Полная версия

Главная arrow Информатика arrow Биометрические технологии идентификации личности

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Другие статические характеристики личности

Рассмотренные выше методы статической биометрической идентификации личности нашли свое применение в статических БСКД, которые уже сформировали свои секторы рынка и широко применяются на практике. Вместе с тем проводимые по биометрии исследования могут дать существенное расширение перечня возможных статических признаков личности, которые могут найти практическое применение в соответствующих БСКД.

Считается, что потенциально возможными для применения в БСКД статическими биометрическими идентификаторами, могут являться:

  • • ДНК,
  • • форма ушей,
  • • отражение кожи,
  • • запах тела,
  • • микробный след и др.

ДНК входит в состав хромосом, расположенных в клеточном ядре, и причисляется к нуклеиновым кислотам. Она предназначена для передачи и хранения генетической информации развития всего живого.

Метод идентификации человека по ДНК впервые был предложен британским генетиком Алеком Джеффрисом в 1984 г. С учетом сложившейся методологической базы геном человека можно рассматривать как совокупность генов (наследственной информации организма) и некодирующих (не несущих наследственную информацию) участков ДНК. При проведении ДНК-анализа криминалисты проводят исследование некодирующих участков ДНК. Последовательности некодирующих участков ДНК человека образуют его ДНК-профиль - цифробуквенный код, составленный в соответствии с международной номенклатурой. Наличие такого кода и позволяет решать задачу идентификации личности. Кровные родственники обладают частичным совпадением набора гипервариабельных ДНК-участков. Степень родства четко зависит от числа таких совпадений.

ДНК-код является идеальной информацией о биометрических параметрах человека. Несмотря на то, что 99,5 % ДНК одинаковы у всех людей, 0,5 % данного кода вполне достаточно для идентификации каждого из нас. Один к триллиону - такова вероятность полного ДНК-совпадения разных людей. Исключение составляют однояйцевые близнецы, у которых данный код полностью идентичен. На протяжении всей жизни человека ДНК остается неизменным.

В научной среде технология идентификации личности по ДНК называется методом геномной идентификаг^ии. С практической точки зрения «идеальность» ДНК как биометрического параметра состоит еще и в том, что код ДНК уже представлен в цифровой форме и присутствует в любой клетке человека.

Сегодня методы анализа генетического кода сравнительно дороги и пока не позволяют получать результат в реальном масштабе времени. Сравнение людей на основе двух образцов ДНК (рис. 2.45) - это медленный, дорогой и сложный процесс. До сих пор использование ДНК как биометрического параметра ограничено в основном сферой криминалистики и судебной экспертизы, для которой появление метода идентификации по ДНК стало настоящей революцией. Анализ ДНК также используется для установления родства (для идентификации, установления отцовства или генетических исследований). Существует и много других возможностей для применения этого метода. Недостаток этого параметра также в том, что однояйцовые близнецы этим методом не различаются, они будут иметь одну и ту же ДНК.

2. Биометрический контроль доступа по статическим...

Электроферограмма человеческой ДНК

Рис. 2.45. Электроферограмма человеческой ДНК

Одна из главных проблем при идентификации по ДНК - это конфиденциальность. В ДНК закодирована информация, которая может быть использована для других целей - незаконного получения информации о медицинских показаниях и предрасположенности человека к болезням, а также о расовой принадлежности и отцовстве.

Таким образом, в настоящее время, главным образом из-за высокой стоимости и невозможности проведения геномной идентификации в реальном масштабе времени, использование ДНК в БСКД не представляется возможным. Тем не менее стоимость технологий экспресс-анализа биологических материалов и время анализа снижаются достаточно быстрыми темпами. Поэтому применение геномной идентификации в БСКД может быть реализовано уже не в столь отдаленном будущем.

Форма ушей. Ухо полностью формируется уже к моменту рождения, и в процессе жизни изменения минимальны. Измерение ушей было частью системы Альфонса Бертильона, в которой обученные наблюдатели определяли тип формы ушей, чтобы использовать его как один из индексов в большой биометрической системе (см. Введение). В 1906 г. пражский отоларинголог Р. Имхофер после обследования 500 пар ушей пришел к выводу, что их можно четко различать всего по четырем особенностям. Более чем 50 лет спустя команда исследователей изучила фотографии 200 пар ушей новорожденных и пришла к заключению, что благодаря анатомическому постоянству уха, по нему можно устанавливать личность младенцев. В период с 1948-го по 1962 гг. Альфред Янарелли собрал фотографии ушей нескольких тысяч человек и предложил набор из 12 геометрических измерений уха на основе ножки завитка (рис. 2.46). Он утверждал, что этот набор измерений уникален у каждого человека.

Наружная анатомия уха человека. Наружная раковина имеет ряд анатомических компонентов

Рис. 2.46. Наружная анатомия уха человека. Наружная раковина имеет ряд анатомических компонентов: 1 - обод завитка, 2 - мочка, 3 - противозавиток, 4 - раковина, 5 - козелок, 6 - противокозелок, 7 - ножка завитка, 8 - треугольная ямка,

9 - межкозелковая вырезка

Структура раковины уха относительно проста, но она значительно варьируется от человека к человеку. На рис. 2.47 показаны примеры этих вариаций, которые наряду с размером, цветом и текстурой уха могут служить отличительными характеристиками человека. Изменения выражения лица и возраст существенно не влияют на внешний вид уха, однако ушные аксессуары под воздействием гравитации могут изменить длину мочки.

Вариация структура раковины от человека к человеку

Рис. 2.47. Вариация структура раковины от человека к человеку

Систему биометрии уха можно рассматривать как типичную систему распознавания образа, которая сводит входное изображение к набору основных черт и сравнивает его с базой других наборов черт для установления личности. Распознавание уха можно реализовать для плоского образа или трехмерного облака точек, изображающего поверхность наружной ушной раковины. Распознавание состоит из четырех этапов.

Обнаружение. Обычно для указания пространственной протяженности уха на изображении профиля головы используется прямоугольная граница. Данный этап имеет большое значение Ошибки, допущенные на нем, могут сделать процесс распознавания безрезультатным.

Выявление черт. Хотя на следующем этапе (сопоставление) можно использовать и сегментированное изображение уха, в большинстве систем выявляется набор характерных черт уха. В процессе выявления черт сегментированное ухо сводится к математической модели, которая суммирует всю отличительную информацию, имеющуюся на изображении уха.

Сопоставление. На этом этапе производится сравнение черт, выявленных на входном изображении, с хранимыми в базе данных для установления личности. В простейшей форме процесс сопоставления сводится к выставлению рейтингов, отражающих степень схожести с изображениями из базы.

Принятие решения. На основе рейтингов, подсчитанных на предыдущем этапе, система принимает окончательное решение. В режиме верификации решение «да» означает подтверждение личности, а «нет» указывает на самозванца. В режиме идентификации на выходе формируется перечень потенциально подходящих личностей, отсортированных по рейтингу похожести.

Марк Берж и Вильгельм Бургер еще в 1997 г. опубликовали доклад о первой попытке автоматизации процесса распознавания уха. Для представления и сопоставления кривых и контуров на двумерном изображении уха они использовали графовую модель. Двумя годами позже Белен Морено, Анхель Санчес и Хосе Велес описали полностью автоматизированную систему распознавания уха, которая руководствуется различными чертами: формой, складками и т. д. С тех пор исследователи предложили немало схем автоматизированного выявления и сопоставления черт, основанных на алгоритмах компьютерного зрения и обработки изображений. Такие алгоритмы разнятся от простых (анализ основных компонентов, анализ независимых компонентов) до сложных методов, основанных на масштабноинвариантных преобразованиях черт, локальных бинарных шаблонах, преобразованиях элементарных волн и силовых полях.

В 2005 г. Хуэй Чэнь и Бир Бхану представили трехмерную систему распознавания, которая полагалась на структуру и глубину анатомических элементов уха.

Марк Никсон, сотрудник Университета Саутгемптона (Великобритания) разработал компьютерный метод идентификации по уху, который он назвал «Лучевое преобразование изображения» (Image-Ray-Transform). Метод сводится к тому, что лазерный луч сканирует поверхность уха разноцветными лучами и отмечает все нюансы его строения. Алгоритм позволяет получить достоверную трехмерную модель по плоскому растру. Полученные данные сопоставляются с эталоном из базы данных. Вся процедура занимает даже меньше времени, чем компьютерная дактилоскопия, а также сканирование радужки. Ошибка метода 4х 10"3.

Преграды в виде прядей волос и аксессуаров способны снизить или свести на нет результативность работы системы распознавания уха. Отрицательное влияние могут также оказывать особенности внешнего освещения и вариации расположения лица по отношению к камере.

Дополнительный интерес к распознаванию по форме ушей возник в связи с проектом «Идентификация человека на расстоянии». В результате исследований было установлено, что анализ основных элементов ушей похож на систему анализа при помощи «собственных лиц» (см. подразд. 2.2). Например, голландские эксперты-криминалисты после изучения записей системы видеонаблюдения именно при помощи биометрии ушей идентифицировали подозреваемых в ограблении автозаправочной станции, закрывавших свои лица.

Для повышения точности сопоставления исследователи предлагают совместно использовать биометрию лица и уха. Даже если в какой-то ситуации ухо не удается использовать для верификации личности человека, биометрия уха позволит исключить ряд вхождений из списка потенциальных совпадений, если они достаточно отличаются от входного изображения.

Сегодня пока не существует коммерчески доступных систем распознавания ушей, однако методика совместного использования изображения ушей и лица в мультибиометрических системах имеет большой потенциал, и разработки в этой области продолжаются. Например, если разделить типы ушей на несколько категорий, то по категории на входном снимке можно будет быстрее находить кандидатов на совпадения по большой базе пар изображений лицо-ухо. А применение термограмм ушей поможет облегчить проблему сокрытия ушей волосами и аксессуарами. Когда технологии распознавания ушей достигнут достаточного уровня развития, они смогут приносить значительную пользу криминалистике и биометрическим системам идентификации.

Отражение кожи. Для БСКД основной потенциальной угрозой являются так называемые атаки спуфинга (spoofing) - обман биометрической системы путем предоставления биометрическому сенсору поддельных искусственно сформированных объектов, обладающих необходимыми биометрическими характеристиками. Такими объектами могут быть копии, муляжи, слепки с отпечатками пальцев, фотографии, видеозаписи, линзы с нанесенным изображением радужной оболочки глаза, манекены, маски лица, заранее записанные звуки и т. п.

Одним из способов противодействию указанным действиям злоумышленников является дополнительный анализ признаков витальности обнаруживаемых объектов. Витальность (vitality) - жизненная сила - в приложении к системам обеспечения безопасности означает принадлежность объекта к живому человеку. Анализ витальности позволяет преодолеть часть атак на биометрические системы распознавания, в которых предъявляемые поддельные образцы не обладают свойствами, характерными для живых объектов.

Существует метод обнаружения витальности, основанный на спектральных характеристиках поверхности лица. Известно, что зависимость спектрального коэффициента отражения кожи лица человека от длины волны падающего излучения имеет достаточно сложный вид. Особенности коэффициента отражения человеческой кожи связаны в первую очередь со спектральными свойствами химических элементов, входящих в состав эпидермиса и дермиса. Авторами найдена среднестатистическая зависимость коэффициента отражения кожи лица человека от длины волны падающего излучения. Причем особенности спектральных характеристик отражения присущи кожи людей различных этнических групп.

Таким образом, использование биометрического признака «отражение кожи» в качестве дополнительной характеристики позволяет, в первую очередь, решить общую проблему защиты БСКД (см., например, подразд. 2.1 «Защита по дополнительной характеристике»).

Компания Lumidigm разработала многоспектральное устройство формирования изображения, которое способно собирать дополнительную информацию с нижнего слоя поверхности кожи пальца (рис. 2.48).

Lumidigm сенсор

Рис. 2.48. Lumidigm сенсор

В отличие от традиционных технологий, многоспектральная технология не зависит от качества и подлинности отпечатков пальца. Lumidigm сенсор может видеть изображение сквозь верхний слой кожи пальца, чтобы проверить его подлинность и увеличить идентифицирующее изображение. Если человек с изношенным рисунком отпечатка пальца (например, плотник) прикладывает палец для сравнения, Lumidigm датчик читает уникальный, незатронутый, внутренний рисунок отпечатка пальца под кожей пальца и увеличивает изображение для сравнения. Lumidigm сенсор - уникальное устройство для обнаружения поддельных пальцев. Многоспектральная технология позволяет легко обнаружить фальшивый палец, зная характеристики «живой» кожи. Технология позволяет сравнивать подповерхностный и поверхностный слой, чтобы удостовериться в их идентичности.

На рис. 2.49 изображена разница спектральных характеристик подповерхностного и поверхностного слоя для живого и фальшивого пальца.

Поскольку внутренняя структура слоя кожи пальца зависит от внешней, то это позволит определить настоящий палец. При расположении пальца на сенсоре происходит бледнение крови. Поскольку датчик видит внутренний слой кожи пальца, он может определить этот факт.

Разница спектральных характеристик подповерхностного и поверхностного

Рис. 2.49. Разница спектральных характеристик подповерхностного и поверхностного

слоя для живого и фальшивого пальца

Запах тела. Уже давно известно, что человека можно идентифицировать по его собственному запаху. Наличие генетического влияния на запах тела позволяет считать эту характеристику перспективной для использования в целях биометрической идентификации личности. Прогресс в области химического анализа с применением полупроводников привел к изобретению «электронного носа», который мог измерять концентрацию различных химических элементов, например, отравляющих веществ.

Как правило, «электронный нос» представляет собой комплексную систему, состоящую из трех функциональных узлов, работающих в режиме периодического восприятия пахучих веществ: системы проботбора и проб- подготовки, линейки или матрицы сенсоров с заданными свойствами и блока процессорной обработки сигналов матрицы сенсоров.

Пока такие сенсоры не обладают ни различительной способностью, ни чувствительностью человеческого носа и имеют много недостатков: нуждаются в калибровке, плохо работают в условиях перегрузки (при наличии множества различных запахов может произойти даже «отравление»).

В плане применения запаха для биометрической идентификации личности, необходимы еще глубокие теоретические исследования, связанные с влиянием на запах тела генетических особенностей, расовой принадлежности, пола, обычаев, индивидуальных привычек (продукты питания, состояние здоровья, использование моющих средств, парфюмерии, косметики, дезодорантов, курение, диета, употребление лекарств, алкоголя) и многого другого. Пока еще неизвестно, можно ли нормализовать эти факторы настолько, чтобы надежная идентификация человека по запаху стала возможной. Поэтому ожидать в ближайшем будущем разработок БСКД по запаху, удовлетворяющих строгим биометрическим требованиям идентификации, пока не приходится.

Микробный след. Когда люди прикасаются к каким-либо поверхностям, то они оставляют после себя не только отпечатки пальцев. У каждого человека в организме имеется его собственный, уникальный след из микробов - микробиом. Это как молекулярная подпись человека. Эксперты подчеркивают, что микробиом не меняется со временем. На него не воздействуют ни температурные изменения, ни влажность, ни солнечный свет.

Эта область исследований еще только начинает разрабатываться и пока нет убедительных доказательств того, что микробная подпись достаточно индивидуальна (как отпечатки пальцев), чтобы использовать ее в качестве доказательства личности человека (например, в суде).

Вместе с тем совершенно очевидно, что положительный исход проводимых исследований по доказательству индивидуальности микробиома открывает широчайшие перспективы его использования в БСКД и особенно в криминалистике, ведь кроме своей индивидуальности, микробиом зависит от пола, возраста и образа жизни. Эти особенности также могут быть использованы, чтобы составить портрет подозреваемого в совершении преступления.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>