Reconocimiento de Huella Dactilar

Huella dactilar
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Concepto:La huella dactilar es una característica física única que distingue a todos los seres humanos y la ciencia que se encarga de su estudio se conoce como Dactiloscopia, que viene de los vocablos griegos daktilos (dedos) y skopein (examen o estudio).

Reconocimiento de huella dactilar es el método de identificación biométrica.

Reconocimiento de Huella Dactilar

El reconocimiento de huella dactilar es el método de identificación biométrica por excelencia debido a que es fácil de adquirir, fácil de usar y por ende goza de gran aceptación por parte de los usuarios. El uso de huellas dactilares para establecer la identidad de una persona tuvo su origen a mediados del siglo XIX, siendo pionero en esta área sir William Herschel.

La huella dactilar es una característica física única que distingue a todos los seres humanos y la ciencia que se encarga de su estudio se conoce como Dactiloscopia, que viene de los vocablos griegos daktilos (dedos) y skopein (examen o estudio). Este nombre fue inventado por el doctor Francisco Latzina en sustitución al dado en 1892 por Sir Francis Galtón (Icnofalangometría).

Historia

El uso práctico de huellas dactilares como método de identificación de individuos ha sido utilizado desde finales del siglo XIX cuando Sir Francis Galton definió algunos de los puntos o características desde las cuales las huellas dactilares podían ser identificadas.

Estos "puntos Galton" son la base para la ciencia de identificación por huella dactilar, la cual se ha expandido y efectuado una transición en el pasado siglo. La identificación por huella digital comienza su transición a la automatización a finales de los años 60 junto con la aparición de las tecnologías de computación. Con la llegada de las computadoras, un subconjunto de los puntos Galton, de aquí en más minucias (rasgos específicos), ha sido utilizado para desarrollar la tecnología de reconocimiento automatizado de huellas dactilares.

En 1969, hubo un empuje mayor por parte del Buró Federal de Investigaciones (FBI) para desarrollar un sistema para automatizar sus procesos de identificación por huellas dactilares, el cual rápidamente se había vuelto abrumador y requería de muchas horas hombre para el proceso manual. El FBI contrato al Buró Nacional de Estándares (NBS), ahora Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), para estudiar el proceso automatización de la clasificación, búsqueda y concordancia de las huellas dactilares. El NIST identifico dos cambios clave:

  • Escanear las tarjetas con huellas dactilares y extraer las minucias de cada huella y
  • Buscar, comparar y combinar las listas de minucias contra grandes repositorios de huellas dactilares.

En 1975, El FBI fundo el desarrollo de escáneres de huella dactilar para clasificadores automatizados y tecnología de extracción de minucias, lo cual condujo al desarrollo de un lector prototipo. Este primer lector usaba técnicas capacitivas para recoger las minucias. En ese momento solo los datos biográficos de los individuos, la clasificación de los datos de huellas dactilares y las minucias eran almacenados a causa de que el costo de almacenamiento de las imágenes digitales de las huellas dactilares era prohibitivo.

Durante las pocas próximas décadas, el NIST se enfocó y condujo a desarrollos en los métodos automáticos para digitalizar las huellas dactilares en tinta y los efectos de compresión de imagen en la calidad de la imagen, la clasificación, extracción de minucias, y concordancia. EL trabajo del NIST Condujo el desarrollo del algoritmo M40, el primer algoritmo operacional utilizado en el FBI para estrechar la búsqueda de humanos. Los resultados producidos por el algoritmo M40 fueron provistos a técnicos humanos entrenados y especializados quienes evaluaron el significantemente más pequeño grupo de imágenes candidatas.

La tecnología de huellas dactilares disponible continuó mejorando y para el año 1981, cinco sistemas automatizados de identificación por huella dactilar fueron desplegados. Varios sistemas estatales en los Estados Unidos y otros países habían implementado sus propios sistemas autónomos, desarrollados por un número de diferentes proveedores. Durante esta evolución, la comunicación y el intercambio de información entre sistemas fueron pasados por alto, significando que una huella digital recogida con un sistema no podía ser buscado en otro sistema. Estos descuidos llevaron a la necesidad y al desarrollo de estándares para huellas digitales.

Conforme a la necesidad de un sistema de identificación integrado en la comunidad de la justicia criminal de los Estados Unidos se volvió rápidamente evidente, la próxima fase en la automatización de huellas dactilares ocurrió al finalizar la competencia de sistemas automatizados de identificación de huellas dactilares (Automated Fingerprint Identification System, IAFIS). La competencia identificó e investigó tres desafíos principales:

  • Adquisición de huellas dactilares digitales.
  • Extracción de características de crestas locales.
  • Concordancia de patrones de características de crestas.

Los sistemas modelo demostrados fueron evaluados en base a requerimientos de rendimiento específicos. Lockheed Martin fue seleccionado para construir el segmento AFIS del proyecto IAFIS del FBI y los componentes principales de IAFIS estuvieron operacionales para 1999.

También en este plazo, los productos comerciales de verificación de huellas dactilares comenzaron a aparecer para varios controles de acceso, para logeo, y para beneficio de las funciones de verificación.

Sistemas dactiloscópicos principios fundamentales

  • Perennidad: Gracias al fisiólogo checo Juan Evangelista Purkinje se sabe que las huellas dactilares se manifiestan a partir del sexto mes del desarrollo del embrión y que están presentes a lo largo de toda la vida de los seres humanos y hasta la descomposición del cadáver.
  • Inmutabilidad: Las huellas dactilares no se ven afectadas en sus características por el desarrollo físico de los individuos ni por enfermedades de ningún tipo y en caso de que llegase a presentarse un desgaste involuntario (por ejemplo una herida o quemadura), el tejido epidérmico que la conforma es capaz de regenerase tomando su forma original en un periodo de 15 días.
  • Diversidad Infinita: Las huellas dactilares son únicas e irrepetibles, cada ser humano posee huellas dactilares con características individuales. Es un error común pensar que los gemelos idénticos no cumplen con este principio, sin embargo las huellas dactilares no se desarrollan debido a un proceso genético sino a un proceso aleatorio por lo que no existe ningún tipo de correlación entre gemelos idénticos o individuos de una misma familia.

Rugosidades en la huella

A simple vista toda persona puede observar que la piel no es enteramente lisa o uniforme, sino que está cubierta de rugosidades, protuberancias y depresiones en la dermis, a continuación se describen estas:

  • Papilas: Son las pequeñas protuberancias que nacen en la dermis y sobresalen completamente en la epidermis, sus formas son muy variadas; unas son cónicas, otras hemisféricas y otras piramidales o simulando verrugas. El número de papilas agrupadas en cada milímetro cuadrado se calcula que es de 36 y su tamaño es de 55 a 225 milésimo de milímetro de altura.
  • Crestas: Las crestas son los bordes sobresalientes de la piel que están formados por una sucesión de papilas, estos bordes siguen las sinuosidades de los surcos en todas direcciones y forman una infinidad de figuras en las yemas de los dedos, son más amplios en su base que en la cúspide, dan el aspecto de una montaña en miniatura y reciben el nombre de crestas papilares.
  • Surcos: Se les da el nombre de surcos a los espacios hundidos los que se encuentran entre papila y papila. También se les conoce con el nombre de surcos interpapilares debido a que al entintar los dedos, la tinta no cubre completamente las yemas, por ello al hacer la impresión de las huellas sobre cualquier superficie plana quedan espacios en blanco.
  • Poros: Los poros son los pequeños orificios que se encuentran situados en la cúspide de las crestas papilares o cerca de su vértice, tienen la función de segregar el sudor. Estos poros tienen diferentes formas que pueden ser circulares, ovoidales, triangulares, etc.

Clasificación de los dactilogramas

Los dibujos o figuras formadas por las crestas papilares reciben el nombre de dactilogramas palabra que deriva de los vocablos griegos; daktylos (dedos) y grammas (escrito). Se denominan dactilogramas papilares si provienen de los dedos de la mano, plantares si provienen de la planta del pie y palmares cuando provienen de la palma de la mano.

  • Dactilograma natural: es el que está en la yema del dedo, formado por las crestas papilares de forma natural.
  • Dactilograma artificial: es el dibujo que aparece como resultado al entintar un dactilograma natural e imprimirlo en una zona idónea.
  • Dactilograma latente: es la huella dejada por cualquier dactilograma natural al tocar un objeto o superficie. Este dactilograma queda marcado, pero es invisible. Para su revelación requiere la aplicación de un reactivo adecuado.

De igual forma un dactilograma se puede dividir en tres partes que se conocen como: sistemas dactilares los cuales son el Sistema basilar, el Sistema marginal y el Sistema nuclear. Todos los dactilogramas coinciden en el hecho de que las crestas papilares no describen formas aleatorias, sino que se agrupan hasta llegar a constituir sistemas definidos por la uniformidad de su orientación y figura. Se pueden distinguir cuatro grupos o clases distintas de configuraciones dérmicas según la denominada Clasificación de Henry , pero antes debemos estudiar dos singularidades presentes en algunas huellas denominadas Núcleo (Core) y Delta.

Clasificación según Henry

  • Arco: Este dactilograma es uno de los tipos fundamentales, carece de puntos delta y de núcleo. Se caracteriza porque en un comienzo las crestas son casi rectas y paulatinamente se van arqueando para dar forma aproximada de medio círculo.
  • Presillas Internas: Se caracterizan porque las crestas que forman su núcleo nacen en el costado izquierdo del dibujo y hacen su recorrido a la derecha, para luego dar vuelta sobre sí mismas y regresar al mismo punto de partida. Cuentan con un punto Delta.
  • Presillas Externas: Al igual que las presillas Internas, cuentan con un punto Delta, pero éste se ubica del lado izquierdo del observador. Las crestas papilares que forman el núcleo nacen a la derecha y su recorrido es a la izquierda para dar vuelta sobre sí mismas y regresar al mismo punto de partida.
  • Verticilo: Se denomina verticilo debido a que sus dibujos en muchos casos son similares a las flores; su característica más importante es que cuenta con dos puntos Delta, uno del lado derecho y otro del lado izquierdo, su núcleo puede adoptar formas circulares, elípticas y espirales. Se pueden encontrar verticilos con tres deltas llamados también trideltos, aunque esto sucede con poca frecuencia.

Adquisición de Huella Dactilar

Existen dos métodos de adquisición de huellas dactilares: método off-line y el método on-line. El primer método obtiene la huella digitalizada con una resolución espacial de 500dpi (dots per inch: puntos por pulgada) y a 256 niveles de profundidad de gris, esto según recomendaciones del FBI mediante el escaneo de una huella impresa en papel obtenido a partir de la operación tradicional de calcado del dedo tintado sobre papel satinado. Esta metodología de funcionamiento requiere de un costo importante de tiempo y es la que suele usarse en aplicaciones criminalistas. En cambio el segundo método se realiza en tiempo real mediante el escaneo directo de la huella a través del uso de escáneres tipo inkless. Esta metodología es la que frecuentemente se utiliza en aplicaciones civiles.

Luego de la captura de la huella

Se realizará una valoración cualitativa de la misma, el resultado de la cual será:

  • Huella apta para ser procesada.
  • Huella recuperable mediante técnicas de preprocesado digital de imagen.
  • Huella inutilizable para debido a la baja calidad de la adquisición.

Procesamiento de la Huella dactilar

Los pasos para el procesamiento de la huella dactilar por un sistema automatizado de identificación de impresiones dactilares son:

  • Mejora de la Imagen: Este proceso consiste en eliminar las zonas confusas de la imagen original (ruido) dejando sólo zonas con información de máxima fiabilidad.
  • Binarización: El objetivo de esta etapa es pasar la imagen original en tonos de gris a blanco y negro, reconstruyendo posibles cortes y mejorando la calidad global de la imagen.
  • Adelgazamiento: Con este proceso todas las crestas de las líneas dactilares tienen el mismo grosor (1 píxel), haciendo que los puntos característicos de la huella dactilar se puedan identificar con más facilidad.
  • Extracción de puntos característicos: A partir de la imagen adelgazada y el sistema es capaz de detectar y extraer la posición exacta de los puntos característicos.

Puntos Característicos de una Huella

  • Construcción de un índice o vector: Este es el proceso final que mediante algoritmos matemáticos completa la creación de un índice matemático, el cual constituye la esencia de la huella dactilar analizada, según las características consideradas, almacenándolo en forma de fichero (este fichero ocupa aproximadamente 300 bytes).
  • Identificación y Verificación: Una vez que se tienen el índice o vector de muchas huellas, el sistema es capaz de realizar búsquedas 1:1 para verificar la identidad de una persona ó 1:N para identificarla.

La extracción de puntos característicos es por lo tanto el proceso final que completa la obtención de la plantilla de la huella o patrón biométrico dactilar. La cantidad mínima de puntos característicos necesarios para proceder a comparaciones eficaces entre imágenes dactilares es de 15. La extracción de puntos característicos es un área en la que la investigación es continua.

Perspectiva de los estándares

En los niveles actuales nacionales e internacionales, el desarrollo de los estándares en huellas dactilares, es un elemento esencial en el reconocimiento de huellas debido a la vasta variedad de algoritmos y Sensores Biométrico disponibles en el mercado.

La interoperabilidad es un aspecto crucial de la implementación del producto, lo que significa que las imágenes obtenidas por un dispositivo debe ser capaz de ser interpretada por una computadora que utilice otro dispositivo. Los mayores esfuerzos en los estándares se enfocan en la estandarización del contenido, el significado y la representación de los formatos de datos de intercambio de huellas dactilares.

Normas formatos de datos de intercambio de huellas

  • ANSI/INCITS 381-2004 formato de intercambio de datos basado en imágenes de dedos.
  • ANSI/INCITS 377-2004 formato de intercambio de datos basado en patrones del dedo.
  • ANSI-INCITS 378-2004 Formato de las minucias del dedo para el intercambio de datos.
  • ISO/IEC 19794-2 formato de minucias del dedo para intercambio de dato, ISO/IEC FCD 19794-3 formato de intercambio basado en patrones del dedo.
  • ISO/IEC 19794-4 formato de intercambio basado en imagines de dedos.

Otro estándar a notar es el ANSI NIST ITL 1-2000 Formato de datos para el intercambio información de huellas dactilares, Faciales, cicatrices, marcas & tatuajes ( Scar Mark and Tatoo, SMT). Este estándar especifica un formato común usado para el intercambio datos de huellas dactilares, faciales, cicatrices, cicatrices, marcas & tatuajes, de forma efectiva a través de las líneas jurisdiccionales o entre sistemas disímiles hechos por diferente fabricantes. Especificaciones para la transmisión electrónica de huellas dactilares (v7.1) y especificaciones para la transmisión de biometría (v1.0) son implementaciones específicas de los ANSI NIST ITL 1-2000 usados por el FBI y DoD. Otros estándares también asociados con ANSI NIST ITL 1-2000 son la cuantización de ondeletas escalares del FBI (Wavelet Scalar Quantization, WSQ) y el Grupo de expertos de la asociación fotográfica 2000 (JoinPhotographic Expert group, JPEG2000) ambos son utilizados para la compresión de imágenes de huellas dactilares.

Técnicas de la extracción de puntos característicos

  • Extracción de puntos característicos desde la imagen de la huella. En esta técnica se apuesta por hacer un preprocesado de la huella antes de detectar las características de la misma. Una vez hecho esto se buscan los patrones a identificar sobre la huella preprocesada, en la cual la anchura de las crestas es de un píxel. El preprocesamiento de la huella hace que el sistema de extracción pueda trabajar con huellas con un amplio rango de calidades. Esta es la técnica más clásica y típica dentro de la extracción de puntos característicos de huella dactilar.
  • Extracción de los puntos característicos mediante un banco de filtros de Gabor. Esta es una técnica bastante novedosa y utiliza una extracción de los puntos característicos de las huellas dactilares basada en un banco de filtros de Gabor. Esta técnica es usada para capturar la información útil en las bandas de los canales de la imagen y descomponer la información en componentes ortogonales en términos de frecuencias espaciales. La técnica presenta buenas características de precisión, pero en cuanto a la velocidad de extracción presenta resultados pobres, siempre peores que las técnicas de extracción más clásicas.
  • Extracción de los puntos característicos sobre la propia imagen de la huella en escala de grises. En esta técnica se caracteriza por realizar la extracción sobre la propia huella y no sobre la imagen adelgazada o mejorada de la misma. Esto presenta muchos inconvenientes y hace que la extracción sea más lenta, inexacta y dependiente de la calidad de la huella. Además trabajando directamente sobre la huella en escala de grises se detectarán un gran número de puntos característicos falsos y habrá otros muchos auténticos que no se detecten. Debido a estos inconvenientes la técnica no es muy utilizada.

Dispositivo para Identificación

El Sistema de Identificación Automatizada de Huellas Dactilares (AFIS) por sus siglas en inglés, tiene un índice de seguridad del 99.9% ya que verifica la identidad de una persona, basada en las características de sus huellas digitales.

Como se explicó, AFIS crea un modelo computarizado de tu huella, que puede ser contrastado frente a otra presentada ya sea en persona, o a través de una fracción de huella levantada en algún lugar, o bien, tomada de una tarjeta decadactilar. Para ello se utiliza un algoritmo que permite asociar la huella que se desea identificar, con otras de similares características, almacenadas en la base de datos.

Para la identificación de huellas, es conveniente contar con la traza digital completa, no obstante, pueden ser utilizarse fracciones de las mismas, con el inconveniente de que mientras más pequeño sea el marcado, menor es el margen de seguridad.

Parte del Dispositivo de Identificación

  • Lector de huella dactilar. Los hay de varios modelos, permiten el ingreso de la huella ya sea para registrarla o para validarla.
  • Terminales, equipo de cómputo estándar. Envían información pre-procesada al servidor.
  • Servidor. Se encarga de la validación de la huella y del manejo de los dispositivos ópticos que permiten almacenar y recuperar información solicitada por el servidor.
  • Software de aplicación. Basado en algoritmos para codificación y comparación.

Fuente