HauptseiteTechnologieFingerbilderkennungEvaluierung

Evaluierung

Die Fingerbeere hat im Durchschnitt ca. 100 Minuzien. Aufgrund der kleineren Fläche beim Fingerbildeinlesen werden jedoch technisch lediglich 30-60 Minuzien erfasst, da nicht die komplette Fingerbeere aufgenommen wird, sondern nur eine Teilfläche der sphärischen Oberfläche. Außerdem stellt sich in der Praxis in Einzelfällen das Problem, dass bestimmte Fingerbeeren innerhalb einer Population von Benutzern eine Ungleichverteilung der Minuzien aufweisen. Befinden sich beispielsweise in einem spezifischen Bereich der Fingerbeere viele Minuzien, d.h. liegt eine Ungleichverteilung der Minuzien auf der Oberfläche der Fingerbeere vor, so ist die Erkennungsgenauigkeit niedriger, als wenn die Minuzien gleichmäßig auf der Fingerbeere verteilt sind. Mit anderen Worten: je gleichmäßiger die Verteilung der Minuzien auf der Oberfläche der Fingerbeere ist, desto höher ist die Erkennungsgenauigkeit. Das bedeutet, dass eine Konzentration von Minuzien auf einer minimalen Teilfläche vorkommen könnte, so dass genau diese Fläche im Referenzdatensatz aufgenommen werden müsste. Sollte bei dem Erfassen des biometrischen Fingerbildes genau jene Teilfläche, welche nahezu die Gesamtheit der Minuzien enthält, nicht in dem aufgenommenen Fingerbild enthalten sein, dann wäre eine auf Minuzien basierende Erkennung nicht genau oder gar nicht möglich. Ein ähnliches Problem stellt sich, wenn eine unzureichende Anzahl von Minuzien auf dem Fingerabdruck vorhanden ist. Auch hier wäre eine Erkennung nur schwer oder überhaupt nicht möglich.

Ein mit einem Fingerbildscanner aufgenommener Fingerabdruck ist nie gleich. Eine Ursache der Variabilität ist, dass beispielsweise bei einem Daumen, der nur ein wenig schief auf einen Scanner gehalten wird, jedes Pixel des Bildes im Vergleich zum Referenzdatensatz einen völlig anderen Wert aufweist. Elastische Verzerrungen der Haut, bedingt durch Temperaturunterschiede, liefern eine andere Geometrie des Fingerbildes. Zudem enstehen nichtlineare Deformationen, Rotationen und Translationen, da auch der Winkel, je nachdem, wie der Finger aufgelegt oder über den Sensor gezogen wird, stets graduell verschieden ist. 

Durch die Projektion des Hautreliefs der sphärischen Fingerkuppe in die Ebene treten zusätzliche elastische Verzerrungen auf. Die aufgenommene Fläche der Fingerbeere ist ebenfalls stets eine andere. Elastische Verzerrungen der Haut können insbesondere bei einem Streichsensor auftreten, je nachdem, mit wieviel Anpressdruck der Finger über den Sensor gezogen wird. Je höher der Anpressdruck, desto größer ist die elastische Verzerrung auf der Ordinate. 

Elastische Verzerrungen oder Deformationen sind außerdem abhängig von momentaner Hautfeuchte. Die momentane Hautfeuchte erhöht sich bei übermäßigem Genuss von Kaffee oder bei besonders heißem Klima.

Die Fehler bei Fingerbilderkennungssystemen liegen hauptsächlich darin, dass  

  • zu wenig übereinstimmende Minuzien vorhanden sind;
  • Minuzien fehlen oder unechte Minuzien auftreten;
  • eine zu hohe Rotation des Fingerbildes oder eine falsche Ausrichtung vorliegt;
  • eine hohe Verzerrung des Bildes auftritt.

Es wird geschätzt, dass ungefähr zwischen 2% und 4% der Personen bei den aktuell verfügbaren Vergleichsalgorithmen nicht erkannt werden können. In der Praxis zeigt sich vor allem, dass Personen bei nicht exaktem Auflegen des Fingers häufig nicht identifiziert werden. Schnittwunden in der Haut der Fingerbeere können die Erkennung beeinträchtigen.

Die Eingewöhnungszeit bei Fingerbildlesern kann sowohl bei Flächensensoren als auch bei Zeilensensoren hoch sein. Manche Benutzer legen bei Flächensensoren ihren Finger nur mit der Fingerspitze auf die Sensoroberfläche, so dass die gültige Fläche der Minuzien sehr klein ist. Es stellt sich dabei die Aufgabe, Personen kurzfristig in die Bedienung anzulernen. 

Anomalien hinsichtlich der Rillenformation sind eine Ursache für eine geringere Erkennungsgenauigkeit. Diese können beispielsweise folgende Ursachen haben: 

Hautkrankheiten (z.B. Keratosen):
 

Rillen-Aplasie (Unterentwicklung), eine seltene angeborene Fehlbildung der epidermen Fingerbildlinien.

Rillen-Hypoplasie (unvollständige Entwicklung), eine Form, bei welcher die epidermen Fingerbildlinien eine geringe Höhe bzw. Ausprägung aufweisen, wodurch diese abgenutzt erscheinen. Sie kommt auch in sehr hohem Alter vor.

Rillen-Trennung: die Rillen sind kleine, kurze und gebogene Segmente in einer chaotischen unorganisierten Anordnung, sie formen keine glatten, sondern parallele und kontinuierliche Linien. Solche Anomalien werden auch als "`Gepunktete Rillen"' oder "`Perlenketten"' bezeichnet.

Bei Diabetikern können durch häufiges Stixen derart viele Anomalien auf der Fingerbeere entstehen, dass der verwendete Minuzienerkennungsalgorithmus durch Hauteinstiche viele falsche Minuzien erkennt und dies zu einer verschlechterten Erkennungsgenauigkeit führt. 

Der Zustand der Papillarlinien kann berufsbedingt - oder auch durch gewollte Beeinträchtigung, um eine ordnungsgemäße Aufnahme der Fingerabdrücke zu verhindern - Ursache dafür sein, daß ein auswertbares Abbild der Papillarleisten nicht aufgenommen werden kann. Die Papillarlinien sind bei Handwerkern und älteren Menschen weniger ausgeprägt und haben eine niedrigere Qualität bis hin zur Unlesbarkeit. Bei schwerer körperlicher Arbeit mit den Händen können die Rillenmuster zerstört werden. Gerade bei Personen, die viel mit ihren Händen arbeiten (zum Beispiel Gärtner, Kfz-Mechaniker, Maurer, Schlosser, Schreiner, Zementarbeiter), verändern sich die Linien durch Schnitte oder Verletzungen, dies betrifft etwa bis zu 5% der Bevölkerung. Bei sehr alten Menschen spricht man auch von Hypoplasie.

Der mittlere Papillarlinienabstand, das heißt die Wellenlänge zwischen zwei Tälern, beläuft sich bei Männern auf ca. 1 mm, wohingegen der mittlere Papillarlinienabstand bei Frauen etwas darunter liegt und bei kleinen Kindern insbesondere die Linienmuster besonders fein sind. Der durchschnittliche Rillenabstand liegt bei jungen erwachsenen Männern bei 0,48 mm, bei jungen erwachsenen Frauen bei 0,43 mm, bei zehnjährigen Kindern bei 0,30 - 0,35 mm und bei Neugeborenen bei 0,15 mm. Wenn die Papillarlinien, wie beispielsweise bei Kleinkindern, sehr eng sind, ist eine hohe Auflösung des Sensors erforderlich. Frauen weisen auch eine geringere Häufigkeit von Wirbeln und radialen Schleifenmustern auf als Männer. Die Gesamtzahl der Rillen bei Frauen ist niedriger als bei Männern. Dieser Zusammenhang wurde insbesondere bei malayischen Muslimen durch eine Studie an der Chosun University, Gwangju in Süd Korea, bestätigt. Aceton, Nagellack, Nagellackentferner und ähnliche chemische Verbindungen können die Oberfläche eines Fingerbildsensors zerstören, dies hat wiederum zur Folge, dass das entsprechende Gerät ausgetauscht werden muss. Das betrifft insbesondere die obere Schicht von auf Silizium basierenden kapazitiven Chips. Angeklebte Fingernägel können die richtige Auflage der Fingerbeere auf die Sensoroberfläche verhindern, da sie aufgrund der Überlänge die Gehäuseeinbuchtung und die Fingerführung des Gerätes berühren. Handfeuchtigkeitscreme enthält Säuren, die die Oberfläche eines Sensors zerstören können. Außerdem trägt die verursachte angestiegene momentane Hautfeuchte zur Fehleranfälligkeit von optischen und kapazitiven Fingerbildsensoren bei. 

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