Шүдээ хавирах замаар биометрийн баталгаажуулалт

Саяхан АНУ, БНХАУ-аас гаргасан хоёр судалгааны баримт бичиг нь шүдэнд суурилсан баталгаажуулалтын шинэ шийдлийг санал болгосон: шүдээ бага зэрэг хавирах юм уу хазах, чихэнд зүүсэн төхөөрөмж ("чихэвч", энэ нь ердийн аудио болж ч магадгүй. сонсголын төхөөрөмж) нь таны шүдний архитектурыг эвдэх замаар үүссэн өвөрмөц сонсголын хэв маягийг таньж, зохих тоноглогдсон сорилтын системд хүчинтэй биометрийн "дамжуулалт" үүсгэх болно.

Хоёр системд зориулсан чихэнд зүүсэн янз бүрийн прототип төхөөрөмжүүд. Эх сурвалж: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2204/2204.07199.pdf (ToothSonic) болон https://cis.temple.edu/~yu/research/TeethPass-Info22.pdf (TeethPass)

Шүдний оношилгооны өмнөх аргууд (өөрөөр хэлбэл шүүх эмнэлгийн таних бус амьд хүмүүсийн хувьд) нь хэрэглэгчийг "инээж, нүцгэн" байх шаардлагатай байсан тул шүд таних систем нь шүд нь биометрийн бүртгэлтэй тохирч байгааг баталгаажуулах боломжтой байв. 2021 оны зун Энэтхэгийн судалгааны баг ийм системтэй гарчиглаж, Deep Teeth нэртэй.

Шинэ санал болгож буй системүүд, нэрлэсэн ToothSonic болон TeethPass, АНУ-ын Флорида мужийн их сургууль болон Ратгерсийн их сургуулийн хооронд хийсэн эрдэм шинжилгээний хамтын ажиллагаа; Филадельфи дахь Темпл их сургуулийн Компьютер, мэдээллийн шинжлэх ухааны тэнхимтэй хамтран ажиллаж буй Бээжингийн Технологийн дээд сургууль, Цинхуа их сургууль, Бээжингийн технологийн их сургуулийн судлаачдын хамтарсан хүчин чармайлт.

ToothSonic

АНУ-д суурилсан ToothSonic системийг бүхэлд нь санал болгосон цаасан Акустик шүдний хээгээр дамжуулан чихэнд зүүх боломжтой (чих боломжтой) хэрэглэгчийн баталгаажуулалт.

ToothSonic-ийн зохиогчид:

'ToothSonic нь чихээр танигдах зорилгоор шүдний дохио зангаа хийдэг хэрэглэгчдийн шүдний хээгээр үүсгэгдсэн дууны эффектийг [хөшүүрэг болгодог]. Ялангуяа бид шүдний хээний мэдээллийг зөөвөрлөх үр дүнтэй дууны долгион үүсгэж чадах шүдний дохио зангааг зохион бүтээдэг.

"Акустик шүдний хээг найдвартай авахын тулд чихний сувгийн бөглөрөл болон чихэвчний дотогшоо чиглэсэн микрофоныг ашигладаг. Дараа нь энэ нь танилтад зориулж шүдний хээний мэдээллийг тусгахын тулд олон түвшний акустик шинж чанарыг гаргаж авдаг.'

Чихэнд зүүсэн төхөөрөмжид бүртгэгдсэн өвөрмөц сонсголын шүдний хээг бүрдүүлэх нөлөөллийн хүчин зүйлүүд. Эх сурвалж: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2204/2204.07199.pdf

Судлаачид чихний шүд/гавлын гарын үсгийн хэв маягийн хэд хэдэн давуу талыг тэмдэглэж байгаа бөгөөд энэ нь үндсэндээ Хятадын төсөлд ч хамаатай. Жишээлбэл, шүдний хээг дуурайх эсвэл хуурамчаар үйлдэх нь маш хэцүү байх болно, энэ нь толгойн эд, гавлын сувгийн өвөрмөц архитектураар дамжин өнгөрөх ёстой бөгөөд энэ нь ирээдүйд баталгаажуулалтыг туршиж үзэх боломжтой "загвар" дээр хүрэхээс өмнө.

Нэмж дурдахад, шүдний хээ дээр суурилсан таних нь хөдөлгөөнт болон суурилуулсан камерын хувьд инээмсэглэх, ярвайх зэрэг ичгүүрийг арилгаад зогсохгүй, хэрэглэгч тээврийн хэрэгсэл жолоодох зэрэг чухал үйлдлээс өөрийгөө сатааруулах хэрэгцээг арилгадаг.

Үүнээс гадна, энэ арга нь моторын бэрхшээлтэй олон хүмүүст тохиромжтой бөгөөд эдгээр төхөөрөмжийг үндсэн хэрэглээ нь хамаагүй илүү түгээмэл байдаг (жишээ нь хөгжим сонсох, утсаар ярих гэх мэт) чихэвчний чихэвчэнд суулгаж болох бөгөөд энэ нь тусгай зориулалтын, бие даасан баталгаажуулах төхөөрөмжүүдийн хэрэгцээг арилгадаг. , эсвэл гар утасны програм руу хандах.

Цаашилбал, хуурамч халдлагад хүний ​​​​шүдний шүдийг нөхөн сэргээх (өөрөөр хэлбэл, олон нийтийн сүлжээний саадгүй гэрэл зургийн нийтлэлээс зураг хэвлэх замаар) эсвэл бүр нарийн төвөгтэй, бүрэн шүдний хэвийг олж авах магадлал багатай тохиолдолд шүдийг нь хуулбарлах боломжийг үгүйсгэдэг. Шүдний эвдрэлийн дуу чимээг эрүүний дотоод геометр болон сонсголын сувгаар бүрэн далд хэлбэрээр шүүдэг.

ToothSonic цааснаас харахад чихний сувгийн бөглөрөл нь санамсаргүй нөхөн үржихүй эсвэл дуурайлган хийх боломжгүй болгодог.

Довтолгооны векторын хувьд үлдсэн цорын ганц боломж (хэрэглэгчийг албадан болон бие махбодийн шахалтаас гадна) хостын аюулгүй байдлын системд мэдээллийн санд нэвтрэх эрх олж авах, хэрэглэгчийн бичсэн сонсголын шүдний хэв маягийг халдагчийн өөрийнх нь хэв маягаар (бусдын шүдний хээг хууль бусаар олж авснаас хойш) бүрэн орлуулах явдал юм. баталгаажуулах ямар ч практик аргад хүргэхгүй).

ToothSonic-д зориулсан ажлын урсгал.

Хэдийгээр халдлага үйлдэгч этгээд амандаа залгисан бичлэгийг дахин тоглуулах боломж өчүүхэн байдаг ч Хятад тэргүүтэй төсөл энэ нь зөвхөн анхаарал татахуйц төдийгүй маш муу одтой, амжилтанд хүрэх магадлал багатай арга гэдгийг олж тогтоосон (доороос харна уу) .

Өвөрмөц инээмсэглэл

ToothSonic цаас нь хэрэглэгчийн шүдний шүдний олон өвөрмөц шинж чанаруудыг тоймлон харуулсан бөгөөд үүнд бөглөрлийн ангилал (хэт хазуулсан гэх мэт), паалангийн нягтрал ба резонанс, авсан шүдний сонсголын мэдээлэл алга болох, шаазан болон металл орлуулалтын өвөрмөц шинж чанарууд (бусад боломжит материалуудын дунд), мөн cusp морфологи, бусад олон боломжит ялгах шинж чанаруудын дотор.

Зохиогчид хэлэхдээ:

Шүдний хээгээр үүсгэгдсэн дууны долгионыг хэрэглэгчийн хувийн шүд-чихний сувгаар авдаг. Хэрэглэгчийн хувийн шүд-чихний суваг нь дууны долгионыг хамгаалж байдаг тул манай систем дэвшилтэт дууриамал болон дахин тоглуулах халдлагад тэсвэртэй байдаг.

Эрүүний хөдөлгөөн нь хөдөлгөөний хязгаарлагдмал хүрээтэй байдаг тул зохиогчид биометрийн хэвлэмэл хэлбэрээр тэмдэглэж болох арван боломжит заль мэхийг төсөөлж, доор "шүдний дэвшилтэт дохио" хэлбэрээр дүрсэлсэн болно.

Эдгээр хөдөлгөөнүүдийн заримыг хийхэд бусдаасаа илүү хэцүү байдаг ч илүү хэцүү хөдөлгөөнүүд нь илүү хэцүү хөдөлгөөнтэй харьцуулахад давтагдах эсвэл хуурамчаар үйлдэхэд хялбар байдаг.

Тохирох шүдний хөдөлгөөний макро түвшний шинж чанарыг a ашиглан гаргаж авдаг Гауссын хольцын загвар (GMM) чанга яригчийг таних систем. Мел давтамжийн цепстрал коэффициент (MFCCs), дууны дүрслэлийг боломжит хөдөлгөөн тус бүрээр авсан болно.

ToothSonic системийн дагуу MFCC олборлох үед нэг сэдэвт зориулсан зургаан өөр гулсах дохио.

Биометрийн өвөрмөц шинж чанарыг агуулсан дууны долгион нь хүний ​​биеийн зарим чичиргээнд маш эмзэг байдаг; тиймээс ToothSonic нь 20-8000 Гц-ийн хооронд шүүлтүүрийн зурвас тогтоодог.

Дууны долгионы сегментчлэлийг Далд Марковын загвараар гүйцэтгэдэг.Хмм), хоёрт заасны дагуу өмнө Ажиллана Германаас ирсэн.

Баталгаажуулалтын загварын хувьд үүсмэл функцууд нь бүрэн холбогдсон мэдрэлийн сүлжээнд орж, идэвхжүүлэх хүртэл янз бүрийн давхаргуудаар дамждаг. ReLU. Сүүлийн бүрэн холбогдсон давхарга нь баталгаажуулалтын хувилбарт үр дүн болон таамагласан шошгыг гаргахын тулд Softmax функцийг ашигладаг.

Сургалтын мэдээллийн санг 25 оролцогч (10 эмэгтэй, 15 эрэгтэй) бодит орчинд хуурамч чихэвч зүүж, хэвийн үйл ажиллагаагаа явуулахыг хүсэх замаар олж авсан. Прототип чихэвчийг (дээрх эхний зургийг харна уу) бэлэн хэрэглээний тоног төхөөрөмжөөр хэдхэн долларын өртөгөөр бүтээгдсэн бөгөөд нэг микрофон чиптэй. Ийм төхөөрөмжийг арилжааны аргаар хэрэгжүүлэх нь үйлдвэрлэхэд маш хямд байх болно гэж судлаачид үзэж байна.

Сургалтын загвар нь 0.01 сургалтын хурдаар бэлтгэгдсэн MATLAB дахь мэдрэлийн сүлжээний ангилагчдыг багтаасан болно. LBFGS алдагдлын функц байдлаар. Баталгаажуулалтын үнэлгээний аргууд байсан FRR, FAR болон BAC.

ToothSonic-ийн ерөнхий гүйцэтгэл нь амны дотоод дохионы хүндрэлээс хамааран маш сайн байсан.

Үр дүнг амны дохионы хүндрэлийн гурван зэрэглэлээр авсан: тав тухтай, тав тухтай байдал багатайБолон хүндрэлтэй байна. Хэрэглэгчийн сонгосон дохио зангаа 95%-ийн нарийвчлалтай болсон.

Хязгаарлалтын хувьд, цаг хугацаа өнгөрөх тусам шүдний өөрчлөлт нь хэрэглэгчээс шүдний шүдний гарын үсгийг дахин хэвлэх шаардлагатай болно гэдгийг хүлээн зөвшөөрч байна, жишээлбэл, шүдний эмчилгээний дараа. Нэмж дурдахад, паалангын чанар нь цаг хугацааны явцад муудаж эсвэл өөр байдлаар өөрчлөгдөж болох бөгөөд судлаачид ахмад настнуудаас профайлаа үе үе шинэчлэхийг шаардаж магадгүй гэж судлаачид үзэж байна.

Зохиогчид мөн ийм төрлийн олон төрлийн чихэвч нь хэрэглэгчийг баталгаажуулах явцад хөгжим эсвэл харилцан яриаг түр зогсоохыг шаарддаг (Хятад тэргүүтэй TeethPass-тай адил) бөгөөд одоо байгаа олон чихэвч нь үүнийг хөнгөвчлөхөд шаардлагатай тооцооллын хүчин чадалгүй гэдгийг хүлээн зөвшөөрч байна. систем болгон.

Гэсэн хэдий ч тэд ажиглаж байна*:

Airpods Pro болон QCS1 дээрх Apple H400 чипийн сүүлийн үеийн хувилбарууд нь урамтай. Qualcomm дуу хоолойд суурилсан төхөөрөмж дээрх хиймэл оюун ухааныг дэмжих чадвартай. Энэ нь ToothSonic-ийг earable дээр хэрэгжүүлэх нь ойрын ирээдүйд хэрэгжих боломжтой гэсэн үг юм.'

Гэсэн хэдий ч энэхүү нэмэлт боловсруулалт нь батерейны ашиглалтад нөлөөлж болзошгүйг баримт бичигт хүлээн зөвшөөрдөг.

TeethPass                 

-д гарсан цаасан TeethPass: Чихний доторх акустик мэдрэгчээр дамжуулан шүдний бөглөрөлд суурилсан хэрэглэгчийн баталгаажуулалт, Хятад-Америкийн төсөл нь ToothSonic-тэй бараг ижил ерөнхий зарчмууд дээр ажилладаг бөгөөд шүдний үрэлтээс авсан дуу чимээг сонсголын суваг болон завсрын ясны бүтцээр дамжуулдаг.

Агаарын дуу чимээг арилгах ажлыг мэдээлэл цуглуулах үе шатанд хийж, дуу чимээг бууруулах, ToothSonic аргын нэгэн адил сонсголын дохионд тохирох давтамжийн шүүлтүүрийг суулгадаг.

TeethPass-ийн системийн архитектур.

Эцсийн олборлосон MFCC онцлогуудыг сургахад ашигладаг Сиамын мэдрэлийн сүлжээ.

TeethPass-д зориулсан сиамын мэдрэлийн сүлжээний бүтэц.

Системийн үнэлгээний хэмжүүрүүд нь FRR, FAR, төөрөгдлийн матриц байв. ToothSonic-ийн нэгэн адил уг систем нь дуурайлган хийх, давтах, эрлийз халдлага гэсэн гурван төрлийн довтолгоонд тэсвэртэй болох нь тогтоогдсон. Нэгэн жишээнд судлаачид халдлага үйлдэгчийн амны хөндийд хэрэглэгчийн шүдний хөдөлгөөний дууг жижиг чанга яригчаар тоглуулах замаар халдлага хийхийг оролдсон бөгөөд 20 см-ээс бага зайд энэхүү эрлийз довтолгооны арга нь 1% -иас их магадлалтайг олж мэдсэн. амжилтын тухай.

Бусад бүх хувилбаруудад байны гавлын ясны бүтцийг дуурайлган хийх саад бэрхшээл, тухайлбал, давтан довтолгооны үед, биометрийн баталгаажуулалтын тогтолцооны стандарт хувилбарт "хулагдах" хувилбарыг хамгийн бага эрсдэлтэй болгодог.

Өргөн хүрээний туршилтууд нь TeethPass нь баталгаажуулалтын дундаж нарийвчлалыг 98.6%, хуурамчаар үйлдэх халдлагыг 98.9% эсэргүүцэж чаддаг болохыг харуулсан.

* Миний зохиогчдын ишлэлийг гипер холбоос болгон хөрвүүлсэн

Анх 18 оны 2022-р сарын 19-нд нийтлэгдсэн. Тайлбар дахь багцын буруу тайлбарыг засахын тулд EET-ийн 8-р сарын 30-ний XNUMX:XNUMX цагт шинэчилсэн.