بیومتریکهای فیزیولوژیکی

//بیومتریکهای فیزیولوژیکی

بیومتریکهای فیزیولوژیکی

۲-۲-۱- چشم

اسکن چشم به دو صورت است:

الف- عنبیه نگاری

عنبیه قسمت رنگی چشم است که ترکیبی است از نوعی ماهیچه به شکل دایره با یکسری خطوط شعاعی، لایه ای یا توری مانند که در پیش از تولد انسان شکل گرفته است و تا زمان مرگ تقریباً هیچ تغییری نمی کند. این ماهیچه شامل یکسری کارکترها مانند: خطوط، حلقه‌ها، حفره‌ها، شیارها، تارها، لکه‌ها و… است که قابل تفکیک می باشند. می توان گفت که عنبیه چشم همه افراد با یکدیگر متفاوت است. تصویر عنبیه معمولاً توسط یک دوربین تک رنگ مادون قرمز (nm۷۰۰-۹۰۰) که مجهز به سنسور CCD است گرفته می شود. معمولاً فاصله دوربین تا چشم باید چیزی در حدود ۱۸ اینچ باشد.(تابش نور به عنبیه سپس اندازه گیری بازگشت آن) فرایند پردازش بدین شکل است که ابتدا مکان و اندازه مردمک در تصویر مشخص شده و سپس با به دست آوردن مکان و اندازه عنبیه، کلیه تصویر عنبیه که در میان این دو دایره قرار دارد به شکل مستطیلی با ابعاد معین تبدیل میشود، این تکنیک باعث میشود تا با کوچک یا بزرگ شدن مردمک تصویر مستطیل شکل تقریباً ثابت بماند تا در انجام فرآیندهای بعدی مشکلی نباشد. تصویر موجود در مستطیلی با ابعاد معین دارای مشخصه های قابل تبدیل به کدهای باینری است، در این تبدیل ها روشهای مختلفی وجود دارد که هر یک مزایا و معایب خودرا دارند. پس از بدست آوردن الگوی باینری، با استفاده از بدست آوردن فاصله همینگ بین الگوی موجود با الگوی بدست آمده می توان نتیجه تطبیق را بدست آورد. در روشهای دیگری مانند نمونه یابی در مکانهای مشخص با برداشت چند نمونه از قسمتی از تصویر عنبیه که مشخصات قابل توجهی دارد، در زمان تشخیص با استفاده از نمونه های ذخیره شده و مکان یابی نمونه ها، عنبیه افراد قابل تشخیص است. این سیستم دارای قابلیت خوبی در تشخیص افراد است بدین دلیل که عنبیه هم منحصر بفرد است و هم در برابر گذشت زمان مقاوم، ولی متاسفانه حجم الگوها در این روش بسیار بالا است، این تکنولوژی بسیار گران است، کاربر پسند نیست و بدلیل اینکه در حین نمونه برداری لازم است که چشم کاملاً بی حرکت باشد لذا الگو برداری ممکن است دقیق نباشد. در عنبیه نگاری از الگوی پیچیده و منحصر بفرد عنبیه که حتی در چشمان راست و چپ یک انسان هم متفاوت هستند، تصویربرداری می شود. ادعا می شود خطای تشخیص این سامانه ها در حد یک در چند ده میلیون است. کپی برداری مصنوعی از عنبیه بخاطر ویژگیـها و تعداد خصوصیات قابل سنجش آن غیر ممکن است. اسکن نمودن عنبیه توسط دوربینهای مادون قرمز و یا دوربین های تصویربرداری صورت می گیرد. در اسکن عنبیه دوربین مخصوص رگه های عنبیه را اسکن می کند وبا توجه به اینکه تعدادی زیادی از ویژگیها مورد اسکن و مقایسه قرار می گیرند روش مطمئنی ایجاد میشود، در ضمن این روش با لنز ها و عینک ها نیز تطبیق داده شده ونیز مشکل نزدیک بودن دوربین به چشم نیز حل شده و کاربر باید چشم خود را در فاصله حدوداً ۳۰ سانتی متری از دوربین قرار دهد .

 

 

 

شکل ۲-۲- تصویر‌برداری از عنبیه

 

ب- شبکیه نگاری

شبکیه چشم در منتهی الیه کره چشم قرار دارد که شامل یکسری رگهای خونی است که این مویرگها داری اشکال مختلفی هستند، این خصیصه در افراد منحصر بفرد است. با قرارگیری چشم کاربر در یک مکان مشخص، یک دسته نور ماوراء قرمز یا نور سبز با طول موج کوتاه به شبکیه چشم تابیده می‌شود و بازتاب آن توسط یک دوربین CCD اندازه گیری می شود. این روش تقریباً مشابه شناسایی از طریق عنبیه می باشد. هر شبکیه هم مانند عنبیه دارای الگوی منحصربفردی است که در سامانه‌ های شبکیه نگاری توسط یک پرتو نوری اسکن می شود. از این سامانه ها در کاربردهای بسیار امنیتی و حساس استفاده می شود. البته استفاده از این سامانه ها به نسبت دیگر بیومتریکها مشکل است. در اسکن شبکیه با استفاده از دوربین مخصوص الگوی رگ های خونی اسکن می شود برای این کار از لیزر مادون قرمز کم قدرت استفاده میشود. برای بدست آوردن یک تصویر با کیفیت خوب و متمرکز باید چشمها نزدیک دوربین قرار گیرد و این موضوع و اینکه از اشعه لیزر استفاده می شود باعث شده افراد زیادی به این روش علاقه نشان ندهند. درضمن بر خلاف تصور اینکه شبکیه تغییر نمی کند تحقیقات پزشکی نشان داده که برخی از بیماریها روی شبکیه تأثیر می گذارند و آن را تغییر می دهند. [۲]
شکل۲-۳- ساختار رگ‌های پشت شبکیه

 

۲-۲-۲- اثر انگشت

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. عموماً سایز الگو در روش دوم دو الی سه برابر بزرگتر از روش اول می باشد. در روش اول تقریباً امکان ندارد که بتوان تصویر اثر انگشت را از الگوی مبنا بدست آورد بدلیل اینکه از تعدادی از ریزه کاریها الگوبرداری می شود و مابقی ترتیب اثر داده نمی شوند، ولی از روش دوم می توان به اثر انگشت نیز رسید. برای استفاده از اثر انگشت از اسکنرهای مخصوصی استفاده می شود این اسکنرها انواع متفاوتی دارند بعد از اینکه انگشت روی صفحه اسکنر قرار گرفت، بسته به نرم افزار استفاده شده، اثر انگشت اسکن شده و نقاط کلیدی آن تعیین شده و با الگوی اولیه تطبیق داده می شود .البته با توجه به اینکه زمان مقایسه بعد از مدتی که حجم مقایسات زیادشد ،بالا میرود و برای کمتر کردن این زمان، ابتدا نقاطی را به عنوان نقاط کلیدی برای دسته بندی اسکن های موجود استفاده می کنیم و در زمان انطباق از همین کلیدها استفاده کرده و زمان مقایسه را پایین می آوریم. هر چند که تحلیل اثر انگشت بعضی از افراد مانند کارگرانی که کارهای سخت با دستهای خود انجام می دهند یا افراد معتاد مشکل است ولی در کل در بسیاری از موارد از اثر انگشت استفاده های موفقی انجام شده. امروزه این اسکنرها نه تنها در ادارات پلیس بلکه در روی صفحه کلیدها و حتی موش واره ها وجود دارند و از آنها در موارد متفاوتی استفاده میشود ، مثلا می توان با استفاده از امکانات نرم افزاری کامپیوتر را قفل کنیم و در صورتی سیستم کامپیوتری قفل را باز کند که اثر انگشت شما را روی صفحه اسکنر خود اسکن کند. در آینده شاید بتوان از اسکن اثر انگشت به جای تایپ Password در چک کردن پست های الکترونیکیمان استفاده کنیم ، یا در تجارت الکترونیک یا تغییر موجودی در بانکهای online از آن استفاده ببریم.
شکل۲-۴- تصویری دیجیتالی از اثر انگشت

۲-۲-۳- چهره نگاری

سامانه‌ های چهره نگاری از ویژگیهای متمایز کننده چهره استفاده می نمایند. این سیستمها دارای دو گونه اصلی تصویر برداری ویدیویی و حرارتی هستند که نوع اول بسیار رایج تر و کاربردی تر است. اساس کار سیستمهای مبتنی بر تصویر برداری ویدیویی بر نگاشت نقاط کلیدی چهره از قبیل مکان چشمها، دهان و سوراخهای بینی استوار است. اجزا سیستم می تواند فقط یک نرم افزار باشد که تصاویر دریافتی از دوربینهای مداربسته تلویزیونی(CCTV) راپردازش می کند؛ یا یک سیستم کامل شامل دوربینها، ایستگاههای کاری و پردازشگر نهایی باشد. اسکن از صورت به طرزی متفاوت از موارد دیگر صورت می گیرد در این روش نمونه بدست آمده باید به صورت D3 باشد برای این منظور از ۳ دور بین که نسبت به هم زاویه ۹۰ درجه می سازند یا از یک دوربین متحرک که بصورت یک نیم دایره که مرکز آن صورت شخص مورد نظر قرار گرفته استفاده کرد و به وسیله نرم افزار مر بوطه یک تصویرD3بدست آورد. در تصویر بدست آمده نقاط قرار گیری ابروها ، چشمها، بینی، دهان ،چانه و طول چانه و پیشانی همچنین فاصله چشمها و ابروها و … ثبت و سپس با نمونه های ذخیره شده مقایسه می شوند. این روش به علت استفاده از سخت افزار و نرم افزارهای گران قیمت هزینه زیادی دارد ولی قابلیت اعتماد بالایی دارد. در این روش نیز مانند روش اسکن کف دست نیاز به بروز شدن اطلاعات وجود دارد. فرم هندسی یک چهره نیز از پارامترهای مورد اندازه گیری در سیستمهای بیومتریک است ولی نمی توان گفت که جزء خصیصه‌های منحصر بفرد افراد است لذا این سیستمها در جاهایی که تعداد کاربران کم است و نیز زمانهای الگوبرداری درازمدت نیست، مناسبند. از دیگر کاربردهای این سیستمها، استفاده در سیستمهای مالتی بیومتریک جهت افزایش دقت است . تصویر چهره یک کاربر می تواند توسط یک دوربین سیاه و سفید با استاندارد که یک رزولوشن ۲۴۰*۳۲۰دارد و حداقل ۳ تا ۴ فریم را تولید کند، گرفته می شود. دو روند اصلی برای تشخیص چهره انجام می شود.خصوصیات پایه ای چهره بر شناسایی و تشخیص نقاط ثابت و معین در چهره که با مرور زمان کمترین حساسیت و تغییری را از خود نشان می دهند.یا روند کلی یا کل چهره در این روش یک تصویر کامل و یکجا از چهره، بدون لوکالیزه کردن نقاط ویژه مورد پردازش قرار می گیرد. در کل سیستمهای این چنینی دارای دقت بالایی نیستند بدلیل اینکه چهرها کاملاً منحصر بفرد نیستند و گاه اتفاق می افتد که دو نفر(مخصوصاً دو قلوها) از نظر چهره با هم مشابهند. لذا از اینگونه سیستمها فقط در مکانهایی استفاده می شوند که امنیت تا حد بسیار زیاد مورد نظر نباشد.
شکل۲-۵- تحلیل مشخصات فیزیکی صورت مانند مکان چشم، بینی، لب و..

 

۲-۲-۴- دست

برای اسکن سطح کف دست از اسکنرهایی با صفحه اسکنی که برای درست قرار گرفتن دست هنگام اسکن مهره هایی برروی آن قرار گرفته، استفاده می شود، مانند اثر انگشت. اسکنر بعد از اسکن کردن با توجه به قابلیتهای نرم افزار و سخت افزار استفاده شده مقایسه انجام می شودکه در صورت تطبیق هویت شخص تأیید می شود. جغرافیای کف دست بعد از مدتی با گذشت سال و با بالا رفتن سن تغییر می کند و نیز جراحات نیز باعث عوض شدن شکل کف دست می شود ، بنابراین در استفاده از این روش باید اسکن به دست آمده در مواقع لزوم و نیز بعد از یک دوره زمانی به روز شود و اسکن جدیدی برای شناسایی افراد ایجاد شود. بنابرین استفاده از این روش در مواردی مفید است که به طور مستمر مورد استفاده قرار گیرد و افراد مورد شناسایی با این روش در دسترس باشند. البته این روش به علت اینکه سطح بزرگی را مورد مقایسه قرار می دهند دارای ضریب اطمینان بالایی هستند. دراین سیستم دست در یک مکان مشخص مطابق شکل قرار می گیرد. سپس با استفاده از یک دوربین دیجیتال CCD با کیفیت مطلوب ۳۲۰۰۰ پیکسل تصویر دست از دو نمای فوقانی و کناری گرفته می شود. که یک تصویر ۳بعدی از دست تولید می کند. از تصویر بدست آمده حدوداً ۱۷ قسمت دست اندازه گیری می‌شود، من جمله: انگشتان( طول، پهنا، ضخامت، انحنا ) و پارامترهای هندسی دیگر که در شکل آمده است. معمولا حجم داده ی بدست آمده ۹بایت است.

شکل۲-۶- تحلیل و مقایسه طول و قطر انگشت ها، مکان مفاصل، شکل و سایز کف دست

۲-۲-۵- رگ ها

روشهای بیومتریک مختلفی بر اساس خصوصیت های منحصر بفرد انسان ها وجود دارد هر کدام از این روش ها دارای نقاط قوت و ضعف هستند. یکی از روش هایی که کمتر از موارد فوق شناخته شده است استفاده از شکل رگ هاست. همانند اثر انگشت و عنبیه، شکل رگ های انسان هم کاملاً منحصر به فرد است و با دیگران متفاوت است. حتی شکل رگ های دو طرف بدن هم یکسان نیست و شکل رگ های طرف چپ و راست بدن متفاوت است. بسیاری از رگ ها از روی پوست مشخص نیستند. به همین دلیل هم امکان تقلب و جعل در چنین روشی بسیار کم و مشکل است. همچنین شکل رگ ها با تغییر سن انسان ها بسیار کم تغییر می کند. به همین دلیل هم چنین خصوصیتی برای تشخیص انسان ها از یکدیگر بسیار مناسب است. برای استفاده از سیستم تشخیص رگ ها باید انگشتان، مچ دست، کف دست یا پشت دست را روی اسکنر مخصوص سیستم گذاشت. یک عکس توسط دوربین با نوری نزدیک به نور مادون قرمز گرفته می شود. هموگلوبین های موجود در خون این نور را جذب می کنند و رگ ها به شکل سیاه در تصویر مشخص می شوند. همانند دیگر سیستم های بیومتریک این تصویر بر اساس شکل و محل ساختاری رگ ها تبدیل به یک کد می شود. به این ترتیب برای استفاده های بعدی از سیستم، کد محاسبه شده جدید با کد ذخیره شده مقایسه می گردد. اسکنر هایی که در سیستم تشخیص رگ ها بکار می روند با ابزارهایی که در بیمارستان ها مورد استفاده قرار می گیرند متفاوت اند. اسکنر هایی که برای اهداف پزشکی به کار می روند عمدتاً از ذرات رادیواکتیو استفاده می کنند در حالی که در سیستم های تشخیص هویت بیومتریک، فقط از نوری که تقریباً شبیه به آنچه که از کنترل کننده های از راه دور ساطع می شود، استفاده می شود.
شکل۲-۷- تصویر‌برداری از رگ های زیر پوست

۲-۲-۶- گوش

از گوش به دو شکل برای تشخیص هویت استفاده می شود. شکل و ساختار لاله گوش در افراد مختلف متفاوت است. اکوی صدای خروجی از کانال گوش برای هر فرد با فرد دیگری متفاوت است .تا به حال این روش کارایی زیاد و قابل اعتمادی برای تشخیص هویت نداشته است و مواردی اندک برای تأیید هویت از آن استفاده شده است.
شکل۲-۸- شکل و ساختار لاله گوش

شکل۲-۹- اکوی صدای خروجی از کانال گوش

۲-۲-۷- لب ها

تا به حال این نوع بیومتریک پیشرفت و کاربرد خاصی نیافته است.از لب به عنوان بیومتریک به یکی از سه طریق زیر استفاده می شود:

اثر لب: همانند اثر انگشت است با این تفاوت که اثر لب را ثبت می کنند. لب نیز همانند انگشت دارای منحنی ها و خط و خطوط مختص به هر فرد است. این روش تا حد زیادی قابل اعتماد است.

نحوه تحرک لب ها: این روش یک روش رفتاری است و در تشخیص گوینده به ما کمک می کند. روش دقیقی نیست و می تواند تنها برای تأیید هویت استفاده شود.

شکل لب ها: می تواند برای تأیید هویت به کار رود و مرسوم نیست.

۲-۲-۸- ساختار ظاهری پوست

در این روش چین و چروک های صورت بررسی می‌شود. این ساختار همانند اثر انگشت در افراد مختلف متفاوت است.
شکل۲-۱۰- بررسی چین و چروک های صورت

مشخصه گرمایی صورت : در این مدل توسط دوربین های مادون قرمز از صورت تصویربرداری می شود. نقاط مختلف صورت براساس میزان حرارت و دمایی که دارند در تصویر دیده می‌شوند(نقشه ای از سطح صورت تهیه می شود). از آنجا که تجمع رگ‌های زیر پوست صورت در هر فرد شکل متفاوتی دارد ، تمایز رنگ بین نقاط مختلف صورت ثابت می ماند. به عنوان مثال در شکل زیر سمت چپ فرد حالت عادی دارد و در سمت راست حالت عصبی دارد، با این حال کاملاً می توان مشاهده کرد که نقاطی که در تصویر سمت چپ قرمز تر از بقیه نقاط بودند باز هم در تصویر سمت راست قرمزتر از باقی نقاط هستنند. با این حال تمایز و اختلاف رنگ در نقشه صورت تغییر نکرده است. البته این سیستم به دلیل محدودیت ‌های مختلفی که دارد چندان عمومیتی ندارد.

لبخند: تفاوت بین چهره در حالت عادی و هنگامی که لبخند می زنیم را تحلیل می کنند.



شکل۲-۱۱- سمت چپ فرد حالت عادی و سمت راست حالت عصبی دارد

۲-۲-۹- طیف الکترو مغناطیسی پوست

در این روش توسط دیودهای نوری به سطح پوست یک سری نور خالص با طول موج های مختلف می‌تابانند وتوسط تعدادی فتو دیود میزان شدت موج برگشتی از سطح پوست را ثبت و سپس اطلاعات را تحلیل می کنند. میزان جذب و انعکاس نور (به طور کلی هر موجی متناسب با طول موجش) توسط پوست هر فرد متفاوت با دیگران است و این مطلب اساس روش مذکور است.
شکل۲-۱۲- میزان جذب و انعکاس نور پوست هر فرد متفاوت با دیگران است

۲-۲-۱۰- ناخن

این متد کاملاً جدید است و تحقیقات گسترده ای روی آن صورت نگرفته است.اغلب از ناخن به صورت زیر برای بیومتریک استفاده می کنند:

رشته های گوشت زیر ناخن: اگر در ابعاد میکروسکوپی به سطح نرم زیر ناخن نگاه کنیم، در می‌یابیم این سطح دارای برآمدگی هایی موازی و رشته مانند است. این قسمت شامل مویرگ‌ها، اعصاب و … است . در طول سن این برآمدگی ها یا رشد طولی دارند یا پهن تر می گردند ولی در هرحال وجود دارند. ادعا می شود که ساختار و شکل این رشته ها همانند اثر انگشت و عنبیه در افراد مختلف، متفاوت است.

۱۳۹۴-۸-۲۱ ۱۰:۰۰:۱۶ +۰۳:۳۰آبان ۲۱ام, ۱۳۹۴|Categories: پردازش تصویر|Tags: |بدون ديدگاه

ثبت ديدگاه

پرداخت

1-پرداخت آنلاین
برای پرداخت آنلاین از لینک زیر استفاده کنید
پرداخت آنلاین
2- پرداخت آفلاین
برای پرداخت آفلاین مبلغ مورد نظر را به یکی از شماره کارت
6037997245888723بانک ملی