Разработка математического и программного обеспечения обработки биометрической информации единой системы удостоверяющих документов Социалистической Республики Вьетнам

Современную систему удостоверения личности невозможно представить без программного обеспечения обработки биометрической информации, позволяющего автоматически удостоверить личность по его физиологическим или поведенческим характеристикам.

Системы биометрической идентификации приобрели широкое распространение во многих сферах человеческой деятельности: от паспортно-визовых документов нового поколения до образования, здравоохранения, финансовых и платежных систем. Мировой рынок биометрических систем сегодня представлен десятками известных фирм (IBM, DEC, HP, Intel, Motorola, Hitachi, Toshiba, Mitsubishi, Siemens, Fujitsu).

До недавнего времени, во Вьетнаме применение биометрических методов удостоверения личности было мало распространено, применялась идентификация по отпечаткам пальцев в криминалистике и для обеспечения безопасности доступа к компьютеру и сети.

В 2006 г. компания Hitachi совместно с вьетнамской компанией Hoang Dao построила и применила систему идентификации по венам руки. В этом же году компания ADEL с вьетнамской компанией Vinh Tin выпустила дверные замки, поддерживаемые биометрической системой контроля доступа, позволяющей делать учет рабочего времени и регистрацию посетителей.

В 2007 г. вьетнамский банк IncomBank применил метод идентификации по венам руки на базе программно — аппаратного комплекса компании Fujitsu. Учитывая, что Социалистическая Республика Вьетнам (СРВ) является экономически и политически активно развивающимся государством, а также, в 2006 году официально вступила во Всемирную торговую организацию, целесообразно включить компонент обработки биометрической информации (КОБИ) в структуру единого центра системы удостоверяющих документов (ЕСУД) СРВ.

Целью диссертационной работы создание математического обеспечения и соответствующего программного компонента обработки биометрической информации ЕСУД СРВ.

Основными задачами диссертационной работы являются:

• исследование биометрических параметров и методов биометрической идентификации с целью выбора контролируемых биометрических параметров (КБП) для создания ЕСУД СРВ;

• исследование алгоритмов удостоверения личности по КБП с целью оценки их эффективности;

• разработка функционала, структуры ЕСУД и спецификаций программного обеспечения КОБИ ЕСУД с учетом особенностей населения Вьетнама;

• выполнено экспериментальное исследование разработанного математического и программного обеспечения КОБИ.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы были получены на основе использования теории системного анализа, теории распознавания образов, теории нейронных сетей и нейрокомпьютеров, методов и технологий обработки изображений, теории оптимизации, методов структурного анализа и проектирования, а также рекомендации действующих отечественных и международных стандартов по биометрическим технологиям.

Научная новизна работы определяется тем, что в работе впервые применительно к контролируемым биометрическим параметрам, выбранных с учетом особенностей населения СРВ, были получена математическая модель и разработаны по ней спецификации программного компонента обработки биометрической информации для ЕСУД СРВ.

В частности был получен ряд новых научных результатов, позволяющих спроектировать ЕСУД в интересах государственного управления СРВ, а именно:

• на основе анализа международных биометрических стандартов, биометрических методов и особенностей биометрических параметров населения СРВ, определены требования для построения ЕСУД СРВ;

• выполнен анализ и выбор контролируемых биометрических параметров для создания ЕСУД в СРВ;

• исследованы математическое и программное обеспечение в обработке биометрической информации для создания ЕСУД использования в СРВ.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в ней результаты использованы Вьетнамской научно-технической г ассоциацией в Российской Федерации при подготовке проекта ЕСУД СРВ, спецификации программного обеспечения компонента обработки БИ применены компанией «УМАЗТАЛ» при разработке системы контроля доступа.

Также материалы диссертационной работы были использованы в учебном процессе МИРЭА при изучении дисциплин «Технология разработки программного обеспечения», «Системы искусственного интеллекта» и «Нейрокомпьютеры».

Апробация работы. Результаты проведенных в диссертационной работе исследований опубликованы в 7 статьях, из них в журналах из перечня ВАК — 3 статьи. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на 56-ой и 57-ой научно-технических конференциях МИРЭА (Москва — 2007, 2008), на IX научном симпозиуме «Вьетнамская научно-техническая ассоциация в РФ» (Москва, 2007).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Набор контролируемых биометрических параметров, выбранных по результатам исследования и анализа биометрических характеристик населения СРВ.

2. Алгоритм обработки контролируемых биометрических параметров, составляющий основу единой системы удостоверяющих документов СРВ.

3. Математическая постановка задачи обработки биометрической информации по контролируемым биометрическим параметрам.

4. Программный компонент обработки биометрической информации ЕСУД СРВ.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (62 наименования) и 3 приложений. Объем основного текста составляет 145 страниц, 8 таблиц, 28 рисунков.

В главе 1 исследованы характеристики биометрических параметров в целях их актуальности для создания удостоверяющих документов личности, рассмотрены задачи и методы биометрической идентификации и верификации, определены основные шаги по решению данной задачи, выполнен анализ биометрических параметров вьетнамцев для выбора КБП, необходимых для построения спецификаций программного компонента обработки биометрической информации ЕСУД СРВ.

В главе 2 исследованы характеристики моделей представления КБП, выполнена классификация методов обработки КБП, произведено сравнение алгоритмов обработки по их сложности и устойчивости.

Большинство алгоритмов обработки КБП включают следующие основные операции:

1. Ввод и преобразование КБП в цифровую форму представления.

2. Выделение из цифровой формы представления КБП уникальных признаков, необходимых для удостоверения личности.

3. Сопоставление выделенных признаков с зарегистрированными в базе данных ЕСУД.

4. Проведение анализа на сопоставимость введенного КБП и зарегистрированного в ЕСУД.

5. Передача результатов анализа на сопоставимость в подсистемы принятия решения.

Для определения наиболее эффективного алгоритма для обработки КБП в главе 3 были протестированы алгоритмы распознавания отпечатков пальцев и геометрии лица, сделан анализ результатов тестирования, выбран алгоритм обработки биометрической информации для ЕСУД СРВ.

В главе 4 определены функции КОБИ, разработана его архитектура, структура программной реализации КОБИ для КБП, построены спецификации для программного обеспечения КОБИ.

Выводы.

В данной главе определены функции КОБИ, разработана его архитектура, определена структура программной реализации КОБИ для КБП.

Компонент обработки биометрической информации ЕСУД СРВ должен интегрировать две технологии удостоверения личности по отпечатку пальца и по геометрии лица.

Компонент обработки биометрической информации построен по клиент-серверной архитектуре.

Клиентская часть, отвечающая за ввод/вывод данных, включает набор различных сенсоров, автоматизированное рабочее место оператора и модули связи с внешними информационными системами.

Серверная часть, осуществляющая хранение биометрической информации, содержит базу данных (на базе средств MS SQL Server 2005), модули обработки различных типов биометрической информации и автоматизированное рабочее место администратора.

Разработанные спецификации программного обеспечения компонента обработки БИ применены компанией «VINASTAR» при разработке системы контроля доступа.

Получены следующие результаты:

1. Исследованы принципы работы, структуры и характеристики систем обработки биометрической информации с целью актуальности их применении в СРВ.

2. По результатам исследованиям особенностей населения СРВ определены контролируемых биометрических параметров для единого центра системы удостоверяющих документов.

3. Выполнено экспериментальные исследование алгоритмов обработки контролируемых биометрических параметров с целью определения наиболее эффективного.

4. Определены требования и построены результаты классификация и сравнение алгоритмов обучения по их сложности и устойчивости, тестирования алгоритма детекции лиц и распознавания лиц выбор алгоритмы использования в биометрических системах.

5. Разработаны математическое и программное обеспечение в обработке информационных признаков отпечатков пальцев и распознавания лиц для создания ЕСУД с учетом особенностей их использования в СРВ.

6. Результаты диссертации использованы при подготовке проекта разработки единой системы удостоверяющих документов СРВ.