Современные технологии биометрии


2 Дек 2021

Источник: scientificrussia.ru

С XVII века, когда появились первые паспорта, технологии подтверждения личности прошли путь от бумажной грамоты с печатью, которую было нетрудно подделать, до систем, которые могут точно определить, что человек перед вами, является тем, за кого себя выдает.

Сегодня эти системы внедряются в удостоверения личности: биометрические данные используют в загранпаспортах России и будут внедрять при переходе на электронные внутренние паспорта. Разработки широко применяют и в различных системах безопасности. Современные устройства устанавливают личность, анализируя отпечатки пальцев и кисти рук, сетчатку глаза и радужную оболочку, почерк и голос.

Фактически, любые биометрические технологии распознавания личности проходят одни и те же этапы. Во-первых – это регистрация сведений о характеристике, которую позже устройство будет использовать как идентификатор. Эти данные преобразуются в форму, которую могут распознать компьютеры, например в цифровой код. Потом выделяются уникальные признаки зафиксированной характеристики, которые в дальнейшем будет использовать аналитическая система при сверке сведений. Затем, после занесения данных в память устройства, система сравнивает данные, которые уже есть в ее базе с теми, которые поступили, и выдает решение, совпадают идентификаторы или нет.

Руки

В первую очередь, когда разговор заходит о биометрии, в голову приходят отпечатки пальцев. Технологию подобной идентификации применяют в криминалистике, отпечатки фиксируют при получении российского загранпаспорта, и практически любые современные смартфоны разблокируются подушечкой пальца. Распознавая мельчайшие различия уникальных для каждого человека отпечатков, оптические, емкостные или ультразвуковые датчики преобразуют узор на пальце, фактически, в набор точек, и в код. При этом восстановить из кода узор отпечатка невозможно – это сохраняет безопасность данных при возможной утечке.

Реже, чем сканеры отпечатков пальцев используются более широкие технологии распознавания – по геометрии руки. Основные данные для считывающего устройства в таких условиях – размер ладони, длина, ширина и толщина пальцев. Сканер строит трехмерную модель кисти руки. При этом могут учитываться изгибы пальцев, расстояние между суставами и структура кости, а также мелкие детали, например морщины на коже. Системы распознавания личности по форме руки с помощью современных аппаратов достаточно популярны из-за простоты получения модели, а данные занимают в памяти устройства совсем немного места – это ускоряет поиск.

Глаза

Глаза могут много рассказать о человеке, как минимум – тот ли он, за кого себя выдает. Это не метафора: радужная оболочка и сетчатка глаза – уникальны у каждого человека, а технологии научились фиксировать и анализировать эту информацию.

Радужная оболочка между роговицей и хрусталиком – это своего рода естественная диафрагма, которая регулирует поступление света в глаз, а количество пигментов определяет цвет. Уникальность радужной оболочки – в составе ее структуры. Она состоит из сетчатого соединительного образования, которое называется трабекулярная сеть. Углубления, борозды, морщины, сосуды трабекулярной сети образуют уникальный рисунок, который фиксируют аппараты. С помощью камеры делают фотографии глаза, которые потом раскладывают на отдельные составляющие – находят радужную оболочку, ее внутреннюю и внешнюю границы. Применяя фильтры, из изображения получают фазовую информацию, которая формирует шаблон для сравнения с другими образцами.

Отдельный способ распознавания личности по глазам – анализ сетчатки. Ее структура уникальна из-за различного расположения кровеносных сосудов и практически не меняется на протяжении жизни за исключением серьезных травм. Инфракрасный луч освещает сетчатку и собирает комплексное изображение, из которого извлекаются уникальные признаки. С сетчатки глаза можно получить до 400 уникальных параметров, которые формируют шаблон для будущего анализа и сравнения.

Геометрия лица и термограмма

Если возникает необходимость найти человека в толпе, например в метро, помогают технологии, которые анализируют лица. Этот способ идентификации один из лидирующих, но часто выступает как вспомогательный.

Анализировать геометрию лица как биометрический идентификатор можно с достаточно большого расстояния. Система автоматически выделяет и использует при сравнении наиболее выразительные и показательные участки лица: глубина глазных впадин, высота скул, контуры губ,  расстояние между чертами лица. Чтобы создать уникальный шаблон конкретного человека нужно использовать до сорока отличительных признаков. При этом шаблон должен работать и в случае разворота головы или различной освещенности. Недостатком системы называют ее чувствительность – если надеть очки или отпустить бороду, система может не сработать на готовый шаблон.

Экспериментальный способ установки личности по лицу – это анализ термограммы. Лицо сканируется инфракрасным светом, чтобы создать температурную карту лица. Уникальность термограмм заключается в различной структуре вен и тканей человека. В отличие от распознавания по геометрии лица, этот метод может различить близнецов. На точность не влияют пластические операции, температура тела и старение. Но пока этот метод не получил широкого распространения в мире.

Запах

Ученые и сейчас создают биометрические технологии, основанные на новых, еще не до конца освоенных в этой области параметрах.  Так часть ученых предлагает использовать запах тела в качестве идентификатора: исследователи утверждают, что ни болезни, ни возраст, ни образ жизни не изменят уникальный для каждого человека рисунок «запахов». Эксперименты с особым сенсором показали, что мыло или духи не помогают обмануть систему.

Еще одна идея, которая пока не получила массового применения – использовать в качестве биометрического параметра пот человека. Ученые предполагают, что уникальный химический состав аминокислот, который выделяют железы, можно использовать для создания персональных шаблонов, создав аппараты, которые будут фиксировать и анализировать информацию.


Инновации и наука


Старая версия сайта (Архив)