Просмотреть файл 1430.51 Кб

ginze 3/29/13 7:33 PM Page 124
124 С И С Т Е М Ы К О Н Т Р О Л Я И У П Р А В Л Е Н И Я Д О С Т У П О М
n www.all-over-ip.ru
Мультиспектральная технология
в дактилоскопических сенсорах
Рыночный сегмент дактилоскопических сканеров, применяемых в биометрических
считывателях для СКУД, знаком, скорее всего, только узкому кругу специалистов.
В данной статье мы попробуем по возможности простым языком рассказать о наиболее распространенных FTIR-сканерах (Frustrated Total Internal Reflection) и перспективной технологии MSI (Multispectral Imaging). Если кому-то из читателей покажется
слишком сложной техническая врезка в тексте, ее можно пропустить
лярной линии и емкость между двумя линиями будет разная. Это позволяет оцифровать
отпечаток.
Алексей Гинце
Директор по связям с общественностью
компании "ААМ Системз"
области систем биометрической идентификации в системах контроля и управления доступом (СКУД) наибольшее распространение имеют дактилоскопические считыватели. Этому есть ряд объяснений – известность самого метода идентификации личности по папиллярным линиям пальца еще со
времени возникновения классической криминалистики, простота получения данных,
надежность, стабильность данного биометрического признака в течение всей жизни человека и пр.
Важнейшим элементом любого дактилоскопического считывателя, использующего в качестве
биометрического признака отпечаток пальца,
является специализированный сканер. В значительной степени именно от сканера зависит стабильность идентификации, способность распознать подделку (муляж), возможность работы в
неблагоприятных внешних условиях.
В
Типы дактилоскопических
сканеров
Существующие в настоящее время дактилоскопические сканеры используют различные
методы получения изображения отпечатка
пальца, которые можно разделить на несколько основных типов:
l оптический;
l емкостной;
l радиочастотный;
l ультразвуковой;
l тепловой.
Оптические контактные сканеры
Один из наиболее распространенных типов.
Они обеспечивают сканирование отпечатка
пальца миниатюрными камерами на ПЗС- или
КМОП-чипе. При сканировании палец должен
быть приложен к стеклу, под которым располагаются источник света и, собственно говоря,
сама регистрирующая камера. К оптическим
также относятся оптоволоконные и электрооптические сканеры, но для отечественного
рынка это скорее экзотика.
Кремниевые емкостные сканеры
Второй по распространенности тип. Фактически это массив конденсаторов, изменяющих
свою емкость при касании пальцем сенсора.
Емкость конденсатора в точке касания папилапрель – май 2013
www.secuteck.ru
О стальные типы сканеров по
объему рынка намного отстают
от рассмотренных выше, поэтому мы не будем на них останавливаться в этой статье, а обратимся к интересным решениям в
самом большом сегменте оптических сканеров
Несмотря на то что разные методы сканирования отпечатка пальца имеют различную чувствительность, для большинства характерен
общий недостаток – частое возникновение
низкокачественных изображений. Что связано
либо с физическими характеристиками самого
пальца (нечеткие или стертые папиллярные
линии, микроповреждения, сухая кожа, мокрый палец), либо с внешними условиями
(плохой контакт пальца с сенсором, засветка)
и пр.
Классика – FTIR-сканеры
В большинстве современных оптических дактилоскопических сенсоров используется FTIRэффект (Frustrated Total Internal Reflection),
или эффект "нарушения полного внутреннего
отражения". Палец прикладывается к стеклу
(призме) и подсвечивается источником счета
с одной стороны; с другой стороны располагается камера, регистрирующая отраженный
свет. Различный характер отражения света в
Считыватель SUPREMA с FTIR-сенсором
месте приложения пальца и позволяет сформировать изображение отпечатка пальца,
регистрируемое камерой в виде контрастных
светлых и темных линий.
Принцип работы
Отраженный от стекла с приложенным пальцем свет регистрируется камерой.
В том месте, где стекла коснулся гребень
папиллярной линии, происходит нарушение
эффекта полного внутреннего отражения
(TIR), и свет частично рассеивается. В камеру
поступает меньший поток света, и она регистрирует это как темную область.
При попадании света на "впадину" рассеивания не происходит, поскольку FTIR-эффект
сохраняется, и камера регистрирует светлую
область. В итоге гребни на снимке выглядят
как темные линии, а впадины – как светлые. В
качестве источника света в таких сканерах
обычно используют квазимонохроматический
источник.
Проблемы
Качественный отпечаток, полученный в оптимальных внешних условиях (естественное
увлажнение, отсутствие засветки), будет максимально контрастным, и компьютеру не придется обрабатывать его дополнительно. Однако реальные условия на объекте далеки от
идеальных, что приводит к появлению низко
контрастных отпечатков, имеющих серые
области. В дальнейшем будет необходимо
интерпретировать эти серые области как черные или белые, что снижает скорость работы
биометрического считывателя и повышает
вероятность ошибки при сравнении полученного отпечатка с ранее введенным. В результате
Считыватель SUPREMA
с двумя FTIR-сенсорами
ginze 3/29/13 7:33 PM Page 126
n www.all-over-ip.ru
126 С И С Т Е М Ы К О Н Т Р О Л Я И У П Р А В Л Е Н И Я Д О С Т У П О М
Считыватель L1 c MSI-сенсором
это выливается в сложность регистрации стертых, поврежденных пальцев (промышленные
предприятия), мокрых пальцев и воздействия
засветки (наружная установка считывателя).
Распознавание
подделок
Успешная биометрическая система должна
надежно идентифицировать отпечатки живых
человеческих пальцев и отклонить все другие.
Качественный сканер обеспечивает "живое
обнаружение", то есть может отличить отпечаток пальца, произведенный живым человеческим пальцем, от отпечатка, произведенного
любым другим материалом (муляжом).
Существует множество методов подделки – от
простейшего дыхания на сенсор, чтобы проявился ранее сделанный отпечаток от использования графита и липкой ленты, применения
латексных, силиконовых или желатиновых
эмуляторов до таких зловещих методов, как
использование мертвого пальца.
Обычные сенсоры отпечатка пальца позволяют
получать его образы (темплейты), основанные
на различии между воздухом (впадины) и
материалом в контакте с датчиком (гребни
папиллярных линий). Несмотря на то что разные технологии различаются по методу получения образа, каждая полагается обычно только на единственную характеристику материала, находящегося в контакте с датчиком.
Оптические сенсоры отпечатка пальца
используют различие в коэффициенте преломления, кремниевые сенсоры полагаются
на различие в импедансе, а тепловые датчики –
на различие в тепловой проводимости.
Любой искусственный материал, который
имеет ту же самую характеристику, как у
реального зарегистрированного пальца,
может применяться для изготовления муляжа. Например, оптический сенсор может принять изображение от трехмерного отпечатка
пальца, сделанного из упругого материала
типа латекса, силикона или желатина.
В этом и состоит главная слабость обычных
сенсоров – их ориентация на единственную
особенность (характеристику) поверхности
материала, содержащего отпечаток пальца.
Как только любой материал, который копирует
апрель – май 2013
www.secuteck.ru
Емкостной сенсор с пластиковой накладкой
такую поверхностную особенность, обнаружен, это может использоваться для изготовления муляжа и обмана сенсора.
Более надежный метод использует не одну,
а несколько измеряемых характеристик
поверхностного и внутреннего слоя кожи.
Мультиспектральная
технология
Для повышения надежности сканирования и
защиты от обмана на рынке СКУД была представлена мультиспектральная технология.
Благодаря ей в новых дактилоскопических
сенсорах большое значение имеет не только
внешний, но и внутренний слой кожи.
Чтобы понять значение внутреннего (подповерхностного) слоя кожи для мультиспектральной технологии, надо понимать, как создан отпечаток пальца. Гребни папиллярных
линий отпечатка, которые мы видим на
поверхности кожи, имеют скрытую основу, в
виде сосудов и других подкожных структур.
Фактически видимые папиллярные линии на
кончиках наших пальцев – это просто "эхо"
фундаментального "внутреннего отпечатка
пальца". В отличие от поверхностных особенностей отпечатка пальца, которые могут быть
изменены влажностью, грязью или частично
стерты, "внутренний отпечаток пальца" более
стабилен и неизменен. Объединение этих
двух характеристик обеспечивает новому
методу высокую надежность и стойкость.
Дактилоскопические сенсоры на основе
мультиспектральной технологии формирования изображения MSI (Multispectral Imaging)
способны получать информацию не только
о поверхностном, но и о подповерхностном
слое кожи. Сенсоры MSI обеспечивают получение ряда снимков пальца при различных
условиях освещения, включающих в себя
разные длины волн, положение источника
света, условия поляризации.
Различные длины волны видимого света
взаимодействуют с кожей по-разному, позволяя значительно увеличить объем данных.
В итоге полученные снимки содержат информацию не только о поверхностных, но
и о внутренних (подповерхностных) особенностях кожи.
Мультиспектральная технология использует
связь между внешними и внутренними образами отпечатка пальца; данные внутреннего
образа, собранные с помощью MSI-сенсора,
дополняют данные наружного отпечатка
пальца, позволяя получить образ (темплейт)
отпечатка пальца высшего качества.
Палец
Поляризованный
свет 0°
Поляризационный
фильтр 0°
Источник
неполяризованного
света
Схема дактилоскопического MSI-сенсора
Рассеянный свет
Поляризационный фильтр 90°
Поляризованный свет 90°
Матрица для
регистрации
отпечатка
ginze 3/29/13 7:33 PM Page 127
www.all-over-ip.ru n
Как получается
изображение
М
ультиспектральный сенсор
имеет несколько источников
света
(LED-светодиоды)
и
использует для получения окончательного детализированного
отпечатка пальца одновременно поляризованный и неполяризованный свет. На схеме темные стрелки иллюстрируют
освещение
пальца
прямым
поляризованным светом.
Свет от первого LED-светодиода
проходит через линейный поляризационный фильтр и попадает
на палец, приложенный к
поверхности сенсора. После
взаимодействия с пальцем отраженный свет поступает к блоку
формирования
изображения
через второй поляризационный
фильтр. Оптическая ось второго
фильтра ортогональна фильтру
источника света, что уменьшает
влияние света, отраженного от
поверхности кожи, и подчеркивает свет, подвергнувшийся рассеиванию в более глубоких
слоях.
Второй LED-светодиод (его на
схеме не отображали) освещает
палец напрямую, без использования промежуточного поляризационного фильтра. В этом случае отраженный свет от поверхности и от внутренних структур
пальца свет попадает на блок
регистрации изображения одновременно. Полученное изображение несет намного больше
информации именно о поверхностном слое.
Важно, что оба источника освещения (и поляризованный, и
неполяризованный) и блок
регистрации
изображения
устроены таким образом, чтобы
избежать любых критических
угловых отражений в точке
касания пальца на стекле сенсора. Таким образом, каждый
LED-светодиод освещает палец,
а блок регистрации изображений получает стабильное изображение независимо от того,
суха ли кожа, грязна и даже
насколько качественный контакт пальца с поверхностью
сенсора. Эта особенность –
ключевой аспект надежности
технологии MSI сенсора.
Для повышения качества полученного темплейта и расширения объема данных при создании дактилоскопических сенсоров современные разработчики
используют обе технологии –
и FTIR, и MSI
С И С Т Е М Ы К О Н Т Р О Л Я И У П Р А В Л Е Н И Я Д О С Т У П О М 127
Получение
окончательного
темплейта
Темплейт, фактически
получаемый в дактилоскопическом сенсоре
на базе технологий MSI
и
FTIR,
является
результатом "сборки"
девяти изображений,
восемь из которых
получены с использованием прямого поляризованного и неполяризованного освещения, а одно – на основе FTIR-технологии.
Встроенный процессор
считывателя собирает
из девяти базовых
изображений
одно
качественное – окончательное. Качество
итогового изображения
MSI-сенсора
намного выше получаемого в классических FTIR-сканерах.
Защита от
поддельных
344111, г. Ростов-на-Дону, а/я 2485
пальцев
Тел/факс: (863) 206-16-86 (многоканальный)
269-99-34/35/36/37
Мультиспектральные
e-mail: 2699935@rostovturniket.ru;
сенсоры
позволяют
2699935@mail.ru
защититься от муляжа,
www.rostovturniket.ru
определяя подлинность
вий эксплуатации и категорией пользоватепредъявленного пальца. Они также имеют возлей (требование естественного увлажнения
можность отличить – живой или мертвый палец
пальца, стертость отпечатков пальцев при
использован. Базовые образы, полученные при
интенсивном физическом труде), то мультиразличной поляризации и углах освещения,
позволяют сенсору MSI регистрировать много спектральные сенсоры таких ограничений не
имеют.
свойств пальца, полезных для обнаружения
Плохой контакт пальца с сенсором либо
обмана. Свойства исходного материала, полупопадание на палец или на сенсор воды приченного MSI-сенсором, могут быть разделены
водят к невозможности снять отпечаток,
на две основные категории: спектральные и
используя FTIR-технологию. Для FTIR-сенсора
пространственные (структурные).
Спектральные особенности – это уникальные будет сложным прочитать палец человека,
пришедшего с мороза, – палец слишком
параметры цвета поверхности материала,
сухой. Другая проблема классических сенсопомещенного на сенсор. Диапазон цвета кожи
ров – засветка прямым солнечным светом.
живого пальца довольно узок и сильно отличаДля MSI-сенсора все это не вопрос.
ется от большинства материалов, которые могут
Перечисленные проблемы приводят к тому, что
применяться для муляжей. Мультиспектральклассические FTIR-сенсоры нежелательно приный сенсор использует эти особенности для
менять в дактилоскопических считывателях
определения подделки. Учитываются и более
СКУД для наружной установки. Они оптимальсложные спектральные характеристики.
ны по критерию цена/качество при использоваПространственные характеристики также чрезвычайно важны для обнаружения обмана. нии в помещениях на непроизводственных объПоскольку MSI-сенсор использует не только ектах. Мультиспектральные сенсоры, напротив,
информацию о поверхностном слое кожи, но и отвечают самым жестким требованиям к дактио внутреннем, он способен детектировать нали- лоскопическим технологиям, которые могут
чие муляжа, сопоставляя эти данные между применяться в СКУД. Они эффективны, надежны и могут эксплуатироваться в широком диасобой. Так как внешний и внутренний слои
пазоне внешних условий, в том числе и вне
должны соответствовать друг другу, появление
n
различий говорит о попытке эмулировать палец помещений.
с помощью какого-либо органического или
В статье использованы материалы с сайтов:
неорганического материала.
www.lumidigm.com, www.l1id.com,
Работа в экстремальных условиях www.supremainc.com.
Если классические FTIR-сенсоры и дактилоВаше мнение и вопросы по статье направляйте на
скопические считыватели на их основе
ss @ groteck.ru
ограничены диапазоном физических услоwww.secuteck.ru
апрель – май 2013