Nghiên cứu xây dựng thuật toán phân mảnh chỉ bản mười ngón dựa trên kỹ thuật véctơ hóa ảnh đường nét và ứng dụng

I HC QUC GIA H NI
TRNG I HC CễNG NGH







NGUYN TH HNG THY








nghiên cứu xây dựng thuật toán
phân mảnh chỉ bản m-ời ngón dựa trên
kỹ thuật véctơ hoá ảnh đ-ờng nét và ứng dụng






LUN VN THC S

H NI - 2008

- 1 –

MỤC LỤC
Lời cảm ơn Trang
Lời cam đoan
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
Mục lục
MỞ ĐẦU 3
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG 5
1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5
1.2 HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG 18
1.2.1. Mô hình của hệ thống nhận dạng vân tay tự động 18
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của một hệ nhận dạng vân tay tự động 19
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG CÁC HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN
TAY TỰ ĐỘNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ NƢỚC TA 27
CHƢƠNG II: PHƢƠNG PHÁP PHÂN MẢNH A

̉
NH CHỈ BẢN 10 NGÓN, PHÂN LOẠI
VÂN TAY VÀ KIỂM TRA VỊ TRÍ CÁC NGÓN 31
2.1 BÀI TOÁN PHÂN MẢNH ẢNH VÂN TAY TỰ ĐỘNG 31
2.1.1. Khái niệm về phân mảnh ảnh 31
2.1.2. Bài toán phân mảnh ảnh chỉ bản vân tay tự động 32
2.1.3. Một số giải thuật phân mảnh ảnh 37
2.1.4. Đề xuất thuật toán phân mảnh ảnh dựa trên cơ sở nhận biết vùng vân 43
2.2 BÀI TOÁN PHÂN LOẠI VÂN TAY TỰ ĐỘNG THEO DẠNG CƠ BẢN 43
2.2.1. Phân loại vân tay 43
2.2.2. Một số phƣơng pháp phân loại vân tay tự động 44
2.2.3. Dạng vân cơ bản và các điểm đặc trƣng 46
2.2.4. Điều kiện nhận biết những dạng vân cơ bản 48
2.2.5. Đề xuất phƣơng pháp nhận biết các dạng vân cơ bản dựa trên một số đặc trƣng
tổng quát 53
2.2.6. Xây dựng sơ đồ thuật toán phân mảnh chỉ bản 10 ngón và phân loại vân tay 54
CHƢƠNG III: LẬP TRÌNH CÀI ĐẶT PHẦN MỀM PHÂN MẢNH CHỈ BẢN 10
NGÓN, PHÂN LOẠI VÂN TAY TỰ ĐỘNG VÀ KIỂM TRA VỊ TRÍ CÁC NGÓN
TRÊN CHỈ BẢN 57

- 2 –

3.1 LẬP TRÌNH CÀI ĐẶT THUẬT TOÁN PHÂN ĐOẠN, PHÂN LOẠI VÂN TAY
THEO DẠNG CƠ BẢN VÀ KIỂM TRA VỊ TRÍ NGÓN 57
3.1.1. Phân mảnh chỉ bản 10 ngón 57
3.1.2. Phân mảnh mịn và phân loại vân tay tự động 58
3.1.3. Lập trình cài đặt thuật toán 62
3.2 TÍNH NĂNG ĐA
̣
T ĐƢƠ

̣
C CỦA PHẦN MỀM 70
3.3 HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM 71
3.4 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 71
3.5 MỘT SỐ HƢỚNG CẢI TIẾN THUÂ
̣
T TOA
́
N 80
3.6 ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỂ CẢI TIẾN , BÔ
̉
SUNG TÍNH NĂNG
MỚI CHO PHÂN HỆ THU NHẬN CHỈ BẢN VÂN TAY C@FRIS Scan. 84
KẾT LUẬN 86


- 3 –

MỞ ĐẦU
Ngày nay, vân tay đƣợc thừa nhận rộng rãi trên thế giới nhƣ một căn cứ tin cậy
và hiệu quả nhất để truy nguyên danh tính con ngƣời. Với sự phát triển mạnh mẽ của
công nghệ tin học, đặc biệt là sự ra đời của các phần mềm nhận dạng và truy nguyên
vân tay tự động cùng các thiết bị đọc vân tay sống, vân tay đã và đang trở thành một
phƣơng tiện nhận dạng sinh trắc học thông dụng nhất.
Ứng dụng truyền thống và nổi bật nhất của công nghệ nhận dạng vân tay tự động
là lĩnh vực pháp lý bởi tác dụng không thể phủ nhận đƣợc vai trò của nó trong việc xây
dựng các hệ thống căn cƣớc can phạm và điều tra tội phạm theo dấu vết hiện trƣờng.
Tuy nhiên, ngày nay công nghệ truy nguyên danh tính con ngƣời bằng vân tay đã vƣợt
ra ngoài khuôn khổ các ứng dụng truyền thống và xâm nhập sang nhiều lĩnh vực khác
nhƣ: Căn cƣớc công dân, kiểm soát truy cập logic nhƣ xác thực và kiểm soát giao dịch

thƣơng mại điện tử trên mạng máy tính, kiểm soát truy cập vật lý nhƣ quản lý cửa
khẩu, quản lý thời gian làm việc và nhiều loại hình dịch vụ khác cần xác định danh
tính con ngƣời với độ tin cậy cao.
Để xây dựng một hệ thống nhận dạng vân tay tự động, cần phải giải quyết một
vấn đề có ý nghĩa mấu chốt nhất và cũng là khó khăn nhất của kỹ thuật đồng nhất vân
tay, đó là thuật toán đối sánh. Chúng ta biết rằng việc đối sánh trực tiếp hai ảnh vân
tay không thể mang lại kết quả do ảnh vân tay của một ngƣời qua mỗi lần lăn tay đều
sai khác nhau và rất nhạy cảm với các thiết bị thu nhận, điều kiện chiếu sáng, vết bụi
bẩn, vết bong da, vết sẹo, sự xê dịch vị trí hay sự biến dạng trong quá trình lăn tay.
Hiện nay đã có rất nhiều phƣơng pháp nhận dạng vân tay đƣợc đề xuất để giải quyết
vấn đề này dựa trên việc ứng dụng các phƣơng pháp xử lý ảnh số và nhận dạng. Ý
tƣởng kinh điển để xây dựng thuật toán nhận dạng vân tay dựa trên việc mô phỏng
cách thức phân biệt các dấu vân tay của các giám định viên đƣờng vân. Để so sánh hai
dấu vân tay, các giám định viên tìm cách định vị các điểm đặc trƣng chi tiết hay còn
gọi là các đặc điểm nhƣ các điểm cụt, rẽ nhánh (minutia) trên mỗi ảnh vân tay rồi tiến
hành đối sánh trực tiếp hai tập các đặc điểm chi tiết tƣơng ứng của chúng. Hiện nay
trên thế giới đã có rất nhiều thuật toán đối sánh vân tay ra đời và từ năm 2002, cứ hai
năm một lần, ngƣời ta lại tổ chức cuộc thi kiểm thử thuật toán để đánh giá sự tiến bộ
công nghệ. Nhìn chung đa số thuật toán nhận dạng vân tay hoạt động hiệu quả với chất
lƣợng chỉ bản tốt, chẳng hạn các chỉ bản thu nhận bằng các thiết bị thu nhận vân tay
sống (life scanner). Tuy nhiên, trên thực tế vân tay quá khô, hay quá ƣớt, vân tay chỉ
bản lăn bằng mực trên giấy, … thƣờng có chất lƣợng không cao nên việc nhận dạng
các vân tay chất lƣợng kém vẫn còn là một bài toán rất nan giải.
Ở nƣớc ta, Phòng Thí nghiệm Mô phỏng và Tích hợp hệ thống Tổng cục Kỹ thuật
Bộ Công an là một trong những đơn vị đã giải quyết thành công bài toán nhận dạng

- 4 –

vân tay tự động, bƣớc đầu đã xây dựng đƣợc sản phẩm C@FRIS và đƣa vào ứng dụng
thực tế đạt kết quả rất khả quan. Tuy nhiên, để xây dựng đƣợc một hệ thống nhận dạng

vân tay tự động đủ tin cậy, có khả năng trích chọn đặc điểm và đối sánh với độ chính
xác cao, đạt tốc độ xử lý nhanh trên CSDL hàng chục triệu chỉ bản, còn có rất nhiều
vấn đề kỹ thuật cần tiếp tục cải tiến.
Luận văn này sẽ trình bày một số kết quả thu đƣợc trong quá trình nghiên cứu
triển khai ứng dụng thực tế công nghệ nhận dạng vân tay tự động C@FRIS hiện đang
đƣợc đƣa vào ứng dụng trong Ngành Công an, đề xuất một số giải pháp nhằm cải tiến,
nâng cao hiệu quả một số công đoạn của hệ nhận dạng vân tay tự động C@FRIS, bao
gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhận dạng vân tay tự động. Trong phần này báo cáo
trình bày các khái niệm cơ bản về vân tay, các đặc trƣng của vân tay và hai lĩnh vực
ứng dụng quan trọng nhất trong ngành cảnh sát là xác minh danh tính hay truy nguyên
căn cƣớc đối tƣợng và điều tra dấu vết hiện trƣờng . Tiếp theo , báo cáo trình bày
nguyên lý hoa
̣
t đô
̣
ng cơ bản và các thành phần chủ yếu của một hệ nhận dạng vân tay
tự động, có điểm qua một số hệ nhận dạng vân tay hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến
trên thế giới và trong nƣớc.
Chương 2: Sau phần tổng quan, báo cáo tập trung vào nội dung chính là xây dựng
thuật toán phân mảnh ảnh chỉ bản 10 ngón, phân loại vân tay tự động và đối sánh vân
tay để kiểm tra vị trí ngón trên chỉ bản.
Chương 3: Sau phần xây dựng thuật toán, báo cáo tập trung vào nội dung cài đặt phần
mềm phân mảnh ảnh, phân loại vân tay tự động, đối sánh vân tay để kiểm tra vị trí
ngón trên chỉ bản.
Luận văn tiếp cận một hƣớng nghiên cứu quan trọng và nếu giải quyết thành công
sẽ đem lại một bƣớc cải tiến đáng kể cho phân hệ nhập liệu tự động, góp phần nâng
cao hiệu quả cũng nhƣ làm phong phú thêm tính năng của hệ thống nhận dạng vân tay
tự động C@FRIS nói riêng và các hệ AFIS nói chung.
Đây là một chủ đề liên tục phát triển, khá đa dạng và phức tạp. Trong thời gian

làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã tìm hiểu và tiếp tục hoàn thiện thêm một số giải thuật
phân mảnh ảnh chỉ bản 10 ngón và phân loại vân tay nhằm mục đích cài đặt một thƣ
viện phần mềm tự động phân mảnh ảnh chỉ bản và nhận biết các dạng vân cơ bản. Tuy
nhiên, trong quá trình cài đặt thực tế, tôi đã phát hiện và tính toán thêm nhiều đặc
trƣng quan trọng khác nhƣ ma trận hƣớng, đƣờng biên, rất hữu ích cho giai đoạn xử lý
trích chọn các đặc điểm chi tiết tiếp theo.


- 5 –

CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG
1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
 Chỉ bản vân tay
Vân tay là những vết lằn tạo nên các hoa văn trên bề mặt da đầu các ngón tay,
chúng gồm hệ thống các đƣờng cong uốn lƣợn vòng vèo mà ta quen gọi là các dòng
đƣờng vân. Để thu thập một bộ chỉ bản vân tay đối tƣợng, ngƣời ta thiết kế một thẻ
mẫu dùng để ấn hay lăn các đốt ngoài cùng của mỗi ngón tay sau khi tẩm mực. Một
thẻ mẫu đã đƣợc in vân tay (bằng cách ấn tay hoặc lăn tay), đƣợc gọi là một chỉ bản
(Hình 1.1).

Hình 1.1: Thẻ chỉ bản vân tay mƣời ngón
Thông thƣờng một chỉ bản vân tay mƣời ngón gồm hai loại vân tay: Vân tay lăn
(rolled) và vân tay ấn (plain). Trong vùng giữa chỉ bản dùng để chứa 10 dấu vân tay
của 10 ngón tay cần đƣợc thu nhận bằng cách lăn tay, tức là mỗi đầu ngón tay sau khi
tẩm một lớp mực mỏng sẽ đƣợc lăn lên giấy và để lại vết lăn có độ trải rộng từ gờ
móng tay bên này sang đến gờ móng tay bên kia. Còn bốn vùng dƣới của chỉ bản dùng
để chứa các dấu vân tay ấn, bao gồm: 2 dấu vân tay ấn đồng thời của 2 ngón tay cái,
dấu ấn 4 ngón chụm của tay trái và dấu ấn 4 ngón chụm của tay phải. Mặc dù độ trải
rộng của dấu vân tay ấn không rộng bằng dấu vân tay lăn nhƣng nó thƣờng thể hiện rõ

- 6 –

hơn các đặc điểm chi tiết của các đầu mút ngón tay. Các vùng vân tay ấn còn đƣợc
dùng để kiểm tra các dấu vân tay đã đƣợc lăn có đúng vị trí ô hay không.

(a)

(b)
Hình 1.2: Ảnh mực, (a) ảnh lăn tay, (b) ảnh ấn tay
Khi có một bộ chỉ bản vân tay đã đƣợc thu thập, ta cần lƣu ý phân biệt một đặc
trƣng quan trọng của nó là chúng đƣợc thu thập cho một mục đích cụ thể nhất thời nào
đó hay đƣợc thu thập một cách bài bản, theo đúng yêu cầu kỹ thuật để nhập bổ sung
vào hệ thống.
Mặc dù hiện nay, các hệ thống thu nhận vân tay sống đang đƣợc phổ biến rộng rãi,
nhƣng chỉ bản vân tay giấy đang đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Các thiết bị thu nhận vân
tay sống có ƣu điểm là sử dụng các công nghệ quang điện tử để thu nhận, số hóa và
lƣu trữ vân tay một cách trực tiếp, không cần giai đoạn trung gian in lên giấy. Để thu
trực tiếp ảnh vân tay trên máy thu vân tay sống ta chỉ cần ấn đầu ngón tay trực tiếp lên
cửa sổ thu nhận của máy và thực hiện một số thao tác điều khiển phần mềm. Chất
lƣợng của ảnh vân tay loại này phụ thuộc vào điều kiện thu nhận, ví dụ: chất lƣợng của
máy, tay sạch hay bẩn, tay khô hay ƣớt, Tuy nhiên, do thu nhận trực tuyến nên ta có
thể quan sát trực tiếp vân tay đƣợc thu nhận, do đó có thể điều chỉnh đƣợc chất lƣợng
của ảnh vân tay.

Hình 1.3: Ảnh thu trực tiếp từ máy thu nhận vân tay sống
Ảnh vân tay sống nói chung là có chất lƣợng tốt hơn nhiều so với ảnh lăn mực và
ảnh thu thập từ hiện trƣờng vụ án. Tuy nhiên, do hiện nay trong Ngành Công an nuớc
ta, còn có cả một hệ thống tàng thƣ từ Trung ƣơng đến địa phƣơng với hàng chục triệu
chỉ bản bằng giấy nên việc duy trì cả hai phƣơng pháp thu nhận vân tay vẫn là một

thực tế lâu dài.

- 7 –

 Dấu vết hiện trường

Hình 1.4: Ảnh dấu vết vân tay thu thập từ hiện trƣờng vụ án
Khi một ngón tay tiếp xúc vào một vật nào đó thì nó có thể để lại dấu vết đƣờng
vân lên vật đó. Dấu vết để lại đó đƣợc gọi là dấu vết vân tay hiện trƣờng hay còn gọi là
dấu vân tay ẩn do chƣa rõ ngƣời nào để lại. Dấu vết này đƣợc hình thành do những lớp
mỡ hoặc lớp mồ hôi mỏng trên bề mặt da ngón tay để lại sau khi ngón tay tiếp xúc với
các vật thể nhẵn bóng, có khi trên các tài liệu hay tấm séc thanh toán. Dấu vết hiện
trƣờng thƣờng đƣợc thu thập và xử lý bởi các phƣơng pháp hóa lý khác nhau nhằm
làm cho chúng hiện lên rõ hơn, dễ quan sát hơn và có thể chụp đƣợc ảnh.
Đặc trƣng cơ bản của dấu vết vân tay hiện trƣờng là nó thƣờng không đầy đủ,
phần lớn các trƣờng hợp chỉ để lại dấu vết của một phần ngón tay, nhiều khi bị mờ,
nhòe, lẫn với vết bẩn hoặc bề mặt các hoa văn của đồ vật. Tuy vậy, trong nhiều trƣờng
hợp vẫn còn rất nhiều đặc điểm chi tiết đủ để xác định chính xác chủ nhân đã để lại
những dấu vết đó.
 Cấu trúc ảnh vân tay
Ảnh vân tay có cấu trúc bề mặt khá đặc biệt. Một cấu trúc đƣờng vân lý tƣởng bao
gồm các dòng đƣờng vân và các dòng đƣờng rãnh chạy xen kẽ nhau, ―song song‖ với
nhau, một đƣờng vân bị kẹp giữa hai đƣờng rãnh, và ngƣợc lại, một đƣờng rãnh bị kẹp
giữa hai đƣờng vân.

Hình 1.5: Cấu trúc đƣờng vân
Xét về mặt kết cấu bề mặt, ảnh vân tay là một kết cấu có hƣớng. Hƣớng ở đây
chính là hƣớng của các dòng đƣờng vân.
Trong một ảnh vân tay đa mức xám, xét trong một lân cận, mức xám của các điểm
thuộc đƣờng vân và các điểm thuộc đƣờng rãnh trên một mặt cắt vuông góc với đƣờng

vân biến đổi theo dạng hình sin:

- 8 –


Hình 1.6: Mức xám của ảnh vân tay theo hƣớng trực giao với hƣớng đƣờng vân
(V) là điểm chính giữa của đƣờng rãnh, (R) là điểm chính giữa của đƣờng vân
Khi một vân tay bị phá hủy, các cấu trúc đƣờng vân cũng bị phá hủy theo. Tuy
nhiên, dù có sự xuất hiện của nhiễu, một chuyên gia về vân tay vẫn có thể khôi phục
lại các cấu trúc đƣờng vân bằng cách sử dụng hƣớng và tính liên tục của đƣờng vân để
suy diễn, phán đoán.
Về mặt chất lƣợng, có thể phân chia một dấu vân tay bất kỳ thành 3 loại:
Vùng có cấu trúc rõ ràng: là vùng mà mỗi đƣờng vân và đƣờng rãnh là phân biệt
nhau một cách rõ ràng với các đƣờng vân và các rãnh khác, và do đó việc trích chọn
đặc trƣng dễ đảm bảo chính xác.

Hình 1.7: Cấu trúc vân tay rõ ràng
Vùng bị phá hủy nhƣng có thể khôi phục lại đƣợc: là vùng mà các đƣờng vân
và các rãnh bị phá hủy bởi một số lƣợng nhỏ các vết gợn, các vết nhòe, , nhƣng
chúng ta vẫn có thể xác định và vẽ lại đƣợc các vùng vân lân cận cùng các thông tin
hữu ích về cấu trúc các đƣờng vân.

Hình 1.8: Vùng bị phá huỷ nhƣng có thể khôi phục lại đƣợc
Vùng bị phá hủy không thể khôi phục đƣợc: là vùng mà các đƣờng vân và các
đƣờng rãnh bị phá hủy bởi một số lƣợng lớn các nhiễu. Các đƣờng vân và các đƣờng
rãnh này là không thể xác định đƣợc, các vùng lân cận cũng không cung cấp đƣợc
thông tin gì đáng kể để có thể khôi phục lại cấu trúc các đƣờng vân. Chúng ta gọi hai
loại đầu là vùng có thể khôi phục lại đƣợc và vùng thứ ba là vùng không thể khôi phục
lại đƣợc. Trong bài toán nhận dạng vân tay, chúng ta chỉ sử dụng vùng có thể khôi

- 9 –

phục đƣợc, vùng không thể khôi phục đƣợc xếp và loại ―vùng không xác định‖. Các
đặc điểm chi tiết do máy phát hiện trên các vùng không xác định thƣờng không đƣợc
xét đến.

Hình 1.9: Vùng bị phá huỷ nặng, không thể khôi phục lại đƣợc
 Đặc trưng của vân tay
Quan sát các dấu vân tay Hình 1.10, chúng ta thấy có nhiều hình dạng rất phong
phú, song vẫn có thể phân loại chúng theo các lớp khác nhau. Có những lớp ở đó
đƣờng vân chạy từ một phía, đến giữa nhô lên rồi lại chạy tiếp sang phía bên kia tạo
thành một mẫu vân có hình dáng nhƣ những chiếc cung chồng lên nhau (a). Song cũng
có những dòng vân sau khi chạy nhô lên ở giữa rồi lại quay trở về nơi xuất phát ban
đầu (b). Lại có những dòng đƣờng vân chạy vòng quanh một điểm, giống nhƣ những
dòng nƣớc xoáy khi chảy qua một chƣớng ngại vật nào đó (c).

(a) Hình cung (b) Hình quai (c) Hình xoáy
Hình 1.10: Một số dạng hình vân thƣờng gặp
Để thuận tiện cho phân loại ngƣời ta quy ƣớc với nhau một số khái niệm cơ bản.
 Đường bao và vùng vân trung tâm
Vùng vân trung tâm dùng để phân loại là vùng vân nằm chính giữa một dấu vân
tay đƣợc giới hạn bởi đƣờng bao trên và đƣờng bao dƣới. Các đƣờng bao là các đƣờng
vân bao vùng vân trung tâm, đƣợc quy ƣớc là một cặp đƣờng vân lúc đầu chạy song
song với nhau sau đó đến tam phân điểm bên ngoài nhất (có thể ở bên trái hay bên
phải) thì chạy tách ra, một chạy lên phía trên, một chạy xuống phía dƣới và cùng bao
bọc lấy vùng trung tâm. Khi dò theo nét vân, ngƣời ta qui ƣớc nếu gặp điểm cụt, phải

- 10 –

chuyển ngay sang đƣờng vân liền ngoài để tiếp tục. Hình dƣới cho ta thấy ví dụ về

vùng vân trung tâm đƣợc giới hạn bởi các đƣờng bao trên A và đƣờng bao dƣới B.

Hình 1.11: Mô tả đƣờng bao và vùng vân trung tâm.
 (Focus hay Singular point)
Trên nhiều mẫu vân tay, chúng ta dễ thấy có những điểm đặc biệt có thể quy ƣớc
lấy làm điểm tham chiếu để phân loại. Những điểm đó thƣờng nằm trên vùng tam giác
chỗ giao nhau của ba dòng vân hoặc điểm quay gấp của một dòng đƣờng vân nào đấy.
Một vân tay có thể có hai, ba, có khi bốn điểm nhƣ thế, song cũng có vân chẳng có
điểm nào. Điểm gặp nhau của ba dòng vân khác nhau đƣợc gọi là tam phân điểm
(delta), còn điểm mà quanh nó có một dòng vân chạy vòng quanh đƣợc gọi là tâm
điểm. Tâm điểm thƣờng nằm ở vùng trung tâm của một dấu vân tay. Sau đây là một số
ví dụ về tâm điểm và tam phân điểm.
Tam phân điểm (Delta)
Tam phân điểm là còn đƣợc qui định là điểm phân kỳ của đƣờng bao trên và
đƣờng bao dƣới khi ta xét từ trái sang phải và từ phải sang trái. Những vân tay có
nhiều tam phân điểm, thì ta ƣu tiên chọn tam phân điểm ngoài cùng để giới hạn vùng
trung tâm. Tam phân điểm có thể định vị bởi điểm đầu tiên rẽ nhánh, điểm kết thúc,
điểm giao nhau, điểm chấm hay đoạn vân ngắn nằm trên vùng phân kỳ.

Hình 1.12 : Một số ví dụ về tam phân điểm
Đƣờng bao trên A
Đƣờng bao dƣới B
Vùng vân trung tâm,
đƣợc giới hạn bởi hai
đƣờng bao


- 11 –

Tâm điểm (Core)

Tâm điểm là điểm nằm gần vị trí trung tâm của vân tay. Trong vân tay, tâm điểm
đƣợc qui ƣớc chọn một điểm nằm trên đƣờng vân mà tại đó độ cong của đƣờng vân là
lớn nhất.

Hình 1.13: Một số ví dụ về tâm điểm
 Số đếm vân
Là số đƣờng vân nằm giữa tâm điểm (core) và tam phân điểm (delta), đƣợc xác
định bằng số đƣờng vân cắt đoạn thẳng nối giữa tam phân điểm và tâm điểm.

Hình 1.14: Số đếm vân
 Các dạng cơ bản của vân tay
Vân tay đƣợc phân loại thành các dạng cơ bản căn cứ vào cách sắp xếp chung của
các dòng đƣờng vân. Có ba dạng cơ bản chủ yếu đó là dạng hình cung, dạng hình quai
và dạng hình xoáy. Mỗi dạng này còn có thể chia chi tiết hơn nữa, thậm chí có thể
phân loại mịn hơn bằng việc đƣa thêm số đếm vân. Bởi vì có một mức độ độc lập nhất
định giữa các dạng cơ bản trên mƣời đầu ngón tay, phƣơng pháp phân loại vân tay
theo dạng cơ bản khi áp dụng cho cả 10 ngón sẽ có giá trị phân một tập chỉ bản thành
nhiều nhóm nhỏ, mỗi nhóm nhỏ bao gồm những ngƣời có cùng một tổ hợp dạng cơ
bản nhƣ nhau. Nhƣ vậy, việc phân nhóm theo dạng cơ bản sẽ rất hữu ích vì nó cho
phép giảm số lƣợng các phép đối sánh khi ta đối sánh một chỉ bản vân tay với một tập
chỉ bản cho trƣớc nào đó. Để thủ tục phân loại vân tay theo các dạng cơ bản đảm bảo
tính tin cậy cao, cần phải tiến hành thận trọng và phải đƣợc những chuyên gia vân tay
có kinh nghiệm kiểm tra kỹ lƣỡng.

- 12 –

- Dạng vân hình cung (ARCH): Chiếm khoảng 3-5% tổng số vân tay.

Hình 1.15: Mô tả loại vân hình cung
- Dạng vân hình quai (LOOP) :

Dạng vân hình quai là loại thƣờng gặp nhất trong các mẫu vân tay, chiếm khoảng
60-65 % số vân tay.

Hình 1.16: Mô tả loại vân hình quai
- Dạng vân hình xoáy (WHORL)
Loại vân hình xoáy còn đƣợc gọi là hoa tay, chiếm khoảng 30 – 35 % trong số các
vân tay. Ở loại này, có ít nhất một đƣờng vân tạo thành một vòng tròn đóng hay một
đƣờng vân hình chữ S.

Hình 1.17: Mô tả loại vân hình xoáy
Bảng sau đây chỉ ra cho ta tần suất xuất hiện các dạng cơ bản của vân tay trên 10
đầu ngón tay:


- 13 –



Tay phải
Tay trái
Ngón tay
CP
TP
GP
NP
UP
CT
TT
GT
NT

UT
Cung
2.4
15.1
8.3
2.1
1.4
4.6
14.5
10.6
3.0
3.0
Quai trái
0.3
21.9
2.2
1.3
0.2
66.1
34.7
69.5
63.1
87.1
Quai phải
57.3
29.9
70.6
49.5
82.7
0.3

20.3
2.0
0.4
0.1
Xoáy
39.8
31.6
18.3
46.4
15.2
28.7
29.1
17.3
33.0
10.4
Bảng 1: Tần suất xuất hiện dạng cơ bản
Trong đó CP, TP, GP, NP, UP lần lƣợt là các ngón tay cái, trỏ, giữa, nhẫn và út
của bàn tay phải còn CT, TT, GT, NT, UT là các ngón tay cái, trỏ, giữa, nhẫn và út của
bàn tay trái. Qua bảng này ta thấy chỉ có 2.4% dạng cơ bản hình cung trên ngón cái
phải trong khi đó có 33% dạng cơ bản hình xoáy trên ngón đeo nhẫn trái. Những chỉ số
phần trăm này hầu nhƣ là giống nhau đối với đa số dân tộc trên thế giới mặc dù vẫn có
một vài sự khác biệt nhỏ đối với từng dân tộc cụ thể.
Trên thực tế, những dạng cơ bản xuất hiện trên mƣời đầu ngón tay không hoàn
toàn độc lập với nhau. Chẳng hạn có thể kiểm tra đƣợc rằng xác suất xuất hiện dạng
hình xoáy trên mỗi ngón tay, nếu chúng độc lập với nhau, sẽ là 0.398 x 0.316 x 0.183
x đây là một con số rất nhỏ khoảng một phần triệu. Thế nhƣng, thực tế là số các chỉ
bản có 10 ngón đều thuộc dạng xoáy lại khá phổ biến, chiếm khoảng 1.86 %.
Tổ hợp dạng cơ bản
Tần suất xuất hiện
RRRRR LLLLL

6.09
WWWWW WWWWW
1.86
WWWWR WWWWL
1.68
RLRRR LRLLL
1.64
RRRRR LRLLL
1.53
WRRRR WLLLL
1.45
RRRWR LLLLL
1.41
RLRRR LLLLL
1.36
RRRRR LALLL
1.26
WRRRR LLLLL
1.12
RARRR LALLL
1.02
RRRWR LLLWL
0.96
Bảng 2: Tần suất xuất hiện một số tổ hợp các dạng vân tay cơ bản

- 14 –

Bảng 2 chỉ ra cho ta thấy mƣời hai tổ hợp các dạng vân tay cơ bản trên hai bàn tay
có tần suất xuất hiện cao nhất. Cột thứ nhất chỉ ra các tổ hợp dạng cơ bản của 10 ngón
tay bắt đầu từ ngón cái phải và kết thúc là ngón út trái. Những chữ cái R, L, W và A kí

hiệu tƣơng ứng cho các dạng cơ bản quai phải, quai trái, xoáy và cung. Cột thứ hai chỉ
ra số phần trăm. Tổ hợp phổ biến nhất, ƣớc tính khoảng 6% số chỉ bản, là 5 ngón tay
phải đều có dạng quai phải và 5 ngón tay trái đều có dạng quai trái.
Do vậy, bằng cách kiểm tra dạng cơ bản của mƣời ngón tay, một chuyên gia vân
tay có thể phân loại một ngƣời cụ thể vào một lớp nào đó (có cùng tổ hợp dạng cơ
bản). Tuy nhiên, nhóm này vẫn còn bao gồm hàng nghìn ngƣời. Để đồng nhất một cá
nhân cụ thể, cần thiết phải đối sánh theo những đặc điểm chi tiết hơn.
 Đặc điểm chi tiết của các dòng đường vân
Trong mỗi dấu vân tay có một số đƣờng vân đang chạy liên tục rồi đến một vị trí
nào đó hoặc bị phân ra hai, ba nhánh (điểm rẽ nhánh) hoặc có khi bị đột ngột kết thúc
(điểm cụt). Các điểm kết thúc hay rẽ nhánh này phân bố ngẫu nhiên trên một dấu vân
tay và đƣợc gọi là những đặc điểm chi tiết (đôi khi còn gọi là những điểm đặc trƣng
chi tiết hay những chi tiết minutiae).
Hình sau cho ta thấy điểm kết thúc đƣờng vân (ridge ending) xuất hiện khi đƣờng
vân đột ngột kết thúc. Điểm rẽ nhánh của đƣờng vân là điểm tại đó đƣờng vân rẽ ra
làm hai nhánh.



Tuy nhiên các cách kết hợp khác nhau của hai loại đặc điểm cơ bản này cũng tạo
ra các biến thể khác nhau nhƣ các chấm nhỏ, các đoạn đƣờng vân ngắn, đƣờng hình
mắt (lòng hồ), móc, đoạn, cầu nối.
+ Những chấm nhỏ: Gồm một số điểm đen gộp lại thành một dấu chấm, chẳng hạn
nhƣ do mực rơi khi lăn tay.
+ Đoạn đƣờng vân ngắn: Một đoạn đƣờng vân ngắn, nhƣng không quá ngắn để có
thể coi là một điểm. Đoạn vân ngắn đƣợc thể hiện bởi hai điểm cụt nguợc chiều nhau.

+ Đƣờng hình mắt: Một đƣờng vân rẽ ra làm hai nhánh sau đó khép lại tạo thành
một vòng kín. Vân hình mắt thể hiện bởi hai điểm rẽ nhánh ngƣợc chiều nhau.

- 15 –


+ Nhánh móc: Đƣờng vân tách ra nhƣ một cái móc ngắn.

+ Đoạn cầu nối: Do một móc kéo dài làm thành cầu nối hai đƣờng vân kề nhau.

Những đặc điểm chi tiết này nằm rải rác tại các vị trí khác nhau trong mối tƣơng
quan lẫn nhau và mỗi đặc điểm đƣợc đặc trƣng bởi một hƣớng xác định. Trừ khi một
ngón tay bị phá hủy nặng để lại sẹo, các đặc điểm nhìn chung sẽ vẫn không thay đổi
đối với một ngƣời trong suốt cả cuộc đời từ khi sinh ra cho đến khi chết.
Có thể dễ dàng nhận thấy hai ngón tay khác nhau luôn tạo ra những dấu vân tay
chứa tập các đặc điểm sắp xếp khác nhau. Một thực tế đƣợc thừa nhận rộng rãi là hai
dấu vân tay cùng có bộ ít nhất từ 10 đến 13 đặc điểm chi tiết cùng các tƣơng quan vị
trí giống nhau thì coi nhƣ đồng nhất, tức là do cùng một ngón tay in ra.
 Vân tay được sử dụng như thế nào?
Các cơ quan cảnh sát thƣờng sử dụng vân tay vào 2 mục đích chính:
+ Xác định danh tính hay căn cước của một người bị bắt giữ.
+ Truy tìm thủ phạm gây án theo dấu vết hiện trường.
 Xác định danh tính của một người bị bắt giữ
Với mục đích thứ nhất, cần phải tra cứu chỉ bản vân tay mƣời ngón của nghi can bị
bắt giữ với hệ thống thẻ chỉ bản để xác minh xem nghi can đó đã có tên trong hồ sơ
cảnh sát hay không.
Ở hầu hết các nƣớc, công việc này thuộc phạm vi trách nhiệm của Trung tâm căn
cƣớc quốc gia. Ở đấy ngƣời ta có thể đối chiếu chỉ bản vân tay 10 ngón của nghi can
với bộ chỉ bản vân tay 10 ngón đƣợc lƣu trữ trong hồ sơ vân tay của Trung tâm căn
cƣớc.
Chẳng hạn, năm 1990, Trung tâm căn cƣớc của Bộ Nội vụ Anh lƣu trữ khoảng 4,2
triệu thẻ chỉ bản vân tay mƣời ngón, gọi là Tàng thƣ chỉ bản vân tay quốc gia, và mỗi
ngày tàng thƣ này phải giải quyết khoảng 2400 yêu cầu tra cứu. Đến năm 2005, số

lƣợng của hồ sơ lƣu trữ đã lên tới khoảng 6 triệu thẻ và mỗi ngày cần phải tra cứu
khoảng 4500 yêu cầu.

- 16 –

Trong đại đa số trƣờng hợp (khoảng 75%), các nhân viên cảnh sát địa phƣơng đều
có thể xác minh đƣợc danh tính của các nghi can bị bắt giữ bằng cách kiểm tra các
thông tin thuộc tính cá nhân thông thƣờng nhất (họ-tên, ngày tháng năm sinh) bằng
công cụ tìm kiếm trên hệ thống máy tính của cơ quan cảnh sát. Trong trƣờng hợp này,
sau khi tra cứu theo họ tên, các chuyên gia vân tay chỉ cần kiểm chứng hay đối sánh
một - một mẫu vân tay của nghi can với những mẫu vân tay lƣu trong hồ sơ. Nếu hai
mẫu là đồng nhất thì đối tƣợng đó đã có trong hồ sơ tội phạm và nhân viên tra cứu tiến
hành thông báo kết quả và làm các thủ tục bổ sung, cập nhật hồ sơ.
Đối với những nghi can chƣa xác định đƣợc danh tính (khoảng 25%) bằng phƣơng
pháp xác minh thông tin thuộc tính thông thƣờng, kể cả các trƣờng hợp xác minh sai
(khoảng 1%), thì phƣơng pháp tra cứu theo chỉ bản vân tay mới đƣợc sử dụng để tra
tìm trên tàng thƣ căn cƣớc. Đây là một công việc tốn kém, tiêu phí nhiều công sức và
thời gian, vì các chuyên gia vân tay phải xác định, kiểm tra vân tay của tất cả các ngón
trên chỉ bản 10 ngón. Nếu chỉ phân loại một cách khái quát theo dạng cơ bản cung,
quai, xoáy, , thì kết quả tìm kiếm sẽ đƣa ra một danh sách kết quả khá lớn (chẳng
hạn khoảng 6% trong số hơn 4 triệu tội phạm, theo Bảng 2). Do đó cần phải ứng dụng
các phƣơng pháp phân loại thật chi tiết để khi tra cứu đƣa ra kết quả trung bình khoảng
10 chỉ bản. Những kết quả đó tiếp tục đƣợc các chuyên gia vân tay kiểm tra theo các
đặc điểm chi tiết để đƣa ra quyết định có đồng nhất hay không.
 Truy tìm tội phạm
Khác với việc xác minh danh tính nghi can bị bắt giữ đƣợc thực hiện chủ yếu bằng
cách tra cứu trên cơ sở dữ liệu trung tâm hay tàng thƣ căn cƣớc, thì việc truy tìm tội
phạm đƣợc thực hiện theo một cách khác, trong đại đa số trƣờng hợp phải tiến hành
ngay tại địa phƣơng.
Những dấu vết vân tay thu đƣợc tại hiện trƣờng vụ án hay từ các tài liệu đƣợc gửi

đến các cơ quan giám định vân tay của địa phƣơng để xem xét. Ở đây, các giám định
viên vân tay tìm mọi cách tốt nhất có thể để xác định xem chúng thuộc loại nào, ngón
nào. Trong hầu hết các trƣờng hợp ngƣời ta chỉ thu đƣợc dấu vết của một hoặc hai
ngón tay và chúng thƣờng có chất lƣợng rất thấp.
Để tránh phải tìm kiếm trên toàn bộ tàng thƣ quốc gia, ngƣời ta cố gắng tìm mọi
cách khác nhau để giảm thiểu danh sách kết quả tra cứu đƣa ra. Cách thứ nhất là sàng
lọc theo địa lý, tức là chỉ tìm kiếm các bản ghi của tội phạm tại một vài địa phƣơng
nào đó. Ý nghĩa của việc giới hạn địa phƣơng là có thể hạn chế tìm trong một vài địa
phƣơng đến nhiều địa phƣơng tùy thuộc mức độ quan trọng của vụ án.
Một cách sàng lọc khác là theo loại tội phạm hay tội danh, chẳng hạn nhƣ dấu vết
từ một vụ trộm cắp thì chỉ nên tìm kiếm trong số tội danh ―trộm‖.

- 17 –

Còn có các cách chọn lọc khác, phụ thuộc vào thông tin cụ thể từ các nhân chứng
hay chứng cứ thu thập đƣợc từ hiện trƣờng. Theo đó, những nghi phạm đang tìm kiếm
có thể đƣợc giới hạn về giới tính, độ tuổi hay nhân dạng đặc điểm cụ thể nào đó.
Tất nhiên, nếu càng giới hạn số lƣợng đối sánh thì khả năng sót lọt tội phạm sẽ
càng cao.
Khi số lƣợng của các bản ghi cần tra tìm đƣợc hạn chế một cách thích hợp bằng
cách sử dụng các sàng lọc nêu trên, các chuyên gia vân tay tiến hành khảo cứu, thẩm
định lần lƣợt từng chỉ bản một để đối sánh với những đặc điểm trên dấu vết tra cứu.
Đây là một công việc tiêu phí thời gian bởi vì chất lƣợng của những dấu vết khả nghi
thƣờng rất thấp và việc so sánh do vậy cũng thực hiện rất khó khăn. Các cơ quan cảnh
sát thƣờng đã lƣu trữ những chỉ bản vân tay 10 ngón của tội phạm trên tàng thƣ căn
cƣớc can phạm địa phƣơng, do đó các nhân viên cảnh sát rất ít khi phải cần đến tàng
thƣ căn cƣớc trung ƣơng để làm công việc này.
Đôi khi có những trƣờng hợp có thể thực hiện đơn giản hơn vì cảnh sát có thể chỉ
quan tâm đến một hay vài đối tƣợng nghi vấn cụ thể. Trong những trƣờng hợp nhƣ thế,
chuyên gia vân tay chỉ phải thực hiện việc xác minh dấu vết trong một số lƣợng nhỏ

các phép đối sánh có thể. Chỉ những trƣờng hợp không đƣa ra đƣợc danh sách đối
tƣợng nghi vấn thì họ mới phải tiến hành hàng trăm thậm chí hàng nghìn phép so sánh
(đối với các vụ án quan trọng). Cách thức tra cứu nhƣ thế thƣờng đƣợc gọi là tra cứu
nguội (cold search). Trong công việc tra tìm và đối sánh, các chuyên gia vân tay
thƣờng không thể sắp xếp danh sách đầu ra theo một trật tự ƣu tiên nào. Chẳng hạn,
trong trụ sở cảnh sát hồ sơ thƣờng đƣợc lƣu trữ, sắp xếp theo thứ tự số hồ sơ tội phạm.
Thứ tự này dĩ nhiên không hề có mối liên quan nào đến tầm quan trọng vụ án.

Dấu vết vân tay hiện
trƣờng
Không phải dấu vết
hiện trƣờng
Tổng số vụ
Số vụ án có thu dấu vết
300.000
46.000
350.000
Tra cứu với đối tƣợng nghi vấn
tại chỗ (nóng)
23.000
9.700
33.000
Tra cứu (nguội)
23.200
4.400
27.000
Bảng 3: Kết quả tra tìm dấu vết vân tay hiện trƣờng năm 1991 tai nƣớc Anh.
Nội dung của Bảng 3 cho ta thấy tỉ lệ thành công của việc tra tìm dấu vết vân tay
hiện trƣờng năm 1991 tại nƣớc Anh. Có trên 1 triệu vụ đƣợc khám nghiệm, trong đó
có khoảng chừng 350.000 vụ có thu đƣợc dấu vết vân tay hiện trƣờng (thƣờng là một

số vụ có nhiều hơn một dấu vết). Có gần 33.000 trƣờng hợp đối sánh thành công đƣợc
thực hiện qua việc tra cứu với đối tƣợng nghi vấn nóng. Và hơn 27.000 vụ đối sánh
thành công bằng phƣơng pháp tra cứu nguội (cold searching).


- 18 –

1.2 HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÂN TAY TỰ ĐỘNG
1.2.1. Mô hình của hệ thống nhận dạng vân tay tự động
Ở nƣớc ta hiện nay, tại hầu hết các địa phƣơng cấp tỉnh, công việc phân loại và tra
cứu vân tay chủ yếu vẫn còn phải thực hiện bằng các phƣơng pháp thẻ phiếu thủ công.
Các chuyên gia phải phân loại, xem xét, so sánh các chỉ bản vân tay bằng mắt thƣờng,
với các dụng cụ nhƣ kính lúp, bút chì, compa, thƣớc kẻ, . Việc tổ chức các bộ thẻ và
tra tìm, đối sánh thủ công nhƣ vậy mất nhiều thời gian và công sức, chỉ thích hợp với
số lƣợng vân tay nhỏ, do đó thƣờng không đạt đƣợc hiệu quả mong muốn.
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, nhiều hệ thống
phần mềm nhận dạng vân tay tự động đã ra đời và trong tƣơng lai gần sẽ là công cụ
chủ yếu cho phép ngƣời sử dụng có thể tra tìm xác minh vân tay nghi vấn trên các hệ
thống cơ sở dữ liệu lớn với thời gian nhanh và độ chính xác cao.
Một hệ thống nhận dạng vân tay tự động thông thƣờng phải có hai chức năng cơ
bản: xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) và tra tìm chỉ bản vân tay. Xây dựng CSDL vân
tay tức là thực hiện các công việc: Thu thập chỉ bản của các đối tƣợng quản lý, quét
chỉ bản, nhập thông tin thuộc tính (số đối tƣợng, họ tên, năm sinh, nơi sịnh, ), phân
loại vân tay theo dạng cơ bản, xử lý trích chọn tự động các đặc điểm chi tiết, lƣu và tổ
chức CSDL. Tra tìm chỉ bản vân tay là xác định xem đối tƣợng có chỉ bản vân tay đó
đã có trong cơ sở dữ liệu hay chƣa, số hồ sơ đối tƣợng đăng ký là bao nhiêu. Khi xây
dựng CSDL vân tay cũng nhƣ khi tra tìm đều đòi hỏi phải phân loại và trích chọn các
điểm đặc trƣng trƣớc khi tiến hành đối sánh.
Sau đây là sơ đồ khối tổng quát của hệ thống nhận dạng vân tay.

Hình 1.18: Sơ đồ khối tổng quát một hệ AFIS
Các khối chức năng trên hình vẽ có ý nghĩa nhƣ sau:

- 19 –

Khối Thu nhận ảnh, nhập thông tin thuộc tính và tiền xử lý: Khối này có ý nghĩa
rất lớn trong mô hình nhận dạng vân tay tự động. Nhiệm vụ của nó là thu nhận vân tay
đăng ký và vân tay cần tra cứu cùng một số thông tin cá nhân liên quan. Ảnh vân tay
thu nhận có chất lƣợng khác nhau, tuỳ thuộc vào cách lấy mẫu vân và tuỳ thuộc vào
tay ngƣời lấy mẫu. Ảnh lấy mẫu trên các máy lăn tay sống chuyên dụng có chất lƣợng
tốt hơn nhiều so với ảnh lăn mực. Nếu tay ƣớt, bẩn thì chất lƣợng ảnh cũng kém hơn là
lấy mẫu với tay khô, sạch. Vì vậy, để xử lý tự động cần phải tiến hành tiền xử lý ảnh,
tức là chuyển ảnh vân tay từ dạng đa cấp xám ban đầu sang một dạng phù hợp, có chất
lƣợng tốt hơn để phục vụ cho giai đoạn trích chọn điểm đặc trƣng.
Khối Phân loại vân tay tự động: Phân loại vân tay tự động là xây dựng thuật toán
phân tích ảnh vân tay để phân chia chúng thành một số dạng cơ bản. Phân loại là bƣớc
lọc thô nhằm phân hoạch các vân tay cần đối sánh, vì hai vân tay thuộc hai loại khác
nhau đƣợc coi là khác nhau, không cần phải đối sánh nữa. Với việc phân loại vân tay,
khâu đối sánh chỉ phải thực hiện trên các vân tay cùng một loại. Điều này làm cho thời
gian tìm kiếm vân tay trên một cơ sở dữ liệu giảm đi rất nhiều.
Khối Trích chọn đặc điểm tự động: Các vân tay phân biệt nhau bởi tổ hợp vị trí
các điểm đặc trƣng. Để phục vụ cho bài toán nhận dạng, cần phải tìm ra đƣợc thuật
toán hiệu quả để tự động trích chọn các điểm đặc trƣng này. Trích chọn đặc trƣng tự
động và đối sánh tự động là hai chức năng cốt lõi nhất của một hệ thống nhận dạng
vân tay tự động. Đối sánh tự động là so sánh tự động hai tập đặc trƣng của vân tay
thay vì phải đối sánh hai ảnh của chúng. Việc đối sánh thƣờng đƣợc tiến hành theo hai
chế độ: Đối sánh 1-1 (đối sánh 2 vân tay với nhau) và 1: n (Tra tìm vân tay trên CSDL
vân tay và lọc ra những vân tay gần giống nhất để đối sánh).
Tổ chức Cơ sở dữ liệu: CSDL của hệ nhân dạng vân tay tự động chứa dữ liệu hình
ảnh về chỉ bản đăng ký vào hệ thống, dữ liệu thuộc tính (số đối tƣợng, họ tên, ngày

sinh, địa phƣơng, ) của đối tƣợng và dữ liệu phân loại vân tay nhƣ dạng cơ bản và
các đặc điểm chi tiết của vân tay. Trong khi tổ chức dữ liệu vân tay, cần phải tiến hành
các kỹ thuật đánh chỉ số theo dạng cơ bản và một số thông tin cơ bản khác có tính phụ
trợ nhƣ địa phƣơng, năm sinh, giới tính, độ tuổi.
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của một hệ nhận dạng vân tay tự động
Các hệ thống nhận dạng vân tay tự động với sự trợ giúp của máy tính đƣợc phổ
biến trên thị trƣờng đƣợc biết đến với nhiều cách gọi khác nhau. Ở nƣớc Anh ngƣời ta
gọi là Hệ thống nhận dạng vân tay tự động: Automatic Fingerprint Recognition (AFR)
và ở trong hầu hết các nƣớc khác đƣợc gọi là Hệ thống đồng nhất vân tay tự động:
Automatic Fingerprint Identification System (AFIS). Tên gọi AFIS đã trở thành phổ
biến để diễn tả hoạt động thật sự của hệ thống. Thực ra, không một cách gọi nào ở trên
là thật sự chính xác, vì nhiều hệ thống hiện nay chủ yếu chỉ đơn giản là một cơ chế

- 20 –

chọn lọc, sắp xếp và tìm kiếm vân tay. Nó chƣa làm đƣợc gì nhiều theo nghĩa nhận
dạng cũng nhƣ chƣa hoàn toàn truy nguyên đồng nhất đƣợc chỉ bản một cách tự động.
Một số tổ chức thƣơng mại đã tung ra thị trƣờng các sản phẩm AFR hay AFIS, và
rất nhiều trong số chúng đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Bộ Công an Việt
Nam cũng đã nhập phần mềm MORPHO AFIS của hãng SAGEM (Pháp) và cũng đã
tự tổ chức phát triển phần mềm C@FRIS để ứng dụng cho các đơn vị và địa phƣơng.
 Nguyên lý hoạt động
Về nguyên tắc chung thì mọi hệ thống nhận dạng vân tay tự động đều phải trích
chọn một lƣợng thông tin hạn chế từ ảnh vân tay, thƣờng gọi là bộ đặc điểm chi tiết
hay bộ mã vân tay (minutiae template). Những bộ đặc điểm này đƣợc lƣu trữ trong cơ
sở dữ liệu máy tính. Khi một chỉ bản mới muốn so sánh với những chỉ bản lƣu trữ, hệ
thống sẽ trích chọn bộ đặc điểm từ chỉ bản yêu cầu và so sánh chúng với các mã của
chỉ bản lƣu trên cơ sở dữ liệu. Kết quả của mỗi lần so sánh cụ thể sẽ đem lại một điểm
số đánh giá sự giống nhau của 2 bộ đặc điểm theo những quy tắc riêng của từng hệ
thống. Khi công việc so sánh đƣợc hoàn tất, các hệ thống thƣờng đƣa ra danh sách các

đối tƣợng sắp xếp theo điểm số giảm dần.
Để việc nhận dạng đạt đƣợc độ tin cậy cần thiết, các chuyên gia vân tay vẫn phải
so sánh, thẩm định lại bằng mắt thƣờng chỉ bản tra cứu với chỉ bản nghi can. Đặc trƣng
quan trọng của việc đối sánh chỉ bản tra cứu với chỉ bản nghi can trên hệ thống AFR là
những chỉ bản nghi can tìm thấy có thể đƣợc xem xét theo một thứ tự ƣu tiên, cụ thể là
theo độ giống với chỉ bản tra cứu. Với phƣơng pháp thủ công truyền thống không có
sự hỗ trợ của máy tính thì việc tìm kiếm theo thứ tự ƣu tiên nhƣ trên là không thể thực
hiện đƣợc.
Nhƣ đã nêu trên, khi một kẻ bị bắt giữ cần đƣợc xác minh danh tính, những nhân
viên vân tay của tàng thƣ căn cƣớc thực hiện hoặc bằng cách thẩm tra thông tin cơ bản
hoặc thông qua việc tra cứu chỉ bản, nghĩa là họ sẽ so sánh chỉ bản nghi vấn với các
chỉ bản lƣu trong hồ sơ. Để giải quyết vụ án, có thể thực hiện ba cách tra cứu khác
nhau. Cách tra cứu dấu vết với chỉ bản (mark-to-print) là cách đã đƣợc mô tả ở trên
trong đó những dấu vết cần tra cứu sẽ đƣợc so sánh với chỉ bản gốc của những can
phạm đã biết. Tuy nhiên, cũng có thể tra tìm chỉ bản của những kẻ mới bị bắt giữ với
bộ những dấu vết đã có, để biết xem ngƣời đó có dính líu vào vụ án nào trong số các
vụ chƣa giải quyết hay không, bằng cách đó có thể làm rõ chúng hơn. Đó là cách tìm
kiếm chỉ bản với dấu vết (print-to-mark). Cuối cùng, có thể tìm kiếm sự liên quan giữa
một số vụ án khác nhau chƣa đƣợc giải quyết, dấu vết từ một vụ án này có thể đem so
sánh với dấu vết của những vụ án khác, đó là cách tìm kiếm dấu vết với dấu vết (mark-
to-mark). Cách tìm kiếm cuối cùng này thƣờng gặp nhiều khó khăn, bởi vì các dấu vết
thƣờng có chất lƣợng thấp nên tỉ lệ thành công thƣờng sẽ không thể cao.

- 21 –

 Tính chính xác
Kể cả một hệ thống AFR tốt nhất cũng không thể luôn đƣa ra đƣợc kết quả đối
sánh ngay ở đầu trong danh sách (giả sử chỉ bản đã có trong CSDL). Trong chế độ tìm
kiếm chỉ bản với chỉ bản (print-to-print) thƣờng có những ảnh chỉ bản đạt chất lƣợng
cao, những chỉ bản đối sánh đƣợc có thể hi vọng sẽ xuất hiện ở vị trí thứ nhất hoặc thứ

hai. Nhƣng trong chế độ tra tìm dấu vết với chỉ bản, chỉ bản kết quả có thể nằm phía
dƣới của danh sách, để kiểm chứng có thể sẽ phải tra cứu hết cả một danh sách dài, do
đó một nhân viên vân tay thƣờng chỉ tìm kiếm một số bản ghi đầu tiên (khoảng 100)
trƣớc khi dừng lại, vì thời gian của họ còn phải dành cho các vụ án tiếp theo.
Một lý do mà hệ thống AFR không thể đạt chính xác hơn là vì chúng chỉ làm việc
với bộ đặc điểm của AFR. Chúng bỏ qua những khối lƣợng thông tin khổng lồ khác,
nhất là các hình dạng chi tiết, sự sắp xếp của các đƣờng vân, độ dày mỏng của đƣờng
nét, các lỗ chân lông và các đặc điểm khác. Chúng chỉ sử dụng dữ liệu về vị trí tƣơng
đối của các điểm đặc trƣng nhƣ các điểm rẽ nhánh và các điểm cụt.
Một lý do quan trọng khác nữa là những bộ đặc điểm vân tay thu đƣợc không hoàn
toàn chính xác. Nói chung, các hệ thống AFR ít chú ý đến việc xác định độ tin cậy của
từng bộ mã cụ thể cũng nhƣ không tính đến sự khác nhau của các bộ mã – chúng chỉ
quan tâm sự đến độ giống nhau. Các phép toán trích chọn bộ đặc điểm thƣờng rất nhạy
cảm với chất lƣợng của ảnh gốc và độ chiếu sáng khi thu nhận cũng nhƣ dễ bỏ qua
những đặc điểm có tính xác thực cao hay các lỗi khi trích chọn. Vì vậy trong nhiều
trƣờng hợp, nhất là trong việc tra cứu dấu vết hiện trƣờng, thƣờng gặp một số đặc
trƣng đƣờng vân của chỉ bản tra cứu khác xa với chỉ bản tra cứu.
 Mã hóa
Mặc dù nhiều hệ thống hiện nay thực hiện công việc này theo nhiều cách khác
nhau nhƣng ít nhiều vẫn giống nhau về nguyên lý .
Bƣớc cơ bản đầu tiên là làm thế nào để số hóa vân tay. Ảnh vân tay ta nhìn thấy
đƣợc một cách dễ dàng là không thể sử dụng trực tiếp cho máy tính - một thiết bị chỉ
biết làm việc với các con số. Vì vậy, các ảnh đƣợc thu nhận bằng TV camera, sau đó
toàn vùng ảnh đƣợc chia thành lƣới ô vuông nhỏ. Tiêu chuẩn chung hiện nay là sử
dụng 500 ô cho mỗi inch. Nhƣ vậy 1 inch vuông của ảnh sẽ đƣợc chia thành 500 x
500 hay 250.000 ô. Mỗi ô nhỏ này thì đƣợc gọi là 1 phần tử của ảnh (pixel) hay nói
cách tổng quát hơn là 1 điểm ảnh. Trong ví dụ ở trên độ phân giải sẽ là 500 điểm trên 1
inch. Hiển nhiên là độ phân giải càng cao thì số chi tiết thể hiện hay đƣợc ghi lại càng
ít.
Cần lƣu ý rằng ảnh vân tay không đơn giản là ảnh của các đƣờng hai màu đen và

trắng. Bởi có sự khác biệt của những lần ấn ngón tay tẩm mực lên giấy cũng nhƣ chính
cấu trúc và màu sắc của mực và giấy, nên một ảnh vân tay gốc sẽ chứa nhiều cấp độ

- 22 –

xám khác nhau. Và dĩ nhiên là những dấu vết của hiện trƣờng vụ án cũng thậm chí
không hoàn toàn rõ ràng đen, trắng.
Nhƣ vậy việc số hóa sẽ phải đo cả cấp độ xám của mỗi điểm ảnh và gán cho chúng
một con số. Những điểm đen sẽ gán giá trị 0, còn vùng hoàn toàn trắng có giá trị 255.
Còn những mức độ xám khác nhau sẽ đƣợc gán bằng những con số trong khoảng giữa
2 giá trị trên. Nói một cách khác, một điểm ảnh vân tay sẽ có giá trị từ 0 đến 255.
 Cải thiện và làm sạch ảnh
Trƣớc khi trích chọn đƣợc các đặc điểm của đƣờng vân, ảnh vân tay phải đƣợc
làm sạch. Và một phần của quá trình này là chuyển đổi chúng về ảnh nhị phân hay ảnh
đen trắng, tức là một hình thức lý tƣởng hóa, không có trong thực tế. Với một số lý do
nào đó, chủ yếu liên quan đến cƣờng độ chiếu sáng khác nhau trên ảnh khi thu nhận,
việc chuyển đổi này sẽ không đơn giản là coi những điểm có giá trị trên một ngƣỡng
nào đó (ngƣỡng toàn phần) là trắng còn các điểm khác là đen. Một thủ tục khá dài và
phức tạp thực hiện nhƣ sau.
Ảnh vân tay một lần nữa đƣợc chia thành các khối hình vuông, nhƣng lần này là
các khối lớn hơn, khoảng 20 khối trên một inch của ảnh. Chƣơng trình mã hóa sẽ ƣớc
lƣợng hƣớng trung bình của phần đƣờng vân trong mỗi khối, và bỏ trắng nếu hƣớng
không xác định đƣợc. Một quy trình khác sẽ kiểm tra hƣớng của tất cả các đƣờng vân
này, và sẽ loại bỏ hoặc sửa đổi những chi tiết vụn vặt, dựa theo đƣờng chạy của đƣờng
vân thực.
Chƣơng trình mã hóa kiểm tra sơ đồ các hƣớng đƣờng vân, và ảnh số vân tay gốc,
cũng nhƣ các thông tin thu đƣợc khác để xóa bỏ các vết đứt trên đƣờng vân (chẳng hạn
nhƣ một vết sẹo dài) hay các nhiễu nhìn thấy đƣợc. Với các thao tác xử lý nhƣ vậy, ta
có thể đƣa ra một ảnh vân tay nhị phân đã đƣợc làm sạch.
/

/
/
|
\
\
\
\
/
/
/
—
\
\
\
\
/
/
/
—
—
—
\
\
/
/
/
—
—
\
\

\
⁄
⁄
—
—
|
\
\
\
⁄
—
—
⁄
⁄
\
\
\
⁄
—
⁄
⁄
\
\
\
\
⁄
—
⁄
⁄
\

\
\
\

- 23 –

Sau đây là thí dụ về kết quả cải thiện ảnh và chuyển đổi sang dạng nhị phân:

Hình 1.19: Kết quả xử lý biến đổi nhị phân hóa từ ảnh vân tay đa cấp xám (bên trái)
để đạt đƣợc ảnh vân tay nhị phân (bên phải)
 Định vị các đặc điểm chi tiết
Bộ mã hóa sau đó đƣợc dùng để kiểm tra độ trơn của các đƣờng vân và định vị
những điểm rẽ nhánh hoặc kết thúc. Hệ thống vẽ, đánh dấu các đặc điểm của những
đƣờng vân này trên một sơ đồ, có chú giải hƣớng của các đƣờng vân liên thuộc và đo
khoảng cách giữa các đặc điểm chi tiết tới điểm chuẩn (tâm điểm). Chƣơng trình mã
hóa khi bắt đầu xây dựng sơ đồ đặc điểm đƣợc thực hiện một cách tự nhiên song ở
công đoạn sau cần xem xét lại và nếu thấy nghi ngờ thì sẵn sàng bỏ qua.











Công đoạn cuối cùng là xem xét lại từng đặc điểm, bắt đầu từ trái sang phải của
ảnh vân tay, ghép chúng với năm điểm láng giềng gần nhất bên phải và tạo thành các

nhóm điểm đặc trƣng. Đặc điểm đầu tiên của nhóm đƣợc gọi là điểm sơ cấp còn năm
điểm láng giềng liên đới đƣợc gọi là điểm thứ cấp (trong sơ đồ ở đây mỗi điểm sơ cấp
đƣợc ghép với chỉ ba điểm thứ cấp, để làm cho sơ đồ đỡ phức tạp). Những điểm thứ
1 nhóm gồm 1 điểm sơ cấp và 3 điểm thứ cấp

- 24 –

cấp của tất cả các nhóm trừ những điểm mà ở cạnh phía bên phải của dấu vân tay thì
bản thân chúng lại là những điểm sơ cấp của các nhóm tiếp theo. Kết quả của việc
phân nhóm này là tạo thành một mạng lƣới liên kết các đặc điểm và tạo thành các
đƣờng kết nối.
Đó chính là các bộ mã vân tay của hệ thống AFR, đã nói ở trên, nó bao gồm vị trí
và loại các đặc điểm (điểm kết thúc hoặc điểm rẽ nhánh), độ nghiêng lệch của các đặc
điểm cùng với số đếm vân mà mỗi đƣờng kết nối đi qua.
Sau khi kết thúc quá trình mã hóa, bộ mã sẽ đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu và
ảnh gốc có thể tạm thời loại bỏ. Thƣờng không có cách nào có thể khôi phục lại ảnh
gốc từ bộ mã của AFR nên hầu hết các hệ thống của AFR lƣu trữ ảnh trong một bộ hồ
sơ khác, để các nhân viên vân tay có thể tìm kiếm khi cần chẳng hạn để đối chiếu chỉ
bản so sánh với chỉ bản các đối tƣợng trong danh sách kết quả tra cứu.
 Đối sánh
Thủ tục đối thƣờng rất phức tạp; chƣơng trình máy tính phải tiến hành rất nhiều
vòng lặp, cái nọ lồng trong cái kia. Rất khó để hiểu rõ các thủ tục này. Sau đây là một
phần của thủ tục đối sánh đƣợc thƣờng đƣợc thực hiện.
Khảo sát ban đầu
Ta hãy xét một phép so sánh một mẫu đang cần tra cứu với mẫu khả nghi nhất đã
có sẵn trong CSDL. Bƣớc đầu tiên là so sánh từng đặc điểm trên mẫu cần kiểm tra với
mỗi đặc điểm của mẫu khả nghi, coi chúng nhƣ các đối tƣợng so sánh riêng biệt, hay
nói cách khác ta lờ đi các mối liên kết giữa chúng với nhau. Nếu điểm trên mẫu khả
nghi ở cùng vị trí so với tâm giống nhƣ điểm ở trên mẫu đang cần kiểm tra thì điểm
trên mẫu khả nghi sẽ đƣợc ghi nhận nhƣ là một trƣờng hợp đối sánh có khả năng nhất.

Thông thƣờng có rất nhiều trƣờng hợp nhƣ vậy nhƣng hệ thống chỉ ghi nhận sáu điểm
trên mẫu khả nghi giống nhất tƣơng ứng với sáu điểm trên mẫu đang cần kiểm tra.
Nếu có tồn tại các điểm đặc trƣng trên hai mẫu kiểm tra đƣợc xác định là hoàn
toàn khác nhau ngay cả sau khi đã mở rộng dung sai, bộ đối sánh sẽ quyết định hai
mẫu vân này không có khả năng sánh đƣợc với nhau và sẽ không tiếp tục xử lý nữa.