1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 3 BẢNG CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG TRONG NHẬN DẠNG VÂN TAY Thuật ngữ Ý nghĩa Ridge Đường vân tay trên ngón tay người Vallay Đường rãnh xen kẽ hai đường vân tay Singular Điểm kỳ dị của vân tay trên ngón tay người, mang đặc điểm phân loại Core Điểm “tâm” của vân tay, là một trong những điểm singular Minutiae Điểm đặc trưng của vân tay trên ngón tay con người Termination Điểm kết thúc của đường vân, một loại minutiae quan trọng Bifurcation Điểm trẽ ba của đường vân, là một loại minutiae quan trong Sweat pores Vòng xuyến xếp liên tiếp tạo thành đường vân (thường quan sát được khi ảnh vân tay ở độ phân giải cao: > 1000dpi) Orientation Image Hình ảnh thể hiện các định hướng cục bộ của các đường vân tay, bao gồm nhiều phần tử [0, ] tại các điểm [i,j]. Direction Image Tương tự như Orientation Image nhưng [0,2 ]. Segmentation Phân định giữa vùng ảnh thể hiện đường vân và vùng ảnh nền Varance field Một các thể hiện vùng ảnh thể hiện đường vân còn thô Crossing number Một phương pháp dùng để phát hiện minutiae. Poincare Một phương pháp dùng để phát hiện core theo trường vec-tơ và đường bao. Ridge map Ảnh đen trắng chỉ thể hiện các đường vân màu trắng nhưng không nhất thiết các đường vân có độ rộng đồng đều. Thinned ridge map Ảnh đen trắng thể hiện các đường vân màu trắng nhưng nhất thiết các đường vân có độ rộng đồng đều 1pixel 4 MỞ ĐẦU Với nhu cầu cấp bách đối với bảo mật cao ngày càng tăng, sinh trắc học đã được nhắm vào để tạo ra một phương pháp nhận dạng cho thế hệ tiếp nối. Trong số hàng loạt công nghệ sinh trắc học, nhận dạng vân tay được sử dụng thời gian sớm nhất và mang đến nhiều cơ hội hơn là sử dụng những công nghệ sinh trắc học khác. Nhận dạng vân tay có thể là phương pháp phức tạp nhất của tất cả công nghệ sinh trắc và được xác nhận qua nhiều ứng dụng. Nhận dạng vân tay đã chứng thực một cách đặc biệt về tính hiệu quả cao của nó và là công nghệ được đề cao xa hơn nữa trong ngành điều tra tội phạm hơn một thế kỷ. Thậm chí như dáng đi con người, gương mặt, hoặc chữ ký có thể thay đổi với thời gian và có thể được làm giả hoặc mô phỏng theo. Tuy nhiên,vân tay là duy nhất hoàn hảo theo từng riêng lẻ và cố định không thay đổi theo thời gian. Tính riêng biệt này đã minh chứng rằng nhận dạng vân tay là chính xác và hiệu quả hơn các phương pháp nhận dạng khác. 5 Ngoài ra, vân tay có thể được chụp ảnh lại và được số hóa bằng những thiết bị giá thành thấp và nén một cách hiệu quả nên chỉ mất một dung lượng nhỏ để lưu trữ một lượng dữ liệu lớn của thông tin. Với những sức mạnh này, nhận dạng vân tay là một phần chủ yếu trên thị trường an ninh và tiếp tục cạnh tranh hơn những cái khác trên khắp thế giới ngày nay. Đồ án này sẽ thực hiện nhận dạng vân tay bằng ảnh số theo hướng có thể triển khai trong dân sự. Chính vì vây phương pháp nhận dạng là dựa trên cơ sở phát hiện và sử dụng các điểm nút đặc trưng (gọi là minutiae). Đó là các ảnh số vân tay lấy trong FVC2000(một bộ dữ liệu chuẩn quốc tế xây dựng bởi phòng thí nghiêm hệ thống sinh trắc, đại học Bologna).Sử dụng các điểm minutea đã trích chọn bước trước để đối sánh nhận dạng vân tay. Đề tài trình bày theo cấu trúc: Chương 1: Vân tay trong sinh trắc học. Chương 2: Đại cương về ảnh và xử lý ảnh trong Matlab. Chương 3: Thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay. Chương 4: Xây dựng chương trình và kết quả thực nghiệm. Do đồ án có tính chất mới, trong quá trình làm đồ án em đã gặp rất nhiều khó khăn. Được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của TS. em đã dần dần tiếp cận được tới lĩnh vực này và bước đầu đã đạt được một số các kết quả. Sau thời gian khẩn trương thực hiện đồ án đã được hoàn thành đúng kế hoạch. Em mong những thiếu sót của em trong đồ án sẽ nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy, cô cùng các bạn sinh viên. Em xin chân thành cảm ơn 6 Chương 1 VÂN TAY TRONG SINH TRẮC HỌC Công nghệ sinh trắc học được áp dụng phổ biến và lâu đời nhất là công nghệ nhận dạng vân tay. Dấu vân tay là một đặc điểm quan trọng để phân biệt giữa người này và người khác. Sự phát triển của công nghệ thông tin có thể giúp thu nhận và ghi nhớ được hàng triệu ghi chép dưới dạng số hoá. Nguyên lý hoạt động của công nghệ nhận dạng vân tay: Khi đặt ngón tay lên trên một thiết bị nhận dạng dấu vân tay, ngay lập tức thiết bị này sẽ quét hình ảnh ngón tay đó và đối chiếu các đặc điểm của ngón tay đó với dữ liệu đã được lưu trữ trong hệ thống. Quá trình xử lý dữ liệu sẽ được thiết bị chuyển sang các dữ liệu số và ra thông báo rằng dấu vân tay đó là hợp lệ hay không hợp lệ để cho phép hệ thống thực hiện các chức năng tiếp theo. 7 Trong chương này em sẽ trình bày những tiếp cận khởi đầu của quá trình nhận dạng vân tay như vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học; và những khó khăn gặp phải khi nhận dạng vân tay. 1.1. Vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học Công nghệ Sinh trắc học (Biometric) - là một công nghệ sử dụng những thuộc tính vật lý hoặc các mẫu hành vi, các đặc điểm sinh học đặc trưng như dấu vân tay, giọng nói, khuôn mặt, dáng đi, để nhận diện con người. 8 Hình vẽ 1.1. Công nghệ sinh trắc học. Hệ thống sinh trắc học sẽ ghi nhận mẫu vân tay của người dùng và lưu trữ tất cả những dữ liệu đặc biệt này thành một mẫu nhận diện được số hoá toàn phần. Có hai phương pháp để lấy dấu vân tay: Hình vẽ 1.2. Vân tay trong sinh trắc học.  Cách thứ nhất (cổ điển) là sao chép lại hình dạng vân tay (như lăn tay, hay chạm vào một vật gì đó) thông qua máy quét ghi nhận và xử lý. Hình vẽ 1.3. Sao chép lại hình dạng vân tay.  Cách thứ hai, hiện tại đa số các nước đều sử dụng phần mềm hoặc thiết bị quét vân tay để nhận dạng vân tay. 9 Hình vẽ 1.4. Sử dụng phần mềm quét vân tay. Đặc điểm của dấu vân tay dù chỉ gồm có 7 loại (vòng móc đơn, vòng móc kép, vòng tập trung ở giữa, vòng cung, vòng cung hình lều, vòng xoắn, vòng bất thường) nhưng thể hiện về chi tiết khác nhau muôn hình muôn vẻ và không thay đổi từ khi mới sinh ra cho đến khi về già. Khai thác tính độc nhất về cấu tạo hình dạng vân tay của mỗi người, các nhà sinh trắc học sẽ biến nó thành chiếc chìa khoá riêng mà chỉ bạn mới có thể sử dụng, giúp bạn tránh được nhiều phiền toái trong cuộc sống như bị trộm cắp, lạm dụng hoặc giả mạo các loại giấy tờ tuỳ thân, thẻ ngân hàng, hộ chiếu đảm bảo an ninh và bảo mật. Việc phân tích dấu vân tay sẽ không hề ảnh hưởng đến quyền lợi cá nhân của bạn vì công cụ sinh trắc học dấu vân tay được thiết kế để chụp lại vân tay theo dạng hình ảnh, vì thế sẽ không ảnh hưởng gì đến dấu vân tay của khách hàng. Việc chấm công, mở két sắt, hộ chiếu, mở tài khoản ngân hàng phải dựa trên mô hình vân tay thật do cấu tạo da. Ngành khoa học sinh trắc học dấu vân tay dựa trên những thành tựu khoa học nghiên cứu về di truyền học, phôi học, sự cấu tạo của vân da tay và não bộ. Tên gọi khoa học là DERMATOGLYPHICS. Phương pháp sinh trắc học dấu vân tay phân tích mật độ dày đặc, độ dài – ngắn, các khúc quanh, hình dạng của vân tay và các năng lực tiềm ẩn của não bộ. 10 Cho tới nay, vẫn chưa có bằng chứng xác thực 100% vân tay trên các ngón tay tuyệt đối mang tính cá nhân và không hề lặp lại. Câu trả lời chính xác chỉ có được khi đem so sánh từng mẫu vân tay của mười đầu ngón người với hơn sáu tỉ người còn lại. Tuy nhiên khi không xét tới phần nhỏ lẻ ấy có thể rút ra một số tính chất cơ bản của vân tay để nó trở thành phổ biến trong ứng dụng nhận dạng và định danh con người: - Tính “phổ thông”, mọi người đều có. - Tính cá nhân và không lặp lại. Xác suất trùng khớp với người khác gần bằng không. - Tính “bất biến”. Hình dạng tổng thể của vân tay trên các ngón tay của con người không thay đổi theo thời gian. Ngay cả trường hợp bị chấn thưong nhẹ, dấu vân tay vẫn có khả năng khôi phục lại. 1.2. Khó khăn gặp phải khi nhận dạng vân tay Do điều kiện thu nhận ảnh quyết định nhiều đến chất lượng ảnh thu thập nên nhiều khi các chi tiết trên mẫu vân tay không thể hiện rõ ràng. Có thể liệt kê một số trường hợp dưới đây: Dry finger (vân tay thu nhận trong điều kiện “khô”): ảnh thu nhận sẽ có nhiều chỗ đường vân bị mờ đi, đường vân bị lẫn với nền ảnh. Lực ấn của tay nhẹ hoặc mực in không đủ (với vân tay lăn trên giấy) là các nguyên nhân chính làm giảm chất lượng ảnh thu thập. Wet finger (vân tay thu nhận trong điều kiện “ướt”): ảnh thu nhận sẽ có nhiều chỗ đường vân bị dính liền. Lực ấn của ngón tay quá lớn hoặc mực in quá nhiều (với vân tay lăn trên giấy) là các nguyên nhân chính tạo nhiễu trong trường hợp này. Vân tay thu nhận trong điều kiện bị biến dạng: ảnh thu nhận được có thể thể hiện rõ nét nhưng các đường vân lại bị bóp méo không còn giống với mẫu thực. Lực ấn, kéo và xê dịch tay là các nguyên nhân chính. [...]... số thuật toán xử lý ảnh trong Matlab 29 Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY Trong phần này sẽ em sẽ giới thiệu một số phương pháp nhận dạng vân tay Tiếp theo là các hình hệ thống nhận dạng đa năng Ở mỗi phần, sẽ lựa chọn ra phương án thực hiện trong đồ án Đây là hai tiền đề xây dựng nên sơ đồ hệ thống nhận dạng vân tay cho đồ án này Cuối cùng là các bước trong trích chọn minutae và đối sánh... hình thức lưu trữ ảnh theo file a) b) c) Hình vẽ 3.2 Các loại vân tay a) vân tay latent; b) vân tay lăn mực;c) vân tay trong FVC2000 Có nhiều định dạng ảnh vân tay khác nhau, phổ biến hơn cả là: jpeg, bmp, tif, gif, png, Các thông số ảnh bao gồm: độ rộng của ảnh, độ phân giải, số bit dành cho một pixel, độ chính xác hình học, méo, Khi thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay, các thông số ảnh thông thường... được biểu thị theo một trong hai cách sau, theo chiều dài và chiều rộng tính bằng đơn vị pixel hoặc theo tổng số pixel tạo nên bức ảnh 13 Hình vẽ 2.2 Ảnh có kích cỡ 1600 x 1200 pixel 14 Hình vẽ 2.3 Số lượng pixel có trong bức ảnh sẽ quyết định kích cỡ ảnh, ảnh hưởng đến độ lớn của file ảnh Ảnh có thể biểu diễn dưới dạng tín hiệu tương tự hoặc số Trong phần sẽ tập trung vào biểu diễn ảnh số, cơ sở về... quy chuẩn theo giải giá trị nào đó sao cho phù hợp với hệ thống Hệ thống nhận dạng vân tay bằng ảnh số, ảnh số là đại lượng đầu vào nên hai thông quan tâm hơn cả: kích thước và độ phân giải Như đã trình bày ở trên, đồ án này sử dụng dữ liệu ảnh FVC2000 để tạo cơ sở dữ liệu hệ thống nhận dạng và kiểm tra kết quả nhận dạng Các mẫu vân tay lưu theo file ảnh, có phần mở rộng tif, kích thước của ảnh 364 x... vùng ảnh ở gần khung thường đóng vai trò làm background Trong đồ án, giai đoạn này gồm: chuẩn hóa kích thước ảnh và đồng đều hóa cường độ sáng giữa các ảnh đầu vào khác nhau Do điều kiện thu thập ảnh khác nhau với mỗi lần lấy mẫu vân tay; do kỹ thuật thu nhận ảnh (sử dụng sensor, scanner,…) khác nhau nên độ sáng ảnh vân tay không gần nhất Vì vậy cần làm đồng đều cường độ sáng của các ảnh vân tay trong. .. a) ảnh vân tay ban đầu; b) orientation image tương ứng Các công thức tính toán: = , = , Ở đây: (i, j) , (i, j) , là các gradient tại i, j theo các trục x, y và tính bằng toán tử Sobel b) Khoanh vùng ảnh vân tay Khoanh vùng ảnh vân tay là thuật toán phân chia các vùng khác nhau trên ảnh vân tay Ở đây, chúng ta quan tâm đến foreground/background (ảnh nền và ảnh trên nền) cùng với biên ảnh vân tay Trong. .. hiện: trừ ảnh 3.4.2 Tăng cường chất lượng ảnh Trong một ảnh vân tay, chất lượng của cấu trúc vân tay là một đặc tính rất quan trọng, vì các vân tay mang thông tin của đặc tính của các đặc trưng, mà các đặc tính của đặc trưng này rất cần thiết cho bước rút trích đặc trưng vân tay Trong trường hợp lý tưởng, ảnh vân tay có chất lượng tốt, các vân lồi và vân lõm uốn cong đều với nhau theo cùng một hướng, ...11 Vân tay thu thập không đầy đủ: ảnh thu thập được chỉ có một phần vân tay trên ngón tay Nguyên nhân chính là do ngón tay đặt không đúng vị trí chuẩn thu thập Tuy vậy trong thực tế cũng có nhiều mẫu vân tay thu thập trong điều kiện tốt nên có chất lượng cao 1.3 Kết luận Nội dung chính của chương là đề cập một số bộ phận của sinh trắc học (trong đó có nhận dạng vân tay) và những tính... ‘Tiền xử lý ảnh thực hiện chuẩn hóa kích thước ảnh Khối ‘Tăng cường chất lượng ảnh thực hiện làm nổi rõ đường vân Khối ước lượng trường định hướng Khối ‘Khoanh vùng ảnh vân tay thực hiện tách vùng ảnh cần quan tâm nhiều 5) trong xử lý trích chọn đặc tính Khối ‘Tạo ảnh nhị phân’ thực hiện tạo ảnh vân tay đường vân có giá trị logic 6) 1 Khối ‘Làm mảnh đường vân thực hiện làm mảnh tới độ rộng đồng nhất... tính toán chính xác định hướng cục bộ của đường vân và tần số vân tay phục vụ cho mục đích cuối công đoạn tạo ridge-map Công thức tính toán cho thuật toán tăng cường ảnh bằng biến đổi Fourier rời rạc có dạng như sau: I= 35 Trong đó: k : hệ số mũ của phổ Fourier, F(I[x,y]) : phổ Fourier Đồ án thực hiện tăng cường chất lượng ảnh bằng biến đổi Fourier rời rạc cho từng block có kích thước 32x32pixel Theo . đầu của quá trình nhận dạng vân tay như vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học; và những khó khăn gặp phải khi nhận dạng vân tay. 1.1. Vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học Công. sánh nhận dạng vân tay. Đề tài trình bày theo cấu trúc: Chương 1: Vân tay trong sinh trắc học. Chương 2: Đại cương về ảnh và xử lý ảnh trong Matlab. Chương 3: Thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay. . theo hướng có thể triển khai trong dân sự. Chính vì vây phương pháp nhận dạng là dựa trên cơ sở phát hiện và sử dụng các điểm nút đặc trưng (gọi là minutiae). Đó là các ảnh số vân tay lấy trong