Hybrid biometric handwritten signature verification system

Com este documento é descrito o desenvolvimento de um novo sistema de verificação de assinaturas híbrido on/off-line, em que os dados dinâmicos de referência são adquiridos a partir de um dispositivo especial de entrada de dados e servem de suporte ao sinal estático (imagem) correspondente. As assinaturas são segmentadas segundo a complexidade de seus traços constituintes, baseando-se em um modelo psicofísico delta-lognormal de reprodução da escrita manuscrita. Focos de atenção na imagem (janelas) são gerados e a partir de tais regiões um envelope estático personalizado composto pelos traços simples das assinaturas de um dado escritor é criado. Tal invólucro visa a focalizar a extração das primitivas locais, obtidas a partir de estimadores da estatística de dados direcionais aplicados sobre funções de distribuição de probabilidade extraídas da imagem e do esqueleto interpolado. Primitivas representando a distribuição espacial dos pixels também são calculadas. O envelope protótipo representativo da classe é gerado com os respectivos limiares de decisão durante a fase de aprendizagem através de um critério de minimização da distância intraclasse e delimita através de sua forma o escopo usado para a extração das primitivas locais. Características globais são extraídas, complementando o rol das primitivas utilizadas. Durante o processo de verificação uma imagem é apresentada ao sistema juntamente com o seu número de identificação. O envelope protótipo correspondente à assinatura original é lido da base de dados e superposto à imagem de teste. As primitivas são obtidas e a decisão sobre a autenticidade da assinatura é tomada baseando-se em um classificador limiarizado a voto. Tal projeto é essencialmente inovador pois procura conciliar vantagens das duas correntes existentes na área de verificação de assinaturas (on-line e off-line). Ao contrário dos sistemas puramente on-line, que apresentam de uma forma geral índice de desempenho superior mas que ao mesmo tempo são de aplicação limitada, um sistema híbrido tem aplicação direta no meio bancário e cartorário em que a aquisição supervisionada dos exemplares de referência pode ser solicitada sem maiores dificuldades e a verificação feita a posteriori sem a presença necessária do autor da firma. Também original é o conceito de criação de um envelope estático gerado automaticamente segundo critérios estabelecidos por um modelo de reprodução da escrita manuscrita, bem como a sua personalização por protótipos visando à redução da distância intraclasse.Through this document the development of a new hybrid on/off-line signature verification system is described, where the dynamic reference data is acquired by either a tablet or an instrumented pen and it is used to support the corresponding static signal (image). The signatures are segmented according to the complexity of their constituent strokes based upon a delta-lognormal psychophysical handwritten reproduction scheme. Foci of attention in the image (windows) are generated and from those regions a personalized static envelope is created. Such envelope helps in localizing the extraction of the local features, obtained through circular data statistics applied over directional probability distribution functions which are extracted from the image and from the interpolated skeleton. Other measures representing the spatial distribution of pixels are also used. The class representative envelope prototype is generated with the respective decision thresholds during the learning stage through an inter-class minimization criterion and its boundaries spatially limit the extraction of local features. Global features are also used, complementing the group of characteristics thence extracted. During the verification process an image is presented to the system with its identification key. The corresponding prototype envelope of the original signature is then read from the database and placed over the test image. The features are obtained and the decision about the authenticity of the specimen is made by a threshold classifier. Such project is original in its essence, since it tries to conciliate advantages of both signature verification methodologies (on-line and off-line). Differently from purely on-line systems, which generally present a better performance, but are of limited use, a hybrid system has direct application on the bank industry, where the supervised acquisition of the reference specimen can be asked without difficulties and the verification is done without author's presence. Other new features include the concept behind the creation of an automatically generated static envelope, inspired by a handwritten reproduction model, as well as its personalization by prototypes, in order to reduce the within-class variation