Nhận dạng vân tay trong ảnh
- 72 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
HOÀNG NGỌC TUẤN
Họ và tên tác giả luận văn
HOÀNG NGỌC TUẤN
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NHẬN DẠNG VÂN TAY TRONG ẢNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
2012A
Hà Nội – Năm
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Họ và tên tác giả luận văn
HOÀNG NGỌC TUẤN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NHẬN DẠNG VÂN TAY TRONG ẢNH
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KỸ THUẬT :
1. TS. NGUYỄN THỊ OANH
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin trân thành cảm ơn các thầy, cô khoa Công Nghệ Thông Tin
Và Truyền Thông Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tham gia giảng dạy truyền
đạt kiến thức cho tập thể lớp 12A CNTT - HY nói chung và cho cá nhân em nói riêng.
Đó là những kiến thức kết hợp giúp em trong quá trình làm luận văn này. Đặc biệt, em
xin trân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Oanh, đã tận tình hƣớng dẫn em thực hiện đề tài
này.
Học Viên
Hoàng Ngọc Tuấn
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em, các
tài liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực.
Học viên
Hoàng Ngọc Tuấn
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. 1
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... 3
DANH MỤC SƠ ĐỒ.................................................................................................... 4
TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................................... 5
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 5
2. Ý nghĩa đề tài ........................................................................................................ 5
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 5
5. Phƣơng pháp tiếp cận ............................................................................................ 6
CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU ........................................................................................... 7
1.1. Giới thiệu chung................................................................................................. 7
1.2. Một số phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học phổ biến ...................................... 8
1.3. Hệ thống nhận dạng vân tay ............................................................................... 9
1.4. Cấu trúc luận văn ............................................................................................. 10
CHƢƠNG II. TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY ....... 11
2.1 Đặc điểm ảnh vân tay ........................................................................................ 11
2.2. Sơ đồ tổng quan hệ thống nhận dạng vân tay .................................................... 13
2.3. Tiền xử lý......................................................................................................... 14
2.3.1. Chuẩn hóa ................................................................................................. 14
2.3.1.1. Chuẩn hóa kích thƣớc.......................................................................... 14
2.3.1.2. Chuẩn hóa đƣờng vân.......................................................................... 15
2.3.2. Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh ....................................................................... 15
2.4. Trích chọn đặc trƣng ........................................................................................ 16
2.5. Đối sánh ........................................................................................................... 17
CHƢƠNG III. HỆ THỐNG CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM .............................................. 18
3.1. Sơ đồ hệ thống ................................................................................................. 18
3.2. Input (vân tay) .................................................................................................. 19
3.3 Tiền xử lý.......................................................................................................... 19
3.3.1. Chuẩn hóa kích thƣớc ................................................................................ 19
3.3.2. Chuẩn hóa đƣờng vân ................................................................................ 20
3.3.3. Tăng cƣờng ảnh vân tay ............................................................................. 21
3.3.3.1. Ƣớc lƣợng hƣớng đƣờng vân .............................................................. 22
3.3.3.2. Tính khoảng cách đƣờng vân .............................................................. 24
3.3.3.3. Nâng cao chất lƣợng ảnh bằng bộ lọc Gabor ....................................... 26
3.4. Trích chọn đặc trƣng ........................................................................................ 28
3.4.1. Nhị phân hóa ảnh xám ............................................................................... 28
3.4.2. Làm mảnh đƣờng vân ................................................................................ 30
3.4.2.1. Xƣơng ................................................................................................. 30
3.4.2.2. Thuật toán tìm xƣơng .......................................................................... 31
3.5.3. Trích chọn đặc trƣng từ ảnh nhị phân......................................................... 34
3.5 Đối sánh ............................................................................................................ 37
3.5.1.Tìm các cặp điểm so khớp giữa 2 vân tay: thuật toán Hough transform ...... 37
3.5.2. Thuật toán đối sánh.................................................................................... 39
CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .............................................................. 43
4.1. Môi trƣờng cài đặt ............................................................................................ 43
4.2. Chƣơng trình .................................................................................................... 43
4.3. Đánh giá thử nghiệm ........................................................................................ 45
4.3.1. Dữ liệu thử nghiệm .................................................................................... 45
4.3.2. Độ đo hiệu năng ........................................................................................ 46
4.3.3 Kết quả thực nghiệm................................................................................... 48
4.3.3.1 Kết quả so khớp ................................................................................... 48
CHƢƠNG V. KẾT LUẬN VÀ ĐINH HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .......... 54
5.1. Kết luận ........................................................................................................... 54
5.2. Định hƣớng phát triển đề tài ............................................................................. 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 55
PHẦN PHỤ LỤC ....................................................................................................... 59
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FRR Lỗi từ chối nhầm
FAR Lỗi chấp nhận nhầm
EER Mức độ lỗi cân bằng
P Độ chính xác
Arch đặc trƣng đƣờng vân kiểu hình cung.
Bifurcation Đặc trƣng rẽ nhánh của vân tay, là điểm mà tại đƣờng vân rẽ hai nhánh
Core Đặc trƣng lõi vân tay
Cossovers Đặc trƣng bắt chéo của vân tay
Ending Đặc trƣng điểm kết thúc, là điểm kết thúc của đƣờng vân
Island Đặc trƣng vân dạng đảo
Lake Đặc trƣơng đƣờng vân dạng hồ, là đƣờng vân khép kín tạo thành lỗ nhỏ
Left Loop Đặc trƣng đƣờng vân kiểu lặp tròn trái
Matching So khớp, so khớp hai ảnh vân tay với nhau.
Minutiae Đặc trƣng của ảnh vân tay nhƣ: kết thúc, đƣờng rẽ nhánh hoặc dạng đảo,
hồ….
Rigde Vùng da lồi trên vân tay
Spur Đặc trƣng đƣờng vân hình cựa gà
Right Loop Đặc trƣng đƣờng vân dạng lặp tròn phải
Tented arch Đặc trƣng đƣờng vân kiểu hình cung nhọn
Twin Loop Đặc trƣng đƣờng vân lặp tròn 2 lần
1
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Dạng sóng của tín hiệu ghi nhận đƣợc từ âm thanh của ngƣời [25]. ............... 8
Hình 2.1 Các điểm singularity core và delta................................................................ 11
Hình 2.2 Một số loại core thƣờng gặp. [23] ................................................................ 11
Hình 2.3 các điểm đƣờng vân Ridge Ending (kết thúc), Bifurcation (rẽ nhánh). [28] .. 12
Hình 2.4 các điểm minutiae còn lại Crossover (chỗ giao nhau), lake (dạng hồ, Spur
(cựa gà). [29] .............................................................................................................. 12
Hình 3.2. Đọc mẫu vân tay vào hệ thống .................................................................... 19
Hình 3.3. Kết quả chuẩn hóa với M0=50, V0=300 ....................................................... 21
Hình 3.4 Các bƣớc tăng cƣờng ảnh của phƣơng pháp lọc Gabor [17]. ........................ 22
Hình 3.5. Cửa sổ hƣớng dùng để tính x-signature [17]. ............................................... 24
Hình 3.6. Kết quả tăng cƣờng ảnh .............................................................................. 28
Hình 3.7. Kết quả nhị phân hóa với việc lẫy ngƣớng động .......................................... 30
Hình 3.8. (a,b) không phải là 8 simple, (c,d) là 8 simple ............................................. 32
Hình 3.9. Kết quả của việc làm mảnh đƣờng vân ........................................................ 34
Hình 3.10. Đặc điểm của điểm ảnh dựa vào 8 điểm xung quanh ................................. 35
Hình 3.11. Kết quả của thuật toán Hough transform ................................................... 39
Hình 3.12. Kết quả của việc đối sánh 2 mẫu vân tay ................................................... 40
Hình 4.1 Giao diện chính chƣơng trình với việc đối sánh ........................................... 43
Hình 4.2 Hộp thoại thông báo so khớp thành công với kiểu “đối sánh với mẫu vân tay
trong CSDL” .............................................................................................................. 44
Hình 4.3. Thông tin học viên đƣợc tìm thấy thông qua việc nhận dạng vân tay. .......... 45
Hình 4.4. Một số hình ảnh dữ liệu thử nghiệm thu nhỏ ............................................... 46
Hình 4.5 Kết quả so khớp với 2 mẫu trên cùng một ngón tay của một ngƣời .............. 52
Hình 4.6. Kết quả so khớp với 2 mẫu trên cùng một ngón tay của một ngƣời bị từ chối
................................................................................................................................... 53
2
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.9. Kết quả lỗi chấp nhận nhầm, từ chối nhầm trƣờng hợp thử nghiệm tỷ lệ 1:7
với các giá trị ngƣỡng T khác nhau ............................................................................. 49
Bảng 4.10. Kết quả lỗi chấp nhận nhầm, từ chối nhầm trƣờng hợp thử nghiệm tỷ lệ 1:1
với các giá trị ngƣỡng T khác nhau ............................................................................. 50
Bảng 4.1. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=5 ...................................................................................................................... 59
Bảng 4.2. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=8 ...................................................................................................................... 59
Bảng 4.3. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=10..................................................................................................................... 60
Bảng 4.4. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=14..................................................................................................................... 60
Bảng 4.5. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=5 ...................................................................................................................... 62
Bảng 4.6. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=8 ...................................................................................................................... 63
Bảng 4.7. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=10..................................................................................................................... 64
Bảng 4.8. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=14..................................................................................................................... 65
3
DANH MỤC SƠ ĐỒ
Hình 2.5. Sơ đồ tổng quan .......................................................................................... 13
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống ............................................................................................ 18
4
TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Lý do chọn đề tài
Trong quá trình công tác tại công ty em có đƣợc tiếp xúc với phần mềm chấm
công thông qua nhận dạng vân tay thông qua máy quét vân tay. Qua đó em cảm thấy nó
rất hay và có ý nghĩa phục vụ trong công việc vì vậy em muốn tìm hiểu và xây dựng
ứng dụng nhận dạng vân tay trong ảnh bằng ngôn ngữ lập trình Visual studio c#.
Thông qua đề tài “nhận dạng vân tay trong ảnh” này thì em cảm thấy nhận dạng
vân tay có ý nghĩa rất quan trọng. Nó không chỉ phục vụ trong quá trình điều tra phá
án, xác nhận mật khẩu mà còn phục vụ trong công việc chấm công quản lý nhân viên…
2. Ý nghĩa đề tài
Giới thiệu một hƣớng nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực nhận dạng vân tay
vào thực tiễn. Một lĩnh vực khá phổ biến trên thế giới nhƣng vẫn còn hạn chế ở Việt
Nam.
3. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là: Tìm hiểu các đặc trƣng của ảnh vân tay và cài đặt thực
nghiệm thống nhận dạng vân tay. Từ đó nghiên cứu một số thuật toán rút trích đặc
trƣng của ảnh vân tay (phƣơng pháp trích chọn đặc trƣng từ ảnh nhị phân) và phƣơng
pháp nhận dạng (phƣơng pháp đối sánh sử dụng thuật toán Hough transform).
Đối tƣợng nghiên cứu trong lĩnh vực an ninh, quản lý…
Phạm vi nghiên cứu với quy mô nhỏ, chỉ tìm hiểu và cài đặt hệ thống thực
nghiệm, trong tƣơng lai gần em sẽ phát triển để tối ƣu hơn với quy mô rộng hơn
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Chuẩn hóa
+ Chuẩn hóa kích thƣớc
+ Chuẩn hóa đƣờng vân
Ƣớc lƣợng hƣớng đƣờng vân
5
Tính khoảng cách đƣờng vân
Tăng cƣờng ảnh
Nhị phân hóa
Làm mảnh đƣờng vân
Trích chọn đặc trƣng
Đối sánh
5. Phƣơng pháp tiếp cận
Hệ thống nhận dạng vân tay trong ảnh đƣợc tiếp cận để giải quyết bài toán thông qua
các tài liệu đã đƣợc công bố trƣớc đó. Từ đó em lựa chọn ra nhƣng thuật toán phù hợp
để xây dựng luận văn và cài đặt thử nghiệm hệ thống
6
CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung
Nhƣ chúng ta đã biết ngày nay ngành công nghệ thông tin phát triển rất nhanh
và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong đó có rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó vấn
đề an ninh là một vấn đề rất đƣợc nhiều ngƣời quan tâm. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu
trong các vấn đề an ninh, bảo mật thì các nhà khoa học đã tìm ra rất nhiều phƣơng pháp
trong đó có “phƣơng pháp sinh trắc học”. Nó đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực của đời sống. Cùng với sự ra đời của thƣơng mại điện tử, ngân hàng điện tử,
hệ thống rút tiền tự động. Từ đó đòi hỏi phải có tính bảo mật cao đã trở thành một vấn
đề rất quan trọng.
Mặc dù các ứng dụng trƣớc đây thƣờng định danh cá nhân theo các phƣơng
pháp truyền thống đó là dựa vào ID và mật khẩu. Do đó vấn đề bảo mật không đƣợc an
toàn vì bị những kẻ mạo danh ăn cắp, hoặc do chúng ta bị quên nên việc lấy lại rất khó
khăn và phức tạp. Vì vậy phƣơng pháp truyền thống này không đáp ứng đƣợc nhu cầu
với bảo mật trong các lĩnh vực lớn hiện nay. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu đó thì các
phƣơng pháp bảo mật bằng “Nhận dạng sinh trắc học” ra đời nhƣ: Nhận dạng khuôn
mặt, giọng nói, vân tay đang đƣợc ứng dụng thay thế các phƣơng pháp truyền thống.
Trong đó phải kể đến nhận dạng vân tay đang đƣợc ứng dụng rộng rãi. Nhƣ chúng ta
cũng biết nhận dạng vân tay hiện nay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong đó có cả điện
thoại…
Vậy nhận dạng sinh trắc học nó làm nhƣ thế nào? Đó là việc định danh cá nhân
dựa trên đặc trƣng hành vi hay cấu trúc vật lý của một cá nhân nào đó mà có khả năng
tin cậy để phân biệt với kẻ mạo danh. Từ đó ngƣời ta chia ra thành 2 loại [29].
- Phƣơng pháp nhận dạng dựa trên hành vi. Phƣơng pháp này dựa trên hành vi là
việc xác định một vài hành vi điển hình của con ngƣời nhƣ: chữ viết, hay hành
vi ấn phím trên bàn phím để nhập mật khẩu…
7
- Phƣơng pháp nhận dạng dựa theo cấu trúc vật lý của con ngƣời. Đây là phƣơng
pháp dựa vào một số tính chất vật lý để xác định cá nhân ngƣời dùng nhƣ ảnh
vân tay, ảnh mống mắt, …
1.2. Một số phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học phổ biến
Phƣơng pháp nhận dạng chữ ký
Nhƣ chúng ta cũng biết chữ ký là một loại hình nhận dạng đặc biệt của mỗi
ngƣời. Trong mỗi ngƣời chúng ta thƣờng có chữ ký khác nhau và những đặc điểm
riêng biệt. Qua đó chúng ta thƣờng sử dụng chữ ký để nhận dạng, phân biệt giữa ngƣời
này với ngƣời khác. Do đó hệ thống nhận dạng chữ ký đã ra đời nó không chỉ khảo sát
về hành động của chữ ký mà nó còn khảo sát quá trình động của con ngƣời khi đang
ký. Nhƣ vậy nhận dạng chữ ký là một trong những phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc
học. Nó đƣợc dựa trên hành vi của con ngƣời. Hiện nay, có nhiều lĩnh vực sử dụng
nhận dạng chữ ký nhƣ: xác nhận giao dịch hợp đồng, thẻ trả tiền…
Phƣơng pháp nhận dạng giọng nói
Lời nói là dùng để truyền đạt thông tin. Có rất nhiều cách mô tả đặc điểm của
việc truyền đạt thông tin. Dựa vào lý thuyết thông tin, lời nói có thể đƣợc đại diện bởi
thuật ngữ là “nội dung thông điệp” hoặc là “thông tin”. Một cách khác để biểu thị lời
nói là “tín hiệu mang nội dung thông điệp”, nhƣ là “dạng sóng âm thanh”.
Hình 1.1 Dạng sóng của tín hiệu ghi nhận đƣợc từ âm thanh của ngƣời [25].
Khi chúng ta nói các dây âm thanh, vòm miệng, vùng thanh âm, răng, vùng
xoang và phần bên trong các mô tế bào miệng của con ngƣời kết hợp lại để tạo ra giọng
8
nói của chúng ta. Từ đó có thể nói là hành vi bởi vì khi phát ra một từ thì mỗi một
ngƣời có thể phát âm khác nhau. Nhƣ vậy, hệ thống nhận dạng giọng nói phân tích
sóng và các mẫu áp lực không khí thu đƣợc khi ngƣời nào đó nói vào micro. Do đó,
nhận dạng giọng nói là sự kết hợp của hai phƣơng pháp: nhận dạng hành vi và nhận
dạng kiến trúc vật lý [25].
Hệ thống nhận dạng vân tay (Fingerprint Recognition):
Việc sử dụng vân tay để định danh một cá nhân nào đó là do vân tay có tính duy
nhất và bền vững. Xác suất trùng lặp một vân tay là 10-6. Một ngƣời với hai bàn tay
có 10 ngón đầy đủ thì xác suất trùng lặp cả 10 ngón trở nên rất nhỏ đến mức có thể
coi nhƣ bằng 0. Do đó, không có hai ngƣời khác nhau có các vân tay trùng nhau. Hơn
nữa, hình dạng vân tay ổn định từ lúc sinh ra đến khi chết đi, ít có điều kiện thay đổi,
kể cả nhờ các biện pháp hiện đại nhƣ giải phẫu [32]. Ngày nay, trong tất cả các
phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học thì ảnh vân tay đƣợc sử dụng thông dụng và
mang lại hiệu quả cao trong việc định danh một cá nhân.
1.3. Hệ thống nhận dạng vân tay
Đề tài nhận dạng vân tay trong ảnh thực hiện các công việc trong các giai đoạn
sau: Input vân tay, Tiền xử lý ảnh, Trích chọn đặc trƣng, đối sánh.
Trong giai đoạn tiền xử lý gồm các bƣớc sau:
Chuẩn hóa
Tăng cƣờng ảnh vân tay
1. Ƣớc lƣợng hƣớng đƣờng vân
2. Tính khoảng cách đƣờng vân
Trong giai đoạn trích chọn đặc trƣng thì sử dụng phƣơng pháp trích chọn từ ảnh nhị
phân. Quá trình đƣợc thực hiện thông qua các giai đoạn:
Nhị phân hóa
Làm mảnh đƣờng vân
Trích chọn
9
Trong giai đoạn đối sánh sử dụng thuật toán Hough transform
Quá trình cài đặt đƣợc viết trên ngôn ngữ lập trình visual studio C# 2012 (windows
Form).
1.4. Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn đƣợc chia làm 5 chƣơng sau:
Chƣơng I: Giới thiệu
Trong chƣơng này giới thiệu chung về một số phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc
học phổ biến và giới thiệu chung về hệ thống nhận dạng vân tay của luận văn
Chƣơng II: Tìm hiểu chung về hệ thống nhận dạng vân tay
Trong chƣơng này sẽ đi tìm hiểu những đặc điểm của vân tay và tìm hiểu một
cách tổng quát về hệ thống nhận dạng vân tay và mô tả một cách khái quát các giai
đoạn trong sơ đồ tổng quan hệ thống nhận dạng vân tay.
Chƣơng III. Hệ thống cài đặt thử nghiệm
Trong chƣơng này sẽ đi tìm hiểu sâu và chi tiết vào hệ thống nhận dạng vân tay,
mô tả chi tiết từng bƣớc trong sơ đồ hệ thống nhận dạng vân tay
Chƣơng IV. Kết quả thực nghiệm
Trong chƣơng này sẽ đƣa ra kết quả thực nghiệm của hệ thống nhận dạng vân
tay mà đã cài đặt và đánh giá kết quả đạt đƣợc của hệ thống
Chƣơng V. Kết luận và định hƣớng phát triển của đề tài
Trong chƣơng này sẽ đƣa ra kết luận và định hƣớng phát triển sau này của đề tài
nhƣ kết quả đạt đƣợc, hạn chế của luận văn
10
CHƢƠNG II. TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY
2.1 Đặc điểm ảnh vân tay
Điểm đặc trƣng của vân tay là những điểm đặc biệt, nó có những vị trí không
trùng lặp trên các vân tay khác nhau. Nó đƣợc chia làm 2 loại
Singularity và minutiae.[28]. Các hệ thống nhận dạng vân tay thƣờng dựa trên đặc
điểm này để xem hai vân tây có trùng khớp hay không.
Singularity: Trên vân tay có những vùng có cấu trúc khác thƣờng so với những
vùng bình thƣờng khác. Các Singularity thƣờng có cấu trúc song song, những vùng
nhƣ vậy đƣợc gọi là Singularity. Có 2 loại Singularity là core và delta (Hình 2.1)
Hình 2.1 Các điểm singularity core và delta
Trong đó delta là đƣờng ngã 3 đƣờng vân còn core là điểm cốt lõi nó ở giữa đƣờng
cong vân tay (hình 2.2). Trong đó core thƣờng có các loại core sau:Left loop, Right
loop, Double loop, Whorl, Erch.
Hình 2.2 Một số loại core thƣờng gặp. [23]
11
Minutiae: Trong khi chúng ta quan sán trên từng đƣờng vân ta sẽ thấy có những điểm
đƣờng vân gián đoạn, vân kết thúc (Ridge Ending) hoặc rẽ nhánh (Bifurcation), điều
này đã tạo ra các loại minutiae khác nhau và gọi chung là minutiae.
Hình 2.3 các điểm đƣờng vân Ridge Ending (kết thúc), Bifurcation (rẽ nhánh).
[28]
Ngoài ra chúng ta cũng còn có các điểm khác nhƣ điểm chéo (crossover), đƣờng
vân dạng hồ (lake), đƣờng vân cựa gà (spur), đƣờng vân dạng đảo (island)... (hình 2.4)
Hình 2.4 các điểm minutiae còn lại Crossover (chỗ giao nhau), lake (dạng hồ, Spur
(cựa gà). [29]
12
2.2. Sơ đồ tổng quan hệ thống nhận dạng vân tay
Tiền xử lý
Ảnh vân
tay Chuẩn hóa kích thƣớc
Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh
Trích các điểm đặc trƣng
(Singularity, Minutiae)
CSDL Đối sánh
Kết quả
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống tổng quan
Mô tả tổng quan các bƣớc xử lý chính của sơ đồ hình 2.5 nhƣ sau:
Input vân tay: Giai đoạn này thực hiện việc đƣa 2 mẫu vân tay cần đƣợc đối
sánh vào.
+ Mẫu 1: là ảnh vân tay nhận dạng
+ Mẫu 2: là ảnh vân tay cần đƣợc đối sánh với mẫu 1. Trong mẫu này chúng ta
có thể lấy mẫu ở ngoài hoặc lấy trong cơ sở dữ liệu của hệ thống đã lƣu trữ.
Tiền xử lý: Giai đoạn này làm nhiệm vụ xử lý các mẫu ảnh vân tay đầu vào để
đƣa ra kết quả ảnh vân tay có chất lƣợng tốt hơn
13
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
HOÀNG NGỌC TUẤN
Họ và tên tác giả luận văn
HOÀNG NGỌC TUẤN
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NHẬN DẠNG VÂN TAY TRONG ẢNH
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
2012A
Hà Nội – Năm
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Họ và tên tác giả luận văn
HOÀNG NGỌC TUẤN
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NHẬN DẠNG VÂN TAY TRONG ẢNH
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KỸ THUẬT :
1. TS. NGUYỄN THỊ OANH
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin trân thành cảm ơn các thầy, cô khoa Công Nghệ Thông Tin
Và Truyền Thông Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tham gia giảng dạy truyền
đạt kiến thức cho tập thể lớp 12A CNTT - HY nói chung và cho cá nhân em nói riêng.
Đó là những kiến thức kết hợp giúp em trong quá trình làm luận văn này. Đặc biệt, em
xin trân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Oanh, đã tận tình hƣớng dẫn em thực hiện đề tài
này.
Học Viên
Hoàng Ngọc Tuấn
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em, các
tài liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực.
Học viên
Hoàng Ngọc Tuấn
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. 1
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ 2
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................... 3
DANH MỤC SƠ ĐỒ.................................................................................................... 4
TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ....................................................................... 5
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 5
2. Ý nghĩa đề tài ........................................................................................................ 5
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 5
5. Phƣơng pháp tiếp cận ............................................................................................ 6
CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU ........................................................................................... 7
1.1. Giới thiệu chung................................................................................................. 7
1.2. Một số phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học phổ biến ...................................... 8
1.3. Hệ thống nhận dạng vân tay ............................................................................... 9
1.4. Cấu trúc luận văn ............................................................................................. 10
CHƢƠNG II. TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY ....... 11
2.1 Đặc điểm ảnh vân tay ........................................................................................ 11
2.2. Sơ đồ tổng quan hệ thống nhận dạng vân tay .................................................... 13
2.3. Tiền xử lý......................................................................................................... 14
2.3.1. Chuẩn hóa ................................................................................................. 14
2.3.1.1. Chuẩn hóa kích thƣớc.......................................................................... 14
2.3.1.2. Chuẩn hóa đƣờng vân.......................................................................... 15
2.3.2. Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh ....................................................................... 15
2.4. Trích chọn đặc trƣng ........................................................................................ 16
2.5. Đối sánh ........................................................................................................... 17
CHƢƠNG III. HỆ THỐNG CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM .............................................. 18
3.1. Sơ đồ hệ thống ................................................................................................. 18
3.2. Input (vân tay) .................................................................................................. 19
3.3 Tiền xử lý.......................................................................................................... 19
3.3.1. Chuẩn hóa kích thƣớc ................................................................................ 19
3.3.2. Chuẩn hóa đƣờng vân ................................................................................ 20
3.3.3. Tăng cƣờng ảnh vân tay ............................................................................. 21
3.3.3.1. Ƣớc lƣợng hƣớng đƣờng vân .............................................................. 22
3.3.3.2. Tính khoảng cách đƣờng vân .............................................................. 24
3.3.3.3. Nâng cao chất lƣợng ảnh bằng bộ lọc Gabor ....................................... 26
3.4. Trích chọn đặc trƣng ........................................................................................ 28
3.4.1. Nhị phân hóa ảnh xám ............................................................................... 28
3.4.2. Làm mảnh đƣờng vân ................................................................................ 30
3.4.2.1. Xƣơng ................................................................................................. 30
3.4.2.2. Thuật toán tìm xƣơng .......................................................................... 31
3.5.3. Trích chọn đặc trƣng từ ảnh nhị phân......................................................... 34
3.5 Đối sánh ............................................................................................................ 37
3.5.1.Tìm các cặp điểm so khớp giữa 2 vân tay: thuật toán Hough transform ...... 37
3.5.2. Thuật toán đối sánh.................................................................................... 39
CHƢƠNG IV. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM .............................................................. 43
4.1. Môi trƣờng cài đặt ............................................................................................ 43
4.2. Chƣơng trình .................................................................................................... 43
4.3. Đánh giá thử nghiệm ........................................................................................ 45
4.3.1. Dữ liệu thử nghiệm .................................................................................... 45
4.3.2. Độ đo hiệu năng ........................................................................................ 46
4.3.3 Kết quả thực nghiệm................................................................................... 48
4.3.3.1 Kết quả so khớp ................................................................................... 48
CHƢƠNG V. KẾT LUẬN VÀ ĐINH HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .......... 54
5.1. Kết luận ........................................................................................................... 54
5.2. Định hƣớng phát triển đề tài ............................................................................. 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 55
PHẦN PHỤ LỤC ....................................................................................................... 59
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
FRR Lỗi từ chối nhầm
FAR Lỗi chấp nhận nhầm
EER Mức độ lỗi cân bằng
P Độ chính xác
Arch đặc trƣng đƣờng vân kiểu hình cung.
Bifurcation Đặc trƣng rẽ nhánh của vân tay, là điểm mà tại đƣờng vân rẽ hai nhánh
Core Đặc trƣng lõi vân tay
Cossovers Đặc trƣng bắt chéo của vân tay
Ending Đặc trƣng điểm kết thúc, là điểm kết thúc của đƣờng vân
Island Đặc trƣng vân dạng đảo
Lake Đặc trƣơng đƣờng vân dạng hồ, là đƣờng vân khép kín tạo thành lỗ nhỏ
Left Loop Đặc trƣng đƣờng vân kiểu lặp tròn trái
Matching So khớp, so khớp hai ảnh vân tay với nhau.
Minutiae Đặc trƣng của ảnh vân tay nhƣ: kết thúc, đƣờng rẽ nhánh hoặc dạng đảo,
hồ….
Rigde Vùng da lồi trên vân tay
Spur Đặc trƣng đƣờng vân hình cựa gà
Right Loop Đặc trƣng đƣờng vân dạng lặp tròn phải
Tented arch Đặc trƣng đƣờng vân kiểu hình cung nhọn
Twin Loop Đặc trƣng đƣờng vân lặp tròn 2 lần
1
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Dạng sóng của tín hiệu ghi nhận đƣợc từ âm thanh của ngƣời [25]. ............... 8
Hình 2.1 Các điểm singularity core và delta................................................................ 11
Hình 2.2 Một số loại core thƣờng gặp. [23] ................................................................ 11
Hình 2.3 các điểm đƣờng vân Ridge Ending (kết thúc), Bifurcation (rẽ nhánh). [28] .. 12
Hình 2.4 các điểm minutiae còn lại Crossover (chỗ giao nhau), lake (dạng hồ, Spur
(cựa gà). [29] .............................................................................................................. 12
Hình 3.2. Đọc mẫu vân tay vào hệ thống .................................................................... 19
Hình 3.3. Kết quả chuẩn hóa với M0=50, V0=300 ....................................................... 21
Hình 3.4 Các bƣớc tăng cƣờng ảnh của phƣơng pháp lọc Gabor [17]. ........................ 22
Hình 3.5. Cửa sổ hƣớng dùng để tính x-signature [17]. ............................................... 24
Hình 3.6. Kết quả tăng cƣờng ảnh .............................................................................. 28
Hình 3.7. Kết quả nhị phân hóa với việc lẫy ngƣớng động .......................................... 30
Hình 3.8. (a,b) không phải là 8 simple, (c,d) là 8 simple ............................................. 32
Hình 3.9. Kết quả của việc làm mảnh đƣờng vân ........................................................ 34
Hình 3.10. Đặc điểm của điểm ảnh dựa vào 8 điểm xung quanh ................................. 35
Hình 3.11. Kết quả của thuật toán Hough transform ................................................... 39
Hình 3.12. Kết quả của việc đối sánh 2 mẫu vân tay ................................................... 40
Hình 4.1 Giao diện chính chƣơng trình với việc đối sánh ........................................... 43
Hình 4.2 Hộp thoại thông báo so khớp thành công với kiểu “đối sánh với mẫu vân tay
trong CSDL” .............................................................................................................. 44
Hình 4.3. Thông tin học viên đƣợc tìm thấy thông qua việc nhận dạng vân tay. .......... 45
Hình 4.4. Một số hình ảnh dữ liệu thử nghiệm thu nhỏ ............................................... 46
Hình 4.5 Kết quả so khớp với 2 mẫu trên cùng một ngón tay của một ngƣời .............. 52
Hình 4.6. Kết quả so khớp với 2 mẫu trên cùng một ngón tay của một ngƣời bị từ chối
................................................................................................................................... 53
2
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.9. Kết quả lỗi chấp nhận nhầm, từ chối nhầm trƣờng hợp thử nghiệm tỷ lệ 1:7
với các giá trị ngƣỡng T khác nhau ............................................................................. 49
Bảng 4.10. Kết quả lỗi chấp nhận nhầm, từ chối nhầm trƣờng hợp thử nghiệm tỷ lệ 1:1
với các giá trị ngƣỡng T khác nhau ............................................................................. 50
Bảng 4.1. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=5 ...................................................................................................................... 59
Bảng 4.2. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=8 ...................................................................................................................... 59
Bảng 4.3. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=10..................................................................................................................... 60
Bảng 4.4. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 700 lần đối sánh
với T=14..................................................................................................................... 60
Bảng 4.5. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=5 ...................................................................................................................... 62
Bảng 4.6. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=8 ...................................................................................................................... 63
Bảng 4.7. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=10..................................................................................................................... 64
Bảng 4.8. Danh sách các lỗi (chấp nhận nhầm, từ chối nhầm) trong 1600 lần đối sánh
với T=14..................................................................................................................... 65
3
DANH MỤC SƠ ĐỒ
Hình 2.5. Sơ đồ tổng quan .......................................................................................... 13
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống ............................................................................................ 18
4
TÓM TẮT NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1. Lý do chọn đề tài
Trong quá trình công tác tại công ty em có đƣợc tiếp xúc với phần mềm chấm
công thông qua nhận dạng vân tay thông qua máy quét vân tay. Qua đó em cảm thấy nó
rất hay và có ý nghĩa phục vụ trong công việc vì vậy em muốn tìm hiểu và xây dựng
ứng dụng nhận dạng vân tay trong ảnh bằng ngôn ngữ lập trình Visual studio c#.
Thông qua đề tài “nhận dạng vân tay trong ảnh” này thì em cảm thấy nhận dạng
vân tay có ý nghĩa rất quan trọng. Nó không chỉ phục vụ trong quá trình điều tra phá
án, xác nhận mật khẩu mà còn phục vụ trong công việc chấm công quản lý nhân viên…
2. Ý nghĩa đề tài
Giới thiệu một hƣớng nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực nhận dạng vân tay
vào thực tiễn. Một lĩnh vực khá phổ biến trên thế giới nhƣng vẫn còn hạn chế ở Việt
Nam.
3. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là: Tìm hiểu các đặc trƣng của ảnh vân tay và cài đặt thực
nghiệm thống nhận dạng vân tay. Từ đó nghiên cứu một số thuật toán rút trích đặc
trƣng của ảnh vân tay (phƣơng pháp trích chọn đặc trƣng từ ảnh nhị phân) và phƣơng
pháp nhận dạng (phƣơng pháp đối sánh sử dụng thuật toán Hough transform).
Đối tƣợng nghiên cứu trong lĩnh vực an ninh, quản lý…
Phạm vi nghiên cứu với quy mô nhỏ, chỉ tìm hiểu và cài đặt hệ thống thực
nghiệm, trong tƣơng lai gần em sẽ phát triển để tối ƣu hơn với quy mô rộng hơn
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài
Chuẩn hóa
+ Chuẩn hóa kích thƣớc
+ Chuẩn hóa đƣờng vân
Ƣớc lƣợng hƣớng đƣờng vân
5
Tính khoảng cách đƣờng vân
Tăng cƣờng ảnh
Nhị phân hóa
Làm mảnh đƣờng vân
Trích chọn đặc trƣng
Đối sánh
5. Phƣơng pháp tiếp cận
Hệ thống nhận dạng vân tay trong ảnh đƣợc tiếp cận để giải quyết bài toán thông qua
các tài liệu đã đƣợc công bố trƣớc đó. Từ đó em lựa chọn ra nhƣng thuật toán phù hợp
để xây dựng luận văn và cài đặt thử nghiệm hệ thống
6
CHƢƠNG I. GIỚI THIỆU
1.1. Giới thiệu chung
Nhƣ chúng ta đã biết ngày nay ngành công nghệ thông tin phát triển rất nhanh
và rộng rãi trong nhiều lĩnh vực trong đó có rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong đó vấn
đề an ninh là một vấn đề rất đƣợc nhiều ngƣời quan tâm. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu
trong các vấn đề an ninh, bảo mật thì các nhà khoa học đã tìm ra rất nhiều phƣơng pháp
trong đó có “phƣơng pháp sinh trắc học”. Nó đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực của đời sống. Cùng với sự ra đời của thƣơng mại điện tử, ngân hàng điện tử,
hệ thống rút tiền tự động. Từ đó đòi hỏi phải có tính bảo mật cao đã trở thành một vấn
đề rất quan trọng.
Mặc dù các ứng dụng trƣớc đây thƣờng định danh cá nhân theo các phƣơng
pháp truyền thống đó là dựa vào ID và mật khẩu. Do đó vấn đề bảo mật không đƣợc an
toàn vì bị những kẻ mạo danh ăn cắp, hoặc do chúng ta bị quên nên việc lấy lại rất khó
khăn và phức tạp. Vì vậy phƣơng pháp truyền thống này không đáp ứng đƣợc nhu cầu
với bảo mật trong các lĩnh vực lớn hiện nay. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu đó thì các
phƣơng pháp bảo mật bằng “Nhận dạng sinh trắc học” ra đời nhƣ: Nhận dạng khuôn
mặt, giọng nói, vân tay đang đƣợc ứng dụng thay thế các phƣơng pháp truyền thống.
Trong đó phải kể đến nhận dạng vân tay đang đƣợc ứng dụng rộng rãi. Nhƣ chúng ta
cũng biết nhận dạng vân tay hiện nay đƣợc ứng dụng rộng rãi trong đó có cả điện
thoại…
Vậy nhận dạng sinh trắc học nó làm nhƣ thế nào? Đó là việc định danh cá nhân
dựa trên đặc trƣng hành vi hay cấu trúc vật lý của một cá nhân nào đó mà có khả năng
tin cậy để phân biệt với kẻ mạo danh. Từ đó ngƣời ta chia ra thành 2 loại [29].
- Phƣơng pháp nhận dạng dựa trên hành vi. Phƣơng pháp này dựa trên hành vi là
việc xác định một vài hành vi điển hình của con ngƣời nhƣ: chữ viết, hay hành
vi ấn phím trên bàn phím để nhập mật khẩu…
7
- Phƣơng pháp nhận dạng dựa theo cấu trúc vật lý của con ngƣời. Đây là phƣơng
pháp dựa vào một số tính chất vật lý để xác định cá nhân ngƣời dùng nhƣ ảnh
vân tay, ảnh mống mắt, …
1.2. Một số phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học phổ biến
Phƣơng pháp nhận dạng chữ ký
Nhƣ chúng ta cũng biết chữ ký là một loại hình nhận dạng đặc biệt của mỗi
ngƣời. Trong mỗi ngƣời chúng ta thƣờng có chữ ký khác nhau và những đặc điểm
riêng biệt. Qua đó chúng ta thƣờng sử dụng chữ ký để nhận dạng, phân biệt giữa ngƣời
này với ngƣời khác. Do đó hệ thống nhận dạng chữ ký đã ra đời nó không chỉ khảo sát
về hành động của chữ ký mà nó còn khảo sát quá trình động của con ngƣời khi đang
ký. Nhƣ vậy nhận dạng chữ ký là một trong những phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc
học. Nó đƣợc dựa trên hành vi của con ngƣời. Hiện nay, có nhiều lĩnh vực sử dụng
nhận dạng chữ ký nhƣ: xác nhận giao dịch hợp đồng, thẻ trả tiền…
Phƣơng pháp nhận dạng giọng nói
Lời nói là dùng để truyền đạt thông tin. Có rất nhiều cách mô tả đặc điểm của
việc truyền đạt thông tin. Dựa vào lý thuyết thông tin, lời nói có thể đƣợc đại diện bởi
thuật ngữ là “nội dung thông điệp” hoặc là “thông tin”. Một cách khác để biểu thị lời
nói là “tín hiệu mang nội dung thông điệp”, nhƣ là “dạng sóng âm thanh”.
Hình 1.1 Dạng sóng của tín hiệu ghi nhận đƣợc từ âm thanh của ngƣời [25].
Khi chúng ta nói các dây âm thanh, vòm miệng, vùng thanh âm, răng, vùng
xoang và phần bên trong các mô tế bào miệng của con ngƣời kết hợp lại để tạo ra giọng
8
nói của chúng ta. Từ đó có thể nói là hành vi bởi vì khi phát ra một từ thì mỗi một
ngƣời có thể phát âm khác nhau. Nhƣ vậy, hệ thống nhận dạng giọng nói phân tích
sóng và các mẫu áp lực không khí thu đƣợc khi ngƣời nào đó nói vào micro. Do đó,
nhận dạng giọng nói là sự kết hợp của hai phƣơng pháp: nhận dạng hành vi và nhận
dạng kiến trúc vật lý [25].
Hệ thống nhận dạng vân tay (Fingerprint Recognition):
Việc sử dụng vân tay để định danh một cá nhân nào đó là do vân tay có tính duy
nhất và bền vững. Xác suất trùng lặp một vân tay là 10-6. Một ngƣời với hai bàn tay
có 10 ngón đầy đủ thì xác suất trùng lặp cả 10 ngón trở nên rất nhỏ đến mức có thể
coi nhƣ bằng 0. Do đó, không có hai ngƣời khác nhau có các vân tay trùng nhau. Hơn
nữa, hình dạng vân tay ổn định từ lúc sinh ra đến khi chết đi, ít có điều kiện thay đổi,
kể cả nhờ các biện pháp hiện đại nhƣ giải phẫu [32]. Ngày nay, trong tất cả các
phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc học thì ảnh vân tay đƣợc sử dụng thông dụng và
mang lại hiệu quả cao trong việc định danh một cá nhân.
1.3. Hệ thống nhận dạng vân tay
Đề tài nhận dạng vân tay trong ảnh thực hiện các công việc trong các giai đoạn
sau: Input vân tay, Tiền xử lý ảnh, Trích chọn đặc trƣng, đối sánh.
Trong giai đoạn tiền xử lý gồm các bƣớc sau:
Chuẩn hóa
Tăng cƣờng ảnh vân tay
1. Ƣớc lƣợng hƣớng đƣờng vân
2. Tính khoảng cách đƣờng vân
Trong giai đoạn trích chọn đặc trƣng thì sử dụng phƣơng pháp trích chọn từ ảnh nhị
phân. Quá trình đƣợc thực hiện thông qua các giai đoạn:
Nhị phân hóa
Làm mảnh đƣờng vân
Trích chọn
9
Trong giai đoạn đối sánh sử dụng thuật toán Hough transform
Quá trình cài đặt đƣợc viết trên ngôn ngữ lập trình visual studio C# 2012 (windows
Form).
1.4. Cấu trúc luận văn
Cấu trúc luận văn đƣợc chia làm 5 chƣơng sau:
Chƣơng I: Giới thiệu
Trong chƣơng này giới thiệu chung về một số phƣơng pháp nhận dạng sinh trắc
học phổ biến và giới thiệu chung về hệ thống nhận dạng vân tay của luận văn
Chƣơng II: Tìm hiểu chung về hệ thống nhận dạng vân tay
Trong chƣơng này sẽ đi tìm hiểu những đặc điểm của vân tay và tìm hiểu một
cách tổng quát về hệ thống nhận dạng vân tay và mô tả một cách khái quát các giai
đoạn trong sơ đồ tổng quan hệ thống nhận dạng vân tay.
Chƣơng III. Hệ thống cài đặt thử nghiệm
Trong chƣơng này sẽ đi tìm hiểu sâu và chi tiết vào hệ thống nhận dạng vân tay,
mô tả chi tiết từng bƣớc trong sơ đồ hệ thống nhận dạng vân tay
Chƣơng IV. Kết quả thực nghiệm
Trong chƣơng này sẽ đƣa ra kết quả thực nghiệm của hệ thống nhận dạng vân
tay mà đã cài đặt và đánh giá kết quả đạt đƣợc của hệ thống
Chƣơng V. Kết luận và định hƣớng phát triển của đề tài
Trong chƣơng này sẽ đƣa ra kết luận và định hƣớng phát triển sau này của đề tài
nhƣ kết quả đạt đƣợc, hạn chế của luận văn
10
CHƢƠNG II. TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY
2.1 Đặc điểm ảnh vân tay
Điểm đặc trƣng của vân tay là những điểm đặc biệt, nó có những vị trí không
trùng lặp trên các vân tay khác nhau. Nó đƣợc chia làm 2 loại
Singularity và minutiae.[28]. Các hệ thống nhận dạng vân tay thƣờng dựa trên đặc
điểm này để xem hai vân tây có trùng khớp hay không.
Singularity: Trên vân tay có những vùng có cấu trúc khác thƣờng so với những
vùng bình thƣờng khác. Các Singularity thƣờng có cấu trúc song song, những vùng
nhƣ vậy đƣợc gọi là Singularity. Có 2 loại Singularity là core và delta (Hình 2.1)
Hình 2.1 Các điểm singularity core và delta
Trong đó delta là đƣờng ngã 3 đƣờng vân còn core là điểm cốt lõi nó ở giữa đƣờng
cong vân tay (hình 2.2). Trong đó core thƣờng có các loại core sau:Left loop, Right
loop, Double loop, Whorl, Erch.
Hình 2.2 Một số loại core thƣờng gặp. [23]
11
Minutiae: Trong khi chúng ta quan sán trên từng đƣờng vân ta sẽ thấy có những điểm
đƣờng vân gián đoạn, vân kết thúc (Ridge Ending) hoặc rẽ nhánh (Bifurcation), điều
này đã tạo ra các loại minutiae khác nhau và gọi chung là minutiae.
Hình 2.3 các điểm đƣờng vân Ridge Ending (kết thúc), Bifurcation (rẽ nhánh).
[28]
Ngoài ra chúng ta cũng còn có các điểm khác nhƣ điểm chéo (crossover), đƣờng
vân dạng hồ (lake), đƣờng vân cựa gà (spur), đƣờng vân dạng đảo (island)... (hình 2.4)
Hình 2.4 các điểm minutiae còn lại Crossover (chỗ giao nhau), lake (dạng hồ, Spur
(cựa gà). [29]
12
2.2. Sơ đồ tổng quan hệ thống nhận dạng vân tay
Tiền xử lý
Ảnh vân
tay Chuẩn hóa kích thƣớc
Tăng cƣờng chất lƣợng ảnh
Trích các điểm đặc trƣng
(Singularity, Minutiae)
CSDL Đối sánh
Kết quả
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống tổng quan
Mô tả tổng quan các bƣớc xử lý chính của sơ đồ hình 2.5 nhƣ sau:
Input vân tay: Giai đoạn này thực hiện việc đƣa 2 mẫu vân tay cần đƣợc đối
sánh vào.
+ Mẫu 1: là ảnh vân tay nhận dạng
+ Mẫu 2: là ảnh vân tay cần đƣợc đối sánh với mẫu 1. Trong mẫu này chúng ta
có thể lấy mẫu ở ngoài hoặc lấy trong cơ sở dữ liệu của hệ thống đã lƣu trữ.
Tiền xử lý: Giai đoạn này làm nhiệm vụ xử lý các mẫu ảnh vân tay đầu vào để
đƣa ra kết quả ảnh vân tay có chất lƣợng tốt hơn
13