Tecnologia biometrica per applicazioni embedded

BIOMETRIA –

La tecnologia biometrica è ormai matura e le sue applicazioni saranno limitate solo dalla nostra immaginazione, diventando di conseguenza sempre più pervasiva man mano che i sistemi embedded e deeply embedded saranno sempre più diffusi.

I primi dispositivo biometrici per applicazioni embedded sono stati i sensori di impronta digitale presentati una decina di anni fa (Siemens, ora Infineon, aveva introdotto un sensore FingerTIP che poteva essere integrato direttamente su una scheda di elaborazione per applicazioni embedded, mentre STMicroelectronics aveva sviluppato il sensore TouchChip). Questi erano dispositivi di cattura allo stato solido che utilizzavano svariate tecnologie di cattura delle immagini alternative ai troppo costosi e ingombranti dispositivi a scansione ottica. Con l'introduzione di tali dispositivi allo stato solido si è capito che la tecnologia biometrica era matura per le applicazioni embedded. Da quel momento la tecnologia biometrica per le applicazioni embedded si è sviluppata ad ampio spettro, così, oltre ai sensori di impronta digitale, sono state sviluppate altre tecnologie biometriche per la mano, per il volto e per la retina, facilmente integrabili in applicazioni embedded.

Cosa è la biometrica
Biometrica significa misura delle caratteristiche biologiche degli esseri viventi, in particolare l'uomo. In realtà la biometrica, intesa come tecnologia per l'identificazione e il riconoscimento univoco delle persone, è la misura di qualsiasi caratteristica unica dell'individuo che possa essere misurabile e quindi utilizzabile per identificarlo o riconoscerlo rispetto a tutti i suoi simili. La biometrica quindi considera, oltre a caratteristiche strettamente biologiche, come per esempio l'impronta digitale o la retina, anche caratteristiche comportamentali come per esempio il modo di parlare oppure il modo di scrivere. Ovviamente, il successo di una tecnologia biometrica rispetto a un'altra sta soprattutto nella economicità e nella facilità di embedding del dispositivo di cattura della caratteristica biometrica. La maggiore o minore complessità dell'informazione catturata gioca invece un ruolo importante relativamente alla complessità del sistema di computing necessario ad eseguire gli algoritmi di estrazione e di confronto delle caratteristiche biometriche.
Le due principali categorie di tecnologie biometriche sono:
Comportamentali: riconoscimento del parlatore; riconoscimento della scrittura; riconoscimento della digitazione su tastiera.
Fisica: misura geometrica del corpo; impronta digitale; riconoscimento della faccia; riconoscimento della disposizione delle vene; scansione della retina; geometria della mano; scansione dell'iride.

La biometrica comunque non si limita alla problematica dell'identificazione, ma a qualsiasi problematica che possa utilizzare una caratteristica dell'individuo allo scopo di realizzare un'applicazione. Per esempio, la biometrica ha consentito di realizzare applicazioni che permettono di misurare l'attività lavorativa in termini di tempo e attenzione. Per esempio, al posto del classico marcatore di cartellino che misura solo il tempo di presenza e non di effettiva attività, il marcatore biometrico misura il tempo di lavoro relazionato al grado di attenzione prestato dal lavoratore per l'attività cui è dedicato.
Le applicazioni della tecnologia biometrica sono limitate solo dalla fantasia dello sviluppatore e, oltre a riguardare le ovvie esigenze di controllo sicuro degli accessi, possono riguardare innumerevoli applicazioni in cui la caratteristica biometrica (biologica o comportamentale) consente di legare il sistema embedded in maniera unica all'individuo che lo possiede.

Le applicazioni embedded
Il controllo degli accessi è una delle principali applicazioni embedded della tecnologia biometrica. Le finalità possono essere molteplici tra cui la più importante è quella dell'abilitazione all'accesso delle persone e quello di tenere traccia delle persone che entrano ed escono. La cattura dell'impronta digitale e la sua elaborazione è la tecnologia biometrica più ricorrente per il controllo degli accessi. Più recentemente, la disponibilità di tecnologia biometrica a basso costo per la scansione dell'iride, per la scansione della mano e del volto, hanno consentito di realizzare applicazioni embedded di controllo accessi che offrono per esempio il vantaggio di non richiedere la collaborazione della persona.
Le applicazioni embedded più interessanti sono comunque quelle di natura consumer, l'apertura e chiusura delle porte, per esempio. L'impronta digitale è in questo caso la tecnologia biometrica più utilizzata nella realizzazione di serrature biometriche che offrono enormi vantaggi operativi soprattutto in contesti ove è necessario gestire il servizio delle chiavi di accesso. Le modalità implementative sono molto semplici e anche quelle operative (aggiungere o rimuovere un'impronta è molto più rapido che cambiare una serratura). Per le serrature elettroniche offre specifici vantaggi la tecnologia biometrica dell'impronta vocale. Il riconoscimento dell'impronta vocale combina il vantaggio dell'economicità del sensore biometrico (microfono) con la possibilità di utilizzare l'informazione semantica (password) e non implica contatto fisico con il dispositivo di accesso. La sicurezza è un altro importante campo applicativo, di cui le armi sono uno degli obiettivi più importanti, per evitare incidenti o uso illecito. L'impronta digitale in queste applicazioni è la soluzione più efficace in quanto le armi vanno impugnate, quindi portano automaticamente interagire con l'impronta digitale. Un esempio emblematico di applicazione embedded che ha trovato nella tecnologia biometrica la soluzione migliore è la realizzazione di flash drive sicure. L'uso dell'impronta digitale per abilitare in lettura e scrittura queste memorie rimovibili, quali le memorie flash Usb, è particolarmente efficace in quanto basta un tocco di dita per attivare il dispositivo in maniera immediata, e allo stesso tempo e una garanzia di sicurezza contro l'accesso illecito da parte di estranei in conseguenza di smarrimento o furto del dispositivo.

I sensori di impronta digitale
I sensori di impronta digitale sono alla base delle maggior parte delle applicazioni biometriche grazie alla ormai consolidata tecnologia che caratterizza questi dispositivi allo stato solido. Questi sono disponibili in due formati di package che consentono di ottimizzare l'applicazione in termini dimensionali e funzionali: il formato a matrice e il formato a scansione. Il formato a matrice permette di catturare in una matrice di pixel l'immagine dell'impronta digitale del dito appoggiato su una superficie di cattura rettangolare di circa 1,5 x 1,2 cm. Questo formato richiede solo di appoggiare il dito sulla superficie di scansione.
Il formato a scansione (sweep) permette invece di catturare l'immagine dell'impronta digitale come sequenza di scansioni monodimensionali (righe) che poi vengono ricostruite in un'immagine bidimensionale attraverso un firmware di base che accompagna il sensore. Questo formato richiede di far scorrere il dito per consentire al sensore di catturare la successione di righe per la conseguente ricostruzione della matrice di pixel dell'impronta digitale. Il sensore di impronta digitale AT77 di Atmel è un sensore a singolo chip a sweep che non richiede ottica per il suo funzionamento. Il principio di funzionamento è termico, quindi rileva a scansione la variazione di temperatura della superficie del dito quando questo viene fatto scorrere sull'array monodimensionale di sensori termici. La sequenza di scansioni ottenute viene ricostruita in una singola immagine a 8 bit tramite il software (proprietario) che Atmel mette a disposizione. Il chip include sia la superficie di scansione, sia l'elettronica necessaria a integrare questo dispositivo sulla scheda che ospita l'applicazione. Le sue piccole dimensioni (1,64 x 17,46 mm) sono legate a quella dell'area di scansione (0,4 x 14 mm), e lo rendono particolarmente idoneo per applicazioni che dispongono di scarsa superficie per ospitare il sensore. Fujitsu ha realizzato l'MBF200, un sensore di impronta digitale in formato a matrice bidimensionale con cui l'immagine dell'impronta digitale viene catturata sotto forma di matrice di pixel da 256 colonne per 300 righe, tramite un array di elettrodi, ognuno dei quali agisce come un'armatura di condensatore mentre la superficie del dito agisce come seconda armatura. In questo caso l'immagine bidimensionale dell'impronta digitale viene catturata in parallelo, quindi non è necessario uno specifico firmware per la ricostruzione dell'immagine, come nel caso dei sensori di impronta digitale a sweep. La dimensione è di 12,6 x 15 mm, è maggiore di quella dei sensori di impronta digitale a sweep, ma in questo caso, integrando il sensore su una board di superficie leggermente superiore (33,1 x 28 mm) Fujitsu ha ottenuto un formato embedded (SPF200-USB) con l'elettronica che consente la connessione diretta Usb al sistema finale, oltre ad eseguire tutte le necessarie funzioni per l'applicazione biometrica (cattura le immagini con un framing di 13 immagini da 256 x 300 pixel a 8 bit al secondo, le analizza e le confronta con quelle registrate).

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