Анализ системы контроля и управления(Финал). Анализ системы контроля и управления доступом с использованием

• Название: Анализ системы контроля и управления доступом с использованием
• Дата: 06.11.2019
• Размер: 5.97 Mb.
• Имя файла: Анализ системы контроля и управления(Финал).docx
• Тип: Документы; #93839
• страница: 5 из 24

1.4 Обзор методов обнаружения и распознавания лиц

1.4.1 Обработка и преобразование биометрических данных

Биометрия – методика распознавания и идентификации людей на основе их индивидуальных физических или поведенческих характеристик – достаточно молодая область систем идентификации.

Как известно биометрические технологии распознавания личности основываются либо на выявлении особенностей частей человеческого тела, либо на индивидуальных признаках субъекта, либо на том и другом одновременно [2].

На рисунке 1.6 предлагается схема преобразования биометрических данных в некий профиль или образ, который будет способен идентифицировать любого человека.



Рисунок 1.6 – Блок-схема преобразований биометрических данных

Могут быть использованы различные биометрические образы человека: рисунок отпечатка пальца, геометрические параметры лица, рисунок радужной оболочки глаза, параметры динамики рукописной подписи, рисунок подкожных кровеносных сосудов, данные кисти руки, данные ДНК, особенности голоса.

Для ввода биометрических данных используются типовые или специализированные сканеры: встроенный микрофон, графический планшет (чувствительный экран планшета), видеокамера с подсветкой в видимом и инфракрасном свете, сканер рисунка отпечатка пальца, цифровой фотоаппарат высокого разрешения для ввода рисунка радужной оболочки глаза. После сканирования биометрического образа данные передаются в вычислитель для определения контролируемых параметров.

Алгоритм извлечения контролируемых параметров может быть уникальным, он определяется производителем средства биометрической идентификации (аутентификации). Например, при анализе динамики рукописного почерка, как параметры контроля могут быть использованы коэффициенты двухмерного преобразования Фурье.

1.4.2 Способы биометрической идентификации личности

В задачах идентификации биометрические параметры, как правило, принято разделять на следующие группы [3]:

• 
  генетические и физиологические параметры (структура ДНК, отпечаток пальца, геометрия ладони, рисунок радужной оболочки или сетчатки глаза, размер черепа человека и др.);
  
• 
  индивидуальные поведенческие особенности, присущие каждому человеку (походка, почерк, речь, динамика нажатия клавиш и пр.).
  

Рассмотрим подробнее основные способы биометрической идентификации личности.

Технологии, построенные на анализе радужной оболочки глаза

Уникальность рисунка радужной оболочки глаза была выявлена в 60-х годах XX века. Для ее сканирования используются специализированные устройства с камерами и соответствующим программным обеспечением. Необходимость человеку заглядывать в некий «глазок» или неподвижно смотреть на определенный объект отсутствует, изображение глаза может быть получено с расстояния даже в 1 м. При этом подобные системы способны обработать до 30 человек в минуту. Данная технология успешно функционирует даже когда у человека нарушено зрение, но при этом не повреждена радужная оболочка. К несомненным недостаткам относятся дорогостоящее программное обеспечение и влияние на результат измерений отдельных патологий глаз человека.

Технологии, построенные на анализе сетчатки глаза

Технология идентификации основана на методе сканирования глазного дна – сетчатки глаза – и базируется на уникальности углового распределения кровеносных сосудов у каждого человека. Для сканирования сетчатки глаза используется слабое инфракрасное излучение, направляемое через зрачок к кровеносным сосудам, расположенным на задней стенке глаза. При этом требуются специальные дорогие видеокамеры. И хотя эта система имеет один из самых низких показателей отказа в доступе авторизованным пользователям и почти безошибочного разрешения доступа, ее дороговизна препятствует широкому распространению. Тем не менее в ряде стран ее применяют для управления доступом к особо секретным объектам. Однако некоторые заболевания глаз, например, катаракта, могут отрицательно повлиять на качество распознавания. При сканировании сетчатки глаза необходимо смотреть в «окуляр» с расстояния 3 см, в то время как для сканирования радужной оболочки глаза достаточно просто подойти к считывателю на расстояние порядка не менее 25 см.

Технологии, построенные на анализе отпечатков пальцев

В основе данного биометрического метода лежит уникальность рисунка папиллярных узоров на пальцах рук. Отпечаток, полученный с помощью специального сканера или датчика, преобразуется в цифровой код и сравнивается с ранее введенным образцом [3].

Дактилоскопические системы идентификации получили большое распространение в мире и используются для построения систем доступа к информации и в системах, управляющих доступом на режимную территорию или в режимные помещения. Дактилоскопические системы могут быть установлены как внутри, так и снаружи помещения, при этом имеют возможность автоматической блокировки двери, ночную подсветку, защиту от несанкционированного доступа, от взлома замка. Однако из-за довольно высокой стоимости таких систем ими оборудуют лишь корпуса, в которых содержатся лица, совершившие особо тяжкие преступления или преступления, получившие большой общественный резонанс.

Тем не менее, примерно у 4 % людей отпечатки пальцев имеют низкое качество. Еще примерно у 1 % людей пальцы не могут обрабатываться биометрической системой, поскольку отпечатки либо отсутствуют, либо формируют такой папиллярный узор, который не преобразуется в цифровой код. На качество аутентификации могут влиять также условия окружающей среды. Например, грязные, жирные или неправильно позиционируемые по отношению к объективу пальцы или руки могут привести к некорректному считыванию устройством информации.

Технологии, построенные на анализе биометрии и геометрии руки

Биометрическая идентификации по ладони ставится в один ряд с биометрией отпечатков пальцев. Впадины, гребни, и минуции выделяют как на отпечатках пальцев, так и на ладони. Биометрические характеристики ладони выделяются методом оптического захвата.

Биометрические характеристики ладоней используются преимущественно при идентификации по алгоритму «один-к-одному», а процесс захвата изображения по сути аналогичен оптической технике, которая используется для регистрации отпечатков пальцев. Для получения отпечатка ладони используют специальный биометрический сканер.

Метод идентификации, основанный на анализе геометрических параметров кисти руки, разработан в середине 80-х годов XX века, основан на сканировании профиля ладони (пальцев, их длины и толщины, ширины ладони). Кисть руки, помещенная на специальный терминал, сканируется инфракрасным светом, сигнал регистрируется специальной камерой. При этом трехмерный образ кисти руки строится с помощью специального устройства, состоящего из видеокамеры и набора светодиодов, которые включаясь по очереди, дают разные проекции ладони. Надежность такой идентификации сравнима с надежностью дактилоскопической системы, однако само устройство занимает больше места.

Технологии, построенные на распознавании лица

Существуют различные системы распознавания по лицу: одни строят цифровой образ лица человека на основе двумерных изображений, другие используют трехмерные. Высокоточный синтез изображения основан на нескольких десятках параметров характерных элементов, таких как брови, глаза, нос, губы, их взаимное расположение. Для нормального функционирования системы используются сотни тысяч изображений лица человека под разными углами, при различных условиях освещения, в солнечных очках и без них, с разными прическами и пр. Систему можно постоянно совершенствовать, добавляя новые изображения.

Важно и то, что системы распознавания по лицу во время работы учитывают (запоминают) процесс естественного старения. Лицо удается успешно распознать и при смене ракурса съемки (большинство систем допускает поворот на угол до 45 градусов). Такие системы широко применяются для автоматического обнаружения присутствия нужного человека в местах массового скопления людей. Однако для получения достоверных результатов требуется высококачественная видеокамера и определенное время: сканирование отнимает до 30 секунд. Основной минус данного подхода – низкая точность идентификации при изменении условий освещенности объекта.

Технологии, построенные на голосовой идентификации

Идентификация по голосу – удобный, но не надежный способ. Несмотря на многочисленные описания в литературе, технология распознавания по голосу находится лишь на начальном этапе развития. Самый распространенный способ распознавания человека по голосу идентичен тому, который используется при голосовом наборе номера в мобильных телефонах. В этом методе записывается короткое слово (пароль доступа) и при каждом обращении пользователь должен назвать это слово. Полученная спектрограмма сравнивается с имеющейся. Еще одна задача – идентифицировать говорящего. В этом случае применяются более сложные алгоритмы, позволяющие преобразовывать слитную речь в некий цифровой образ, состоящий из данных об основном тоне голоса, специфике произношения, ритмических особенностях речи.

К достоинствам системы следует отнести удобство применения, отсутствие специальной аппаратуры (если не считать высокочувствительный диктофон), а к недостаткам – невысокую точность распознавания, дорогое программное обеспечение, чувствительность к состоянию голоса. Например, если у человека простуда, насморк или ларингит, то система может его не опознать. Нередко система не распознает голос также при сильном ветре или шумном ливне.

Технологии, построенные на распознавании подписи

Эта технология, основанная на сопоставлении графических параметров подписи человека, становится весьма популярной альтернативой подписи обычной ручкой. В данном случае используются или специальные ручки, или чувствительные к нажатию планшеты, или их сочетание. В зависимости от требуемой степени защиты алгоритм идентификации может быть простым (в случае выявления степени совпадения двух изображений) или усложненным, когда кроме изображений анализируются динамические признаки написания – степень нажима, скорость письма, распределение участков с большим и меньшим нажимом и т.п. Надежность данного метода невысока: подписи все еще слишком легко подделать, да и в случаях нестабильной подписи система дает сбои. Однако аппаратная часть стоит недорого, и существует много предложений по программному обеспечению.

Технологии, построенные на анализе рисунка вен

Технологии, построенные на анализе рисунков вен, характеризуются высокой аутентификационной точностью. Вены, которые находятся в подкожной области тела каждого человека, формируют уникальный рисунок. При этом доказано, что рисунки генетически идентичных близнецов имеют значимые отличия. Более того, рисунок вен представляет собой набор уникальных данных, которые не могут быть кем-то украдены при помощи обычного фотоаппарата или сведены каким-то образом. Рисунок вен захватывается при помощи ИК-излучения. Человеческая кожа отражает ИК-излучение, при этом получается изображение.

При анализе рисунка вен выбираются такие части человеческого тела (палец, ладонь, запястье и тыльная сторона ладони), в которых выделяется уникальный рисунок кровеносных сосудов. При помощи техник обработки признаков изображения можно получить четкие и устойчивые паттерны вен.

1.4.3 Перспективные биометрические технологии

Описанные выше биометрические технологии нуждаются в усовершенствовании процесса захвата и сопоставления образов. При этом методы биометрической идентификации продолжают совершенствоваться и развиваться. Рассмотрим некоторые из них.

Запах. Уникальные технологии способные анализировать химический состав запаха тела, в настоящее время находится в стадии разработки. Датчики системы способны захватывать запах отдельных частей тела [4]. Это основано на утверждении, что уникальный запах человеческого тела состоит из различных химических летучих веществ. Данные вещества извлекаются системой и преобразуются в шаблон.

Анализ ДНК. Процесс анализа человеческого ДНК недостаточно автоматизирован, чтобы считать анализ ДНК биометрической технологией, несмотря на то что результат можно получить в течение 10 минут. Однако в настоящее время получение пробы человеческого ДНК является инвазивной технологией, для этого необходимы образцы ткани, крови или чего-то иного, относящегося к телу.

Форма ушей. Идентификация личности по форме ушей активно применяется в правоохранительных органах, т. к. уши видны на фотографиях, но в настоящее время данный процесс проводится вручную. Развитие данной технологии нацелено на ее использование в биометрии в сочетании с технологией распознавания лица, особенно в отношении изображений в профиль.

Асимметрия тела. В настоящее время получила развитие новая уникальная технология, заключающаяся в измерении (мелких) потенциальных различий, которые существуют между правой и левой частью тела. Выделенные различия формируют уникальный рисунок, повторяющийся при каждом ударе сердца (обусловлено движением крови по всему телу). Измерения осуществляются с помощью датчика размером со спичечную коробку, на котором размещены контакты, прикрепляемые к правой и левой рукам [4].