Lược đồ thực hiện:
Quỏ trỡnh truy nguyờn trong hệ được thực hiện tuần tự theo cỏc bước sau:
Bước 1: Sau khi thu nhận, ảnh võn tay điều tra Iq đƣợc tiền xử lý, phõn loại, tớnh số
đếm võn và đoỏn nhận ngún để quyết định thứ tự tỡm kiếm theo ngún trong CSDL lƣu trữ (đó đƣợc tổ chức dữ liệu dựng phƣơng phỏp đó trỡnh bày tại Chƣơng 4). Do võn tay hiện trƣờng cú chất lƣợng xấu, khú trớch chọn tự động nờn cần thiết phải cú sự can thiệp của con ngƣời để chỉnh sửa, biờn tập tƣơng tỏc với sự trợ giỳp của một bộ biờn tập đồ họa. Theo thứ tự mó ngún này, cỏc mó biểu diễn của ảnh võn tay (template) It (đƣợc phõn loại và trớch chọn tự động từ trƣớc ở giai đoạn xõy dựng CSDL) sẽ đƣợc lọc ra từ CSDL.
Bước 2: Ở bƣớc này, dạng võn cơ bản của Iq đƣợc xỏc định tự động hoặc tƣơng tỏc,
nếu cú nhập nhằng thỡ cỏc dạng cơ bản nhập nhằng này đều đƣợc dựng để tỡm kiếm đối sỏnh theo thứ tự ƣu tiờn của độ tin cậy (sẽ núi ở dƣới). Sau đú Iq đƣợc
đƣa vào mụ đun trớch chọn ĐTCT (TCĐTCT).
Cũng trong bƣớc này, mó biểu diễn của Iq gồm cỏc điểm ĐTCT và cấu trỳc võn-
107
đƣợc xỏc định bằng biện phỏp biờn tập tƣơng tỏc để đƣa sang mụ đun Đối sỏnh. Nếu chất lƣợng Iq quỏ xấu, khụng thể trớch chọn đủ ĐTCT thỡ dừng (thụng bỏo Iq
khụng đủ điều kiện kết luận trờn danh sỏch kết quả).
Bước 3: Trong mụ đun ĐS-affine, cỏc mó biểu diễn của võn tay It ở CSDL lần lƣợt
đƣợc lấy ra để đối sỏnh với mó biểu diễn của Iq để tớnh tập ĐTCT tƣơng ứng
ban đầu và độ giống S(It,Iq).
4.1. Nếu S(It,Iq) < Smin thỡ bỏ qua, khụng bổ sung vào danh sỏch đầu ra, quỏ trỡnh đọc tiếp mẫu It tiếp theo.
4.2. Nếu S(It,Iq) >Smax thỡ bổ sung It vào danh sỏch kết quả. Trƣờng hợp cũn lại,
tức là S(It,Iq) [Smin, Smax] thỡ trao tập cỏc cặp ĐTCT tƣơng ứng cựng cỏc cặp võn rónh liờn thuộc của chỳng cho bƣớc đối sỏnh P-TPS.
Bước 4: Đối sỏnh P-TPS nhƣng chỉ nắn chỉnh một lần để tiết kiệm thời gian xử lý và tớnh lại độ giống tổng thể nhƣ đó trỡnh bày chi tiết ở Chƣơng 3. Quỏ trỡnh tiếp tục cho đến khi tất cả cỏc mó biểu diễn trong CSDL cú mó ngún phự hợp với mó ngún của Iq đƣợc đối sỏnh hết.
Bước 5: Dựa trờn danh sỏch kết quả sắp xếp theo thứ tự ƣu tiờn: mó ngún, mó dạng võn cơ bản, số đếm võn, độ giống, giỏm định viờn tiến hành giỏm định và thụng bỏo kết quả.
Ở danh sỏch đầu ra, cỏc cặp ĐTCT tƣơng ứng, cỏc cặp võn rónh liờn thuộc đƣợc hiển thị lần lƣợt từng cặp ảnh 2 ảnh võn tay Iq, It đƣợc sắp xếp lại theo thứ tự
độ giống giảm dần trong từng phõn nhúm (theo mó ngún, dạng võn cơ bản, số đếm võn) trờn màn hỡnh mỏy tớnh, đƣợc trang bị nhiều cụng cụ tiện lợi để hỗ trợ chuyờn gia tiến hành thẩm định kết quả.
Quỏ trỡnh truy nguyờn mụ tả ở trờn, hai bƣớc đầu cũng cú thể xử lý song song nhƣng lƣợng thời gian tiết kiệm đƣợc sẽ khụng đỏng kể. Vỡ vậy, luận ỏn chỉ đề xuất ứng dụng giải phỏp đối sỏnh song song húa cho bƣớc 3 và bƣớc 4. Đõy là 2 bƣớc đối sỏnh võn tay theo ĐTCT tiờu phớ nhiều thời gian nhất, nờn đƣợc triển khai song song húa trờn cụm mỏy tớnh với nhiều nỳt xử lý song song nhƣ đó trỡnh bày chi tiết ở Chƣơng 4.
108
Mụ đun phõn lớp
Để phõn loại võn tay đăng ký trờn CSDL hệ thống thành 10 lớp, ngoài việc kết hợp hai phƣơng phỏp (xem [14,48,56,61,76,82]) nhƣ đó núi ở mục 5.1.3, để nõng cao hơn nữa độ chớnh xỏc phõn lớp, cỏc thụng tin bổ sung về đƣờng võn cơ bản đƣợc sử dụng cho cỏc trƣờng hợp cú nhập nhằng, cụ thể là:
- Đối với võn cung thƣờng, khụng cú đƣờng võn quai và xo4ỏy;
- Đối với dạng võn quai, phải cú ớt nhất hai đƣờng võn hỡnh quai lồng nhau; - Đối với dạng võn hỡnh xoỏy thƣờng, phải cú ớt nhất hai đƣờng võn xoỏy lồng nhau; - Đối với dạng võn hỡnh xoỏy đụi quai, phải cú hai đƣờng võn hỡnh chữ S; - Đối với dạng võn xoỏy bất thƣờng phải cú hai dạng võn khỏc nhau cựng xuất hiện; - Đối với dạng võn khụng thỏa món cỏc điều khiện trờn, xếp vào cung trồi.
Việc xỏc định cỏc đƣờng võn cơ bản rất dễ thực hiện trờn cơ sở phõn tớch độ cong của đƣờng võn đó đƣợc biểu diễn dƣới dạng vectơ. Bằng cỏch bổ sung thờm yờu cầu này, độ chớnh xỏc phõn lớp đƣợc nõng lờn đến 95% nhƣng vẫn chƣa đủ để ứng dụng kỹ thuật tổ hợp đa tầng. Để nõng cao hơn nữa độ tin cậy, đối với trƣờng hợp cũn nhập nhằng, kỹ thuật nhận dạng mờ loại II đƣợc ỏp dụng bổ sung. Cụ thể là kết quả phõn loại khụng đƣa ra 1 lớp cụ thể mà là một thứ tự cỏc lớp, tức là đƣa ra tập con cỏc lớp sắp xếp giảm dần theo độ tin cậy. Bằng cỏch này, tầng phõn loại luụn chuyển kết quả cho tầng sau với độ tin cậy kiểm soỏt đƣợc, từ 95 đến 99,99 %. Với cỏc mụ đun và quỏ trỡnh truy nguyờn nhƣ trờn, sơ đồ của kiến trỳc kiểu bậc thang đƣợc mụ tả trong Hỡnh 5.1, trong đú cỏc bƣớc 3, 4 và mụ đun tƣơng ứng đƣợc thực hiện đối sỏnh song song.
109
5.2.2. Tổ chức dữ liệu
Để tỡm kiếm và đối sỏnh nhanh, dữ liệu lƣu trữ cần đƣợc xử lý và tổ chức hợp lý. Cụng đoạn thứ nhất là tổ chức đỏnh chỉ số phõn cấp theo cỏc thuộc tớnh mó ngún và dạng võn cơ bản để rỳt ngắn thời gian tra tỡm theo nhúm phõn loại và cụng đoạn thứ hai là phõn chia danh sỏch cần đối sỏnh theo ĐTCT thành cỏc gúi nhỏ, phõn cụng nhiệm vụ tớnh toỏn cho cỏc nỳt đối sỏnh song song, giỏm sỏt quỏ trỡnh tớnh toỏn và đƣa ra danh sỏch kết quả cuối cựng để rỳt ngắn thời gian đối sỏnh theo ĐTCT. Cỏc cụng đoạn tổ chức dữ liệu, đó trỡnh bày chi tiết trong mục 4.2 của Chƣơng 4.
5.2.3. Giải phỏp đối sỏnh song song
Để xõy dựng giải phỏp đối sỏnh song song cho cụm mỏy tớnh ta tổ chức hệ thống cụm mỏy tớnh theo cỏc chức năng nhƣ đó mụ tả chi tiết trong Chƣơng 4:
1) Mỏy chủ tiếp nhận yờu cầu và tỡm kiếm theo thuộc tớnh cơ bản, phõn chia danh sỏch thành cỏc gúi nhỏ và phõn phối nhiệm vụ cho cỏc nỳt xử lý song songđể đối sỏnh theo ĐTCT.
2) Cỏc nỳt xử lý song song nhận nhiệm vụ và tiến hành đối sỏnh, trả lại kết quả dƣới dạng danh sỏch kết quả tỡm kiếm cho mỏy chủ.
3) Cỏc mỏy trạm nhận kết quả tỡm kiếm từ mỏy chủ trả về để làm nhiệm vụ thẩm định.
Tổng thời gian đối sỏnh song song húa T một yờu cầu trờn hệ thống cụm mỏy tớnh nhƣ vậy bao gồm thời gian đối sỏnh theo nhúm (t1), thời gian phõn gúi, điều phối nhiệm vụ (t2), thời gian đối sỏnh theo ĐTCT (t3) và thời gian gửi kết quả trả lại cỏc mỏy trạm yờu cầu để tiến hành thẩm định (t4).
Giải phỏp đối sỏnh đề xuất đó đƣa ra phƣơng phỏp đỏnh chỉ số theo cỏc thuộc tớnh mó ngún và dạng võn tay cơ bản để rỳt ngắn thời gian tỡm kiếm theo nhúm (t1), đƣa ra phƣơng phỏp đối sỏnh theo bộ đặc điểm chi tiết song song trờn cỏc nỳt. Với việc song song húa dữ liệu trong đối sỏnh võn tay, để rỳt ngắn k lần thời gian đối sỏnh so với phƣơng phỏp đối sỏnh đặc điểm chi tiết tuần tự cần k số nỳt xử lý song song (t3 đƣợc giảm xuống k lần, tức là cũn t3/k). Do phần lớn thời gian tỡm kiếm là cụng đoạn đối sỏnh theo đặc điểm chi tiết, cỏc thời gian khỏc là rất ngắn nờn tổng thời gian tỡm kiếm đƣợc giảm xuống khoảng k lần (tỷ lệ thuận với số nỳt đƣa vào xử lý song song). Lƣu ý rằng giải phỏp đối sỏnh song song chỉ giải quyết đƣợc vấn
110
đề thời gian, khụng cú giỏ trị rỳt ngắn đƣợc danh sỏch tỡm kiếm. Tuy nhiờn nhƣ đó núi ở trờn, do lợi thế “lấy tốc độ bự độ tin cậy”, giải phỏp đối sỏnh song song sau khi mở rộng danh sỏch tỡm kiếm theo hƣớng dựng thờm cỏc mó phụ để hạn chế sai số FARNđó đề xuất sắp cỏc mó chớnh, mó phụ theo thứ tự ƣu tiờn nờn kết quả là danh sỏch đầu ra trờn thực tế đƣợc rỳt ngắn đỏng kể so với trƣờng hợp sử dụng ngang hàng, khụng sắp xếp.
Vấn đề cũn tồn tại cần tiếp tục giải quyết là đƣa ra giải phỏp rỳt ngắn thời gian thẩm định (t4) ảnh võn tay điều tra với ảnh võn tay trờn CSDL. Đối với cỏc yờu cầu tỡm kiếm xỏc minh căn cƣớc theo chỉ bản 10 ngún, danh sỏch kết quả tỡm kiếm thƣờng rất ngắn (thƣờng chỉ 1-2 chỉ bản trờn CSDL 250.000) nờn cụng thẩm định phải bỏ ra rất ớt. Riờng đối với yờu cầu tỡm kiếmdấu võn tay hiện trƣờng (chỉ bản 1 ngún), danh sỏch kết quả tỡm kiếm dài, thƣờng tỷ lệ thuận với kớch cỡ CSDL, nờn cụng thẩm định rất lớn (thƣờng lờn đến 200 trờn CSDL 2.500.000 chỉ bản 1 ngún). Để rỳt ngắn thời gian, cụng sức thẩm định, ta đó đƣa vào ứng dụng kết quả chẩn đoỏn ngún và sử dụng cấu trỳc thụng tin cục bộ mới là cặp võn rónh liờn thuộc, cú tớnh đặc trƣng cao và ổn định, danh sỏch kết quả tỡm kiếm đó rỳt ngắn đỏng kể nhƣ phần thực nghiệm dƣới đõy sẽ chỉ ra cụ thể.
Vấn đề này tuy nhiờn đang mở ra một nhiệm vụ nghiờn cứu tiếp, đú là xõy dựng cỏc thuật toỏn thẩm định theo nhiều đặc điểm bổ sung mới và tổ chức song song húa quỏ trỡnh này trờn cụm mỏy tớnh để phục vụ hiệu quả hơn cụng tỏc điều tra khỏm phỏ cỏc vụ ỏn lớn, phức tạp.
Với kiến trỳc tổ hợp đa tầng đƣợc đề xuất, phƣơng phỏp truy nguyờn võn tay hiện trƣờng sẽ đƣợc cải tiến đỏng kể so với phƣơng phỏp truy nguyờn truyền thống dựng thuật toỏn đối sỏnh1:1 của Verifinger, thể hiện trờn cỏc tớnh năng mới dƣới đõy:
- Đƣợc bổ sung thờm tớnh năng "chẩn đoỏn ngún" làm cơ sở để sắp xếp danh sỏch tra cứu đầu ra theo theo thứ tự ƣu tiờn của mó ngún.
- Đƣợc bổ sung thờm tớnh năng phõn loại võn tay tự động theo dạng cơ bản, số đếm võn dựng giải phỏp kết hợp nhiều thuật toỏn kiểu đa thể thức để kớch
111
nõng hiệu quả. Sau đú tăng cƣờng thờm kỹ thuật sắp thứ tự danh sỏch kết quả tra cứu theo thứ tự ƣu tiờn dạng cơ bản (DCB), số đếm võn (SĐV).
- Cụng đoạn Trớch chọn ĐTCT đƣợc bổ sung thờm bản đồ chất lƣợng hỗ trợ đỏnh giỏ độ tin cậy cỏc điểm dị thƣờng (tõm điểm và tam phõn điểm) và cỏc ĐTCT.
- Bộ biờn tập trƣớc đõy chỉ cú tớnh năng biờn tập ĐTCT nay đƣợc tăng cƣờng thờm cỏc tớnh năng: Chẩn đoỏn ngún, Định vị điểm dị thƣờng, nhận dạng DCB tự động và tƣơng tỏc. Đƣợc bổ sung thờm cụng cụ biờn tập mới: Vẽ cặp võn rónh liờn thuộc; Vẽ bản đồ hƣớng, bản đồ chất lƣợng.
- Về độ chớnh xỏc, nhờ kiến trỳc tổ hợp đa tầng, tầng trƣớc đƣợc chọn tin cậy cao hơn tầng sau (nhờ khai thỏc cỏc nguồn thụng tin từ cơ bản đến chi tiết, từ thụ đến mịn). Đảm bảo quỏ trỡnh sàng lọc hiệu quả, danh sỏch kết quả tra cứu đƣợc giảm thiểu dần từng bƣớc, qua từng tầng nấc: Từ tầng "Nhận dạng ngún" đến "Nhận dạng DCB + Số đếm võn", sau đú đến tầng "Đối sỏnh theo ĐTCT" đến cuối cựng là tầng "Thẩm định" mà vẫn tối thiểu húa đƣợc đồng thời cả hai loại sai số FRR và FAR.
- Về tốc độ truy nguyờn, nhờ đỏnh chỉ số phõn cấp nờn cụng đoạn đối sỏnh theo Mó ngún, DCB, số đếm võn rất nhanh chúng. Cụng đoạn chậm nhất là tỡm kiếm đối sỏnh theo ĐTCT thỡ đƣợc song song húa giảm xuống số lần tỷ lệ thuận với số nỳt tham gia xử lý nờn tổng thời gian kiểm soỏt đƣợc (dƣới 1 phỳt, cho dự CSDL tăng lờn hàng chục triệu chỉ bản!).
- Về hiệu quả tổng hợp: Toàn phƣơng phỏp truy nguyờn hoạt động nhanh chúng, chớnh xỏc, tiết kiệm cụng sức thẩm định đến tối đa.
Phần thực nghiệm dƣới đõy sẽ phần nào phản ỏnh đƣợc kỳ vọng nờu trờn.
5.3. Kết quả thực nghiệm
Mục tiờu thực nghiệm là đỏnh giỏ hiệu quả cải tiến quỏ trỡnh truy nguyờn võn tay hiện trƣờng của phƣơng phỏp mới đề xuất với phƣơng phỏp truyền thống triển khai trờn hệ C@FRIS phiờn bản 2009 [10,11], ở đú đó dựng cỏc kỹ thuật đỏnh chỉ mục CSDL theo mó ngún, theo dạng cơ bản (phõn loại thủ cụng) nhƣng chƣa dựng kỹ thuật sắp thứ tự ƣu tiờn, tổ hợp đa tầng và đối sỏnh song song húa.
112
Hệ thống phần cứng để tổ chức thực nghiệm bao gồm 1 mỏy chủ cấu hỡnh trung bỡnh, 5 mỏy PC kết nối mạng LAN hỡnh sao. CSDL dựng để thử nghiệm là CSDL căn cƣớc can phạm thực tế của hệ C@FRIS ứng dụng tại Cụng an Hà Nội gồm 2.500.000 chỉ bản võn tay 1 ngún, độ phõn giải chuẩn 500 dpi.
Nhiệm vụ thực nghiệm cụ thể là tiến hành truy nguyờn thử nghiệm 64 võn tay hiện trƣờng với nhiều mức độ chất lƣợng khỏc nhau cú chỉ bản đăng ký trờn CSDL. Kết quả thực nghiệm đƣợc mụ tả một phần trong Bảng 5.2.
Bảng 5.2: Kết quả tỡm kiếm thực nghiệm 64 dấu võn tay trờnCSDL 2.500.000 chỉ bản 1 ngún.
STT File ảnh dấu võn tay
Chất lƣợng dấu võn tay (thể hiện qua số lƣợng ĐTCT) Thời gian đối sỏnh của thuật toỏn đề xuất trờn 1 PC (phỳt) Thời gian đối sỏnh trờn cụm 5 PC (phỳt) Độ dài danh sỏch kết quả tỡm kiếm thực tế Trƣờng hợp chƣa cải tiến Trƣờng hợp cải tiến Tỷ lệ % rỳt ngắn 1 C528_CP.bmp 27 24.5 5 46 16 65.217 2 C528_TP.bmp 25 21 4 311 108 65.273 3 C528_TT.bmp 14 22 4.5 1 1 0 4 C41134_CP.bmp 21 23 6 69 24 65.217 5 C41134_CT.bmp 29 25 5 18 6 66.667 6 C41134_TP.bmp 18 20 6 560 196 65 7 C41134_TT.bmp 20 22.5 5 743 260 65.006 8 C111543_CP.bmp 27 30 6.5 377 131 65.251 9 C123848_TP.bmp 24 25 4 6081 2103 65.416 ... ... ... ... .... ... ... ... 64 C167497_CT.bmp 33 30 7 38 13 65.789 Giỏ trị trung bỡnh 23.5 21.5 4.3 374.76 126.6 66.218
Ghi chỳ:Độ dài danh sỏch kết quả tỡm kiếm đƣợc sắp xếp theo thứ tự ƣu tiờn ngún, thứ tự mó dạng cơ bản, thứ tự số đếm võn và trong nhúm thỡ theo độ giống giảm dần đƣợc tớnh bằng số lƣợng bản ghi trờn danh sỏch kết quả tỡm kiếm. Trờn
113
thực tế, khi thẩm định cỏc dấu võn tay thỡ chỉ khoảng 7-10% dấu võn tay cú khả năng tỡm thấy trong CSDL thỡ độ dài danh sỏch thực tế bằng số bản ghi nằm trờn chỉ bản tỡm thấy. Cũn 90-93% khụng tỡm thấy là trƣờng hợp dấu võn tay hoặc của ngƣời nhà hoặc của cỏc đối tƣợng chƣa cú tiền ỏn tiền sự thỡ thẩm định viờn thƣờng mất thờm thời gian để thẩm định tới hết danh sỏch. Vỡ vậy, việc sắp xếp thứ tự danh sỏch kết quả và xỏc định thực nghiệm độ dài danh sỏch thực tế tối đa cho cả cỏc trƣờng hợp tỡm thấy và khụng tỡm thấy cú một ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Kết quả thực nghiệm trong Bảng 5.2 đó chứng tỏ giải phỏp đề xuất đạt hiệu quả cao, đảm bảo vừa giảm đƣợc đồng thời cả hai loại sai số FAR và FRR, vừa tăng nhanh tốc độ tỡm kiếm, vừa rỳt ngắn đến 66,2 % thời gian thẩm định tớnh trung bỡnh trờn 1 yờu cầu so với trƣờng hợp khụng ứng dụng giải phỏp tổ hợp đa tầng.
5.4. Kết luận
Chƣơng này đề xuất một giải phỏp cải tiến phƣơng phỏp truy nguyờn và thẩm định võn tay hiện trƣờng dựng kỹ thuật tổ hợp đa tầng và đƣa vào ứng dụng thực nghiệm. Với tầng thứ nhất, nhờ xõy dựng thành cụng thuật toỏn phõn loại võn tay cho cỏc trƣờng hợp cú xuất hiện đầy đủ và khụng đầy đủ tõm điểm, tam phõn điểm trờn cơ sở kết hợp sử dụng hai thuật toỏn phõn loại khỏc nhau, sử dụng thờm đƣờng võn cơ bản và đề xuấtkỹ thuật dựng thờm mó phụ theo thứ tự ƣu tiờn nờn kết