مقدمه:
با رشد روزافزون نیاز به روش‌های ایمن و دقیق برای احراز هویت و واپایش دسترسی، فناوری‌های شناسایی زیست سنجی مبتنی بر ویژگی‌های چشم، به‌ویژه عنبیه و شبکیه، اهمیت ویژه ای یافته اند. عنبیه، با ساختار پیچیده و یکتای خود، و شبکیه، با الگوهای خاص رگ های خونی، هر دو بستری بسیار دقیق برای تشخیص هویت فراهم می‌کنند. تشخیص عنبیه به دلیل پایداری، دقت بالا و نیاز نداشتن به تماس فیزیکی، در حوزه‌های امنیتی حساس کاربرد گسترده‌ای دارد. از سوی دیگر، اسکن شبکیه، با وجود محدودیت های اجرایی، همچنان در برخی از محیط های امنیتی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مقاله به بررسی اصول عملکرد این فناوری‌ها، کاربردهای رایج، ارزیابی عملکرد و چالش های احتمالی در پیاده سازی آن ها می‌پردازد.
شناسایی با عنبیه
سامانه تشخیص عنبیه عکس مادون قرمز از عنبیه را از فاصله 4 اینچ تا 6 فوت می‌گیرد و نیاز به مداخله کاربر ندارد. عنبیه حلقه رنگی کاملاً قابل مشاهده ای است که مردمک چشم را احاطه کرده است. این حلقه یک ساختار عضلانی است که میزان نور ورودی به چشم را واپایش می‌کند. عنبیه از جزییات پیچیده و قابل اندازه‌گیری به صورت ناهمواری، گودال ها و برآمدگی ها تشکیل‌شده است. هیچ دو عنبیه ای شبیه هم نیستند. حتی دو عنبیه یک نفر کاملاً با هم متفاوت است. اطلاعات یکتایی در یک عنبیه قابل اندازه‌گیری است که بسیار بیشتر از یک اثر انگشت است.
- فناوری تشخیص عنبیه به طور سنتی در شرایط امنیتی بالا مستقر شده است که تصویربرداری بافاصله کمتر از سه پا قابل انجام باشد و نیاز به جست و جوی بانک های اطلاعاتی بسیار بزرگ بدون رخداد انطباق اشتباه باشد. این سامانه ها در تعدادی از کاربردهای مشهور از جمله غربالگری مسافران هواپیما، شناسایی زندانیان و دسترسی فیزیکی به سوابق مراقبت های بهداشتی در حال استفاده هستند. ویژگی های سامانه های تشخیص عنبیه عبارت اند از:
- پایداری: عنبیه انسان در طول کل زندگی فرد پایدار است. این باعث می‌شود تا عنبیه، زیست سنجی بسیار مطلوب برای مصارف واپایش دسترسی باشد.
- یکتایی: عنبیه به دلیل دارا بودن سطح غنی از جزئیات که می توان جمع آوری کرد دقیق ترین روش زیست سنجی تلقی می شود. سامانه های موجود بیش از 240 ویژگی منحصر به فرد را در فرمول بندی الگو ثبت می‌کنند که بیش از 10 برابر سایر سامانه های زیست سنجی است. احتمالاً دو عنبیه با الگوی یکسان در اصل صفر است.
- انعطاف‌پذیری: برخلاف برخی دیگر از سامانه های واپایش دسترسی زیست سنجی دیگر، تشخیص عنبیه نیازی به تماس فیزیکی ندارد. این بدان معنی است که برای استفاده در محیط هایی که از دستکش یا وسایل محافظ دیگر استفاده می شود، به طور ایده‌آل مناسب است. فناوری تشخیص عنبیه می تواند به راحتی در سامانه های واپایش دسترسی موجود ادغام شود یا به عنوان یک سامانه مستقل عمل کند.
- قابلیت اطمینان: از آن جا که سامانه از تصاویر مادون قرمز استفاده می کند، فقط عنبیه زنده می تواند ثبت شود. الگوی جداگانه عنبیه امکان سرقت، از دست دادن یا تکثیر ندارد. استفاده غیرقانونی از الگوی عنبیه یک کاربر مجاز بعید است و تولید مدل هایی از عنبیه که بتواند ردیاب را فریب دهد تقریباً غیرممکن است. در هنگام مرگ، بافت عنبیه یکی از اولین بافت های بدن است که رو به زوال می رود. آسیب شناسان پزشکی قانونی از عنبیه به عنوان یک تخمین دقیق زمان مرگ استفاده می کنند. این مسئله مانع از فریب سامانه با استفاده از چشمی که از یک کاربر مجاز برداشته شده است می شود.
- غیرقابل نفوذ: اگرچه اصطلاح «اسکن عنبیه» اغلب در ارتباط با استفاده از فناوری تشخیص عنبیه مورد استفاده قرار می‌گیرد، هیچ اسکنی در آن صورت نمی‌گیرد. در شناسایی عنبیه، از یک دوربین برای گرفتن تصویر از عنبیه استفاده می شود و سپس آن تصویر به یک الگو تبدیل می‌شود. در فرآیند تصویربرداری از هیچ چراغ روشن یا لیزر استفاده نمی شود. عینک و بیشتر عدسی های تماسی را می‌توان در طی این روش پوشید بدون این که دقت سامانه به خطر بیافتد.
در سال 1993، دکتر جان داگمن دارای دکترا از دانشگاه کمبریج انگلستان ابتدا فرآیند دریافت و پردازش تصاویر عنبیه را با استفاده از نور مادون قرمز نزدیک برای شناسایی الگوهای موجود در عنبیه که معمولاً با نور مرئی دیده نمی شود، توصیف کرد.
فرآیند داگمن با استفاده از یک دوربین تک رنگ اختصاصی در فاصله کمتر از 3 پا از چشم و از نور مرئی و مادون قرمز استفاده می کند. دامنه فرکانس نور مادون‌قرمز (700 تا 900 نانومتر) همان محدوده ای است که چشم پزشکان برای مطالعه «کیست ماکولا» مورد استفاده قرار می دهند و برای چشم بی‌ضرر است. ال ای دی های مورد استفاده برای تولید این نور شبیه به موارد استفاده شده در واپایش از راه دور تلویزیون، اسباب بازی ها و سایر محصولات مصرفی است. انرژی ورودی به چشم بسیار کمتر از زمانی است که فرد در معرض نور خورشید قرار دارد یا به یک لامپ رشته ای نگاه می‌کند.
عوامل مختلفی می‌تواند بر روی تصویر عنبیه از جمله زاویه دوربین، اندازه مردمک، زاویه سر یا جهت موقعیت چشم تأثیر بگذارد. تولیدکنندگان برای جبران این عوامل از مدل های ریاضی استفاده می کنند.
هسته اصلی سامانه تشخیص عنبیه نرم‌افزاری است که توابع زیر را انجام می دهد:
- تصویر چشم از جمله عنبیه را به دست می آورد.
- مرزهای عنبیه را مشخص می کند. این نرم افزار برای یافتن لبه بیرونی عنبیه، تصویر را از حاشیه راست و چپ باریک می کند. این روش افقی باعث انسداد ناشی از پلک ها می شود. در عین حال، مردمک (لبه داخلی عنبیه) را پیداکرده و به علت مشکلات رطوبت و روشنایی ذاتی، مخروط 90 درجه پایین عنبیه را کنار نمی گذارد.
- سامانه مختصات قطبی بر روی عنبیه ایجاد می کند.
- مناطقی برای تجزیه و تحلیل در سامانه مختصات تعریف می کند. بعضی از صافی ها به اندازه 70 درصد عنبیه دارند، اما بیشتر آن ها کمتر استفاده می کنند. این تصاویر جزئیات فوق العاده‌ای را ارائه می دهند، فراتر از آنچه یک نمایش تصویری می‌تواند ارائه دهد.
- داده های تصویر را با تبدیل آن به عبارات ریاضی پیچیده در فرآیندی به نام تخریب تجزیه و تحلیل می کند. این الگوریتم ها بخش های چشم را به صدها بردار شبیه به یک کد دنباله DNA صافی و ترسیم می کنند. این بردارها چه و کجا زیر تصویر را تعریف می‌کنند.
- یک الگو تولید می کند. در این مرحله، پایگاه داده مقایسه تصاویر عنبیه را انجام نمی دهد، بلکه بازنمایی های شش‌ضلعی از داده های برگردانده شده توسط فرآیند تخریب را انجام می‌دهد.
- الگو را ذخیره و اغلب آن را رمزگذاری می کند.
- الگوی درخواستی دسترسی کاربر را با الگوی ثبت نام برای دسترسی یا عدم دسترسی مطابقت می دهد. شکل 1 تمام فرایند بالا را به تصویر کشیده است.
واپایش دسترسی با تشخیص عنبیه بسیار دقیق است و گزینه مناسبی برای کاربردهای با امنیت بالا است. از تشخیص عنبیه می توان برای کارهای شناسایی و تأیید استفاده کرد. شناسایی زندانیان یکی از کاربردهای متداول تشخیص عنبیه در اجرای قانون است. علاوه بر این، پلیس فدرال FBI در حال افزودن عنبیه به پایگاه داده ملی زیست سنجی خود است.
حداقل وضوح تصویربرداری سامانه برای گرفتن جزئیات غنی از الگوی عنبیه به حداقل 50 پیکسل در شعاع عنبیه احتیاج دارد. اکثر سامانه های تجاری از 100 تا 140 پیکسل ضبط می کنند. بیشتر تولیدکنندگان نرم افزار سرعت انطباق بیش از 500000 تصویر در هر ثانیه را تبلیغ می کنند. به طورکلی، زمان چرخه سامانه از خواندن اولیه تا دسترسی برای یک دستگاه تشخیص عنبیه مستقل باید چند ثانیه باشد. ادعای تولیدکنندگان برای صحت ممکن است توانایی واقعی فناوری را بیش از حد بیان کند. بیشتر خطاهای تشخیص از ارزیابی و تطبیق تصاویر عنبیه ایجاد شده است.
فناوری تشخیص عنبیه به یک کاربر به طور منطقی واپایش‌شده نیاز دارد. به طور سنتی، ثبت نام کنندگان باید برای یک لحظه در یک نقطه خاص بایستند. با این حال، فناوری در حال ظهور قادر به گرفتن عنبیه بدون آنکه شخص مجبور به ایستادن شود است. بسیاری از کاربران تا زمانی که به عملکرد آن عادت نکنند با سامانه ارتباط به مشکل بر می خورند. با این حال، مانند سایر روش های زیست سنجی، شخص با سامانه بیشتر آشنا می شود و نرخ خطای عدم اجازه کاهش می‌یابد.
مطابقت تصویر بستگی به کیفیت تصویر دارد. ثبت نام باکیفیت پایین می‌تواند انطباقات بعدی را دشوارتر کند.
شبکیه، عصبی نازک (یک‌پنجاهم اینچ) در پشت چشم است. این بخشی از چشم است که نور را حس می‌کند و پالس هایی را از طریق عصب بینایی به مغز می فرستد. این معادل زیستی تقریبی فیلم در یک دوربین است. رگ های خونی و قسمت هایی که برای شناسایی زیست سنجی مورد استفاده قرار می گیرند در لایه بالای شبکیه یافت می شوند و الگویی را تشکیل می دهند که برای هر فرد یکتا است.
اسکن شبکیه یکی از قدیمی ترین روش های زیست سنجی است. در دهه 1930، تحقیقات حاکی بیان کرد که الگوهای وریدی خون در قسمت پشت چشم برای هر فرد یکتا است. اولین سامانه های شناسایی تجاری در دسترس در اواسط دهه 1980 توسعه یافت. تحولات بعدی باعث شد که واحدهای اسکنر کوچک تر و کم هزینه تر ساخته شوند. با این حال، به دلیل هزینه های اجرایی، دشواری در جمع آوری نمونه ها و دیدگاه منفی در مورد نفوذ، استفاده از آن ها به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. در کاربردهای با امنیت بالا با نیاز به توان پایین و تعداد نسبتاً کمی از کاربران مجاز، یکی از معدود استفاده های باقیمانده فناوری اسکن شبکیه است.
منبع:
Daugman, J. (2004). How Iris Recognition Works. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 14(1), 21–30.