Báo cáo xử lý ảnh nhận dạng vân tay

Giới thiệu đề tài Công nghệ sinh trắc học Biometric là công nghệ sử dụng các thuộc tính vật lý, các hành vi, đặc điểm riêng để nhận diện con người như vân tay, mống mắt, giọng nói, khuôn

z

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN II

CHỦ ĐỀ: NHẬN DẠNG VÂN TAY

Môn: Xử lý ảnh Giảng viên hướng dẫn: Lê Hoàng Thái

Sinh viên thực hiện:

Họ và tên :Võ Đặng Kế Định MSSV: N18DCCN043

Lớp: D18CQCN01-N

TP Hồ Chí Minh - 2021

MỤC LỤC

1 Giới thiệu đề tài 3

2 Tại sao dùng dấu vân tay? 3

3 Nguyên lý hoạt động 4

4 Lịch sử của công nghệ vân tay 4

5 Xử lý nhận dạng vân tay 5

a.Thu gom hình ảnh vân tay 6

b Sự rút trích đặc điểm riêng 7

c Sự kết nối so sánh– Matching 7

6 Nhận diện các chủng vân tay hiện nay 8

7 Cách xác định tâm và giao điểm trong chủng vân tay 9

8 Nhận diện 3 nhóm vân tay chính 10

a Mẫu vân tròn hay còn gọi là Whorl chiếm 30 -35% (9 loại) : 10

b Vân móc LOOP chiếm 60 – 65% (3 loại chính): 12

c Vân dạng hình cung Arch chiếm 5% (5 loại chính) 12

9 Thị trường ứng dụng vân tay 14

1 Giới thiệu đề tài

Công nghệ sinh trắc học (Biometric) là công nghệ sử dụng các thuộc tính vật lý,

các hành vi, đặc điểm riêng để nhận diện con người như vân tay, mống mắt, giọng nói,

khuôn mặt, tĩnh mạch máu lòng bàn tay… 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 đặc điểm quan

trong để nhận biết giữa các cá nhân với nhau

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

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

Đăng ký: nhân viên trước khi sử dụng các hệ thống máy chấm công nhận diện

vân tay sẽ được lấy mẫu vân tay từ trước, dữ liệu vân tay này sẽ được lưu trữ vào cơ

sở dữ liệu của hệ thống và được đánh dấu ID cho từng dấu vân tay

Xác nhận: khi đặt ngón ta lên trên bề mặt cảm biến vân tay, ngay lập tức thiết bị sẽ

tiến hành quét hình ảnh ngón tay đó sao đó sẽ đưa đến bộ xử lý, tại đây sẽ áp dụng

các thuật toán nhân dạng vân tay để đối chiếu với các dấu vân tay khác đã được lưu

trên cơ sở dữ liệu của hệ thống để tìm ra số ID vân tay trùng khớp

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thống tin, công nghệ sinh trắc

học ngày cáng có nhiều thiết bị ứng dụng công nghệ này vì độ bảo mật và an toàn dữ

liệu, có thể kể đến như các thiết bị máy chấm công vân tay, khóa cửa vân tay, két sắt

vân tay, điện thoại thông mình…các lĩnh vực khác như hộ chiếu điện tử, quản lý khách

hàng, an ninh giám sát siêu thị, cửa hàng, toà nhà cao tầng, quản lý học sinh, sinh

viên trong trường học…

Việc bắt đầu sử dụng vân tay là ở thời gian rất xa xưa Theo lịch sử tìm

thấy, vân tay đã được sử dụng trên những tấm thẻ bằng đất sét cho việc giao

dịch kinh doanh ở thời Babylon cổ xưa Ở Trung Quốc, dấu vân tay được tìm

thấy trên những con dấu bằng đất sét Nhưng mãi đến thế kỷ 19 những kết

quả nghiên cứu khoa học mới được phổ biến và công nghệ vân tay mới bắt

đầu được xem xét hàng loạt

Việc sử dụng những nghiên cứu khoa học ở những năm 1800 như là

một phát minh, công nghệ vân tay đã được ứng dụng vào đầu thế kỷ 20 Vào

năm 1924, FBI (Federal Bureau of Investigation) đã biết lưu trữ 250 tỉ vân tay

của công dân cho mục đích điều tra tội phạm và nhận dạng những người bị

chết mà không biết rõ họ tên Vào đầu những năm 1900, công nghệ vân tay đã

gặp một bước ngoặt lớn khi nó cho ra đời “live-scan”, một phương pháp đạt

được hình ảnh vân tay không sử dụng mực in Khi FBI loan báo rằng đó là kế

hoạch để ngưng sử dụng những thẻ vân tay bằng giấy cho những thành viên

mới gia nhập AFIS (IAFIS) nội bộ của họ Đó là thực tế đang công bố gây một

bước nhảy vọt cho công nghệ Live-Scan ngày hôm nay

Nhưng công nghệ nhận dạng vân tay không dừng lại chỉ cho mục đích

pháp lý Nó đã được sử dụng một cách chính thức cho mục đích kinh doanh

vào năm 1968 tại một nhóm kinh doanh về an ninh tại đường Wall Vân tay

ngày nay đang được sử dụng như là một phương pháp nhận dạng hiệu quả và

chắc chắn trong nhiều lĩnh vực, bao gồm tài chính, y học, kinh tế điện tử và

ứng dụng điều khiển truy nhập và khóa cửa Ứng dụng hiện đại nhất của công

nghệ vân tay là nhờ vào phần lớn của sự phát triển của mắt đọc vân tay dạng

nén một cách phi thường

Xử lý nhận dạng vân tay bao gồm hai quy trình thiết yếu: Sự đăng ký

(Enrollment ) và sự nhận dạng (Authentication) Xem các bước thủ tục theo sơ đồ bên

dưới, hệ thống nhận dạng vân tay so sánh giữa hình ảnh vân tay đầu vào và dữ liệu đã

đăng ký trước để xác định vân tay đúng Tất cả các bước được mô tả ở trên là chỉ ra

tính hoàn thiện của hệ thống toàn vẹn, nhưng gánh nặng của máy điện toán của các

bước sau đây có thể được cắt giảm một phạm vi lớn bằng việc thu được một hình ảnh

vân tay chất lượng cao cho bước đầu tiên

Bước 1 Thu gom hình ảnh vân tay

Phương pháp thu gom hình ảnh thời gian thực là sự phân lớp một cách đại

khái là thuộc quang học (optical) và không thuộc quang học (non-optical) Phương

pháp thuộc về quang học là dựa vào hiện tượng phản xạ tuyệt đối trên bề mặt kiến

hoặc tăng cường thêm một lớp chất dẽo ở nơi mà ngón tay tiếp xúc Mắt đọc thông

thường bao gồm một lăng kính và một khối CCD(Charged Coupled Device) hoặc là

mắt đọc hình ảnh CMOS Trong sự tương phản, mắt đọc bán dẫn, ví dụ tiêu biểu như

những mắt đọc không thuộc quang học, khai thác những đặc tính thuộc về điện của

ngón tay chẳn hạn như là điện dung Sóng siêu âm, nhiệt, và áp suất cũng được sử

dụng để đạt được hình ảnh đối với mắt đọc vân tay không thuộc quang học Những

mắt đọc không thuộc quang học được nói rằng thích hợp một cách tương đối hơn

đối với sự sản xuất qui mô lớn và hạn chế về kích thước chẳn hạng như tích hợp với

thiết bị di động

Xem bản 1 là chi tiết so sánh

Bước 2 Sự rút trích đặc điểm riêng

Có hai cách chính để so sánh hình ảnh đầu vào và dữ liệu đã đăng ký Một là

so sánh một hình ảnh này với hình ảnh khác một cách trực tiếp Cách khác là so

sánh đặc tính đoạn trích từ mỗi hình ảnh vân tay Sau cùng là được gọi là việc kết nối

so sánh đặc tính cơ bản (feature-based)/ minutia-based Mỗi ngón tay có duy nhất

một hình thể riêng theo các đường nổi thành dòng gọi là “ridges” và những vùng lổ

giữa chúng gọi là “valleys” Như thể hiện ở hình bên dưới, ridges được đại diện là

những đường màu đen, trong đó valleys là trắng

Bước 3 Sự kết nối so sánh– Matching

Bước Matching được phân lớp thành matching 1:1 và matching 1:N theo như

mục đích của nó và/hoặc số mẫu tham khảo Macthing 1:1 cũng được gọi là sự kiểm

tra và sự nhận dạng riêng biệt Nó là một thủ tục đòi hỏi người dùng khai báo rõ anh

ta hay cô ta, có nghĩa là chỉ rõ ID với vân tay Sự so sánh xảy ra chỉ một lần giữa hình

ảnh vân tay đầu vào và một cái được chọn từ dữ liệu theo sự khai báo của người

dùng

Trái lại, matching 1:N biểu thị lại một thủ tục nơi mà hệ thống xác định rõ của

người dùng bằng việc so sánh vân tay đầu vào với thông tin trong dữ liệu mà không

cần đòi hỏi sự khai báo của người dùng Một ví dụ hoàn hảo của việc này là AFIS

(Automated Fingerprint Indentification System) được sử dụng thường xuyên trong

việc điều tra tội phạm

Kết quả đầu ra của bước Matching là có hay không có vân tay đầu vào đúng

với một cái được so sánh trong dữ liệu Vậy, làm thế nào có thể xác định chính xác

của thủ tục matching được đại diện bằng con số? Sự đo lường đơn giản nhất là FRR

(False Reject Rate) and FAR (False Accept Rate) Đầu tiên là tỉ lệ từ chối người dùng

đích thực và sau cùng là tỉ lệ chấp nhận kẻ mạo danh

6 Nhận diện các chủng vân tay hiện nay

Các đường vân cao từ 0,1-0,4 mm, trên đó có nhiều lỗ mồ hôi đường kính từ

0,08-0,25 mm liên tiếp nhau (9-18 lỗ/1 cm) Các đường vân đó có nhiều hình dạng

phong phú (liên tục, đứt đoạn, song song, tách nhánh, chéo nhau, hợp nhau…) Các

đường vân trên ngón tay, khu vực dưới ngón tay, lòng bàn tay, khu vực rìa ngón cái,

rìa ngón út đều có giá trị truy nguyên Nhưng chất lượng và chú ý nhất là đường vân

đầu các ngón tay và tùy theo hình thái đường vân mà người ta chia ra: vân hình Xoáy,

vân hình Móc, vân hình Vòm và mỗi người, mỗi ngón có những dạng cấu trúc, xếp đặt

đường vân đặc thù thể hiện thuộc tính riêng

Dấu vân tay được chia làm 3 loại: Whorl, Loop, Arch Những người sở hữu ba

loại vân tay này đều có nét tính cách khác nhau

Điểm phân biệt giữa các nhóm vân tay là dựa vào delta, là nơi giao nhau của

ba đường vân tạo thành một tam giác điểm

Muốn nhận diện, phân loại được dấu vân tay, việc đầu tiên chúng ta cần biết

xác định được tâm và giao điểm

7 Cách xác định tâm và giao điểm trong chủng vân tay

Core – Tâm điểm: Core là tâm của một vân xoáy hoặc vân móc

Các tâm điểm thường gặp:

Delta – Giao Điểm: Delta là giao điểm của ba đường vân tạo nên một tam giác

điểm

Các giao điểm thường gặp:

8 Nhận diện 3 nhóm vân tay chính

Mẫu vân tròn hay còn gọi là Whorl chiếm 30 -35% (9 loại) :

+ Plain Whorl (WT, WS, WE) =24%,

+ Central Pocket/ Peacock eye (WP, WL) =2%,

+ Double Loop/Composite (WC, WD, WI) =4%,

+ Accidental (WA) =0.01%

Nhận biết: Là chủng có vân xoáy và 2 Delta (giao điểm)

• WT – Target Whorl: 1 tâm, 2 giao điểm – tâm khép kín

tròn thái cực xoáy tròn vào nhau

nhau

điểm gần nhất cách tâm ≤ 5 vân

hở ở phần trên

có thể có 2 giao điểm hoặc nhiều hơn

2 Vân móc LOOP chiếm 60 – 65% (3 loại chính):

UL ngang: Đường vân UL có dạng nằm ngang

tay ngoại lệ trong nhóm nước

3 Vân dạng hình cung Arch chiếm 5% (5 loại chính)

Nhận biết nhóm núi:

đại bàng nhỏ hơn 5 đường vân

• AU, AR: sự kết hợp giữa nhóm loop với arch, khoảng cách từ tâm đến giao

điểm nhỏ hơn 5 đường vân, AU là nước thuận, AR là nước ngược

* Riêng Việt Nam: Whorl (46.0%), Ulnar Loop (46.9%), Radial Loop (1.7%) và Arch

(5.4%)

Người miền Bắc nhóm Whorl chiếm tỉ lệ nhiều nhất

Người miền Trung nhóm Arch chiếm tỉ lệ cao

Người miền Nam đa phần là nhóm Loop

9 Thị trường ứng dụng vân tay

Thị trường ứng dụng vân tay đối với công nghệ vân tay bao gồm điều khiển

truy nhập và ứng dung khóa cửa, chuột nhận dạng vân tay, điện thoại di động vân tay,

và nhiều ứng dụng khác Thị trường vân tay được phân lớp như hình bên dưới:

Theo công nghệ tiến bộ cho phép kích cỡ mắt đọc vân tay ngày càng thu nhỏ

nhiều hơn, dãy ứng dụng được trải rộng cho thị trường di động Xem xét kênh phát

triển của thị trường di động hiện tại, tiềm năng của nó là lớn nhất của toàn bộ thị

trường ứng dụng