Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng tròng mắt nghiên cứu khoa học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng trịng mắt Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa Học Máy Tính TP.Hồ Chí Minh, 3/2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng tròng mắt Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa Học Máy Tính Sinh viên thực hiện: Hàng Lễ Khánh Nam, Nữ: Nam Năm thứ: /Số năm đào tạo: Dân tộc: Hoa Lớp, khoa: TH21,Công Nghệ Thông Tin Ngành học: Khoa Học Máy Tính (Ghi rõ họ tên sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài) Người hướng dẫn: TS.Lê Xuân Trường TP.Hồ Chí Minh,3/2016 Lời cảm ơn Để hoàn thành đồ ánchúng em nhận nhiều giúp đỡ quý báu quý thầy cô Trường Đại học Mở TP Hồ Chí Minh Khoa Cơng Nghệ Thông Tin Chúng em xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Công Nghệ Thông Tin tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài đồ án môn học Các thầy cô tận tình cung cấp, giảng dạy cho chúng em kiến thức bản, để từ triển khai vào đề tài Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Lê Xuân Trường nhiệt tình hướng dẫn chúng em hồn thành đồ án môn học Chúng em xin chân thành cám ơn TP Hồ Chí Minh, 03/11/ 2013 Nhóm sinh viên thực Hàng Lễ Khánh Nguyễn Trung Hiếu Trường ĐH Mở TPHCM Nhận xét giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 11 Đặt vấn đề 11 Giới thiệu đề tài 11 Nội dung đề tài 11 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 Sinh trắc học 13 Xác thực sinh trắc học 13 Các công nghệ sinh trắc 15 Công nghệ nhận dạng mống mắt 17 4.1 Mống mắt 17 4.2 Công nghệ nhận dạng mống mắt 19 4.3 Qui trình xác định mống mắt 20 Thư viện OpenCV 24 Tổng quan kĩ thuật xử lý ảnh 25 Biễu diễn hình ảnh 26 7.1 Ảnh đa mức xám 26 7.2 Ảnh nhị phân 27 Phương pháp phân ngưỡng 27 Bộ lọc canny 28 10 Cơ sở Wavelet 31 10.1 Cơ sở Wavelet trực giao 31 10.2 Cơ sở Wavelet nhị trực giao 31 10.3 Một số họ sở wavelet 32 10.4 Cơ sở Wavelet Haar 33 11 Mơ hình CLIENT - SERVER giao thức TCP/IP 33 11.1 Mơ hình CLIENT – SERVER 33 11.2 Bộ giao thức TCP/IP 34 12 LINQ 36 CHƯƠNG III: HIỆN THỰC 38 1.Giới thiệu việc lấy điểm đặc trưng mồng mắt 38 Các bước rút trích điểm đặc trưng mống mắt 38 Xử lý điểm đặc trưng sau rút trích 41 So Sánh điểm đặc trưng mống mắt 41 CHƯƠNG V: TỔNG KẾT 45 1.Kết đạt 45 Trang 2.Hạn chế 45 3.Hướng phát triển 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 Tài liệu tham khảo nước 46 Tài liệu tham khảo nước 46 Trang web tham khảo 46 Trang DANH MỤC NHỮNG TỪ VIẾT TẮT TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol OSI: Open Systems Interconnection API: Application Programming Interface RGB: Red, Green, Blue CMYK: Cyan, Magenta, Yellow, Black NET: NET Framework SQL: Structured Query Language Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH HÌNH - : HỆ THỐNG XỬ LÝ SINH TRẮC HỌC 14 HÌNH - :CÁC VÙNG CỦA MẮT 17 HÌNH - : MỐNG MẮT VÀ ĐỒNG TỬ 18 HÌNH - : TÂM VÀ ĐƯỜNG RANH GIỚI MỐNG MẮT 21 HÌNH - : CÁC BẢN ĐỒ ĐƯỢC GRADIEN 23 HÌNH - : VÙNG MỐNG MẮT ĐƯỢC CHIA THÀNH VÙNG 24 HÌNH - : VÙNG ĐIỂM ĐẶC TRƯNG 24 HÌNH - : DANIELO BARBARO 25 HÌNH - : BIỂU ĐỒ MỨC XÁM 28 HÌNH - 10 : BIỂU DIỄN LOẠI BỎ CÁC GIÁ TRỊ CỰC ĐẠI 30 HÌNH - 11 : HÀM Ψ (T) CỦA BIẾN ĐỔI HAAR 33 HÌNH - 12 MƠ HÌNH CLIENT - SERVER 34 HÌNH - 13 QUY TRÌNH HOẠT ĐỘNG GIAO THỨC TCP/IP 36 HÌNH - : HÌNH MỨC XÁM 38 HÌNH - : TRƯỚC VÀ SAU KHI LÀM MƯỢT ẢNH 39 HÌNH - : XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN MỐNG MẮT 39 HÌNH - : CÁC ĐIỂM ĐƯỢC VẼ LÊN MỐNG MẮT 40 HÌNH - : MẢNG ĐẶC TRƯNG SAU KHI ĐƯỢC TRÍCH 40 HÌNH - : SAU KHI BIẾN ĐỔI HAAR 40 HÌNH - MA TRẬN SAU KHI BIẾN ĐỔI HAAR 41 HÌNH - GIAO DIỆN CLIENT 41 HÌNH - PHẦN THƠNG TIN ĐỂ KẾT NỐI VỚI SERVER 42 HÌNH - 10 GIAO DIỆN SERVER 43 Trang BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng mồng mắt - Sinh viên thực hiện: Hàng Lễ Khánh – 1251010048 Nguyễn Trung Hiếu - 1251012028 - Lớp: DH12TH02 Khoa: Công nghệ thông tin - Năm thứ: Số năm đào tạo: - Người hướng dẫn: TS Lê Xuân Trường Mục tiêu đề tài: Xây dựng phát triển hệ thống định danh cá nhân quan hải quan nhằm phục vụ mục đích an ninh Tính sáng tạo: Hiện nay, việc bảo mật nhận dạng hay định danh cá nhân chủ yếu dựa vào kỹ thuật nhận dạng vân tay, khn mặt Tuy nhiên độ xác khơng cao Trong mống mắt có độ đặc trưng cao cá nhân Điều làm cho việc nhận dạng có độ xác cao Kết nghiên cứu: Ban đầu xác định đặc trưng vùng mống mắt cá nhân, so sánh với đặc trưng khác cho kết khả quan Trên 60% cho cặp giống Xây dựng ứng dụng demo kết việc nghiên cứu, dựa vào ứng dụng xác định đặc trưng cá nhân, tìm kiếm thơng tin cá nhân sở liệu có sẵn dựa vào đặc trưng mồng mắt Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: - Ứng dụng áp dụng quan, trường học nhằm mục đích chấm công nhân viên, điểm danh học sinh/sinh viên Trang Góp phần xác định đối tượng nguy hiểm danh tính người cách xác , góp phần nhỏ cho an ninh xã hội Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ tên tạp chí có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày tháng năm Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nhận xét người hướng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Ngày Xác nhận đơn vị (ký tên đóng dấu) tháng năm Người hướng dẫn (ký, họ tên) Trang sởtrực giao wavelet khơng thể tạo tính đối xứng (ngoại trừ sở wavelet Haar).Trong trường hợp ta sử dụng sở wavelet nhị trực giao để thaythế Với sở wavelet nhị trực giao ta đưa không gian xấp xỉ đối ngẫu ~Vi vàkhông gian wavelet đối ngẫu ~Wi Các không gian thỏa mãn điều kiện nhị trựcgiao: Cũng giống không gian gốc ta đưa không gian đối ngẫu họ cáchàm tỷ lệ đối ngẫu~ 𝜑j,kvà hàm wavelet đối ngẫu ~ψ j,k Với hàm điều kiệnnhị trực giao là: Các điều kiện nhị trực giao thỏa mãn hàm tỷ lệ, hàm wavelet vàcác hàm đối ngẫu thỏa mãn điều kiện Với sở nhị trực giao xác định, hàm xấp xỉ f j (t) viết thành: 10.3 Một số họ sở wavelet Có nhiều họ sở wavelet trực giao thơng dụng : Daubechies,Symmlets Coifflets Tất họ có nhiều sở wavelet Với sởthường người ta ký hiệu số, ví dụ Daubechies (2N) Chỉ số Ntương ứng với độ dài lọc, số thấp độ dài lọc thấp.Ngồi ra, cịn có số họ wavelet nhị trực giao ví dụ wavelet spline nhị trựcgiao Trang 32 10.4 Cơ sở Wavelet Haar Biến đổi Haar Wavelet biến đổi đơn giản phép biến đổi Wavelet.Hình dươi cho thấy dạng hàm ψ (t) với biến đổi Haar Do tính chất đơn giảncủa biến đổi Haar mà ứng dụng tương đối nhiều nén ảnh, ápdụngbiến đổi để nén ảnh thuật tốn nén ảnh máy tính có số điểm khácvới cơng thức tốn học biến đổi Haar Hình - 11 : Hàm ψ (t) biến đổi Haar 11 Mơ hình CLIENT - SERVER giao thức TCP/IP 11.1 Mơ hình CLIENT – SERVER 11.1.1 Khái niệm Là mơ hình tiếng mạng máy tính, áp dụng rộng rãi sử dụng hầu hết Website Ý tưởng mơ hình máy – đóng vai trị máy khách, gửi u cầu để máy chủ – đóng vai trị cung ứng dịch vụ, máy chủ xử lý trả kết cho máy khách Yếu tố mô hình Client – Server hệ thống phải có máy tính kết nối chung với qua hệ thống mạng sử dụng giao thức nhằm mục đích sử dụng tài nguyên, liệu Trang 33 Hình - 12 Mơ hình CLIENT - SERVER  Máy chủ (Server) : Là nơi để xử lý liệu giao tiếp máy tính khác mạng, máy chủ nên có vi xử lý tốc độ cao tài nguyên đủ lớn để hoạt động tốt nhằm đáp ứng nhu cầu truy cập lượng lớn máy trạm  Máy khách (Client): Là máy trạm sử dụng người dùng, độc lập máy trạm với truy xuất tài nguyên chia sẻ liệu dùng chung máy chủ 11.1.2 Ưu điểm  Tiết kiệm chi phí: Mơ hình Client – Server sử dụng máy chủ máy tính cá nhân thay máy tính lớn Qua việc phần mềm ngày xây dựng chủ yếu chạy máy tính cá nhân Vì vậy, chi phí phần mềm tương đối thấp  Tốc độ nhanh: Giảm việc tắc nghẽn thông tin hệ thống mạng phân chia xử lý thành hai nhánh Các xử lý phức tạp tác động nhiều lên sở liệu lưu trữ máy chủ, xử lý đơn giản thực ứng dụng máy trạm Vì vậy, hệ thống vận hành hiệu  Tính tương thích cao: Việc chọn lựa phần mềm để phát triển ứng dụng hồn tồn độc lập từ ngơn ngữ lập trình đến hệ sở liệu quan hệ thiết bị phần cứng Vì vậy, ta chọn thành phần tối ưu xây dựng hệ thống ứng dụng 11.2 Bộ giao thức TCP/IP 11.2.1 Khái niệm Trang 34 Giao thức TCP/IP phát triển từ mạng ARPANET Internet, dùng giao thức mạng vận chuyển mạng Internet TCP giao thức thuộc tầng vận chuyển IP giao thức thuộc tầng mạng mơ hình OSI Hiện nay, hầu hết máy tính mạng sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác Giao thức TCP/IP họ giao thức cho phép hệ thống mạng làm việc với thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng 11.2.2 Cấu trúc vật lý giao thức TCP/IP Có lớp trừu tượng khác TCP/IP lớp có giao thức riêng Các lớp gồm:  Lớp kết nối: Là lớp thấp ngăn TCP/IP nhóm phương thức vận hành kết nối máy chủ, thường biết đến Ethernet  Lớp Internet: Là lớp kết nối mạng nội với  Lớp truyền tải: Là lớp điều khiển giao tiếp máy chủ tới máy chủ  Lớp ứng dụng: Là tập hợp giao thức cụ thể giao tiếp liệu lớp trình tới trình 11.2.3 Quy trình hoạt động giao thức TCP/IP Các bước hoạt động giao thức TCP/IP sau:  Bước 1: Dữ liệu xử lý tầng ứng dụng, gửi liệu xuống tầng theo dòng Byte nối Byte Cùng với liệu, tầng ứng dụng gửi xuống thông tin điều khiển khác giúp xác định địa bắt đầu kết thúc liệu  Bước 2: Khi xuống tới tầng TCP, dịng liệu đóng thành gói có kích thước khơng phải nhỏ 64 KB Sau đóng gói xong TCP, liệu chuyển xuống cho tầng IP  Bước 3: Gói liệu xuống tới tầng IP tiếp tục bị đóng gói lại thành gói liệu IP nhỏ hơn, cho có kích thước phù hợp với mạng chuyển mạch gói mà dùng để truyền liệu Trong đóng gói, IP chèn thêm phần Header vào gói liệu chuyển xuống cho tầng Datalink/Physical  Bước 4: Khi gói liệu IP đến tầng Datalink, gói gắn thêm Header khác chuyển tới tầng Physical để vào mạng  Bước 5: Trên mạng Internet, Frame Router dẫn để tới đích cần tới Các Frame tới Router tầng Datalink/Physical lọc bỏ Header chuyển lên tầng Network (IP) Tầng IP dựa vào thông tin điều khiển Header mà thêm vào để định đường cho gói IP Sau cùng, gói IP lại chuyển xuống tầng Datalink/Physical để Trang 35 vào mạng Quá trình tiếp tục liệu đến máy cần nhận  Bước 6: Khi tới nơi, gói liệu xử lý theo quy trình ngược lại với máy ban đầu Đầu tiên, liệu qua tầng Datalink/Physical, Frame bị bỏ phần Header chuyển lên tầng IP Tại tầng IP, liệu bung gói IP, sau lên tầng TCP cuối lên tầng ứng dụng để hiển thị hình Hình - 13 Quy trình hoạt động giao thức TCP/IP 11.2.4 Ưu điểm giao thức TCP/IP Việc sử dụng giao thức TCP/IP để truyền nhận liệu mang lại số ưu điểm: - Việc cài đặt đơn giản sử dụng giao thức đơn giản Truyền liệu không lỗi có chế sửa lỗi truyền lại Truyền gói liệu theo thứ tự Truyền lại gói liệu đường truyền Loại bỏ gói liệu trùng lặp Tốc độ truyền nhanh có chế hạn chế tắc nghẽn đường truyền 12 LINQ LinQ công nghệ tảng NET, cung cấp giải pháp hợp cho việc truy vấn liệu, tích hợp cách truy vấn theo cú pháp SQL vào ngơn ngữ lập trình, áp dụng cho tất dạng liệu từ đối tượng sở liệu quan hệ XML Trang 36 LinQ Microsoft mắt phiên Visual studio 2008 với NET Framework 3.5, cầu nối khoảng cách giới đối tượng với giới liệu LinQ tích hợp với ngơn ngữ C# Visual basic, cung cấp tính trội hỗ trợ lập trình viên gỡ rối câu lệnh truy vấn LinQ giúp lập trình viên tối ưu hóa mã lệnh nhiều so với cách sử dụng truy vấn thông thường, nhờ chương trình tiết kiệm chi phí thời gian Ngồi ra, lập trình viên dễ dàng nhận biết mối quan hệ thực thể viết lệnh truy vấn nhanh chóng dễ dàng Trang 37 CHƯƠNG III: HIỆN THỰC 1.Giới thiệu việc lấy điểm đặc trưng mồng mắt Hệ thống định dạng cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng mống mắt bước ta phải lấy điểm đặc trưng từ mống mắt để lưu vào sở liệu lấy điểm để so sánh với sở liệu lưu Mức hoàn thành đồ án lấy điểm đặc trưng mống mắt để tiến hành lưu vào sở liệu so sánh Các bước rút trích điểm đặc trưng mống mắt Đầu tiên ta cần ảnh xám chụp từ máy chụp chuyên sử dụng lấy hình ảnh mống mắt để bắt đầu lấy bắt đầu rút trích điểm đặc trưng Hình - : Hình mức xám Nếu hình ảnh chụp mống mắt chưa chuyển thành xám ta phải chuyển thành ảnh mức xám để tiền hành lấy điểm đặc trưng Tiếp theo ta làm mượt ảnh phương pháp GaussianBlur để lọc bớt điểm nhiễu ảnh để nhận dạng xác Trang 38 Hình - : Trước sau làm mượt ảnh Sau ta bắt đầu xác định mống mắt người mắt , vẽ vịng trịn màu đỏ hình : Hình - : Xác định giới hạn mống mắt Ta bắt đầu xác định điểm nằm đường trịn đồng tâm với người có bán kính lớn người nhỏ mống mắt ta vẽ lên mống mắt điểm màu vàng ta lấy 512 điểm với 15 đường trịn hình Trang 39 Hình - : Các điểm vẽ lên mống mắt Từ điểm mống mắt ta bắt đầu lấy giá trị toạ độ điểm tạo thành ma trận với hàng đường tròn, cột số điểm đường trịn ấy.Ví dụ với hình ta có ma trận với 15 hàng 512 cột Ta chuyển ma trận thành ma trận nhị phân nghịch đảo ma trận Hình - : Mảng đặc trưng sau trích Khi ta có ma trận ta bắt đầu sử dụng phương pháp haar để nén ảnh lấy điểm đặc trưng từ mảng nén haar ta có mảng ngắn so với mảng hiển thị Hình - : Sau biến đổi Haar Trang 40 Xử lý điểm đặc trưng sau rút trích Sau có ma trận sau biến đổi haar hình Hình - Ma trận sau biến đổi haar Ta bắt đầu lấy cặp ô gần ma trận trừ để tạo thành dãy số âm dương Từ bắt đầu xét điều kiện phân tử dương ta đặt phần tử âm ta đặt Sau lần biến đổi ta dãy mã nhị phân tượng trưng cho điểm đặc trưng đươc rút trích So Sánh điểm đặc trưng mống mắt Khi ta có dãy nhị phân điểm đặc trưng mống mắt , ta bắt đầu so sánh dãy nhị phân với với tỉ lệ giống 60% ta cho người 60% người khác Hiện thực hệ thống 5.1 Giao diện client Hình - Giao diện client Trang 41 5.2 Chức client Choose Image : nút chức nhầm giúp ta chọn đường dẫn mắt cần rút trích điểm đặt trưng mắt Find : rút trích điểm đặc trưng mắt để gửi tới server để server xử lý gửi lại thơng tin đối tượng có sở liệu Connect : dùng để kết nối đến server thơng qua thơng tin nhập Hình - Phần thông tin để kết nối với server Trang 42 5.3 Giao diện server Hình - 10 Giao diện server 5.3 Chức server Chia làm phần hiển thị : Phần listbox dùng để hiển thị trạng thái kết nối server hoạt động server vừa thực Phần gridview hiển thị đối tượng có sở liệu 5.4 Hoạt động hệ thống Sau chọn đối tượng mắt cần rút trích client ta bắt đầu lấy dãy mã nhị phân đặc trưng mống mắt gửi cho server để server trả mã đối tưởng có Trang 43 sở liệu khơng có đối tượng sở liệu trả khơng tìm thấy đối tượng cho client Trang 44 CHƯƠNG V: TỔNG KẾT 1.Kết đạt Đã nắm phương pháp nhận dạng sinh trắc học để nhận dạng mống mắt điểm đặc trưng mống mắt Đã nắm bắt phương pháp xử lý ảnh thơng dụng ngơn ngữ lập trình C++ dựa thư viện OpenCV Đã có tìm hiểu phương pháp, thuật tốn tìm điểm đặc trưng mống mắt so sánh với đối tượng khác Đã so sánh tìm kiếm nhận biết mắt người Đã xây dựng hệ thống nhận diện qua mơ hình client - server 2.Hạn chế Việc so sánh điểm đặc trưng mống mắt có số đối tượng xác định chưa xác Cần thêm thời gian để hồn thành hệ thống cách hoàn thiện Vẫn chưa áp dụng hệ thống thực tế cịn phải nghiên cứu thêm Khơng có đủ kinh phí để tìm thiết bị quét sinh trắc học để kiểm tra vào thực tế 3.Hướng phát triển Sẽ cải tiến thuật tốn để nhận dạng nhanh xác Xây dựng hệ thống nhận dạng mống mắt hoàn chỉnh Lập trình hệ thống MFC để trực quan cho người sử dụng Cải thiện việc tìm kiếm đối tượng sở liệu cách tối ưu , truy vấn đối tượng cách xác Trang 45 TÀI LIỆ U THAM KHẢ O Tài liệu tham khảo nước Ứng dụng xử lý ảnh thực tế với thư viện OpenCV C/C++ - Nguyễn Văn Long Tài liệu tham khảo nước Iris Recognition: Algorithms, Performance and Challengers – John Daugman – University Of Cambridge OpenCV Computer Vision Application Programming Cookbook Second Edition – Robert Laganière Trang web tham khảo stackoverflow.com codeproject.com youtube.com Trang 46 ... tài Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng tròng mắt Lý chọn đề tài Do việc nhận dạng cá nhân , đối tượng cách xác ngày trở nên khó khăn với cơng nghệ sinh trắc học. .. ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng trịng mắt. .. ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Phát triển hệ thống định danh cá nhân dựa vào kỹ thuật nhận dạng mồng mắt - Sinh viên thực