Проблема улучшения качества отпечатков пальца с целью повышения эффективности работы алгоритмов биометрической аутентификации. Обзор алгоритмов обработки изображений отпечатков пальцев. Анализ алгоритма, основанного на использовании преобразования Габора.
Аннотация к работе
.2 Исследование алгоритмов обработки образов отпечатков пальца 2.2.1 Алгоритмы обработки образов, основанные на сглаживающих или медианных фильтрах 2.2.2 Метод пространственной фильтрации образа, заключающейся в реализации физического процесса поглощения и отражения света 2.2.3 Алгоритм обработки образов основанный на фильтрах Габора 2.3.1 Пространственный фильтра Габора для 2-D изображений3. Технологическая часть3.2 Разработка общей структуры программного обеспечения 3.3 Выбор языка реализации4. Организационно-правовая часть4.3 Доктрина информационной безопасности Российской Федерации 4.4 Федеральный Закон "Об информации, информационных технологиях и о защите информации"5. Организационно-экономическая часть5.2 Расчет трудоемкости проекта 5.2.1 Определение численности исполнителей 5.3 Анализ структуры затрат проекта 5.3.1 Затраты на выплату заработной платы 5.3.5 Затраты на организацию рабочих местБиометрия является прикладной областью знаний, использующей при создании различных автоматических систем разграничения доступа. В биометрии используются уникальные признаки, присущие каждому отдельному человеку (папиллярный узор пальца, форма кисти руки, узор радужной оболочки глаза, параметры голоса, черты лица, термограмма лица, схема кровеносных сосудов, форма и способ подписи, фрагменты генетического кода и др.) и не отделимые от него. Основное преимущество аутентификации по биометрическим параметрам очевидно: данные невозможно забыть, потерять, передать другому человеку или украсть, воспроизвести в полном объеме. Для биометрических методов идентификации и аутентификации используются статистические и динамические характеристики личности. Статистическая аутентификация включает методы, основанные на изучении и анализе характеристик, не меняющихся с течением всей жизни человека, таких как отпечаток пальца, рисунок радужной оболочки глаза, строение ДНК и другие.Основная тема данной работы связана с дактилоскопией - способом опознания человека по отпечаткам пальцев, основанном на неповторимости рисунка кожи рук. Данный метод широко применяется в криминалистике и различных системах идентификации и аутентификации. После этого дактилоскопический метод опознания личности получил широкое распространение в различных странах мира. Решение этой проблемы позволяло намного быстрее сравнивать отпечатки, ведь операцию сравнения приходилось производить вручную, без использования средств автоматизации. Одним из способов классификации являлось разделение отпечатков по типу папиллярного узора; отпечатки бывают трех типов: арки, петли и завитки (Рисунок 1.3).Рассмотри алгоритм, применяемый при использовании данного метода: полученный отпечаток пальца накладывается на каждый эталон из базы данных отпечатков, и производится расчет попиксельной разницы между входным и эталонным отпечатками. Недостатками является необходимость большого объема памяти для хранения базы данных, так как данный алгоритм требует большой объем памяти для каждого отпечатка, и низкое быстродействие алгоритма. Изза длительности процедуры сравнения, особенно при решении задачи идентификации, то есть сравнения "один ко многим", данный метод крайне редко применяется при решении задач идентификации и аутентификации. Вторым методом сравнения является метод, использующий ключевые точки - минуции. При сравнении на входном изображении отпечатка пальца так же выделяются ключевые точки, после чего минуции данного отпечатка сравниваются с шаблонами; по количеству совпавших точек принимается решение об идентичности образов.Рассмотрим наиболее распространенные на сегодняшний день алгоритмы обработки отпечатков пальца.Новое значение вычисляется как среднее арифметическое от значения всех пикселей, попавших в окно: , где - новое значение интенсивности пикселя с координатами , - исходное значение интенсивности для пикселя с координатами .Изображение сканируется окном размерности , значение интенсивности пикселей внутри каждого окна сортируется по возрастанию (убыванию); выходным значением является интенсивность пикселя, находящегося в середине списка.Метод заключается в реализации физического процесса поглощения и отражения света На данном этапе работы алгоритма производится пороговая обработка образа отпечатка пальца для получения бинарного изображения. Бинарное изображение сканируется окном размерности , для центрального пикселя окна с координатами рассчитывается коэффициент отражения, равный отношению количества попавших в окно белых пикселей к размерности окна: , гдеОбработка образа отпечатка пальца данным алгоритмом осуществляется в несколько этапов: 1. Нормализация изображения. Нормализованное изображение G определяется как изображение, где G (i,j) - значение нормализованной яркости пикселя с координатами (i, j). Нормализованное изображение рассчитывается исходя из среднего и среднеквадратического отклонения исходного изображения: , где и - заданные значения среднего и среднеквадратичного отклонения соответственно, и - исходные значения среднего и сред
План
Содержание
Введение
1. Исследовательская часть
1.1 Введение
1.2 Дактилоскопия
1.3 Общие сведения о проблеме
1.3.1 Методы сравнения отпечатков пальцев
1.3.2 Метод сравнения отпечатков по ключевым точкам (минуциям)
1.4 Обзор существующих алгоритмов цифровой обработки образов отпечатка пальца
1.4.1 Сглаживающий фильтр
1.4.2 Медианный фильтр
1.4.3 Метод пространственной фильтрации образа
1.4.4 Обработка изображения с применением фильтра Габора
1.5 Общие сведения о преобразовании Габора
1.5.1 Преобразование Габора. Свойства преобразования Габора
2.6 Подбор параметров алгоритма. Математическая постановка задачи
2.7 Решение поставленной математической задачи
Вывод
3. Технологическая часть4. Организационно-правовая часть5. Организационно-экономическая часть
Список литературы
Введение
Биометрическая аутентификация на основе отпечатка пальца является важной темой для исследования в сфере информационной безопасности. На сегодняшний день разработаны различные алгоритмы, производящие обработку образов с целью улучшения качества. Однако пока не отпадает необходимость в разработке и реализации алгоритмов с лучшими характеристиками.
Таким образом, целью дипломного проектирования является разработка алгоритма цифровой обработки образов отпечатка пальца, обладающего преимуществами по сравнению с существующими алгоритмами.
Задачами дипломного проекта являются: исследование математических методов и алгоритмов обработки отпечатков пальца;
математическая постановка задачи;
выбор рационального алгоритма из условия обеспечения качества фильтрации и сохранения ключевой информации;
программная реализация выбранного алгоритма обработки биометрических образов, обработка результатов численного эксперимента;
обоснование экономической целесообразности проекта рассмотрение организационно-правовых вопросов проекта
Дипломный проект состоит из 5 частей.
В первой части содержатся общие сведения о проблеме обработки образов отпечатков пальца, введены основные понятия. Приведен обзор существующих алгоритмов.
Во второй части проекта описаны плюсы и минусы алгоритмов, рассмотренных в исследовательской части. Выбран наиболее рациональный алгоритм из условия качества фильтрации и сохранения ключевой информации. Описан математический аппарат выбранного метода в контексте поставленной задачи. Приведена математическая постановка задачи.
Третья часть посвящена реализации программного обеспечения, иллюстрирующего работу алгоритма. Подробно описаны этапы работы алгоритма, приведены полученные результаты.
В четвертой части рассматриваются правовые аспекты, касающиеся дипломного проекта.
В пятой части рассмотрены организационно - экономические показатели проектной разработки, оценена экономическая выгода реализации проекта.
Расчетно-пояснительная записка состоит из … листов, включает в себя 31 мат постановка (медианный фильтр уже учтен), рисунок, 11 таблиц, список литературы из 9 наименований. цифровая обработка отпечаток палец