_سیستم های بیومتریک 50 ص

_سیستم های بیومتریک 50 ص

فهرست مطالب

 

 

 

 

 

چکیده................................................................................................................................7

مقدمه...............................................................................................................................9

فصلاول.......................................................................................................................... 11

سیستمبیومتریک.................................................................................................................11

اجزاىسیستم بیومتریک .......................................................................................................12

فصل دوم..........................................................................................................................14

تکنیک های بیومتریک...........................................................................................................14

تکنیکهای فیزیولوژیکی ....................................................................................................15

باز شناسی هویت از طریق اثر انگشت..........................................................................15

اصول کلی در سیستمهای تشخیص اثر انگشت..............................................................16

استخراج وی‍ژگی ها.................................................................................................19

نحوه به دست آمدن تصویر اثر انگشت........................................................................21

نحوه استخراج ویژگی ها..........................................................................................24

باز شناسی هویت از طریق چشم...................................................................................25

1- باز شناسی هویت با استفاده از شبکیه....................................................................25

تاریخچه ..........................................................................................................25

آناتومی و یکتایی شبکیه......................................................................................27

تکنولوژی دستگاههای اسکن ...............................................................................29

منابع خطاها ....................................................................................................29

استانداردهای عملکردی روشهای تشخیص هویت......................................................30

مزایا و معایب تشخیص هویت از طریق شبکیه..........................................................30

2-باز شناسی هویت با استفاده از عنبیه.....................................................................31

تاریخچه...........................................................................................................31

کاربردهای شناسایی افراد بر اساس عنبیه................................................................34

مزایا و معایب تشخیص هویت از طریق عنبیه...........................................................36

علم عنبیه........................................................................................................37

خصوصیات بیومتریک ژنتیکی و اکتسابی................................................................37

مقایسه بین الگوهای عنبیه مساوی از نظر ژنتیکی....................................................38

باز شناسی هویت از طریق چهره..................................................................................39

مقدمه..............................................................................................................................39

مشکلات اساسی در بازشناخت..................................................................................40

روشهای استخراج خصوصیات از چهره......................................................................41

روش اخذ تصاویر و تهیه بانک تصویر.......................................................................43

تغییرات اعمال شده بر روی تصاویر...........................................................................44

پارامترهای مهم در تعیین نرخ بازشناخت.....................................................................45

تکنیک هاى رفتارى..........................................................................................................47

باز شناسی هویت از طریق گفتار...................................................................................47

مقدمه..............................................................................................................................47

روشهای پیاده سازی سیستم های تصدیق گوینده............................................................49

معرفی برخی از روشهای بازشناسی گفتار....................................................................51

باز شناسی هویت از طریق امضا...................................................................................52

طبیعت امضای انسان...............................................................................................52

انواع جعل امضا.....................................................................................................53

انواع ویژگی های موجود در یک امضا.........................................................................54

مزایا ومعایب ........................................................................................................55

کاربردهاى بیومتریک.......................................................................................................57

مزایاى فناورى هاى بیومتریک...........................................................................................57

نتیجه گیری ......................................................................................................................58

فهرست منابع....................................................................................................................59

Abstract......................................................................................................................60

 

 

 

 

چکیده

 

تشخیص هویت، نقشی حیاتی در جوامع پیشرفته امروزی پیدا کرده است. استفاده از روش‌های متداولی مثل کارت‌های هوشمند، رمزهای عبور و شماره‌های هویت فردی (PIN) روش‌های مناسبی هستند. مشکل اصلی در این روش‌ها عبارتند از گم شدن، دزدیده شدن و اینکه براحتی قابل حدس زدن، مشاهده شدن و یا فراموش شدن هستند. همانطور که می‌دانیم هر فرد دارای خصوصیات فیزیولوژیکی منحصر بفردی است که با زمان تغییر نمی‌کنند. این خصوصیات برای تشخیص هویت افراد بسیار مناسب به نظر می‌رسند. تا کنون مشخصه‌های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که هر کدام از آنها مزایا و معایب خاص خودشان را دارند. یکی از این مشخصه‌ها هندسه دست و انگشتان می‌باشد که در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته‌اند. با وجود اینکه سیستم‌‌های تجاری وجود دارند که از هندسه دست برای شناسایی هویت استفاده می‌کنند ولی مقالات موجود روی این زمینه بسیار کم و محدود می‌باشند. ضمنا این مقالات بر روی جمعیت‌های بسیار محدودی انجام شده‌اند و برای جمع‌آوری تصاویر از ابزار خاصی استفاده می‌کنند که بسیار محدود کننده هستند. در این تحقیق سعی شده است تا هیچگونه محدودیتی هنگام جمع‌آوری تصویر روی فرد اعمال نشود و نسبت به مقالات پیشین مطالعه روی جمعیت بیشتری صورت گیرد. ضمنا غیر از استفاده از ویژگی‌های متداول مورد استفاده در سایر مقالات از ویژگی‌های متنوع دیگری نیز برای بالا بردن درصد تشخیص صحیح استفاده شده است. یکی از این ویژگی‌ها استفاده از اطلاعات فرکانسی ژست‌های دست است. در بخش نتایج ملاحظه می‌شود که استفاده همزمان از ویژگی‌های هندسی با اطلاعات فرکانسی ژست‌ها نتایج بسیار مطلوبی را در بر خواهد داشت.

 

 

 

 

 

مقدمه

برای صدور اجازه ورود برای یک فرد نیاز داریم وی را شناسایی و هویت وی را تایید کنیم و مورد نظر ما انجام بررسیهایی است که بصورت خودکار توسط یک سیستم صورت بگیرد.

در اصل تمام روشهای شناسایی با سه مورد زیر در ارتباط است ::

۱- آنچه که شما میدانید (یک کلمه عبور یا PIN)

۲- آنجه که شما دارید (یک کارت یا نشانه های دیگر)

۳- آنچه که شما هستید (مشخصات فیزیکی یا رفتاری)

مورد آخر به نام زیست سنجی (Biometrics) نیز شناخته میشود.

کلمه بیو متریک از کلمه یونانی bios‌به معنای زندگی و کلمه metrikos به معنای اندازه گیری تشکیل شده است. همه ما می دانیم که ما برای شناسایی همدیگر از یک سری ویژگی هایی استفاده می کنیم که برای هر شخص به طور انحصاری است و از شخصی به شخص دیگر فرق می کند که از آن جمله می توان به صورت و گفتار و طرز راه رفتن می توان اشاره کرد. امروزه در زمینه های فراوانی ما به وسایلی نیاز داریم که هویت اشخاص را شناسایی کند و بر اساس ویژگیهای بدن اشخاص آن هارا بازشناسی کند و این زمینه هر روز بیشتر و بیشتر رشد پیدا می کند و علاقه مندان فراوانی را پیدا کرده است. علاوه بر این ها امروزه ID و password کارتهایی که بکار برده می شوند دسترسی را محدود می کنند اما این روشها به راحتی می توانند شکسته شوند و لذا غیر قابل اطمینان هستند. بیو متری را نمی توان امانت داد یا گرفت نمی توان خرید یا فراموش کرد و جعل آن هم عملا غیر ممکن است.

یک سیستم بیو متری اساساً یک سیستم تشخیص الگو است که یک شخص را بر اساس بردار ویژگی های خاص فیزیولوژیک خاص یا رفتاری که دارد باز شناسی می کند. بردار ویژگی ها پس از استخراج معمولا در پایگاه داده ذخیره می گردد. یک سیستم بیومتری بر اساس ویژگی های فیزیولوژیک اصولا دارای ضریب اطمینان بالایی است .سیستم های بیو متری می توانند در دو مد تایید و شناسایی کار کنند. در حالی که شناسایی شامل مقایسه اطلاعات کسب شده در قالب خاصی با تمام کاربران در پایگاه داده است ، تایید فقط شامل مقایسه با یک قالب خاصی که ادعا شده است را می شود. بنابراین لازم است که به این دو مسئله به صورت جدا پرداخته شود.

 

فصل اول

 

سیستم بیومتریک

 

سیستم بیومتریک یک سیستم تشخیص الگو است که هویت اشخاص را تعیین یا تأیید مى کند و این عملیات را با استفاده از اطلاعات بیومتریک کاربران انجام مى دهد. نخستین گام در استفاده از این سیستم ثبت اطلاعات بیومتریکى کاربران در بانک اطلاعات (Data Base) سیستم است که پس از ثبت اطلاعات افراد در این سامانه، دو نوع خدمت از سامانه بیومتریکى در خواست مى شود: تأیید هویت و تعیین هویت.

در فرایند تعیین هویت، سؤالى که مطرح مى شود این است که او چه کسى است؟

دستگاه بیومتریک پس از دریافت داده هاى بیومتریک توسط شخص متقاضى به انجام عمل مقایسه مى پردازد که این مقایسه میان اطلاعات بیومتریک شخص با اطلاعات موجود در بانک اطلاعات انجام مى گیرد.در این حالت، فرض بر این است که اطلاعات فرد در بانک اطلاعات موجود است.

اما در فرایند تأیید هویت، سؤالى که به دنبال پاسخش مى گردیم، این است که آیا او همان فردى است که ادعا مى کند؟

در تأیید هویت، ابتدا متقاضى با استفاده از نام یا وارد کردن رمز عبور و یا یک مدرک شناسایى ادعا مى کند که هویت خاصى را دارد. سپس سامانه به مقایسه داده هاى بیومتریکى مدعى با داده هاى ثبت شده در بانک مشخصات مى پردازد و ادعاى وى را مورد بررسى قرار مى دهد و نتیجه را اعلام مى کند

آزمایش زیست سنجى (Biometric) در سیستم بیومتریک شامل سه گام است: ثبت مشخصات، مقایسه و به روز رسانى.

۱- ثبت مشخصات: کاربران با سنجش هاى اولیه در سیستم ثبت نام مى شوند. این عمل در چندین مرحله براى ثبت اطلاعات دقیق انجام مى گیرد.

۲- مقایسه: گام بعدى مقایسه نمونه با الگوى مرجع است. در این مرحله تعیین سطوح مناسب خطاى مجاز (tolerance) خصوصاً براى سنجش رفتارى از اهمیت ویژه اى برخوردار است.

۳- به روز رسانى: تمامى سیستم هاى بیومتریک مخصوصاً آن هایى که از خصوصیات رفتارى کاربر استفاده مى کنند، باید براى به روزرسانى الگوى مرجع طراحى شده باشند.

یک سیستم بیومتری ساده دارای چهار بخش اساسی است :

1- بلوک سنسور: که کار دریافت اطلاعات بیومتری را بر عهده دارد.

2- بلوک استخراج ویژگیها: که اطلاعات گرفته شده را می گیرد و بردار ویژگی های آن را استخراج می کند.

3- بلوک مقایسه: که کار مقایسه بردار حاصل شده با قالبها را بر عهده دارد.

4- بلوک تصمیم: که این قسمت هویت را شنااسایی می کند یا هویت را قبول کرده یا رد می کند.

اجزاىسیستم بیومتریک

سیستم بیومتریک از ۳ جزء اصلى تشکیل مى شود:

۱- ابزار اندازه گیرى: ابزار طراحى شده در سیستم بیومتریک در حقیقت نقش واسطه با کاربر را برعهده دارد و لذا باید به راحتى توسط کاربران قابل استفاده باشد و در عین حال احتمال خطا در آن بسیار کم باشد.

۲- نرم افزار: این نرم افزار که براساس الگوریتم هاى ریاضى طراحى شده است، متغیرهاى سنجش شده را با الگوى مرجع موجود در بانک اطلاعات مقایسه مى کند.

۳- سخت افزار: در طراحى سامانه بیومتریکى، به قطعات سخت افزارى و کاربرد آنها باید بیش از سایر دستگاه هاى مشابه توجه نشان داد تا در انجام محاسبات دچار خطا نشود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل دوم

 

تکنیک های بیومتری

بررسى هاى بیومتریک به دو دسته عمده تقسیم مى شود:

۱- تکنیک هاى رفتارى (Behavioral): در این روش، طرز انجام کارى توسط کاربر سنجیده مى شود. مانند امضا کردن یا بیان کردن یک عبارت.

۲- تکنیک های فیزیکى (Physiometric) : در این حالت، یک خصوصیت فیزیکى مانند اثر انگشت یا الگوى عنبیه مورد سنجش قرار مى گیرد.

 

 

 

تکنیکهای فیزیولوژیکى

 

باز شناسی هویت از طریق اثر انگشت

این روش قدیمی ترین روش آزمایش تشخیص هویت از راه دور است. اگرچه قبلاً اثر انگشت تنها در زمینه جرم قابل بحث بود، تحقیقات در بسیاری کشورها سطحی از پذیرش را نشان میدهد که به این روش اجازه استفاده در برنامه های عمومی را می دهد. سیستمها میتوانند جزئیاتی از اثر انگشت (نقاطی مانند تقاطعها یا کناره های برجستگیها) یا کل تصویر را بگیرند. الگوهای مرجع که برای حفظ این جزئیات بکار میرود در حدود ۱۰۰ بایت هستند که در مقایسه با تصویر کاملی که از اثر انگشت با حجم ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ بایت میباشد,بسیار کوچکتر هستند.

در حال حاضر اثر انگشت خوانهای زیادی در دامنه وسیعی وجود دارند که به همراه بعضی کارتخوانها استفاده میشوند. اگرچه در حال حاضر قیمت آنها چندان پایین نیست اما میزان عرضه آنان در فروشگاههای کامپیوتر عادی باعث افت سریع قیمت آنان خواهد شد. به طور مثال شرکت هواپیمایی آلمان لوفتانزا ، آزمایش بلیت های بیومتریک را آغاز کرده است. این بلیت ها با اطلاعات مربوط به اثر انگشت شصت مسافران رمزگذاری شده اند و انتظار میرود سرعت کنترل را بدون پیچیدگی های امنیتی افزایش دهند.

در این بخش سعی بر آن شده است که اصول کلی، موانع و محدودیت های سیستمهای تشخیص اثر انگشت بررسی شوند.

 

 

 

اصول کلی در سیستمهای تشخیص اثر انگشت:

همانگونه که اشاره شد، اثر انگشت یکی از روشهای مطمئن برای شناسایی افراد می باشدو در زمینه هایی نظیر رسیدگی به جرم، سیستم های کنترل حوادث، کنترل مرزهای ملی و ... به کار می رود. دلیل اصلی انتخاب اثر انگشت برای شناسایی افراد این است که اثر انگشت هر فرد منحصر به فرد بوده و بعضی از ویژگی های آن تا آخر عمر ثابت باقی می ماند و از همین ویژگی ها در تطبیق اثر انگشت استفاده می شود. برای تطبیق دستی اثر انگشت روشهای استانداردی وجود دارد، اما روش دستی تطبیق اثر انگشت کاری مشکل و بسیار وقت گیر بوده و کارایی لازم را ندارد.البته از آنجا که بانکهای اطلاعاتی دارای میلیونها اثر انگشت می باشد، عملاً تطبیق دستی اثر انگشت امری محال می شود.

به منظور اتوماتیک کردن تطبیق باید روشی برای تصویر و یا کد کردن اثر انگشت تعریف گردد. برای این منظور تصویر بایستی شرایط زیر را داشته باشد:

1- توانایی تمایز هر اثر انگشت در سطوح مختلف رزولوشن،

2- محاسبات ساده

3- قابلیت بکارگیری در الگوریتم های تطبیق اتوماتیک،

4- پایداری و عدم تغییر با نویز و خرابی ها

5- کارا بودن و نشان دادن تصاویر به صورت فشرده

اگر تصویر به صورت خام ذخیره شود، حافظه زیادی مورد نیاز است و سیستم کارایی لازم را نخواهد داشت. در روشهای ساختاری وی‍‍ژگی ها از تصویر استخراج و تصویر با این ویژگی ها شناخته شده و همچنین با استفاده از همین ویژگیها عمل تطبیق صورت می گیرد.

اثر انگشت از برآمدگی ها و فرو رفتگی ای فلو مانندی تشکیل شده است که بسته به وضعیت قرار گرفتن آنها وی‍ژگی های مختلفی به وجود می آید. تا کنون 18 ویژگی برای اثر انگشت شناخته شده است که دو ویژگی مهم آن ، انتهای برآمدگی و دوشاخه شدن برآمدگی می باشدکه اصطلاحاً به آنها مینوتیا می گویند. در شکل زیر این دو ویژگی نشان داده شده است:

 

شکل 1: ویژگی های مینوتا در اثر انگشت

اطلاعات مینوتیا در مولفه های x ، y و زاویه برآمدگی ها آنها قرار دارد.ساختار توپولوژیکی مینوتای یک اثر انگشت منحصر به فرد بوده و با گذشت زمان تغییر نمی کند. در نتیجه می توان تشخیص اثر انگشت را بر مبنای تطبیق ساختار توپولوژیکی مینوتیا استوار ساخت. در یک تصویر انگشت با کیفیت نسبتاً خوب در حدود 70 تا 80 مینوتا وجود دارد که البته این تعداد در تصویرهای جزئی به حدود 20 تا 30 ویژگی کاهش می یابد، اما باز هم بااین تعداد می توان عمل تطبیق اثر انگشت را انجام داد.

 

 

اکثر سیستمهای تشخیص اثر انگشت، ساختاری بر مبنای مینوتیا دارند. در این سیستمها سه مرحله اساسی برای تشخیص وجود دارد که عبارتند از:

1- پیش پردازش

2- استخراج مینوتیا

3- تطبیق مینوتیا

مرحله اول برای افزایش کیفیت تصویر انجام می گیرد، مرحله دوم برای استخراج ویژگی های تصویر و مرحله آخر برای مقایسه مورد استفاده قرار می گیرد.

در مورد تطبیق، روشهای گوناگونی وجود دارد که از جمله می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

1- تطبیق مجموعه نقاط

2- تطبیق گراف

3- همشکلی دو زیر گراف

البته عمل تطبیق بنا به دلایل زیر نیاز به محاسبات پیچیده دارد:

1- معمولاً کیفیت اثر انگشت پایین است.

2- بانک اطلاعاتی اثر انگشت ها بزرگ است.

3- تصویر هایی که به صورت ساختاری آسیب دیده اند، به الگوریتم های نیرومندی جهت تطبیق نیاز دارند.

در سیستمهای تشخیص اثر انگشت موجود دربازار که از این دو ویژگی (انتهای برآمدگی و دوشاخه شدن برآمدگی) استفاده می شود، به علت بزرگ بودن بانک اطلاعاتی و نویز دار بودن تصاویر، یک تطبیق یک به یک عملاً مشکل بوده و از این رو یکسری از تصویر های تطبیق یافته تهیه و سپس تطبیق نهایی توسط افراد متخصص انجام می گیرد.

 

استخراج سایر وی‍ژگی ها:

علاوه بر ویژگی های بیان شده ، در بسیاری از سیستمهای تشخیص اثر انگشت، از ویژگی های سطح بالا نیز استفاده می شود. این امر باعث افزایش صحت عمل تطبیق می گردد. یکی از این ویژگی های مهم کلاس الگوی اثر انگشت می باشد.

اثر انگشت به پنج کلاس اصلی تقسیم می شود ک عبارت اند از:

1- کمان

2- کمان مایل

3- حلقه چپ

4- حلقه راست

5- مارپیچ

در تصاویر نویز دار و جزئی ممکن است کلاس الگو نامشخص باشد، که در اینصورت از یک ویژگی سطح بالاتری به نام چگالی برآمدگی ها به جای کلاس الگو استفاده می شود که بیانگر تعداد برآمدگی ها در واحد طول تعریف می شود. به منظور مستقل کردن چگالی برآمدی ها از جهت تصویر، تعداد برآمدگی ها بین دو نقطه منفرد محاسبه می شود. نقاط منفرد در اثر انگشت هسته و دلتا می باشند.هسته بالاترین نقطه در داخلی ترین برآمدگی و دلتا یک نقطه سه شاخه است که سه برآمدگی از کنار آن عبور می کند. در شکل زیر این نقاط نمایش داده شده است:

شکل 2 : محل نقاط هسته و دلتا بر روی اثر انگشت

 

یک سیستم اتوماتیک تشخیص اثر انگشت دارای مراحل نشان داده شده در شکل 3 می باشد:

 

شکل3: بلوک دیاگرام نحوه کد کردن اطلاعات اثر انگشت

 

 

در ادامه به بررسی مختصری از مراحل فوق می پردازیم:

 

1- نحوه به دست آمدن تصویر اثر انگشت:

 

1-1- کاغذ و مرکب : در سالهای گذشته بیشتر از روش کاغذ و مرکب استفاده می شد به این ترتیب که در ابتدا اثر انگشت فرد با استفاده از مرکب بروی کاغذ ثبت و سپس تصویر اثر انگشت اسکن شده و فایل تصویری آن آماده می شد، که این روش اکنون به علت مشکلات خاص خود و البته پیشرفت تکنولوژی کم کم منسوخ می شود. معمولا چون کیفیت تصویر به دست آمده پایین است با استفاده از تکنیک های پردازش تصویر این نقیصه تا حدی مرتفع می گردد، در شکل 4 نمونه هایی از این عمل دیده می شود:

شکل4: نمونهای از پردازش اولیه تصویر به دست آمده از اسکن اثر انگشت

 

 

2-1- روش اسکن مستقیم نوری: روشهای گوناگونی برای انجام این نوع تصویر گیری وجود دارد. نمونه ای از آن در شکل زیر آمده است:

شکل5 : روش اسکن مستقیم نوری

3-1- با استفاده از سنسور LE

در این روش از تکنولوژی نیمه هادی ها استفاده می گردد. به این ترتیب که انگشت شخص بر روی سنسور LE که از جنس نیمه هادی می باشد، قرار گرفته (شکل6) و در نتیجه در محل های برآمدگی پوست انگشت که در تماس با سنسور می باشند، فوتون آزاد شده و به این ترتیب اثر انگشت ثبت می گردد.

دریافت فایل

---

جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید