Prowadzący: dr inż. Witold Paluszyński
Edgar Ostrowski
Wrocław 2007
W codziennym życiu co raz częściej można się spotkać z zabezpieczeniami biometrycznymi (np. paszporty biometryczne), polegające na elektronicznym zapisie danych biometrycznych: tęczówki oka lub linii papilarnych. Taki rodzaj zabezpieczeń można wykorzystać przy weryfikacji tożsamości osób lub do zabezpieczenia dokumentów.
W projekcie zapoznano się z podstawowymi metodami rozpoznawania odcisków palców. Wykorzystując gotowe narzędzie [1] [2], przeprowadzono szereg eksperymentów, które miały sprawdzić skuteczność zaimplementowanych przez autorów metod.
Opuszek palca dłoni pokryty jest liniami papilarnymi, które tworzą charakterystyczne bruzdy na skórze. Istnieje głębokie przekonanie, że nie ma dwóch takich osób z identycznymi liniami papilarnymi (zasada 3N, sformułowana przez Francisa Galtona).
Linie papilarne opisuje się za pomocą tzw. minucji czyli charakterystycznych cech takich jak początki, końce, rozwidlenia, złączenia itd. Poniższy rysunek przedstawia przykładowe minucje.
Rozmieszczeni minucji na opuszku palca identyfikuje daną osobę. Do stwierdzenia, że dwa ślady linii papilarnych należą do jednej osoby wystarczy kilkanaście wspólnych cech tzn. ta sama minucja leży w tym samym miejscu.
Metoda rozpoznawanie odcisków palców, którą przebadano składa się z następujących etapów:
Zbadany program analizuje odciski palców zgodnie z powyższym opisem. Wynik porównania dwóch odcisków zwracany jest w postaci liczby całkowitej z zakresu od 0 do 100 gdzie: 100 doskonałe dopasowanie a 0 całkowity brak dopasowania. Poniższe ilustracje przedstawiają przebieg procesu wyodrębniania minucji.
|
|
| 1. Pierwotny obraz odcisku palca | 2. Wzbogacony obraz |
|
|
| 3. Sprogowany obraz | 4. Wyróżnienie minucji |
|
|
| 5. Obraz pierwotny z naniesionymi minucjami |
Skuteczność działanie przedstawionego programu zbadano pod następującymi kątami:
Do dowolnie wybranego obrazu zawierającego odcisk palca stopniowo dodawano zakłócenia w postaci szumu gaussowskiego a następnie porównywano z oryginałem. Poniższa tabelka przedstawia wyniki przeprowadzonych badań.
| Ilość szumu [%] | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 50 | 60 |
| Wynik porównania | 78 | 86 | 89 | 86 | 83 | 77 | 74 | 10 | 14 | 44 |
Z powyższych wyników można wyciągnąć bardzo ciekawy wniosek. Okazuje się, że niewielka ilość szumu dodanego do obrazu może poprawić rezultat porównania. Duża ilość szumu powoduje wykrycie minucji na obrazie, które nie istnieją. Oczywiste jest, że porównując dwa odciski palców należy się posługiwać obrazami jak najlepszej jakości, co niestety nie zawsze jest możliwe.
Dowolnie wybrany obraz obracano stopniowo o dany kąt a następnie porównywano z oryginałem. Poniższa tabela przedstawia wyniki badań.
| Kąt obrotu [o] | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 180 | 270 |
| Wynik porównania | 80 | 79 | 77 | 72 | 74 | 76 | 77 | 69 | 76 | 73 | 0 | 0 | 0 | 11 | 0 | 0 |
Widać, że program do pewnej granicy zwraca zadawalające wyniki (ok. 50 stopni). Od pewnego kąta nie jest już wstanie skutecznie porównać tego samego odcisku palca. Okazuje się, że obraz zawierające odciski palców aby były skutecznie rozpozna muszą być zawsze zorientowane w ten sam sposób. Najlepiej to wcześniej wykonać ręcznie za pomocą edytora grafiki aby uniknąć nie prawidłowej analizy.
Z bazy [3] wybrano 3 odciski palców w 3 różnych wersjach. Następnie wszystkie obrazy przebadano pod względem dopasowania. Poniższa tabela przedstawia zbadane obrazy.
| Wzór nr 1 | Wzór nr 2 | Wzór nr 3 | |
| Odcisk 1 | 
|
|
|
| Odcisk 2 | 
|
|
|
| Odcisk 3 | 
|
|
|
Poniższa tabela przedstawia wyniki porównań wszystkich odcisków palców metodą "każdy z każdym".
| 11 | 12 | 13 | 21 | 22 | 23 | 31 | 32 | 33 | |
| 11 | 100 | 75 | 69 | 1 | 0 | 6 | 0 | 18 | 3 |
| 12 | 74 | 99 | 73 | 2 | 3 | 7 | 2 | 18 | 4 |
| 13 | 74 | 71 | 100 | 0 | 12 | 1 | 0 | 22 | 7 |
| 21 | 0 | 2 | 2 | 100 | 64 | 8 | 1 | 0 | 8 |
| 22 | 2 | 16 | 10 | 64 | 100 | 29 | 0 | 5 | 2 |
| 23 | 5 | 0 | 1 | 53 | 28 | 100 | 6 | 4 | 3 |
| 31 | 8 | 3 | 0 | 0 | 7 | 9 | 100 | 77 | 78 |
| 32 | 4 | 3 | 2 | 0 | 3 | 18 | 76 | 99 | 76 |
| 33 | 4 | 1 | 7 | 5 | 2 | 3 | 75 | 76 | 100 |
Z otrzymanych rezultatów wynika kilka bardzo ciekawych faktów. Okazuje się kolejność wprowadzania porównywanych obrazów jest bardzo istotna, szczególnie to widać w przypadku obrazów 21 oraz 23. W kolejności 1-3 odciski palców nie zostały uznane za tożsame. W niektórych przypadkach lepsze rezultaty otrzymywana gdy porównywano dwa różne odciski. Natomiast w kolejności 3-1 zwrócony wynik jest o wiele lepszy i może świadczyć o tym, że oba odciski należą do tej samej osoby.
Podczas realizacji projektu zapoznano się z podstawowymi metodami rozpoznawania odcisków palców. Metody, które są zaimplementowane w przykładowym programie można uznać, że działają prawidłowo. Zwracają stosunkowo zadawalające rezultaty a jednocześnie nie wymagają dużej ilości zasobów obliczeniowych.
Z przeprowadzonych eksperymentów wynika, że komputerowe porównanie należy traktować jedynie jako podpowiedz. Przykładowy program można potraktować jedynie jako system do wyszukiwanie porównywalnych odcisków z bazy danych. Wnikliwą analizę należy jednak pozostawić człowiekowi, ponieważ wszystkie systemy tego rodzaju są bardzo podatne na błędy oraz w łatwy sposób można je oszukać.