Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống xác thực người dùng sử dụng công nghệ nhận dạng vân tay trên thẻ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN XIÊM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG XÁC THỰC NGƢỜI DÙNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÂN TAY TRÊN THẺ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN XIÊM NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG XÁC THỰC NGƢỜI DÙNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ NHẬN DẠNG VÂN TAY TRÊN THẺ Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT VIỄN THƠNG NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS HỒNG PHƢƠNG CHI Hà Nội - 2018 MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ABATRACT THESIS MỞ ĐẦU 3_Toc511718178 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG VÂN TAY 1.1 Các khái niệm, định nghĩa chung 1.1.1 Định nghĩa dấu vân tay 1.1.2 Nguyên lý hoạt động công nghệ sinh trắc học dấu vân tay 1.1.3 Công nghệ sinh trắc học gì? 1.1.4 Một số ứng dụng sử dụng sinh trắc học vân tay phổ biến 10 1.1.5 Thẻ thơng minh gì? 13 1.1.6 Các ứng dụng thẻ thông minh 16 1.2 Hệ thống nhận dạng vân tay 17 1.2.1 Tổng quan 17 1.2.2 Hệ thống nhận dạng vân tay trực tuyến 19 1.2.3 Hệ thống nhận dạng dấu vân tay trực tiếp thẻ thông minh 21 1.3 Phạm vi nghiên cứu đề tài 24 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ THUẬT TOÁN VÀ KIẾN TRÚC 25 2.1 Khái niệm sở 25 2.1.1 Khối xử lý kít phát triển Raspberry Pi 25 2.1.2 Giao tiếp cảm biến vân tay với xử lý trung tâm Raspberry Pi 26 2.1.3 Minutiae dấu vân tay Các bước trích xuất dấu vân tay 28 2.2 Các thuật tốn có 31 2.3 Mơ hình triển khai Raspberry Pi 32 2.4 Thuật toán 33 2.4.1 Giao tiếp SPI cảm biến NB-1010-S với khối xử lý kít phát triển Raspberry Pi 33 2.4.2 Trích xuất ảnh vân tay 41 2.5 Kết luận chƣơng 53 CHƢƠNG 3: TRIỂN KHAI VÀ THỰC NGHIỆM 54 3.1 Cấu trúc liệu 54 3.1.1 Khối quét ảnh vân tay 54 3.1.2 Khối triết xuất vân tay Raspberry Pi(hình 3.3) 54 3.2 Mã nguồn 55 3.2.1 Khối quét ảnh vân tay 55 3.2.2 Khối trích xuất ảnh 56 3.3 Biên dịch chạy thử 57 3.4 Thử nghiệm khóa cửa vân tay 65 3.5 Kết luận chƣơng 67 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH 71 PHỤ LỤC 72 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.3: Một số hình ảnh vân tay ngƣời 11 Hình 1.4: Ứng dụng nhận dạng vân tay lĩnh vực ngân hàng 13 Hình 1.5: Nhận dạng vân tay iPhone 13 Hình 1.6: Thẻ thơng minh 14 Hình 1.7: Thẻ thông minh đầu đọc 15 Hình 1.8: Thẻ thơng minh không tiếp xúc 15 Hình 1.9: Chip xử lý thẻ 16 Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống xác thực dấu vân tay 18 Hình 1.11: Mơ hình hệ thống xác thực dấu vân tay trực tuyến 19 Hình 1.12: Mơ hình minh họa hệ thống máy chấm công 20 Hình 1.13: Mơ hình xác định dấu vân tay thẻ 21 Hình 1.14: Sơ đồ khối nhận dạng vân tay thẻ 24 Hình 2.1: Kít phát triển Raspberry Pi[9] 25 Hình 2.2: Phần cứng kít phát triển Raspberry Pi[9] 26 Hình 2.3: Cảm biến vân tay NB-1010-S 27 Hình 2.4: FFC connector 27 Hình 2.5: Vân tay 29 Hình 2.6: Bề mặt S vùng vân tay 30 Hình 2.7: Điểm Core Delta 30 Hình 2.8: Một số loại Core thƣờng gặp[2] 31 Hình 2.9: Các điểm Minutiae Ridge Ending (điểm kết thúc) Bifurcation (điểm rẽ nhánh) 31 Hình 2.10: Kiến trúc trích xuất vân tay 32 Hình 2.11: Khối tiền xử lý 33 Hình 2.12: Giao diện bốn – dây SPI 33 Hình 2.13: Giao diện SPI 34 Hình 2.14: Hình ảnh trực quan hình cảm biến 35 Hình 2.15: Giao tiếp vật lý SPI 35 Hình 2.16: Cài đặt đƣờng truyền SPI 35 Hình 2.17: Cấu trúc yêu cầu 36 Hình 2.18: Cấu trúc phản hồi tiến trình hoạt động bình thƣờng 36 Hình 2.19:Cấu trúc phản hồi tiến trình bị lỗi 36 Hình 2.19: Trình tự GET LINE 39 Hình 2.20: Thuật tốn qt ảnh cảm biến 41 Hình 2.21: Sơ đồ khối trích xuất đặc trƣng vân tay 41 Hình 2.22: Sơ đồ khối bƣớc tiền sử lý 42 Hình 2.23: Ảnh đƣợc khoanh vùng(phần màu trắng) 43 Hình 2.24: Ảnh vân tay trƣờng định hƣớng nó[2] 44 Hình 2.25: Một ảnh định hƣớng vân tay đƣợc tính lƣới 16x16[2] 44 Hình 2.26: Ƣớc lƣợng trƣờng định hƣớng (a) Một cửa sổ định hƣớng điểm [xi,yi] (b) x-signature tƣơng ứng với cửa sổ định hƣớng[2] 46 Hình 2.27: Một số ảnh vân tay 47 Hình 2.28 : Biểu diễn đồ họa lọc Gabor xác định tham số  = 90, f = 1/5, x = y = 3[2] 48 Hình 2.29 : Ảnh vân tay ban đầu (a), ảnh chuẩn hóa nó(b), ảnh sau lọc Gabor( c).[2] 49 hình 2.30 : Ảnh xám ban đầu (a), ảnh sau nhị phân (b), ảnh sau làm mảnh (c).51 Hình 2.31 : Hai ví dụ phát chi tiết xƣơng 52 Hình 2.32: Các loại minutiae giả [2] 52 Hình 2.33 : Cách loại bỏ số loại minutiae[2] 53 Hình 2.34 : Minutiae đúng, sau loại bỏ minutiae giả[2] 53 Hình 3.1: Khối kiểm tra điểm tiếp xúc ngón tay 54 Hình 3.2: Khối quét ảnh vân tay 54 Hình 3.3: Khối triết xuất ảnh 55 Hình 3.4: Mạch nguyên lý 57 Hình 3.5: Mạch in 2D 58 Hình 3.6: Mạch in 3D 59 Hình 3.7: Bật Terminal Raspberry Pi 60 Hình 3.8: Bƣớc make config 61 Hình 3.9: Bƣớc make it 61 Hình 3.10: File exe đƣợc tạo tron thƣ mục bin 61 Hình 3.11: Chạy file extractMoC 62 Hình 3.12: Đang chạy file extractMoC 62 Hình 3.13: Đang chạy mạch 63 Hình 3.14: Kết thúc trình mạch 63 Hình 3.15: Kết thúc trình Raspberry Pi 64 Hình 3.16: Hình ảnh vân tay thu đƣợc từ cảm biến 64 Hình 3.17: Đầu khối trích xuất 65 Hình 3.18: Bộ thiết bị khóa vân tay 66 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Sự khác hai hệ thống 22 Bảng 2.1: Các chân NB-1010-S sử dụng kết nối FFC 28 Bảng 2.2: Dải điện áp nguồn 28 Bảng 2.3: Bảng yêu cầu nhà sản xuất cung cấp 37 Bảng 2.4: Bảng thơng số trả có lỗi 37 Bảng 2.5: Cấu trúc lệnh yêu cầu GET LINE 38 Bảng 2.6: Thông số tham số P1 lệnh yêu cầu GET LINE 38 Bảng 2.7: Cấu trúc phản hội GET LINE 38 Bảng 2.8: Cấu trúc phản hồi trả hoàn thành quét xong liệu 38 Bảng 2.9: Cấu trúc yêu cầu FINGER PRESENT 39 Bảng 2.10: Cấu trúc phản hồi FINGER PRESENT 40 Bảng 3.1: Kết đo đƣợc thực file extractMoC 10 lần 67 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ICC Integrated Circuit Card RFID Radio Frequency Identification EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ROM Read-only Memory RAM Random Access Memo IHF In High Frequency NFC Near-Field Communications MoC Match On Card SPI Serial Perpheral Bus DIY Do It Yourself ATM Automated Teller Machine LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực tơi phối hợp với nhóm nghiên cứu phịng lab TS Hồng Phƣơng Chi, đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn khoa học TS Hoàng Phƣơng Chi Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn trung thực hồn tồn thống không chép từ luận văn đƣợc công bố Các thông tin sử dụng luận văn có nguồn gốc đƣợc trích dẫn rõ ràng Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Tác giả luận văn Nguyễn Văn Xiêm 79 case ERR_MOD_PARAM_FIELD: //fall through case ERR_MOD_SENSOR_FAIL: //fall through case ERR_MOD_UNKNOWN_COMMAND: return Status; //Return the module error code break; default: return ERR_API_SPI_RES_STAGE; //Return general error in response stage break; } } } Thƣ viện ScanImage.h #ifndef SCANIMAGE_H #define SCANIMAGE_H void ScanImage(uint8_t []); #endif #include #include #include "Pi.h" #include "User.h" #include "ScanImage.h" void ScanImage(uint8_t data[46080]) { BSP_Config_HW (); uint8_t score[1]; uint16_t j=0,i=0; uint8_t err=1, error=1; uint8_t data_seri[12]; NEXT_MODULE_t* Module; unlink("image.txt"); unlink("image.JPG"); while(1) { error = NEXT_Module_FingerPresent(Module, score,0x01); printf("Dat ngon tay vao cam bien\n"); BSP_Delay_ms(1000); if(score[0] (b) ? (a) : (b)) min(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b)) sround(x) ((int) (((x)