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Verificação Biométrica da Palma da Mão com Identificação via

1. 70 Figura 28 Palma da m o dividida em 16 regi es eee eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee 71 Figura 29 Palma da m o separada em 16 regi es eee eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeee 71 Figura 30 Gr fico de Dispers o dos usuarios cadastrados 75 10 Lista de Tabelas Tabela 1 Compara o entre tecnologias biom tricas ccccccseeeeeeeeeeeeees 18 Tabela 2 Estimativa de custos do projeto a 37 11 Lista de Abreviaturas RG Registro Geral DTC Distal Transverse Crease PTC Proximal Transverse Crease TC Thenar Crease Linha Thenar I2C Inter Integrated Circuit Bits Binary Digits Kbyte Kilobyte EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ROM Read Only Memory RAM Random Access Memory EPROM Erasable Programmable Read Only Memory PSEN Programmable Strobe Enable ALE Address Latch Enable SCL Serial Clock SDA Serial Data PC Personal Computer DOS Difference of Slopes RGB Red Green Blue SQL Structured Query Language tw Time Write MSB Most Significant Bit LSB Least Significant Bit R ou RD Read W ou WR Write ACK Acknowledgment LED Light Emissor Diode RST Reset RISC Reduced Instruction Set Computing UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter REN Enable Receiver
2. Fim se Para de 1 at 1 Para J de 1 at 1 SomaY somaY ValorRPixel x l y j GY I 1 J 1 Fim para Fim para Se SomaY lt 0 ent o SomaY 0 Sen o SomaY mod SomaY Fim se SOMA abs SomaX abs SomaY Fim se Pixel x y 255 SOMA Fim para Fim para Depois de feito o c lculo de densidade direcional montado um histograma direcional para podermos separar a imagem em regi es que possuam linhas com as maiores dire es as linhas de interesse neste estudo Este m todo de separa o em regi es que ser utilizado ir filtrar a imagem de uma maneira que somente sobre na imagem as regi es que possuam determinadas linhas 3 1 2 7 Gera o do Biocode Entende se por biocode o c digo num rico utilizado para persistir as informa es a respeito das caracter sticas de uma determinada chave biom trica A quantidade de dados que ser persistida no biocode representar a quantidade de informa es que realmente ser o utilizadas na verifica o dos dados 1 47 O biocode que calculado neste projeto baseado em informa es pertencentes a janelas da imagem ou seja logo ap s o processamento completo da imagem esta ser dividida em 16 partes iguais de aonde ser o extra das a quantidade de pontos em cada uma destas partes a soma das magnitudes da mesma e o ngulo resultante das linhas desta parte A medi o de cada amostra da palma da m o pode apresentar uma varia o c
3. IE Interrupt Enable 12 13 RESUMO O estudo biom trico realizado neste projeto tem por objetivo analisar e identificar padr es de reconhecimento que formam as linhas da palma da m o das pessoas As m os previamente coletadas atrav s de um scanner de mesa comum ser o analisadas e processadas por m todos pertinentes para a gera o de um biocode Cada pessoa possui seu pr prio biocode que ser gravado dentro do seu smart card pessoal A utiliza o de smart cards no projeto tida como a garantia da identifica o nica do indiv duo devido exclusividade que o biocode proporciona Neste projeto a identifica o do usu rio ser feita pelo smart card e a senha associada a este cart o a verifica o biom trica das linhas da palma da m o biocode Palavras chave biometria smart cards linhas da palma da m o seguran a de dados 14 ABSTRACT The objective of this research is to analyse and identify rules and aspects of hand recognition The hands which data is obtained from one scanner will be analysed and processed in order to achieve the biocode Each user shall have his own biocode which will be consequently recorded in a personal smart card The hand skin has particular details that vary from person to person Each small detail contribute to the achieval of the biocode The hand surface varies in such a way that no human shall have the same combination of the other which adds up to
4. es obtidas do processamento desta imagem com os dados coletados do smart card ser poss vel saber se o acesso ser permitido ou nao Todo o cadastro de usu rios e cadastro de informa es relevantes ao funcionamento do sistema como um todo ser feito por um administrador do sistema aonde mediante confirma o feita atrav s de uma senha alfa num rica poder alterar os privil gios dos diversos usu rios Para efetuar o cadastro da m o o usu rio dever colocar a m o no scanner tr s 03 vezes para que o sistema seja capaz de reconhecer as varia es de uma mesma palma de m o da mesma pessoa e assim extrair as primitivas de verifica o desta pessoa Estes valores padr es ficar o armazenados no banco de dados juntamente com informa es pessoais tais como endere o telefone e RG Portanto qualquer pessoa que deseje ter acesso ao local protegido ou informa o secreta deve atender os seguintes requisitos de identifica o descritos abaixo e O seu smart card dever ser cadastrado na base de dados do sistema e A sua palma da m o dever estar cadastrada no banco de dados do sistema e deve estar dentro dos limites de aceita o para compara o com os dados das outras palmas de m os armazenadas na base de dados 28 2 4 ESPECIFICA O DO HARDWARE Este projeto possui al m da verifica o da biometria da palma da m o a identifica o do usu rio feita via smart card e toda a sua m
5. o 4 3 4 Testes do Sistema Completo O sistema como um todo se apresentou de maneira muito segura com a utiliza o simult nea de todos os m dulos O cadastro foi realizado com sucesso utilizando os m dulos de reconhecimento biom trico o de grava o do smart card e todos os procedimentos que envolvem o cadastro O processamento do biocode se mostrou eficaz durante toda a fase de testes do algoritmo Os testes tiveram in cio adquirindo cinco 05 amostras da palma da m o do usu rio e manualmente escolhidas apenas tr s 03 para que o desvio padr o e a m dia de todos os biocodes fossem calculados para serem gravados no banco de dados Em seguida um n mero identificador ID foi atribu do a este usu rio e gravados no smart card estes dados identificador e biocode e os outros dados junto com estes foram instanciados no banco de dados do sistema Neste ponto o m dulo de cadastro encerrou para este usu rio Em seguida para efeito de valida o o usu rio cadastrado inseriu seu cart o e o sistema fez a sua busca no banco de dados e em seguida este usu rio inseriu sua palma da m o a mesma cadastrada e o sistema calculou seu biocode e fez a compara o se o biocode do cart o est dentro do desvio padr o gravado para este usu rio Em caso afirmativo o circuito com o micro controlador libera o acesso caso contr rio rejeita o acesso 74 5 RESULTADOS E CONCLUSOES O desenvolvimento deste projeto permitiu d
6. 21 verifica o ou com todos os templates armazenados na base de dados identifica o A partir desta compara o o sistema decidir se as caracter sticas retiradas da amostra s o suficientemente similares s caracter sticas contidas no template armazenado confirmando ou n o a coincid ncia match O processo de identifica o um processo um para muitos onde uma amostra submetida ao sistema que a compara com todos os templates de refer ncia contidos em uma base de dados a fim de verificar se esta amostra coincide com qualquer um destes templates e em caso positivo determina a identidade do usu rio a quem aquele template pertence O processo de verifica o um processo um para um onde o sistema verifica a identidade de um usu rio comparando a amostra com um template espec fico Atrav s de uma identifica o fornecida o sistema localiza o template desejado e o compara com a amostra apresentada Se houver a coincid ncia da amostra com o template armazenado o sistema confirma que o usu rio realmente possui a identidade afirmada Este o pr prio processo de autentica o do usu rio 7 Os sistemas biom tricos apresentam varia es na medida das caracter sticas ou comportamento humanos 7 justamente porque os seres humanos s o inconsistentes e suas caracter sticas f sicas e comportamentais podem variar sutilmente com o passar do tempo Al m disso a pr pria forma como o usu rio interage c
7. Figura 12 Sequ ncia do processamento da Imagem 40 Figura 13 Fluxograma detalhado do cadastro de usu rios 49 Figura 14 Fluxograma de Verifica o do Acesso 50 Figura 15 Estrutura do Banco de Dados eeeeesnneeeeeeeeeeeteeeennaees 52 Figura 16 Sinais de controle para a escrita no smart card 53 Figura 17 Estabilidade dos dados no barramento e condi es de Start e Stop DIS eerie rere a Gis GU EE d ra Ed dad SO Udo dede CB il eei uso sad 53 Figura 18 Protocolo de in cio de comunica o entre smart card e micro CONTOIAG OF ics 2 0 escorted dad Tai Seb red Seia redid tele Su To TS edd SA Td TA eed es 54 Figura 19 Protocolo para a grava o de dados no smart card 55 Figura 20 Protocolo para a leitura de dados no smart card 55 Figura 21 Fluxograma da comunica o entre 8031 e smart card 57 Figura 22 Reset no micro controlador lllliiiii iii 58 Figura 23 Tela de Login sas sas ee ee eS 60 Figura 24 Prot tipo da tela principal su pesceenacaa seis pesnpescsanaps ni reascuEaL Oda pasa EA REU pen 61 Figura 25 Prot tipo da tela de cadastro de usu rios 62 Figura 26 Palma da m o com as linhas evidenciadas 68 Figura 27 Resultados do processamento da imagem
8. Na implementa o do m todo de binariza o o m todo de limiariza o de OTSU 12 um dos m todos usados 3 1 2 4 Limiar Autom tico de OTSU Para utilizar o m todo de binariza o na sele o das informa es de interesse linhas da palma da m o o algoritmo de OTSU ser chamado logo ap s o algoritmo de Sobel 45 O m todo de Otsu se baseia na informa o de que em uma imagem ideal o histograma dos n veis de cinza da imagem possui dois grandes grupos de cores distintos sendo um dos dados da imagem e o outro do fundo atrav s de c lculos baseados principalmente em estat sticas e probabilidades o m todo de Otsu encontra o vale entre os picos do histograma que ser um valor aproximado para separar a imagem do fundo 12 Contando com este limiar autom tico calculado a imagem passa a ter mais evidenciado os dados em quest o 3 1 2 5 Sele o da Regi o da Palma da M o A palma da m o digitalizada de maneira com que a palma da m o seja separada de todas as outras partes da m o e do fundo da imagem atrav s de uma m scara preta que aplicada por cima do scanner aonde existe apenas um ret ngulo de tamanho fixo aonde a palma da m o encaixada durante a digitaliza o Quando se inicia o tratamento desta imagem basta utilizar um algoritmo que possa identificar uma grande varia o entre a m scara preta e a palma da m o cor clara 3 1 2 6 Algoritmo de Sobel
9. duo ou um grupo de indiv duos ao sistema A autentica o o processo que associa o indiv duo quela identifica o nica ou seja a forma pela qual o usu rio estabelece a valida o de sua identidade A autentica o a prova da identifica o 6 Os procedimentos de autentica o s o baseados em tr s formas b sicas que podem ser combinadas para garantir maior confiabilidade no processo de autentica o Autentica o por propriedade algo que o usu rio possua como uma chave ou cart o Autentica o por conhecimento algo que o usu rio saiba como uma senha Autentica o por caracter stica alguma caracter stica comportamental ou fisiol gica do usu rio 7 Todos os sistemas biom tricos funcionam essencialmente da mesma forma Inicialmente o sistema captura uma amostra da caracter stica biom trica durante o processo de cadastramento do usu rio para alguns sistemas pode ser necess rio que mais de uma amostra seja fornecida para a elabora o do perfil da caracter stica biom trica Deste conjunto de amostras s o extra das caracter sticas nicas que s o convertidas pelo sistema num c digo matem tico que armazenado como o template para aquele usu rio 7 O passo seguinte a compara o de uma nova amostra ao template armazenado O usu rio interage mais uma vez com o sistema biom trico produzindo uma nova amostra que ser comparada com um template espec fico
10. lculo do desvio padr o para cada uma das 16 partes para estas tr s medidas Com os 16 valores das magnitudes uma outra m dia ponderada ser calculada e o resultado destas tr s partes pontos magnitudes e ngulos resultantes de cada parte destas 16 regi es ser ainda calculado um valor seguindo a seguinte f rmula raiz quadrada da soma do quadrado dos pontos da magnitude e do ngulo Biocode soma pontos soma magnitudes soma ngulos Este valor real ser armazenado no banco de dados do sistema e servir de verificador contra senha para o c digo do smart card lido anteriormente Figura 29 Palma da m o separada em 16 regi es 72 Todo o c lculo do biocode leva em considera o estas 16 regi es que a m o dividida pois para cada uma delas um desvio padr o calculado no momento do cadastro e no momento da verifica o de acesso se a m o a ser verificada n o estiver dentro do padr o cadastrado certamente o acesso ser rejeitado 4 3 Testes e Valida o do Projeto Ap s conclu da toda a fase de implementa o o projeto foi submetido ao protocolo de teste e valida o definido anteriormente Ele foi capaz de atender a todos os requisitos definidos anteriormente 4 3 1 Testes do M dulo de cadastro de usu rio O m dulo de cadastro se mostrou funcional pois foram realizados diversos cadastros e o m dulo cumpriu com a obriga o de manter a informa o armazenada Dur
11. o Senhs v lida go Cadastrar Usu rio Es ltima Imagem Faz a m dia das amostras Armazena no banco de dados a varia o das amostras biocode e dados gerais do usu rio Figura 13 Fluxograma detalhado do cadastro de usu rios 3 1 3 2 Verifica o do Acesso O sistema faz a verifica o do acesso do usu rio primeiramente lendo os dados identificadores que est o dentro do smart card do usu rio e enviando para o m dulo principal m dulo de verifica o biom trica Ent o o sistema faz uma busca no banco de dados atrav s deste c digo identificador que no banco de dados ser a chave prim ria da tabela de usu rios Em seguida o sistema autoriza o usu rio a inserir a sua m o no scanner para que seja amostrada uma imagem de sua palma da m o Com a imagem em mem ria todo o processamento de imagens acima descrito ser realizado e ent o deve se comparar o c digo biom trico previamente armazenado no cadastro com o mesmo c digo amostrado neste momento uma compara o simples aonde o programa apenas verifica se os campos s o iguais dentro do 50 desvio padrao previamente calculado no cadastro e caso nao forem verificar se o m dulo da diferen a entre os valores amostrado e armazenado for menor ou igual ao valor m ximo da varia o permitida no sistema Caso um dos testes anteriores citados resultar em verdadeiro pronto o sistema libera o acesso a este deter
12. o de falsa aceita o versus falsa rejei o 24 2 1 4 A Palma da Mao A palma da mao numa pessoa formada ainda na barriga da mae enquanto ainda o 7 m s de gesta o e uma caracter stica que permanece na pessoa at o fim da vida n o sofrendo altera es e nem mudan as naturalmente Algumas das linhas da palma da m o ser o extremamente importantes durante o estudo e implementa o deste projeto A Figura 3 mostra a imagem da palma da m o retirada pintando se a m o com tinta preta e colocando no papel 10 Figura 3 Imagem da palma da m o 25 As principais caracteristicas que serao analisadas neste projeto sao as linhas da palma da mao A Figura 4 mostra um desenho ilustrativo da palma da m o por completo e caracteriza as linhas de estudo deste projeto 11 Figura 4 Ilustra o da palma da m o com as linhas de estudo Como mostrado acima s o tr s 03 as caracter sticas mais importantes da palma da m o s o as linhas DTC Distal Transverse Crease PTC Proximal Transverse Crease e TC Thenar Crease que significam respectivamente linha transversa distal linha transversa proximal e linha thenar 26 2 2 ESPECIFICA O A seguir ser explanada a especifica o do projeto onde alguns aspectos das funcionalidades do sistema ser o abordados com mais clareza descrevendo alguns dos requisitos iniciais para se desenvolver o projeto 2 3 DESCRI O O projeto consist
13. scon 4 Como a taxa de transmiss o neste modo de configura o vari vel e determinada pela taxa de overflow do timer 1 foi implementado uma taxa de comunica o de 4800bps com os seguintes valores para o timer 1 OxF4h tanto para a parte alta quanto para a parte baixa do registrador um registrador de 16 bits por isso ele dividido em 2 partes alta e baixa Lembrando que os valores setados no registrador timer 1 64 sao valores configurados com auto reload ou seja quando o timer chega ao maximo de sua representa o ele recarregado para o valor estipulado da taxa de transmiss o da serial ou seja neste projeto com o valor OxF4h para a parte alta e para a parte baixa As interrup es geradas pela porta serial no micro controlador s o geradas por um OR l gico entre os flags RI recep o serial e TI transmiss o serial Os flags RI e TI n o s o resetados pela CPU no atendimento das interrup es e devem ser resetados pela rotina de atendimento a esta interrup o justamente isto que est sendo feito depois da recep o e do envio de dados pela serial aonde estes dois flags recebem O novamente O registrador tmod modo do timer est sendo configurado com o valor 0x21h que representa o timer O e o timer 1 em modo 2 aonde os dois timers operam com todos os seus 16 bits e com recarga autom tica auto reload O registrador IE Interrupt Enable est sendo configurado com o valor 0x90h aon
14. 0 Enquanto k lt 8 fa a tiPixel MatrizCinzali j k tfvPixels I k I Fim Enquanto tiPixel 6 1 MatrizCinzali jJ RGB tiPixel tiPixel tiPixel Fim para Fim para 3 1 2 3 Binariza o Depois do processamento realizado pelo algoritmo do filtro gaussiano a imagem precisar ser binarizada tamb m pois existe a necessidade de se trabalhar apenas com 2 valores de cor a branca e a preta 44 Por binarizagao entende se a opera o de converter uma imagem que se encontra em escala de cinza para apenas dois niveis de cor branco e preto A opera o relativamente simples pois basta analisar cada pixel da imagem e verificar se este se encontra acima ou abaixo de um determinado limite de separa o thereshold sendo que um pixel abaixo deste limite ser convertido para a cor preta e um pixel acima deste limite ser convertido para branco 1 Um problema associado pela binariza o est na sele o deste limite pois pode ser diferente para cada imagem uma vez que a configura o do scanner utilizado pode influenciar na distribui o de tons de cinza da imagem Abaixo est sendo representado um pseudoc digo de um m todo simples de binariza o baseado em um limite qualquer Para i de 1 at Largura da Imagem Para j de 1 at Comprimento da Imagem Se ValorRPixel i j gt Thereshold ent o Pixel i j Cor Branca Sen o Pixel i j Cor Preta Fim Se Fim para Fim para
15. 1 representa um ciclo de leitura da mem ria e o bit O representa uma opera o de 54 escrita na mem ria Depois de todo o envio do cabe alho a EEPROM ir retornar o valor zero 0 para o controlador caso isso n o ocorra a mem ria voltar para o modo de espera de comandos Com isso j temos o in cio da comunica o com a EEPROM do smart card A Figura 18 demonstra a sequ ncia inicial destes 8 bits 16 1Jofifofojojo am MSB LSB Figura 18 Protocolo de in cio de comunica o entre smart card e micro controlador Detalhando um pouco mais as opera es de grava o de dados no cart o este pode ser gravado de duas maneiras sendo que a maneira pela qual ele vai ser implementada vai ser a forma byte write escrita em bytes Esta forma de grava o funciona escrevendo se o cabe alho inicial de comunica o com o cart o EEPROM juntamente com a posi o de mem ria que se deseja inserir o byte Logo ap s o envio do cabe alho o cart o ir responder ao chamado com um sinal de acknoledgment reconhecimento Este sinal indicar que a EEPROM estar pronta para iniciar a comunica o O pr ximo passo colocar a posi o da memoria que ser usada para se fazer a grava o do dado e em seguida enviar o dado para a mem ria terminando a comunica o com uma condi o de parada stop bit Qualquer outra opera o que n o seja a escrita deste byte n o ser realizada enquanto estiver neste processo de gr
16. Mao com Identifica o via Smart Card Arquivo Op es E GI M o Escaneada do usu rio M o processada Identifica o atrav s de C SmartCard 2 1 Simula o Figura 24 Prot tipo da tela principal 3 4 3 Tela de Cadastro de Usu rios A tela de cadastro de usu rios operada pelo administrador do sistema onde os campos dever o ser preenchidos atrav s do teclado e a imagem da palma da m o ir aparecer para demonstrar eventuais falhas graves em algum ponto cr tico da imagem Os bot es que ficam ao lado da caixa da imagem da m o tomam toda a a o desta tela uma vez que eles s o os respons veis pelo in cio do cadastro pesquisa e remo o de dados do banco Logo ap s cinco 05 amostras da m o do indiv duo o administrador poder apertar a tecla Volta para voltar para o modo normal de opera o do programa Quando uma nova imagem tiver que ser digitalizada o bot o Nova Imagem dever se apertado Neste caso o programa recalcular o biocode da palma da m o em quest o O bot o Desv Padr o serve para calcular o desvio padr o de apenas tr s 03 amostras selecionadas pelo administrador do sistema Estes valores ser o gravados no banco de dados para futura verifica o Lembrando que enquanto est sendo realizado o cadastro de usu rios nenhum outro membro cadastrado poder fazer uso do programa pois o programa n o est sendo preparado para at
17. do micro controlador e em seguida ao fim de cada byte transmitido serialmente A Figura 20 abaixo est fazendo a ilustra o de como feito esta montagem do protocolo 16 S k Ist 2nd WORD gt T R st 2n T R S A ADDRESS n A DEVICE E T R DEVICE T R ADDRESS A o T ADDRESS E T D P SDA LINE M LRA M LA A DATA n N S S C S SC Cc O B BWK B BIK K A C K DUMMY WRITE Figura 20 Protocolo para a leitura de dados no smart card 56 3 2 2 Programa do 8031 Todos estes procedimentos de leitura e de grava o de informa es no smart card s o partes de rotinas pr estabelecidas que est o dentro da mem ria de programa do micro controlador 8031 mais especificamente gravadas na EPROM do circuito mencionado na especifica o deste projeto O programa que ser necess rio est sub dividido em 3 m dulos e M dulo de comunica o com o smart card e M dulo de comunica o com o PC serial e M dulo de libera o rejei o do acesso Para simplificar um pouco o modo de abrang ncia destes m dulos eles ser o detalhados em etapas O m dulo de comunica o com o smart card ter dentro de si a implementa o do protocolo de comunica o 12C que forma toda aquele protocolo vistos j no item de leitura e escrita de informa es no smart card A Figura 21 demonstra um fluxograma da montagem e da comunica o entre os dispositivos 57 byte de ativa o do mart card Insere bi
18. e eeeessremeeraanana 73 5 RESULTADOS E CONCLUSOEG ccccsscsscsessesseseeseeseeseesesseeateateateeeeatees 74 REFERENCIAS BIBIOGR FICAS cs scsscsssessesseessceeseeseceeseeseeeeseesesenseeaeeess 77 ANEXO 1 CRONOGRAMA ccccccccesssssssscceceeeeeesensesssscceeeeeeeessenesssseeeseenes 79 ANEXO 2 DIAGRAMA DE CASOS DE USO DO SOFTWARE 80 ANEXO 3 MANUAL DO USU RIO E MANUAL T CNICO 81 ANEXO 4 ARTIGO Lista de Figuras Figura 1 Percentual de participa o das tecnologias de biometria no total 19 Figura 2 Ilustra o de falsa aceita o versus falsa rejei o 23 Figura 3 Imagem da palma da m o eras 24 Figura 4 Ilustra o da palma da m o com as linhas de estudo 25 Figura 5 Diagrama em blocos do sistema completo 26 Figura 6 Divis o interna de mem ria de um smart card de 1Kbyte 29 Figura 7 Esquem tico de implementa o do circuito completo 31 Figura 8 Diagrama em blocos do circuito completo 32 Figura 9 Diagrama de caso de uso de cadastro das m os 35 Figura 10 Cadastro de NOVO USUAMO sccedcevsscetdendcsedcendenuddenGerndcordecebier SaunGenneeer 35 Figura 11 Resultados das etapas de processamento da imagem 37
19. exce o da aquisi o e exibi o de imagens a maioria das fun es de processamento de imagens pode ser implementada via software 9 40 O processamento de imagens caracterizado por solu es espec ficas Desse modo t cnicas que funcionam bem em uma rea podem se mostrar totalmente inadequadas em uma outra Logo ap s a digitaliza o da imagem faz se necess rio que a mesma seja submetida a alguns procedimentos de filtragem e tratamento para que o algoritmo de verifica o de padr es possa ser implementado e possa retornar um resultado mais preciso A Figura 12 demonstra em uma forma gen rica como o fluxograma de processamento da imagem como um todo OTSU no histograma direcional Figura 12 Sequ ncia do processamento da Imagem 41 3 1 2 1 Convers o para Escala de Cinza Todo o in cio do processamento se d retirando as cores que a imagem possui e trabalhando apenas com tons de cinza pois a imagem coletada possui muitas caracter sticas que n o ser o abordadas e nem tratadas pelo programa e uma destas caracter sticas a cor e por isso a imagem convertida para a escala de cinza Para fazer a convers o de uma imagem em cores para escala de cinza interessante sabermos como as informa es que representam as cores s o armazenadas A forma mais comum que encontramos a estrutura de cores dentro do computador em formato RGB Red Green Blue aonde cada pixel da imagem possui u
20. na RAM O barramento de endere os de 16 bits em que os 8 bits menos significativos s o derivados junto com os 8 bits de dados O que separa o dado do endere o um latch que copia a informa o de endere o quando este apresentado em PO Isto se faz por meio do pino de comando chamado ALE Address Latch Enable Os dados e endere os s o multiplexados pela via PO misturados fisicamente na mesma porta PO Com esse processo s o economizados 8 pinos f sicos do microprocessador tornando o de menor tamanho Os outros 8 bits mais significativos do barramento de endere os s o dados por P2 e este direto n o multiplexado como o PO O conjunto completo possui 65536 posi es diferentes de endere amento de mem ria j que possui 16 bits de endere o 2 65536 e 256 combina es poss veis de dados a serem transmitidas e ou recebidas que por sua vez existem 8 bits de dados 2 256 Existe um pino de acionamento da ROM no caso uma EPROM chamado PSEN e de RAM que atribuem a fun o de leitura e escrita de dados A Figura 7 demonstra o projeto de todo o circuito referente ao conjunto do micro controlador 8031 e a interface com o smart card Todas as adapta es necess rias para o encaixe do cart o ser o feitas em uma placa padr o e apenas ser uma extens o desta placa de circuito impressa referenciada abaixo Apenas o soquete de encaixe ser montado nesta placa padr o no desenvolvimento do projet
21. que o software cont m sendo descritos todas as funcionalidades individualmente e suas metodologias 2 5 1 Aquisi o da Imagem Em um modo mais natural de se ver imagens n o s o diretamente pr prias para se fazer uma an lise no computador pois computadores trabalham com informa es num ricas e n o de figuras ent o uma imagem tem que ser convertida para n meros antes de qualquer tentativa de implementa o de m todos de tratamento de imagens 5 As imagens digitais s o tipicamente informa es de uma representa o digital copiada do mundo real por meio de sensor ptico ou artificial que foi gerada por software As imagens digitais est o relacionadas rea de computa o gr fica que trata do estudo da gera o processamento interpreta o e an lise destas imagens A forma de capturar uma imagem e represent la em uma matriz de n meros consiste em dividir a imagem real em pequenas regi es denominada elementos da figura ou mais conhecida como pixels A imagem dividida em linhas horizontais de pixels adjacentes e cada parte destas divis es representa a cor e o brilho no determinado ponto real desta imagem Todo este processo chamado de digitaliza o da imagem No final da amostragem de toda a imagem original temos como resultado uma matriz num rica que representar a nossa imagem no computador 5 Imagens digitais podem ser adquiridas atrav s de c meras de v deo scanners ou outros se
22. verifica o remota Este processo pode ser comprometido quando a seguran a dos dados amea ada por sistemas de comunica o ou redes vulner veis ou por abuso de privil gios na manipula o da base de dados O m todo de armazenamento de templates utilizando cart es magn ticos permite que o usu rio carregue seu pr prio template para a utiliza o nos dispositivos de verifica o sendo indicado para aplica es onde o grupo de usu rios seja numeroso demais para ser armazenado numa base de dados central quando necess rio que os usu rios sejam verificados remotamente ou quando h necessidade de uma transmiss o r pida dos templates 2 1 3 Falsa Aceita o e Falsa Rejei o Para avaliar a habilidade do sistema em permitir o acesso de usu rios autorizados e proibir o acesso de usu rios sem permiss o s o utilizadas duas medidas de performance que consideram o n vel de acuracidade da coincid ncia que s o a Taxa de Falsa Rejei o e a Taxa de Falsa Aceita o Erros do tipo falsa rejei o ocorrem quando uma coincid ncia leg tima negada ou seja quando uma coincid ncia legitima n o gera um escore acima do valor limite Erros do tipo falsa aceita o ocorrem quando um impostor aceito como v lido ou Seja um impostor gera um escore acima do valor limite A configura o do valor limite para toler ncia a estes erros cr tica na performance do sistema A falsa rejei o causa frustra o e a falsa ac
23. 0 R 18 750 00 TOTAL R 48 755 50 39 3 PROJETO Esta parte visa esquematizar todas as funcionalidades do projeto todas as suas estruturas e todas as rotinas de implementa o necess rias para atingir os objetivos descritos anteriormente 3 1 Projeto de Software Aqui ser o descritas algumas rotinas de implementa o relacionadas ao tratamento digital da imagem processamento de imagens digitais e m todos do software de controle como cada m dulo dever ser implementado e o motivo de escolha de cada rotina Para exemplificar como ser implementado o sistema o ANEXO 2 demonstra um diagrama de casos de uso deste software 3 1 1 Aquisi o da imagem Para fazer a aquisi o da imagem est sendo utilizado um scanner de mesa padr o e a imagem salva em memoria para ser analisada pelo software principal A resolu o do scanner que est sendo adotada para este projeto de 100dpi A imagem digitalizada tem caracter stica de ser uma imagem de bitmaps de 24bits e colorido Ap s a etapa de aquisi o da imagem todo o processamento de imagem se inicia O driver twain 17 est sendo usado para fazer a captura da palma da m o no scanner Ele respons vel por fazer toda a comunica o entre o scanner e o software implementado neste projeto 3 1 2 Processamento da Imagem O processamento de imagens digitais envolve procedimentos que s o geralmente expressos em forma algor tmica Assim com
24. Centro Universitario Positivo UnicenP Nucleo de Ci ncias Exatas e Tecnologicas NCET Engenharia da Computa o Tiago Maccagnan Moreira Verifica o Biom trica da Palma da M o com Identifica o via Smart Card Curitiba 2004 Centro Universitario Positivo UnicenP Nucleo de Ci ncias Exatas e Tecnologicas NCET Engenharia da Computa o Tiago Maccagnan Moreira Verifica o Biom trica da Palma da M o com Identifica o via Smart Card Monografia apresentada disciplina de Projeto Final como requesito parcial conclus o do Curso de Engenharia da Computa o Orientador Prof Alessandro Zimmer Curitiba 2004 Termo de Aprova o Tiago Maccagnan Moreira Verifica o biom trica da palma da m o com identifica o via smart card Monografia aprovada como requisito parcial conclus o do curso de Engenharia da Computa o do Centro Universit rio Positivo pela seguinte banca examinadora Prof Alessandro Zimmer Orientador Prof Adriana Cursino Thom Prof lvaro Cantieri Curitiba 04 de Dezembro de 2004 Agradecimentos Agrade o em especial meus familiares que sempre colaboraram de uma forma ou de outra para que este projeto tenha sido feito com xito Agrade o tamb m os meus amigos que sempre me deram incentivo para ultrapassar todos os obstaculos em busca do objetivo Sumario LISTA DE TABELAS coe sees scsi css scsssccnsczcsccesesiaass scccaccs sexigesascesaccnscetaesscene
25. O algoritmo de Sobel implementado para obter um resultado da fun o de deriva o da imagem de forma que possa detectar as varia es de contraste da imagem ou seja no caso deste projeto as linhas da palma da m o Aplicando se uma m scara em forma de uma matriz bi dimensional 3x3 com fatores de deriva o sendo respectivamente o eixo de coordenadas x e eixo de coordenadas y podemos detectar e salientar na imagem as linhas Com base em um histograma direcional gerado pelo c lculo da probabilidade direcional de cada pixel podemos fazer uma limiariza o nesta imagem separando as linhas da palma da m o com o resto da palma da m o 16 A seguir est sendo representado um pseudoc digo do funcionamento do algoritmo de sobel 16 46 mascara do algoritmo de sobel GX 0 0 1 GX 0 1 0 GX 0 2 1 GX 1 0 2 GX 1 1 0 GX 1 2 2 GX 2 0 1 GX 2 1 0 GX 2 2 1 GY 0 0 1 GY 0 1 2 GY O 2 1 GY 1 0 0 GY 1 1 0 GY 1 2 0 GY 2 0 1 GY 2 1 2 GY 2 2 1 Para Y de 1 at Largura da Imagem 1 Para X de 1 at Comprimento da Imagem 1 SomaxX 0 SomaY 0 Se Y 0 ou Y Largura da Imagem 1 ent o SO 0 sen o se X 0 ou X Comprimento da Imagem 1 ent o SOMA 0 Fim se sen o Para de 1 at 1 Para J de 1 at 1 a SomaX SomaX ValorRPixel xti y j GX I 1 J 1 im para Fim para Se SomaX lt 0 ent o SomaX 0 Sen o SomaX mod SomaxX
26. P1 2 do 8031 e o LED de libera o do acesso est sendo conectado no pino P1 3 do 8031 58 Caso o usuario seja rejeitado e ele seja um usuario cadastrado fica a crit rio dele fazer uma nova verificagao ou nao Para que isto seja possivel ele dever retirar o seu smart card do conector e inseri lo novamente e repetir todo o procedimento j descrito 3 2 3 Elabora o do circuito micro controlador Algumas caracter sticas para o funcionamento do circuito s o descritas a seguir como uma maneira de certifica o e testes de circuito e tamb m para um melhor entendimento de toda a liga o entre os componentes O circuito integrado 8031 a vers o sem ROM interna do 8051 O mesmo muito utilizado em fase de desenvolvimento ou quando se quer produzir em pequenas quantidades No esquem tico descrito na fase de especifica o podemos ver que estamos utilizando 8kB de RAM externa al m dos 256 bytes de RAM interna Al m disso temos um total de 8Kbytes de mem ria ROM Para fazermos a leitura na ROM externa o pino PSEN levado a n vel baixo para fazer uma leitura na RAM externa o pino de leitura RD read levado a n vel baixo e para fazer uma escrita na RAM externa o pino de escrita WR write levado a n vel baixo A Figura 22 abaixo mostra como funciona o reset no circuito Figura 22 Reset no micro controlador 59 O reset conseguido mantendo se nivel alto no pino 9 RST por pelo menos dois
27. a ao projeto para facilitar a digitaliza o e sele o da regi o de interesse A inclus o desta m scara torna o pr processamento e a sele o da regi o de interesse bem mais r pida para a abordagem deste projeto tornando uma sa da vi vel em busca da solu o O uso da cartolina est sendo utilizado em virtude do n o sucesso na implementa o de um m todo confi vel de segmenta o da imagem da palma da mao A escolha da cartolina de cor preta tamb m elimina qualquer varia o de luminosidade que possa ser encontrada durante a digitaliza o da imagem no scanner o que torna a qualidade da imagem obtida muito maior 4 2 2 Processamento da Imagem O processamento da imagem se inicia no momento em que a imagem est sendo carregada para a visualiza o na tela pois a imagem digitalizada com 68 cores e todo o processamento baseado apenas nos tons de cinza Portanto no momento j da leitura o endere o de mem ria que cont m a imagem original j iniciado com o tom de cinza respectivo para cada pixel Todo o processamento da imagem se baseia em identificar na imagem a parte correspondente palma da m o e a extra o das caracter sticas an lise de padr es A identifica o da regi o de interesse a partir da imagem adquirida feita levando se em considera o que toda a palma da m o est contida dentro do ret ngulo da m scara de scanner A partir de ent o a imagem convertida
28. ado do valor de configura o inicial que para esta velocidade OxF4F4h A serial est sendo configurada no modo 2 para que seja configur vel a taxa de transmiss o e controle maior da serial Logo ap s o recebimento do caractere A 0x41h o circuito micro controlado faz o in cio da leitura do smart card O clock gerado pelo micro controlador para a troca das informa es com o cart o totalmente controlado pela necessidade de troca das informa es com o cart o ou seja medida em que o protocolo est avan ando ou os bits est o sendo aguardados o clock controlado de maneira com a qual a sua frequ ncia n o uma frequ ncia fixa pois em determinados instantes como por exemplo no momento de aguardar um sinal de ACK gerado pelo cart o o micro controlador aguarda at o instante em que o sinal for captado pelo barramento da porta P1 1 independendo quanto tempo este sinal demore para chegar em micro segundos O endere o de memoria do cart o onde o identificador do usu rio est sendo gravado s o os 3 primeiros bytes a partir do endere o 0x0000h mas poderia ser outro pois existe uma combina o de 14 bits dispon veis para o endere amento dos seus 16Kbytes de mem ria dispon veis ou seja qualquer endere o entre 0x00h e 0x3FFFh poderia ser utilizado Os 13 bytes do biocode est o sendo armazenados a partir do endere o 0x0003h da memoria do cart o A identifica o do usu rio est sendo feita
29. ado neste projeto o Paradox que vem junto com o pacote de instala o do Borland C Builder A escolha de utiliza o deste banco baseada na forma de utiliza o e a facilidade de implementa o neste banco de dados Para se criar uma nova tabela com este banco de dados basta executar uma instru o SQL Structured Query Language de criar a tabela juntamente com os campos pr definidos e a chave prim ria estabelecida As defini es da tabela seguem o seguinte padr o o nome da tabela que armazenar todas as caracter sticas do usu rio se chamar tblPF Todos os campos s o criados com a caracter stica de serem alfanum ricos e apenas o campo com o nome smart card dever possuir n mero exclusivo e n o equivalente a nenhum dos outros valores deste campo chave prim ria Os demais campos podem ter valores repetidos pois fazem parte dos c lculos resultantes do processamento da imagem como um todo A linguagem de manipula o de dados que utilizada no projeto a linguagem SQL a partir do pr prio compilador que est sendo utilizado no projeto Para armazenar apenas um tipo de dados que s o as informa es pessoais de cada usu rio necess ria apenas a cria o de uma tabela para a solu o do problema como um todo Os principais campos que est o sendo criados s o smartcard endere o cidade telefone celular biocode desvio padr o do biocode ngulo resultante de cada um dos 1 16 da i
30. aees seni 10 LISTA DE ABREVIATURAS scccc steels nsec eect ear ieee 11 RESUMO a a a nS ee ee Sera er a a ee ee 13 ABSTRAC Tancian cores aapa aa snes DESSAS ace aa oaa aara aa aaa aaa aiaia aaa aai 14 1 INTRODU O ccccccecessessesseseeseeseeseeeeseeseeseeseeaecaeeaecaecaecaesaesaeeaesensaeeassase 15 2 EST D TE RICO sapata Dani A ANANN 17 Zt BIOMETRIA inei a E a i tendas 17 2 1 1 Componentes de um Sistema Biom ftrico 19 2 1 2 Como Funcionam os Sistemas Biom ftricos cccccccccesseeeeeees 20 2 1 3 Falsa Aceita o e Falsa Rejei o a 22 2 1 4 A Palma da Ma 6 sarna Uia ag eia Ee iara sadia Ea ia catia a 24 2 2 ESPECIFICA O ira bcos dca da danada aaa da RR 26 23 DESCRICAO tas care rena REDE ER E 26 2 4 ESPECIFICA O DO HARDWARE ccccccccsssscscsssscsssssssssssssseees 28 24 1 SMART GARD Sein joe A a bale A SEU ER ER nd al 28 2 4 2 Micro controlador 8031 as csccsssesseecieneaacesovaieesaunetecthevanneoseeedecsauvozecuees 29 2 5 ESPECIFICA O DO SOFTWARE ccccccccesscsseesseeeesseseeseseeesteseeenes 33 2 5 1 Aquisi o da IMAGEN ari uas asa aa da aU DU SAS SD Gant Gad 33 2 5 2 Cadastros das imagens adquiridas eee 34 2 9 3 Cadastro das informa es do usu rio eee 35 2 5 4 Processamento da imagem ccccccsseeessseeeccceencaaessseeeeeecessnsaaeenees 35 2 6 ESTIMATIVA DE CUSTOS ecoa ccnicencacoceeseodnectccedeceescecstees
31. anipula o e aquisi o dos dados ser feita com a utiliza o de um protocolo definido e de um circuito micro controlado 2 4 1 SMART CARDS Smart card um cart o em formato convencional de cart o de cr dito envolvido em um pl stico que possui no seu interior um chip ou de mem ria ou micro processado A diferen a t cnica entre smart cards do tipo mem ria memory cards e smart cards propriamente dito que os cart es de mem ria funcionam apenas como armazenamento de dados e qualquer equipamento que utilize o protocolo de acesso a esta mem ria no caso deste projeto o protocolo de acesso memoria do cart o ser o I2C pode fazer uso deste cart o enquanto que um cart o genuinamente smart tem dentro de si um micro controlador variando de 8 bits a 16 bits que apenas as m quinas de leitura e grava o apropriadas possam interagir com o conte do da mem ria do cart o pois para fazer acesso a regi es da memoria do cart o faz se necess rio uma chave diferente para leitura e grava o O papel do micro controlador que o cart o smart possui dentro dele exatamente fazer a verifica o destas chaves tornando assim a manipula o dos dados mais segura A Figura 6 abaixo exemplifica a divis o de mem rias que um cart o smart gen rico possui 29 1Kbyte 16 bits 16 bits 16 bits 16 bits 6 bits 4 bits 6 bits Ka kv kb Figura 6 Divisao interna de memoria de um smart card de 1Kbyte O
32. ante os testes do software foram realizados diversos testes de cadastro pesquisa e exclus o de usu rio O m dulo atendeu s expectativas mencionadas anteriormente 4 3 2 Testes do M dulo de Leitura do Smart Card Todos os testes realizados neste m dulo foram feitos utilizando somente tr s smart cards Em cada um dos cart es foi gravado um identificador do sistema e um biocode Sempre em todas as ocasi es de leitura do cart o o processo de identifica o foi realizado com sucesso Como o esperado o cart o manteve gravado todos os dados at que o cart o fosse novamente gravado e atualizado os seus campos 4 3 3 Testes do M dulo de Reconhecimento Biom trico O m dulo de reconhecimento biom trico se apresentou est vel e funcional e para todas as imagens submetidas ao processamento o m todo retornou sempre um biocode Um fator que atrapalhou muito durante a valida o deste m dulo foi a diferen a de press o da palma da m o aplicada sob o vidro do 73 scanner de mesa A solu o adotada para este problema foi o de se utilizar uma espuma pequena densidade 33 para que o administrador do sistema pudesse aplicar a mesma for a em cima da m o do usu rio no momento do cadastro e o usu rio era respons vel por aplicar esta mesma for a no momento da utiliza o do sistema O sistema conta com uma base de dados de 40 usu rios cadastrados e todas as imagens foram processadas para gerar os valores de falsa aceita
33. ase de dados atual x10 300 250 a 200 150 i 100 50 Biocode 3 5 7 9 11 T8 15 17 19 21 232527 29 31 33 35 37 39 Usuarios Figura 30 Grafico de Dispersao dos usuarios cadastrados 76 Pelo grafico analisamos os valores de biocode eixo y dos usuarios eixo x e a conclus o que podemos tomar de que apesar de alguns valores de biocode de usu rios poderem estar em uma mesma posi o o resultado do sistema como um todo foi satisfat rio pois o sistema conseguiu separar os usu rios pelo biocode conforme vemos no gr fico Supondo que o usu rio n mero 1 esteja querendo entrar no sistema seu biocode resultante n o vai ser confundido com o usu rio 3 pois eles est o em regi es distintas de biocode resultante TT REFER NCIAS BIBIOGR FICAS 1 Boreki G Sistema de controle de acesso por iButton com verifica o biom trica da geometria da m o N cleo de Ci ncias Exatas e Tecnol gicas UnicenP Centro Universit rio Positivo 2003 2 Espinosa M Um sistema biom trico de identifica o pessoal via internet com nfase em assinaturas est ticas Departamento de Comunica es Unicamp 2000 3 Jain A Hong L Pankanti S Biometrics promising frontiers for emerging identification market Communication of ACM pp 91 98 February 2000 4 International Biometric Group Dispon vel em www ibgweb com 2004 5 Castleman K Digital Image Proce
34. ava o na mem ria Antes ainda de enviar o sinal de fim de opera o stop bit a mem ria enviar ao micro controlador um acknoledgment confirma o de opera o bem sucedida A Figura 19 demonstra como vai ser implementada a escrita de dados na memoria do smart card 16 55 S wW T R T A DEVICE T FIRST SECOND 6 T ADDRESS E WORD ADDRESS WORD ADDRESS DATA P son une PAA M LRA M A LA A S S C S C SC C B BWK B K BK K Figura 19 Protocolo para a grava o de dados no smart card Dentre as tr s 03 maneiras poss veis de se fazer a leitura dos dados do cart o a que usada no projeto a leitura a partir de um endere o inicial escolhido random read Opera es de leitura s o iniciadas da mesma maneira que as opera es de grava o de informa es no smart card Para que se inicie a leitura necess rio que se fa a a transmiss o do primeiro byte de identifica o de dispositivo com o bit de sele o de leitura escrita setado em 0 para fazer a sele o do endere o de mem ria a ser utilizado e depois mais um sinal de start bit ser enviado e mais uma vez o cabe alho de device address mas agora com o bit de escolha entre leitura e grava o levado a n vel l gico alto 1 que representa a leitura de dados O pr ximo byte ir representar os dados que est o sendo lidos do cart o a partir do endere o inicial da mem ria Estes bytes est o sendo armazenados previamente em um registrador
35. cas de indiv duo para indiv duo Algo que antes parecia uma tecnologia inacess vel hoje j um caminho para o futuro Sabendo se que este projeto est inserido em uma rea de grande crescimento e de grandes incentivos ao desenvolvimento este projeto prop e com o uso de t cnicas de processamento de imagens e de solu es de engenharia construir um software e um hardware capazes de identificar o usu rio atrav s do seu smart card pessoal e fazer a confirma o do usu rio com base na leitura da sua palma da m o 17 2 ESTUDO TEORICO Neste ponto ser o descritas algumas das t cnicas e aspectos te ricos que envolvem as tecnologias das quais este projeto ir utilizar para conseguir atingir os resultados desejados 2 1 Biometria A biometria o ramo da ci ncia que estuda a mensura o dos seres vivos Tecnologias biom tricas s o definidas como m todos autom ticos de verifica o ou identifica o de identidade de uma pessoa viva baseados em caracter sticas fisiol gicas ou de comportamento 2 Estudos de identifica o biom trica t m sido muito abordados ultimamente principalmente com a finalidade de dificultar as chances de ocorrer fraudes com rela o seguran a de dados Ap s algum tempo de pesquisa constatou se que as linhas da palma da m o s o t o peculiares quanto s impress es digitais Estas linhas s o formadas enquanto as pessoas ainda est o na barriga da m e ainda nas primeiras
36. ciclos de maquina 24 pulsos de clock Por se tratar de um micro controlador RISC reduced instruction set computing ele possui um ciclo de maquina equivalente a 12 ciclos de clock isso significa que ele possui poucas instru es internas mas que elas fazem todo o processamento desejado pelo controlador O efeito do reset nos registros do micro controlador afeta de forma diferenciada cada parte deles fazendo com que a maioria dos valores dos registradores e portas para comunica o tenham valores equivalentes a 0x00h ou OxFFh Como pode ser visto no esquem tico da especifica o do projeto al m das mem rias faz se necess rio a utiliza o de um outro Cl no caso o 74LS373 para a estabilidade de dados e endere os Ocorre da seguinte forma no primeiro ciclo de m quina o micro controlador 8031 coloca nos pinos ADO a AD7 o byte menos significativo do endere o externo e leva o pino ALE Address Latch Enable Habilitador da Trava de Endere os a nivel alto de modo que o 74LS373 oito Latches tipo D coloque em suas sa das essa informa o e logo em seguida passa este pino para n vel baixo para que esse byte fique retido no 74LS373 Ap s isso os pinos ADO a AD7 estar o livres para o transporte dos dados j que o barramento comum para alguns componentes 3 3 Cronograma O cronograma que est sendo seguido para o desenvolvimento do projeto est sendo mostrado no ANEXO 1 aonde mostra todas as suas fases desde
37. de todas as interrup es est o sendo ativadas inclusive a serial As interrup es externas n o ser o utilizadas neste projeto portanto elas ser o desconsideradas a todo momento Ao final de todas as configura es setado o in cio da contagem do timer 1 para que ele possa fazer a taxa de comunica o serial a todo instante independente de outras configura es e rotinas 4 1 2 M dulo do circuito micro controlador integrado com o smart card Para a solu o deste m dulo foi utilizado o kit do micro controlador 8051 da Unicenp e implementado com base neste kit todo o resto da parte de hardware A utiliza o da porta P1 do 80C31 est sendo utilizada para fazer toda a comunica o com o smart card e a libera o do acesso Os pinos de comunica o com o cart o s o os mesmos conforme projetados anteriormente sendo eles P1 0 e P1 1 respectivamente SCL e SDA do smart card Os pinos 65 P1 2 e P1 3 est o sendo usados para fazer a libera o e a rejei o do acesso respectivamente O modo serial de comunica o com o PC foi implementado com uma velocidade de 4800bps baud rate com o timer 1 respons vel pela taxa de transmiss o da serial em modo 1 e com todas as outras funcionalidades com o mesmo n vel de prioridade O timer 1 est sendo implementado com a caracter stica de auto reload ou seja quando a contagem chega ao limite de representa o dos 16 bits o valor inicial do timer restaur
38. e em um sistema de controle de acesso baseado na identifica o do usu rio atrav s da inser o do seu smart card no local de leitura e depois colocando a sua m o no scanner para que a verifica o seja feita Todo o processamento do software consiste em analisar detalhadamente as linhas da palma da m o do usu rio e comparar com caracter sticas peculiares previamente analisadas e cadastradas no banco de dados do sistema O processamento do hardware consiste em fazer a leitura do smart card retirando os dados que possam identificar a qual usu rio pertence o mesmo A Figura 5 demonstra graficamente o diagrama em blocos do sistema completo e kit 8051 7 palma da mao scanner de mesa Libera o rejei o Figura 5 Diagrama em blocos do sistema completo Inicialmente ser feita a inser o do smart card no soquete de comunica o com a placa controladora do kit 8051 e ser lido o identificador do usu rio gravado neste cart o O identificador passar atrav s da porta de 27 comunica o serial para o software principal e este j fara a identifica o do usu rio atrav s do dado coletado A segunda etapa adquirir atrav s de um scanner de mesa padr o a imagem da palma da m o do usu rio e analis la iniciando assim a etapa de reconhecimento biom trico separando as primitivas de identifica o que no caso deste projeto s o as linhas da palma da m o e verificando as informa
39. eeeeees 58 do CRONOGRAMA ala pi ir pri is RU pd lel iow olan clot SEIA UA R 59 3 4 PROT TIPO DE TELAS Jams nico idade dada eds adia ps ei ai pedia a pad 59 3 4 1 Tela de LOGIN nono a EA e ute cane earl aes 60 3 4 2 Tele RANGIA szegi ares A OU ad 60 3 4 3 Tela de Cadastro de Usu rios nn rrreerrenaeananaas 61 4 IMPLEMENTAGAD ccscsesessessssessessecsessesseseesseseeseeseesaesaesansetsaneassasenees 63 4 1 IMPLEMENTA O DO M DULO DE HARDWARE 2 cccceecceesseeeeeceeeeceeeaneeees 63 4 1 1 M dulo de comunica o serial com o PC 63 4 1 2 M dulo do circuito micro controlador integrado com o smart card 64 4 1 3 M dulo do protocolo de comunica o com o smart card 66 4 2 IMPLEMENTA O DO M DULO DE SOFTWARE cccsscccceseeecseeeeeseceeeceeeeeees 66 4 2 1 Aquisi o da Imagem aiini imensa nana an raind iv pe E 67 4 2 2 Processamento da Imagem havivieravatevernvavavevaverevesavagivavavevevaravavavesay 67 4 2 3 Gera o do BIOCOdE sun aerea cama nar ana so fue aaa Ra dear aaa qua ADA 70 4 3 TESTES E VALIDA O DO PROVJETO cccsscccesececesecerenecetaneceeanececaneeecaeeees 72 4 3 1 Testes do M dulo de cadastro de USUASIO 2 cccccceseeeeeeeeeeeeeeeess 72 4 3 2 Testes do M dulo de Leitura do Smart Card 72 4 3 3 Testes do M dulo de Reconhecimento Biom ftrico 72 4 3 4 Testes do Sistema Completo
40. eita o ocasiona fraude 7 23 A taxa de falsa aceita o pode ser representada pela aceita o pelo sistema do indiv duo que n o efetuou o cadastro aonde a amostra n o corresponde a nenhum indiv duo habilitado a utilizar o sistema Este um ponto muito perigoso nos sistemas justamente por isso este valor deve ser o mais pr ximo poss vel de Zero A taxa de falsa rejei o indica qual o percentual de indiv duos que n o conseguir o passar pelo sistema mesmo apresentando a biometria correta ou seja o usu rio cadastrado no sistema n o possui acesso devido a alguma caracter stica moment nea e passageira Os dispositivos biom tricos f sicos tendem a ter uma melhor taxa de falsa aceita o por causa da estabilidade da caracter stica medida e porque as caracter sticas comportamentais s o mais f ceis de serem duplicadas por outros usu rios A configura o do valor limite para toler ncia a estes erros cr tica no desempenho do sistema Vale mais a pena submeter o usu rio a fornecer uma nova amostra da sua palma da m o do que liberar o acesso em caso de d vida A Figura 2 demonstra um gr fico de taxas de falsa aceita o e falsa rejei o e o valor limite de cada tipo 8 Impostors False Accept Rate m Correct Reject Rate 4 Ea Correct Accept Rate False Reject Rate Probability Density 3 2 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 0 Hamming Distance Figura 2 Ilustra
41. el em www atmel fi dyn resources prod_documents doc1661 pdf 17 Twain Standard for image acquisition devices Dispon vel em www twain org Driver vers o 2 0 de julho de 2004
42. emonstrar que poss vel a utiliza o de um m todo computacional que fa a a extra o das caracter sticas biom tricas da palma da m o para se fazer um sistema baseado em identifica o do usu rio para controlar acessos e ou informa es restritos Com a base de dados coletada de 40 usu rios sendo tr s amostras v lidas por usu rio a taxa de Falsa Aceita o obtida foi de 5 59 uma taxa relativamente alta se formos comparar com a situa o ideal que de zero Esta uma grande preocupa o no uso deste sistema como sendo um sistema de seguran a pois esta taxa permite que pessoas diferentes daquelas que s o identificadas possam ser aceitas pelo sistema Alguns outros componentes biom tricos podem ser incorporados junto a esta an lise da palma da m o para aumentar a confiabilidade do sistema com mais par metros na gera o do biocode como por exemplo um algoritmo de c lculo da press o exercida sobre a superf cie do vidro para que isso n o seja mais um fator extremamente vari vel na entrada do sistema Ainda com a mesma base a taxa de Falsa Rejei o encontrada no sistema n o pode ser calculada pois com base em apenas cinco amostras coletadas e utilizando sempre as tr s mais pr ximas para se fazer o c lculo do desvio padr o n o se pode fazer um c lculo de Falsa Rejei o Seria ideal uma base de dados de aproximadamente 20 m os por usu rio para podermos ter um ndice comparativo O sma
43. ender v rias 62 atividades concorrentes Abaixo na Figura 25 esta sendo exemplificado esta tela de Cadastro de Usuarios Cadastro Figura 25 Prototipo da tela de cadastro de usuarios 63 4 IMPLEMENTA O Neste ponto ser o discutidos todos os aspectos referentes implementa o do que foi especificado na fase de projeto A implementa o do projeto ocorreu de maneira modular onde em uma primeira inst ncia o m dulo de hardware foi conclu do e posteriormente o m dulo de software 4 1 Implementa o do m dulo de Hardware A implementa o do m dulo de hardware pode ser sub dividida em 3 grandes partes sendo elas e M dulo de comunica o serial com o PC e M dulo do circuito micro controlador integrado com smart card e M dulo do protocolo de comunica o com o smart card O ANEXO 3 mostra o c digo comentado das rotinas em assembly para o micro controlador 80C31 4 1 1 M dulo de comunica o serial com o PC Este m dulo composto por rotinas de configura o do micro controlador envolvendo seus timers e seus registradores de configura o para o funcionamento adequado O registrador de configura o da porta serial est sendo configurado com o valor 0x50h que representa no micro controlador o uso da serial em modo 1 e a taxa de transmiss o vari vel utilizando uma UART de 8 bits O bit que habilita a recep o serial tamb m est sendo setado ele o REN
44. entado na Figura 16 pela sigla tw que representa o tempo para uma sequ ncia v lida de escrita ou leitura no smart card representando um stop bit da sequ ncia de manipula o dos dados da memoria do smart card 53 SCL SDA twp STOP START CONDITION CONDITION Figura 16 Sinais de controle para a escrita no smart card A forma pela qual a estabiliza o dos dados no barramento de comunica o do cart o feita demonstrada na ilustra o da Figura 17 abaixo 16 juntamente com a forma de se indicar o bit de in cio e o bit de fim do protocolo 16 E w No ho i SCL Nl of se 1 DATA STABLE DATA STABLE DATA START STOP CHANGE Figura 17 Estabilidade dos dados no barramento e condi es de Start e Stop bits Toda a interpreta o que feita a partir destas duas exemplifica es acima nos fornece a vis o de como feita a comunica o com este dispositivo que est sendo utilizado smart card A forma de in cio de comunica o com o dispositivo se d da seguinte maneira s o enviados 8 bits para o dispositivo sendo que os quatro 04 primeiros s o uma sequ ncia alternada entre zero e um 0 e 1 sendo que o mais significativo deles um 1 Os pr ximos 3 bits devem ser obrigatoriamente setados com o valor zero 0 O ltimo bit do cabe alho serve para escolher entre leitura e escrita da mem ria do smart card sendo que o bit
45. epresenta o diagrama de caso de uso do cadastro das imagens das m os dos usu rios 35 Armazenar Caracteristicas include Amostrar M o Extrair includes Caracteristicas Usu rio Figura 9 Diagrama de caso de uso de cadastro das m os 2 5 3 Cadastro das informa es do usu rio Como todas as formas de cadastro esta tamb m s poder ser executada mediante senha de administrador nunca por um usu rio qualquer O c digo das informa es pessoais tais como RG endere o residencial telefones e principalmente o cadastro do seu respectivo smart card Para entrar no ambiente as imagens coletadas ser o analisadas com estas imagens cadastradas biocodes A Figura 10 a seguir exemplifica o cadastro de usu rios feito pelo administrador do sistema Confirma opera o anterior e grava no vanco de dados Grava identificador e biocode no smart card Cria novo registro no banco de dados include include Administrador Figura 10 Cadastro de novo usu rio 2 5 4 Processamento da imagem A imagem a ser analisada extra da de um scanner de mesa padr o e fica armazenada em mem ria no programa Esta imagem rec m digitalizada n o estar ainda em condi es de an lise final pois conter informa es que n o s o teis e na verdade s o prejudiciais efic cia do sistema 1 devendo antes passar pelo pr
46. implementa o apresenta es datas de defesas e de entregas de documentos 3 4 Prot tipo de telas Nesta parte ser o mostradas todas as formas com que o programa foi implementado especificamente nesta se o ser mais abordado o desenvolvimento envolvido no prot tipo das telas de interface com o usu rio V rios aspectos foram considerados na elabora o destes prot tipos entre eles 60 a facilidade com que o usuario tem de interagir com o programa e suas funcionalidades 3 4 1 Tela de Login Para fazer o cadastro de usuarios no sistema necess rio que isso seja feito por um administrador do sistema Para identificar quem administrador este deve entrar com a senha e nome de usu rio contidos no programa para fazer acesso a se o de cadastro de novos registros usu rios O prot tipo desta tela est mostrado abaixo na Figura 23 Autentica o Login Administrador x Cancel Figura 23 Tela de Login 3 4 2 Tela Principal A tela principal do programa tem por caracteristica ter todos os caminhos de todos os m todos de tratamento da imagem do software E nela que temos as fun es de filtro fun es de leitura de imagem fun es de trocar de usu rio A Figura 24 exemplifica a forma desta tela principal Op es de menu mostram algumas se es como por exemplo salvar imagem e entrar na se o de cadastro passando pelo login antes bay Verifica o Biom trica da Palma da
47. incremento de 13 unidades no valor encontrado pelo algoritmo e a imagem da direita a imagem que est resultando normalmente com o uso do limiar autom tico de Otsu O valor de incremento aqui implementado como 13 veio de alguns testes realizados com uma base de imagens j adquiridas Valores maiores do que este fazem com que a imagem resultante perca informa es importantes enquanto que valores menores do que este fazem com que a imagem fique com muitos ru dos desnecess rios para o processamento da imagem e que n o s o considerados informa es importantes para o processamento das linhas da palma da m o Figura 27 Resultados do processamento da imagem 4 2 3 Geragao do Biocode Conforme descrito em fase de projeto o m todo de verifica o da palma da m o est sendo implementado depois de todo o processamento da imagem quando a imagem possui apenas as linhas evidenciadas Para a determina o deste c digo a seguinte estrat gia est sendo usada a imagem est sendo dividida em 16 partes iguais como mostra a Figura 28 e em cada uma destas partes est sendo contado o n mero de pontos pretos a magnitude resultante de todas as partes das linhas presentes nesta parte e o ngulo resultante desta regi o 71 Figura 28 Palma da m o dividida em 16 regi es Com estes 16 valores de pontos uma m dia ponderada dar como resultado um n mero real para a quantidade de pontos nesta janela junto o c
48. lendo se estes bytes nas posi es de mem ria acima especificadas e para este projeto n o ser o poss veis mais do que 999 usu rios diferentes apenas por uma quest o de projeto e aplica o 66 O contato el trico feito no cart o esta sendo feito com um soquete de encaixe espec fico para este tipo de cart o e a sua montagem est sendo feita em uma placa padr o com o tamanho do soquete de encaixe Alguns cent metros de fios fazem a alimenta o do cart o e a comunica o com o micro controlador 4 1 3 M dulo do protocolo de comunica o com o smart card O smart card est acoplado na placa padr o sua alimenta o e comunica o est sendo feita por alguns fios comuns de cobre Seu protocolo de comunica o est sendo implementado com base na especifica o do projeto de hardware anteriormente descrita A leitura do cart o come a a partir do momento em que o usu rio ativa o comando de iniciar a leitura no computador ent o o PC envia serialmente um comando para iniciar a leitura do cart o sendo este comando a letra A representado por 0x41h Neste instante a rotina de leitura do cart o ser executada e ao final da leitura do identificador do cart o na sua respectiva posi o de mem ria o micro controlador envia serialmente ao PC os bytes lidos do cart o O protocolo de comunica o implementado o mesmo descrito na fase de projeto do m dulo A grava o de dados no cart o est
49. ma componente RGB para representar a sua cor e armazenada em 3 bytes aonde cada uma das componentes do formato RGB possui 1 byte de representa o Com esta maneira de representar as cores das imagens temos num total uma imagem com 16 milh es de cores Para que um pixel seja representado na escala de cinza ele deve ter as 3 componentes R G e B com o mesmo valor assim a resposta na tela representar uma imagem acinzentada sendo que os valores limites para a representa o s o RGB 0 0 0 para um pixel com uma cor preta e RGB 255 255 255 para a cor branca A forma de se converter uma imagem colorida em tons de cinza fazer uma m dia aritm tica simples entre os valores RGB da imagem sendo que ent o os valores RGB s o setados com o valor desta m dia Um pseudoc digo est demonstrando como se faz este procedimento de convers o para a escala de cinza logo abaixo Para i de 1 at Largura da Imagem Para j de 1 at Comprimento da Imagem ValorCinza ValorRPixel i j ValorGPixel i j ValorBPixel i j 3 Pixel i j RGB ValorCinza ValorCinza ValorCinza Fim para Fim para 42 3 1 2 2 Filtro Gaussiano A segunda etapa ap s ter a imagem convertida em tons de cinza aplicar um algoritmo de filtragem de ru dos O filtro Gaussiano tem por caracter stica ser do tipo passa baixa ou seja as grandes diferen as da frequ ncia na imagem s o atenuadas deixando a imagem um pouco borrada por m com a elimi
50. magem e desvio 52 padrao destes angulos tamb m Os dados cadastrais comuns sao criados com tamanho de 50 bytes cada e os campos de valores calculados no programa sao criados com tamanho de 10 bytes cada A Figura 15 exemplifica a estrutura do banco de dados criada E tbiPF Tabela 1 Tiago Curitiba 8412 4253 tmmoreira yat 235689 Registro 14 1 bI b bx de 1 gt Figura 15 Estrutura do Banco de Dados 3 2 Projeto de Hardware Aqui ser o descritas todas as implementa es que foram realizadas em n vel de hardware do sistema suas funcionalidades e sua maneira de usar para o correto funcionamento do sistema Isto tudo inclui o interfaceamento entre o smart card e o micro controlador 8031 3 2 1 Leitura e Escrita no smart card Esta parte do projeto visa descrever o funcionamento do sistema de leitura e escrita dos dados no smart card do usu rio A partir do protocolo de comunica o I2C aonde a comunica o feita por 2 fios SDA e SCL respectivamente serial data serial clock aonde estes est o sendo projetados para serem utilizados respectivamente nos pinos P1 1 e P1 0 do micro controlador 8031 conforme explicados anteriormente na fase de especifica o do projeto A Figura 16 abaixo relacionada exemplifica segundo o fabricante 16 o controle necess rio do micro controlador em cima dos sinais SCL e SDA no momento da escrita do sinal no smart card O tempo do ciclo de escrita repres
51. minado usu rio mas caso a senha biom trica n o combine com a senha armazenada mesmo com esta toler ncia varia o ent o o sistema ir acusar que houve algum tipo de problema na identifica o do usu rio neste caso n o liberando o acesso deste A Figura 14 apresenta um fluxograma de verifica o de acesso desde a inser o do smart card at a libera o rejei o do usu rio Usu rio Programa M dulo insere smart libera usu rio card para fornecer prinoigias amostra da cabide tins 25 z libera o para mao 8031 faz a leitura dos dados identificadores do smart card dousu rio 8031 libera acesso do usu rio Leituras feita corretamente 8031 transmite dados identificadores para m dulo principal Verifica o biom trics confere Figura 14 Fluxograma de Verifica o do Acesso 51 Este m dulo do sistema o mais utilizado pelos usuarios do sistema pois exatamente este o objetivo do projeto limitar o acesso apenas a pessoas cadastradas e para fazer a confer ncia dos usu rios o m todo de verifica o de acesso chamado importante que o usu rio saiba que para que seu acesso seja bem sucedido primeiramente deve ser feita a identifica o via smart card e posteriormente ap s a libera o do sistema a verifica o via leitura da palma da mao 3 1 3 3 Banco de Dados O banco de dados que ser utiliz
52. mponentes Um dispositivo de medida o qual forma a interface de entrada do usu rio A facilidade de uso um fator importante para os biom tricos o dispositivo deve deixar pouca possibilidade para erros Ele deve ser satisfat rio para o uso de uma grande quantidade de pessoas incluindo aquelas que s o destreinadas Um software de opera o incluindo o algoritmo matem tico que ir checar a medida contra um modelo template Os algoritmos mais recentes dependem menos da modelagem estat stica e mais da programa o din mica das redes neurais e da l gica fuzzy fuzzy logic Isto aumenta sua flexibilidade Eles s o menos suscet veis a rejeitar algu m por causa de uma sujeira por exemplo se o resto do modelo estiver de acordo Um hardware e sistemas externos em que a usabilidade confian a e o custo do sistema ir frequentemente depender tanto destes sistemas externos como dos dispositivos de medida Sistemas de an lise da palma da m o por exemplo s o bem utilizados na implementa o voltada para sistemas centralizados 20 2 1 2 Como Funcionam os Sistemas Biom tricos O processo de verificagao da biometria do usuario inclui passos distintos de identifica o e autentica o A seguran a e desempenho dos procedimentos de identifica o e autentica o podem afetar diretamente outras fun es do sistema A identifica o a forma com que o usu rio fornece sua identidade nica que pode representar um indiv
53. na o de algumas componentes irrelevantes no processamento da imagem comumente chamadas de ru do Para aplicar o conceito de filtro gaussiano necess rio que a imagem esteja pr processada em escala de cinza para que os valores n o sofram nenhum desvio A curva de Gauss a ser implementada abrange 15 pontos da imagem sendo o ponto central o respectivo ponto analisado no momento e os seus 7 vizinhos esquerda e 7 vizinhos direita Esta implementa o feita com base em dois la os que percorrem a matriz inteira primeiro no sentido horizontal varrendo a imagem inteira aplicando este conceito de filtro passa baixa Quando a imagem for completamente percorrida no sentido horizontal o la o que faz no sentido vertical se inicia aplicando os mesmos conceitos e os mesmos valores para este sentido Um pseudoc digo est demonstrando como o funcionamento deste procedimento de filtro da imagem a seguir 43 float tfvPixels 15 tfvPixels 0 05 0 1 0 2 0 3 0 4 0 6 0 9 1 0 9 0 6 0 4 0 3 0 2 0 1 0 05 Para i de 1 at Largura da imagem tiPixel 0 Para j de 8 at Comprimento da Imagem I 0 k 7 tiPixel 0 Enquanto k lt 8 faga tiPixel MatrizCinzali j k tfvPixels I k I Fim Enquanto tiPixel 6 1 MatrizCinzali jJ RGB tiPixel tiPixel tiPixel Fim para Fim para Para j de 1 at Comprimento da Imagem tiPixel 0 Para i de 8 at Largura da Imagem I 0 k 7 tiPixel
54. nsores especializados que sejam sens veis a uma banda do espectro de energia eletromagn tica como raios X ultravioleta banda vis vel ou 34 banda infravermelha que produza um sinal el trico de saida proporcional ao nivel de energia percebida e possa ser digitalizado por um dispositivo que converta a sa da el trica para a forma digital Consequentemente um sistema computacional que seja capaz de adquirir uma imagem digital deve permitir o armazenamento em discos e fitas magn ticas processamento e a exibi o da imagem pela placa de v deo e monitor 2 5 2 Cadastros das imagens adquiridas Todo o procedimento de cadastro das imagens no banco de dados do software deve ser feito por um administrador do sistema e n o por um usu rio comum Antes de se iniciar o cadastro e controle das informa es contidas no banco de dados ser solicitada a senha de administrador do sistema e ap s a confirma o os registros poder o ser modificados e ou inseridos Ser o amostradas cinco 05 vezes a imagem da palma da m o do usu rio para que os padr es da palma da m o sejam extra dos levando se em considera o o movimento de uma imagem para outra Quando as imagens forem cadastradas ser o submetidas a todo o processamento de reconhecimento de padr es para o administrador poder definir que este padr o encontrado nestas imagens pertencente ao usu rio que acabou de submeter sua m o para o cadastro A Figura 9 r
55. o Ema PIII aii Add a F i EE o ZZEE Fees n j dels DAR 0 Er E na es 8 im Tri OOO he Figura 7 Esquematico de implementa o do circuito completo 32 A porta P1 foi destinada para a interface com o smart card que neste caso ainda nao usar todos os bits destinados pela porta de comunica o P1 apenas os bits que s o representados pelos pinos P1 0 e P1 1 que respectivamente ser o respons veis pelo SCL e SDA do smart card A Figura 8 demonstra o diagrama em blocos de todo o circuito que ser implementado Microprocessador 8031 PAD e P1 1 745373 Software principal Figura 8 Diagrama em blocos do circuito completo Conforme mostrado na Figura 8 o funcionamento do circuito se dar da seguinte maneira primeiramente o software principal ir enviar serialmente um comando que indicar que o usu rio j inseriu seu respectivo smart card posteriormente o 80C31 ir gerenciar a leitura do identificador do usu rio e em seguida este ser transmitido para o programa principal para que outras partes do projeto sejam feitas No circuito o papel da EPROM 27C256 de fornecer 33 todos os comandos que o micro controlador 80C31 ira realizar e o buffer 74LS373 serve apenas para manter na linha de dados o comando que est sendo executado antes de atualizar o seu valor 2 5 ESPECIFICA O DO SOFTWARE Nesta se o ser o abordados os m dulos
56. om a m quina nunca constante Para que os sistemas biom tricos possam lidar com estas varia es um limite de toler ncia deve ser definido 7 Cada sistema biom trico tem seu m todo pr prio de associar um escore para a coincid ncia biom trica definido um valor limite que determina quando a coincid ncia ocorre Um escore acima do valor limite pode ser considerado sucesso e um escore abaixo deste valor considerado nao sucesso 7 Assim a compara o entre a nova amostra e o template deve ultrapassar o valor limite para que a amostra seja considerada suficientemente similar ao template e o sistema considere que as duas realmente coincidem Caso contr rio o sistema n o identificar a coincid ncia e o usu rio n o ser reconhecido Os 22 sistemas devem permitir que o valor limite seja alterado a fim de aumentar ou diminuir o n vel de seguran a conforme a necessidade da aplica o e do nivel de aceita o por parte dos usu rios 7 A forma de armazenamento dos templates depende do tipo de aplica o para qual o dispositivo biom trico ser utilizado e do tamanho dos templates Geralmente os templates s o armazenados na mem ria do pr prio dispositivo numa base de dados centralizada ou em cart es magn ticos 7 A utiliza o de uma base de dados central para o armazenamento de templates a solu o adequada para aplica es onde o n mero de usu rios grande ou quando necess ria
57. om rela o a uma outra medi o anterior realizada por isso durante o cadastro da m o do usu rio ser analisado o fator de vari ncia do biocode para que este n mero tamb m seja levado em considera o durante a verifica o biom trica O valor de n mero de pontos extra do da palma da m o varia de uma amostra para outra considerando o mesmo usu rio portanto um fator de varia o ser calculado com base nestas amostras iniciais O valor de varia o nestes aspectos depende de usu rio para usu rio e por isso n o pode ser definido um valor m ximo e somente durante a aquisi o das imagens estes valores est o sendo calculados e armazenados no banco de dados 3 1 3 Sistema de cadastro O sistema de cadastro de usu rios respons vel por armazenar novos usu rios para acessar determinado local ou informa o Basicamente este m dulo executado por um administrador do sistema reconhecido atrav s de senha alfa num rica e login pr prio do programa O banco de dados que est sendo utilizado no sistema o Paradox do pr prio compilador utilizado para implementar este projeto o Borland C Builder devido a sua facilidade e rapidez de montar as tabelas e os registros de dados e a f cil intera o com o sistema e com o compilador 3 1 3 1 Cadastro de Usu rios O cadastro de usu rios uma parte relativamente simples que consiste no cadastramento das informa es pessoais do usu rio em si assim como o
58. para a escala de cinza conforme o projeto especifica O m todo de Sobel invocado depois da etapa anterior para fazer a extra o das linhas da palma da m o na imagem A Figura 26 mostra o resultado da extra o direta do algoritmo de Sobel e em seguida o resultado sendo selecionado pelo limiar autom tico de Otsu Figura 26 Palma da m o com as linhas evidenciadas O histograma direcional criado com base nos operadores de gradiente caracter sticos da imagem aonde a partir da an lise vetorial sabe se que o vetor gradiente aponta na dire o de mudan as mais r pida em um determinado ponto da imagem Em detec o de bordas a magnitude deste vetor uma quantidade importante geralmente chamada apenas de gradiente aonde o seu valor 69 resultado da raiz quadrada da soma do quadrado do gradiente de cada dire o x e y Com o histograma direcional em m os e o algoritmo de Otsu feito neste histograma tem se uma imagem com as linhas da palma da m o e ainda alguns pontos de alta frequ ncia resultantes na imagem Neste ponto agora para eliminar estes ru dos um filtro gaussiano ser aplicado para retirar estes pontos Um detalhe que est acontecendo no momento do processamento da imagem com rela o ao limiar autom tico de Otsu A imagem est ficando muito polu da com o valor encontrado automaticamente pelo algoritmo conforme mostra a Figura 27 a imagem da esquerda a imagem que possui um
59. posi o do que implementar um algoritmo que traduza o estado emocional de uma pessoa 2 A Tabela 1 apresenta uma compara o entre as tecnologias biom tricas apresentadas anteriormente levando em considera o tr s fatores 3 Desempenho refere se capacidade de um sistema em autenticar corretamente um indiv duo devido a um tipo de caracter stica biom trica Aceitabilidade indica o quanto as pessoas aceitam esse tipo de identifica o biom trica na sua vida cotidiana Fraud vel reflete a facilidade com que um sistema pode ser enganado por m todos fraudulentos Tabela 1 Compara o entre tecnologias biom tricas Caracter stica Biom trica Desempenho Aceitabilidade Fraud vel Impress es digitais Alta M dia Baixa Olhos Alta Baixa Baixa M os M dia M dia M dia Face Baixa Alta Alta Digita o Baixa M dia M dia Voz Baixa Alta Baixa Assinaturas Baixa Alta Alta A Figura 1 mostra um gr fico comparativo das pesquisas das tecnologias de biometria estimadas para 2004 4 19 2004 Comparative Market Share by Technology not including AFIS revenue _ Signature Voice 2 Iris 6 Fingerprint 48 Face 12 Copyright c 2004 International Biometric Group Figura 1 Percentual de participa o das tecnologias de biometria no total 2 1 1 Componentes de um Sistema Biom trico Um sistema biom trico padr o possui os seguintes co
60. processamento para depois ir para o algoritmo de reconhecimento de padr es Sendo assim o tratamento da imagem come a 36 transformando se a imagem para n veis de cinza pois nenhuma informa o relacionada cor da imagem ser til em algum ponto do processamento da mesma e nem para obter o seu padr o Com a imagem da regi o de interesse o pr ximo passo identificar as linhas da palma da m o nesta imagem mas para isso s o necess rios ainda alguns tratamentos como por exemplo o processamento feito por um filtro gaussiano O filtro gaussiano atua para diminuir as regi es de alto contraste da imagem proporcionando um equil brio um pouco maior no histograma gerado pela imagem a fim de eliminar pequenos ru dos contidos na imagem para que as linhas sejam salientadas e evidenciadas na imagem A partir de ent o o m todo de verifica o de padr o invocado Tendo a imagem da palma da m o selecionada filtrada e as suas linhas bem evidentes aplicado o algoritmo de sobel para saber a dire o de cada pixel em rela o ao resto da imagem Com isto poss vel de se fazer um histograma direcional dos pixels da imagem a fim de detectar um padr o de inclina o para as linhas da mao A Figura 11 representa a sequ ncia de tratamento de imagens desde a aquisi o da regi o de interesse at a separa o das caracter sticas de interesse por m de uma outra abordagem daquela implementada neste proje
61. rt card utilizado no sistema cumpriu com perfei o a miss o de guardar os dados de identifica o e o biocode do usu rio por m com toda a sua capacidade poderiam ser gravados juntos os dados de desvio padr o ngulo resultante de cada quadrante enfim todos os dados que s o necess rios para o c lculo do biocode Futuramente melhorias poderiam ser implementadas como por exemplo utilizar alguma outra caracter stica biom trica como a geometria da palma da m o junto para diminuir a porcentagem de erros no sistema como um todo e 15 ainda mudar o sistema de aquisi o de imagens usando uma camera digital pois esta n o tem problemas com rela o diferen a de press o exercida sobre o vidro do scanner e apresenta uma velocidade de captura da imagem bem maior comparada com o scanner de mesa comum utilizado neste projeto e tamb m implementar uma criptografia de dados armazenados no smart card pois no sistema atual isso n o foi necess rio e para um uso mais cont nuo isso extremamente interessante Os LEDs indicativos de acesso liberado ou rejeitado poderiam ser substitu dos no futuro por alguma chave eletr nica ou por uma catraca eletr nica acionada por um rel de modo que o acesso fosse realmente liberado A seguir na Figura 30 est o gr fico de dispers o das pessoas e seus respectivos biocodes Atrav s deste gr fico foi calculado a taxa de Falsa Aceita o mencionada anteriormente para a b
62. s dados necess rios para que seja poss vel fazer a identifica o deste usu rio com base nas imagens 48 Toda a parte de pr processamento e gera o de biocode anteriormente descrita utilizada nesta fase de cadastro de usu rio pois al m dos dados de endere o telefone etc est sendo armazenado junto o seu biocode Por se tratar de um sistema que demonstre muita varia o na aquisi o das medidas ser o amostradas cinco 05 vezes a m o do usu rio para que se chegue em um valor m dio entre as amostras selecionadas dentre as cinco aquisicionadas m dia de apenas tr s Ao contr rio de um modelo de verifica o de um sistema biom trico comportamental voz digita o aonde em um mesmo indiv duo pode haver uma grande varia o do padr o analisado neste projeto aonde a chave biom trica se encontra nas linhas da palma da m o ou seja em uma caracter stica f sica aonde h pouca varia o durante toda a vida pode ser extra da fazendo se esta quantidade de amostragens As tr s amostras servem para eliminar qualquer tentativa de uso incorreto do sistema de alguma interfer ncia de algum agente externo ao sistema ou mesmo ainda por alguma diferen a causada pelos m todos de pr tratamento da imagem A Figura 13 demonstra como o sistema de cadastro de novo usu rio 49 Aquisiciona imagem Aquisiciona dados gerais do usuario Administrador deseja entrar Digita a senha N
63. semanas de gesta o da mulher e permanecem no corpo durante toda a vida caso nenhum acidente grave interfira nas caracter sticas f sicas da palma da m o da pessoa Ainda que os sistemas biom tricos n o possam ser usados para estabelecer uma certeza absoluta na identifica o pessoal como algumas tecnologias atuais como smart cards cart es magn ticos e at mesmo o c digo de barras estes sistemas podem ser utilizados para fazer uma identifica o positiva com um alto grau de confian a e velocidade em grande escala sem mesmo que o usu rio tenha conhecimento como os sistemas biom tricos fisiol gicos como o do reconhecimento da face e os sistemas comportamentais como os de reconhecimento da voz ou da digita o As diferen as entre m todos de comportamento e fisiol gicos s o importantes por v rios motivos Primeiro o grau de varia o intrapessoal numa caracter stica f sica menor do que em uma caracter stica de comportamento Exemplificando isto significa que com exce o de algum ferimento sua palma da 18 m o a mesma ao longo da sua vida Uma assinatura por outro lado influenciada tanto por fatores fisicamente control veis como por fatores emocionais Assim sistemas baseados em comportamento t m um grande trabalho em ajustar as varia es intrapessoais Por esse motivo mais f cil construir um sistema que por exemplo guie o usu rio a colocar a palma de sua m o sempre em determinada
64. sendo feita enviando se serialmente o identificador B representado por 0x42h e logo ap s o micro controlador aguarda do PC o byte a ser gravado No final da grava o o micro controlador retorna ao PC um byte sinalizador representado pela letra G gravado 4 2 Implementa o do m dulo de Software A modulariza o das etapas do projeto est fazendo com que todos os m todos pudessem ser testados quase que independentes um do outro A integra o e a sequ ncia de chamada dos m todos definida pela funcionalidade de cada m todo 67 4 2 1 Aquisi o da Imagem A aquisi o da imagem est sendo feita normalmente como descrito em fase de projeto atrav s de um scanner de mesa padr o com uma qualidade de 100dpi A imagem est sendo digitalizada normalmente colorida em formato True Color ou seja com 24 bits de representa o A imagem original est sendo mantida em escala de cinza para que pudessem ser feitas algumas compara es com a imagem original depois de todo o processamento A imagem est sendo carregada em mem ria e a partir de ent o o programa abre a imagem e inicia o tratamento Uma imagem para ser considerada v lida precisa estar com toda palma da m o encostada no vidro do scanner com uma leve press o no vidro para ser uma imagem de f cil tratamento Uma m scara de cartolina de dimens es 30cm x 22cm com um quadrado no centro cuja medida lateral de 6 5cm est sendo aplicad
65. smart card comprado para o desenvolvimento do projeto tem como caracter sticas a capacidade de 16Kbytes de armazenamento e uma memoria do tipo EEPROM Para se fazer o acesso mem ria deste cart o necess rio que se siga o protocolo de comunica o 12C 2 4 2 Micro controlador 8031 Micro controlador corresponde a um microprocessador elemento eletr nico desenvolvido para executar tarefas espec ficas com linguagem de comando espec fica e seus perif ricos t picos todos juntos num s componente O 8031 um Micro controlador r pido com clock t pico de 12 MHz sendo que existem vers es de at 30 MHz tem como caracter sticas um poderoso controlador de hardware e software sobretudo em sistema para l gica sequencial e combinat ria Pode trabalhar com at 64 Kbytes de mem ria de programa e mais 64 Kbytes de memoria de dados isoladamente al m de sua memoria interna Suas caracter sticas de hardware incluem a capacidade de expans o de memoria de programa inicialmente de 4 Kbytes internamente para at 64 Kbytes totais colocando mais de 60 Kbytes externos ou ent o utilizar 64 Kbytes de memoria externa de programa com a vers o 8031 que mais utilizada 30 comercialmente devido ao baixo custo Com rela o ao software permitem a execu o de complexas opera es aritm ticas e l gicas trabalhar com bancos de registradores nominais e inclusive trabalhar com 128 bits individualmente endere veis
66. ssing Prentice Hall Inc 1996 6 NIST Computer Security Handbook Identification and Authentication Dispon vel em www bilbo edu security isl hk i amp a html 7 Matos R Mecanismos de Autentica o de Usu rios com utiliza o de dados biom tricos 1998 Dispon vel em www inf ufrgs br pos SemanaAcademica Semana98 renata html 8 Dougman J Biometric Decision Landscapes University of Cambrige 9 Gonzalez R Woods Richard Processamento de imagens digitais Editora Edgard Bl cher LTDA 2000 10 Hajn V Less common dermatoglyphic patterns on the palm in moravian population Department of Zoology and Anthropology Faculty of Natural Science Palacky University 2002 11 Reed T Meier R Department of Medical Genetics Indiana University School of Medicine and Department of Anthropology 1990 12 Otsu N A Threshold Selection Method from Gray level Histograms IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics v SMC 9 no 1 pp 62 66 1979 13 M Worring A W M Smeulders The Accuracy and Precision of Curvature Estimation Methods University of Amsterdam 1992 14 L O Gorman An Analisys of Feature Detectability from Curvature Estimulation AT amp T Bell Laboratories Murray Hill New Jersey 1988 15 Green B Edge Detection Tutorial 2002 Dispon vel em www pages drexel edu weg22 can tut html 78 16 AT24C128SC 2 wire Serial EEPROM Smart Card Modules Dispon v
67. t O no fim do byte 7 Leitura Envia endere o para fazer a grava o Recebe 7 ACK do Envia byte a smart carg ser gravado Recebe ACK do smart carg Insere bit 1 no fim do byte Sim Y Recebe ACK do smart Recebe a informa o a partir do endere o inicial Envia Pela serial a resposta para PC Le porta serial Acende LED Aceita o verde Recebeu Libera pacote acesso libera o Acende LED rejei o vermelho Enwia Stop Bit Figura 21 Fluxograma da comunica o entre 8031 e smart card Final State O m dulo de comunica o com a serial foi feito logo ap s a comunica o com o smart card Depois de feita a leitura das informa es necess rias para a identifica o do usu rio estes mesmos dados s o enviados para o programa principal para que seja feita a identifica o Logo ap s o envio destes dados para o programa principal o 8031 ficar aguardando um sinal que indicar que o PC vai enviar a resposta da libera o ou da rejei o do usu rio Quando ele receber este pacote ele faz um teste interno com um valor previamente escolhido para cada uma das opera es Por exemplo para rejeitar ele recebe a letra E do PC e para liberar o acesso ele recebe a letra D do PC Depois de fazer este teste ele envia a resposta para o respectivo LED O LED de rejei o de acesso est no esquem tico sendo ligado no pino
68. tecseceecnexe 37 e PROJETO oi e ree ee he eee NO E a 39 3 1 PROJETO DE SOFTWARE seis cae senencauboacatecacnenigidineaiquccsainhiunigeocasaegetencadese 39 3 1 1 Aquisi o da IMAGOIN 21 ccccccccennceesessseeeecccensnaaasseeeeeseesnnaeaaees 39 3 1 2 Processamento da IMAQe M ccccccssseeccsseecccesncceessseseesecesnnsaaeeees 39 3 1 2 1 Convers o para Escala de Cinza ccccccceeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 41 3 1 2 2 Filtr GAUSSIANG sennen OO a ee eee 42 3 1 2 3 BINATIZA O eree e E O E DEE SC 43 3 1 2 4 Limiar Autom tico de OT SU iccxcccseesexiccncccccceaceingecness 44 3 1 2 5 Sele o da Regi o da Palma da M o cceeeeeeeeeeeeeees 45 3 1 2 6 Algoritmo de Sobel aaa 45 3 1 2 7 Gera o do Biocode siendo ind la ahd dank Sal daledandk vedios 46 3 1 3 Sistema de cadastro sc esieressvsven cistedsnesonuieesneredeced evened sauscdecsauneneeiees 47 3 1 3 1 Cadastro de Usu rios cccccccseeseeeeeeeeeeeeeeeeeessseeeeeeeeeeeeees 47 3 1 3 2 Verifica o do Acesso sciiarsesecinccedeccnsssaenenrsedeecdiesaeneaenaaeerbenesee es 49 3 1 3 3 Banco de Dados senere e E E gi dis E oia 51 3 2 PROJETO DEHARDWARE eierdooier oeeie ie Guidon ee eee eede tccete cr Sasetdereunese 52 3 2 1 Leitura e Escrita no smart card cccccccccsssssseesesseeeeeceensaaaessseseeeees 52 3 22 Programa do GOST asinine upa tao a 56 3 2 3 Elabora o do circuito MICrO CONTOlACOS 1sccccecesseeeeeeeeee
69. to 10 37 A B C D Figura 11 Resultados das etapas de processamento da imagem 2 6 ESTIMATIVA DE CUSTOS Os custos do projeto foram estimados com base no valor de mercado dos itens e componentes que est o sendo utilizados durante a implementa o por m n o refletem uma pesquisa detalhada em busca do menor pre o praticado A Tabela 2 mostrada logo a seguir mostra todos os equipamentos componentes de hardware e software que est o sendo utilizados bem como os seus respectivos pre os praticados Tabela 2 Estimativa de custos do projeto Recurso Quantidade Investimento Sistema Operacional Microsoft Windows XP Professional 1 R 800 00 Borland C Builder 5 0 1 R 350 00 Kit UnicenP desenvolvimento 8051 1 R 75 00 Scanner Hewlet Packard ScanJet 6300J 1 R 1 500 00 Smart cards 3 R 30 00 Conector smart card 1 R 30 00 Computador pessoal AthlonXP 2000 1 R 2 000 00 38 Cristal de 11 0592 MHz 1 R 1 40 Capacitor 33pF 2 R 0 30 Capacitor 100nF 4 R 0 60 Capacitor 470uF 1 R 0 15 Capacitor 10uF 1 R 0 15 Capacitor 100uF 1 R 0 15 Resistores 9 R 0 90 Micro controlador 80C31 1 R 4 00 Buffer 74LS373 1 R 0 75 EPROM 27C256 1 R 2 00 Conector DB 9 3 R 2 50 Diodo 1N4004 3 R 0 60 Regulador de tens o LM7805 1 R 1 00 Soquetes 4 R 6 00 Microsoft Office 2000 1 R 200 00 OrCAD Release 9 2 1 R 25 000 00 Horas de desenvolvimento 75
70. tos que usamos atualmente faz se necess rio a utiliza o de uma senha em cada um destes locais Isto acaba nos gerando dois problemas ou o usu rio utiliza a mesma senha para todos os lugares restritos e caso a senha de um determinado local de acesso seja descoberta todos os outros lugares restritos ao qual este usu rio faz parte podem ser violados ou o usu rio tem uma senha diferente para cada local de uso restrito causando um poss vel esquecimento ou confus o entre as senhas o que muito comum atualmente tamb m A senha pessoal pode ser facilmente substitu da por alguma caracter stica f sica do usu rio que seja extremamente individual como por exemplo uma verifica o de impress o digital uma verifica o de ris ou mesmo uma verifica o de algumas caracter sticas da palma da m o do usu rio Estas caracter sticas podem ser extra das atrav s de um meio computacional espec fico e apropriado O estudo destas caracter sticas f sicas 16 chamado de Biometria Como estas caracter sticas s o individuais e j est o presentes nas pessoas desde o seu nascimento estas podem muito bem substituir o uso das senhas anteriormente citadas garantindo assim que somente na presen a do usu rio cadastrado o local seja acessado Por biometria entende se identifica o autom tica de uma pessoa baseada nas suas caracter sticas fisiol gicas como as linhas da palma da m o ou comportamentais que s o ni
71. unprecedent security in identification purposes The use of smart cards guarantees exclusive identification because of the differences of the biocode The user identification is made by the smart card along with the built in password and hand surface identification Index terms smart cards biometrics hand print data security 15 1 INTRODU O A cada ano que passa devido a evolu o dos componentes eletr nicos e tecnologias computacionais novas metodologias s o elaboradas para fazer o controle de pessoas autorizadas a locais de acesso restrito com maior facilidade garantindo sempre a restri o de usu rios que n o possuem acesso ao local Algumas tecnologias atuais para o controle de acesso pessoal s o cart es magn ticos Magnetic Tags Smart Cards e diversos outros que permitem ao portador do cart o ser portador de um c digo nico e exclusivo de identifica o c digo pessoal que o associa aos locais cuja permiss o v lida para o acesso Um dos maiores problemas encontrados atualmente na seguran a de locais de acesso restrito a vulnerabilidade que os cart es magn ticos proporcionam devido a facilidade de duplica o destes cart es estes podem ser facilmente violados e uma vez roubados o acesso pode ser feito por pessoas n o autorizadas e sem a presen a do usu rio cadastrado Um outro problema que existe hoje em dia o uso das senhas pessoais Devido ao grande n mero de locais restri

Verificação Biométrica da Palma da Mão com Identificação via

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