دانلود تحقیق بیومتریک

معرفی علم بیومتریک

این مقاله به معرفی سیستمهای تشخیص هویت که مهمترین و دقیق‌ترین آنها بیومتریک است خواهد پرداخت.

پس از تعریف بیومتریک به تعریف معماری سیستم‌های بیومتریک می پردازیم و درمی یابیم که هر سیستم بیومتریک با چه معماری ای کار می‌کند.

در این مقاله همچنین در مورد چند تکنولوژی بیومتریک هم توضیح داده می‌شود مانند اثر انگشت، عنبیه چشم، نحوه راه رفتن، چهره و ...

اما به دلیل اینکه سیستم اثر انگشت از اهمیت بیشتری نسبت به دیگر سیستم‌ها برخوردار است بیشتر به تجزیه و تحلیل این سیستم خواهیم پرداخت و ابتدا به معرفی خطوط و نقاط مشخصه انگشت که در اصطلاح به آنها ریزه کاری گفته می‌شود می پردازیم و سپس روش‌های پردازش این نقاط برای رسیدن به الگویی برای شناسایی هویت را بیان خواهیم نمود.

پس از آن سنسورهای مختلف که همگی همراه با شکل برای فهم بیشتر مطرح شده اند مورد بحث قرار خواهند گرفت و سپس این سنسورها با هم مقایسه می‌شوند و مزیت هر یک بیان می‌شود.

سپس به معرفی سایر سیستم‌ها خواهیم پرداخت و در انتها به معرفی مفهوم ترکیبات بیومتریک و روش‌های متنوع آن خواهیم پرداخت .استفاده از روش ترکیب بیومتریک کارایی، امنیت، دقت سیستم را افزایش می‌دهد.

مقدمه

از دیر باز انسان برای بقا، نیاز به تشخیص دوست از دشمن داشته است و تشخیص هویت برای وی امری حیاتی بوده و هست، لذا امروزه سعی در مکانیزه سازی سیستمهای شناسایی یا تشخیص هویت شده است.

"این پیشرفتها دلیل بر نیاز جامعه و جهان است".[۱] نیازی که پیشرفت در آن باعث کاهش تخلفات، افزایش امنیت، تسریع در امور روزمره و ...

شده است.

در گذشته جهت شناسایی جرم و جنایتکار، از روال شناسایی اثر انگشت و چهره نگاری استفاده می شده، اما اکنون سیستمهای مکانیزه ای ایجاد شده است.

سیستمهای تشخیص هویت

توکن معمولاً چیزی است که شما به همراه خود دارید و میتوان گفت سند هویت شماست، مانند: کارتهای هوشمند، کارتهای مغناطیسی، کلید، پاسپورت، شناسنامه و ...

این اشیاء دارای نواقصی هستند همچون: گم شدن، عدم همراه بودن شخص، فرسوده شدن و جعل شدن.

دومین نوع سیستمهای شناسایی دانش نام دارد، یعنی چیزی که شما بخاطر میسپارید مانند:پسورد و پین کد.

البته این سری نیز دارای نواقصی هستند مانند: فراموش کردن و لو رفتن.

دسته سوم سیستمهای مبتنی بر بیومتریک است.

این سیستمها از خصیصه‌های فیزیولوژیکی و رفتاری انسان جهت شناسایی استفاده می کنند.

این روش دیگر معایب روشهای قبل را ندارد و امنیت و دقت را تا حد بسیار زیادی افزایش داده است.

بیومتریک چیست؟

• اندازه گیری و تحلیل آماری داده‌های بیولوژیکی • بیومتریک اشاره دارد به تکنولوژیی برای اندازه گیری و آنالیز مشخصات بدن افراد جهت تشخیص هویت شخص • شناسایی اتوماتیک یک شخص با استفاده از ویژگیهای اختصاصی (مشخصات فیزیولوژیکی یا رفتاری)(تعریف در کنسرسیوم بیومتریک)

دو اصطلاح مهم در بیومتریک: تطابق یک به یک، عمل تطابق الگوهای کاربر با داده‌های ذخیره شده .

تطابق یک به چند، یافتن یک الگو از میان الگوهای ذخیره شده جهت شناسایی کاربر.

طبقه بندی متدهای بیومتریک

عموما در سیستمهای بیومتریک از دو نوع ویژگی مختلف افراد جهت شناسایی استفاده می‌شود که در ذیل به آنها اشاره می کنیم.

• (پارامترهای فیزیولوژیکی) اساس شناسایی در این کلاس، اندازه گیری و آنالیز مشخصه‌های ثابت یک شخص می باشد.

• (پارامترهای رفتاری) شناسایی الگوهای رفتاری مشخص  (شناسایی از روی شبکیه¡ (اثر انگشت) ¡یک فرد پارامترهای فیزیولوژیکی :   (شناسایی از روی هندسه دست )¡ (شناسایی از طرق عنبیه چشم) ¡چشم)  ¡ (شناسایی از طریق صدا) ¡ (شناسایی از طریق امضاء) ¡پارامترهای رفتاری:  (شناسایی از روی شدت ضربه شخص بر روی کیبورد) در این مقاله ما سعی بر معرفی این سیتمها داریم.

معماری سیستمهای بیومتریک[۵]

تمامی سیستمهای بیومتریک دارای یک معماری کلی یکسان در ساخت هستند که به  تصمیم¡ تطبیق ¡ پردازش سیگنال ¡ درخواست داده‌ها ¡آنها اشاره میکنیم.   محیط انتقال داده ها زیر سیستم درخواست داده در¡ فضای ذخیره سازی ¡گیری  این زیر سیستم داده‌های خام، که از یک فرد، توسط یک سنسور ویژه اسکن شده است، وارد سیستم می شود.

فرایندی که در این زیر سیستم انجام می شود:

دریافت داده‌ها توسط سنسور

تبدیل داده های(سیگنالها) دریافتی از سنسورها به فرم مناسبی(A/D) جهت ارسال به زیر سیستم پردازش سیگنال

زیرسیستم پردازش سیگنال عملیات این زیر سیستم به شرح ذیل می باشد: ۱- دریافت داده‌های خام از زیر سیستم جمع آوری داده ۲- استخراج خصیصه ۳- عملیات فیلترینگ جهت حذف نویز ۴- اصلاح داده ها ۵- تبدیل داده‌های دریافتی به فرم لازم(تولید الگو ) برای زیر سیستم تطبیق.

لازم بذکر است که از داده‌های دریافت شده در این زیر سیستم، پس از پردازش، یک الگو از برخی ویژگیهای موجود تولید و ذخیره می شود.

در واقع این الگوی تولید شده مورد مقایسه و شناسایی قرار می گیرد.

در واقع این الگوی تولید شده مورد مقایسه و شناسایی قرار می گیرد.

ماهیت این الگو که از روی یک شابلون از پیش تعریف شده تولید می شود( یک استاندارد ثابت)، ماتریسی از صفر و یک می باشد.

در واقع این شابلون قسمتهای مورد اندازه گیری از یک نمونه را بر می گرداند.

زیرسیستم تطبیق خروجی این زیر سیستم از مقایسه دو الگو بدست می آید.

فرایند این زیر سیستم شامل: دریافت داده‌های پردازش شده(الگو) از زیر سیستم قبل و دریافت الگوهای ذخیره شده مقایسه الگوی تولید شده در زیر سیستم قبل، با الگوهای موجود زیر سیستم تصمیم گیری این زیر سیستم پس از اجرای زیر سیستم قبل فراخوانی می‌شود که وظیفه آن تصمیم گیری بر روی تطابق انجام شده متناسب با درخواست است.

در این مرحله یک حد یا آستانه در نظر گرفته شده است.

اگر امتیاز بیشتر یا برابر این آستانه باشد، کاربر تائید می‌شود در غیر اینصورت کاربر پذیرفته نمی شود.

زیر سیستم فضای ذخیره سازی شامل الگوهایی است که در هنگام ثبت نام از کاربران بدست آمده است.

ممکن است برای هر کاربر یک یا چند الگو ذخیره شده باشد.

زیر سیستم محیط انتقال وظیفه این بخش انتقال داده ها، بین اجزاء یک سیستم بیومتریک است.

پارامترهای مهم در سیستم‌های بیومتریک در همه سیستمهای بیومتریک پارامترهایی موجودند که ویژگیها و قابلیتهای سیستم شما را معرفی میکنند.

۱- نرخ پذیرش اشتباه این پارامتر تعیین کننده امکان پذیرش کاربر جعلی از کاربر اصلی می باشد.

این پارامتر باید تا جای ممکن کوچک باشد.

۲- نرخ عدم پذیرش اشتباه این مقیاس نمایانگر اینست که تا چه اندازه شخص اصلی اشتباها پذیرش نمی شود (حساسیت بسیار بالا).

این پارامتر نیز باید تا حد مورد نیاز کم باشد.

۳- نرخ خطای مساوی: کاهش نرخ پذیرش اشتباه باعث افزایش غیر تعمدی نرخ عدم پذیرش اشتباه میشود.

نقطه ای که میزان نرخ عدم پذیرش اشتباه با نرخ پذیرش اشتباه برابر می‌شود نقطه نرخ خطای مساوی است.

هرچه میزان این پارامتر کمتر باشد نمایانگر اینست که سیستم دارای یک حساسیت بهتر و توازن خوبی است.

۴- نرخ ثبت نام نادرست احتمال خطایی که در هنگام نمونه بردای جهت ثبت در پایگاه داده، در خصوص تشخیص صحیح ممکن است رخ هد.

تکنولوژیهای بیومتریک (اثر انگشت) (هندسه دست) (اندازه گیری شبکیه چشم) (اندازه گیری عنبیه) (تشخیص چهره) (تشخیص امضاء) (تشخیص صدا) (آزمایش دی- ان-ای) (تشخیص از روی سی هرگ دست) (نمودار حرارتی چهره) (شدت ضربه بر روی صفخه کلید) (شکل گوش) (بوی بدن) شناسایی از طریق اثر انگشت بدلیل اهمیت این سیستم، بیشتر به تجزیه و تحلیل آن خواهیم پرداخت .

یکی از قدیمی‌ترین روشهای تشخیص هویت، روش شناسایی از طریق اثر انگشت می باشد.نوک انگشت دارای یکسری خطوط است که از یک طرف انگشت به طرف دیگر ادامه دارد.این خطوط دارای یکسری نقاط مشخصه می باشند که به آنها ریزه کاری گویند.

این ریزه کاریها شامل کمانها، مارپیچها، حلقه ها، انتهای لبه ها، انشعابها، نقطه ها(شیارهای نزدیک به لبه ها)، جزایر(دو انشعاب نزدیک به هم)، تقاطع (نقطه تلاقی دو یا چند لبه)، منفذها می باشند.

در واقع ما در این سری از سیستمها الگوهای تولید شده از این ریزه کاریها را مورد مقایسه قرار می دهیم.

در تشخیص اثر انگشت دو روش عمده وجود دارد: در روش اول یک شابلون از محل قرار گیری ریزه کاریهای : "انتهای لبه‌ها، انشعابها، کمانها، مارپیچها و حلقه ها" تهیه می‌شود و الگوها بر این اساس تولید می شوند.

در حالت دیگر مابقی ریزه کاریهای ذکر شده نیز الگو برداری می شوند."با مقایسه نوع، راستا(جهت) و ارتباط(موقعیت) ریزه کاریها عمل شناسایی انجام می شود.

" در روش دوم از مقایسه نواحی در برگیرنده همه ریزه کاریهای ذکر شده و نیز علامت‌های مجزای دیگر و داده‌های حاصل از مقایسه مجموعه لبه‌ها در این نواحی، استفاده می شود.

عموما سایز الگو در روش دوم دو الی سه برابر بزرگتر از روش اول می باشد.

در روش اول تقریبا امکان ندارد که بتوان تصویر اثر انگشت را از الگوی مبنا بدست آورد بدلیل اینکه از تعدادی از ریزه کاریها الگوبرداری مشود و مابقی ترتیب اثر داده نمی شوند، ولی از روش دوم می توان به اثر انگشت نیز رسید مراحل پردازش تصویر در شناسایی بر اساس اثر انگشت حالت اول شمای یک اثر انگشت پردازش نشده را نمایش می دهد.

در مرحله دوم جهت خطوط اثر انگشت توسط متدهای خاصی تولید می‌شود تا از آن بتوان در شناخت جهت هر ریزه کاری استفاده کرد.

در حالت سوم نویزهای موجود در تصویر اول را حذف کرده سپس مرز بین لبه‌ها و شیارها مشخص می شود.

در مرحله چهارم میزان رنگ تصویر حاصله را کاهش می دهند تا نویزهای کوچک باقیمانده نیز حذف شوند و نیز حجم تصویر نیز کاهش یابد.در مرحله پنجم ریزه کاریها علامت گذاری می شوند و در مرحله آخر نیز این ریزه کاریها بیکدیگر متصل میگردند که ماتریس حاصل از شکل بدست آمده از این نواحی و ماتریس حصل از جهتها در شکل دوم و نیز ماتریس شامل نوع ریزه کاریهای در نظر گرفته شده، الگوی ما را تولید میکند.مراحل در شکل زیر به نمایش گذاشته شده اند: سنسورهای مورد استفاده در روش شناسایی با استفاده از اثر انگشت: ۱-سنسور نوری در این تکنولوژی کاربر انگشت خود را بر روی یک سطح پلاستیکی یا شیشه ای تمییز قرار می دهد، سپس یک اسکنر) CCD (شروع به اسکن کردن و تصویر برداری از انگشت می کند.

این اسکنرها دارای تعدادی گیرنده نوری هستند که بصورت سطری در کنار یکدیگر قرار گرفته اند، که نوسانات و تغیرات شدت نور دریافتی را اندازه گیری می کنند.

با تابش یک دسته شعاع نوری با شدت ثابت به انگشت، بازتاب این شعاع نوری توسط این دوربینهای CCD اندازه گیری می شود.

این آرایه‌های CCD تصویری با رزولوشن ۷۲-۶۰۰dpi را نمایش می دهند.

که البته قابلیت تصویر برداری تا ۱۰۰۰dpi را دارا می باشند.

تصویر اثر انگشت تولیدی بصورت یکسری لبه‌های تاریک و شیارهای روشن نشان داده می‌شود که در ابتدا نامفهومند و با عملیات پردازش تصویر، تصویر واضحی از اثر انگشت تولید می شود ۲-سنسور خازنی عملیات این سری از سنسورها بصورت جوشن خازنی است (یک ماتریس از خازنهای کنار هم).

با تماس انگشت بر سطح سنسور، بین لبه‌های اثر انگشت و سنسور، یک ظرفیت خازنی مطابق با شکل ایجاد می‌شود که با اندازه گیری این سطوح خازنی و پردازش این سیگنالها، یک تصویر دیجیتالی بصورت ترکیبی از رنگهای مشکی، سفید و خاکستری(روشن و تیره) ۸بیتی بدست می آید.

شکل زیر بیانگر این موضوع است.

همانطور که در شکل مشاهده میکنید، انگشت باعث برقراری ارتباط بین دو الکترود می‌شود که این امر باعث بوجود آمدن فضای خازنی در بین این دو الکترود شده است.

تغییرات فاصله ای که بین لبه‌ها و شیارهای انگشت وجود دارد، باعث پیدایش یک سیگنال ولتاژی در فضای خازنی می‌شود که در شکل دوم نشان داده شده است.

با توجه به اینکه فاصله بین پیک لبه و شیار از یک نقطه به یک نقطه دیگر تغییر می کند، داده خام برگردانده شده توسط سنسور به یک تصویر درهم که دارای یکسری سایه‌های خاکستری است، تبدیل می شود.

که از یک الگوریتم دیگر جهت تکمیل و تصحیح این تصویر استفاده می شود رزولوشن این تصویر توسط اندازه و تقسیم بندی سلولهای سنسور تعیین می گردد.

بعنوان مثال برای یک رزولوشن ۵۰۰dpi به یک سنسور با اندازه سلول ۵۰۰ میکرون نیاز است.

عموما این سری سنسورها رزولوشن ۲۵۰-۵۰۰dpi را تولید می کنند.

دقت این سنسورها تا اندازه ای پایین است و نیاز به بازسازی تصویر بیشتری دارند.

۳-سنسور آلتراسوند این سنسورها از یکسری فرستنده- گیرنده‌های صوتی استفاده می کنند.

آنها امواج آلتراسوند را به شئ ساطع می کنند، سپس به حالت گیرنده رفته و امواج بازگشتی را ذخیره می کنند.

(مطابق شکل) این امواج توسط تکنیکهای ویژه تصور صوتی پردازش می شوند.

نحوه الگو برداری از یک سطح