Біометричне розпізнавання по вухах, Відкриті системи

Системи розпізнавання, побудовані на аналізі характерних рис вуха, є потенційно цінним інструментом в арсеналі біометричних технологій.

Як показано на рис. 1, зовнішня вушна раковина складається з ряду анатомічних компонентів, і хоча її структура відносно проста, вона значно варіюється від людини до людини. На рис. 1 б показані приклади цих варіацій, які поряд з розміром, кольором і текстурою вуха можуть бути відмінними характеристиками людини. Зміни виразу обличчя та вік суттєво не впливають на зовнішній вигляд вуха, проте вушні аксесуари під впливом гравітації можуть змінити довжину мочки.

Мал. 1. Зовнішня анатомія вуха:

а) Зовнішня раковина має ряд анатомічних компонентів: (1) обід завитка, (2) мочка, (3) протизавиток, (4) раковина, (5) козелок, (6) протикозелок, (7) ніжка завитка, ( 8) трикутна ямка, (9) межкозелкова вирізка.

б) Структура раковини від людини до людини варіюється. Приклади зображень правого (верхній ряд) та лівого (нижній ряд) вуха

Ранні дослідження

Мал. 2. У системі ідентифікації Янареллі використовуються 12 геометричних вимірів, центральним елементом яких є ніжка завитка

Про можливість використовувати анатомічні особливості вуха для встановлення особистості людини ще в 80-х роках XIX століття говорив Альфонс Бертільон, французький поліцейський офіцер, який одним із перших почав користуватися фізичними вимірами для ідентифікації злочинців. Бертильйон застосовував якісні та кількісні описи різних частин тіла, включаючи вуха, називаючи цю методикуантропометрією. У 1906 році празький отоларинголог Р. Імхофер після обстеження 500 пар вух дійшов висновку, що їх можна чітко розрізняти за чотирма особливостями. Понад 50 років команда дослідників вивчила фотографії 200 пар вух новонароджених і прийшла до висновку, що завдяки анатомічній сталості вуха по ньому можна встановлювати особистість немовлят. У період з 1948 по 1962 рік Альфред Янареллі зібрав фотографії вух кількох тисяч чоловік і запропонував набір з 12 геометричних вимірювань вуха на основі ніжки завитка (рис. 2). Він стверджував, що цей набір вимірів є унікальним у кожної людини.

Біометрія вуха

Систему біометрії вуха можна як типову систему розпізнавання образу, яка зводить вхідне зображення до набору основних рис і порівнює його з базою інших наборів рис встановлення особи. Розпізнавання вуха можна реалізувати для плоского образу або тривимірної хмари точок, що зображує поверхню зовнішньої вушної раковини. Розпізнавання складається із чотирьох етапів.

Виявлення. Зазвичай для вказівки просторової протяжності вуха на зображенні профілю голови використовується прямокутна межа. Цей етап має велике значення - помилки, допущені на ньому, можуть зробити процес розпізнавання безрезультатним.

Виявлення черт. Хоча наступному етапі (порівняння) можна використовувати і сегментоване зображення вуха, у більшості систем виявляється набір характерних рис вуха. У процесі виявлення характеристик сегментоване вухо зводиться до математичної моделі, яка підсумовує всю відмінну інформацію, що є на зображенні вуха.

Зіставлення. На цьому етапі проводиться порівняння характеристик, виявлених на вхідному зображенні, зі збереженими в базіданих встановлення особи. У найпростішій формі процес зіставлення зводиться до виставленню рейтингів, що відбивають ступінь схожості із зображеннями з основи.

Прийняття рішення. На основі рейтингів, підрахованих на попередньому етапі, система приймає остаточне рішення. У режимі верифікації рішення так означає підтвердження особистості, а ні вказує на самозванця. У режимі ідентифікації на виході формується перелік потенційних осіб, відсортованих за рейтингом схожості.

Автоматизоване розпізнавання вуха

У 2005 році Хуей Чэнь та Бір Бхану представили тривимірну систему розпізнавання, яка покладалася на структуру та глибину анатомічних елементів вуха.

Підвищення точності зіставлення

Перешкоди у вигляді пасм волосся та аксесуарів здатні знизити або звести нанівець результативність роботи системи розпізнавання вуха. Негативний вплив можуть також надавати особливості зовнішнього освітлення та варіації розташування обличчя по відношенню до камери. Крім того, точність алгоритмів розпізнавання зазвичай оцінюється з використанням знімків вуха, зроблених за ідеальних умов (як правило, у приміщенні та з добре поставленим світлом). У зв'язку з цим критики стверджують, що точність зіставлення, зазначена у наукових доповідях, може бути перебільшеною.

Для підвищення точності зіставлення дослідники пропонують спільно використовувати біометрію обличчя та вуха. Навіть якщо в якійсь ситуації вухо не вдається використовувати для верифікації особистості людини, біометрія вуха дозволить виключити низку входжень зі списку потенційних збігів, якщо вони досить відрізняються від вхідного зображення.

Відбитки вух

Для ідентифікації людини поряд із плоскими або тривимірними зображеннямивух служать також і відбитки вух - позначки секреції зовнішнього вуха, що залишаються, коли їм притискаються до стіни, дверей, вікна. Відбитки вух застосовувалися як докази в низці кримінальних справ у США та інших країнах, однак у деяких випадках рішення суду, винесені з пред'явленням таких доказів, було скасовано. Відбитки вух не прийнято використовувати в криміналістичній практиці, оскільки вчені мають сумніви щодо їх індивідуальності.

Арун Росс ([email protected]) - професор,Айман Абаза ([email protected]) - старший науковий співробітник Університету Західної Вірджинії.

Поділіться матеріалом з колегами та друзями