Система идентификации личности по отпечаткам пальцев. Подсистема распознавания

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет «Информатика и  вычислительная техника»

Кафедра «Программное обеспечение»

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломной  работе на тему:

«Система идентификации личности по отпечаткам пальцев. Подсистема распознавания»

 

 

 

Дипломник студент группы 10-19-1 Вотинцев А.С.

Руководитель д.т.н., профессор Мурынов А.И.

Консультант по экономической  части к.э.н., доцент Радыгина И.И.

Консультант по безопасности и экологичности проекта Якименко Г.Ф.

Нормоконтроль Соболева В.П.

Рецензент вед. Инженер Кропачева Л.Н.

Заведующий кафедрой «Программное обеспечение» д. т. н., профессор

Мурынов А.И.

 

 

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка к дипломной  работе на тему «Система идентификации личности по отпечаткам пальцев. Подсистема распознавания» оформлена на 128 листах, содержит 27 рисунков, 18 таблиц.

Целью данной работы является разработка подсистемы распознавания отпечатка пальца в составе системы идентификации личности по отпечаткам пальцев на основе структурного представления отпечатка.

Работа включает в себя разработку и реализацию алгоритма формирования относительных параметров для минюций. Подбор параметров системы допусков и критериев схожести при сравнении двух отпечатков. Разработку и реализацию алгоритма поиска схожих отпечатков  на основе относительных параметров минюций и разработанных критериев схожести.

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 программное обеспечение, предназначенное для автоматизации процесса идентификации личности по отпечаткам пальцев на основе характерных особенносетей любого папиллярного узора. В работе подсистемы используются характеристики локальных особенностей, получаемые в результате работы другой подсистемы 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 распознавания изображения отпечатков пальцев, но и для распознавания других битовых изображений, таких как символьная информация, щрифты 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
2. ОТПЕЧАТКАМ ПАЛЬЦЕВ
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. BioLink

1.2.1.1. BioLink BioTime 2006

1.2.1.2. BioLink Authenteon Software Appliance (ASA)

1.2.2. Microsoft IntelliMouse Explorer with Fingerprint Reader

1.2.3. Сотовый телефон GI100

1.2.4. Adobe Photoshop

1.2.5. FineReader

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 и условия эксплуатации системы

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 РАСПОЗНАВАНИЯ

2.1. Описание постановки задачи распознавания

2.1.1. Характеристика задачи

2.1.2. Входная информация

2.1.3. Выходная информация

2.1.4. Математическая постановка задачи

2.2. Описание алгоритма преобразования абсолютных параметров  минюций к относительным параметрам

2.2.1. Назначение и характеристика алгоритма преобразования абсолютных параметров минюций к относительным

2.2.2. Используемая информация

2.2.3. Результаты решения

2.2.4. Математическое описание алгоритма преобразования абсолютных параметров минюций к относительным

2.2.4.1. Алгоритм нахождения габаритных размеров и количества точек в непрерывной области 

2.2.5. Требования к контрольному примеру

2.2.6. Список условных обозначений

2.3. Описание алгоритма сравнения структурных представлений отпечатков пальцев

2.3.1. Назначение и характеристика алгоритма сравнения структурных представлений отпечатков пальцев

2.3.2. Используемая информация

2.3.3. Результаты решения

2.3.4. Математическое описание алгоритма нахождения статистических характеристик цветового кластера

2.3.5. Алгоритм нахождения статистических характеристик цветового кластера

2.3.6. Требования к контрольному примеру

2.3.7. Список условных обозначений

2.4. Описание подпрограммы «OnBnClickedCompare»

2.4.1. Вводная часть

2.4.2. Функциональное назначение

2.4.3. Описание информации

2.4.4. Используемые подпрограммы

2.4.5. Схема подпрограммы «OnBnClickedCompare»

2.5. Описание подпрограммы «Convert»

2.5.1. Вводная часть

2.5.2. Функциональное назначение

2.5.3. Описание информации

2.5.4. Используемые подпрограммы

2.5.5. Схема подпрограммы «Convert»

2.6. Описание подпрограммы «CompareWithBase»

2.6.1. Вводная часть

2.6.2. Функциональное назначение

2.6.3. Описание информации

2.6.4. Используемые подпрограммы

2.6.5. Схема подпрограммы « CompareWithBase»

2.7. Описание подпрограммы «Compare»

2.7.1. Вводная часть

2.7.2. Функциональное назначение

2.7.3. Описание информации

2.7.4. Используемые подпрограммы

2.7.5. Схема подпрограммы «Compare»

2.8. Описание контрольного примера

2.8.1. Назначение

2.8.2. Исходные данные

2.8.3. Контрольный пример

2.8.4. Тестирование программного обеспечения системы распознавания личности по отпечаткам пальцев

3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1. Обоснование необходимости разработки подсистемы распознавания в системе идентификации личности по отпечаткам пальцев

3.2. Расчет затрат на разработку подсистемы распознавания в системе идентификации 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 эксплуотации компьютера

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  – миньюция

БД – база данных с отпечатками

PIN – персональный идентификационный номер

ПЗС – память 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

LIFO  - Last In First Out, метод обработки информации в структурах данных

MFC – Microsoft Foundation Class

 

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.

Образ отпечатка пальца, как правило, сохраняется в двоичном коде, где  каждый пиксель рисунка описывается 8 битами, то есть 256 оттенками серого цвета. В передовых системах сканирования цифровой образ отпечатка обрабатывается с помощью специального алгоритма улучшения изображения. Этот алгоритм обеспечивает обратную связь с датчиком для регулирования параметров сканирования. Когда датчик фиксирует окончательный образ, алгоритм настраивает контрастность и четкость изображения отпечатка для получения наилучшего качества.

Методы опознания отпечатка  пальца основаны на сравнении с образцами  или на использовании характерных  деталей.

При опознании по деталям из образа извлекаются только специфические  места, где найдена особенность (деталь). Обычно это либо окончание гребня, либо его раздвоение (рис. 1). Содержание шаблона в этом случае составляют относительные координаты и сведения об ориентации детали. Распознающий алгоритм отыскивает и сравнивает между собой соответствующие детали. Ни поворот отпечатка пальца, ни его параллельный перенос (сдвиг) не влияют на функционирование системы, поскольку алгоритм работает с относительными величинами.

Типы минюций

Рис. 1

Для сравнения на битовом образе находятся локальные особенности  папиллярного узора – минюции.

Для поиска минюций алгоритм производит обход по контуру гребней.

 

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИЧНОСТИ ПО ОТПЕЧАТКАМ ПАЛЬЦЕВ

1. Обоснование целесообразности разработки системы идентификации личности по отпечаткам пальцев

1. Назначение системы

Система идентификации личности по отпечаткам пальцев реализует определение личности на основе биометрических параметров, а именно отпечатков пальцев. Система предназначена для обработки графических изображений отпечатков. Система позволяет сравнить несколько отпечатков друг с другом по выделенным локальным особенностям – минюциям и их относительным параметрам (расположению одних минюций относительно всех остальных), что гарантирует независимость сравнения от параллельного переноса и вращения.

Программный продукт найдет применение в различных прикладных системах, 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.