Vývoj biometrického identifikačního zařízení

Dnešní svět je spojen s používáním počítačových technologií. Tím samozřejmě dochází i k nárůstu bezpečnostních hrozeb, které souvisejí s počítači a počítačovými sítěmi. Nejde pouze o zabezpečení IT systémů, ale také o zabezpečení objektů a jejich částí do kterých je omezen přístup ať je to z jakýchkoli důvodů. Proto je identifikace uživatele jednou z nejdůležitějších částí bezpečnostních přístupových systémů. Abychom mohli pracovat na vývoji funkčního, spolehlivého a přitom finančně nepříliš náročného systému je potřeba znát jednotlivé již existující systémy.

1) Přehled současného stavu řešené problematiky

Přístupové systémy (ACC) se v posledních několika letech dostávají stále více do popředí. Lidé i firmy, mají stále větší nároky na bezpečnost přístupu do budov či jejich jednotlivých pracovišť těchto budov. Zejména v oblasti průmyslových staveb získávají stále významnější postavení. Problematika ACC je nejenom velice komerčně zajímá, ale z pohledu dlouhodobého výzkumu i velice náročná. (1, 2)

Oblast biometrických systémů jako takových a jejich propojení s jinými systémy je již několik let řešena celou řadou výrobců. V České republice je tento výzkum na počátku, nicméně v ostatních technicky vyspělejších zemích je to velmi diskutované téma. Problémem je, že dosud nebyl navržen systém, který by automaticky propojoval logiku více systémů. A ani neexistuje systém, který by měl alespoň 98% úspěšnost vyhodnocení a byl zároveň finančně přijatelný. (1,2)

Navržením takovéhoto systému by se minimalizovala možnost napadení detektorů a indikátorů instalovaných do objektu, jež jsou neodmyslitelnou součástí takovýchto aplikací. Dále by došlo k zamezení vniknutí nepovolané osoby do chráněného objektu.

2) Podstata nového biometrického identifikačního zařízení

V České republice se odvětví biometrických identifikačních systémů teprve začíná rozvíjet. Na tuzemském trhu můžeme nalézt čtečky na otisk prstu v kombinaci s čipy, kartami a hesly a dále se setkáváme se skenery tváře. Ostatní biometrické systémy se u nás zatím pouze vyvíjejí.

Při vývoji nového biometrického identifikačního systému byl kladen důraz na jeho spolehlivost, jednoduchost zpracování a finanční nenáročnost.

Současné biometrické identifikační systémy dokáží číst téměř všechny jedinečné údaje z lidského těla. Jedna z posledních možností inovace tak připadá na identifikaci dle kůstek v kostře zápěstí (karpální kosti). Lze je však s jistotou číst pouze za pomoci rentgenového záření. Avšak tento způsob je z dlouhodobého hlediska používání velmi zdravotně rizikový.

Je však jistota, že kostra (tj. jednotlivé kosti a jejich držení) je pro každého jedince zcela typická a pro identifikaci lze používat i jiné části těla, než je zápěstí. Informace o některých jiných kostech lze získat daleko jednodušeji bezkontaktními metodami i bez rentgenového záření. Snadno dostupnou částí těla pro identifikaci zůstává ruka a odečtené hodnoty rozměrů z ní můžou sloužit pro jednoznačnou kombinaci. Tato metoda je vhodná i pro kombinaci s čtečkami prstů či celé dlaně (skenery).

Stávající zařízení dokáže snímat opticky hřbet ruky (zatímco dlaň ruky může ve stejný okamžik být snímána pro daktyloskopickou identifikaci) a za pomoci softwarového vybavení ze získaných snímků sestavit prostorový model, najít na něm klíčová místa pro odečítání rozměrů a úhlů, porovnat jej s databází a identifikovat konkrétní osobu.

Je třeba mít na paměti, že ruka může být do přístroje vždy položena trochu jinak, proto je nutné vytvořit takový matematický model spojený s anatomickými údaji, který zajistí relevantní data. U tohoto systému není možné zkoumat tvar ruky z obrysu a je nutné ignorovat i cizí objekty na ruce, tj. prstýnky či tetování. Taktéž ke změně délky nehtů musí být přihlíženo. Současné identifikační zařízení používají vždy zarážky pro přesné umístění ruky. Mechanicky omezovat pozici dlaně v přístroji není rozumné, protože přirozeně položená ruka nabízí daleko více klíčových míst pro identifikaci. Prostředkem k porovnání jsou pevně dané rozměry na dlani, které nejsou ovlivněny např. okolní teplotou nebo krevním tlakem. V zásadě to je porovnání poměru délek prstů, sevření úhlů mezi nimi, orientace palce, postavení palce vůči dlani a ostatním prstům, oblouk dlaně na několika místech, tloušťka prstů v kloubech, tvar lůžka nehtů, pozice mateřských znamének a další. Nikdy se nepočítá absolutní rozměr dlaně či její plocha, ty mohou být ovlivněny mírou přítlaku k desce přístroje.

U sestavení prostorového skeneru s dostatečnou přesností a relativně nízkou cenou, bylo využito znalosti snímaného objektu, který měl vždy podobný tvar, a podmínky pro snímání byly vždy stejné. Proto byly zvoleny dvě metody pro tento výzkum. První metodou je snímání ruky fotoaparátem z několika přesně daných úhlů a následně využití specializovaného softwaru, který ze snímků vytvoří digitální prostorový model. Doposud se ukázalo, že dodržení doporučených úhlů, referenčních terčíků a vhodných podmínek pro focení, jsou základem pro kvalitní model s dostatečnou přesností. V případě realizace přístroje v praxi, toto zařízení musí být vybaveno několika fotoaparáty pro každý potřebný úhel, což přístroj prodraží, nicméně by cena přístroje byla stále přijatelná.

Druhá metoda využívá pouze jeden fotoaparát a světelný zdroj, který s fotoaparátem svírá určitý úhel – viz obr. 1. Tato metoda je tedy vhodnější pro praktické nasazení v přístroji. Výsledkem je stejný model, jako u metody první.

Obr. 1 Biometrický skener ruky. Popis:1) skener dlaně, 2) fotoaparát, 3) zdroj světelného záření, 4) světelné záření, 5) podstavce, 6) skleněná plocha, 7) úhel snímání

Je vhodné zmínit, že zranění na ruce v měřených oblastech může znemožnit identifikaci. V některých případech sníží spolehlivost např. ztráta prstu, v jiných případech naopak zvýší spolehlivost např. špatně srostlá kost způsobující atypický tvar prstu. Přístroj zkoumá skutečný prostorový objekt, tedy případná sabotáž bude možná jen např. pomocí odlitku ruky. Lze však použít již známé metody, které dokáží určit, že se pak následně nejedná o živou hmotu. Aplikace takovéhoto vylepšení není finančně náročná a procento spolehlivosti by se výrazně zvýšilo.

Nové biometrické identifikační zařízení je v současné době sestavené a nyní probíhá testování jeho spolehlivosti a funkčnosti.

3) Závěr

Vytvoření prototypu biometrického identifikačního zařízení je dokončeno a nyní na něm probíhá testování. Nicméně v průběhu řešení studie se eliminovaly metody použitelné k sejmutí dané biometrické informace a také způsoby jejího vyhodnocení. Díky financím z grantů Interní grantové agentury Technické fakulty České zemědělské univerzity v Praze číslo 31170/1312/3116 a číslo 31170/1312/3119 bylo možno pořídit a otestovat jednotlivé druhy biometrických identifikačních systémů vyskytujících se v České republice a nalézt jejich slabiny. Díky tomuto testování, které vytyčilo hlavní nedostatky, bylo možné vytvořit návrh identifikační jednotky a její částečný prototyp.

Použitá literatura:

1. HEŘMAN, J., et al.: Elektrotechnické a telekomunikační instalace. Praha: Verlag Dashöfer, 2008. ISSN 1803-0475.
2. RAK, R., MATYÁŠ, V., ŘÍHA, Z. A KOLEKTIV: Biometrie a identita člověka ve forenzních a komerčních aplikacích. Praha: Grada Publishing,a.s., 2012