В современном мире проблема идентификации человека чаще всего возникает для ограничения доступа к различным объектам или ресурсам. В обычных пропускных системах, идентификацию проходит не сам человек, а вещь, им предъявленная: документ, карточка, пароль или ключ. Все эти вещи легко могут быть потеряны, подделаны, переданы другому лицу или забыты. На кистях рук и поверхностях стоп ног находятся — папиллярные узоры. Они возникают у человека во время формирования кожных покровов и неизменны до смерти человека. Папиллярные узоры после повреждений кожи восстанавливаются в первоначальном виде, а после глубоких повреждений остаются индивидуальные шрамы. Строение узоров на кистях рук и стоп ног индивидуально и узоры не повторяются, что доказано столетними исследованиями.
Благодаря этим свойствам, этот способ эффективно используется в настоящее время для установления личности человека. Большое распространение для идентификации личности человека, получило использование папиллярных узоров концевых фаланг пальцев рук. Но с каждым днем появляются новые методы идентификации личности, которые стараются приравнять к дактилоскопической, по надежности и эффективности. На рынке находится большое количество сканеров отпечатков пальцев от различных производителей, которые отличаются методами и алгоритмами определения. Сканеры отпечатков пальцев делятся на 3 группы: оптические, керамические и ультразвуковые.
Оптические датчики
FTIR — сканеры — оптические контактные сканеры (рисунок 1.), основанной принцип работы заключается в подсвечивании внешним источником света, участков кожи на линии соприкосновения пальца с поверхностью стекла сканера. При падении луча света на границу разделения двух сред, световой луч делится на две части: один отражается от границы, другой — проникает через границу в другую среду. Отраженная энергия зависит от угла падения. Следовательно, от границы отразятся пучки света, но только в точках с полным внутренним отражением. Для получения световой картинки папиллярного узора поверхности пальца, используется камера определенного образца.
Ведущие производители оптических FTIR-сканеров: Digital Persona, BioLink, Identix.
Оптоволоконные сканеры — представляют собой оптоволоконную матрицу, где изображение папиллярного узора поверхности пальца передается на фото устройство (Рисунок 2). Высокая чувствительность нескольких фотоэлементов, позволяет зафиксировать остаточный свет, проходящий через папиллярный узор на пальце, к поверхности сканера. Изображение узора формируется по данным от каждого из фотоэлементов. Ведущая фирма производитель — Delsy.
Электрооптические сканеры (контактные сканеры). Основной принцип работы — использование специального полимера, с дополнительным светоизлучающим слоем. Во время прикладывания к сенсору пальца, между выступами и впадинами папиллярного узора, возникает разность потенциалов, которая и влияет на интенсивность свечения в точках изображения. Благодаря фотодиодной матрице изображение преобразуется в цифровую форму. Ведущая фирма производитель — Security First Corp
Оптические протяженные сканеры, Принцип работы — использование эффекта полного внутреннего отражения. Особенность этого вида сканера заключается в том, что пользователю приходится проводить палец по узкой полосе считывателя изображения (Рисунок 3). Во время движения пальца по поверхности сканера, делается серия снимков. При этом получается несколько изображений, соседние кадры снимаются с небольшим наложением, что значительно уменьшает размеры призмы и сканера. Получение конечного изображения отпечатка пальца, и последующая обработка используют специальное программное обеспечение. Ведущая фирма изготовитель — Kinetic Sciences.
Роликовые сканеры — оптические контактные сканеры. Особенность этого вида заключается в конструкции, где необходимо прокатывание пальцем по вращающемуся цилиндру, в котором находится источник света с оптической линзой и фоточувствительная камера (Рисунок 4). Во время сканирования используется специальная оптическая технология: внутри вращающегося цилиндра находятся источник света, линза с миниатюрной камерой. Изображение папиллярного узора пальца фокусируется линзой, после чего попадает на фоточувствительную камеру. После полной прокрутки, «собирается изображение» отпечатка пальца.
Ведущие фирмы производители — Digital Persona, CASIO Computer и ALPS Electric.
Бесконтактные сканеры. Их особенность заключается в том, что контакт сканирующего устройства с поверхностью пальца не требуется (Рисунок 5). Палец прикладывается к отверстию сканирующего устройства, источники света подсвечивают его с разных сторон, в центре сканера находится линза, благодаря которой, изображение проецируется на чувствительную камеру и с помощью специального программного обеспечения обрабатывается, что в итоге получается снимок отпечатка пальца.
Полупроводниковые (кремниевые) датчики
В полупроводниковых датчиках используют матрицу из чувствительных микроэлементов, которая преобразовывает сигналы в цифровую форму. Принцип работы полупроводниковых сканеров можно изобразить следующим образом: (Рисунок 6)
Емкостные сканеры — контактные сканеры. Измеряющие изменения электрической емкости между неровностями кожи для построения изображения папиллярных узоров. Особенность их построения заключается в полупроводниковых матрицах, выполняющих роль микроконденсаторов. Последующая покадровая сборка снимка отпечатка пальца осуществляется с помощью специально программного обеспечения.
Ведущие фирмы изготовители: Infineon, ST-Microelectronics, Veridicom и Fujitsu.
Чувствительные к давлению сканеры — контактные сканеры. Основанной принцип работы заключается в использовании матриц чувствительных к давлению. С их помощью строиться изображение из-за разности давления между выступами и углублениями папиллярного узора на пальцах.
Ведущая фирма производитель — BMF.
Термосканеры — полупроводниковые контактные сканеры. Принцип работы использование матриц из пироэлектрических элементов. Цифровое изображение отпечатка пальца строится из-за разницы температур в выступах и углублениях папиллярного узора. Существуют также протяженные термосканеры, в которых необходимо проводить пальцем по чувствительной площадке, состоящей из пироэлектрических элементов.
Ведущая фирма производитель — Atmel.
Радиочастотные сканеры — контактные полупроводниковые сканеры, Принцип работы — использование отраженных радиочастотных волн от участков поверхности пальца. Приемниками являются матрицы — «микроантенны». Дактилоскопическое изображение строится из-за разности ЭДС, в точках папиллярного узора. Цифровое изображение преобразуется с помощью матрицы — «микроантенны».
Ведущая фирма производитель — Authentee.
Протяжные термосканеры. (Рисунок 7) В таких сканерах необходимо проводить пальцем по поверхности чувствительного элемента. Принцип работы очень схож с оптическими протяженными сканерами, но отличие заключается в чувствительном элементе
Емкостные протяжные сканеры — используют способ покадровой сборки изображения с помощью емкостного полупроводникового сенсора.
Радиочастотные протяжные сканеры — в отличии от емкостных, используют радиочастотную технологию
Ультразвуковые сканеры
Ультразвуковое сканирование — сканирование поверхности пальца с помощью ультразвуковых волн и измерение расстояния между источником волн и не ровностями папиллярного узора поверхности пальца (рисунок 8). Качество изображения повышается в 10 раз, в отличии от других методов. Данный способ отлично защищен от муляжей, поскольку позволяет получать и дополнительные характеристики состояния человека (например, пульс).
С каждым днем пополнятся ряды новых методов и способов сканирования отпечатков пальцев, со своими преимуществами и недостатками. Дактилоскопическая идентификации позволяет заменить привычные нам действия: подписи, пароли, упрощается оплата банковской картой, заменяет ключ. Но все же основное применение дактилоскопической идентификации: криминалистика, защита от несанкционированного доступа к различным объектам или ресурсам. Но и часто используются в охранных системах и системах учета рабочего времени сотрудников. Но и различные способы имеют свои недостатки между собой:
Оптические сканеры
Недостатки:
- сложность с реализацией компактных сканеров;
- стоимость дактилоскопических сканеров, из-за большого числа компонентов и сложной технологии изготовления;
- оптические сканеры неустойчивы к муляжам и мертвым пальцам, но уже практически все производители реализовали механизмы защиты от муляжей.
Полупроводниковые (кремниевые) сканеры
Недостатки:
- чувствительные к давлению сканеры дают изображение низкого качества;
- необходимость прикладывания пальца к полупроводниковой поверхности, потому что любой промежуточный слой влияет на результаты;
- быстрое изнашивание полупроводниковой поверхности;
- емкостные сканеры чувствительны к внешним электрическим полям, которые способны вывести сенсор из строя;
- у прокаточных сканеров существует зависимость качества изображения от скорости движения пальца по сканирующей поверхности.
Ультразвуковые сканеры
Недостатки:
- высокая цена по сравнению с оптическими и полупроводниковыми сканерами;
- большие габариты сканера.
Подводя итог отметим, что за последнее время, технология идентификации настолько продвинулась, что сканеры последнего поколения практически лишены недостатков предыдущего поколения, одновременно они приобрели преимущества: габариты, доступность и цена. Хотя всего несколько лет назад существовало всего лишь две технологии: оптическая и полупроводниковая. Но появилась революционно новая технология сканирования отпечатка пальца с большим потенциалом — ультразвуковая, которой еще только предстоит пройти все этапы становления и закрепления.