PALMJET – новый виток развития биометрии по рисунку вен ладони

С чего всё начиналось

Идентификация по рисунку вен ладони – сравнительно новая технология, поэтому её удельный вес на мировом рынке невелик и составляет около 4…5%. Биометрическое устройство сканирует ладонь в инфракрасном свете и считывает её отражение. Гемоглобин в венах поглощает часть ИК-излучения, поэтому на отражении проявляется узор из тёмных линий – сеть подкожных кровеносных сосудов. Математические алгоритмы преобразуют узор в цифровой код и упаковывают его в зашифрованный файл-шаблон.

Компания BIOSMART представила свои первые решения идентификации по венам ладони в 2015 году. Ими были терминал PV-WTC (рис. 1) и считыватель PV-WM (рис. 2). 

Терминал является самостоятельным устройством, а считыватель или их пара (для организации двунаправленной точки прохода) работают совместно с контроллером UniPass (рис. 3). В основе терминала и контроллера лежит одноядерный процессор архитектуры ARM с рабочей частотой 800 МГц, а алгоритмы кодирования и распознавания схожи с реализованными в считывателях отпечатка пальца. Однако благодаря тому, что под-кожный рисунок вен ладони гораздо сложнее папиллярного узора пальца, данный метод даёт бо́льшую точность – вероятность предоставления ошибочного доступа (FAR): 1×10^–5…10^–7.

Также стоит отметить, что данные устройства являются контактными решениями. Это связано с тем, что сканирующая камера имеет фиксированный фокус и необходимо обеспечить расположение ладони строго параллельно камере на определённом расстоянии от сканера. Для этого предусмотрены специальные упоры для запястья и основных фаланг пальцев.

Но прогресс не стоит на месте, компания BIOSMART уже не первый год ведёт разработки бесконтактного сканера рисунка вен ладони. И пандемия коронавируса, захлестнувшая нас в прошлом году, ускорила данную разработку, так как контактные методы идентификации могли только усугубить эпидемиологическую обстановку. Для бесконтактной идентификации компания BIOSMART наряду с лицевым терминалом Quasar в начале этого года выпустила бесконтактный сканер вен ладони PALMJET (рис. 4).

PALMJET – новое поколение сканеров рисунка вен ладони

PALMJET – бесконтактный считыватель вен ладони и RFID-карт для организации биометрических СКУД (система контроля и управления доступом) и систем учёта рабочего времени. Встроенный считыватель карт поддерживает карты форматов Mifare/DESFire 13,56 МГц, также возможна идентификация по смартфону с поддержкой технологии NFC. Базовая модификация PALMJET имеет очень компактный размер и лаконичный внешний вид, она может монтироваться в стандартный подрозетник на стену, а также встраиваться в турникет или иное оборудование. Имеется также модификация PALMJET BOX (рис. 5) для монтажа на плоскость, которая может поставляться со встроенным бесконтактным датчиком температуры (модификация считывателя с температурным датчиком называется PALMJET BOX-T). 

В отличие от обычного PALMJET BOX, у PALMJET BOX-T в нижней части имеется отверстие, где расположен датчик для бесконтактного измерения температуры запястья. Термометрия запястья считается одним из наиболее достоверных методов термометрии. В частности, она более надёжна, чем измерение температуры лица. Погрешность термодатчика всего 0,3°С. Если в помещение попытается войти человек с повышенной температурой тела, датчик сработает и автоматически заблокирует доступ.

Считыватели PALMJET поддерживают световую и звуковую индикацию режимов работы, которая интуитивно понятна пользователю и оператору.

PALMJET, как и считыватель Bio-Smart PV-WM, сам по себе устройством идентификации не является. Для его работы требуется контроллер BioSmart UniPass Pro. Внешне он очень схож с прошлым поколением UniPass, и к нему также можно подключить пару считывателей для организации двунаправленной точки прохода. Основное отличие контроллеров в том, что в Pro-версии установлен шестиядерный ARM-процессор и реализован нейросетевой алгоритм. К слову, на аналогичной базе функционирует лицевой терминал BioSmart Quasar, о котором мы писали в СТА 3/20. Осуществлять идентификацию в связке со считывателями PALMJET можно не только при помощи контроллера UniPass Pro, но и посредством обычного компьютера с установленным сервисом BioSmart SmartHub. Этот сервис лицензируется по числу пользователей и считывателей в системе. Со всеми основными характеристиками PALMJET можно ознакомиться в табл. 1.

Теперь хотелось бы остановиться на основных особенностях, заложенных в PALMJET, которые делают его по-настоящему инновационным продуктом.

Во-первых, это сам принцип работы устройства, основанный на технологии сканирования вен ладони в мультиспектральном инфракрасном свете в диапазонах длин волн 850 и 940 нм. В отличие от сканирования в одном диапазоне, мультиспектральное сканирование позволяет производить захват изображения более высокого качества: камера захватывает больше характерных уникальных особенностей рисунка кровеносных вен, таких как тонкие капилляры, а уровень шумов и помех сокращается. В результате значительно повышается качество и стабильность биометрической идентификации. Технология мультиспектрального сканирования вен ладони изобретена в BIOSMART и запатентована в России, Европе и США.

Во-вторых, это уникальный алгоритм идентификации на базе свёрточных нейронных сетей для вен ладоней, разработанный инженерами BIOSMART. Уникальность этого алгоритма в том, что он даёт низкий процент ошибок первого рода (FAR). Вероятность ошибочного предоставления доступа FAR составляет 10^–8 при FRR 3% для базы данных 50 000 изображений. Время идентификации по базе из 10 000 шаблонов занимает менее 2 секунд, время идентификации по базе из 3000 шаблонов – всего полсекунды. Алгоритм легко справляется с поворотами ладоней до 90 градусов, неточным позиционированием и неполным распрямлением ладоней. Благодаря алгоритму нормирования считыватель с одинаковой эффективностью распознаёт ладонь на расстоянии от 3 до 9 см.

И, наконец, в-третьих, ещё одно ноу-хау в конструкции считывателя – особые поляризационные нанофильтры, которые позволяют сканеру работать даже при яркой солнечной засветке. Засветка вызывает ухудшение качества изображения из-за того, что поверхность сканера отражает свет. Обычные сканеры вен ладони иногда с трудом идентифицируют пользователя, потому что ошибочно принимают особенности кожи руки (складки, линии, папиллярные узоры), а также грязь и порезы, за элементы подкожного узора вен.

В BIOSMART нашли решение этой проблемы: инженеры разработали и наладили производство специальных поляризационных фильтров, благодаря которым на матрице сканера фиксируется только «нужный» свет – тот, который отражают именно вены, а не кожа ладони.

Поляризационный фильтр существенно улучшает качество биометрической идентификации. Он помогает PALMJET распознавать даже грязные или влажные ладони.

Научно-техническая экспертиза, выполненная специалистами РОСНАНО, подтвердила, что система поляризационных фильтров PALMJET включает в себя управляемые наномасштабные элементы, а следовательно, может быть отнесена к области нанотехнологий.

Стоит отметить, что, помимо специального поляризационного фильтра, модернизации подверглась и сама оптическая схема. По сравнению со сканерами первого поколения у PALMJET камера имеет более широкий угол обзора, что позволяет захватывать в кадре бо́льшую площадь ладони. К тому же камера имеет бо́льшую частоту обновления кадров, что существенно повышает скорость сканирования и идентификации. Ну и самое главное – камера теперь снабжена автофокусом, что и позволяет сканировать ладонь бесконтактно на расстоянии в диапазоне от 3 до 9 см от поверхности сканера.

Бимодальный биометрический турникет

Турникет с бесконтактной бимодальной идентификацией по лицу и венам ладони BioSmart Praktika-Duo (рис. 6) – это первый в России инновационный многофункциональный биометрический комплекс повышенной надёжности для СКУД и систем учёта рабочего времени.

На борту турникета установлен мощный тандем из двух флагманов BIOSMART – лицевого терминала BioSmart Quasar и бесконтактного считывателя вен ладони PALMJET. Каждое устройство по отдельности надёжно защищено от подлога и спуфинговых атак как на уровне софта (алгоритмы разработки BIOSMART), так и на уровне «железа». В терминале BioSmart Quasar реализована уникальная оптическая система (RGB, IR и стереокамера с адаптивной подсветкой), которая «видит» лицо в 3D-объёме даже в полной темноте. В PALMJET реализована запатентованная технология мультиспектрального сканирования подкожных вен, которую нельзя обмануть при помощи муляжа или фото.

Двойная система распознавания гарантирует высочайшую степень защиты: испытания и нагрузочные тестирования показали, что вероятность ошибки типа FAR (пропуск чужака) в бимодальной системе составляет 10^–8 при FRR 3% для базы данных 50 000 изображений. Это в 10 раз надёжнее, чем самая лучшая мономодальная система.

Турникет BioSmart Praktika-Duo может быть оснащён бесконтактным датчиком измерения температуры лица. Пока терминал BioSmart Quasar идентифицирует пользователя, датчик дистанционно считывает его температуру и автоматически передаёт показания в СКУД. Обнаружив человека с повышенной температурой, турникет заблокирует ему доступ на предприятие. Собранные данные автоматически фиксируются в журнале событий BioSmart-Studio и в специальном отчёте «Журнал измерения температуры», который соответствует рекомендациям и требованиям Роспотребнадзора к форме отчётности о термометрии.

Биометрическая система BioSmart Praktika-Duo совместима с большинством СКУД по сухим контактам. Кроме того, её легко интегрировать с системами видеонаблюдения и IP-камерами; ERP-системами, такими как SAP HR или 1C, а также другими программными комплексами.

Травмобезопасный корпус турникета BioSmart Praktika-Duo и возможность механической разблокировки створок гарантируют безопасный и комфортный проход в любой ситуации. Благодаря встроенной функции «Антипаника» при подаче сигнала или отключении питания дверцы турникета автоматически разблокируются в открытом положении.

Заключение

Как уже упоминалось в начале статьи, удельный вес технологии распознавания по рисунку вен ладони на мировом рынке невелик и составляет около 4…5%. Не без участия компании BIOSMART данный показатель в России достигает значения 17%. Будем надеяться, что благодаря новому поколению сканеров доля данной технологии будет расти и далее. Активному применению технологий бесконтактной идентификации способствует и пандемия: мы наблюдаем это на примере лицевой биометрии, но и у бесконтактного сканера вен ладони PALMJET есть очень хорошие шансы стать лидером рынка. Для многих пользователей остро стоит вопрос конфиденциальности, а вены ладони, в отличие от параметров лица, неразличимы в видимом спектре. К тому же за счёт того, что для хранения шаблона рисунка вен ладони требуется всего порядка 4 кБ, его можно хранить в зашифрованной области на смарт-карте, оставляя на сервере лишь ID с правами доступа.

Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru