Cechy biometryczne: Małżowina uszna (Ear recognition) Teoria do zajęć została opracowana na podstawie materiałów pochodzących ze strony internetowej mgra Krzysztofa Misztala: http://misztal.edu.pl. Aplikacje bazujące na rozpoznaniu ucha nie są jeszcze powszechnie używane, ale powinny budzić zainteresowanie wśród osób zajmujących się dziedziną badania zbrodni. w 1906 roku pokazano, że w zestawie 500 uszu tylko cztery charakterystyczne cechy były potrzebne do wykazania niepowtarzalności każdego z nich. W 1989 roku Alfred Lannarelli w najbardziej znanej pracy dotyczącej identyfikowania ucha napisał, że wśród ponad 10000 przebadanych przez niego uszu wszystkie były różne. Lannarelli przeprowadził na dużą skalę dwa badania dotyczące unikatowości anatomii ucha. Obejmowały one 10000 przypadków, przypadkowych ludzi oraz bliźnięta identyczne i nieidentyczne. Wyniki badań potwierdzają hipotezę o niepowtarzalności ucha. Nawet bliźnięta jednojajowe mają cechy fizjologiczne ucha podobne, ale nie identyczne. Lannarelli przez następne 14 lat sklasyfikował około 7000 uszu z fotografii. Określił 12 pomiarów systemu nazwanego, od jego nazwiska, Lannarelli's System. Do pomiarów używa się prawego ucha, specjalnie wyrównuje i normalizuje fotografie. By znormalizować obrazy, należy je powiększyć, aż będą pasować do predefiniowanej sztalugi. Następnie dokonuje się pomiarów bezpośrednio na fotografii, wymierza i wyznacza się odległość między każdym ze wskazanych obszarów. W roku 1998 Burge i Burger stwierdzili, że metoda opracowana przez Lannarelliego nie jest odpowiednia z powodu trudności lokalizowania anatomicznych punktów. Jeżeli pierwszy punkt nie jest zdefiniowany dokładnie, żaden z wymiarów nie jest użyteczny - sam Lannarelli również rozpoznał tę słabość swojego systemu. Oprócz najbardziej powszechnie używanej, bazującej na pomiarach fotografii ucha, w praktyce wykorzystuje się również kilka innych metod identyfikowania ucha, np. o pobranie tzw. znaczników ucha przez przyłożenie i przyciśnięcie ucha do materiału (tafli szklanej). Metoda używana jest głównie przy prowadzeniu dochodzeń w sprawach zbrodni. Niestety aktualnie rezultaty dzięki niej uzyskiwane nie zawsze stanowią wystarczający dowód w sądzie. Przykładowo, w Anglii w latach 1996-1998 na podstawie materiału dowodowego zdobytego dzięki tej metodzie osądzono czterech przestępców. Z kolei w Holandii sąd zdecydował, że metody tej nie można uznać za niepodważalny dowód w sprawie zbrodni. o akustyczne rozpoznawanie ucha, (łatwy i ekonomiczny pomiar, trudność w kradzieży wzorca). Udowodniono, że zachodzi znaczna różnica pomiędzy własnościami akustycznymi uszu różnych osobników. Dlatego też tego rodzaju
rozpoznawanie ucha i uzyskiwanie wzorca biometrycznego może zastąpić kod PIN telefonach komórkowych, albo umożliwić personalizację słuchawek. Blisko kanału słuchowego umieszczany jest głośnik generujący sygnał pobudzenia (hałas, sygnał akustyczny o płaskim spektrum akustycznym), mikrofon mierzy odbite odpowiedzi echa. Sygnał pobudzenia może też być przetworzony w taki sposób, że uwydatnione są te częstotliwości, które pozwalają na dokonanie rozróżnienia między osobnikami. Rysunek 1 Nadawanie sygnału przez sondę i akwizycja odpowiedzi przez mikrofon w akustycznej metodzie rozpoznawania ucha [http://www.zabezpieczenia.com.pl/biometria/biometria-charakterystyka-danych-czlowieka-czesc-2} o wykonanie zdjęcia obrazu termalnego ucha pozwala uniknąć problemów związanych z koniecznością odpowiedniej ekspozycji ucha podczas identyfikacji (analiza obrazu termalnego pozwala na akwizycję obrazu ucha częściowo zasłoniętego). W termogramie wykorzystywane są różne kolory i tekstury dla różnych części ucha (włosy zlokalizowane są między 27,2 C a 29,7 C, podczas gdy obszary ucha zewnętrznego sięgają od 30 do 37,2 C) Rysunek 2 Termogram ucha [www.zabezpieczenia.com.pl/biometria/biometria-charakterystyka-danych-czlowieka]
o system automatycznego rozpoznawania 3D. Algorytm Yan Kelvin'a i W. Bowyer'a). Metoda może odseparować strefę ucha od pełnego obrazu profilu i oddzielić ucho od włosów i kolczyka. Rozpoznawanie to odbywa się na bazie algorytmu ICP, kształtującego zobrazowanie 3D. Sprawność systemu oceniania jest na 97,6% dla próbki 415 ludzi i 94,2% dla podzbioru ludzi noszących kolczyki. Systemy identyfikacji wykorzystujące rozpoznawanie ucha wciąż się rozwijają. Pojawiają się nowe wyzwania i nowe problemy. Wydaje się, iż mogłyby one znaleźć zastosowanie w rozproszonych systemach identyfikacji (np. monitoringu miast czy też obiektów typu stadiony, centra handlowe). Aktualnie problemem jest jednak to (podobnie zresztą jak w systemach wykorzystujących rozpoznawanie twarzy), że obrazy z monitoringu wizyjnego mogą być ziarniste i zamglone. Utrudnia to identyfikowanie ludzi, nawet jeśli nie posiadają oni żadnych przedmiotów maskujących ucho. Oczywiście metody związane z rozpoznawaniem uszu można wykorzystywać w aktywnym identyfikowaniu, wymagającym odpowiedniej ekspozycji osoby albo skierowania samego ucha do kamery wideo na krótki czas - dosłownie jedną sekundę. Budowa ucha
Przykładowe bazy zdjęć ucha (AMI Ear Database) Przykładowe bazy zdjęć ucha II (IIT Delhi Ear Database)
Obraz oryginalny DETEKCJA CECH 1. Przeprowadzić detekcję skóry przebieg algorytmu analogiczny jak w przypadku analizy twarzy. Rysunek 3 Wynik detekcji skóry w zdjęciu malżowiny usznej. 2. Progowanie.
3. Redukcja liczby czarnych plam: 4. Uzyskaną maskę należy nałożyć na obraz oryginalny: 5. Detekcja krawędzi. 6. Wybór tylko zewnętrznych krawędzi maski.
7. Usunięcie nadmiarowych krawędzi: 8. Wynik nałożony na obraz oryginalny:
EKSTRAKCJA CECH a. Wyodrębnić zewnętrzną krawędź ucha: b. a następnie ją domknąć c. komplet krawędzi po domknięciu:
d. należy wyszukać najdłuższy odcinek określony przez domkniętą krawędź:. e. i wyznaczyć jego środek. f. Odcinek dzielimy na n równych części. Na poniższym przykładzie n=6.
g. Przez punkty podziału prowadzimy linie prostopadłe do oryginalnego odcinka. h. Punkty przecięcia z krawędzią ucha są jego cechą charakterystyczną. i. Punkty charakterystyczne nałożone na obraz oryginalny
Innym przykładem cechy charakterystycznej jest odległości punktów od środka ucha. j.