Compreendendo Sistemas Automatizados de Identificação de Impressões Digitais: Funcionamento e Aplicações

Sistema Automatizado de Identificação de Impressões Digitais – Módulos e Aplicações

Introdução ao Sistema de Identificação de Impressões Digitais

Sistema de identificação de impressões digitais ou Dactiloscopia é um processo único de identificação pela comparação das impressões digitais de indivíduos. Baseia-se no facto de nenhum dois indivíduos terem padrões de impressão digital semelhantes. É uma das técnicas mais amplamente utilizadas para obtenção de detalhes de uma pessoa e é uma forma fácil e conveniente de identificar alguém.

Figura 1: Tipos de Impressões Digitais

A pele de cada dedo humano tem padrão de linhas escuras (cristas) junto com linhas brancas (vales) entre elas. Pontos onde a estrutura da crista muda são conhecidos como Minúcias. Cada dedo humano tem padrão de cristas diferente. Estes padrões podem ser Arcos (onde as cristas entram e saem do mesmo lado), Laços (onde as cristas entram de um lado e saem do outro) e Verticilos (círculos ou misturas de diferentes padrões).

Impressões digitais podem ser obtidas usando dois métodos – Químico e Método de Identificação Automática

No primeiro, uma superfície é pulverizada com diferentes químicos como Cianoacrilato, Ninhidrina, Pó Magnético, etc. e os padrões de impressão digital podem então ser levantados usando fita adesiva transparente. No segundo, as imagens de impressão digital são adquiridas por diferentes sensores como Sensores Capacitivos (obtêm valor de pixel baseado na capacitância das cristas da impressão digital), Scanners Ópticos (usam prismas para detetar mudança na refletância da luz por cada crista ou vale) e Scanner Térmico (mede diferenças de temperatura ao longo do tempo para criar uma imagem digital).

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Processamento Digital de Imagem em Sistema de Identificação de Impressões Digitais

Os passos básicos para processamento digital de imagem na Identificação de Impressões Digitais envolvem aquisição, armazenamento e análise dos dados de impressão digital.

O primeiro passo envolve aquisição de imagens de impressão digital de diferentes sensores como – Sensor Óptico ou Capacitivo. O dispositivo de carga acoplada (CCD) presente no scanner óptico consiste em diodos sensíveis à luz que emitem sinais elétricos quando iluminados. Estes minúsculos pontos, quando atingem um ponto alvo, formam os pixels e uma matriz de pixels forma a imagem. Uma vez colocado o dedo no monitor, a imagem é adquirida iluminando as cristas do dedo.

O segundo passo envolve armazenamento e processamento das imagens usando os passos abaixo.

• Segmentação de Imagem: Envolve remoção de características indesejadas da imagem adquirida. Procedimento seguido é Limiarização, onde os pixels com intensidade (valor de nível de cinzento) superior a um limiar particular são considerados, enquanto os com intensidade inferior ao valor do limiar são removidos ou eliminados.
• Normalização de Imagem: Envolve obter um padrão de intensidade uniforme para toda a imagem. Isto é feito para que os pixels da imagem estejam numa gama desejada de valores de cinzento.
• Orientação de Imagem: A imagem é formada calculando a orientação em cada ponto. A orientação é por sua vez determinada calculando a média do vetor ortogonal ao gradiente de cada pixel nas direções X e Y.
• Filtragem de Imagem: Envolve uso de várias técnicas como Filtros Gabor ou Butterworth para remover ruído indesejado.
• Binarização de Imagem: Envolve conversão da imagem filtrada para imagem binária usando técnica de limiarização, para melhorar o contraste. Utiliza técnica de limiarização global, onde valor de pixel superior ao limiar é definido como 1 e valor de pixel inferior ao limiar é definido como 0.
• Adelgaçamento de Imagem: Feito para preservar a conectividade das cristas e envolve eliminação de pixels de primeiro plano.

O terceiro passo envolve análise das imagens, extraindo detalhes de minúcias da imagem processada e depois comparando esses detalhes com os dos modelos já armazenados. Isto é alcançado calculando o número de cruzamentos (metade da soma das diferenças) entre par de pixels numa vizinhança de oito conexões. Isto dá uma identificação única para cada característica da impressão digital.

Módulos de Impressão Digital

Para alcançar identificação de impressão digital usando microcontrolador, dois tipos de módulos de impressão digital podem ser usados – SM630 e R305.

Vamos ter uma breve ideia sobre os dois.

a. R305:

Figura 2: Scanner de Impressão Digital R305

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É um módulo de 4 pinos, compatível com Lógica Transistor-Transistor (TTL), que comunica com Microcontrolador através de comunicação Serial UART. Enquanto o pino TD liga ao pino RXD do Microcontrolador, o pino RD liga ao pino TXD do Microcontrolador. Suporta comunicação serial assíncrona semiduplex com taxa de transmissão (baud rate) padrão de 57600bps (taxa de transmissão aceitável pode ser entre 9600 a 115200bps).

A trama transferida é uma trama de 10 bits com bit de início em nível baixo, 8 bits de comando ou dados e bit de paragem. Uma vez alimentado, leva cerca de 500 milissegundos para inicialização. Os recursos do sistema consistem numa memória de 512 bytes, definida como bloco de notas e dois buffers de arquivo de caracteres de 512 bytes.

b. SM630:

Figura 3: Scanner de Impressão Digital SM630

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É semelhante ao R305 em termos de configuração de pinos e técnica de comunicação usada. Características únicas incluem algoritmo de impressão digital auto-desenvolvido, mecanismo de ajuste de parâmetros auto-adaptativo, baixo custo e consumo de energia, fácil de usar e design integrado portátil. Consiste em 768 modelos de impressão digital.

Aqui vamos usar o sensor de impressão digital R305 da Sunrom que está ligado a uma placa de interface, 1125. Consiste em três botões – ADD, EMPTY e SEARCH. Ou estes botões podem ser usados ou comandos externos podem ser enviados para a placa a partir do microcontrolador.

No circuito abaixo, fazemos a interface do sensor de impressão digital com o microcontrolador 8051, AT89S51, através de comunicação serial. O resultado do processo de identificação é apresentado no LCD.

Uma vez enviado o comando ADD a partir do microcontrolador, a impressão digital é adicionada à base de dados e o ID correspondente é enviado de volta ao microcontrolador e apresentado no LCD. Em caso de erro, um código (0xFF) é enviado e a mensagem de erro é apresentada no LCD.

Uma vez enviado o comando EMPTY a partir do microcontrolador, todas as impressões digitais adicionadas são eliminadas da base de dados. Código de resposta 0xCC indica execução bem-sucedida, enquanto código de resposta 0xFF indica erro.

Uma vez enviado o comando SEARCH a partir do microcontrolador, o ID correspondente à impressão digital correspondente é enviado como código de resposta do microcontrolador e o ID é apresentado no LCD. Em caso de erro, código de resposta 0xFF é enviado de volta.

Aplicações do Sistema de Identificação de Impressões Digitais

1. Cenas de Crime: A principal aplicação do sistema de identificação de impressões digitais é identificar criminosos envolvidos em qualquer crime. Uma das primeiras evidências procuradas nas cenas de crime são impressões digitais nos itens encontrados. Isto ajuda a encontrar os criminosos baseando-se nas impressões digitais.
2. Organizações: Esta técnica é usada para identificar membros de uma organização baseando-se no seu número de identidade único. Isto garante que apenas pessoas autorizadas podem entrar na área segura da Organização e não qualquer intruso. Também faz a contagem da presença do indivíduo e o tempo passado no local.
3. Lojas: Esta técnica é útil para reconhecer e faturar o cartão de crédito ou débito de um utilizador já registado.

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