Испытания 30-технологии в Сингапуре: полученные результаты

В ходе испытаний, проводившихся в 2005 г. для Службы иммиграционного и пограничного контроля Сингапура, была исследована возможность применения технологии трехмерного распознавания лиц в условиях контрольно-пропускного режима на пограничной зоне. Результаты оказались очень обнадеживающими, и в настоящее время идет процесс дальнейшего тестирования.

Система трехмерного распознавания лиц, будучи относительно новой в области биометрии, как и большинство новых технологий, демонстрирует высокую точность и надежность работы в условиях, где традиционные двухмерные системы, как правило, терпят неудачу. Сторонники 3D-систем склонны убеждать нас в том, что такие факторы, как плохое освещение, неудачная поза, солнечные очки, длинные волосы и незначительное движение объекта, не влияют на качество работы системы при использовании технологии трехмерного распознавания. Подобные заявления легко делать, но выдерживают ли они критическую проверку? В первой половине 2005 г. технология трехмерного распознавания лиц была подвергнута серьезным выездным испытаниям на потенциальную пригодность к использованию в условиях контрольно-пропускного режима на пограничной зоне. Служба иммиграционного и пограничного контроля (СИПК) Сингапура хотела оценить эффективность трехмерной технологии и сравнить ее с двухмерной, которая в настоящее время внедряется в паспортные программы многих стран по всему миру.

Первоначальные результаты теста, проведенного компанией Unisys, продемонстрировали высокую перспективность трехмерной технологии и обеспечили ей превосходные рекомендации.

Сингапурские испытания

Для любой биометрической системы успешное прохождение этапа регистрации является ключевым моментом. Регистрация, проводившаяся в рамках этих испытаний, началась в апреле 2005 г. и включала в себя запись двухмерной цифровой фотографии и трехмерного изображения с использованием технологии компании А4Vision, ведущего поставщика в этой области. Свыше 1000 человек были зарегистрированы в системе и прошли процесс верификации - пробного распознавания для проверки качества регистрации. Участников испытания попросили сохранять нейтральное выражение лица на протяжении примерно 3-5 секунд. Всем им удалось пройти регистрацию, хотя некоторые из них не смогли пройти ее автоматически. По словам Терри Хартмана, директора и главы по глобальным решениям в секторе "Безопасная идентификация и биометрия" компании Unisys, на недавней выставке и конференции Biometrics'2005, проходившей в Лондоне, из 1018 зарегистрированных участников 1001 (98,3%) человек смог пройти регистрацию в автоматическом режиме и только 17 (1,7%) - в ручном. В процессе регистрации также снималось двухмерное изображение. Интересная подробность в данном случае заключалась в том, что в системе применялось подъемное устройство пьедестального типа для съемки фронтального (под углом 90°) двухмерного изображения лица с целью его сравнительной оценки с трехмерным изображением - как в режиме регистрации, так и в режиме верификации. Однако необходимость этого была вызвана исключительно требованиями получения 2х-мерного фронтального изображения.

Работа системы

В связи с требованием получения фронтального двухмерного снимка для сравнения в режиме верификации пользователям приходилось управлять подъемным устройством для установки камеры на соответствующей высоте. По мнению специалистов А4Vision, это повышало уровень вероятности ложного отказа (FRR), пока пользователи привыкали к системе. Работа системы испытывалась в течение четырехдневного периода (с 18 по 22 апреля). 827 человек воспользовались системой в общей сложности 4834 раза, из них 3997 попыток (82,7%) были успешными, а 837 (7,3%) - неудачными. После анализа результатов стало очевидно, что неверное расположение человека перед камерой, связанное с ручным управлением подъемным устройством, является основной причиной неудавшихся попыток верификации л. После того как факторы "неверного позиционирования были удалены из статистики, количество неудавшихся попыток верификации снизилось до 67 (1,3%). Согласно мнению компании Unisys, существует множество причин, провоцирующих неудачную верификацию, и все эти причины можно разделить на две категории: неправильное расположение перед камерой и помехи при считывании данных.

Неправильное расположение перед камерой
  • В область обзора камеры попадает только часть лица
  • Лицо человека и/или его взгляд не направлены строго в камеру.
  • Голова наклонена вниз или в сторону от камеры.
  • Человек стоит слишком близко к камере.
  • Человек отходит от камеры через несколько секунд после начала верификации, вместо того чтобы оставаться неподвижным до завершения процесса верификации

    Помехи при считывании данных
  • Несоблюдение требования сохранения нейтрального выражения лица (например, смех).
  • Косынка или другой головной убор, закрывающий большую часть лица.
  • Очки, сползающие к носу, особенно если их оправа пересекает линию глаз.
  • Волосы, сильно ниспадающие на лицо.

    Наряду со сценарием верификации участников в режиме реального времени был смоделирован и сценарий идентификации по биометрическим данным, сохраненным в процессе тестирования. При этом моделировалась работа систем как трехмерного, так и двухмерного распознавания. Для двухмерной системы было обнаружено, что при установке порога распознавания на рекомендуемые 70%, уровень вероятности ложного срабатывания (FAR) составил 0,0012 (0,12%), а уровень вероятности ложного отказа (FRR) -0,0979 (9,79%).


    Для сравнения: порог распознавания для трехмерной системы был установлен на 80%, и системе удалось достигнуть уровня вероятности (см. рисунок) ложного срабатывания (FAR) 0,000047 (0,0047%) и уровня вероятности ложного отказа (FRR) 0,00103 (0,103%).

    Надежность системы

    Большая часть исследования, проведенного компанией Unisys, была посвящена изучению эксплуатационной надежности трехмерной системы распознавания лиц в определенных условиях, при которых нормальное функционирование двухмерных систем обычно крайне затруднительно.

    Эксперименты включали в себя проверку влияния:
  • недостаточного освещения на работу системы;
  • темноты на работу системы;
  • наличия головного убора на процесс распознавания;
  • наличия волос на лице на процесс распознавания;
  • наличия мотоциклетного шлема на процесс распознавания,

    а также тесты на:
  • присутствие реального объекта распознавания;
  • распознавание в солнечных очках;
  • распознавание под различным углом наклона;
  • распознавание частично скрытого лица;
  • распознавание части лица;
  • распознавание при использовании солнцезащитного фильтра 5РР 50;
  • распознавание в движении.


    Система показала отличное действие как при нормальном освещении, так и в условиях сумрака и темноты, поскольку работает в диапазоне ближнего инфракрасного излучения, используя проектор для наложения структурной подсветки на лицо. Специальная маска проецируется на лицо и принимает форму его геометрической поверхности, после чего камера записывает полученное изображение. Обычный головной убор, оставлявший лицо открытым и незатемненным, также не оказал негативного влияния на результаты эксперимента. Волосы на лице являлись определенной помехой только в тех случаях, когда они представляли собой внушительную по размерам бороду или усы (фото 1). Наличие мотоциклетного шлема на голове оказывало влияние на процесс распознавания только при опущенном щитке шлема, который затемнял лицо (фото 2). Тест на присутствие реального объекта распознавания проводился с помощью цветной фотографии формата А4, на которой был изображен человек. Результат оказался достаточно ожидаемым: фотоизображению не удалось обмануть систему. Следует заметить, что такой же тест доказал, что двухмерную систему обмануть можно. (Никакой информации о том, какого типа двухмерная система была задействована в тесте и имела ли она, как многие подобные системы, встроенную функцию выявления "живости", представлено не было.)


    Солнечные очки, как выяснилось, никак не влияют на результаты верификации. Правильная поза человека в момент распознавания имела решающее значение для успешной верификации, но при этом незначительное изменение угла наклона все же было возможным (фотоЗ). Частично скрытое чем-то лицо приводило к неудачным результатам, хотя некоторые отклонения допускались (фото 4). Однако система прекрасно срабатывала в тех случаях, когда была представлена лишь часть лица (фото 5). Солнцезащитный фильтр - даже с коэффициентом защиты 50 - не повлиял на процесс и результат верификации.
    По мнению специалистов компании Unisys, система успешно срабатывала, когда распознаваемый объект слегка двигался, но если он двигался резко, то возникали проблемы.

    Выводы по результатам первого этапа

  • Трехмерная технология распознавания лиц действительно эффективно работает, так как с ее помощью были успешно распознаны (по крайней мере, один раз из нескольких попыток) 99,7% участников. На третьей неделе эксперимента, длившегося месяц, по этому же критерию были распознаны 100% участников.

  • По всем тестам, проводившимся одновременно для обеих технологий с помощью одних и тех же изображений, трехмерная технология распознавания лиц оказалась эффективней двухмерной.

  • После корректировки неверных и/или неоптимальных попыток распознавания (например, из-за неточного расположения перед камерой) уровень верификации 1:1 достиг 98,7%.

  • Чем больше человек знаком с системой, тем лучше результаты. Для 154 человек (23%), пользовавшихся системой более 10 раз, процент успешных распознаваний составил 97,8%.

  • При индивидуальном рассмотрении каждого случая стало ясно, что попытки верификации оказывались неудачными в основном из-за того, что человек принимал неверное положение перед камерой или совсем в нее не смотрел.

  • Если люди будут вынуждены проходить процедуру биометрической идентификации (например, чтобы попасть в здание или пересечь границу), то она получит более широкое распространение, чем в случае ее применения на добровольной основе, как в процессе тестирования.

  • Если за человеком наблюдают и делают ему подсказки в процессе верификации, то он более склонен совершить повторную попытку распознавания, чем уклониться от дальнейшего участия в эксперименте.

  • 1% всех зарегистрированных участников "провалил" все попытки распознавания. Однако анализ изображений показывает, что почти все эти случаи связаны с ошибочным позиционированием. Кроме того, большинство этих людей совершили только одну попытку верификации.

    Перспективы дальнейших исследований

    В целом вышеуказанные результаты свидетельствуют об успешности и перспективности трехмерного распознавания, особенно в сравнении с двухмерной технологией. Несомненно, что успех данных испытаний явился залогом проведения дальнейшего тестирования уже по другим сценариям. Второй этап будет посвящен:

  • рассмотрению различных сценариев 30-распознавания "1 ко многим" (30, снятое в режиме реального времени в контролируемых и неконтролируемых условиях, сравнивается с 30-изображением);

  • рассмотрению различных сценариев распознавания "1 ко многим" комбинаций 30- и 20-изображений (отсканированная фотография из паспорта, зарегистрированная цифровая фотография из паспорта, цифровая фотография из идентификационной карты, сжатая биометрическая фотография из паспорта);

  • сравнению результатов с показателями 20-20 распознавания "1 ко многим".

    Для получения дальнейшей информации в ходе испытаний можно связаться с Терри Хартманом из компании Unisys (тел.:+61 419 925 684, адрес электронной почты: terry.hartmann@unisys.com)

    Преимущества применения биометрических технологий на границе
  • Увеличенная пропускная способность на пограничных пунктах контроля без риска потери необходимого уровня безопасности.
  • Повышение уровня безопасности за счет идентификации путешественников по их биометрических данным.
  • Максимальное удобство для путешественников.
  • Снижение эксплуатационных расходов.
  • Соответствие стандартам ИКАО.