IR-basierte Authentifizierung
Das sicherste Passwort der Welt
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Langwelligeres Infrarot für verlässlichere Ergebnisse
Für die Gesichtserkennung überzeugt eine Wellenlänge von 850 nm theoretisch mit höchster Empfindlichkeit, also geringerem Risiko falsch-positiver oder falsch-negativer Ergebnisse. Eine Aufnahme mit einer Wellenlänge von 940 nm weist hingegen einen weitaus geringeren Effekt des roten Leuchtens auf. Dieses sichtbare rote Leuchten rührt daher, dass das menschliche Auge auf kurzwelliges IR-Licht leicht empfindlich reagiert. Ziel ist es aber, eine möglichst unsichtbare Beleuchtung zu erzeugen.
Das optimale Mittelmaß, das beide Vorteile kombiniert, liegt bei 920 nm: Tests haben gezeigt, dass eine hellere IR-Beleuchtung mit der Wellenlänge von 920 nm es der IR-Kamera ermöglicht, ein besseres Bild einer Person zu erfassen. Die Verwendung der Wellenlänge von 920 nm bedeutet, dass der Gesichtserkennungsalgorithmus besser funktioniert, er einen autorisierten Benutzer also zuverlässiger erkennen kann und das Risiko von FAR/FRR-Ergebnissen verringert wird. ams Osram hat mit seinen LED-Bauteilen SYNIOS P2720 und OSLON Black diesen Technologietrend auf besonders kompakte Maße gebracht.
Entwicklerinnen und Entwickler, die Infrarot-Emitter zur Gesichtserkennung einsetzen, müssen auch beim passenden Treiber auf energieeffiziente, adaptive und platzsparende Eigenschaften achten. Der zweikanalige LED/VCSEL-Treiber AS1170 von ams Osram passt nicht nur genau zur Lichtquelle, sondern kann auch zwei Ausgangskanäle unabhängig voneinander mit jeweils bis zu 1000 mA, oder einen Kanal mit bis zu 2000 mA ansteuern. Die automatische Stromanpassung bei niedriger Batteriespannung und die integrierten Sicherheitsfunktionen reduzieren den Entwicklungsaufwand für die Implementierung dieser Funktionen in Endgeräte. Für Lichtquellen, die eine höhere Versorgungsspannung benötigen, verfügt der AS1170-Treiber über einen hocheffizienten 4-MHz-Festfrequenz-Aufwärtswandler, der nur eine kleine und kostengünstige externe 1-µH-Induktivität benötigt, um 5,5 V zu liefern. Mit seinem kleinen Wafer-Level-Chip-Gehäuse ist der Treiber so konzipiert, dass er die Herausforderungen der Energieeinsparung, der Platzeinsparung auf Systemebene und der Einsparung von Systemkosten erfüllt.
Infrarotinformationen auf kleinstem Raum präzise verarbeitet
Damit Infrarotinformationen in maximaler Genauigkeit erfasst und verarbeitet werden können, sollten Entwickler sie mit einer leistungsstarken Bildsensorlösung kombinieren. Der Mira050-Bildsensor von ams Osram bietet für den industriellen oder personenbezogenen Gebrauch neue Leistungsoptionen und eine hohe Quanteneffizienz bei geringer Baugröße. Die Innovation der Produktfamilie liegt in der Fähigkeit, Schwarzweiß- oder Farbbilder (RGB) und sogar Farbbilder in Kombination mit Infrarotinformationen (RGB-IR) auf kleinstem Raum zu verarbeiten. Das ermöglicht nicht nur ein hohes Maß an Flexibilität in puncto Produktdesign, sondern verbessert auch die Gesichts- und Objektidentifizierung signifikant. Nahes Infrarot (NIR) wird mit hoher Empfindlichkeit verbessert, während die parallele Aufnahme aller Pixel eine bessere biometrische Scanqualität ermöglicht. So werden sogenannte Bewegungsartefakte vermieden, also Bildstörungen, die durch Bewegung ausgelöst werden. Das wiederum senkt das Risiko von FAR/FRR-Ergebnissen. Durch die hohe Quanteneffizienz von etwa 41,8 %, die nur in Kombination mit einer IR-Beleuchtung von 920 nm Wellenlänge erreicht wird, leistet der Sensor auch bei schlechten Lichtverhältnissen hervorragende Arbeit. Diese Eigenschaft sowie kürzere Belichtungszeiten und eine automatische Aufwachfunktion sorgen dafür, dass das gesamte System äußerst stromsparend arbeiten kann.
Hochpräzise direkte Time-of-Flight-Präsenzerkennung bieten zusätzliche Vorteile für die Gesichtserkennung. Sie minimieren das Risiko von FAR/FRR-Ergebnissen, indem sie Entfernungen, besonders im Falle von 2D-Bildern, sehr genau und in sehr hoher Geschwindigkeit messen können. Diese Fähigkeiten werden unter anderem zur Anwesenheitserkennung benötigt. Die Time-of-Flight(ToF)-Sensoren von Osram sind in der Lage, in Echtzeit die direkte Laufzeit (dToF) des von einem Objekt reflektierten Infrarotstrahls eines 940-nm-VCSEL-Emitters (Laser) zu messen.
Dot-Projection-Lösung für noch bessere Erfassung
Mithilfe eines Punktprojektors kann ein strukturiertes Nahinfrarotbild erstellt werden. Das Punktmuster verstärkt den räumlichen Kontrast im Bild und liefert so eine hervorragende Tiefenkarte bei allen Lichtverhältnissen, auch von kontrastarmen Objekten. Auf Basis dieser genauen Tiefenkartendaten vom Gesicht des Benutzers, wird dann die Gesichtserkennung durchgeführt. Das rekonstruierte 3D-Bild wird zur Authentifizierung an die Anwendungssoftware weitergeleitet und dort mit einer Referenztiefenkarte des Benutzers abgeglichen.
Die Dot-Projection-Lösung von ams Osram bietet zahlreiche Vorteile, wie eine integrierte Augensicherheit, das geringere Risiko von FAR/FRR-Ergebnissen aufgrund der hohen elektrooptischen Effizienz und des kontrastreichen Punktmusters sowie einen geringen Stromverbrauch.
Infrarot und KI – Dreamteam in Sachen Security
Die Nachfrage nach Infrarotlicht-Lösungen zur biometrischen Sicherheitskontrolle wird in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Besonders bei schlechten Lichtverhältnissen funktioniert die Technologie so zuverlässig wie keine andere. Neue Möglichkeiten eröffnen sich aktuell auch durch die rasante Entwicklung von künstlicher Intelligenz, denn auch die Leistungsfähigkeit des verwendeten KI-Algorithmus hat einen großen Einfluss auf die Genauigkeit der Gesichtserkennung. Fortschrittliche Anwendungen können die Sicherheit und Effizienz von IR/NIR-basierten Sicherheitsanwendungen deutlich verbessern. Gleichzeitig bleiben aber leistungsstarke Sensor- und Emitter-Komponenten für ein verlässliches sowie kosten- und energieeffizientes Gesamtsystem das A und O.
Der Autor
Dr. Clemens Müller
ist Senior Director Application Marketing für die Segmente Industrial und Medical. Als promovierter Elektroingenieur hält er einen Doktortitel der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen) und blickt auf über 20 Jahre Erfahrung in der Halbleiterindustrie zurück. In seiner Funktion ist er horizontal über alle Business Units von ams Osram hinweg tätig. Er ist für die Identifizierung neuer technologischer Trends in den genannten Anwendungssegmenten sowie für die kundenzentrierte Umsetzung dieser Trends in wegweisende Systemlösungen zuständig, die auf dem umfassenden Portfolio von ams Osram basieren.
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