Nghiên cứu và phát triển kỹ thuật nhận diện dấu vân tay cho hệ thống điểm danh sinh viên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ VIỆT NAM" NĂM 2014 DÀNH CHO SINH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT NHẬN DIỆN DẤU VÂN TAY CHO HỆ THỐNG ĐIỂM DANH SINH VIÊN / NHÂN VIÊN TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG KẾT HỢP GPS Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Tự nhiên MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 TỔNG QUAN 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.6 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI 2.1.1 Đóng góp mặt kinh tế - xã hội 2.1.2 Đóng góp mặt khoa học 1.7 BỐ CỤC CỦA BÁO CÁO CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ VÂN TAY 2.4.1 Vân tay gì? 2.4.2 Các phương pháp phân loại vân tay 2.4.2.1 Các điểm đặc trưng ảnh vân tay a Singularity b Minutiae 2.4.2.2 Trích xuất điểm đặc trưng a Trích xuất điểm Singularity b Trích xuất điểm Minutiae 10 2.2 MƠ HÌNH CLIENT – SERVER 10 2.3 WINDOWS COMMUNICATION FOUNDATION (WCF) 11 2.4 NGÔN NGỮ TRUY VẤN DỮ LIỆU LINQ 12 2.4.1 Giới thiệu chung 12 2.4.2 Vai trò 12 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG PHẦN MỀM 13 3.1 THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG 13 3.2 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUẢN LÝ THÔNG TIN 14 3.2.1 Mơ hình ý niệm truyền thơng 14 3.2.1.1 Quy trình tra cứu thông tin: 14 3.2.1.2 Quy trình cập nhật thơng tin : 15 3.2.1.3 Quy trình thêm sinh viên: 15 3.2.1.4 Quy trình điểm danh sinh viên 15 3.2.2 Mơ hình vật lý liệu 16 3.3 XÂY DỰNG CHỨC NĂNG QUẢN TRỊ TRÊN WEBSITE 19 3.3.1 Chức đăng nhập đăng kí 19 3.3.2 Chức tra cứu thông tin sinh viên 19 3.3.3 Chức cập nhật thông tin sinh viên 20 3.3.4 Chức thêm sinh viên 20 3.3.5 Chức tra cứu thời khóa biểu sinh viên: 20 3.3.6 Chức tra cứu thông tin điểm danh theo môn học 21 3.3.7 Chức tra cứu thông tin điểm danh theo sinh viên 21 3.3.8 Chức xem thông tin tài khoản 22 3.3.9 Chức cập nhật quyền truy cập tài khoản 22 3.4 XÂY DỰNG VÀ PHÁT TRIỂN CÁC THUẬT TOÁN XỬ LÝ, ĐỐI SÁNH ẢNH VÂN TAY 22 3.4.1 XỬ LÝ ẢNH ĐẦU VÀO 22 3.4.1.1 Chuyển ảnh màu sang ảnh mức xám 22 3.4.1.2 Cân lược đồ xám 23 3.4.1.3 Phân ngưỡng Threshold 24 3.4.1.4 Phát biên 25 a Phát biên trực tiếp 25 b Phát biên gián tiếp 26 c Phát biên ảnh vân tay 27 3.4.1.5 Nhị phân hóa ảnh 27 3.4.1.6 Xác định Trường định hướng 27 3.4.1.7 Tăng cường chất lượng ảnh 30 3.4.1.8 Tìm xương ảnh 31 3.4.1.9 Trích xuất đặc trưng ảnh vân tay 35 a Trích xuất đặc trưng Minutiae 35 b Trích xuất đặc trưng Pointcare 36 3.4.2 ĐỐI SÁNH VÂN TAY 37 3.4.2.1 Đối sánh đặc trưng Minutiae có độ tương đồng hướng 37 3.4.2.2 Vị trí tương đối đặc trưng Minutiae 38 3.4.2.3 Tìm cặp đặc trưng Pointcare có độ tương đồng hướng khoảng cách 39 3.4.2.4 Khoảng cách từ Pointcare đến Minutiae 39 3.4.2.5 Góc hợp đường thẳng qua PointCare Minutiae với trục Ox 40 3.4.2.6 Rút trích cặp Minutiae trùng ảnh 41 3.4.2.7 Tổng hợp kết 42 3.4.3 XÂY DỰNG CÁC LỚP XỬ LÝ ẢNH 42 3.4.3.1 Lớp xử lý trung tâm – MyImage 42 3.4.3.2 Lớp hỗ trợ xử lý kỹ thuật phát biên 43 3.4.3.3 Lớp hỗ trợ xử lý tăng cường chất lượng ảnh 44 3.4.3.4 Lớp hỗ trợ trích xuất đặc trưng Minutiae PointCare 45 3.4.3.5 Lớp đối sánh vân tay 45 3.4.3.6 Lớp phương trình đường thẳng hỗ trợ đối sánh vân tay 46 3.4.3.7 Lớp giá trị số 47 3.5 XÂY DỰNG SERVER - WCF SERVICE 48 3.5.1 Ưu điểm WCF 49 3.5.2 WCF Service Contract - Interface 49 3.5.3 Lớp Service 50 3.5.4 Kết nối sở liệu LinQ 51 3.6 XÂY DỰNG ỨNG DỤNG CLIENT CHẠY TRÊN SMARTPHONE 52 3.6.1 Xây dựng giao diện hình 52 3.6.2 Xây dựng chức điểm danh sinh viên 53 3.6.3 Xây dựng chức định vị vị trí hiển thị đồ 54 3.6.4 Xây dựng chức tra cứu thông tin điểm danh: 56 3.6.5 Xây dựng chức kiểm nghiệm thuật toán 56 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 58 4.1 WEBSITE DÀNH CHO NGƯỜI QUẢN TRỊ 58 4.2 ỨNG DỤNG DI ĐỘNG DÀNH CHO SINH VIÊN 62 4.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA HỆ THỐNG ĐỐI SÁNH VÂN TAY 71 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 71 PHỤ LỤC 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Core Delta vân tay Hình 2.2: Cấu trúc Minutiae Hình 2.3: Ảnh vân tay (a) trường định hướng (b) Hình 2.4: Cách tính số Pointcare điểm (i,j) với n = 10 Hình 2.5: Sơ đồ thuật tốn trích điểm Minutiae từ ảnh nhị phân 10 Hình 2.6: Phân loại đặc trưng Minutiae 10 Hình 2.7: Mơ hình Client – Server 11 Hình 2.8: Kiến trúc WCF 12 Hình 2.9: Mơ hình kiến trúc LINQ 12 Hình 3.1: Mơ hình hoạt động hệ thống 14 Hình 3.2: Quy trình tra cứu thơng tin 14 Hình 3.3: Quy trình cập nhật thơng tin 15 Hình 3.4: Quy trình thêm sinh viên 15 Hình 3.5: Quy trình điểm danh sinh viên 15 Hình 3.6: Mơ hình vật lý liệu 16 Hình 3.7: Lưu đồ tổ chức website 19 Hình 3.8: Chức đăng nhập đăng kí 19 Hình 3.9: Chức tra cứu thơng tin sinh viên 19 Hình 3.10: Cập nhật thơng tin sinh viên 20 Hình 3.11: Chức thêm sinh viên 20 Hình 3.12: Tìm kiếm sinh viên để tra cứu thời khóa biểu 21 Hình 3.13: Thời khóa biểu sinh viên 21 Hình 3.14: Thơng tin điểm danh sinh viên theo môn học 21 Hình 3.15: Điều kiện tìm kiếm sinh viên để tra cứu thông tin điểm danh 21 Hình 3.16: Kết tìm kiếm sinh viên để tra cứu thông tin điểm danh 22 Hình 3.17: Thơng tin tài khoản 22 Hình 3.18: Cấp quyền truy cập cho tài khoản 22 Hình 3.19: Ảnh vân tay ảnh mức xám 23 Hình 3.20: Lược đồ xám ảnh 23 Hình 3.21: Lược đồ xám trước sau cân 24 Hình 3.22: Ảnh vân tay trước sau cân lược đồ xám 24 Hình 3.23: Ảnh vân tay biên 27 Hình 3.24: Xác định hướng điểm ảnh (x, y) 28 Hình 3.25: Xác định Trường định hướng điểm ảnh kế cận 29 Hình 3.26: Hình vân tay trước sau tăng cường 31 Hình 3.27: Xác định điểm biên 32 Hình 3.28: Lưu đồ trình tìm xương ảnh 32 Hình 3.29: Ảnh vân tay trước sau tìm xương 32 Hình 3.30: Hình ảnh thể phần cấu trúc xương vân tay 33 Hình 3.31a: Điểm ảnh xét điểm ảnh cận chéo 33 Hình 3.31b: Xóa điểm cận chung điểm ảnh xét điểm cận chéo 33 Hình 3.32: Lưu đồ giải thuật xóa chi tiết thừa xương 33 Hình 3.33: Quá trình xóa xương thừa ảnh vân tay 33 Hình 3.34: Ảnh xương vân tay trước sau xóa xương thừa kỹ thuật dò theo đường vân 35 Hình 3.35: Loại bỏ Minutiae nằm ngồi biên 35 Hình 3.36: Loại bỏ Minutie nhầm lẫn điểm kết thúc 36 Hình 3.37: Loại bỏ Minutie nhầm lẫn điểm rẽ nhánh 36 Hình 3.38: Hướng đặc trưng Minutiae 38 Hình 3.39a: Vị trí tương đối đặc trưng Minutiae 38 Hình 3.39b: Vị trí tương đối đặc trưng Pointcare 39 Hình 3.40: Khoảng cách từ Pointcare đến Minutiae 40 Hình 3.41: Góc đường thẳng qua Pointcare Minutiae với trục Ox 40 Hình 3.42: Lớp xử lý ảnh trung tâm 42 Hình 3.43: Lớp hỗ trợ xử lý kỹ thuật phát biên 43 Hình 3.44: Lớp hỗ trợ xử lý tăng cường chất lượng ảnh 44 Hình 3.45: Lớp hỗ trợ trích xuất đặc trưng Minutiae Pointcare 45 Hình 3.46: Lớp đối sánh vân tay 45 Hình 3.47: Lớp phương trình đường thẳng hỗ trợ đối sánh vân tay 46 Hình 3.48: Lớp giá trị số 47 Hình 3.49: Sơ đồ giao tiếp Client Server 48 Hình 3.50: WCF Service Contract 49 Hình 3.51: Lớp Service 50 Hình 3.52: Các lớp xử lý hình thành từ LinQ 51 Hình 3.53: Lưu đồ tổ chức ứng dụng Client smartphone 52 Hình 3.54: Giao diện chương trình Client 52 Hình 3.55: ListBox chứa danh sách lớp học 53 Hình 3.56: ListPicker lọc danh sách mơn học theo khoa 53 Hình 3.57: Lưu đồ trình điểm danh sinh viên 54 Hình 3.58: Bản đồ Google map 55 Hình 3.59: Hiển thị địa vị trí 55 Hình 3.60: Lưu đồ tra cứu điểm danh theo môn học 56 Hình 3.61: Lưu đồ tra cứu điểm danh theo sinh viên 56 Hình 3.62: Quá trình xử lý ảnh vân tay 56 Hình 3.63: Lưu đồ thuật tốn đối sánh ảnh vân tay 57 Hình 4.1: Trang đăng nhập đăng kí 58 Hình 4.2: Trang thơng tin sinh viên 58 Hình 4.3: Trang cập nhật thơng tin thêm sinh viên 59 Hình 4.4: Tra cứu thời khóa biểu sinh viên 59 Hình 4.5: Tra cứu thông tin điểm danh theo môn học 60 Hình 4.6: Tra cứu thơng tin điểm danh theo sinh viên 60 Hình 4.7: Thơng tin thời gian lần điểm danh môn học sinh viên 61 Hình 4.8: Trang thơng tin cấp quyền cho tài khoản 61 Hình 4.9: Xuất danh sách file Excel 61 Hình 4.10: Giao diện chương trình 62 Hình 4.11: Thơng báo vị trí sinh viên khơng sở học 62 Hình 4.12: Vị trí sinh viên sở học, hiển thị danh sách lớp học 63 Hình 4.13: Lọc môn học theo khoa 63 Hình 4.14: Bản đồ hiển thị vị trí sinh viên 63 Hình 4.15: Giao diện điểm danh 64 Hình 4.16: Thơng báo điểm danh thất bại 65 Hình 4.17: Đối sánh vân tay trùng khớp Điểm danh sinh viên thành công 65 Hình 4.18: Giao diện trang Thơng tin điểm danh 65 Hình 4.19: Chọn lớp học xem thông tin điểm danh 66 Hình 4.20: Thơng tin điểm danh lớp học 66 Hình 4.21: Thơng tin chi tiết thời gian điểm danh môn học sinh viên chọn 66 Hình 4.22: Nhập mã sinh viên cần xem thông tin điểm danh 67 Hình 4.23: Thơng tin điểm danh mơn học sinh viên 67 Hình 4.24: Thơng tin chi tiết thời gian điểm danh sinh viên môn học chọn 67 Hình 4.25: Giao diện trang kiểm nghiệm thuật tốn 68 Hình 4.26: Kiểm nghiệm thuật toán xử lý ảnh 68 Hình 4.27: Chuẩn hóa mức xám 68 Hình 4.28: Tăng cường ảnh lọc Gabor 69 Hình 4.29: Nhị phân hóa ảnh 69 Hình 4.30: Tìm xương ảnh 69 Hình 4.31: Xác định đặc trưng Pointcare Minutiae 69 Hinh 4.32: Kiểm nghiệm thuật toán đối sánh vân tay 70 Hình 4.33: Kết đối sánh vân tay 70 Hình 4.34: Các điểm đặc trưng vân tay 70 Hình 4.35: Các điểm đặc trưng trùng ảnh vân tay 71 Hình 4.36: Biểu đồ mối quan hệ FAR, FRR, SUM theo ngưỡng T thông qua kết chạy thực nghiệm 72 Hình 4.37: Biểu đồ xác định ngưỡng Hamming distance từ kết thực nghiệm 73 DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Bảng Khoa 16 Bảng 3.2: Bảng Nhóm 16 Bảng 3.3: Bảng Lớp 16 Bảng 3.4: Bảng Giới Tính 16 Bảng 3.5: Bảng Phòng Học 17 Bảng 3.6: Bảng Sinh Viên 17 Bảng 3.7: Bảng Cơ Sở 17 Bảng 3.8: Bảng Môn Học 17 Bảng 3.9: Bảng Tiết Học 17 Bảng 3.10: Bảng Đăng Kí Mơn Học 18 Bảng 3.11: Bảng Thời Khóa Biểu Học Kì 18 Bảng 3.12: Bảng Điểm Danh 18 Bảng 3.13: Ý nghĩa thuộc tính lớp xử lý trung tâm 43 Bảng 3.14: Ý nghĩa phương thức (public) lớp xử lý trung tâm 43 Bảng 3.15: Ý nghĩa thuộc tính lớp hỗ trợ xử lý kỹ thuật phát biên 44 Bảng 3.16: Ý nghĩa phương thức lớp hỗ trợ xử lý kỹ thuật phát biên 44 Bảng 3.17: Ý nghĩa thuộc tính lớp hỗ trợ xử lý tăng cường chất lượng ảnh 44 Bảng 3.18: Ý nghĩa phương thức lớp hỗ trợ xử lý tăng cường chất lượng ảnh 44 Bảng 3.19: Ý nghĩa thuộc tính lớp hỗ trợ trích xuất đặc trưng 45 Bảng 3.20: Ý nghĩa phương thức lớp hỗ trợ trích xuất đặc trưng 45 Bảng 3.21: Ý nghĩa thuộc tính lớp đối sánh vân tay 46 Bảng 3.22: Ý nghĩa phương thức (public) lớp đối sánh vân tay 46 Bảng 3.23: Ý nghĩa thuộc tính lớp phương trình đường thẳng 47 Bảng 3.24: Ý nghĩa phương thức lớp phương trình đường thẳng 47 Bảng 3.25: Ý nghĩa thuộc tính lớp giá trị số 48 Bảng 3.26: Ý nghĩa thuộc tính WCF Service Contract 50 Bảng 3.27: Ý nghĩa thuộc tính lớp Service 51 Bảng 4.1: Kết chạy thực tế 73 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT A-GPS Assisted - Global Positioning System Hệ thống trợ giúp định vị toàn cầu ASP.NET ASP.NET Nền tảng ứng dụng web Microsoft CLR Common Language Runtime Thành phần kết nối phần khác NET Framework GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu IIS Internet Information service Dịch vụ dành cho máy chủ chạy hệ điều hành Window LINQ Language Intergrated Query Ngôn ngữ tích hợp truy vấn SOAP Simple Object Access Protocol Đặc tả việc sử dụng tài liệu XML theo dạng thông điệp TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Giao thức kết nối liên mạng WAS Windows Activation Services Dịch vụ kích hoạt Windows WCF Windows Communication Foundation Nền tảng giao tiếp chung Windows XAML Extensible Application Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu để định nghĩa giao diện XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XNA XNA's Not Acronymed Nền tảng phát triển game Microsoft XSD XML Schema Definition Tài liệu XML viết dạng thức văn NET NET Framework Nền tảng lập trình tập hợp thư viện Link: http://www.ddth.com/showthrea lập trình cài thêm d.php/320733-xml-Schema-là-gì-đểcó sẵn hệ điều hành làm-gì#ixzz2xnrvuyHN Windows Trang CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Chương mở đầu báo cáo giới thiệu tổng quan trạng bỏ học, trốn tiết sinh viên trốn làm việc nhân viên diễn trường học, công ty Bên cạnh đó, chương đề cập đến hạn chế, khó khăn phương pháp điểm danh sử dụng phổ biến nay, dẫn đến lý chọn đề tài nhóm, từ đặt mục tiêu, phạm vi nghiên cứu phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài Đề tài thực hồn tất có nhiều đóng góp mặt kinh tế - xã hội khoa học Cuối chương mở đầu giới thiệu bố cục báo cáo, giúp cho người đọc nắm khái quát thông tin báo cáo 1.1 TỔNG QUAN Để phát triển kinh tế bền vững nhân tố người ln đóng vai trị định Vì vậy, khơng Việt Nam mà tất nước giới xem giáo dục quốc sách hàng đầu Cùng với xu hướng trên, Việt Nam tạo điều kiện để nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài cho đất nước nâng cao trình độ chun mơn kỹ thuật cho người lao động, nhằm đáp ứng tốt cho nhu cầu công nghiệp hóa – đại hóa đất nước Giáo dục quan trọng vậy, nhiên, bỏ học, trốn tiết từ lâu trở thành thực trạng phổ biến sinh viên, việc đến giảng đường sinh viên không bắt buộc cấp trung học sở phổ thông Một phận sinh viên chưa xem trọng việc đến giảng đường để tiếp thu kiến thức điều tùy thuộc vào ý thức người Thực tế cho thấy, việc không đến giảng đường gây nhiều lỗ hổng kiến thức sinh viên, ảnh hưởng không nhỏ đến trình học tập kết đạt được, quan trọng kiến thức tảng cần có cho cơng việc sau Nhận thức tính nghiêm trọng vấn đề trên, số trường áp dụng hình thức điểm danh gọi tên sinh viên lớp học để phần nâng cao ý thức sinh viên việc có mặt giảng đường Mặc dù vậy, hình thức điểm danh khơng mang lại hiệu cao nhiều nguyên nhân: giảng viên chưa thực triệt để, hệ chức giảng viên thường châm chước cho cán công chức làm; sinh viên điểm danh hộ cho nhiều người khác số lượng sinh viên giảng đường thường đơng, giảng viên khó kiểm sốt hết…Những bất cập đề cập nhiều báo chí, đến tình hình bỏ học, trốn tiết sinh viên chưa suy giảm Ở khía cạnh khác lĩnh vực sản xuất - lao động, trước hầu hết doanh nghiệp, công ty chủ yếu chấm cơng theo hình thức thủ cơng, tồn cơng nhân viên theo dõi ghi chép sổ sách với đội ngũ nhân viên chấm cơng Chính khó khăn cơng ty có số lượng lớn nhân viên, khả lưu trữ bị hạn chế, khả truy vấn thông tin liên quan đến vấn đề chấm công không hiệu quả, tốn nhiều công sức, tiền bạc nhiều điều bất cập khác Để khắc phục hạn chế đó, nay, hệ thống chấm công thẻ sử dụng phổ biến doanh nghiệp, công ty để đảm bảo công nhân viên làm đầy đủ, cao hiệu cơng việc Nhưng doanh nghiệp địi hỏi quản lý chặt chẽ hệ thống chấm cơng thẻ chưa đáp ứng hoàn toàn Vấn đề quẹt thẻ hộ xảy chế quản lý Trang 68 Trang Kiểm nghiệm thuật toán: Trang Kiểm nghiệm thuật toán xây dựng nhằm mục đích thể bước thuật tốn sử dụng trình xử lý ảnh đối sánh vân tay, đồng thời giúp nhóm nghiên cứu kiểm tra tính đắn thuật tốn Chức không cung cấp thực tế không cần thiết với người dùng thông thường Giao diện trang kiểm nghiệm thuật toán gồm chức chính: Kiểm nghiệm thuật tốn xử lý ảnh Kiểm nghiệm chức đối sánh vân tay Nút chuyển trang Kiểm nghiệm thuật toán xử lý ảnh Nút chuyển trang Kiểm nghiệm thuật tốn đối sánh vân tay Hình 4.25: Giao diện trang kiểm nghiệm thuật toán Kiểm nghiệm thuật toán xử lý ảnh: Mặc định sau ảnh tải lên Bước 1: Chuẩn hóa mức xám, giúp loại bỏ vùng chuyển thành ảnh mức xám để tối sáng ảnh, làm đồng phục vụ cho việc xử lý màu sắc mà không làm thay đổi cấu trúc ảnh Hiển thị bước vừa xử lý Nút mở ảnh Nút chuyển sang bước xử lý Nút thử lại Hình 4.26: Kiểm nghiệm thuật tốn xử lý ảnh Hình 4.27: Chuẩn hóa mức xám Trang 69 y yyy Bước 2: Tăng cường ảnh lọc Bước 3: Nhị phân hóa ảnh, nhằm chuyển tất Gabor, làm đường vân ảnh giá trị màu mức xám điểm vân tay, giúp thao tác xử lý sau ảnh giá trị màu trắng đen xác Hiển thị bước vừa xử lý Hiển thị bước vừa xử lý Hình 4.28: Tăng cường ảnh lọc Hình 4.29: Nhị phân hóa ảnh Gabor Bước 4: Tìm xương ảnh, biến đổi đường Bước 5: Xác định điểm đặc trưng vân độ dày pixel vân tay, bao gồm đặc trưng Pointcare Minutiae Hiển thị bước vừa xử lý Hiển thị bước vừa xử lý Đánh dấu điểm đặc trưng Hình 4.30: Tìm xương ảnh Hình 4.31: Xác định đặc trưng Pointcare Minutiae Trang 70 Kiểm nghiệm thuật toán đối sánh vân tay: Bước 1: Chọn ảnh vân tay cần đối sánh Hinh 4.32: Kiểm nghiệm thuật toán đối sánh vân tay Bước 2: Thực đối sánh vân tay Kết việc đối sánh Hình 4.33: Kết đối sánh vân tay Bước 3: Hiển thị điểm đặc trưng ảnh vân tay Hình 4.34: Các điểm đặc trưng vân tay Trang 71 Bước 4: Hiển thị điểm đặc trưng trùng theo kết đối sánh ảnh vân tay Hình 4.35: Các điểm đặc trưng trùng ảnh vân tay 4.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA HỆ THỐNG ĐỐI SÁNH VÂN TAY Để kiểm tra mức độ xác hệ thống nhận diện đối sánh vân tay, nhóm nghiên cứu tiến hành chạy thực nghiệm 2016 (hai ngàn không trăm mười sáu) lần, gồm:   120 (một trăm hai mươi) lần so sánh cặp ảnh vân tay ngón tay (các ảnh vân tay ngón tay ghi nhận lần quét dấu vân tay khác nhau) 1896 (một ngàn tám trăm chín mươi sáu) lần so sánh cặp ảnh vân tay thuộc ngón tay khác Khi đánh giá hệ thống nhận dạng vân tay, ta cần ý đến hai loại lỗi: lỗi chấp nhận nhầm FAR (False Accept Rate) lỗi từ chối nhầm FRR (False Reject Rate) Giá trị hai loại lỗi có mối quan hệ với thông qua giá trị ngưỡng đối sánh T (threshold) Ngưỡng T độ sai lệch cho phép thực đối sánh ảnh vân tay Khi ngưỡng T thấp, lỗi từ chối nhầm tăng, lỗi chấp nhận nhầm giảm ngược lại 𝐹𝐴𝑅 = 𝑆ố 𝑙ỗ𝑖 𝑐ℎấ𝑝 𝑛ℎậ𝑛 𝑛ℎầ𝑚 𝑐ủ𝑎 𝑐á𝑐 𝑣â𝑛 𝑡𝑎𝑦 𝑘ℎá𝑐 𝑛ℎ𝑎𝑢 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 đố𝑖 𝑠á𝑛ℎ 𝑐á𝑐 𝑣â𝑛 𝑡𝑎𝑦 𝑘ℎá𝑐 𝑛ℎ𝑎𝑢 𝐹𝑅𝑅 = 𝑆ố 𝑙ỗ𝑖 𝑡ừ 𝑐ℎố𝑖 𝑛ℎầ𝑚 𝑐ủ𝑎 𝑐á𝑐 𝑣â𝑛 𝑡𝑎𝑦 𝑔𝑖ố𝑛𝑔 𝑛ℎ𝑎𝑢 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 đố𝑖 𝑠á𝑛ℎ 𝑐á𝑐 𝑣â𝑛 𝑡𝑎𝑦 𝑔𝑖ố𝑛𝑔 𝑛ℎ𝑎𝑢 Hệ thống đánh giá theo hai cách:   Đánh giá tỷ lệ lỗi cực tiểu SUMmin: hệ số lỗi nhỏ mà hệ thống đạt SUMmin tính theo cơng thức SUMmin = (FAR + FRR)min Đánh giá mức độ lỗi cân EER (Equal Error Rate): điểm mà FAR FRR Trang 72 Hình 4.36: Biểu đồ mối quan hệ FAR, FRR, SUM theo ngưỡng T thông qua kết chạy thực nghiệm Từ kết thực nghiệm, ta nhận thấy giá trị SUM nhỏ ngưỡng T = 31% (xem Bảng phần Phụ lục) mức độ lỗi cân (EER) không xuất giá trị cụ thể Về mặt lý thuyết, tỷ lệ lỗi cực tiểu ta cần chọn ngưỡng T 31% Tuy nhiên, ngưỡng T có thật thích hợp hay khơng cịn phụ thuộc vào mục đích mà hệ thống đối sánh vân tay hướng đến Nếu việc đối sánh vân tay áp dụng vào hệ thống mà cho phép lỗi chấp nhận nhầm xảy (như hệ thống ngân hàng, quản lý xuất nhập cảnh,…), ta cần quy định ngưỡng T mức cao Ngược lại, hệ thống không cho phép lỗi từ chối nhầm xảy cho phép lỗi chấp nhận nhầm xảy với tỷ lệ thấp (như hệ thống điểm danh, chấm cơng,…), ta quy định giá trị ngưỡng T mức thấp Với mục tiêu cụ thể áp dụng công nghệ nhận diện vân tay để giải vấn đề điểm danh sinh viên/nhân viên, nhóm nghiên cứu định chọn ngưỡng T 31% Trang 73 Hình 4.37: Biểu đồ xác định ngưỡng Hamming distance từ kết thực nghiệm Ngoài ra, thực nghiệm cho thấy, hầu hết nguyên nhân trường hợp từ chối nhầm ảnh vân tay không đạt chuẩn để đối sánh hai ảnh vân tay bị lệch khoảng cách góc lớn (vượt ngưỡng lệch khoảng cách góc quy định) Kết thực nghiệm hệ thống đối sánh vân tay với ngưỡng 31% thể bảng đây: Bảng 4.1: Kết chạy thực tế Chạy thực nghiệm Số trường hợp Tỉ lệ % 116 96.67 Ảnh giống từ chối nhầm 3.33 Ảnh khác chấp nhận nhầm 27 1.42 1869 98.58 Ảnh giống nhận Ảnh khác nhận sai Độ xác hệ thống tính theo cơng thức: 𝑆ố 𝑡𝑟ườ𝑛𝑔 ℎợ𝑝 đố𝑖 𝑠á𝑛ℎ 𝑣â𝑛 𝑡𝑎𝑦 𝑐ℎí𝑛ℎ 𝑥á𝑐 Độ 𝑐ℎí𝑛ℎ 𝑥á𝑐 = 𝑇ổ𝑛𝑔 𝑠ố 𝑙ầ𝑛 đố𝑖 𝑠á𝑛ℎ 𝑐á𝑐 𝑐ặ𝑝 ả𝑛ℎ 𝑣â𝑛 𝑡𝑎𝑦 Với:  Số trường hợp đối sánh vân tay xác = Số trường hợp ảnh giống nhận + Số trường hợp ảnh khác nhận sai Như vậy: Độ 𝑐ℎí𝑛ℎ 𝑥á𝑐 𝑐ủ𝑎 ℎệ 𝑡ℎố𝑛𝑔 đ𝑖ể𝑚 𝑑𝑎𝑛ℎ = 116 + 1869 = 98.46% 2016 Trang 74 Nhận xét:  Có thể thấy 27 trường hợp "Ảnh khác chấp nhận nhầm" trường hợp "Ảnh giống từ chối nhầm" Nguyên nhân 27 trường hợp chấp nhận nhầm vân tay có tương đồng lớn với đường vân Nhưng thực tế giới việc gặp trường hợp vân tay có giống nhiều khó xảy ra, nên trường hợp sai sót thực điểm danh thực tế khơng có khả xảy Bên cạnh đó, nguyên nhân trường hợp từ chối nhầm ảnh vân tay chất lượng, đường vân nhòe, dẫn đến việc nhận dạng nhầm lẫn nhiều đặc trưng thực đối sánh Tuy nhiên, điều hồn tồn loại bỏ dấu vân tay lấy cẩn thận để ảnh vân tay rõ ràng có chất lượng tốt Vì vậy, hệ thống điểm danh ứng dụng thực tế, độ xác đạt xấp xỉ 100%  Việc nhận diện ảnh vân tay từ chối ảnh vân tay khác đạt độ xác cao Kết đạt cải tiến trình xử lý ảnh đối sánh vân tay mà nhóm nghiên cứu thực  Tuy nhiên, trường hợp từ chối nhầm chấp nhận nhầm nguyên nhân: o Ảnh chất lượng, đường vân ngón tay, đường vân q nhịe o Độ chênh lệch khoảng cách vân tay vượt mức cho phép Những nguyên nhân dẫn đến không nhận dạng điểm Pointcare vân tay, từ khơng xây dựng phương trình đường thẳng cải tiến thuật toán đối sánh vân tay, nên kết đối sánh bị sai Vì vậy, địi hỏi người điểm danh phải thực lại việc lấy mẫu vân tay cách cẩn thận để kết điểm danh tốt Trang 75 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN Chương cuối tổng kết lại thành công trình xây dựng hệ thống điểm danh sinh viên/ nhân viên phương pháp nhận diện dấu vây tay thiết bị di động kết hợp GPS, đồng thời nêu lên phát triển, cải tiến thuật toán xử lý ảnh vân tay mà nhóm nghiên cứu thực Bên cạnh đó, chương đề cập đến hạn chế tồn hệ thống hướng phát triển đề tài Nhóm nghiên cứu xây dựng thành công hệ thống phần mềm client - server điểm danh sinh viên phương pháp nhận diện dấu vân tay với ứng dụng thực điểm danh thiết bị di động sử dụng công nghệ GPS để xác định vị trí sinh viên Hệ thống bao gồm thành phần:  Server gồm: Cơ sở liệu SQL Server lưu trữ tồn thơng tin hệ thống, ứng dụng WCF cung cấp thao tác truy xuất liệu sở liệu cho ứng dụng phía client, thực đối sánh vân tay điểm danh sinh viên  Website quản lý thông tin xây dựng dựa tảng ASP.NET cung cấp nhiều chức năng: quản lý thông tin sinh viên, tra cứu thời khóa biểu mơn học, thơng tin điểm danh sinh viên thông tin điểm danh theo lớp học  Ứng dụng client smartphone phát triển hệ điều hành Windows Phone dành cho sinh viên, có chức thực điểm danh, giúp sinh viên dễ dàng chủ động điểm danh đến lớp học.Các thiết kế phần giao diện đồ họa ứng dụng client thực cách hiệu với công cụ Expression Blend, giúp chương trình trở nên tiện lợi, dễ sử dụng Giao diện đẹp mắt, trực quan nhiều hiệu ứng sinh động, có độ tương tác cao với người sử dụng Quy trình điểm danh sinh viên dựa việc đối sánh thông tin sinh viên đặc trưng ảnh vân tay Ứng dụng thành công thuật toán xử lý ảnh vào việc xử lý ảnh vân tay Bên cạnh đó, nhóm thực đề tài cải tiến số thuật toán xử lý ảnh đối sánh vân tay như:  Tối ưu hóa thuật tốn tính trường định hướng ảnh vân tay, làm rút ngắn thời gian xử lý tăng cao hiệu suất  Phát triển kỹ thuật dò theo đường vân làm mảnh để xóa vân dư thừa dựa ý tưởng thuật tốn dị theo đường vân ảnh xám  Phát triển kỹ thuật đối sánh vân tay dựa việc xây dựng phương trình đường thẳng kết hợp việc xác định góc tạo thành đường thẳng qua điểm đặc trưng Pointcare Minutiae với trục hoành hệ tọa độ Oxy ảnh Ngồi ra, nhóm nghiên cứu thực nghiệm 2016 (hai ngàn không trăm mười sáu) trường hợp đối sánh cặp ảnh vân tay khác để kiểm nghiệm tính đắn thuật tốn, qua xác định ngưỡng Hamming distance – ngưỡng mức độ Trang 76 giống hai vân tay Hệ thống điểm danh sinh viên / nhân viên có độ xác cao, đạt xấp xỉ 100% sử dụng thực tế Đề tài giúp nhà trường quản lý việc điểm danh sinh viên dễ dàng hơn, từ đảm bảo chất lượng học tập sinh viên, tiết kiệm thời gian công sức so với phương pháp điểm danh truyền thống Đề tài giúp quan, doanh nghiệp áp dụng vào việc chấm công nhân viên để đảm bảo suất làm việc người lao động Bên cạnh đó, đề tài thực khơng tránh khỏi thiếu sót như: chưa có chức quét vân tay điện thoại để điểm danh hạn chế phần cứng điện thoại truy xuất thông tin này… Hướng phát triển: Việc điểm danh sinh viên phương pháp nhận diện dấu vân tay smartphone chưa triển khai trường học nước ta, thế, tiềm ứng dụng đề tài vào thực tế cao, chi phí trang thiết bị trường không tốn nhiều, smartphone phổ biến ngày nhiều với mức giá ngày rẻ Ứng dụng công nghệ nhận diện vân tay để xây dựng hệ thống mang tính chất bảo mật lĩnh vực xã hội khác: hệ thống nhận diện tội phạm lĩnh vực an ninh, quản lý nhân khẩu, quản lý việc xuất nhập cảnh, hệ thống ATM bảo mật vân tay thay cho mật nay… Sử dụng smartphone để quét vân tay thực điểm danh, nâng cao tính bảo mật xác cảm biến vân tay phổ biến smartphone Trang 77 PHỤ LỤC KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM CỦA HỆ THỐNG ĐỐI SÁNH VÂN TAY Bảng 1: Kết đối sánh cặp vân tay Tỷ lệ giống (%) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Số trường hợp đối sánh cặp vân tay ngón tay khác 702 52 35 43 57 51 67 71 76 71 79 72 71 51 49 56 44 32 27 21 34 27 17 11 13 12 5 Số trường hợp đối sánh cặp vân tay ngón tay 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 Trang 78 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 3 5 2 5 2 Trang 79 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 Tổng 0 0 0 0 0 0 0 0 1896 0 1 1 0 120 Bảng 2: Kết tính tốn tỷ lệ lỗi chấp nhận nhầm, từ chối nhầm giá trị tỷ lệ lỗi cực tiểu theo ngưỡng T Ngưỡng Số lỗi chấp T (%) nhận nhầm 1896 1194 1190 1138 1103 1060 1003 952 885 814 10 738 11 667 12 588 13 516 14 445 15 394 FAR 0.629746835 0.627637131 0.60021097 0.581751055 0.55907173 0.529008439 0.502109705 0.466772152 0.429324895 0.389240506 0.351793249 0.310126582 0.272151899 0.234704641 0.207805907 Số lỗi từ chối nhầm 0 0 0 0 2 2 3 FRR 0 0 0 0 0.008333333 0.016666667 0.016666667 0.016666667 0.016666667 0.025 0.025 SUM (FAR+FRR) 0.629746835 0.627637131 0.60021097 0.581751055 0.55907173 0.529008439 0.502109705 0.466772152 0.437658228 0.405907173 0.368459916 0.326793249 0.288818565 0.259704641 0.232805907 Trang 80 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 345 289 245 213 186 165 131 104 87 76 63 51 47 38 30 27 22 17 14 13 10 2 1 0 0 0 0 0 0.181962025 0.15242616 0.129219409 0.112341772 0.098101266 0.087025316 0.069092827 0.054852321 0.045886076 0.040084388 0.033227848 0.026898734 0.02478903 0.020042194 0.015822785 0.014240506 0.011603376 0.008966245 0.007383966 0.00685654 0.005274262 0.003691983 0.002637131 0.001582278 0.001054852 0.001054852 0.000527426 0.000527426 0 0 0 0 0 4 4 4 4 4 4 4 4 5 6 6 7 9 10 12 16 17 19 22 25 27 32 36 41 46 52 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.033333333 0.041666667 0.041666667 0.05 0.05 0.05 0.05 0.058333333 0.058333333 0.075 0.075 0.083333333 0.1 0.133333333 0.141666667 0.158333333 0.183333333 0.208333333 0.225 0.266666667 0.3 0.341666667 0.383333333 0.433333333 0.215295359 0.185759494 0.162552743 0.145675105 0.131434599 0.12035865 0.10242616 0.088185654 0.079219409 0.073417722 0.066561181 0.060232068 0.058122363 0.053375527 0.049156118 0.04757384 0.053270042 0.050632911 0.057383966 0.05685654 0.055274262 0.053691983 0.060970464 0.059915612 0.076054852 0.076054852 0.083860759 0.100527426 0.133333333 0.141666667 0.158333333 0.183333333 0.208333333 0.225 0.266666667 0.3 0.341666667 0.383333333 0.433333333 Trang 81 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 54 56 58 65 71 74 79 83 86 87 92 95 97 101 103 104 106 109 110 112 113 113 113 115 115 116 117 117 118 118 119 119 119 119 120 0.45 0.466666667 0.483333333 0.541666667 0.591666667 0.616666667 0.658333333 0.691666667 0.716666667 0.725 0.766666667 0.791666667 0.808333333 0.841666667 0.858333333 0.866666667 0.883333333 0.908333333 0.916666667 0.933333333 0.941666667 0.941666667 0.941666667 0.958333333 0.958333333 0.966666667 0.975 0.975 0.983333333 0.983333333 0.991666667 0.991666667 0.991666667 0.991666667 0.45 0.466666667 0.483333333 0.541666667 0.591666667 0.616666667 0.658333333 0.691666667 0.716666667 0.725 0.766666667 0.791666667 0.808333333 0.841666667 0.858333333 0.866666667 0.883333333 0.908333333 0.916666667 0.933333333 0.941666667 0.941666667 0.941666667 0.958333333 0.958333333 0.966666667 0.975 0.975 0.983333333 0.983333333 0.991666667 0.991666667 0.991666667 0.991666667 SUMmin = 0.04757384 Trang 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo nước: [1] PGS.TS Nguyễn Quang Hoan, “Giáo trình xử lý ảnh”, Học viện cơng nghệ bưu viễn thơng, 2006 [2] Nguyễn Hồng Huy, Luận Văn Thạc Sỹ “Nhận Dạng Vân Tay”, Đại học Bách Khoa TPHCM, 2010 [3] DPE Team, “Giới thiệu tổng quan WCF”, Microsoft Vietnam [4] Đào Hải Nam, LinQ to SQL Tutorial, 2009 [5] TS.Đỗ Năng Tồn - TS.Phạm Việt Bình, “Giáo Trình Xử Lý Ảnh”, Đại học Thái Nguyên, 2007 [6] Dương Hiếu Đẩu - Nguyễn Trung Nhơn, Bài Báo Khoa Học “Áp Dụng Thuật Toán Cải Thiện Dấu Vân Tay Bằng Phép Lọc Gabor”, Đại học Cần Thơ, 2011 [7] Nhóm Cảm biến Nhận dạng vân tay, Lớp ĐH Cơ điện tử, “Đồ án cảm biến nhận dạng vân tay”, ĐH Công nghiệp Hà Nội, 2010 Tài liệu tham khảo nước ngoài: [8] Charles Petzold, “Programming Windows Phone 7”, Microsoft [9] Philippe Parra, “Fingerprint minutiae extraction and matching for identification procedure”, University of California, San Diego [10] Lisa Thalheim, “A simple matching algorithm for fingerprint minutiae datasets in accordance with DIN V 66400” Trang web tham khảo [11] http://maxreading.com/sach-hay/bac-si-vui-tinh/van-tay-la-gi-tai-sao-van-taycua-moi-nguoi-lai-khong-giong-nhau-4252.html [12] http://vi.wikipedia.org/wiki/Client-server ... smartphone điểm danh sinh viên dựa công nghệ nhận diện vân tay, giúp sinh viên chủ động điểm danh vào lớp học  Ứng dụng smartphone thực điểm danh sinh viên dựa việc đối sánh vị trí sinh viên đứng... cảnh, hệ thống ATM bảo mật vân tay thay cho mật … 1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU  Xây dựng hệ thống phần mềm điểm danh sinh viên dạng client – server giúp nhà trường quản lý hiệu việc điểm danh sinh viên. .. Nghiên cứu công nghệ sinh trắc học nhận dạng dấu vân tay, tìm hiểu cấu trúc đặc điểm dấu vân tay, nhằm phục vụ cho việc xử lý ảnh rút trích đặc trưng ảnh vân tay  Tìm hiểu nghiên cứu thuật toán