2005 · Üniversite bitirme projesi2005 · University graduation project

EyeJudge

İris ile kimlik doğrulama. Kullanıcı NumPad'den kimliğini girer, # tuşuna basar; sistem gözün fotoğrafını çekip doğrular, onay verirse seri port üzerinden kapıyı açar.

Identity verification by iris. The user types an ID on a numeric keypad and presses #; the system captures the eye, verifies it, and, if approved, opens the door over a serial port.

Bu sayfa bir tanıtım değil, bir hatıra: üniversitede yaptığımız projenin yaşamaya devam etmesi için.

This page is not a pitch, it is a keepsake: a way to keep a university project alive.

Raporu indir (PDF)Download the report (PDF) Nasıl çalışıyordu?How did it work?

Yusuf Arif Erdem & Mehmet Sarıoğlu

Kapıdan geçiş: beş adımGetting through the door: five steps

1
KimlikID

Kullanıcı NumPad'den kullanıcı numarasını girer. PIC mikrodenetleyici tuş matrisini tarar, LCD ekran yönlendirme mesajlarını gösterir.

The user enters their ID on the keypad. A PIC microcontroller scans the key matrix; an LCD shows prompts.
2
#

# tuşu girişi bitirir. PIC, numarayı RS232 ile bilgisayardaki ana programa yollar; program kullanıcının kayıtlı olup olmadığına bakar.

# ends the entry. The PIC sends the number over RS232 to the host program, which checks that the user is enrolled.
3
KareCapture

Kızılötesi aydınlatmalı kamera gözün bir karesini çeker (FireWire ile aktarılır). Yansımayı azaltmak için kameranın önüne bir göz siperliği konmuştu.

An infrared-lit camera captures a frame of the eye (transferred over FireWire). An eye shield in front of the camera cut reflections.
4
DoğrulamaVerification

MATLAB'dan derlenmiş bir DLL, iris bölgesini bulur, kareyi eigeniris uzayına izdüşürür ve yalnızca o kimliğin kayıtlı örnekleriyle Öklid uzaklığını eşiğe karşı denetler.

A DLL compiled from MATLAB locates the iris, projects the frame into the eigeniris space and compares the Euclidean distance with a threshold, against that ID's enrolled samples only.
5
KapıDoor

Uzaklık eşiğin altındaysa program seri porttan komut gönderir; PIC kapıyı ayarlanan süre boyunca açık tutar. Değilse erişim reddedilir.

If the distance is under the threshold, the program sends a command over the serial port and the PIC holds the door open for a configured time. Otherwise access is denied.

Veri akışı (eski sitedeki DFD'lerden yeniden çizildi).

Data flow (redrawn from the original site's DFDs).

Kendin dene: NumPad simülasyonuTry it: keypad simulation

Bir kimlik gir (demo için 1001–1015), #'e bas. Sonra "kimin gözü" olduğunu seç ve sistemin uzaklık/eşik kararına bak. Eski yazılımda da donanımsız test için bir simülasyon modu vardı.

Enter an ID (1001–1015 for the demo) and press #. Then choose whose eye it is and watch the distance/threshold decision. The original software also had a simulation mode for testing without the hardware.

Bu bir canlandırmadır: ekrandaki metinler ve uzaklık değerleri gerçek LCD çıktısı ya da ölçüm değildir. * siler.

This is an illustration: the on-screen texts and distance values are not real LCD output or measurements. * clears.

KapıDoor

Sonuçlar ve dürüst bir notResults, and an honest note

15kişilik kendi veri tabanıpeople in our own database

9 + 1kişi başına eğitim + test görüntüsütraining + test images per person

%100ilk 15–17 eigeniris sonrası; sistemde 20 kullanıldıafter 15–17 eigeniris; 20 used in the system

~3 sndoğrulama süresiverification time

Kullanılan eigeniris sayısına göre başarı oranı (raporun Tablo 1'i, 1–40).

Success rate by number of eigenirises used (Table 1 of the report, 1–40).

Kullanılan eigeniris sayısıNumber of eigenirises used: 20

Neden %100? Ve ne anlama gelmez?Why 100%, and what it does not mean

Sistem 1:1 doğrulama yapıyordu: önce kimlik (NumPad), sonra göz. Yani sorun "bu göz 15 kişiden hangisi?" değil, "bu göz, bu kimliğe ait mi?" idi. Bu, problemi ciddi ölçüde kolaylaştırır.

Rapordaki %100, kapalı bir kümede (15 kayıtlı kişi, aynı kamera ve aydınlatma düzeni) ölçüldü; kayıtsız yabancıların denendiği bir sınama yok. PIN'siz tanıma testi de aynı kümede %100 çıkmış, ancak küme büyüdükçe, ışık ve odak değiştikçe bu sayıların aynı kalacağı söylenemez. Erken denemede CASIA veri tabanıyla, iris tespiti yapılmadan ve kişi başına 3 eğitim görüntüsüyle %72 alınmıştı.

Yani: öğrenci projesi için gurur verici bir sonuç, ama bir güvenlik iddiası değil.

The system did 1:1 verification: ID first, then the eye. The question was not "which of 15 people is this?" but "does this eye belong to this ID?", which is a much easier problem.

The 100% in the report was measured on a closed set (15 enrolled people, same camera and lighting setup); there was no test with unenrolled strangers. Identification without the PIN also reached 100% on that set, but nothing guarantees the same as the set grows or the lighting and focus change. An early run on CASIA, without iris detection and with 3 training images per person, gave 72%.

So: a proud result for a student project, but not a security claim.

MimariArchitecture

YazılımSoftware

VB.NET ana program: kayıt, doğrulama, kullanıcı silme, ayarlar (eşik, COM portu, kapının açık kalma süresi). Üç farklı "skin".
MATLAB m-dosyaları, eyejudgedll.dll olarak derlenip VB.NET'e gömüldü. PCA, iris bulma ve kameradan kare alma burada.
SQL Server: kullanıcılar, orijinal göz görüntüleri ve günlükler (üç tablo: User, Picture, Log).
PicBasic Pro + Proteus: PIC16F877'nin yazılımı ve devre benzetimi. Arayüz Photoshop ile tasarlandı.

VB.NET main program: enrollment, verification, user deletion and settings (threshold, COM port, door-open time). Three skins.
MATLAB m-files compiled into eyejudgedll.dll and embedded in VB.NET: PCA, iris detection and camera capture.
SQL Server: users, original eye images and logs (three tables: User, Picture, Log).
PicBasic Pro + Proteus: firmware and circuit simulation for the PIC16F877. The UI was designed in Photoshop.

DonanımHardware

PIC16F877: tuş matrisini tarar, LCD'yi sürer, RS232 ile konuşur.
4×20 LCD ve standart matris NumPad.
Kamera: kızılötesi aydınlatmalı el kamerası, FireWire bağlantılı; karanlık bir ortamda göz siperliğiyle kullanıldı.
Kapı: seri porttan gelen komutla açılır.

PIC16F877: scans the key matrix, drives the LCD, talks RS232.
4×20 LCD and a standard matrix keypad.
Camera: infrared-lit handheld camera over FireWire, used in a dark setting with an eye shield.
Door: opened by a serial command.

LCD, PIC board and numeric keypad on a wooden desk — 1 4×20 LCD · 2 PIC16F877 kartı · 3 NumPad

Eye-Judge main program, normal mode with verification form — Ana program, normal mod ve doğrulama formu.

Eye-Judge menu: start, enrollment, user details, user delete, eigen maps — Ana menü (Photoshop'ta tasarlanmış arayüz).

Eye-Judge user list form with fictional names — Kullanıcı listesi formu. Adlar kurgusaldır (yazarlar hariç).

Eye-Judge new user enrollment form — Yeni kullanıcı kaydı: bilgiler, pasaport fotoğrafı ve göz fotoğrafları.

Eye-Judge delete user form with fictional names — Kullanıcı silme formu. Adlar kurgusaldır (yazarlar hariç).

Kayıt ve doğrulama akışıEnrollment and verification flow

Kayıt (eğitim)Enrollment (training)
Pasaport fotoğrafı + 10 göz fotoğrafı çekPassport photo + 10 eye pictures
Görüntü matrisini kur, ortalama görüntüyü bulBuild image matrix, compute the average image
Fark matrisi ve kovaryans matrisiDifference and covariance matrices
Özvektörler (eigeniris) ve izdüşüm matrisiEigenvectors (eigenirises) and projection matrix
Dosyalara kaydet (AV, EIGEN, OMEGA)Save to files (AV, EIGEN, OMEGA)

DoğrulamaVerification
Ortalama, eigeniris ve omega matrislerini yükleLoad average, eigen and omega matrices
Kare çek (test görüntüsü)Take a snapshot (test image)
Test görüntüsünün izdüşüm vektörünü hesaplaCompute the test image's projection vector
Öklid uzaklığını bulCompute the Euclidean distance
Uzaklık < eşik ise onay, değilse redDistance < threshold → verified, else denied

2005'ten orijinal şemalarOriginal diagrams from 2005

PCA enrollment and verification flow chart — PCA akış şemasıPCA flow chart

Eyejudgedll.dll data flow — eyejudgedll.dll

Hardware data flow: PIC, LCD, keypad, camera — Donanım akışıHardware flow

Database tables: user, log, picture — Veri tabanı tablolarıDatabase tables

PCA ve eigenirisand eigeniris

Her göz görüntüsü gri tonlamaya çevrilir ve sütunları üst üste dizilerek bir vektör olur. Eğitim kümesindeki görüntülerin ortalaması (Ψ) çıkarılır; kalan farkların kovaryans matrisinin özvektörleri, "hayalet görüntüler" olarak görülebilen eigeniris'leri verir. En büyük özdeğerli ilk birkaç tanesi bir "göz uzayı" kurar.

Bir test görüntüsü bu uzaya izdüşürülür (ω_k = u_kᵀ(Γ − Ψ)) ve kayıtlı sınıfla uzaklığı ε_k = ‖Ω − Ω_k‖² hesaplanır. Uzaklık eşiğin altındaysa eşleşme vardır, aksi halde görüntü "bilinmeyen"dir.

Pratik fayda: yüzlerce özvektörden yalnızca ilk 20 kadarı yeterliydi; bu da veri tabanını ve süreyi küçültüyordu.

Each eye image is converted to grayscale and its columns are stacked into a vector. The average of the training images (Ψ) is subtracted; the eigenvectors of the covariance matrix of the differences give the eigenirises, which can be viewed as "ghost images". The few with the largest eigenvalues span an "eye space".

A test image is projected into this space (ω_k = u_kᵀ(Γ − Ψ)) and its distance to the enrolled class is computed as ε_k = ‖Ω − Ω_k‖². Under the threshold means a match; otherwise the image is "unknown".

Practical benefit: of hundreds of eigenvectors, only about the first 20 were needed, shrinking both the database and the run time.

Sentetik örnek: eigeniris'lerin "hayalet görüntü" mantığını anlatan çizim. Gerçek kişilerden türetilmedi.

Synthetic illustration of the "ghost image" idea. Not derived from any real person.

İris, diğer biyometriklere karşıIris versus other biometrics

	YüzFace	Parmak iziFingerprint	El geometrisiHand geometry	İris
TemassızContactless	✓	✗	✗	✓
Raporun öne çıkardığı zayıflıkWeakness the report stresses	Işık, yaş, gözlük, saç/sakal, maskeLight, age, glasses, hair/beard, masks	Kuru, yağlı ya da yaralı parmak; büyük kümede yavaş aramaDry, oily or injured fingers; slow search on large sets	Hava, hamilelik, ilaç, yaşla el boyu değişimiWeather, pregnancy, medication, hand size changing with age	Göz yüzeyinin ışığı yansıtması (bu yüzden kızılötesi + siperlik)Eye surface reflecting light (hence infrared + shield)
DonanımEquipment	KameraCamera	Okuyucu (temiz tutulmalı)Reader (must stay clean)	Büyük, pahalıLarge, expensive	Kamera + aydınlatmaCamera + lighting
RızaConsent	Fark edilmeden çekilebilirCan be captured unnoticed	Kullanıcı dokunurUser touches	Kullanıcı dokunurUser touches	Kullanıcı bakarUser looks

Bu tablo 2005 raporundaki karşılaştırmanın özetidir. Raporda iris için "1,2 milyonda 1 yanlış kabul", parmak izi için "100 binde 1" gibi rakamlar da geçer; bunlar dönemin kaynaklarından alınmıştır ve bugünkü literatürle yeniden doğrulanmadı.

This table summarizes the comparison in the 2005 report. The report also quotes figures such as "1 in 1.2 million false accepts" for iris and "1 in 100,000" for fingerprint; they come from the sources of the time and were not re-verified against current literature.

İris biyometrisinin arkasındaki fikir 1980'lerde Flom ve Safir'in, algoritma ise 1990'larda John Daugman'ın çalışmalarına dayanır. EyeJudge bunların yerine geçen bir şey değil, PCA tabanlı basit bir öğrenci uygulamasıdır.

The idea of iris biometrics goes back to Flom and Safir in the 1980s and the algorithm to John Daugman in the 1990s. EyeJudge is not a substitute for these; it is a simple PCA-based student implementation.

Proje raporuProject report

Matematik, tasarım, devre ve test sonuçlarının tamamı raporda. Rapor İngilizce.

All the mathematics, design, circuitry and test results are in the report. It is written in English.

FYPReport.pdf indirDownload FYPReport.pdf PDF · 1,6 MB · 2005