Porady

Poznajmy technologię: Jak działa czytnik linii papilarnych?

26 listopada 2015, Aktualizacja 6 marca 2018Lenovo

Jak działa czytnik linii papilarnych?

Czytniki linii papilarnych trafiają do coraz większej liczby współcześnie produkowanych urządzeń. Warto wiedzieć jak działają.

Skomputeryzowane skanery odcisków palców przez dziesiątki lat głównie można było zobaczyć w filmach szpiegowskich. Dla przeciętnego zjadacza chleba były to urządzenia egzotyczne, opierające swoje działanie na tajemniczych, ściśle tajnych technologiach. Dziś można je spotkać w zasadzie wszędzie. Są stosowane jako zabezpieczenie dostępu już nie tylko do laboratoriów naukowych czy banków, ale także w zupełnie zwyczajnych laptopach czy smartfonach.

Odciski palców

Czytniki odcisków palców wykorzystują jedną z cech biomterycznych, które identyfikują każdego z nas. Nie mogłyby spełniać swojej roli gdyby nie charakterystyczny układ bruzd na skórze naszych palców, który kształtuje się w czasie trwania życia płodowego. Pomiędzy 100 a 120 dniem życia płodu nasza skóra marszczy się w zupełnie przypadkowy sposób. Układ ten jest niepowtarzalny, co uzasadnia jego wykorzystanie w roli identyfikatora. Dwóch identycznych odcisków palców, jak do tej pory nie stwierdzono nawet u bliźniąt jednojajowych. Taki właśnie identyfikator musi poprawnie rozpoznać czytnik linii papilarnych. Ma on do wykonania dwa podstawowe zadania. Po pierwsze musi uzyskać obraz naszego palca i dopasować wzór jego grzbietów i dolin do zeskanowanych wcześniej obrazów. Metod rozpoznawania jest wiele.rrfrf

Skaner optyczny

Podstawą konstrukcji optycznego skanera odcisków palców jest matryca CCD – urządzenie, które stosowane jest również w aparatach cyfrowych i kamerach. Składa się z wielu elementów światłoczułych generujących sygnał elektryczny proporcjonalny do ilości padającego na nie światła, tworząc w ten sposób obraz składający się z jasnych i ciemnych pikseli czyli najogólniej mówiąc zdjęcie naszego palca. Od tego zdjęcia zaczyna się proces identyfikacji. Powstaje ono po przyłożenia palca do szklanej płytki skanera. Aby obraz był jak najlepszy, w czytnikach zwykle stosuje się własne źródło światła, najczęściej w postaci diody elektroluminescencyjnej (LED). Czasami jednak warunki nie są idealne, więc większość skanerów wyposażona jest także w systemy dbające o to, aby zdjęcie takie było jak najostrzejsze i dysponowało jak największą użyteczną rozdzielczością. Działają one niemal identycznie jak w aparatach cyfrowych.

Skanery pojemnościowe

Drugim, stosowanym współcześnie typem skanerów linii papilarnych są urządzenia pojemnościowe. Podobnie jak czytniki optyczne generują one obraz naszego palca, jednak zamiast matrycy CCD wykorzystują one maleńkie kondensatory. Komórki, składające się z dwóch płytek przewodzących pokrytych warstwą izolacyjną, podobnie jak elementy światłoczułe, muszą być bardzo małe – żeby poprawnie zbudować obraz odcisku palca muszą być znacznie mniejsze niż szerokość grzbietów i dolin opuszki palca. Przykładając palec do czytnika zmieniamy pojemność poszczególnych komórek takiego skanera, na podstawie której układy elektroniczne takiego czytnika budują obraz odcisku palca, bardzo podobny do uzyskanego za pomocą skanera optycznego. Przewaga rozwiązania pojemnościowego nad optycznym polega na tym, że czytnik taki działa bardziej precyzyjnie i trudniej go “oszukać”. Wymaga on bowiem prawdziwego, trójwymiarowego odcisku palca a nie tylko jego obrazu.

Skanery termiczne

W tym przypadku zasada odczytu odcisku palca polega na wykryciu różnic temperatury między grzbietami a dolinami linii papilarnych, we wgłębieniu których znajduje się powietrze. Konstrukcja takiego skanera jest analogiczna do skanera pojemnościowego ale obraz odcisku palca budowany jest za pomocą sensorów termicznych.

Skanery ultradźwiękowe

Ostatnim ze stosowanych na co dzień czytników linii papilarnych są skanery ultradźwiękowe. Zasada ich działania opiera się na budowaniu obrazu odcisku palca na podstawie występowania zjawisk dyfrakcji, odbicia dźwięku oraz rozproszenia podczas kontaktu powierzchni ciała stałego, do którego dociera dźwięk, z inną powierzchnią, czyli opuszki palca z powierzchnią czytnika.

Analiza odczytu

W wielu filmach i serialach telewizyjnych można zaobserwować porównywanie odcisków palców polegające na nakładaniu na siebie wielu obrazów linii papilarnych i szukanie pasujących wzorów. Nic bardziej mylnego. W rzeczywistości dwa obrazy tych samych odcisków palców wyglądać mogą zupełnie inaczej. Druga sprawa to fakt, że taka analiza obrazu wymagałaby dość sporych nakładów mocy obliczeniowej. Sprawę można rozwiązać dużo prościej i tak się właśnie robi. Skanery analizują nie cały obraz, a wyłącznie szczególne cechy odcisków palców znane jako minucje. Minucji jest wiele, ale zazwyczaj programy analizujące je skupiają się wyłącznie na wykrywaniu zakończeń i rozgałęzień czyli miejsc gdzie linie papilarne kończą się lub rozdzielają. Najpierw jednak, aby ułatwić działanie mechanizmów identyfikujących, tworzy się mapę orientacji grzbietów odcisku palca oraz odpowiednio filtruje się obraz.

W celu wykrycia minucji wykorzystuje się skomplikowane algorytmy, których zadaniem jest wyznaczenie ich względnych pozycji. Po wyznaczeniu ich pozycji tworzy się opisujący je graf. Identyfikacja osoby polega na porównaniu ze sobą dwóch takich grafów. Wyszukuje się jednak nie identyczne grafy, ale te, które są względem siebie izomorficzne. Krótko mówiąc – wszystkie stosowane obecnie algorytmy zakładają całkowite zawieranie się jednego grafu w drugim. Pozytwna identyfikacja polega na spełnieniu przez badany graf warunków zgodności – odpowiedniej liczby zgodnych wierzchołków oraz stosunku zgodnych wierzchołków do wszystkich, obecnych w grafie. Wartości te zależą od przeznaczenia danego czytnika. Nigdy nie są to jednak wygórowane wartości. Przeciętnie wynoszą one zaledwie 12 zgodnych wierzchołków oraz 40% zgodności. Pozornie nie jest to wiele, ale są to wartości zazwyczaj wystarczające.

Ostatnie stadium całego procesu to wykonanie zadania przyporządkowanemu poprawnej identyfikacji. Najczęściej jest to odblokowanie dostępu czy też urządzenia, choć nic nie stoi na przeszkodzie, aby taki biometryczny włącznik wywoływał jakiekolwiek inne działanie.

Jeśli więc kiedykolwiek traficie na urządzenie, które odblokować można jedynie odciskiem palca, będziecie wiedzieć, jakie rozwiązania technologiczne kryją się za jego działaniem.

 



Udostępnij

Powiązane Artykuły

Czy robot-przyjaciel wkradłby się w łaski Zucha? [futurologia]

Lenovo

Lenovo C470 - komputer dla ucznia

Lenovo

Lenovo z tytułem Marki Godnej Zaufania 2017

Lenovo

Komentarze do artykułu


widget instagram lenovo
widget twitter lenovo
widget facebook lenovo
widget youtube lenovo
Przeczytaj poprzedni wpis:
#ŚwiętujInaczej z Lenovo odc.2! Konkurs na YouTube!

Mamy przyjemność przedstawić Wam nową serię konkursów na naszym kanale YouTube spod znaku #ŚwiętujInaczej! Od dzisiaj do końca roku organizować...

Zamknij