Capteurs biométriques

Un aperçu des capteurs biométriques

Qu’est-ce qu’un capteur biométrique exactement ? Il existe sous de nombreuses formes et tailles différentes.

Le type de technologie de capteur utilisé avec les différentes modalités biométriques peut être très différent les uns des autres. Par exemple, avec la reconnaissance d’empreintes digitales, un capteur optique est utilisé et les systèmes de reconnaissance faciale utilisent des types spéciaux de caméras. Avec la reconnaissance des touches, le clavier de l'ordinateur lui-même est le capteur, et avec la reconnaissance vocale, des microphones spécialisés ou même un smartphone peuvent devenir le véritable capteur.

Un capteur biométrique peut être spécifiquement défini comme «… un matériel… qui convertit les entrées biométriques en un signal numérique et transmet ces informations au dispositif de traitement» (Source 1). Dans le monde de la biométrie, il existe deux types de capteurs :

• Capteurs stupides
• Capteurs intelligents

Au sein de ces deux groupes, il existe de nombreux types de technologies de numérisation :

• Scanners optiques
• Capteurs à semi-conducteurs
• Capteurs à ultrasons
• Capteurs différentiels de température
• Capteurs d'imagerie multispectrale
• Capteurs d'empreintes digitales sans contact
• Autres types de capteurs, notamment les caméras à dispositif à couplage de charge (CCD), les capteurs actifs et les capteurs passifs.

Scanners optiques

Il s’agit du capteur le plus couramment utilisé doté de la technologie de reconnaissance d’empreintes digitales par balayage en direct. Le scan en direct signifie simplement qu'un doigt avec un pouls est requis pour la vérification et/ou l'identification. Pour les applications utilisant la reconnaissance d'empreintes digitales, une platine est normalement utilisée.

Il est constitué d'un composite à base de verre et, depuis le dessous, une diode électroluminescente (DEL) est diffusée selon un angle vers le haut. Ceci est ensuite réfléchi sur un CCD. Un CCD est simplement une caméra capable de transposer la lumière en électrons.

Ainsi, lorsque le doigt est placé sur la platine, la lumière capture les crêtes de l'empreinte digitale dans le CCD. À ce stade, les crêtes apparaissent comme des lignes sombres, et les vallées et les verticilles apparaissent simplement comme des espaces blancs.

La technologie de détection optique présente un certain nombre d’avantages clés tels que :

• Faible coût
• Une résolution relativement élevée
• Forte capacité à prendre en compte divers changements de température.

Capteurs à semi-conducteurs

Ce type de technologie de capteur s'avère en effet être une très bonne alternative au scanner optique traditionnel et constitue le deuxième capteur le plus utilisé en matière de reconnaissance d'empreintes digitales. Cependant, plutôt que d'utiliser un CCD, les capteurs à semi-conducteurs utilisent un réseau d'électrodes pour capturer l'image des crêtes de l'empreinte digitale.

Un niveau de capacité est formé entre les crêtes de l'empreinte digitale et l'électrode. À partir de là, l’image brute de l’empreinte digitale est ensuite créée, à partir de laquelle les caractéristiques uniques peuvent être extraites.

Il existe également un autre type de capteur à semi-conducteurs appelé « capteur à balayage ». Celui-ci contient un très petit nombre d'électrodes, de sorte que le bout du doigt de l'individu doit être littéralement balayé de gauche à droite (ou même vice versa) pour capturer l'image complète de l'empreinte digitale.

La technologie de détection à semi-conducteurs présente trois avantages principaux :

• Un coût bien inférieur
• Très faible consommation d'énergie
• Une taille très miniature (il fonctionnera donc très bien pour une utilisation avec les smartphones et autres types d'appareils sans fil)

Capteurs à ultrasons

Ce type de technologie fonctionne à peu près de la même manière que les appareils à ultrasons utilisés dans les hôpitaux et les cabinets médicaux. À partir du capteur à ultrasons, des impulsions acoustiques sont envoyées à l'empreinte digitale, et un récepteur intégré au dispositif biométrique capture ensuite les impulsions acoustiques renvoyées. Il en résulte la création d’une image brute de l’empreinte digitale.

L’un des principaux avantages de la technologie par ultrasons est que la création réelle de l’image brute ne dépend d’aucun type de capture visuelle. Ainsi, il n’est pas sujet à la dégradation comme les capteurs optiques.

Capteurs différentiels de température

Cette forme de technologie de détection s'appuie sur les différences de pression pour créer l'image de l'empreinte digitale. Ainsi, des courants électriques sont créés puis transmis aux crêtes et aux vallées du bout des doigts. En conséquence, différentes intensités électriques sont créées. C’est ce qu’on appelle spécifiquement « l’effet piézoélectrique ».

Avec les capteurs différentiels de température, un matériau pyroélectrique est utilisé pour générer les différents niveaux de courant électrique. Ainsi, les différences de température du bout du doigt peuvent être mesurées.

Capteurs d'imagerie multispectrale

Comme son nom l’indique, la technologie d’imagerie multispectrale produit de nombreuses images brutes. Pour ce faire, différentes longueurs d'onde et différents niveaux de polarisation sont utilisés. Ceux-ci sont ensuite combinés en une seule image globale du trait physiologique.

Cette technologie particulière a été créée pour aider à compenser une faiblesse majeure de la technologie de détection optique. Autrement dit, s’il y a des objets intégrés dans le trait physiologique lui-même (comme le bout d’un doigt), cela pourrait également être capturé. En utilisant un capteur d’imagerie multispectral, ce problème est pratiquement inexistant.

Capteurs d'empreintes digitales sans contact

Encore une fois, comme son nom l’indique, il n’y a pas de contact ou d’interface direct requis par l’utilisateur final. Il existe trois types spécifiques de technologies sans contact :

Technologie basée sur la réflexion

Cela met en lumière le trait physiologique sous différents angles en utilisant un seul type de caméra. Dans ce cas (si la reconnaissance d’empreintes digitales est utilisée), les images des crêtes et des vallées sont capturées, contrairement aux capteurs à contact complet. L'un des principaux inconvénients de ce type de technologie de capteur est que l'utilisateur final doit garder son doigt absolument immobile. En outre, cette technologie doit être conforme aux meilleures pratiques et normes établies par le FBI.

Technologie basée sur la transmission

Une lumière rouge particulière est émise à travers le trait physiologique. Avec la reconnaissance des empreintes digitales, cette lumière est dirigée vers les côtés du doigt.

Technologie basée sur les trois dimensions

Avec cela, soit une modélisation paramétrique, soit des modèles non paramétriques sont utilisés. Avec le premier, les images brutes du trait physiologique sont projetées sur un modèle cylindrique. Dans ce dernier cas, des algorithmes mathématiques sont utilisés pour modéliser les caractéristiques uniques du trait physiologique. En conséquence, des détails beaucoup plus granulaires peuvent être capturés.

Autres types de capteurs

Il existe également d'autres types de technologies de capteurs disponibles, mais celles-ci sont principalement utilisées dans la reconnaissance faciale et les modalités biométriques basées sur le comportement. Ceci comprend:

CCD

Les dispositifs à couplage de charge (CCD) sont des caméras et peuvent produire des images du visage à partir d'une vidéo de surveillance. La sortie peut être en noir et blanc et même en couleur, et peut également fonctionner avec d'autres spectres de lumière, pas seulement ceux de la plage de la lumière visible. Avec les capteurs CCD, plusieurs images du visage sont prises en succession rapide, puis compilées en une seule image faciale à partir de laquelle les caractéristiques uniques peuvent être extraites.

Capteurs actifs

Avec ce type de technologie de capteur, un seul appareil photo est généralement utilisé pour prendre les différentes photos du visage. Une lumière spéciale est ensuite utilisée pour projeter un motif spécifique (comme un plan géométrique) sur le visage. Les différences capturées à partir de ce motif spécial permettent de construire une image 3D du visage.

Capteurs passifs

Avec cela, plusieurs caméras sont utilisées et les images 3D du visage sont ensuite construites grâce à un processus connu sous le nom de « triangulation ». Généralement, dans ces scénarios, deux caméras étalonnées sont utilisées pour prendre des photos du visage de gauche à droite, et vice versa.

Conclusion

Comme nous l'avons vu dans cet article, le capteur biométrique est au cœur de toute modalité. Étant donné qu’il s’agit d’un composant crucial, il est très important qu’il soit constamment surveillé pour déceler tout signe de dommage physique, de problème de saleté ou même de défaillance technologique. Le capteur doit être maintenu à un niveau de performance optimal 24 X 7 X 365.

La tendance est désormais à l’utilisation de capteurs sans contact avec toutes les modalités biométriques. Ceci est non seulement pratique du point de vue du déploiement pour l'entreprise ou la société, mais cela contribuera également à accroître considérablement l'acceptation par les utilisateurs, principalement en raison de problèmes liés à l'hygiène.

La technologie derrière les capteurs biométriques continue de croître à un rythme très rapide. Il existe un fort mouvement au sein de l’industrie de la biométrie pour les rendre aussi miniatures que possible afin qu’elles puissent être utilisées sur des appareils sans fil et des smartphones. En fait, Apple a déjà adopté l'utilisation de la reconnaissance d'empreintes digitales pour ses modèles iPhone 5 et ultérieurs.

Tout en bas de l’appareil, on peut remarquer un objet circulaire. Il s’agit en fait du capteur de reconnaissance d’empreintes digitales. Pour déployer cette technologie, Apple a racheté un important fabricant de capteurs biométriques connu sous le nom de « Authentic ». Apple a breveté cette technologie et prévoit de l'utiliser également dans ses autres appareils sans fil.

Source : 1. Certified Biometrics Learning System, Module 1, Biometrics Fundamentals, © 2010 IEEE, p. 1–28.