Wprowadzenie

W ostatnich latach metody biometryczne bardzo się rozwinęły i pojawiło się wiele nowych modalności. Mimo to, w świadomości większości ludzi, podstawową i najbardziej wiarygodną metodą jest rozpoznawanie osób na podstawie odcisków palców. Z pewnością wiąże się to z faktem, że jest ona wykorzystywana od ponad 100 lat w kryminalistyce do identyfikacji przestępców na całym świecie.

Historia

Historia biometrii odcisków palców jest przypuszczalnie najstarszą spośród wszystkim metod biometrycznych. Wydaje się, że ludzie zdawali sobie sprawę z niepowtarzalności kształtu linii papilarnych długo przed tym nim zostało to udowodnione. Archeolodzy znajdowali gliniane tablice w Babilonie i Chinach, sprzed 1200 lat, z zapisem transakcji i odciśniętym palcem na końcu obok podpisu.

Początek systematycznego badania charakteru odcisków palców datowany jest na koniec XIX wieku. W latach 70-tych dr Henry Faulds rozpoczął badania nad wykorzystaniem odcisków palców do rozpoznawania osób. W październiku 1880 opublikował on wyniki swoich badań w magazynie „Nature”. Jego pracę kontynuował Sir Francis Galton, którego książka była pierwszą próbą szerokiego ujęcia natury i indywidualności odcisków i ich wykorzystania w kryminalistyce. Podejmował też próby wyznaczenia prawdopodobieństwa, że dwie osoby będą miały identyczne odciski oraz dokonał klasyfikacji punktów charakterystycznych odcisków. Wskazane przez niego charakterystyki tzw. „minucje” są stosowane powszechnie do dziś i nazywane często „detalami Galtona”. Od czasów badań Galtona, weryfikacja tożsamości oparta na odciskach palców zyskała dużą popularność zwłaszcza w kryminalistyce.

Metodologia

Teoria

Nasze dłonie, a w szczególności opuszki palców, pokryte są maleńkimi bruzdami nazywanymi liniami papilarnymi. Ich układ jest wynikiem marszczenia się skóry w czasie rozwoju płodowego i jest zupełnie przypadkowy – nawet bliźniaki jednojajowe mają różne odciski palców. To, na co zwraca się uwagę porównując odciski, to zakończenia i rozgałęzienia linii. Badania pokazują, że ich układ jest charakterystyczny dla każdej osoby, i co najważniejsze nie zmienia się przez całe życie (nawet po niewielkich skaleczeniach wzór linii jest odtwarzany).

Sprzęt

Obecnie wykorzystuje się kilka typów czytników linii papilarnych:

• czytniki optyczne; Większość czytników optycznych wykorzystuje efekt całkowitego wewnętrznego odbicia (FTIR - Frustrated Total Internal Reflection) i fakt, że grzbiety linii papilarnych stykając się z powierzchnią czytnika absorbują światło, natomiast tzw. doliny je odbijają Nowe rozwiązania konstrukcji czytników optycznych wykorzystują również światłowody I polimery emitujące światło, co pozwala zminimalizować urządzenia.

Konstrukcja czytnika optycznego

• czytniki krzemowe; Czytniki krzemowe zbudowane są z matrycy małych czujników. Mogą to być czujniki pojemnościowe, zbudowane z mikro-kondensatorów płytkowych, termiczne – zbudowane z piroelektryków czy naciskowe – zbudowane z piezoelektryków.

Konstrukcja czytnika pojemnościowego

• czytniki ultradźwiękowe; Czujniki tego typu wysyłają fale dźwiękowe o częstotliwości od 20 KHz do kilku GHz w kierunku badanego odcisku, i rejestrują echo, którego analiza pozwala odtworzyć trójwymiarową strukturę odcisku (grzbiety i doliny linii papilarnych).

Konstrukcja czytnika ultradźwiękowego

Oprogramowanie

Obraz odcisku palca bezpośrednio z czytnika, często jest dość słabej jakości. Pierwszym krokiem jest więc poprawienie i przetworzenie obrazu w celu uzyskania wysoko-kontrastowego obrazu binarnego. Na tak przygotowanym obrazie wyszukiwane są krawędzie (grzbiety linii papilarnych) i specjalny algorytm śledzenia krawędzi wyszukuje punkty charakterystyczne, czyli zakończenia i rozgałęzienia grzbietów. Układ tych punktów charakterystycznych zapamiętywany jest jako wzorzec dla danego palca danej osoby. W procesie weryfikacji, pobierany jest kolejny obraz tego samego palca i przetwarzany w identyczny sposób. Następnie znaleziony układ minucji porównywany jest z zapamiętanym wzorcem. Z reguły, na każdym palcu można znaleźć 30 do 40 punktów charakterystycznych. Jednak w związku ze zmiennością pomiarów zakłada się, że zgodność około 20 minucji jest wystarczająca żeby potwierdzić tożsamość badanej osoby.

Odcisk pobrany czytnikiem pojemnościowym

Przetworzony obraz ze znalezionymi minucjami

Znaleziony układ minucji (wzorzec)

Standardy

• ISO 19784 - BioAPI (SC 37 N055), definiuje nagłówki BIR - formatu danych biometrycznych
• ISO 19794-2 - Minucje (SC 37 N340)*, definiuje format zapisu minucji
• ISO 19794-4 - Obraz linii papilarnych (SC 37 N341)*, definiuje parametry obrazu linii papilarnych