Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Empreintes digitales – Identification“

Fingerprint identification has long been used by law enforcement to either identify or eliminate potential suspects in a case. It relies on friction ridges – the upraised skin that forms grooves on fingers – and friction ridge impressions, which form from natural secretions of sweat and other trace components. Latent prints, a common term for friction ridge impressions, have many benefits and advantages as a type of forensic evidence. However, they are not a perfect tool: wrongful convictions identified by post-conviction DNA testing and the re-evaluation of forensic evidence have spawned criticism and investigation into the scientific basis of this branch of forensics. This literature review examines literature in both the scientific and legal fields, and investigates three main themes: the principle of uniqueness assumed in individualization, the presence of cognitive bias and human error in analysis, and the changing role of expert testimony in court. There are arguments both for and against uniqueness, but it is still difficult to prove using statistical models and data analysis. Bias in examiners, on the other hand, undeniably exists in different ways, and should be actively guarded against in fingerprint analysis and expert testimony. Expert witness testimony that misleads, exaggerates, or is scientifically unsupportable has been linked to wrongful convictions in the past, highlighting the importance of careful regulation of how an expert witness is advised to testify. In addition to these topics, the techniques of collecting latent print evidence and the standard procedures of analysis have also been examined and evaluated for potential sources of error. Le maintien de l’ordre public utilise depuis longtemps les empreintes digitales pour identifier et éliminer des suspects d’une affaire criminelle. Les empreintes digitales se ent aux crêtes papillaires — les crêtes et les creux qui formes des rainures sur les doigts — et des empreintes des crêtes papillaires, ce qui se forme par les sécrétions naturelles de transpiration et autres composantes de traces. Les empreintes latentes, un terme courant pour les empreintes digitales, possèdent plusieurs avantages en tant qu’élément médico-légal de preuve. Toutefois, ce n’est pas une ressource able; des condamnations injustifiées identifiées par un test d’ADN post-condamnatoire et la réévaluation de l’évidence médico-légale ont frayé des critiques et des enquêtes de la base des sciences des empreintes digitales. Cette revue examine les textes dans les domaines scientifiques et médico-légaux, et examine trois thèmes : le principe d’unicité assumé par l’individualisation, la présence d’un biais cognitif et l’erreur humaine dans l’analyse, et le rôle changeant de témoignages experts devant la Cour. Il existe des arguments pour et contre l’unicité, mais l’unicité est tout de même difficile à prouver en utilisant les modèles statistiques et l’analyse de données. Un préjugé chez les examinateurs, d’autres parts, existe incontestablement, et devrait être activement évité lors de l’analyse d’empreinte digitale et de témoignages experts. Le témoignage d’expert qui induit en erreur, qui est exagéré ou qui est scientifiquement faux a mené à des condamnations injusti ées dans le passé, ce qui met en évidence l’importance d’une législation prudente sur comment l’expert est conseillé de témoigner. En plus de ces thèmes, les techniques de collecte des empreintes digitales latentes et les procédures normales d’analyse ont aussi été examinés et évalués pour des sources d’erreurs potentielles.

L'objectif est de concevoir de nouveaux procédés pour l'automatisation de l'identification de personnes par les empreintes digitales. Ces recherches recouvrent l'étude de toute la chaîne de traitements d'un AFIS. L'acquisition des empreintes avec la mise en oeuvre d'un nouveau capteur reposant sur la reconstruction d'une saisie roulée à partir d'une séquence vidéo. L'extraction des points singuliers (centres et deltas) des empreintes, par l'intégration d'une transformation de Gabor suivant une pyramide à deux niveaux, ainsi qu'un pavage par maillage et sous-maillage triangulaire. Cette étape s'achève par la détermination du résumé morphologique. L'extraction et la caractérisation des minuties avec l'amélioration, la segmentation, la squelettisation des images. Le matching des minuties s'appuyant sur des mises en correspondance locales et sur la triangulation de Delaunay afin de réduire les contraintes de flexibilité de la peau
The aim is to conceive new processes for automatic people identification through the fingerprints. These researches cover the study of all the data processing chain of an AFIS. The fingerprints capture with the developpement of a new sensor based on the reconstruction of a rolled image, with the help of a video sequence. The singular points extration (cores and deltas) by the integration of Gabor wavelets in a two levels gaussian pyramid, and fingerprint pavement through a triangular grid and under-grid. This phase is completed by the determination of the morphological summary. The extraction and the characterization of the minutiae with the enhancement, segmentation and skeletonization of images. The minutiae matching based on a local mapping and the Delaunay triangulation, in order to reduce the skin flexibility constraints

La présente étude s'interroge sur les méthodes d'identification des individus dans une optique sémiologique. Elle se proposer d'étudier ces méthodes en tant qu'elles utilisent des systèmes de représentations constitués de signes. Pour l'identification, le criminaliste transpose une identité physique dans des signes iconiques, verbaux, numériques. Ce sera à partir de ces signes que le criminaliste tentera, en retour, de remonter à l'identité, source de ces signes. C'est toujours sur l'enjeu de l'« aller-retour» entre identité et signes que sont fondées toutes les opérations de l'identification. Cet enjeu caractérise bien la nature de la discipline de la criminalistique. Il s'agit d'une science de l'information, et des signes. Cette étude tente de définir et de comparer précisément les trois systèmes d'images (portrait judiciaire, empreintes digitales et empreintes génétiques) vue de leur valeur pour l'identification. La photographie est à chaque fois utilisée et a donc un rôle central. Une interrogation portant sur les multiples rôles assumés alors par la photographie est donc tout à fait fondamentale pour féconder l'histoire de la photographie
The present study is an inquiry about the method for identification of individuals in a semiological approach. Its purpose is the study of the methods insofar as they use representation systems based on signs. For identification, the criminalist translates a physical identity into iconic, verbal or numerical signs. It is by taking the very same way back that the criminalist will later on attempt to trace back to the identity that is the source of these signs. What is at stake in the process of identification is always this to and fro movement between the identity and its signs on which identification is grounded. This stake is very characteristics of the nature of a forensic science. This is a science of information and a science of signs. This study is an attempt to define and compare precisely these three image systems -criminal photo, fingerprints and DNA fingerprints -as to their respective value for identification. Photography is of a central use, and deserves a special study as such. These so multiple and essential roles played by photography in the identification process show how fundamental an inquiry on the subject may prove for the history of photography

Dans un monde de plus en plus ouvert, les flux de personnes sont amenés à exploser dans les prochaines années. Fluidifier et contrôler ces flux, tout en respectant de fortes contraintes sécuritaires, apparaît donc comme un élément clef pour favoriser le dynamisme économique mondial. Cette gestion des flux passe principalement par la connaissance et la vérification de l’identité des personnes. Pour son aspect pratique et a priori sécurisé, la biométrie, et en particulier celle des empreintes digitales, s’est imposée comme une solution efficace, et incontournable. Néanmoins, elle souffre de deux sévères limitations. La première concerne les mauvaises performances obtenues avec des doigts détériorés. Ces détériorations peuvent être involontaires (travailleurs manuels par exemple), ou bien volontaires, à des fins d’anonymisation. La deuxième concerne les failles de sécurité des capteurs. En particulier, ils sont vulnérables à des attaques avec de fausses empreintes, réalisées par des personnes mal intentionnées dans un but d’usurpation d’identité. D’après nous, ces limitations sont dues à la faible quantité d’information exploitée par les capteurs usuels. Elle se résume souvent à une simple image de la surface du doigt. Pourtant, la complexité biologique des tissus humains est telle qu’elle offre une information très riche, unique, et difficilement reproductible. Nous avons donc proposé une approche d’imagerie, basée sur la Tomographique par Cohérence Optique, un capteur 3D sans contact, permettant de mesurer finement cette information. L’idée majeure de la thèse consiste à étudier divers moyens de l’exploiter, afin de rendre la biométrie plus robuste et vraiment sécurisée
In an increasingly open world, the flows of people are brought to explode in the coming years. Facilitating, streamlining, and managing these flows, by maintaining strict security constraints, therefore represent a key element for the global socio-economic dynamism. This flows management is mainly based on knowledge and verification of person identity. For its practicality and a priori secured, biometrics, in particular fingerprints biometrics, has become an effective and unavoidable solution.Nevertheless, it still suffers from two severe limitations. The first one concerns the poor performances obtained with damaged fingers. This damage can be involuntary (e.g. manual workers) or volunteers, for purposes of anonymity. The second limitation consists in the vulnerability of the commonly used sensors. In particular, they are vulnerable to copies of stolen fingerprints, made by malicious persons for identity theft purpose. We believe that these limitations are due to the small amount of information brought by the usual biometric sensors. It often consists in a single print of the finger surface. However, the biological complexity of human tissue provides rich information, unique to each person, and very difficult to reproduce. We therefore proposed an imaging approach based on Optical Coherence Tomography (OCT), a 3D contactless optical sensor, to finely measure this information. The main idea of the thesis is therefore to explore novel ways to exploit this information in order to make biometrics more robust and truly secured. In particular, we have proposed and evaluated different fingerprint imaging methods, based on the phase of the OCT signal

La biométrie est de plus en plus utilisée à des fins d’identification compte tenu de la relation étroite entre la personne et son identifiant (comme une empreinte digitale). Nous positionnons cette thèse sur la problématique de l’identification d’individus à partir de ses empreintes digitales. L’empreinte digitale est une donnée biométrique largement utilisée pour son efficacité, sa simplicité et son coût d’acquisition modeste. Les algorithmes de comparaison d’empreintes digitales sont matures et permettent d’obtenir en moins de 500 ms un score de similarité entre un gabarit de référence (stocké sur un passeport électronique ou une base de données) et un gabarit acquis. Cependant, il devient très important de déterminer l'identité d'un individu contre une population entière en un temps très court (quelques secondes). Ceci représente un enjeu important compte tenu de la taille de la base de données biométriques (contenant un ensemble d’individus de l’ordre d’un pays). Par exemple, avant de délivrer un nouveau passeport à un individu qui en fait la demande, il faut faire une recherche d'identification sur la base des données biométriques du pays afin de s'assurer que ce dernier n'en possède pas déjà un autre mais avec les mêmes empreintes digitales (éviter les doublons). Ainsi, la première partie du sujet de cette thèse concerne l’identification des individus en utilisant les empreintes digitales. D’une façon générale, les systèmes biométriques ont pour rôle d’assurer les tâches de vérification (comparaison 1-1) et d’identification (1-N). Notre sujet se concentre sur l’identification avec N étant à l’échelle du million et représentant la population d’un pays par exemple. Dans le cadre de nos travaux, nous avons fait un état de l’art sur les méthodes d’indexation et de classification des bases de données d’empreintes digitales. Nous avons privilégié les représentations binaires des empreintes digitales pour indexation. Tout d’abord, nous avons réalisé une étude bibliographique et rédigé un support sur l’état de l’art des techniques d’indexation pour la classification des empreintes digitales. Ensuite, nous avons explorer les différentes représentations des empreintes digitales, puis réaliser une prise en main et l’évaluation des outils disponibles à l’imprimerie Nationale (IN Groupe) servant à l'extraction des descripteurs représentant une empreinte digitale. En partant de ces outils de l’IN, nous avons implémenté quatre méthodes d’identification sélectionnées dans l’état de l’art. Une étude comparative ainsi que des améliorations ont été proposées sur ces méthodes. Nous avons aussi proposé une nouvelle solution d'indexation d'empreinte digitale pour réaliser la tâche d’identification qui améliore les résultats existant. Les différents résultats sont validés sur des bases de données de tailles moyennes publiques et nous utilisons le logiciel Sfinge pour réaliser le passage à l’échelle et la validation complète des stratégies d’indexation. Un deuxième aspect de cette thèse concerne la sécurité. Une personne peut avoir en effet, la volonté de dissimuler son identité et donc de mettre tout en œuvre pour faire échouer l’identification. Dans cette optique, un individu peut fournir une empreinte de mauvaise qualité (portion de l’empreinte digitale, faible contraste en appuyant peu sur le capteur…) ou fournir une empreinte digitale altérée (empreinte volontairement abîmée, suppression de l’empreinte avec de l’acide, scarification…). Il s'agit donc dans la deuxième partie de cette thèse de détecter les doigts morts et les faux doigts (silicone, impression 3D, empreinte latente) utilisés par des personnes mal intentionnées pour attaquer le système. Nous avons proposé une nouvelle solution de détection d'attaque basée sur l'utilisation de descripteurs statistiques sur l'empreinte digitale. Aussi, nous avons aussi mis en place trois chaînes de détections des faux doigts utilisant les techniques d'apprentissages profonds
Biometrics are increasingly used for identification purposes due to the close relationship between the person and their identifier (such as fingerprint). We focus this thesis on the issue of identifying individuals from their fingerprints. The fingerprint is a biometric data widely used for its efficiency, simplicity and low cost of acquisition. The fingerprint comparison algorithms are mature and it is possible to obtain in less than 500 ms a similarity score between a reference template (enrolled on an electronic passport or database) and an acquired template. However, it becomes very important to check the identity of an individual against an entire population in a very short time (a few seconds). This is an important issue due to the size of the biometric database (containing a set of individuals of the order of a country). Thus, the first part of the subject of this thesis concerns the identification of individuals using fingerprints. Our topic focuses on the identification with N being at the scale of a million and representing the population of a country for example. Then, we use classification and indexing methods to structure the biometric database and speed up the identification process. We have implemented four identification methods selected from the state of the art. A comparative study and improvements were proposed on these methods. We also proposed a new fingerprint indexing solution to perform the identification task which improves existing results. A second aspect of this thesis concerns security. A person may want to conceal their identity and therefore do everything possible to defeat the identification. With this in mind, an individual may provide a poor quality fingerprint (fingerprint portion, low contrast by lightly pressing the sensor...) or provide an altered fingerprint (impression intentionally damaged, removal of the impression with acid, scarification...). It is therefore in the second part of this thesis to detect dead fingers and spoof fingers (silicone, 3D fingerprint, latent fingerprint) used by malicious people to attack the system. In general, these methods use machine learning techniques and deep learning. Secondly, we proposed a new presentation attack detection solution based on the use of statistical descriptors on the fingerprint. Thirdly, we have also build three presentation attacks detection workflow for fake fingerprint using deep learning. Among these three deep solutions implemented, two come from the state of the art; then the third an improvement that we propose. Our solutions are tested on the LivDet competition databases for presentation attack detection

Dans un monde de plus en plus ouvert, les flux de personnes sont amenés à exploser dans les prochaines années. Fluidifier et contrôler ces flux, tout en respectant de fortes contraintes sécuritaires, apparaît donc comme un élément clef pour favoriser le dynamisme économique mondial. Cette gestion des flux passe principalement par la connaissance et la vérification de l’identité des personnes. Pour son aspect pratique et a priori sécurisé, la biométrie, et en particulier celle des empreintes digitales, s’est imposée comme une solution efficace, et incontournable. Néanmoins, elle souffre de deux sévères limitations. La première concerne les mauvaises performances obtenues avec des doigts détériorés. Ces détériorations peuvent être involontaires (travailleurs manuels par exemple), ou bien volontaires, à des fins d’anonymisation. La deuxième concerne les failles de sécurité des capteurs. En particulier, ils sont vulnérables à des attaques avec de fausses empreintes, réalisées par des personnes mal intentionnées dans un but d’usurpation d’identité. D’après nous, ces limitations sont dues à la faible quantité d’information exploitée par les capteurs usuels. Elle se résume souvent à une simple image de la surface du doigt. Pourtant, la complexité biologique des tissus humains est telle qu’elle offre une information très riche, unique, et difficilement reproductible. Nous avons donc proposé une approche d’imagerie, basée sur la Tomographique par Cohérence Optique, un capteur 3D sans contact, permettant de mesurer finement cette information. L’idée majeure de la thèse consiste à étudier divers moyens de l’exploiter, afin de rendre la biométrie plus robuste et vraiment sécurisée
In an increasingly open world, the flows of people are brought to explode in the coming years. Facilitating, streamlining, and managing these flows, by maintaining strict security constraints, therefore represent a key element for the global socio-economic dynamism. This flows management is mainly based on knowledge and verification of person identity. For its practicality and a priori secured, biometrics, in particular fingerprints biometrics, has become an effective and unavoidable solution.Nevertheless, it still suffers from two severe limitations. The first one concerns the poor performances obtained with damaged fingers. This damage can be involuntary (e.g. manual workers) or volunteers, for purposes of anonymity. The second limitation consists in the vulnerability of the commonly used sensors. In particular, they are vulnerable to copies of stolen fingerprints, made by malicious persons for identity theft purpose. We believe that these limitations are due to the small amount of information brought by the usual biometric sensors. It often consists in a single print of the finger surface. However, the biological complexity of human tissue provides rich information, unique to each person, and very difficult to reproduce. We therefore proposed an imaging approach based on Optical Coherence Tomography (OCT), a 3D contactless optical sensor, to finely measure this information. The main idea of the thesis is therefore to explore novel ways to exploit this information in order to make biometrics more robust and truly secured. In particular, we have proposed and evaluated different fingerprint imaging methods, based on the phase of the OCT signal

Notre objectif est de concevoir un système automatique de reconnaissance des empreintes digitales capable de retrouver, en un temps limité, une empreinte dans une base en contenant des millions. SNous plaçons ce problème dans le cadre plus général de l’indexation d’images sur bases spécifiques. Par conséquent, nous utiliserons un grand nombre de connaissances à priori, propre au domaine de la reconnaissance par empreintes digitales. Nous savons qu’une empreinte est caractérisée par un ensemble de points particuliers appels minuties. Les minuties sont les points de fin ou de bifurcation des lignes de crêtes qui composent l’empreinte. C’est la disposition géométrique des minuties les unes par rapport aux autres qui permet de savoir si deux empreintes sont issues du même doigt ou non. La détection automatique des minuties passe par une étape intermédiaire de segmentation d’image. Les algorithmes de segmentation existants sont souvent d’une trop grande complexité et un compromis qualité/rapidité est nécessaire. Nous proposons un banc de filtres de Gabor rapide qui évite un tel compromis. De plus, notre approche multiéchelle a l’avantage de bien éliminer le bruit tout en conservant la singularité qui caractérise les minuties. La mise en correspondance des minuties se heurte aux déformations rigides et non-rigides inhérentes à la saisie. En effet, l’utilisateur ne positionne jamais son doigt au même endroit sur le capteur et l’élasticité de la peau introduit de distorsions. L’algorithme doit de plus être robuste face au bruit et aux occultations. Nous avons mis au point une méthode basée sur une transformée de Hough généralisée et une mesure de similarité locale qui tient compte de la relation spaciale des minuties entre elles. Une compétition internationale montre l’efficacité et la stabilité de notre méthode. Afin de répondre à un flux de requête important, nous avons développé un réseau de neurones qui permet une classification des empreintes selon leur forme générale. La classification réduit rapidement et efficacement le nombre de candidats à l’opération d mise en correspondance des minuties et accélère ainsi considérablement la phase de recherche
Our aim is to develop an Automated Fingerprint identification system (AFIS) for fingerprint image retrieval in Very Large Databases. We view an AFIS as a Content based image retrieval system on specific databases. As a consequence, a large domain-specific prior knowledge is incorporated into the algorithms. Indeed, our system is based on the matching of minutiae points which are the terminaisons and bifurcations of the ridge lines that constitute a fingerprint image. The efficiency of minutiae detection depends on how well the idges and valleys are extracted. The complexity of existing segmentation algorithms is often too high and quality/speed tradeoff is necessary. In our present work, we propose a fast Gabor wavelet filter bank that avoids such a tradeoff. Moreover, our multiscale approach is original and provides noise elimination whilst preserving singularities that characterize minutiae. Minutiae matching is the ultimate step used to demonstrate whether two fingerprints originate from the same finger or not. The algorithm has to be robust to rigid and not-rigid deformations, noise and occlusions. We propose a method based on a generalized Hough transform and a similarity metric that takes the geometric relationships between minutiae into account. An international benchmark proves the efficiency and robustness of the proposed method. Since minutiae matching is time consuming, matching a fingerprint with the entire database would be computationally intensive. We matching is time consuming, matching a fingerprint with the entire database would be computationally intensive. We match the query fingerprint with a subset of the database obtained by a classification step. We have developed a neural-network based classifier that organizes fingerprints from information about their global shape. The algorithm has been extensively tested on our databases providing a fast and efficient pruning

Les travaux présentés au sein de ce manuscrit de thèse visent à répondre à un besoin précis des forces de l’ordre et a ainsi consisté à déterminer s’il est possible ou non de rechercher sur de larges surfaces et de révéler des empreintes digitales directement sur scène de crime. Un procédé de révélation par spray couplé à une molécule fluorescente spécifique a été mis au point. Ce projet doctoral a consisté tout d’abord en un travail préliminaire visant à fabriquer des empreintes artificielles reproductibles. Ces dernières ont été utilisées pour les comparaisons entre empreintes révélées, qui prennent place dans l’évaluation de l’efficacité du procédé.Les propriétés spectroscopiques du fluorophore déposé par spray au sein des empreintes ont été étudiées afin de comprendre l’origine du contraste de fluorescence qui permet la visualisation de l’empreinte. Un autre aspect de la compréhension du mécanisme de révélation d’empreinte se situe au niveau du procédé lui-même, dans la mesure où le mode de fonctionnement du spray et le comportement des gouttes qu’il produit ont un impact conséquent sur les qualités d’empreintes révélées. Ainsi, ces derniers ont été étudiés via des techniques d’imageries pour mieux cerner et tenter d’optimiser le procédé de révélation par modification du solvant notamment. Enfin, le procédé proposé a été abordé sous un angle plus technique, afin de répondre aux enjeux opérationnels des forces de l’ordre
The thesis work aims at addressing a particular need of the police and establishing whether it was possible to visualise fingerprints or not by using a revelation process which is able to cover large surfaces. For reaching this goal, we studied in this work a new strategy: the spray deposition of a specifically designed fluorescent dye. The doctoral project consisted first in some preliminary work which aims at creating artificial and reproducible fingerprints. Those fingerprints will be used to compare revealed fingerprints with each other, in order to assess the effectiveness of the new method. The spectroscopic properties of the fluorophore used in this specific material have been studied, so as to have a better understanding of the mechanism taking places during revelation process. We also analysed the means of revelation itself, the spray and its functioning. Indeed, the drops produced by the spray have a fundamental impact on the quality of the fingerprints revealed. The spray and the drops produced have been studied by imaging techniques in order to better understand and try to optimize the revelation process by a substitution of solvent. Lastly, the method proposed has been considered from a technique angle, so as to meet operational challenges of the police on the crime scenes