Wprowadzenie

Każdy system biometryczny można scharakteryzować przy pomocy takich właściwości, jak poziom błędów, koszt czy stopień akceptacji przez użytkowników. Właściwości te przybierają odmienne wartości dla różnych metod biometrycznych. Często uważa się, iż poziomy błędów są najważniejszą charakterystyką biometrycznych systemów bezpieczeństwa. Może tak być faktycznie, ale tylko wówczas, gdy weźmiemy pod uwagę również inne ważne właściwości systemu, takie jak wygoda i prostota użycia czy poziom akceptacji użytkowników. Okazuje się, iż wiele praktycznych zastosowań nie wymaga, aby system idealnie rozpoznawał tożsamość użytkowników. Często wystarczająca okazuje się weryfikacja tożsamości, bez potrzeby identyfikacji. Z drugiej strony, poziom akceptacji systemu przez użytkowników staje się dziś jednym z najważniejszych czynników, decydujących o przydatności wybranej techniki biometrycznej do konkretnego zastosowania.

Rysunek 1. Obraz dłoni wykonany za pomocą prototypowego czytnika dłoni, wykonanego w Pracowni Biometrii NASK.

Systemy geometrii dłoni są powszechnie stosowane w celu weryfikacji tożsamości. Są to systemy nie budzące obaw odnośnie zachowania prywatności użytkowników, stosunkowo tanie w budowie i proste w użyciu, a przy tym zapewniające wysoki poziom bezpieczeństwa. Po pierwsze większość z nas nie uważa kształtu dłoni za cechę szczególnie osobistą bądź intymną (w przeciwieństwie np. do odcisków palców, często uznawanych za cechę bardzo osobistą, pomimo faktu, że zostawia się je na setkach przedmiotów dotykanych każdego dnia). Jesteśmy przyzwyczajeni do wymieniania uścisków dłoni i dotykania dłonią różnych przedmiotów, stąd bezpośredni kontakt z urządzeniem pomiarowym zwykle nie budzi naszych obaw (a przykładowo użytkownicy systemów tęczówki często odczuwają pewną blokadę np. przed spojrzeniem prosto w kamerę). Po drugie, cechy geometrii dłoni nie zawierają wystarczającej ilości informacji, która pozwalałaby na identyfikację tożsamości. Co więcej, systemy te wykorzystują proste metody pomiaru i z tego względu są nie tylko tanie w budowie, ale również proste w użyciu. Czas potrzebny użytkownikowi do nauczenia się, jak korzystać z urządzenia jest nieporównywalnie krótszy niż w przypadku innych metod biometrycznych. Powyższe cechy sprawiają, że systemy geometrii dłoni są jednymi z najszerzej akceptowanych ze względów społecznych, kulturowych, psychologicznych i religijnych metod biometrycznych na świecie.

Warto zauważyć, że mimo iż niemal cała pracująca populacja ma dłonie to system może również zostać zaadaptowany do obsługi osób niepełnosprawnych (oczywiście tylko z pewnymi typami niepełnosprawności). W razie konieczności istnieje możliwość integracji z innymi technikami biometrycznymi, a w szczególności z pomiarami odcisków palców i/lub układu linii papilarnych na wewnętrznej stronie dłoni (ang. palmprints).

Główną wadą biometrii geometrii dłoni jest fakt, że jakość działania systemu może zostać poważnie zmniejszona w przypadku poważnych zranień dłoni (opuchnięcia, złamania). Tymczasem uszkodzenia kończyn górnych są jednymi z najczęściej występujących skutków wypadków przy pracy. W skrajnych przypadkach, gdy użycie dłoni nie jest już możliwe, należy zastosować specjalne techniki obejścia (np. korzystanie ze specjalnej przepustki). Częściowym rozwiązaniem tego typu problemów może być wprowadzanie do pamięci systemu obu dłoni każdego użytkownika.

Jak to działa?

Biometryczne systemy weryfikujące, bazujące na geometrii dłoni wykorzystują jedynie informacje o fizycznych wymiarach dłoni, takich jak długości i szerokości palców (mierzone w kilku różnych miejscach) czy pewne geometryczne własności środkowej części dłoni (śródręcza). Należy w tym miejscu podkreślić, że inne cechy, takie jak odciski palców, wzór linii papilarnych na wewnętrznej stronie dłoni (ang. palmprints), zdjęcia termiczne dłoni czy układ naczyń krwionośnych dłoni, jakkolwiek są naturalnie związane z dłonią, uznaje się za oddzielne rodzaje metod biometrycznych (każda z nich wymaga innego przetwarzania). Większość z powyższych technik może zostać połączona w jednym urządzeniu z podejściem bazującym na pomiarach geometrii dłoni.

Dane dotyczące kształtu dłoni są obliczane na podstawie zdjęcia dłoni. W celu uzyskania obrazu dłoni wykorzystujemy system wyposażony w kamerę telewizji przemysłowej, naświetlacz podczerwieni i specjalny panel z pięcioma kołkami pozycjonującymi. W czasie wykonywania zdjęcia dłoń należy położyć na panelu, a palce zbliżyć do odpowiednich kołków. System automatycznie sprawdza ułożenie dłoni i – jeśli jest ono prawidłowe – wykonuje zdjęcie dłoni. Dodatkowo na panelu umieszczone są dwa małe lustra w celu pobrania obrazu krawędzi dłoni i kciuka. W czasie całego procesu pomiaru użytkownik widzi swoją dłoń na ekranie, na którym wyświetlane są również specjalne podpowiedzi ułatwiające prawidłowe ułożenie dłoni. Pobierany obraz ma rozmiar 768 x 576 pikseli i jest wykonywany w skali szarości (obraz czarno-biały). Przykładowe zdjęcie dłoni wykonane za pomocą naszego systemu jest przedstawione na Rys. 1.

Po wykonania zdjęcia dłoni stosuje się specjalne techniki przetwarzania obrazu i wyznacza 40 geometrycznych cech dłoni. Standardowo w trakcie wprowadzania nowego użytkownika do systemu (ang. enrollment) wykonywane są 3 zdjęcia dłoni, a w procesie weryfikacji pobiera się jedynie 1 zdjęcie dłoni. W celu porównania dłoni z zapisanym w pamięci systemu wzorcem stosowane są różne techniki klasyfikacji. Sam proces porównania można rozumieć jako wyznaczanie odległości między wzorcem a aktualnie weryfikowaną dłonią. Jeśli dłoń należy do tego samego użytkownika, do którego należy wzorzec, to wyznaczona odległość jest mała (tzn. występuje duże podobieństwo między wzorcem a bieżącym obrazem dłoni). W przeciwnym wypadku odległość jest duża. Geometryczne cechy dłoni wyznaczane na podstawie zdjęcia dłoni są przedstawione na Rys. 2.

Rysunek 2. Czterdzieści cech geometrycznych dłoni.

W praktycznych zastosowaniach działanie systemu biometrycznego silnie zależy od łatwości jego użycia, co wpływa na poziom błędu fałszywego odrzucenia FRR (ang. False Rejection Rate). Ze względu na swoją prostotę systemy geometrii dłoni zwykle gwarantują bardzo niski poziom błędu FRR, który jest znacząco mniejszy niż dla systemów bazujących na pomiarach tęczówki czy twarzy. Jednocześnie poziom błędu fałszywej akceptacji FAR (ang. False Acceptance Rate) gwarantuje wysoki stopień bezpieczeństwa w zastosowaniach wymagających jedynie weryfikacji, bez konieczności identyfikacji tożsamości. Wartość błędu zrównoważonego EER (ang. Equal Error Rate) dla systemu geometrii dłoni skonstruowanego w naszej Pracowni wynosi poniżej 1%.