Phân loại vân tay tự động dựa trên các điểm dị thường

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tân đề tài: Phân loại vân tay tự động dựa điếm dị thường • 1/ • • o ■ (Báo cáo tống hợp đề tài NCKH cấp ĐHỌG khoa Công nghệ quan lý) Mà số: QC.04.07 Chủ nhiệm đề tài: TS Trịnh anh Vũ QUO'' tĐJ A A Il H O U CI VrJUV TQUNGT^N p Hà nội 2005 i / (§ _ A MỤC LỰC Tranư Mớ đầu: 1.2 Giải thích chừ viết t ắ t 1.3 Danh sách người tham gia đề t i 1.4 Danh mục số l i ệ u 1.5 Danh mục hình v ẽ 1.6 Tóm tẳt kết dề tài N C K H Nội dung chính: 2.1 Đặt vấn đ ề 2.2 Tông quan vân đê nghiên c ứ u .5 2.3 Nội dung kêt nghiên c ứ u 2.3.1 Tài liệu vê xác định tiêu chuàn điêm kỳ dị kỳ thuật tách điêm n y 2.3.2 Tài liệu tiêu chuẩn xắp xếp, phân loại vân tay dựa điếm kỳ dị tách đ ợ c : 2.3.3 Tài liệu nhận dạng vân tay theo trường định h ng 2.3.4 Phần mềm phân loại nhận dạne tự đ ộ n g 2.4 Thảo l u ậ n Tài liệu tham kháo Phụ l ụ c 4.1 Phụ lục .9 4.2 Phụ lục 31 4.3 Phụ lục .39 4.4 Phụ lục 4 47 Phiếu đănR ký kết nahiên cứu khoa h ọ c 53 M đầu 1.2 PIN AT M FTIR Led CCD 1.3 Giải thích chừ viết tắt Personal Identification Number s ố nhận dạng cá nhân Automatic Teller Machine Máy rút tiền tự động Frustrated Total Internal Reflection Light Emitting diode Đi ốt phát quang Charge Coupled Device Danh sách nhừng người tham gia thực đề tài : : : : : TT Họ tên Học vị Chuyên ngành Cơ quan công tác Trịnh anh Vũ TS ĐT-VT BM Viễn thông Dương thị quỳnh Thu CN ĐT-VT Trung tám CN ĐT-VT Trung tâm CN ĐT-VT BM Viên thônu 1.4 1.5 Hình Hình Hình Hình Hình Hỉnh Hình Hỉnh Hình Hình Hình Hình Lê quang Tịan Trân mạnh Hà Danh mục ban sơ liệu Danh mục hình vẽ Một sơ loại vân tay điên hình Kiến trúc hệ thong nhận thực tụ1độns Một số kiêu thu vân tay Đầu cuối đường gồ đ ườns gơ rẽ nhánh Thuật tốn làm nơi bật vân tay Kết qua làm nôi bật vân tay Bộ lọc Gabor đối xứng, chẵn Gian đồ phân loại vân tay anh cua củng vân tay 10 Cấu trúc đườne ííồ xấp hàng cua vân tay 1 Hộp biên íiiới hạn sai lệch hiệu chinh 12 Ket qua áp dụnu thuật tốn nhận dạng 1.6 T Ĩ M TẮT N H Ữ N G KẾT QUẢ CHÍNH CỦA ĐỀ TÀI NCKH Tên đề tài: Phân loại phân tay tự động dựa diem dị thường Tiếng anh: :The autom atic fingerprint classification base on singular points Mã số: QC.04.07 Chủ trì đề tài: TS Trịnh anh Vũ Những kết chính: a) Ket khoa học: (Những đóng góp đề tài, cơng trình khoa học cơng bổ) Có báo cáo Khoa học Hội nghị Vơ tuyến Điện tử tồn quốc REV04 tạp chí Khoa học ĐHQG hà nội b) Ket phục vụ thực te (sản phâm công nghệ, kha năne; áp dụng thực tế) Một phân mêm nhận dạng có khả phục vụ thực tê c) Kết đào tạo: (so s v , học viên cao học, NCS làm đề tài) 01 học viên cao học tham gia dê tài d) Ket nâng cao tiềm lực khoa học (trình độ cán bộ, trane, thiêt bị) Tài liệu nghiên cứu phục vụ đào tạo cán e) Tình hình sử dung kinh phí Đã xử dụng hết 30.000.000 đ Chu nhiệm đê tài Xác nhận đơn vị Nội dung chính: 2.1 Đ ặt vấn đề (M ục tiêu đề tài): Vân tay có tính chất đặc thù cá người Việc sử dụns kv thuật phân loại nhận dạng vân tay tự động nghiên cửu áp dụng nhiêu phạm vi khác : An ninh, điêu tra hình sự, ạiao dịch thương mại (phụ lục 4.1) Mục tiêu đề tài là: Trên sơ nghiên cứu đặc điêm câu trúc vân tay , xây dựng phần mềm tự động phân loại nhằm 2 ỵ G A x y ) G v(x.y) 1- /- II'/ (3a) va f ;(/ /) = ' ẳ ' sWv(-v-.v)-G;(.v.v)i (3b) gradient na,ane N(x,y) gradient dọc G) ( x \ ) moi pixel (x y) tính bàng mặt nạ Sobel 3x3 đon gian toán tư mặt nạ tinh tế Do có tạp nhiễu méo, trường định hướng ước lượng C O the kh ô n s trơn Đe loại bo điều dùng lọc thông thâp (mức khoi dà 40 vf ; : trơn u ! me,',GaUSSian sứ dung đê nhận'đuạc I o n ' Mương cua đường nối cục đươc làm trơn cuối 9{i,j) - ^-tan’1 K ( U ) KOJ) (4) Hình 1: Trường định hướng chồng lên anh vân tav Variance cục trng định hng Việc ước lượng hướng đường vân nôi tiến hành khỏi (8 \8 pixel) đồng thời việc tách điêm kỳ dị thực mức khơi vị trí điểm kỷ dị chi xác định gần đúne tro nu khôi Kỹ thuật nêu báo nhằm tách điêm kỳ dị theo định nghĩa vùng xung quanh điểm (e,ọi vùng quan tâm) có hướng cua trường định hướng thay đơi nhanh ảnh vân tay Variance cục trường định hướng tính trẽn vùng 3x3 khơi với khối (i,j) trung tâm Gọi A0p.q(ij) sai khác hướng hướng cua khối (i,j) hướng khối cạnh (i+p,j+q), ý đên góc bù 180 cua ta có: í \ỡ{i, i ) - ỡ( ị + p ị + cị)\, AO (ị ị) = min1 ; n' '( 180" - \ { i ị ) - (i + p j + q\ \ I _ „ , ,p f-L ,+ l (5) Variance cục cua trường định hướng (i,j) 41 /) i r c/ (6) Trong X ký hiệu giá trị trung bình cua X tính đối ; VƠ1 (5) đơi với khối có variance trội nhăm phân lớp vân tay Tích luỹ thay đổi cục trng định hng Mọt phương phap khac đs xác định vùng vtký dị” tính tích luv sư thay đoi trương đ;nh hướng khôi xung quanh khối truns tâm cua cụm 3x3 khoi (thươngtính theo chiêu ngược kim đơng hồ), thuật tốn tính khối trung tâm (i,j) sau: - ị f +^ '/' Ỡk - ỡ k^ < - n l if ek - e M > n ì * - ( 0, - 0í+1) Ở /c=l,2, - e i , x < ĩ t ! |) - n l l < e i (7 ) and 0ọ=6i Có biêu thức tính tích luỳ thay đôi cua trường định hướng l7T 5>A* s.I = — S = 2^n- Hk K \ (8) Tại vị trí Core Delta ảnh vân tay, Si -1/2 1/2 theo chi số Poincare [5], tất vị trí khác s Ị băng zero Tức Si cho phép ta xác định loại điểm kỳ dị, tức Core hay Delta Nhưng nêu anh vân tay khơng có điểm kỳ dị theo qui tăc Poincare, S/ không cho thông tin vân tay Ngược lại, s khơng phân biệt Core hay Delta (vì ln bàng 1/2) lại cho thông tin thay đôi cục cua trường định hướng vị trí khác Và chí ảnh vân tay khơng có điêm kỳ dị theo qui tắc Poincare, ln tơn vị trí Chú ý VỊ trí điêm kv dị giá trị s ■•max trons ảnh vân tay ià bât biên đôi VỚI phep CỊua\ \ a dịch Hình minh hoạ ảnh vân tay khơng có Core Delta có vị trí S->max C h úng tơi coi vị trí “kỳ dị 42 a) b) c) H i n h Van tay khơng có Core Delta có S->max a) s 2max= 1.05 09/271, b) s 2max=2 0757/271 s 2max= 1.9865/271 ~c) Kêt thực nghiệm cho thấy vị trí Sýnax trùna với vị trí variance cục cực đại (xem mục 3) với đọ xac khối Nhận thực vân tay%! • • mục nêu phương pháp đơn gian đê nhận thực vân tay dựa trường định hướng Vì sensor gia thiết có kích thước nhỏ, sai khác hướng ảnh thư ánh mẫu tham chiếu cỏ thê coi nhở Ta quay ảnh thử bước nho Nêu anh uiônu sê tôn vị trí mà ánh có thê coi hướng tức hướng cua khôi ảnh tương ứng gân song song với nhau, sai khác hướnu uiữa chúng cực tiêu Kịch ban th ứ nh ất: Hai ảnh thuộc lớp khơng có Core Delta vị trí Sim ax nằm gần trung tâm ảnh (iv) (v) Quay ảnh thứ bước 3° ( quay cực đại 30° thuật toán ứng với 10 bước) Trong mồi buớc hệ toạ độ thiẻt lập; trường định hướng tính; vị trí s :max xác định Gọi vị trí s^m ax (a \b ') vị trí Sýỉui.Y tương ứng ảnh tham chiếu (a,b) Sau mỏ cua sổ l x l khối với tâm (a.b) (a'.b ■) môi anh Sai khác hướng cua mồi cặp khối tương ứng anh tính sau: J h g ) = m \n {\f)(u -h h -g )-9 (a '-iib '-£ )\.iĩ - O ta -h h -Ịiì-íh a -h h ' - ỉỉ I ; 43 h >g (9) Sau tính {U) Emean= mean{ỡs(h g)} Evarì = Variance í J h -10 10 ( 10) H ì n h 3: Cửa sơ m xung quanh vị trí "kỳ d ị " moi h c quay (vi) Sau quay 10 bước, giá trị tối thiêu cua Emean Evari xác định so sánh với giá trị ngưỡng Nếu giá trị tối thiếu cua Emcan E va rỉ nho giá trị ngưõ'ng vân tay thư vân tay tham chiếu coi K ích th ứ h a i' Vân tay thuộc vê lớp có Core Delta Vị trí số tuỳ theo vị trí điêm kỳ dị thứ tìm theo cách quét anh từ trái sang phái từ xuống Trên thực tê đường nơi phản trẽn ngón tay ln chạy từ biên trái sang biên phai điêm kỳ dị thú nhát ln Core, thuật tốn dị tìm sau : (iv) So sánh điểm kỳ dị thứ anh Nêu chúng khác loại rõ ràng ảnh khác (v) Nếu điểm kỳ dị Core, Tuỳ theo vị trí cua chúng anh cua sổ định vị cho chúng chiếm miên anh nhiêu Chú ý cưa sơ khối “kỳ dị” có vị trí giơng (vi) Sau bước nói làm tiếp bước 1,2,3 kịch ban thứ nhât Chi lưu ý số khối trone cưa sô không cô định 11x11 44 Hình so ket qua nhận theo thuật toán đề xuất Gia sư ánh nhận bị quay -17 so với ánh thain chiếu Khi vân tav trona hình 2(b) so sánh với nói, giá trị cực tiêu là: Emeaii=0.0252 E vari—0.00Ọ6 tìm thây bước quay thứ sáu tức ứne với góc quay 6*3=18 (gàn nhât so với ánh tham chiếu, đườnạ cong b-b) Dùnti thuật tốn so sánh ảnh 2(b) với ánh 2(a), giá trị Emean Evari lớn 6-10 lân cực tiêu khơng xảy cùne bước quav T h ả o luận kết Chúng tơi thử nghiệm thuật tốn với sơ dù' liệu hạn chê nhận kết tốt Thuật toán giá sử khác ban đầu vê hướng vị trí vân tay thứ vân tay tham chiếu nho Giá trị ngưỡng chảp nhận vân tay giông đặt là: Emean0.5%, ta có thề khăng định vân tay khác U04 0035 003 025 002 I (b-a) 15; (b-a) 015 /k M 001 Iu 0005 - - ị Ị T i Ro t at io n step F m pfln '0 Ó j Rouưi,1.n s t e P b ) E \ã ỉ\ H ì n h 4: Tương quan cua anh hịm sổ cua góc quay (u) Giá tì ị trims, bình, (b) Giả trị variance Tuy nhiên aiá trị tối thiếu cua Em can E van năm : ngưỡng trẽn cần xem xé thêm tham sả^bõ sung Độ on cua ị cực tiẹu cua E m ean va E n ,r i có xáv^ lại c mg nipt buck qil ay ay không-’ Van đê s ỉ tiêp tục đưọc nghiên cứu tưang lai x ới co 45 sơ dư liẹu lơn đe đanh gia toan diện độ xác hiệu qua cua thuật toán References [1] L o Gorman, Fingerprint verification" ỉn Biomỉrics: Personal Identification in netw orked Society, A.K.Jain, R.Bolle and S.Pankanti Editors, pages 43-64, Kluwer Academic Publishers, 1999 [2] A.M Baze, G.T.B.Verwaaijen, S.H.Gerez, L.P.J.Veelenturf and B.J.vander Zwaag, “A correlation-based fingerprint verification system/' P roc.P roR ISC 2000 W orkshop on Circuits, Systems and Signal Processing, Veldhoven, Netherlands, November 2000 [3] L.Hong,Y Wan and A.J.Jain, “Fingerprint linage Enhancement: Algorithm and Performance Evaluation”, IEEE Transactions on Pattern Analysis a n d M achine Intelligence, vol.20, pp.777-789,1998 [4] A v Trinh and D.T.Nguyen,’’Fingerprint Classification based on Extracted Singular Points” Proceedings 7th International Symposium on D igital Sig na l P rocessing and Communication Systems D SPCS'2003, November, Gold Coast, Australia [5] C.Klimance, A.V.Trinh and D.T.Nguyen, “Accurate Determination of Singular Points and Principal Axes on a Fingerprint,” Proceeding o f //•-/.'/•International C onference TENCON2004, Paper # 0682, November 21-24 Chiang Mai, Thailand Phụ lục 4.4 T huyet minh sử dụng phân mêm xử lý phân loại nhận dạng Giới thiệu: Phân mêm xử lý phân loại nhận dạng cune cấp cho người dùnu hai giao diện rât đơn giản thuận tiện sư dụna, Khi người sư dụnu đưa vân tay vào vân tay trước tiên phai phần mềm phân loại xư lý đưa kêt luận vân tay cúa người dùne, thuộc kiêu trona kiêu: Arch, Whorl, Tented Arch, Left Loop, Right Loop Sau đà xác định kiêu, vân tay người dùng so sánh với vân tay có tro nu sơ dừ liệu, phân mêm nhận dạng sè xứ lý việc so sánh nhanh chI phải so sánh vân tay người dùng với vân tay có kiêu tro nu sở liệu mà so sánh với tất cá vân tay sơ dừ liệu Vì phần mềm xử lý phân loại nhận dạng cuntỉ câp cho người dùng hai giao diện : giao diện có tên Chương trình phân loại giao diện có tên C hương trình nhận dạng H u ó n g flan sử d ụ n g phần mềm phản loại thông qua giao diện : - Sau mở Matlab, từ dấu nhắc Workspace bạn gị vào dịng chữ' chuongtrinhphanloai Sau bạn ấn Enter, bạn thấy giao diện nlur hình : 47 chuonglfinhphanloai jr j Moi ban chon mot van tay de phan loai Bam vao day de hien thi van tay I Tien Hanh Phan Loai 1 05 05 1 0.5 — ‘ - - - - * - e I Í' A rch I I Ỉ" IHIJ'' 'Vhụĩỉ Ị ~ : T e n te d A r c h 1^ "I Left -|1 Cr - Khi m giao diện cho cách mặc định hình ván tay số Bây bạn đưa vân tay vào đẻ phân mêm phân loại, tư giao diện bạn thấy dòng chữ Moi ban chon mot van tay de phan loai, bên dịng chữ hộp danh sánh, bạn bâm chuột vào chỗ mũi tên trỏ xuổng chọn lây vân tay, sau bạn ân nút Bam vao day de hien thi van tay Sau bạn bấm vào nút Tien hanh phan loai, phần mềm cho bạn biết vân tay kiêu gì, hình anh vân tay lên đún g khung ảnh mà bên tên kiêu 4X chuongtrinhphdnlodi CHUONG TRINH PHAN LOAI VAN TAY Moi ban chon mot van tay de phan loai Bam va a *— ■ ^ F m p g rr V I 10 05 05 11 13 14 - - n n -■> _ o~j: T p _ J2_£ _1 n - I Pi - = I P £_= ~| l K i e u A r c h I I K i e u W h o r l I T e n te d A i c h I I Left Lo op I I R iyht -> c h u o n g trin h p h an lo a i BỄDB CHUONG TRINH PHAN LOA! VAN TAY Bạn tiến hành phân loại phần mềm với vân tav khác kêt thị hình đây: chuongtrinhphanloai B líi) CHUONG TRINH PHAN LOAI VAN TAY Moi ban chon mot van tay de phan loai Bam vao dav de hien thi van tav i |_ ■ Tier1 Hanh Phan Loai I 5 - _ Q ■ -ũ Kieu A|ch K ie u V V h o r l Ị |3 *— - - T o r~ lẽ '.l A n -.lì Ị1 ° | — ũ f t ~ L o r i| - ' - _ - I c| ĩ Loot •> chu on g trin h p han loai CHUONG TRINH PHAN LOAI VAN TAY H ng dẫn sử đụng phún mềm nhận dạng thông qua giao diện : - Sau m Matlab từ dấu nhắc Workspace bạn gõ vào dòng chừ chuongtrinhnhandang Sau bạn ấn Enter, bạn se tháy hiên eiao diên hình : & E@ B CHUONG TRINH NHAN DANG VAN TAY Van tay can nhan dang C a c v a n t a y m a u d e Sũ s a n h M o i b a n c h o n van ta y de n h a n da ng Xin ch o n van lay rnau de so san h Hỉ en thi van tav ban da chon I H ien thi van tay m au da chon Moi ban bam vao day de tien hanh so sanh va xem ket qua - Khi bạn m giao diện ra, bạn thây ln có sẵn hai hình anh vân tav có hai khung ảnh giao diện, chúng tỏi đẻ cách mặc định - Sau mời bạn chọn lại vân tay cân đê nhận dạng hộp danh sách phía bên tay trái sau nhấn vào nút Hien thi van tay ban da chon Tiếp theo bạn chọn vân tay có sẵn sở liệu chúng tơi(vân tay mâu) O' hộp danh sách phía bên tay phải, sau mời bạn nhân vào nút Hien thi van ta\ m a u d a chon Sau bạn chọn đù hai vân tay hiẹn thị chung ticn hai khung ảnh giao diện, mời bạn ấn nhấp chuột vào nút Moi ban bam v ao d a y d e tien hĩinh so sa n h va xem ket qua Phan mem se ụen hanh so sánh hay vân tay thời 2,ian ngăn, nêu hai van tay la giong nhan thi hình ảnh vân tav thứ hai, phía bén ta\ phai se hien đong chu Giong Nhau Ngược lại hai vân tay khơng giơng sè 51 dịng chữ K hong giong Bạn có thê thấy rõ điều nàv hai ảnh trang sau -> chuongtrinhnhandđng CHUONG TRINH NHAN DANG VAN TAY c ac Van tay can nhan dang M o i ban c h o n va n ta y de nhan dang Xin van tay m.3u de so : anh v s n t s y rnau cie chon ĨO : a n h 13 H ie n thi van ta y ban da chon I Hieri thi van tay m au ' Moi ban bam vao day de tien hanh so sanh va xem ket qua Í M - ị chuonglrinhnhandang CHUONG TRINH NHAN DANG VAN TAY 1honq giong Cac van ta ý mau de so sann Van tay can nhan dang M ũ i ban ch o n van tay dẹ :Ầ • s ị Ị ỉ%- ỉ NCHibjScfG PHỊNG / tÁ11Í1 u n r \ ÀMPTfH tẵ ẻ -M r : 'ỹ y ’ " ... (10 vân tay ngón tay cuả người) 10 Phân loại vân tay Các vân tay phân loại theo cách truvên thông; thành loại dựa vào thơng tin mẫu tồn cục đường gơ Trên qui mó lớn hệ thống nhận dạng vân tay, ... tronn việc phân loại vân tay tự dộna tha thê dân cho hệ thốn« phân loại vân tay thu cơng Hình chi lược dơ phân loại vận tav thủ côns, t h ô n s d ụ n s chuyển thành phàn loại ván tay tự động Diêu... việc phân loại nhận thực 2.3.2 Tài liệu tiêu chuẩn xắp xếp, phân loại vân tay dựa điếm kv dị tách được: Đê phân loại theo định dạng tiêu biêu truyên thong Thuật toán phản loai xác định điêm dị thường