Đặt vấn đề Từ xưa con người luôn mong muốn chế tạo một thiết bị "biết suy nghĩ và làm việc giống như con người". Để chế tạo được những con Robot có khả năng "suy nghĩ" và "tự hoạt động độc lập" gần giống như con người, ngoài các yêu cầu về phần cứng và phần mềm điều khiển thì yếu tố quan trọng không thể thiếu đó là "thị giác máy tính (Computer Vision)". "Thị giác máy tính" tương tự như "đôi mắt" của con người, nhờ đó Robot có thể "quan sát" được thế giới xung quanh chúng để có thể đưa ra phản ứng với bên ngoài. Vài chục năm qua, con người đã tạo ra các cảm biến, vi xử lý hình ảnh giống (và ở mức độ nào đó còn tốt hơn) khả năng nhìn của mắt người.
Những thấu kính lớn hơn, hoàn hảo về mặt quang học cùng các điểm ảnh phụ bán dẫn nhỏ tới mức nano mét giúp các camera ngày nay có độ chính xác và nhạy đáng kinh ngạc, camera có thể chụp hàng ngàn ảnh mỗi giây và nhận diện từ xa với độ chính xác cao. Ở nước ta, hoạt động nghiên cứu và thiết kế các hệ thống nhận dạng đang có những bước đầu phát triển trong các trường đại học. Các đề tài nghiên cứu khoa học và đồ án trước đây chủ yếu tập trung vào các mảng nhận dạng dấu vân tay để hỗ trợ điều khiển trong các hệ thống an ninh… Tuy nhiên, các đề tài liên quan tới giao tiếp giữa người và máy tính thông qua nhận dạng khuôn mặt kết hợp với nhận dạng vân tay vẫn chưa được phát triển đầy đủ. Nhận thấy đây là hướng phát triển mới và có tiềm năng ứng dụng cao, đồ án “Khóa điện bảo mật 2 lớp bằng vân tay và nhận diện gƣơng mặt” tập trung vào việc kết hợp những kiến thức về thị giác máy tính và xử lí ảnh số để xây dựng nên một hệ thống mà trong đó con người có thể điều khiển đối tượng thông qua việc nhận diện khuôn mặt và vân tay.
Mục tiêu đề tài - Nhận diện được khuôn mặt người, nhận diện được vân tay. - Tìm hiểu cách thức vận hành của quá trình nhận dạng khuôn mặt. - Nghiên cứu các vấn đề thực tiễn cần giải quyết, đề ra các phương án giải quyết vấn đề khó khan. - Tìm hiểu cách thức vận hành, kết nối, cài đặt camera raspicam với raspberry pi 3 để tiến hành thu thập dữ liệu.
- Tìm hiểu về phần mềm Arduino IDE, Qt creator, cách viết code và cài đặt các thư viện hỗ trợ. - Tìm hiểu các bộ thư viện: OpenCV, Adafruit_Fingerprint. SVTH: Hà Duy Thiện 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.
Đối tƣợng nghiên cứu - Thiết bị điều khiển trung tâm: Raspberry pi 3 B+. - Thiết bị điều khiển ngoại vi: Arduino uno. - Cảm biến: cảm biến nhận dạng vân tay R305. - Camera: camera raspberry (raspicam).
- Các phương pháp, thuật toán để phục vụ cho việc phát hiện và nhận diện khuôn mặt người và vân tay - Nghiên cứu các bộ thư viện phục vụ cho quá trình xử lý: OpenCV, Adafruit_Fingerprint. Phạm vi nghiên cứu - Tìm hiểu và sử dụng cảm biến nhận dạng vân tay R305 và khóa điện 12v. - Tập trung nghiên cứu, tìm hiểu về nhận dạng khuôn mặt (Face Recognition) chứ không chú trọng tìm hiểu phát hiện khuôn mặt (Face Detection). - Việc xử lý ảnh, nhận dạng khuôn mặt thỏa mãn các điều kiện: Ánh sáng bình thường, ngược sáng, ánh sáng đèn điện.
Góc ảnh: Trực diện (frontal) hoặc góc nghiêng không quá 10o. Không bị che khuất (no occulusion). SVTH: Hà Duy Thiện 12 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Trần Hoàn CHƢƠNG 2. Công nghệ sinh trắc Trong thời đại ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã giúp cho con người thuận tiện hơn trong các công việc hằng ngày.
Với sự bùng nổ về công nghệ thông tin, quá trình toàn cầu hóa diễn ra nhanh chóng, sự bảo mật riêng tư thông tin cá nhân cũng như để nhận biết một người nào đó trong hàng tỉ người trên trái đất đòi hỏi phải có một tiêu chuẩn, hệ thống đảm nhận các chức năng đó. Công nghệ sinh trắc ra đời và đáp ứng được các yêu cầu trên. Nhiều công nghệ sinh trắc đã và đang được phát triển, một số chúng đang được sử dụng trong các ứng dụng thực tế và phát huy hiệu quả cao. Các đặc trưng sinh trắc thường được sử dụng là vân tay, gương mặt, mống mắt, tiếng nói.
Mỗi đặc trưng sinh trắc có điểm mạnh và điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trưng sinh trắc cụ thể là tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng nhất định. Các đặc trưng sinh trắc có thể được so sánh dựa vào các yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính ổn định, tính thu thập, hiệu quả, tính chấp nhận. Trong yêu cầu về bảo mật và tìm kiếm, tính phân biệt (hai người khác nhau thì đặc trưng sinh trắc này phải khác nhau) và ổn định (đặc trưng sinh trắc này không thay đổi theo từng giai đoạn thời gian tương ứng với hạng mục đối sánh nhất định) được quan tâm nhiều hơn cả. Vân tay đã được biết tới với tính phân biệt (tính chất cá nhân) và ổn định theo thời gian cao nhất, vì vậy nó là đặc trưng sinh trắc được sử dụng rộng rãi nhất.
Nhận dạng sinh trắc đề cập đến việc sử dụng các đặc tính hành vi và thể chất (ví dụ: vân tay, gương mặt, chữ kí…) có tính chất khác biệt để nhận dạng một người một cách tự động. Nhận dạng vân tay và nhận dạng khuôn mặt được xem là một trong những kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện và đáng tin cậy nhất. Trong các tổ chức, cơ quan an ninh, quân sự, hành chính, khoa học… luôn có nhu cầu kiểm tra và trả lời các câu hỏi: “người này có phải là đối tượng đó hay không?”, “người này có được quyền truy cập và sử dụng thiết bị đó?”, “người này có được biết những thông tin đó?”… Phương pháp dựa vào thẻ bài truyền thống (ví dụ dùng chìa khóa…), phương pháp dựa vào trí thức (ví dụ dùng mật khẩu và PIN – Personal Identification Number) đã được sử dụng phổ biến nhưng thực tế đã chứng minh là không hiệu quả vì tính an toàn không cao và. Người ta nhận thấy các đặc trưng sinh trắc không thể dễ dàng bị thay thế, chia sẻ hay giả mạo., chúng được xem là đáng tin cậy hơn trong nhận dạng một người so với các phương pháp trên.
Vân tay và khuôn mặt là những đặc điểm khá đặc biệt của con người bởi vì tính đa dạng của nó, mỗi người sở hữu một dấu vân tay và khuôn mặt khác nhau. Chưa có thông tin trường hợp mà có những người cùng dấu vân tay và khuôn mặt trùng nhau. Bằng việc sử dụng vân SVTH: Hà Duy Thiện 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Trần Hoàn tay và khuôn mặt, việc xác nhận một người có thể được thực hiện bằng một hệ thống nhận dạng vân tay và khuôn mặt hoàn toàn an toàn. Nhận dạng vân tay Ngày nay, người ta cũng lợi dụng các đặc điểm riêng biệt của vân tay để xây dựng các hệ thống bảo mật các thông tin riêng tư cho người sở hữu chúng, từ việc dùng các ổ khóa vân tay thay thế cho các ổ khóa thông thường cho đến việc dùng vân tay thay thế mật khẩu đã quá phổ biến trong thời đại công nghệ thông tin.
Người ta chỉ cần quét dấu vân tay của mình qua các thiết bị chức năng là có thể mở được một cánh cửa, đăng nhập vào hệ thống máy vi tính, qua một phòng bí mật hay các trạm bảo vệ bí mật. Đó là giải pháp an ninh tuyệt đối cho những yêu cầu bảo mật của con người trong nhiều lĩnh vực như: Kiểm soát an ninh trong các cơ quan của Chính phủ, trong quân đội, ngân hàng, trung tâm lưu trữ dữ liệu. hoặc để kiểm soát ra vào của nhân viên tại các trung tâm thương mại, các tập đoàn, các đại sứ quán. Trong lĩnh vực quản lý nhân sự, phương pháp nhận dạng vân tay còn hỗ trợ đắc lực cho việc quản lý và chấm công tại các nhà máy, xí nghiệp, công ty bằng máy các máy chấm công vân tay.
Tuy nhiên, phổ biến nhất có lẽ là dấu vân tay của chúng ta qua mặt sau của chứng minh thư để xác định một cách nhanh nhất các đặc điểm, hồ sơ của một công dân đã được lưu trong cơ sở dữ liệu 2. Nhận dạng khuôn mặt Các công ty lớn như Facebook, Apple và Google đang tích cực nghiên cứu vấn đề này để cung cấp các dịch vụ như tìm kiếm trực quan, tự động gắn thẻ bạn bè trong các bài đăng trên phương tiện truyền thông xã hội và khả năng sử dụng khuôn mặt của bạn để mở khóa điện thoại di động, hay có thể thanh toán dịch vụ. Các cơ quan thực thi pháp luật cũng rất quan tâm, chủ yếu để nhận diện khuôn mặt trong hình ảnh kỹ thuật số. Phát hiện tội phạm nguy hiểm công nghệ nhận dạng khuôn mặt đang được một số lực lượng cảnh sát sử dụng để hỗ trợ vào việc thực thi pháp luật.
Ví dụ, các nhân viên ở Ireland có ý định sử dụng công nghệ này để giúp xác định các nghi phạm ở các khu vực đông đúc. Các nhân viên ở New York đã sử dụng công nghệ này để bắt giữ một nghi can trong vụ hỏa hoạn. Ngoài ra, các sĩ quan cảnh sát Trung Quốc tại đường sắt cao tốc Zhengzhou East ở thủ phủ tỉnh Hà Nam cũng đang sử dụng công nghệ này để giúp xác định các nghi phạm. Hệ thống của họ sử dụng thiết bị di động được kết nối với máy ảnh, được gắn trên một cặp kính râm.
SVTH: Hà Duy Thiện 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS.Trần Hoàn Hệ thống kiểm tra chuyến bay, năm 2017 Baidu đã giới thiệu một hệ thống nhận diện khuôn mặt tại sân bay chính của Bắc Kinh, cho phép xác minh phi hành đoàn và nhân viên của hãng hàng không. Một sân bay ở thành phố Nanyang tỉnh Hà Nam cũng đang sử dụng một hệ thống tương tự như vậy. Tuy nhiên, hệ thống của họ đang áp dụng cho hành khách. Việc quét mặt được thực hiện và sử dụng để xác minh danh tính của họ trước khi lên máy bay.
Quét khuôn mặt để mở khóa điện thoại “Mở khóa bằng khuôn mặt” là tính năng cho phép mở khóa điện thoại thông minh, cụ thể ở đây là Android bằng cách sử dụng “bản thiết kế”, tức là bản đồ cấu trúc độc đáo của khuôn mặt. Vào tháng 6/2018, theo eWeek.