Датчики для систем контроля и удаленного доступа с дактилоскопической идентификацией

NovaInfo 33, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 1
CC BY-NC

Аннотация

Проведён анализ существующих способов и видов дактилоскопической идентификации личности с помощью отпечатка пальцев. Выявлены основные особенности этих способов распознавания отпечатка пальца, раскрыты недостатки каждого вида с последующем выводом.

Ключевые слова

СЕНСОР, ДАКТИЛОСКОПИЯ, ДАТЧИК, ДОСТУП, КОНТРОЛЬ, СИСТЕМА, СКАНЕР

Текст научной работы

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.

– Принцип работы FTIR-сканер
Рисунок 1. Принцип работы FTIR-сканер

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.

– Оптоволоконный — сканер
Рисунок 2. Оптоволоконный — сканер

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.

- оптический протяженный сканер
Рисунок 3. Оптический протяженный сканер

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.

– Роликовый сканер
Рисунок 4. Роликовый сканер

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.

- Бесконтактный сканер
Рисунок 5. Бесконтактный сканер

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)

- Полупроводниковые (кремниевые) сканеры
Рисунок 6. Полупроводниковые (кремниевые) сканеры

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

- Протяжный термосканер
Рисунок 7. Протяжный термосканер

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).

- Ультразвуковые сканеры
Рисунок 8. Ультразвуковые сканеры

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.

Читайте также

Список литературы

  1. Сканеры отпечатков пальцев : [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://www.idexpert.ru/equipment/7/
  2. Белов А.Г. Обеспечение влагозащитного покрытия печатных узлов датчика протечки / А.Г. Белов, В.Я. Баннов, В.А. Трусов, И.И. Кочегаров, А.В. Лысенко, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 151-154.
  3. Горячев Н.В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н.В., Танатов М.К., Юрков Н.К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70-75.

Цитировать

Апендин, М.А. Датчики для систем контроля и удаленного доступа с дактилоскопической идентификацией / М.А. Апендин. — Текст : электронный // NovaInfo, 2015. — № 33. — URL: https://novainfo.ru/article/3550 (дата обращения: 26.06.2022).

Поделиться