Das deutsche Projekt „Berührungslose Personenidentifikation durch einen forschungsgerechten 3D-4-Fingerscanner“ wurde als Konsortium im Rahmen der BMBF-Allianz „3Dsensation“ durchgeführt. Das Konsortium bestand aus der JENETRIC GmbH, die als Koordinator und Systemdesigner fungierte, der ART-KON-TOR GmbH, die für die Konzepte der Benutzeroberfläche verantwortlich war, der Docter Optics SE, die optische Subsysteme bereitstellte, der Linguwerk GmbH, die die makroskopische Szenenanalyse für die Erkennung von Präsentationsangriffen (PAD) lieferte, der Technischen Universität Chemnitz, die Benutzerstudien durchführte, dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF), das die 3D-Datenerfassung durchführte, und dem Zentrum für Bild- und Signalverarbeitung (ZBS), das Algorithmen zur Bildverarbeitung entwickelte. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert und war ursprünglich für 26 Monate angesetzt. Später wurde es um vier Monate verlängert, um COVID-19-bedingten Verzögerungen Rechnung zu tragen, so dass sich eine Gesamtdauer von etwa 30 Monaten ergab.
Das wissenschaftliche Hauptziel war die Entwicklung eines berührungslosen 3D-Sensors, der in der Lage ist, die feine Rippenstruktur aller vier Finger und beider Daumen einer Hand gleichzeitig zu erfassen. Das System sollte die strengen Anforderungen des EBTS 2013 Appendix F des FBI an die Bildqualität erfüllen und damit sicherstellen, dass die erfassten 3D-Daten mit herkömmlichen 2D-Fingerabdruckdatenbanken verglichen werden können. Zu diesem Zweck hat das Konsortium eine Datenverarbeitungspipeline entwickelt, die rohe 3D-Punktwolken in hochauflösende 2D-Fingerabdruckbilder umwandelt. Diese Pipeline umfasst 3D-Datenverbesserung, Segmentierung, Fusion und 3D-zu-2D-Projektion, gefolgt von einer 2D-Bildverbesserung. Die daraus resultierenden simulierten 2D-Fingerabdrücke enthalten die für eine zuverlässige Identifizierung erforderlichen Minutien und Rillenmuster.
Ein wichtiger technischer Beitrag war die Erforschung von PAD-Techniken, die auf 3D-Erfassungssysteme zugeschnitten sind. Das Team definierte Anforderungen auf Systemebene für die Erkennung von Spoofing, erstellte Prototypen verschiedener Algorithmen und bewertete deren Leistung anhand der Qualität der erfassten 3D-Daten. Obwohl im Rahmen des Projekts kein vollständiger 3D-Fingerabdruckabgleich erzielt werden konnte, weil nicht genügend qualitativ hochwertige 3D-Aufnahmesequenzen zur Verfügung standen, zeigten die PAD-Prototypen, dass die Erkennung von Präsentationsangriffen auf der Grundlage von subtilen mikrostrukturellen Hinweisen in den 3D-Daten möglich ist.
Der vom Konsortium gebaute Demonstrator zeigt den kompletten Arbeitsablauf: Ein Benutzer hält eine Hand vor den Sensor, das System erfasst die 3D-Geometrie aller vier Finger und Daumen berührungslos, verarbeitet die Daten in Echtzeit und gibt ein 2D-Fingerabdruckbild aus, das mit bestehenden Datenbanken abgeglichen werden kann. Die von ART-KON-TOR entwickelte Benutzeroberfläche ist intuitiv gestaltet und erfordert keine Vorkenntnisse, so dass eine reibungslose Benutzererfahrung gewährleistet ist.
Während des gesamten Projekts führte das Konsortium Nutzerstudien an der Technischen Universität Chemnitz durch, um die Benutzerfreundlichkeit und Akzeptanz zu bewerten. Das Fraunhofer IOF steuerte fortschrittliche optische Hardware bei, während die ZBS ihre Expertise in der 3D-Punktwolkenverarbeitung und Algorithmenentwicklung einbrachte. Zu den Ergebnissen des Projekts gehören ein funktionsfähiger berührungsloser 3D-4-Finger-Scanner, eine validierte Datenverarbeitungskette, die den FBI-Standards entspricht, und eine Reihe von PAD-Methoden, die an 3D-Daten angepasst sind. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für zukünftige Arbeiten zum robusten 3D-Fingerabdruckabgleich und zur weiteren Verfeinerung berührungsloser biometrischer Identifikationssysteme.