Disseny de hardware específic per a l'extracció de característiques i comparació d'empremtes dactilars.

Resum

El mètode didentificació mitjançant empremta dactilar és un dels més fiables que es coneixen i un seriós candidat a ser incorporat a les activitats diàries. En els darrers anys la biometria dempremta dactilar sha anat acostant al gran públic i ja no és estranya la utilització de sistemes automàtics de verificació dactilar per a laccés a certes instal·lacions. El mercat es dirigeix cap a un tipus de targetes personals que integren un sensor dempremta dactilar junt a un dispositiu en el que es facin totes les etapes de lalgorisme biomètric. Dins daquest context, la tesi busca la integració de sistemes biomètrics y targetes intel·ligents amb lobjectiu dimplementar un embedded security system capaç devitar possibles usos fraudulents mitjançant la verificació de la identitat del titular a partir de la utilització de la biometria dempremta dactilar. Tradicionalment, els algorismes utilitzats per a fer lextracció de característiques dempremtes dactilars es basen en la successiva aplicació de complexes funcions de processat dimatge. El desenvolupament daquests algorismes es fa pensant en la correcta extracció de les característiques, però fins ara no sha pensat en una optimització del cost o de la portabilitat; els sistemes shan desenvolupat sobre una plataforma amb un ordenador personal, o utilitzant un microprocessador delevades prestacions (i cost), o fins i tot fent servir un processador digital de senyal (DSP) específic. En el marc daquesta tesi sha desenvolupat un algorisme per a lextracció de les característiques físiques de les empremtes dactilars; el processat, que es fa directament sobre la imatge de lempremta en escala de grisos, no precisa de multiplicadors ni divisors, ni realitza operacions en coma flotant. Com que la correcta estimació de les direccions de les línies de lempremta acostuma a ser la part més crítica, i computacionalment més costosa, dels algorismes dextracció de característiques, també sha dissenyat un algorisme específic per a dur a terme aquesta operació. Amb la finalitat dobtenir un sistema dextracció en temps real apte per a ser implementat en microprocessadors de baix cost, sha fet el codisseny dun sistema hardware software. Així, shan implementat els coprocessadors corresponents a la realització per hardware tant dels algorismes destimació de direcció com de la resta de i tasques crítiques; aquestes shan identificat analitzant el perfil dexecució dels algorismes dissenyats. El mètode destimació de la direcció que sha dissenyat incorpora una novadora optimització de càlcul, que sadapta a les necessitats específiques de precisió i evita la realització doperacions dalt cost computacional. A la orientació calculada se li associa un valor numèric, indicatiu de la fiabilitat de lestimació, que facilitarà la realització duna fase prèvia de segmentació de lempremta, un punt important en el procés dextracció, i que, habitualment, sha estudiat de forma separada al procés dextracció. Totes aquestes modificacions ens permetran fer un dispositiu electrònic (hardware + software) de dimensions petites, baix cost i alta qualitat en els resultats, tenint-se així la possibilitat dutilitzar la identificació o lautentificació dempremtes dactilars en nous camps daplicació. ii Resumen El método de identificación mediante huella dactilar es uno de los más fiables que se conocen y un serio candidato a ser incorporado a la vida cotidiana. En los últimos años la biometría de huella dactilar se ha ido acercando al gran público y ya no es extraña la utilización de sistemas automáticos de verificación dactilar para el acceso a algunas instalaciones. El mercado se encamina hacia un tipo de tarjetas personales que integren un sensor de huella dactilar junto a un dispositivo en el que se lleven a cabo todos los pasos del algoritmo biométrico. Dentro de este contexto, la tesis persigue la integración de sistemas biométricos y tarjetas inteligentes con el objetivo de implementar un embedded security system capaz de evitar posibles usos fraudulentos mediante la verificación de la identidad del titular a partir de la utilización de la biometría de huella dactilar. Tradicionalmente, los algoritmos utilizados para realizar la extracción de características de huellas dactilares se basan en la sucesiva aplicación de complicadas funciones de procesado de imagen. El desarrollo de estos algoritmos se realiza pensando en la correcta extracción de las características, pero hasta la fecha no se ha pensado en una optimización del coste o de la portabilidad; los sistemas se han desarrollado sobre una plataforma con un ordenador personal, o empleando un microprocesador de altas prestaciones (y coste), cuando no un procesador digital de señal (DSP) específico. En el marco de esta tesis se ha desarrollado un algoritmo para la extracción de las características físicas de las huellas dactilares; el procesado, que se realiza directamente sobre la imagen de la huella en escala de grises, no precisa de productos ni divisiones ni operaciones en coma flotante. Puesto que la correcta estimación de las direcciones de las líneas de la huella suele ser la parte más crítica, y computacionalmente más costosa, de los algoritmos de extracción de características, también se ha desarrollado un algoritmo específico para realizar esta operación. Con objeto de disponer de un sistema de extracción en tiempo real apto para ser implementado en microprocesadores de bajo coste, se ha realizado el codiseño de un sistema hardware software. Así, se han implementado los coprocesadores correspondientes a la realización mediante hardware de los algoritmos de estimación de iii dirección así como del resto de tareas críticas; éstas se han identificado analizando el perfil de ejecución de los algoritmos diseñados. El método de estimación de la dirección diseñado incorpora una novedosa optimización de cálculo, que se adapta a las necesidades específicas de precisión y evita la realización de operaciones de elevado coste computacional. A la orientación calculada se le asocia un valor numérico, indicativo de la fiabilidad en la estimación, que va a facilitar la realización de una fase previa de segmentación de la huella, un punto importante en el proceso de extracción, y que, habitualmente, se ha venido estudiando de forma separada al proceso de extracción. Todas estas modificaciones nos permitirán realizar un dispositivo electrónico (hardware + software) de pequeñas dimensiones, bajo coste y alta calidad en los resultados, obteniendo así la posibilidad de la utilización de la identificación o autentificación de huellas dactilares en nuevos campos de aplicación. iv