Раздел 5. Вопрос 55. Распознавание личности по радужной оболочке и сетчатке глаза.

Радужная оболочка

Радужка глаза обладает чрезвычайно высокой индивидуальностью. Она стабильна и не меняется в течение всей жизни. Точнее, неизменной остается ее форма (исключение составляют травмы и некоторые серьезные заболевания глаз), цвет же со временем может измениться. Уникальность рисунка радужки обусловлена генотипом личности, но существенные отличия радужной оболочки наблюдается даже у близнецов.

Причем радужки правого и левого глаза по рисунку существенно различаются. Для ослабления влияния состояния здоровья на результаты идентификации личности в СКД используются только черно-белые изображения высокого разрешения.

Вероятность ложного допуска системы распознавания по радужке менее 0,001% (фактически система не совершила ни одной ошибки ложного узнавания при более чем 2 млн. элементарных сравнений эталонов). Вероятность ложного не допуска при этом составила около 2%. Для всех прочих биометрических систем такая вероятность ложного допуска достигается лишь при неприемлемых значениях не допуска в десятки процентов.

Радужка как объект распознавания

Радужка расположена на передней части склеры, имеет кольцевую форму и размеры в среднем по горизонтали A≈12,5 мм и по вертикали В≈12,0 мм.

Внешний контур радужки, ее граница со склерой - фактически идеальный эллипс и может быть приближенно представлена окружностью (как это и делается в современных системах). Внешний контур радужки постоянен и практически одинаков для всех людей.

Внутренняя граница радужки задается зрачком. У нормального здорового человека зрачок круглый, а его центр несколько смещен относительно центра радужки по направлению к кончику носа.

         Рисунок радужки обусловлен радиально расположенными нитями - трабекулами, переплетенными между собой соединительно-тканными перекладинами, идущими в разных направлениях, и уникален для каждого человека. Рисунок радужки у большинства людей малоконтрастен (диапазон яркостей точек изображения радужки много меньше диапазона яркостей изображения глаза, включающего темный зрачок и светлую склеру). Кроме того, некоторые типы радужки имеют весьма тонкую текстуру (на них нет крупных ярких или темных элементов).

Это выдвигает высокие требования к камере, объективу и системе позиционирования. В зависимости от длины волны света, в котором регистрируется радужка, на ней проявляются различные детали, причем их выраженность зависит от типа глаз. Например, большинство светлых глаз дает наиболее четкий рисунок в видимом свете. При переходе в ИК этот рисунок постепенно размывается и фактически исчезает на длинах волн, больших 900 нм. Напротив, структуры темных глаз, характерных для жителей Юго-Восточной Азии, практически незаметны в видимом свете, но четко проявляются в инфракрасном диапазоне. Поэтому до сих пор остается невыясненным вопрос о том, какая длина волны оптимальна. Стандартами рекомендован свет 700-900 нм (ближний ИК). но это достаточно широкий диапазон, в котором возможно сильное изменение регистрируемой картины, поэтому в стандарте предписано указывать точные характеристики осветителей.

Радужка имеет сложный рисунок, состоящий из множественных деталей. Поэтому из изображения радужки можно получить большое количество параметров (высокая информативность). Информационная емкость изображения радужки радиусом 200 пикселей составляет не менее 244 бит. Эти свойства радужной оболочки привели к тому, что на нее обратили пристальное внимание как на объект автоматического биометрического распознавания. Несмотря на то что эти исследования проводятся сравнительно недавно, уже разработаны надежные и устойчивые методы, равно как и программно-аппаратные комплексы автоматического распознавания.

Вариации изображения радужки

В распознавании радужки, как и в любой проблеме распознавания, основная трудность состоит в получении параметров объекта уникальных в классе ему подобных и инвариантных относительно условий регистрации и изменчивости самого объекта. параметры рисунка радужки необходимо извлечь из ее изображения, отсеяв вариации двух классов: вариации самой радужки и изменения условий съемки.

¨Изменения радужки можно подразделить на: изменения размера зрачка, изменения формы и окраски элементов и изменения формы зрачка. Под воздействием изменений освещенности, при перемещении фокуса внимания и в зависимости от физического и психического состояния зрачок живого глаза постоянно меняет свой размер. Зрачок также совершает апериодические самопроизвольные движения (гиппус). В результате этих движений зрачка изменяется размер радужки и соответственно деформируется ее рисунок. Толщина радужки минимальна вокруг зрачка и возрастает при удалении от него. При изменении размеров зрачка участки радужки деформируются тем сильнее, чем ближе они к зрачку.

Специфические условия съемки

          Расположение источников света, и предметов окружающей обстановки: роговица глаза отражает окружающие предметы, и отражения, особенно блики, перекрывают картину радужки, создавая сильные вариации яркости изображения. Поэтому представляется невозможным не использовать собственную подсветку.

   Подсветка должна давать в области регистрации радужек освещенность в несколько раз превышающую ту, что создается посторонними источниками. Видимый свет с такой интенсивностью вызывает большое неудобство. Поэтому во всех современных системах используется инфракрасная подсветка. Возможный вариант - вспышка, как в фотоаппарате.

БСКД по радужке глаза

Технология сканирования является полностью бесконтактной. Видеокамера захватывает изображение глаза на расстоянии 20-30 сантиметров и осуществляет автоматическое выделение зрачка и радужной оболочки. Объем информации, необходимой для регистрации одного человека на основе технологии фирмы Iridian составляет около 200 байт.

¨БСКД по радужке глаза могут идентифицировать человека, даже если он будет в очках или с контактными линзами.

¨Различают активные и пассивные системы. В активных системах пользователь должен сам настроить камеру. В пассивных системах камера настраивается автоматически.

¨Поиск и сравнение снимка радужки с данными, хранящимися в базе данных, занимают около двух секунд.

¨Основные недостатки данной технологии:

§Высокая стоимость (до 6500 долл.), обусловленная необходимостью применения дорогих видеокамер высокого разрешения;

§Психологический барьер. Процедуры  регистрации и идентификации глаз у большинства людей вызывает отрицательные эмоции.

Защита БСКД по радужке глаза от подделок

Самой простой защитой является регистрация непроизвольных движений глаза и зрачка. Их наличие свидетельствует о том, что сканеру представлен живой орган. Однако, у некоторых людей непроизвольные движения глаза происходят довольно редко.

Известны случаи, когда они совершались всего один раз в несколько минут. Естественно, продлить процедуру идентификации на такое продолжительное время невозможно.

Другим более распространенным способом защиты БСКД по радужке глаза является проверка спектра отражения поверхности живого глаза. Значения этого параметра для живого и мертвого органа или любого искусственного материала (стекло, пластик и т. д.) сильно отличаются. Способ обхода – смачивание муляжа в жидкости или покрытие тонким слоем раствора желатина. Пока нет достоверных сведений о подобных атаках. В современных сканерах этот параметр вычисляется не один, а несколько раз. Причем этот процесс происходит в случайно выбранные моменты времени, с разной силой и направлением свечения диодов подсветки. Затем полученные результаты сравниваются с расчетными.

Распознавание  по сетчатке глаза

¨Это один из наиболее первых и самых надежных методов идентификации личности. Вены и артерии, снабжающие глаз кровью, хорошо видны при подсветке глазного дна внешним источником света.

¨Сетчатка стабильна на протяжении всей жизни человека, что делает ее удобным идентификатором. Сетчатку невозможно подделать, ее нельзя сфотографировать или снять откуда-нибудь, как отпечаток пальца. Однако, некоторые болезни глаз, например, катаракта, могут отрицательно воздействовать на качество получаемого изображения.

БСКД по сетчатке глаза

¨Процедура идентификации сводится к тому, что человек наблюдает сквозь окуляр удаленную световую точку. При этом осуществляется инфракрасная подсветка его глазного дна, на котором выделяется дерево кровеносных сосудов. ИК-камера регистрирует отражающие и поглощающие характеристики сетчатки с расстояния менее 3 см., которые сравниваются с эталоном. Малая мощность излучающей лампы (7 мВт) и длина волны – 890 нМ, близкая к ИК спектру, исключает какое-либо негативное воздействие на человека и не вызывает дискомфорта. Ошибки метода обусловлены отклонениями головы испытуемого от эталонного и неверной фокусировкой взгляда на удаленном источнике света.

Кроме сосудов сетчатка содержит элементы зрительного нерва и слепое пятно, однако геометрия этих элементов с течением времени может изменяться.

Применение такого способа аутентификации обосновано лишь на объектах особой секретности.

¨Недостатки идентификации человека по сетчатке глаза привели к тому, что эта технология плохо подходит для использования в СКД к компьютерам. Применяется эта технология, главным образом, в системах контроля доступа на особо секретные объекты.

¨Ошибки первого рода для метода составляют 4·10-3. Ошибки второго рода - менее 10-6. Отсутствуют данные о трудностях по изготовлению муляжа, способного обмануть подобные биометрические устройства.

Основным производителем систем такого класса является американская компания EyeDentify Inc.,