reconocimiento de huella dactilar

Reconocimiento de Huella Dactilar 28 de Noviembre del 20Proyecto Final: Procesamiento de Imgenes en Matlab

Reconocimiento de PatronesImpartida por

Matrcula1343614

: Da: Jueves Dra. Hora: N1 Saln: LVIS

Griselda Quiroz CompenNombreChelsea Lpez Garca Leopoldo Adn

Contenido En el siguiente documento se analizar el

concepto de la huella dactilar y el desarrollo que se llev a cabo para detectar las caractersticas de la imagen a partir de las minucias, obteniendo la informacin de manera matemtica en base a comandos utilizados por el software de MATLAB. A su vez, podremos identificar al individuo en

base a la compatibilidad de la imagen procesada comparada con las que se encuentran en la base de datos, obteniendo la informacin por medio del puerto serial de la computadora.

Introduccin La identificacin de personas es una parte muy

importante en una sociedad. Existen muchos aspectos como la seguridad, prestacin de servicios, control de acceso, comercio electrnico, banca, servicio social y otros que requieren identificar individuos. ltimamente se est usando tambin la biometra como las huellas digitales, la palma, el iris, retina, la firma y muchas otras.

Introduccin De los sistemas biomtricos, uno de los ms

populares es el reconocimiento mediante Huellas Digitales. Esta forma para identificar a las personas, no es novedosa pues se aplica desde el siglo XIX. Primero fue visualmente y en la actualidad existen sistemas que realizan este proceso de forma automtica. Realizar la clasificacin de una huella con este sistema, para el reconocimiento de una persona, reduce el campo de bsqueda en la base de datos y el tiempo de anlisis. Por lo que contar con un sistema que realice la clasificacin de acuerdo a sus minucias podra lograr un incremento sustancial en el tiempo de respuesta de los sistemas de identificacin.

Marco Terico El reconocimiento de patrones es la ciencia que se

encarga de la descripcin y clasificacin (reconocimiento) de objetos, personas, seales, representaciones, etc. Esta ciencia trabaja con base en un conjunto previamente establecido de todos los posibles objetos (patrones) individuales a reconocer. El margen de aplicaciones del reconocimiento de patrones es muy amplio, sin embargo las ms importantes estn relacionadas con la visin y audicin por parte de una mquina, de forma anloga a los seres humanos. El esquema de un sistema de reconocimiento de patrones consta de varias etapas relacionadas entre s (los resultados de una etapa pueden modificar los parmetros de etapas anteriores).

Marco Terico Caractersticas de un Sistema biomtrico

Un sistema biomtrico es un mtodo automtico de identificacin y verificacin de un individuo utilizando caractersticas fsicas y de comportamiento precisas. Las caractersticas bsicas que un sistema biomtrico para identificacin personal debe cumplir son: desempeo, aceptabilidad y fiabilidad. Las cuales apuntan a la obtencin de un sistema biomtrico con utilidad prctica.a)

b)

c)

Desempeo: Esta caracterstica se refiere a la exactitud, la rapidez y la robustez alcanzada en la identificacin de individuos por parte del sistema biomtrico. Aceptabilidad: Indica el grado en que la gente est dispuesta a aceptar un sistema biomtrico en su vida diaria. Fiabilidad: Esta caracterstica refleja cun difcil es burlar al sistema.

Objetivo Implementar un algoritmo de reconocimiento de

huella dactilar para la deteccin de minucias, comparar resultados obtenidos con datos previamente guardados y obtener una seal de salida por puerto serial.

Planteamiento del Problema La identificacin de una persona por medio de la

huella digital es una forma muy comn en el campo de la biometra, en la actualidad existen muchos sistemas que realizan este proceso. Para que la identificacin de la persona sea ms gil y con un costo computacional bajo se utilizan diferentes mtodos. Los sistemas que se generan deben tomar en cuenta el minimizar estos tiempos y maximizar la precisin de los resultados.

Planteamiento del Problema En este reporte se propone un mtodo para la

representacin de una huella mediante las caractersticas de sus minucias. Esta representacin pretende obtener la mayor cantidad de informacin con mnimo ruido para lograr una clasificacin ms exacta.

Reconocimiento de la Huella Dactilar Una huella dactilar o huella digital es la impresin

visible o moldeada que produce el contacto de las crestas papilares de un dedo de la mano (generalmente se usan el dedo pulgar o el dedo ndice) sobre una superficie. Depende de las condiciones en que se haga el

dactilograma (impregnando o no de substancias de color distinto al soporte en que asiente), y de las caractersticas del soporte (materias plsticas o blandas, en debidas condiciones). Sin embargo, es una caracterstica individual que se utiliza como medio de identificacin de las personas.

Reconocimiento de la Huella Dactilar Una minucia es un punto de inters de la huella

digital. Las minucias tienen la siguiente representacin: minucia = {x,y,} donde (x,y) es la posicin en la imagen de la huella y es el ngulo (en radianes) de dicha minucia.

Reconocimiento de la Huella Dactilar Los dos tipos de minucias ms importantes son

las bifurcaciones y terminaciones, ya que los dems tipos de minucias se forman con una combinacin de estas dos. Clasificacin de las huellas

Uno de los mtodos utilizados para clasificar las huellas digitales es el sistema Henry. Este sistema agrupa las huellas en 5 grupos: arco, arco de tendencia, lazo derecho, lazo izquierdo y circular.

Figura1. Clasificacin de huellas dactilares en las 5 clases:

lazo derecho(a), lazo izquierdo (b), circular(c), arco(d) y arco con tendencia(e).

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella DactilarCargar ImagenAdquisicin de la Imagen Ecualizacin de Histograma Mejora de la imagen usando Transformada de Fourier Binarizacin Direccin de cresta Regin de Inters Etapa de Pre-procesamiento

Adelgazamiento

Etapa de extraccin de minucia

Marcado de minucia

Remover minucia falsa Etapa de post-procesamiento Unificar terminaciones y bifurcaciones Guardar informacin Comparacin

Etapa de comparacin de minucias

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar La ecualizacin del

histograma es ampliar la distribucin del valor del pixel de una imagen con el fin de aumentar la informacin perceptiva. El Histograma ocupa todo el rango desde 0 hasta

255 y el efecto de visualizacin es mejor.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar

Imagen Original

Imagen con mejora de Histograma

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Dividimos la imagen en pequeos bloques

(32x32 pixeles) para procesarlos y ejecutar la transformada de Fourier de acuerdo con:

para u= 0, 1, 2, , 31 y v= 0, 1, 2, , 31. Para mejorar un bloque especfico por

frecuencias dominantes, multiplicamos FFT del bloque por su magnitud cierta cantidad de veces. Donde la magnitud de la FFT original = abs(F(u, v)).

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Obtener el bloque mejorado de acuerdo a:

donde F-1(F(u,v)) est dado por:

para x = 0, 1, 2, ..., 31 and y = 0, 1, 2, ..., 31.


Imagen mejorada con la aplicacin de la Transformada de Fourier

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar La imagen mejorada, resultante del proceso de

realce, se encuentra en escala de grises, es decir una imagen que contiene 8 bits por cada pxel, y con 256 posibilidades diferentes de tonos de gris. El prximo paso consiste en transformar esta imagen

a un formato binario, unos o ceros, lo que va a permitir diferenciar claramente y procesar las crestas y los valles en la imagen. Un mtodo de binarizacin local adaptivo es

ejecutado para binarizar la imagen de la huella digital. El nombre de este mtodo viene del mecanismo de transformar el valor de un pixel a 1, si el valor es mayor que el valor promedio del bloque actual procesado al cual el pixel pertenece.


Imagen Binarizada

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar En el procesamiento de la huella es importante determinar

el rea de inters, o lo que es lo mismo, la regin donde est la informacin para de este modo los posteriores procesamientos se realicen solo dentro de esta rea y economizar procesos. Para determinar el rea de inters, se realiza el siguiente

procedimiento:1.

2.

Dividir la huella en bloques de w x w. Se us un bloque de 16. La funcin de Matlab para este punto es nuevamente blkproc, que se encarga de aplicar a cada bloque de la imagen de entrada, uno o varios procesos programados. Calcular el gradiente x(i, j) y y(i, j) de cada bloque. Para este trabajo se us el operador de Sobel, dado por la funcin fspecial('sobel'). Sin embargo, otra alternativa pude ser usar la funcin gradient.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar3.

Estimar la orientacin de cada bloque centrada en el pxel (i,j) usando las siguientes ecuaciones:

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar4.

Luego de estimar el campo de orientacin de la huella, se determina la regin de inters en base a un nivel de confiabilidad de la orientacin. La definicin de este nivel de confiabilidad se define como:

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Para cada bloque, si el nivel de confiabilidad est

por debajo de un umbral (en este caso 0.05), se deduce que todos los pxeles de ese bloque pertenecen al fondo y no a la huella. A continuacin se muestra el campo de orientaciones despus de determinar el nivel de confiabilidad.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella DactilarSe crea una matriz de ceros (usando la funcin zeros) cuya dimensin son los mltiplos de 16 de la imagen. Por ejemplo, una imagen cuyas dimensiones son 156 pxeles de ancho por 230 pxeles de alto, producir una matriz de 15 filas (ceil (alto/16)) por 10 columnas (ceil (ancho/16)). Cada elemento de esta matriz es un identificador de bloque de la imagen de la huella. Si la orientacin pas el umbral del nivel de confiabilidad, ese identificador se establece en 1, con lo cual se delimita el rea de inters. 6. El rea de inters dada por el campo de orientacin deber ser procesada usando una operacin morfolgica con el fin de eliminar cavidades en la misma. La funcin de Matlab bwmorph con el parmetro open puede expandir la imagen y quitar picos introducidos por el ruido de fondo. Con el parmetro close encoge la imagen y eliminar5.


Regin de Inters

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar El adelgazamiento, es eliminar todos los pixeles

redundantes hasta que solamente queda un pixel de ancho. Para esto se utiliza un algoritmo iterativo paralelo. En cada escaneo de la imagen completa de la huella digital, el algoritmo marca los pixeles redundantes en cada ventana pequea de la imagen (3x3). Y finalmente, remueve todos aquellos pixeles marcados despus de varios escaneos.


Adelgazamiento

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Una vez obtenida la imagen esqueleto de la

huella digital, todas las crestas tienen un espesor de un pixel, lo que permite realizar una bsqueda de las minucias, bifurcaciones y terminaciones. Para esta tarea se emplearn tambin algunas operaciones morfolgicas, incluidas en el toolbox de procesamiento de imgenes de Matlab. El primer paso es identificar todas las crestas

presentes en la imagen, identificando y etiquetando todos los elementos conectados en una imagen binaria.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Para la identificacin de minucias, se emplear el

algoritmo para tomar ventanas de la imagen de 3 por 3 pixeles, y sobre stas aplicar la siguiente ecuacin:

Donde p es el valor de cada pixel adyacente al

pixel central de la ventana. Dependiendo del resultado de esta ecuacin, el pixel central de la ventana puede ser identificado como terminacin, bifurcacin o cresta continua.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Esta matriz de tres por tres, usando la funcin

sum que suma los elementos de cada columna, con lo cual se calcula el crossing number. Si se tiene una terminacin, al aplicar la frmula del crossing number, se obtiene el valor de uno.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Si se tiene una bifurcacin, al aplicar la frmula

del crossing number, se obtiene el valor de tres.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Para obtener la orientacin de cada minucia, de

coordenadas (mx, my), se toma un segmento de la cresta, con una longitud igual al ancho inter crestas, con el origen en la minucia. Luego se suman las coordenadas de todos los puntos del segmento, tanto en x como en y, estas sumatorias son divididas por el valor del ancho intercrestas (sx, sy), y el ngulo de orientacin es igual a:


Minucias Detectadas Las cruces rojas son terminaciones y las cruces amarillas son bifurcaciones

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar El algoritmo de empate es el encargado de

calcular la semejanza entre dos huellas. El algoritmo de empate por minucias es el ms conocido y ampliamente usado para reconocimiento de huellas digitales. Para este apartado, se eligi el algoritmo que se basa en alineacin de la huella de entrada con la plantilla de la base de datos. Este algoritmo divide esta etapa en dos pasos: (I) Etapa de alineacin y (II) etapa de empate.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella DactilarI. Etapa de alineacin. Con respecto a la etapa de alineacin, el primer paso es

tomar puntos de la cresta asociada a la minucia (durante la extraccin de la minucia, la cresta donde reside la minucia tambin es almacenada y el origen de la misma coincide con la coordenada de la minucia). Los puntos se toman a una distancia igual al ancho entre crestas (distancia en pxeles entre una cresta y otra). Empatando las crestas, se obtiene un umbral que de

superar el valor de 0.8, da una primera estimacin de semejanza. Definiendo Rd y RD es el conjunto de crestas asociadas con las minucias de entrada y de la plantilla, respectivamente. La ecuacin de empate se describe como sigue:


L denota el ancho entre crestas y d Rd y D RD. Cuando S

(0S1) es mayor a 0.8, se contina con el empate minucia a minucia, caso contrario, se pasa a la siguiente huella. Si S es mayor a 0.8, se realiza la rotacin de las minucias con

respecto a una minucia de referencia (x,y,)d:

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella DactilarI. Etapa de empate. Para esto, se emplean ventanas de veinte por veinte

pixeles, rango dentro del cual puede variar la ubicacin de la minucia. Del mismo modo, se acepta un grado de tolerancia de un tercio de pi para el valor de la orientacin. Para las minucias que se encuentren dentro de estos

valores de tolerancia, son empatadas como minucias coincidentes, caso contrario se contina con la siguiente minucia. El porcentaje de empate es igual al nmero total de

minucias coincidentes, para el nmero total de minucias en la plantilla de comparacin.


NME: Nmero de minucias empatadas NTM: Nmero de minucias totales.

Algoritmo para el Reconocimiento de la Huella Dactilar Una base de datos de huellas dactilares de la

FVC2000 (Competencia de verificacin dactilar 2000) fue utilizada para tomar en cuenta el valor del umbral de la aceptacin o rechazo del individuo.

La aceptacin incorrecta y el rechazo falso se

debe a algunas imgenes de huellas dactilares con mala calidad y el algoritmo vulnerable de comparacin de minucias.

Conclusiones Existen numerosas tcnicas para el procesamiento de

huellas dactilares; en el proyecto se han combinado varios mtodos para procesar la imagen de la huella dactilar y construir un extractor-comparador. La fiabilidad del sistema depende fuertemente de la

precisin obtenida en el proceso de extraccin de minucias en el MATLAB. Una serie de factores son perjudiciales para la ubicacin correcta de pequeos detalles, por ejemplo, mala calidad de imagen, lo cual es muy grave, el ruido, la aplicacin excesiva de un filtro, etc. Es posible llegar a un mayor trmino de eficiencia y de

precisin que puede lograrse mediante la optimizacin de las tcnicas de mejoramiento de la imagen y de extraccin-comparacin de minucias.

Referencias Digital Image Processing. Autor: Rafael C.Gonzalez, University

of Tennessee Sistema de Reconocimiento de Huellas Dactilares para el control

de acceso a recintos. Autor: Vctor Hugo Garca Ortega, Instituto Politcnico Nacional,Mxico, D.F. Clasificacin de huellas digitales mediante minucias. Autor: Arad

Rosales Cruz, Instituto Nacional de Astrofsica, ptica y Electrnica Fingerprint Recognition. Autor: Neeta Murmu, Department of

Electrical Engineering National Institute of Technology, Rourkela http://redyseguridad.fi-

p.unam.mx/proyectos/biometria/basesteoricas/caracteristicassist ema.html

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