I HC QUC GIA H NI
TRNG I HC CễNG NGH
NGUYN TH HNG THY nghiên cứu xây dựng thuật toán
phân mảnh chỉ bản m-ời ngón dựa trên
kỹ thuật véctơ hoá ảnh đ-ờng nét và ứng dụng
LUN VN THC S
̉
NH CHỈ BẢN 10 NGÓN, PHÂN LOẠI
VÂN TAY VÀ KIỂM TRA VỊ TRÍ CÁC NGÓN 31
2.1 BÀI TOÁN PHÂN MẢNH ẢNH VÂN TAY TỰ ĐỘNG 31
2.1.1. Khái niệm về phân mảnh ảnh 31
2.1.2. Bài toán phân mảnh ảnh chỉ bản vân tay tự động 32
2.1.3. Một số giải thuật phân mảnh ảnh 37
2.1.4. Đề xuất thuật toán phân mảnh ảnh dựa trên cơ sở nhận biết vùng vân 43
2.2 BÀI TOÁN PHÂN LOẠI VÂN TAY TỰ ĐỘNG THEO DẠNG CƠ BẢN 43
2.2.1. Phân loại vân tay 43
2.2.2. Một số phƣơng pháp phân loại vân tay tự động 44
2.2.3. Dạng vân cơ bản và các điểm đặc trƣng 46
2.2.4. Điều kiện nhận biết những dạng vân cơ bản 48
2.2.5. Đề xuất phƣơng pháp nhận biết các dạng vân cơ bản dựa trên một số đặc trƣng
tổng quát 53
2.2.6. Xây dựng sơ đồ thuật toán phân mảnh chỉ bản 10 ngón và phân loại vân tay 54
CHƢƠNG III: LẬP TRÌNH CÀI ĐẶT PHẦN MỀM PHÂN MẢNH CHỈ BẢN 10
NGÓN, PHÂN LOẠI VÂN TAY TỰ ĐỘNG VÀ KIỂM TRA VỊ TRÍ CÁC NGÓN
TRÊN CHỈ BẢN 57
- 2 –
3.1 LẬP TRÌNH CÀI ĐẶT THUẬT TOÁN PHÂN ĐOẠN, PHÂN LOẠI VÂN TAY
THEO DẠNG CƠ BẢN VÀ KIỂM TRA VỊ TRÍ NGÓN 57
3.1.1. Phân mảnh chỉ bản 10 ngón 57
3.1.2. Phân mảnh mịn và phân loại vân tay tự động 58
3.1.3. Lập trình cài đặt thuật toán 62
3.2 TÍNH NĂNG ĐA
̣
T ĐƢƠ
thƣơng mại điện tử trên mạng máy tính, kiểm soát truy cập vật lý nhƣ quản lý cửa
khẩu, quản lý thời gian làm việc và nhiều loại hình dịch vụ khác cần xác định danh
tính con ngƣời với độ tin cậy cao.
Để xây dựng một hệ thống nhận dạng vân tay tự động, cần phải giải quyết một
vấn đề có ý nghĩa mấu chốt nhất và cũng là khó khăn nhất của kỹ thuật đồng nhất vân
tay, đó là thuật toán đối sánh. Chúng ta biết rằng việc đối sánh trực tiếp hai ảnh vân
tay không thể mang lại kết quả do ảnh vân tay của một ngƣời qua mỗi lần lăn tay đều
sai khác nhau và rất nhạy cảm với các thiết bị thu nhận, điều kiện chiếu sáng, vết bụi
bẩn, vết bong da, vết sẹo, sự xê dịch vị trí hay sự biến dạng trong quá trình lăn tay.
Hiện nay đã có rất nhiều phƣơng pháp nhận dạng vân tay đƣợc đề xuất để giải quyết
vấn đề này dựa trên việc ứng dụng các phƣơng pháp xử lý ảnh số và nhận dạng. Ý
tƣởng kinh điển để xây dựng thuật toán nhận dạng vân tay dựa trên việc mô phỏng
cách thức phân biệt các dấu vân tay của các giám định viên đƣờng vân. Để so sánh hai
dấu vân tay, các giám định viên tìm cách định vị các điểm đặc trƣng chi tiết hay còn
gọi là các đặc điểm nhƣ các điểm cụt, rẽ nhánh (minutia) trên mỗi ảnh vân tay rồi tiến
hành đối sánh trực tiếp hai tập các đặc điểm chi tiết tƣơng ứng của chúng. Hiện nay
trên thế giới đã có rất nhiều thuật toán đối sánh vân tay ra đời và từ năm 2002, cứ hai
năm một lần, ngƣời ta lại tổ chức cuộc thi kiểm thử thuật toán để đánh giá sự tiến bộ
công nghệ. Nhìn chung đa số thuật toán nhận dạng vân tay hoạt động hiệu quả với chất
lƣợng chỉ bản tốt, chẳng hạn các chỉ bản thu nhận bằng các thiết bị thu nhận vân tay
sống (life scanner). Tuy nhiên, trên thực tế vân tay quá khô, hay quá ƣớt, vân tay chỉ
bản lăn bằng mực trên giấy, … thƣờng có chất lƣợng không cao nên việc nhận dạng
các vân tay chất lƣợng kém vẫn còn là một bài toán rất nan giải.
Ở nƣớc ta, Phòng Thí nghiệm Mô phỏng và Tích hợp hệ thống Tổng cục Kỹ thuật
Bộ Công an là một trong những đơn vị đã giải quyết thành công bài toán nhận dạng
- 4 –
vân tay tự động, bƣớc đầu đã xây dựng đƣợc sản phẩm C@FRIS và đƣa vào ứng dụng
thực tế đạt kết quả rất khả quan. Tuy nhiên, để xây dựng đƣợc một hệ thống nhận dạng
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. - 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).
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
thực tế lâu dài.
- 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.
Hình 1.5: 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
- 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.
Hình 1.9: 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 1.10: Một số dạng hình vân thƣờng gặp
Để thuận tiện cho phân loại ngƣời ta quy ƣớc với nhau một số khái niệm cơ bản.
Đường bao và vùng vân trung tâm
Vùng vân trung tâm dùng để phân loại là vùng vân nằm chính giữa một dấu vân
tay đƣợc giới hạn bởi đƣờng bao trên và đƣờng bao dƣới. Các đƣờng bao là các đƣờng
vân bao vùng vân trung tâm, đƣợc quy ƣớc là một cặp đƣờng vân lúc đầu chạy song
song với nhau sau đó đến tam phân điểm bên ngoài nhất (có thể ở bên trái hay bên
phải) thì chạy tách ra, một chạy lên phía trên, một chạy xuống phía dƣới và cùng bao
bọc lấy vùng trung tâm. Khi dò theo nét vân, ngƣời ta qui ƣớc nếu gặp điểm cụt, phải
- 10 –
chuyển ngay sang đƣờng vân liền ngoài để tiếp tục. Hình dƣới cho ta thấy ví dụ về
Tâm điểm là điểm nằm gần vị trí trung tâm của vân tay. Trong vân tay, tâm điểm
đƣợc qui ƣớc chọn một điểm nằm trên đƣờng vân mà tại đó độ cong của đƣờng vân là
lớn nhất.
Hình 1.13: Một số ví dụ về tâm điểm
Số đếm vân
Là số đƣờng vân nằm giữa tâm điểm (core) và tam phân điểm (delta), đƣợc xác
định bằng số đƣờng vân cắt đoạn thẳng nối giữa tam phân điểm và tâm điểm.
Hình 1.14: Số đếm vân
Các dạng cơ bản của vân tay
Vân tay đƣợc phân loại thành các dạng cơ bản căn cứ vào cách sắp xếp chung của
các dòng đƣờng vân. Có ba dạng cơ bản chủ yếu đó là dạng hình cung, dạng hình quai
và dạng hình xoáy. Mỗi dạng này còn có thể chia chi tiết hơn nữa, thậm chí có thể
phân loại mịn hơn bằng việc đƣa thêm số đếm vân. Bởi vì có một mức độ độc lập nhất
định giữa các dạng cơ bản trên mƣời đầu ngón tay, phƣơng pháp phân loại vân tay
theo dạng cơ bản khi áp dụng cho cả 10 ngón sẽ có giá trị phân một tập chỉ bản thành
nhiều nhóm nhỏ, mỗi nhóm nhỏ bao gồm những ngƣời có cùng một tổ hợp dạng cơ
bản nhƣ nhau. Nhƣ vậy, việc phân nhóm theo dạng cơ bản sẽ rất hữu ích vì nó cho
phép giảm số lƣợng các phép đối sánh khi ta đối sánh một chỉ bản vân tay với một tập
chỉ bản cho trƣớc nào đó. Để thủ tục phân loại vân tay theo các dạng cơ bản đảm bảo
tính tin cậy cao, cần phải tiến hành thận trọng và phải đƣợc những chuyên gia vân tay
có kinh nghiệm kiểm tra kỹ lƣỡng.
- 12 –
- Dạng vân hình cung (ARCH): Chiếm khoảng 3-5% tổng số vân tay.
Hình 1.15: Mô tả loại vân hình cung
- Dạng vân hình quai (LOOP) :
UT
Cung
2.4
15.1
8.3
2.1
1.4
4.6
14.5
10.6
3.0
3.0
Quai trái
0.3
21.9
2.2
1.3
0.2
66.1
34.7
69.5
63.1
87.1
Quai phải
57.3
29.9
70.6
49.5
82.7
0.3
6.09
WWWWW WWWWW
1.86
WWWWR WWWWL
1.68
RLRRR LRLLL
1.64
RRRRR LRLLL
1.53
WRRRR WLLLL
1.45
RRRWR LLLLL
1.41
RLRRR LLLLL
1.36
RRRRR LALLL
1.26
WRRRR LLLLL
1.12
RARRR LALLL
1.02
RRRWR LLLWL
0.96
Bảng 2: Tần suất xuất hiện một số tổ hợp các dạng vân tay cơ bản
- 14 –
Bảng 2 chỉ ra cho ta thấy mƣời hai tổ hợp các dạng vân tay cơ bản trên hai bàn tay
có tần suất xuất hiện cao nhất. Cột thứ nhất chỉ ra các tổ hợp dạng cơ bản của 10 ngón
tay bắt đầu từ ngón cái phải và kết thúc là ngón út trái. Những chữ cái R, L, W và A kí
- 15 – + Nhánh móc: Đƣờng vân tách ra nhƣ một cái móc ngắn.
+ Đoạn cầu nối: Do một móc kéo dài làm thành cầu nối hai đƣờng vân kề nhau.
Những đặc điểm chi tiết này nằm rải rác tại các vị trí khác nhau trong mối tƣơng
quan lẫn nhau và mỗi đặc điểm đƣợc đặc trƣng bởi một hƣớng xác định. Trừ khi một
ngón tay bị phá hủy nặng để lại sẹo, các đặc điểm nhìn chung sẽ vẫn không thay đổi
đối với một ngƣời trong suốt cả cuộc đời từ khi sinh ra cho đến khi chết.
Có thể dễ dàng nhận thấy hai ngón tay khác nhau luôn tạo ra những dấu vân tay
chứa tập các đặc điểm sắp xếp khác nhau. Một thực tế đƣợc thừa nhận rộng rãi là hai
dấu vân tay cùng có bộ ít nhất từ 10 đến 13 đặc điểm chi tiết cùng các tƣơng quan vị
trí giống nhau thì coi nhƣ đồng nhất, tức là do cùng một ngón tay in ra.
Vân tay được sử dụng như thế nào?
Các cơ quan cảnh sát thƣờng sử dụng vân tay vào 2 mục đích chính:
+ Xác định danh tính hay căn cước của một người bị bắt giữ.
+ Truy tìm thủ phạm gây án theo dấu vết hiện trường.
Xác định danh tính của một người bị bắt giữ
Với mục đích thứ nhất, cần phải tra cứu chỉ bản vân tay mƣời ngón của nghi can bị
bắt giữ với hệ thống thẻ chỉ bản để xác minh xem nghi can đó đã có tên trong hồ sơ
cảnh sát hay không.
Ở hầu hết các nƣớc, công việc này thuộc phạm vi trách nhiệm của Trung tâm căn
cƣớc quốc gia. Ở đấy ngƣời ta có thể đối chiếu chỉ bản vân tay 10 ngón của nghi can
với bộ chỉ bản vân tay 10 ngón đƣợc lƣu trữ trong hồ sơ vân tay của Trung tâm căn
cƣớc.
Chẳng hạn, năm 1990, Trung tâm căn cƣớc của Bộ Nội vụ Anh lƣu trữ khoảng 4,2
triệu thẻ chỉ bản vân tay mƣời ngón, gọi là Tàng thƣ chỉ bản vân tay quốc gia, và mỗi
ngày tàng thƣ này phải giải quyết khoảng 2400 yêu cầu tra cứu. Đến năm 2005, số
đến các cơ quan giám định vân tay của địa phƣơng để xem xét. Ở đây, các giám định
viên vân tay tìm mọi cách tốt nhất có thể để xác định xem chúng thuộc loại nào, ngón
nào. Trong hầu hết các trƣờng hợp ngƣời ta chỉ thu đƣợc dấu vết của một hoặc hai
ngón tay và chúng thƣờng có chất lƣợng rất thấp.
Để tránh phải tìm kiếm trên toàn bộ tàng thƣ quốc gia, ngƣời ta cố gắng tìm mọi
cách khác nhau để giảm thiểu danh sách kết quả tra cứu đƣa ra. Cách thứ nhất là sàng
lọc theo địa lý, tức là chỉ tìm kiếm các bản ghi của tội phạm tại một vài địa phƣơng
nào đó. Ý nghĩa của việc giới hạn địa phƣơng là có thể hạn chế tìm trong một vài địa
phƣơng đến nhiều địa phƣơng tùy thuộc mức độ quan trọng của vụ án.
Một cách sàng lọc khác là theo loại tội phạm hay tội danh, chẳng hạn nhƣ dấu vết
từ một vụ trộm cắp thì chỉ nên tìm kiếm trong số tội danh ―trộm‖.
- 17 –
Còn có các cách chọn lọc khác, phụ thuộc vào thông tin cụ thể từ các nhân chứng
hay chứng cứ thu thập đƣợc từ hiện trƣờng. Theo đó, những nghi phạm đang tìm kiếm
có thể đƣợc giới hạn về giới tính, độ tuổi hay nhân dạng đặc điểm cụ thể nào đó.
Tất nhiên, nếu càng giới hạn số lƣợng đối sánh thì khả năng sót lọt tội phạm sẽ
càng cao.
Khi số lƣợng của các bản ghi cần tra tìm đƣợc hạn chế một cách thích hợp bằng
cách sử dụng các sàng lọc nêu trên, các chuyên gia vân tay tiến hành khảo cứu, thẩm
định lần lƣợt từng chỉ bản một để đối sánh với những đặc điểm trên dấu vết tra cứu.
Đây là một công việc tiêu phí thời gian bởi vì chất lƣợng của những dấu vết khả nghi
thƣờng rất thấp và việc so sánh do vậy cũng thực hiện rất khó khăn. Các cơ quan cảnh
sát thƣờng đã lƣu trữ những chỉ bản vân tay 10 ngón của tội phạm trên tàng thƣ căn
cƣớc can phạm địa phƣơng, do đó các nhân viên cảnh sát rất ít khi phải cần đến tàng
thƣ căn cƣớc trung ƣơng để làm công việc này.
Đôi khi có những trƣờng hợp có thể thực hiện đơn giản hơn vì cảnh sát có thể chỉ
quan tâm đến một hay vài đối tƣợng nghi vấn cụ thể. Trong những trƣờng hợp nhƣ thế,
chuyên gia vân tay chỉ phải thực hiện việc xác minh dấu vết trong một số lƣợng nhỏ
số vụ có nhiều hơn một dấu vết). Có gần 33.000 trƣờng hợp đối sánh thành công đƣợc
thực hiện qua việc tra cứu với đối tƣợng nghi vấn nóng. Và hơn 27.000 vụ đối sánh
thành công bằng phƣơng pháp tra cứu nguội (cold searching). - 18 –
1.2 HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG
1.2.1. Mô hình của hệ thống nhận dạng vân tay tự động
Ở nƣớc ta hiện nay, tại hầu hết các địa phƣơng cấp tỉnh, công việc phân loại và tra
cứu vân tay chủ yếu vẫn còn phải thực hiện bằng các phƣơng pháp thẻ phiếu thủ công.
Các chuyên gia phải phân loại, xem xét, so sánh các chỉ bản vân tay bằng mắt thƣờng,
với các dụng cụ nhƣ kính lúp, bút chì, compa, thƣớc kẻ, . Việc tổ chức các bộ thẻ và
tra tìm, đối sánh thủ công nhƣ vậy mất nhiều thời gian và công sức, chỉ thích hợp với
số lƣợng vân tay nhỏ, do đó thƣờng không đạt đƣợc hiệu quả mong muốn.
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, nhiều hệ thống
phần mềm nhận dạng vân tay tự động đã ra đời và trong tƣơng lai gần sẽ là công cụ
chủ yếu cho phép ngƣời sử dụng có thể tra tìm xác minh vân tay nghi vấn trên các hệ
thống cơ sở dữ liệu lớn với thời gian nhanh và độ chính xác cao.
Một hệ thống nhận dạng vân tay tự động thông thƣờng phải có hai chức năng cơ
bản: xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) và tra tìm chỉ bản vân tay. Xây dựng CSDL vân
tay tức là thực hiện các công việc: Thu thập chỉ bản của các đối tƣợng quản lý, quét
chỉ bản, nhập thông tin thuộc tính (số đối tƣợng, họ tên, năm sinh, nơi sịnh, ), phân
loại vân tay theo dạng cơ bản, xử lý trích chọn tự động các đặc điểm chi tiết, lƣu và tổ
chức CSDL. Tra tìm chỉ bản vân tay là xác định xem đối tƣợng có chỉ bản vân tay đó
đã có trong cơ sở dữ liệu hay chƣa, số hồ sơ đối tƣợng đăng ký là bao nhiêu. Khi xây
dựng CSDL vân tay cũng nhƣ khi tra tìm đều đòi hỏi phải phân loại và trích chọn các
điểm đặc trƣng trƣớc khi tiến hành đối sánh.
Sau đây là sơ đồ khối tổng quát của hệ thống nhận dạng vân tay.
sinh, địa phƣơng, ) của đối tƣợng và dữ liệu phân loại vân tay nhƣ dạng cơ bản và
các đặc điểm chi tiết của vân tay. Trong khi tổ chức dữ liệu vân tay, cần phải tiến hành
các kỹ thuật đánh chỉ số theo dạng cơ bản và một số thông tin cơ bản khác có tính phụ
trợ nhƣ địa phƣơng, năm sinh, giới tính, độ tuổi.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của một hệ nhận dạng vân tay tự động
Các hệ thống nhận dạng vân tay tự động với sự trợ giúp của máy tính đƣợc phổ
biến trên thị trƣờng đƣợc biết đến với nhiều cách gọi khác nhau. Ở nƣớc Anh ngƣời ta
gọi là Hệ thống nhận dạng vân tay tự động: Automatic Fingerprint Recognition (AFR)
và ở trong hầu hết các nƣớc khác đƣợc gọi là Hệ thống đồng nhất vân tay tự động:
Automatic Fingerprint Identification System (AFIS). Tên gọi AFIS đã trở thành phổ
biến để diễn tả hoạt động thật sự của hệ thống. Thực ra, không một cách gọi nào ở trên
là thật sự chính xác, vì nhiều hệ thống hiện nay chủ yếu chỉ đơn giản là một cơ chế
- 20 –
chọn lọc, sắp xếp và tìm kiếm vân tay. Nó chƣa làm đƣợc gì nhiều theo nghĩa nhận
dạng cũng nhƣ chƣa hoàn toàn truy nguyên đồng nhất đƣợc chỉ bản một cách tự động.
Một số tổ chức thƣơng mại đã tung ra thị trƣờng các sản phẩm AFR hay AFIS, và
rất nhiều trong số chúng đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Bộ Công an Việt
Nam cũng đã nhập phần mềm MORPHO AFIS của hãng SAGEM (Pháp) và cũng đã
tự tổ chức phát triển phần mềm C@FRIS để ứng dụng cho các đơn vị và địa phƣơng.
Nguyên lý hoạt động
Về nguyên tắc chung thì mọi hệ thống nhận dạng vân tay tự động đều phải trích
chọn một lƣợng thông tin hạn chế từ ảnh vân tay, thƣờng gọi là bộ đặc điểm chi tiết
hay bộ mã vân tay (minutiae template). Những bộ đặc điểm này đƣợc lƣu trữ trong cơ
sở dữ liệu máy tính. Khi một chỉ bản mới muốn so sánh với những chỉ bản lƣu trữ, hệ
thống sẽ trích chọn bộ đặc điểm từ chỉ bản yêu cầu và so sánh chúng với các mã của
chỉ bản lƣu trên cơ sở dữ liệu. Kết quả của mỗi lần so sánh cụ thể sẽ đem lại một điểm
số đánh giá sự giống nhau của 2 bộ đặc điểm theo những quy tắc riêng của từng hệ
thống. Khi công việc so sánh đƣợc hoàn tất, các hệ thống thƣờng đƣa ra danh sách các
hai. Nhƣng trong chế độ tra tìm dấu vết với chỉ bản, chỉ bản kết quả có thể nằm phía
dƣới của danh sách, để kiểm chứng có thể sẽ phải tra cứu hết cả một danh sách dài, do
đó một nhân viên vân tay thƣờng chỉ tìm kiếm một số bản ghi đầu tiên (khoảng 100)
trƣớc khi dừng lại, vì thời gian của họ còn phải dành cho các vụ án tiếp theo.
Một lý do mà hệ thống AFR không thể đạt chính xác hơn là vì chúng chỉ làm việc
với bộ đặc điểm của AFR. Chúng bỏ qua những khối lƣợng thông tin khổng lồ khác,
nhất là các hình dạng chi tiết, sự sắp xếp của các đƣờng vân, độ dày mỏng của đƣờng
nét, các lỗ chân lông và các đặc điểm khác. Chúng chỉ sử dụng dữ liệu về vị trí tƣơng
đối của các điểm đặc trƣng nhƣ các điểm rẽ nhánh và các điểm cụt.
Một lý do quan trọng khác nữa là những bộ đặc điểm vân tay thu đƣợc không hoàn
toàn chính xác. Nói chung, các hệ thống AFR ít chú ý đến việc xác định độ tin cậy của
từng bộ mã cụ thể cũng nhƣ không tính đến sự khác nhau của các bộ mã – chúng chỉ
quan tâm sự đến độ giống nhau. Các phép toán trích chọn bộ đặc điểm thƣờng rất nhạy
cảm với chất lƣợng của ảnh gốc và độ chiếu sáng khi thu nhận cũng nhƣ dễ bỏ qua
những đặc điểm có tính xác thực cao hay các lỗi khi trích chọn. Vì vậy trong nhiều
trƣờng hợp, nhất là trong việc tra cứu dấu vết hiện trƣờng, thƣờng gặp một số đặc
trƣng đƣờng vân của chỉ bản tra cứu khác xa với chỉ bản tra cứu.
Mã hóa
Mặc dù nhiều hệ thống hiện nay thực hiện công việc này theo nhiều cách khác
nhau nhƣng ít nhiều vẫn giống nhau về nguyên lý .
Bƣớc cơ bản đầu tiên là làm thế nào để số hóa vân tay. Ảnh vân tay ta nhìn thấy
đƣợc một cách dễ dàng là không thể sử dụng trực tiếp cho máy tính - một thiết bị chỉ
biết làm việc với các con số. Vì vậy, các ảnh đƣợc thu nhận bằng TV camera, sau đó
toàn vùng ảnh đƣợc chia thành lƣới ô vuông nhỏ. Tiêu chuẩn chung hiện nay là sử
dụng 500 ô cho mỗi inch. Nhƣ vậy 1 inch vuông của ảnh sẽ đƣợc chia thành 500 x
500 hay 250.000 ô. Mỗi ô nhỏ này thì đƣợc gọi là 1 phần tử của ảnh (pixel) hay nói
cách tổng quát hơn là 1 điểm ảnh. Trong ví dụ ở trên độ phân giải sẽ là 500 điểm trên 1
inch. Hiển nhiên là độ phân giải càng cao thì số chi tiết thể hiện hay đƣợc ghi lại càng
ít.
Cần lƣu ý rằng ảnh vân tay không đơn giản là ảnh của các đƣờng hai màu đen và
/
/
|
\
\
\
\
/
/
/
—
\
\
\
\
/
/
/
—
—
—
\
\
/
/
/
—
—
\
\
\
\
\
- 23 –
Sau đây là thí dụ về kết quả cải thiện ảnh và chuyển đổi sang dạng nhị phân:
Hình 1.19: Kết quả xử lý biến đổi nhị phân hóa từ ảnh vân tay đa cấp xám (bên trái)
để đạt đƣợc ảnh vân tay nhị phân (bên phải)
Định vị các đặc điểm chi tiết
Bộ mã hóa sau đó đƣợc dùng để kiểm tra độ trơn của các đƣờng vân và định vị
những điểm rẽ nhánh hoặc kết thúc. Hệ thống vẽ, đánh dấu các đặc điểm của những
đƣờng vân này trên một sơ đồ, có chú giải hƣớng của các đƣờng vân liên thuộc và đo
khoảng cách giữa các đặc điểm chi tiết tới điểm chuẩn (tâm điểm). Chƣơng trình mã
hóa khi bắt đầu xây dựng sơ đồ đặc điểm đƣợc thực hiện một cách tự nhiên song ở
công đoạn sau cần xem xét lại và nếu thấy nghi ngờ thì sẵn sàng bỏ qua. Công đoạn cuối cùng là xem xét lại từng đặc điểm, bắt đầu từ trái sang phải của
ảnh vân tay, ghép chúng với năm điểm láng giềng gần nhất bên phải và tạo thành các
Thông thƣờng có rất nhiều trƣờng hợp nhƣ vậy nhƣng hệ thống chỉ ghi nhận sáu điểm
trên mẫu khả nghi giống nhất tƣơng ứng với sáu điểm trên mẫu đang cần kiểm tra.
Nếu có tồn tại các điểm đặc trƣng trên hai mẫu kiểm tra đƣợc xác định là hoàn
toàn khác nhau ngay cả sau khi đã mở rộng dung sai, bộ đối sánh sẽ quyết định hai
mẫu vân này không có khả năng sánh đƣợc với nhau và sẽ không tiếp tục xử lý nữa.
Copyright: Tài liệu đại học ©