Nhận dạng khuôn mặt người và ứng dụng trong bảo toàn thông tin

I HC QUI
I H




 TH H



NHN DNG DNG TRONG B





LU 



i, 2014


2


I HC QUI
I H

 TH H


NHN DNG MNG DNG TRONG B


 
 th
: 60480104

LU 
NG DN KHOA HC:
PGS.TS: TRNH NHT TIN

i, 2014


3

Lời cảm ơn
Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Trịnh Nhật Tiến,
người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp.
Tôi xin cảm ơn trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội và
các thầy cô giáo đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian học tập tại trường, tạo điều
kiện, giúp đỡ tôi hoàn thiện luận văn này. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng
nghiệp đã luôn động viên giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và hoàn thành luận
văn.
Trong quá trình nghiên cứu, thực hiện, mặc dù đã cố gắng, nỗ lực để hoàn
thiện, luận văn của tôi cũng không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế. Kính

mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

Học viên
Đỗ Thị Hồng Lĩnh



4

Lời cam đoan
Tôi xin cam đoan nội dung đề tài “ Nhận dạng khuôn mặt người và ứng
dụng trongbảo toàn thông tin”được trình bày trong luận văn này do tôi thực
hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.Trịnh Nhật Tiến.
Tất cả những tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều được nêu nguồn
gốc một cách rõ ràng từ danh mục tài liệu tham khảo của luận văn. Trong luận
văn, không có việc sao chép tài liệu, công trình nghiên cứu của người khác mà
không chỉ rõ về tài liệu tham khảo.


Hà Nội, ngày tháng năm 2014
Tác giả


Đỗ Thị Hồng Lĩnh




5

MC LC
DANH MỤC HÌNH VẼ 7
MỞ ĐẦU 8
Chương 1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 9
1.1. TỔNG QUAN VỀ SINH TRẮC HỌC 9
1.1.1 Vân tay (Fingerprint). 10
1.1.2. Đường chỉ tay (Palm lines) 11
1.1.3. Võng mạc mắt (retina biometrics) 12
1.1.4. Giọng nói 12
1.1.5. Nhận dạng mặt người (Face recognition) 13
1.1.6. DNA (Dioxyribo Nucleic Acid) 14
1.2. HỆ THỐNG NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 14
1.2.1. Bài toán nhận dạng mặt người và những khó khăn 14
1.2.1.1. Bài toán nhận dạng mặt người 14
1.2.1.2. Những khó khăn của nhận dạng khuôn mặt 15
1.2.2. Các ứng dụng liên quan đến nhận dạng mặt người. 16
1.2.3. Tổng quan kiến trúc hệ thống nhận dạng khuôn mặt 17
1.2.3.1. Phát hiện khuôn mặt 17
1.2.3.2. Trích chọn đặc trưng 19
1.2.3.3. Nhận dạng khuôn mặt 21
Chương 2: PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 23
2.1. PHÁT HIỆN KHUÔN MẶT 23
2.1.1. Đặc trưng HAAR-LIKE 23
2.1.2. Adaboosting 26
2.1.3. Giải thuật Viola-Jones 27
2.2. NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI 30
2.2.1. Phương pháp phân tích thành phần chính (PCA: Principal Component Analysis ) 30
2.2.2. Nhận dạng khuôn mặt theo phương pháp EIGENFACE. 33
2.2.3. Khoảng cách Euclid. 35

Chương 3: NHẬN DẠNG MẶT NGƯỜI VÀ VẤN ĐỀ AN TOÀN THÔNG TIN 36
3.1. Vấn đề an toàn thông tin 36
3.2. Nhận dạng mặt người trong bảo đảm an toàn thông tin 38


6

3.3. Đề xuất hướng giải quyết và phạm vi ứng dụng của đề tài 39
Chương 4: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 41
4.1. Sơ lược về EmguCV. 41
4.2. Các bước chính trong hệ thống nhận dạng mặt người. 42
4.3. Phân tích hệ thống. 43
4.4. Kết quả chạy chương trình. 45
KẾT LUẬN 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51




7

DANH M
Hình 1.1: Các đặc trưng sinh trắc của con người. 9
Hình 1.2: Bài toán nhận dạng mặt người. 15
Hình 1.3: Kiến trúc hệ thống nhận dạng mặt người. 17
Hình 1.4: Hiệu năng giải thuật PCA theo số lượng đặc trưng trích rút. 20
Hình 1.5: Giải thuật trích chọn đặc trưng. 21
Hình 2.1: 4 đặt trưng Haar-like cơ bản 23
Hình 2.2: Các đặc trưng mở rộng của các đặc trưng Haar-like cơ sở 24
Hình 2.3: Cách tính Integral Image của ảnh 25

Hình 2.4: Ví dụ cách tính nhanh các giá trị mức xám của vùng D trên ảnh 25
Hình 2.5: Mô hình phân tầng kết hợp các bộ phân loại yếu để xác định khuôn mặt 27
Hình 2.6 : Hệ thống xác định vị trí khuôn mặt người (Face detection system) 28
Hình 2.7: Minh họa PCA: tìm các trục tọa độ mới sao cho dữ liệu có độ biến thiên cao nhất. 31
Hình 4.1 : Cấu trúc cơ bản của OpenCV 42
Hình 4.2: Chức năng nhận dạng của hệ thống 43


8

M U
Khi bạn đăng nhập máy tính, sử dụng thẻ ATM, xuất nhập cảnh khi đi
máy bay, sử dụng thẻ tín dụng, khi bạn vào các khu vực đòi hỏi an ninh cao,
bạn cần phải xác thực nhận dạng. Xác thực nhận dạng là để kiểm tra bạn có
phải là người mà bạn khai báo hay không.
Các phương pháp xác thực truyền thống bao gồm mật khẩu và các loại
thẻ định danh như chứng minh thư, thẻ ATM… Điều bất lợi khi bạn sử dụng
các phương pháp xác thực truyền thống là bạn có thể quên mật khẩu, bạn có
thể đánh mất chứng minh thư, đánh mất thẻ tín dụng,… dẫn đến việc bạn
không thể đăng nhập để truy cập vào các tài nguyên cá nhân của bạn và các
kho tài liệu mật của bạn. Ngoài ra còn có các nguy cơ nguy hiểm khác nữa là
vô tình các thông tin bảo mật của bạn lại rơi vào tay của người khác, họ sử
dụng thông tin mật của bạn vào các mục đích bất lợi cho bạn và cho mọi
người.
Vấn đề cấp bách đứng hàng đầu hiện nay về công nghệ là nâng cao tính
bảo mật. Hàng ngày, hàng giờ vẫn luôn xảy ra các vấn đề đánh cắp thông tin
mật và các tài khoản ngân hàng … Để hạn chế các vấn đề này, vấn đề bảo mật
về sinh trắc học đang được sự quan tâm của nhiều người trong các lĩnh vực
cần mức độ bảo mật an toàn cao cũng như tính thuận tiện của nó khi xác thực
nhận dạng chủ thể trong đời sống xã hội cũng như trong các lĩnh vực quốc

phòng, an ninh.
Với nhu cầu bảo mật ngày càng cao của các ứng dụng truy nhập, kiểm
soát vào ra … tôi quyết định chọn đề tài nhận dạng khuôn mặt người và ứng
dụng trong bảo toàn thông tin để thực hiện luậnvăn tốt nghiệp của mình.



9

 KHOA HC TIN CA V NHN DNG
MI
1.1. TNG QUAN V SINH TRC HC
Sinh trc hc hay   sinh trc hc (thut ng khoa hc:
 s dng nhng thuvm sinh hc
a mi  , mng mt, t nhn din.
Mm sinh hc duy nht. D liu sinh trc hc
ca tng t, nh chc, gi
c kt hp vi nhau bng phn m to ra mt khng
giao dn t sinh tr

.1c ci.
Nhng thit b n t   dng d liu sinh trc hc trong


10

thi gian th bo v t ci s 
phi t hay ghi nh mt khn t, th 
 mt s  c hin vic tht ch  
chiu b   nghi   sinh trc hc   

Technologies thit k ng dc sinh trc h nhn
di lng t m
Ti M, th ng sp ti k tr  c
 ti
cu c c ti m
n t t cm bin nh  n.
Nu cm bin nhn ra nhm duy nhc c
 ch. Hi100 quc gia s
dng h chin t b nhn d d
    t gi  o mt hu hi   

Nhn d c ng dng r
i sng hng  th
i ni tit nhi
nhn d u suu nhng
    p phi nhng th    s ng
c nh, hay ng ca tham s ng.
Nhn dc l
u t  c, nhn dng mu,
mng t n kinh, th   h


1.1.1 .


11













 








1.1.2. ng ch tay (Palm lines)
Hu ht tt c m
a con n m tui nh
s  n
 c chp li u t ng. Tip
 c.
Theo s lic s d nh nh
ngh  c sau: ng dng c


12

p ra

nhnhau cc n, kn
sinh thit lp ra mt s ng l lii mt s ng
 c s t gi
i vi nhau by ci
 l n
c s dc b
trc h c m 
t.
1.1.3. g mc mt (retina biometrics)



 






 





1.1.4. Gi


13

n gin khoa hc ca mi dc
m gia hht ca gia mi
c s i d liu mc ghi li t c
i b th   d liu
 i nhn dng gi
n l 
t bm duy nht, chng hn s gi
ng c.
 nhn dng gi u khin
truy cch v mi h truy cp t n
ch v  d liu, shopping hop
t b bo mt.
Trong khi nhn dng gin tii
y do nhng ri ro mo danh, truy cp t  
i b cm lnh ho  khi
s dng h thng nhn dng gi th s a nhn
gi ch
1.1.5. Nhn dng mt i (Face recognition)





.

 



14



1.1.6. DNA (Dioxyribo Nucleic Acid)
Thut ng "DNA" vit tt c
thy trong mi t a mi sinh vc hin
ng ca t  t c ca mi
c nht
 chng minh vic nhn dng. Do th nghim ru
thun li v c nh
tit kic hn thit ph
y nht.
1.2.H THNG NHN DNG MI
n dng m
n dng mi
H thng nhn dng mt h thng nht nh
hoc mn video (mt chunh). Qua x  th
c v   i trong nh (n    
trong s nh i h th  c bi    c) ho 
i l.


15


1.n dng mi.
1.2.1.2. Nha nhn dt
n dng m k 
1/. p: nh ch i rt nhiu b

p git. Chng hp thng, ch

0
i 45
0
, chp t ng, chp t 
v              
mi b khut mt phn hoc tht ht.
2/. S xut hin hoc thiu mt s n c
  xut hin ho
 t nhiu.
3/. S biu cm ct: Biu cm c 
  c t. Chng ht
t m s rt k i hoc s 
4/. S che khu b che khut bc



16

5/ng ca nh c bii rt nhiu v
    a trc camera, chng hnchp vi tr  nh
t b i trc ca nh.
6/ u kin ca nh:  c ch   u ki   :
chi  thut sng ngoi,v.v ), nh
ng rt nhin chng t.
ng dn nhn dng mi.
n dng m ng ru
ng dng thc t p dn rt
nhiu trong thng dn

nhn dng m k 
- H thn ti pht ti mt s 
cc
s xut hin ci phm, h thng s gp v cho
 
- H th trong m a
t
- H thng giao ti vi
mn th
s dng p trc quan: biu ct, du hiu, c ch bng
tay (visual input, visual interaction).
- H thnh, video di dung (ch
mi). Chng h truyCNN t kho d liu
video tin tn cm nhanh nh
hoc Bin Laden.
-  thng bo mt dc sinh hc: mt
tay,v.v thay n mt kh


17

1.2.3. Tng quan ki h thng nhn dt
H thng nhn dng mt i  thc thit k  
tin ca mi. K thut nhn dm tra s p d
t  nhiu, c th  nhi
 trong h thng dt.
a mt h thng nhn dnh hay
mng
xut hinh hot s ng tip cn
t h thng nhn dt gc x n

n dt.



1.3: Ki thng nhn dng mi.
n t k thu
 nh v c ct i trong cnh bt
k. K thun bi qua nhng th

t
i t d li  t,
n th 
c cun dt. Trong chn dng
h thng s   ng t m  d liu. Giai
         i thu    

1.2.3.1t
Phát hiện khuôn
mặt
(Face detection)
Trích rút đặc trưng
(Face extraction)
Nhận dạng khuôn
mặt
(Face recognition)


18

t s ng dng nhn dt  n

t. Kng  trong
 d lic chu
  thng d li h i phm c
ninh, nt v c h chiu hay ch
ca ti phc nhn din s 
u
a h thng th ng cha c i
t cn thic bi
thi bao g
mt, nhn dt.
i, t
t c
nh
n [9]
ng tip c
ng mng tip ct

-ng tip cn du bit ci
v 
quan h c
- ng tip cn di: M
thu cc
  t, v t thit b 
hou kii.
- ng tip cn dp mu chun ca
c chn l  cho


19

i ch
sao   
ma d liu  nh
i.
- ng tip cn dn mc hn vi so khp mu,
c hc t mt tp nh hun luy
 th i. Hay mt s 
ng tip cng tip cc.

 nhn dic 5 tu
  t trong b 
th nhi quen ngay c khi h 
v  nhn ra i ckhi h mi 23
tui m ng x i vi,
i vc s  ca nhn
d bc 
 t
quan trng t mt bc t. Nh


20

s dt t l sai s chp nhn
c.
1.4: Hii thut PCAtheo s 
m bo hi thi
  cu ra cp
vc: Gim s
chin lg. Gim s chit nhim v
quan trng trong bt c mt h thng nhn dng ma

mt b p ph thus ng nh mu, s  phc
tp ca b p. T l li ca mt b  
ng  th m
hia gii thu xy ra khi s ng mu
hc nh i s M gii quyt v 
s ng mu hc cho mt lp gp 10 ln s c gi s
 nh t quan trng.Gim s  
lp s  d nh a, mt b n
 i khi nhng cha nhn thia.S
Số lượng đặc trưng


21

c la chn tht cn thc
  a h thng nhn dng.
 dng trong nhn d
mi:

n 
Kernel PCA
Weighted PCA
 t tuyLDA: Linear Discriminant Analysis
)
Semi-supervised Discriminant Analysis (SDA)
Idenpendent Component Analysis(ICA)

Mutidinmensional Scaling (MDS)
Self-oganizing map(SOM)
Active shape Models(ASM)

Active appearance Models(AAM)
Discrete cosine Transform(DCT)
MMSD, SMSD
1.5: Gii thu
1.2.3.3. Nhn dngt
Nhn dmi mi ch
a th k i ta phi
i nh  nh v ng
 pht. V i th thut
nhn dit dc ci thi
tri d


22

t ct mc m nhn
dit.
nhn dng mi ph bin hin
dng dn t 

n dng dng th t 
pal Component Analysis 
PCA),  t tuy
Analysis  
Analysis  LFA).


23

HN DNG MI

T




 

-

2.1.1. -LIKE
-LIKE 




2.1-n
 c  
c  -             







24

(center-surround features):

2.2 rng c-

              
Haar-

 

    - 

  
pixel)

--class/out-of-
t

-like,

Haar-
-time.

 -like,

--






25

2.3a nh

ch sau:


D = A + B + C + D  (A+B)  (A+C) + A






2.4  mnh
-




