Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhận dạng vân tay tự động. Trong phần này báo cáo trình bày các khái niệm cơ bản về vân tay, các đặc trƣng của vân tay và hai lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất trong ngành cảnh sát là xác minh danh tính hay truy nguyên căn cƣớc đối tƣợng và điều tra dấu vết hiện trƣờng. Tiếp theo , báo cáo trình bày nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng cơ bản và các thành phần chủ yếu của một hệ nhận dạng vân tay tự động, có điểm qua một số hệ nhận dạng vân tay hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới và trong nƣớc. Chương 2: Sau phần tổng quan, báo cáo tập trung vào nội dung chính là xây dựng thuật toán phân mảnh ảnh chỉ bản 10 ngón, phân loại vân tay tự động và đối sánh vân tay để kiểm tra vị trí ngón trên chỉ bản.
Chương 3: Sau phần xây dựng thuật toán, báo cáo tập trung vào nội dung cài đặt phần mềm phân mảnh ảnh, phân loại vân tay tự động, đối sánh vân tay để kiểm tra vị trí ngón trên chỉ bản. Luận văn tiếp cận một hƣớng nghiên cứu quan trọng và nếu giải quyết thành công sẽ đem lại một bƣớc cải tiến đáng kể cho phân hệ nhập liệu tự động, góp phần nâng cao hiệu quả cũng nhƣ làm phong phú thêm tính năng của hệ thống nhận dạng vân tay tự động C@FRIS nói riêng và các hệ AFIS nói chung. Đây là một chủ đề liên tục phát triển, khá đa dạng và phức tạp. Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã tìm hiểu và tiếp tục hoàn thiện thêm một số giải thuật phân mảnh ảnh chỉ bản 10 ngón và phân loại vân tay nhằm mục đích cài đặt một thƣ viện phần mềm tự động phân mảnh ảnh chỉ bản và nhận biết các dạng vân cơ bản.
Tuy nhiên, trong quá trình cài đặt thực tế, tôi đã phát hiện và tính toán thêm nhiều đặc trƣng quan trọng khác nhƣ ma trận hƣớng, đƣờng biên, rất hữu ích cho giai đoạn xử lý trích chọn các đặc điểm chi tiết tiếp theo. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -5– CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN Chỉ bản vân tay Vân tay là những vết lằn tạo nên các hoa văn trên bề mặt da đầu các ngón tay, chúng gồm hệ thống các đƣờng cong uốn lƣợn vòng vèo mà ta quen gọi là các dòng đƣờng vân. Để thu thập một bộ chỉ bản vân tay đối tƣợng, ngƣời ta thiết kế một thẻ mẫu dùng để ấn hay lăn các đốt ngoài cùng của mỗi ngón tay sau khi tẩm mực. Một thẻ mẫu đã đƣợc in vân tay (bằng cách ấn tay hoặc lăn tay), đƣợc gọi là một chỉ bản (Hình 1.1: Thẻ chỉ bản vân tay mƣời ngón Thông thƣờng một chỉ bản vân tay mƣời ngón gồm hai loại vân tay: Vân tay lăn (rolled) và vân tay ấn (plain).
Trong vùng giữa chỉ bản dùng để chứa 10 dấu vân tay của 10 ngón tay cần đƣợc thu nhận bằng cách lăn tay, tức là mỗi đầu ngón tay sau khi tẩm một lớp mực mỏng sẽ đƣợc lăn lên giấy và để lại vết lăn có độ trải rộng từ gờ móng tay bên này sang đến gờ móng tay bên kia. Còn bốn vùng dƣới của chỉ bản dùng để chứa các dấu vân tay ấn, bao gồm: 2 dấu vân tay ấn đồng thời của 2 ngón tay cái, dấu ấn 4 ngón chụm của tay trái và dấu ấn 4 ngón chụm của tay phải. Mặc dù độ trải rộng của dấu vân tay ấn không rộng bằng dấu vân tay lăn nhƣng nó thƣờng thể hiện rõ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -6– hơn các đặc điểm chi tiết của các đầu mút ngón tay. Các vùng vân tay ấn còn đƣợc dùng để kiểm tra các dấu vân tay đã đƣợc lăn có đúng vị trí ô hay không.2: Ảnh mực, (a) ảnh lăn tay, (b) ảnh ấn tay Khi có một bộ chỉ bản vân tay đã đƣợc thu thập, ta cần lƣu ý phân biệt một đặc trƣng quan trọng của nó là chúng đƣợc thu thập cho một mục đích cụ thể nhất thời nào đó hay đƣợc thu thập một cách bài bản, theo đúng yêu cầu kỹ thuật để nhập bổ sung vào hệ thống.
Mặc dù hiện nay, các hệ thống thu nhận vân tay sống đang đƣợc phổ biến rộng rãi, nhƣng chỉ bản vân tay giấy đang đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Các thiết bị thu nhận vân tay sống có ƣu điểm là sử dụng các công nghệ quang điện tử để thu nhận, số hóa và lƣu trữ vân tay một cách trực tiếp, không cần giai đoạn trung gian in lên giấy. Để thu trực tiếp ảnh vân tay trên máy thu vân tay sống ta chỉ cần ấn đầu ngón tay trực tiếp lên cửa sổ thu nhận của máy và thực hiện một số thao tác điều khiển phần mềm. Chất lƣợng của ảnh vân tay loại này phụ thuộc vào điều kiện thu nhận, ví dụ: chất lƣợng của máy, tay sạch hay bẩn, tay khô hay ƣớt,.
Tuy nhiên, do thu nhận trực tuyến nên ta có thể quan sát trực tiếp vân tay đƣợc thu nhận, do đó có thể điều chỉnh đƣợc chất lƣợng của ảnh vân tay.3: Ảnh thu trực tiếp từ máy thu nhận vân tay sống Ảnh vân tay sống nói chung là có chất lƣợng tốt hơn nhiều so với ảnh lăn mực và ảnh thu thập từ hiện trƣờng vụ án. Tuy nhiên, do hiện nay trong Ngành Công an nuớc ta, còn có cả một hệ thống tàng thƣ từ Trung ƣơng đến địa phƣơng với hàng chục triệu chỉ bản bằng giấy nên việc duy trì cả hai phƣơng pháp thu nhận vân tay vẫn là một thực tế lâu dài. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -7– Dấu vết hiện trường Hình 1.4: Ảnh dấu vết vân tay thu thập từ hiện trƣờng vụ án Khi một ngón tay tiếp xúc vào một vật nào đó thì nó có thể để lại dấu vết đƣờng vân lên vật đó. Dấu vết để lại đó đƣợc gọi là dấu vết vân tay hiện trƣờng hay còn gọi là dấu vân tay ẩn do chƣa rõ ngƣời nào để lại.
Dấu vết này đƣợc hình thành do những lớp mỡ hoặc lớp mồ hôi mỏng trên bề mặt da ngón tay để lại sau khi ngón tay tiếp xúc với các vật thể nhẵn bóng, có khi trên các tài liệu hay tấm séc thanh toán. Dấu vết hiện trƣờng thƣờng đƣợc thu thập và xử lý bởi các phƣơng pháp hóa lý khác nhau nhằm làm cho chúng hiện lên rõ hơn, dễ quan sát hơn và có thể chụp đƣợc ảnh. Đặc trƣng cơ bản của dấu vết vân tay hiện trƣờng là nó thƣờng không đầy đủ, phần lớn các trƣờng hợp chỉ để lại dấu vết của một phần ngón tay, nhiều khi bị mờ, nhòe, lẫn với vết bẩn hoặc bề mặt các hoa văn của đồ vật. Tuy vậy, trong nhiều trƣờng hợp vẫn còn rất nhiều đặc điểm chi tiết đủ để xác định chính xác chủ nhân đã để lại những dấu vết đó.
Cấu trúc ảnh vân tay Ảnh vân tay có cấu trúc bề mặt khá đặc biệt. Một cấu trúc đƣờng vân lý tƣởng bao gồm các dòng đƣờng vân và các dòng đƣờng rãnh chạy xen kẽ nhau, ―song song‖ với nhau, một đƣờng vân bị kẹp giữa hai đƣờng rãnh, và ngƣợc lại, một đƣờng rãnh bị kẹp giữa hai đƣờng vân.5: Cấu trúc đƣờng vân Xét về mặt kết cấu bề mặt, ảnh vân tay là một kết cấu có hƣớng. Hƣớng ở đây chính là hƣớng của các dòng đƣờng vân. Trong một ảnh vân tay đa mức xám, xét trong một lân cận, mức xám của các điểm thuộc đƣờng vân và các điểm thuộc đƣờng rãnh trên một mặt cắt vuông góc với đƣờng vân biến đổi theo dạng hình sin: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.6: Mức xám của ảnh vân tay theo hƣớng trực giao với hƣớng đƣờng vân (V) là điểm chính giữa của đƣờng rãnh, (R) là điểm chính giữa của đƣờng vân Khi một vân tay bị phá hủy, các cấu trúc đƣờng vân cũng bị phá hủy theo.
Tuy nhiên, dù có sự xuất hiện của nhiễu, một chuyên gia về vân tay vẫn có thể khôi phục lại các cấu trúc đƣờng vân bằng cách sử dụng hƣớng và tính liên tục của đƣờng vân để suy diễn, phán đoán. Về mặt chất lƣợng, có thể phân chia một dấu vân tay bất kỳ thành 3 loại: Vùng có cấu trúc rõ ràng: là vùng mà mỗi đƣờng vân và đƣờng rãnh là phân biệt nhau một cách rõ ràng với các đƣờng vân và các rãnh khác, và do đó việc trích chọn đặc trƣng dễ đảm bảo chính xác.7: Cấu trúc vân tay rõ ràng Vùng bị phá hủy nhƣng có thể khôi phục lại đƣợc: là vùng mà các đƣờng vân và các rãnh bị phá hủy bởi một số lƣợng nhỏ các vết gợn, các vết nhòe, ., nhƣng chúng ta vẫn có thể xác định và vẽ lại đƣợc các vùng vân lân cận cùng các thông tin hữu ích về cấu trúc các đƣờng vân.8: Vùng bị phá huỷ nhƣng có thể khôi phục lại đƣợc Vùng bị phá hủy không thể khôi phục đƣợc: là vùng mà các đƣờng vân và các đƣờng rãnh bị phá hủy bởi một số lƣợng lớn các nhiễu. Các đƣờng vân và các đƣờng rãnh này là không thể xác định đƣợc, các vùng lân cận cũng không cung cấp đƣợc thông tin gì đáng kể để có thể khôi phục lại cấu trúc các đƣờng vân. Chúng ta gọi hai loại đầu là vùng có thể khôi phục lại đƣợc và vùng thứ ba là vùng không thể khôi phục lại đƣợc.
Trong bài toán nhận dạng vân tay, chúng ta chỉ sử dụng vùng có thể khôi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com -9– phục đƣợc, vùng không thể khôi phục đƣợc xếp và loại ―vùng không xác định‖. Các đặc điểm chi tiết do máy phát hiện trên các vùng không xác định thƣờng không đƣợc xét đến.9: Vùng bị phá huỷ nặng, không thể khôi phục lại đƣợc Đặc trưng của vân tay Quan sát các dấu vân tay Hình 1.10, chúng ta thấy có nhiều hình dạng rất phong phú, song vẫn có thể phân loại chúng theo các lớp khác nhau. Có những lớp ở đó đƣờng vân chạy từ một phía, đến giữa nhô lên rồi lại chạy tiếp sang phía bên kia tạo thành một mẫu vân có hình dáng nhƣ những chiếc cung chồng lên nhau (a). Song cũng có những dòng vân sau khi chạy nhô lên ở giữa rồi lại quay trở về nơi xuất phát ban đầu (b).
Lại có những dòng đƣờng vân chạy vòng quanh một điểm, giống nhƣ những dòng nƣớc xoáy khi chảy qua một chƣớng ngại vật nào đó (c). (a) Hình cung (b) Hình quai (c) Hình xoáy Hình 1.