Tìm hiểu các đặc trưng sinh trắc ảnh vân tay (fingerprint biometric), phương pháp và thuật toán trích chọn đặc trưng vân tay phân tích một ứng dụng

BÀI TẬP LỚN MÔ HỌC : XỬ LÝ ẢNH Đề tài 43: Tìm hiểu các đặc trưng sinh trắc ảnh vân tay (Fingerprint Biometric), phương pháp và thuật toán trích chọn đặc trưng vân tay. Phân tích một ứng dụng. Nhóm sinh viên : Giáo viên hƣơng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan Mục Lục Contents Chƣơng 1. TỔNG QUAN 3 1. Sự cần thiết của nhận dạng bằng ảnh sinh trắc : 3 2. Lịch sử của nhân dạng vân tay : . 4 3. Các hệ thống xác thực : 7 4. So sánh các đặc trưng sinh trắc : 8 5. Các loại lỗi của hệ thống sinh trắc : 10 5.1. Các lỗi của hệ thống kiểm tra : .10 5.2. Các loại lỗi của hệ thống nhân dạng : 14 Chƣơng 2 . PHÂN TÍCH VÀ BIỂU DIỄN VÂN TAY .16 1. Phân tích cấu trúc vân tay : .16 2. Biểu diến hình ảnh vân tay : 17 3. Ước lượng hướng vân cục bộ : 17 4. Ước lượng tần suất vân cục bộ : 19 5. Tăng cường ảnh : 21 6. Phát hiện chi tiết : .27 Phương pháp dựa nhị phân hóa 28 7. Lọc chi tiết : .30 . Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Corporation,2005-2009 For Evaluation Only. Xử lý ảnh Xử lý ảnh-Sinh trắc ảnh vân tay & trích chọn đặc trưng Page 2 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP TRÍCH CHỌN ĐẶC TRƢNG ẢNH VÂN TAY .32 Chƣơng 4. CÁC THUẬT TOÁN TRÍCH CHỌN ĐẶC TRƢNG .35 1. Thuật toán dò cạnh mức xám : .35 2. Thuật toán : .35 3. Xác định vị trí của các điểm cực đại trên đường phân cách. .36 4. Dò theo cạnh thích nghi đường vân mức xám. 40 5. Xác định chi tiết đặc trưng : 42 6. Kiểm tra sau khi xử lý: 45 7. Đánh giá – Kết quả thuật toán : 51 Xử lý ảnh Xử lý ảnh-Sinh trắc ảnh vân tay & trích chọn đặc trưng Page 3 Chương 1. TỔNG QUAN 1. Sự cần thiết của nhận dạng bằng ảnh sinh trắc : Ngày nay, lĩnh vực an ninh & bảo mật ngày càng phát triển do nhu cầu của các tổ chức , công ty ngày càng ra tăng. Đặc biệt là vấn đề bảo mật thông tin nội bộ trong các tổ chức ,công ty, mang ý nghĩa sống còn. Bên cạnh đó là những vấn đề về an ninh hình sự , yêu cầu cần có một hệ thống cho phép nhận dạng một các nhân, phân biệt ngƣời đó với những ngƣời khác, với độ chính xác tuyết đối. Đã có rất hiều phƣơng pháp nhận dạng đƣợc thực hiện trong thực tế, có thể kể đến nhƣ thẻ bài truyền thống (chìa khóa, các loại thẻ PIN…) hay phƣơng pháp nhận dạng dựa vào tri thức (passwork…)… tuy nhiên các phƣơng pháp này vẫn chƣa đáp ứng đƣợc tính chất duy nhất, và không khó để giả mạo thông tin của nó, không đảm bảo an toàn. Song song với sự phát triển của các phƣơng pháp trên , phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc đã thể hiện những ƣu việt hơn. Phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học là phƣơng pháp đề cập đến việc sử dụng các đặc tính hành vi và thể chất ( gương mặt, vân tay, chữ ký,võng mạc mắt, tiếng nói…)có tính chất khác biệt để nhận dạng một ngƣời một cách tự động. Ngƣời ta nhận thấy rằng các đặc trƣng sinh trắc không dễ dàng bị thay thế , chia sẻ hay giả mạo…, chúng đƣợc xem là đáng tin cậy hơn các phƣơng pháp kể trên. Các lĩnh vực ứng dụng nhận dạng sinh trắc đã đƣợc sử dụng có thể kể đến nhƣ : chứng minh thƣ, bằng lái xe, khóa cửa vân tay, két sắt vân tay, thẻ thông minh, đăng nhập bằng dọng nói… Mỗi đặc trƣng sinh trắc có điểm mạnh và điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trƣng sinh trắc cụ thể là tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng cụ thể. Các đặc trƣng sinh trắc có thể đƣợc so sánh dựa vào các yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính ổn định, tính thu thập, hiệu quả, tính chấp nhận. Vân tay đƣợc biết đến với tính phân biệt (tích chất các nhân) và ổn định theo thời gian là đặc trƣng sinh trắc đƣợc sủ dụng rộng rãi nhất. Xử lý ảnh Xử lý ảnh-Sinh trắc ảnh vân tay & trích chọn đặc trưng Page 4 Hình 1: Các lĩnh vực ứng dụng nhận dạng sinh trắc Với các tích chất nhƣ mức độ an toàn cao hơn, tính hiệu quả cao hơn, và thân thiện với ngƣời dùng, nhận dạng bằng sinh trắc đã đang và sẽ đƣợc ứng dụng phổ biến trong các lĩnh vực của đời sống. 2. Lịch sử của nhân dạng vân tay : Các nghiên cứu lịch sử cho thấy công việc xác thực đã đƣợc sử dụng từ rất lâu trƣớc đó. Trên thực tế, điểm bắt đầu của lịch sử thế giới vào năm 1879 là từ nhân trắc học gắn với công lao của Alphonse Bertillon (1853 - 1914) ở Pháp. Phƣơng pháp sinh trắc học hay “Bertillonage” của ông sau này đƣợc chép lại dƣới tên “phƣơng pháp ảnh lời” hay phƣơng pháp nhân học anthropometry. Nhƣng biện pháp này khó chính xác, phức tạp khi tiến hành và đòi hỏi nhiều thời gian nên sau này các phép đo đã đƣợc thay thế từ năm 1897 bằng hệ thống vân tay. Nhận dạng vân tay, đƣợc gọi là dactyloscopy hay individualization.