Биометрические системы

 
Отметим, что все представленные устройства предназначены для работы только внутри помещения. Поверхность  сканера должна быть чистой, поэтому  априори исключаются запыленные склады, бензоколонки и т. д. Наиболее частое применение - банковские системы (доступ к сейфам, хранилищам ценностей), контроль доступа в различные  клубы и загородные резиденции, системы  электронной коммерции.

Рис. 7. Система Veriprint 2000 позволяет  контролировать доступ в помещения

2.2 Идентификация  по радужной оболочке глаз

Первооткрывателем в области  идентификации личности по радужной оболочке глаза является доктор Джон Даугман. В 1994 г. он запатентовал в США  метод распознавания радужной оболочки глаза (US Patent S, 291, 560). Разработанные  им алгоритмы используются до сих  пор.

С помощью этих алгоритмов необработанные видеоизображения глаза  преобразуются в уникальный идентификационный  двоичный поток Iris-код, полученный в  результате определения позиции  радужки, ее границы и выполнения других математических операций для  описания текстуры радужки в виде последовательности чередования фаз, похожей на штрих-код.

Полученный таким образом Iris-код используется для поиска совпадений в базах данных (скорость поиска - около 1 млн. сравнения Iris-кодов в 1 с) и для подтверждения или  неподтверждения заявленной личности

Преимущество сканеров для  радужной оболочки глаза состоит  в том, что они не требуют от пользователя сосредоточения на цели, так как образец пятен на радужной оболочке находится на поверхности  глаза. Фактически видеоизображение глаза  может быть отсканировано на расстоянии менее 1 м, что делает возможным использование  сканеров для радужной оболочки глаза, допустим, в банкоматах. Разработкой  технологии идентификации личности на основе принципа сканирования радужной оболочки глаза в настоящее время  занимаются более 20 компаний, в том  числе British Telecom, Sensar, японская компания Oki.

Различают активные и пассивные  системы распознавания. В системах первого типа пользователь должен сам  настроить камеру, передвигая ее для  более точной наводки. Пассивные  системы проще в использовании, поскольку камера в них настраивается  автоматически. Высокая надежность этого оборудования позволяет применять  его даже в исправительных учреждениях.

В качестве примера современной  системы идентификации на основе анализа радужной оболочки глаза  рассмотрим решение, предложенное компанией LG.

Система IrisAccess позволяет  менее чем за 1 с отсканировать  рисунок радужной оболочки глаза, обработать и сравнить с 4 тыс. других записей, которые  она хранит в своей памяти, а затем послать соответствующий сигнал в охранную систему. Технология - полностью бесконтактная. На основе изображения радужной оболочки глаза строится компактный цифровой код размером 512 байт. Устройство имеет высокую надежность по сравнению с большинством известных систем биометрического контроля, поддерживает объемную базу данных, выдает звуковые инструкции на русском языке, позволяет интегрировать в систему карты доступа и ПИН-клавиатуры. Один контроллер поддерживает четыре считывателя Система может быть интегрирована с LAN Система IrisAccess 3000 состоит из оптического устройства внесения в реестр E01J3000, удаленного оптического устройства R01J3000, контрольного устройства опознавания ICLI3000, платы захвата изображения, дверной интерфейсной платы и PC-сервера. Если требуется осуществлять контроль за несколькими входами, то ряд удаленных устройств, включая ICU3000 и R01J3000, может быть подключен к PC-серверу через локальную сеть (LAN).

Представляет интерес  камера для идентификации личности путем сканирования радужной оболочки глаза, используемая в системах защиты и безопасности для компьютеров  типа десктоп/лэптоп. Разработки визуальных систем (Vision Systems) компании Panasonic и хорошо показавшие себя на прак-тике разработки в области идентификации личности на основе рисунка радужной оболочки глаз компании Iridian Technologies позволили  создать легкие в использовании  и отличающиеся высокой точностью  средства, которые можно использовать в широком диапазоне современных  и будущих потребностей в области  обеспечения безопасности.

Камера Authenticam™ компании Panasonic в сочетании с программным  продуктом PrivatelD™ компании Indian Technologies представляет собой экономически выгодный и надежный путь обеспечения безопасности доступа. Для такой камеры характерны безопасность и простота использования. Достаточно взглянуть в объектив камеры с расстояния приблизительно 50 см, и менее чем через 2 с произойдет захват изображения.

Программный продукт PrivatelD™  обрабатывает рисунок радужной оболочки глаз и кодирует полученную информацию в виде 512-байтовой записи IrisCode. Эти  записи вводятся для хранения в память и используются для сравнения  с другими записями кодов IrisCodes - для идентификации личности при  любых транзакциях и деловых  операциях, когда для сравнения  представляется радужная оболочка глаза  живого человека.

Дифференциатор ключей для  идентификации личности по рисунку  радужной оболочки глаза осуществляет поиск в базе данных для нахождения соответствующего идентификационного кода. При этом база данных может  состоять из неограниченного числа  записей кодов IrisCode. Технология допуска, основанная на сканировании радужной оболочки глаза, уже несколько лет успешно применяется в государственных организациях США и в учреждениях с высокой степенью секретности (в частности, на заводах по производству ядерного вооружения). Эффективность этого способа доказана, он безопасен для пользователя и надежен в работе. Он обеспечивает моментальную аутентификацию личности, предназначенную для замены символов ПИН-кодов и паролей.

Многие эксперты подчеркивают «незрелость» технологии, хотя потенциальные  возможности метода достаточно высоки, так как характеристики рисунка  радужной оболочки человеческого глаза  достаточно стабильны и не изменяются практически в течение всей жизни  человека, невосприимчивы к загрязнению  и ранам. Отметим также, что радужки  правого и левого глаза по рисунку  существенно различаются. Этот метод  идентификации отличается от других большей сложностью в использовании, более высокой стоимостью аппаратуры и жесткими условиями регистрации.

2.3 Идентификация  по капиллярам сетчатки глаз

При идентификации по сетчатке глаза измеряется угловое распределение  кровеносных сосудов на поверхности  сетчатки относительно слепого пятна  глаза и другие признаки. Капиллярный  рисунок сетчатки глаз различается  даже у близнецов и может быть с большим успехом использован  для идентификации личности. Всего  насчитывают около 250 признаков. Такие  биометрические терминалы обеспечивают высокую достоверность идентификации, сопоставимую с дактилоскопией, но требуют от проверяемого лица фиксации взгляда на объективе сканера.

Сканирование сетчатки происходит с использованием инфракрасного  света низкой интенсивности, направленного  через зрачок к кровеносным сосудам  на задней стенке глаза. Сканеры сетчатки глаза получили широкое распространение  в СКУД особо секретных объектов, так как у них один из самых  низких процентов отказа в доступе  зарегистрированных пользователей  и практически не бывает ошибочного разрешения доступа. Однако изображение  радужной оболочки должно быть четким, поэтому катаракта может отрицательно воздействовать на качество идентификации  личности.

Начало разработок этого  направления идентификации относится  к 1976 г., когда в США была образована компания Eye Dentify, которая до настоящего времени сохраняет монополию  на производство коммерческих систем аутентификации по ретине.

Основным устройством  для системы такого типа является бинокулярный объектив. При осуществлении  процедуры аутентификации пользователь должен прильнуть глазами к окулярам и, глядя вовнутрь, сфокусировать  взгляд на изображении красного цвета. Затем ему следует дождаться  смены цвета на зеленый (что укажет на правильную фокусировку) и нажать на стартовую кнопку. Сканирование глазного дна выполняется источником инфракрасного излучения, безопасного  для глаз. Достаточно смотреть в  глазок камеры менее минуты. За это  время система успевает подсветить сетчатку и получить отраженный сигнал. Для сканирования сетчатки используется инфракрасное излучение низкой интенсивности, направленное через зрачок к кровеносным  сосудам на задней стенке глаза. Отраженное от ретины излучение фиксируется  специальной чувствительной камерой.

Замеры ведутся по 320 точкам фотодатчиками и результирующий аналоговый сигнал с помощью микропроцессора  преобразуется в цифровой вид. При  этом используется алгоритм быстрого преобразования Фурье. Полученный цифровой вектор, состоящий из коэффициентов Фурье, сравнивается с зарегистрированным эталоном, хранящимся в памяти системы. Благодаря такому методу преобразования и представления изображения глазного дна для хранения каждого эталона расходуется по 40 байт. Память терминала Eye Dentification System 7.5, реализующего этот алгоритм, рассчитана на запоминание до 1200 эталонов. Время регистрации составляет примерно 30 с, время аутентификации - 1,5 с. Коэффициент ошибок 1-го рода - 0,01 %, 2-го рода - 0,0001 % (т. е. вероятность ошибок 1-го рода - 0,0001, 2-го рода - 0,000001).

С точки зрения безопасности данная система выгодно отличается от всех других, использующих биометрические терминалы, не только малым значением  коэффициентов ошибок как l-ro, так  и 2-го рода, но и использованием специфического аутентификациоиного атрибута, который  практически невозможно негласно подменить  для обмана системы при проверке.

К недостаткам подобных систем следует отнести психологический  фактор: не всякий человек отважится  посмотреть в неведомое темное отверстие, где что-то светит в глаз. К тому же надо следить за положением глаза  относительно отверстия, поскольку  подобные системы, как правило, чувствительны  к неправильной ориентации сетчатки. Сканеры для сетчатки глаза получат  большое распространение при  организации доступа к сверхсекретным системам, поскольку гарантируют  один из самых низких процентов отказа в доступе зарегистрированных пользователей  и почти нулевой процент ошибок.

2.4 Идентификация  по геометрии и тепловому изображению  лица

Идентификация человека но чертам (геометрии) лица - одно из самых динамично развивающихся направлений в биометрической индустрии. Привлекательность данного метода основана на том, что он наиболее близок к тому, как люди обычно идентифицируют друг друга. Рост мультимедийных технологий, благодаря которым можно увидеть все больше видеокамер, установленных на городских улицах и площадях, аэропортах, вокзалах и других местах скопления людей, определили развитие этого направления.

Техническая реализация метода - более сложная (с математической точки зрения) задача, чем распознавание  отпечатков пальцев, и, кроме того, требует  более дорогостоящей аппаратуры (нужна цифровая видео- или фотокамера и плата захвата видеоизображения). У этого метода есть один существенный плюс: для хранения данных об одном  образце идентификационного шаблона  требуется совсем немного памяти, так как человеческое лицо можно  «разобрать» на относительно небольшое  количество участков, неизменных у  всех людей. Например, для вычисления уникального шаблона, соответствующего конкретному человеку, требуется  всего от 12 до 40 характерных участков.

Обычно камера устанавливается  на расстоянии нескольких десятков сантиметров  от объекта. Получив изображение, система  анализирует различные параметры  лица (например, расстояние между глазами  и носом). Большинство алгоритмов позволяет компенсировать наличие  у исследуемого индивида очков, шляпы  и бороды. Для этой цели обычно используется сканирование лица в инфракрасном диапазоне, но пока системы такого типа не дают устойчивых и очень точных результатов.

Распознавание человека по изображению лица выделяется среди  биометрических систем тем, что, во-первых, не требует специального дорогостоящего оборудования. Для большинства приложений достаточно только персонального компьютера и обычной видеокамеры. Во-вторых, отсутствует физический контакт  человека с устройствами. Не надо ни к чему прикасаться или специально останавливаться и ждать срабатывания системы. В большинстве случаев  достаточно просто пройти мимо или  задержаться перед камерой на несколько секунд. Распознавание  изображений аналогично распознаванию  образов.

Такие задачи не имеют точного  аналитического решения. При этом требуется  выделение ключевых признаков, характеризующих  зрительный образ, определение относительной важности признаков путем выбора их весовых коэффициентов и учет взаимосвязей между признаками.

Компания ISS разработала  ряд алгоритмов, позволяющих обрабатывать видеоданные в режиме реального  времени и производить локализацию, определять положение головы и отслеживать  перемещение с целью дальнейшего  распознавания.

В настоящее время существует четыре основных метода распознавания  лица, различающихся сложностью реализации и целью применения :

- «eigenfaces»;

- анализ «отличительных  черт»;

- анализ на основе «нейронных  сетей»;

- метод «автоматической  обработки изображения лица».

«Eigenface» можно перевести как «собственное лицо». Эта технология использует двумерные изображения в градациях серого, которые представляют отличительные характеристики изображения лица. Метод «eigenface» часто используется в качестве основы для других методов распознавания лица. Комбинируя характеристики 100-120 «eigenface», можно восстановить большое число лиц. В момент регистрации «eigenface» каждого конкретного человека представляется в виде ряда коэффициентов. Для режима установления подлинности, в котором изображение используется для проверки идентичности, «живой» шаблон сравнивается с уже зарегистрированным шаблоном с целью определения коэффициента различия. Степень различия между шаблонами определяет факт идентификации. Технология «eigenface» оптимальна при использовании в хорошо освещенных помещениях, когда есть возможность сканирования лица в фас.

Метод анализа «отличительных черт» - наиболее широко используемая технология идентификации. Она подобна методу «Eigenface», но в большей степени адаптирована к изменению внешности или мимики человека (улыбающееся или хмурящееся лицо). В технологии «отличительных черт» используются десятки характерных особенностей различных областей лица, причем с учетом их относительного местоположения. Индивидуальная комбинация этих параметров определяет особенности каждого конкретного лица. Лицо человека уникально, но достаточно динамично, так как человек может улыбаться, отпускать бороду и усы, надевать очки - все это увеличивает сложность процедуры идентификации. Например, при улыбке наблюдается некоторое смещение частей лица, расположенных около рта, что в свою очередь будет вызывать подобное движение смежных частей. Учитывая такие смещения, можно однозначно идентифицировать человека и при различных мимических изменениях лица. Так как этот анализ рассматривает локальные участки лица, допустимые отклонения могут находиться в пределах до 25° в горизонтальной плоскости, и приблизительно до 15° в вертикальной плоскости и требует достаточно мощной и дорогой аппаратуры, что соответственно снижает возможности распространения данного метода.