تایمست مجله تکنولوژی
شاید بسیاری از ما این سؤال را داشته باشیم که چگونه پلیس تحقیقات جنایی، قاتلان را با کمک اثر انگشت شناسایی می‌کند و این فرآیند چیست. به بیان ساده، آنها به الگو های اثر انگشت نگاه می کنند. این الگوها برجستگی های سر انگشتان فرد هستند که به صورت مارپیچ و حلقه‌ها چیده شده‌اند. طبیعت این الگوها را به گونه ای تکامل داده است که به انسان کمک می کند تا اشیاء و اجسام مختلف را بگیرد و نگه دارد. علاوه بر این، بافت انگشتان دست مانع از لغزش و لیز خوردن اجسامی می شود که اگر پوست صاف باشد به طور طبیعی اتفاق می‌افتاد.
اثر انگشت الگوهای منحصر به فردی است که روی نوک انگشتان ما وجود دارد و از دیرباز به عنوان یکی از مطمئن‌ترین روش‌های شناسایی افراد شناخته شده است. اما آیا می‌دانید که این الگوها انواع مختلفی دارند؟ در این مقاله، به بررسی انواع مختلف اثر انگشت و ویژگی‌های هر یک می‌پردازیم.
در اوایل قرن نوزدهم ، محققان دریافتند که هیچ دو نفر طرح یا الگوی اثر انگشت دقیقاً یکسانی ندارند، تا حدی که حتی اثر انگشت در دو قلوهای یکسان نیز متفاوت است. این الگوها در هفته 12 بارداری تشکیل می شوند و در طول زندگی فرد ماندگار می مانند. سر فرانسیس گالتون با این کشف که اثر انگشت روش منحصر به فردی برای شناسایی افراد است ، ابتدا تکنیک مقایسه رد اثر انگشت پیدا شده در یک صحنه جنایت را با آثار مظنون معرفی کرد. بعداً ، سر ادوارد هنری سیستم طبقه بندی اثر انگشت را ایجاد کرد که ابتدا به عنوان سیستم رسمی در انگلستان پذیرفته شد و سرانجام در سراسر جهان گسترش یافت.
منظور از طرح یا پترن اثر انگشت چیست ؟
پترن اثر انگشت الگوهای منحصربه‌فردی است که به صورت برآمدگی‌های اصطکاکی (برآمده) و شیارهایی (تورفته) بر روی نوک انگشتان دست ظاهر می‌شوند. البته طرح کف دست، انگشتان پا و کف پا نیز منحصر به فرد است. اما از این موارد کمتر برای شناسایی و احراز هویت استفاده می‌شود. بنابراین وقتی صحبت از پترن یال الگوی اثر انگشت می‌شود، منظر اثر انگشتان دست است.
3 الگوی اصلی اثر انگشت
ادوارد هنری تشخیص داد که می توان اثر انگشت را دارای سه الگوی اساسی – قوس ، حلقه و گرداب توصیف کرد. این اشکال و خطوط بعداً به هشت الگوی اساسی تقسیم شده و FBI تا به امروز از آنها استفاده می کند.
به طور کلی، اثر انگشت‌ها به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند که به هر کدام از این‌ها الگو، پترن یا طرح اثر انگشت نیز می‌گویند.
1- قوس‌ها یا طاق‌ها (Arches)
قوس (Arch) ساده‌ترین نوع اثر انگشت است که خطوط آن از یک طرف انگشت وارد شده و از طرف دیگر خارج می‌شوند. قوس‌ها به دو دسته قوس ساده (plain arch) و قوس چادری (tented arch) تقسیم می‌شوند.
این موارد در حدود 5٪ از اثر انگشت های مشاهده شده وجود دارد. برجستگی های انگشت به طور مداوم از یک طرف انگشت به طرف دیگر می چرخند و هیچ چرخشی به عقب ندارند. به طور معمول ، هیچ الگویی در یک الگوی قوس وجود ندارد اما اگر وجود داشته باشد ، نباید هیچ پشته منحنی مجددی وجود داشته باشد که بین نقاط هسته و دلتا دخالت کند.
2- حلقه‌ها (Loops)
در این نوع اثر انگشت، خطوط از یک طرف انگشت وارد شده، به سمت مرکز حرکت کرده و سپس به سمت همان طرف اولیه باز می‌گردند. حلقه‌ها می‌توانند به سمت چپ یا راست باز شوند.
این موارد تقریباً در 60 تا 70 درصد اثر انگشتی که مشاهده می شود دیده می شود. برجستگی ها به صورت حلقه ای به عقب تبدیل می شوند اما پیچ نمی خورند. این چرخش یا حلقه به عقب با نحوه جریان حلقه بر روی دست مشخص می شود و نه با نحوه جریان حلقه بر روی کارت که در آن اثر گرفته می شود. این اثر در اثر انگشت شبیه تصویر معکوس است که وقتی به خود در آینه نگاه می کنیم، می بینیم. یک الگوی حلقه فقط یک دلتا دارد.
3- گرداب یا چرخش‌ها (Whorls)
این مدل پیچیده‌ترین نوع اثر انگشت است که خطوط آن به صورت دایره‌ای یا مارپیچی به دور یک نقطه مرکزی می‌چرخند. گرداب‌ها به چندین زیرمجموعه تقسیم می‌شوند.
این موارد را می توان در حدود 25 تا 35 درصد از الگوی اثر انگشت ها مشاهده کرد. برخی از پشته‌ها در یک چرخش حداقل از یک مدار چرخش می کنند. بنابراین هر الگویی که شامل دو یا چند دلتا باشد ، یک چرخش خواهد بود.
زیر مجموعه الگوهای اثر انگشت
دو نوع فرعی از الگو های قوس وجود دارد :
قوس دشت یا طاق ساده (Plain arch)
در این الگو یک ثبات جریان مشاهده می‌شود. از یک طرف انگشت شروع می شود و برجستگی کمی به سمت بالا آبشار می زند. این تقریباً شبیه موجی است که در اقیانوس بیرون می آید و سپس قوس به مسیر خود در امتداد انگشت به طرف دیگر ادامه می دهد. الگوی قوس ساده، ساده ترین اثر انگشت برای تشخیص است.
طاق چادر دار (Tented arch)
شباهت بین این الگو و قوس ساده این است که از یک طرف انگشت شروع می‌شود و با الگویی مشابه به طرف دیگر خارج می‌شود. با این حال، تفاوت در این است که قوس چادر زده در پشته های مرکز قرار دارد و مانند قوس ساده مداوم نیست. آنها دارای رانش های قابل توجهی در برجستگی های نزدیک به وسط هستند که خود را در دو طرف یک محور قرار می دهند. پشته های مجاور به سمت این محور جمع می شوند و بنابراین به نظر می رسد چادر تشکیل می دهند.
سه زیر مجموعه حلقه وجود دارد :
حلقه‌های شعاعی (Radial loops)
این حلقه ها به دلیل استخوانی در بازو معروف به شعاع است که به دست در همان طرف انگشت شست می پیوندد. جریان این حلقه ها در جهت استخوان شعاع جریان دارد یعنی شیب رو به پایین حلقه شعاعی از انگشت کوچک به سمت انگشت شست دست است. این حلقه ها خیلی رایج نیستند و بیشتر اوقات روی انگشتان اشاره پیدا می شوند.
حلقه‌های اولنار (Ulnar loops)
این نام ها به دلیل استخوانی در بازو به نام اولنا است. این استخوان در همان سمت انگشت کوچک قرار دارد و جریان این الگو از انگشت شست به سمت انگشت کوچک دست می رود.
دو حلقه (Double loop)
این الگو از دو تشکیلات حلقه مجزا و جداگانه تشکیل شده است. برای هر هسته دو شانه مشخص و جداگانه دارد ، دو دلتا و یک یا چند برجستگی که مدار کاملی را ایجاد می کند. حداقل یک خط الراس منحنی مجدد در منطقه الگوی داخلی بین دو سازه حلقه وجود دارد که با کشیدن یک خط خیالی لمس یا برش داده می شود.
سه زیر گروه چرخش وجود دارد :
چرخش یا گرداب ساده (Plain whorl)
برجستگی های موجود در این حلقه ها چرخشی از یک مدار کامل با دو دلتا ایجاد می‌کنند و به همین دلیل به شکل دایره یا مارپیچ هستند. این ساده ترین شکل چرخش و همچنین رایج ترین آن است.
حلقه جیب مرکزی (Central pocket loop whorl)
این چرخش ها حداقل از یک خط الراس منحنی مجدد یا انسداد در زاویه سمت راست خط جریان با دو دلتا تشکیل شده است و اگر یک خط خیالی در این بین کشیده شود ، هیچ خط الراس منحنی مجدد در منطقه الگو لمس یا بریده نمی‌شود. این پشته های چرخشی یک مدار کامل ایجاد می کنند و ممکن است بیضی شکل ، دایره ای ، مارپیچی یا هر نوع دایره باشند.
چرخش تصادفی (Accidental whorl)
ترکیب الگوی اثر انگشت در چرخش تصادفی از دو نوع مشخص الگوهای مشتمل بر حداقل دو دلتا گرفته شده است. بنابراین حلقه های حاوی برجستگی‌هایی که با ویژگی های یک زیر گروه خاص چرخشی مطابقت دارند ، به عنوان چرخش های تصادفی نامیده می شوند.
انواع سنسور اثر انگشت
بر اساس فناوری‌های مختلف، سنسورهای مختلف اثر انگشت تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر یک از این سنسورها بر اساس عملکردشان می‌توانند کاربردهای متفاوتی داشته باشند. در ادامه با مهمترین سنسورهای اثر انگشت به طور مختصر آشنا می‌شویم :
1. سنسور خازنی
در سنسور یا اسکنر خازنی با انتقال الکتریسیته از یک خازن به سطح پوست، انگشت اسکن شده و اطلاعات آن اخذ می‌شود. هرچه فاصله انگشت با سنسور کمتر باشد، امکان انتقال نیرو میان خازن و پوست انگشت بیشتر است. سنسور خازنی، نقوش روی انگشت را مانند تپه و دره می‌بیند. برجستگی‌ها به خازن نزدیک‌ترند و فرورفتگی‌ها از آن دورند. بنابراین سنسور خازنی برجستگی‌ها و فرورفتگی‌های پوست دست را مانند نقطه‌های روشن و تاریک پیکسل‌ها می‌بیند و یک تصویر دو بعدی از آن اخذ کرده و ذخیره می‌کند. از این نوع حسگر در برخی از انواع دستگاه انگشتی استفاده می‌شود.
2. سنسور فراصوتی (ultrasonic)
سنسور اولتراسونیک تصویر سه بعدی (مشابه تصاویر سونوگرافی) از فرورفتگی و برآمدگی‌های انگشت انسان تهیه می‌کند و به همین دلیل نسبت به سنسور خازنی از دقت بالاتری برخوردار است. این سنسور می‌تواند بر روی فلز و شیشه نیز عملکرد دقیقی داشته باشد و در ضمن فاصله انگشت و سنسور نیز می‌تواند بیشتر باشد. به دلیل اسکن سه بعدی اثر انگشت سنسور اولتراسونیک، امکان جعل و دور زدن دستگاه بسیار کم است.
3. سنسور نوری (optical)
سنسور نوری یکی از پرکاربردترین انواع حسگر بر روی دستگاه ثبت اثر انگشت است. در این اسکنر نوری از داخل سنسور به انگشت انسان ساطع شده و توسط آن پستی و بلندی‌های پوست آشکار شده و اسکن می‌شود. سنسور نوری یکی از راهکارهای مقرون به صرفه و قابل اعتماد بوده و به دلیل پشتیبانی از سطوح وسیع، برای اسکن همزمان چندین اثر انگشت کارایی بهتری دارد. بر روی انواع دستگاه حضور غیاب اثر انگشتی معمولاً از این نوع سنسور استفاده می‌شود.
4. سنسور حرارتی
عملکرد این سنسور تا حدودی شبیه سنسور خازنی است. با این تفاوت که در این روش تغییرات حرارتی قسمت‌های پوست اندازه‌گیری و مبنای تشخیص قرار می‌گیرد. نقاط نزدیک‌تر (برجستگی‌ها) حرارت بیشتری نسبت به نقاط دورتر (فرورفتگی‌ها) ایجاد می‌کنند و به این صورت یک تصویر دو بعدی از سطح انگشت ایجاد می‌شود.
کاربرد اسکنر اثر انگشت
همانطور که عنوان شد، اثر انگشت به عنوان یکی از شناسه‌های پرکاربرد بیومتریک ، نقش مهمی در سیستم‌های احراز هویت مانند دستگاه ورود و خروج با اثر انگشت ایفا می‌کند. حسگرهای اثر انگشت به دو صورت به کار گرفته می‌شوند. در روش اول اسکنر اثر انگشت به صورت یک دستگاه جداگانه به کار گرفته می‌شود. در این روش اثر انگشت افراد توسط اسکنر خوانده و پردازش می‌شود و در نهایت داده‌های مورد نیاز برای نرم‌افزار یا سیستم مربوطه ارسال می‌گردد. نمونه بارز این مدل، اسکنر های اثر انگشت مورد استفاده در پیشخوان‌های ارائه خدمات الکترونیکی، مراکز دریافت عدم سوء پیشینه و سایر ادارات است.
اما اسکنرهای اثر انگشت بیشتر به صورت یک ماژول داخلی (Embedded) بر روی تجهیزات مختلف تعبیه شده و نقش قرائت‌گر را دارند. به طور مثال سنسور اثر انگشت تعبیه شده بر روی گوشی‌های هوشمند، دستگاه ثبت ورود و خروج با اثر انگشت، کنترل تردد و …
