Оптические методы биометрической идентификации по отпечаткам пальцев

Опубликовано 29.09.2010 Ведущий Виталий Дудкин

В древности отпечатки использовались как средства аутентификации человека. Отпечатками пальцев "подписывали" различные государственные документы, их оттиски оставляли на глиняных табличках и печатях.
В конце 19 века отпечатки пальцев стали использоваться в криминалистике. Сегодня, в связи с развитием электронных технологий, идентификация по отпечаткам пальцев стала использоваться не только в криминалистике, но и в самых различных областях, требующих эффективного обеспечения безопасности - системы управления доступа, системы голосования, проведение электронных платежей, информационная безопасность (доступ в сеть, к персональному компьютеру) и др.
Отпечатки пальцев представляют собой рельефные линии, так называемые папиллярные узоры, строение которых обусловлено рядами гребешковых выступов кожи, разделенных бороздками. Существует несколько алгоритмов распознавания отпечатков пальцев, наиболее распространенным является алгоритм, основанный на выделении деталей. Одним из существующих электронных методов получения отпечатков пальцев является оптический.
В настоящее время существует несколько разновидностей сканеров, предназначенных для получения отпечатков пальцев оптическим методом.
1. FTIR-сканеры - это устройства, в которых используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения ( Frusted Total Internal Reflection). Эффект заключается в том, что при падении света на границу раздела двух сред, световая энергия делится на две части - одна отражается от границы, другая проникает через границу во вторую среду. Доля отраженной энергии зависит от угла падения светового потока. Начиная с некоторой величины данного угла вся световая энергия отражается от границы раздела. Это явление называется полным внутренним отражением. В случае контакта более плотной оптической среды (в нашем случае - пальца) с менее плотной (например, с поверхностью призмы) в точке полного внутреннего отражения пучок света проходит через эту границу. Таким образом, от границы отразятся лишь пучки света, попавшие в определенные точки полного внутреннего отражения, к которым не был приложен папиллярный узор пальца. Для захвата полученной световой картинки поверхности пальца используется специальный датчик изображения (КМОП или ПЗС).
2. Оптоволоконные сканеры (Fiber Optic Scanners) - представляют собой оптоволоконную матрицу, в которой все волноводы на выходе соединены с фотодатчиками. Чувствительность каждого датчика позволяет фиксировать остаточный свет, проходящий через палец, в точке соприкосновения пальца с поверхностью матрицы.
3. Электрооптические сканеры (Electro-Optical Scanners) - технология основана на использовании специального электрооптического полимера, в состав которого входит светоизлучающий слой. Когда палец прикладывается к сканеру, неоднородность электрического поля у его поверхности (разность потенциалов между бугорками и впадинами кожи) отражается на свечении слоя. Таким образом, формируется изображение отпечатка.
4. Оптические протяжные сканеры (Sweep Optical Scanners) - почти во всем аналогичны FTIR-устройствам, за исключением того, что для изображения отпечатка палец проводится по узкой полоске - считывателю.
5. Роликовые сканеры (Roller Style Scanners) - данные устройства являются самыми миниатюрными сканерами. Отпечаток захватывается при прокатывании пальцем прозрачного тонкостенного ролика. Аналогично протяжному сканеру, по мере движения пальца делаются мгновенные снимки фрагментов папиллярного узора с некоторым наложением изображения. При сканировании используется простейшая оптическая технология: внутри прозрачного цилиндра находятся статический источник света, линза и датчик изображения. После "полной" прокрутки пальца программно собирается результирующее изображение его отпечатка.
6. Бесконтактные сканеры (Touchless Scanners) - в данных устройствах палец не контактирует непосредственно с поверхностью сканера. Палец всего лишь прикладывается к отверстию сканера и подсвечивается снизу с разных сторон несколькими источниками света. По центру отверстия расположена линза, с помощью которой изображение отпечатка пальца проецируется на КМОП - камеру.