فهرست مطالب

 

 

 

 

 

چکيده................................................................................................................................7

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

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

سيستمبيومتريك.................................................................................................................11

اجزاىسيستم بيومتريك .......................................................................................................12

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

تكنيك هاي بيومتريك...........................................................................................................14

تكنيكهاي فيزيولوژيكي ....................................................................................................15

باز شناسي هويت از طريق اثر انگشت..........................................................................15

اصول کلي در سيستمهاي تشخيص اثر انگشت..............................................................16

استخراج وي‍ژگي ها.................................................................................................19

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

نحوه استخراج ويژگي ها..........................................................................................24

باز شناسي هويت از طريق چشم...................................................................................25

1- باز شناسي هويت با استفاده از شبكيه....................................................................25

تاريخچه ..........................................................................................................25

آناتومي و يکتايي شبکيه......................................................................................27

تکنولوژي دستگاههاي اسكن ...............................................................................29

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

استانداردهاي عملکردي روشهاي تشخيص هويت......................................................30

مزايا و معايب تشخيص هويت از طريق شبکيه..........................................................30

2-باز شناسي هويت با استفاده از عنبيه.....................................................................31

تاريخچه...........................................................................................................31

کاربردهاي شناسايي افراد بر اساس عنبيه................................................................34

مزايا و معايب تشخيص هويت از طريق عنبيه...........................................................36

علم عنبيه........................................................................................................37

خصوصيات بيومتريک ژنتيکي و اکتسابي................................................................37

مقايسه بين الگوهاي عنبيه مساوي از نظر ژنتيکي....................................................38

باز شناسي هويت از طريق چهره..................................................................................39

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

مشکلات اساسي در بازشناخت..................................................................................40

روشهاي استخراج خصوصيات از چهره......................................................................41

روش اخذ تصاوير و تهيه بانک تصوير.......................................................................43

تغييرات اعمال شده بر روي تصاوير...........................................................................44

پارامترهاي مهم در تعيين نرخ بازشناخت.....................................................................45

تكنيك هاى رفتارى..........................................................................................................47

باز شناسي هويت از طريق گفتار...................................................................................47

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

روشهاي پياده سازي سيستم هاي تصديق گوينده............................................................49

معرفي برخي از روشهاي بازشناسي گفتار....................................................................51

باز شناسي هويت از طريق امضا...................................................................................52

طبيعت امضاي انسان...............................................................................................52

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

انواع ويژگي هاي موجود در يك امضا.........................................................................54

مزايا ومعايب ........................................................................................................55

كاربردهاى بيومتريك.......................................................................................................57

مزاياى فناورى هاى بيومتريك...........................................................................................57

نتيجه گيري ......................................................................................................................58

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

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

 

 

 

 

چکيده

 

تشخيص هويت، نقشي حياتي در جوامع پيشرفته امروزي پيدا كرده است. استفاده از روش‌هاي متداولي مثل كارت‌هاي هوشمند، رمزهاي عبور و شماره‌هاي هويت فردي (PIN) روش‌هاي مناسبي هستند. مشكل اصلي در اين روش‌ها عبارتند از گم شدن، دزديده شدن و اينكه براحتي قابل حدس زدن، مشاهده شدن و يا فراموش شدن هستند. همانطور كه مي‌دانيم هر فرد داراي خصوصيات فيزيولوژيكي منحصر بفردي است كه با زمان تغيير نمي‌كنند. اين خصوصيات براي تشخيص هويت افراد بسيار مناسب به نظر مي‌رسند. تا كنون مشخصه‌هاي مختلفي مورد استفاده قرار گرفته‌اند كه هر كدام از آنها مزايا و معايب خاص خودشان را دارند. يكي از اين مشخصه‌ها هندسه دست و انگشتان مي‌باشد كه در اين تحقيق مورد بررسي قرار گرفته‌اند. با وجود اينكه سيستم‌‌هاي تجاري وجود دارند كه از هندسه دست براي شناسايي هويت استفاده مي‌كنند ولي مقالات موجود روي اين زمينه بسيار كم و محدود مي‌باشند. ضمنا اين مقالات بر روي جمعيت‌هاي بسيار محدودي انجام شده‌اند و براي جمع‌آوري تصاوير از ابزار خاصي استفاده مي‌كنند كه بسيار محدود كننده هستند. در اين تحقيق سعي شده است تا هيچگونه محدوديتي هنگام جمع‌آوري تصوير روي فرد اعمال نشود و نسبت به مقالات پيشين مطالعه روي جمعيت بيشتري صورت گيرد. ضمنا غير از استفاده از ويژگي‌هاي متداول مورد استفاده در ساير مقالات از ويژگي‌هاي متنوع ديگري نيز براي بالا بردن درصد تشخيص صحيح استفاده شده است. يكي از اين ويژگي‌ها استفاده از اطلاعات فركانسي ژست‌هاي دست است. در بخش نتايج ملاحظه مي‌شود كه استفاده همزمان از ويژگي‌هاي هندسي با اطلاعات فركانسي ژست‌ها نتايج بسيار مطلوبي 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.

كلمه بيو متريك از كلمه يوناني bios‌به معناي زندگي و كلمه metrikos به معناي اندازه گيري تشكيل شده است. همه ما مي دانيم كه ما براي شناسايي همديگر از يك سري ويژگي هايي استفاده مي كنيم كه براي هر شخص به طور انحصاري است و از شخصي به شخص ديگر فرق مي كند كه از آن جمله مي توان به صورت و گفتار و طرز راه رفتن مي توان اشاره كرد. امروزه در زمينه هاي فراواني ما به وسايلي نياز داريم كه هويت اشخاص را شناسايي كند و بر اساس ويژگيهاي بدن اشخاص آن هارا بازشناسي كند و اين زمينه هر روز بيشتر و بيشتر رشد پيدا مي كند و علاقه مندان فراواني را پيدا كرده است. علاوه بر اين ها امروزه ID و password كارتهايي كه بكار برده مي شوند دسترسي را محدود مي كنند اما اين روشها به راحتي مي توانند شكسته شوند و لذا غير قابل اطمينان هستند. بيو متري را نمي توان امانت داد يا گرفت نمي توان خريد يا فراموش كرد و جعل آن هم عملا غير ممكن است.

يك سيستم بيو متري اساساً يك سيستم تشخيص الگو است كه يك شخص را بر اساس بردار ويژگي هاي خاص فيزيولوژيك خاص يا رفتاري كه دارد باز شناسي مي كند. بردار ويژگي ها پس از استخراج معمولا در پايگاه داده ذخيره مي گردد. يك سيستم بيومتري بر اساس ويژگي هاي فيزيولوژيك اصولا داراي ضريب اطمينان بالايي است .سيستم هاي بيو متري مي توانند در دو مد تاييد و شناسايي كار كنند. در حالي كه شناسايي شامل مقايسه اطلاعات كسب شده در قالب خاصي با تمام كاربران در پايگاه داده است ، تاييد فقط شامل مقايسه با يك قالب خاصي كه ادعا شده است را مي شود. بنابراين لازم است كه به اين دو مسئله به صورت جدا پرداخته شود.

 

فصل اول

 

سيستم بيومتريك

 

سيستم بيومتريك يك سيستم تشخيص الگو است كه هويت اشخاص را تعيين يا تأييد مى كند و اين عمليات را با استفاده از اطلاعات بيومتريك كاربران انجام مى دهد. نخستين گام در استفاده از اين سيستم ثبت اطلاعات بيومتريكى كاربران در بانك اطلاعات (Data Base) سيستم است كه پس از ثبت اطلاعات افراد در اين سامانه، دو نوع خدمت از سامانه بيومتريكى در خواست مى شود: تأييد هويت و تعيين هويت.

در فرايند تعيين هويت، سؤالى كه مطرح مى شود اين است كه او چه كسى است؟

دستگاه بيومتريك پس از دريافت داده هاى بيومتريك توسط شخص متقاضى به انجام عمل مقايسه مى پردازد كه اين مقايسه ميان اطلاعات بيومتريك شخص با اطلاعات موجود در بانك اطلاعات انجام مى گيرد.در اين حالت، فرض بر اين است كه اطلاعات فرد در بانك اطلاعات موجود است.

اما در فرايند تأييد هويت، سؤالى كه به دنبال پاسخش مى گرديم، اين است كه آيا او همان فردى است كه ادعا مى كند؟

در تأييد هويت، ابتدا متقاضى با استفاده از نام يا وارد كردن رمز عبور و يا يك مدرك شناسايى ادعا مى كند كه هويت خاصى را دارد. سپس سامانه به مقايسه داده هاى بيومتريكى مدعى با داده هاى ثبت شده در بانك مشخصات مى پردازد و ادعاى وى را مورد بررسى قرار مى دهد و نتيجه را اعلام مى كند

آزمايش زيست سنجى (Biometric) در سيستم بيومتريك شامل سه گام است: ثبت مشخصات، مقايسه و به روز رسانى.

۱- ثبت مشخصات: كاربران با سنجش هاى اوليه در سيستم ثبت نام مى شوند. اين عمل در چندين مرحله براى ثبت اطلاعات دقيق انجام مى گيرد.

۲- مقايسه: گام بعدى مقايسه نمونه با الگوى مرجع است. در اين مرحله تعيين سطوح مناسب خطاى مجاز (tolerance) خصوصاً براى سنجش رفتارى از اهميت ويژه اى برخوردار است.

۳- به روز رسانى: تمامى سيستم هاى بيومتريك مخصوصاً آن هايى كه از خصوصيات رفتارى كاربر استفاده مى كنند، بايد براى به روزرسانى الگوى مرجع طراحى شده باشند.

يك سيستم بيومتري ساده داراي چهار بخش اساسي است :

1- بلوك سنسور: كه كار دريافت اطلاعات بيومتري را بر عهده دارد.

2- بلوك استخراج ويژگيها: كه اطلاعات گرفته شده را مي گيرد و بردار ويژگي هاي آن را استخراج مي كند.

3- بلوك مقايسه: كه كار مقايسه بردار حاصل شده با قالبها را بر عهده دارد.

4- بلوك تصميم: كه اين قسمت هويت را شنااسايي مي كند يا هويت را قبول كرده يا رد مي كند.

اجزاىسيستم بيومتريك

سيستم بيومتريك از ۳ جزء اصلى تشكيل مى شود:

۱- ابزار اندازه گيرى: ابزار طراحى شده در سيستم بيومتريك در حقيقت نقش واسطه با كاربر را برعهده دارد و لذا بايد به راحتى توسط كاربران قابل استفاده باشد و در عين حال احتمال خطا در آن بسيار كم باشد.

۲- نرم افزار: اين نرم افزار كه براساس الگوريتم هاى رياضى طراحى شده است، متغيرهاى سنجش شده را با الگوى مرجع موجود در بانك اطلاعات مقايسه مى كند.

۳- سخت افزار: در طراحى سامانه بيومتريكى، به قطعات سخت افزارى و كاربرد آنها بايد بيش از ساير دستگاه هاى مشابه توجه نشان داد تا در انجام محاسبات دچار خطا نشود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل دوم

 

تكنيك هاي بيومتري

بررسى هاى بيومتريك به دو دسته عمده تقسيم مى شود:

۱- تكنيك هاى رفتارى (Behavioral): در اين روش، طرز انجام كارى توسط كاربر سنجيده مى شود. مانند امضا كردن يا بيان كردن يك عبارت.

۲- تكنيك هاي فيزيكى (Physiometric) : در اين حالت، يك خصوصيت فيزيكى مانند اثر انگشت يا الگوى عنبيه مورد سنجش قرار مى گيرد.

 

 

 

تكنيكهاي فيزيولوژيكى

 

باز شناسي هويت از طريق اثر انگشت

اين روش قديمي ترين روش آزمايش تشخيص هويت از راه دور است. اگرچه قبلاً اثر انگشت تنها در زمينه جرم قابل بحث بود، تحقيقات در بسياري کشورها سطحي از پذيرش را نشان ميدهد که به اين روش اجازه استفاده در برنامه هاي عمومي را مي دهد. سيستمها ميتوانند جزئياتي از اثر انگشت (نقاطي مانند تقاطعها يا کناره هاي برجستگيها) يا کل تصوير را بگيرند. الگوهاي مرجع که براي حفظ اين جزئيات بکار ميرود در حدود ۱۰۰ بايت هستند که در مقايسه با تصوير کاملي که از اثر انگشت با حجم ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ بايت ميباشد,بسيار کوچکتر هستند.

در حال حاضر اثر انگشت خوانهاي زيادي در دامنه وسيعي وجود دارند که به همراه بعضي کارتخوانها استفاده ميشوند. اگرچه در حال حاضر قيمت آنها چندان پايين نيست اما ميزان عرضه آنان در فروشگاههاي کامپيوتر عادي باعث افت سريع قيمت آنان خواهد شد. به طور مثال شرکت هواپيمايي آلمان لوفتانزا ، آزمايش بليت هاي بيومتريک را آغاز کرده است. اين بليت ها با اطلاعات مربوط به اثر انگشت شصت مسافران رمزگذاري شده اند و انتظار ميرود سرعت کنترل را بدون پيچيدگي هاي امنيتي افزايش دهند.

در اين بخش سعي بر آن شده است كه اصول كلي، موانع و محدوديت هاي سيستمهاي تشخيص اثر انگشت بررسي شوند.

 

 

 

اصول کلي در سيستمهاي تشخيص اثر انگشت:

همانگونه كه اشاره شد، اثر انگشت يکي از روشهاي مطمئن براي شناسايي افراد مي باشدو در زمينه هايي نظير رسيدگي به جرم، سيستم هاي کنترل حوادث، کنترل مرزهاي ملي و ... به کار مي رود. دليل اصلي انتخاب اثر انگشت براي شناسايي افراد اين است که اثر انگشت هر فرد منحصر به فرد بوده و بعضي از ويژگي هاي آن تا آخر عمر ثابت باقي مي ماند و از همين ويژگي ها در تطبيق اثر انگشت استفاده مي شود. براي تطبيق دستي اثر انگشت روشهاي استانداردي وجود دارد، اما روش دستي تطبيق اثر انگشت کاري مشکل و بسيار وقت گير بوده و کارايي لازم را ندارد.البته از آنجا که بانکهاي اطلاعاتي داراي ميليونها اثر انگشت مي باشد، عملاً تطبيق دستي اثر انگشت امري محال مي شود.

به منظور اتوماتيک کردن تطبيق بايد روشي براي تصوير و يا کد کردن اثر انگشت تعريف گردد. براي اين منظور تصوير بايستي شرايط زير را داشته باشد:

1- توانايي تمايز هر اثر انگشت در سطوح مختلف رزولوشن،

2- محاسبات ساده

3- قابليت بکارگيري در الگوريتم هاي تطبيق اتوماتيک،

4- پايداري و عدم تغيير با نويز و خرابي ها

5- کارا بودن و نشان دادن تصاوير به صورت فشرده

اگر تصوير به صورت خام ذخيره شود، حافظه زيادي مورد نياز است و سيستم کارايي لازم را نخواهد داشت. در روشهاي ساختاري وي‍‍ژگي ها از تصوير استخراج و تصوير با اين ويژگي ها شناخته شده و همچنين با استفاده از همين ويژگيها عمل تطبيق صورت مي گيرد.

اثر انگشت از برآمدگي ها و فرو رفتگي اي فلو مانندي تشكيل شده است كه بسته به وضعيت قرار گرفتن آنها وي‍ژگي هاي مختلفي به وجود مي آيد. تا كنون 18 ويژگي براي اثر انگشت شناخته شده است كه دو ويژگي مهم آن ، انتهاي برآمدگي و دوشاخه شدن برآمدگي مي باشدكه اصطلاحاً به آنها مينوتيا مي گويند. در شكل زير اين دو ويژگي نشان داده شده است:

 

شكل 1: ويژگي هاي مينوتا در اثر انگشت

اطلاعات مينوتيا در مولفه هاي x ، y و زاويه برآمدگي ها آنها قرار دارد.ساختار توپولوژيكي مينوتاي يك اثر انگشت منحصر به فرد بوده و با گذشت زمان تغيير نمي كند. در نتيجه مي توان تشخيص اثر انگشت را بر مبناي تطبيق ساختار توپولوژيكي مينوتيا استوار ساخت. در يك تصوير انگشت با كيفيت نسبتاً خوب در حدود 70 تا 80 مينوتا وجود دارد كه البته اين تعداد در تصويرهاي جزئي به حدود 20 تا 30 ويژگي كاهش مي يابد، اما باز هم بااين تعداد مي توان عمل تطبيق اثر انگشت را انجام داد.

 

 

اكثر سيستمهاي تشخيص اثر انگشت، ساختاري بر مبناي مينوتيا دارند. در اين سيستمها سه مرحله اساسي براي تشخيص وجود دارد كه عبارتند از:

1- پيش پردازش

2- استخراج مينوتيا

3- تطبيق مينوتيا

مرحله اول براي افزايش كيفيت تصوير انجام مي گيرد، مرحله دوم براي استخراج ويژگي هاي تصوير و مرحله آخر براي مقايسه مورد استفاده قرار مي گيرد.

در مورد تطبيق، روشهاي گوناگوني وجود دارد كه از جمله مي توان به موارد ذيل اشاره كرد:

1- تطبيق مجموعه نقاط

2- تطبيق گراف

3- همشكلي دو زير گراف

البته عمل تطبيق بنا به دلايل زير نياز به محاسبات پيچيده دارد:

1- معمولاً كيفيت اثر انگشت پايين است.

2- بانك اطلاعاتي اثر انگشت ها بزرگ است.

3- تصوير هايي كه به صورت ساختاري آسيب ديده اند، به الگوريتم هاي نيرومندي جهت تطبيق نياز دارند.

در سيستمهاي تشخيص اثر انگشت موجود دربازار كه از اين دو ويژگي (انتهاي برآمدگي و دوشاخه شدن برآمدگي) استفاده مي شود، به علت بزرگ بودن بانك اطلاعاتي و نويز دار بودن تصاوير، يك تطبيق يك به يك عملاً مشكل بوده و از اين رو يكسري از تصوير هاي تطبيق يافته تهيه و سپس تطبيق نهايي توسط افراد متخصص انجام مي گيرد.

 

استخراج ساير وي‍ژگي ها:

علاوه بر ويژگي هاي بيان شده ، در بسياري از سيستمهاي تشخيص اثر انگشت، از ويژگي هاي سطح بالا نيز استفاده مي شود. اين امر باعث افزايش صحت عمل تطبيق مي گردد. يكي از اين ويژگي هاي مهم كلاس الگوي اثر انگشت مي باشد.

اثر انگشت به پنج كلاس اصلي تقسيم مي شود ك عبارت اند از:

1- كمان

2- كمان مايل

3- حلقه چپ

4- حلقه راست

5- مارپيچ

در تصاوير نويز دار و جزئي ممكن است كلاس الگو نامشخص باشد، كه در اينصورت از يك ويژگي سطح بالاتري به نام چگالي برآمدگي ها به جاي كلاس الگو استفاده مي شود كه بيانگر تعداد برآمدگي ها در واحد طول تعريف مي شود. به منظور مستقل كردن چگالي برآمدي ها از جهت تصوير، تعداد برآمدگي ها بين دو نقطه منفرد محاسبه مي شود. نقاط منفرد در اثر انگشت هسته و دلتا مي باشند.هسته بالاترين نقطه در داخلي ترين برآمدگي و دلتا يك نقطه سه شاخه است كه سه برآمدگي از كنار آن عبور مي كند. در شكل زير اين نقاط نمايش داده شده است:

شكل 2 : محل نقاط هسته و دلتا بر روي اثر انگشت

 

يك سيستم اتوماتيك تشخيص اثر انگشت داراي مراحل نشان داده شده در شكل 3 مي باشد:

 

شکل3: بلوک دياگرام نحوه کد کردن اطلاعات اثر انگشت

 

 

در ادامه به بررسي مختصري از مراحل فوق مي پردازيم:

 

1- نحوه به دست آمدن تصوير اثر انگشت:

 

1-1- کاغذ و مرکب : در سالهاي گذشته بيشتر از روش کاغذ و مرکب استفاده مي شد به اين ترتيب که در ابتدا اثر انگشت فرد با استفاده از مرکب بروي کاغذ ثبت و سپس تصوير اثر انگشت اسکن شده و فايل تصويري آن آماده مي شد، که اين روش اکنون به علت مشکلات خاص خود و البته پيشرفت تکنولوژي کم کم منسوخ مي شود. معمولا چون کيفيت تصوير به دست آمده پايين است با استفاده از تکنيک هاي پردازش تصوير اين نقيصه تا حدي مرتفع مي گردد، در شکل 4 نمونه هايي از اين عمل ديده مي شود:

شکل4: نمونهاي از پردازش اوليه تصوير به دست آمده از اسکن اثر انگشت

 

 

2-1- روش اسکن مستقيم نوري: روشهاي گوناگوني براي انجام اين نوع تصوير گيري وجود دارد. نمونه اي از آن در شکل زير آمده است:

شكل5 : روش اسکن مستقيم نوري

3-1- با استفاده از سنسور LE

در اين روش از تکنولوژي نيمه هادي ها استفاده مي گردد. به اين ترتيب كه انگشت شخص بر روي سنسور LE كه از جنس نيمه هادي مي باشد، قرار گرفته (شكل6) و در نتيجه در محل هاي برآمدگي پوست انگشت كه در تماس با سنسور مي باشند، فوتون آزاد شده و به اين ترتيب اثر انگشت ثبت مي گردد.