Chương 2 BÀI TOÁN NHẬN DẠNG VÂN TAY
2.2. HỆ THỐNG XÁC MINH SỬ DỤNG VÂN TAY
2.2.1. Phân tích và biểu diễn vân tay
Khi ấn ngón tay vào một bề mặt trơn, một vân tay đƣợc sao chép lại từ lớp biểu bì da. Cấu trúc dễ nhận thấy nhất của vân tay là các vân lồi và vân lõm; trong ảnh vân tay, vân lồi có màu tối trong khi vân lõm có màu sáng. Vân lồi có độ rộng từ 100m đến 300m. Độ rộng của một cặp vân lỗi lõm cạnh nhau là 500m. Các chấn thƣơng nhƣ bỏng nhẹ, mòn da..không ảnh hƣởng đến cấu trúc bên dƣới của vân, khi da mọc lại sẽ khôi phục lại đúng cấu trúc này.
Hình 31. Vân lồi và lõm trên một ảnh vân tay
Vân lồi và vân lõm thƣờng chạy song song với nhau; chúng có thể rẽ thành hai nhánh, hoặc kết thúc. Ở mức độ tổng thể, các mẫu vân tay thể hiện các vùng vân khác nhau mà ở đó các đƣờng vân có hình dạng khác biệt. Những vùng này (gọi là các vùng đơn) có thể đƣợc phân loại thành các dạng: loop, delta và whorl và đƣợc kí hiệu tƣơng ứng là , , . Vùng whorl có thể đƣợc mô tả bởi hai vùng loop đối diện nhau.
Hình 32. Mẫu vân tay dạng gấp khúc
Mẫu vân tay dạng gấp khúc: a) loop trái; b) loop phải; c) vòng; d) vòm; và e) vòm dạng lều; hình vuông đánh dấu điểm đặc biệt của mỗi dạng loop và tam giác đánh dấu điểm đặc biệt dạng delta.
Hình 33. Vân tay ứng với năm phân lớp chính
Ở mức độ cục bộ, chúng ta tìm kiếm các đặc tính quan trọng, gọi là các chi tiết. Các chi tiết mô tả cách mà các vân bị đứt quãng. Ví dụ vân có thể đi tới điểm kết thúc, hay rẽ thành hai nhánh…. Viện các chuẩn quốc gia Mĩ đề nghị phân loại chi tiết theo bốn loại gồm: điểm kết thúc, điểm rẽ hai, điểm rẽ ba, và điểm không xác định. Trong khi đó mô hình chi tiết của cục điều tra liên bang Mĩ chỉ có hai loại chi tiết là điểm kết thúc và điểm rẽ hai. Mỗi chi tiết đƣợc đặc trƣng bởi phân lớp, hệ tọa độ xy , góc tạo bởi tiếp tuyến của đƣờng vân tại chi tiết và trục ngang. Trong các ảnh vân tay, các điểm kết thúc và rẽ hai có thể tráo đổi cho nhau và ở cùng vị trí, ở ảnh âm bản điểm kết thúc xuất hiện nhƣ là điểm rẽ hai và ngƣợc lại.
Hình 34. Các dạng đặc trƣng vân phổ biến
a) Các dạng đặc trưng phổ biến; b) Đặc trưng kết thúc với [x0, y0] là giá trị tọa độ của điểm đặc trưng và θ là góc tạo bới hướng vân tại điểm đặc trưng với trục hoành; c) Đặc trưng rẽ nhánh: θ được định nghĩa là giá trị của điểm kết thúc tương ứng với điểm rẽ nhánh trong ảnh âm bản.
Hình 35. Tính đối ngẫu của đặc trƣng kết thúc và rẽ nhánh
Tính đối ngẫu của đặc trưng kết thúc và đặc trưng rẽ nhánh a) trong ảnh nhị phân và b) trong ảnh âm bản
Hầu hết các thuật toán phân loại và nhận dạng vân tay yêu cầu giai đoạn trích chọn đặc trƣng để xác định các đặc trƣng nổi bật. Hình ảnh vân tay thƣờng đƣợc biểu diễn nhƣ là một bề mặt hai chiều. Kí hiệu I là ảnh vân tay cấp xám với cấp xám g. I[x,y] là cấp xám của điểm ảnh [x,y]. Kí hiệu z = S(x,y) là bề mặt rời rạc tƣơng ứng với ảnh I: S(x,y) = I[x,y]. Bằng cách chọn các điểm ảnh màu sáng có cấp xám là 0, và các điểm ảnh có màu tối có cấp xám là g-1, thì các đƣờng vân (xuất hiện có màu tối trong I) tƣơng ứng với bề mặt vân lồi còn khoảng không gian giữa các vân lồi (có màu sáng) tƣơng ứng là bề mặt vân lõm.