Біометричний розпізнавання по вухах | Відкриті системи. СУБД

ранні дослідження
Біометрія вуха
Автоматизоване розпізнавання вуха
Підвищення точності зіставлення
відбитки вух

У сучасному світі, де соціальна взаємодія стає переважно цифровим (Facebook, Google+, Skype), а фінансові транзакції виконуються через Інтернет, надзвичайну важливість набуває надійне встановлення особи людини. Надійний метод ідентифікації традиційно потрібен правоохоронним органам та військовим, наприклад, для випадків, коли необхідно визначити, чи є людина потенційною загрозою або розшукуваним злочинцем. Оскільки звичних способів аутентифікації за допомогою посвідчень особи і паролів властиві обмеження, були розроблені складні біометричні системи, що встановлюють особу людини на основі його фізичних або поведінкових атрибутів, таких як відбитки пальців, особа, сітківка ока, геометрія руки, голос або хода. Біометричні механізми сьогодні вбудовуються в багато системи, від персональних пристроїв управління доступом до ноутбуків до засобів прикордонного контролю. В системі US-VISIT, наприклад, у в'їжджають в США скануються відбитки пальців для перевірки по урядовим списками особливої уваги. А в аеропортах Об'єднаних Арабських Еміратів застосовується система розпізнавання сітківки ока для виявлення і затримання депортованих осіб, які намагаються знову в'їхати в країну за підробленими документами.

Незважаючи на значний прогрес в області біометрії, ідентифікація людей в громадських місцях все ще залишається складним завданням, і нерідко може бути доступна лише неповна або зіпсована біометрична інформація, наприклад коли системі відеоспостереження вдалося зняти тільки частину обличчя людини. Для підвищення точності розпізнавання людей поряд з біометрією основних рис, наприклад, особи використовуються допоміжні характеристики, такі як шрами, родимі плями, татуювання, зростання і форма тіла. Вухо - одна з таких перспективних «м'яких» біометричних характеристик.

Як показано на рис. 1, зовнішня вушна раковина складається з ряду анатомічних компонентів, і, хоча її структура відносно проста, вона значно варіюється від людини до людини. На рис. 1, б показані приклади цих варіацій, які поряд з розміром, кольором і текстурою вуха можуть служити відмінними характеристиками людини. Зміни виразу обличчя і вік істотно не впливають на зовнішній вигляд вуха, однак вушні аксесуари під впливом гравітації можуть змінити довжину мочки.

Мал Мал.1. Зовнішня анатомія вуха:

а) Зовнішня раковина має ряд анатомічних компонентів: (1) обід завитка, (2) мочка, (3) протівозавіток, (4) раковина, (5) козелок, (6) протівокозелок, (7) ніжка завитка, (8) трикутна ямка, (9) межкозелковая вирізка.

б) Структура раковини від людини до людини варіюється.Приклади зображень правого (верхній ряд) і лівого (нижній ряд) вуха

ранні дослідження

Про можливість використовувати анатомічні особливості вуха для встановлення особи людини ще в 80-х роках XIX століття говорив Альфонс Бертільон, французький поліцейський офіцер, який одним з перших почав користуватися фізичними вимірами для ідентифікації злочинців. Бертільон застосовував якісні та кількісні опису різних частин тіла, включаючи вуха, називаючи цю методику антропометрією. У 1906 році празький отоларинголог Р. Імхофер після обстеження 500 пар вух прийшов до висновку, що їх можна чітко розрізняти всього за чотирма особливостям. Більш ніж 50 років по тому команда дослідників вивчила фотографії 200 пар вух новонароджених і прийшла до висновку, що завдяки анатомічному сталості вуха по ньому можна встановлювати особу немовлят. У період з 1948-го по 1962 рік Альфред Янареллі зібрав фотографії вух декількох тисяч чоловік і запропонував набір з 12 геометричних вимірів вуха на основі ніжки завитка (рис. 2). Він стверджував, що цей набір вимірювань унікальний у кожної людини.

Біометрія вуха

Систему біометрії вуха можна розглядати як типову систему розпізнавання образу, яка зводить вхідне зображення до набору основних рис і порівнює його з базою інших наборів рис для встановлення особи. Розпізнавання вуха можна реалізувати для плоского способу або тривимірного хмари точок, який зображує поверхню зовнішньої вушної раковини. Розпізнавання складається з чотирьох етапів.

Виявлення. Зазвичай для вказівки просторової протяжності вуха на зображенні профілю голови використовується прямокутна межа. Даний етап має велике значення - помилки, допущені на ньому, можуть зробити процес розпізнавання безрезультатним.

Виявлення рис. Хоча на наступному етапі (зіставлення) можна використовувати і сегментоване зображення вуха, в більшості систем виявляється набір характерних рис вуха. У процесі виявлення рис сегментированное вухо зводиться до математичної моделі, яка підсумовує всю відмінну інформацію, наявну на зображенні вуха.

Зіставлення. На цьому етапі проводиться порівняння рис, виявлених на вхідному зображенні, з збереженими в базі даних для встановлення особи. У простій формі процес зіставлення зводиться до виставлення рейтингів, що відображають ступінь схожості з зображеннями з бази.

Прийняття рішення. На основі рейтингів, підрахованих на попередньому етапі, система приймає остаточне рішення. В режимі верифікації рішення «так» означає підтвердження особи, а «ні» - вказує на самозванця. В режимі ідентифікації на виході формується перелік потенційно придатних особистостей, відсортованих по рейтингу схожості.

Автоматизоване розпізнавання вуха

Марк Берж і Вільгельм Бургер ще в 1997 році опублікували доповідь про першу спробу автоматизації процесу розпізнавання вуха. Для уявлення і зіставлення кривих і контурів на двомірному зображенні вуха вони використовували графову модель. Двома роками пізніше Белен Морено, Анхель Санчес і Хосе Велес описали повністю автоматизовану систему розпізнавання вуха, яка керується різними рисами: формою, складками і т. Д. З тих пір дослідники запропонували чимало схем автоматизованого виявлення і зіставлення рис, заснованих на алгоритмах комп'ютерного зору і обробки зображень. Такі алгоритми відрізняються від простих (аналіз основних компонентів, аналіз незалежних компонентів) до складних методів, заснованих на масштабно-інваріантних перетвореннях рис, локальних бінарних шаблонах, перетвореннях елементарних хвиль і силових полях.

У 2005 році Хуей Чень і Бір Бхану представили тривимірну систему розпізнавання, яка покладалася на структуру і глибину анатомічних елементів вуха.

Підвищення точності зіставлення

Перешкоди у вигляді пасом волосся і аксесуарів здатні знизити або звести нанівець результативність роботи системи розпізнавання вуха. Негативний вплив можуть також надавати особливості зовнішнього освітлення та варіації розташування особи по відношенню до камери. Крім того, точність алгоритмів розпізнавання зазвичай оцінюється з використанням знімків вуха, зроблених при ідеальних умовах (як правило, в приміщенні і з добре поставленим світлом). У зв'язку з цим критики стверджують, що точність зіставлення, зазначена в наукових доповідях, може бути перебільшеною.

Проте технологія розпізнавання вух - це потенційно цінний інструмент біометричного арсеналу; наприклад, голландські експерти-криміналісти після вивчення записів системи відеоспостереження саме за допомогою біометрії вух ідентифікували підозрюваних в пограбуванні автозаправної станції, що закривали свої обличчя.

Для підвищення точності зіставлення дослідники пропонують спільно використовувати біометрії особи і вуха. Навіть якщо в якійсь ситуації вухо не вдається використовувати для верифікації особистості людини, біометрія вуха дозволить виключити ряд входжень зі списку потенційних збігів, якщо вони досить відрізняються від вхідного зображення.

відбитки вух

Для ідентифікації людини поряд з плоскими або тривимірними зображеннями вух служать також і відбитки вух - позначки секреції зовнішнього вуха, що залишаються, коли їм притискаються до стіни, двері, вікна. Відбитки вух застосовувалися як доказ в ряді кримінальних справ у США та інших країнах, проте в деяких випадках рішення суду, винесені з пред'явленням таких доказів, були скасовані. Відбитки вух не прийнято використовувати в криміналістичної практиці, оскільки вчені сумніваються в їх індивідуальності.

***

Сьогодні поки не існує комерційно доступних систем розпізнавання вух, однак методика спільного використання зображення вух і особи в мультібіометріческіх системах має великий потенціал, і розробки в цій області продовжуються. Наприклад, якщо розділити типи вух на кілька категорій, то по категорії на вхідному знімку можна буде швидше знаходити кандидатів на збіги по великій базі пар зображень обличчя-вухо. А застосування термограмм вух допоможе полегшити проблему приховування вух волоссям і аксесуарами. Коли технології розпізнавання вух досягнуто достатнього рівня розвитку, вони зможуть приносити значну користь криміналістиці і біометричних систем ідентифікації.

Арун Росс ( [email protected] ) - професор, Айман Абаза ( [email protected]) - старший науковий співробітник Університету Західної Вірджинії.



*КУРОРТ У МОРЯ*