Система идентификации личности по отпечаткам пальцев (стр. 5 из 21)

1.5. Описание постановки задачираспознавания

1.5.1. Характеристика задачи

При приложении пальца к сканирующему устройству возможно смещение или поворот изображения отпечатка пальца по сравнению с тем, что уже хранится в базе. Данные погрешности не должны оказывать влияние на результат распознавания получаемого отпечатка пальца. Для этого был разработан алгоритм преобразования абсолютных параметров минюций к относительным. Посредствам такого преобразования удается предоствратить негативное влияние поворота и смещения, и распознать отпечаток, даже если он повернут на 180°.

Представим структурное представление отпечатка пальцев в виде списка M, содержащего параметры специальных точек:

Каждый из наборов параметров представляет собой одну точку. Для приведения параметров к относительным параметрам необходимо провести обзор и преобразование всех точек.

Вследствие эластичности кожи и роста человека расстояние между точками может измениться, также точки, находящиеся ближе к краю отпечатка могут сместиться относительно других точек, что не должно влиять на результат распознавания, однако разные точки так же не должны быть приняты за одну. Для этого в подсистеме распознавания была разработана система допусков при сравнении двух отпечатков. Значения допусков были получены опытным путем, так же как и условия совпадения отпечатков.

Таким образом, задача распознавания отпечатка пальцев по абсолютным параметрам минюций на изображении может быть разбита на несколько подзадач:

1) разработка алгоритма, обеспечивающего компенсацию влияния перемещения или поворота отпечатка пальца;

2) разработка и реализация системы допусков и критериев схожести при поиске подходящего отпечатка по существующей базе отпечатков;

3) сравнение минюций на отпечатках пальцев с использованием полученых критериев и обнаружение схожести отпечатков по количеству совпавших минюций.

1.5.2. Входная информация

Входной информацией являются список минюций в абсолютных параметрах, расположенный в памяти, содержащий все необходимые параметры. Каждый элемент массива содержит все необходимые параметры минюций: координаты целого типа – 2х4 байта, угол направления 8 байт, тип точки 1 байт, поэтому общий размер массива должен быть кратен 2*4+8+1 = 17 байт.

где X_i, Y_i

– координаты минюций на растровом представлении изображения отпечатка пальцев, целые числа, величина которых ограничена размером изображения отпечатка в пикселах;

α_i

– направление предполагаемого продолжения гребня на отпечатке пальцев в точки типа окончание и направление слипания для точки типа раздвоение, дробное число, величина которого изменяется (–pi, +pi);

Т_i

– тип обнаруженной точки, битовое поле, принимает 2 значения «раздвоение» = 0 (false) и «окончание» = 1 (true);

k – количество минюций на исследуемом отпечатке.

Так же в качестве входной информации для данной задачи являются матрицы, содержащие список минюций в абсолютных параметрах, хранящиеся в базе данных отпечатков, содержащие все, необходимые для распознавания, параметры найденные при предыдущих расчетах параметров отпечатков пальцев. В каждой строке массива содержится описание расположения одной точки на изображении отпечатка, а так же ее направление, тип и видимость. В табл. 2.1 приведен формат элемента матрицы.

Таблица 2.1

Формат элемента матрицы

Поле	Формат	Описание
x	Целое	Абцисса минюции на растре
y	Целое	Ордината минюции на растре
alpha	Целое	Ориентация минюции на растре
type	Байт	Тип минюции. Раздвоение или окончание
show	Байт	Видимость точки

2.1.3. Выходная информация

Выходной информацией для данной подсистемы является список, содержащий отпечатки из базы данных, в которых были обнаружены сходства с обрабатываемым отпечатком. Значение, говорящее о том, что отпечатки совпали, так же получено опытным путем.

В каждой строке массива списка содержится описание отпечатка, его имя, количество совпавших точек при распознавании и степень сходства. В табл. 2.2 приведен формат строки.

Таблица 2.2

Формат строки

Поле	Формат	Описание
Name	Строковое	Имя отпечатка (наименование файла, из которого были взяты параметры)
Count	Целое	Количество минюций совпавших при сравнении отпечатков.
Pct	Дробное	Степень сходства отпечатков в процентах, принимает значения (0, 100].

1.5.3. Математическая постановка задачи

Преобразование относительных параметров к абсолютным параметрам компенсирует влияние параллельного переноса и поворота отпечатков пальцев при сканировании.

Преобразование происходит для каждой обнаруженной минюции относительно всех остальных минюций на изображении

На рис. 2.1 представлено изображение отпечатка пальца, с обнаруженными на нем минюциями. Линиями представлено относительное расположение точек относительно центральной.

На рис. 2.2 представлено изображение отпечатка того же пальца, но повернутого относительного первого на 45 градусов. Линиями представлено относительное расположение точек относительно центральной.

Прямой отпечаток

Рис. 2.1

Повернутый отпечаток

Рис 2.2

Для определения степени сходства обрабатываемого отпечатка с отпечатком, хранящимся в базе, была разработана сисьема допусков и критериев схожести отпечатков. Вследствие эластичности кожи и неплотного прижатия пальца при снятии отпечатка некоторые минюции на новом отпечатке могут сместиться, относительно минюций, хранящихся в базе.

Таким образом, точка считается совпавшей, если ее местоположение относительно другой точек входит в определенную область вокруг первоначального положения. На рис. 2.3 представлена область, в которой положение точки относительно другой считается совпавшим.

Область допуска

Рис. 2.3

Для вычисления степени сходства двух отпечатков происходит сравнение каждой минюции на обоих отпечатках. Cписок совпавших минюций получается при помощи отсеивания из первоначального списка тех минюций, которые не были обнаружены во втором списке, тоесть вокруг данной точки небыло обнаружено ниодной другой точки в попавшей в область допуска.

Отпечатки считаются схожими, если количество совпавших точек превышает определенный порог сходства.

Работа подсистемы реализуется следующими этапами:

- преобразование абсолютных параметров минюций к относительным параметрам минюций;

- разработка системы допусков для сравнения минюций;

- сравнение структурных представлений отпечатков пальцев.

Функциональная схема подсистемы представлена на рис.2.4

Функциональная схема подсистемы распознавания

Рис. 2.4