Криминалистическая идентификация по венозному рисунку кистей: современные возможности и проблемы применения

Размещено на http://www.allbest.ru/

КРИМИНАЛИСТИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПО ВЕНОЗНОМУ РИСУНКУ КИСТЕЙ: СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ

Шатов Дмитрий Викторович,

Барсуков Сергей Сергеевич

Аннотация

Статья посвящена основным принципам работы биометрической системы идентификации, использующей в качестве ключа расположение венозных сосудов на кистях. Рассматриваются анатомические и функциональные особенности вен, кратко описываются физиологические особенности транспорта кислорода и углекислого газа в крови. Приводятся основные методы получения изображения вен (метод отражения и метод пропускания), этапы биометрической идентификации, перспективы использования, достоинства и недостатки идентификации по венозному рисунку. Проводится сравнительный анализ данных методов с методом идентификации по отпечаткам пальцев и другими методами биометрической идентификации.

Ключевые слова: биометрия, идентификация, вены, гемоглобин, дезоксигемоглобин, цифровая фильтрация, бинаризация, корреляция, сосудистый рисунок, биометрический шаблон.

Annotation

Shatov Dmitry Viktorovich, Barsukov Sergey Sergeevich

FORENSIC IDENTIFICATION BY THE VENOUS PATTERN OF HANDS: MODERN POSSIBILITIES AND ISSUES OFAPPLICATION

The article is devoted to the basic principles of the biometric identification system, which uses the location of venous vessels on the hands as a key. The anatomical and functional features of the veins are considered, the physiological features of the transport of oxygen and carbon dioxide in the blood are briefly described. The main methods of obtaining images of veins (reflection method and transmission method), stages of biometric identification, prospects for use, advantages and disadvantages of identification by venous pattern are given. A comparative analysis of these methods with the fingerprint identification method and other biometric identification methods is carried out.

Keywords: biometrics, identification, veins, hemoglobin, deoxyhemoglobin, digital filtering, binarization, correlation, vascular pattern, biometric template.

Основная часть

Биометрия - наука, основанная на описании и измерении физиологических параметров организмов живых существ с целью последующей идентификации данных. Каждый организм обладает индивидуальными анатомическими и физиологическими особенностями. Современные научные технологии способны производить обработку ключевых человеческих идентификаторов - черт и термограммы лица, параметров голоса, особенностей глазного дна, узора радужной оболочки, что дает возможность с высокой точностью отличить одного человека от другого.

В процессе васкулярной (лат. vascularisсосудистый) идентификации распознаются индивидуальные параметры определенной части сосудистой системы, т. е. уникальный рисунок сосудов для каждого человека. В качестве идентификатора используются вены, форма которых и итоговое расположение определяются генетическим кодом и влиянием внешних факторов, что установлено на основании анализа процессов развития сосудов у эмбриона [1]. Расположение венозных сосудов - наиболее устойчивый и безопасный параметр, используемый для идентификации [2].

Сосуды служат для доставки крови (кислорода и питательных веществ) к органам и тканям, также участвуют в выведении продуктов жизнедеятельности.

Все сосуды подразделены на три основных вида: артерии, вены и капилляры. Артерии - наиболее крупные сосуды, по которым насыщенная кислородом кровь направляется от сердца к органам и тканям. Артерии залегают глубоко в тканях и подходят к кожным покровам лишь в нескольких зонах. По венам насыщенная углекислым газом кровь движется в обратном направлении к сердцу. Различают глубокие вены (располагаются параллельно артериям, по их ходу) и поверхностные, которые залегают в подкожной клетчатке и обеспечивают терморегуляцию кожных покровов. Капилляры - самые многочисленные сосуды в организме, имеющие маленький по диаметру просвет. В их число входят артериолы и венулы.

Транспорт кислорода и углекислого газа осуществляется при помощи гемоглобина - сложного белка, содержащего железо. Гемоглобин находится в высокоспециализированных клетках крови - эритроцитах. В капиллярах легких кислородсоединяется с гемоглобином, образуя оксигемоглобин. Именно такой формой гемоглобина насыщена кровь в артериях.

Дезоксигемоглобин, или восстановленный гемоглобин, - это гемоглобин, который уже отдал кислород тканям или углекислый газ в легких.

Карбгемоглобин - соединение гемоглобина с углекислым газом, которое содержится в венозной крови, т. е. после капиллярной сети тканей и до легких. Метод васкулярной идентификации основан на поглощении инфракрасных лучей обескислороженным гемоглобином, содержащемся в венозных сосудах. При поглощении света вены проявляются в виде темного рисунка на фоне остального изображения. Таким образом, область тела, используемая для аутентификации, фотографируется в инфракрасном свете, далее происходит извлечение образца сосудистого рисунка.

Возможна регистрация венозного рисунка различных областей, но наиболее предпочтительная область для снятия биометрической характеристики, в том числе с точки зрения удобства, - кисти рук (см. рис. 1). В данной области невелик слой подкожного жира, что дает возможность визуализировать вены в полном объеме.

Рис. 1 Поверхностные вены пра кисти (тыльная и ладонная поверхности)

Для удобства следует отметить аутентификацию по рисунку вен пальцев рук, однако расположение вен на кисти (тыльной или ладонной поверхности) имеет более сложный характер, следовательно - большее количество уникальных особенностей, на основе которых будет строиться цифровая модель.

Таким образом, процесс биометрической идентификации состоит из двух частей: первая часть - создание шаблона, вторая - непосредственно идентификация, в процессе которой уникальный образец расположения венозных сосудов сверяется с ранее зарегистрированным образцом, хранящимся в базе данных [3].

Существуют два метода получения изображения вен ладони (см. рис. 2): метод отражения (Reflection) и метод пропускания ИК-света (Transmission) [4].

Рис. 2 Методы получения изображения вен

При использовании метода отражения все компоненты устройства находятся на одной плоскости, за счет чего снижается психологический барьер у человека, который проходит процесс идентификации: не нужно помещать кисть внутрь устройства. ИК-диоды располагаются симметрично вокруг камеры и настраиваются на необходимый угол с учетом расстояния ладони от камеры. Перед объективом помещается ИК-фильтр, пропускающий длину волны в ИК-спектре, которую излучают диоды.

Метод пропускания заключается в установке подсветки с тыльной стороны, камера с фильтром устанавливается со стороны ладони и принимает ИК-излучение. Получаемые при использовании данного метода изображения являются более детализированными.

На первых этапах создания биометрического шаблона производится выделение области интереса и многоуровневая фильтрация исходного изображения, определяются зоны между пальцами, условный центр ладони, рассчитывается центр масс, благодаря чему распознавание не будет зависеть от угла поворота в горизонтальной плоскости. Фильтрация заключается в выделении изображения вен и снижении бликов и шумов. Для подобного вида задач применяются алгоритмы цифровой обработки сигналов на основе дискретного преобразования Ж.-Б. Ж. Фурье. В его основе лежат математические методы разложения исходной непрерывной функции от времени на совокупность базисных функций различной частоты, фазы, амплитуды [5].

На этапе бинаризации все изображения приводятся к единому виду, уменьшается влияние различной фокусировки и контрастности изображения [6]. Производится выделение линий вен, что играет важную роль на последующих этапах, т. к. на неправильно локализованных венах не удастся корректно выделить контрольные точки. С помощью маски шума отсекается часть шумов.

Следующий этап - это извлечение признаков и выделение характерных особенностей. Полученное изображение делится на участки дискретизации, указываются координаты контрольных точек, производится запись в файл, являющийся математической моделью. Таким образом, в базу помещается файл с координатами «особых точек» венозного рисунка, а исходное изображение ладони удаляется без возможности восстановления [7].

Вторая часть, идентификация, основана на сравнении полученного шаблона с теми, которые имеются в базе данных, при помощи алгоритма корреляции. Для ускорения процесса распознавания может применяться алгоритм предвыборки, использующий «хешкод» - глобальные особенности строения васкулярного изображения.

К отличительным преимуществам васкулярной идентификации следует отнести удобство и бесконтактность метода, высокую надежность, защиту от фальсификации, низкий процент ошибок.

Васкулярная идентификация использует распознавание изображений и технологию для сканирования невидимых при обычных условиях структур вен кистей или пальцев, что обеспечивает высокую степень надежности и устойчивости к подделке, так как сосудистые узоры располагаются внутри тела, а не снаружи. В то время как большинство других видов биометрической идентификации являются уязвимыми для презентационных атак, васкулярный рисунок практически не поддается подделке. Рисунок вен сложно не только подделать, но и увидеть, а создание муляжа для обмана является в данном случае трудоемкой задачей. В случае осуществления несанкционированного доступа к базе данных злоумышленник получит цифровой шаблон, в котором зашифрованы «особые точки» - значимые параметры индивидуального рисунка вен, а не полноценное изображение кисти.

Вены не оставляют следов на поверхности, их невозможно сфотографировать обычным фотоаппаратом или записать на диктофон. Кроме того, технология обнаруживает образы рисунка вен только живых людей, отвечает высоким требованиям гигиены. Процесс сканирования быстр и не требует непосредственного контакта между датчиком и проверяемым объектом. Сканеры способны распознавать васкулярный рисунок даже через медицинскую перчатку, что особо важно в период пандемии, т. к. процесс позволяет бесконтактно и гигиенично подтвердить личность человека.

Внешние факторы практически не оказывают влияния на результаты сканирования. Расположение и форма сосудов мало зависят от заболеваний, что обеспечивает стабильные результаты идентификации на протяжении многих лет.

Помимо государственной и коммерческой, отдельно следует отметить криминалистическую категорию применения васкулярной идентификации. В криминалистике и судебной медицине распространены методы биометрической идентификации, в том числе по отпечаткам пальцев, сосудистому рисунку глазного дна [8], рисунку радужной оболочки [9], образцам ДНК [10]. С точки зрения криминалистической идентификации личности появление баз данных, содержащих цифровые шаблоны венозного рисунка, поможет установлению личности в случае расчленения трупа, при обезображивании лица и невозможности проведения портретной экспертизы, при отсутствии информации о человеке в базах данных дактилоскопических учетов и учетов геномной информации.

Системы идентификации по отпечаткам пальцев обладают низкой устойчивостью к фальсификации, негигиеничны, что связано с контактным способом считывания биометрической характеристики. Кроме того, возникают трудности в проведении идентификации при различных повреждениях кожного покрова, сезонных изменениях узора.

Биометрические характеристики подписи и голоса находятся в значительной зависимости от эмоционального состояния объекта.

Биометрическая характеристика геометрии лица не обладает высокой уникальностью и не является скрытым параметром, что в разы увеличивает риск попадания данной характеристики в руки злоумышленников.

ДНК - оптимальная биометрическая характеристика, но процесс идентификации по ней использует инвазивные технологии, что является значительным препятствием для широкого применения.

Сосудистый рисунок, расположенный на сетчатке глаза, является одним из наиболее стабильных и скрытых признаков, поэтому метод идентификации по такому рисунку высоконадежен, но достаточно дорог, кроме того, имеет низкую пропускную способность и комфорт.

Считывание узора радужной оболочки может производиться дистанционно. Следовательно, данная уникальная характеристика может быть изъята и использована злоумышленниками, желающими произвести подмену. Радужная оболочка также чувствительна к влиянию разнообразных внешних факторов [11].

Несмотря на то что биометрические характеристики вен расположены внутри тела и, следовательно, лучше защищены, в статье швейцарского Idiap Research Institute доказывается, что данный метод все равно уязвим перед спуфинг-атаками [12].

Кроме того, если ладонь была повреждена, что возможно, например, после химиотерапии или при артрите, когда расположение поверхностных вен и их толщина меняется, рисунок сосудов может не читаться, и система не сможет идентифицировать человека. Некоторые формы анемии также могут затруднять считывание рисунка.

Технологической особенностью данного метода является необходимость особых требований к освещению в местах установки сканеров, т. к. считыватели рисунка вен чувствительны к действию прямых солнечных лучей и галогеновых ламп [13].

Требуется постоянная модернизация и укрепление мер безопасности на важных государственных объектах. В целях предотвращения входа неавторизованных объектов внедряются системы пропусков на основе биометрической идентификации, где требуется объединение двух и более процедур - сканирование отпечатков пальцев, узора радужной оболочки, венозного рисунка, распознавание голоса. Технология распознавания рисунка вен сравнительно проста в реализации и зачастую использует ту же аппаратную базу, что и оптические сканеры отпечатков пальца, поэтому внедрение данной биометрической характеристики в комбинированные устройства с целью создания мультифакторных или мультибиометрических систем не является сложной задачей.

Биометрическая идентификация по венозному рисунку кистей позволяет избавиться от множества проблем, связанных с точностью, надежностью, соответствием санитарным нормам, что особенно важно в период обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Стоимость систем, использующих в качестве идентификатора васкулярный рисунок, выше стоимости систем, которые работают с дактилоскопическими идентификаторами, однако сканирование вен кистей значительно дешевле аутентификации по радужной оболочке глаза.

Литература

1. Coultas L. Endothelial cellsand VEGF in vascular development // Nature. 2005. N° 7070(1438).

2. Глинская Е.В. Биометрическая технология васкулярной идентификации личности. Инженерный вестник. 2013. № 5.

3. URL: http://lib.secuteck.ru/articles2/sys_ ogr_dost/biometricheskaya-tehnologiya-raspoznavaniya-ven-ladoni-ili-vsled-za-yaponskimi-bankami (дата обращения: 20.01.2021).

4. Nadort A. The Hand Vein Pattern Used as a Biometric Feature. Amsterdam, 2007.

5. URL: https://simenergy.ru/math-analysis/digital-processing/82-fourier-transform (дата обращения: 14.12.2021).

6. Мельников В.А., Шпак К.С. Применение цифровой обработки изображений для решения задач биометрической идентификации по рисунку вен ладони: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Мн., 2020.

7. Баранов С.О., Абрамов Д.Б. Технология биометрической аутентификации пользователя по венозному рисунку кистей рук // Вестник СибАДИ. 2017. № 2(54).

8. Нафиков М.А. Алгоритмы сегментации кровеносных сосудов сетчатки глаза // Прикладная информатика. 2016. № 3.

9. Coultas L. Endothelial cells and VEGF in vascular development // Nature. 2005. № 7070(1438).

10. Гришенкова Н.П., Лавров Д.Н. Обзор методов идентификации человека по радужной оболочке глаза // Математические структуры и моделирование. 2014. № 1.

11. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/identifikatsiya-lichnosti-molekulyarno-geneticheskimimetodami/viewer (дата обращения: 28.12.2021).

12. Барсуков С.С. Криминалистическая идентификация по радужной оболочке и сетчатке глаза: современные возможности и проблемы применения // Юристъ-Правоведъ. 2021. № 1(96).

13. URL: https://www.researchgate.net/publication/283439069_On_the_vulnerability_of_palm_ vein_recognition_to_spoofing_attacks (дата обращения: 06.08.2021).

14. URL: http://www.techportal.ru/glossary/kontrol-dostupa-po-risunku-ven.html (дата обращения: 27.12.2021).

15. Варданян А.В. Судебная экспертиза в структуре доказательств по уголовным делам: некоторые современные проблемы // Философия права. 2019. № 2(89).

16. Латыпов А.С., Конева Н.Е. Анализ методов идентификации личности // Знание. № 6-1.

17. URL: https://www.azone-it.ru/sovremennyemetody-biometricheskoy-identifikacii (дата обращения: 16.12.2021).

18. URL: http://www.techportal.ru/security/biometrics/tekhnologii-biometricheskoy-identifikatsii/ (дата обращения: 18.12.2021).

References

1. Glinskaya E.V. Biometric technology of vascular identity identification. Engineering Bulletin. 2013. № 5.

2. URL: http://lib.secuteck.ru/articles2/sys_ ogr_dost/biometricheskaya-tehnologiya-raspoznavaniya-ven-ladoni-ili-vsled-za-yaponskimi-bankami (date of access: 20.01.2021).

3. Nadort A. The Hand Vein Pattern Used as a Biometric Feature. Amsterdam, 2007.

4. URL: https://simenergy.ru/math-analysis/digital-processing/82-fourier-transform (date of access: 14.12.2021).

5. Melnikov V.A., Shpak K.S. Application of digital image processing to solve problems of biometric identification by the pattern of the veins of the palm: materials of the II International Scientific and Practical Conference. Minsk, 2020.

6. Baranov S.O., Abramov D.B. Technology of biometric user authentication by the venous pattern of the hands // SibADI Bulletin. 2017. № 2(54).

7. Nafikov M.A. Algorithms for segmentation of retinal blood vessels // Applied Informatics. 2016. № 3.

8. Grishenkova N.P., Lavrov D.N. Review of methods for identifying a person by the iris of the eye // Mathematical structures and modeling. 2014. № 1.

9. URL: https://cyberleninka.ru/artide/n7identifikatsiya-lichnosti-molekulyarno-geneticheskimimetodami/viewer (date of access: 28.12.2021).

10. Barsukov S.S. Forensic identification by iris and retina: modern possibilities and problems of application // Jurist-Pravoved. 2021. № 1(96).

11. URL: https://www.researchgate.net/publication/283439069_On_the_vulnerability_of_palm_ vein_recognition_to_spoofing_attacks (date of access: 06.08.2021).

12. URL: http://www.techportal.ru/glossary/kontrol-dostupa-po-risunku-ven.html (date of access: 27.12.2021).

13. Vardanyan A.V. Forensic examination in the structure of evidence in criminal cases: some modern problems // Philosophy of Law. 2019. № 2(89).

14. Latypov A.S., Koneva N.E. Analysis of personal identification methods // Knowledge. 2018. № 6-1.

15. URL: https://www.azone-it.ru/sovremennyemetody-biometricheskoy-identifikacii (date of access: 16.12.2021).

16. URL: http://www.techportal.ru/security/biometrics/tekhnologii-biometricheskoy-identifikatsii/ (date of access: 18.12.2021).

Размещено на Allbest.ru