congtuhaohoaak
New Member
Link tải miễn phí luận văn
Lời nói đầu Hiện nay, việc thu thập, xử lý thông tin qua ảnh để nhận biết đối tượng đang được quan tâm và ứng dụng rộng rãi. Với phương pháp nay, chúng ta có thể thu nhận được nhiều thông tin từ đối tượng mà lại không cần tác động nhiều đến đối tượng nghiên cứu. Một trong những nhóm ứng dụng hay gặp trong xử lý thông tin bằng hình ảnh là xác minh hay định danh mẫu. Nhận dạng vân tay là một bài toán cụ thể mà cần giải quyết một trong hai vấn đề nêu trên: xác minh vân tay (fingerprint verification) hay định danh vân tay (fingerprint identification). Qua tìm hiểu thực tế em chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay từ ảnh số”. Đề tài này có nội dung bao trùm lên cả các hệ thống có kiểu nhận nhậ n dạng verification (cần mã PIN cộng với ảnh vân tay). Do đề tài 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 TSKH. TRẦN HOÀI LINH em đã dần dần tiếp cận được tới lĩnh vực này và bước đầu đã đạt được một số các kết quả (phân loại được hơn 90% các kiểu vân tay và định danh được vân tay). Sau thời gian 15 tuần khẩn trương thực hiện đồ án tốt nghiệp, đề tài 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 Thank TSKH.TRẦN HOÀI LINH. Thầy đã tận tình chỉ bảo em rất nhiều. Các thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa, bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp đã cho em những kiến thức, kinh nghiệm, cùng những bài học giúp trưởng thành hơn trong quá trình học tập ở trường. Xin Thank bạn bè, người thân, gia đình đã động viên, giúp đỡ và là chỗ dựa vững chắc cho em trong quá trình học tập, làm đồ án. vii
Xin Thank Công ty TNHH Tin học và Điện tử Thăng Long cùng chú VŨ QUANG THÀNH đã tạo điều kiện giúp đỡ, cho em nhiều lời khuyên bổ ích trong quá trình thực tập tốt nghiệp và làm đồ án. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2007 Sinh viên thực hiện Ngô Hồng Việt viii
1. GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu Nhận dạng vân tay là một bộ phận của nhận dạng sinh học. Khoa học nhận dạng vân tay cũng đã hình thành từ khá lâu. Nhưng tới thời gian gần đây, cùng với sự ra đời của máy tính nó mới đạt được nhiều kết quả quan trọng và trở thành một trong những phương pháp sinh trắc có độ tin cậy nhất. Ảnh vân tay dùng để nhận dạng thường bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện thu thập số liệu (hình ảnh vân tay không trọn vẹn, bị xoay góc, méo hay có nhiề u nhiễu…) nên việc so sánh trực tiếp hai mẫu vân tay sẽ rất phức tạp và khó khăn. Do đó vân tay cần lọc nhiễu, sau đó tạo mã từ một số các đặc tính của nó (có thể phân biệt với vân tay khác) nhằm mục đích giải quyết vấn xử lý, lưu trữ vân tay với số lượng lớn mà vẫn đảm bảo chính xác. Các kỹ thuật thực nhận dạng vân tay cũng có khá nhiều. Tựu trung, quá trình này trải qua ba công đoạn chính: thu nhận vân tay (i); trích chọn đặc tính vân tay (ii); đối sánh vân tay (iii) [1]. Bởi vì ngay trong từng công đoạn này lại có nhiều biện pháp khác nhau, tùy vào ngữ cảnh và vùng ứng dụng các khâu này sẽ thực hiện theo cách cụ thể. Công nghệ nhận dạng vân tay ngày nay đã đạt tới độ chính xác rất cao. Tuy vây, các hệ thống nhận dạng AFIS (Automated Fingerprint Identification Systems) vẫn còn nhiều mặt hạn chế. Chẳng hạn như IAFIS của FBI có cơ sở dữ liệu lớn tới hàng trăm triệu vân tay, thời gian tìm kiế m tính bằng phút cho một mẫu, độ tin cậy cao… nhưng đó là một hệ thống đồ sộ gồm nhiều máy tính xử lý song song và giới hạn trong giám định hình sự. Trong ứng dụng dân sư, các hệ thống nhận dạng thường được giới hạn ở một mức độ ít phức tạp hơn: số mẫu không lớn (khoảng vài nghìn), cấu trúc hệ thống kiểu nối tiếp, ảnh đầu vào không có quá nhiều nhiễu (nhằm giảm bớt gánh nặng xử lý tính toán),… có vậ y mới giải quyết được vấn đề chi phí đồng thời vẫn đảm bảo độ tin cây. Đồ án này sẽ thực hiện nhận dạng vân tay bàng ảnh số theo hướng có thể triển khai trong dân sư. Chính vì vây phương pháp nhận dạng là dựa trên cơ sở phát hiện và sử dụng các điể m nút đặc trưng (gọi là minutiae) [2]. Đây là 1
1. GIỚI THIỆU phương pháp thứ hai trong ba phương pháp nhận dạng được áp dụng nhiều hiệ n nay [1], ch. 4. Hệ thống AFIS nói chung cũng sử dụng phương pháp này [11]. · Phương pháp thứ nhất, sử dụng đặc trưng tương quan của hai mẫu vân tay. Xếp chồng trực tiếp hai mẫu này và dựa vào tương quan giữa các pixel để tính toán sự khác nhau giữa hai mẫu. Phương pháp này không thích hợp với đồ án vì đòi hỏi khối lượng tính toán lớn mà chất lượng ảnh phải đảm tốt. · Phương pháp thứ ba, sử dụng các đặc trưng về đường vân. Đường vân của các mẫu được trích ra khỏi ảnh ban đầu rồi so sánh giữa chúng. Phương pháp này không thích hợp với đồ án vì nó chỉ thích hợp với các mẫu có chất lượng xấu (chẳng hạn như vân tay tội phạ m để lại hiện trường sau vụ án). Đồ án sẽ sử dụng bộ mẫu chuẩn các vân tay đã được chuẩn bị trước. Đó là các ảnh số vân tay lấy trong FVC200 (một bộ dữ liệu chuẩn quốc tế xây dựng bởi phòng thí nghiêm hệ thống sinh trắc, đại học Bologna). Trong tâm của đồ án tập trung vào hai phần: · Tạo vec-tơ đặc tính cho mục đích phân loại kiểu vân tay và cho đối sánh vân tay (feature extraction). · Sử dụng các điể m minutea đã trích chọn bước trước để đối sánh nhậ n dạng vân tay (minutiae matching). Đồ án trình bày theo cấu trúc: · Chương 1: Giới thiệu chung. · Chương 2: Vân tay trong sinh trắc học. Đề cập một số bộ phận của sinh trắc học (trong đó có nhận dạng vân tay) và những tính chất gì quyết định vân tay được ứng dụng nhiều nhất trong sinh trắc học. · Chương 3: Đại cương về ảnh và xử lý ảnh trong Matlab, trình bày khái quát về ảnh số và một số thuật toán xử lý ảnh trong Matlab sử dụng trong đồ án. 2
1. GIỚI THIỆU · Chương 4: Sơ đồ khối thiết kế hệ thống. Đề cập một số mô hình hệ thống nhận dạng vân tay và xây dựng sơ đồ khối hệ thống nhận dạng vân tay bằng ảnh số. · Chương 5: Bộ dữ liệu ảnh sử dụng trong đồ án. Đây là bộ dữ liệu ảnh vân tay trích ra từ FVC2000 (cơ sở dữ liệu ảnh vân tay chuẩn, hiện nay được nhiều nhà khoa học chọn để nghiên cứu và kiể m nghiệm kết quả). · Chương 6: Trích chọn đặc tính vân tay và đối sánh vân tay. Đây một trong những công đoạn quan trọng nhất của đồ án. Giai đoạn này áp dụng các thuật toán xử lý ảnh để tạo mã vân tay. · Chương 7: Đối sánh vân tay. Mẫu vân tay được tạo mã từ minutiae ở công đoạn trước được đối sánh trong công đoạn này. · Chương 8: Phân loại kiểu vân tay. Trình bày về vấn đề tạo vec-tơ đặc tính cho khâu phân loại kiểu vân tay và thực hiện phân loại kiểu vân tay. · Chương 9: Tổng kết và hướng phát triển. Trình bày những kết quả của đồ án, những kiến thức bản thân thu được, các hạn chế và hướng phát triển đề tài. · Tài liệu tham khảo. Liệt kê một số tài liệu dùng tham khảo chính trong đồ án. · Phụ lục. Bao gồ m danh sách các script file của phân mềm mô phỏng và các bước thực hiện chạy phần mềm mô phỏng nhận dạng vân tay. 3
2. VÂN TAY TRONG SINH TRẮC HỌC 2. Vân tay trong sinh trắc học Trong phần này sẽ trình bày những tiếp cận khởi đầu, như: vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học; những tính chất của vân tay để trở thành đối tượng cơ bản của sinh trắc học; hình thức thể hiện và đặc tả của một mẫu vân tay và những khó khăn gặp phải khi nhận dạng vân tay. a) b) c) Hình-1. Một số tín hiệu sinh trắc học cơ bản: a) giọng nói; b) đồng tử; c) chữ ký. 2.1. Vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học Dựa vào tiêu chuẩn physiological sinh trắc học có: dạng vân tay, mặt, đồng tử, giọng nói… Còn dựa vào tiêu chuẩn behavioral sinh trắc học có: nhận dạng chữ viết, chữ ký… Dưới đây là biểu đồ tương quan ứng dụng sinh trắc (số liệu thống kê của International Biometric Group, 2002). Hình-2. Đóng góp của các ngành trong sinh trắc học. (vân tay đứng vị trí hàng đầu trong các ứng dụng nhận dạng) 4
2. VÂN TAY TRONG SINH TRẮC HỌC 2.2. Uniqe là một thuộc tính của vân tay 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 [2, 11]: · 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. 2.3. Hình thức thể hiện và các đặc tả của vân tay Nhằ m mục đích mô tả người ta đã định nghĩa một số hình thức thể hiện vân tay. Mỗi một trường hợp thể hiện thì sẽ có hình thức trích chọn đặc tả vân tay tương ứng. Vì vậy, căn cứ vào ảnh vân tay đầu vào chúng ta có thể lựa chọn được đặc tính cần trích chọn và dự kiến phương án nhận dạng. Hình-3. Vân tay thể hiện ở cấp độ very-fine: các sweat pores được khoanh tròn, điểm vân chẽ ba (bifurcation) và vân cụt (termination) đánh dấu hình tròn. 5
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Lời nói đầu Hiện nay, việc thu thập, xử lý thông tin qua ảnh để nhận biết đối tượng đang được quan tâm và ứng dụng rộng rãi. Với phương pháp nay, chúng ta có thể thu nhận được nhiều thông tin từ đối tượng mà lại không cần tác động nhiều đến đối tượng nghiên cứu. Một trong những nhóm ứng dụng hay gặp trong xử lý thông tin bằng hình ảnh là xác minh hay định danh mẫu. Nhận dạng vân tay là một bài toán cụ thể mà cần giải quyết một trong hai vấn đề nêu trên: xác minh vân tay (fingerprint verification) hay định danh vân tay (fingerprint identification). Qua tìm hiểu thực tế em chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống nhận dạng vân tay từ ảnh số”. Đề tài này có nội dung bao trùm lên cả các hệ thống có kiểu nhận nhậ n dạng verification (cần mã PIN cộng với ảnh vân tay). Do đề tài 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 TSKH. TRẦN HOÀI LINH em đã dần dần tiếp cận được tới lĩnh vực này và bước đầu đã đạt được một số các kết quả (phân loại được hơn 90% các kiểu vân tay và định danh được vân tay). Sau thời gian 15 tuần khẩn trương thực hiện đồ án tốt nghiệp, đề tài 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 Thank TSKH.TRẦN HOÀI LINH. Thầy đã tận tình chỉ bảo em rất nhiều. Các thầy cô giáo trường Đại Học Bách Khoa, bộ môn Kỹ thuật đo và Tin học công nghiệp đã cho em những kiến thức, kinh nghiệm, cùng những bài học giúp trưởng thành hơn trong quá trình học tập ở trường. Xin Thank bạn bè, người thân, gia đình đã động viên, giúp đỡ và là chỗ dựa vững chắc cho em trong quá trình học tập, làm đồ án. vii
Xin Thank Công ty TNHH Tin học và Điện tử Thăng Long cùng chú VŨ QUANG THÀNH đã tạo điều kiện giúp đỡ, cho em nhiều lời khuyên bổ ích trong quá trình thực tập tốt nghiệp và làm đồ án. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2007 Sinh viên thực hiện Ngô Hồng Việt viii
1. GIỚI THIỆU 1. Giới thiệu Nhận dạng vân tay là một bộ phận của nhận dạng sinh học. Khoa học nhận dạng vân tay cũng đã hình thành từ khá lâu. Nhưng tới thời gian gần đây, cùng với sự ra đời của máy tính nó mới đạt được nhiều kết quả quan trọng và trở thành một trong những phương pháp sinh trắc có độ tin cậy nhất. Ảnh vân tay dùng để nhận dạng thường bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện thu thập số liệu (hình ảnh vân tay không trọn vẹn, bị xoay góc, méo hay có nhiề u nhiễu…) nên việc so sánh trực tiếp hai mẫu vân tay sẽ rất phức tạp và khó khăn. Do đó vân tay cần lọc nhiễu, sau đó tạo mã từ một số các đặc tính của nó (có thể phân biệt với vân tay khác) nhằm mục đích giải quyết vấn xử lý, lưu trữ vân tay với số lượng lớn mà vẫn đảm bảo chính xác. Các kỹ thuật thực nhận dạng vân tay cũng có khá nhiều. Tựu trung, quá trình này trải qua ba công đoạn chính: thu nhận vân tay (i); trích chọn đặc tính vân tay (ii); đối sánh vân tay (iii) [1]. Bởi vì ngay trong từng công đoạn này lại có nhiều biện pháp khác nhau, tùy vào ngữ cảnh và vùng ứng dụng các khâu này sẽ thực hiện theo cách cụ thể. Công nghệ nhận dạng vân tay ngày nay đã đạt tới độ chính xác rất cao. Tuy vây, các hệ thống nhận dạng AFIS (Automated Fingerprint Identification Systems) vẫn còn nhiều mặt hạn chế. Chẳng hạn như IAFIS của FBI có cơ sở dữ liệu lớn tới hàng trăm triệu vân tay, thời gian tìm kiế m tính bằng phút cho một mẫu, độ tin cậy cao… nhưng đó là một hệ thống đồ sộ gồm nhiều máy tính xử lý song song và giới hạn trong giám định hình sự. Trong ứng dụng dân sư, các hệ thống nhận dạng thường được giới hạn ở một mức độ ít phức tạp hơn: số mẫu không lớn (khoảng vài nghìn), cấu trúc hệ thống kiểu nối tiếp, ảnh đầu vào không có quá nhiều nhiễu (nhằm giảm bớt gánh nặng xử lý tính toán),… có vậ y mới giải quyết được vấn đề chi phí đồng thời vẫn đảm bảo độ tin cây. Đồ án này sẽ thực hiện nhận dạng vân tay bàng ảnh số theo hướng có thể triển khai trong dân sư. Chính vì vây phương pháp nhận dạng là dựa trên cơ sở phát hiện và sử dụng các điể m nút đặc trưng (gọi là minutiae) [2]. Đây là 1
1. GIỚI THIỆU phương pháp thứ hai trong ba phương pháp nhận dạng được áp dụng nhiều hiệ n nay [1], ch. 4. Hệ thống AFIS nói chung cũng sử dụng phương pháp này [11]. · Phương pháp thứ nhất, sử dụng đặc trưng tương quan của hai mẫu vân tay. Xếp chồng trực tiếp hai mẫu này và dựa vào tương quan giữa các pixel để tính toán sự khác nhau giữa hai mẫu. Phương pháp này không thích hợp với đồ án vì đòi hỏi khối lượng tính toán lớn mà chất lượng ảnh phải đảm tốt. · Phương pháp thứ ba, sử dụng các đặc trưng về đường vân. Đường vân của các mẫu được trích ra khỏi ảnh ban đầu rồi so sánh giữa chúng. Phương pháp này không thích hợp với đồ án vì nó chỉ thích hợp với các mẫu có chất lượng xấu (chẳng hạn như vân tay tội phạ m để lại hiện trường sau vụ án). Đồ án sẽ sử dụng bộ mẫu chuẩn các vân tay đã được chuẩn bị trước. Đó là các ảnh số vân tay lấy trong FVC200 (một bộ dữ liệu chuẩn quốc tế xây dựng bởi phòng thí nghiêm hệ thống sinh trắc, đại học Bologna). Trong tâm của đồ án tập trung vào hai phần: · Tạo vec-tơ đặc tính cho mục đích phân loại kiểu vân tay và cho đối sánh vân tay (feature extraction). · Sử dụng các điể m minutea đã trích chọn bước trước để đối sánh nhậ n dạng vân tay (minutiae matching). Đồ án trình bày theo cấu trúc: · Chương 1: Giới thiệu chung. · Chương 2: Vân tay trong sinh trắc học. Đề cập một số bộ phận của sinh trắc học (trong đó có nhận dạng vân tay) và những tính chất gì quyết định vân tay được ứng dụng nhiều nhất trong sinh trắc học. · Chương 3: Đại cương về ảnh và xử lý ảnh trong Matlab, trình bày khái quát về ảnh số và một số thuật toán xử lý ảnh trong Matlab sử dụng trong đồ án. 2
1. GIỚI THIỆU · Chương 4: Sơ đồ khối thiết kế hệ thống. Đề cập một số mô hình hệ thống nhận dạng vân tay và xây dựng sơ đồ khối hệ thống nhận dạng vân tay bằng ảnh số. · Chương 5: Bộ dữ liệu ảnh sử dụng trong đồ án. Đây là bộ dữ liệu ảnh vân tay trích ra từ FVC2000 (cơ sở dữ liệu ảnh vân tay chuẩn, hiện nay được nhiều nhà khoa học chọn để nghiên cứu và kiể m nghiệm kết quả). · Chương 6: Trích chọn đặc tính vân tay và đối sánh vân tay. Đây một trong những công đoạn quan trọng nhất của đồ án. Giai đoạn này áp dụng các thuật toán xử lý ảnh để tạo mã vân tay. · Chương 7: Đối sánh vân tay. Mẫu vân tay được tạo mã từ minutiae ở công đoạn trước được đối sánh trong công đoạn này. · Chương 8: Phân loại kiểu vân tay. Trình bày về vấn đề tạo vec-tơ đặc tính cho khâu phân loại kiểu vân tay và thực hiện phân loại kiểu vân tay. · Chương 9: Tổng kết và hướng phát triển. Trình bày những kết quả của đồ án, những kiến thức bản thân thu được, các hạn chế và hướng phát triển đề tài. · Tài liệu tham khảo. Liệt kê một số tài liệu dùng tham khảo chính trong đồ án. · Phụ lục. Bao gồ m danh sách các script file của phân mềm mô phỏng và các bước thực hiện chạy phần mềm mô phỏng nhận dạng vân tay. 3
2. VÂN TAY TRONG SINH TRẮC HỌC 2. Vân tay trong sinh trắc học Trong phần này sẽ trình bày những tiếp cận khởi đầu, như: vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học; những tính chất của vân tay để trở thành đối tượng cơ bản của sinh trắc học; hình thức thể hiện và đặc tả của một mẫu vân tay và những khó khăn gặp phải khi nhận dạng vân tay. a) b) c) Hình-1. Một số tín hiệu sinh trắc học cơ bản: a) giọng nói; b) đồng tử; c) chữ ký. 2.1. Vị trí của nhận dạng vân tay trong sinh trắc học Dựa vào tiêu chuẩn physiological sinh trắc học có: dạng vân tay, mặt, đồng tử, giọng nói… Còn dựa vào tiêu chuẩn behavioral sinh trắc học có: nhận dạng chữ viết, chữ ký… Dưới đây là biểu đồ tương quan ứng dụng sinh trắc (số liệu thống kê của International Biometric Group, 2002). Hình-2. Đóng góp của các ngành trong sinh trắc học. (vân tay đứng vị trí hàng đầu trong các ứng dụng nhận dạng) 4
2. VÂN TAY TRONG SINH TRẮC HỌC 2.2. Uniqe là một thuộc tính của vân tay 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 [2, 11]: · 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. 2.3. Hình thức thể hiện và các đặc tả của vân tay Nhằ m mục đích mô tả người ta đã định nghĩa một số hình thức thể hiện vân tay. Mỗi một trường hợp thể hiện thì sẽ có hình thức trích chọn đặc tả vân tay tương ứng. Vì vậy, căn cứ vào ảnh vân tay đầu vào chúng ta có thể lựa chọn được đặc tính cần trích chọn và dự kiến phương án nhận dạng. Hình-3. Vân tay thể hiện ở cấp độ very-fine: các sweat pores được khoanh tròn, điểm vân chẽ ba (bifurcation) và vân cụt (termination) đánh dấu hình tròn. 5
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links