Đặt vấn đề Ngày nay, công nghệ sinh trắc học được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Trong đó, công nghệ nhận dạng vân tay là được ứng dụng nhiều nhất. Người ta nhận thấy các đặc trưng vân tay không thể dễ dàng bị thay thế, chia sẽ, hay giả mạo, … Ngoài ra dấu vân tay của con người không ai giống ai, kể cả là sinh đôi cùng trứng xác suất trùng lấp dấu vân tay giữa người này với người kia gần như là 0%, và không đổi trong suốt cuộc đời. Do vậy trong việc nhận dạng một người, công nghệ này được xem là đáng tin cậy hơn so với các phương pháp truyền thống như: dùng mật khẩu, mã thẻ,.
Trên thực tế, việc nhận dạng dấu vân tay có thể thực hiện bằng cách sử dụng máy tính nhưng trong một số trường hợp cần thiết các thiết bị này phải hoạt động liên tục 24/7 thì việc sử dụng hệ thống nhúng có nhiều ưu điểm hơn vì nó tiêu tốn ít năng lượng hơn và hoạt động ổn định liên tục. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất các lõi có tốc độ xử lý cao, có thể kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi…. , đáp ứng tốt trong các ứng dụng giám sát, đo lường điều khiển từ xa qua mạng. Với thực tế như trên luận văn thực hiện chương trình nhận dạng vân tay trên hệ điều hành LINUX nhằm mục đích có thể phát triển chạy trên hệ thống nhúng ARM9 đồng thời thực hiện giao tiếp PC và hệ thống nhúng với các thiết bị công nghiệp qua mạng Ethernet, truyền thông theo chuẩn Modbus TCP trên hệ điều hành Linux từ đó tích hợp hệ thống bảo mật sử dụng vân tay cho một hệ thống SCADA với giao thức Modbus TCP/IP.
Mục tiêu đề tài • Mục tiêu chính của đề tài : Xây dựng hệ thống nhận dạng vân tay, truyền thông với PLC qua Modbus TCP/IP. Hệ thống được xây dựng bằng ngôn ngữ C trên hệ điều hành Linux để có thể phát triển chạy trên hệ thống nhúng. • Xây dựng hệ thống nhận dạng vân tay trên hệ điều hành Linux. 2 • Thực hiện giao tiếp hệ thống nhận dạng vân tay với PLC qua truyền thông Modbus TCP/IP.
• Tích hợp hệ thống bảo mật bằng vân tay với hệ thống SCADA theo giao thức TCP/IP 1. Tình hình nghiên cứu về công nghệ nhận dạng vân tay Con người đã biết sử dụng dấu vân tay từ rất sớm. Vào thời cổ đại, các thương gia ở Babylon đã biết dùng dấu vân tay được in lên viên đất sét trong trao đổi hàng hóa. Ở Trung Quốc, người ta cũng đã tìm thấy các ngón tay cái được in lên các con dấu đất sét.
Nhưng bắt đầu từ thế kỷ 19, dấu vân tay mới được đưa vào nghiên cứu chính thức. • Năm 1823, nhà phẫu thuật Jan Evangelista Purkyne thuộc trường đại học Breslau đã trình bày trong luận án của mình về 9 mẫu vân tay. • Năm 1858, William Herschel đã dựa vào vết vân tay để nhận dạng tù nhân • Năm 1880, bác sĩ Người Anh Henry Faulds đưa ra kiến nghị lấy dấu vân tay của tội phạm tại hiện trường xảy ra vụ án và đưa ra lý luận gien vân tay. Năm 1882, theo sáng kiến của A.
Bertion, lần đầu tiên cảnh sát Paris đã áp dụng lăn ngón tay trên các hồ sơ căn cước [31]. • Năm 1892, Francis Galton là người đầu chia vân tay thành 3 nhóm: xoáy, móc, sóng [31]. Việc sử dụng các nghiên cứu khoa học của dấu vân tay ở thế kỷ 19 đã làm tiền đề sau này cho việc ứng dụng rộng rãi công nghệ nhận dạng vân tay trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. • Năm 1924, FBI (Federal Bureau of Investigation) đã thu thập và lưu trữ hơn 250 triệu dấu vân tay của người dân để cho việc điều tra tội phạm và nhận dạng những người bị giết.
• Nước Anh cũng sớm sử dụng biện pháp này và đến năm 1944, họ đã lưu trữ tới hơn 90 triệu dấu vân tay của tất cả binh lính và những người dân. 3 Với việc sử dụng dấu vân tay để nhận dạng, cảnh sát có thể truy tìm tung tích tội phạm, người chết, mất thẻ căn cước hoặc mắc bệnh tâm thần lú lẫn, • Năm 1977, chương trình IAI's Certified Latent Print Examiner ra đời được áp dụng để xác nhận phạm nhân trong tòa án. Với sự phát triển ngày càng nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, cho tới nay các ứng dụng công nghệ này được áp dụng rộng rãi khá thành công trên thế giới. Trên máy tính cá nhân, dựa vào kích thước của CSDL vân tay người ta chia sản phẩm ứng dụng vân tay thành hai loại chính: • Hệ thống vân tay loại nhỏ Đặc điểm chung của những hệ thống này là chỉ hỗ trợ số vân tay dưới1000 vân tay.
Chương trình nhận dạng vân tay trên máy IBM Think Pad T43 cho phép người dùng đăng nhập vào windows XP bằng cách đặt ngón tay của mình vào vùng quét của máy thay vì phải đánh mật khẩu. • Hệ thống vân tay loại lớn Những hệ thống nhận dạng vân tay loại lớn này thường có điểm chung là có kích thước CSDL vân tay rất lớn, từ vài chục nghìn đến hàng triệu vân tay. Đối tượng sử dụng là những tập đoàn đa quốc gia có chi nhánh trên toàn cầu, những chính phủ điện tử cao cấp. Điều này đòi hỏi hệ thống phải có năng lực xử lý rất mạnh, có thể đáp ứng hàng chục ngàn yêu cầu nhận dạng trong một giây.
Những hệ thống này thường hoạt động trên môi trường mạng internet và có kiến trúc client – server, bao gồm một trung tâm xử lý nhận dạng và lưu trữ vân tay và nhiều client nằm khắp nơi trên mạng internet toàn cầu làm nhiệm vụ thu nhận dấu vân tay. Không dừng lại ở đó, cùng với sự phát triển mạnh các sản phẩm nhúng và một thị trường thiết bị nhúng tiềm năng vô cùng to lớn; việc đưa các kết quả nghiên cứu của công nghệ Nhân dạng vân tay lên các thiết bị nhúng là điều tất yếu nhằm phục vụ cho mục đích tiện dụng, chuyên dụng, và phổ biến hơn trong thực tế. Các thiết bị nhúng tiêu biểu ứng dụng công nghệ nhận dạng vân tay: 4 CHƯƠNG 2. THUẬT TOÁN NHẬN DẠNG VÂN TAY 2.1 Các phương pháp nhận dạng vân tay 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. 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; trích chọn đặc tính vân tay; đối sánh vân tay.
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 kiếm 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 vậy mới giải quyết được vấn đề chi phí đồng thời vẫn đảm bảo độ tin cây. • Luận văn này sẽ thực hiện nhận dạng vân tay bàng ảnh số theo hướng triển khai trong dân sự. Chính vì vây có thể lựa chọn phương pháp nhận dạng dựa trên cơ sở phát hiện và sử dụng các điểm nút đặc trưng (gọi là minutiae). Đây là phương pháp thứ hai trong ba phương pháp nhận dạng được áp dụng nhiều hiện nay.
Hệ thống AFIS nói chung cũng sử dụng phương pháp này. • 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 5 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 phạm để lại hiện trường sau vụ án). Hình thức thể hiện và các đặc tả của vân tay Nhằm 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.1: Vân tay thể hiện ở cấp độ very-fine Hình thức thể hiện vân tay được chia thành ba cấp độ: • Global: thể hiện tổng thể vân tay. • Local: thể hiện vân tay bởi một số nút đặc trưng khi đường vân làm mảnh đến một pixel. • Very-fine: thể hiện bởi các vòng xuyến tạo hình nên đường vân - sweat pores Trên hình 3 là 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.
6 Đối với cấp độ very-fine thì đòi hỏi các phương tiện xử lý tốn kém cũng như các yêu cầu đặc biệt khác mà khó có thể ứng dụng trong dân sự. Chẳng hạn để trích được các pores, ảnh cần có độ phân giải tối thiểu 1000dpi. Sau đây sẽ tìm hiểu sâu hơn các đặc trưng vân tay ở hai cấp độ đầu. Ở cấp độ global, đặc trưng vân tay liên quan nhiều đến sự tạo hình của đường vân và các điểm kỳ dị (singular), chúng bao gồm: loop (đường vân tạo vòng xoáy hở), delta (đường vân tạo hình tam giác).
Điểm kỳ dị có vai trò quan trọng trong việc thực hiện phân loại vân tay và tổ chức, xây dựng cơ sở dữ liệu.
