRẮC VÂN TAY LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HỮU PHÁT HẢI DƯƠNG – NĂM 2018 Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết nghiên cứu đưa khóa luận tốt nghiệp kết thu trình nghiên cứu riêng tơi với sự hướng dẫn thầy Nguyễn Hữu Phát, không chép kết nghiên cứu tác giả khác Nội dung nghiên cứu có tham khảo sử dụng số thông tin, tài liệu từ nguồn tài liệu đã liệt kê danh mục tài liệu tham khảo Nếu sai tơi xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Hải Dương, ngày 15 tháng năm 2018 Tác giả luận văn BÙI BẢO TRUNG Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sinh trắc học vân tay 1.1.1 Lịch sử sinh trắc học vân tay 1.1.2 Cơ sở khoa học sinh trắc học vân tay 1.1.3 Mối liên hệ vân tay thùy não 1.2 Đặt vấn đề 1.3 Giải vấn đề 1.3.1 Mơ hình hệ thớng 1.3.2 Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Lý thuyết ảnh vân tay 11 2.1.1 Tạo ảnh vân tay 11 2.1.2 Đặc trưng vân tay 13 2.1.3 Các đặc điểm đặc trưng vân tay 13 2.1.4 Phương pháp thuật toán xử lý ảnh 14 2.1.5 Phân loại chủng vân tay 19 2.2 Lập trình giao diện người dùng GUI Matlab 22 2.2.1 Mục đích lập trình giao diện người dùng GUI matlab 22 2.2.2 Tạo giao diện người dùng GUI matlab 22 2.3 Lập trình Webserver 25 2.3.1 Lập trình sở liệu MySQL 25 2.3.2 Lập trình PHP 28 2.4 Lập trình Android 32 2.4.1 Tổng quan hệ điều hành Android 32 2.4.2 Đặc điểm 33 2.4.3 Kiến trúc thành phần Android 34 2.4.4 Các thành phần ứng dụng Android 37 CHƯƠNG III PHÂN TÍCH THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG 40 3.1 Xử lý ảnh vân tay Matlab 41 3.1.1 Thuật toán xử lý ảnh 41 Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ 3.1.2 Làm ảnh vân tay 41 3.1.3 Phương pháp triết suất điểm Singularity (Điểm Core Delta) 44 3.2.4 Nhận dạng ảnh đầu vào ảnh vân tay từ máy quét 48 3.2.5 Thuật tốn tìm tổng sớ vân vân tay – Chỉ số TFRC 49 3.2.6 Thuật tốn tìm chủng vân tay 50 3.2 Website sinh trắc học vân tay giao tiếp Client, Server 52 3.2.1 Hệ thống website sinh trắc học vân tay 52 3.2.2 Giao tiếp client – server (cơ chế truyền nhận liệu qua Webserver) 59 3.3 Lập trình ứng dụng xem kết sinh trắc Android 65 3.3.1 Yêu cầu chức ứng dụng 65 3.3.2 Mơ hình hệ thớng ứng dụng 66 3.3.3 Triển khai 67 CHƯƠNG TRIỂN KHAI THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 71 4.1 Ứng dụng Matlab PC 71 4.1.1 Xử lý ảnh phần mềm Matlab 71 4.1.2 Giao diện người dùng 75 4.2.1 Giao diện tin tức quảng cáo sự kiện 76 4.2.2 Giao diện quản trị 77 4.2.3 Giao diện khách hàng 77 4.2.4 Chức khác 80 4.3 Ứng dụng Android 80 4.3.1 Khai báo quyền sử dụng file AndroidManifest.xml 80 4.3.2 Chức đăng nhập hệ thống để lấy kết 82 4.3.3 Chức hiển thị kết lấy từ server 83 4.3.4 Chức xem kết sinh trắc 84 4.3.5 Giao diện dành cho admin 86 4.4 Đánh giá thực nghiệm kết sinh trắc người dùng 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC A 922 PHỤ LỤC B 933 Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt DMIT Dermatoglyphics Multiple Phương pháp khoa học phân Intelligence Test tích tiềm não NGF Nerve Growth Factor Yếu tố tăng trưởng thần kinh EGF Epidermal Growth Factor Yếu tớ kích thích tăng trưởng tế bào TFRC Total Finger Ridge Count Tổng số đường vân tay mười ngón tay GUI Graphic user interface Giao diện đồ họa người dùng PHP Hypertext Preprocessor Tiền xử lý văn SDK Software Development Kit Bộ công cụ phát triển phần mềm Application Programming Giao diện chương trình ứng Interface dụng HyperText Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn explained Global System for Mobile Hệ thống điện thoại viễn Communications thơng tồn cầu Integrated Development Mơi trường phát triển tích Environment hợp JDK Java Development Kit Cơng cụ phát triển Java JSON JavaScript Object Noattion Ký hiệu đối tượng dạng API HTML GSM IDE javascript URL Uniform Resource Locator Học viên: Bùi Bảo Trung Định vị nguồn dạng Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Tỉ lệ chủng vân tay 21 Bảng 2 Bảng kiểu liệu 30 Bảng Chỉ số Poincare .47 Bảng Lưu lượng quang (Số pixel trắng/Tổng số pixel ảnh nhị phân) .51 Bảng 3 Bảng kết sinh trắc 55 Bảng Bảng loại tin 56 Bảng Bảng thể loại 57 Bảng Bảng tin 57 Bảng Bảng thông tin khách hàng 58 Bảng Bảng thông tin kết 59 Bảng Bảng liệu vân tay .63 Bảng Khai báo quyền hạn ứng dụng 81 Bảng Bảng kết thực nghiệm 88 Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1 Ứng dụng sinh trắc học vân tay [1] Hình Mối liên hệ vân tay thùy não [2] Hình Khoa học DMIT [3] Hình Sơ đồ hệ thống sinh trắc học vân tay .8 Hình Sơ đồ khối hệ thống sinh trắc học vân tay Hình Ảnh vân tay chụp từ thiết bị tương ứng [4] 12 Hình 2 Điểm core delta[6] 13 Hình Một số loại Core thường gặp [6] 14 Hình Các điểm Minutiae Ridge Ending (điểm kết thúc) Bifurcation (điểm rẽ nhánh) [7] 14 Hình Hình Ảnh vân tay ban đầu (a), ảnh chuẩn hóa nó(b) 17 Hình Một số chủng vân tay Whorl 19 Hình Chủng vân tay Loop 19 Hình Chủng vân tay Arch .20 Hình Hình Khởi tạo GUI mới 22 Hình 10 Giao diện trớng – GUI 23 Hình 11 Hình cửa sổ Inspector 24 Hình 12 Biểu tượng hệ điều hành Android 32 Hình 13 Kiến trúc hệ điều hành Android 34 Hình 14 Các thành phần ứng dụng Android 37 Hình 15 Vòng dời Activity 38 Hình Sơ đồ tổng quan xử lý ảnh vân tay 41 Hình Hình ảnh gớc ảnh đã nâng cao chất lượng 43 Hình 3 Ảnh vân tay trường định hướng 45 Hình Một ảnh định hướng vân tay tính lưới 16×16 45 Hình Cách tính sớ Poincare điểm (i, j) với Np = .47 Hình Quy trình dạng ảnh đầu vào ảnh vân tay từ máy quét .48 Hình Hình quy trình xác định sớ TFRC 49 Hình Sơ đồ khới quy trình xác định chủng vân tay 50 Hình Biểu đồ phân cấp chức 53 Hình 10 Biểu đồ luồng liệu mức khung cảnh 53 Hình 11 Sơ đồ chức khách hàng 54 Hình 12 Sơ đồ chức Admin .54 Hình 13 Cở sở liệu website 55 Hình 14 Cơ sở liệu gửi x́ng ứng dụng di động 55 Hình 15 Mơ hình gửi liệu lên server 60 Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ Hình 16 Sơ đồ luồng liệu gửi lên server 60 Hình 17 Mơ hình lấy liệu từ webserver x́ng ứng dụng di động 64 Hình 18 Mơ hình hệ thớng dạng khới .66 Hình 19 Lưu đồ thuật toán 66 Hình Sơ đồ khới hệ thống 71 Hình Giao diện load ảnh vào phần mềm để xử lý 72 Hình Kết thơng tin nạp ảnh đầu vào 72 Hình 4 Ảnh vân tay đã xử lý 73 Hình Xử lý vân tay 73 Hình Xác định sớ TFRC 74 Hình Đăng nhập gửi kết lên server 74 Hình Giao diện phần mềm xử lý ảnh matlab 75 Hình Giao diện website 76 Hình 10 Giao diện quản trị 77 Hình 11 Giao diện update thông tin xem kết 77 Hình 12 Giao diện kết tóm tắt 78 Hình 13 Kết chi tiêt 79 Hình 14 Giao diện đăng nhập 82 Hình 15 Giao diện kiểm tra kết nới internet .82 Hình 16 Kết lấy từ server 83 Hình 17 Giao diện mục cần xem 84 Hình 18 Giao diện kết “Tiềm năng” khách hàng 85 Hình 19 Giao diện kết “Tính cách” “Năng lực học tập” khách hàng 85 Hình 20 Giao diện “Định hướng nghề nghiệp” “4 số bẩm sinh” khách hàng .86 Hình 21 Giao diện đăng nhập dành cho quản trị viên 86 Hình 22 Giao diện quản trị viên dùng để update thông tin khách hàng 87 Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU Dựa thành tựu nghiên cứu tiềm người, nhà khoa học giới đã đúc kết cơng trình nghiên cứu ngành khoa học dấu vân tay (Dermatoglyphics) Đây ngành khoa học nghiên cứu mối liên hệ dấu vân tay với sự hình thành, phát triển, cấu trúc não sự phân bố nơ ron thần kinh người Thông qua sinh trắc học vân tay có thể xác định lực học tập, tính cách bẩm sinh cá nhân để có định hướng giáo dục phù hợp Trên giới hiện nay, loại hình dịch vụ sinh trắc học vân tay phát triển Nó thu hút lượng lớn sự quan tâm, từ bậc cha mẹ Chỉ cần tìm cụm từ “sinh trắc vân tay” Internet, gần 40 giây, triệu kết liên quan hiện với vô số trung tâm nhận kiểm tra vân tay để biết khả trội cá nhân Các trung tâm xem sinh trắc học vân tay ngày nhiều, với đó, giá lần sinh trắc dao động từ triệu đến hàng chục triệu đồng thực hiện cho gia đình Với quy mơ tính khả thi cơng nghệ này, em mong muốn xây dựng hệ thống xem sinh trắc học vân tay đơn giản hơn, tiện lợi dễ dàng đến với người dùng Phạm vi thực hiện đồ án tập trung vào triển khai ứng dụng xử lý ảnh vân tay matlab xem kết ứng dụng android Tuy nhiên, ý tưởng đồ án hướng tới triển khai webserver để thành hệ thớng hồn thiện Đề tài đã đã hoàn thành mục tiêu đề với nội dung sau Chương Tổng quan đề tài Khái quát lý chọn đề tài phương pháp giải quyết, tiến hành Chương Cơ sở lý thuyết Đưa khái niệm, kiến thức lập trình Matlab, lập trình Android lập trình web PHP, HTML Chương Phân tích thiết kế xây dựng hệ thống Xây dựng kịch hoạt động chi tiết mong muốn hệ thống sinh trắc học vân tay Trình bày phần hệ thống bao gồm: Sơ đồ khối, thuật toán phát triển, cách thức xây dựng kỹ thuật lập trình Chương Triển khai, thử nghiệm hệ thớng Tiếp nhận kết từ chương 3, dựa kịch sơ đồ thiết kế, kết hợp phần sở lý thuyết đã tìm hiểu chương 2, chương vào xây dựng ứng dụng, xử lý ảnh vân tay matlab PC xem kết thiết bị di động Ngoài kết có từ chương trước, chương cho ứng dụng giao diện ưa nhìn dễ sử dụng Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG I TỔNG QUAN Nội dung chương em vào giới thiệu nội dung đề tài phân tích, đưa khái niệm sinh trắc học vân tay, lịch sử sở khoa học nó để chứng minh tính đắn đề tài 1.1 Tổng quan sinh trắc học vân tay Khoa học DMIT – Dermatoglyphics Multiple Intelligence Test [3] ngành khoa học phân tích mật độ tế bào não – khám phá tiềm bẩm sinh thông qua phân tích sinh trắc dấu vân tay Sớ lượng đường vân tay đầu ngón tay đại diện mật độ tế bào thần kinh vỏ não Do đó nó phản ánh khả học tập bẩm sinh người thường biết đến tốc độ liên kết tế bào não Khoa học DMIT xây dựng dựa nhiều ngành nghề nhiều cơng trình nghiên cứu khác có lịch sử phát triển lâu dài Hình 1 Ứng dụng sinh trắc học vân tay [1] Học viên: Bùi Bảo Trung Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Trường Đại học Sao Đỏ Luận văn Thạc sĩ 4.2.4 Chức khác Ngồi website có chức update thông tin liên quan đến sinh trắc học vân tay, đăng tải, giới thiệu sản phầm dành cho Admin Mang lại mục đích thương mại cho hệ thống 4.3 Ứng dụng Android 4.3.1 Khai báo quyền sử dụng file AndroidManifest.xml Cũng ứng dụng khác, quyền hạn ứng dụng khai báo file AndroidManifest.xml Các quyền hạn điều kiện bắt buộc để ứng dụng thực hiện chức Điều kiện phiên hệ điều hành: Ứng dụng “xem kết sinh trắc vân tay” sử dụng internet để thiết lập liên lạc server ứng dụng Theo Google, thiết bị phải sử dụng hệ điều hành Android 4.0 (API 14) trở lên có hỗ trợ phần cứng thích hợp [17] Do đó điều kiện ràng phiên Android là: Điều kiện trạng thái hình: Trong trình sử dụng, người dùng tùy ý xoay hình dùng ứng dụng khác Khi có sự thay đổi trạng thái kích thước, định hướng hình (dọc hay ngang) thành phần giao diện bị vẽ lại Do đó dẫn đến trạng thái xử lý Trong thẻ cần khai báo lưu trạng thái hình: