Automatikus eszköz- és személyazonosítás műszaki informatikai módszerei Doktori (PhD) értekezés Tézisfüzet
Kutor László témavezető: Dr. Kozmann György
Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Informatikai Tudományok Doktori Iskola 2007
1. Az eszköz- és személyazonosítás fontossága, a kutatás szükségessége, célkitűzések Az azonosítás olyan általános probléma, amelynek hatékony és megfelelő színvonalú megoldása az élet minden területén, így az informatikai rendszerekben is alapvető fontosságú. Az elektronikus módszerek széleskörű elterjedésével az összetett műszaki informatikai rendszerek minden szinten megkövetelik az együttműködő rendszerelemek így az eszközök és személyek megbízható-, és többnyire automatikus azonosítását. Az azonosításra épül a lehetséges erőforrásokhoz való hozzáférés, a jogosultságok kezelése, valamint a számlázás is, mely feladatok egymással is szoros kapcsolatban állnak. Az automatikus eszköz- és személyazonosítás területén - fontossága miatt - rendkívül intenzív kutatások folynak. A szakirodalom szerteágazó és heterogén. Az azonosítás alkalmazási körei, az azonosítás alapjául szolgáló megkülönböztető jegyek és a hozzájuk kapcsolódó mérő és feldolgozó módszerek különbözősége miatt látszólag minden rendszer más. A PhD értekezéssel egyik célom az automatikus azonosítás meghatározó tényezőinek számbavétele, és egy általános rendszerleírás megfogalmazása volt. Az azonosítandó tárgyakat, rendszereket, személyeket olyan objektumoknak tekintettem melyek azonosító jegyeit két fő csoportba lehet sorolni: 1. 2.
saját, belső tulajdonságokból kiszámolható, ezért elválaszthatatlan azonosító jegyek-, illetve a hozzárendelt azonosító kódok csoportjába. A belső tulajdonságok alapján létrehozható azonosító kódok több szempontból előnyösebbek, mint a hozzárendelt kódok, azonban legtöbbször jelentős számítási igényt támasztanak. Gyakorlati rendszerekben ezért a hozzárendelt kód alapú azonosítás a domináns. Az értekezésben elemeztem a legfontosabb, illetve legígéretesebb, azonosítási módszereket, így például a digitális aláírást, a biometrikus útlevelet, a rádiófrekvenciás azonosítási módszereket, valamint a biometrikus személyazonosítást.
Az értekésben célul tűztem ki továbbá, hogy bemutassam azokat az új módszereket, melyeket az automatikus azonosítás területén dolgoztam ki. Műtéti területekről készített fényképfelvételek azonosítását újszerű eszközzel és hozzárendelt helyzet információkkal valósítottam meg. A személyazonosításban hagyományosan kiemelkedő fontosságú kézírásos aláírás azonosítására az írás alaki jellemzői mellett, a dinamikus tulajdonságok mérését és elemzését biztosító, biometrikus módszert dolgoztam ki.
2. A kutatás fázisai A disszertációban bemutatott módszerek alkalmazott informatikai kutatások eredményeként jöttek létre. Az alkalmazott kutatás során a munka gyakorlati problémák lehető legjobb megoldását célozta. Az elméleti háttér feltárása után a következő kérdésre kereste a választ: „Hogyan lehet az adott feladatra a legkorszerűbb technológiák alkalmazásával a leghatékonyabb megoldást létrehozni”? Az alkalmazott módszertan a mérnöki gyakorlatnak megfelelően a következő lépésekből állt: •
a megoldandó műszaki probléma elemzése, a legfontosabb meghatározó tényezők megkeresése,
•
a kapcsolódó irodalom áttekintése, a probléma megoldását célzó más hasonló kutatások elemzése,
•
rendszerterv, a döntések indoklásával,
•
az elmélet igazolására (legalább) működő prototípus szintű megvalósítás,
•
tesztelés.
A kutatás során, az alkalmazási kérdéseken belül két fő területre fókuszáltam: 1.
Az azonosító adatok mérésével és az azokból számolható megkülönböztető jellemzők meghatározásával kapcsolatos problémákra, valamint
2.
A megkülönböztető jellemzőre építve, az azonosítási módszertanokra. Ez utóbbinál a hatékonyság és megvalósíthatóság volt a két vezető szempont.
A jellemzők mérésével és feldolgozásával kapcsolatban, az irodalmi adatok áttanulmányozása során rendszerint kiderült, hogy a tématerület erősen fejlődő jellege miatt a gyakorlatban megvalósítható módszerek kiforratlanok, illetve nem publikusak. Ezért úgy a mérőberendezések, mint az elemző módszerek fejlesztést, illetve tesztelést igényelnek. A következő azonosító adatbázisok készültek el. Az ujjnyomat felvétel kapcsán két olvasó berendezést teszteltünk, és több száz személy minden ujjáról ujjnyomat adatbázist készítettünk.1 Az íriszképek elemzéséhez írisz adatbázist készítettünk.2 Az aláírás elemzéséhez több száz személy személyenként közel 30 aláírását rögzítettük.3 A rádiófrekvenciás azonosítókkal kapcsolatban számos azonosító címkét, és olvasó berendezést teszteltünk.4 Az orvosi képek azonosításához az anatómiai feltárások során több ezer képfelvétel készült.5 Az azonosító módszerek tanulmányozására témavezetésem mellett 29 műszaki informatikus szakdolgozat és TDK dolgozat-, valamint 6 nagyobb K+F projekt készült el, illetve folyamatban van.
1
A munka a Dermotrade, és DPS megbízásából és együttműködésével folyt A SOTE Szemészeti Klinikájának engedélyével és eszközeivel készült. 3 A Grafológiai Intézettel együttműködésben készült 4 A Vonalkód Rendszerházzal együttműködésben. 5 A SOTE Anatómiai Intézetének együttműködésével készül. 2
3. Új tudományos eredmények Az értekezés új tudományos eredményeinek tézisszerű összefoglalása 1. Módszert dolgoztam ki a műtéti képek rekonstruálható pozíciójú felvételéhez, és megjelenítéséhez szükséges helyzet alapú képazonosításra 1.1.
Kidolgoztam egy 140 fokos térszögben, tetszőleges irányból reprodukálható, és pontos képfelvételt lehetővé tevő módszert és berendezést.
1.2.
A képek és az azokon ábrázolt anatómiai objektumok egyértelmű azonosításához kidolgoztam egy optikai szög-jeladó párból álló rendszert, ami 0.1 fok pontossággal lehetővé teszi a képek (illetve a nézőpontok) azonosítását.
.
2. Módszert dolgoztam ki az aláírás alapú személyazonosításban a dinamikus aláírás jellemzők valós idejű feldolgozására 2.1.
Kidolgoztam az aláírás dinamikus jellemzőinek valósidejű felvételére szolgáló aláírás digitalizáló eljárást.
2.2.
Az aláírást digitalizáló (eredetileg rajzdigitalizálásra készült) digitalizáló berendezés kalibráló eljárását.
2.3.
Megterveztem a mérendő és kiszámítandó alaki és dinamikus jellemzők rendszerét.
2.4.
Kidolgoztam az aláírás felvevő módszert, és erre alapozva megterveztem az aláírás jellemző elemzésére szolgáló referencia adatbázist.
2.5.
Kidolgoztam a digitális jellemzők kiszámolására, értékelésére és megjelenítésére szolgáló módszereket.
2.6.
Kidolgoztam a jellemzők osztályozására épülő személyazonosító algoritmust.
4. Gyakorlati alkalmazások.
4.1 A műtéti képek egyértelmű azonosítására, és reprodukálható pozíciójú felvételére szolgáló berendezés prototípusa elkészült. A berendezés 2006. novemberétől a Semmelweis Egyetem Anatómiai, Szövet- és Fejlődéstani Intézetében üzemel. Felhasználásával egy emberi fej anatómiai feltárása során elkészült a 4D Anatomy nevű elektronikus atlasz első modulja, melynek részei a http://www.4danatomy.com/home.html címen is láthatóak. A képazonosítási módszer segítségével a műtéti területek illetve anatómiai struktúrák egyértelműen azonosíthatóak és virtuálisan tetszőleges nézőpontból megtekinthetőek. Az eddig elkészült atlasz-modulok a 2007. májusában Las Vegasban megrendezett nemzetközi orvostechnikai kiállításon is nagy érdeklődést váltottak ki. A bemutató után több amerikai egyetem és a svédországi Karolinska Institute is kinyilvánította együttműködési szándékát. Az a rendszer, melynek részét képezi a az általam kifejlesztett kép azonosítási és felvételi technika, a jövőben fontos szerepet tölthet be úgy az orvosképzésben, mint a műtéti folyamatok dokumentálásában. 4.2 Az automatikus aláírás azonosításra a pénzügyi és kereskedelmi tranzakcióknál alapvető az igény. A folyamat első lépéseként az aláírás elektronikus eszközökkel való regisztrálása sok területen bevett gyakorlat. Például az USA-ban a legtöbb kereskedelmi lánc pénztárainál már elektronikusan kell aláírni a fizetési bizonylatot. Az azonosítási módszertan hiányosságai miatt azonban a regisztrált aláírást továbbra is legtöbbször szemmel azonosítják. Az automatikus azonosítási probléma megoldására az IKTA támogatásával tervezett „eredeti aláírás azonosító berendezés” prototípusa elkészült. Az aláírás azonosítás egyik fő szegmense a dinamikus írásjellemzők kutatása során kifejlesztett módszereimre épül.
5. A doktori munkához kapcsolódó publikációs tevékenységem Lektorált nemzetközi folyóiratcikkek 1. Balogh, A., Preul, M.C., Kutor, L., Schornak, M., Hickman, M., Deshmukh, P., Spectzler, R., Multilayer Image Grid Reconstruction Technology: Four-Dimensional Interctive Image Reconstruction of Microsurgical Neuroanatomic Dissections Operative Neurosurgery 2006, January Vol. 58. 157-165. (IF=2.338; 2005-ben) 2. Kozlovszky, M., Berceli, T., Kutor, L., Analysis of SCTP and TCP based communication in high-speed clusters, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 559 (2006) 85-89. (IF=1.166; 2005-ben) 3. Cserjes,A., Kutor, L., Izsó, L. Identifying person-specific dynamic patterns in handwritten signatures by Bayesian neural networks. International Journal of Psychology, (2004).39 (5-6): 70-72 Suppl. S OCT-DEC 2004. Előadások lektorált nemzetközi konferenciákon 4. Kutor, L., Dorkó, Gy., Ladányi, Z., Íráskép vagy dinamika? Automatikus személyazonosítás a kézírás alaki és dinamikus jellemzői alapján. Nemzetközi grafológiai kongresszus. 1999. április 15-17. Proc.:83-86 5. Kutor, L., Ladányi, Z., Problems and Solutions in Dynamic Signature Authentication International Conference on Computational Cybernetics Siófok, Hungary, August 29-31, 2003. pp. 211-214 ISBN 963 15418 3 6. Cserjés, Á., Kutor, L., Identifying person-specific dynamic patterns in handwritten signatures by Bayesian neural networks. 28 th International Congress of Psychology, August 8 - 13, 2004, Beijing, China. 7. Kutor, L., Near Field Communication and Potential Implications (Invited Speaker) International Conferece on Privaci issues in electronic identification systems:technical and legal questions on RFID. Centre for Infocommunications Law (CIL), MTA Jogtudományi Intézet, 2006. dec. 13. 8. Kutor, L., Store Logistics and Payment with Near Field Communication
First Application conference on Near Field Communication, Hagenberg, Austria, March 20. 2007. 9. Benyó, B., Vilmos, A., Kovacs, K., Kutor, L., NFC Applications and Business Model of the Ecosystem 16thIST Mobile & Wireless Communications Summit Budapest, Hungary 1-5 june 2007. 10. Benyó, B., Vilmos, A., Kovács, K., Kutor, L., The Design of NFC Based Applications INES 2007, 11th International Conference on Intelligent Engineering Systems, 29 June-1 july, 2007. Proc. 277-280. 11. Kutor, L., Domoz, Zs., Nagy, G., Peller, Cs., Véső, T., Object Identification and Local Information Services Using Near Field Communication RSEAS 2007, Regional Conference on Embedded and Ambient Systems, 22-24 November 2007. Budapest Részvételem a témához kapcsolódó tudományos kutatási projektekben 1. Az automatikus azonosítás témakörben a BMF NIK Alkalmazott Informatikai Intézetben témavezetésemmel befejezett szakdolgozatok és tudományos diákköri dolgozatok száma 29. 2. Kutatási projektek, melyeknek intézményi témavezetője voltam: • IKTA 88/2001 Eredeti aláírás azonosító rendszer tervezése Koordinátor: Gaphológiai Intézet
2001-2004
• GVOP 3.1.1 Gépi beszédfunkciókkal kiegészített mobiltelefon 2005-2007 Koordinátor: MIT Systems • GVOP 3.3.3 RFID azonosítási technológia hazai bevezetését 2005célzó raktári rendszer és kísérleti műszaki laboratórium létrehozása. Koodinátor: Vonalkód Rendszerház • 4D anatómiai képfelvevő és képmegjelenítő rendszer Koordinátor: 4D Anathomy
2004 –
• GVOP GVOP 3.3.3. Felügyeleti információs rendszerek kialakítása újgenerációs eszközök felhasználásával a Facility Management területén. Koordinátor: Regens Rt. 2006 • FP 6 „StoLPaN” PROJECT NO. : IST – 033591” Turning NFC enabled mobile handsets into multifunction terminals with bi-directional interaction between the NFC chip and wireless communication channels”. Koordinátor: Motorola 2006 -
