République Tunisienne
Ministère de l’Enseignement Supérieur
et de la Recherche Scientifique
Université de Carthage
Institu...
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Dédicace
Au Dieu tout puissant mon créateur.
A la mémoire de mes...
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Remerciements
Au terme de ce travail, nous saisissons cette occa...
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Introduction générale
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La biométrie, connue et exploitée depuis l’antiqui...
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Figure1. 1:Parts de marché de la biométrie en 2001
Conclusion
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Chapitre 2: L’empreinte
digitale
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Introduction
Dans ce chapitre, nous introduirons la notion de l...
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1. Les capteurs optiques d'emprein...
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Cette méthode ne retient que l‟em...
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Introduction
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2.3 Filtre moyenneur
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Conclusion générale
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Bibliographie
1) Y. Belgnaoui, J-C. Guézel et T. Mahé. La biomé...
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Biométrie d'Empreinte Digitale

  1. 1. République Tunisienne Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Carthage Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Mateur Mini Projet Présenté à L’Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Mateur Réalisé Par Dguechi Intissar Biométrie d’empreinte digitale Soutenu le 23 Mai 2013 devant la commission de jury : Mme. Wala Touhami Présidente . Hela Mahersia Encadreure
  2. 2. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 2 Dédicace Au Dieu tout puissant mon créateur. A la mémoire de mes grands-parents. A mon père, en signe d’amour, de reconnaissance et de gratitude pour tous les soutiens et les sacrifices dont il a fait preuve à mon égard. A ma mère, ma raison d’être, ma raison de vivre, la lanterne qui éclaire mon chemin et m’illumine de douceur et d’amour. A mes sœurs et mon frère, A mes amis, et à tous mes proches. Intissar
  3. 3. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 3
  4. 4. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 4 Remerciements Au terme de ce travail, nous saisissons cette occasion pour exprimer nos vifs remerciements à toute personne ayant contribué, de près ou de loin, à la réalisation de ce travail. Nous souhaitons tout d’abord remercier notre encadreur Mme Hela Maherssia, qui nous a encadrées avec patience durant la réalisation de ce mini projet. Leurs conseils nous ont été bien utiles, notamment pour la rédaction de ce petit mémoire. Nous exprimons également notre gratitude aux membres du jury, qui nous ont honorés en acceptant de juger ce modeste travail. Enfin nous tenons à remercier l’ensemble du corps enseignant de l’institut supérieur des sciences appliquées et de technologie de Mateur. Merci
  5. 5. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 5 Sommaire Introduction générale................................................................................................................. 9 Chapitre 1 : La biométrie............................................................................................................... 10 Introduction.......................................................................................................................... 11 1. Définition.......................................................................................................................11 2. Les avantages de Biométrie : ........................................................................................ 11 3. Fonctionnement de la biométrie ..................................................................................12 4. Les différentes techniques de la biométrie......................................................................13 Conclusion ............................................................................................................................ 14 Chapitre 2: L’empreinte digitale..................................................................................................... 15 Introduction.......................................................................................................................... 16 I. L‟empreinte digitale ......................................................................................................... 16 1. Historique......................................................................................................................16 2. Définition.......................................................................................................................16 3. Les types des empreintes digitales ...............................................................................17 4. Caractéristique des empreintes digitale .......................................................................19 5. Les technologies d'identification d'empreinte digitale.................................................20 II. Les capteurs d‟empreinte ................................................................................................. 21 1. Les capteurs optiques d'empreinte...............................................................................21 2. Les capteurs capacitifs ................................................................................................ 22 4. Le capteur de pression ..................................................................................................23 5. Le capteur sans contact.................................................................................................24 Conclusion ............................................................................................................................ 24 Chapitre 3: La reconnaissance de l’empreinte digitale ...................................................................... 25 Introduction.......................................................................................................................... 26 I. Les minuties ..................................................................................................................... 26 II. Vue globale du mécanisme de reconnaissance des empreintes digitales ......................... 28 1. Récupération de l'empreinte : ......................................................................................28 2. Prétraitement des empreintes digitales : .....................................................................28 3. Extraction des caractéristiques de l’empreinte : .......................................................... 29 3.1 Localisation des minuties........................................................................................... 30 3.2 Traitement de textures................................................................................................ 30 4. Comparaison et prise de décision.................................................................................30
  6. 6. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 6 Conclusion ............................................................................................................................ 32 Chapitre 4: Application............................................................................................................... 33 Introduction.......................................................................................................................... 34 I. Généralités sur Matlab ..................................................................................................... 34 1. Phase d’apprentissage......................................................................................................34 1.1 Lecture et affichage d une empreinte : .......................................................................34 1.2 Conversion en niveau de gris : ...................................................................................35 1.3 Prétraitement : ............................................................................................................35 2. Le Filtrage : ....................................................................................................................35 2.1 Filtre gaussien : ..........................................................................................................35 2.2 Filtre médian ..............................................................................................................36 2.3 Filtre moyenneur ........................................................................................................37 3. L’orientation locale de lignes d’une empreinte digitale : .............................................37 4. Binarisation :..................................................................................................................38 5. Squelettisation : ............................................................................................................39 5.1 Phase d‟extraction :................................................................................................ 39 5.2 Comparaison : ............................................................................................................40 Conclusion générale................................................................................................................. 42 Bibliographie ........................................................................................................................ 43
  7. 7. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 7 Liste des figures Figure1. 1:Parts de marché de la biométrie en 2001................................................................ 14 Figure2. 1:Empreinte en boucle ............................................................................................... 17 Figure2. 2:Empreinte en verticille............................................................................................ 17 Figure2. 3:Empreinte en Arc....................................................................................................18 Figure2. 4:Les trois principales classe d‟empreinte, boucle(a), spire(b), arche(c) ..................18 Figure2. 5:Caractéristiques d‟une empreinte digitale .............................................................. 19 Figure2. 6:Les types des minuties............................................................................................ 19 Figure2. 7:Minuties repérables.................................................................................................20 Figure2. 8:La capture optique des empreintes..........................................................................21 Figure2. 9:Capteur capacitif d‟empreinte digitale....................................................................23 Figure2. 10:Capteur silicium d‟empreinte digitale (capacitif) .................................................23 Figure2. 11:Capteur de pression d‟empreinte digitale ............................................................. 24 Figure2. 12:Capteur sans contact ............................................................................................. 24 Figure3. 1: Différences entre munities.....................................................................................26 Figure3. 2: Empreinte digitale..................................................................................................27 Figure3. 3: Les types de minuties............................................................................................. 27 Figure3. 4: Méthode d‟acquisition ........................................................................................... 28 Figure3. 5: Exemple du prétraitement des empreintes............................................................. 29 Figure4. 1: Affichage d‟une empreinte digitale .......................................................................35 Figure4. 2: Image au niveau de gris ......................................................................................... 35 Figure4. 3: L‟axe oblique indique L‟orientation des lignes au voisinage du point (i, j)..........38 Figure4. 4: Image binarisée......................................................................................................39 Figure4. 5: Image squelettisée..................................................................................................39 Figure4. 6: Détermination de minuties sue le squelette de l‟empreinte...................................40
  8. 8. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 8 Liste des tableaux Tableau1. 1:Les différents techniques biométriques................................................................ 13 Tableau2. 1:Les différents types des minuties .........................................................................20 Tableau2. 2:Avantages et inconvénients du capteur optique ...................................................22 Tableau2. 3: Les avantages et les inconvénients du capteur silicium (capacitif).....................23 Tableau4. 1: Comparaison des résultats de filtre gaussien.......................................................36 Tableau4. 2: Comparaison des résultats de filtre médian......................................................... 36 Tableau4. 3: Comparaison des résultats de filtre moyenneur ..................................................37 Tableau4. 4:Identification d‟une minutie à partir du calcul de CN..........................................40
  9. 9. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 9 Introduction générale Savoir déterminer de manière à la fois efficace et exacte l‟identité d‟un individu est devenu un problème critique dans notre société. En effet, bien que nous ne nous en rendions pas toujours compte, notre identité est vérifié quotidiennement par de multiples organisations: en accédant à notre lieu de travail, lorsque nous en connectant à un réseau informatique, etc. Il existe traditionnellement deux manières d‟identifier un individu. La première méthode est basée sur une connaissance. Cette connaissance correspond par exemple au mot de passe utilisé au démarrage d‟une session Unix ou au code qui permet d‟activer un téléphone Portable. La seconde méthode est basée sur une possession. Il peut s‟agir d‟une pièce d‟identité, une clef, un badge, etc. Ces deux modes d‟identification peuvent être utilisés de manière complémentaire. Cependant, elles ont leurs faiblesses respectives. Dans le premier cas, le mot de passe peut être oublie par son utilisateur ou bien devine´ par une autre personne. On estime ainsi qu‟une personne sur quatre écrit directement sur sa carte bleue son code secret afin de ne pas l‟oublier .Dans le second cas, le badge (ou la pièce d‟identité ou la clef) peut être perdu ou volé. La biométrie est une alternative aux deux précédents modes d‟identification. Elle consiste à identifier une personne a partir de ses caractéristiques physiques ou comportementales. Le visage, les empreintes digitales, etc. sont des exemples de caractéristiques physiques. La voix, l‟écriture, le rythme de frappe sur un clavier, sont des Caractéristiques comportementales. Ces caractéristiques, qu‟elles soient innées comme les empreintes ou bien acquises comme la signature, sont attachées à chaque individu et ne souffrent donc pas des faiblesses des méthodes. La présente étude propose la manière d‟identifiaction par la bimoétrie d‟empreinte digitale Dans ce cadre, le présent manuscrit est composé de 4 chapitres :  Le premier chapitre consiste à faire une étude générale sur la biométrie.  Le deuxième chapitre concerne l‟empreinte digitale.  Le troisième chapitre présente une élude théorique au niveau de la reconnaissance des empreintes digitales.  Le troisième chapitre contient notre intervention pratique.
  10. 10. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 10 Chapitre 1 : La biométrie
  11. 11. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 11 Introduction La biométrie, connue et exploitée depuis l’antiquité, consiste à extraire ou à calculer les paramètres physiques ou comportementaux propres à chaque individu dans le but de pouvoir l’identifier de manière fiable. Jusqu’à présent, seuls les services de police l’utilisaient réellement par l’intermédiaire des empreintes digitales dans le but d‟identifier un individu. Dans le premier chapitre nous allons définir la biométrie et ces différentes techniques. 1. Définition La biométrie se réfère à l'identification automatique d'une personne vivante grâce à ses caractéristiques physiologiques ou comportementales. Il existe différents types de technologies biométriques sur le marché: la reconnaissance faciale, la reconnaissance d'empreinte digitale, l‟identification de la géométrie des doigts et de la main, l‟identification de l'iris, l‟identification de veine, l‟identification de la voix et l‟identification de la signature. La méthode d'identification biométrique est préférée aux méthodes traditionnelles, impliquant des mots de passe et des codes PIN, pour différentes raisons: La personne à identifier doit être physiquement présente au point d‟identification. La reconnaissance, basée sur des techniques biométriques, évite ainsi la nécessité de se rappeler d‟un mot de passe, de se servir d‟un badge de proximité ou d‟une carte de proximité (carte sans contact). Différents types de systèmes biométriques sont utilisés pour la reconnaissance en temps réel; les plus populaires sont basés sur la reconnaissance faciale et de l‟empreinte digitale. Cependant, d'autres systèmes biométriques utilisent l'iris et la rétine, la voix, le visage, et la géométrie de la main. 2. Les avantages de Biométrie :  Gain en sécurité : La biométrie permet de garantir l‟identité d‟un individu ou d‟authentifier qu‟il est le porteur légitime d‟un badge, quand les autres technologies ne peuvent garantir l‟identité de l‟usager d‟un code ou du porteur d‟une clef ou d‟un badge. Avec la biométrie, l‟usager « devient » sa propre clef infalsifiable. La biométrie palie au risque d‟usurpation d‟identité, de copie emprunt ou vol de clef ou de badge, d‟indiscrétion ou piratage de mot de passe. Avec la biométrie, nul autre que
  12. 12. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 12 vous ne peut accéder à votre place à vos locaux ni à vos informations : « vous devez être qui vous prétendez être »  Gain en confort : Sans crainte d‟oubli ni recherche du trousseau ou du badge, l‟usager gagne en confort en s‟affranchissant du port de la clef ou du badge qui deviennent superflus : « vous êtes le sésame ».  Gain en coût : Plus de clef ou de badge à créer à pour un nouvel arrivant ni à refaire à l‟occasion d‟un changement de serrure, plus de barillet à changer (et son parc de clefs) à l‟occasion de la perte d‟un original ou de non restitution par un individu à qui les autorisations d‟accès seraient retirées. Ces ustensiles d‟accès sont dématérialisés : si « vous êtes autorisés » alors « vous avez accès ».  Gain en flexibilité de gestion : Tout comme le badge, la biométrie à l‟avantage sur le jeu de clefs de permettre un paramétrage personnalisé des accès aux différents locaux et des plages horaires (paramétrage de profil ajustable en temps réel), tout en conservant le bénéfice par rapport au badge d‟authentifier votre identité. 3. Fonctionnement de la biométrie  La biométrie par vérification : L‟employé s‟identifie tout d‟abord par un badge ou un code, puis la pointeuse compare l‟empreinte de l‟utilisateur avec l‟empreinte sauvegarde pour ce badge ou ce code. Temps de vérification 1 seconde.  La biométrie par identification : Sans badge ou code, le lecteur compare l‟empreinte a toutes les empreintes stockées dans la pointeuse. Temps d‟identification 2-3 secondes.
  13. 13. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 13 4. Les différentes techniques de la biométrie Tableau1. 1:Les différents techniques biométriques Elément analysé Description Avantages Inconvénients ADN Analyse du patrimoine génétique L‟ADN est facile à obtenir (cheveux, salive). Coûteux et long. Démarche Identification des mouvements Transparente pour l‟utilisateur. Technique encore au stade expérimental. Dessin digitale Analyse de l‟empreinte digitale (carte des minuties) Technique éprouvée et rapide Des doigt sales ou abîmes peuvent affecter la lecture. Empreinte palmaire Analyse de la géométrie de la main Simple à utiliser Capteur encombrant et cher. Empreinte thermographique Cartographie thermique du visage Faible et d‟usage aisé Technique encore au stade expérimental Iris Analyse du motif de l‟iris Fiable Acquisition contraignante Rétine Analyse de la cartographie des vaisseaux Fiable Acquisition contraignante Signature Analyse de la pression et de la vitesse d‟exécution Rapide Peu fiable Visage Analyse morphologique de visage Usage aisé Doit tenir compte des changements tels une barbe ou des lunettes Voix Analyse fréquentielle de la voix Technique simple et peu coûteuse La voix change facilement Outre les freins psychologiques, il existe encore de nombreux obstacles technologiques. Quels que soient les systèmes, nous pouvons par exemple citer les cas encore nombreux de fausses acceptation (personne non autorisée acceptée) ou de faux rejets (personne autorisée rejetée), les interfaces homme machine d‟usage délicat et long ou encore les temps de traitement de l‟information se révélant quelquefois prohibitifs.
  14. 14. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 14 Figure1. 1:Parts de marché de la biométrie en 2001 Conclusion On peut conclure que la biométrie regroupe l'ensemble des techniques informatiques qui permettent de reconnaître un individu sur ses caractères biologiques, physiques ou comportementaux. Et avant de présenter de manière succincte les capteurs d‟empreintes digitales existant sur le marché, il convent de s‟intéresser aux caractéristiques et particularités des empreintes qui permettent d‟extraire une signature propre à chaque individu.
  15. 15. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 15 Chapitre 2: L’empreinte digitale
  16. 16. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 16 Introduction Dans ce chapitre, nous introduirons la notion de l‟empreinte digitale puis nous présenterons brièvement les capteurs d‟empreintes digitales. L‟empreinte digitale est unique pour chaque individu et garde la même forme tout au long de la vie. Elle subit des transformations homothétiques ou des distorsions modélisables par des similitudes dues à la croissance. I. L’empreinte digitale 1. Historique Les premières traces d‟utilisation d‟empreintes digitales ont été découvertes en Egypte et datent de l‟époque des pyramides il y a plus de 4000 ans. Les chinois ont aussi utilisé très tôt ce moyen pour signer les documents officiels(le plus vieux document signé date du troisième siècle avant jésus christ) mais ils ne sauvaient surement pas que les empreintes était unique pour chaque personne et permettaient ainsi une identification fiable. C‟est en 1856 que l‟anglais Williyam Hershel, après avoir utilisé les empreintes en guise de signature sur la population indienne qu‟il dirigeait, commença à comprendre que les empreintes étaient uniques et constantes dans le temps. En 1888 le britannique Francis Galton publia une étude sur les empreintes digitales ou il établit leurs caractéristique (unicité, invariance, munîtes, classification…) et en 1901 la technique d‟identification au moyen des empreintes fut adopté officiellement en Angleterre dans le système judiciaire. Cette technique fut ensuite largement développée dans les enquêtes criminelles et permit de résoudre un bon nombre d‟affaires. De nos jour les empreinte sont toujours largement utilisées et reconnut comme méthode d‟identification fiable. 2. Définition Une empreinte digitale est le dessin formé par les lignes de la peau des doigts, des paumes des mains, des orteils ou de la plante des pieds. Ce dessin se forme durant la période fœtale. Il existe deux types d‟empreintes: l'empreinte directe (qui laisse une marque visible) et l'empreinte latente (saleté, sueur ou autre résidu déposé sur un objet).Elles sont uniques et immuables, elles ne se modifient donc pas au cours du temps (sauf par accident comme une
  17. 17. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 17 brûlure par exemple). La probabilité de trouver deux empreintes digitales similaires est de 10- 24. Les jumeaux, par exemple, venant de la même cellule, auront des empreintes très proches mais pas semblables. On classe les empreintes selon un système vieux d‟un siècle: le système Henry. Dans ce système, le classement repose sur la topographie générale de l‟empreinte digitale et permet de définir des caractéristiques. 3. Les types des empreintes digitales La surface de la peau des doigts est pourvue d‟une texture particulière, continuellement stirée par des crêtes, qui permettent d‟accroître le pouvoir agrippant des mains. Les crêtes sont parsemées de petits orifices, les pores, par lesquels s‟écoule la sueur. Celle-ci, mélange à des sécrétions grasses, laisse des traces lorsque les doigts sont appliqués sur une surface propre. Ces traces, appelées empreintes, sont uniques et caractéristiques de chaque individu. Même les vrais jumeaux présentent des empreintes digitales différentes. Elles peuvent donc être utilisées pour identifier une personne. L‟étude d‟une empreinte digitale commence par l‟observation de sa forme générale. Le but est de classifier l‟empreinte étudiée en trois grandes familles :  Empreinte en boucle : les lignes se replient sur elles-mêmes, soit vers la droite, soit vers la gauche (motif courant). Figure2. 1:Empreinte en boucle  Empreinte en verticille : présence de lignes qui s‟enroulent autour d‟un point en formant une sorte de tourbillon. Figure2. 2:Empreinte en verticille
  18. 18. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 18  Empreinte en arc : les lignes sont disposées les unes au-dessus des autres, en formant une sorte de A (motif rare). Figure2. 3:Empreinte en Arc Les empreintes digitales peuvent se diviser en trois grands types de motifs : arcs, appelés aussi arches ou tentes ; boucles à droite ou à gauche ; spires, verticilles ou tourbillons. Ces trois types d‟empreintes regroupent 95 % des doigts humains : 60 % pour les boucles, 30 % pour les spirales et 5 % pour les tentes. Chaque empreinte appartenant à un type classé : adèle, bidenté, tridenté (rare). Les mondâtes se divisent en sous-groupes : les normales, externes, composites, de même pour les bidentés : à verticilles concentriques, à verticilles en Z...  Les boucles représentent 65% des empreintes rencontrées.  Les spires représentent 30% des empreintes rencontrées.  Les arches représentent 5% des empreintes rencontrées. Figure2. 4:Les trois principales classe d’empreinte, boucle(a), spire(b), arche(c)
  19. 19. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 19 4. Caractéristique des empreintes digitale Une empreinte digitale est constituée d‟un ensemble de lignes localement parallèles formant un motif unique pour chaque individu (Figure1), on distingue les stries (ou crêtes, ce sont les lignes en contact avec une surface au toucher) et les sillons (ce sont les creux entre deux stries). Les stries contiennent en leur centre un ensemble de pores régulièrement espacés. Figure2. 5:Caractéristiques d’une empreinte digitale Chaque empreinte possède un ensemble de point singuliers globaux (les centres et les deltas) et locaux(les minuties). Les centres correspondent à des lieux de divergence. Une étude (Figure2) a montré l‟existence de seize types de minuties différentes mais en général les algorithmes ne s‟intéressent qu‟aux bifurcations et terminaisons qui permettent d‟obtenir les autres types par combinaison. Figure2. 6:Les types des minuties
  20. 20. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 20 Une fois la forme générale de l‟empreinte déterminée, on peur alors passer à une étude précise qui consiste à prendre en compte les détails, appelés minuties, visibles sur l‟empreinte. La figure ci –dessous présente quelques-unes des minuties repérables. Figure2. 7:Minuties repérables Tableau2. 1:Les différents types des minuties 1 Terminaison 6 Bifurcation triple III 11 Pont jumeau 2 Birfurcation simple 7 Crochet 12 Intervalle 3 Birfurcation double 8 Boucle simple 13 Point isolé 4 Birfurcation triple I 9 Boucle double 14 Traversée 5 Birfurcation triple II 10 Pont simple 15 Croisement 5. Les technologies d'identification d'empreinte digitale Il y a deux méthodes principales de comparaison d'empreinte : la comparaison Minutie et la comparaison de modèle global. La première approche analyse les bifurcations des creux et les terminaisons, la deuxième méthode s‟attache à une approche plus macroscopique. Cette dernière approche considère l'ensemble des creux en termes de, par exemple, de cambrures, de boucles et de spirales. Le taux d‟erreur étant bas, l'identification d'empreinte digitale est, de ce fait, très précise. Le prix de tels systèmes, comparé à d'autres systèmes biométriques, reste bon marché et les utilisateurs les apprécient fortement. Le point fort de l'identification par empreinte digitale est qu‟elle peut être utilisée dans des environnements très divers.
  21. 21. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 21 II. Les capteurs d’empreinte 1. Les capteurs optiques d'empreinte La méthode optique est une des méthodes les plus communes. Un appareil-photo CCD (dispositif couplé chargé) est utilisé au cœur du capteur optique. Un appareil-photo CCD se compose simplement d‟une rangée de diodes sensibles légères appelées photo sites. En général, le doigt est placé sur une surface en verre et l'appareil-photo CCD prend la photo. Le système CCD contient une rangée de LED (diodes électroluminescentes) qui illumine les creux et les bosses du doigt. Un prix avantageux constitue l'avantage principal des systèmes optiques ; leur inconvénient est qu‟ils sont faciles à détourner. L‟autre DELSY CMOS-Sensor problème est celui des empreintes latentes : l‟empreinte digitale du doigt précédent, qui a été placé sur le capteur, peut rester. Les principaux fabricants de capteurs optiques sont Delsy, Dermalog, Smiths Heimann Biometrics. Figure 1 : Capteur optique d’empreinte digitale Figure2. 8:La capture optique des empreintes
  22. 22. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 22 Tableau2. 2:Avantages et inconvénients du capteur optique Avantages Inconvénients  Son ancienneté et sa mise à l‟épreuve.  Sa résistance aux changements de température, jusqu‟à un certain point.  Son coût adorable.  Sa capacité à fournir des résolutions de plus de 500 dpi.  Il est possible que l‟empreinte d‟utilisateurs précédents reste latente, d‟où une possibilité de dégradation de l‟image par surimpression.  Apparition possible de rayures sur la fenêtre.  D‟autre part, le dispositif CCD peut s‟user avec le temps et devenir moins fiable.  Problèmes de contrastes (doigt propre et sec devient trop clair tandis qu‟un doigt humide et recouvert d‟un film gras devient très foncé) ; problème résolu grâce au film liquide mais système mal accepté. (mouillé le doigt !) 2. Les capteurs capacitifs La méthode capacitive est une des méthodes les plus populaires. Comme les autres capteurs, le capteur capacitif d‟empreinte digitale reproduit l‟image des creux et des bosses qui composent une empreinte digitale. Le capteur capacitif emploie des condensateurs de courant électrique pour mesurer l'empreinte digitale. Un capteur capacitif se compose d'une rangée de cellules minuscules. Chaque cellule inclut deux plaques conductrices recouvertes par un revêtement protecteur.
  23. 23. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 23 Figure2. 9:Capteur capacitif d’empreinte digitale Il est en général de très petite taille, d‟une durée de vie assez longue, son coût est intéressant. Mais, comme tout composant, il est fragile aux décharges électrostatiques. Figure2. 10:Capteur silicium d’empreinte digitale (capacitif) Tableau2. 3: Les avantages et les inconvénients du capteur silicium (capacitif) Avantages Inconvénients  Coût assez bas  Capteur vulnérable aux attaques extérieures fortuites ou volontaires 4. Le capteur de pression Le principe du capteur de pression réside dans le fait que lorsqu‟un doigt est placé au-dessus de la zone du capteur, seuls les bosses de l'empreinte digitale rentrent en contact avec les rayons piezo du capteur. Les creux en contraste n‟ont aucun contact avec les cellules du capteur. Une des différences fondamentales pour la reconnaissance et la comparaison
  24. 24. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 24 d‟empreinte digitale, par rapport aux capteurs sur le marché, demeure le capteur de pression qui génère une image binaire de 1 -bit. Figure2. 11:Capteur de pression d’empreinte digitale 5. Le capteur sans contact Le capteur sans contact fonctionne comme un capteur optique. En général, il y a une glace optique de précision à une distance de 5 à 7 cm de l'empreinte digitale lorsque le doigt est scanné. L'empreinte digitale est mise sur un support avec une ouverture. Un des inconvénients à considérer est que la poussière et la saleté peuvent se déposer sur la vitre optique, donnant un mauvais résultat d‟image. Figure2. 12:Capteur sans contact Conclusion On guise de conclusion que ce chapitre a été dédié aux différentes technologies d‟identifications biométriques existantes à l‟heure actuelle ainsi qu‟aux capteurs d‟empreintes digitales.
  25. 25. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 25 Chapitre 3: La reconnaissance de l’empreinte digitale
  26. 26. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 26 Introduction Actuellement, la reconnaissance des empreintes digitales est la branche la plus exploitée de la biométrie1. Les systèmes de reconnaissance des empreintes digitales sont utilisés dans plusieurs applications dont nous nous servons dans la vie quotidienne (sécuriser l‟accès à un ordinateur, à une clé USB, l‟entrée d‟un établissement. . .), et dans le domaine anticriminel. I. Les minuties L‟identification par reconnaissance d‟empreinte digitale peut être classée en deux catégories : la comparaison Minutie (analyse de la structure locale) et la comparaison de modèle global (analyse de la structure globale). Actuellement, l'identification d‟empreinte digitale assistée par ordinateur emploie la comparaison Minutie. Les points de minuties sont des creux locaux qui apparaissent en tant que terminaison ou bifurcation. Figure3. 1: Différences entre munities La spécificité d'une empreinte digitale peut être déterminée à partir des creux et bosses dont l‟empreinte digitale est faite. Une empreinte digitale complète se compose d'environ 100 points de minuties. La zone d‟empreinte extraite se compose d‟environ 30 à 60 points de minuties selon le doigt et la zone du capteur. Ces points de minuties sont représentés par un nuage de points dans un système coordonné. Ils sont stockés ainsi que les valeurs des angles des tangentes de ces points de minuties dans
  27. 27. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 27 un code d‟empreinte ou directement dans une empreinte de référence. Une empreinte peut se composer de plus d'un code d‟empreinte pour augmenter la quantité de l'information et pour augmenter la zone de balayage de l‟empreinte digitale enregistrée. Les minuties : codifiées à la fin des années 1800 en « caractéristiques de Galton», les minuties sont composées, de façon rudimentaire, de terminaisons en cêtes, soit le point où la crête s‟arrête, et de bifurcations, soit le point où la crête se divise en deux. Le noyau est le point intérieur, situé en général au milieu de l‟empreinte. Il sert souvent de point de repère pour situer les autres minuties. D‟autres termes sont également rencontrés : le lac, l‟île, le pont, le croisement, le delta, la vallée, le pore… Figure3. 2: Empreinte digitale Les minuties peuvent prendre cinq configurations différentes comme la figure. En fait trois d’entre elles, les minuties de type boucle, point et segment ne sont que le résultat des combinaisons des minuties des terminaisons et de bifurcation. Pour cette raison la grande majorité des algorithmes de reconnaissance ne tiennent compte que des deux dernières. Types de minuties possibles (les reliefs positifs, les stries, sont ici représentés en noir) : (a) terminaisons, (b) bifurcation, (c) boucle, (d) point et € segment. Figure3. 3: Les types de minuties
  28. 28. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 28 II. Vue globale du mécanisme de reconnaissance des empreintes digitales Lors de l‟identification (par exemple pour entrer dans un établissement dont l‟entrée est protégée), le système scanne l‟empreinte de la personne à identifier et extrait les minuties de l‟empreinte comme précédemment. La signature (i.e. les minuties) de l‟empreinte est ensuite comparée aux empreintes de la base de données ; si aucune d‟elles ne correspond à l‟empreinte fournie à l‟entrée, le système renvoie une réponse négative (exemple : l‟accès de l‟immeuble est refusé à la personne), et sinon une réponse positive (exemple : accès autorisé). Les étapes de reconnaissance d‟empreintes digitales proposé dans se présent mémoire sont les suivant:  Récupération de l'empreinte.  Prétraitement de l'empreinte.  Reconnaissance globale (Classe de l'empreinte).  Extraction des minuties.  Prise de décision. 1. Récupération de l'empreinte : Cette étape consiste a capturer l image de l‟empreinte par les méthodes qu‟on les a vue dans le chapitre précédent (capteurs) et après qu‟elles sont capturées ils seront stockées sous forme des images. Figure3. 4: Méthode d’acquisition 2. Prétraitement des empreintes digitales : On a besoin de prétraiter les images pour qu‟ils soient normalisés. Pour ceci, le but de cette étape est de supprimer toute ambiguïté en détectant des zones de bruit et en faisant ressortir la
  29. 29. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 29 plus grande partie possible d'information utile au système l‟image suivante montre le résultat du prétraitement de l‟empreinte digitale. Figure3. 5: Exemple du prétraitement des empreintes Amélioration de la qualité: uniformisation du contraste, problèmes d‟encre, doigts gras ou secs, etc. Prétraitements :  Egalisation d‟histogramme  Renforcement du contraste (filtrage)  Morphologie mathématique 3. Extraction des caractéristiques de l’empreinte : Lors de l‟extraction de la signature propre à l‟empreinte digitale, le principal problème rencontré est relatif à la qualité de l‟image issue du capteur. En effet l‟extraction de la signature s‟appuie sur une approche basée sur le repérage des minuties, qui s‟avère être extrêmement sensible au bruit et aux éventuelles déformations. Les perturbations peuvent aisément laisser apparaître de fausses minuties ou au contraire en masquer certaines. C‟est pourquoi un filtrage de l‟image de l‟empreinte digitale sera toujours effectué avant toute autre opération algorithmique. On a plusieurs méthodes qui sont employées à la reconnaissance les empreintes digitales : localisation des minuties, analyse spectrale à l‟aide d‟ondelettes, traitement de textures, etc.
  30. 30. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 30 3.1 Localisation des minuties Cette méthode ne retient que l‟emplacement des minuties les plus pertinentes. Elle est peu sensible aux déformations des doigts entre plusieurs vérifications (doigts plus ou moins appuyés sur le capteur). 3.2 Traitement de textures Des paramètres issus de certaines propriétés de la texture des empreintes (orientation, fréquence, etc.) sont comparés. Cette méthode permet un traitement très rapide, et donc un temps de réponse très court. Il existe bien d‟autres méthodes, mais elles ne sont pas divulguées par les entreprises qui les développent pour un souci de propriétés intellectuelles. 4. Comparaison et prise de décision Le système de vérification d'identité est basé sur la comparaison de deux ensembles de minuties (fichier "gabarit"), correspondants respectivement à deux doigts à comparer. Pour déterminer si deux ensembles de minuties extraits de deux images correspondent à des empreintes du même doigt, il est nécessaire d'adopter un système de comparaison qui soit insensible à d'éventuelles translations, rotations et déformations qui affectent systématiquement les empreintes digitales. A partir de deux ensembles de minuties extraites, le système est capable de donner un indice de similitude ou de correspondance qui vaut :  0 % si les empreintes sont totalement différentes.  100 % si les empreintes viennent de la même image. Deux fichiers " gabarit " calculées à partir de la même empreinte ne donneront jamais 100 % de ressemblance du fait des différences qui existent lors de l'acquisition de deux images (petites déformations ou déplacements), ils donneront cependant toujours un niveau élevé de similitude. La décision à partir de cet indice de similitude de savoir si deux empreintes sont issues du même doigt est une question purement statistique. Pour décider d'accepter la similitude entre deux " gabarit ", il faut établir un seuil d'acceptation. On a présenté le système de caractérisation et de classification automatique des individus par la figure suivante :
  31. 31. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 31 Base de teste des empreintes Prétraitement des empreintes Caractéristique des empreintes Base d‟apprentissage des empreintes Comparaison Décision  Autorisé Refusé
  32. 32. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 32 Conclusion De nos jours, la reconnaissance biométrique est utilisée dans bon nombre d‟applications telles que la protection de l‟accès à un ordinateur, un téléphone portable, une clé USB, un établissement, des cartes bancaires... De nombreuses technologies biométriques ont été développées, toutes basées sur les identificateurs biométriques (iris, voix, empreintes digitales, face, signature...). En effet, la biométrie est l‟usage de différentes caractéristiques physiologiques et comportementales afin de réaliser une reconnaissance automatique d‟un individu. Ce sont ces caractéristiques qu‟on appelle Identificateurs Biométriques. Ces derniers sont plus fiables que les systèmes classiques (clé, mot de passe. . .) dans la reconnaissance d‟une personne car ils sont difficilement falsifiables. C‟est la raison pour laquelle les systèmes biométriques sont actuellement de plus en plus sollicités.
  33. 33. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 33 Chapitre 4: Application
  34. 34. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 34 Introduction Dans ce chapitre, on a présenté notre travail pratique qui est simulé ou pratiqué et tous les étapes que nous avons appliqués pour atteindre plus ou moins un bon résultat. Pour cela, on a réalisé une démarche bien organisée. I. Généralités sur Matlab Matlab est un environnement puissant, complet et facile à utiliser destiné au calcul scientifique. Il apporte aux ingénieurs, chercheurs et à tout scientifique interactif intégrant calcul numérique et visualisation. C‟est un environnement performant, ouvert et programmable qui permet de remarquables gains de productivité et de créativité. MATLAB (MATrix LABoratory) comprend de nombreuses fonctions graphiques, un système puissant d'opérateurs s'appliquant à des matrices, des algorithmes numériques (zéros d'une fonction, intégration, interpolation), ainsi qu'un langage de programmation extrêmement simple à utiliser. II. Application 1. Phase d’apprentissage La méthode de classification des empreintes qui est devise sur deux tapes :  La première étape est de caractériser les empreintes  La deuxième étape est de déterminer des vecteurs matrices d‟apprentissage 1.1 Lecture et affichage d une empreinte : En général l‟image est de plusieurs types tels que GPG, TIF, BMP .Or dans notre application la base des images des empreintes sur laquelle on va travailler est de types GPG. Une image sous Matlab peut être représentée sous plusieurs formes mais toujours sous forme d‟une matrice. Cette étape consiste a la lire et décoder son format afin de la transformer en une matrice de valeur celui ci se représente dans la figure si dessous qui se manifeste par l affichage de l‟image de l‟empreinte
  35. 35. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 35 Figure4. 1: Affichage d’une empreinte digitale 1.2 Conversion en niveau de gris : Cette étape consiste à transformer l‟image en couleur à une image au niveau de gris en utilisant la commande « rgb2gray ». Elle a pour but d‟améliorer la qualité d‟image et le résultat dans notre cas se représente par la figure si dessous : Figure4. 2: Image au niveau de gris 1.3 Prétraitement : Cette étape a pour but de l‟amélioration de la qualité de l‟image vue que: uniformisation du contraste, problèmes d‟ancre, doigts gras ou secs, etc. Vu que les algorithmes de reconnaissance des empreintes digitales sont sensibles à cette dernière. Parmi les étapes de l‟amélioration de la qualité de l‟image on trouve : 2. Le Filtrage : 2.1 Filtre gaussien : Le filtre Gaussien est un filtre de traitement d'image appliqué par convolution (utilise un masque (matrice) appliqué à chaque pixel) Ce type de filtre est utilisé pour diminuer le bruit ou appliquer un flou sur une image. Les résultats de filtre gaussien applique à une image d‟empreinte digitale, est résumé dans le tableau suivant :
  36. 36. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 36 Tableau4. 1: Comparaison des résultats de filtre gaussien Image original Gaussien 3*3 Gaussien5*5 Gaussien7*7 2.2 Filtre médian A fin de minimiser ce phénomène de bruitage de l‟image plusieurs technique ont été développées. Les plus intuitives consistent a remplacer la valeur d‟un pixel d‟une image par la valeur médiane (filtre médian qui est le plus efficace car il permet de fracturer l‟histogramme des images bruitées, contrairement aux filtres de bruit qui avaient tendance a le lisser). Ce filtre est réalisé par la fonction « medfilter2 » qui permet d‟appliquer un filtre médian 2 sur l‟image. Les résultats de filtre médian est représente par dans le tableau suivant : Tableau4. 2: Comparaison des résultats de filtre médian Image original Median3*3 Median5*5 Median7*7
  37. 37. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 37 2.3 Filtre moyenneur Ce filtre lisseur part du principe que la valeur d'un pixel est relativement similaire à son voisinage. Il fait donc en sorte que chaque pixel est remplacé par la moyenne pondérée de ses voisins. Si on applique un filtre moyenneur de taille λ=3, cela signifie qu'on additionne la valeur de tous les pixels du voisinage du pixel traité. Tableau4. 3: Comparaison des résultats de filtre moyenneur Image original Moyenneur3*3 Moyenneur5*5 Moyenneur7*7 3. L’orientation locale de lignes d’une empreinte digitale : La notion de l‟orientation locale des lignes d‟une empreinte est très importante dans la reconnaissance des empreintes digitales. Elle est utilisée par de nombreux algorithmes De détection de traits caractéristiques d‟une empreinte, notamment l‟algorithme de l‟index du point carré qui sert à détecter les régions singulières. L‟idée consiste donc à avoir une estimation de l‟orientation des lignes d‟une empreinte sur une petite zone de l‟image. Dans la biométrie des empreintes digitales, une estimation de l‟orientation de lignes de l‟empreinte est reprise dans une matrice notée D, appelée image directionnelle ou tout simplement orientation de l‟empreinte digitale. La case (i,j) de la matrice contient la valeur de l‟angle (Ij) entre l‟axe horizontal et l‟orientation (approximative) des lignes de l‟empreinte dans le voisinage du pixel [i,j]
  38. 38. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 38 Figure4. 3: L’axe oblique indique L’orientation des lignes au voisinage du point (i, j) La manière la plus courante et la plus simple de calculer la matrice D consiste à calculer le gradient aux différents points de l‟image E (en noir et blanc) de l‟empreinte ou on a utilisé l‟algorithme de Sobel qui calcule le gradient de l‟intensité en chaque pixel. L‟algorithme utilise deux matrices de convolutions (généralement de taille 3x3) pour calculer les approximations de dérivées par rapport à x et y. Notons E l‟image source de l‟empreinte, Gx et Gy deux images qui en chaque point contiennent des approximations respectivement de la dérivée par rapport à x et à y de chaque point. Ces images se calculent comme suit : L‟angle du gradient qui nous donne l‟orientation de lignes de l‟empreinte au voisinage d‟un pixel [xi; yj] est alors donné par : Ө = arc tan (Gx [xi; yj] _ Gy [xi; yj]). Et par suite on obtiendra une matrice D qui contiendra les différentes valeurs de Ө calculées à chaque pixel de l‟image en noir et blanc de l‟empreinte digitale. 4. Binarisation : En traitement d'image, la binarisation est une opération qui produit deux classes de pixels, en général, ils sont représentés par des pixels noirs et des pixels blancs.
  39. 39. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 39 Figure4. 4: Image binarisée 5. Squelettisation : La squelettisation consiste à effectuer récursivement l‟opération d‟amincissement jusqu‟`a ce que l‟image ainsi créée ne change plus. Figure4. 5: Image squelettisée 5.1 Phase d’extraction : Les minuties de l‟empreinte digitale sont extraites à partir de son squelette en calculant la « connectivité » CN en chaque point de l‟image P de la manière suivante : CN = 0.5Si=1|Pi - Pi+1|
  40. 40. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 40 Tableau4. 4:Identification d’une minutie à partir du calcul de CN Cn Nature de la minutie en p 0 Erreur=>point isolée 1 Terminaison 2 Erreur => Point € Sillon 3 Divergence 4 Erreur=>Minutie à 4 branches Dans un premier temps on repère l‟emplacement de toutes les minuties présentes au sein de l‟image de l‟empreinte digitale, que l‟on sauvegarde dans une liste L1 en associant à chacun d‟entre eux la position absolue (xP, yP) correspondante et le type de minutie dont il s‟agit (terminaison ou divergence). Figure4. 6: Détermination de minuties sue le squelette de l’empreinte 5.2 Comparaison : Comme son nom l‟indique, la comparaison de minuties (généralement appelée le “matching De minuties”) consiste à comparer les minuties de deux empreintes en les plaçant dans le plan bidimensionnel et à trouver les paires de minuties qui ont le même Emplacement et la même orientation ; on dit que ces minuties ont “matché”. On peut donc voir les deux empreintes à comparer I et T comme des vecteurs de minuties, où chaque minutie m est représentée à son tour par un vecteur (x, y, _) où x et y sont les coordonnées de l‟emplacement de la minutie dans l‟image de l‟empreinte, et θ l‟angle de la minutie. T = {m1;m2 ;……mm} mi = {xi; yi; θ i} i = 1..m, I = {m01;m02; …... m0n} m0j = {x0j ; y0j ; θ 0j } j = 1..n .
  41. 41. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 41 On parle d un match entre deux minuties des deux empreintes I et J lorsqu‟ on a la distance „sd‟ qui le sépare est inferieur à la tolérance « r »et la différence entre les deux angles est inferieur à un angle tolérance « θ1 » Soit une fonction mm (pour munities matcher) de matching de minuties. mm (mj ;mi ) vaut : * 1 si sd (mj ;mi) < = r et dd( mj ;mi)<= θ .*0 sinon. On peut calculer le matching en utilisant la formule suivante : Max S (i=1) mm (m‟p (i); mi) Ou p(i) est la minutie la plus proche parmi toute la minutie. =>Chaque minutie mi de I est donc comparée à toutes les minuties de T pour trouver la plus semblable à mi.
  42. 42. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 42 Conclusion générale La biométrie par l‟empreinte digitale est la technologie la plus employée à travers le monde. Et on voit fleurir des solutions de plus en plus abordables et performantes. D‟ici à quelques années, les lecteurs d‟empreintes digitales n‟étonneront plus personne et seront rentrés dans les mœurs au même titre que le téléphone portable. On peut ouvrir des perspectives dans ce domaine et pour quoi pas un jour ce système de reconnaissance d‟empreinte réalise plusieurs tâche dans les voitures par exemple la réalisation d‟un système de fermeture centrale par empreinte digitale.
  43. 43. La biométrie d’empreinte digitale Dguechi Intissar Page 43 Bibliographie 1) Y. Belgnaoui, J-C. Guézel et T. Mahé. La biométrie, sésame absolu. Industries et techniques, Juillet 2000. 2) J. Goy, “Study, conception and fabrication of an APS image sensor in standard CMOS technology for low light level applications such as star trackers”, Ph.D. dissertation, INPGTIMA Laboratory 2002. 3) http://fr.scribd.com/doc/7045082/Les-Empreintes-Digitales 4) http://www.extpdf.com/emprientes-digitale-pdf.html#pdf 5) http://biometrie.online.fr/Dossiers_index.htm 6) http://biometrie.scan-r.eu/ 7) file:///C:/Users/intissar/Desktop/works/mini%20projet/divers/Biom%C3%A9trie%20- %20Gestion%20du%20temps%20et%20de%20pr%C3%A9sence%20%E2%80%93% 20Synel%20France.htm 8) http://lhe.epfl.ch/enseignement/index.php?option=com_content&view=article&id=8 2%3Atraitement-dimages-avec-matlab&catid=6%3Amatlab&Itemid=13&lang=fr 9) file:///C:/Users/intissar/Desktop/works/mini%20projet/divers/Lecteur%20biom%C3% A9trique%20-%20Lecteurs%20biom%C3%A9triques%20- %20Empreinte%20digitale%20-%20Capteur%20biom%C3%A9trique%20- %20Biometrics%20-%20D%C3%A9veloppement%20- %20Ing%C3%A9nierie%20%20%20Biom%C3%A9trie%20Lorraine%20Nancy%205 4%20Biometrie%20-%20Scan-r.eu%20Biometrie%20-%20Scan-r.eu.htm

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