titulka

Systémy kontrolujúce prístup k zabezpečeným miestam, počítačovým sieťam alebo finančným transakciám, ktoré sú určené len oprávneným osobám väčšinou pre svoju ochranu uznávajú osobné identifikačné čísla (PIN) alebo heslá. Nedostatkom týchto systémov je, že tieto čísla a heslá môžu neoprávnené osoby ľahko získať a zneužiť, bez ich následného odhalenia.

Biometrické identifikačné systé­my na kontrolu totožnosti oso­by využívajú osobné rysy (fyzi­kálne vlastnosti) užívateľa, aby bola zaistená oveľa väčšia bezpečnosť ako ponúkajú heslá. Cieľom tohto príspevku je popísať a porovnať vybrané metódy op­tickej identifikácie a ich základný princíp fungovania.

 

 

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.

obr1Bezprostredné 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.

obr2Snímanie

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]

obr3Rozpoznanie 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]

obr4Biometrický 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