Bilgisayar destekli parmak izi tanıma sistemi tasarımı
Computer-aided fingerprint recognition system
Yazar: ÖZNUR SİNEM SÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. A. HALİM ZAİM
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Günümüzde; kimlik sahtekarlığındaki artış, geleneksel bilgi ve andaç tabanlı kimlik tespiti sistemlerinin kimlik belirlemede yetersiz kaldığını işaret etmektedir. Bu nedenle, kimlik belirleme uygulamalarında biyometrik teknolojinin kullanılmasının gerekliliği önem kazanmaktadır. İnsanların uzun yıllardır birbirlerini tanımak için kullandığı yüz, duruş, yürüyüş, ses ve ayırt ediciliği ispatlanmış parmak izi, el geometrisi gibi biyometrik belirleyiciler için bilgisayar yardımıyla tanıma programları oluşturulması ihtiyaç haline gelmiştir.Parmak izi, ayırt ediciliği belirlendikten sonra kimlik belirleme işlemlerinde kullanılan başlıca biyometrik belirleyicilerden olmuştur. Parmak izi kullanan biyometrik uygulamaların düşük maliyetli olması ve başarılı sonuçlar vermesi sayesinde parmak izinin ticari uygulamalardaki kullanımı yaygınlaştırmıştır. Bundan dolayı, parmak izi tanıma sistemleri diğer biyometrik tanıma sistemleri arasında en çok kullanılan kimlik belirleme yöntemleridir. Günümüzde, parmak izi tanıma sistemleri suçluların tespitinde, çeşitli firmaların personel tanıma sistemlerinde, kişisel bilgisayar, cep telefonu gibi aygıtlarda ve bazı otomobillerde kullanılmaktadır. Bu geniş uygulama alanı sebebiyle, farklı tanıma uygulamaları için uygun protokollerin tasarlanması ve mevcut yaklaşımların geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır.Parmak izi tanıma konusu temelde bir örüntü tanıma işlemidir. Parmak izinden çıkartılan çeşitli özellikler karşılaştırılarak tanıma işlemi yapılmaktadır. Ancak parmak izi tanıma, aynı parmağa ait değişik izlerin çok fazla değişim gösterebilmesinden dolayı oldukça zor ve karmaşık bir süreç olmaktadır. Bu değişimler; parmak izi şekillerinin tarayıcılar yardımıyla bilgisayar ortamına aktarılması esnasında, tarayıcı yüzeyinin farklı alanlarının kullanılması, tarayıcı yüzeyine göre parmak izinin yaptığı dönme açısı, parmağın elastikiyetinden kaynaklanan doğrusal olmayan bozulmalar meydana gelmesi gibi etmenlerden ve düşük kaliteli tarayıcılardan veya parmak derisinin durumundan dolayı oluşan gürültülü parmak izi resimlerinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, parmak izi tanıma sistemlerinde kullanılacak algoritmaların bu değişimleri tolere edecek düzeyde esnek olmaları gerekmektedir.Bu tezde, öncelikle ilinti tabanlı, hat özelliği tabanlı ve ayrıntı tabanlı parmak izi tanıma yöntemleri incelenmiştir. Ayrıntı tabanlı parmak izi tanıma yönteminde kullanılan işlemler ayrı başlıklar halinde, literatürdeki çalışmalardan örneklerle detaylandırılarak irdelenmiştir. Daha sonra, bu işlemleri kapsayan ayrıntı tabanlı parmak izi tanıma sistemi gerçeklenmiştir. Buna göre; bazı işlemlerin ve düşük kaliteli parmak izi resimlerinin sistem performansına olan etkisi iki farklı parmak izi veritabanı kullanılarak analiz edilmiş ve elde edilen sonuçlar sunulmuştur.Sonuçta, pekiştirme ve ayrıntıların elenmesi işlemlerinin tanıma oranını büyük ölçüde arttırdığı gösterilmiştir. Düşük kaliteli bazı parmak izi resimlerinin ayrıntı tabanlı parmak izi tanıma sistemlerinin performansını olumsuz yönde etkileyebileceği görülmüştür. Buna rağmen, geliştirilen ayrıntı tabanlı parmak izi tanıma sisteminde yaklaşık %90'lık doğru tanıma oranı elde edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, the increase in identity fraud shows that the traditional knowledge and token-based identity determination systems are inadequate. For this reason, the use of biometric technology in identity determination became more important. It has become a necessity to implement computer-aided recognition software for biometric characteristics that have been used by people for years to recognize each other; such as face, standing, walking, voice, and that have been proven to be distinctive; such as fingerprint and hand geometry.Fingerprint, after its distinctiveness had been determined, became one of the main biometric characteristics used for identity recognition. Being low cost and successful, the use of fingerprint recognition in commercial applications became widespread. For this reason, fingerprint recognition systems are the most widely used biometric recognition systems. Today, fingerprint recognition systems are used in determination of criminal?s identities, in personnel recognition systems of various firms, in devices like personal computers and cellular phones, and in some automobiles. Due to this wide application area, it is necessary to design suitable protocols for different recognition applications and to improve the current approaches.The subject of fingerprint recognition is basically a pattern recognition process. Recognition is performed by using various characteristics extracted from the fingerprints. However, fingerprint recognition is a difficult and complicated process due to the fact that different fingerprints of the same finger can change considerably. These changes occur during the transfer of the fingerprint shapes into computer media using scanners; and stem from the use of different areas of the scanner surface, different angle of rotations of the fingerprint with respect to the scanner surface, nonlinear distortions due to the elasticity of the finger, and noisy fingerprint scans due to low quality scanners or the condition of the finger skin. Hence, algorithms used in fingerprint recognition systems should be flexible enough to tolerate these variations.In this thesis, first correlation-based, ridge feature-based and minutiae-based fingerprint recognition methods are investigated. The processes that are used in the minutiae-based fingerprint recognition method are examined under separate titles and detailed using examples from the literature. Then, a minutiae-based fingerprint recognition system including these processes is implemented. Accordingly, the effects of some processes and low quality fingerprint images on system performance are analyzed using two different fingerprint databases and the results are presented.As a result, it is shown that the recognition rate is greatly improved by enhancement and elimination of false minutiae processes. Some low quality fingerprint images are observed to have negative effects on the performances of minutiae-based fingerprint recognition systems. Yet, about 90% recognition accuracy is obtained from the developed fingerprint recognition system.