Полная версия

Главная arrow Информатика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

БИОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДОСТУПА ПО СТАТИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

Системы контроля доступа по статическим биометрическим признакам личности (статические БСКД) основаны на использовании определенных анатомических (статических) отличительных характеристик личности. В настоящее время практическое применение получили статические БСКД, использующие в качестве параметров личности:

• папиллярный рисунок пальцев рук;

• рисунок кровеносных сосудов глазного дна (сетчатка);

• рисунок радужной оболочки глаза (радужка);

• геометрия кисти руки;

  • • рисунок вен кисти руки;
  • • геометрия лица;
  • • рисунок лицевых артерий и вен.

Контроль доступа по папиллярному узору

Папиллярный узор как идентификационный признак. На внутренней поверхности ладоней и ступней человека и всех приматов кожа содержит множество выступов - сосочков (по латыни сосочек - papillae), в вершине которых имеются отверстия выходных протоков потовых желез. На отдельных участках кожи конечностей папилляры строго упорядочены в линии (гребни), образующие уникальные папиллярные узоры. Такая структура кожи облегчает выделение пота, увеличивает чувствительность тактильных ощущений, увеличивает силу трения при удержании предметов. Папиллярный рисунок являются частью фенотипа человека.

Примечание. Фенотип - (от греческого слова phaino - являю, обнаруживаю) совокупность характеристик, присущих индивиду на определённой стадии развития. Фенотип формируется на основе генотипа, опосредованного рядом факторов внешней среды. Фенотип - это совокупность внешних и внутренних признаков организма, приобретённых в результате онтогенеза (индивидуального развития).

Поэтому даже однояйцевые близнецы имеют совершенно разные папиллярные узоры. Китайцы знали об уникальности кожных бороздок на пальцах еще 5000 лет назад. Для идентификации личности отпечатки пальцев использовались в Древнем Египте, Ассирии, Китае, Японии. Однако официально считается, что идентификация личности на основе папиллярных рисунков пальцев рук была предложена Г. Фулдсом и В. Гершелем в статье авторитетного английского журнала «Nature» в 1880 г. В 1892 г. английский антрополог Фрэнсис Гальтон доказал уникальность и неизменность папиллярного узора в течение всей жизни человека и в 1895 г. добился введения дактилоскопии как метода регистрации уголовных преступников в Англии.

Примечание. Дактилоскопия (от греч. daktylos - палец и scopeo - смотрю) - раздел криминалистики, изучающий строение кожных узоров внутренних (ладонных) поверхностей ногтевых фаланг пальцев рук (папиллярных линий) для идентификации лиц путем снятия отпечатков пальцев, их классификации и сравнения с данными дактилоскопических карточек, хранящихся в специальных картотеках.

Широкому распространению дактилоскопии вначале препятствовало отсутствие простой и надежной методики классификации папиллярных узоров. Первый шаг на пути ее создания сделал аргентинский полицейский чиновник Иван Вучетич. В сентябре 1891 г. он разработал десятипальцевую систему классификации дактилоскопических отпечатков, которую затем непрерывно улучшал до 1904 г. Первые сведения о применении дактилоскопии относятся к 1892 г., когда в Аргентине по кровавым отпечаткам пальцев одна женщина была изобличена в убийстве своих двоих детей.

Однако дактилоскопическая классификация Вучетича осталась в те годы неизвестной в Европе, где вся честь решения этой задачи была приписала помощнику комиссара английской полиции Эдварду Генри, бывшему шефом полиции в Бенгалии. В 1897 г. появилась его первая система классификации отпечатков пальцев «Система Генри», получившая впоследствии очень широкое распространение. К концу XIX в. появились первые алгоритмы сравнения отпечатков пальцев. В последующие 25 лет «Система Генри» использовалась на государственном уровне в различных странах и примерно с 1925 г. начала широко применяться в криминалистике по всему миру. «Система Г енри» основана на использовании отпечатков всех десяти пальцев. Впоследствии эта система была адаптирована и улучшена ФБР США и позволила правильно идентифицировать преступников при наличии их отпечатков пальцев в регистрационных базах данных.

Считается, что вероятность совпадения отпечатков пальцев у двух разных людей равна примерно 10"9, т. е. - один случай на миллиард. На самом деле, до сих пор научно не доказано, что рисунок папиллярного узора пальца человека - абсолютно уникальная характеристика. И хотя за всю более чем столетнюю историю использования этой технологии в криминалистике и других областях не возникло ситуации, когда нашлись бы два человека с абсолютно одинаковыми отпечатками пальцев (если не считать ошибок систем регистрации и распознавания), уникальность отпечатков, все же, - эмпирическое наблюдение. Возможно, это тот случай, когда недоказанность гипотезы свидетельствует не о том, что она не верна, а о том, что она крайне сложно доказуема.

Информационные признаки папиллярного узора делятся на два типа: глобальные и локальные.

К глобальным признакам относятся:

  • Папиллярный узор.
  • Область образа - выделенный фрагмент отпечатка, в котором локализованы все признаки.
  • Ядро - пункт, локализованный в середине отпечатка или некоторой выделенной области.
  • Пункт «дельта» - начальная точка. Место, в котором происходит разделение или соединение бороздок папиллярных линий, либо очень короткая бороздка.
  • Тип линии - две наибольшие линии, которые начинаются как параллельные, а затем расходятся и огибают всю область образа.
  • Счётчик линий - число линий на области образа, либо между ядром и пунктом «дельта».

Основные группы папиллярных узоров показаны на рис. 2.1.

Основные группы папиллярных узоров

Рис. 2.1. Основные группы папиллярных узоров

Типы папиллярных узоров

Рис. 2.2. Типы папиллярных узоров

Образец отпечатка с определенными глобальными и локальными признаками приведен на рис. 2.3.

На рис. 2.3 отмечены следующие признаки:

  • • папиллярный узор - левая петля;
  • • две красные дуговые линии - «тип линии»;
  • • то, что лежит между дуговыми линиями, может выступать в качестве области образа, но обычно берется вся площадь отпечатка;
  • • красная окружность слева - пункт «дельта»;
  • • красная окружность ниже - ядро;
  • • жёлтые окружности показывают некоторые минуции.

Практика показывает, что отпечатки пальцев разных людей могут

иметь одинаковые глобальные признаки, но совершенно невозможно наличие одинаковых микроузоров минуций. Поэтому глобальные признаки могут использоваться на первом этапе для разделения базы данных отпечатков на классы. На втором этапе для распознавания отпечатков внутри класса используют уже локальные признаки. Такие гибридные техники анализа папиллярных узоров позволяют резко сократить объем сопоставительной работы.

Образец отпечатка с определенными глобальными и локальными признаками

Рис. 2.3. Образец отпечатка с определенными глобальными и локальными признаками

Методы сравнения папиллярных узоров[1]. В настоящее время выделяют три класса методов и алгоритмов сравнения папиллярных узоров:

1. Корреляционное сравнение - два изображения папиллярного узора накладываются друг на друга, и подсчитывается коэффициент корреляции между соответствующими пикселями, вычисленный для различных выравниваний изображений друг относительно друга (например, путем различных смещений и вращений). По коэффициенту корреляции принимается решение об идентичности отпечатков.

Вследствие сложности и длительности работы данного алгоритма, особенно при решении задач идентификации (сравнение «один-ко- многим») - системы, построенные с его использованием, сейчас практически не используются.

2. Сравнение по узору - используются особенности строения папиллярного узора на поверхности пальцев. Полученное со сканера изображение отпечатка пальца разбивается на множество мелких ячеек, как показано на рис. 2.4 (размер ячеек зависит от требуемой точности).

Разбиение папиллярного узора на ячейки

Рис. 2.4. Разбиение папиллярного узора на ячейки

Расположение линий в каждой ячейке описывается параметрами некоторой синусоидальной волны (рис. 2.5): задается начальный сдвиг фазы (б), длина волны (к) и направление ее распространения (0). Соответственно при получении узора для сравнения он выравнивается и приводится к такому же виду, что и шаблон. Затем сравниваются параметры волновых представлений соответствующих ячеек.

Волновое представление линий в ячейке

Рис. 2.5. Волновое представление линий в ячейке

Преимуществом алгоритмов этого класса является то, что они не требуют получения изображения высокого качества.

3. Сравнение по особым точкам - по одному или нескольким изображениям папиллярного узора со сканера формируется шаблон, представляющий собой двумерную поверхность, на которой выделены два типа мину- ций - окончание бороздки и раздвоение бороздки. При сравнении на отсканированном изображении узора также выделяются эти точки. Затем карта этих точек сравнивается с шаблоном и по количеству совпавших точек принимается решение по идентичности узоров (рис. 2.6).

Сравнение двух папиллярных узора по особым точкам

Рис. 2.6. Сравнение двух папиллярных узора по особым точкам

В работе алгоритмов данного класса также используются механизмы корреляционного сравнения, но при сравнении положения каждой из предположительно соответствующих друг другу точек.

В силу простоты реализации и скорости работы, алгоритмы данного класса являются наиболее распространенными. Единственным существенным недостатком данного метода сравнения являются достаточно высокие требования к качеству получаемого изображения (около 500 dpi).

Машинная репрезентация папиллярного узора. Для машинной репрезентации папиллярного узора, полученного методом сравнения по особым точкам, используются координаты минуций и их ориентация.

Минимальная репрезентация обработанного отпечатка пальца представляет собой набор деталей (*ь уь 9;) (табл. 2.1), где

(хь уь) - координаты минуции в некоторой системе координат;

Оь - угол ориентации минуции; i = 1,2, ..., р - число учитываемых минуций.

В машинной репрезентации папиллярных узоров данные табл. 2.1 представляются также вектором с числом компонент, равным числу учиты- ваемых минуций: W = [(хь уь ©i), (х2, у2, 02),... (хр, ур, 0Р)].

Таблица 2.1

Машинная репрезентация отпечатков

X

У

©

XI

У1

01

Х2

У2

02

Хр

Ур

В автоматических системах сопоставления папиллярных узоров наиболее часто используются только два типа минуций: окончание бороздки и раздвоение бороздки. Многие алгоритмы сопоставления даже не делают различие между окончанием и раздвоением, потому что во время снятия отпечатков и обработки изображения концы бороздок могут превратиться в раздвоения и, наоборот, в зависимости от силы давления пальца на сенсор.

Обычно в базе данных хранят несколько образцов, что позволяет улучшить качество распознавания. Образцы могут отличаться друг от друга сдвигом и поворотом. Масштаб представления образцов не меняется, поскольку все отпечатки получают с одного устройства.

Процедура сравнения папиллярных узоров по локальным признакам сводится к обнаружению некоторой степени сходства или определенного различия между двумя папиллярными узорами. Причем сходство или различие между двумя узорами одного и того же пальца должно определяться независимо:

  • • от перемещения,
  • • вращения,
  • • давления,
  • • эластичного искажения кожи.

Сравнение папиллярных узоров по локальным признакам при учете только двух типов деталей - окончания бороздки и раздвоения бороздки - осуществляется по следующей схеме:

Этап 1. Улучшение качества исходного изображения папиллярного узора. Увеличивается резкость границ папиллярных линий.

Этап 2. Вычисление поля ориентации папиллярных линий узора. Изображение разбивается на квадратные блоки, со стороной больше 4 пикселей и по градиентам яркости вычисляется угол 0 - ориентации линий для фрагмента папиллярного узора (рис. 2.7).

Вычисление поля ориентации папиллярных линий отпечатка

Рис. 2.7. Вычисление поля ориентации папиллярных линий отпечатка

Этап 3. Бинаризация изображения папиллярного узора. Приведение к чёрно-белому изображению путем пороговой обработки.

Этап 4. Утончение линий изображения папиллярного узора. Утончение производится до тех пор, пока линии не станут иметь ширину 1 пиксель (рис.2.8).

Утончение линий изображения отпечатка

Рис. 2.8. Утончение линий изображения отпечатка

Этап 5. Выделение минуций. Изображение разбивается сначала на блоки 9х9 пикселей. После этого подсчитывается число ненулевых пикселей, находящихся вокруг центра. Пиксель в центре считается минуцией, если он сам ненулевой, и соседних ненулевых пикселей один (минуция «окончание») или два (минуция «раздвоение») (рис. 2.9).

Выделение минуций

Рис. 2.9. Выделение минуций

Координаты обнаруженных минуций и углы их ориентации записываются в вектор W. При регистрации пользователей этот вектор представляет собой машинную репрезентацию биометрического образа личности, считается ее биометрическим эталоном W3 и записывается в биометрическую базу данных БСКД. При распознавании вектор W определяет машинную репрезентацию предъявленного отпечатка, которая сравнивается затем с биометрическим эталоном W3.

Этап 6. Сопоставление минуций. Два папиллярных узора одного пальца будут отличаться друг от друга поворотом, смещением, изменением масштаба и/или площадью соприкосновения в зависимости от того, как пользователь прикладывает палец к сканеру. Поэтому простое сравнение векторов W и W3 невозможно (векторы эталона и текущего отпечатка могут отличаться по длине, содержать несоответствующие минуции и т. д.). Процесс сопоставления должен быть реализован для каждой минуции отдельно. Он состоит из трех этапов:

  • • регистрация,
  • • поиск пар соответствующих минуций,
  • • оценка соответствия папиллярных узоров.

При регистрации определяются параметры аффинных преобразований (угол поворота, масштаб и сдвиг), при которых некоторая минуция из одного вектора соответствует некоторой минуции из другого вектора.

При поиске для каждой минуции нужно перебрать до 30 значений поворота (от -15° до +15°), до 500 значений сдвига (от -250 пкс до +250 пкс) и до 10 значений масштаба (от 0,5 до 1,5 с шагом 0,1). Итого до 150000 шагов для каждой из 70 возможных минуций.

На практике все возможные варианты не перебираются. После подбора нужных значений для одной минуции эти же значения применяются и к другим минуциям.

Оценка соответствия папиллярных узоров выполняется по формуле

где d - количество совпавших минуций, р - количество минуций эталона, q - количество минуций идентифицируемого узора.

В случае, если результат превышает некоторый порог (обычно 65 %), узоры считаются идентичными.

Если реализуется процедура верификации, то на этом все заканчивается. Для идентификации необходимо повторить этот процесс для всех эталонов, имеющихся в ББД. Затем выбирается пользователь, для которого найден наибольший уровень соответствия (он должен быть выше заданного порога 65 %).

Большое распространение получил алгоритм сравнения на основе графов. Работу этого алгоритма поясняет рис. 2.10.

Сравнение папиллярных узоров с помощью графов

Рис. 2.10. Сравнение папиллярных узоров с помощью графов

Используется также гибридная техника, когда при сопоставлении сначала выполняется обнаружение глобальных признаков (ядро, дельта). Количество этих признаков и их взаимное расположение позволяет классифицировать тип узора. Окончательное распознавание выполняется на основе локальных признаков. Использование гибридной техники для больших баз данных позволяет сократить число проводимых сравнений на несколько порядков.

Снятие папиллярных узоров[2]. Преимущество отпечатков пальцев перед другими биометрическими параметрами, благодаря которому они используются для идентификации уже на протяжении столетий, состоит в том, что их легко получить: достаточно прижать палец, предварительно покрытый чернилами, к листу бумаги или просто сделать оттиск на каком- нибудь достаточно мягком материале, например на пластилине или глине.

За последнее десятилетие было разработано много новых техник снятия отпечатков без помощи чернил. Основной принцип бесчернильных техник заключается в том, что для распознавания бороздок на пальцах используется специальное считывающее устройство - сканер, который просто прикладывают к поверхности пальца. Такой сканер называется «живым».

В автоматических БСКД с помощью «живого» сканера снимают папиллярный узор с одного или нескольких пальцев заявителя прав доступа и сравнивают его с зарегистрированным в ББД эталоном. При этом хранимая в эталоне биометрическая информация представляет собой лишь некий препарат исходного папиллярного узора, по которому можно провести идентификацию личности, но невозможно восстановить полный дактилоскопический узор. Это важно с точки зрения нецелевого использования биометрических данных автоматических БСКД.

Существующие сканеры отпечатков пальцев по используемым в них физическим принципам делятся на три группы:

  • • оптические;
  • • кремниевые;
  • • ультразвуковые.

Оптические сканеры основаны на использовании оптических методов получения изображения. В настоящее время существуют несколько технологий реализации оптических сканеров:

1. FTIR-технологии использовались в первых «живых» сканерах. FTIR-сканеры представляют собой устройства, в которых используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection, FTIR) (рис. 2.11).

Принцип работы FTIR-сканера

Рис. 2.11. Принцип работы FTIR-сканера

2. Оптоволоконные сканеры (fiber optic scanners). Принцип работы оптоволоконного сканера показан на рис. 2.12.

Принцип работы оптоволоконного сканера

Рис. 2.12. Принцип работы оптоволоконного сканера

Сканер представляет собой оптоволоконную матрицу, каждое из волокон которой заканчивается фотоэлементом. Фотоэлементы расположены под прозрачной поверхностью, на которую и прикладывается палец. Подсветка поверхности кожи осуществляется источником света, расположенным над пальцем (через ноготь). Чувствительность каждого фотоэлемента позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке прикосновения рельефа пальца к поверхности сканера. Изображение отпечатка пальца формируется по данным каждого из фотоэлементов.

Оптоволоконная технология сканирования позволяет защитить систему сканирования от использования муляжей. Остаточный свет, проходящий сквозь живой палец, имеет свои отличительные характеристики, исключающие использования муляжа пальца из каких-либо искусственных материалов.

3. Электрооптические сканеры (electro-optical scanners). Принцип работы электрооптического сканера показан на рис. 2.13.

В основе данной технологии лежит использование специального электрооптического полимера, в состав которого входит светоизлучающий слой. При прикладывании пальца к сканеру неоднородность электрического поля у его поверхности отражается на свечении этого слоя так, что он высвечивает отпечаток пальца. Затем массив фотодиодов сканера преобразует это свечение в цифровой вид.

Принцип работы электрооптического сканера

Рис. 2.13. Принцип работы электрооптического сканера

4. Оптические протяжные сканеры (sweep optical scanners) (рис. 2.14) по физическим принципам аналогичны FTIR-устройствам. Их особенность состоит в том, что палец нужно не просто прикладывать к сканеру, а проводить им по специальной узкой полоске - считывателю. При движении пальца по поверхности сканера делается серия мгновенных снимков (кадров) фрагментов папиллярного узора, попадающих в поле зрения видеокамеры. При этом соседние кадры снимаются с некоторым наложением. Это позволяет значительно уменьшить размеры используемой призмы и самого сканера. Для сборки изображения отпечатка пальца по совокупности кадров, полученных во время его движения по сканирующей поверхности, используется специализированное программное обеспечение.

Оптический протяжный сканер

Рис. 2.14. Оптический протяжный сканер

5. Роликовые сканеры (roller-style scanners) (рис. 2.15) по физическим принципам также аналогичны FTIR-устройствам. В этих миниатюрных устройствах сканирование пальца осуществляется при прокатывании пальцем прозрачного тонкостенного вращающегося цилиндра (ролика). При перемещении пальца по поверхности ролика делается серия мгновенных снимков (кадров) фрагментов папиллярного узора, соприкасающихся с поверхностью ролика. Аналогично протяжному сканеру соседние кадры снимаются с наложением, что позволяет без искажений с помощью специализированного программного обеспечения собрать полное изображение отпечатка.

Оптический роликовый сканер

Рис. 2.15. Оптический роликовый сканер

При сканировании используется простейшая оптическая технология: внутри прозрачного цилиндрического ролика находятся статический источник света, линза и миниатюрная камера. Изображение освещаемого участка пальца фокусируется линзой на чувствительный элемент камеры. После полной «прокрутки» пальца «собирается картинка» его отпечатка.

6. Бесконтактные сканеры (touchless scanners). В бесконтактных сканерах не требуется непосредственного контакта пальца с поверхностью сканирующего устройства. Палец прикладывается к отверстию в сканере и несколько источников света подсвечивают его снизу с разных сторон. В центре сканера находится линза, через которую собранная информация проецируется на КМОП-камеру, преобразующую полученные данные в изображение отпечатка пальца (рис. 2.16). На рис. 2.17. показаны образцы оптических сканеров.

Принцип работы бесконтактного оптического сканера

Рис. 2.16. Принцип работы бесконтактного оптического сканера

Образцы оптических сканеров отпечатков пальцев

Рис. 2.17. Образцы оптических сканеров отпечатков пальцев:

Полупроводниковые сканеры. В этих устройствах для получения изображения поверхности пальца используются полупроводниковые приборы, обладающие свойством изменять свои характеристики в местах контакта гребней папиллярного узора с поверхностью сканера.

Строятся они по общему принципу. Матрица сенсорных элементов воспринимает физический контакт папиллярного узора поверхности пальца и преобразует его в электрические сигналы, которые затем оцифровываются. В качестве сенсорных элементов полупроводниковые сканеры используют емкости, пьезоэлементы и пироэлементы (рис. 2.18).

Общий принцип построения полупроводниковых сканеров

Рис. 2.18. Общий принцип построения полупроводниковых сканеров

Емкостные сканеры (capacitive scanners) - наиболее широко распространенный тип полупроводниковых сканеров, в которых для получения изображения отпечатка пальца используется эффект изменения емкости р- n-перехода полупроводникового прибора при соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы. При приложении пальца к сенсору между каждым чувствительным элементом и выступом-впадиной папиллярного узора образуется некая емкость, величина которой определяется расстоянием между поверхностью пальца и элементом. Матрица этих емкостей преобразуется затем в цифровое изображение отпечатка пальца. Принцип работы емкостного сканера поясняет рис. 2.19.

Принцип работы емкостного сканера

Рис. 2.19. Принцип работы емкостного сканера

Емкостные сканеры изготавливают на кремниевой пластине, содержащей область микроконденсаторов. Обычно всю кремниевую область защищает специально разработанное покрытие - твердый и стойкий слой, способный уберечь кремниевые схемы. Чтобы предотвратить повреждения датчика возможным электростатическим разрядом, применяются дополнительные меры, которые в современных датчиках способны противостоять разрядам свыше 15 кВ.

Чувствительные к давлению сканеры (pressure scanners). В этих устройствах используются сенсоры, состоящие из матрицы пьезоэлементов. При прикладывании пальца к сканирующей поверхности выступы папиллярного узора оказывают давление на некоторое подмножество элементов поверхности, соответственно впадины никакого давления не оказывают. На пьезоэлементах таким образом формируется картина напряжений, пропорциональная распределению давлений по поверхности матрицы. Матрица напряжений преобразуется затем в оцифрованное изображение поверхности пальца. Принцип работы чувствительного к давлению сканера поясняет рис. 2.20.

Термосканеры (thermal scanners). В них используются сенсоры, которые состоят из элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение (этот эффект также используется в инфракрасных камерах). При прикладывании пальца к сенсору по температуре прикасающихся к пироэлектрическим элементам выступов папиллярного узора и температуре воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца, которая преобразуется затем в цифровое изображение.

Принцип работы термосканера поясняет рис. 2.21.

Принцип работы чувствительного к давлению сканера

Рис. 2.20. Принцип работы чувствительного к давлению сканера

Принцип работы термосканера

Рис. 2.21. Принцип работы термосканера

Выше были описаны наиболее распространенные (классические) типы полупроводниковых сканеров. Выпускаются и другие типы полупроводниковых сканеров, получивших меньшее распространение.

Радиочастотные сканеры (RF-Field scanners). Принцип работы радиочастотного сканера поясняет рис. 2.22.

В таких сканерах используется матрица элементов, каждый из которых выполняет роль приемной микроантенны. Микропередатчик генерирует слабый радиосигнал, направляемый на сканируемую поверхность пальца. Отраженный от поверхности пальца радиосигнал воспринимается матрицей микроантен. При этом картина наведенных в матрице микроантен ЭДС определяется поверхностной структурой папиллярного узора. Полученная таким образом матрица напряжений преобразуется в цифровое изображение папиллярного узора пальца.

Радиочастотный принцип сканирования пальца позволяет получать хорошие результаты при распознавании бледных или стершихся папиллярных линий.

Принцип работы радиочастотного сканера

Рис. 2.22. Принцип работы радиочастотного сканера

Протяжные термосканеры (thermal sweep scanners) являются разновидностью обычных термосканеров (рис.2.23).

Принцип работы протяжного термосканера

Рис. 2.23. Принцип работы протяжного термосканера

В протяжных термосканерах, как и в оптических протяжных сканерах, используется не просто прикладывание, а проведение пальца по специальной дорожке (считывателю) на поверхности сканера. При этом соседние кадры снимаются с некоторым наложением, что позволяет уменьшить размеры матрицы пироэлементов. Для сборки изображения отпечатка пальца по совокупности кадров, полученных во время его движения по сканирующей поверхности, используется специальное программное обеспечение.

Емкостные протяжные сканеры (capacitive sweep scanners) используют аналогичный предыдущему способ покадровой сборки изображения отпечатка пальца. Отличие состоит в том, что каждый кадр изображения получается с помощью емкостных полупроводниковых сенсоров.

Радиочастотные протяжные сканеры (RF-Field sweep scanners) - аналогичны емкостным протяжным сканерам, но используют радиочастотную технологию.

Ультразвуковые сканеры. Это новейшая технология сканирования, в которой используется метод ультразвукового сканирования, используемый в медицинских УЗИ. Принцип работы сканера состоит в том, что поверхность пальца сканируется ультразвуковыми волнами и анализируется картина получаемого при этом эхоотражения. Величина эхоотражения от каждой точки поверхности пальца определяется расстоянием между источником волн и величиной впадины или выступа папиллярного узора в данной точке поверхности пальца (рис. 2.24).

Принцип работы ультразвукового сканера

Рис. 2.24. Принцип работы ультразвукового сканера

Звуковые волны генерируются с использованием пьезоэлектрических преобразователей. В отличие от оптических изображений, эти сканеры используют очень высокие частоты звуковых волн, которые способны проникать в эпидермальный слой кожи, который имеет неповторимую структуру. Это исключает потребность в чистом, сухом, неповрежденном пальце. Ультразвуковой сканер невозможно обмануть с помощью снимка отпечатка, так как он формирует ЗЭ-картину строения кожи.

Ультразвуковое сканирование сочетает в себе лучшие характеристики оптической и полупроводниковой технологий. Качество получаемого таким способом изображения до 10 раз лучше, чем при использовании других методов сканирования. Дополнительное удобство метода заключается в том, что папиллярный узор легко считывается даже через резиновые или пластиковые перчатки. Кроме того, данный способ практически полностью защищен от муляжей, поскольку позволяет кроме отпечатка пальца получать и некоторые дополнительные характеристики о его состоянии (например, пульс).

Основные недостатки ультразвуковых сканеров:

  • • высокая цена по сравнению с оптическими и полупроводниковыми сканерами;
  • • более длительное время сканирования;
  • • большие размеры сканера.

Однако, учитывая то обстоятельство, что ультразвуковая технология сканирования находится на начальном этапе своего развития, в скором времени можно ожидать существенного нивелирования указанных недостатков ультразвуковых сканеров.

В целом можно отметить бурное расширение технологий сканирования отпечатков пальцев. Еще недавно существовало всего две технологии: оптическая FTIR и полупроводниковая емкостная со своими устойчивыми преимуществами и недостатками. Однако за последние десять лет технология распознавания настолько развилась, что сканеры последнего поколения не только преодолели практически все свои старые недостатки, но и приобрели ряд особо привлекательных черт, таких как крайне малый размер и небольшая цена. Кроме того, появилась принципиально новая ультразвуковая технология сканирования, которой еще только предстоит пройти все этапы становления.

Размещение сканеров отпечатков пальцев. В компьютерных дактилоскопических БСКД недорогие сканеры отпечатков встраиваются в мышь или клавиатуру компьютера и применяются для аутентификации пользователей в системах контроля доступа к ресурсам сети или к локальному компьютеру (рис. 2.25).

Размещение сканеров в компьютерных БСКД

Рис. 2.25. Размещение сканеров в компьютерных БСКД

В БСКД в помещения и территории сканеры отпечатков обычно размещаются на пультах управления, непосредственно на входных дверях или встраиваются в комплексные замковые системы (рис. 2.26).

Размещение сканеров отпечатков пальцев в БСКД в помещения и территории

Рис. 2.26. Размещение сканеров отпечатков пальцев в БСКД в помещения и территории

Защита от муляжей. Одной из самых сложных проблем дактилоскопических систем является защита от муляжей. Связано это с тем, что отпечатки пальцев относительно легко получить по сравнению, например, с радужной оболочкой глаза или 3D-формой руки. Изготовление муляжа отпечатка пальца выглядит также сравнительно более простой задачей.

В качестве одной из возможностей по обману терминала специалисты называют изготовление искусственной кисти с требуемыми отпечатками пальцев (или изъятия «подлинника» у законного владельца). Способ борьбы с такой фальсификацией состоит в том, что в состав терминального оборудования вводится инфракрасный детектор, который позволяет фиксировать тепловое излучение от руки (или пальца), и (или) фотоплетизмограф, который определяет наличие изменений отражения света от поверхности потока крови.

Другим способом подделки является непосредственное нанесение папиллярного узора пальцев законного пользователя на руки злоумышленника с помощью специальных пленок или пленкообразующих составов. Такой способ довольно успешно может быть использован для получения доступа через КПП. Однако в этом случае необходимо получить качественные отпечатки пальцев законного пользователя, причем именно тех пальцев, которые были зарегистрированы системой, и именно в определенной последовательности (например, если система настроена на проверку не одного, а двух и более пальцев по очереди), но эта информация неизвестна законному пользователю и, следовательно, он не может войти в сговор с нарушителем.

Основные методы и подходы к защите от муляжей можно разделить на две группы:

Технические методы защиты реализуются либо на уровне программного обеспечения, работающего с изображением, либо на уровне считывающего устройства:

  • Защита на уровне считывающего устройства заключается в том, что в самом сканере реализован алгоритм получения изображения, который позволяет получить отпечаток пальца только с живого пальца, а не с муляжа, например, так работают описанные выше оптоволоконные сканеры.
  • Защита по дополнительной характеристике заключается в получении с помощью сканирующего устройства некоторой дополнительной характеристики, по которой можно определить является ли предоставленный идентификатор муляжом. Например, с помощью ультразвуковых сканеров можно получать информацию о наличии пульса в пальце, в некоторых оптических сканерах с высоким разрешением можно определить наличие на изображении частиц пота, пыли и т. п. Практически у каждого производителя сканеров есть своя фирменная дополнительная характеристика, но они, как правило, не афишируются, так как, зная эти характеристики, злоумышленнику гораздо легче найти способ обхода установленной защиты.
  • Защита по предыдущим данным. На некоторых сканерах отпечаток последнего прикасавшегося к нему пальца остается на его поверхности, чем может воспользоваться злоумышленник при изготовлении муляжа. Способ защиты заключается в хранении нескольких последних изображений со сканера (для каждого производителя это число разное), с которыми, в первую очередь, сравнивается любое новое изображение. А так как дважды приложить абсолютно одинаково палец к сканеру нельзя, при точном совпадении принимается решение о применении муляжа.
  • 2. Организационные методы защиты заключаются в такой организации процессов аутентификации, чтобы затруднить или исключить возможность использования муляжа:
  • Усложнение процесса аутентификации. Метод заключается в том, что в процессе регистрации отпечатков пальцев в системе на каждого пользователя регистрируется несколько пальцев (в идеале все 10). В процессе аутентификации у пользователя запрашиваются для проверки несколько пальцев в произвольной последовательности, что значительно затрудняет вход в систему по муляжу.
  • Мультибиометрия или многофакторная биометрия. Для аутентификации используется сразу несколько биометрических технологий, например, отпечатки пальцев и геометрия кисти руки.
  • Многофакторная аутентификация. Для аутентификации используется совокупность разнотипных (разнофакторных) методов аутентификации, например, отпечатки пальцев и смарт-карты.

Дактилоскопическая идентификация имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

  • • Отпечатки пальцев уже давно используются для идентификации личности в криминалистике и судебной медицине.
  • • Существуют большие базы данных отпечатков пальцев (правда в основном преступников). Отпечатки пальцев повсеместно вводятся в качестве идентификационных признаков в паспорта, водительские удостоверения и учетные записи личностей.
  • • Образцы отпечатков пальцев сравнительно легко получить. Размер и цена считывающих устройств постоянно снижаются.
  • • Преобразование отпечатков пальцев в цифровые препараты становится все проще, качественнее и дешевле.

Недостатки:

  • • С отпечатками пальцев связаны устойчивые социальные предрассудки. В сознании людей отпечатки пальцев связаны с уголовными преступлениями.
  • • У 1-2% людей отпечатки пальцев имеют плохое качество. Люди, занятые физическим трудом, получают во время работы многочисленные мелкие травмы, верхний слой кожи рук может быть поврежден. Отпечаток может также деформироваться при большой влажности и под воздействием ряда других внешних факторов.
  • • Встречаются люди, у которых нет пальцев. Пальцы могут быть также ампутированы.

• Для сканирования папиллярного узора в большинстве сканеров нужно прикладывать палец к поверхности сканера. Помимо технических трудностей это создает проблемы, связанные с чистотой сенсора и гигиеной.

Качество распознавания отпечатков и возможность их правильной обработки сильно зависит от состояния поверхности пальца и его позиции относительно сканирующего элемента. Различные системы предъявляют различные требования к этим двум параметрам. В свою очередь, характер требований зависит от применяемого алгоритма обработки отпечатков. Так, распознавание по характерным точкам дает сильный уровень шума при плохом состоянии поверхности пальца. Распознавание по всей поверхности лишено этого недостатка, но имеет свой собственный - требуется очень аккуратное размещение пальца на сканирующем элементе.

Дактилоскопические системы используются для контроля доступа, как в помещения, так и к компьютерам.

Погрешности дактилоскопических БСКД, декларируемые выпускающими компаниями:

ошибки 1-го рода: 10'3 - 10'6;

ошибки 2-го рода: 10’4 - 10'9.

Дактилоскопическая идентификация личности в настоящее время самая распространенная биометрическая технология и составляет более 65% биометрического рынка. Из них примерно 28% составляют средства идентификации собственно по отпечаткам пальцев и 37% - средства автоматической идентификации по папиллярному узору. Широкое использование данной технологии объясняется, в первую очередь, ее универсальностью, позволяющей эффективно решать задачи идентификации и контроля доступа в самых различных областях.

  • [1] Задорожный В.В. Идентификация по отпечаткам пальцев. Часть 2 // PC Magazine/Russian Edition№2, 2004.
  • [2] Задорожный В.В. Идентификация по отпечаткам пальцев. Часть 1 // PC Magazine/Russian Edition№1, 2004.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>