Rozpoznawanie tęczówki oka

W systemach biometrycznych jednym z kluczowym problemów jest zapewnienie unikalności odpowiedniej cechy. Problemem nie jest zatem, np. zbadanie wymiarów dłoni, ale przeprowadzenie badań stwierdzających jakie cechy dłoni i w jakiej kombinacji są odpowiednio unikalne. Z prowadzonych badań płynie jeden wniosek: jednym z najbardziej unikalnych identyfikatorów jest tęczówka oka.

Tęczówka oka kształtuje się w ciągu pierwszych lat naszego życia i nie zmienia się aż do śmierci. Ulega zniszczeniu natomiast w bardzo krótkim czasie po śmierci. Co ważne: powyższe informacje dotyczą charakterystycznych (identyfikujących) cech tęczówki. Są one niezmienne (poza mechanicznym uszkodzeniem i przypadkiem raka nie zanotowano odstępstw od tej reguły). Punktów charakterystycznych jest ponad 200, wielokrotnie więcej niż punktów charakterystycznych odcisku palca. Możliwa jest więc ogromna ilość kombinacji. Wystarczy powiedzieć, że nawet u jednej i tej samej osoby tęczówka lewego różni się od tęczówki prawego oka. Tęczówka jest inna nawet u bliźniąt jednojajowych!

Obecne systemy rozpoznawania tęczówki najpierw robią ogólne "rozpoznanie" zarysów twarzy w celu znalezienia oczu. Następnie specjalna kamera wykonuje zdjęcia tęczówki o bardzo wysokiej rozdzielczości. Systemy radzą już sobie z przypadkowymi i celowymi ruchami głowy, mrugnięciem czy przymknięciem powieki. Nie stanowią problemu okulary czy szkła kontaktowe. Następnie system ze zrobionego zdjęcia przygotowuje kod zawierający skrócony opis punktów charakterystycznych.

W systemach zaawansowanych taki kod jest następnie szyfrowany (z zastosowaniem funkcji jednokierunkowych) i porównywany z przekształconym kodem oryginału - zapisanym w bazie danych. W tego typu systemach nawet po wykradzeniu zaszyfrowanego kodu nie jest możliwe odtworzenie na jego podstawie wzoru tęczówki. Istniejące rozwiązania zapewniają poziom błędów rzędu 10^-10 a nawet 10^-20. Nic więc dziwnego, że tego typu systemy zdobywają rosnącą popularność w szczególnie wymagających instalacjach.

Fenomen tęczówki oka
Tęczówka każdego oka jest absolutnie wyjątkowa. W całej populacji ludzkiej nie ma dwóch tęczówek, których szczegółowy opis matematyczny byłby identyczny, nawet w przypadku identycznych (jednojajowych) bliźniąt. Przed środowiskiem zewnętrznym tęczówkę chroni rogówka i ciało szkliste. W odróżnieniu od siatkówki, tęczówka jest wyraźnie widoczna z pewnej odległości. Rejestrowanie obrazów w celu rozpoznania i zaakceptowania określonej osoby jest łatwe w realizacji i nieinwazyjne. Żadna inna technologia biometryczna nie może równać się z matematyczną pewnością i nieinwazyjnym działaniem metody rozpoznawania tęczówki.

Proces rozpoznawania tęczówki
Przypadkowe wzory tęczówki stanowią odpowiednik skomplikowanego "ludzkiego kodu paskowego", zbudowany z poplątanej siateczki tkanki łącznej oraz innych, widzialnych elementów. Olbrzymia różnorodność obrazów tęczówki, jej stabilność w okresie życia człowieka oraz odporność na zmiany spowodowane wykonywaną pracą lub innymi czynnikami, to istotne zalety z punktu widzenia zautomatyzowanych pomiarów biometrycznych. Proces rozpoznawania tęczówki rozpoczyna się od lokalizacji tęczówki. Następnie określone zostają granice źrenicy i zewnętrzna granica tęczówki, eliminuje się wpływ przymykania powiek i odbić światła oraz ustala jakość obrazu do dalszego przetwarzania. Wzór tęczówki jest przetwarzany i zakodowany w postaci rekordu, który jest następnie przechowywany i używany do rozpoznawania przy każdej transakcji, podczas której żywa tęczówka jest przedstawiana do porównania. System z łatwością radzi sobie z okularami i soczewkami kontaktowymi. Identyfikacja trwa zwykle około dwóch sekund. Ważnym wyróżnikiem technologii rozpoznawania tęczówki jest możliwość pełnego przeszukania bazy danych, bez żadnych ograniczeń liczby zawartych w niej rekordów.

Najlepsza metoda identyfikacji
Matematyczno-naukowe podstawy procesu rozpoznawania tęczówki w jasny sposób dowodzą, że jest to najskuteczniejsza technika biometryczna. Obiektywne testy, przeprowadzone przez instytucje rządowe i przedsiębiorstwa, potwierdziły, że tak niskiej stopy błędów nie udaje się osiągnąć w żadnej innej metodzie biometrycznej. Rozpoznawanie tęczówki zapewnia poziom pewności statystycznej o wiele rzędów wielkości wyższy od innych metod biometrycznych. Porównując rozpoznawanie tęczówki z innymi metodami biometrycznymi, warto zadać kilka ważnych pytań:

• Czy określona technika wykorzystuje naprawdę unikatowe cechy ciała ludzkiego i jaka jest naukowa podstawa twierdzenia o wyjątkowości tych cech?
• Jaka jest statystyczna podstawa niepowtarzalności (charakterystyki biometrycznej) w obrębie populacji?
• Ile niezależnych zmiennych (stopni swobody) jest mierzonych przy zastosowaniu danej techniki?
• Jaka jest stopa błędnej akceptacji i błędnego odrzucenia oraz czy została obliczona w sposób obiektywny?
• Ile wynosi współczynnik rozstrzygalności d-prim (d')?
• Czy technika umożliwia wyczerpujące przeszukanie w czasie rzeczywistym bazy danych o dowolnych rozmiarach?
• Czy uzyskany kod może być wykorzystany do współpracy z różnymi bazami danych, a nawet z różnymi produktami do rozpoznawania tożsamości?

Najważniejsze cechy identyfikatora biometrycznego to: poziom niezależnego zróżnicowania wybranego wskaźnika w całej populacji ludzkiej, ponieważ od niego zależy wyjątkowość identyfikatora (na przykład tęczówki), niezmienność identyfikatora w czasie i odporność na wpływy zewnętrzne oraz możliwości komputeryzacji procesów wydajnego kodowania i niezawodnego rozpoznawania wzorca identyfikującego. We wszystkich tych kryteriach żaden inny identyfikator biometryczny nie dorównuje tęczówce.

Kolejną cechą zwiększającą przydatność tęczówki do automatycznej identyfikacji osób jest jej naturalne odseparowanie od środowiska zewnętrznego i zabezpieczenie przed jego wpływami, wynikające z faktu, że jest to wewnętrzny organ oka. Przy tym możliwe jest zapisanie i zakodowanie tego obrazu przy użyciu kamery umieszczonej w odpowiedniej odległości, jej fizjologiczna reakcja na światło i naturalne ruchy źrenic, uniemożliwiające zastąpienie żywej tkanki fotografią lub jakimś innym odwzorowaniem oraz ograniczona zależność od kodu genetycznego osoby, zapewnia, że nawet identyczne (jednojajowe) bliźniaczki i trojaczki mają wzory tęczówek tak samo różne pod względem szczegółów matematycznych, jak osoby niespokrewnione.