¿Cuál es el principio del reconocimiento de huellas dactilares?
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Las huellas dactilares en los dedos representan la identidad de una persona. En 1788, Mayer propuso por primera vez que las huellas dactilares de dos personas no son exactamente iguales. En 1823, Purkinie dividió los patrones de huellas dactilares en nueve categorías por primera vez. En 1889, Henry propuso la teoría de identificación de características detalladas de las huellas dactilares, sentando las bases de la ciencia moderna de las huellas dactilares. . Sin embargo, el método de comparación manual es ineficiente y lento. En la década de 1960, se empezaron a utilizar métodos de procesamiento de imágenes por ordenador y reconocimiento de patrones para el análisis de huellas dactilares. Se trata del Sistema Automático de Identificación de Huellas Dactilares (AFIS, por sus siglas en inglés) [1]. A finales de los años 1970 y principios de los años 1980, se puso en práctica el sistema automático de identificación de huellas dactilares (policía?AFIS, P?AFIS) para la investigación criminal. En la década de 1990, AFIS entró en uso civil y se llamó Sistema Civil de Identificación Automática de Huellas Dactilares (¿civil? AFIS, C?AFIS). Este artículo intenta partir del análisis de las características de las huellas dactilares y explicar los principios y métodos de las huellas dactilares como identificación del cuerpo humano, los principales indicadores técnicos y métodos de prueba de la identificación de huellas dactilares, así como la realidad y confiabilidad de las aplicaciones prácticas [2-4] .
1 Principios y métodos de identificación de huellas dactilares
1.1 Características y clasificación de las huellas dactilares
La identificación de huellas dactilares es un tema antiguo, que se basa en las características de las huellas dactilares humanas. Se desarrollaron la estabilidad y la unicidad de este resultado estadístico. En aplicaciones prácticas, según las diferentes necesidades, las características dactilares del cuerpo humano se pueden dividir en: características permanentes, características no permanentes y características vitales [5].
Las características permanentes incluyen características detalladas (puntos centrales, puntos de triángulo, puntos finales, puntos de cruce, puntos de puente, etc.) y características auxiliares (forma del grano, densidad del grano, curvatura del grano, etc.). cambia y es más obvio y distribuido más uniformemente en el área típica en la parte frontal del dedo [1]. Las características detalladas son la base para una comparación precisa de las huellas dactilares, mientras que las características de patrones, características de textura, etc. son una base importante para la clasificación y recuperación de las huellas dactilares. Las características del patrón de las huellas dactilares humanas generalmente se pueden dividir en tres tipos según sus diferentes formas: "arco, salto y cubo", así como "huérfano, tienda de campaña, salto positivo, salto inverso, anillo, espiral y cápsula". Hay 9 formas que incluyen "forma de doble falda y forma híbrida" [1]. Las características de textura se componen de parámetros de textura como densidad de grano promedio, distribución de densidad de grano, curvatura de grano promedio y distribución de curvatura de grano. Las características de textura se utilizan principalmente en la clasificación multidimensional y en la recuperación de algoritmos de reconocimiento de huellas dactilares por computadora.
Los rasgos no permanentes son rasgos dactiloscópicos compuestos por puntos aislados, líneas cortas, pliegues, cicatrices y puntos de ruptura, puntos de cruce y otros elementos resultantes. Dichas huellas dactilares pueden aparecer, sanar, desarrollarse o incluso desaparecer[1].
Las características vitales de las huellas dactilares están estrechamente relacionadas con la existencia o ausencia de vida del objeto testado. Sin embargo, aún es necesario comprender mejor su relación y sus leyes con los fenómenos de la vida humana. En la actualidad, se ha convertido en uno de los puntos calientes que atrae cada vez más atención en las aplicaciones civiles modernas de identificación de huellas dactilares.
1.2 Principios y métodos de identificación de huellas dactilares
La tecnología de identificación de huellas dactilares implica principalmente cuatro funciones: leer imágenes de huellas dactilares, extraer características, guardar datos y comparar. La imagen de la huella digital humana es leída por el dispositivo de lectura de huellas dactilares, luego la imagen original se procesa preliminarmente para hacerla más clara y luego se establecen los datos característicos de la huella digital a través del software de identificación de huellas dactilares. El software encuentra puntos de datos llamados "nodos" (minucias) de la huella digital, que son las posiciones de coordenadas de las bifurcaciones, terminaciones o bucles de las líneas de la huella digital. Estos puntos tienen más de siete características únicas al mismo tiempo. Normalmente hay un promedio de 70 nodos en un dedo, por lo que este método producirá alrededor de 490 datos. Estos datos suelen denominarse plantillas. A través del método de comparación difusa por computadora, se comparan las plantillas de dos huellas dactilares, se calcula su similitud y finalmente se obtiene el resultado coincidente de las dos huellas dactilares [5-6]. Los dispositivos de adquisición (es decir, dispositivos de imágenes) se dividen en varias categorías: sensores ópticos, semiconductores y otros.
2 Principales indicadores y métodos de prueba de la tecnología de reconocimiento de huellas dactilares
2.1 Precisión del algoritmo
Los indicadores de rendimiento del sistema de reconocimiento de huellas dactilares dependen en gran medida de el rendimiento del algoritmo. Para facilitar el uso de métodos cuantitativos para expresar su desempeño, se introducen los dos indicadores siguientes.
Tasa de falso rechazo (FRR): se refiere a la probabilidad de error de rechazar una misma huella dactilar por ser diferente. FRR = (número de huellas dactilares rechazadas/número total de huellas dactilares examinadas) × 100%.
Tasa de aceptación falsa (FAR): se refiere a la probabilidad de error de recibir diferentes huellas dactilares al confundirlas con la misma huella. FAR = (número de huellas dactilares identificadas incorrectamente/número total de huellas dactilares examinadas) × 100%.
Para un sistema existente, al establecer diferentes umbrales del sistema, se puede ver que los dos indicadores están relacionados entre sí y la FRR es inversamente proporcional a la FAR. Esto es fácil de entender. Cuanto más estricta sea la "verificación", menor será la posibilidad de reconocimiento erróneo, pero mayor será la posibilidad de rechazo.
2.2 Método de prueba de la tasa de reconocimiento falso y la tasa de rechazo
Para probar estos dos indicadores, generalmente se utiliza el método de prueba de bucle [7]. Es decir, se proporciona un conjunto de imágenes, luego se combinan en pares, se envían para comparación, se cuenta el número total de envíos para comparación y el número de errores ocurridos, y se calcula la proporción de errores, que es FRR y FAR. Para el indicador de FAR=0,0001%, se deben utilizar no menos de 1.415 imágenes de huellas dactilares diferentes para las pruebas cíclicas, y el número total de pruebas es 1.000.405 veces. Si se produce un error durante la prueba y la comparación es exitosa, entonces FAR=1. /1000 405; para FRR=0,1%, se deben utilizar para la prueba no menos de 46 combinaciones de imágenes pertenecientes a la misma huella digital. El número total de envíos de prueba es 1035. Si se produce un rechazo incorrecto, FRR=1/1035. Cuanto mayor sea el número de muestras utilizadas en la prueba, más precisos serán los resultados. La imagen de la huella dactilar utilizada como muestra de prueba debe cumplir las condiciones para el registro.
2.3 Parámetros del sistema
Tasa de registro de errores (ERR): se refiere a la probabilidad de que el dispositivo de huellas dactilares tenga huellas dactilares que no se puedan registrar ni procesar. Si la ERR es demasiado alta, se producirá. afectará gravemente. Por lo general, se requiere que el rango de uso del equipo sea inferior al 1%.
Tiempo de inicio de sesión: el tiempo necesario para que un dispositivo de huellas dactilares inicie sesión con una huella digital. Por lo general, el tiempo necesario para un único inicio de sesión no supera los 2 segundos.
Tiempo de comparación: normalmente no se requiere que el tiempo que tarda un dispositivo de huellas dactilares en comparar dos conjuntos de plantillas de funciones de huellas dactilares no sea superior a 1 s.
Temperatura de funcionamiento: el rango de cambio de temperatura permitido cuando el dispositivo de huellas dactilares funciona normalmente, generalmente 0 ~ 40 ℃.
Humedad de funcionamiento: el rango de cambio de humedad relativa permitido cuando el dispositivo de huellas dactilares está funcionando normalmente es generalmente del 30% al 95%.
3 Aplicaciones de la tecnología de identificación de huellas dactilares
La tecnología de identificación de huellas dactilares ha madurado y sus aplicaciones son cada vez más comunes. Además de en la investigación criminal, también se utiliza ampliamente en aplicaciones civiles, como por ejemplo. sistemas de control de acceso de huellas dactilares, sistema de asistencia de huellas dactilares, sistema bancario de ahorro de huellas dactilares, caja de seguridad bancaria de huellas dactilares, sistema de seguro médico de huellas dactilares, sistema de gestión de huellas dactilares de planificación familiar, sistema de gestión de huellas dactilares para recoger y dejar a niños, sistema de gestión de donación de sangre de huellas dactilares, valores sistema de comercio de huellas dactilares, sistema de gestión de huellas dactilares de armas de fuego, sistema de gestión de control de acceso de huellas dactilares a edificios inteligentes, sistema de gestión de huellas dactilares de conductores, etc.
El sistema de control de acceso de huellas dactilares y el sistema de asistencia de huellas dactilares son los primeros sistemas de gestión de acceso desarrollados y utilizados, incluido el control de acceso de huellas dactilares por intercomunicador, el control de acceso de huellas dactilares en línea, el control de acceso de huellas dactilares fuera de línea, etc. Presione el dedo de una persona en el recolector de huellas dactilares en la entrada. El sistema comparará las huellas dactilares registradas en la base de datos de huellas dactilares (llamadas registradas). Si las dos coinciden (es decir, coinciden), la comparación será exitosa y la puerta se abrirá automáticamente. . Si no hay ninguna coincidencia, se mostrará "Fallo" o "No existe tal huella digital" y la puerta no se abrirá. En el sistema de control de acceso de huellas dactilares, puede ser una coincidencia uno a uno (coincidencia uno a uno) o una coincidencia uno a varios (coincidencia uno a pocos). El primero puede ser una empresa o departamento, y el segundo puede ser un miembro de una familia, una sala de negocios bancaria, una tesorería, un departamento financiero, un almacén y otros lugares confidenciales. En estas aplicaciones, los sistemas de reconocimiento de huellas dactilares reemplazarán o complementarán muchos sistemas de identificación y fotografías de uso masivo.
La combinación de la tecnología de reconocimiento de huellas dactilares con tarjetas IC es una de las aplicaciones más prometedoras en la actualidad.
Esta tecnología almacena la huella digital del propietario de la tarjeta (encriptada) en la tarjeta IC e instala un sistema de reconocimiento de huellas dactilares en el lector de tarjetas IC. Cuando el lector de tarjetas lee la información de la tarjeta, también lee la huella digital del titular. compararse para confirmar si el titular de la tarjeta es el verdadero propietario de la misma, para así proceder con la siguiente transacción. Las tarjetas IC de huellas dactilares pueden reemplazar las tarjetas de cajero automático actuales y producir documentos contra la falsificación. Los titulares de tarjetas de cajero automático no necesitan contraseña para evitar la dificultad de que los ancianos y los niños recuerden las contraseñas.
En los últimos años, Internet ha aportado comodidad y beneficios a las personas, pero también tiene problemas de seguridad. Los datos de las funciones de huellas dactilares se pueden transmitir y verificar en una red informática a través del correo electrónico u otros métodos de transmisión. A través de la tecnología de identificación de huellas dactilares, solo las personas designadas pueden acceder a la información relevante, lo que puede mejorar en gran medida la seguridad de la información en línea. Se garantiza que una serie de actividades comerciales en línea, como la banca en línea, el comercio en línea y el comercio electrónico, serán seguras.
La aplicación del sistema de seguro social de huellas dactilares ha desempeñado un papel muy eficaz en el pago exacto de las pensiones. Evita el problema de que otra persona utilice un sello o una copia de un documento de identidad para cobrar la pensión en su nombre y el funcionario que la paga no pueda estar seguro de que la persona ha fallecido. Sólo se pueden utilizar sus huellas dactilares vivas para distribuir con precisión. la pensión.
4 Fiabilidad de la identificación de huellas dactilares
La tecnología de identificación de huellas dactilares es una tecnología biométrica madura. Porque la textura de la piel de cada persona, incluidas las huellas dactilares, difiere en patrones, puntos de interrupción e intersecciones, es única y permanece sin cambios durante toda la vida. Al comparar sus huellas dactilares con las guardadas previamente, se puede verificar su verdadera identidad. El reconocimiento automático de huellas dactilares es un método que utiliza computadoras para realizar el reconocimiento de huellas dactilares. Se beneficia de la moderna tecnología de fabricación electrónica integrada y de una investigación teórica de algoritmos rápida y confiable. Aunque las huellas dactilares son sólo una pequeña parte de la piel humana, la cantidad de datos utilizados para la identificación es bastante grande y comparar estos datos requiere algoritmos de coincidencia difusa que requieren una gran cantidad de operaciones. Los pequeños dispositivos de lectura de imágenes de huellas dactilares y las computadoras más rápidas producidas utilizando tecnología moderna de fabricación electrónica integrada brindan la posibilidad de realizar operaciones de comparación de huellas dactilares en microcomputadoras. Además, la fiabilidad del algoritmo de coincidencia también se mejora continuamente. Por tanto, la tecnología de reconocimiento de huellas dactilares se ha vuelto muy sencilla y práctica. Dado que la computadora solo utiliza información limitada al procesar huellas dactilares y el algoritmo de comparación no es muy preciso, no se puede garantizar que los resultados sean 100% precisos.
Un indicador de medición importante para una aplicación específica de un sistema de identificación de huellas dactilares es la tasa de reconocimiento. Incluye principalmente la tasa de rechazo y la tasa de falso reconocimiento, que son inversamente proporcionales entre sí. Ajuste estos dos valores según los diferentes usos. Aunque el sistema de reconocimiento de huellas dactilares tiene problemas de confiabilidad, su seguridad es mucho mayor que la solución "ID de usuario + contraseña" con el mismo nivel de confiabilidad. La tasa de rechazo es en realidad un indicador importante de la facilidad de uso del sistema. En el diseño de sistemas de aplicaciones se debe sopesar la facilidad de uso y la seguridad. Habitualmente se comparan dos o más huellas dactilares para mejorar enormemente la seguridad del sistema sin perder la facilidad de uso.