WARSZTATY Przetwarzanie obrazów w biometrii LINIE PAPILARNE 16:15-17:45
Na początek trochę teorii.
Czym jest biometria? Biometria to nauka zajmująca się rozpoznawaniem ludzi na podstawie ich cech fizjologicznych lub behawioralnych czyli innymi słowy, potwierdzenie bądź odrzucenie ich tożsamości dla celów bezpieczeństwa. Termin biometria wywodzi się z greckich słów bio (życie, żywy, procesy życiowe) i metrics (mierzyć).
Księga Sędziów 12:5-6: Następnie Gileadczycy odcięli Efraimitom drogę do brodów Jordanu, a gdy zbiegowie z Efraima mówili: Pozwól mi przejść, Gileadczycy zadawali pytanie: Czy jesteś Efraimitą? - A kiedy odpowiadał: Nie, wówczas nakazywali mu: Wymówże więc Szibbolet Jeśli rzekł: Sibbolet - a inaczej nie mógł wymówić - chwytali go i zabijali u brodu Jordanu. Tak zginęło przy tej sposobności czterdzieści dwa tysiące Efraimitów.
Belgijski matematyk i astronom Adolphe Quetelet w swoim traktacie z 1871 roku, L anthropometrie ou mesuare des diffenretes facultes de l homme, przedstawił nowoczesne użycie biometryki - twierdził, że różnice pomiędzy ludźmi mogą być mierzalne (wprowadził metody matematyczne do antropologii i socjologii, prowadził badania statystyczne przestępczości).
Weryfikacja a identyfikacja
Cecha użyta do pomiaru powinna przede wszystkim być: uniwersalna, unikalna, niezmienna, mierzalna, akceptowalna, wydajna, niepodrabialna.
Linie papilarne (dermatoglify) Układ wypukłych bruzd (grubości ok. 0,2-0,3 mm i wysokości do 0,7 mm) na skórze ssaków naczelnych na opuszkach palców rąk, wewnętrznej powierzchni dłoni, palcach stóp Poza naczelnymi, obecność linii papilarnych stwierdzono u koali U człowieka tworzą się w czasie życia płodowego (pomiędzy 100 a 120 dniem) w przypadkowym procesie kurczenia się, początkowo całkowicie gładkiej i wypukłej, skóry opuszków palców Cecha fenotypowa (różnice u bliźniąt jednojajowych) Niezmienne do końca życia (skaleczenia)
Odcisk palca jako cecha biometryczna Obiektywizacja procesu identyfikacji Łatwość rejestracji Duża akceptowalność społeczna Uniwersalność Unikalność linii papilarnych (wg danych FBI: 1:10 97 przy populacji w historii rzędu 10 11 ) FAR: 0,01-1%, FRR: 10-20%
Zasada 3N Francisa Galtona niezmienność, nieusuwalność niepowtarzalność
Ścieżki badań Daktyloskopia (z gr. daktylos - palec i skopeo - patrzę, oglądam) to technika śledcza zajmująca się badaniami porównawczymi linii papilarnych palców w celu ustalenia sprawcy czynu zabronionego. Cheiroskopia badanie linii papilarnych dłoni Podoskopia badanie linii papilarnych stóp Cheiloskopia badanie linii papilarnych czerwieni wargowej
Stopień szczegółowości w daktyloskopii Wzory linii (kategorie odcisków) Punkty charakterystyczne Minucje
Wzory linii papilarnych (Kategorie odcisków, Centralna Registratura Daktyloskopijna) Pętlicowe (L, Loop) (65% rasa biała) Lewy (34% wszystkich wzorów) Prawy (31% wszystkich wzorów) Wirowe (W, Whirl) (50-60 % rasa żółta) 28% wszystkich wzorów Lewoskrętny Prawoskrętny Wielorodny Dwupętlicowy Łukowe (A, Arch) 4% wszystkich wzorów Namiotowe (łuk wyostrzony) 3% wszystkich wzorów
Wzory linii papilarnych
Punkty charakterystyczne (identyfikacja) delta (punkt, w którym zbiegają się linie z trzech stron) rdzeń (core, punkt otoczony naokoło przez linie).
Minucje Cechy charakterystyczne linii (początki, zakończenia, rozwidlenia, haczyki itp.), których wzajemny układ jednoznacznie identyfikuje daną osobę. Do uznania dwóch śladów linii papilarnych za tożsame wystarczy od kilku do kilkunastu cech wspólnych (ta sama minucja w tym samym miejscu). W Polsce 12 cech wspólnych wystarcza do pewnego określenia tożsamości (niektóre minucje występujące rzadziej lub specyficzne dla danej populacji): 8 12 (Niemcy) 17 (Francja).
Minucje Nazwa polska Nazwa łacińska Symbol Początek Initium J Zakończenie Terminatio T Rozwidlenie pojedyncze Bifurcatio simplex B 1 Rozwidlenie podwójne Bifurcatio duplex B 2 Rozwidlenie potrójne Bifurcatio triplex B 3 Złączenie pojedyncze Iunctio simplex Jn 1 Złączenie podwójne Iunctio duplex Jn 2 Złączenie potrójne Iunctio triplex Jn 3 Haczyk Unculus U Oczko pojedyncze Ocellus simplex O 1 Oczko podwójne Ocellus duplex O 2 Mostek pojedynczy Ponticulus simplex P 1 Mostek bliźniaczy Ponticulus gemellus P 2 Punkt Punctum Pn Odcinek Segmentum S Styk boczny Junctura lateralis J Linia przechodząca Linea intermittens L i Skrzyżowanie Decussatio D Trójnóg Tripus T r Linia szczątkowa Linea rudimentalis L r Minucja typu 'M' Minutia M formis M
Minucje
Etapy rozpoznawania odcisku 1. Pobranie i sprawdzenie jakości obrazu wejściowego 2. Obliczenie kierunku przepływu bruzd (kolejna poprawa jakości) 3. Segmentacja bruzd 4. Generowanie obrazu konturowego (lokalizowanie cech minucji) 5. Usunięcie minucji fałszywych (np. na krawędziach obrazu) Minimalna reprezentacja minucji {x i,y i,d i }
Etapy rozpoznawania odcisku- preprocessing
Algorytm na dziś
1. Pozyskanie obrazu wejściowego
2. Usuwanie przebarwień Przebarwienia na krawędziach (które bezwzględnie należy usunąć) wynikają z charakterystyki pracy urządzenia pobierającego: ręcznie w dowolnym programie graficznym (dla małych baz danych). badając histogram linii pionowych i poziomych i usuwając na krawędziach linie znacząco odbiegające od średniej.
3. Konwersja do odcieni szarości R + G + B I = 3 I = 0.3R + 0.59G + 0,11B I = rgb2gray(rgb)
4. Normalizacja histogramu
5. Binaryzacja obrazu BW = im2bw(i, level)
6. Szkieletyzacja BW3 = bwmorph(bw,'skel',inf))
Operacje morfologiczne? Dylatacja Erozja Zamknięcie Otwarcie
Fałszywe minucje jak je usunąć? Najprościej jest wyciąć wszystkie minucje, które mieszczą się na brzegu obszaru zawierającego odcisk. Bardziej skomplikowana metoda zakłada podział zbinaryzowanego obrazu odcisku na kwadraty/prostokąty i zliczanie w nich czarnych pikseli. Kwadraty, w których ilość czarnych pikseli jest znacząco niska, stanowią tło obrazka. Minucje w nich leżące należy usunąć. Do tego należy również usunąć minucje, które leżą w bliskim sąsiedztwie kwadratów tła. Należy również usunąć minucje leżące znacząco blisko krawędzi obrazu. Poniżej znajduje się obraz ze wszystkimi minucjami, na różowo zaznaczono te, które należy usunąć