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https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8353| Title: | Дослідження автоматизованої системи контролю доступу на основі біометрії відбитків пальців |
| Authors: | Трембовецька, Руслана Володимирівна Батеха, Роман Ігоревич |
| Keywords: | біометрична ідентифікація;відбиток пальця;система контролю доступу;алгоритми порівняння біометричних даних;точність роботи системи;зчитування папілярних ліній |
| Issue Date: | 15-Dec-2025 |
| Abstract: | У роботі досліджено існуючі біометричні системи та алгоритми зчитування і порівняння відбитків пальців з метою підвищення точності системи контролю та управління доступом. The work investigates existing biometric systems and fingerprint acquisition and matching algorithms in order to improve the accuracy of an access control and management system. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8353 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Робототехнічні системи та автоматизація) |
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Detection), ' ,
.
:
• : 508 dpi ( ).
• : USB 1.1 (
).
• : 6 / .
• : 16 × 24 .
2.4.3. (USB-RS485)
( )
.
COM- , .
2.5 — USB-RS485
:
• : ( 9600 115200 / ).
• : ' 1500 , USB-
' RS-485.
• : ( , , ).
2.4.4. ( )
,
( , , ).
44
RS-485,
.
2.6 —
:
• / : 2 , 2 («
») .
• : 4-
.
• : 12 ( 150 ).
2.4.5. (WorkTime)
( ) ,
,
.
45
2.7 — WorkTime
:
• : ,
.
• :
' ( ).
• :
/ .
WorkTime
,
. :
• ( -13).
• ( , ).
• .
• Microsoft Excel
.
46
2.5.
.
Wiegand ( 26
40 ), .
:
1. :
Wiegand
.
o :
( )
,
.
o :
, ( ,
, ), .
2. :
Wiegand
RFID- .
:
o 1- :
.
o : -
.
o :
( + PIN- + ).
47
2.8 —
3. :
/
(" , ").
, BioSmart ZKSoftware.
(All-in-One).
2.9 —
48
, :
• :
12 .
,
( )
.
• :
, (
), .
2.6. (
)
.
( ),
.
, ,
.
1.
, :
1. ( ): .
2. ( ): ( ,
, ).
3. ( ): ,
.
2.
.
, A,
49
aij i j.
:
aij = 1 (2.1)
a ji
( 2.2).
2.2
1
3
5 ,
7
9
2, 4, 6,
8
( . 2.10)
.
2.10 —
50
( 2):
2.3
( )
1 ( 1) 2 ( 2) 3 ( 3)
1 1 3 7
2 1/3 1 3
3 1/7 1/3 1
( )
.
2.4
1
1 1 2 3
. 1 1 ... ...
. 2 ... 1 ...
. 3 ... ... 1
, ,
.
MPRIORITY 1.0,
.
2
( ).
:
51
1. . ,
( , ,
)
.
(500 dpi),
(Liveness Detection),
.
2. .
,
, —
( ). ,
,
.
3. . ,
:
' .
(Wiegand, RS-485, Ethernet)
.
4. .
( ) .
(FAR/FRR), ,
.
MPRIORITY 1.0
' .
—
,
.
52
3
3.1.
.
(
) " "
,
.
, (ridges)
(valleys), ,
.
3.1.1. :
.
: .
:
( ) '
. , ,
— . 7-
( ).
:
1. ( 1)
53
,
. " "
.
3.1.
3.1 — : (a, b) —
( , ); (c, d) — ( , ); (e, h) — ( ,
); (f) —
2. ( 2)
, . (
. minutiae — ) — ,
. 70 .
:
• (Ending): .
• (Bifurcation): .
• : .
• : ' .
:
54
{x, y,θ ,type}, (x, y) — , theta — , type —
.
. 3.2. :(a) - ; (b) -
( );(c) - ; (d) - ; (e) –
55
3.1.2. :
, .
1. (Authentication, 1:1).
: " , ?"
, '
ID. — ( / ) .
2. (Recognition, 1:N).
: " ?"
.
(brute-force) ,
.
o : " ",
" ", " " " ".
o :
( ), ( ) — .
3.1.3.
( )
.
, .
:
• I — , I (i, j) —
( 0 255).
• W (u,v,n) — ( ) (u,v) ,
· { (i, j ) : i − u < n, j − v < n}
• P(i, j) = ((i − u),( j − v)) — .
• d (i, j) = P(i, j)/ | P(i, j) | — .
1:
56
:
, , ( ).
1.
.
W.
S1 S2:
S1 = g1(u,v,i, j); S2 = g2 (u,v,i, j) (3.1)
(i , j )∈W (i, j )∈W
g1 g2
(u,v) T 1:
( g2 , dx ).
$D(u, v)$
2:
S1 / | S1 |, | S1 |>| S |
D(u,v) = 2 (3.2)
S2 / | S2 |, | S2 |>| S1 |
( 5 ),
3.
2. (Enhancement)
$D$,
.
, (
$\alpha$ ) 4:
I (u,v) = S(u,v) , S(u,v) = I (i, j)⋅ | sinα | (3.3)
Q(u,v) (i , j )∈W
3. (Thresholding)
- ( ),
(0), — (255).
57
,
α 5:
0(÷ ), S(u,v) / Q(u,v) > 0
I (u,v) = (3.4)
255( ), S(u,v) / Q(u,v) ≤ 0
4. (Thinning)
— 1
. , " ' " ,
( ).
S (u,v) = I (i, j) ⋅ cosα :
(i , j )∈W
, ( ).
2: -
, " " .
1. ROI
( , ) " "
( ). ,
. (Region
of Interest, ROI) — .
3.5 — :
58
2.
"
" ( ).
( , ).
3.6 — : (a)
, (b)
3.
( ). , —
, — .
3.7 — : (a) ,
(b)
59
4. (Post-processing)
,
( ). ,
:
• (Bridges): ' ( -
).
• (Spurs): , .
• : ' ,
.
3.8 — , : (a)
, (b) , (c) , (d)
3.1.4.
—
.
(Feature Extraction)
60
. W (u,v,n)
n × n ( 3×3 ). :
• ( )
, « ».
• , « »
( ) 1.
M ( p) .
( ).
:
1. : ,
( T). ,
2.
2. : ,
D(u,v) ( ).
3. : ,
, 4.
(Minutiae Matching)
( E M)
.
,
(alignment), :
1. :
.
2. ( ):
M E TR .
3. ( ):
α , .
61
3.9 — :
K ,
:
K = S ⋅100% (3.5)
min( p,q)
S — , p q —
M E .
,
Td Tα .
(Decision Threshold) 65% 7.
« » (1:N)
. ,
( , « »,
« », « »).
:
• K- (K-NN).
• .
• (HMM).
• .
62
3.1.5.
, .
1. (Correlation-based)
.
• : (
" " ).
• :
.
9.
2. (Minutiae-based)
.
.
• : , .
• : (
300-500 dpi) 10.
3.10 —
3. (Pattern-based / Ridge Feature)
63
, .
,
( δ , λ , θ ).
• : ,
.
• : .
, .
•
3.11 —
3.12 —
64
3
.
:
1. . ,
. ( , ,
)
, " ". (
— ) .
,
.
2. . ,
. " "
,
. ,
,
( 1 ).
, .
3. .
( , ) ,
(Minutiae-based matching) .
,
,
.
4. . ,
( ,
, ).
(alignment),
65
.
,
,
.
66
4
4.1.
G |G| = x. y
X = 0,1 … , x 1 Y = 0 ,1 , … , y 1 (4.1)
b - ; .
[1, 2, 6],
. , l- k-
F( )
0,1 … , x 2 1 Y = 0,1, … ,(yx,xy)y S( )(x, y)
1 X × Y , k<h h - ; X =
.
(u, v) X × Y S (x, y)
:
(4.2)
(u, v) X × Y S (x, y)
:
(4.3)
67
h- :
a (4.4)
- , a.
F F
, k<h.
, [2].
S (x, y) . S (x, y) =
( , ) .
,
- ' [1, 6].
,
( ) .
( )
( , , , ) ( ,. , , ) ( , , ,
, ) ,
h- ( , , ) '
.
(x, y) X × Y ( , ) X × Y (4.6)
– ; – ; w -
; = 1 … ; = … 1 1 … ; - ;
- ( , ) ( , ) a. ,
,
68
(4.7)
. 4.1.
.
, .
:
M - , , | | = ; (4.8)
i -
; -
. -
' :
- ;
69
- ;
- ;
- ;
- .
4.2.
[8],
( ) =. ( )( , )
( . 4.1). , ,
, -
( . 4.1).
4.2.1.
,
.
.
S (x, y) (1)
( ) = 3 (8 × 8) 0 ( )( , ) < 180
(4.9)
70
(4.10)
S (x, y) (u, v) X × Y (1)
(4.11)
[6]
S (x, y)
[6],
= 3 (4.12)
(x, y) X × Y . (7)
(4.13)
71
,
- [6]. (8) ( )
:
(4.14)
( , ) ( )( , ) ( (
, )(, 1,) ) - (8) (6)
(4). . 4.2
.
4.2.2.
,
. = 3
.
. 4.2.
72
.
.
1. =
n , w ,
( , ) = [8
(]. , , , ) ( , )
0,1 (3), ( , ) ( , ) ( , ),
(, …, ,) ; ×= 2 + 1. ( , ) (
k )( )
. ,
( , , ) × ,
w .
( , ) , ) X × (4.15)
( , ) Y (2)
. 4.4.
73
. 4.5.
(4.16)
(4.17)
(4.18)
w +1 -
,
( ) = ( )( , ) 0,1, … , .
(4.19)
= 3 ,
. . 4.4
. (11)
(10),
. 4.5. = 3
64 . , (11) ,
74
.
. 4.5 9.
« » , .
, ( )( , ) ,
( ) .
.
. , 500
dpi 4 ( )( , ) 17.
, ( )
( ) =( , () )=( 0, .
( ) = ( ) ) , = 0
( :) ( , ) 0 . j .
:
= ( ) ( , ) > (4.20)
( , ) ( , , 1) , 0;
– (4); = 1 - .
( )( , ) 0
n, n>3,
(12). 2 - 3.
, n , ( ).
, ,
.
. 4.6.
, .
75
4.2.3.
( .) = ( )( , ) = 3
( )( , ) (4.21)
( )( , ) (12); r(.) -
(10); - (8); - .
. 4.6. ( ) ( )
:
. ,
.
(10)
76
.
« » .
[1, 6], .
.
4.2.4.
.
( ) = ( )
( ) ( , ) .
( )
(12) = 3 (9)
.
[8].
, : .
( )
. -
.
,
.
- , -
'
.
.
- :
(4.22)
77
x = x cos + y sin (4.23)
y = -x sin + y cos (4.24)
- , f –
, – ( ) x
y, . - ( )
:
(4.25)
u = u cos + v sin (4.26)
v = -u sin + v cos (4.27)
(4.28)
(4.29)
.
• , f; ;
• ( ) ,
, f,
,
. .
,
. ,
,
78
; .
4.0 . G
, – , F
– , R – ,
E :
(4.30)
wg = 11 .
. , ( , )
( )(x, y) ,1
. (1) ( , )
(4.31)
= (4.32)
( ( ,)() , ) ( )
; = ( )-( , ) ,
- ,
.
[8] , /2
.
( , ) ( )( , ) 1 .
79
(4.33)
- ;
( ) (4.34)
,
(3)
(4.35)
/2 [8],
, ( , ) , .
.
.
. 4.7.
. 4.7.
4.2.5.
( . . 3.7) .
- .
80
2. ,
u v 8- ,
, ,
, .
3. ,
.
4. ,
, , , -
, - .
. 4.8.
. 4.9.
81
,
, (5).
.
. 4.9,
, - .
4.3.
MPRIORITY 1.0
. 3.1
Touch SAFE Personal Sagem 100MA
S400
. 4.10.
82
4.1
.
4.1
/ Touch Sagem Software U.areU.(Digital
SAFE (100MA) (SR100) Persona)
Personal
(S400)
2 1 2 3
% (False Reject
Rate,FRR)
0,001 0,001 0,01 0,1
% (False Accept
Rate,FAR)
, 20 15 22 20
, 1 0.3 2 1
12V 12V 12V 12V
RS-485 RS-485 RS-232 USB
( )
3200 4000 2900 3000
4.2 ,
.
.
83
4.2
/ Touch Sagem Software U.areU.(Digital
SAFE (100MA) (SR100) Persona)
Personal
(S400)
2 1 2 3
% (False Reject
Rate,FRR)
0,001 0,001 0,01 0,1
% (False Accept
Rate,FAR)
, 20 15 22 20
, 1 0.3 2 1
3200 4000 2900 3000
.
MPRIORITY 1.0. [40]
. 4.11.
84
3.3
. 4.12.
. 4.13.
.
. 4.14.
85
.
’
. 4.15.
86
. 4.16.
4
.
:
1. .
,
.
.
.
2. .
( )
.
.
87
3. .
,
, .
(
), .
4. .
.
( )
.
5. .
(
). ( ,
) ,
.
,
,
.
88
-
( )
.
:
1. .
,
.
,
,
( 10−5% ),
.
2. .
.
(500 dpi).
,
.
3. .
. ,
,
.
4. .
,
.
89
o
,
.
o ,
,
.
5. . ,
( ),
,
.
(FRR) (FAR)
.
, :
,
'
.
90
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: . . — : , 2022. — 312 .
7. . ., . .
: . — : , 2021. — 184 .
8. . ., . .
’ : . — : -
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