Как инфракрасное излучение используется для биометрической идентификации?

Человеческий глаз распознает цвета благодаря различиям в длинах волн. Длину волны измеряют в нанометрах (нм). Человеческий глаз воспринимает электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 760 нм.

В верхней части видимого спектра располагается синий цвет, он обладает большой энергией, легко проникает вглубь глазного яблока – к сетчатке. Как следствие – быстрее утомляет зрение. А еще более мощное ультрафиолетовое излучение является источником загара и в случаях пренебрежительного отношения может привести к возникновению серьезных заболеваний кожи.

Спектр инфракрасного излучения делится примерно на три части, границы между которыми строго не определены:

• Ближнее (IR-A): 760-1400 нм.
• Среднее (IR-B): 1400-30000 нм.
• Дальнее (IR-C): 30000-1000000 нм (0,03-1 мм).

Дальнее инфракрасное излучение (самое длинноволновое) применяют в медицине при физиотерапии. Оно проникает под кожу и нагревает внутренние органы, не обжигая и не перегревая при этом сам кожный покров. 

Среднее излучение регистрируется тепловизорами. Наиболее популярное применение тепловизоров – поиск утечек тепла и дистанционный (бесконтактный) контроль температуры. 

Ближнее (самое коротковолновое) – уже не тепловое излучение окружающих предметов, но ещё и не видимый свет.

Дальнее инфракрасное излучение воспринимается нами как тепло. Матрица цифровой камеры не может зафиксировать волны этой части спектра, поэтому для анализа изображения в ИК-спектре представляет интерес ближнее инфракрасное излучение.

Особенности инфракрасного излучения

Если сфотографировать одинаковые предметы различных цветов через инфракрасный фильтр, все они окажутся схожего оттенка, что исключает предположение о соответствии тона ИК-изображения определенному цвету. Информация о предмете в ближнем диапазоне ИК-спектра не зависит и от температуры. В этом можно убедиться, сфотографировав через инфракрасный фильтр любой предмет в холодном и нагретом состоянии – вы получите идентичные снимки. 

Стало быть, фотоаппарат регистрирует не тепло и не цвет, а отражающую способность по отношению к инфракрасному излучению. Светло-серый асфальт в ИК-спектре и зимой, и летом будет выглядеть темным, потому что способен нагреться (поглотить ИК-излучение). А листва, хвоя и трава получатся белыми – они, защищаясь от перегрева, отражают тепловое излучение.

ИК-съемка на «цифру» осложняется наличием встроенного инфракрасного фильтра, защищающего матрицу от ощутимой доли ИК-излучения. Для такой съемки необходимо использовать специальную камеру. Несмотря на то, что матрицы цифровых камер чувствительны к инфракрасному излучению, их чувствительность к видимому свету в тысячи раз больше. Поэтому, чтобы получить ИК-изображение, необходимо блокировать видимый свет.

При съемке в ИК-диапазоне требуется использовать фильтр, отсекающий излучение видимого диапазона. Это приводит к возникновению других проблем: во-первых, при инфракрасном фильтре в видоискателе ничего не видно, что препятствует выполнению автофокусировки; во-вторых, инфракрасный свет фокусируется не в той же точке, где видимый. Эти особенности требуется учитывать при разработке решений, использующих цифровое изображение в инфракрасном диапазоне. В то же время для анализа изображения в ИК-диапазоне есть возможность получить картинку с большим контрастом, напоминающую черно-белую фотографию, но более яркую.

На анализе изображения в инфракрасном диапазоне основаны многие методы биометрической идентификации. С его помощью можно определить, что процедуру проходит живой человек и провести распознавание по радужной оболочке глаз или рисунку кровеносных сосудов. Рассмотрим, как это происходит на примере рисунка вен ладони.

Инфракрасное излучение в биометрии

Малоинтенсивное инфракрасное излучение ближнего спектра проникает под кожу, где его поглощает гемоглобин крови – в значительно большей степени, чем другие ткани. В результате от сосудов отражается излучение меньшей интенсивности, и благодаря этому, в ИК-лучах формируется уникальный рисунок русла кровеносных сосудов ладони. По сравнению с отпечатком или узором вен пальцев он имеет более сложную структуру, позволяющую построить гораздо больше уникальных цифровых моделей для обеспечения точной идентификации.

Для создания биометрического шаблона осуществляется фильтрация исходного графического изображения, что позволяет выделить области интереса, снизить шумы и блики. Полученное изображение разбивается на участки с указанием координат контрольных точек, углов поворотов линий и записывается в файл, который представляет собой математическую модель. Восстановить исходное графическое изображение рисунка вен ладони из данной модели нельзя.

Так как метод основан на использовании инфракрасного спектра, получить подобное изображение при помощи обычных фотокамер практически невозможно. Так как кровеносные сосуды расположены между мышцами и сухожилиями, их расположение не меняется с течением времени. Поэтому данный метод идентификации можно назвать не только одним из самых надежных, но и одним из самых точных.

Важный момент для принятия решения об использовании идентификации на основе инфракрасного излучения – анализ его влияния на здоровье человека. Поставщики зарубежного оборудования не всегда сообщают о таких нюансах. Остается надеяться, что для ввозимых на территорию России устройств предоставляются необходимые заключения. Отечественным производителям необходимо получать такие заключения самостоятельно, например, в Федеральном государственном бюджетном научном учреждении «Научно-исследовательский институт медицины труда».