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Merkmal: Iris: Können diese Augen lügen?

Ob leuchtend grün oder matt braun: Die Struktur der Iris bleibt selbst im Alter erhalten.


Dem National Geographic war es eine Titelgeschichte wert: Im Januar 2002 brach ein Fernsehteam auf, um in Pakistan nach einer Frau zu suchen, deren Portrait 17 Jahre zuvor zum Symbol des afghanischen Flüchtlingselends geworden war. Der Fotograf Steve Mc­Curry hatte das Mädchen in einem Lager aufgenommen. Ihre traurigen grünen Augen schlugen jeden Betrachter in ihren Bann. Als es McCurry im vergangenen Jahr gelang, die mittlerweile Erwachsene wieder aufzufinden, half ihm John Daugman, Professor für Computerwissenschaft an der Universität Cambridge (England), die Identität beider Personen anhand eines Irisvergleichs zu verifizieren.

Der Fotograf hätte keinen besseren finden können, denn Daugman ist auf diesem Gebiet ein Pionier. So ziemlich jede kommerzielle Software zur Iriserkennung basiert auf seinem 1994 patentierten Algorithmus. Er hatte erkannt, wie einmalig dieser Bestandteil des menschlichen Auges ist. Die auf Deutsch Regenbogenhaut genannte Struktur regelt wie die Blende beim Fotoapparat die Lichtmenge, die das Auge erreicht (und wie beim optischen Gerät durch Engstellung auf die Tiefenschärfe). Sie besteht aus Bindegewebe, Muskeln und versorgenden Blutgefäßen. Erst in den letzten Wochen der Schwangerschaft bildet sich die Iris vollständig aus.

Dieser Prozess ist nicht genetisch programmiert. Wo im Laufe des Wachstums eine Furche entsteht, ist rein zufällig. Deshalb lassen sich eineiige Zwillinge und sogar die beiden Iris einer Person in verschiedenen Merkmalen unterscheiden: Furchen, Stränge, Löcher und andere Elemente ergeben ein statistisch einmaliges Bild. Da die Iris im Auge gut geschützt ist, verändert sich ihr Aussehen im Laufe der Zeit in der Regel nicht. Die enorme Vielzahl der Strukturen und ihre möglichen Positionen, die Einmaligkeit und die Stabilität der Merkmale machen die Iris zum geeigneten Kandidaten für eine rechnergestützte Identifikation.

Die Fokussierung der Kamera und die Lokalisation der Iris erfolgen automatisch. Teure Systeme besitzen eine Weitwinkelkamera, im Bild wird zunächst das Auge durch Gesichtsfindungsalgorithmen gesucht, dann die eigentliche Iriserkennungskamera entsprechend eingestellt. Bei den günstigeren Modellen muss der Benutzer bewusst in die Kamera blicken und wird dabei durch ein Lichtsignal geführt. Wenn das Auge lokalisiert ist, stellt das Gerät mit handelsüblichen Autofokus-Verfahren auf die Iris scharf. Zur Beleuchtung bei der Aufnahme wird das Auge für etwa zwei Sekunden mit Infrarotlicht einer Wellenlänge von 700 bis 900 Nanometer bestrahlt, der Energiegehalt entspricht etwa dem Licht einer schwachen Taschenlampe.

Leider kann auch eine zusätzliche Beleuchtung keine immer gleichen Bedingungen bei der Aufnahme herstellen. Der Abstand, den der Benutzer am Tag des Enrolments zur Kamera eingenommen hatte, wird später um einige Zentimeter abweichen. Deshalb erscheinen seine Augen dem System nicht immer gleich groß und hell. Je nach Umgebungshelligkeit dürfte auch die Pupille verschieden weit geöffnet sein. Schließlich variieren auch die optischen Achsen der Aufnahmen. Alle diese Unwägbarkeiten muss die anschließende mathematische Analyse ausgleichen.

Anwendung am Flughafen

Dazu muss die Iris zunächst von den anderen Komponenten des Auges abgegrenzt werden: Pupille, Augenweiß (Sclera) und Lider. Dazu dienen Algorithmen der Bildverarbeitung. Vom Zentrum der Pupille ausgehend arbeitet sich beispielsweise ein Kantenerkennungsalgorithmus konzentrisch nach außen und findet so die Pupillen- sowie die äußere Irisgrenze. Ein ähnliches Verfahren ermittelt obere und untere Lidgrenze. Nachdem die Fläche der Regenbogenhaut nunmehr aus der Aufnahme extrahiert ist, lassen sich ihre Muster bestimmen. Nicht anders als man den Amplitudenverlauf beim Sprechen durch eine Summe von Sinusfunktionen aufbauen kann und so eine Abbildung dieses Verlaufs auf ein Frequenzspektrum erhält, werden abgegrenzte Bereiche des Irismusters auf 2-D-Gabor-Wavelets genannte Funktionen projiziert. Deren "Spektralverteilung" enthält keine Amplituden der Lichtintensität mehr, sondern lokale Informationen über die Verhältnisse der Frequenzanteile zueinander (fachlich: die Phaseninformationen). Diese Angaben ändern sich nicht so stark wie die der Amplituden, wenn das Bild aufgrund von Kameraproblemen gestört wird. Das Ergebnis der Analyse ist ein 2048 Bit großer "Iris-Code" zusammen mit ebenso vielen "Maskierungs"-Bits, die unbrauchbare Bereiche der Iris etwa durch Lidverdeckung oder Reflexionen benetzter Bereiche ausblenden helfen.

Der Vergleich mit dem Template erfolgt dann bitweise über logische Operatoren (XOR). Er liefert die Anzahl unterschiedlicher Bits zwischen den verglichenen Iris-Codes. Ein Test mit 4258 verschiedenen Irisbildern, von denen jedes mit allen anderen verglichen wurde, ergab: Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei unterschiedliche Iris in mehr als 67 Prozent ihrer Iris-Codes übereinstimmen, liegt bei etwa 1 zu 26 Millionen. Ein solcher Wert ist für ein biometrisches Verfahren extrem gut. Als Kriterium bei der Abfrage gilt deshalb: Bei weniger als 33 Prozent Abweichung gilt eine Person als identifiziert.

Ein Prototyp wurde im Oktober 2001 im Schiphol-Flughafen in Amsterdam in Betrieb genommen, im Oktober letzten Jahres wurde die Pilotphase abgeschlossen. Von Schiphol aus pendeln Geschäftsleute in verschiedene Länder. Das System dient primär der beschleunigten Kontrolle bei der Einreise. Der Reisende wird im System registriert (Enrolment), ein Grenzbeamter überprüft dabei seine Identität. Eine Chipkarte speichert den Iris-Code zusammen mit den Personalien. Sie muss bei der nächsten Reise nur noch in ein spezielles Terminal eingeführt werden, dann blickt der Nutzer in eine Kamera und kann gegebenenfalls ohne weitere Kontrollen passieren. Etwa 3000 Geschäftsleute nutzen die Vorteile dieser Karte.

Ein Irismuster oder der Iris-Code ist etwas Persönliches, es muss entsprechend gegen missbräuchliche Nutzung geschützt werden. Die Diskussion geht aber über den reinen Datenschutz noch hinaus. Es gibt Ansätze, aus der Iris auch medizinische Informationen abzulesen. So ließe sich angeblich ermitteln, ob der Benutzer Augentropfen gegen grünen Star einnimmt. Die Wissenschaftlichkeit solcher Verfahren gilt aber als zweifelhaft, sodass ein Missbrauchspotenzial der Daten bislang unwahrscheinlich ist.

Literaturhinweise


Biometrik: Fingerabdruckerkennung. Ausarbeitung des Seminars Biometrics am Institut für Informatik der WWU Münster, Wintersemester 2002/2003.

Biometrische Identifikationsverfahren. Bewertungsverfahren zum Vergleich biometrischer Verfahren: Kriterienkatalog. TeleTrusT Deutschland e.V. Arbeitsgruppe 6, Version 2.0 10.07.2002. www.teletrust.de

Der Aktuelle Begriff. Deutscher Bundestag Nr. 30/2001. www.bundestag.de/aktuell

How Iris Recognition Works. Von John Daugman, 2003. http://www.cl.cam.ac.uk/users/jgd1000/irisrecog.pdf

Iridology: not useful and potentially harmful. Von E. Ernst. Archives of Ophthalmology, Januar 2000, Heft 118(1), S. 120/121.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 7 / 2003, Seite 81
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
7 / 2003

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 7 / 2003

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