Ассистент Буланая Л.В., студент Лысенко А.Г.

Национальный авиационный университет

Биометрическая идентификация личности по радужной оболочке глаза

В наше время традиционные методы идентификации личности, в основе которых находятся различные идентификационные карты, ключи или уникальные данные, такие как, например, пароль не являются надежными в той степени, которая требуется сейчас. Следующим шагом в повышении надежности идентификаторов стало использование биометрических технологий для систем распознавания личности.

В данной работе рассматривается биометрическая система идентификации по радужной оболочке глаза.

Данный метод биометрической идентификации личности основывается на уникальных характерных признаках и особенностях радужной оболочки человеческого глаза.

Радужная оболочка глаза (Iris) является уникальной для каждого человека биометрической характеристикой. Она формируется в первые полтора года жизни и остаётся практически без изменений до самой смерти (изменения могут выражаться в виде изменения цвета, появления пигментных пятен, линий, кругов, изменений обвода оболочки, деформации зрачка при определенных болезнях и т.д.).

В биометрии используется полутоновое изображение радужки, и некоторые пигментные изменения незаметны.

Рисунок радужки в большей степени случаен, а чем больше степень случайности, тем больше вероятность того, что конкретный рисунок будет уникальным. Математически <случайность> описывается степенью свободы (это такой параметр у распределения Стьюдента и у распределения хи-квадрат). Исследования показали, что текстура радужки имеет степень свободы равной 250, что гораздо больше степени свободы отпечатков пальцев (35) и изображений лиц (20).

Это означает, что использование текстуры радужки для идентификации личности в большей степени оправдано и весьма перспективно.

Сейчас используются два основных к подхода идентификации по радужной оболочке глаза.

В первом подходе радужка выделяется из изображения, во втором - образом является матрица штрих-кодов, соответствующая радужке.

В первом подходе сначала определяется центр зрачка и два радиуса относительно него - радиус зрачка и радиус внешнего края радужки (границы определяются пороговой обработкой). Границы зрачка и радужки не являются при этом круглыми. Они становятся таковыми после дополнительной обработки. После чего выполняется увеличение чёткости образа.

Вкратце можно описать так:

Ø Определение местоположения, центра и контуров зрачка.

Ø Определение радиусов зрачка и внешнего края радужки.

Ø Формирование координат полярной системы.

Ø Преобразование каждого пикселя из декартовой системы в полярную. На этом этапе может потребоваться интерполяция изображения, т.к. целочисленные декартовы координаты не всегда соответствуют целочисленным полярным.

В результате по оси X отложены углы полярной системы координат, а по оси Y - значения радиуса (радиус внешней окружности радужки минус радиус внутренней [или минус радиус зрачка, что одно и то же).

Второй способ (получение матрицы штрих-кодов можно представить так:

Ø Изображение глаза выделяется из изображения лица.

Ø На радужку накладывается специальная маска штрих-кодов.

Результатом будет матрица, полученная путём логического умножения маски на радужку. Образ-эталон получается размером 512 байт.

Радужная оболочка - элемент достаточно уникальный. Во-первых, она имеет очень сложный рисунок, в ней много различных элементов. Поэтому даже не очень качественное ее изображение позволяет точно определить личность человека. Во-вторых, радужная оболочка является объектом простой формы (почти плоский круг). Поэтому во время идентификации возможно учесть практически все возможные искажения изображения, возникающие из-за различных условий съемки. В-третьих, радужная оболочка глаза человека не меняется в течение всей его жизни с самого рождения. Точнее, неизменной остается ее форма (исключение составляют травмы и некоторые серьезные заболевания глаз), цвет же со временем может измениться, но изменения происходят медленно (за исключением патологических случаев, которые требуют отдельного рассмотрения), что возможно учитывать и компенсировать. Это придает идентификации по радужной оболочке глаза дополнительный плюс по сравнению со многими биометрическими технологиями, использующими относительно недолговечные параметры, например геометрию лица или руки.

У идентификации личности по радужной оболочке глаза есть еще одно серьезное преимущество. Дело в том, что некоторые биометрические технологии страдают одним общим недостатком. При установке в настройках системы идентификации высокой степени защиты от ошибок первого рода (вероятность ложного допуска) вероятность появления ошибок второго рода (ложный недопуск в систему) возрастает до непозволительно высоких величин - нескольких десятков процентов. Так вот, идентификация по радужной оболочке глаза практически полностью избавлена от этого недостатка. В ней соотношение ошибок первого и второго родов является одним из лучших на сегодняшний день. Для примера можно привести несколько цифр. Исследования показали, что при вероятности возникновения ошибки первого рода в 0,001% (отличный уровень надежности) вероятность появления ошибок второго рода составляет всего лишь 1%.

Преимущество сканеров для радужной оболочки глаза состоит прежде всего в том, что они не требуют от пользователя сосредоточения на цели, потому что образец пятен на радужной оболочке находится на поверхности глаза. Фактически, видеоизображение глаза может быть отсканировано на расстоянии трех футов, что делает возможным использование сканеров для радужной оболочки глаза во в многих сферах.

К сожалению, есть у рассматриваемой технологии и недостатки. Основным из них является относительно высокая стоимость оборудования, поскольку для проведения регистрации необходима камера с достаточно высокими характеристиками, также присутствует сложная система позиционирования глаза в область эффективной регистрации. Всё это необходимо, чтобы получить изображение требуемого качества. Стоит это устройство дороже, чем, например, сенсор отпечатков пальцев. Это ограничивает область использования идентификации личности по радужной оболочке глаза. На сегодняшний день она применяется в основном в системах допуска на различные объекты как гражданского, так и военного назначения.

В Украине биометрические системы контроля появились в середине 90-х годов. В силу то ли неразвитости отечественных технологий, то ли их излишней засекреченности, все коммерческие биометрические системы были импортного производства. На том этапе себестоимость и, соответственно, цена этих систем была довольно высока: например, довольно простое устройство физического контроля доступа стоило около $12 000. Подобное дорогостоящее оборудование приобрело скорее характер новомодной экзотики и массового распространения не получило. Сегодня подобные системы подешевели примерно в 10 раз, так что первая причина появления активного спроса на них у нас в стране исключительно экономическая - устройства стали гораздо дешевле. Вторая причина сводится к объективной потребности заказчиков организовать современную, грамотно построенную систему безопасности у себя на предприятии, в офисе компании или в частном доме.

По мнению большинства специалистов, особенно широкое распространение в Украине получили дактилоскопические устройства. Есть основания полагать, что в банковских структурах у нас привьются системы распознавания подписи - традиционной биометрической характеристики, которая издавна используется в банковском деле.

Несмотря на некоторые недостатки, технология идентификации личности по радужной оболочке глаза является весьма перспективной. Особенно хороша она благодаря своей надежности и хорошему соотношению ошибок первого и второго рода для систем доступа к различным гражданским и военным объектам. Ну а если учесть еще и неизменность радужки в течение всей жизни человека, то становится понятно, что эта технология вполне может быть использована для создания биометрических паспортов, о которых в последнее время ведется множество споров во многих странах мира.

По мнению специалистов в области биометрических систем, средства идентификации личности по радужной оболочке глаза способны заменить ключи и персональные идентификационные номера (пины). Рисунок радужной оболочки уникален и не повторяется даже у близнецов. Вероятность того, что два разных человека имеют один и тот же рисунок радужной оболочки глаза, равняется приблизительно 10^-78, в то время как все население Земли составляет примерно 10¹⁰. В отличие от других биометрических систем контроля доступа, идентификация по рисунку радужки допускает полностью бесконтактную реализацию.

Литература

1. Jafar M. H. Ali, Aboul Ella Hassanien. An Iris Recognition System to Enhance E-security Environment Based on Wavelet Theory. AMO - Advanced Modeling and Optimization, Volume 5, Number 2, pp. 93-104, 2003.

2. Кухарев Г. А. Биометрические системы: Методы и средства идентифика-ции личности человека. – СПб.: Политехника, 2001. – 240 с.

3. Yong Zhu, Tieniu Tan and Yunhong Wang. Biometric Personal Identification Based on Iris Patterns. Proc. of IAPR, Inter. Conf. Pattern Recognition(ICPR'2000), vol. II, pp. 805-808, 2000.