WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Десятчиков Андрей Александрович

Метод обработки дистанционной биометрической информации в системах контроля и управления доступом

Специальность 05.13.11 – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Вычислительном центре РАН им. А.А. Дородницына

Научный руководитель доктор физико-математических наук,

Цурков Владимир Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Гостев Иван Михайлович

кандидат технических наук

Кринов Сергей Николаевич

Ведущая организация – ФГУП ГосНИИАС

Защита диссертации состоится “___”___________ 2007 г.

в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 002.017.02

в Вычислительном Центре Российской Академии Наук им. А.А. Дородницына по адресу: 119991, Москва, ул. Вавилова, д. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВЦ РАН.

Автореферат разослан “___”___________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.017.02

доктор физико-математических наук

В.В. Рязанов

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Обработка биометрической информации служит для решения ряда важных задач с точки зрения обеспечения безопасности и повышения качества обслуживания. Биометрическая система используют для идентификации набор неотъемлемых признаков людей, что является предпочтительным с точки зрения защиты от краж, копирования или потери идентификационных признаков. Вариантами применения биометрических технологий на текущий момент являются внедрение их в системы контроля и управления доступом в качестве основных или вспомогательных средств идентификации, внедрение вспомогательных идентификационных технологий в сферу обслуживания (в том числе, при обслуживании важных лиц) и в системы безопасности повышенной надежности, а также в правоохранительные системы. Применения не ограничиваются контролем физического перемещения субъектов или объектов, но включают управление правами пользования материальными и информационными ресурсами. В полуавтоматическом режиме биометрические системы позволяют быстро решать технические проблемы, связанные с поиском идентификационной информации и формированием гипотез для обоснованного принятия решения человеком.

С точки зрения практического применения биометрических технологий актуальны вопросы взаимодействия человека с системой: время считывания идентификационных признаков, время идентификации, физические и психологические препятствия для считывания признаков, удобство и естественность протоколов взаимодействия с системой. Время считывания во многом зависит от природы используемых биометрических признаков. Квазидинамические признаки (например, голос, динамика подписи или печати на клавиатуре) требуют значительно большего времени считывания для обеспечения достоверного результата. Время идентификации определяется скоростью работы алгоритмов системы. На практике обычно требуют работы систем в режиме реального времени, то есть время идентификации должно мало отличаться от времени считывания признаков. Некоторые биометрические технологии вызывают на практике психологическое отторжение у пользователей (например, считывание радужной оболочки или сетчатки глаза) или при современном развитии малопригодны для взаимодействия с людьми нестандартного телосложения (например, считывание радужной оболочки). Естественность требований к поведению пользователя также определяет его лояльность к системе. Самым удобным вариантом является отсутствие каких-либо требований и дополнительных действий (например, передвижений или контакта с системой). В этом плане актуально использование дистанционной идентификации. Специфичностью действий объясняется ограниченность практического применения таких признаков, как клавиатурный почерк. Практически приемлемо выполнение только простейших естественных действий.

С точки зрения применения биометрических систем в полуавтоматическом режиме и организации внешнего контроля над деятельностью систем биометрической идентификации актуальна возможность простого взаимодействия с оператором или аудитором. Идентификационная информация должна быть представлена в таком виде, чтобы оператор или аудитор смог быстро принять по ней самостоятельное идентификационное решение.

Биометрические решения, использующие только один идентификационный признак подвержены специфическим проблемам и угрозам атак. Квазистатические признаки подделываются при помощи муляжей. Квазидинамические подменяются обычно более сложными копиями. Изменения в окружающих условиях и физические изменения в организме пользователя могут повлиять на результаты идентификации. Более надежным является подход, основанный на использовании нескольких биометрических признаков разной природы, как квазистатических, так и квазидинамических. При этом возникает дополнительная потребность в вычислительных ресурсах. Актуальным также становится решение проблемы роста вычислительной сложности и понижения надежности идентификации с ростом количества пользователей (так называемой масштабируемости).

Возникает вопрос разработки метода идентификации на базе биометрических данных, учитывающего все описанные выше особенности. При этом актуальность архитектуры системы связана с уменьшением влияния основных возникающих практических угроз и проблем идентификации.

Цель работы.

Целью нашей работы является разработка и тестирование метода идентификации человека на базе дистанционных биометрических данных в контексте задачи контроля и управления доступом, работающего в режиме реального времени и позволяющего решать следующие задачи:

a. Устранение зависимости характеристик метода от числа пользователей;

b. Повышение надежности метода идентификации;

c. Повышение защищенности от ложных отказов в доступе, связанных со сложными условиями освещения, изменениями во внешнем виде человека или выражении лица, помехами на лице или предельными ракурсами съемки;

d. Повышение защищенности от несанкционированного доступа при помощи грима или муляжей, а также других вариантов копирования статического изображения лица или голоса.

e. Обеспечение приемлемых для практического использования характеристик времени доступа и сложности взаимодействия пользователя с методом;

f. Возможность удобного контроля и аудита работы метода.

Методы исследования.

Для решения вышеперечисленных задач использованы методы теории обработки данных, теории распознавания образов, теории вероятностей, компьютерного зрения. Реализация этих методов осуществлена в виде программного обеспечения на языках программирования С/С++ и MatLab.

Научная новизна.

Автором впервые предложен эффективный метод дистанционной идентификации человека в режиме реального времени на базе биометрических данных, объединяющий способы распознавания человека по изображениям лица и голосу, а также использующий методы распознавания речи для замедления роста вычислительной сложности и устранения снижения надежности распознавания человека с ростом числа пользователей.

Автором предложен оригинальный подход к оценке качества изображения объекта с целью повышения надежности распознавания.

Получены новые численные оценки надежности идентификации человека в рамках представленного метода, объединяющего технологии распознавания человека по изображениям лица и голосу с применением распознавания речи.

Практическая значимость.

Представлена практическая реализация разработанного метода в виде дистанционного мультимодального биометрического комплекса для идентификации человека в режиме реального времени по изображениям лица и голосу, который удовлетворяет требованиям к удобству пользования. Продемонстрировано на практике повышение надежности распознавания на базе описанного подхода по оценке качества изображения. При помощи разработанных методов и программно-аппаратных комплексов произведено накопление уникальной базы биометрических данных. Продемонстрирована пригодность накопленных биометрических данных для отладки и тестирования биометрических технологий.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методология дистанционной идентификации человека в режиме реального времени по последовательностям изображений лица и по речевым данным, включающая распознавание голоса и лица человека, позволяющиая сократить число анализируемых гипотез при помощи распознавания речи. Программное обеспечение для програмнно-аппаратного комплекса, которое реализует методологию.

2. Методология контроля качества изображений лица в мультимодальной системе дистанционной биометрической идентификации. Программное обеспечение для програмнно-аппаратного комплекса, которое реализует методологию.

3. Методология получения синхронных биометрических данных по изображениям лица, голосу и речи, используемых для отладки и тестирования комплекса дистанционной идентификации человека в режиме реального времени. Программное обеспечение для програмнно-аппаратного комплекса, которое реализует методологию.

4. Методология принятия совместного решения при верификации человека по последовательностям изображений лица и голосу, основанная на линейном разделении пространства мер сходства.

5. Результаты тестирования надежности мультимодального комплекса дистанционной биометрической идентификации человека с применением разработанных методов и собранных биометрических данных, в том числе: верификации по изображениям лица, верификации по голосу, связанной идентификации по лицу и голосу.

Для подтверждения научных положений приведены теоретические обоснования. Полученные выводы подтверждены экспериментально.

Личный вклад автора в проведенное исследование.

Вклад автора работы в результаты, выносимые на защиту, является определяющим.

Апробация работы. Работа в целом и отдельные результаты докладывались и обсуждались на семинарах в ВЦ РАН им. А.А. Дородницына, а также на следующих конференциях:

  1. Всероссийская научно-практическая конференция «Современный экстремизм в Российской Федерации: особенности проявления и средства противодействия», Москва, 2006.
  2. Международная биометрическая конференция «Транспортные и пассажирские системы», Москва, 2006.
  3. Международная биометрическая конференция «Паспортные и правоохранительные системы», Москва, 2006.
  4. 6е Рабочее совещание Российской секции международного общества по интеллектуальным вычислениям «Биометрические системы» (IEEE Computational Intelligence Society, «Biometrics»), Москва, 2006.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ (из них 3 в списках журналов рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 96 наименований. Диссертация содержит 101 страницу машинописного текста, 4 таблицы и 24 рисунка.

Содержание работы

Во введении дается обоснование актуальности темы, сформулирована цель работы и приведено описание основных полученных результатов. Дана характеристика научной новизны и практической значимости диссертационной работы, а также представлена аннотация диссертационной работы по главам.

В первой главе представлена основная используемая в диссертации терминология, содержится описание существующих подходов к идентификации человека, анализируются используемые методы биометрической идентификации, а также способы тестирования и критерии сравнения различных методов идентификации. Приведены достоинства и недостатки технологий идентификации с точки зрения пользования и с точки зрения их устойчивости по отношению к угрозам. В связи с этим для повышения устойчивости технологий, обоснована необходимость разработки метода многофакторной идентификации на базе биометрических признаков различной природы. Проанализированы существующие способы объединения биометрических признаков. На базе изложенных принципов тестирования биометрических технологий обсуждаются результаты, полученные другими разработчиками. Формулируются решаемые в работе задачи.

Проведен анализ биометрических технологий и способов объединения признаков и на базе него сформулированы требования к методу идентификации человека в контексте контроля и управления доступом, включающие дистанционный захват биометрических признаков, обеспечение работоспособности с ростом числа пользователей, обеспечение приемлемых для пользователей длительности и сценария идентификации, обеспечение возможности контроля и аудита работы метода. По результатам выбрана комбинация биометрических признаков – сочетание распознавания по изображениям лица и распознавания по голосу.

Предложенный набор признаков хорош тем, что оба признака допускают дистанционное считывание. Признаки имеют принципиально разную природу и характеристики, так как лицо является квазистатическим идентификационным признаком, а голос – квазидинамический признак. Практической возможностью объединения квазистатических и квазидинамических признаков идентификации является сокращение длительности считывания квазидинамического признака. Дополнительный анализ изображений лица в совокупности с синхронной записью голоса помогает убедиться, что перед системой находится живой человек и именно он произносит речевые фразы. С точки зрения удобства признаков важно то, что идентификация по лицу и голосу является привычной для людей. Данные признаки позволяют легко производить дополнительный контроль, что важно при использовании технологии в полуавтоматическом режиме, или проводить последующий аудит результатов идентификации.

Во второй главе представлен разработанный метод мультимодальной идентификации человека и представлено подробное описание функциональной схемы для него. Описана последовательность функциональных состояний и условий переходов между ними. Приводятся характеристики функциональных элементов, выполняющих данные функции. Обсуждаются варианты практической реализации блоков функциональных элементов и рассматривается наиболее удобный сценарий взаимодействия с пользователем при идентификации при помощи разработанного метода в контексте контроля и управления доступом.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»