Comprendre les systèmes d'identification automatisée par empreintes digitales : fonctionnement et applications

Système d'identification automatisée par empreintes digitales – Modules et applications

Introduction au système d'identification par empreintes digitales

Le système d'identification par empreintes digitales ou dactyloscopie est un processus unique d'identification par comparaison des impressions digitales des individus. Il utilise le fait que deux individus n'ont pas de motifs digitaux similaires. C'est l'une des techniques les plus utilisées pour obtenir les détails d'une personne et c'est un moyen facile et pratique d'identifier une personne.

Figure 1 : Types d'empreintes digitales

Chaque peau de doigt humain a un motif de lignes sombres (crêtes) avec des lignes blanches (vallées) entre elles. Les points où la structure de la crête change sont connus sous le nom de Minuties. Chaque doigt humain a un motif de crêtes différent. Ces motifs peuvent être des Arches (où les crêtes entrent et sortent du même côté), des Boucles (où les crêtes entrent d'un côté et sortent de l'autre) et des Tourbillons (cercles ou mélanges de différents motifs)

Les empreintes digitales peuvent être obtenues selon deux méthodes – Chimique et Méthode d'identification automatique

Dans la première, une surface est pulvérisée avec différents produits chimiques comme le Cyanoacrylate, la Ninhydrine, la Poudre Magnétique, etc. et les motifs d'empreintes digitales peuvent ensuite être relevés à l'aide d'un ruban adhésif transparent. Dans la seconde, les images d'empreintes digitales sont acquises par différents capteurs comme les Capteurs Capacitifs (obtiennent la valeur du pixel basée sur la capacitance des crêtes de l'empreinte), les Scanners Optiques (utilisent des prismes pour détecter le changement de réflectance de la lumière par chaque crête ou vallée) et les Scanners Thermiques (mesurent les différences de température au fil du temps pour créer une image numérique).

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Traitement d'image numérique dans le système d'identification par empreintes digitales

Les étapes de base pour le traitement d'image numérique dans l'identification par empreintes digitales consistent à acquérir, stocker et analyser les données d'empreintes digitales.

La première étape consiste à acquérir les images d'empreintes digitales à partir de différents capteurs comme – Capteur Optique ou Capacitif. Le dispositif à couplage de charge présent dans le scanner optique consiste en des diodes sensibles à la lumière qui émettent des signaux électriques lorsqu'elles sont illuminées. Ces minuscules points, lorsqu'ils atteignent une zone cible, forment les pixels et un tableau de pixels forme l'image. Une fois le doigt placé sur le moniteur, l'image est acquise en illuminant les crêtes du doigt.

La deuxième étape consiste à stocker et traiter les images en utilisant les étapes ci-dessous.

• Segmentation d'image : Elle implique la suppression des caractéristiques indésirables de l'image acquise. La procédure suivie est le Seuilage, où les pixels ayant une intensité (valeur de niveau de gris) supérieure à un seuil particulier sont considérés, tandis que ceux ayant une intensité inférieure à la valeur seuil sont supprimés ou effacés.
• Normalisation d'image : Elle consiste à obtenir un motif d'intensité uniforme pour toute l'image. Cela est fait pour que les pixels de l'image soient dans une plage souhaitée de valeurs de gris.
• Orientation d'image : L'image est formée en calculant l'orientation à chaque point. L'orientation est à son tour déterminée en calculant la moyenne du vecteur orthogonal au gradient de chaque pixel dans les directions X et Y.
• Filtrage d'image : Cela implique l'utilisation de diverses techniques comme les filtres de Gabor ou de Butterworth pour éliminer le bruit indésirable.
• Binarisation d'image : Cela implique la conversion de l'image filtrée en image binaire en utilisant la technique de seuillage, pour améliorer le contraste. Elle utilise la technique de seuillage global, où la valeur du pixel supérieure au seuil est fixée à 1 et la valeur du pixel inférieure au seuil est fixée à 0.
• Amincissement d'image : Cela est fait pour préserver la connectivité des crêtes et implique l'élimination des pixels de premier plan.

La troisième étape consiste à analyser les images, en extrayant les détails des minuties de l'image traitée et en comparant ces détails avec ceux des modèles déjà stockés. Cela est réalisé en calculant le nombre de croisements (moitié de la somme des différences) entre paires de pixels dans un voisinage à huit connexions. Cela donne une identification unique pour chaque caractéristique de l'empreinte digitale.

Modules d'empreintes digitales

Pour réaliser l'identification par empreintes digitales à l'aide d'un microcontrôleur, deux types de modules d'empreintes digitales peuvent être utilisés – SM630 et R305.

Voyons brièvement les deux.

a. R305 :

Figure 2 : Scanner d'empreintes digitales R305

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C'est un module à 4 broches, compatible TTL (Transistor-Transistor Logic), qui communique avec le microcontrôleur via une communication série UART. Alors que la broche TD se connecte à la broche RXD du microcontrôleur, la broche RD se connecte à la broche TXD du microcontrôleur. Il prend en charge la communication série asynchrone semi-duplex avec un débit par défaut de 57600 bps (le débit acceptable peut être entre 9600 et 115200 bps).

La trame transmise est une trame de 10 bits avec un bit de départ de niveau bas, 8 bits de commande ou de données et un bit d'arrêt. Une fois mis sous tension, il faut environ 500 millisecondes pour l'initialisation. Les ressources du système consistent en une mémoire de 512 octets, configurée comme un bloc-notes et deux tampons de fichiers de caractères de 512 octets.

b. SM630 :

Figure 3 : Scanner d'empreintes digitales SM630

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Il est similaire au R305 en termes de configuration des broches et de technique de communication utilisée. Les caractéristiques uniques incluent un algorithme d'empreintes digitales développé en interne, un mécanisme d'ajustement adaptatif des paramètres, un faible coût et une faible consommation d'énergie, facile à utiliser et design intégré portable. Il comprend 768 modèles d'empreintes digitales.

Ici, nous allons utiliser le capteur d'empreintes digitales R305 de Sunrom qui est connecté à une carte d'interface, la 1125. Elle comprend trois boutons – AJOUTER, VIDER et RECHERCHER. Soit ces boutons peuvent être utilisés, soit des commandes externes peuvent être envoyées à la carte depuis le microcontrôleur.

Dans le circuit ci-dessous, nous connectons la carte du capteur d'empreintes digitales au microcontrôleur 8051, AT89S51, via une communication série. Le résultat du processus d'identification est affiché sur l'écran LCD.

Une fois la commande AJOUTER envoyée depuis le microcontrôleur, l'empreinte digitale est ajoutée à la base de données et l'ID correspondant est renvoyé au microcontrôleur et affiché sur le LCD. En cas d'erreur, un code (0xFF) est envoyé et le message d'erreur est affiché sur le LCD.

Une fois la commande VIDER envoyée depuis le microcontrôleur, toutes les empreintes digitales ajoutées sont supprimées de la base de données. Le code de réponse 0xCC indique que l'exécution a réussi, tandis que le code de réponse 0xFF indique une erreur.

Une fois la commande RECHERCHER envoyée depuis le microcontrôleur, l'ID correspondant à l'empreinte digitale est envoyé comme code de réponse depuis le microcontrôleur et l'ID est affiché sur le LCD. En cas d'erreur, un code de réponse 0xFF est renvoyé.

Applications du système d'identification par empreintes digitales

1. Scènes de crime : L'application majeure du système d'identification par empreintes digitales est d'identifier les criminels impliqués dans un crime. L'une des premières preuves recherchées sur les scènes de crime sont les empreintes digitales sur les objets trouvés. Cela aide à retrouver les criminels sur la base des empreintes digitales.
2. Organisations : Cette technique est utilisée pour identifier les membres d'une organisation sur la base de leur numéro d'identité unique. Cela garantit que seules les personnes autorisées peuvent accéder à la zone sécurisée de l'organisation et non les intrus. Elle permet également de comptabiliser la présence de l'individu et le temps passé sur place.
3. Épiceries : Cette technique est utile pour reconnaître et facturer la carte de crédit ou de débit d'un utilisateur déjà enregistré.

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