Phương pháp nhận dạng chữ ký

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI BÁCH KHOA TP.HCM NGUYỄN THỊ LƯỠNG PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ KÝ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VÔ TUYẾN & ĐIỆN TỬ MÃ SỐ NGÀNH: 2.07.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HCM, THÁNG 12 NĂM 2004 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP –TỰ DO – HẠNH PHÚC o0o Tp HCM, ngày tháng năm 2004 NHIỆM VỤ LUẬN ÁN THẠC SỸ Họ tên : NGUYỄN THỊ LƯỢNG Ngày, tháng, năm sinh : 06 - 12 - 1976 Chuyên ngành: KỸ THUẬT VÔ TUYẾN-ĐIỆN TỬ Phái : Nữ Nơi sinh : Tp.CHM MSHV :VTĐT13 - 014 TÊN ĐỀ TÀI : PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ KÝ I II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu phương pháp nhận dạng chữ ký Xây dựng cấu trúc chương trình nhận dạng chữ ký Thực nghiệm III NGÀY GIAO NHIỆM VU Ï: 01/07/2004 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 10/12/2004 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TSKH NGUYỄN KIM SÁCH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NGÀNH CHỦ NHIỆM NGÀNH BM QUẢN LÝ CHUYÊN PGS TSKH NGUYỄN KIM SÁCH Nội dụng đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày …… tháng …… năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH NGHÀNH KHOA QUẢN LÝ CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH NGUYỄN KIM SÁCH Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS LÊ TIẾN THƯỜNG Cán chấm nhận xét 2: TS ĐỖ HỒNG TUẤN Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 30 tháng 12 năm 2004 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG NHẬN DẠNG CHỮ KÝ II.1 Các phương pháp dựa tương xứng ( Matching) 16 II.2 Các phương pháp dựa mô hình HIDEN MARKOV 22 II.3 Các phương pháp khác .23 II.4 Các sản phẩm thương mại 25 II.5 Kết luận 27 CHƯƠNG 3: CÁC QUÁ TRÌNH CƠ BẢN TRONG NHẬN DẠNG CHỮ KÝ 31 III.1 Tiền xử lý 31 III.1.1 Chuẩn hoá vị trí 32 III.1.2 Chuẩn hoá chiều hướng 33 III.1.3 Làm mịn 37 III.1.4 Chuẩn hoá kích thước .39 III.1.5 Chuaån hoá trọng tâm 46 III.1.6 Các điểm tới hạn .48 III.2 Trích chọn đặc trưng 48 III.2.1 Các đặc trưng toàn cục 48 III.2.2 Caùc đặc trưng cục .53 III.3 SO SAÙNH 54 III.4 ĐỘ KHÁC BIỆT CỦA HAI CHỮ KÝ .68 III.4.1 Đặc trưng cục 69 III.4.2 Đặc trưng toàn cục 69 III.4.3 Độ khác biệt tổng cộng hai chữ ký 70 III.5 CHỌN NGƯỢNG .70 III.5.1 Ngưỡng chung 71 III.5.2 Ngưỡng riêng 71 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 72 IV.1 Cấu trúc hệ thống 72 IV.1.1 Quá trình đăng ký 72 IV.1.2 Quá trình xác nhận 73 IV.2 Các lưu đồ giải thuaät .74 IV.3 Chương trình thực nghiệm 79 IV.3.1 Nhập chữ ký …………………………………………………………………………………………………………… 79 IV.3.2 Các đặc tính …………………………………………………………………………………………………… 86 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 90 V.1 Đánh giá kết 90 V.2 Hướng phát triển đề tài 91 CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG ………………………………………………………………………………………………… 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 Tóm tắt Vấn đề nhận dạng chữ viết tay, chữ ký nghiên cứu nhiều năm gần có thành công định Nhiều phần mềm thương mại nhận dạng chữ ký xuất thị trường Hiện đề án nhận dạng chữ ký quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng cho nhu cầu phục vụ ngườiï Xuất phát từ ý tưởng dựa định hướng Thầy PGS.TSKH.Nguyễn Kim Sách, với cố gắng thân, tác giả hoàn thành luận văn với đề tài: “PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ KÝ” Luận án chia làm chương: Chương 1: Giới Thiệu Chương 2: Tổng Quan Các Hệ Thống Nhận Dạng Chữ Ký Chương 3: Các Quá Trình Cơ Bản Trong Nhận Dạng Chữ Ký Chương 4: Thiết Kế Chương Trình Và Kết Quả Thực Nghiệm Chương 5: Đánh Giá Kết Quả Hướng Phát Triển Đề Tài Chương 6: Ứng Dụng Vì hạn chế khách quan thời gian nghiên cứu hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong muốn nhận lời góp ý thiếu sót luận văn để bổ sung nghiên cứu tiếp sau Asbtract: To cope with the identification of handed signature has researched in recent many years that brings a great number of benefit from security devices Many economical softwares for the idetification of handed signature has launched on the over market Improving its quality that need to be necessary to social services This is because my work must continue to study According to these information and helping of my teacher, Ph.D Sach Kim Nguyen, that my research has finished and received lots of positive characteristics The method of signature identification divided into sections as the following: Section 1: Introduction Section 2: The general identify of handed signature systems Section 3: Processing to identify of handed signature Section 4: Designed and reported Section 5: Conclusions Section 6: Applications LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TSKH.Nguyễn Kim Sách tận tình hướng dẫn nhiệt tình cung cấp cho tài liệu kinh nghiệm quý giá tạo điều kiện cho người nghiên cứu hoàn thành tốt luận văn Chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Phòng Sau Đại Học tạo nhiều điều kiện thuận lợi suốt thời gian học tập trường Chân thành cảm ơn đóng góp quý báu Anh Chị, bạn lớp cao học ngành kỹ thuật vô tuyến điện tử K13 Người nghiên cứu Nguyễn Thị Lưỡng Trang CHƯƠNG I GIỚI THIỆU Người ta thường dùng chữ ký để xác nhận nội dung tài liệu hay xác thực cho hoạt động tài Xác nhận chữ ký thường thực việc so sánh vẻ bề chữ ký với chữ ký lưu từ trước chấp nhận tương tự chữ ký lưu Trong đa số trường hợp xác nhận chữ ký chữ ký sử dụng cho thẻ tín dụng hầu hết chữ ký văn tài liệu chưa liên quan đến việc chuyển nhượng tài Hệ thống xác nhận chữ ký cách tự động cải thiện tình hình ngăn ngừa gian lận Nhận dạng chữ ký tự động chia làm hai lónh vực tùy thuộc vào phương pháp nhận liệu trực tuyến (on-line) hay ngoại tuyến (off-line) Trong hệ thống xác nhận chữ ký ngoại tuyến, chữ ký đưa vào máy quét hình (scanner) Hệ thống xác nhận chữ ký trực tuyến sử dụng thiết bị đặc biệt để thu lại di chuyển chữ ký ký vẽ (tablet) Cả hai phương pháp có ưu khuyết điểm riêng Đối với phương pháp ngoại tuyến liệu dễ dàng lấy máy scanner áp dụng cho văn có sẵn Các văn không bắt buộc phải văn điện tử Nhưng ngược lại bước xử lý để lấy thông tin quan trọng từ chữ ký phức tạp, chữ ký phải tách phân đoạn, thông tin thời gian ký tất đặc trưng dựa hình dạng chữ ký Vì chữ ký ngoại tuyến dễ bị giả mạo Để giả mạo chữ ký ta cần bắt chước theo hình dạng chữ ký Phương pháp trực tuyến việc dựa hình dạng Trang sử dụng thông tin động thời gian ký, vận tốc ,gia tốc, độ nhấn (pressure)… khó để bắt chước làm giả Hệ thống nhận dạng chữ ký ứng dụng lãnh vực áp dụng cho ký tay thông thường ký tài khoản, thẻ tín dụng hay ký xác nhận cho văn tài liệu có thông tin dẫn quan trọng Ngoài chữ ký trực tuyến đưa vào dạng số nên thay password PIN (personal identification number) dễ nhớ cho người sử dụng khó bị cắp password Hình 1.1 sơ đồ khối Hệ thống nhận dạng chữ ký Ban đầu người sử dụng phải cung cấp số chữ ký (reference) dùng cho việc xác nhận, chữ ký chữ ký cần kiểm tra trích đặc trưng Để xác nhận đặc trưng so sánh với dựa giá trị ngưỡng định định chấp nhận hay từ chối chữ ký Hình 1.1 Hệ thống xác nhận chữ ký Hệ thống xác nhận chữ ký đề tài sử dụng vẽ số Genius (H1.2) để thu thập chữ ký Bản vẽ có tốc độ lấy mẫu 125 mẫu/s Thông tin từ vẽ bao gồm tọa độ (x,y), độ nhấn (pressure) Giao tiếp với máy tính thông qua cổng USB (Univeral Serial Bus) Trang 85 Hình 4.13 Không chấp nhận chữ ký Chữ ký không chấp nhận giá trị khác biệt lớn giá trị ngưỡng cho phép Trang 86 IV.3.2 Các Đặc Tính: Đây tab biểu diễn số thông số đặc trưng chữ ký mẫu Hình 4.14 Các đặc trưng chữ ký mẫu Trang 87 Hình 4.14 Lấy hai chữ ký mẫu người Trang 88 Hình 4.15 Quan sát tọa độ hai chữ ký Trang 89 Hình 4.16 So sánh hai chữ ký đồ thị Trang 90 CHƯƠNG V ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI V.1 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ: Như ta thực xong hệ thống xác nhận chữ ký Đầu tiên người ký phải nhập vào chữ ký mẫu, đề tài ta chọn chữ ký Những chữ ký xử lý lấy đặc trưng Từ tính toán giá trị ngưỡng loại chuẩn hóa sau lưu vào sở liệu Để xác nhận chữ ký, chữ ký kiểm tra xử lý tách đặc trưng, sau so sánh với chữ ký mẫu dựa kỹ thuật so sánh chuỗi tìm độ khác biệt nhỏ lần so sánh Chữ ký chấp nhận giá trị khác biệt nhỏ giá trị ngưỡng cộng với độ dời ngược lại bị từ chối Ởû ta chọn ngưỡng dựa việc chọn ngưỡng riêng tức giá trị ngưỡng tùy thuộc vào loại chữ ký khác Trong cách tính độ khác biệt cách thứ tỏ hiệu nhiên có nhược điểm phải tính toán ba lần riêng biệt tốc độ tính toán tương đối chậm so với hai phương pháp Đề tài sử dụng ba loại chữ ký giả chữ ký giả mạo ngẫu nhiên chữ ký người ký hình dạng chữ ký mẫu ta lấy chữ ký mẫu người làm chữ ký giả ngẫu nhiên người khác trường hợp tỷ lệ ERR 0% Chữ ký giả mạo thường chữ ký người ký biết hình dạng chữ ký cần ký giả trường hợp tỷ lệ ERR 1% chữ ký giả mạo tinh xảo chữ ký mà người ký giả Trang 91 biết hình dáng chữ ký mà biết thông tin tốc độ ký tỷ lệ ERR 2% Khi so sánh tỷ lệ với đề tài trước ta thấy đề tài có giá trị ERR tương đương thấp Tuy nhiên nói kết so sánh tương đối tương đối hệ thống sử dụng chữ ký khác Mà ta biết độ tin cậy hệ thống phụ thuộc nhiều vào loại chữ ký mẫu kỹ người ký giả Trong đề tài với 200 người ký mẫu người ký giả chuyên nghiệp kết có tính tham khảo Kết xác sử dụng nhiều người ký chữ ký giả phải người ký giả chuyên nghiệp ký V.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI: Trong đề tài thời gian có hạn ta chưa nói đến vấn đề cập nhật chữ ký mẫu Theo thời gian chữ ký thay đổi tốc độ hay hình dạng việc cập nhật chữ ký mẫu cần thiết Tuy nhiên cập nhật cho hợp lý ta để việc cập nhật tay tức cần người ký yêu cầu chương trình cập nhật làm gây phiền phức cho người sử dụng Còn ta để chế độ tự động vấn đề chắn chữ ký thực hay chữ ký giả mạo? Việc xác nhận chữ ký thường sử dụng với mô hình client-server với máy chủ bảo mật an toàn Vì sở liệu lưu vào máy tính truyền mạng phải mã hóa với mật mã riêng vấn đề chưa đề cập đề tài Trang 92 Ngoài đề tài ta sử dụng phương pháp so sánh dựa kỹ thuật so sánh chuỗi nói chung là nhiều phương pháp so sánh Hướng phát triển đề tài sử dụng kỹ thuật khác Hidden Markov Model sử dụng mạng Noron …để thực kết so sánh với phương pháp sở liệu Trang 93 CHƯƠNG VI ỨNG DỤNG Với tiến khoa học kỹ thuật ngày với phát triển hệ thống mạng máy tính Ứng dụng hệ thống xác nhận chữ ký đa dạng Nó có ưu điểm so với hệ thống bảo mật sử dụng ID ,Password Khác chỗ để lại bút tích người sử dụng Vì hệ thống thích hợp với hoạt động tài chính, nơi mà chữ ký xem có giá trị mặt pháp lý Mô hình ứng dụng chủ yếu hệ thống mô hình Client-Server máy chủ bảo mật an toàn Người sử dụng ký chi nhánh khác sau chữ ký truyền mạng đến máy chủ xác nhận Khi liệu chữ ký truyền mạng cần phải mã hóa Ngoài hệ thống xác nhận chữ ký trực tuyến sử dụng hệ thống truy nhập khác để thay cho password ID có ưu điểm không bị quên password hay chìa khóa, thẻ từ…Ví dụ ta dùng hệ thống cho việc quản lý phòng ốc thay cho thẻ từ Thay bước vào nơi người sử dụng phải sử dụng thẻ từ để mở cửa họ cần ký tên vào vẽ chữ ký xác nhận cửa mở thông tin chữ ký thời gian lưu vào máy tính Tóm lại chữ ký trực tuyến có ưu điểm tín hiệu điện tử áp dụng thay cho truy nhập điện tử khác Hơn đặc trưng từ xa xưa chữ ký xem có giá trị pháp lý áp dụng cho hoạt động tài văn tài liệu mạng cần đến xác nhận tác giả hay người có trách nhiệm Trang 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Mạnh Bá – Nguyễn Thanh Thủy “Nhập Môn Xử Lý nh Số”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1999 [2] Đậu Trọng Hiển “Nhận Dạng Chữ Ký Viết Tay Dùng Mạng Neron”, Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ, Tp HCM, 2003 [3] Lê Anh Hào “Xác Nhận Chữ Ký Trực Tuyến”, Luận Văn Tốt Nghiệp Thạc Sỹ, Tp HCM, 2002 [4] Nguyễn Kim Sách “Xử Lý Ảnh Và ViDeo Số”, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1997 [5] Đỗ Năng Tòan - Nghiêm Anh Tuấn “Nâng Cao Hiệu Quả Các Hệ Thống Nhận Dạng Văn Bản Chữ Việt In” , Hà Nội 2002 [6] A K Jain and F.D Griess “ On-line signature verification” Michigan State University Dep of Computer Science and Engineering, 2000 [7] V S Nalwa “Automatic on-line signature verification” Proceedings of the IEEE, vol.85, pp 215-239, February 1997 Trang 95 [8] K Huang and H Yan “On-line signature verification based on dynamic segmentation and global and local matching” Optocal Engineering, vol 34, pp 3480-3487, December 1995 [9] L L Lee “Reliable on-line human signature verification systems” IEEE Transaction on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol 18, pp 643-647, June 1996 [10] S H Kim “Applying personalized wieghts to a feature set for on-line signature verification” In Proceeding of the Intl Conference on Document Analysis and Recognition, vol 2, pp 882-885, 1995 [11] B Wirtz “Stroke-based time warping for signature verification” In Proceeding of the Intl Conference on Document Analysis and Recognition, vol 1, pp 179-182, 1995 [12] G Gupta and R Joyce “A study of shape in dynamic handwritten signature verification” tech Rep., James Cook University of North Queensland, Computer Science Dept 1997 [13] H Dullink “Implementing a dsp kernel for online dynamic handwritten signature verification using the tms320 dsp family”.Online Available Trang 96 Http://www.ti.com/sc/docs/psheets/abstract/apps/spra304.htm, December 1995 [14] G Gupta and A McCabe “A review of dynamic handwritten signature verification” Http://cay.cs.ju.edu.com/alan/work/HSV-Lit_rev.html, September 1997 [15] L Yang “Application of hidden markov models for signature verification” Pattern Recognition, vol.28, no 2, pp.161-170, 1995 [16] J Dolfing “On-line signature verification with hidden markov models” in Intl Conference on Pattern Recognition, vol 2, pp 1309-1312, IEEE, 1998 [17] G Rigoll and Kosmala “a systematic comparison between on-line and off-line methods for signature verification with hidden markov models” In Proceeding of the Intl Conference on Pattern Recognition, vol 2, pp 1755-1757.1998 [18] Q Z Wu “On-line signature verification using lpc cepstrum and neral networks” IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics-Part B: vol.27, pp 148-153 February 1997 [19] Q Z Wu “On-line signature verification based on logarithmic spectrum” Pattern recognition vol.31, no 12 , pp 1865-1871, 1998 Trang 97 [20] Cyber SIGN, Inc Online Available Http://www.cybersign.com/techoverview.htm, June 29 1999 [21] Wacom Technology Co Online Available Http://www.wacom.com/productinfo/pl300.html, May 25 2000 [22] DATAVISION Corporation Online available Http://www.datavisionimage.com/sigrec.htm, June 29 1999 [23] PenOp, Inc Online available Http://www.penop.com/penop/pemop.nsf/htmlmedia/index.html, July 19 1999 [24] LCI SMARTpen., Inc Online available Http://www.smartpen.net/site/index.htm July 12 1999 [25] Quintet Online available Http://www.quitetusa.com/pro.htm, September 10 1999 [26] S D Connell and A.K.Jain “Template based on-line character recognition” Pattern recognition 2000 Trang 98 [27] S D Connell and A.K.Jain “Learning prototypes for on-line handwritten digits” In Proceeding of the 14th Intl Conference on Pattern Recognition, Brisbane 1998 [28] S D Connell “A comparison of hidden markov model features for recognition of cursive handwriting” Masters thesis MSU-CPS-96-31, Michigan State University, Computer Sciences Dept., September 1996 [29] M E Munich “Visual input for pen-based computers” California Institute of Technology January 2000 [30] W Nelson, W Turin and T Hastie “Statistical Methods for Online Signature Verification” In International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence, Volume 8, Number Singapore, pp 749-770 1994 [31] G K Gupta and R C Joyce “A Study of Some Pen Motion Features in Dynamic Handwritten Signature Verification” Technical Report, Computer Science Dept, James Cook University of North Queensland 1997 [32] U.V Marti and H Bunke ”Text Line Segmentation and Word Recognition in a System for General Writer Independent Handwriting Recognition”, Institut für Informatik und Angewandte Mathematik Universität Bern, Switzerland, February 5, 2001 Trang 99 [33] R O Duda, P E Hart and D G Stork, John Wiley & Sons “Pattern Classification (2nd edition) ”, 2001 [34] Sargur N Srihari & Stephen W Lam “Character Recognition”, Center of Excellence for Document Analysis and Recognition State University of New York at Buffalo (CEDAR) 2002 [35] Hanhong Xue “Stochastic Modeling of Hight-Level Structures in Handwritten Word Recognition”, CEDAR 2000 [36] Hanhong Xue and Venu Govindaraju “Building Skeletal Graphs for Structural Feature Extraction on Handwritten Images”, CEDAR 2000 [37] Jong Oh “An On-Line Handwriting Recognizer with Fisher Matching, Hypotheses Propagation Network and Context Constriant Model”, Thesis for Degree of Doctor of Philosophy at The University of New York 2001 [39] Adam Krzyzak “Optical Character Recognition (OCR)”, Lecture notes COMP 473/6731 Pattern Recognition Canada University 2003 [40] Adnan Amin, Stephen Fisher, Tony Parkinson, and Ricky Shiu “Fast Algorithm for Skew Detection”, School of Computer Science and Engineering University of New South Wales, Sydney NSW, 2052 ,Australia 2002 ... :VTĐT13 - 014 TÊN ĐỀ TÀI : PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ KÝ I II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu phương pháp nhận dạng chữ ký Xây dựng cấu trúc chương trình nhận dạng chữ ký Thực nghiệm III NGÀY... đề tài: “PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG CHỮ KÝ” Luận án chia làm chương: Chương 1: Giới Thiệu Chương 2: Tổng Quan Các Hệ Thống Nhận Dạng Chữ Ký Chương 3: Các Quá Trình Cơ Bản Trong Nhận Dạng Chữ Ký Chương... Trong tài liệu xác nhận chữ ký nhận dạng chữ ký để chuẩn hoá chiều hướng thường người ta sử dụng hai phương pháp sử dụng biến đổi Houng phương pháp tính mômen quán tính Phương pháp biến đổi Houng