---

Abstract

Aim of this project is to test the reliability, stability and efficiency of fingerprint recognition algorithm. The algorithm was implemented by a student of Wroclaw University of Technology. Experiment assumes evaluation of the algorithm with a sample of different fingerprints taken by proffesional fingerprint device.

---

Spis treści

1. Wstęp
2. Opis oraz klasyfikacja układów linii papilarnych
3. Aplikacja
4. Baza odcisków
5. Badania i wnioski
6. Źródła

---

1. Wstęp

Metody biometryczne są narzędziami, które pozwalają określić cechy ludzkie. Część atrybutów człowieka jest na tyle unikalna, że pozwala na jednoznaczne zidentyfikowanie danego osobnika. Cechy biometryczne można podzielić na dwie kategorie:

• fizyczne - m.in.: tęczówka oka, siatkówka oka, linie papilarne, układ naczyń krwionośnych, kształt ucha, ust etc.;
• behawioralne - m.in. głos, sposób chodzenia, pisanie na klawiaturze, podpis odręczny etc.

Cecha biometryczna pozwala na poprawną identyfikację, jeśli spełnia pewne warunki:

• jest niepowtarzalna - oznacza to, że istnieje znikome prawdopodobieństwo wystąpienia identycznych wartości danej cechy dla dwóch różnych osób;
• jest trwała - czyli niezmienna w czasie;
• jest uniwersalna - każda osoba powinna mieć taką cechę.

Niniejszy projekt analizuje metodę ropoznawania cechy, jaką są odciski linii papilarnych człowieka - są one niezmienne oraz unikatowe. Newet bliźnięta jednojajowe posiadają rozróżnialne odciski palców; u każdego człowieka nie zmieniają się one w ciągu całego życia, co więcej - kształt linii papilarnych jest nieusuwalny, tzn., że jeśli pewne czynniki niszczące ustaną i pozwolą na odbudowę naskórka, wzór linii papilarnych odtworzy się w stanie niezmienionym.
Warto również zauważyć, że układ linii papilarnych jest, w odróżnieniu do np. układu siatkówki oka, łatwy do pobrania, zapisania i przechowania. Wystarczy kartka papieru oraz odrobina tuszu. Wszystko to powoduje, iż jest to obecnie najczęściej wykorzystywana cecha biometryczna przy identyfikacji ludzi. Co więcej, technika ta do niedawna była wykorzystywana wyłącznie w kryminalistyce, a obecnie przeżywa gwałtowny rozwój w komercyjnych systemach kontroli dostępu (weryfikacja użytkowników laptopa, wejścia do mieszkania, czy uruchomienia samochodu).

2. Opis oraz klasyfikacja układów linii papilarnych

Wzory odcisków palców można podzielić na trzy podstawowe grupy:

• łukowe

  
  Rys 1. Łuk prosty

  
  Rys 2. Łuk namiotowy

• pętlicowe

  
  Rys 3. Pętlica prosta radialna

  
  Rys 4. Pętlica rakietowa

• wirowe

  
  Rys 5. Wir kolisty

  
  Rys 6. Wir eliptyczny

Kolejną charakterystyczną cechą odcisków palców jest rozkład tzw. minucji. Minucja to niewielki fragment odcisku palca, w którym np. kończy się linia, następuje rozwidlenie linii, haczyk, „oczko” etc. Systemy kryminalistyczne wykorzystują tylko kilka podstawowych rodzajów minucji.

Rys 6. Odcisk palca z zaznaczonymi przykładowymi minucjami

W projekcie przeprowadzono analizę prównywnaia odcisków palca za pomocą nieopublikowanego programu, napisanego przez studenta Politechnik Wrocławskiej.

3. Aplikacja

Aplikacja umożliwia porównanie dwóch odcisków palców. Wizualizuje proces wykrywania minucji. Po wprowadzeniu odcisków dokonuje wstępnej, dwuetapowej obróbki obrazu. Etapem pierwszym jest binaryzacja. Drugim jest algorytm pocieniania linii, pomocny w kolejnej fazie. Następnie przeprowadzany jest algorytm wykrywania minucji. Aby sprawdzić, czy dany piksel reprezentuje minucję odcisku palca, należy sprawdzić jego bezpośrednie sąsiedztwo. Zakłada się, że grubość linii wynosi 1. Stąd, jeżeli piksel posiada tylko jednego sąsiada, to jest to minucja typu zakończenie, bądź początek. Natomiast jeżeli piksel posiada trzech sąsiadów, to jest to rozwidlenie, bądź punkt zbiegania się dwóch linii. Po znalezieniu minucji na obu obrazach następuje porównanie ich rozkładu. Porównanie to polega na rotacji układem minucji jednego odcisku, dopóki nie zostanie odnaleziony kąt, dla którego wysoki procent minucji na obu obrazach pokrywa się.

4. Baza odcisków

Odciski palców do analizy zostały pobrane przy pomocy czytnika odcisków palców firmy FingerLoc. Od kilku osób pobrano kilka próbek odcisków palców.

5. Badania i wnioski

Serie odcisków tego samego palca nazywamy próbką. Dla połowy zgromadzonych próbek otrzymano pozytywne wyniki testu, tzn. w zbiorze pozytywnie rozpoznanych układów linii papilarnych znalazła się przynajmniej połowa próbki. W drodze eksperymentu opracowano następujące wnioski. Na wynik porównania duży wpływ ma siła, z jaką użytkownik przyciska czytnik. Jakoże skóra jest plastyczna, silniejsze przyciśnięcie powoduje zwiększenie powierzchni styku miedzy czytnikiem a palcem, co na obrazach będzie widoczne w postaci znacznego pogrubienia linii papilarnych. Algorytm jest czuły na translacje, ale za to mniej czuły na rotację. Wynika to z faktu, iż przy translacji odcisku palca część minucji widocznych na pierwszym obrazie, na drugim obrazie jest niewidoczna (wychodzą poza obszar czytnika). Powoduje to na tyle znaczące różnice w zbiorach minucji dla tych dwóch odcisków, iż niemożliwe staje się znalezienie odpowiednio dużego zbioru minucji tożsamych. Nie obserwujemy tego faktu w przypadku rotacji, gdyż zbiór minucji tożsamych jest niemal równy zbiorom obu odcisków. Zaobserwowano również następującą, ciekawą własność: jeżeli przystawanie dwóch odcisków palców zdefiniujemy jako uznanie ich za tożsame przez algorytm, to tak zdefiniowana relacja nie jest przechodnia. Cecha ta algorytmu jest cechą niepożądaną.

Źródła

• An Identity Authentication System Using Fingerprinta, A. Jain, L. Hong, S. Pankanti, R. Bolle
• http://www.optel.pl/software/polska/metody.htm
• http://home.elka.pw.edu.pl/~wolejows/fingerprint/index.html