5.12. Идентификация образа по отпечатку пальца.

Многолетний опыт применения и интенсивные разработки метода идентификации по отпечаткам пальцев привели к тому, что в настоящее время он рассматривается как наиболее надежный способ идентификации личности. Физиологически, отпечаток пальца - это структура, состоящая из выступов, содержащих поры, и впадин между ними. Непосредственно под этой структурой располагается структура кровеносных сосудов. Морфология (форма) отпечатка пальца тесно связана с определенными электрическими и температурными характеристиками кожи. Это означает, что для получения изображений отпечатков пальцев могут быть использованы свет, тепло и электрическая емкость (или их сочетание). Отпечаток пальца человека формируется в эмбриональном состоянии, он не меняется с возрастом и восстанавливается в прежнем виде после повреждения. При достижении взрослого возраста отпечаток пальца сохраняет свой постоянный размер. Даже у близнецов нет одинаковых отпечатков пальцев. У некоторых людей (например, шахтеров и музыкантов) отпечатки пальцев постоянно деформируются из-за внешних воздействий на пальцы. В развитых странах количество таких людей уменьшается и не представляет проблемы для систем распознавания отпечатков пальцев. Известно несколько алгоритмов для выделения характерного образца отпечатка пальца. Наиболее популярные методы основаны на распознавании узора или выделении деталей. В случае алгоритмов с выделением деталей, отпечаток пальца характеризуется крупными фрагментами, такими как дуги, спирали, завитки, и мелкими деталями, в особенности разветвлениями, дельтами (Y-образными соединениями) и окончаниями выступов. Обычно в отпечатке пальца присутствует от 30 до 40 мелких деталей. Каждая из них характеризуется своим положением (координатами), типом (разветвление, дельта или окончание) и ориентацией . Набор характеристик мелких деталей может служить эталоном отпечатка пальца. Исходя из предположения, что эти характеристики измеряются достаточно точно, вероятность того, что для двух разных отпечатков составят одинаковые эталоны, очень мала. Технологии электронного получения изображений и алгоритмы распознавания узоров сейчас достаточно совершенны для того, чтобы автоматически получать эталоны отпечатков пальцев. Во многих случаях существуют стандарты на полученные эталоны. Обычно такие стандарты применимы к эталонам, основанным на мелких деталях; наиболее известен стандарт Национального института стандартов и технологий США (NIST). Однако приверженность стандартам почти всегда ограничивает гибкость разработки алгоритмов и использование их интеллектуальной собственности. Поэтому часто приходится сталкиваться с выбором между стандартизацией и скоростью и точностью.

ТЕХНОЛОГИИ СНЯТИЯ ОТПЕЧАТКОВ ПАЛЬЦЕВ В настоящее время разрабатывается несколько различных технологий электронного снятия отпечатков пальцев. Наиболее известны оптический, емкостный, радио, нажимной, микроэлектромехани ческий и температурный способы. Ниже приводится обзор каждого из них и объясняется, почему компанией Atmel был выбран температурный способ, как наиболее перспективный для линейки продуктов FingerChip. Оптический метод Для получения оптического изображения отпечатка пальца может быть использовано устройство, подобное цифровой камере. Кончик пальца прикладывается к стеклянной пластине, освещенной должным образом. Необходим только объектив, способный работать в непосредственной близости от объекта съемки. Изображение захватывается при помощи матрицы элементов с зарядовой связью (CCD) или элементов нужного разрешения (CMOS), и преобразуется в изображение в оттенках серого цвета (от 2 до 16 оттенков обычно вполне достаточно). Недостаток этой технологии заключается в том, что незаметный отпечаток пальца остается на поверхности стекла и может быть использован повторно. Другая сложность состоит в том, чтобы отличить настоящий палец от хорошо выполненной имитации. Емкостный метод Когда кончик пальца прикладывается к матрице элементов, чувствительных к электрическому заряду, разница в электропроводности выступов (содержащих много воды) и впадин (содержащих воздух) приводит к локальному изменению емкости элементов. Это позволяет определить положение выступов и впадин и построить изображение отпечатка. Несмотря на подверженность этого метода электростати ческим разрядам и прочим паразитным электрическим полям, он остается одним из наиболее популярных для получения изображений отпечатков пальцев. Однако такие сканеры сравнительно легко обмануть имитированным отпечатком или скрытым отпечатком на поверхности сканера. Радио-метод Если облучить кончик пальца радиоволнами низкой интенсивности, то разницу в расстоянии между поверхностью выступов и впадин можно определить с помощью матрицы правильно настроенных антенных элементов. При этом требуется, чтобы кончик пальца контактировал с излучающим элементом датчика (обычно по периферии). Поскольку метод основан на физиологи ческих свойствах кожи, его трудно обмануть имитацией пальца. Слабым местом метода является необходимость качественного контакта пальца и кольца передатчика, которое, к тому же, может быть весьма горячим. Нажимной метод Для получения узора отпечатка прикладываемого пальца может применяться и матрица пьезоэлектрических элементов, чувствительных к нажатию. Несмотря на многие недостатки этого метода (низкая чувствительность, неспособность отличить настоящий палец от имитации, подверженность повреждениям из-за чрезмерных прилагаемых усилий и т.п.) некоторые компании продолжают придерживаться этого метода в прототипах своей продукции. Микроэлектромеханический метод (MEMS) находится в промежуточной стадии между научно-исследовательскими разработками и внедрением. Для определения выступов и впадин отпечатка пальца в лабораториях разработана матрица микромеханических датчиков, но пока еще нет уверенности в их устойчивости. Таким методом также невозможно отличить настоящий палец от имитации. Температурный метод Пироэлектрический материал может преобразовывать разницу температур в определенное напряжение. Этот эффект весьма значителен и используется в инфракрасных камерах. Температурный сканер отпечатков пальцев на основе такого материала измеряет разницу температур между чувствительными элементами, контактирующими с выступами, и элементами под впадинами, то есть не контактирующими. Температурный метод имеет множество преимуществ. Это и высокая устойчивость к электростатическому разряду, и отсутствие необходимости облучать кончик пальца. Температурный датчик работает одинаково хорошо как при предельных, так и при комнатных температурах. Его практически невозможно обмануть искусственной имитацией пальца. Недостатком технологии является то, что изображение быстро исчезает. При прикладывании пальца в первый момент разница температур, а следовательно, и уровень сигнала, весьма значительна, но в течение короткого времени (менее десятой доли секунды) изображение исчезает, поскольку палец и датчик приходят в температурное равновесие. Это одна из причин применения описанной ниже технологии сканирования.