Система идентификации личности по отпечаткам пальцев

Пояснительная записка к дипломной работе на тему «Система идентификации личности по отпечаткам пальцев. Подсистема анализа изображения» оформлена на 121 листе, содержит 31 рисунок, 17 таблиц.
Целью данной работы является разработка подсистемы анализа изображения отпечатка пальца в составе системы идентификации личности по отпечаткам пальцев на основе папиллярного узора для дальнейшего распознавания личности.
Работа включает в себя разработку и реализацию алгоритма устранения искажений в изображении отпечатка пальца полученных при сканировании отпечатка. Разработку и реализацию преобразования монохромного изображения отпечатков пальцев к структурированному виду, пригодному для обработки (сравнения).
Для написания соответствующего программного обеспечения были изучены материалы и публикации в области цифровой обработки изображений, векторизации, биологического строения человека и его биометрических параметров.
В результате проделанной работы было разработано программое обеспечение, предназначенное для автоматизации процесса объектного описания отпечатков пальцев на основе характерных особенносетей любого папиллярного узора. Характеристики локальных особенностей, получаемые в результате работы подсистемы, используются при дальнейшей работе в составе системы.
На сегодняшний день существуют готовые системы для идентификации личности, обладающие высокой степенью защиты, быстродействием, а также удобством в применении. Однако ни одна из существующих разработок не дает объектного описания и метода сравнения отпечатков. Все разработки являются уникальными, обладают собственными нововведениями, «ноу-хау» и составляют коммерческую тайну.
Данная разработка обладает открытым кодом и позволяет проводить структурное описание папиллярного узора. Поэтому данная разработка является уникальной и не имеет аналогов в современной индустрии компьютерной обработки изображений. Необходимо отметить, что используемый метод, пригоден не только для описания изображения отпечатков пальцев, но и для объектного описания других битовых изображений, таких как символьная информация, шрифты и подписи.
Разработанное программное обеспечение является исследовательским, оно направлено на изучение и анализ методов обработки изображений и его описания. С его помощью уже были получены важные экспериментальные данные, использованные в данной работе. Конечным программным продуктом может являться оболочка, представляющая в значительной мере автоматизированный интерфейс для идентификации личности.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИЧНОСТИ ПО ОТПЕЧАТКАМ ПАЛЬЦЕВ
1.1. Обоснование целесообразности разработки системы идентификации личности по отпечаткам пальцев
1.1.1. Назначение системы
1.1.2. Характеристика функциональной структуры системы
1.1.3. Обоснование цели создания системы
1.1.4. Обоснование состава автоматизируемых задач
1.2. Аналитический обзор
1.2.1. Фирма BioLink
1.2.1.1. Система управления BioLink BioTime 2006
1.2.1.2. Программный сервер BioLink
1.2.2. Microsoft IntelliMouse Explorer with Fingerprint Reader
1.2.3. Сотовый телефон GI100
1.2.4. Редактор Adobe Photoshop
1.2.5. Программа распознавания текста Fine Reader
1.2.6. Вывод по аналитическому обзору
1.3. Основные требования к системе
1.3.1. Основные цели создания системы и критерии эффективности ее функционирования
1.3.2. Функциональное назначение системы
1.3.3. Особенности системы и условия её эксплуатации
1.3.4. Требования к функциональной структуре
1.3.5. Требования к техническому обеспечению
1.3.6. Требования к информационному обеспечению
1.3.7. Требования к программному обеспечению
1.4. Основные технические решения проекта системы
1.4.1. Решение по комплексу технических средств
1.4.2. Описание системы программного обеспечения
2. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЯ ОТПЕЧАТКОВ ПАЛЬЦЕВ
2.1. Описание постановки задачи подсистемы анализа изображения отпечатков пальцев
2.1.1. Характеристика задачи
2.1.2. Входная информация
2.1.3. Выходная информация
2.1.4. Математическая постановка задачи
2.1.5. Функциональная схема подсистемы анализа папиллярного узора
2.2. Описание постановки задачи выявления дефектов сканирования и их устранение
2.2.1. Характеристика задачи
2.2.2. Входная информация
2.2.3. Выходная информация
2.2.4. Математическая постановка
2.2.5. Алгоритм решения задачи
2.2.5.1. Описание алгоритма «Формирование списка линий»
2.2.5.2. Описание алгоритма «ChangeLine»
2.3. Описание постановки задачи выделение локальных особенностей
2.3.1. Характеристика задачи
2.3.2. Входная информация
2.3.3. Выходная информация
2.3.4. Математическая постановка задачи
2.3.5. Алгоритм решения задачи
2.3.5.1. Описание алгоритма «Формирование списка линий»
2.3.5.2. Описание алгоритма «ReadLine»
2.4. Описание постановки задачи сортировки списка абсолютных параметров, исключение ложных и ненадежных минюций
2.4.1. Характеристика задачи
2.4.2. Входная информация
2.4.3. Выходная информация
2.4.4. Математическая постановка
2.4.5. Алгоритм решения задачи
2.5. Описание подпрограмм
2.5.1. Подпрограмма NextDotCW
2.5.2. Подпрограмма NextDotCCW
2.5.3. Подпрограмма LookPic
2.5.4. Подпрограмма ChangeLine
2.5.5. Подпрограмма ReadPic
2.5.6. Подпрограмма DotsFilter
2.5.7. Подпрограмма AnalysePicture
2.6. Описание контрольного примера
2.6.1. Назначение программы
2.6.2. Исходные данные
2.6.3. Контрольный пример
2.6.4. Тестирование программного обеспечения системы распознавания личности по отпечаткам пальцев
3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1. Обоснование необходимости разработки системы распознавания личности по отпечаткам пальцев
3.2. Расчет затрат на разработку системы распознавания личности по отпечаткам пальцев
4. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
4.1. Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при работе на компьютере
4.2. Техника безопасности при работе на ПК
4.3. Организация рабочего места оператора
4.4. Требования к параметрам микроклимата помещения
4.5. Требования к освещению и расчет искусственного освещения
4.6. Пожарная безопасность
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ТЕКСТ ПРОГРАММЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 РУКОВОДСТВО ПРОГРАММИСТА
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 РУКОВОДСТВО ОПЕРАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СТ – специфическая точка (минюция)
БД – база данных с отпечатками
PIN – персональный идентификационный номер
ПЗС – прибор с зарядовой связью
КМОП – технология изготовления микросхем (кремний метал оксид полупроводник)
ОП – отпечаток пальца
dpi – количество точек на дюйм (dot per inch)
ПО – программное обеспечение
ОС – операционная система
ЭВМ – электронно-вычислительная машина
ПК – персональный компьютер

ВВЕДЕНИЕ
В наше время пароли, персональные идентификационные номера и специальные идентификационные карточки стали жизненной необходимостью. Например, чтобы получить наличные из банкомата, Вам потребуется код PIN, чтобы получить доступ к почтовой программе или к определенной категории компьютерных данных, необходим пароль. В свете последних событий, происходящих в мире, особенно в связи с ростом активности международного терроризма, вопросам безопасности уделяется все более пристальное внимание.
Таким образом, человек должен хранить в своей памяти огромное количество различных комбинаций цифр и букв. Чтобы облегчить участь современного человека, компании, специализирующиеся на производстве компьютеров, начали заниматься разработкой биометрических технологий. Биометрия – эта наука, изучающая возможности использования различных характеристик человеческого тела (будь то отпечатки пальцев или уникальные свойства человеческого зрачка или голоса) для идентификации каждого конкретного человека. Пользуясь биометрическими технологиями, человек никогда не сможет забыть необходимый ему пароль или код, поскольку его большой палец, голос или зрачок глаза всегда находятся с ним /1/.
Отпечаток пальца образует так называемые папиллярные линии на гребешковых выступах кожи, разделенных бороздками. Из этих линий складываются сложные узоры (дуговые, петлевые и завитковые), которые обладают свойствами индивидуальности и неповторимости, что позволяет абсолютно надежно идентифицировать личность. Хотя процент отказа в доступе уполномоченных пользователей составляет около 3%, процент ошибочного доступа – меньше одного к миллиону. Преимущества доступа по отпечатку пальца – простота использования, удобство и надежность. Весь процесс идентификации занимает мало времени и не требует усилий от тех, кто использует данную систему доступа. Исследования также показали, что использование отпечатка пальца для идентификации личности является наиболее удобным из всех биометрических методов. Вероятность ошибки при идентификации пользователя намного меньше в сравнении с другими биометрическими методами /2/. Кроме того, устройство идентификации по отпечатку пальца не требует много места на клавиатуре или в механизме.
Полученный образ отпечатка пальца – это растр, который можно описать особым образом, основываясь на строении папиллярного узора. Выявив структуру отпечатка его можно сравнить с другими отпечатками и выявить те, которые являются аналогичными или же сказать, что отпечатки различны.
Работа посвящена анализу растра, получение объектной модели, и поиска схожих отпечатков.

1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИЧНОСТИ ПО ОТПЕЧАТКАМ ПАЛЬЦЕВ
1.1. Обоснование целесообразности разработки системы идентификации личности по отпечаткам пальцев
1.1.1. Назначение системы
Система идентификации личности по отпечаткам пальцев реализует определение личности на основе биометрических параметров человеческого тела, а именно строении отпечатков пальцев. Система предназначена для обработки графических изображений отпечатков. Система позволяет сравнить несколько отпечатков друг с другом по выделенным локальным особенностям. Локальными особенностями являются минюции и их относительные параметры (расположение одних минюций относительно всех остальных), что гарантирует независимость сравнения от параллельного переноса и вращения.
Программный продукт найдет применение в различных прикладных системах /3/, включая:
1) системы гражданской идентификации;
2) криминалистические системы идентификации;
3) крупномасштабные коммерческие приложения.
Системы гражданской идентификации включают в себя:
− водительские паспорта;
− национальные идентификационные карты граждан;
− регистрация избирателей;
− регистрация для социальных программ;
− иммиграционная регистрация, визы;
− идентификация сотрудников государственных учреждений.
Криминалистические системы идентификации включают:
− находится ли данный гражданин в розыске?;
− прежние судимости;
− регистрация заключенных/контроль доступа;
− мобильные и удаленные приложения;
− обработка следов отпечатков пальцев, полученных с мест преступления.
Крупномасштабные коммерческие приложения включают:
− доступ к web-ресурсам, электронная коммерция;
− доступ для пользователей и сотрудников;
− финансовые сервисы, проверка оплаты;
− доступ в здания и помещения;
− программы лояльности.
1.1.2. Характеристика функциональной структуры системы
Функциональная схема системы приведена на рис. 1.1.
Обработка изображений состоит из следующих этапов:
1) ввод изображения в систему идентификации личности по отпечаткам пальцев;
2) в подсистеме анализа изображения происходит обработка растра с целью подавления шумов, а так же устранение типичных искажений изображения, таких как разрывы или слипания дуг папиллярного узора;
3) в подсистеме анализа изображения происходит выделение локальных особенностей, таких как окончание и раздвоение, для дальнейшего распознавания отпечатка;
4) в подсистеме анализа изображения происходит сортировка полученных параметров локальных особенностей;
5) в подсистеме распознавания происходит преобразование абсолютных параметров специальных точек к относительным параметрам для предотвращения влияния параллельного переноса и поворота пальца при сканировании отпечатка;
6) распознавание отпечатка по базе с существующими отпечатками происходит на основе относительных параметров каждой точки для каждого хранящегося в базе отпечатка.
Функциональная схема системы распознавания личности по отпечаткам пальцев
- подсистема анализа - подсистема распознавания
Рис. 1.1
1.1.3. Обоснование цели создания системы
Задачи структурного анализа изображений имеют широкий спектр применения, начиная от векторизации растров и заканчивая распознаванием образов. Структурный анализ изображений подразумевает выделение из них структурных элементов, таких, например, как линия, область, компактный элемент (буква) и так далее.
На данный момент надежная информационная защита является одним из основных критериев, по которым должны отбираться системы, предназначенные для хранения и обработки важной информации. Это обусловлено существующей вероятностью несанкционированного доступа в такие системы, поскольку они имеют широкое информационное взаимодействие со смежными системами управления через сеть INTRANET. Поэтому обеспечение информационной безопасности должно являться важнейшим этапом при их разработке /3/.
Защита на основе биометрических параметров человеческого тела, в частности по отпечатку пальца, обладает рядом неоспоримых полюсов: простота использования, удобство и надежность. Весь процесс идентификации занимает мало времени и не требует усилий от тех, кто использует данную систему доступа. Исследования также показали, что использование отпечатка пальца для идентификации личности является наиболее удобным из всех биометрических методов. Вероятность ошибки при идентификации пользователя намного меньше в сравнении с другими биометрическими методами. Кроме того, устройство идентификации по отпечатку пальца не требует много места на клавиатуре или в механизме.
В большинстве случаев работа с важной информацией подразумевает также своевременное принятие решений и непрерывное управление ходом выполнения. В связи с этим существует необходимость непрерывного подтверждения личности (в случае если человек по какой-то причине покинет свое рабочее место, то любой в это время сможет задавать команды телеуправления или ответственные команды). Такое подтверждение личности метод «единого входа в сеть» предоставить не может, а вводить пароль после каждой команды – обременительно /4/.
Хотя на рынке существуют готовые системы, но на ряду со своими преимуществами они обладают рядом недостатков, таких как закрытость исходного кода и алгоритма, как следствие невозможность применения в своих системах, а также высокая цена. Вследствие чего есть смысл в разработке системы, которая бы предоставляла возможность всем разработчикам иметь готовую базу для разработки собственных проектов на основе биометрических технологий. А также предоставить объектное описание различных, не только папиллярного узора, изображений.
Целью данной работы является разработка и реализация такого преобразования изображения, при котором данные о расположение уникальных особенностей сохраняются наиболее полно и с наименьшим содержанием ложной информации.
Создаваемая система носит поисково-исследовательский характер и направлена на облегчение разработки алгоритмов обработки изображений, упрощение анализа экспериментальных данных и выявление общих закономерностей.
1.1.4. Обоснование состава автоматизируемых задач
Реализация системы идентификации личности по отпечаткам позволит интегрировать в едином интерфейсе все этапы обработки изображения отпечатка пальца и сравнения его с другими отпечатками:
1) анализ параметров изображения, выявление дефектов сканирования и их устранение;
2) выделение локальных особенностей – минюций. формирование списка минюций в абсолютных параметрах;
3) сортировка списка абсолютных параметров, исключение ложных и ненадежных минюций;
4) конвертирование абсолютных параметров в относительные, формирование списка относительных параметров;
5) установка системы допусков для учета корреляции изображений;
6) сравнение одного отпечатка с множеством других;
7) способ хранения описания отпечатков позволяет применять результат работы программы для различных сфер деятельности.
1.2. Аналитический обзор
Как уже было указано во введении, метод опознавания личности по отпечаткам пальцев известен достаточно давно и с появлением электронно-вычислительной техники начали появляться программные продукты для анализа и сравнения изображений.
1.2.1. Фирма BioLink
Ведущий поставщик технологий обеспечения безопасности, проектирует, производит и продает передовые биометрические продукты, основанные на принципе дактилоскопии. Предлагаемые решения составляют основу для систем аутентификации пользователей в компьютерных сетях, платформах электронной коммерции и системах обеспечения безопасности физического доступа.
BioLink предлагает гамму продуктов, основанных на фирменных технологиях сканирования отпечатков пальцев и обработки изображений, а также на алгоритме идентификации «один ко многим», решающих многие из существующих сегодня проблем безопасности /5/.
1.2.1.1. С истема управления BioLink BioTime 2006
Система управления рабочим временем, являющаяся новейшей разработкой компании BioLink. Система BioTime 2006 упрощает обычные задачи учета и управления рабочим временем и обеспечивает простоту, легкость и удобство регистрации прихода и ухода сотрудников компании. Кроме того, система BioTime 2006 предоставляет различные виды отчетов по опозданиям, недоработкам и переработкам сотрудников, времени их прихода и ухода, а также автоматизирует создание табеля учета рабочего времени /5/.
1.2.1.2. Программный сервер BioLink
Программный сервер BioLink Authenteon Software Appliance (ASA) - это программное обеспечение для сравнения шаблонов отпечатков пальцев BioLink. ASA объединяет в себе парольную защиту и клиент-серверную аутентификацию при входе в Windows, Novell и NFS при решении одной из самых актуальный на сегодняшний день проблем защиты - положительной идентификации пользователей корпоративной сети. Сервер поддерживает до 300 пользователей /5/.
1.2.2. Microsoft IntelliMouse Explorer with Fingerprint Reader
Анонсированная Microsoft осенью 2004 г. новая линейка продуктов с использованием биометрических технологий - сканер отпечатков пальцев, клавиатура со встроенным сканером и беспроводная оптическая мышь со сканером обладает возможностями /6/:
1) снятие отпечатка пальца при кратковременном прикладывании пальца к сканеру;
2) ведение менеджера паролей для веб интерфейсов;
3) возможность идентификации личности для входа в систему одним приложением пальца.
Продукт подходит для применения за личным ПК. Программное обеспечение имеет очень ограниченную функциональность. Нет возможности получить параметры отсканированного отпечатка пальца, установить дополнительные действия от того какой палец был приложен.
1.2.3. Сотовый телефон GI 100
GI100 – первый телефон с функцией распознавания отпечатков пальцев. Отпечатки пальцев используются как для набора номера, так и для игр. Каждый из пальцев владельца телефона используются для быстрого набора одного из десяти введенных в память телефона номеров. Таким же образом и во время игр можно использовать вместо нажатия кнопок отпечатки пальцев.
Ограничение доступа – при включении телефона происходит сканирование отпечатка пальца включившего. Большим недостатком продукта является то, что в случае трехкратной неудачи при распознавании отпечатка пальца предлагается ввести пароль. Таким образом, доступ к телефону может получить не владелец, а просто знающий пароль человек /7/.
1.2.4. Редактор Adobe Photoshop
Профессиональный редактор растровых изображений. Основные возможности:
1) контроль цвета и тона компонент изображения: возможность подбора палитры, замены цветов, поддержка 32-битного цвета (прозрачности), возможность построения гистограмм распределения цвета;
2) интеллектуальное редактирование изображений: инструменты контекстной коррекции растра, позволяющие достичь фотореалистичности;
3) широкий набор фильтров, позволяющих модифицировать и улучшить изображение;
4) возможность создания многих независимых слоев в одном изображении.
Продукт предназначен для профессионального редактирования фотографических изображений, имеет мощный набор инструментов для улучшения их качества. В меньшей степени подходит для обработки искусственных изображений. Интерфейс обладает некоторой когнитивностью, которая, однако, ограничена сферой применения растровой модели /8/.
1.2.5. Программа распознавания текста Fine Reader
Профессиональная программа распознавания печатного текста. Основные возможности:
1) загрузка изображения страницы из файла, получение изображения страницы со сканера;
2) интеллектуальное определение расположения строк и символов в тексте, распознавание символов при их неточном сканировании или зашумлении;
3) наличие возможности исправить неправильно распознанные символы;
4) возможность сохранения распознанного текста в виде документа word или PDF.
Продукт предназначен для распознавания печатного текста различной сложности после сканирования, имеет мощный набор инструментов для улучшения качества распознавания, а также исправления неточно распознанных символов. Не имеет возможности дополнять набор распознаваемых символов, вследствие чего применение ограничивается только распознаванием печатного текста /9/.
1.2.6. Вывод по аналитическому обзору
Список программных продуктов, безусловно, может быть расширен, но все же самые характерные и популярные разработки в него включены.
Среди программных продуктов, посвященных идентификации по папиллярному узору, можно выделить основные возможности:
1) программы реализуют возможность доступа по отпечаткам;
2) возможна обработка стандартными функциями (яркость, контрастность, изменение размера);
3) распознавание символов;
4) ни одна программа не позволяет скорректировать изображение, основываясь на типичных характеристиках отпечатка, дать объектное описание отпечатка, а также дать возможность применить алгоритмы обработки в отдельности для собственных задач.
В связи с указанными особенностями существующих программных средств и в силу того, что применение биометрических способов позволяет увеличить защищенность и удобство пользования системами (см. п.п. 1.1.1) для большинства разработчиков будет удобным использование готового модуля работы с отпечатками пальцев. Поэтому актуальной является разработка системы, обладающая открытым кодом и позволяющая проводить структурное описание папиллярного узора. Возможность получать его объектное описание и сравнение. Применение алгоритма не только для описания изображения отпечатков пальцев, но и для объектного описания других битовых изображений, таких как символьная информация, шрифты и подписи.
Эту задачу решает система распознавания личности по отпечаткам пальцев.
1.3. Основные требования к системе
1.3.1. Основные цели создания системы и критерии эффективности ее функционирования
Создание системы распознавания личности позволит получить новую возможность в сфере защиты и организации доступа к информации, а также разработке новых, эффективных алгоритмов по обработке растров и преобразованию их к структурному виду, разработать инструмент, улучшающий качество графической информации за счет снижения искажений и шумов.
Для оценки эффективности работы системы можно использовать качество получаемых на выходе изображений, и полноту их структурного описания. А также уровень правильного распознавания отпечатков, который можно судить по количеству отказов для правильного отпечатка, и количеству входов для неверного отпечатка /3/.
Разработанная система обладает открытым кодом, позволяет получать структурное описание папиллярного узора и его сравнение с другими папиллярными узорами. Алгоритм подходит для работы не только с изображениями отпечатков пальцев, но и для других битовых изображений, таких как символьная информация, шрифты и подписи.
1.3.2. Функциональное назначение системы
Реализация системы идентификации личности по отпечаткам позволит интегрировать в едином интерфейсе все этапы обработки изображения отпечатка пальца и сравнения его с другими отпечатками:
1) модификация изображения, исправление искажений;
2) выделение локальных особенностей – минюций. Формирование списка минюций в абсолютных параметрах;
3) сортировка списка абсолютных параметров, исключение ложных и ненадежных минюций;
4) конвертирование абсолютных параметров в относительные, формирование списка относительных параметров;
5) установка системы допусков для учета корреляции изображений;
6) сравнение одного отпечатка с множеством других.

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать полную версию