BIOMETRIA CECHY BIOMETRYCZNE: TĘCZÓWKA

Transkrypt

1 BIOMETRIA CECHY BIOMETRYCZNE: TĘCZÓWKA

2 Tęczówka Nieprzezroczysta tarczka stanowiąca przednią częśd błony naczyniówkowej oka. W centrum zawiera otwór zwany źrenicą. Działa jak przysłona (reguluje dopływ światła do soczewki) dzięki dwóm antagonistycznym układom włókienek mięśniowych.

3 Tęczówka Zaczyna się rozwijad w 3-im miesiącu życia płodowego (niska penetracja genetyczna Kształtuje się w ciągu dwóch pierwszych lat życia i nie zmienia do śmierci (poza nowotworem i uszkodzeniem mechanicznym), Ulega zniszczeniu w przeciągu 5 sekund po zgonie, Istnieje aż 266 punktów charakterystycznych tęczówki (parokrotnie razy więcej niż w przypadku odcisku palca), ze względu na niepowtarzalne ułożenie ziaren melaniny Różne tęczówki u bliźniąt jednojajowych (!) nawet u tej samej osoby tęczówka prawego oka różni się od tęczówki lewego oka (!)

4 Tęczówka proces powstawania

5 Tęczówka wady wykorzystania jako biometryki metoda stosunkowo droga, dostępne skanery są trudne do dopasowania dla osób o różnym wzroście. skaner może też zostad oszukany przez sztuczny obraz oka np. dobrej jakości zdjęcie.

6 Tęczówka

7 Tęczówka systemy biometryczne 1-wsze systemy w połowie lat 80-tych XX wieku ale pierwsze pomysły zastosowanie tęczówki jako cechy identyfikacyjnej już w latach 30-tych XX wieku Obraz uzyskiwany w świetle widzialnym lub bliskiej podczerwieni

8 Tęczówka systemy biometryczne Skanowanie w świetle widzialnym Uzyskanie dodatkowej informacji o barwie (czynnik identyfikacji) Skanowanie w bliskiej podczerwieni Znacznie mniejsze refleksy (zaburzenie przy obrazowaniu w świetle widzialnym)

9 Tęczówka czynniki zmieniające obraz Zmiana rozmiaru źrenicy pod wpływem światła (wykorzystywane dla przeciwdziałania atakom modulacja oświetlenia i sprawdzanie reakcji) Przemieszczanie źrenicy oka w różnych kierunkach Zmiana orientacji oka względem obiektywu Odbicia światła Przesłanianie tęczówki przez rzęsy i powiekę

10 Tęczówka przeciwdziałanie atakom Wielkośd źrenicy; nawet przy jednostajnym oświetleniu źrenica nieustannie zmienia swoją średnicę w niewielkim zakresie proces adaptacji do oświetlenia jest ciągły wodzenie wzrokiem za źródłem światła Odbicie światła od siatkówki (efekt czerwonych oczu) Poszukiwanie powtarzających się (periodycznych) wzorców w drukowanej na szkle kontaktowym tęczówce

11 Trochę historii wsze próby zastosowania tęczówki do identyfikacji tożsamości w paryskim więziennictwie (kolor) 1987 okuliści Leonard Flom, Aran Safir zastosowanie zdjęcia tęczówki do identyfikacji 1-wszy patent ( Iris recognition system, United States Patent , February 3, 1987) 1994 Patent Johna Daugmana (współpraca z Flom i Adler) system w pełni automatyczny iris2pi ( Biometric identification system based on iris analysis, United States Patent , March 1, 1994) 1996 Patent Richarda Wildesa ( Automated, non-invasive iris recognition system and method, United States Patent , November 5, 1996) 2001 Patent Daniela Kim (Daniel Daehoon Kim et al., Iris identification system and method of identifying a person through iris recognition, United States Patent , June 19, 2001)

12 Algorytm Daugmana Algorytm kodujący cechy tęczówki (analiza falkowa Gabora) System weryfikacji tożsamości oparty na tęczówce KOD TĘCZÓWKI (deskryptor) 2048 binarnych elementów w wektorze (odzwierciedla bogactwo możliwości, pozwala usunąd zniekształcenia powstałe w procesie akwizycji) Ocena podobieostwa między tęczówką bazową a rejestrowaną przez weryfikację hipotezy o statystycznej niezależności obu wektorów wynik negatywny (potwierdzenie korelacji) wskazuje na podobieostwo obu tęczówek Idealna skutecznośd (FAR=0, FRR rozsądne )

13 Algorytm Daugmana wyszukanie automatycznie środków źrenicy i tęczówki przekształca obszar obrazu zawierającego tęczówkę do układu biegunowego, liniowo kompensując stopieo zwężenia źrenicy. otrzymany prostokątny obraz przekształcany jest następnie do dziedziny współczynników rozwinięcia Gabora (znaki części rzeczywistej oraz urojonej każdego z powstałych współczynników są kodowane za pomocą 1 bitu każdy). Długośd kodu zależy od liczby współczynników rozwinięcia Gabora, a ta od liczby i szerokości falek pokrywających obraz tęczówki (2048 bitów). Liczba bitów kodu jest stała dla wszystkich tęczówek, zatem kody mogą byd porównywane za pomocą operacji XOR. 50%, przy założeniu względnej niezależności każdego bitu kodwzględna częstośd zgodnych bitów dla zdjęd tej samej tęczówki powinna dążyd do 100%, natomiast dla różnych tęczówek częstośd ta powinna dążyc do zgodności u

14 Algorytm Daugmana 4258 zdjęd różnych tęczówek 70 tęczówek zgromadzono po 10 zdjęd a dla pozostałych po dwa, oraz 324 pary zdjęd różnych tęczówek należących do bliźniąt jednojajowych, 9.1 mln porównao par kodów pochodzących z różnych tęczówek 7070 porównao par kodów różnych zdjęd tej samej tęczówki. W porównaniach zdjęd tych samych tęczówek: najmniejszą zgodnośd 67.3%, ś rednią zgodnośd 89.0% empiryczne odchylenie standardowe 6.5%. Dla porównao zdjęd różnych tęczówek otrzymano natomiast największą zgodnośd 67.1%, średnią zgodnośd 54.2% i empiryczne odchylenie standardowe 3.17%

15 Algorytm Daugmana Dla bazy danych zastosowanej przez Daugmana nie zaobserwowano żadnej fałszywej akceptacji ani też żadnego fałszywego odrzucenia obrazu tęczówki (!)

16 Algorytm Daugmana Właścicielem praw patentowych Daugmana jest obecnie firma Iridian Technologies, która jest producentem i głównym dostawcą komercyjnego systemu IrisAccess System ten prawie niepodzielnie opanował rynek, chociaż nie jest obecnie jedynym urządzeniem, jakie doszło do fazy produkcyjnej. IriTech wytwarza na przykład system wykorzystujący analizę falkową Haar a, opracowany przez Daniela Kima

17 Tęczówka automatyczne rozpoznawanie Etapy algorytmu Daugmana 1. Akwizycja 2. Segmentacja (lokalizacja) 3. Wyznaczanie kodu tęczówki 4. Rozpoznanie

18 Tęczówka kod tęczówki

19 Tęczówka systemy biometryczne 1. Detekcja twarzy, rozpoznanie zarysów lokalizacja oczu 2. Wykonanie zdjęcia tęczówki w bardzo wysokiej rozdzielczości (okulary, szkła kontaktowe, ruchy głowy a nawet mrugnięcia nie stanowią problemu) 3. Ze zdjęcia powstaje kod zawierający skrócony opis punktów charakterystycznych (w systemach wyższej generacji kodowanie jako zabezpieczenie przed wykradzeniem) 4. Prawdopodobieostwo błędu

20 Bezpieczeostwo stosowania podczerwieni moc promieniowania podczerwonego oświetlającego tęczówkę musi byd odpowiednio mała niska energii fotonów promieniowania podczerwonego, brak procesów fotochemicznych w tkance, obecne procesy termiczne (słabe chłodzenie soczewki -> mętnienie, zadma) promieniowanie o długości fali do 1.4 µm częściowo dociera do dna oka (pochłonięcie głównie przez hemoglobinę i melanocyty (naczyniówka) fotoreceptory siatkówki pochłaniają jedynie około 5% promieniowania podczerwonego, ale mogą zostad uszkodzone przez ogrzaną naczyniówkę oddającą ciepło

21 Bezpieczeostwo stosowania podczerwieni Promieniowanie podczerwone nie jest promieniowaniem widzialnym, i oko nie ma możliwości obrony (zwężenie źrenicy, przymknięcie powiek). Receptory bólu w rogówce reagują gdy jej temperatura osiągnie około 47 C, w której może już dojśd do denaturacji (zniszczenia struktury przestrzennej) molekuł białkowych i w następstwie do ich koagulacji (zlepiania się cząstek)

22 Bezpieczeostwo stosowania podczerwieni Dopuszczalne w kraju wartości promieniowania podczerwonego dla oczu zostały ustalone rozporządzeniem Ministra Pracy i Polityki Socjalnej (Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy, tekst jednolity Dz. U. nr 69, poz. 351, 1995) Międzynarodowa norma dla urządzeo emitujących światło podczerwone (IEC ) grupuje te urządzenia na trzy klasy: 1, 3, 4 (klasa 2 dotyczy promieniowania widzialnego). Tylko urządzenia klasy 1 są bezpieczne dla oczu.

23 Bezpieczeostwo stosowania podczerwieni MPE (Maximum Permissible Exposure)- jedna dziesiąta gęstości promieniowania, które spowodowałoby trwałe uszkodzenie wzroku dla 50% populacji

24 Tęczówka systemy biometryczne JIRIS JPC 1000

25 Tęczówka systemy biometryczne IRISPASS-M

26 Tęczówka systemy biometryczne Systemy walk-through IRIS ON THE MOVE (IOM)

27 Tęczówka systemy biometryczne Systemy przenośne PIER 2.3 HIIDE

28 Tęczówka dalsze prace 1. Wykluczenie interakcji z obiektem 2. Zastosowanie innych długości światła 3. Zwiększenie dystansu z którego zbierany jest obraz

29 Tęczówka dalsze prace rezygnacja z centralnych baz danych kodów lub zdjęd tęczówek. (umieszczenie kodu tęczówki w bezpiecznym nośniku danych, będących w zasięgu posiadania jedynie właściciela kodu: karta mikroprocesorowa zgodna z normą ISO-7816)

30 Siatkówka silnie ukrwiona tkanka, znajdującą się z tyłu gałki ocznej. skan wykonywany jest w podczerwieni naczynia krwionośne absorbują więcej promieniowania podczerwonego niż otaczająca je tkanka. Zmiany intensywności absorpcji promieniowania są rejestrowane, a następnie przekształcane w komputerowy kod, który może byd porównany z innymi kodami, dostępnymi w bazie.

31 Siatkówka jako cecha biometryczna unikalnośd struktura naczyo jest niepowtarzalna, każdy człowiek ma inny wzór naczyo krwionośnych siatkówki, nawet bliźnięta się nim różnią; łatwośd akwizycji wykonanie pomiaru tej cechy biometrycznej jest szybkie i bezbolesne, badany powinien pozostad w bezruchu bez około 10 sekund; bezpieczeostwo trudnośd sfałszowania, szansa podrobienia tej cechy jest praktycznie zerowa, nie jest znany żaden sposób na spreparowanie fałszywej siatkówki, a siatkówka martwej osoby degeneruje się zbyt szybko, by móc zrobid z niej użytek, dlatego też urządzenie nie wymaga żadnych dodatkowych zabezpieczeo, chroniących przed próbą oszustwa; niezmiennośd, trwałośd formuje się w okresie prenatalnym oraz niemowlęcym i pozostaje bez zmian u zdrowego człowieka (może ulec zmianie jedynie poprzez zmiany chorobowe), jest doskonale chroniona przed wpływem czynników zewnętrznych; uniwersalnośd prawie każdy człowiek posiada siatkówkę

32 Siatkówka

33 Siatkówka angiografia fluorescencyjna Pacjentowi zostaje podana dożylnie lub doustnie fluoresceina, która wzbudza się przy określonych długościach fali i emituje żółtozielone światło, co pozwala wykonad bardziej wyraźne zdjęcia problematycznych obszarów. Jest to metoda szczególnie przydatna przy diagnostyce zmian chorobowych, a jednocześnie bezpieczna, ponieważ barwnik zostaje wydalony z organizmu z moczem w ciągu godzin

34 Siatkówka Zalety: szybka i umożliwia identyfikację ze stuprocentową pewnością Metoda diagnozy malarii czy boreliozy Test narkotykowy (kokaina) Szybki i bezbolesny test ciążowy Wady: Inwazyjnośd, problem z akceptacją społeczną Koszt urządzenia Zaburzenia powodowane chorobami oczu (jaskra,

35 CZĘŚD PRAKTYCZNA

36

37

38

39

40

41

42