Sõrmejäljeluger

Sõrmejäljeluger ehk sõrmejäljeskanner on biomeetrilise tuvastamise süsteemide sisendseade.

Kõik tänapäevased sõrmejäljelugerid võib liigitada kolmeks tüübiks:
 optilised skannerid,
 pooljuhtskannerid (räniskannerid),
 ultraheliskannerid.

Sõrmejälje uurimine
Sõrmejälje tuvastamiseks tuleb uurida sõrme mustri eripärasid. See jaguneb kaheks: mustri tüübi määramine ja sõrmemustri joonte kuju määramine – need omadused on erinevad kõikide inimeste sõrmedel. Tõese pildi saamiseks sõrmejäljest on vaja tunda ka inimese naha struktuuri ja omadusi.

Muster
Põhimustreid on kolme tüüpi: võlvikujuline (ingl arch), silmusekujuline (loop) ja ringikujuline (whorl). Võlvikujulisel tulevad sõrmenaha jooned sõrme ühest äärest, tõusevad üles, moodustades võlvi, langevad ja eemalduvad teisest äärest. Silmusekujulisel tulevad jooned ühest sõrme äärest, moodustavad ringi ja eemalduvad samast küljest, kust tulid. Ringikujulise mustri puhul moodustuvad sõrme keskel sõrmenaha joontest ringid. Teadlased on kindlaks teinud, et sugulastel on sageli sarnased sõrmemustri tüübid, mistõttu arvatakse, et sõrmemuster on päritav.

Sõrmenaha jooned
Sõrmenaha joonte peamised eripärad on nende lõpud (ingl ridge ending), hargnemised (bifurcation) ja lühikesed jooned (short ridge või dot). Joonte lõpud on kohad, kus jooned lõppevad. Hargnemised on kohad, kus jooned hargnevad kaheks. Lühikesed jooned on tavapärastest joontest tunduvalt lühemad jooned.

Optilised skannerid 
Optilised skannerid võib omakorda liigitada kuude kategooriasse.

 FTIR-skannerid (Frustrated Total Internal Reflection) on seadmed, mis kasutavad nurjunud täieliku sisemise peegeldumise efekti. Kui valgus satub kahe erineva keskkonna piirile, jaguneb valgusenergia kaheks osaks: esimene osa peegeldub sellelt piirilt tagasi, teine osa läbib selle piiri ja satub teise keskkonda. Peegeldatud energia osakaal sõltub languse nurgast, teatud nurga suurusega kogu valgusenergia peegeldatakse kahe keskkonna piirilt tagasi. Seda kutsutakse täielikuks sisemiseks peegeldumiseks (Total Internal Reflection). Kui suure optilise tihedusega keskkond kontakteerub väiksema optilise tihedusega keskkonnaga (antud juhul sõrme pind klaasist prismaga), siis täieliku sisemise peegeldumise punktis hakkab valgus uuesti kahe keskkonna piiri läbima. Niiviisi peegeldatakse valgusvihud ainult nendes kohtades, kus sõrmejälje mustri sooned puudutavad prisma pinda. Saadud pildi fikseerib spetsiaalne kaamera.
 Optilise kiu skanner (fiber optic scanner) on optilise kiu maatriks, mille iga kiu otsas on fotoelement. Iga elemendi tundlikkus laseb fikseerida sõrmeotsa läbiva jääkvalgust sõrmejälje reljeefi skanneri pinnaga kokkupuutepunktis. Sõrmejälje mustrit kujutletakse kõigi elementide andmete järgi.
 Elektro-optilised skannerid (electro-optical scanners) kasutavad spetsiaalset elektro-optilist polümeeri, mille koostises on valgust kiirgav kiht. Kui puudutad sõrmega sellist tüüpi skannerit, siis sõrmeotsa pinna ebaühtlus (kõrgemate ja madalamate kohtade potentsiaalide vahe) mõjutab valgust kiirgava kihi valguse intensiivsust nii, et skanneris olevad fotodioodid saavad sõrmejälje pildi ja moodustavad sellest digitaalkuju.
 Optilised libistamisskannerid (sweep optical scanners) on üldiselt analoogsed FTIR-skanneritega. Nende kasutamiseks tuleb tavalise puutekontakti asemel libistada sõrmega mööda lugerit. Sel hetkel teeb skanner mitu kiirpilti. Järgnevad pildid kattuvad osaliselt. Selline tehnoloogia võimaldab toota oluliselt väiksemaid portatiivseid skannereid. Kujude kokkupanemiseks kasutatakse eritarkvara.
 Rullskannerites (roller-style scanners) toimub sõrmejälje lugemine miniatuurse läbipaistva õhukeste seintega rulli/silindri keerutamise läbi. Nagu libistamisskanneriteski tehakse mitu sõrmejälje fragmendi pilti, mis pannakse kokku eritarkvara abil. Rullskannerite eeliseks on nende väiksus ja lihtne skeem: silindri/rulli sees on staatiline valguse allikas, lääts ja miniatuurne kaamera; sõrmejälje fragment fikseeritakse läätsega kaamera tundlikule elemendile.
 Puutevabad skannerid (touchless scanners) ei vaja skaneeritava sõrme pinnaga otsest kontakti. Sõrm pannakse skanneris olevasse avausse, mitu valgusallikat valgustavad sõrme eri nurkade alt, skanneri keskel on lääts, mis projitseerib kogutud informatsiooni CMOS-kaamerale. Kaamera moodustab selle digitaalkujuks.

Pooljuhtskannerid  
Pooljuhtskannerid ehk räniskannerid kasutavad sõrmejälje kuju saamiseks pooljuhtide omadusi, mis muutuvad sõrmejälje mustri kõrgemate kohtade kokkupuutepunktides skanneri pinnaga. Tänapäeval on selle teostamiseks mitu tehnoloogiat.

 Mahtuvusskannerid (capacitive scannerson) – kõige levinum pooljuhtskannerite tüüp. Need kasutavad pooljuhtmaatriksi domeenide pn-siirde mahtuvuse muutust, mis tekib sõrme papillaarjoonise kõrgemate kohtade kokkupuutepunktides. Eksisteerivad ka mudelid, kus skanneri maatriksi iga pooljuhtelement mängib ühe kondensaatoriplaadi rolli, sõrm aga teise plaadi rolli. Sõrmejälje kuju lugemiseks kasutatakse potentsiaalide vahet.

 Rõhuskannerid (pressure scanners) kasutavad piesoelementide maatriksi sensoreid. Mustri kõrgemad kohad avaldavad rõhku teatud hulgale elementidele, madalamad kohad mitte.

 Termoskannerid (thermal scanners) kasutavad püroelektri elementidest sensoreid, mis fikseerivad temperatuuride vahe ja muudavad selle pingeks (sama efekti kasutavad termokaamerad).

Ultraheliskannerid 
Ultraheliskannerid skaneerivad sõrmepinda ultrahelilainetega ja mõõdavad vahemaad heli allika ja papillaarjoonte vahel tekkinud kaja abil. Sõrmejälje kuju kvaliteet on kuni 10 korda parem võrreldes ükskõik millise teise meetodiga, mis on praegu biomeetrilisel turul esindatud. Selline meetod on ka võltssõrmejälgede vastu paremini kaitstud, kuna ultraheliga saab lugeda ka teisi parameetreid (näiteks pulss ja kapillaaride kolmemõõtmeline kuju).

Algoritmid
Sarnaseid algoritme kasutatakse autentimise eesmärgil, et võrrelda eelnevalt salvestatud sõrmejälgi saadud sõrmejäljega. Selleks peab algset kujutist otseselt võrdlema kandidaatkujutisega või võrdlema nende mõningaid kindlaid omadusi.

Mustri- või kujutisepõhised algoritmid
Mustril põhinevad algoritmid võrdlevad põhilisi sõrmejälgede mustreid eelnevalt salvestatud malli ja kandidaatsõrmejälje vahel. See nõuab, et kujutised joondataks ühtemoodi. Selleks leiab algoritm sõrmejälje kujutise keskpunkti ja paneb selle keskmesse. Mustripõhistel algoritmidel sisaldab mall tüüpi, suurust ja mustri suunast joondatud sõrmejälje kujutise sees. Kandidaatsõrmejälje kujutist võrreldakse graafiliselt malliga, et tuvastada, kuivõrd nad kattuvad.

Vaata ka
 Automatiseeritud sõrmejäljetuvastus
 Ekraanisisene sõrmejäljeluger

Viited

Kirjandus 
«Электронная идентификация. Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты» В. Л. Дшхунян, В. Ф. Шаньгин 2004
«Руководство по биометрии» Р.М. Болл, Дж. Х. Коннел 2007

Arvuti sisendseadmed
Autentimine