Главная страница
Навигация по странице:

  • Расчетно-графическая работа

  • 1665 год

  • В 1853–1878 годах

  • России дактилоскопия применяется с 1906 года

  • Принципы и алгоритмы

  • Виды сканеров отпечатков пальцев

  • Готовые решения

    		•

    интерфейс человек машинное обучение. ИЧМ РГР АВТ-910 Уваров. системы распознавания отпечатков пальцев


    Скачать 314.45 Kb.
    Названиесистемы распознавания отпечатков пальцев
    Анкоринтерфейс человек машинное обучение
    Дата27.02.2023
    Размер314.45 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаИЧМ РГР АВТ-910 Уваров.docx
    ТипДокументы
    #958097

    МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

    «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
    КАФЕДРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ



    Расчетно-графическая работа

    По дисциплине: «Интерфейс “Человек – ЭВМ”»

    По теме: «системы распознавания отпечатков пальцев»


    Факультет: АВТФ

    Группа: АВТ-910

    Студент: Уваров А.А.

    Преподаватель: Токарев В.Г.

    Новосибирск 2022

    Оглавление


    1.История 3

    2.Принципы и алгоритмы 5

    3.Готовые решения 7

    4.Перспективы 9

    Список источников 10


    Введение

    Все большую популярность получают системы доступа по отпечатку пальца. Они не обладают полной защитой от несанкционированного доступа, как и большинство других технологий, но предоставляют высокий уровень защиты и позволяют полностью идентифицировать личность человека. Данная система активно используется многими службами, в том числе и мобильными устройствами. На ее основании предоставляется доступ к онлайн-банкингу, что свидетельствует о высокой степени доверия к данной системе защиты.

    1. История


    История идентификации по отпечатку пальца насчитывает несколько тысячелетий. Ещё в Древнем Вавилоне и Китае оттиски пальцев делали на глиняных табличках и печатях. Археологи в ходе раскопок периодически сталкиваются с такими изображениями, а в 14 веке на территории Персии отпечатками пальцев заверяли важные документы.

    В каждом отпечатке пальца можно определить два типа признаков — глобальные и локальные. Кожные бороздки на кончиках наших пальцев, появляются у шестимесячного плода и сохраняются на протяжение всей жизни. Эта особенность и простота получения отпечатка пальца – сделала дактилоскопию первым биометрическим методом, признанным в криминалистике.

    Первые научные работы по дактилоскопии были сделаны во второй половине 17 века (ориентировочно 1665 год) Марчелло Мальфиги.  Он публикует трактат об уникальности отпечатков пальцев. В дальнейшем развитием дактилоскопической идентификации стал заниматься французский криминалист Кетле, идею которого доработал криминалист А.Бертильон, будучи директором французской полиции, он проводил процедуру изъятия отпечатков пальцев у всех задержанных лиц. Это позволило ему создать большую картотеку отпечатков пальцев, при помощи которой он раскрыл множество преступлений.

    В 1853–1878 годах, Вильям Гершель работал в одной из индийской колонии и часто сталкивался с махинациями при выдаче жалования индийским солдатам, которые были для него все на одно лицо и приходили получать деньги несколько раз. Чтобы прекратить обман, Гершель стал требовать от солдат оставлять в ведомостях свой отпечаток пальца. Как только нововведение вступило в силу, то все махинации прекратились.

    Это стало началом практического использование отпечатков пальцев в криминалистике. Основным достижением Гершеля является то, что он доказал неизменность отпечатков пальцев на протяжении всей человеческой жизни. Даже после смерти отпечатки пальцев не меняются. Но самым главным в его исследованиях стало то, что папиллярные узоры человека не совпадают по своему строению и структуре с отпечатками пальцев других людей.

    Гальтон используя теорию вероятности установил, что возможное совпадения отпечатка какого-либо отдельного пальца одного человека с отпечатком пальца другого человека выражается отношением 1: 4, а отпечатки десяти пальцев одного человека выражаются в отношении 1: 64 000 000 000. Он установил, что существует всего четыре основные группы узоров: с треугольником, без треугольника, слева и справа с треугольником, и эта классификация была положена в основу его картотеки. Однако, в его картотеке дуги встречались реже, чем остальные узоры, наблюдалась тенденция к повторению на определенных пальцах одного и того же основного рисунка. О быстром нахождении совпадающих отпечатков не могло быть и речи.

    Затем Эдвард Генри провел уточнение рисунка, который Гальтон назвал треугольником (дельтой), дельта могла образовываться раздвоением одной папиллярной линии или двумя разбегающимися линиями. Генри определил для них внешние и внутренние пределы. Если провести прямую линию между внешними и внутренними пределами и сосчитать папиллярные линии, пересекаемые этой прямой, то их число окажется разным у различных людей. Генри предложил положить этот принцип в основу группировки, путем выведения формулы, на основе которой будет создана система классификации отпечатков пальцев.

    Главная идея Генри — кодировать узоры числовыми формулами. Виды обозначались буквами A, T, R, U, W, а подвиды — цифрами. Метод Генри стал предшественником системы классификации, которая в течение долгих лет использовать ФБР и другими правоохранительными структурами.

    Разные страны мира вводили у себя дактилоскопические методы в течение следующих полутора-двух десятилетий. В Дании дактилоскопии для опознания преступника была впервые применена в 1902 году. А в России дактилоскопия применяется с 1906 года.

    В 1986 году NIST совместно с Американским национальным институтом стандартов (ANSI) создают стандарт для обмена данными об узорах отпечатков пальцев ANSI/NBS-I CST 1-1986. Это первая версия существующих стандартов, которые сейчас используют правоохранительные органы во всём мире.

    1. Принципы и алгоритмы


    Принцип действия сканера отпечатков пальцев строится на анализе минуций. Это участки узора, в которых линии изменяются, например: обрываются; завершаются и снова начинаются; делают резкий поворот; сходятся; раздваиваются; скручиваются петлями и т.д.



    Рис.1. Примеры минуций

    Наши отпечатки являются уникальными именно благодаря минуциям. Так что основная задача сканера – максимально точно считать их.

    Когда технология только появилась, сканеры фотографировали палец и затем сравнивали его с имеющимися в памяти изображениями. Главной проблемой было то, что если палец приложить на 0,5 см ниже или выше положения первоначального сканирования, распознавание не срабатывало.

    Еще один минус визуального распознавания – к такому сканеру можно просто приложить фото отпечатка и тем самым легко его обмануть. Ведь технология получит такое же изображение, как на контрольном образце, и откроет доступ. Поэтому оптические сканеры не могут обеспечить серьезную защиту и используются довольно редко.

    Современные сканеры анализируют не общий вид линий, а минуции. Теперь они работают так:

    1. Делают скан приложенного пальца.

    2. Обнаруживают и выделяют минуции.

    3. Информацию о взаимном расположений минуций кодируют и формируют из нее цифровую матрицу.

    4. Сравнивают полученную матрицу с теми, которые хранятся в базе данных.

    5. Если процент совпадений выше установленного значения – отпечаток принимается и открывает доступ к смартфону.

    Виды сканеров отпечатков пальцев

    Оптические — находятся под экраном. Современные OLED-матрицы пропускают свет с двух сторон, чем и пользуются производители, чтобы разместить обычный оптический сканер непосредственно под экраном. Он банально делает фото (к тому же плохого качества из-за помех в виде пикселей матрицы), поэтому часто ошибается, долго “думает” и срабатывает на любой муляж, к примеру, на скотче, пленке и т.п.

    Оптические бесконтактные. Более совершенная модель оптических сканеров. В этом случае палец прикладывается не к сканеру, а к стеклу, под которым несколько камер делают снимки с разных сторон. Фотографией его обмануть уже невозможно, ведь камеры создают стереоизображение. Теоретически, обойти защиту можно только с помощью изготовленной 3D-модели пальца.

    Ёмкостные.Первые датчики отпечатков в смартфонах были именно такими, и их разновидности продолжают использоваться производителями. Принцип действия: поверхность сканера покрыта густой сетью миниатюрных полупроводников. Когда к ним прикладываешь подушечку пальца, выступающие линии воздействуют на проводники, в результате чего емкость цепи изменяется. По этим изменениям и формируется цифровая картина отпечатка. 

    Недостатки ёмкостного сканера:

    1. Если пальцы влажные, капли воды приводят к замыканию лишних датчиков и мешают правильному распознаванию. 

    2. Этот датчик тоже легко обмануть с помощью 3D-принтера.

    Ультразвуковые.Сейчас это самый передовой и надежный вариант, потому что такие сканеры собирают информацию не только о минуциях, но и пульсе, а также строят объемную модель линий для большей точности результата. Из-за высокой стоимости они еще не получили широкого распространения: ультразвуковыми сканерами оснащены лишь несколько моделей Samsung.

    1. Готовые решения


    Надёжность сканирования зависит не только от сенсора. Дальнейшая обработка полученных данных — ключ к успешному распознаванию отпечатка.

    В сканере отпечатков пальцев с оптическим чувствительным элементом, по сути, монохромной матрицей, изображение поступает в виде фотографии.

    В простейших сканерах изображение просто сравнивается с эталоном. Часто дальнейшая обработка базируется на работе с несколькими готовыми решениями –шаблонами.

    Цифровой код, полученный от сканера, в системе с линейным тепловым датчиком — это всегда разный шаблон. Скан отпечатка пальца всегда разный, качество распознавания зависит от угла, под которым проводился палец, от влажности пальца или поверхности сканера. Данные, поставляемые таким сканером — фактически набор точек. Не важно, как лег палец на поверхность сканера, эти точки всегда будут иметь одинаковый изгиб линий.

    Необходимо заметить, что при распознавании отпечатков любым типом сенсоров и алгоритмов неизбежны ошибки. Ошибки обычно разделяют на 2 типа — нераспознавание правильного отпечатка и распознавание неправильного отпечатка как правильного.

    Скан отпечатка пальца преобразовывается в шаблон, который потом используется для сравнения. На рисунке 2 представлены примеры сканов и шаблонов.



    Рис.2. Сканы отпечатков и шаблоны

    Сейчас многие компании представляют наборы готовых решений – системы доступа для офисов, для индивидуального пользования, для здравоохранения, в качестве услуг государству. Например, владелец медицинской карты может получить доступ к дистанционному медицинскому обслуживанию. В наборе этих решений присутствуют и такие системы, как распознавание по лицу, называемое Face ID, системы видеонаблюдения, что дает много возможностей обезопасить себя, свое предприятие.

    1. Перспективы


    В целом, у биометрических технологий огромный потенциал, который пока не реализован в полной мере. В каком состоянии сегодня находятся биометрические технологии в России и мире?

    В ряде случаев их развитие нельзя еще признать удовлетворительным. Пока что эта сфера активно развивается, хотя кое-какие результаты уже есть (об этом – ниже). В некоторых случаях биометрию считают не слишком надежным способом идентификации или верификации. Так, в США полицейское управление города Тампа даже деинсталлировало программное обеспечение распознавания лиц, считая его не слишком надежным. Но там речь шла о внедрении устаревших методов биометрии, которые не всегда показывают себя с лучшей стороны.

    Тем не менее, современные технологии биометрии становятся все более точными и надежными. Многие компании и научные организации занимаются исследованиями и разработками в этой сфере. Причем приоритет с течением времени сместился на бесконтактные методы биометрического распознавания. Биометрия используется во многих сферах, включая банковскую деятельность, системы охраны и контроля доступа, системы визового контроля, полицейские системы идентификации преступников, сбор статистики посетителей и много чего еще. Пока что около половины биометрического рынка занимают системы распознавания по отпечаткам пальцев. Но ситуация постепенно меняется, разработчики понимают, что дактилоскопия – не самый надежный способ идентифицировать личность (в «Разрушителях легенд» как-то даже показывали способ открыть дактилоскопический замок при помощи распечатанных на принтере отпечатков пальцев), поэтому постепенно становятся все более популярными новые технологии биометрии.

    В России биометрические технологии развиваются довольно быстро, более активно, чем во многих странах. Например, крупнейшие банки РФ приступили в 2017 году к тестированию биометрических систем идентификации клиентов. Создает свою базу биометрических данных ЦБ, Минкомсвязи и Росфинмониторинг.
    По словам зампреда ЦБ Ольги Скоробогатовой, пилотный проект позволит стать клиентом любого банка удаленно. Для этого достаточно будет единожды пройти процедуру биометрической регистрации в любом участвующем в проекте кредитном учреждении.

    «Биометрия связана с очень волнующей темой. Это идентификация, удаленная идентификация, создание единой базы данных о физических лицах, я больше говорю о физических лицах, которая дала бы возможность любому банку и любой организации не заставлять клиентов приходить ногами для заполнения большого перечня документов», – цитирует Скоробогатову РИА.
    От этого эксперимента до создания национальной биометрической базы данных останется буквально один шаг.

    Список источников


    1. Системы доступа по отпечатку пальца. Материал из Дзена — блог-платформы - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://dzen.ru/media/id/5c63f0fe57de2c00ac568b0b/sistemy-dostupa-po-otpechatku-palca-5d5fe3882f4ad700ac2ec836

    2. Статья «История идентификации по отпечатку пальца» - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://deepfakechallenge.com/fingerprint-identification-history/

    3. Статья «Принцип работы сканера отпечатка пальца» - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://itproger.com/news/printsip-raboti-skanera-otpechatka-paltsa

    4. Распознавание отпечатков пальцев. Материал из Википедии — свободной энциклопедии - [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.bmstu.wiki/Распознавание_отпечатков_пальцев

    5. Статья «Биометрия: искусство узнавания. Перспективы биометрических систем» – [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://habr.com/ru/company/recfaces/blog/324398/

    написать администратору сайта