Міністерство  освіти і науки України

Приватний вищий навчальний заклад

„Харківський  інститут екології і соціального  захисту” 
 

еколого-валеологічний  факультет 
 
 
 
 
 
 

Самостійна робота

з навчальної дисципліни: „Біометрія ”

на тему: „ Биометрия. Радужная оболочка глаза ”

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Виконала:

      студентка 4^го курсу

      групи ДЕКОЛ-ЕК 7.4

      Лисицька  Г.І.

      Викладач:

      Лук’янова Л.В. 
 
 
 
 
 

Харків

2010

 

Введение 

Радужная оболочка глаза (Iris) является уникальной для  каждого человека биометрической характеристикой. Она формируется в первые полтора года жизни и остаётся практически без изменений до самой смерти (изменения радужной оболочки связаны с болязнями).

Изменения могут  выражаться в виде изменения цвета, появления пигментных пятен, линий, кругов, изменений обвода оболочки, деформации зрачка и т.д. Эти особенности используются при иридоанализе для диагностики заболеваний и предрасположенности к ним.

 

Радужная оболочка крупным планом (не выделена, но, надеюсь, никто не перепутает)

В биометрии  используется полутоновое изображение  радужки, и некоторые пигментные изменения не заметны.

 

Строение глаза человека. Радужная оболочка расположена в передней части глаза. Сетчатка - в задней. Поэтому различаются и способы сканирования.

Методы  идентификации по радужке 

Сейчас используются два основных подхода, отличающиеся способами представления образов.

В первом подходе  радужка выделяется из изображения  глаза, во втором - образом является матрица штрих-кодов, соответствующая  радужке.

В первом подходе  есть два своих способа представления:

• В виде колец, относящихся к области радужки.
• В виде прямоугольника, полученного путём преобразования декартовой системы координат в полярную.

Сначала определяется центр зрачка и два радиуса  относительно него - радиус зрачка и  радиус внешнего края радужки (границы  определяются пороговой обработкой). Границы зрачка и радужки не являются при этом круглыми. Они становятся таковыми после дополнительной обработки. После чего выполняется увеличение чёткости образа.

 
 
 
 
 
 
 

Второй подход представлен на следующем рисунке:

Вкратце, можно  описать так:

1. Определение местоположения, центра и контуров зрачка.
2. Определение радиусов зрачка и внешнего края радужки.
3. Формирование координат полярной системы.
4. Преобразование каждого пикселя из декартовой системы в полярную. На этом этапе может потребоваться интерполяция изображения, т.к. целочисленные декартовы координаты не всегда соответствуют целочисленным полярным.

В результате по оси X отложены углы полярной системы  координат, а по оси Y - значения радиуса (радиус внешней окружности радужки  минус радиус внутренней [или минус  радиус зрачка, что оно и то же]).

Второй подход, хоть и требует больших вычислений на этапе регистрации, удобнее из-за того, что поворот изображения, преобразованного из декартовой системы координат  в полярную, заменяется циклическим  сдвигом. (Но, я бы сказал, что определение угла поворота - не очень трудная задача, т.к. можно провести прямую между уголками глаза и вычислить её коэффициент наклона. Как бы там ни было - им виднее).

Второй способ (получение матрицы штрих-кодов) можно представить так:

• Изображение глаза выделяется из изображения лица.
• На радужку накладывается специальная маска штрих-кодов.

Результатом будет  матрица, полученная путём логического  умножения маски на радужку. Образ-эталон получается размером 512 байт.

Сканер  радужки в действии

Слева изображён  сканер Panasonic Authenticam BM-ET100US (с ним была лабораторная работа, т.ч. про него я и напишу). Справа - какой-то другой сканер =~_~= В комплекте идёт программное обеспечение Security Suite 3.10 Workstation (for Win2000).

Программное обеспечение Security Suite 3.10 Workstation изменяет окно входа в систему, добавляя возможность идентификации/аутентификации по радужной оболочке глаза. После установки данного программного пакета производится создание учётной записи администратора и присвоение ему пароля и/или образа радужной оболочки. Необходимо определить, какой глаз будет «ключевым» - левый, правый или оба, после чего производится четырёхкратное считывание радужки (если было выбрано два глаза, то каждый считывается четыре раза). [Пользователь смотрит в объектив, где видит оранжевый световой сигнал. При изменении расстояния до камеры сигнал может измениться на зелёный. В этом положении нужно зафиксироваться на время меньше 1 секунды.]

Данное программное  обеспечение может обойтись без  использования образа всей радужной оболочки, т.е. глаз не обязательно должен быть широко раскрыт, что позволяет говорить о дружественности метода. Однако если в процессе считывания радужки коэффициент открытости глаза изменялся, система сообщит об ошибке регистрации.

Аналогично можно создать ещё пять пользователей. После перезагрузки операционной системы будет выдаваться обновлённое окно входа в систему. Для входа в систему путём биометрической идентификации/аутентификации по радужной оболочке глаза необходимо нажать комбинацию клавиш Ctrl+Shift+S* и дать сканеру считать радужку. В случае успешного распознавания производится вход в систему, иначе не будет выдано даже сообщения об ошибке, что можно отнести к недостаткам программного обеспечения.

Сканер радужной оболочки может работать также и в качестве веб-камеры в разрешении 640х480@12.5fps, 320х240@30fps и некоторых других, недостойных перечисления. Для этих целей имеется дополнительный объектив.

• Данная комбинация клавиш (Ctrl+Shift) часто используется для переключения раскладки клавиатуры, а программное обеспечение определяет именно латинскую “S”, поэтому зачастую приходится нажимать клавиши несколько раз. Кроме того, для регистрации радужки даётся слишком мало времени после нажатия клавиш, что создаёт дополнительные неудобства.

Особенности сканера радужки 

Эти методы были исследованы на сканере Panasonic Authenticam BM-ET100US.

• Регистрация четырёх различных радужных оболочек под одним пользователем не увенчалась успехом.
• Регистрация левого глаза вместо правого успеха не имела.
• Регистрация и распознавание глаза с цифровой камеры не удалась (из-за бликов).
• Прямое солнечное освещение и его отсутствие не играют роли при сравнении радужных оболочек (открывали-закрывали жалюзи).
• Распознавание по фотографии невозможно (фотография плоская, а глаз - объёмный).

Влияние очков  и волос на качество распознавания  установить не удалось.

Оценка  биометрического  метода

Достоинства

• Высокая степень  распознавания.
• Малое количество ошибок первого и второго рода (вытекает из первого пункта).
• Бесконтактный способ сканирования.
• Малый объём базы данных (впрочем, это характерно для большинства биометрических систем).

Недостатки 

• Необходимо "примериться" к использованию  этой системы.
• Неприемлемость метода некоторыми людьми из-за возможности обнаружения болезней.