Tài liệu Nghiên cứu một số kỹ thuật nhận dạng vân tay và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN .. TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ THƢƠNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT NHẬN DẠNG VÂN TAY VÀ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN VĂN TẢO THÁI NGUYÊN, THÁNG 9 - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, không sao chép của ai. Nội dung lý thuyết trong luận văn có sự tham khảo và sử dụng của một số tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn. Các số liệu, chương trình và những kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2012 Học viên cao học Nguyễn Thị Thương LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông – Đại học Thái Nguyên tôi đã hoàn thành luận văn Thạc sỹ khoa học. Để hoàn thành được luận văn này tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên, giúp đỡ của nhiều cá nhân và tập thể. Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.Nguyễn Văn Tảo – người đã hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và động viên tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Tôi xin thể hiện lòng biết ơn tới các thầy, các cô trong trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông đã trang bị cho tôi những kiến thức bổ trợ, vô cùng có ích trong những năm học vừa qua. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn Sở Giáo dục Đào tạo Bắc Giang, Trường THPT Ngô Sĩ Liên Bắc Giang, các đồng nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2012 Học viên cao học Nguyễn Thị Thương MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG VÂN TAY 1.1. Giới thiệu.............................................................................................................1 1.1.1. Lịch sử của nhận dạng vân ..............................................................................1 1.1.2. Các ứng dụng của vân tay ...............................................................................2 1.1.3. Các phương pháp sinh trắc...............................................................................3 1.1.4. Các phương pháp đánh giá hiệu quả................................................................5 1.2. Một số đặc điểm trên vân tay..............................................................................6 1.3. Hoạt động của hệ nhận dạng vân tay..................................................................6 1.3.1. Mô hình của hệ thống tự động nhận dạng vân tay...........................................6 1.3.2. Hoạt động của hệ thống tự động nhận dạng vân tay .......................................9 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT TRONG NHẬN DẠNG VÂN TAY 2.1. Một số kỹ thuật nhận dạng................................................................................12 2.1.1. Các kỹ thuật thường dùng..............................................................................12 2.1.2. Xu hướng của công nghệ nhận dạng vân tay ................................................13 2.2. Thuật toán trích chọn đặc trưng .......................................................................14 2.2.1. Thuật toán trích chọn theo dòng chảy............................................................16 2.2.2. Thuật toán trích chọn đặc trưng từ ảnh đường vân nhị phân.........................21 2.3. Thuật toán đối sánh vân tay...............................................................................25 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM 3.1. Giới thiệu...........................................................................................................30 3.2. Thiết kế hệ thống...............................................................................................30 3.2.1. Mô hình chức năng.........................................................................................31 3.2.2. Tính năng yêu cầu..........................................................................................32 3.3. Thiết kế thuật toán............................................................................................32 3.3.1. Thuật toán trích chọn đặc trưng.....................................................................32 3.3.2. Thuật toán đối sánh........................................................................................45 3.4. Thiết kế giao diên chương trình........................................................................54 3.5. Kết quả thực nghiệm.........................................................................................60 3.5.1. Số liệu thử nghiệm.........................................................................................60 3.5.2. Kết quả thử nghiệm thuật toán trích chọn đặc trưng......................................60 3.5.3. Kết quả thử nghiệm thuật toán đối sánh ........................................................61 Kết luận ...................................................................................................................63 Tài liệu tham khảo....................................................................................................64 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Một số đặc điểm trên vân tay ..................................................................... 6 Hình 1.2. Mô hình hệ thống tự động nhận dạng vân .................................................7 Hình 1.3. Mô hình thiết bị cảm biến quang học.........................................................9 Hình 1.4. Mô hình thiết bị cảm biến bán dẫn...........................................................10 Hình 1.5. Quy trình mã hóa vân tay.........................................................................11 Hình 2.1. Cầu nối trước và sau khi xử lý.................................................................24 Hình 2.2. Gai nhỏ trước và sau khi xử lý.................................................................24 Hình 2.3. Đối chiếu vân tay dựa trên cở sở minutiae ..............................................26 Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống nhận dạng vân tay ..........................................................31 Hình 3.2. Các loại vân tay........................................................................................32 Hình 3.3. Sơ đồ thuật toán trích chọn đặc trưng ....................................................33 Hình 3.4.Tăng cường ảnh.........................................................................................35 Hình 3.5. Ước lượng orientation image...................................................................37 Hình 3.6. Khoanh vùng ảnh vân tay.........................................................................39 Hình 3.7.Thông số của hai dạng minutiae quan trọng ............................................40 Hình 3.8. Nhị phân hóa và làm mảnh đ ờng vân ...................................................40 ư Hình 3.9. Phát hiện điểm đặc trưng .........................................................................41 Hình 3.10. Số minutiae phát hiện được....................................................................43 Hình 3.11. Lọc các minutiae....................................................................................44 Hình 3.12. Các minutiae đ ợc trích chọn cuối đ ư ể tạo mã ......................................45 Hình 3.13. Năm kiểu vân tay trong thực tế .............................................................46 Hình 3.14. Sơ đồ mô tả thuật toán phân loại vân tay .............................................47 Hình 3.15. Phương pháp chỉ số Poincaré ................................................................47 Hình 3.16. Lấy đặc tính cho phân loại.....................................................................48 Hình 3.17. Kết quả cây quyết định của bài toán phân loại kiểu vân........................49 Hình 3.18. Đư ờng cong sai số kết quả của bài toán phân loại vân tay..................50 Hình 3.19. Khớp mẫu từng đối tượng .....................................................................51 Hình 3.20. Thực hiện matching................................................................................52 Hình 3.21. Kết quả nhận dạng..................................................................................53 MỞ ĐẦU Để đáp ứng như cầu bảo mật thông tin ngày càng cao, sinh trắc học đã được đưa vào để tạo ra một phương pháp nhận dạng. Trong số hàng loạt công nghệ sinh trắc học, nhận dạng vân tay được sử dụng 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 sử dụng nhiều trong ngành điều tra tội phạm hơn một thế kỷ qua. 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 và ít 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 ở các lĩnh vực khác trên khắp thế giới. Chính vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu nột số kỹ thuật nhận dạng vân tay và ứng dụng” mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Nội dung luận văn gồm ba chương: Chương 1: Tổng quan về nhận dạng vân tay Chương 2: Một số kỹ thuật trong nhận dạng vân tay Chương 3: Thiết kế hệ thống thử nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG VÂN TAY 1.1. Giới thiệu 1.1.1. Lịch sử của nhận dạng vân tay Con người đã sử dụng vân tay từ rất xa xưa. Qua các cuộc khai quật khảo cổ người ta đã tìm thấy các ảnh vân tay trên các vật dụng xưa. Tuy các vật dụng khảo cổ này đã cung cấp các bằng chứng thiết thực cho thấy rằng người xưa đã rất lưu tâm đến các đặc trưng duy nhất của ảnh vân tay, nhưng những quan tâm lúc đó chưa phải là những xem xét mang tính khoa học và hệ thống. Chỉ cho đến những năm cuối của thế kỉ XVI thì các kỹ thuật của ngành nhận dạng vân tay hiện đại mới được hình thành. Vào năm 1788, Mayer đã đưa ra một bản mô tả chi tiết về sự hình thành trên phương diện giải phẫu học của vân tay, trong đó có một số lượng lớn các đặc tính của đường vân. Purkinje vào năm 1823 đã đưa ra một cơ chế phân lớp ảnh vân tay đầu tiên, cơ chế này cho phép phân ảnh vân tay vào một trong chín lớp tương ứng với chín dạng cấu trúc đường vân khác nhau. Vào năm 1864, Nehemiah Grew đã công bố một báo cáo khoa học đầu tiên nội dung về việc nghiên cứu một cách hệ thống của ông ta về cấu trúc đường vân, rãnh vân và tuyến mồ hôi trên vân tay. Kể từ đó, một số lượng lớn các nhà khoa học đã bỏ ra nhiều công sức trong việc nghiên cứu về vân tay… Vào năm 1880, Henry Fault lần đầu tiên đã gợi ý trên quan điểm khoa học về tính đặc trưng cho từng người của vân tay dựa trên quan sát của ông ta. Từ năm 1890, Thomas Bewick đã bắt đầu sử dụng vân tay của ông như là một nhãn hiệu đăng kí của ông ta và sự kiện này được xem là một mốc quan trọng nhất của ngành khoa học nghiên cứu về vân tay. Một bước tiến quan trọng hơn của ngành nhận dạng vân tay đã được thực hiện vào năm 1899 bởi Edward Henry, ông đã xây dựng nên “Hệ thống Henry ” nhằm thực hiện việc phân lớp các ảnh vân tay. Các khám phá này đã đặt những nền móng đầu tiên cho ngành nhận dạng vân tay hiện đại. Vào cuối thế kỷ XIX, ông Francis galton đã giới thiệu về các điểm chi tiết đặc trưng. Vào cuối thế kỷ XX, cơ chế hình thành của vân tay cũng đã được người ta nghiên cứu và hiểu rõ hơn. Từ đó, nhận dạng vân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 tay đã được chính thức chấp nhận như là một phương pháp để nhận dạng cá nhân hiệu quả và là một chuẩn được sử dụng trong các thủ tục pháp lý. Các cơ sở dữ liệu lưu trữ ảnh vân tay đã được hình thành để thực hiện nhiệm vụ quản lý nhân thân hoặc tội phạm. Các cơ sở dữ liệu ngày càng lớn dần một cách nhanh chóng khiến cho nhận dạng và tìm kiếm ảnh vân tay bằng phương pháp thủ công gần như không thể thực hiện được vì không đáp ứng được yêu cầu, đặc biệt về mặt thời gian và độ chính xác. Từ đầu năm 1960, các hệ thống nhận dạng vân tay tự động (Automatic Fingerprint Identification System- AFIS) bắt đầu được nghiên cứu và phát triển không ngừng. Các hệ thống này đã chứng minh được hiệu quả của nó trong nhiều lĩnh vực khác nhau có sử dụng kỹ thuật nhận dạng ảnh vân tay để xác minh nhân thân của một người. Trong thời gian gần đây, cùng với sự lớn mạnh của xu hướng nối kết điện tử trong giao dịch và trao đổi thông tin thì nhu cầu cần có một hệ thống AFIS đảm nhận chức năng xác thực và bảo mật an toàn đã trở nên cấp thiết. Mở ra một phạm vi ứng dụng rộng lớn cho các hệ thống nhận dạng vân tay trong tương lai. 1.1.2. Các ứng dụng của nhận dạng vân tay Việc nhận dạng cá nhân là sự gắn kết một đặc tính nhận biết cụ thể nào đó vào một cá nhân và bài toán của việc tìm ra đặc tính nhận biết của một người có thể được chia thành hai loại bài toán với độ phức tạp khác nhau: Xác minh và nhận dạng. Việc xác minh (xác thực) là chỉ nhằm đến việc xác nhận hoặc từ chối đối với một yêu cầu cụ thể được đưa ra bởi chính cá nhân yêu cầu. Còn nhận dạng là dạng bài toán tìm kiếm và xây dựng các đặc tính nhận biết của một đối tượng. Trong xã hội thông tin điện tử ngày nay cùng với sự gia tăng không ngừng về tính di động, tự động hóa cũng như tầm quan trọng của các giao dịch trao đổi điện tử thì ứng dụng nhận dạng cá nhân trải trên rất nhiều ngành, lĩnh vực,…Từ ứng dụng xác thực để bảo vệ truy cập đối với một tài nguyên nào đó, điều khiển cổng vào ra của các khu vực trọng yếu, bảo mật an toàn trong các giao dịch tài chính đến các ứng dụng chấm công, quản lý nhân sự, hành chính,… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10 http://www.lrc-tnu.edu.vn Tuy nhiên nhận dạng và xác thực là những vấn đề rất khó giải quyết, hầu hết các phương pháp nhận dạng trước đây và ngày nay sử dụng đều theo hướng đơn giản hóa nó thành bài toán kiểm tra về sự tồn tại của một yếu tố cụ thể có liên quan đến người đang xem xét. Các yếu tố điển hình được sử dụng có thể là sự sở hữu một vật nào đó, chẳng hạn việc xác thực quyền ra vào một tòa nhà bằng cách kiểm tra sự có hay không có chìa khóa để mở cửa tòa nhà đó. Hoặc yếu tố đó cũng có thể là sự hiểu biết về một điều gì đó, chẳng hạn việc cho phép hay không cho phép một người truy nhập vào một hệ thống được xác minh bằng cách kiểm tra tên đăng nhập cùng mật khẩu gắn liền. Các phương pháp cổ điển này đã cho thấy chúng chứa đựng khá nhiều điểm yếu, đối với phương pháp kiểm tra sự sở hữu một vật nào đó để chứng minh về nhân thân và quyền hạn của người sở hữu đã bộc lộ các điểm yếu do các tình huống như vật đó có thể bị đánh rơi, mất cắp hoặc thất lạc, nếu các tình huống này xảy ra thì xem như người được ủy quyền sẽ mất đi các quyền hạn được trao, hơn nữa người sở hữu mới của vật đó có thể xem như là mặc nhiên có những quyền mà công tác xác thực bảo vệ. 1.1.3. Các phƣơng pháp sinh trắc Ngày nay, tuy một số phương pháp nhận dạng cá nhân mới vẫn còn ở mức độ đơn giản hóa thành bài toán kiểm tra sự tồn tại của một yếu tố, tuy nhiên dạng yếu tố được sử dụng là các đặc tính gắn liền một cách vật lý đối với mỗi người. Các đặc tính này có thể là đặc trưng sinh lý của người như là vân tay, mống mắt,… hoặc đặc trưng hành vi của mỗi người như giọng nói, chữ ký,… Phương pháp nhận dạng một cá nhận dựa vào các đặc trưng sinh lý hành vi của người như thế được gọi là sinh trắc. Ưu điểm nổi bật của của phương pháp này so với các phương pháp cổ điển được nêu ở trên là nó không thể bị thất lạc hoặc quên mất; nó đại diện một cách hiển nhiên và rõ ràng về nhân thân của một người. Các đặc tính sinh lý hoặc hành vi của một người được sử dụng để làm chủ thể của sinh trắc đều phải có thuộc tính sau:  Mang tính phổ thông, nghĩa là ai cũng có đặc tính này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11 http://www.lrc-tnu.edu.vn  Mang tính duy nhất, điều này nghĩa là sẽ không có hai người có cùng nội dung của một đặc tính.  Mang tính ổn định và bền vững, nghĩa là đặc tính đó sẽ không bị thay đổi theo thời gian.  Có thể thu thập, điều này nghĩa là đặc tính có thể định lượng.  Không có một phương pháp sinh trắc đơn lẻ nào thỏa mãn một cách hiệu quả mọi yêu cầu của tất cả các ứng dụng nhận dạng cá nhân. Mỗi phương pháp sinh trắc đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng và thường chỉ thích hợp với một số ứng dụng nhận dạng cụ thể. Các kỹ thuật sinh trắc hiện đang được ứng dụng là:  Giọng nói: giọng nói là đặc tính của mỗi cá nhân. Tuy nhiên nó không mang đủ tính duy nhất để xác định về một người trên diện rộng. Đồng thời tín hiệu của giọng nói có thể dễ dàng bị biến đổi bởi các yếu tố về thiết bị hoặc sức khỏe, tâm trạng của người khi nói.  Khuôn mặt: đây là một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi vì đây là cách mà con người sử dụng để nhận dạng một người. Nhưng nó cũng vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức bởi nó đòi hỏi phải có khả năng thích ứng với thay đổi trên gương mặt người theo thời gian, sự biểu cảm, hoặc sự thay đổi về tư thế khi thu nhận hình ảnh của khuôn mặt.  Mống mắt: Đây được coi là duy nhất cho từng người và từng mắt. Phương pháp này có tỉ lệ lỗi nhỏ nhất trong quá trình xác thực và hiện nay đang không ngừng được nghiên cứu và phát triển.  Chữ ký: Chữ ký tên của một người được biết như là một đặc trưng của người đó. Chữ ký là một phương pháp sinh trắc được chấp nhận sử dụng cho việc xác thực một người từ rất lâu rồi, nó được ứng dụng trong các văn bản hành chính, giao dịch pháp lý. Tuy nhiên chữ ký của một người cũng có thể thay đổi theo tâm trạng, sức khỏe, thời gian và chữ ký cũng rất có thể bị giả dạng một cách dễ dàng.  Vân tay: Vân tay là các đường vân có trên ngón tay của mỗi người và nó không thay đổi theo thời gian. Người ta đã tin rằng vân tay là đặc tính Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12 http://www.lrc-tnu.edu.vn duy nhất của từng người. Vân tay là một trong những phương pháp sinh trắc quan trọng đã được sử dụng từ rất lâu trong các vấn đề về pháp lý và điều tra tội phạm. Nó đã được nghiên cứu và phát triển trong một thời gian dài, ngày nay nó cũng đang là một trong những chủ đề nghiên cứu của nhiều nhà khoa học nhằm nâng cao độ chính xác và tin cậy cho công tác xác thực và phục vụ thiết yếu hơn cho nhu cầu của cuộc sống ngày càng hiện đại. Ngoài các phương pháp trên còn có một số phương pháp sinh trắc khác cũng đang được nghiên cứu và phát triển như nhận dạng qua chuỗi DNA, nhận dạng qua dáng đi của một người, đã nêu ở trên,… 1.1.4. Các phƣơng pháp đánh giá hiệu quả Để đánh giá một hệ thống nhận dạng vân tay, người ta có thể dùng một hệ đơn vị đo phân bố mật độ các giá trị kết quả trả về từ hệ thống dựa trên hai tập dữ liệu thuộc nhóm người thật và nhóm người giả danh. Mỗi dữ liệu của từng người trong nhóm có thể nhận một trong hai giá trị kết quả trả về là đúng hoặc sai. Tổng hợp kết quả trên hai nhóm ta có bốn khả năng sau: a) Người thật được chấp nhận b) Người thật bị từ chối c) Người giả danh được chấp nhận d) Người giả danh bị từ chối. Trong đó có hai khả năng a và d trả về kết quả của hệ thống là đúng, hai khả năng còn lại cho biết hệ thống quyết định sai. Về nguyên tắc, chúng ta có thể sử dụng các thông số tỉ lệ chấp nhận sai (False Acceptance Rate – FAR), tỉ lệ từ chối sai (False Reject Rate- FRR) và tỉ lệ lỗi cân bằng đánh giá là phụ thuộc rất nhiều vào tập dữ liệu thử nghiệm nên nó không thể cho biết độ chính xác khách quan của hệ thống mà nó chỉ có ý nghĩa so sánh trong một môi trường thử nghiệm nhất định. Tuy nhiên có thể đưa ra một kết quả đánh giá cuối cùng được chính xác và khách quan thì tập dữ liệu thử nghiệm đòi hỏi phải thỏa mãn các yêu cầu như sau: tập dữ liệu phải đủ lớn để có thể biểu diễn một cách đầy đủ các khả năng tồn tại của các ảnh vân tay và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13 http://www.lrc-tnu.edu.vn tập dữ liệu phải có sự phân bố đều giữa các yếu tố độ tuổi, giới tính, chủng tộc,… 1.2. Một số đặc điểm trên vân tay. Để lưu trữ thông tin về vân tay, một số khái niệm về các điểm đặc biệt (minutiae points) trên vân tay đã được đưa ra. Những điểm này cũng cung cấp thông tin quan trọng cho việc phân loại và so khớp vân tay. Hình 1.1. Một số đặc điểm trên vân tay  Điểm Delta: Là những điểm ở góc trái hoặc phải phía dưới đốt ngón tay được bao bởi các đường vân hình tam giác  Điểm Island: Những đường vân ngắn xuất hiện tại chỗ rẽ nhánh của các đường vân  Điểm Ridge Ending: Điểm cuối của đường vân  Điểm Pore: Những lỗ nhỏ nằm rất đều trên đường vân  Điểm Crossover: Điểm giao của 2 đường vân tay  Điểm Core: Điểm trung tâm, thường nằm giữa ngón tay và được bao quanh bởi những đường xoáy, vòng hoặc cung ở tâm ngón  Điểm Bifurcation: Điểm rẽ nhánh 1.3. Hoạt động của hệ nhận dạng vân tay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14 http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3.1. Mô hình của hệ thống tự động nhận dạng vân tay Về cơ bản, một hệ thống tự động nhận dạng vân tay có mô hình xử lý như hình 1.2. Nó bao gồm 4 thành phần : Hình 1.2. Mô hình hệ thống tự động nhận dạng vân tay  Giao diện sử dụng  Hệ thống cơ sở dữ liệu  Hệ thống các mô đun mã hoá vân tay  Hệ thống các mô đun thẩm định. Giao diện sử dụng cung cấp những phương tiện, cơ chế cho phép người sử dụng có thể đưa vân tay vào trong hệ thống. Ngoài việc cập nhật vân tay, giao diện còn cho phép người sử dụng cập nhật các thông tin cá nhân như họ tên, ngày sinh... Hệ thống cơ sở dữ liệu bao gồm tập hợp các bản ghi, mỗi bản ghi lưu trữ thông tin một cá nhân bao gồm các thông tin về nhân thân như họ tên, ngày sinh... và những thông tin chi tiết về vân tay đã được mã hoá. Mô đun trích chọn có nhiệm vụ nạp thông tin người sử dụng và vân tay vào cơ sở dữ liệu. Khi một ảnh vân tay và các thông tin của người sử dụng được thu nhận, thuật toán trích chọn đặc trưng vân tay được áp dụng đối với ảnh vân tay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15 http://www.lrc-tnu.edu.vn và lấy ra các mẫu đã được trích chọn (mã hoá vân tay). Thuật toán kiểm tra chất lượng được sử dụng để đảm bảo rằng các bản ghi trong hệ thống cơ sở dữ liệu chứa các vân tay trong tình trạng tốt (chất lượng cao). Nếu một ảnh vân tay có chất lượng thấp, nó được tự động cải thiện nhằm tăng độ rõ nét cấu trúc của các đường vân và đường thung lũng cũng như lọc ra tất cả các vùng không thể phục hồi được. Trong trường hợp xấu nhất, có thể hệ thống phải yêu cầu lấy lại mẫu vân tay. Nhiệm vụ của mô đun thẩm định là nhằm xác định tính hợp pháp của một cá nhân có ý định truy nhập vào hệ thống. Hình ảnh vân tay của cá nhân truy nhập sau khi được trích chọn đặc trưng được so sánh với cơ sở dữ liệu đã được thiết lập từ trước để đưa ra kết luận là cá nhân đó truy nhập có hợp pháp hay không? Hệ thống tự động nhận dạng vân tay cần phải thoả mãn hai yêu cầu đặt ra : Một là hệ thống phải tự động so sánh hai vân tay và đưa ra quyết định rằng hai vân tay có đúng là một hay không. (Hai mẫu vân tay có phải thu nhận cùng từ một ngón tay hay không). Hai là hệ thống phải áp dụng các kỹ thuật có ý nghĩa cải tiến nhằm tăng khả năng phân loại và nhận biết một số lượng lớn trong thời gian tìm kiếm ngắn nhất và độ chính xác cao nhất. Theo yêu cầu thứ nhất đặt ra, đòi hỏi mỗi vân tay thu nhận được phải có cơ chế mã hoá như thế nào đó để có thể phân biệt được với các vân tay khác. Còn yêu cầu thứ hai đó là tốc độ tìm kiếm. Một cách tổ chức cơ sở dữ liệu thông thường đó là tổ chức tìm kiếm song song. Về cơ bản, một hệ thống kiểm soát truy nhập bằng vân tay có thể coi là một hệ thống tự động nhận dạng vân tay thu nhỏ. Tuy nhiên để hệ thống kiểm soát truy nhập có ý nghĩa, thì hệ thống chỉ làm việc với các vân tay sống (vân tay được thu nhận bằng thiết bị thu nhận vân tay sống) còn hệ thống tự động nhận dạng vân tay có thể thu nhận vân tay từ nhiều nguồn: từ thiết bị thu nhận vân tay sống, camera, scanner... Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16 http://www.lrc-tnu.edu.vn Bất kỳ 1 hệ nhận dạng vân tay nào cũng bao gồm các hoạt động:  Thu nhận dấu vân tay  Mã hoá vân tay  Xử lý nâng cấp chất lượng vân tay  Đối sánh 2 vân tay  Tổ chức CSDL 1.3.2. Hoạt động của hệ thống tự động nhận dạng vân tay 1.3.2.1. Thu nhận dấu vân tay – Phương pháp quét bằng scanner Vân tay được lăn trên giấy, sau đó dùng máy scanner để quét ảnh và lưu trữ vào máy Nhận xét: phương pháp cho chất lượng vân tay thu được kém nên cần có quá trình xử lý nâng cấp chất lượng ảnh trước khi lưu trữ. – Phương pháp thu nhận vân tay sống Dùng thiết bị cảm biến quang học hoặc dùng thiết bị cảm biến bán dẫn Mô tả hoạt động: thiết bị cảm biến quang học: Hình 1.3. Mô hình thiết bị cảm biến quang học Khi một ngón tay được đặt trên bề mặt của kính thu, các đường vân tiếp xúc trực tiếp với kính, trong khi các phần lõm (thung lũng) không tiếp xúc. Tia sáng lazer rọi vào kính với một góc nào đó, và một camera được đặt tương ứng thu được ánh sáng phản chiếu. Do sự tiếp xúc trực tiếp của đường vân và không Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17 http://www.lrc-tnu.edu.vn trực tiếp của đường thung lũng mà ảnh vân tay thu được tương ứng với màu đen là đường vân và màu trắng tương ứng với đường thung lũng. Hình 1.4. Mô hình thiết bị cảm biến bán dẫn Thiết bị cảm biến bán dẫn đo dung lượng điện giữa bề mặt tiếp xúc của thiết bị và mặt da, sau đó chuyển nó thành ảnh. Nếu người sử dụng đặt ngón tay lên mặt tiếp xúc của thiết bị thì các đường vân sẽ ở sát bề mặt tiếp xúc hơn các đường lõm. Khi đó, do khoảng cách từ đường vân đến bề mặt tiếp xúc ngắn hơn nên dung lượng tích điện là cao hơn. Ảnh của vân tay có thể bắt được bằng việc sắp xếp các tín hiệu thu được từ một dãy các cảm biến trên bề mặt thiết bị bán dẫn. Thiết bị loại này nhỏ và nhẹ hơn, nhưng nó dễ bị hư hại bởi những chất hóa học như muối có trên da người do nó được làm bằng silic nên dễ vỡ. Để hạn chế bất lợi này, bề mặt tiếp xúc thường được bọc. Việc phát triển những chất liệu bọc tốt là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu mà các nhà sản xuất thiết bị cảm nhận bán dẫn phải đối mặt. 1.3.2.2. Mã hoá vân tay Một đặc điểm của hệ thống tự động nhận dạng vân tay hoặc hệ thống kiểm soát truy nhập là:  Thông thường đối với hệ thống nhận dạng vân tay, vân tay thu nhận để lưu trữ trong cơ sở dữ liệu là các vân tay đầy đủ (tức là lăn từ cạnh trái sang cạnh phải của mỗi ngón tay) và vân tay tra cứu đôi khi chỉ là một phần của ngón tay (như vân tay thu nhận được từ hiện trường là một ví dụ). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18 http://www.lrc-tnu.edu.vn  Trong khi đó đối với hệ kiểm soát truy nhập, thì vân tay lưu trữ và vân tay tra cứu đều cùng được lấy từ một thiết bị và thông thường chỉ lấy một phần giữa của ngón tay.  Qui trình mã hoá vân tay được mô tả trong hình 1.5 Từ một ảnh vân tay thu nhận được, sau một loạt các quá trình xử lý chúng ta thu nhận được một tập các điểm đặc trưng của mỗi vân tay. Các tập đặc trưng này bao gồm các điểm trạc ba và điểm kết thúc như trong hình 1.5 sẽ là đặc trưng cho mỗi một vân tay. Bên cạnh đó có các điểm đặc trưng đặc biệt như tâm vân tay và điểm chạc ba của vân tay. Có nhiều phương pháp để mã hoá các tập điểm đặc trưng. Ví dụ: mã hoá mỗi điểm đặc trưng được đại diện bằng bốn tham số là toạ độ tương đối theo trục X và Y, góc quay xác định hướng của đường vân và độ cong của đường vân. Hình 1.5. Quy trình mã hóa vân tay Đối với một vân tay thu nhận được, cần phải tiến hành theo 5 bước sau để có thể trích chọn đặc trưng của vân tay: a. Xác định hướng đường vân b. Tách đường vân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19 http://www.lrc-tnu.edu.vn c. Làm mảnh đường vân d. Loại bỏ các điểm đặc trưng nhiễu e. Xác định đặc trưng toàn cục của vân tay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20 http://www.lrc-tnu.edu.vn