Tęczówka

BIOMETRIA
WYKŁAD 2
Tęczówka
• Tęczówka (iris) – nieprzezroczysta tarczka stanowiąca przednią część błony
naczyniówkowej oka. W centrum zawiera otwór zwany źrenicą.
• Działa jak przysłona (reguluje dopływ światła do soczewki) dzięki dwóm
antagonistycznym układom włókienek mięśniowych.
• Mięsień zwieracza źrenicy unerwiony przez włókna przywspółczulne, wiązki mięśniowe
ułożone spiralnie i znajduje się przy brzegu źrenicy.
• Mięsień rozwieracza źrenicy unerwiony przez włókna współczulne, wiązki mięśniowe
ułożone promieniście między obwodem tęczówki a źrenicą.
Tęczówka
• Kształtuje się w ciągu dwóch pierwszych lat życia i nie zmienia do śmierci
(poza nowotworem i uszkodzeniem mechanicznym),
• Ulega zniszczeniu w przeciągu 5 sekund po zgonie,
• Istnieje aż 266 punktów charakterystycznych tęczówki (parokrotnie razy
więcej niż w przypadku odcisku palca), ze względu na niepowtarzalne
ułożenie ziaren melaniny
• Różne tęczówki u bliźniąt jednojajowych (!) nawet u tej samej osoby
tęczówka prawego oka różni się od tęczówki lewego oka (!)
Tęczówka – wady wykorzystania jako biometryki
• metoda stosunkowo droga,
• dostępne skanery są trudne do dopasowania dla osób o różnym wzroście.
• skaner może też zostać oszukany przez sztuczny obraz oka – np. dobrej
jakości zdjęcie.
Tęczówka
Tęczówka – systemy biometryczne
• 1-wsze systemy w połowie lat 80-tych XX wieku
• …ale pierwsze pomysły zastosowanie tęczówki jako cechy identyfikacyjnej
już w latach 30-tych XX wieku
• Obraz uzyskiwany w świetle widzialnym lub bliskiej podczerwieni
Tęczówka – systemy biometryczne
Skanowanie w świetle widzialnym
• Uzyskanie dodatkowej informacji o barwie (czynnik identyfikacji)
Skanowanie w bliskiej podczerwieni
• Znacznie mniejsze refleksy (zaburzenie przy obrazowaniu w świetle
widzialnym)
Tęczówka – czynniki zmieniające obraz
• Zmiana rozmiaru źrenicy pod wpływem światła (wykorzystywane dla
przeciwdziałania atakom – modulacja oświetlenia i sprawdzanie reakcji)
• Przemieszczanie źrenicy oka w różnych kierunkach
• Zmiana orientacji oka względem obiektywu
• Odbicia światła
• Przesłanianie tęczówki przez rzęsy i powiekę
Tęczówka – przeciwdziałanie atakom
• Wielkość źrenicy; nawet przy jednostajnym oświetleniu źrenica
nieustannie zmienia swoją średnicę w niewielkim zakresie – proces
adaptacji do oświetlenia jest ciągły
• Odbicie światła od siatkówki (efekt czerwonych oczu)
• Poszukiwanie powtarzających się (periodycznych) wzorców w
„drukowanej” na szkle kontaktowym tęczówce
Tęczówka – automatyczne rozpoznawanie
1987 Flom i Safir – patent za opis tęczówki
1993 ALGORYTM DAUGMANA (patent wygasł w 2011 roku), pierwszy system w
pełni automatyczny (iris2pi)
• KOD TĘCZÓWKI (deskryptor) – 2048 binarnych elementów w wektorze
(odzwierciedla bogactwo możliwości, pozwala „usunąć” zniekształcenia
powstałe w procesie akwizycji)
• Ocena podobieństwa między tęczówką „bazową” a rejestrowaną przez
weryfikację hipotezy o statystycznej niezależności obu wektorów
• wynik negatywny (potwierdzenie korelacji) wskazuje na podobieństwo obu tęczówek
• Idealna skuteczność (FAR=0, FRR „rozsądne”)
Tęczówka – automatyczne rozpoznawanie
Etapy algorytmu Daugmana
1. Akwizycja
2. Segmentacja (lokalizacja)
3. Wyznaczanie kodu tęczówki
4. Rozpoznanie
Tęczówka – kod tęczówki
Tęczówka –systemy biometryczne
1. Detekcja twarzy, rozpoznanie zarysów – lokalizacja oczu
2. Wykonanie zdjęcia tęczówki w bardzo wysokiej rozdzielczości (okulary,
szkła kontaktowe, ruchy głowy a nawet mrugnięcia nie stanowią
problemu)
3. Ze zdjęcia powstaje kod zawierający skrócony opis punktów
charakterystycznych (w systemach wyższej generacji kodowanie jako
zabezpieczenie przed wykradzeniem)
4. Prawdopodobieństwo błędu 10-10-10-20
Tęczówka –systemy biometryczne
JIRIS JPC 1000
Tęczówka –systemy biometryczne
IRISPASS-M
Tęczówka –systemy biometryczne
Systemy „walk-through”
IRIS ON THE MOVE (IOM)
Tęczówka –systemy biometryczne
Systemy przenośne
PIER 2.3
HIIDE
Tęczówka – dalsze prace
1. Wykluczenie interakcji z
obiektem
2. Zastosowanie innych
długości światła
3. Zwiększenie dystansu z
którego zbierany jest obraz
Siatkówka
• silnie ukrwiona tkanka, znajdującą się z tyłu gałki ocznej.
• skan wykonywany jest w podczerwieni – naczynia krwionośne
absorbują więcej promieniowana podczerwonego niż otaczająca
je tkanka. Zmiany intensywności absorpcji promieniowania są
rejestrowane, a następnie przekształcane w komputerowy kod, który
może być porównany z innymi kodami, dostępnymi w bazie.
Siatkówka jako cecha biometryczna
• unikalność – struktura naczyń jest niepowtarzalna, każdy człowiek ma inny wzór naczyń
krwionośnych siatkówki, nawet bliźnięta się nim różnią;
• łatwość akwizycji – wykonanie pomiaru tej cechy biometrycznej jest szybkie i bezbolesne,
badany powinien pozostać w bezruchu bez około 10 sekund;
• bezpieczeństwo – trudność sfałszowania, szansa podrobienia tej cechy jest praktycznie
zerowa, nie jest znany żaden sposób na spreparowanie fałszywej siatkówki, a siatkówka
martwej osoby degeneruje się zbyt szybko, by móc zrobić z niej użytek, dlatego też
urządzenie nie wymaga żadnych dodatkowych zabezpieczeń, chroniących przed próbą
oszustwa;
• niezmienność, trwałość – formuje się w okresie prenatalnym oraz niemowlęcym i
pozostaje bez zmian u zdrowego człowieka (może ulec zmianie jedynie poprzez zmiany
chorobowe), jest doskonale chroniona przed wpływem czynników zewnętrznych;
• uniwersalność – prawie każdy człowiek posiada siatkówkę
Siatkówka
Siatkówka – angiografia fluorescencyjna
Pacjentowi zostaje podana dożylnie lub doustnie fluoresceina, która
wzbudza się przy określonych długościach fali i emituje żółtozielone
światło, co pozwala wykonać bardziej wyraźne zdjęcia
problematycznych obszarów.
Jest to metoda szczególnie przydatna przy diagnostyce zmian
chorobowych, a jednocześnie bezpieczna, ponieważ barwnik zostaje
wydalony z organizmu z moczem w ciągu 24-36 godzin
Siatkówka
Zalety:
• szybka i umożliwia identyfikację ze stuprocentową pewnością
• Metoda diagnozy malarii czy boreliozy
• Test narkotykowy (kokaina)
• Szybki i bezbolesny test ciążowy
Wady:
• Inwazyjność, problem z akceptacją społeczną
• Koszt urządzenia
• Zaburzenia powodowane chorobami oczu (jaskra,
…..reszta jutro na laboratorium 
Tęczówka – segmentacja
• Celem wydzielenie z obszaru oka fragmentu zawierającego tęczówkę
• Wiedza a priori jakiego kształtu szukamy (okręgu), założenie
współśrodkowego położenia okręgów granicy zewnętrznej i wewnętrznej
• Sprawdzanie różnych promieni okręgu i weryfikacja który z nich najlepiej
rozgranicza 2 obszary o istotnie różnych właściwościach
• Kryterium poprawności: różnica w średnim poziomie intensywności pikseli wzdłuż
sąsiadujących ze sobą konturów:
1
𝑔 𝑟, 𝑥𝑐, 𝑦𝑐 =
2𝜋𝑟
𝐼 𝑥, 𝑦 𝑑𝑠
𝑟,𝑥𝑐,𝑦𝑐
• Filtracja dolnoprzepustowa celem usunięcia zaszumienia
• Kontur wewnętrzny: spodziewana skokowa zmiana wartości funkcji g(x,y) na
granicy źrenica-tęczówka: wartość „skoku” zależy od barwy oka.
• Analogicznie w przypadku konturu zewnętrznego (granica źrenica-rogówka)
Tęczówka – segmentacja