Proposição de um algoritmo para identificação biométrica de pessoas baseado nos padrões de veias das mãos.

• Main Author: Janes, Ricardo
• Other Authors: Brandão Junior, Augusto Ferreira
• Format: Others
• Language: pt
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2015
• Subjects: Artificial intelligence; Biometria; Biometry; Data mining; Image processing; Inteligência artificial; Mineração de dados; Neural networks; Processamento de imagens; Redes neurais
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3143/tde-20072016-082931/

Esta tese tem por finalidade apresentar o desenvolvimento de um sistema biométrico de baixo custo, capaz de identificar pessoas pela análise dos padrões de veias das mãos com obtenção de imagens no espectro infravermelho próximo. O sistema foi montado fisicamente através da construção de um protótipo e então foram aquisitadas e armazenadas 520 imagens da parte dorsal da mão direita de 52 diferentes usuários, após isto foi realizada a extração de uma região de interesse definida pela maior porção quadrada da parte dorsal da mão. Em seguida foram aplicados três diferentes métodos de equalização e suavização da imagem na fase de pré-processamento, para posterior extração das características das veias com a utilização da transformada de Curvelet na função \"wrapping\" e aplicação do algoritmo Padrão Binário Local (LBP) para a digitalização do conteúdo extraído. No próximo passo, uma análise de identificação foi realizada usando cinco diferentes métodos de classificação. Em primeiro lugar, foi utilizado um classificador probabilístico Naive Bayes, em seguida um classificador baseado em aprendizagem por regressão linear Kernel Nearest Neighbor (K-NN), ainda foram aplicados dois algoritmos baseados em árvores de decisão C4.5 e Random Forest e finalmente um algoritmo baseado em redes neurais artificiais Multilayer Perceptron. Os classificadores foram testados utilizando o método de validação cruzada, e as informações foram separadas por 10 folds sendo que 10% dos dados foram utilizados para treino e 90% dos dados foram utilizados para teste. Com os mesmos dados resultantes da fase de pré-processamento, dois algoritmos foram aplicados para seleção de características, sendo o primeiro baseado na correlação da função de seleção de recursos e o segundo na seleção de atributos pelo conceito da entropia dos dados. Os resultados provam que o método de equalização de histograma adaptativa por limite de contraste na fase de pré-processamento apresentou os melhores resultados. Quanto aos classificadores, os melhores resultados foram obtidos com o uso da rede neural artificial proposta e as taxas de falsa aceitação (FAR) e falsa rejeição (FRR) obtidas após o processamento foram estimadas em 0,038 e 0,003 respectivamente. Foram realizados ainda testes com a quantidade mínima de imagens necessárias para identificação de pessoas e chegou-se ao valor de cinco imagens por usuário. Finalmente a avaliação da permanência do sistema biométrico foi realizada através da análise de imagens capturadas após um ano da primeira análise e os resultados mostram que o sistema é robusto, apesar das imagens conterem pequenas alterações, proporcionais às variações do índice de massa corporal dos usuários. === The system has been assembled as a prototype then were acquired and storaged 520 images from the dorsal side of the right hand of 52 different users, and then is accomplished an extracting of a region of interest defined by the largest square portion of the dorsal hand. Then a pre-processing of image has been applied using three different methods of image equalization and smoothing for later extraction of the veins characteristics using the Curvelet Transform in \"wrapping\" function and application of the Local Binary Pattern algorithm (LBP) for scanning the extracted content. On the next step, an identification analysis has been performed using five different classification methods. First, a probabilistic Naive Bayes classifier was used, second a classifier based on linear regression called Kernel Nearest Neighbor (K-NN) was applied, third and fourth two algorithms based on decision trees, C4.5 and Random Forest were tested, and finally an algorithm based on artificial neural networks Multilayer Perceptron was performed. The classifiers have been tested using the cross-validation method, and the information was separated by 10 folds wherein 10% of the data were used for training and 90% of the data were used for testing. From the same data resulted of the pre-processing step, two algorithms have been applied for selection features, the first based on the correlation based feature selection and the second in selecting attributes based to the concept of entropy data. The results proof that the equalization method by contrast limited adaptive histogram equalization, in the pre-processing stage, shown the best results. From the application of classifiers, the best result was achieved by using the artificial neural network proposal and the false acceptance rate (FAR) and false rejection rate (FRR) found through the processing were estimated in 0.038 and 0.003 respectively. Tests were also performed to assess the minimum amount of images needed to identify people and as result five images per user were found as the ideal number. Finally, the assessment of the biometric system permanence was performed using acquired images after a year of the first analysis and the results shown that the system is robust, even that the pictures contain minor changes proportional to index variations of body mass of users.