3D-s ujjlenyomat-leolvasó prototípus
A cikk az első olyan ígéretes 3D-s ujjlenyomat-leolvasó prototípus működését ismerteti, amely egy lézeres technológián alapuló érzékelő, érintés nélkül képes 3D-s ujjlenyomat leolvasására, a hozzá tartozó több száz mintát tartalmazó adatbázist felhasználva. Továbbá, nagy pontossággal lehet ujjlenyomat-szegmentálást is végezni, kihasználva a 3D-s modellek által biztosított térinformációt.
Sokféle 3D szkennelési technika létezik, ezek közül az érintés nélküli technológia mutatja a legnagyobb pontosságot. Hátránya azonban, hogy korlátozott a működési tartománya, a távolság csupán néhány cm az érzékelő és az ujj között.
A cikkben bemutatott 3D ujjlenyomat-leolvasó eszköz egy érintés nélküli aktív szkenner, amely lézerdiódát használ az ujj megvilágítására. A felvételt egy kamera készíti, ily módon az érzékelőn a leképzett vonal alakja közvetlenül összekapcsolható a cél alakjával, a lézervonal mentén, a háromszögelésen keresztül. Ezt a technikát ennek megfelelően háromszögelésnek nevezik, mivel a lézervonal, a kamera és a lézerdióda egy háromszöget alkot.
Felépítés
Az ehhez a kutatáshoz összeállított 3D ujjlenyomat-olvasó prototípus részei a következők: lézerdióda, ipari 3D-s fényképezőgép, optika, rögzítő kar, fordító és motorvezérlő, védődoboz és a rendszert működtető szoftver.
Forrás: European Commission, DG Joint Research Center
A szkenner működésének a lényege, hogy az érzékelő hosszirányban mozog, a felbontás pedig függ a kamera leolvasás és a mintavétel sebességétől. Az optimális érték tökéletes állókép mellett érhető el, azonban a gyakorlatban az ujjat nem lehet teljesen mozdulatlanul tartani, ezért a szoftver feltételezi, hogy sima, folytonosság nélküli képet vizsgál.
A szkenner megbízhatóságának a tesztelése érdekében egy adatbázis megléte vált szükségessé. Az ujjlenyomat-felismerő adatbázis 50 felhasználó kezének mutató és középső ujját, azaz 200 különböző ujjat tartalmaz. Mindegyik ujjat ötször vizsgáltak meg 50 mm/mp sebességgel, a kamera sebessége 600 kép / mp volt. A beolvasási sorrend, amelyet a felhasználó ötször követett, a következő volt: bal középső ujj, bal mutatóujj, jobb mutatóujj és jobb középső ujj. Ez a folyamat biztosítja az ugyanazon ujjból származó minták megfelelő variálhatóságát, így 2 perc alatt 20 minta (4 ujj x 5 minta) készült el egy felhasználótól.
A következő lépés a 3D ujjlenyomat-szegmentálásának a meghatározása. A módszer a 3D modellekben a 2D képek tekintetében meglévő extra információk előnyeit használja fel az ujjlenyomat megállapításához. A szegmentáció meghatározása az ujj görbületén alapszik, amely tulajdonság nem érhető el a hagyományos 2D rendszerekben használt ujjlenyomat (azaz pixel alapú képek) sík ábrázolásaiból.
Miután az ujjlenyomat kinyerésre került a beolvasott nyers 3D adatokból, összehasonlítják egy úgynevezett Iterative Closest Point (ICP) algoritmus szerint. A folyamat két 3D modell közötti pont – pont megfelelés megállapítására szolgál. Ez egy jól bevált technika, amelyet nagyrészt a robotika és a 3D arcfelismerés során már korábban is alkalmaztak. Lényege, hogy két felhőpont közötti távolság minimalizálása érdekében az ICP iteratív módon kiszámítja és felülvizsgálja a fordítást és a forgást. Az ICP-alapú megközelítésnek is vannak korlátjai, például jó inicializálásra van szükség a két modell közötti pontos összehangoláshoz, illetve nem veszi figyelembe a nem merev (azaz a fordítástól és a forgástól eltérő) transzformációkat, amelyekre a felületi deformációk jelenlétében van szükség, olyanokra például, amelyek az érintésalapú ujjlenyomat-leolvasókban fordulnak elő. Ezért sokkal nagyobb pontosság várható azáltal, hogy: az ICP-t igazítási lépésként használják a szegmentálás után és a 3D-s ujjlenyomatok algoritmusa előtt.
Összefoglalás. A cikk bemutatta, hogy az ujjlenyomat-felismerés paradigmaváltása a 2D síkról a 3D térre megvalósítható. Bebizonyosodott, hogy pontos 3D ujjlenyomatokat lehet gyorsan és megbízhatóan előállítani lézeres érzékelési technológiát alkalmazva; illetve nagy pontossággal lehet ujjlenyomat-szegmentálást végezni, kihasználva a 3D-s modellek által biztosított térinformációt. Számos további kutatási lehetőség is megnyílt a jövőt illetően ezen a területen. Ezek közé tartozik, hogy az ujjlenyomat-felismerés területén már sok olyan adatbázis található, amelyet például a bűnüldözési vizsgálatok keretében használnak, és amelyek 2D-s képeket tartalmaznak. Mint ilyen, az új 3D-s ujjlenyomat-technológiát összeegyeztethetővé kell tenni a már meglévő adatokkal.
A kivonatolt fordítást végezte: Bartha László
Forrás: Full 3D Touchless Fingerprint Recognition: Sensor, Database and Baseline Performance
Javier Galbally, Gunnar Bostrom and Laurent Beslay
European Commission, DG Joint Research Center (DG-JRC), ITALY
