1.2 Kapasitiivinen lukija

Transkriptio

1 1/1 SORMENJÄLKILUKIJAN TESTAUS Sormenjälkilukijan luotettavan toiminnan varmistamiseksi, tehtiin kattavat testit eri tyyppisille lukijoille. Alla yhteenveto optisen ja kapasitiivisen lukijan toiminnasta. 1. Sormenjälkitunnistimet Testattavaksi valittiin kolme eri lukijaa. Testeillä pyritiin saamaan selville tunnistus- ja toimintavarmuus eri olosuhteissa. Lisäksi selvitettiin eri lukijatyyppien toimintaeroja. 1.1 Optinen lukija Optisena anturina testessä käytettiin Kiinalaista Anviz Biometrics:in SM OEM modulia. Valittu lukija muodostuu kahdesta osasta, joista toisessa on optinen osa sisältäen optiikan ja CMOS kennon ja toisessa tunnistukseen käytettävä elektroniikka. Näitä kahta osaa yhdistää ns. flex kaapeli. Sormesta otetaan 4-bittinen harmaasävy kuva CMOS kennolla. Valolähteenä on lukijamodulin sisällä oleva sininen led; valo heijastuu sormesta prisman kautta CMOS kennolle, jolloin sormenjäljen harjat ja laaksot aiheuttavat erilaisen valon heijastuksen / siroutumisen riippuen sormen pinnasta. Sormenjäljestä muodostetaan käytössä olevan algoritmin mukainen template piirilevyllä olevalle flash-muistille. Itse sormenjälkeä ei siis tallenneta vaan ainoastaan algoritmin mukainen kuvaus sormesta. 1.2 Kapasitiivinen lukija Kapasitiivistä lukijaa testissä edusti Ruotsalaisen Fingerprint Cards Ab:n FPC-AM3. Moduli koostuu tässäkin tapauksessa kahdesta erillisestä osasta eli kapasitiivisesta lukijamatriisista (FPC1011F) ja tunnistuselektroniikasta (ASIC FPC2020). Anturin pinta on päällystetty kalvolla, joka kestää jopa 15kV:n ESD purkauksia (staattinen sähkö). Lisäksi kyseistä lukija on varustettu uudella 3D-tunnistustekniikalla jolloin liian kuiva tai märkä sormi ei pitäisi heikentää tunnistusta. Lukija muodostaa kapasitanssierojen perusteella harmaasävykuvan, josta generoidaan algoritmin mukainen template flash muistille. Anturissa on matriisi, jossa on pieniä kondesaattorilevyjä integroituna suoraan tunnistin sirun pintaan. Sormenjäljen harjat, jotka ovat päin tunnistavaa pintaa aiheuttavat suuremman kapasitanssin kuin laaksojen

2 2/2 kohdat, johon jää ilmaväli. Tätä pisteiden varauseroa käytetään muodostamaan kuva sormesta. Anturipinta on suojattu hyvin sekä ESD purkauksia että mekaanista kulutusta vastaan. 2. Sormen ominaisuuksien vaikutus luentaan Kummatkin lukulaitteet toimivat moitteettomasti normaali olosuhteissa eli kun sormea ei ollut keinotekoisesti kuivattu (poistettu rasvaa) tai kostutettu / kasteltu. Sormea ei tarvinnut asetella moneen eri asentoon vaan oikea tunnistus / hylkäys tapahtui aina oikein. Mikäli hyväksyttävää sormea siirrettiin yli 10-20% tunnistusalueen ulkopuolelle tapahtui väärä hylkäys. Tapahtuma sinällään oli täysin oikea, sillä sormenjälki ei enää vastannut riittävästi muistiin tallennettua sormenjäljen kuvausta (template). Hylkäys on riippumaton siitä mihin suuntaan kuva-alueen ulkopuolelle sormea siirretään. Huomattavissa kuitenkin oli, että alkuperäisestä luennasta riippuen sormea saattoi siirtää johonkin suuntaan hieman enemmän kuin toiseen ennen kun hylkäys tapahtui. Kun verrataan lukijoita sormen sijoituksen suhteen, voidaan todeta, että kapasitiivinen lukija oli kuitenkin jonkin verran tarkempi sormen sijoituksen suhteen. Sormen asettaminen hieman vinoon kulmaan optiselle lukijalle ei aiheuttanut niin paljon ongelmia tunnistuksen suhteen kuin kapasitiivisen lukijan kanssa. 2.1 Kuiva sormi Tämä testi on tarkoitettu simuloimaan tilannetta, jossa kädet on pesty tai puhdistettu niin että myös ihossa normaalisti oleva rasva on poistunut. Testissä on käytetty sormessa olevan rasvan poistamiseksi asetonia; sormi pyyhitään ennen uutta luentaa asetonissa kostutettuun paperiin. Asetonin annetaan haihtua sormesta ja suoritetaan luenta Optinen lukija Luennan tarkkuudessa / sallitun sormenjäljen hyväksynnässä ei ollut eroja verrattuna normaaliin sormeen.

3 3/ Kapasitiivinen lukija Myöskään kapasitiivisen lukijan kanssa ei huomattu olennaisia muutoksia verrattuna normaaliin tilanteeseen. 2.2 Märkä / kostea sormi Testi mukailee tilannetta, jossa sormi on normaalia kosteampi (runsas hikoilu) tai märkä (vesisade). Testeissä on pyritty saamaan aikaan mahdollisimman identtiset kosteudet eri lukija tyyppien välillä. Testauksessa märällä sormella tarkoitetaan, että sormi on kasteltu vesilasissa ennen uutta luentaa ja ravistettu irtovesi pois. Kostean sormen tapauksessa sormi kastellaan vesilasissa ja painetaan jo ennestään kosteaan paperiin ennen uutta luentaa Optinen lukija Märkä sormi: Laite ei tunnistanut sormenjälkeä useista yrityksistä huolimatta. Vesi häivyttää kuvasta harjujen ja laaksojen väliset erot, jolloin tunnistaminen on mahdotonta. Kostea sormi: Kostealla sormella laite tunnistaa sormen kuten pitääkin. 20:llä testikerralla tuli ainoastaan kaksi väärää hylkäystä, joista toinen johtui sormen päältä valuneesta vedestä ja toinen huonosti asetetusta sormesta.

4 4/ Kapasitiivinen lukija Märkä sormi: Laite ei pystynyt tunnistamaan sormea kertaakaan 20:stä yrityksestä huolimatta. Vieressä olevasta kuvasta voidaan havaita kuinka vesi on täyttänyt sormenjäljen laakso kohdat ja tehnyt tunnistamisen mahdottomaksi. Kostea sormi: Kostealla sormella lukija antoi vääriä hylkäyksiä useammin kuin joka toisella kerralla. Myös sormen asennon kanssa tuli olla huomattavasti tarkempi kuin normaalilla, puhtaalla sormella. On todennäköistä, että sormessa oleva ylimääräinen kosteus aiheuttaa lisäkapasitanssia laaksojen reunaosiin, jolloin laaksot kaventuvat ja heikentävät tulosta. 2.3 Likainen sormi Tunnistus on mahdotonta, mikäli tunnistettavan sormen kuviot ovat täysin lian peitossa. Erilaisten aineiden eriävät heijastumisominaisuudet ja kapasitanssierot vaikuttavat luenta tarkkuuteen ja tunnistuksen varmuuteen, mutta on täysin mahdotonta lähteä tutkimaan kaikkia erikseen. Tästä syystä testeissä käytettiin ehkä tavallisimpia aineita eli öljy/rasva-hiekka yhdistelmää sekä mustaa silikonia Optinen lukija Osittain silikonilla täytyneet sormenjäljen laaksot eivät tuottaneet ongelmia tunnistuksessa, mutta kun kerroksen paksuutta lisättiin, hyväksymisprosentti pieneni. Hiekkaisella sormella ongelmia oli huomattavasti enemmän riippuen likakerroksen paksuudesta. Vasta kun sormesta oli pyyhitty lähes kaikki hiekka pois, tunnistus onnistui Kapasitiivinen lukija Silikoni tuotti luennassa vähemmän hylkäyksiä kuin kostea sormi. Tämä johtunee silikonin ja veden erilaisista kapasitiivisistä ominaisuuksista. Paksu hiekkakerros sormen päässä tuotti ongelmia tällekin lukijalle, mutta hieman ohuemmalla kerroksella tunnistus onnistui.

5 5/5 3. Ympäristöolosuhteiden vaikutus lukijaan 3.1 Lämmin Kumpaankin lukijaa testattiin 42 C:een lämpötilassa suhteellisen kosteuden ollessa 78% eikä laitteiden toiminnassa havaittu mitään ongelmia. 3.2 Kylmä Laitteet (sekä itse lukija että ohjauselektroniikka) jäähdytettiin n. -20 C:een lämpötilaan ja testattiin laitteiden toimivuus. Lukijan kylmään pintaan tiivistyvä ilman kosteus lisäsi testiin uuden muuttujan, josta lukijoiden pitäisi suoriutua. Normaalissa olosuhteissa kosteuden tiivistyminen ei tule olemaan yhtä runsasta sillä lämpötilaero lukijan pinnan ja ilman välillä on huomattavasti pienempi Optinen lukija Lukija hyväksyi oikeat sormenjäljet lähes, kuten pitikin; kolme luenta kertaa 20:stä täytyi toistaa ennen hyväksyntää. Väärän sormen hyväksyntöjä ei tapahtunut. Optinen lukija pystyi tunnistamaan sormenjäljen, vaikka lukijan pintaan tiivistynyttä kosteutta ei erikseen pyyhitty pois Kapasitiivinen lukija Lukijan pintaan kondensoituneesta kosteudesta huolimatta lukija toimi yhtä hyvin -20 C:een lämpötilassa kuin huoneenlämmössäkin ja vääriä hyväksymisiä ei tapahtunut. Oikea luenta/hyväksyntä onnistui kylmässä hieman paremmin kapasitiivisen lukijan kanssa. Kun lämpötilaa nostettiin -10 C:een, eroja lukijoiden välillä ei enää ollut.

6 6/6 3.3 Mekaaninen rasitus Mekaanista rasitusta mitattiin testerillä, jossa kummallekin lukijalle aiheutettiin 25G:n iskuja kaikille akseleille molempiin suuntiin eli yhteensä 600 iskua/laite. Kyseinen määrittely testille saatiin EN standardista. Itse testi määritellään standardissa IEC Standardista käytettiin mekaanisen rasituksen luokan 3M8 iskuspektriä. Vastaava luokka ajoneuvo puolella on 5M2. Kiihtyvyys vastaa iskua, jonka laite saa ajoneuvoon kohdistuvasta epäsuorasta kiveniskusta eli laite on kiinnitettynä rakenteeseen, johon kivenisku kohdistuu. Kumpikaan testattava lukija ei vioittunut testin aikana mekaanisesti eikä sähköisesti. 4. Yhteenveto testien tuloksista Pääsääntöisesti molemmat lukijat toimivat odotusten mukaisesti. Testien lopputuloksia arvioitaessa on kuitenkin muistettava, että mm. vertailu sormenjälkien asemointi ensimmäisellä lukukerralla (tallennus) vaikuttaa templaten laatuun ja kahta täysin identtistä vertailu sormenjäljen tallennusta eri laitteisiin ei pysty tekemään. Testien aikana ko. ongelmaa on pyritty minimoimaan useammilla sormenjälkien tallennuksilla. Tehtyjen testien perusteella on vaikea erotella parempi näistä kahdesta. Sormenjäljen tallennusnopeudessa optinen laite oli selvästi nopeampi, mutta tunnistuksessa ero pieneni vaikkakin optinen oli edelleen nopeampi. Nopeuserot johtunevat ainakin osittain eri muistityypeistä joita laitteissa käytetään sormenjällkien tallennukseen. Nopeus eroja ei testien aikana tämän tarkemmin tutkittu. Jotta lukijoiden nopeuden mittaustuloksista olisi saatu vertauskelvollisia, tähän tarkoitukseen olisi täytynyt suunnitella erillinen elektroniikka ja ohjelmisto. Fyysisen kokonsa puolesta kapasitiivinen anturi on helpompi sijoittaa laitteeseen. Myös maksimi virrankulutus on vain kolmannes optiseen lukijaan verrattuna. Optisessa laitteessa elektronisten komponenttien määrä on huomattavasti suurempi ja siinä on käytettävä erillistä piirilevyä, joka yhdistetään muuhun elektroniikkaan liittimin ja/tai kaapelilla. Kapasitiivisen lukijan eduksi voidaan laskea myös turvallinen 3D-tunnistustekniikka.