Analýza biometrických identifikačných metód

Odtlačok prsta sa používa na identifikáciu už celé storočia, a to hlavne pre svoju vlast­nosť jedinečnosti a stálosti v čase. Aby si s rozvojom počítačovej techniky táto iden­tifikácia zabezpečila miesto v dnešnej dobe, musela sa stať plne automatizovanou. Identifikácia odtlačkom prstov je s obľu­bou používaná predovšetkým pre relatívnu jednoduchosť získania porovnávacej vzor­ky, pre vysoké percento použiteľnej popu­lácie. Nedajú sa identifikovať len jedinci, ktorí prišli o obe ruky aj nohy, čo je málo pravdepodobné.

Biometrické systémy pracujúce s odtlačka­mi prsta vo svojej primárnej podstate vy­užívajú prvky daktyloskopie. Daktyloskopia skúma vzory papilárnych línií na povrchu prsta. Vzory sa vytvárajú v priebehu embry­onálneho vývoja a všeobecne sú uznávané ako jedinečné nielen pre každú osobu, ale aj pre každý prst.

Daktyloskopia je založená na vedec­kých poznatkoch a jej identifikačný dô­kaz je zakotvený v troch fyziologických princípoch:

Individuálnosť

Na svete neexistujú dvaja ľudia s rovna­kými papilárnymi líniami vo všetkých podrobnostiach.

Nemeniteľnosť

Obrazce papilárnych línií ostávajú po celý život človeka relatívne nemenné. Vznikajú len nepatrné rozdiely, ako sú napr. veľko­sť plochy, narušenie tvaru vráskami, jazva­mi, atď.

Neodstrániteľnosť

Papilárne línie sa nedajú odstrániť, pokiaľ neodstránime aj zárodočnú vrstvu kože. [1], [2]

Snímanie

Klasické snímanie, čo je v súčasnosti už za­staraný spôsob snímania, používaný bez­pečnostnými, hlavne policajnými zložkami. Odtlačok prsta sa získa cez atramentovú stopu na papier a následne je nasnímaný skenovacím zariadením do počítača. S vý­skumom a rozvojom počítačových apliká­cií, bolo nutné riešiť aj otázku kvalitného prevodu manuálnych daktyloskopických archívnych zbierok, vedených desiatky ro­kov na papierových kartách do elektronic­kého prostredia počítačov. Tento problém bol uspokojivo vyriešený až uplatnením klasických optických skenerov (obrazo­vých snímačov), ktoré sa neskôr stali bež­nou súčasťou počítačových periférií pre prenos všeobecných obrazov do digitál­nej formy.

Bezprostredné snímanie je v dnešnej dobe typický hlavne pre aplikácie komerčno-bezpečnostného charakteru. Osoba, ktorá žiada vstup do určitého objektu musí pri­ložiť prst na snímací senzor, ktorý sníme odtlačok a hneď na to nasleduje verifiká­cia. Pre bezprostredné snímanie je v pra­xi zaužívaný výraz live-scanning, ktorý predstavuje všetky technológie snímania daktyloskopických odtlačkov a ich au­tomatický prevod do digitálnej podoby. Bezprostredné snímanie je realizované po­mocou senzorov, ktoré pracujú na rôznych fyzikálnych princípoch. Na obr. 1 je znázor­nená technológia Frustrated Total Internal Reflection (FTIR). Laserový lúč odspodu osvetľuje povrch prsta, ktorý sa dotýka priehľadnej dosky senzora. Odrazený sve­telný tok je snímaný CCD prvkom (Charge Coupled Device). Množstvo odrážané­ho svetla záleží na hĺbke papilárnych línií a údolí. Papilárne línie odrážajú svetlo viac, údolia menej. Citlivosť CCD prvkov je na­stavená tak, že CCD prvok neregistruje od­raz od údolí. [3], [4]

Geometria ruky

S geometriou ruky sa stretávame len v komerčno-bezpečnostnej sfére v režime verifikácie. Ľudská ruka je do istej miery jedinečná a môžeme na nej založiť presnú verifikáciu osôb, Keďže však nepo­skytuje mnoho informácií, nedá sa používať pre identifikačné účely. Používa sa najmä v priestoroch s obmedzeným počtom osôb ako prostriedok pre rýchlu verifikáciu.

Snímanie

Na všetkých piatich prstoch jednej ruky meriame ich dĺžky, šírky a hrúbky. Ich tvar a rozmery sú jedinečné a od dospelosti sa identifikačné charakteris­tiky ruky nemenia. Môže však dôjsť k zmene hrúbky prstov a dlane, následkom rapídnej zmeny váhy, úrazu alebo choroby. Medzi me­rané charakteristiky nepatria nechty, pretože sa v čase veľmi rýchlo menia. Snímací prístroj je navrhnutý tak, aby sa ruka nasnímala vždy čo najviac podobne, preto sú na zariadení fixačné kolík, v ktorých sa určité časti našej ruky musia pri snímaní dotýkať. Trojrozmerné skenery v dnešnej dobe snímajú geometrické charakteristiky ruky v mnohých bodoch behom jednej sekundy. Užívateľ položí ruku na horizontálnu plochu skenera, ktorá je vybavená špeciálnymi fi­xačnými kolíkmi. Tie zabezpečujú, aby poloha ruky bola pri kaž­dom snímaní ruky rovnaká. K osvieteniu ruky sú použité infračerve­né LED diódy. Následne hneď na to sústava zrkadiel umožní odraz obrazu do snímacej CCD digitálnej kamery. Základná doska je vy­tvorená z lešteného materiálu s veľkou optickou schopnosťou od­rážania, ktorá zabezpečí jasný a kontrastný odrazený obraz. Skener sníma čiernobielo iba siluetu dlane s prstami. Obraz ruky sa sníma z dvoch strán. Prvý obraz sa sníma zhora, kolmo dole nad sníma­ciu dosku a druhý pomocou bočného zrkadla vykresľuje pohľad na dlaň z boku. Poloha snímania je znázornená na obr. 2. Pri vyhodno­tení sa porovnávajú jednotlivé vektory obrysu nameraného a ulo­ženého v databáze a vektory práve nameraného obrysu. [1]

Rozpoznanie tváre

Rozpoznávanie tváre je založené na porovnávaní obrazu zosníma­ného kamerou s obrazom, ktorý je uložený v centrálnej databáze. K jednoznačnej identifikácii slúži väčšinou tvar tváre a poloha opticky významných miest na tvári, ako sú nos, oči, ústa alebo obočie. Ako prvé software vyhľadá oči ako temné body v hornej polovici obrazu a odtiaľ po­kračuje na ďalšie významné body tváre. Neuchováva sa teda presná poloha očí, nosa, pier, ale ukladá sa len vzdialenosť očí, vzdialenosť pery od nosa, uhol medzi špičkou nosa a jedným okom atď. Obraz tváre spolu so základnými tvárovými rysmi je zobrazený na obr. 3.

Systémy verifikácie tváre

Problematika verifikácie tváre je veľmi obsiahla a neustále sa vyvíja a zdokonaľuje. Základné delenie systému verifikácie tváre je static­ké a dynamické. Identifikácia užívateľa pri statickom riadenom sys­téme je vedomá. Snímanie prebieha z čelného uhla a výsledný ob­raz má dopredu určené pozadie, nasvietenie a rozlíšenie snímku.

Princípom dynamických neriadených systémov je zachytiť a ná­sledne identifikovať osobu v dave ľudí. Využitie dynamických ne­riadených systémov je na frekventovaných miestach, napríklad na letisku, v obchodných centrách a bankách. Systémy môžu byť pre­pojené s databázou záujmových osôb, ako sú zločinci, teroristi, vy­tvárajúcou vhodnú preventívnu ochranu. [5]

Biometrický podpis

Verifikácia osoby založená na rozpoznávaní podpisu patrí k naj­praktickejším spôsobom overovania ľudskej identity. Podpis sa stal prirodzenou súčasťou bežného života.

S overovaním podpisu sa možno stretnúť v oblastiach ako je kon­trola prístupu, bezpečnosť alebo finančné transakcie. Verifikácia osoby podľa podpisu vychádza z toho, že nie je nijako štandar­dizovaný alebo rovnaký, ale je pre každého človeka individuálny. Existujú dva základné typy systémov, pomocou ktorých sa pod­pis rozpoznáva.

Off-line systém, kedy je podpis je napísaný na papier a potom pre získanie digitálnych údajov o obraze je naskenovaný alebo nasní­maný kamerou. Verifikácia pomocou off-line systému dnes nie je pre automatizované spracovanie vhodná. Porovnávanie dvoch statických obrazov podpisu, predkladaného vzoru s referenč­nou šablónou, je v dnešnej dobe skenovacích zariadení náchylné k sfalšovaniu.

On-line systém, pri ktorom sa údaje sa vytvárajú v reálnom čase pomocou digitalizačného tabletu, alebo špeciálneho pera, zobra­zeného na obr. 4. Dynamické on-line systémy získavajú dynamické charakteristiky podpisu, ako sú rýchlosť písania, tlak pera v jednot­livých bodoch, poradie písania jednotlivých častí podpisu a pod. Cieľom využitia dynamických charakteristík je detekcia prípadných podvrhov a napodobenín podpisu. [6]

Záver

Z globálneho pohľadu sa nedá jednoznačne povedať, ktorá metó­da je pre identifikáciu najlepšia. Záleží od toho, ako a kde chceme identifikačné / verifikačné zariadenie použiť. Čím väčšiu bezpeč­nosť požadujeme, tým by malo byť použité zariadenie „dotieravej­šie“. Napríklad na kontrolu vstupných hál škôl, či obchodných cen­tier by stačil kamerový systém. Pri vstupe do priemyselných centier či úradov, by okrem spomínaného kamerového systému vstupujú­ce osoby zadávali PIN, alebo by prebehla kontrola skenom dlane. Do priestoru s tzv. maximálnou ochranou by už preverovanej oso­ba bol snímaný odtlačok prsta, či očná dúhovka.

Najideálnejšie a pre kontrolované osoby aj najpohodlnejšie by bolo, keby ani nevedeli, že kontrolované sú. Všetko vyššie spomínané však záleží od stále napredujúcich a vyvíjajúcich sa algoritmoch, ktoré zabezpečujú chod jednotlivých biometrických zariadení.

Literatúra

[1] BOLLE, S. Biometrics. Personal Identification in Networked Society. New York: Kluwer Academic Publishers, 2002. 422 s. ISBN 0-306-47044-6

[2] Crime Scene Forensics. Basic fingerprint patterns [Online]. 2011 [cit. 2011-03-12]. Dostupné na internete: http://www.crimescene-fo­rensics.com/Fingerprints.html

[3] RAK, R. Biometrie a identita člověka ve forenzních a komerčních aplikacích. Praha: Grada Publishing, 2008. 664 s. ISBN 978-80-247-2365-5

[4] KOČIŠ, R. Aplikácie multidotykových technológií In Transfer inovácií [Online]. 2010 [cit. 2011-03-12]. Dostupné na internete: http:// www.sjf.tuke.sk/transferinovacii/pages/archiv/transfer/18-2010/pdf/168-172.pdf

[5] Fingerprint security. Biometric face recognition [Online]. 2009 [cit. 2011-05-24]. Dostupné na internete:

[6] BOLLE, R. Guide to biometric. New York: Springer, 2009. 381 s. ISBN 0-387-5040089-3

TEXT: Ing. Maximilián Strémy, PhD., Bc. Soňa Duchovičová, UIAM MTF STU v Trnave