Ön İşleme ve Öznitelik Çıkarımı

Bir kimsenin kimliğini saptama işlemi, o kimsenin parmak izinin veritabanındaki tüm parmak izleri ile kıyaslanmasını gerektirir. Bu veritabanı, adli ve sivil uygulamalarda, oldukça geniş (örneğin; birkaç milyon parmak izi) olabilir. Bu gibi durumlarda, kimlik saptamanın yanıtlama süresi genel olarak, kabul edilemez bir biçimde uzundur. Tanıma işlemi, yapılmak istenen karşılaştırmaların sayısının azaltılması ile hızlandırılabilir. Bazen; cinsiyet, ırk, yaş bilgileri ve şahıs ile ilgili diğer veriler mevcuttur. Araştırılacak olan bir kısım veritabanı önemli derecede azaltılır; fakat bu bilgiler her zaman kolaylıkla erişilebilen bilgiler değildir (örneğin, gizli parmak izi üzerinde kriminal tanıma) ve genel durumlarda, etkin bilgi edinmek için biyometrik örneklere özgü bilgiler kullanılmak zorundadır. Aramayı hızlandırmak için kullanılan yaygın bir strateji de parmak izi veritabanını birkaç sınıfa (önceden tanımlı sınıflandırmalar baz alınarak) bölmektir. Tanımlanacak olan parmak izi daha sonra sadece kendi sınıfına dayanan veritabanındaki parmak izleriyle karşılaştırılmalıdır. Parmak izi sınıflandırma, parmak izinin tutarlı ve güvenilir bir şekilde bir sınıfa atanması sorununa çözüm bulur. Parmak izi eşleştirme, genellikle ayrıntı noktası gibi kısmi özelliklere göre yapılsa da, genellikle genel tepe yapısı ve tekilliği gibi evrensel özniteliklere dayanır [11].

Bir parmak izi, aralıklı tepe ve vadi örüntülerinin birleşimidir. Tepe ve vadiler paralel olarak ve kesintisiz sıralanmakla birlikte bazen çatallanabilir veya sonlanabilir. Genel düzeyde bu örüntüler, üç farklı türde sınıflandırılabilen, tekillikler olarak adlandırılan döngü, delta ve sarmal gibi belirli birkaç şekli sergiler. Kısmi seviyede, tepeler ve vadiler

modeli ayrıntı noktası olarak adlandırılır. Temelde ayrıntı noktalarının birkaç türü vardır, ancak uygulamada, ayrıntı noktasının sadece tepe bitimi ve tepe çatallanması olarak iki türü dikkate alınır [12].

Parmak izi, parmağın pürüzsüz bir yüzeye bastırılması yoluyla, parmak ucu epidermisinin keşfedilmesidir. Bir parmak izinin en belirgin yapısal özelliği, tepe ve çukurların, parmak izinde aralıklı olarak bulunmasıdır. Şekil 3.5(a)’da görüldüğü gibi, tepe noktaları (tepe çizgisi olarak da adlandırılır) karanlık bölgelerdir, çukurlar ise parlaktır. Genellikle tepeler ve çukurlar paralel durumdadır; bazen çatallanır ve bazen de sonlanır. Genel düzeyde analiz edildiğinde, parmak izi örüntüsü, tepe çizgilerinin kendine özgü şekillerinin varsayıldığı bir veya birden fazla bölgeyi ortaya koyar. Bu bölgeler, Şekil 3.5(b)’de görüldüğü gibi döngü, delta ve sarmal olarak üç tip olarak sınıflandırılabilir. Birçok parmak izi eşleştirme algoritması, merkez olarak adlandırılan belirli bir nokta veya merkez noktasına göre parmak izi görüntülerini önceden sıralar. Merkez noktası, birçok döngü tipinde parmak izinin üst kısmının merkezine denk gelir. Şekil 3.5(c)’de merkez noktası, sekizgen içinde; tepe çatallaşması, halkanın içinde; delta, üçgenin içinde; hat sonu da karenin içinde gösterilmiştir. Döngü veya sarmal içermeyen parmak izlerinde (örneğin, Şekil 3.6'daki yay sınıfına ait olanlarda), merkezi tanımlamak zordur. Bu gibi durumlarda, merkez noktası, genellikle tepe çizgisi eğriliklerinin en fazla bulunduğu alan ile ilişkilidir. Parmak izi modellerinin çok değişken olması sebebiyle, tüm parmak izi görüntülerindeki merkez noktasını güvenilir bir şekilde belirlemek zordur [11, 13].

Şekil 3.5. a) tepe ve vadiler; b) tekil bölgeler ve merkez noktaları; c) merkez, delta, hatsonu ve çatallar [8, 13].

Şekil 3.6’da parmak izi görüntüsünün bir kısmı içindeki ayrıntı noktaları (siyah kaplı daireler) ve tek tepe çizgisi üzerindeki ter gözenekleri (boş daireler) gösterilmiştir [11].

Şekil 3.6. Parmak izi üzerindeki ayrıntı noktaları ve gözenekler

Şekil 3.7 (a)’da yay, (b)’de çadır yay, (c)’de sol döngü (d)’de sağ döngü, (e)’de sarmal ve (f)’de ikiz döngü sınıflarına ait birer parmak izi gösterilmiştir. Genel olarak bir parmak izi görüntüsünde, tepeler ve vadiler bölgesel olarak sabit bir yönde düzenli bir şekilde akarlar [12]. Parmak izi sınıfları aşağıda maddeler halinde açıklanmıştır [11]:

 Yay parmak izi; bir taraftan başlayan, küçük bir tümsek şeklinde yükselen ve başladığı tarafın diğer tarafından çıkan bir tepeye sahiptir. Yaylarda döngü ya da delta yoktur.

 Çadır yay parmak izi; en az bir tepenin derin bir şekilde bükülmesi ve bir döngü ve bir delta ile devam etmesi haricinde özellik olarak (sadeliği) yaya benzer.

 Döngü parmak izi; bir veya birkaç tepenin bir taraftan giren, terse bükülen ve girdiği aynı taraftan çıkan bir veya birkaç tepeye sahiptir. Bir döngü ve bir delta tekillikleri bulunur. Deltanın, döngünün güneyinde olduğu varsayılır. Döngüler daha fazla bölünmüş olabilir. Sol taraftan başlayıp sol taraftan çıkan tepelere sahip döngü sol döngü ve sağ taraftan başlayıp sağ taraftan çıkan tepelere sahip döngü ise sağ döngü olarak adlandırılır.

 Sarmal parmak izi; parmak izinin ortasında tam 360° bir yol yapar ve en az bir tepeden oluşur. Sarmal parmak izinde, iki döngü (ya da bir sarmal) ve iki delta bulunabilir. Sarmal sınıfı çok karmaşıktır ve Şekil 3.7’de görüldüğü gibi bazı sınıflandırma şemalarında ikiz döngü (ya da çift döngü) ve sade sarmal olarak iki kategoriye ayrılır.

Şekil 3.7. Parmak izindeki altı ana sınıf

Parmak izlerinin yaklaşık olarak %5’i yay, %30’u sarmal ve %65’i döngü olduğu kabul edilir [3]. Başka bir kaynakta, yay, çadır yay, sol döngü, sağ döngü ve sarmal sınıflarının parmak izlerinde bulunma oranları ise sırası ile %3,7, %2,9, %33,8, %31,7 ve %27,9 olarak belirtilmiştir. Dahası, üyeliği uzmanlar tarafından dâhi güvenilir bir biçimde belirlenemeyen birçok “muğlak” parmak izi vardır. Bununla beraber, 10 parmağın kullanılması parmak izi tanımlamanın yeterliliğinin geliştirilmesini sağlar çünkü 10 parmak izinin sınıfının bilinmesi, minutiae seviyesindeki karşılaştırmaların sayısını azaltacak kod olarak kullanılır. Diğer taraftan, bir parmak izi sınıflandırma yaklaşımı, gizli parmak izi araştırması için yeterli seçiciliği sunmaz [11].

Kısmi seviyede, ayrıntı noktaları (minutiae) olarak adlandırılan diğer önemli nitelikler parmak izi modellerinde bulunabilir. Ayrıntı noktası, tepelerin kesintili olabildiğini çeşitli şekillerde ifade eder. Örneğin bir tepe, Şekil 3.8 (c)’de gösterildiği gibi aniden sonlanabilir (hat sonu) ya da iki tepeye bölünebilir (çatallanma). Ayrıntı noktalarının çeşitli türleri olsa da, genellikle otomatik olarak ayırt etmede güçlükler yaşamamak için sadece genel bir sınıflandırma benimsenmiştir. FBI ayrıntı noktası koordinat modeli, sadece hat sonlarını ve çatallanmaları dikkate alır. Her ayrıntı noktası, Şekil 3.8 (a) ve Şekil 3.8 (b)’de gösterildiği

gibi, x ve y koordinatları ve ayrıntı noktası ile tepe noktası arasındaki yatay eksendeki tanjantı arasındaki açı dikkate alınarak belirlenir [13].

Şekil 3.8. a) Hat sonu b) Çatallanma c) Hat sonu (beyaz) ve çatallanma (gri)

Parmak izlerinde en yaygın görülen ayrıntı noktası tipleri Şekil 3.9’da gösterilmiştir [11]. Bu ayrıntı noktaları kullanılarak parmak izleri güvenli bir şekilde eşleştirilebilmektedir.

Şekil 3.9. En yaygın yedi minutiae tipleri

3.6.1. Merkez (core) noktası belirleme ve kaydetme

Henry (1900), merkez noktasını “en içteki tepe çizgisinin en kuzeydeki noktası” şeklinde tanımlamıştır [11].

Tekillikler çıkarıldıktan sonra, merkez pozisyonu basitçe, en kuzeydeki döngünün lokasyonu olarak tanımlanabilir. Tekilliği olmayan yay tipi parmak izlerinde bazı problemler açığa çıkar. Bu parmak izleri için tahmin edilen akış alanı düzdür ve hiçbir merkez pozisyonu belirlenemez. Merkez noktası, parmak izi görüntüsünün kaydı amacı ile belirlendiğinde, lokasyonu oldukça hassas olabilir ve bu aşamada yapılabilecek bir hata, bunu izleyen süreçte, örneğin eşleşme için, sıklıkla başarısızlığa sebep olur. Diğer taraftan, merkez, yalnızca parmak izi tanıma için kullanılmak zorunda ise, en kuzey döngünün kesin

olarak bulunması önemli değildir ve parmak izi modelindeki herhangi bir değişmez nokta uygundur. Parmak izi tanıma için kullanılan ilk otomatik yöntemlerden biri, Wegstein (1982) tarafından önerilmiştir. R92 olarak bilinen bu yöntem, diğer tekilliklerden bağımsız olarak merkez noktasını arar. R92, tabiatı bakımından oldukça karmaşık ve deneyimsel olsa da, genellikle iyi sonuçlar verir. Bu algoritma, FBI tarafından kullanılan parmak izi tanıma sistemlerinin esas bileşeni idi. Şekil 3.11’de R92 kulanılarak elde edilen merkez noktası gösterilmektedir [11].

Şekil 3.10. R92 ile belirlenmiş merkez noktası “+”.

Değişmez kayıt noktalarının lokasyonu için başka birçok fikir ortaya atılmıştır. Bir tanımda merkez, Şekil 3.12’de görüldüğü gibi çizgilerin kesişme noktasının tepelere dik noktası olarak tanımlanmıştır ve koordinatlarını belirlemek için, Hough dönüşümü kullanılmıştır. Benzer şekilde, merkez noktası düz çizgi çiftlerinin tepe kesişmesine dik olduğu nokta olarak da tanımlanmıştır. Çünkü tepeler, merkezin etrafında eksiksiz eş merkezli daire çevreleri çizmez, dik çizgiler (Şekil 3.12’deki kesikli çizgiler), tek bir noktada kesişmez ve eğriliğin merkezi olarak bir nevi ortalama bir nokta belirlenmelidir. Ayrıca kesişmelerin ağırlık merkezi dikme çiftlerinin arasında hesaplanabilir ve bu ortalama noktanın en az bir kare içerisinde de olabilir [11].

Odak noktasının (ya da eğrilik merkezi), tam olarak merkez noktasına karşılık gelmemesine rağmen, parmak izi varyasyonlarına (yanlış yerleştirme, döndürme, bozulma, vb.) karşı oldukça sabit olduğu deneysel olarak ispat edilmiştir. Bu sebeple, parmak izi tanımada kullanılmak için güvenilir olabilir. Eğriliğin tek merkezi tarafından karakterize edilmiş parmak izi bölgesinin izole edilmesi bu yöntemlerin ana problemidir. Eğer seçilen parmak izi bölgesi birden fazla tekillik içerir ise, sonuç öngörülemez olabilir [11].