ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Αναγνώριση ίριδας ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γεωργία Θ. Ροθώνη Επιβλέπων : Γεώργιος Ματσόπουλος Επ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα, Απρίλιος 2009 1

2

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕΤΑ ΟΣΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Αναγνώριση ίριδας ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Γεωργία Θ. Ροθώνη Επιβλέπων : Γεώργιος Ματσόπουλος Επ. Καθηγητής Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την τριµελή εξεταστική επιτροπή την 7 η Απριλίου 2009... Ματσόπουλος Γεώργιος Νικήτα Κωνσταντίνα Ουζούνογλου Νικόλαος Επ. Καθηγητής Ε.Μ.Π Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Καθηγητής Ε.Μ.Π 3

... Γεωργία Θ. Ροθώνη ιπλωµατούχος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός και Μηχανικός Υπολογιστών Ε.Μ.Π. Copyright Γεωργία Ροθώνη 2009 Με επιφύλαξη παντός δικαιώµατος. All rights reserved. Απαγορεύεται η αντιγραφή, αποθήκευση και διανοµή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τµήµατος αυτής, για εµπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανοµή για σκοπό µη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν µήνυµα. Ερωτήµατα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς τον συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συµπεράσµατα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερµηνευθεί ότι αντιπροσωπεύουν τις επίσηµες θέσεις του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου ή του επιβλέποντα καθηγητή. 4

Περίληψη Ο σκοπός της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αλγορίθµου για την αναγνώριση της ίριδας του οφθαλµού. Η εφαρµογή συνοψίζεται σε τρία βασικά σηµεία. Αρχικά πραγµατοποιείται ο εντοπισµός των εικονοστοιχείων (pixels) που ανήκουν στην ίριδα. Η διαδικασία αυτή συνίσταται στον προσδιορισµό αφενός του εσωτερικού και εξωτερικού ορίου της ίριδας µε την κόρη και το σκληρό αντίστοιχα, και αφετέρου των ορίων µεταξύ των βλεφάρων και της ίριδας. Για τον προσδιορισµό των προαναφερθέντων ορίων γίνεται χρήση των µεθόδων εύρεσης ορίου βάσει της µορφολογικής συστολής και διαστολής, της εφαρµογής του µετασχηµατισµού Hough πάνω σε εικόνα ακµών, η οποία εντοπίζεται µέσω της εφαρµογής του αλγορίθµου του Canny, της µεθόδου που συνίσταται στον υπολογισµό της τιµής κανονικοποιηµένων επικαµπύλιων ολοκληρωµάτων πάνω σε περιφέρεια κύκλου ή τέλος κατά περίπτωση, βάσει συνδυασµού των προαναφερθέντων µεθόδων. Έπειτα, λαµβάνει χώρα µια διαδικασία, η οποία παραστατικά καλείται «ξετύλιγµα της ίριδας», µέσω της οποίας πραγµατοποιείται η µετατροπή των συντεταγµένων των εικονοστοιχείων που βρέθηκε ότι ανήκουν στην ίριδα από καρτεσιανές σε πολικές, ενώ συνάµα πραγµατοποιείται και κβαντισµός των τιµών των πολικών συντεταγµένων της ίριδας. Εν συνεχεία, εκτελείται η κωδικοποίηση της πληροφορίας της ίριδας µε την εφαρµογή µονοδιάστατων φίλτρων Gabor, µέσω της οποίας εξάγεται ο «κώδικας» της ίριδας, ο οποίος αποτελείται από δυαδική πληροφορία. Για τη σύγκριση των «κωδίκων» δύο ιρίδων υπολογίζεται η απόσταση Hamming. Λέξεις κλειδιά: αναγνώριση ίριδας οφθαλµού, µορφολογική συστολή, µορφολογική διαστολή, εντοπισµός ακµών, αλγόριθµος Canny, µετασχηµατισµός Hough, τιµή 5

κανονικοποιηµένου επικαµπύλιου ολοκληρώµατος, «ξετύλιγµα» ίριδας, κωδικοποίηση ίριδας, κώδικας ίριδας, απόσταση Hamming. ABSTRACT The purpose of this thesis is the development of an algorithm, which implements the iris recognition. The application consists in three main points. At first takes place the localization of the iris. This procedure can be divided into the determination of the inner and outer boundaries of iris with pupil and sclera and also the determination of the eyelids location. For this purpose it is being used a set of methods either separately or in combination. The methods that were used are the following: Erosion, Dilation, Hough Transform, which is applied to an edges-image, which was the outcome by applying the Canny Edge Detection Algorithm to the original image, calculation of the normalized contour integral along a circular arc. Afterwards the procedure that takes place is called «unwrapping» of the iris, which includes the conversion of the coordinates of the pixels that were found to belong to the iris from the Cartesian to the Polar Coordinate System, while in parallel it is also applied a quantization procedure to the values of the polar coordinates At the end the information of the iris is encoded through One-Dimensional Gabor filters and the result is the «iris code», which is actually a stream of 0-1 bits. The comparison of two «iris codes» is implemented through the calculation of Hamming Distance. 6

Keywords: iris recognition, erosion, dilation, edge detection, canny edge detection algorithm, Hough transform, normalized contour integral, «unwrapping» of the iris, iris encoding, «iris code», Hamming distance. ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία αποτελεί τη ιπλωµατική µου Εργασία στα πλαίσια των σπουδών µου στη σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του ΕΜΠ. H εκπόνησή της πραγµατοποιήθηκε υπό την επίβλεψη του καθηγητή του Ε.Μ.Π. της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών του Τοµέα Συστηµάτων Μετάδοσης Πληροφορίας & Τεχνολογίας Υλικών, Νικόλαου Ουζούνογλου, τον οποίο µε την ευκαιρία θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά για την ευκαιρία που µου έδωσε να ασχοληθώ µε ένα τόσο ενδιαφέρον θέµα. Στο σηµείο αυτό θα ήθελα επίσης να ευχαριστήσω θερµά τον κ. Γ. Ματσόπουλο, επ. καθηγητή της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Ε.Μ.Π., καθώς και τον κ. Π. Ασβεστά, ρ της σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Ε.Μ.Π. για τις πολύτιµες συµβουλές τους καθώς επίσης και για το χρόνο που κι εκείνοι αφιέρωσαν για την εκπόνηση της παρούσας ιπλωµατικής Εργασίας 7

Η Εργασία αυτή αφιερώνεται στους γονείς µου, Θεόδωρο και Παρασκευή, τους οποίους ευχαριστώ θερµά, για όλα. 8

9

10

Περιεχόµενα 1 Εισαγωγή... 17 1.1 Σκοπός της εργασίας... 17 1.2 ιάρθρωση κεφαλαίων... 17 2 Βιβλιογραφική ανασκόπηση... 19 2.1 Ανατοµία του οφθαλµού... 19 2.2 Βιοµετρία και εφαρµογές... 26 2.2.1 Γενικά... 26 2.2.2 Ιστορική Αναδροµή... 38 2.2.3 Περιγραφή µεθόδων που έχουν παρουσιαστεί για ταυτοποίηση ατόµου µέσω βιοµετρικών χαρακτηριστικών... 41 2.2.3.1 Μέθοδος βασισµένη στα δακτυλικά αποτυπώµατα... 41 2.2.3.2 Μέθοδος βασισµένη στη γεωµετρία του προσώπου... 44 2.2.3.3 Μέθοδος Bertillonage... 45 2.2.3.4 Μέθοδος βασισµένη στη γεωµετρία του χεριού... 48 2.2.3.5 Μέθοδος βασισµένη στη σάρωση του αµφιβληστροειδούς... 49 2.2.3.6 Μέθοδος βασισµένη στο σχέδιο (pattern) των αιµοφόρων αγγείων στο χέρι ή στο πρόσωπο... 51 2.2.3.7 Μέθοδος βασισµένη στην παλάµη... 54 2.2.3.8 Μέθοδος βασισµένη στην ανάλυση DNA... 55 2.2.3.9 Μέθοδος βασισµένη στο σχέδιο των δοντιών... 57 2.2.3.10 Μέθοδος βασισµένη στον τρόπο υπογραφής... 58 2.2.3.11 Μέθοδος βασισµένη στον τρόπο βηµατισµού... 60 2.2.3.12 Μέθοδος βασισµένη στον τρόπο πληκτρολόγησης... 62 2.2.3.13 Μέθοδος βασισµένη στη φωνή... 65 2.3 Συστήµατα Εντοπισµού Οφθαλµού - Υπολογισµός Παραµέτρων... 67 2.3.1 Τεχνικές που στηρίζονται στη χρήση φακών επαφής... 67 2.3.2 Τεχνικές που στηρίζονται στο ηλεκτρικό δυναµικό του δέρµατος... 68 2.3.3 Χρήση κατάλληλων καµερών και ανάλυση των συλλεγµένων εικόνων 70 2.3.3.1 Ανίχνευση της περιφέρειας του κερατοειδούς... 71 2.3.3.2 Ανίχνευση της κόρης του µατιού... 72 2.3.3.3 Συσχετισµός της αντανάκλασης από την κόρη και τον κερατοειδή 72 2.3.3.4 Ανίχνευση ειδώλων Purkinje... 73 11

Περιεχόµενα 2.3.3.5 Ανάκλαση από τον κερατοειδή και απεικόνιση του µατιού µε χρήση τεχνητού νευρωνικού δικτύου... 74 2.3.4 Σύγκριση των µεθόδων εντοπισµού του οφθαλµού... 75 2.3.5 Τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας για αναγνώριση ίριδας... 77 3 Το σύστηµα εντοπισµού του οφθαλµού... 87 3.1 Περιγραφή του Συστήµατος... 87 3.2 Υποσύστηµα κάµερας... 88 3.3 Υποσύστηµα Μετάδοσης εδοµένων... 90 3.4 Υποσύστηµα Ψηφιοποίησης εδοµένων... 91 3.5 Υποσύστηµα Επεξεργασίας Εικόνων Οφθαλµού... 93 3.6 Γενικές Παρατηρήσεις... 94 4 Ανάπτυξη λογισµικού για την Επεξεργασία Εικόνων Οφθαλµού µε σκοπό την Αναγνώριση της Ίριδας... 96 4.1 Εντοπισµός εικονοστοιχείων (pixels) που ανήκουν στην ίριδα... 96 4.1.1 Εντοπισµός ορίων ίριδας σε σχέση µε την κόρη... 97 4.1.1.1 Η µέθοδος της κατωφλίωσης... 98 4.1.1.1.1 Μορφολογική Συστολή (Erosion)... 99 4.1.1.1.2 Μορφολογική ιαστολή (Dilation)... 102 4.1.1.1.3 Εύρεση κέντρου και ακτίνας της κόρης.... 103 4.1.1.2 Εύρεση κέντρου και ακτίνας της κόρης µε χρήση του µετασχηµατισµού Hough (Hough Transform)... 105 4.1.1.2.1 Ο αλγόριθµος του Canny... 106 4.1.1.2.2 Περιγραφή του Μετασχηµατισµού Hough (Hough Transform) 134 4.1.1.3 Η µέθοδος µεγιστοποίησης της διαφοράς επικαµπύλιων ολοκληρωµάτων... 150 4.1.1.4 Σύγκριση των µεθόδων (της κατωφλίωσης, του µετασχηµατισµού Hough και των επικαµπύλιων ολοκληρωµάτων) που χρησιµοποιήθηκαν για την εύρεση του ορίου της κόρης µε την ίριδα - Τελική επιλογή των παραµέτρων για την περιγραφή του περιγράµµατος της κόρης... 160 4.1.1.5 Βελτιστοποίηση του τελικού αποτελέσµατος που έχει βρεθεί για την περιγραφή του ορίου µεταξύ της ίριδας και της κόρης µέσω της εφαρµογής του µετασχηµατισµού Hough για εύρεση έλλειψης... 166 4.1.2 Εντοπισµός ορίων ίριδας σε σχέση µε το σκληρό... 168 4.1.2.1 Υπολογισµός του εξωτερικού ορίου της ίριδας µε εφαρµογή της µεθόδου των επικαµπύλιων ολοκληρωµάτων... 169 12

Περιεχόµενα 4.1.2.2 Υπολογισµός του εξωτερικού ορίου της ίριδας µε εφαρµογή του µετασχηµατισµού Hough... 170 4.1.3 Εύρεση βλεφάρων... 173 4.1.3.1 Γενικά για την παραβολή... 173 4.1.3.2 Αρχικά βήµατα για την εύρεση των παραβολών που περιγράφουν τα βλέφαρα 174 4.1.3.3 Εύρεση άνω βλεφάρου... 179 4.1.3.3.1 Πρώτη προσέγγιση Προσδιορισµός του επιτρεπτού εύρους τιµών των παραµέτρων της προς εύρεση καµπύλης καθώς και του συνόλου των, υποψηφίων να ανήκουν στην εν λόγω καµπύλη, εικονοστοιχείων (pixels) µέσω παρατήρησης των αρχικών εικόνων... 179 4.1.3.3.2 εύτερη προσέγγιση Προσδιορισµός του εύρους τιµών της παραµέτρου µε βάση τη µεταβολή της φωτεινότητας ανά γραµµή στην αρχική εικόνα και της παραµέτρου της κόρης 181 µε βάση την τετµηµένη του κέντρου 4.1.3.3.3 Τρίτη προσέγγιση µε βάση τα πειραµατικά αποτελέσµατα που προέκυψαν από τη δεύτερ η προσέγγιση... 182 4.1.3.3.3.1 Περιορισµός της καµπυλότητας της παραβολής σε στενότερο εύρος τιµών µε βάση την παρατήρηση (c)της παραγράφου 1.1.3.3... 185 4.1.3.3.3.2 Εξάλειψη βλεφαρίδων από την αρχική εικόνα για την εξάλειψη του προβλήµατος που καταδεικνύει η παρατήρηση (d) της παραγράφου 1.1.3.3... 186 4.1.3.3.3.3 Υπολογισµός τριών υποψηφίω ν... 189 4.1.3.3.3.4 Υπολογισµός δύο υποψηφίων, µέσω της εφαρµογής του αλγορίθµ ου για δύο διαφορετικά εύρη τιµών για την παράµετρο... 196 4.1.3.3.3.5 Συγκεντρωτική παρουσίαση των πιθανών συνδυασµών για τα εύρη τιµών της κάθε παραµέτρου... 197 4.1.3.3.3.6 Εικονοστοιχεία της εικόνας τα οποία εξετάζονται, ως υποψήφια να ανήκουν στη ν τελική παραβολή... 200 4. 1.3.3.4 Επιλογή της τελικής παραβολής... 202 4. 1.3.3.4.1 ιαδικασία επιλογής τελικής τιµής µεταξύ των τιµών line_index_y_parabola1,2,3, που ορίζει το τελικώς θεωρούµενο εύρος τιµών για την παράµετρο... 203 4.1.3.3.4.1.1 Τέσσερις κανόνες που καθορίζουν τη λήψη της απόφασης ως προς την επιλογή ενός εκ των y1, y2, y3... 204 4.1.3.3.4.1.2 Προσδιορισµός της ισχύος του κάθε ενός εκ των τεσσάρων κανόνων, µε σκοπό την εξαγωγή ενός γενικού κανόνα, που θα καθορίζει εν τέλει οριστικά την επιλογή ενός εκ των y1, y2, y3... 205 13

Περιεχόµενα 4. 1.3.3.4.1.3 Αναλυτική περιγραφή του συνδυασµού των τεσσάρων κανόνων και τ ης εξαγωγής του τελικού αλγορίθµου.... 206 4. 1.3.3.4.1.3.1 Εφαρµογή του κανόνα1... 206 4. 1.3.3.4.1.3.2 Εφαρµογή του κανόνα 2... 208 4.1.3.3.4.1.3.2.1 Επέκταση του κανόνα2 Ορισµός ελάχιστου κατωφλίου εικονοστοιχείων που πρέπει να συγκεντρώνει κάθε παραβολή για να µπορεί να θεωρηθεί έγκυρη... 209 4.1.3.3.4.1.3.3 Εφαρµογή του κανόνα 4... 211 4.1.3.3.4.1.3.4 Εφαρµογή του κανόνα3.... 211 4. 1.3.3.4.2 Τελική επιλογή της παραµέτρου... 226 4.1.3.3.4.2.1 Περιγραφή εύρεσης της τελικής τιµής για τον προσδιορισµό της παραµέτρου στην ειδική περίπτωση, κατά την οποία οι 6 παραβολές µαζί συγκεντρώνουν λιγότερα από 65 εικονοστοιχεία... 227 4. 1.3.3.4.2.2 Παρουσίαση διαγραµµάτων ροής για την επιλογή της τελικής τιµής που θα καθορίσει την τιµή της παραµέτρου, για τη συνηθέστερη περίπτωση, κατά την οποία οι 6 παραβολές συγκεντρώνουν περισσότερα από 65 εικονοστοιχεία... 232 4.1.3.3.4.2.2.1 ιάγραµµα ροής όταν ο µεγαλύτερος εκ των τριών υποψηφίων να καθορίσουν την τιµή της παραµέτρου είναι ο index1 (αυτός δηλαδή που αντιστοιχεί στην τιµή MAX_DIFFERENCE1). 233 4.1.3.3.4.2.2.2 ιάγραµµα ροής όταν ο µεγαλύτερος εκ των τριών υποψηφίων να καθορίσουν την τιµή της παραµέτρου είναι ο index2 (αυτός δηλαδή που αντιστοιχεί στην τιµή MAX_DIFFERENCE2). 235 4.1.3.3.4.2.2.3 ιάγραµµα ροής όταν ο µεγαλύτερος εκ των τριών υποψηφίων να καθορίσουν την τιµή της παραµέτρου είναι ο index3 (αυτός δηλαδή που αντιστοιχεί στην τιµή MAX_DIFFERENCE3). 237 4.1.3.3.4.3 Προσδιορισµός της τιµής x που θα καθορίσει το εύρος τιµών για την τελική παραβολή της παραµέτρου ή της τιµής... 238 4. 1.3.4 Εύρεση κάτω βλεφάρου... 243 4.1.4 Επαναπροσδιορισµός του κύκλου που αναπαριστά το όριο της ίριδας µ ε το σκληρό, δεδοµένων των καµπυλών που περιγράφουν το άνω και κάτω βλέφαρο... 250 4. 2 Ξετύλιγµα ίριδας... 259 4.2.1 Εξέταση θέσεων των εικονοστοιχείων που ανήκουν στην ίριδα... 259 4.2.2 Ανάπτυξη αιτίας για την οποία λαµβάνει χώρα η διαδικασία ξετυλίγµατος της ίριδας... 260 4.2.3 Βασική ιδέα αλγορίθµου ξεδιπλώµατος της ίριδας... 261 14

Περιεχόµενα 4.2.4 Λεπτοµερής περιγραφή του αλγορίθµου ξεδιπλώµατος της ίριδας 262 4. 3 Κωδικοποίηση των εικονοστοιχείων της ίριδας - Απόσταση Hamming (Hamming distance)... 269 4.3.1 Ανάλυση της έννοιας της υφής... 269 4.3.1.1 Εφαρµογές της ανάλυσης της υφής... 270 4. 3.2 Μαθηµατική περιγραφή των φίλτρων Gabor... 276 4.3.3 Χρήση των φίλτρων Gabor στην παρούσα εφαρµογή... 280 4. 3.4 Περιγραφή της υλοποίησης της κωδικοποίησης... 281 Απόσταση Hamming (Hamming distance)... 287 5 Αποτελέσµατα... 299 6 4.3.5 4.4 Ανάπτυξη διεπαφής... 288 5.1 Εισαγωγή... 299 5.2 FAR-FRR-EER... 300 5.3 Πειραµατικά αποτελέσµατα... 301 5.3.1 Αποτελέσµατα για την επιλογή των παραµέτρων ω = 2, b = 2... 302 5.3.2 Αποτελέσµατα για την επιλογή των παραµέτρων ω = 4, b = 2... 305 5.3.3 Αποτελέσµατα για την επιλογή των παραµέτρων ω = 2, b = 4... 307 5.3.4 Σύγκριση των πειραµατικών αποτελεσµάτων... 310 Συµπεράσµατα Μελλοντικές επεκτάσεις... 312 6. 1 Προσδιορισµός εικονοστοιχείων (pixels) που ανήκουν στην ίριδα... 312 6.1.1 Προσδιορισµός εσωτερικού και εξωτερικού ορίου της ίριδας µε την κόρη και το σκληρό αντίστοιχα.... 312 6.1.2 Προσδιορισµός των ορίων της ίριδας µε τα βλέφαρα... 313 6.1.3 Προσδιορισµός εικονοστοιχείων που ανήκουν σε βλεφαρίδες ή σε αντανάκλαση 313 6.2 «Ξετύλιγµα» της ίριδας... 314 6.2.1 Θεώρηση διαστάσεων της ξετυλιγµένης ίριδας ίσες µε 128 x 8... 314 6.2.2 Τρόπος µε τον οποίο υλοποιήθηκε το ξετύλιγµα της ίριδας... 315 6. 3 Κωδικοποίηση των εικονοστοιχείων (pixels) που ανήκουν στην ίριδα, µε σκοπό τη δηµιουργία του κώδικα της ίριδας... 315 6.3.1 Ανεπάρκεια πειραµατικών δεδοµένων για την αξιολόγηση της επιρροής των τελικών αποτελεσµάτων από τις παραµέτρους (ω, b)...... 316 6.3.2 Παραδοχές κατά την κωδικοποίηση... 316 15

Περιεχόµενα 6.3.3 Θεώρηση µονοδιάστατων φίλτρων Gabor κατά τη διαδικασία της κωδικοποίησης των εικονοστοιχείων (pixels) της ίριδας... 317 6.3.4 Πλήθος στοιχείων του κώδικα της ίριδας που αντιστοιχούν σε χρήσιµη πληροφορία.... 317 6.4 Βάση δεδοµένων εικόνων... 320 16

Εισαγωγή 1 Εισαγωγή 1.1 Σκοπός της εργασίας Ο σκοπός της εργασίας αυτής συνίσταται στην ανάπτυξη µιας εφαρµογής, µέσω της οποίας θα υλοποιείται η διαδικασία της αναγνώρισης της ίριδας του οφθαλµού. Η διαδικασία αυτή εµπίπτει στη γενικότερη κατηγορία επεξεργασίας ιατρικών εικόνων. 1.2 ιάρθρωση κεφαλαίων Στο κεφάλαιο 2 πραγµατοποιείται βιβλιογραφική αναφορά, η οποία περιλαµβάνει στοιχεία σχετικά µε την ανατοµία του οφθαλµού, µε την επιστήµη της βιοµετρίας και τις εφαρµογές αυτής, καθώς επίσης και µια σύντοµη περιγραφή της διαδικασίας ταυτοποίησης του ατόµου, µέσω ορισµένων βιοµετρικών χαρακτηριστικών. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαµβάνεται επίσης η περιγραφή των τεχνικών εντοπισµού του οφθαλµού και η σύγκριση αυτών βάσει ορισµένων παραµέτρων. Στο πέρας του κεφαλαίου καταγράφεται επίσης µια σειρά τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας µε σκοπό την αναγνώριση της ίριδας. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφεται το σύστηµα εντοπισµού του οφθαλµού. Γίνεται επίσης µία σύντοµη περιγραφή των υποσυστηµάτων της κάµερας, της µετάδοσης των δεδοµένων, της ψηφιοποίησης των δεδοµένων και της επεξεργασίας των εικόνων του οφθαλµού, τα οποία αποτελούν το προαναφερθέν σύστηµα εντοπισµού του οφθαλµού. Στο κεφάλαιο 4 αναπτύσσεται διεξοδικά ο αλγόριθµος που εφαρµόστηκε κατά τη διαδικασία της αναγνώρισης της ίριδας. Οι επιµέρους ενότητες έχουν οριστεί βάσει των κυριότερων λογικών επιπέδων του αλγορίθµου. Στο πρώτο επίπεδο παρουσιάζεται ο αλγόριθµος που αναπτύχθηκε µε σκοπό τον εντοπισµό των εικονοστοιχείων (pixels) που ανήκουν στην περιοχή της ίριδας και χρήζουν περαιτέρω επεξεργασίας. Στο δεύτερο επίπεδο αναπτύσσεται ο αλγόριθµος, ο οποίος παραστατικά καλείται ξετύλιγµα της ίριδας (unwrapping). Ο αλγόριθµος αυτός αφορά στην ουσία στη µετατροπή των συντεταγµένων, των εικονοστοιχείων (pixels) που ανήκουν στην ίριδα, από καρτεσιανές σε πολικές και ταυτόχρονα του κβαντισµού των τιµών αυτών, καθώς επίσης και της 17

Κεφάλαιο 1 µετατόπισης του εύρους τιµών της ακτινικής συνιστώσας, έτσι ώστε να ξεκινά από το µηδέν. Στο επόµενο επίπεδο παρουσιάζεται ο αλγόριθµος βάσει του οποίου κωδικοποιούνται τα εικονοστοιχεία της ξεδιπλωµένης ίριδας παράγοντας κατ αυτόν τον τρόπο τον κώδικα της ίριδας (iris code). Στο ίδιο επίπεδο συµπεριλαµβάνεται και η ανάλυση του κριτηρίου, βάσει του οποίου εξάγεται, µέσω της εφαρµογής αυτής, το αποτέλεσµα ως προς την ταυτοποίηση του ατόµου. Το κριτήριο αυτό συνίσταται στον προσδιορισµό ενός κατωφλίου, Τ, έτσι ώστε η απόσταση Hamming να είναι µικρότερη από το εν λόγω κατώφλι. Στο τέλος του εν λόγω κεφαλαίου παρουσιάζεται και η διεπαφή, η οποία αναπτύχθηκε για τις ανάγκες της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα πειραµατικά αποτελέσµατα που προέκυψαν από την εφαρµογή της δεδοµένης υλοποίησης και στο κεφάλαιο 6 συνοψίζονται τα συµπεράσµατα που προέκυψαν κατά την ανάπτυξη και εφαρµογή του αλγορίθµου καθώς και µελλοντικές επεκτάσεις της παρούσας υλοποίησης 18

Βιβλιογραφική ανασκόπηση 2 Βιβλιογραφική ανασκόπηση 2.1 Ανατοµία του οφθαλµού Το όργανο της οράσεως αποτελείται από τους δύο οφθαλµούς καθένας εκ των οποίων απαρτίζεται από τα εξής τµήµατα: το βολβό (του οφθαλµού) µε το οπτικό του νεύρο τους µύες που κινούν υο βολβό του οφθαλµού τα προασπιστικά και επικουρικά µόρια τα φρύδια τα βλέφαρα τον επιπεφυκότα υµένα τη δακρυϊκή συσκευή την περιοφθάλµιο περιτονία το κογχικό λίπος 19

Κεφάλαιο 2 Εικόνα 2. 1 Ανατοµία οφθαλµού. Ο βολβός του οφθαλµού αποτελείται από τα τµήµατα δύο σφαιρών διαφορετικού µεγέθους τοποθετηµένα το ένα εµπρός από το άλλο Το εµπρόσθιο διαφανές τµήµα αποτελεί περίπου το του βολβού, έχει ακτίνα καµπυλότητας περί τα 8mm. Το οπίσθιο µεγαλύτερο τµήµα είναι αδιαφανές και σχηµατίζει τον υπόλοιπο οφθαλµικό βολβό και σχηµατίζει ακτίνα καµπυλότητας περί τα 12mm αντίστοιχα. Ο πρόσθιος πόλος του οφθαλµού είναι το κέντρο καµπυλότητας του διαφανούς τµήµατος, ενώ ο οπίσθιος πόλος είναι το κέντρο καµπυλότητας του αδιαφανούς τµήµατος του βολβού. Η γραµµή που ενώνει τους δύο πόλους καλείται γεωµετρικός ή προσθοπίσθιος άξονας. Ο οπτικός άξονας είναι µια γραµµή που ενώνει το κεντρικό βοθρίο της ωχρής κηλίδας του αµφιβληστροειδή µε το ουδέτερο σηµείο (nodal point) του µατιού και συνεχίζεται προς τα εµπρός, διαµέσου του κερατοειδούς. Η προσθοπίσθια διάµετρος του οφθαλµικού βολβού είναι περίπου 24mm. Ο οφθαλµικός βολβός βρίσκεται εντός του οφθαλµικού κόγχου στο πρόσθιο τµήµα του κρανίου. Ο βολβός του µατιού αποτελείται τα εξής βασικά µέρη: Τους τρεις χιτώνες: Ινώδης χιτώνας (σκληρός, κερατοειδής) Αγγειώδης χιτώνας (ίριδα, ακτινωτό σώµα, χοριοειδής) 20

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Νεύρινος χιτώνας (αµφιβληστροειδής) Το υδάτινο υγρό, τον κρυσταλλοειδή φακό και το υαλώδες σώµα Ινώδης χιτώνας Ο σκληρός χιτώνας του µατιού καλύπτει τα του βολβού και είναι αδιαφανής. Η βασική λειτουργία του σκληρού είναι να προστατεύει τα ενδοφθάλµια µέρη από τυχόν τραυµατισµό ή µηχανική εκτόπιση. Σε συνδυασµό µε την ενδοφθάλµια πίεση, συντηρεί το σχήµα του βολβού και διατηρεί τη σωστή και ακριβή θέση των τµηµάτων του. Αποτελεί επίσης το χώρο κατάφυσης των οφθαλµικών κινητικών µυών. Στο πρόσθιο τµήµα του, ο σκληρός σχηµατίζει το λευκό του µατιού και επικαλύπτεται από το βολβικό επιπεφυκότα. Στο οπίσθιο τµήµα του διατρυπάται από το οπτικό νεύρο. Ο σκληρός χιτώνας διατρυπάται επίσης και σε σηµεία απ όπου περνούν φλέβες και αρτηρίες. Εµπρός ο σκληρός χιτώνας δίνει τη θέση του στον κερατοειδή χιτώνα στο σκληροκερατοειδές όριο (limbus). Ο διαφανής κερατοειδής σχηµατίζει το πρόσθιο του βολβού. Από µπροστά φαίνεται κυρτό και ελαφρά ελλειπτικός. Ο κερατοειδής είναι ο χιτώνας ο κυρίως υπεύθυνος για τη διάθλαση του εισερχόµενου φωτός, λόγω της µεγάλης διαφοράς του δείκτη διάθλασής του (n = 1,336) σε σχέση µε τον αντίστοιχο δείκτη διάθλασης του αέρα (n = 1). Μικροσκοπικά αποτελείται από πέντε στρώµατα: το επιθήλιο, τη µεµβράνη του Bowman, την κύρια ουσία (ή στρώµα), τη µεµβράνη του Descement και το ενδοθήλιο. Αγγειώδης χιτώνας Ο χοριοειδής είναι ένα λεπτό, µαλακό φαιό στρώµα που επιστρώνει την εσωτερική επιφάνεια του σκληρού. Περιέχει µεγάλο αριθµό αγγείων. Η κύρια λειτουργία του χοριοειδούς είναι να τρέφει µε τα αγγεία του τα εξωτερικά τµήµατα του αµφιβληστροειδούς. Επίσης είναι ο αγωγός πολλών αγγείων προς το πρόσθιο τµήµα του µατιού. Το ακτινωτό σώµα αποτελεί συνέχεια του χοριοειδούς από πίσω προς τα εµπρός. Είναι ένας πλήρης δακτύλιος που περιφέρεται γύρω από το εσωτερικό του πρόσθιου τµήµατος του σκληρού. Ο ακτινωτός µυς αποτελεί τον κορµό του ακτινωτού σώµατος και αποτελείται από λείες µυϊκές ίνες. Με τη συστολή του ακτινωτού µυός λειτουργεί η προσαρµογή του κρυσταλλοειδούς φακού του οφθαλµού. Ο ακτινωτός µυς τραβά εµπρός το ακτινωτό σώµα, κάνοντας τον ελαστικό φακό του οφθαλµού πιο κυρτό µε αποτέλεσµα την αύξηση της διαθλαστικής του ικανότητας. 21

Κεφάλαιο 2 Η ίριδα αποτελεί το ένα από τα τρία ανατοµικά στοιχεία του αγγειώδη χιτώνα του οφθαλµού, ο οποίος καλείται ραγοειδής. Η ίριδα είναι ένα λεπτό έγχρωµο διάφραγµα µε µία οπή στο κέντρο, την κόρη, που βρίσκεται µεταξύ του κερατοειδούς και του φακού. Η ίριδα συµµετέχει µαζί µε τον κερατοειδή, το ακτινωτό σώµα και το σκληρό χιτώνα στο σχηµατισµό της γωνίας του πρόσθιου θαλάµου, από την οποία αποχετεύεται το υδατοειδές υγρό που µέσω της κόρης περνάει από τον οπίσθιο στον πρόσθιο θάλαµο. Η ίριδα έχει δύο επιφάνειες : πρόσθια επιφάνεια οπίσθια επιφάνεια Στην πρόσθια επιφάνεια της ίριδας, και µάλιστα στην ύπαρξη (ή στην απουσία αντίστοιχα) µελανοφόρων κυττάρων µέσα στο στρώµα αυτής, οφείλεται το χρώµα της ίριδας. Το χρώµα ποικίλλει από γαλανό ανοιχτό µέχρι σκούρο καφέ. Το χρώµα δεν είναι απαραίτητο να είναι ίδιο και στα δύο µάτια. Το χρώµα εν τέλει σχετίζεται µε το συνδυασµό χρωστικών ουσιών (χρωµατίνη-µελανίνη). Σε περιπτώσεις έλλειψης της χρωστικής (ασθένεια η οποία καλείται αλφισµός), η ίριδα είναι ερυθρόχρωµη. Στην πρόσθια επιφάνεια η ίριδα εµφανίζει πτυχές και εµβαθύνσεις που ονοµάζονται κρύπτες και περιλαµβάνει δύο µύες : Το σφιγκτήρα µυ της κόρης. Όταν ο µυς αυτός συστέλλεται, η κόρη συστέλλεται επίσης (µύση). Ο µυς αυτός νευρώνεται από το παρασυµπαθητικό νευρικό σύστηµα Το διαστολέα της κόρης, ο οποίος είναι στην ουσία ένα λεπτό στρώµα µυοεπιθηλίου. Όταν αυτός συστέλλεται, η κόρη µεγαλώνει σε εύρος. Ο διαστολέας µυς της κόρης νευρώνεται από συµπαθητικές µεταγαγγλιακές νευρικές ίνες. Η ίριδα µέσω της κόρης και των δύο προαναφερθέντων µυών της, ελέγχει την ποσότητα φωτός που εισέρχεται στο µάτι και καταλήγει στον αµφιβληστροειδή. Κατά την προσαρµογή, η µύση της κόρης περιορίζει το εισερχόµενο φως στο κεντρικό µόνο τµήµα του φακού, περιορίζοντας έτσι τη σφαιρική εκτροπή. Ο σφικτήρας της κόρης συστέλλει την κόρη στο έντονο φως και κατά την προσαρµογή για κοντά. Ο διαστολέας µυς διευρύνει την κόρη στο χαµηλό φωτισµό και σε έντονη συµπαθητική δραστηριότητα (νευρική), όπως, για παράδειγµα, σε κατάσταση τρόµου. Η οπίσθια επιφάνεια της κόρης είναι λεία. Η αιµάτωση της ίριδας γίνεται από το µείζονα αρτηριακό κύκλο που βρίσκεται στο τέλος του ακτινωτού σώµατος και σχηµατίζεται από κλάδους των οπίσθιων βραχέων και των πρόσθιων ακτινοειδών αρτηριών. 22

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Υπάρχουν επίσης δύο επιπλέον χαρακτηριστικά που περιγράφουν την ίριδα είναι το κορικό χείλος ( οπτικά αποτελεί το σύνορο της κόρης και της ίριδας) και το περιφερικό χείλος της ίριδας ή αλλιώς ρίζα της ίριδας (οπτικά, αποτελεί το εξωτερικό όριο της ίριδας). Συνοπτικά, η υφή της ίριδας περιγράφεται από τέσσερα στρώµατα-στιβάδες, που από έξω προς τα µέσα είναι τα εξής : Πρόσθιο επιθήλιο (ή ενδοθήλιο) της ίριδας Αγγειώδες στρώµα της ίριδας (αποτελείται από χαλαρό και ευρύβροχο συνδετικό ιστό (χρωστικοφόρο), εντός του οποίου φέρονται τα αγγεία αυτής). Μυϊκή στιβάδα (συνίσταται από λείες µυϊκές ίνες, οι οποίες αποτελούν τον σφιγκτήρα και τον διαστολέα µυ της κόρης). Οπίσθιο επιθήλιο της ίριδας. Νεύρινος χιτώνας Ο αµφιβληστροειδής είναι ο εσώτερος από τους τρεις οφθαλµικούς χιτώνες. Είναι λεπτός και διαφανής µε υψηλό µεταβολισµό οξυγόνου. Χωρίζεται από το χοριοειδή µε µια σκοτεινόχρωµη στοιβάδα, που δεν την διαπερνά το φως (µελάγχρουν επιθήλιο). Ο αµφιβληστροειδής αποτελείται από δέκα στοιβάδες. Η έξω στοιβάδα που βρίσκεται προς τη µεριά του χοριοειδούς, αποτελείται από τα φωτοδεκτικά στοιχεία, τα ραβδία και τα κωνία. Τα φωτοδεκτικά στοιχεία µετατρέπουν τη φωτεινή σε ηλεκτρική (νευρική) ενέργεια και σχηµατίζουν τον πρώτο νευρώνα της οπτικής οδού. Για το λόγο αυτό ονοµάζονται «αισθητήριο επιθήλιο». Οι εσώτερες στοιβάδες, προς το υαλώδες, οι οποίες σχηµατίζουν το δεύτερο και τρίτο νευρώνα και είναι γνωστές ως ο «νευρικός αµφιβληστροειδής», έρχονται πιο κοντά στο φως που εισέρχεται στο µάτι και περιέχουν ή συγκροτούν τη συσκευή αγωγής, η οποία απαιτείται για τη µεταφορά των νευρικών ώσεων. Κρυσταλλοειδής φακός Ο κρυσταλλοειδής φακός του µατιού είναι µια διαφανής, αµφίκυρτη συσκευή που βρίσκεται πίσω από την ίριδα και την κόρη και εµπρός από το υαλώδες σώµα. Σηµαντική ιδιότητα του κρυσταλλοειδούς φακού είναι η µεταβολή της διοπτρικής του δύναµης, επιτρέποντας τόσο στα κοντινά όσο και στα µακρινά αντικείµενα να εστιάζονται στον αµφιβληστροειδή. Το εύρος αυτής της προσαρµογής ελαττώνεται µε την πάροδο του χρόνου, µε αποτέλεσµα την πρεσβυωπία. Ο φακός αποτελείται από τρία τµήµατα: από το περιφάκιο, το φλοιό και τον πυρήνα. 23

Κεφάλαιο 2 Υδατοειδές υγρό Το υδατοειδές υγρό είναι ένα άχρωµο υγρό που γεµίζει τον πρόσθιο θάλαµο του οφθαλµού. Βρίσκεται συνεχώς σε ροή και παράγεται από το επιθήλιο του ακτινωτού σώµατος, µε ταχύτητα παραγωγής περί τα 2-6 µlt/min. Η λειτουργία του υδατοειδούς υγρού είναι να ικανοποιεί τις µεταβολικές ανάγκες του κερατοειδούς και του φακού, δεδοµένου ότι τα δύο αυτά µέρη του οφθαλµού δε διαθέτουν αγγεία. Το υδατοειδές υγρό περιέχει γλυκόζη, αµινοξέα, ασκορβικό οξύ σε µεγάλη συγκέντρωση καθώς και διαλυµένα αέρια. Μέσω της πίεσης (ενδοφθάλµια πίεση) που ασκεί υποστηρίζει τα τοιχία του βολβού και διατηρεί το οπτικό του σχήµα. Υαλώδες σώµα Το υαλώδες σώµα καλύπτει την περιοχή του βολβού πίσω από το φακό και µπροστά από τον αµφιβληστροειδή. Μπροστά το υαλώδες σχηµατίζει µια κοιλότητα για να εισχωρήσει η οπίσθια επιφάνεια του κρυσταλλοειδούς φακού. Το υαλώδες σώµα είναι ένα διαφανές, άχρωµο τζελ, αποτελούµενο κατά 99% από νερό, µερικά άλατα, διαλυτές πρωτεΐνες και υαλουρονικό οξύ. Ο ρόλος του υαλώδους είναι να µεταδίδει τις φωτεινές ακτίνες αποτελώντας κι αυτό ένα διαθλαστικό µέσο του οφθαλµού. Υποστηρίζει την οπίσθια επιφάνεια του µατιού και βοηθά στο να κρατά το νεύρινο µέρος του αµφιβληστροειδούς µε το µελάγχρουν επιθήλιο. Βλέφαρα Τα βλέφαρα αποτελούνται από δύο στρώµατα, το εξωτερικό και το εσωτερικό. Το εξωτερικό αφενός, το οποίο καλύπτεται από το δέρµα, περιλαµβάνει τους γραµµωτούς µυς για εκούσια ανύψωση (ανελκτήρας του άνω βλεφάρου) και σύγκλειση (σφιγκτήρας µυς) των βλεφάρων. Το εσωτερικό στρώµα αφετέρου περιλαµβάνει τον ταρσό, τον επιπεφυκότα των βλεφάρων και το λείο µυ του Muller (ανελκτήρας των βλεφάρων κι αυτός, ο οποίος προσδίδει τη σφριγηλότητα και τον τόνο του άνω βλεφάρου, προσδιορίζοντας έτσι και το εύρος της µεσοβλεφάριας σχισµής). Στα βλέφαρα εντοπίζονται και άλλοι φυσιολογο-ανατοµικοί σχηµατισµοί: Οι βλεφαρίδες, κοντές, καµπυλωτές τρίχες, αποτελούν έναν ακόµα αµυντικό σχηµατισµό του µατιού. Οι εκβολές των µεϊβοµιανών αδένων, οι οποίοι βρίσκονται στο χείλος του άνω και κάτω βλεφάρου, οι οποίοι είναι λιπαντικοί αδένες του µατιού. 24

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Οι αδένες του Zeiss (λιπαντικοί αδένες) και οι αδένες του Moll (τροποποιηµένοι ιδρωτοποιοί αδένες), οι οποίοι βρίσκονται στο άνω βλέφαρο. Η µορφή και το σχήµα των βλεφάρων έχουν προστατευτικό χαρακτήρα. Όταν τα βλέφαρα είναι κλειστά, το µάτι προστατεύεται, καλυπτόµενο πλήρως. Όταν τα βλέφαρα είναι ανοιχτά µένουν ακάλυπτα µόνο τα τµήµατα εκείνα του βολβού που είναι αναγκαία. Ο επιπεφυκώς είναι µια λεπτή, βλεννώδης µεµβράνη που επενδύει τα βλέφαρα και το σκληρό. Η δακρυϊκή συσκευή αποτελείται από το δακρυϊκό αδένα και την απαγωγό δακρυϊκή οδό. Ο οφθαλµός αγγειώνεται από την οφθαλµική αρτηρία, η οποία αποτελεί κλάδο της έσω καρωτίδας. Η αποχέτευση όλου σχεδόν του αίµατος από τον πρόσθιο και τον οπίσθιο χοριοειδή γίνεται µέσω των τεσσάρων -σπανίως έξι- περιδινήτων φλεβών. Οι πρόσθιες ακτινοειδείς φλέβες αποχετεύουν λίγο αίµα από την περιοχή του ακτινωτού σώµατος. Τη νεύρωση του βολβού απαρτίζουν: Τα κινητικά νεύρα. Το βολβό κινούν έξι γραµµωτοί µύες (4 ορθοί και 2 λοξοί). Το κοινό κινητικό νεύρο νευρώνει 4 µυς: τον έσω, τον άνω και κάτω ορθό και τον κάτω λοξό, ενώ το τροχιλιακό νεύρο και το απαγωγό νεύρο νευρώνουν αντίστοιχα τον άνω λοξό και τον έξω ορθό µυ. Τα αισθητήρια νεύρα. Το οφθαλµικό νεύρο είναι το αισθητήριο νεύρο του βολβού και των παραρτηµάτων. Τα αυτόνοµα νεύρα. Τα συµπαθητικά νεύρα, τα οποία προέρχονται από το άνω αυχενικό γάγγλιο, δηλαδή το κρανιακό τµήµα της συµπαθητικής αλύσου. Σχηµατίζουν τη συµπαθητική ρίζα του οφθαλµικού γαγγλίου και νευρώνουν τους εξής λείους µυς: το µυ του Muller στον κόγχο, το διαστολέα µυ της κόρης και το µυ του Muller στα βλέφαρα. Απώλεια της συµπαθητικής νεύρωσης οδηγεί στο σύνδροµο Horner µε πτώση βλεφάρου και µύση. Τα παρασυµπαθητικά νεύρα φθάνουν στο βολβό δια του κοινού κινητικού. Σχηµατίζουν τη βραχεία κινητική ρίζα του οφθαλµικού γαγγλίου και νευρώνουν τον ακτινωτό µυ για την προσαρµογή, καθώς και το σφιγκτήρα της κόρης. [15], [16], [17]. 25

Κεφάλαιο 2 2.2 Βιοµετρία και εφαρµογές 2.2.1 Γενικά Η ανάγκη ταυτοποίησης των ατόµων υφίσταται εδώ και εκατοντάδες χρόνια και ο λόγος γι αυτό, είναι η ανάγκη ύπαρξης ενός αντικειµενικού τρόπου, έτσι ώστε να πιστοποιείται η ταυτότητα ενός ανθρώπου ανεξάρτητα και µε αδιαµφισβήτητο τρόπο. Η αναγκαιότητα για την ταυτοποίηση των ατόµων, όπως είναι σαφές, γίνεται εντονότερη όταν πρόκειται για ανθρώπους, οι οποίοι έχουν διαπράξει κάποιο έγκληµα, ή έχουν εν πάση περιπτώσει- εµπλακεί σε παράνοµες ενέργειες. Στην περίπτωση αυτή, η συγκέντρωση στοιχείων ως προς τα βιοµετρικά χαρακτηριστικά ενός ατόµου που κατηγορείται για τη διάπραξη ενός εγκλήµατος, είναι ικανή να οδηγήσει σε αδιαµφισβήτητο συµπέρασµα, ως προς το αν το εν λόγω άτοµο είναι όντως αυτό, το οποίο έχει διαπράξει το έγκληµα για το οποίο κατηγορείται. Πρέπει στο σηµείο αυτό να τονιστεί η µεγάλη και ζωτική σηµασία της προστασίας των προσωπικών δεδοµένων του ανθρώπου, τα οποία δεν πρέπει να θυσιαστούν στο βωµό της ασφάλειας. Έχει για το λόγο αυτό θεσπιστεί µια σειρά νόµων, η οποίοι αποσκοπούν στην προστασία των προσωπικών δεδοµένων των πολιτών. Για το σκοπό αυτό, της ταυτοποίησης των ατόµων, µεγάλη είναι η συνεισφορά της επιστήµης της βιοµετρίας. Ο όρος βιοµετρία χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά στις αρχές του εικοστού αιώνα, προκειµένου να περιγραφεί το πεδίο της ανάπτυξης στατιστικών και µαθηµατικών µεθόδων, οι οποίες εφαρµόζονταν σε προβλήµατα ανάλυσης βιολογικών δεδοµένων. Τέτοιες στατιστικές µέθοδοι χρησιµοποιήθηκαν, παραδείγµατος χάριν : για τη σύγκριση των σοδειών από διαφορετικές ποικιλίες σιταριού για την ανάλυση δεδοµένων από κλινικές δοκιµές µε σκοπό την εκτίµηση της επίδρασης διαφορετικών υποψήφιων θεραπειών για κάποια ασθένεια για την ανάλυση δεδοµένων που έχουν προκύψει από περιβαλλοντολογικές µελέτες και αφορούν το πώς συνδέεται η εµφάνιση ασθενειών σε µια περιοχή ή σε µια χώρα µε τη µόλυνση του αέρα ή του νερού. [28] Πρόσφατα, ο όρος βιοµετρία έχει αρχίσει να χρησιµοποιείται προκειµένου να καλύψει τις αναφορές σε ένα καινούριο, αναδυόµενο τεχνολογικό πεδίο που σχετίζεται µε την αναγνώριση 26

Βιβλιογραφική ανασκόπηση ατόµων µε τη χρήση των βιολογικών τους χαρακτηριστικών (που εµπίπτουν σε τοµείς φυσιολογίας, ανατοµίας, ψυχολογίας). Τα βιοµετρικά χαρακτηριστικά µπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο ευρεία σύνολα. Στο πρώτο σύνολο ανήκουν τα βιοµετρικά εκείνα γνωρίσµατα που υπακούουν στους κανόνες της φυσιολογίας, και τα οποία θεωρούνται µοναδικά για κάθε άτοµο, όπως για παράδειγµα: τα δακτυλικά αποτυπώµατα (fingerprints) η µέθοδος του Bertillon (Bertillonage) η αναγνώριση προσώπου (facial recognition) η γεωµετρία του χεριού (hand geometry) η σάρωση του αµφιβληστροειδούς (retinal scan) τα αγγειακά σχέδια (vascular patterns) τα αποτύπωµα της παλάµης (palm print) η ανάλυση γενετικού υλικού (DNA analysis) η αναγνώριση της ίριδας (iris recognition), που αποτελεί και το αντικείµενο µελέτης της παρούσας διπλωµατικής εργασίας. Κατ αντιστοιχία στο δεύτερο σύνολο ανήκουν τα βιοµετρικά εκείνα χαρακτηριστικά, τα οποία σχετίζονται περισσότερο µε ψυχολογικούς παράγοντες, γνωστά επίσης και ως συµπεριφορικά βιοµετρικά χαρακτηριστικά. Παραδείγµατα συµπεριφορικών βιοµετρικών χαρακτηριστικών αποτελούν : η υπογραφή (signature recognition) ο βηµατισµός (gait) η πληκτρολόγηση (keystroke) η φωνή (η φωνή καθαυτή κατατάσσεται σαφώς στο πρώτο σύνολο, αφού το κάθε άτοµο έχει δικό του ξεχωριστό τόνο φωνής. Παρ όλ αυτά, αυτή η µέθοδος αναγνώρισης ατόµου µέσω της φωνής του (voice recognition), βασίζεται στον τρόπο µε τον οποίο το άτοµο µιλά, και όχι µε την φωνή του την καθαυτή. [29] 27

Κεφάλαιο 2 Όλες αυτές οι µέθοδοι ταυτοποίησης ατόµου, οι οποίες βασίζονται σε διαφορετικά βιοµετρικά χαρακτηριστικά, αξιολογούνται µέσω κάποιας κοινής βάσης παραγόντων : Καθολικότητα (Universality). Εξασφαλίζει το βαθµό κατά τον οποίο όλα τα άτοµα διαθέτουν το εν λόγω βιοµετρικό χαρακτηριστικό. Μοναδικότητα (Uniqueness). Σχετίζεται µε το βαθµό κατά τον οποίο, το συγκεκριµένο βιοµετρικό χαρακτηριστικό είναι ικανό να διαχωρίσει ένα άτοµο από τα υπόλοιπα. Μονιµότητα (Permanence). Σχετίζεται µε το βαθµό κατά τον οποίο το εν λόγω βιοµετρικό χαρακτηριστικό παραµένει αναλλοίωτο κατά τη διάρκεια της ζωής του ατόµου. υνατότητα συλλογής-λήψης του βιοµετρικού χαρακτηριστικού (Collectability). Επίδοση µεθόδου (Performance). Η επίδοση µετράται ως προς την ακρίβεια των αποτελεσµάτων, ως προς την ταχύτητα µε την οποία αυτά εξάγονται και ως προς το βαθµό, κατά τον οποίο τα αποτελέσµατα είναι ανεξάρτητα από ορισµένους παράγοντες, οι οποίοι δυσχεραίνουν τη διαδικασία (παραδείγµατος χάριν η µέθοδος αναγνώρισης ίριδας θα θεωρείται πιο αξιόπιστη, όταν τα αποτελέσµατα που θα προκύπτουν θα είναι ανεξάρτητα από τη γωνία κατά την οποία το υπό εξέταση άτοµο κοιτάζει προς την κάµερα). Βαθµός Αποδοχής της µεθόδου από το χρήστη (Acceptability). Σχετίζεται κυρίως µε δύο παράγοντες, το πόσο ο χρήστης θεωρεί ότι η εν λόγω µέθοδος αφενός είναι επιβλαβής για την υγεία του και το πόσο θεωρεί αφετέρου ότι η µέθοδος επεµβαίνει και παραβιάζει τα προσωπικά του δεδοµένα. Παράκαµψη (Circumvention). Μέσω της παράκαµψης περιγράφεται η ευκολία µε την οποία µπορεί στην εν λόγω µέθοδο να χρησιµοποιηθεί κάποιο υποκατάστατο. Ακολουθεί ένας πίνακας, στον οποίο συνοψίζεται η αξιολόγηση των βασικότερων µεθόδων ταυτοποίησης µε βάση τους προαναφερθέντες παράγοντες: 28

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Βιοµετρικά Χαρακτηριστικά Καθολικότητα Μοναδικότητα Μονιµότητα υνατότητα Συλλογής Χαρακτηριστικού Επίδοση Αποδοχή υνατότητα Παράκαµψης Πρόσωπο H L M H L H L ακτυλικά αποτυπώµατα M H H M H M H Γεωµετρία χεριού M M M H M M M Πληκτρολόγηση L L L M L M M Σχέδιο Αιµοφόρων Αγγείων στο χέρι M M M M M M H Ίριδα H H H M H L H Αµφιβληστροειδής H H M L H L H Υπογραφή L L L H L H L Φωνή M L L M L H L 29

Κεφάλαιο 2 DNA H H H L H L L Βηµατισµός M L L H L H M Πίνακας 2.1. Αξιολόγηση βασικών µεθόδων ταυτοποίησης µα βάση συγκεκριµένους παράγοντες. Σηµείωση : Τα σύµβολα H, M, L αντιστοιχούν στις λέξεις High, Medium, Low. Τα χρώµατα, επιπλέον, στον Πίνακα 2.1 σηµατοδοτούν την αξιοπιστία της υπό εξέτασης µεθόδου. Το πράσινο σηµαίνει υψηλή αξιοπιστία, το κίτρινο σηµαίνει µέτρια αξιοπιστία, ενώ το κόκκινο σηµαίνει µικρή αξιοπιστία. Από τον Πίνακα 2.1 γίνεται σαφές πως όλες οι µέθοδοι παρουσιάζουν θετικά και αρνητικά σηµεία. Η χρήση των βιοµετρικών χαρακτηριστικών του ατόµου µε σκοπό την ταυτοποίησή του, λαµβάνει χώρα σε µια πληθώρα εφαρµογών. Οι εφαρµογές αυτές διαφέρουν ως προς την προτεραιότητα των στόχων τους, µέσω της οποίας καθορίζεται και η επιλογή της αντίστοιχης µεθόδου. Παραδείγµατος χάριν, έχει τα τελευταία δύο χρόνια υιοθετηθεί η ταυτοποίηση του ατόµου στο πάρκο του Ντίσνεϋ στη Γαλλία, έτσι ώστε να ελέγχεται πως το κάθε άτοµο δικαιούται να παρίσταται στους χώρους εκεί και να λαµβάνει µέρος στα παιχνίδια. Γίνεται εµφανές, πως στην προκειµένη περίπτωση δε θα επιλεγεί η ανάλυση του DNA, προκειµένου να ληφθεί µια απόφαση, ως προς την ταυτότητα του ατόµου. Οι λόγοι που συνηγορούν σ αυτό είναι αρκετοί. Πρώτον, ότι η ταυτοποίηση του κάθε ατόµου, θα χρειαστεί να γίνει πολλές φορές µέσα σε µια µέρα (κάθε φορά που ο χρήστης θα θέλει να λάβει µέρος σε ένα παιχνίδι) και δεν είναι λογικό για κάθε µία από αυτές τις φορές να ζητείται από το χρήστη ένα δείγµα ζωντανού ιστού, ώστε να γίνει ανάλυση DNA. εύτερον, ότι η απόφαση ως προς το αν το υπό εξέταση άτοµο είναι ή όχι δικαιούχος θα πρέπει να λαµβάνεται πολύ γρήγορα, δεδοµένου ότι υπάρχει πληθώρα ατόµων που πρέπει να εξεταστούν και το DNA είναι το πλέον ακατάλληλο, όταν σηµαντική προτεραιότητα της εφαρµογής αποτελεί η ταχεία εξαγωγή αποτελεσµάτων (Τα αποτελέσµατα της µεθόδου αυτής εξάγονται ύστερα από την πάροδο κάποιων ηµερών). Γι αυτό λοιπόν, στην εν λόγω περίπτωση, επελέγη η γεωµετρία του χεριού, η οποία είναι πολύ σύντοµη ως προς την εξαγωγή αποτελεσµάτων. Ένα επιπλέον πλεονέκτηµα της µεθόδου αυτής για τη συγκεκριµένη εφαρµογή, είναι ότι απευθύνεται κατά κύριο λόγο σε παιδιά, οπότε θα πρέπει να διακρίνεται από ευκολία στη χρήση, πράγµα που ισχύει στην εν λόγω µέθοδο (εύκολο για τους χρήστες να τοποθετούν το χέρι τους µπροστά από µια αντίστοιχη συσκευή). Το βασικό µειονέκτηµα της µεθόδου αυτής, ότι δηλαδή δεν εξασφαλίζει µεγάλα ποσοστά ασφάλειας, δεν έχει τόσο µεγάλη σηµασία για τη δεδοµένη εφαρµογή. 30

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Το σύνολο της διαδικασίας της ταυτοποίησης του ατόµου πραγµατοποιείται µέσω ενός συστήµατος, το οποίο καλείται βιοµετρικό σύστηµα και παρουσιάζεται διαγραµµατικά στο Σχήµα 2.1. Οι βασικές διεργασίες που επιτελούνται µέσω ενός τέτοιου βιοµετρικού συστήµατος είναι δύο. Πρώτον η εγγραφή και δεύτερον ο έλεγχος. Ως εγγραφή νοείται η διαδικασία, κατά την οποία για πρώτη φορά αποθηκεύονται πληροφορίες για ένα άτοµο, οι οποίες έχουν εξαχθεί από κάποιο βιοµετρικό του χαρακτηριστικό. Εν συνεχεία, ο έλεγχος πραγµατοποιείται, όταν πρόκειται να γίνει η ταυτοποίηση ενός ατόµου για το οποίο έχει ήδη προηγηθεί η διαδικασία εγγραφής, οπότε εν τέλει συγκρίνονται οι ήδη υπάρχουσες πληροφορίες (που προέκυψαν κατά την εγγραφή) µε τις αντίστοιχες, οι οποίες λαµβάνονται κατά τη διαδικασία του ελέγχου. Και για τις δύο αυτές διεργασίες είναι απαραίτητη η παρουσία ενός αισθητήρα, που είναι στην ουσία η διεπαφή µεταξύ του πραγµατικού συστήµατος (αναλογικό σήµα) και του βιοµετρικού συστήµατος. Ο αισθητήρας αυτός είναι επιφορτισµένος µε την υποχρέωση να λαµβάνει όλη τη βιοµετρική πληροφορία, γεγονός που συνήθως πραγµατοποιείται µέσω µιας φωτογραφικής µηχανής ή µιας κάµερας. Στη συνέχεια επιτελείται µια διεργασία, η οποία καλείται προ-επεξεργασία και η οποία σκοπό έχει να ενισχύσει τη ληφθείσα βιοµετρική πληροφορία. Το στάδιο της προ-επεξεργασίας συνήθως σχετίζεται µε την εφαρµογή κάποιων φίλτρων µε σκοπό την αποµόνωση ή τη µείωση του θορύβου. Το επόµενο βήµα είναι ίσως το πιο καθοριστικό, καθώς αφορά στην εξαγωγή των χαρακτηριστικών. Τα χαρακτηριστικά που θα εξαχθούν θα πρέπει να είναι ικανά να διαχωρίσουν ένα άτοµο από οποιοδήποτε άλλο και επίσης θα πρέπει τα χαρακτηριστικά αυτά να εξαχθούν µε το βέλτιστο δυνατό τρόπο. Αφού πραγµατοποιηθεί η εξαγωγή των χαρακτηριστικών, δηµιουργείται το αντίστοιχο πρότυπο (template), το οποίο ανάλογα µε την περίπτωση είναι ή ένα διάνυσµα αριθµών, ή ένας πίνακας αριθµών ή µια εικόνα µε ιδιαίτερες ιδιότητες. Σε κάθε πάντως περίπτωση, ανεξαρτήτως της µορφής που έχει το πρότυπο (template), περιλαµβάνει κωδικοποιηµένα όλα τα χαρακτηριστικά, τα οποία εξήχθησαν κατά την προηγούµενη φάση. Το πρότυπο (template), είναι αυτό που συγκρίνεται εν τέλει σε κάθε ταυτοποίηση. Συνεπώς, κατά τη διαδικασία της εγγραφής, µετά τη δηµιουργία του, το πρότυπο (template) αποθηκεύεται σε µία βάση δεδοµένων, από την οποία εξορύσσεται κάθε φορά που πραγµατοποιείται µία σύγκριση. Το γεγονός αυτό καθιστά έντονη την ανάγκη, το πρότυπο (template) να έχει αποθηκεύσιµο µέγεθος. (Όσο µικρότερο είναι το µέγεθος των προτύπων (templates) τόσο γρηγορότερα γίνεται η σάρωση µιας βάσης δεδοµένων κατά τη διάρκεια µιας ταυτοποίησης). Συνοψίζοντας λοιπόν, απαραίτητη προϋπόθεση για τη διαδικασία της ταυτοποίησης είναι να υπάρχει η εγγραφή του εν λόγω ατόµου, του οποίου η ταυτότητα πρόκειται να προσδιοριστεί, να υπάρχει δηλαδή, εν ολίγοις, αποθηκευµένο σε µια αντίστοιχη βάση δεδοµένων ένα πρότυπο (template) που αντιστοιχεί στο υπό εξέταση άτοµο. Κατά τη διαδικασία λοιπόν της ταυτοποίησης, δηµιουργείται εκ νέου εκείνη τη στιγµή ένα πρότυπο (template) για το υπό εξέταση άτοµο, το οποίο και συγκρίνεται µε τα πρότυπα (templates) που είναι αποθηκευµένα στην εν λόγω βάση δεδοµένων. Ταυτοποίηση επιτυγχάνεται όταν το ληφθέν πρότυπο (template) ταιριάζει µε κάποιο πρότυπο 31

Κεφάλαιο 2 (template) της βάσης δεδοµένων. Η έννοια ταιριάζει στην προκειµένη περίπτωση, σηµαίνει αν πληρείται το εκάστοτε µαθηµατικό κριτήριο που έχει τεθεί (Συνήθως το µαθηµατικό κριτήριο που χρησιµοποιείται είναι η απόσταση Hamming, το οποίο θα αναλυθεί διεξοδικά σε επόµενο κεφάλαιο). Σχήµα 2.1 Τυπικό Βιοµετρικό Σύστηµα και σύστηµα αναγνώρισης. Στο σηµείο αυτό, σηµαντικό είναι να διευκρινιστεί η διαφορά µεταξύ των διαδικασιών που καλούνται επαλήθευση (verification) και αναγνώριση (recognition) αντίστοιχα. Η διαδικασία της αναγνώρισης είναι αυτή που περιγράφηκε ανωτέρω, κατά την οποία το πρότυπο (template) που δηµιουργείται τη στιγµή του ελέγχου, συγκρίνεται µε κάποια πρότυπα (templates) της βάσης δεδοµένων, µ έχρις ότου βρεθεί ένα πρότυπο (template), µε το οποίο θα ταιριάζει (το οποίο, αν, στη χειρότερη των περιπτώσεων, τύχει να είναι το τελευταίο της βάσης δεδοµένων, σηµαίνει ότι θα έχουν στο µεταξύ ελεγχθεί όλα τα πρότυπα (templates) που υπάρχουν στη βάση δεδοµένων, πράγµα που απαιτεί κάποιο χρόνο, ανάλογο του µεγέθους της βάσης δεδοµένων). Αντίθετα, κατά τη διαδικασία της επαλήθευσης, συγκρίνεται µόνο το πρότυπο (template) που δηµιουργήθηκε προς χάριν της επαλήθευσης µε το ένα και µοναδικό πρότυπο (template), που υπάρχει καταχωρηµένο στη βάση δεδοµένων για το εν λόγω άτοµ ο, το οποίο ισχυρίζεται µια συγκεκριµ ένη ταυτότητα. Στην ουσία δηλαδή, κατά τη διαδικασία της αναγνώρισης βρίσκεται η ταυτότητα του ατόµου, αν αυτό είναι καταχωρηµένο στη βάση δεδοµένων, ενώ κατά τη διαδικασία της επαλήθευσης, αποδεικνύεται εάν ο ισχυρισµός του υπό εξέταση ατόµου, ως προς την ταυτότητά του, είναι αληθής ή όχι. 32

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Η επίδοση της κάθε µεθόδου µετράται µε βάση ένα σύνολο αντικειµενικών κριτηρίων, τα οποία µπορούν να συνοψιστούν στα εξής [29]: είκτης λανθασµένης αποδοχής (False Acceptance Rate, FAR). Τα αποτελέσµατα για το δείκτη αυτό εκφράζονται σε ποσοστιαία κλίµακα και σηµατοδοτούν το ποσοστό των περιπτώσεων, κατά τις οποίες για δύο πρότυπα (templates) που αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικά άτοµα, λαµβάνεται η απόφαση ότι αντιστοιχούν στο ίδιο άτοµο. είκτης λανθασµένης απόρριψης (False Rejection Rate, FRR). Τα αποτελέσµατα για το δείκτη αυτό εκφράζονται σε ποσοστιαία κλίµακα και καταδεικνύουν το ποσοστό των περιπτώσεων, κατά τις οποίες δύο πρότυπα (templates) που αντιστοιχούν στο ίδιο άτοµο, κατά τη διαδικασία της σύγκρισης λαµβάνεται η απόφαση πως αντιστοιχούν σε δύο διαφορετικά άτοµα. Οι δύο αυτοί δείκτες είναι και οι σηµαντικότεροι και οι πλέον χρησιµοποιούµενοι κατά τη διαδικασία αξιολόγησης της επίδοσης µίας µεθόδου ταυτοποίησης ατόµου. Η τιµή των δεικτών αυτών επηρεάζεται από κάποιες παραµέτρους. Στο σηµείο αυτό είναι σηµαντικό να αναφερθεί το γεγονός ότι, οι δύο αυτοί δείκτες συνδέονται µε µία αντίστροφη σχέση. Η µεταβολή δηλαδή των κατάλληλων κάθε φορά παραµέτρων, οδηγεί στη µείωση του ενός δείκτη και στην αύξηση του άλλου. Η τιµή που απαιτείται για τον κάθε δείκτη, έτσι ώστε η αντίστοιχη µέθοδος να θεωρείται αξιόπιστη, δεν είναι συγκεκριµένη και εξαρτάται από την εκάστοτε εφαρµογή. Παραδείγµατος χάριν, σε περιπτώσεις όπως η παροχή πρόσβασης σε πολύ σηµαντικές πληροφορίες µιας µυστικής υπηρεσίας, όπου είναι πολύ σηµαντική η τήρηση της ασφαλείας των πληροφοριών, πρέπει να ελαχιστοποιείται ο δείκτης FAR, έτσι ώστε να ελαχιστοποιηθεί η πιθανότητα να αποκτήσει πρόσβαση στις πληροφορίες αυτές κάποιο άτοµο, το οποίο δεν έχει την αντίστοιχη δικαιοδοσία. Η απαίτηση ελάχιστου FAR συνεπάγεται αυξηµένη τιµή του FRR, πράγµα που µε τη σειρά του σηµαίνει, ότι ένα άτοµο ενδεχοµένως να χρειαστεί να υποβληθεί δύο ή και παραπάνω φορές στη διαδικασία λήψης αντίστοιχου δείγµατος για τη δηµιουργία νέου προτύπου (template) προς σύγκριση. [29]: Υπάρχει επίσης κι ένα επιπλέον σύνολο δεικτών, το οποίο απαρτίζεται από τους παρακάτω είκτης τοµής λανθασµένων εκτιµήσεων (Cross-over Error Rate, CER) ή είκτης ίσου σφάλµατος (Equal Error Rate, EER): Εκφράζεται σε ποσοστιαία κλίµακα. Για τους δύο προαναφερθέντες δείκτες µέτρησης της απόδοσης των µεθόδων (FAR, FRR), όπως έχει ήδη αναφερθεί, ισχύει µία αντίστροφη σχέση. Ο δείκτης CER παριστάνει το σηµείο τοµής των δύο καµπύλων που αντιστοιχούν στους δείκτες FAR και 33

Κεφάλαιο 2 FRR. Μικρή τιµή του δείκτη CER αποτελεί σηµαντική ένδειξη για την αξιοπιστία της µεθόδου (βλ. ιάγραµµα 2.1). είκτης αποτυχίας εγγραφής (Failure to Enroll Rate, FER ή FTR). Εκφράζει το ποσοστό των περιπτώσεων, κατά τις οποίες δεν κατέστη δυνατό να δηµιουργηθεί το αρχικό πρότυπο (template) κατά τη διαδικασία της εγγραφής. Οι λόγοι που οδηγούν σε αδυναµία δηµιουργίας επιτυχηµένης εγγραφής, συνίστανται συνήθως στη µη έγκυρη λήψη δεδοµένων από τον αισθητήρα ή στη λήψη δεδοµένων κακής ποιότητας. Ένα τέτοιο παράδειγµα αφορά στη λήψη εικόνας του οφθαλµού (για τη µέθοδο αναγνώρισης ίριδας), υπό συνθήκες ακατάλληλου φωτισµού, που δηµιουργεί στη ληφθείσα εικόνα έντονη αντανάκλαση. είκτης αποτυχίας λήψης (Failure To Capture Rate, FTC). Αποδίδει την πιθανότητα ένα αυτοµατοποιηµένο σύστηµα να αποτύχει να εντοπίσει κάποιο βιοµετρικό χαρακτηριστικό, παρά το γεγονός ότι δεν υπάρχει κάποιο πρόβληµα στον τρόπο παρουσίασης του εν λόγω βιοµετρικού χαρακτηριστικού. Χωρητικότητα προτύπου (template capacity). Υποδεικνύει το µέγιστο αριθµό συνόλων δεδοµένων, που µπορεί να εισαχθούν στο σύστηµα ιάγραµµα 2.1 Καµπύλες FAR και FRR. 34

Βιβλιογραφική ανασκόπηση Σαφώς µε την εισαγωγή των βιοµετρικών αυτών µεθόδων ταυτοποίησης των ατόµων ανακύπτουν διάφορα ζητήµατα. Κατ αρχήν, όπως έχει ήδη αναφερθεί, ένας παράγοντας µέσω του οποίου αξιολογείται η εκάστοτε µέθοδος σχετίζεται µε το αν το βιοµετρικό χαρακτηριστικό, το οποίο εξετάζεται στη µέθοδο αυτό παραµένει αναλλοίωτο µε την πάροδο του χρόνου. Είναι σαφές πως η ανεξαρτησία του βιοµετρικού χαρακτηριστικού από το χρόνο διακρίνεται από σαφή πλεονεκτήµατα. Παρ όλ αυτά το να παραµένει ένα βιοµετρικό χαρακτηριστικό αναλλοίωτο σε σχέση µε το χρόνο, ενέχει έναν πολύ σηµαντικό κίνδυνο. Αν κάποιος παραποιήσει το πρότυπο (template) που είναι καταχωρηµένο για ένα άτοµο, τότε το άτοµο του οποίου το πρότυπο (template) παραποιήθηκε, θα χάσει για πάντα την πρόσβαση του στην εν λόγω εφαρµ ογή και σε µία ακραία περίπτωση θα χάσει ακόµα και την ταυτότητα του. Ένας ακόµα κίνδυνος που ελλοχεύει είναι να κλαπεί ένα πρότυπο (template) και να αναπαραχθεί στη συνέχεια ένα ψεύτικο αντίγραφο του συγκεκριµένου βιοµετρικού χαρακτηριστικού, να ακολουθηθεί δηλαδή η αντίστροφη διαδικασία (ευθεία διαδικασία: βιοµετρικό χαρακτηριστικό πρότυπο (template), αντίστροφη διαδικασία : πρότυπο (template) βιοµετρικό χαρακτηριστικό). Το συγκεκριµένο γεγονός έχει ήδη εντοπιστεί, ιδίως στις παλαιότερες µεθόδους, όπως παραδείγµατος χάριν στα δακτυλικά αποτυπώµατα. Για την αντιµετώπιση του προβλήµατος αυτού, ορισµένα βιοµετρικά συστήµατα χρησιµοποιούν αισθητήρες (θερµότητας κατά κύριο λόγο) προκειµένου να εξασφαλιστεί η εξέταση ζωντανού δείγµατος και όχι ενός τεχνητού επιθέµατος. Παρ όλ αυτά, έχει πειραµατικά διαπιστωθεί πως αυτές οι δικλίδες ασφαλείας δεν είναι και τόσο αξιόπιστες. Επιπροσθέτως, η χρήση βιοµετρικών µεθόδων εγείρει και κάποιες άλλες ανησυχίες. Ορισµένοι ανησυχούν καθώς θεωρούν πως η λήψη δειγµάτων για κάποιες βιοµετρικές µεθόδους, είναι επιβλαβής για την υγεία τους (χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι η µέθοδος που επιτάσσει σάρωση αµφιβληστροειδούς), ή επίσης πως αντιβαίνουν στους κανόνες υγιεινής (παραδείγµατος χάριν η συλλογή σάλιου για ανάλυση DNA). Τέλος, µια µεγάλη ανησυχία υφίσταται γύρω από τη διαχείριση των δεδοµένων που αντιπροσωπεύουν κάποιο βιοµετρικό χαρακτηριστικό. Όλες αυτές οι ανησυχίες ενισχύονται από το γεγονός ότι οι µέθοδοι αυτοί δεν έχουν εφαρµοστεί για καιρό, οπότε και δεν έχουν πρακτικά απορριφθεί όλες αυτές οι ενστάσεις. Η χρήση βιοµετρικών χαρακτηριστικών µε σκοπό την ταυτοποίηση ενός ατόµου έχει σε ορισµένες πε ριπτώσεις ενσωµατωθεί πλήρως και σε περιπτώσεις καθηµερινές, όπως για παράδειγµα σε κάποιες περιπτώσεις πρόσβασης απλώς σε ένα σπίτι. Τέτοιες περιπτώσεις -και όχι µόνο- θέτουν σε κίνδυνο τους κατόχους των βιοµετρικών χαρακτηριστικών εκείνων, που παρέχουν πρόσβαση. Το 2005 συνέβη ένα περιστατικό, κατά το οποίο κάποιοι κλέφτες αυτοκινήτων, ακρωτηρίασαν το δάχτυλο του ιδιοκτήτη ενός ακριβού αυτοκινήτου, του οποίου τα δακτυλικό αποτύπωµα ήταν αναγκαίο για την πρόσβαση στο αυτοκίνητο. 35