Системы биометрической идентификации.

Системы биометрической идентификации.

Системы биометрической идентификации

 

Системы биометрической идентификации

Как отмечается в журнале Photonics Spectra, системы управления любого современного общества базируются на использовании компьютеров и информации. От таких систем требуются высокое быстродействие, простота применения при выполнении различных транзакций и надежная защита от несанкционированных действий, т. е. безопасность. Выполнение всех этих требований связано с определенным риском, и при оценивании степени этого риска необходимо соблюдение определенного баланса между удобством пользования такими системами и необходимой их безопасностью:

Основной проблемой обеспечения безопасности систем и объектов является идентификация лиц, пытающихся получить доступ в систему или на объект. В процессе решения этой проблемы предложены и разработаны различные методы и технические средства, основанные на использовании компьютеров, систем формирования изображений и сложных математических алгоритмов.

Особое место среди систем идентификации занимают биометрические системы, основанные на использовании некоторых индивидуальных и уникальных для каждого человека особенностей или признаков, называемых также биометрическими ключами (biometric keys). К таким признакам относятся рисунок радужной оболочки глаз, отпечатки пальцев, форма рук, лицо или голос.

Процессоры изображений сверяют изображения этих признаков с записанными ранее изображениями или образцами, полученными методами математического моделирования, для проверки идентичности лица, обладающего данными признаками. Идентификация может быть также осуществлена с использованием контрольных изображений, хранящихся в центральной базе данных.

Однако, несмотря на определенный успех в применении этих перспективных систем, их более широкое распространение сдерживается в связи с рядом проблем (стоимость, быстродействие, надежность, принятие общественностью). Однако новые достижения в области фотоэлектроники, микроэлектроники и видеотехники дают основание полагать, что эти проблемы будут успешно разрешены.

Совершенствование технологии производства приборов с зарядовой связью (ПЗС) и повышение требований заказчиков к этим приборам привели к созданию нового поколения цифровых и цветных видеокамер. Такие камеры стали важным элементом систем безопасности — от государственных учреждений до казино, благодаря их компактности и высокой чувствительности.

Цифровая видеокамера с матрицей на ПЗС имеет аналогоцифровой преобразователь на полупроводниковых приборах KMOS, находящийся непосредственно за матрицей. Выдаваемые такой камерой цифровые сигналы изображения могут легко вводиться в память компьютера или цифровой видеомагнитофон, которые могут хранить в пять раз больше данных, чем обычный видеомагнитофон. Соответственно снизилась цена цветных видеокамер, которая в настоящее время не превышает 200 долл. Компактная программа обработки изображений дает ряд преимуществ, в том числе обеспечивает мгновенный вызов конкретного изображения, улучшение качества изображения и сравнение в реальном времени предъявленного изображения с хранимым в памяти контрольным изображением. Биометрическая система идентификации или опознавания использует эти возможности для решения различных задач, включая ограничение доступа в определенные физические зоны, компьютерные сети и к конкретным ресурсам.

Руководство Агентства национальной безопасности (АНБ) США проявило интерес к разработкам биометрических систем опознавания человека по лицу. Этот интерес подкреплялся тем, что уже имеющиеся недорогие цифровые цветные видеокамеры с верной передачей цветов 24 битами, высоким разрешением (640х480 элементов изображения) при 30 кадрах/с и широким динамическим диапазоном обеспечат успех таким системам.

Ряд фирм США (Miros, Lau Technologies, Identification Technologies International) уже разработали системы опознавания человека по лицу, действующие подобно полицейскому, проверяющему права водителя автомобиля и сравнивающему его лицо с фотографией в предъявленном документе.

В системе «Face-in-the Crowd» фирмы Lau Technologies используется видеокамера с автофокусировкой фирмы Hitachi (Япония) для получения изображения лица проверяемого индивидуума. Плата фиксации кадра в камере преобразует аналоговые сигналы изображения в цифровые, а программное обеспечение, являющееся собственностью фирмы Lau Technologies, создает на основе цифровых сигналов контрольный образец изображения, представляемый 128 байтами. Эти образцы включаются в файл биометрических сигнатур. Такая сигнатура не представляет полное изображение, а только определенную его часть или определенный биометрический признак, полученный с использованием уникального математического алгоритма. Формирование таких образцов частично устраняет проблему непосредственного участия проверяемого лица в процессе сравнения. Его контрольный образец может быть включен в выдаваемую ему идентификационную карточку, с которой он считывается, вместо запроса его из базы данных.

По утверждению фирмы, ее система может выявлять террористов в аэропортах или других местах, где присутствует большое количество людей. В процессе испытаний скрыто установленной системы ее камера могла .выделять до четырех лиц в толпе, относящихся к находящимся в розыске. Для этого необходимо направить камеру туда, где человек выглядит естественно, подобно тому, какой выглядит при прохождении через досмотровую арку металлообнаружителя.

В аналогичной системе фирмы Identification Technologies International для устранения проблем, связанных с влиянием освещенности окружающей среды в процессе съемки, применяется светодиод ближнего инфракрасного излучения при использовании видеокамеры с матрицей на ПЗС. Установленные перед объективном камеры полосовые светофильтры задерживают большую часть излучения за пределами 880 нм, а собственное программное обеспечение фирмы формирует топографическую карту находящегося в кадре лица для сравнения с образцами, имеющимися в файле контрольных изображений.

Обе фирмы считают, что их системы найдут применение во все более широко используемых банкоматах.

В системе «True Face» фирмы Miros, разработанной для такого применения, используются две монохромные видеокамеры фирмы Pacific ElectrOptics (США) для создания стереоскопического изображения лица человека. Путем сравнения этого изображения с образцом система может определить разницу между ними, проявляющуюся в перспективных сдвигах отдельных частей лица. Однородные сдвиги указывают на то, что стереоскопическое изображение является действительным изображением данного лица.

Фирма Miros эксплуатирует совместно с компанией электронных платежей в г. Fort Worth (шт. Техас) семь киосков с банкоматами, использующими систему «True Face», и вполне довольна их работой.

Несмотря на эти успехи фирмы Miros разработчикам биометрических систем опознавания по лицу предстоит еще преодолеть ряд трудностей, возникающих на пути создания систем сканирования радужной оболочки глаз человека, для того чтобы занять доминирующее положение на рынке банкоматов.

Первая система сканирования радужной оболочки глаз, разработанная фирмой Sensar (США), заинтересовала ряд банков США и других стран, выразивших желание финансировать дальнейшее развитие таких систем.

«Сердцем» системы фирмы Sensar был алгоритм совмещения изображений радужных оболочек, разработанный фирмой Iriscan (США). В системе использовались чипы с ПЗС производства японской фирмы Chughiboyeki, которые должны воспринимать ближнее инфракрасное излучение, отраженное от разных точек рисунка радужной оболочки. После преобразования выходных сигналов чипов в цифровую форму, специальная программа системы выбирает один из 30 воспроизводимых в 1 с кадров, и система выполняет 192 радиальных измерения (угла и расстояния от центра) и формирует образец изображения, представленный 256 байтами. Система фирмы Sensar может получать изображения сетчатки глаз человека с расстояния до 1 м (по сравнению с 30 см у других систем). Это расстояние зависит от диаметра входного отверстия объектива системы.

В аналогичной системе «Irisident» фирмы Iriscan используются две видеокамеры с фиксированной фокусировкой для обнаружения приближения человека. Алгоритм управления камерами определяет положение человека, его головы, глаз и радужной оболочки в системе координат X,Y. Получаемые сигналы изображения проходят через пирамидальный микрочип формирования изображения (разработка Sarnoff Research Laboratory для ВВС США), превращающий видеокамеры в датчики изображения с переменным разрешением. При достижении наилучшего разрешения микрочип формирует объемное изображение в системе координат X, Y, Z.

По сигналам микрочипа следящий механизм фокусирует третью камеру на радужную оболочку с глубиной резкости до 25 мм.

Разработчики фирмы Sensar надеются заменить позолоченные зеркала сканирования сетчатки и увеличивающую оптику решеткой микрозеркал и таким Путем сделать систему более компактной.

По вопросу применения биометрических систем идентификации в банках высказываются различные мнения. Так, представитель Американской ассоциации банков (American Banking Association) по связям с общественностью, признавая важность проблемы борьбы с хищениями в банках, считает, что стоимость перехода к банкоматам и торговым автоматам с биометрическими системами идентификации создаст новые проблемы. Другие представители банков опасаются, что введение биометрических систем может вызвать отрицательное отношение к ним клиентов.

Широкое применение биометрическая идентификация, в частности идентификация по отпечаткам пальцев, находит в системах с использованием кредитных карточек.

По данным фирмы Master Card (США), разработавшей оптическую биометрическую систему идентификации по отпечаткам пальцев, с времени установки в 1996 г. этой системы в офисах фирмы было проверено 6700 посетителей. Фирма считает, что эта система является наиболее удобной для держателей кредитных карточек.

В системе идентификации фирмы San Bruno (США) используется светодиод с излучением в ближней инфракрасной области спектра для бокового освещения пальцев и получения рельефного дактилоскопического рисунка. Пластмассовая микропризма, изготовленная по методу, являющемуся секретом фирмы, отклоняет подающий на нее свет и направляет его на чип с 113С. Фирма предлагает три модели своей системы: две из них имеют находящиеся внутри аналого-цифровые преобразователи, третья, самая компактная система с размерами двух кусков сахара кубической формы, может быть совмещена с интеллектуальным манипулятором типа «мышь» или с компьютерной клавиатурой.

В Испании в настоящее время действуют 700 банкоматов с биометрической идентификацией. В случае ухудшения качества изображения, например из-за царапин, система идентификации может быть легко заменена. Загрязнение изображения часто является причиной критического отношения к оптическим считывателям.

Фирма Fingermatrix (США) разработала принтеры для одного и десяти пальцев, в которых оптическая система располагается под ванночкой со спиртом и водой. Слой жидкости предохраняет поверхность, на которой воспроизводится изображение, от загрязнения и повышает светопропускание.

Принтер на десять пальцев (ten-printer) является единственным биометрическим прибором, удовлетворяющим правительственным стандартам США. Национальный институт стандартов и технологий США совместно с Федеральным бюро расследований (ФБР) разработали требования к изображениям, выдаваемым сканерами. Они должны иметь четкость до 200 точек на 1 см и градации серого, передаваемые 8 бит.

Для удовлетворения этим требованиям в системе te-printer, предназначенной специально для судебных расследований, применена дополнительная линейная решетка ПЗС.

Так как федеральные агентства требуют полных отпечатков пальцев, для их снятия оператор должен поворачивать пальцы подследственных.

Поверхностные или плоскостные сканеры типа применяемых в системах управления доступом не могут давать четких изображений движущихся пальцев, поэтому линейная решетка ПЗС отслеживает движения пальцев и перемещается вместе с ними при снятии отпечатков.

В течение 1997 г. департамент полиции г. Бостона (США) принимал участие в программе разработки опытной системы электронной передачи изображений оптических сканеров в центральную базу данных ФБР. Эта система позволила бы снизить требования к системам сканирования, так как некачественные изображения можно было бы отбраковывать на входе в базу данных.

Поиск в базе данных требуемого отпечатка пальцев связан со значительными трудностями и занимает много времени. Разработаны новые методы с использованием пространственных модуляторов света и преобразований Фурье, сокращающие время поиска в 100 раз.

В разработанном институтом оптическом корреляторе применяются гелий-неоновый лазер и коллимирующий объектив. Луч лазера проходит через пространственный модулятор света на жидком сегнетоэлектрическом кристалле для формирования входного изображения. Объектив преобразователя Фурье фокусирует луч на втором фильтре, зарегистрированном на носителе голограмм, расположенном в плоскости Фурье. Совпадение входного изображения на носителе голограмм сопровождается всплесками интенсивности света на матрице ПЗС видеокамеры, расположенной в выходной плоскости.

Другая американская фирма Quatalmage разработала более совершенный коррелятор, в котором применен созданный фирмой пространственный модулятор света высокого быстродействия (время отклика менее 1 мкс) с разрешением 200 линий/мм. Сформированное компьютером изображение направляется в два сегнетоэлектрических пространственных модулятора света, облучаемых светом лазерного диода с длиной волны 830 нм. Лазерный луч проходит через объектив преобразователя Фурье. Быстродействующий пространственный модулятор света усиливает преобразованное по Фурье изображение. Второй лазерный луч с длиной волны излучения 850 нм считывает усиленное изображение и переносит результаты обратно через объектив преобразователя Фурье на интеллек-туальный чувствительный элемент, способный обнаруживать пики корреляции при сравнении до 4000 отпечатков пальцев в 1 с.

Руководство фирмы Quantalmage надеется увеличить пропускную способность системы с 1000 до 4000 отпечатков пальцев в 1 с путем замены двух входных пространственных модуляторов света на сегнетоэлектрических кристаллах одним пространственным модулятором света высокого быстродействия и одним модулятором света на сегнетоэлектрическом кристалле.

По утверждениям экспертов, существующие электронные технологии могут обеспечить скорость сравнения отпечатков пальцев до 3000 в 1 с, но только после того, как количество потенциально совпадающих отпечатков будет ограничено посредством предварительной обработки вызывающей подозрение информации, такой как пол и возраст.

Биометрические системы идентификации получат более широкое применение в службах охраны государственных границ. Этому будет способствовать система «Fastgate» фирмы IBM (США), разработанная по образцу системы, используемой службой иммиграции и натурализации США (US Immigration and Naturalisation Service). В системе «Fastgate», проходящей в настоящее время испытания, применена техника сканирования геометрии руки фирмы Recognition Systems (США).

В этой системе используется светодиод, с излучением в ближайшей инфракрасной области спектра на волне 690 нм, освещающий четыре пальца руки. При этом рука находится на подложке из материала призматической структуры типа применяемого в конструкции дорожных знаков. Поверхность этой подложки отражает падающий на нее свет обратно к источнику и расположенной рядом с ней камере. Широкополосные светофильтры максимально задерживают свет окружающей среды. Система создает наименьший из коммерчески доступных биометрических образцов (представляемый всего 9 байтами). Для этого она производит 91 измерение пальцев, суставов пальцев, рук и т. д. Биометрические образцы, объединяемые в центральной базе данных с другой информацией (номера кредитных или других карточек и телефонов), могут быть использованы другими службами.

После испытаний система будет подготовлена к серийному производству. Фирма IBM уже ведет переговоры со многими правительствами и авиапортами ряда стран.

Хотя «Fastgate» будет первой биометрической системой массового производства, она является лишь последним достижением в развивающейся области биометрических систем безопасности. Дальнейший прогресс будет ускоряться по мере того, как эти системы станут более знакомы клиентам.

На одной из конференций по биометрическим системам отмечалось, что в 1996 г. действовало около 10 000 таких систем, общая стоимость которых составляла более 17 млн. долл. По данным журнала Personal Identification, объем продаж биометрических систем должен был вырасти в 1997 г. на 45% и достигнуть 25 млн. долл., а к 1999 г. он увеличится до 500 млн. Фирма Freedonia Group (США) на основе проведенного ею анализа прогнозирует возрастание объема продаж аппаратно-программных средств информационной безопасности к 2001 г. до 4 млрд. долл. Этот рост будет происходить в условиях жесткой конкуренции фирм, производящих продукты фотоэлектроники, микроэлектроники, видеотехники и создающих различные системы на основе этих продуктов.

я