Un système d'analyse laser pour empreintes digitales

Dans le précédent article, nous avons évoqué les techniques de reconnaissance des empreintes digitales. Dans l’attente de la description d’un projet spécifique à réaliser vous-même, voyons ce qu’offre le marché, en décrivant un nouveau produit de la société SecuGen, que nous avons eu le plaisir d’essayer et d’apprécier.


A peine avons nous commencé à parler autour de nous d’un projet concernant la capture et la comparaison des empreintes digitales, que nous avons vu, chez nos différents interlocuteurs, un intérêt grandissant pour cette technique.
Nous sommes donc en train de travailler avec les principaux capteurs, afin de mettre au point un montage professionnel à proposer à nos lecteurs.
En attendant, nous avons trouvé intéressant de vous décrire le système FDA01A, de la société SecuGen, dont nous avons pu disposer et qui est disponible. Ce système existe également sous les déclinaisons FDP01 pour les liaisons parallèles et FDU01 pour les liaisons USB.
Bien que la technologie qu’il emploie soit appelée à disparaître, principalement en raison des contraintes de propreté, il est extrêmement intéressant pour se former et son prix reste abordable.

Le système de capture d’empreintes digitales
Il s’agit d’un système “standalone”, pouvant être interfacé avec un ordinateur, capable de détecter et de mémoriser jusqu’à plus de 4000 empreintes digitales différentes.
Il est disponible avec un logiciel adapté à la gestion des données sous Windows.
Avant d’analyser les éléments les plus importants, rappelons rapidement la technique et les principes de l’analyse des empreintes digitales.
Il s’agit d’une technique à la base de la biométrie, cette branche de la science qui s’occupe de l’identification des individus, par l’intermédiaire de leurs paramètres biologiques les plus invariables, comme la voix, les empreintes digitales, la coloration de l’iris de l’oeil et les traits du visage.
L’identification des sujets à l’aide de ses deux derniers paramètres est très difficile et laborieuse. C’est la raison pour laquelle, jusqu’à présent, les appareils adaptés à ce type d’identification se sont peu développés et encore moins diffusés.
Par contre, surtout dans le champ de la capture et de la comparaison des empreintes digitales, la technique a fait des pas de géant, car ce type d’analyse donne des résultats pratiquement infaillibles.
La structure des parties molle du bout des doigts, reste toujours la même au fils des années.
Du reste, les empreintes ont toujours été la méthode la plus utilisée pour déterminer la présence ou le passage d’une personne et pour l’identifier avec certitude, même et surtout, en milieu judiciaire.
Les experts analysent un certain nombre de traits et de points de l’empreinte digitale pour l’attribuer à une personne ou pour la comparer avec une empreinte mémorisée. Pour cela, ils utilisent une technique d’évaluation basée sur 5 particularités (bifurcations, divergences, lignes courtes, protubérances et points).
Pour identifier avec certitude un individu, il suffit que l’empreinte prélevée coïncide, sur 16 ou 17 particularités, avec celle prise sur le sujet lui-même ou stockée en mémoire.
Un mécanisme analogue est utilisé par les programmes fournis avec les systèmes d’identification disponibles dans le commerce.

Figure 1: Le système de reconnaissance SecuGen est composé d’un petit scanner à laser, raccordé à une unité de base de traitement par l’intermédiaire d’un câble à 9 conducteurs (voir le connecteur 9 broches à gauche). Cette dernière est une platine assez complexe, basée sur un processeur ARM Intel. L’unité fonctionne en “Stand-Alone”, en fait, elle mémorise les données des empreintes capturées et les compare durant l’identification. La version que nous avons testée est la FDA01A, qui peut mémoriser jusqu’à 640 empreintes digitales.

Le capteur, son électronique et sa liaison au PC
Le produit de la société SecuGen, évoqué dans ces pages, utilise la technique optique et dispose d’un petit scanner à LED capable d’analyser et de faire traiter par le programme, des images très précises.
Le programme, outre assurer la gestion de l’algorithme biométrique, permet également de corriger d’éventuelles imprécisions ou défauts.
En ce qui concerne les imprécisions, nous voulons dire par là, l’appui du doigt dans une position différente de celle durant laquelle a été faite l’acquisition de l’empreinte ou bien, le défaut engendré par les lignes de graisse (celles imperceptibles qui revêtent l’épiderme), laissée sur la vitre du scanner lors d’une précédente lecture.
Si cela était le cas, après chaque comparaison, il conviendrait de nettoyer les empreintes laissées par le doigt appuyé à chaque essai.
Du point de vue technique, le capteur est constitué d’un petit scanner à laser, dont la fenêtre mesure 14 x 17 mm. Il est monté dans un boîtier en forme de colonne (voir photo en début d’article), qui contient également l’électronique nécessaire.
Une petite carte (voir figure 1) est connectée au scanner par l’intermédiaire d’un câble à 9 conducteurs (figure 1, côté gauche) et à l’ordinateur par un câble série (figure 1 connecteur à gauche, en haut).
Bien qu’elle soit de petites dimensions, cette carte est très puissance, car elle est basée sur un processeur ARM Intel, un RISC à 32 bits. Ce dernier permet le traitement des données prélevées du scanner, gère le transfert éventuel dans la mémoire embarqué (une EPROM Flash) à des fins de comparaison avec les empreintes mémorisées et assure le dialogue avec l’ordinateur, par l’intermédiaire du port sériel dont la carte est équipée.
L’unité fonctionne en “Stand-Alone”.
En fait, le PC et le programme servent seulement pour calibrer le dispositif et pour activer les commandes possibles.
La carte fait tout elle-même, les données des empreintes relevées sont conservées dans sa propre mémoire, la comparaison (durant l’identification) est effectuée par le processeur RISC et même les différents réglages concernant le contraste, la définition et les autres paramètres fonctionnels demeurent dans la mémoire flash.
La SecuGen est déclinée en différentes versions, qui se distinguent par l’interface, la quantité de données pouvant être stockées et l’alimentation.
Le modèle que nous avons essayé, est le modèle FDA01A, qui peut mémoriser 640 empreintes digitales (la version étendue FDA01E peut en traiter 4400), dispose d’une interface sérielle RS232-C et fonctionne en 5 volts (il consomme 330 mA + 110 mA du scanner).
Le capteur est, comme nous l’avons déjà fait remarquer, un petit scanner avec un illuminateur à diodes LED rouges, capable d’une résolution de 450 dpi et d’une scrutation en moins d’une seconde.
Chaque scrutation est codée et constitue un train de 400 octets, qui est envoyé à l’unité de traitement.



Le programme de gestion
Le programme est fourni sur un CDROM et s’installe facilement sous un système d’exploitation Windows 95/98/NT (voir figure 2).
Le groupe de programmes est créé et contient deux voies : en cliquant sur la première, on active le programme de gestion proprement dit, par contre, si on clique sur la seconde, on effectue le download (chargement), donc la lecture de l’EPROM Flash de la carte de contrôle.
Une fois le programme ouvert, apparaît une première boîte de dialogue qui permet de choisir le port série utilisé et la vitesse de communication (les valeurs par défaut étant COM2 et 9600 bauds).
Lorsque le port et la vitesse sont sélectionnés, on confirme et on accède ainsi à l’écran principal, qui regroupe les commandes pour la configuration et pour l’utilisation normale.
A partir de là, il est possible de mémoriser une empreinte digitale venant d’être capturée en lui assignant un numéro (User ID), de la comparer avec d’autres empreintes déjà mémorisées, de voir à laquelle elle correspond, d’éditer les archives des empreintes et de configurer les paramètres de scrutation.
Pour éviter des confusions, nous précisons que toutes les procédures de scrutation sont évidemment effectuées avec le même doigt de la même main.
Il convient donc de fixer une convention qui peut être celle utilisée dans les documents d’identité.
On capture et on compare toujours et seulement l’empreinte de l’index de la main gauche.
Si on compare une empreinte digitale et que l’on utilise un doigt différent de celui avec lequel la mémorisation a été effectuée, la comparaison n’aboutira évidemment pas !
L’écran principal de commande (voir figure 3) est subdivisé en trois parties : deux rectangles en haut et un en bas.
En haut à gauche (Fingerprint Operation), se trouvent les commandes d’utilisation et la case pour indiquer l’identification de l’empreinte en examen, par contre à droite (Fingerprint Configuration) est représenté le rectangle de configuration.
En bas (Opération Result), une case indique le résultat de l’opération demandée.
Procédons dans l’ordre et voyons, premièrement, le rectangle de droite “Fingerprint Configuration”. Avec la touche “Capture”, on procède à la scrutation et, de manière analogue à ce qui se passe pour les scanners à plat, l’empreinte apparaît dans le rectangle blanc au-dessus.
A ce moment, il est possible de sauvegarder l’empreinte ou de procéder à une nouvelle acquisition.
La touche “Config” sert à personnaliser les paramètres de la scrutation ou bien le contraste ou la luminosité, etc. (voir figure 4).
En particulier, “Gain”, sert pour… le gain ! Et plus le nombre est élevé, plus grands sont la définition et le contraste de l’image.
“Brightness” est la luminosité, “Security Level” est la tolérance dans la vérification.
A ce propos, il faut préciser que les deux premiers paramètres concernent l’extraction de l’image et sa qualité, le troisième sert seulement pour les fonctions de comparaison (Identify) et de vérification (Verify) d’une empreinte.
Dans la pratique, “Normal” indique un degré de sécurité acceptable, qui permet d’appuyer le doigt avec une certaine liberté, dans une position légèrement différente, avec plus ou moins d’inclinaison au moment de l’acquisition.
Voyons à présent les fonctions d’utilisation normale, partant de “Verify”, qui permet la vérification d’une empreinte digitale déjà mémorisée, donc, la comparaison de cette dernière avec celle du doigt appuyé sur la surface vitrée du scanner.
Pour vérifier une empreinte, il faut que le numéro d’identification, assigné durant la phase de mémorisation se trouve dans la case “User ID”. Il faut ensuite cliquer sur le bouton “Verify”. Après la demande à l’écran ou lorsque le scanner clignote, il faut appuyer le doigt sur la surface de scan.
Si l’empreinte scrutée correspond au numéro d’identification de celle qui est dans la mémoire, elle est reconnue valide. Dans la partie basse de l’écran “Operation Result” apparaît alors le message “Fingerprint corresponding”.
Une fonction tout aussi importante est “Identify”. Elle aussi consiste dans l’analyse de l’empreinte du doigt appuyé sur le scanner à ce moment là.
Toutefois, à la différence de “Verify” (qui consiste en la vérification de l’empreinte du doigt appuyé sur le scanner avec le numéro d’ID indiqué…) dans “Identify”, l’ordinateur cherche à identifier effectivement l’empreinte digitale posée sur la surface de scan. S’il la reconnaît, il dit à quel numéro elle correspond en indiquant le résultat dans la case “Operation Result”. Par exemple, “The fingerprint was identified as ‘1111’…”.
Par contre, dans le cas contraire, il avertit que l’empreinte ne coïncide avec aucune des empreintes mémorisées (Fingerprint no match…).
Un détail important pour les opérations de vérification, concerne le “comment” et le “quand” appuyer le doigt sur la surface de scan.
Pour toutes les opérations décrites jusqu’à présent, il est nécessaire d’observer l’écran du PC, donc, d’appuyer le doigt lorsque la demande en est faite à l’écran ou bien chaque fois que les LED rouges du scanner clignotent.
En particulier, dans la mémorisation (Register), même si l’image a déjà été capturée avec “Capture”, le programme demande de répéter l’acquisition de l’empreinte.
Après avoir écrit le numéro à assigner (dans la case ID) et avoir cliqué sur “Register”, il faut encore cliquer sur le bouton “Capture” de la petite boîte de dialogue apparaissant au centre de l’écran (voir figure 5a), appuyer le doigt sur la surface de scan, puis attendre l’apparition du bouton “Confirm” (voir figure 5b).
A ce moment, il faut éloigner le doigt, cliquer sur Confirm et appuyer de nouveau le doigt sur la surface de scan.
Attention, le fait de laisser le doigt au lieu de le retirer et de l’appuyer de nouveau, provoque une erreur de mémorisation et le système génère alors, dans la case “Opération Results”, le message “Enrolling a new user fails…” (erreur d’enregistrement utilisateur).

Figure 2: Le programme est fourni sur CD-ROM et s’installe facilement sous Windows 95/98/NT.

Figure 3 : Voici l’écran principal du programme de gestion du système FDA01, qui est divisé en trois parties : deux rectangles en haut et un en bas. En haut à gauche, se trouvent les commandes d’utilisation et la case pour indiquer l’identifiant d’une empreinte en examen. À droite, est placé le rectangle d’acquisition. En bas, une nouvelle case indique le résultat de l’opération demandée.

Figure 4 : Sur cette figure, l’écran de configuration, dans lequel il est possible de personnaliser les paramètres de la scrutation, le contraste, la luminosité, etc.
En ce qui concerne le gain, plus le nombre indiqué est élevé, plus grands sont la définition et le contraste des images. “Brightness” est la luminosité, “Security Level” est la tolérance dans la vérification.


Figure 5a.


Figure 5b.

Figure 5: Il est important de noter que l’opération de mémorisation d’une nouvelle empreinte (Register) et toujours constituée par deux scrutations successives.
Après la sélection de la commande “Register”, il convient de cliquer sur “Capture” de la boîte de dialogue qui apparaît au centre de l’écran (5a), appuyer le doigt, puis attendre l’apparition du bouton “Confirm”: à ce moment, il faut éloigner le doigt, cliquer sur “Confirm” (5b) et appuyer de nouveau le doigt.


Figure 6 : L’électronique du scanner vue sous un autre angle.

Gestion de la base de données
Cela dit, nous pouvons évoquer brièvement les fonctions d’édition de la “Data base” (base de données), en fait, des empreintes en mémoire.
Avec la touche “Delete”, on efface une empreinte, avec “Change” on change l’ID et avec “Delete All”, on met à zéro la section de Flash-Eprom réservée aux images déjà acquises.
“Delete” élimine les données relatives à l’empreinte dont le numéro d’identification coïncide avec celui indiqué dans la case “User ID”.
La commande “Change”, change l’identifiant de l’empreinte dont le numéro est inscrit dans la case “User ID” et demande de spécifier le nouveau numéro avec lequel il faut l’identifier.
La commande “Delete All” doit être utilisée avec prudence. En effet, elle permet d’effacer la totalité des empreintes en mémoire. Si vous en étiez à 600 empreintes : bonjour les dégâts ! (la revue ne vend aucune arme, ni médicaments et a mis des barreaux aux fenêtres des étages !)
Pour de plus amples informations sur ce produit, vous pouvez consulter l’adresse internet suivante : “www.secugen.com”.

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