Автоматическая биометрическая идентификационная система ABIS

Система ABIS (Automated Biometric Identification System) представляет собой программную платформу, основанную на Java и других COTS технологиях и предназначенную для идентификации личности по биометрическим параметрам.

Платформа ABIS использует для внешних связей и администрирования Web-сервисы и XML форматы данных. Это обеспечивает легкую и эффективную интеграцию платформы в существующие или вновь проектируемые системы, а также широкие возможности по ее модернизации и расширению.

Важно также отметить, что программная платформа ABIS не требует использования специальных аппаратных средств и работает на базе стандартного серверного оборудования с процессорами Intel и программных платформ Oracle 10g Windows или 11g Windows, а также MySQL Pro 5.0 и SQL Server 2008. В зависимости от выбранной конфигурации, каждая отдельная система ABIS может поддерживать до 100 миллионов записей о личностях и десятки тысяч обращений к системе в час.

Система изначально создана для поддержки мульти-биометрической идентификации с использованием алгоритмов распознавания по изображению, отпечаткам пальцев и радужной оболочке глаза как единое архитектурное решение. Это позволяет пользователю внедрить необходимый способ идентификации в настоящее время и при необходимости дополнить его другими способами в последующем.

Платформа может осуществлять поиск по одному или нескольким биометрическим критериям одновременно.

Базовая архитектура системы ABIS приведена на рис.1. Она состоит из четырех серверных компонентов:

• Сервер управления потоками данных ABIS Workflow Manager — обеспечивает организацию очередей запросов и балансирование загрузки программных компонент сервера распознавания ABIS, а также преобразование результатов поиска по отдельным биометрическим параметрам в единый результат и вычисление коэффициента общей корреляции в случае мульти-биометрического поиска. Кроме того, этот сервер является «окном» системы ABIS во внешний мир, управляет потоками внешних запросов к системе и отправкой ответов на них, взаимодействием между компонентами системы, а также определяет бизнес-архитектуру потоков данных пользователя.
• Сервер управления записями ABIS Identity Manager – управляет созданием и использованием записей о личности в системе ABIS, а также формирует активный биометрический набор записей, который загружается в сервер поиска и распознавания для идентификации личности. Этот набор является выборкой из существующих подзаписей и может быть сформирован на основании следующих правил: загружаются все записи о данной личности, загружается последняя (по дате введения в систему) запись о личности, загружается запись, которая содержит лучшие по качеству биометрические характеристики.
• Сервер поиска и распознавания ABIS Search Engine обеспечивает осуществление поиска, верификацию и/или идентификации личности по изображению лица, отпечаткам пальцев и радужной оболочке глаза в отдельных или совместных конфигурациях. Использует алгоритмы идентификации по изображению лица FaceIt®, отпечаткам пальцев BioEngine® и радужной оболочке глаза SIRIS™.
• Интегрированная база данных ABIS Databases. Полная конфигурация системы ABIS предусматривает наличие и функционирование трех баз данных:
  • Active Workflow Database – база данных, содержащая информацию о транзакциях и других запросах к базе;
  • Master Identity Database – постоянная база данных всех записей о личностях;
  • Active Biometric Database – набор записей, загруженных в сервер поиска и распознавания в виде биометрических сигнатур и демографических данных.

Каждая биометрически уникальная личность в системе ABIS имеет свою персональную ID-запись, состоящую из одной или более записей, содержащих биометрическую информацию о личности, демографическую информацию и дополнительную визуальную не-биометрическую информацию (рис.2).

В случае применения системы ABIS для нужд правоохранительных органов каждая отдельная подзапись может хранить информацию об арестах личности, татуировках и других параметрах, характеризующих личность. В случае использования системы ABIS для нужд ФМС не-биометрическая информация может включать в себя данные о предоставленных документах при обращении в ФМС (сканированные копии свидетельства о рождении, разрешения на работу и прочих документов).

Каждая последующая запись хранит наиболее актуальную информацию о личности, в то время как остальные записи образуют архив, связанный с данной личностью. Система поддерживает несколько архивных или активных записей для одной личности и управление доступом к ним.

В случае если новая информация о личности поступает в систему, оператор может принять решение о корректировке последней существующей записи или создании новой записи в системе. Визуальный интерфейс системы ABIS, отображающий единый биометрический набор данных (фотография, отпечатки пальцев и радужная оболочка глаз) в записи о личности, приведен на рис.3.

Важной функциональной особенностью платформы ABIS является очистка базы данных от дуплицированных записей при вводе информации из унаследованных баз и проверка на дупликацию при вводе новой информации (рис.4).

Поисковая компонента сервера биометрического распознавания ABIS содержит встроенный механизм иерархической последовательной идентификации личности по изображению лица FaceIt G8, состоящий из четырех алгоритмов:

— алгоритм векторного сравнения (VFA),

— алгоритм сравнения иерархических графов лица (HGM),

— алгоритм анализа локальных особенностей лица (LFA),

— алгоритм анализа структуры кожного покрова лица (STA).

Далее приведено краткое описание функциональности каждого из вышеупомянутых алгоритмов.

Алгоритм векторного сравнения (VFA)

Алгоритм VFA работает на скорости сравнения несколько миллионов сравнений в секунду, и используется, в силу его невысокой точности, только в качестве алгоритма грубой фильтрации для создания выборки кандидатов из биометрической базы ABIS для ее анализа последующими алгоритмами.

При размере биометрических баз менее 2-х миллионов фотоизображений сервер АБИС может не использовать алгоритм VFA

Алгоритм сравнения иерархических графов лица (HGM)

Алгоритм HGM работает на скорости сравнения несколько сотен тысяч сравнений в секунду, оптимизирован и обеспечивает высокую эффективность распознавания при низком и среднем качестве фотоизображений (30 и более эффективных пикселей межзрачкого расстояния) в биометрической базе ABIS. В своей сущности он очень близок к процессу распознавания лица, как это делает сам человек. На фотоизображение наносится определенным образом сетка, называемая графом, состоящая из более чем 2000 взаимосвязанных точек, используемая для сравнения фотоизображения неизвестного лица и лиц, находящихся в базе ABIS (рис.5). Этот алгоритм особенно эффективен, также, при работе с трехмерными моделями фотоизображений.

Алгоритм анализа локальных особенностей лица (LFA)

Алгоритм LFA работает на скорости сравнения несколько тысяч сравнений в секунду и обеспечивает кодирование и сравнение локальных особенностей человеческого лица (угловые зоны рта, глаз, носа и прочих, всего до 30-ти зон). Оптимизирован на работу с фотоизображениями среднего качества с межзрачковым расстоянием от 60-ти и более эффективных пикселей, однако эффективно работает на фотоизображениях с межзрачковым расстояниям от 30-ти эффективных пикселей (рис.6).

Алгоритм анализа структуры кожного покрова лица (STA)

Алгоритм STA осуществляет сравнение структуры различных зон кожи лица. Такая структура остается достаточно стабильной с возрастом, поэтому данный алгоритм особенно полезен для идентификации личности по разновозрастным фотографиям. Кроме того, этот алгоритм позволяет различить двух абсолютно похожих близнецов. Рис.7 иллюстрирует это на примере сравнения кожного покрова близнецов Ирины и Марии.

Алгоритм оптимизирован на работу с фотоизображениями высокого качества с межзрачковым расстоянием от 180-ти и более эффективных пикселей, однако эффективно работает на фотоизображениях с межзрачковым расстояниям от 120-ти эффективных пикселей (стандартное фото на биометрический паспорт).

Работа механизма FaceIt G8 при поиске и идентификации личности по биометрической базе сервера ABIS носит последовательный характер и иллюстрируется на рис.8.

Каждый процесс поиска и идентификации может включать в себя от двух до четырех проходов по биометрической базе с последовательным использованием различных алгоритмов. Результатом каждого прохода является выборка, содержащая фото наиболее соответствующих кандидатов из базы данных, которая передается на обслуживание в следующем проходе. Таким образом, сервер ABIS обеспечивает оптимальный баланс между скоростью и точностью при обработке запросов на идентификацию.

Количество поисковых проходов и размер выходной выборки для каждого их них может задаваться сервером ABIS автоматически, либо устанавливаться оператором.