Conf. Dr. Ing. Marius MINEA Absolvent Andrei PO ȘTARU București 2020 UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI FACULTATEA TRANSPORTURI Departamentul… [611163]

UNIVERSITATEA „ POLITEHNICA ” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific
Conf. Dr. Ing. Marius MINEA Absolvent: [anonimizat]
2020

UNIVERSITATEA „POLITEHNICA” DIN BUCUREȘTI
FACULTATEA TRANSPORTURI

Departamentul Telecomenzi și Electronică în Transporturi

TEHNICI BIOMETRICE
PENTRU CONTROL,
SECURITATE ȘI ACCES
CU APLICAȚII ÎN
TRANSPORTURI

Coordonator științific
Conf. Dr. Ing. Marius MINEA Absolvent: [anonimizat]
2020

Cuprins

MEMORIU JUSTIFICATIV ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 5
CAPITOLUL 1. INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………. 1
1.1 TIPURI DE IDENTIFICĂRI BIO METRICE ………………………….. ………………………….. …….. 2
1.1.1 Factori fiziologici ………………………….. ………………………….. …………………………. 2
1.1.2 Factori comportamentali ………………………….. ………………………….. ………………… 3
1.2 FUNCȚIONALIATATEA BIO METRICĂ ………………………….. ………………………….. ………. 3
1.3 STADIUL ACTUAL AL APL ICAȚIILOR ÎN TRANSPO RTURI ………………………….. ………….. 5
1.3.1 Sistemul Privium ………………………….. ………………………….. ………………………….. 6
1.3.2 Sistem bazat pe geometria mâinii ………………………….. ………………………….. …….. 6
1.3.3 Tehnologia US Visit ………………………….. ………………………….. ……………………… 7
1.4 ELEMENTE TEORETICE NE CESARE ÎNȚELEGERII A MPRENTELOR ………………………….. .. 8
1.5 TIPURILE FUNCȚIONALE ALE SENZORILOR DE AM PRENTĂ ………………………….. …….. 11
1.5.1 Senzorii optici ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 11
1.5.2 Senzori silicon ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 14
1.5.3 Senzori pe bază de ultrasunete ………………………….. ………………………….. ………. 15
1.6 ANALIZA ȘI REPREZENTA REA AMPRENTELOR DIGI TALE ………………………….. ……….. 16
1.7 VULNERABILITĂȚILE UNU I SISTEM BIOMETRIC ………………………….. …………………… 18
1.8 AVANTAJE ȘI DEZAVANTA JE ………………………….. ………………………….. ……………… 20
CAPITO LUL 2. PROIECTARE MODUL EXP ERMIENTAL PENTRU APL ICAȚIE
DE CONTROL ȘI ACCES PRIN AMPRENTĂ ………………………….. ………………………… 23
2.1 MODULE FUNȚIONALE ………………………….. ………………………….. ……………………… 23
2.1.1 Senzorul de amprentă ………………………….. ………………………….. …………………… 23
2.1.2 Arduino Uno R3 ATmega328P ………………………….. ………………………….. ……… 26
2.1.3 Placă de expansiune senzori Sensor Shield v5.0 ………………………….. ……………. 27
2.1.4 Modul releu 1 canal 5V ………………………….. ………………………….. ………………… 27
2.1.5 Modul de alimentare multiplă ………………………….. ………………………….. ……….. 28
2.1.6 Alimentator 12V 2A ………………………….. ………………………….. ……………………. 29
2.1.7 Yala electromagnetică ………………………….. ………………………….. ………………….. 29
2.1.8 Buton rotund și rezistor 10 KΩ ………………………….. ………………………….. ……… 30
2.2 FUNCȚIONAREA APLICAȚI EI ………………………….. ………………………….. ………………. 30
2.2.1 Schema electronică ………………………….. ………………………….. ……………………… 31

2.2.2 Înregistrarea amprentei ………………………….. ………………………….. ………………… 33
2.2.3 Fiabilitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 37
2.2.4 Camera de control într -un centru de dirijare a traficului feroviar ………………….. 39
2.3 COSTURILE DE REALIZAR E A PROIECTULUI ………………………….. ……………………….. 41
CAPITOLUL 3. REZULTATE ȘI CONCLUZ II ………………………….. …………………….. 42
DICȚIONAR EXPLICATIV DE TERMENI ȘI ABREV IERI ………………………….. …….. 44
BIBLIOGRAFIE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 46
ANEXA 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 47
ANEXA 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 48
ANEXA 3 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 49
ANEXA 4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 50
ANEXA 5 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 51
ANEXA 6 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………. 52

Memoriu justificativ
În prezent situa ția transporturilor este diversificat ă și difer ă de la o țară la alta, av ând la
bază economia. Regiunile dezvoltate prezint ă sisteme de transport bine puse la punct pornind
de la autobuze electrice cu WiFi gratuit p ână la trenuri de mare vitez ă și sisteme de curierat
avansate. În regiunile slab dezvoltate unde mașinile și autobuzele care nu îndeplinesc normele
specifice de circula ție pot fi considerate un lux și un privilegiu de care nu toat ă lumea poate
beneficia. Am c ălătorit și am observat diferen țe semnificative ale transportului în comun de la
o țară la alta. În unele țări punctualitatea și confortul c ălătorilor este lu at în considerare mai
mult dec ât m-am a șteptat iar în unele țări am tras concluzia că trebuie îmbun ătățiri să se ajung ă
la standardele anului 2020 av ând în vedere tehnologia de care putem benefici a pentru a dezvolt a
structura transporturilor . Mă consider un c ălător al secolului al XXI -lea și îmi doresc să văd
îmbun ătațiri și accesibilitate spre orice destina ție într-un timp și mod c ât mai eficient.
Am c ălătorit cu trenul, avionul, metroul, vaporul și restul transporturilor actuale și am
observat c ă exist ă în majoritatea cazurilor posibilitatea de a frauda sistemul iar cu rea inten ție
poți avea acce s la aceste servicii gratuit, de asemenea, cu un risc . Nu putem avea o societate
perfect ă în care să ne baz ăm pe încredere, de accea consider că trebuie s ă punem accent
funcționabiltitate , securitate c ât și pe accesibilitate. Un sistem biometric poate fi r ăspunsul
acestor necesit ăți uzuale în domeniul transporturilor.
În practica de var ă a anului 2019 am avut posibilitatea s ă interac ționez cu echipamentul
unui sistem biometric. La u șa de intrare în birou era amplasat un scanner de amprente care
oferea accesul utilizatorilor înregistrați în baza de date în interior ul încăperii . Am fost fascinat
de aceast ă unealtă , mai ales în momentul în care mi -am înregistrat propriile amprente în sistem.
Când au fost dezvoltate primele tenologii biometrice, cu decenii în urm ă, acestea erau
foarte scumpe și complexe, fiind folos ite numai în aplica țiile miltare. Situa ția s-a schimbat
datorit ă progresului tehnologiei și automatiz ării iar acum putem implementa cele mai bune
sisteme de acces, securitate și control . Conform cnet.com în viitorul apropiat am putea s ă ne
urcăm la bordul unui avion aproape de pe orice aeroport american f ără a fi nevoi ți să arătăm
pașaportul . Procesul ar consta în verificarea fe ței la punctele de control. Un numar de 17
aeroporturi din SUA au implementat un sistem care face parte din programul Biometrix Exit al
Autorit ăților Vamal e. Până în 2019, recunoa șterea facial ă a devenit mai sofisticat ă și mai de
încredere pentru aplica țiile din transport. Sistemele de supraveghere video în simbioz ă cu
identificarea biometric ă au parte de o cre ștere urias ă. În Emiratele Arabe se g ăsesc astfel de
camere, însa se confrunt ă cu mai multe probleme. Prima dintre aceasta este num ărul de persoane
care folosesc mijloacele de transport, num ărul lor ajung ând zilnic la sute de mii. Infrastructura

necesit ă astfel mii de camere și optimizarea ei pentru a func ționa c ât mai bine. O alt ă problem ă
const ă în integrarea solu țiilor în infrastructura deja existent ă. Transportation Security Agency
și liniile aeriene testeaz ă camere de recunoa ștere a fe ței, ceea ce ar putea face ca într-o bun ă zi
acest proces s ă fie realizat f ără a interac ționa cu alte persoane.
De asemenea , exist ă sisteme anti -fraud ă utilizate pentru protejarea și furtul
autoturismelor. Sistemul cuprinde structuri senzoriale complexe (de tip web -cam) amplasate în
interiorul/exteriorul ma șinii, iar c ând o persoană dorește să pătrund ă în autovehicul, este
verificat ă dacă are acces sau nu. Persoanele care au acces, au codul irisului ( IrisCode -ul)
memorat într-o baz ă de date. Dac ă persoanele se autentific ă cu success li se permite s ă deschid ă
ușile sau s ă porneasc ă motorul, altfel, se trans mit frame -uri la poli ție, firma de paz ă sau la
proprietar în cazul în care se observă o autentificare frauduloasă .
Beneficiile de utilizare ale aceestor sisteme sunt numeroase . Printre acestea se pot
enumera integritatea datelor personale, fluidizarea circula ției și reducerea timpului de a șteptare,
eliminarea cozilor, eliminarea cardurilor de plastic si al cartelelor tipice de validare, confor t și
securitate spori tă precum și reducerea costurilor.

1 Capitolul 1. Introducere
Biometria derivă din termenii grecești bios (viață) și metrikos (măsură) și definește un
cumul de metode automatizate folosite în identificarea unui individ folosind anumite
caracteristici biometrice (amprenta digitală, geometria feței, retina, irisul, geometria palmelor,
greutatea corpului, presiunea sanguina, etc) sau comportamentale (dinamica acționării tastelor,
timbrul vocal, configurația ADN, dinamica scrisului, et c) ale acestuia, dat fiind faptul că unel e
caracteristici biometrice ale irisului, configurați ei ADN sunt identificate unic, și nu pot fi
înlocuite sau copiate în momentul de față determinând sisteme și implementări tehnologice de
identificare cu performanțe mult superioare celor existente. [1]
Autentificarea biometrică reprezintă știința instituirii unei identi tăți, având la baz ă
însușiri fizice sau comportamentale ale unui individ. Cea mai cunoscută și reprezentativă
caracteristică biometrică este oferită de amprenta digital ă. În secolul al XIX -lea, savantul
britanic Sir Francis Galton a fost primul care a propulsat utilizarea amprentei degetelor în scopul
identific ării. Acesta a elaborat un studiu detaliat asupra amprentelor degetelor în care a
prezentat și un sistem de clasificare bazat pe amp rentele tuturor celor zece degete ale m âinilor,
sistem ce st ă și astăzi la baza schemelor de identificare aflate în uz. [1]
Aceste caracteristici biometrice măsurabile sunt asociate și destinate securității și
idententificării identității individuale. Vali darea depinde de însăși persoana care o cere, nu de
ceea ce are sau ce știe, ci de ceea ce este. Resursele securității se bazează pe persoan a care le
deține, oferindu -se astfel un nivel ridicat de siguranță, convenabil atât pentru utilizator, cât și
pentru administratorul de sistem. Identificarea cu ajutorul biometriei prezintă un major interes
de studiu, fiind un instrument care va consolida s olid pilonii securității ce urmează a se dezvolta.
Perfecționarea și dezvoltarea succesivă a sistemelor de colectare și prelucrare a datelor au
rezultat spre îmbunătățirea sistemelor de acces. În ultima perioadă, sistemele de securitate
bazate pe tehnologi i biometrice reprezintă o alternativă viabilă la alte sisteme (cartele
magnetice, coduri de bare, parole, etc). Putem interpreta această evoluție a sistemelor ca o
îmbunătățire continuă a sistemelor tradiționale. Devine evident faptul că o singură trăsătur ă
biometrică nu este îndeajuns pentru a atinge un nivel maxim de securitate a sistemului, astfel
sistemele unibiometrice se dezvoltă treptat spre sisteme multibiometrice, eliminând
neajunsurile. O securitate foarte ridicată a integrității sistemului o repr ezintă autentificarea prin
doi factori, unul fizic și unul comportamental, deși acest sistem ar reprezenta un deficit major
de timp pentru autentificare. [1]
Utilizarea biometriei prezintă un avantaj deosebit față de sistemel e tradiționale , precum
și o alte rnativă la protecția prin parolă. Doar autentificarea biometrică se bazează pe

2 identificarea și analiza unei părți intrinseci a corpului uman. Sisteme precum cele bazate pe chei
fizice, coduri de bare sau cartele magnetice pot fi multiplicate, pierdute sau furate. Parolele pot
fi sparte, pot fi observate de alte persoane intenționat sau nu, sau pot fi uitate, prezentând o
pierdere semnificativă de timp pentru administ ratorii de sistem, înt rucât și pentru utilizatori,
până în momentul soluționării problemei. În funcție de necesități, utilizarea amprentelor drept
sistem de securitate vine cu mai multe avantaje, completând majoritatea necesitaților ale unui
sistem de securitate general . În momentul actual, gradul de utilizare al acestor sisteme nu este
atât de ridicat, fiind în continuă dezvolt are, dar pe parcurs, cu siguran ță aceste tehnologii vor
obține întâietate sporită. [1]
1.1 Tipuri de identificări biometrice
Pentru permiterea accesului într -un spațiu fizic sau virtual, utilizatorul se poate
autentifica folosind trei metode: printr -un obiect pe care îl posedă, prin cunoștințe secrete sau
prin trăsături le anatomice. Tehnologiile biome trice actuale au la bază doi identificatori:
fiziologici și comportamentali .
1.1.1 Factori fiziologici
 Amprent a digitală – Sistemul este bazat pe un senzor care transmite caracteristicile
reliefului papilar către un microcontroller unde are loc procesarea informației.
 Geometria mâinii – Un senzor optic scanează întreaga palmă a utilizatorului . În acest
scop mâna trebuie introdu să într -un dispozitiv mecanic dotat cu senzori de proximitate.
Geometria palmei este unică datorită lungimi și unghiurilor degetelor. Scanarea mâi nii
se bazează și pe colecția de 27 de oase , mușchi, țesuturi și ligamente.
 Iris/retină – Un senzor optic scanează irisul /retina înregistrând imaginea obținută într-o
memorie dinamică sau statică. Irisul reprezintă un complex muscular care este colora t
în nuanțe de verde, gri, maro și albastru după un șablon unic fiecărei persoane. Retina
este vizibilă atunci când se emite perpendicular o lumină pri n pupilă ( “och i roșii” din
fotografii sunt reflexii ale retinei ).
 Recunoaștere a facială sau termografică – Scanarea se face cu senzori optici sau de
temperatură. Imaginea captată este geometrizată 3D și reținută.
 Venele – Dacă se emite o lumină puternică din spectrul IR peste mână se observă un
șablon unic al vaselor de sânge.
 Amprentarea ADN – Este o tehnic ă folosit ă bazat ă pe caracterizarea ADN -ului. Aceast ă
tehnologie se bazeaz ă pe varia țiile ADN -ului care sunt diferite de la un individ la
altul. [2][3]

3 1.1.2 Factori comportamentali
 Voce a – Se analizează spectrul vocal al utilizatorului iar dacă spectrul de frecve nță este
identic cu cel memorat, accesul este permis.
 Dinamica de tastare – Se referă la presiunea și ritmul de apăsare al tastelor. Ritmul de
dactilografiere este la fel de unic precum semnătura.
 Scrisul – Sistemele pot evalua semnăturile într -un mod vari at. Compară o semnătur ă
memorată cu una nouă, măsoară mișcarea unui stilou, dinamica de realizare a semnăturii
sau măsoară dinamica forței de apăsare pe suprafața de scriere.
 Mersul – Modul în care o persoană merge, se poate încadra într -un șablon unic. [2][3]
1.2 Func ționaliatatea biometric ă

Figura 1. Schema bloc a unui sistem biometric

Primul bloc (senzor) este interfața dintre lumea reală și sistem. El trebuie să obțină toate
datele necesare. În general este un sistem de achiziție de imagine, dar se poate schimba în
funcție de caracteristicile dorite. Al doilea bloc efectuează toate pre -procesările necesare ,
trebuie să elimine paraziții de la senzor, pentru a îmbunătăți intrarea (de exemplu, eliminarea
zgomotului de fond), să folosească un fel de normaliza re. În al treilea bloc sunt extrase
caracteristicile necesare. Această etapă este o etapă importantă întrucât caracteristicile corecte
trebuie să fie extrase în mod optim. Este folosit un vector de numere sau o imagine cu proprietăți
speciale pentru a crea un șablon. Elementele de măsurare biometrice care nu sunt utilizate în

4 algoritmul de comparație sunt îndepărtate din șablon pentru a reduce volumul fișierului și
pentru a proteja identitatea persoanei înregistrate .
Când se face înregistrarea, modelul este pur și simplu stocat undeva (pe un card sau într –
o bază de date, sau ambele). Dacă este efectuată o fază de potrivire, șablonul obținut trece la un
adaptor unde se compară cu alte șabloane existente, și se estimează diferențele dintre ele
folosind un algoritm (de exemplu, distanța Hamming). Programul de potrivire va analiza
șablonul cu intrarea. Acest lucru va fi apoi extras pentru orice utilizare specificată sau scop (de
exemplu, intrarea într -o zonă cu restricții). Selectarea datelor biometrice în orice aplicație
practică este funcție de măsurătorile caracteristicilor și cerințele utilizatorilor. Noi ar trebui să
luăm în considerare performanța, acceptabilitatea, eludarea, robustețea, acoperirea populației,
dimensiunea, descurajarea furtului identității, în selectarea unei anumite biometrii. Selectarea
biometrică în funcție de necesitățile utilizatorului ia în considerație disponibilitatea senzorului,
a dispozitivului, timpul de procesare , fiabilitatea, costul, zona senzorului și consumul de
energie. [4]
Multe aspecte diferite ale fiziologiei umane, chimia sau comportament ul uman pot fi
folosite pentru autentificarea biometrică. Selecția unui anumit aspect biometric pentru utilizare
într-o aplicație specifică implică o ponderare de mai mulți factori. Jain și colab. (1999) au
identificat cinci astfel de factori pentru a fi utilizați în scopul evaluării adecvării oricărei
trăsături pentru utilizare în autentificarea biometrică. Universalitatea înseamnă că fiecare
persoană care utilizează un sistem trebuie să po sede trăsătura. Unicitatea înseamnă că
trăsăturilr ar trebui să fie suficient de diferite pentru fiecare individ din populația în cauză, astfel
încât acestea să poată fi distinse unele de altele. Permanența se referă la modul în care o
trăsătură variază în timp. Mai precis, o trăsătură cu o bună permanență va fi în mod normal
invariantă în timp, în ceea ce privește algoritmul de potrivire specifică. Măsurabilitatea
(colectabilitatea) se referă la ușurința de achiziție sau de măsurare a trăsăturii. Eficacita tea se
referă la precizia, viteza și robustețea tehnologiei utilizate. Se referă la c ât de bine acceptă
indivizii din populația în cauză tehnologia, astfel încât aceștia să fie de acord cu captarea și
evaluarea trăsăturilor lor biometrice .[4]

5 Tabelul 1. Comparații asupra unor tehnologii biometrice (R – ridicat, M – mediu, S – slab) [3]
Tehnologia biometrică Universalitate Unicitate Permanență Eficacitate Acceptabilitate
Față R S M S R
Amprentă M R R R M
Geometria mâinii M M M M M
Apăsare pe tastă S S S S M
Semnătura S S S S R
Iris R R R R S
ADN R R R R S
Voce M S S S R
Scanare Retin ă R R M R S
Termografiere facială R R S M R
Mers M S S S R
Venele de la mana M M M M M

1.3 Stadiul actual al aplicațiilor în transporturi
Aplicații ale biometriei există în foarte multe sectoare de lucru, având o arie foarte
diversificată cu oportunități și perspective pentru dezvoltare. Unul dintre aceste sectoare fiind
reprezentat de către aplica țiile din transporturi cu preponderent în co ntrol și acces . Tehnologia
biometrică este utilizată pentru a facilita automatizarea procesului de trecere a frontierei. Un
exemplu este constituit de către verificarea rapidă a ampre ntelor și a altor caracteristici stocate
în cipul e -pașaportului deținut de o persoană . Companiile de transport experimentează scanarea
facială pentru a accelera cozile pasagerilor la porțile automate ePassport din aeroporturi.

Figura 2 . Domeniile în care se folosesc metodele biometrice

6 1.3.1 Sistemul Privium
Aeroportul Internațio nal Schiphol din Amsterdam, Olanda, utilizează scanarea irisului
și carduri inteligente pentru a grăbi procedura de trecere a frontierei. Pasagerii, care sunt în mod
voluntar înregistrați în sistem, introduc cardul lor inteligent la intrarea în aerogară și după accea
se uită la o camera. Trei lumini roșii, de intensitate redusă, provenind din trei puncte diferite
lumineaz ă ochiul. Acestea captează imaginea ochiului pasagerului si o procesează pentru a
localiza irisul, apoi calculează IrisCode -ul. Acesta este comparat cu datele existente pe cardul
inteligent pentru a finaliza verificarea utilizatorului și a deschide poarta de acces . Asemănător
sunt identific ați angajații aeroportului din zonele de securitate ridicată. Tehnologia acordă
atenție miscărilor ochiului și reflexelor pupilei, acest lucru făcând comiterea unei fraude
aproape imposibilă. Acesta este un exemplu de sistem biometric, care este folosit pentru a crește
fluidizarea călătorilor , în același timp îmbunătățindu -se și securitatea. În Figura 3 este prezentat
modul de folosire al acestui sistem. [5]

Figura 3. Sistemul Privium de la Aeroportul Schipol din Amsterdam [5]

1.3.2 Sistem bazat pe geometria mâinii
Aeroportul Internațional Ben Gurion din Tel -Aviv utilizează chioșcuri de identificare
automat ă a persoanelor pe baza geometri ei mâinii, pentru a facilta trecerea mult mai rapidă a
procesului de inspecție a pașapoartelor pentru cetățenii isralieni și turiștii internaționali care

7 trec foarte des în acest stat . În momentul actual, mai mult de 1600.000 de personae sunt
înregistrați în acest program. Sistemul bazat pe chioșcuri utilizează cardul de credit al turiștilor
pentru a începe procesul de verificare. Informațiile obținute din geometria mâinii sunt folosite
pentru a valida identitatea turiștilor , precum și pentru a testa în continuare dacă utilizatorul
respectiv reprezintă o amenințare la adresa Israelului. Procesul automat de inspecție durează
mai puțin de 20 de secunde și a redus considerabil timpul de așteptare pentru pasageri. [6]

Figura 4. Procesul de verificare și un exemplu de dispozitiv pentru scanarea geometriei [6]

1.3.3 Tehnologia US Visit
Tehnologia US -VISIT ( United States Visitor and Immigration Status Indicator
Technology) reprezintă un sistem de securitate la trecerea frontierei, care a fost implementat în
mai mult de peste 100 de aeroporturi americane, precum și în 15 porturi și în 50 dintre cele mai
aglomerate vămi de intrare în SUA. Turiștilor străini care intră în SUA li se scanează degetul
arătător de la ambele mâini, folosind un cit itor de amprentă. Datele biometrice achiziționate
sunt folosite pentru validarea documentelor de călătorie ale utilizatorului la punctul vamal. Deși
deocamdată se folosesc doar două amprente, sistemul va putea pe viitor să înregistreze toate
cele 10 degete ale unei persoane. Acest lucru va asigura faptul că baza de date cu amprentele
achiziționate în cadrul programului US -VISIT va fi compatibil ă cu baza de date deținute de FBI
(Federal Bureau of Investigation ) în cadrul Sistemului Integrat de Identificare Automată a
Amprentelor (IAFIS – Integrated Automated Fingerprint Identification System). [7]

8
Figura 5. Scanarea amprentelor digitale [7]

1.4 Elemente teoretice necesare înțelegerii amprentelor
Pielea este învelișul care îmb racă întreaga suprafață a corpului uman. Ea este formată
din trei straturi: epiderm ă, derm ă și hipoderm ă. Epiderma este partea superioară a pielii, fiind
alcătuită din mai multe straturi de celule epiteliale. Celulele superioare ale epidermei sunt celule
moarte și formează un strat cornos relativ dur, care face din epidermă un înveliș protector al
pielii. Derma sau pielea propriu -zisă, este un țesut fibros, viu, conjunctiv și elastic. El conține
vasele capilare, vasele arteriale și venoase, precum și termi națiile a numeroși nervi senzitivi.
Hipoderma este stratul cel mai profund, situat sub dermă, care face legătura între piele și
organele interioare. La punctul de contact cu epiderma, la partea superioară, derma prezintă o
serie de proeminențe, de ridicătu ri conice, care se numesc papile . În vârful papilelor, ce sunt
străbătute fiecare de câte un canal, se află porii prin care este eliminată transpirația. Papilele
dermice sunt înșiruite liniar, unele lângă altele. Rândurilor de papile le corespund rândurile de
creste papilare situate la suprafața dermei. Crestele papilare care se formează la suprafața
dermei au o înălțime ce variază între 0,1 -0,4 mm și o lățime între 0,2 -0,7 mm. Ele sunt despărțite

9 de niște văi numite „șanțuri papilare”, ce au aceleași dimen siuni ca ale crestelor pe care le
separă. Forma crestelor papilare de la suprafața dermei este produsă identic de stratul epidermic,
ceea ce face ca în exterior epiderma să prezinte aceleași caracteristici ca și derma. Transpirația
excretată de glandele su doripare și substanțele grase (sebum) secretate de glandele sebacee
formează la suprafața epidermei un strat de săruri și grăsimi care, la contactul cu un obiect, se
depun pe acesta și redau întocmai forma crestelor papilare. Crestele papilare existente pe
suprafața pielii, de pe interiorul mâinilor și de pe talpa picioarelor, formează desenul papilar,
un desen pe cât de complicat, pe atât de util în identificarea unei persoane. Din desenele papilare
sunt considerate ca făcând parte și încrețiturile pielii care străbat transversal crestele papilare,
denumite linii albe, precum și liniile ce se formează pe epidermă în zona șanțurilor flexorale.
Fiecare desen papilar al fiecărui deget are o morfologie unică neexistând două degete cu desene
identice, chiar la a ceeași persoană. Unicitatea se explică prin varietatea desenelor papilare. Ele
sunt variate atât în ceea ce privește forma generală, cât și în amănuntele construcției crestelor
ce le compun. Chiar dacă se găsesc două desene papilare asemănătoare între ele, părând la prima
vedere că ar fi identice, la o examinare amănunțită se poate vedea că detaliile formei crestelor
papilare nu mai corespund ca număr, formă și plasament. Degetul de la mână are trei falange
care constituie, fiecare în parte, o zonă papilară a degetului respectiv, despărțită de celelalte
prin șanțuri flexorale după cum se poate observa în Figura 6.[8]

Figura 6. Zonele papilare de la degetele mâinii: a – zona falangetei, b – zona falanginei, c – zona
falangei, d – șanturi flexorale

10 Crestele ce se găsesc pe zona papilară a falangetei pot fi împărțite după forma și poziția
lor în trei grupuri care determină formarea a tot atâtea regiuni . Astfel, crestele situate pe vârful
și pe marginile falangetei alcătuiesc regiunea marginală și au în genera l forma conturului
degetului, adică a unor arcuri de cerc cu convexitatea îndreptată spre vârful acestuia. Crestele
papilare care se găsesc în centrul desenului formează regiunea centrală. Ea este regiunea cea
mai importantă a desenului papilar, deoarece a ici forma și direcția crestelor papilare variază,
permițând o clasificare precisă a desenelor papilare. Crestele papilare situate în vecinătatea
șanțului de flexiune au o formă, în general, rectilinie . Ele sunt orientate relativ orizontal și
paralel cu șan țul de flexiune care desparte falangeta de falangină. Acestea formează regiunea
bazală. Cele trei regiuni ale desenului papilar sunt despărțite între ele de creste papilare care se
numesc limitante, astfel: ultima creastă din regiunea marginală, care este vecină cu regiunea
centrală, poartă denumirea de limitantă superioară și desparte regiunea marginală de cea
centrală iar creasta din regiunea bazală vecină cu regiunea centrală se numește limitantă
inferioară. În traiectoria ei, limitanta superioară întâln ește limitanta inferioară într -unul sau mai
multe puncte ale desenului papilar. La locul de contact al limitantelor se întâlnesc cele trei
regiuni papilare ale amprentei digitale și se formează o figură triunghiulară, care poartă
denumirea de “delta”. Acea stă denumire i -a fost dată avându -se în vedere asemănarea
triunghiului format cu litera grecească delta ( Δ).[8]

Figura 7. Regiunile diferitelor forme ale desenului papilar al falangetei : a – regiunea marginal ă, b –
regiunea central ă, c – regiunea bazal ă, L.s. = limita superioar ă, L.i. = limita inferioar ă

11 1.5 Tipurile funcționale ale senzorilor de amprentă
Tehnologiile actuale de recunoaștere a amprentelor digitale se bazează pe algoritmi de
potrivire a punctelelor caracteristice măsurabile care pot fi descr ise prin unele atribute cum ar
fi poziția în amprentă, direcția, tipul (bifurcare/încetare) și o valoare reprezentând calitatea
modelului de amprentă în vecinatatea sa. Exist ă aproximativ 70 de puncte măsurabile, unice
pentru fiecare individ iar fiecare pu nct are 7 caracteristici unice. Teoretic, pentru o securitate
maximă , se pot scana cele 10 degete rezult ând 4900 de puncte independente pentru o singură
persoană. Al goritmii consideră fiecare punct caracteristici ca triplet T = { x, y, v} codificând
coordonatele spațiale și unghiul crestei. Setul de atribute aparținând punctelor caracteristice
extras dintr -o amprentă se numește șablon. Potrivirea de amprente const ă în compararea a doua
șabloane pentru a determina dacă cele două seturi de puncte caract eristice provin de la același
deget. Potrivirea punctelor caracteristice în practică, poate fi o muncă dificilă. Algoritmul de
recunoaștere al amprentelor papilare necesită posibilitatea de a determina dacă două impresiuni
date provin de la aceeași amprent ă sau nu. Tehnicile de potrivire se împart în cele bazate pe
puncte de minuție sau pe corelație. [3][9]
Tehnicile de minuție se bazează pe detectarea cu acuratețe a punctelor de minuție și
folosirea unor tehnici de potrivire sofisticate pentru a compara cel e doua seturi de puncte care
nu suferă transformări nerigide, în comparație cu tehnicile bazate pe corela ție care sunt afectate
de distorsiunile neliniare și de prezen ța zgomotului în imagine. În general, s -a observat c ă
tehnicile bazate pe minuție sunt ma i performante decât cele bazate pe corelație. Există trei
tehnologii importante utilizate pentru senzorii de amprentă dup ă cum urmeaz ă:
1.5.1 Senzorii optici
Senzori i optici necesită o sursă de lumină care este refractată printr -o prismă. Degetul
este plasat pe o plăcuță cu sticlă. Sursa luminează amprenta degetului, iar imaginea este
capturată.
a) FTIR (Frustrated Total Internal Reflection)
Aceasta este cea mai veche și cea mai utilizată tehnică de achiziție în timp real în zilele
noastre. Degetul atinge partea de sus a unei prisme din sticlă, iar în timp ce crestele intră în
contact cu suprafața prismei, văile rămân la o anumită distanță, du pă cum se poate vedea și în
Figura 8.

12
Figura 8. Senzor optic de tipul FTIR [8]

Partea stângă a prismei este iluminată prin intermediul unei lumini difuze (obținută prin
intermediul un ui banc de LED -uri). Lumina care intră în prismă este reflectată în cazul văilor,
și absorbită în mod aleator de către creste. Lipsa reflecției permite determinarea crestelor (care
apar mai închise la culoare în imaginea preluată), precum și a văilor, care apar deschise la
culoare. Razele de lumină ies prin partea dreaptă a prismei și sunt concentrate prin intermediul
unei lentile într -un senzor de imagine CCD (Charged Coupled Device) și CMOS
(Complementary Metal Oxide Semiconductor) . Deoarece aceste dispozitive necesită prezența
unei suprafețe 3D, rezultă faptul că nu pot fi utilizate pentru o fotografie sau o imagine
imprimată a unei amprente. [8]
b) FTIR cu o prismă de tip foaie
Folosind o prismă de tip foaie, făcută dintr -un anumit număr de “bucăți de prismă”
adiacente, î n locul unei singure prisme mai mari, se poate ajunge la o reducere, într -o oarecare
măsură, a dimensiunilor ansamblului mecanic utilizat pentru captarea imaginii amprentei. De
fapt, chiar dacă suprafața optică rămâne aceeași, prisma foaie va rămâne aproap e plată. Totuși,
calitatea imaginii achiziționate cu acest tip de prismă este în general mai slabă decât tehnicile
FTIR tradiționale. Schema de principiu a acestui senzor este prezentată în Figura 9.[8]

13
Figura 9. Senzor FTIR cu prims ă de tip foaie [8]

c) Fibre optice
O reducere semnificativă a dimensiunilor poate fi obținută prin substituirea prismelor și
lentilelor cu un suport de fibră optică.

Figura 10. Senzor cu fibră optică [8]

Degetul este în contact direct cu partea superioară a suprafeței dispozitivului . Pe partea
cealaltă, un senzor CCD sau un CMOS, foarte aproape cuplat cu suprafața, recepționează
lumina reziduală a degetului transmisă prin intermediul fibrelor optice. În comparație cu
dispozitivele FTIR, în acest caz CCD -ul sau CMOS -ul este în contact direct cu suprafața de
captare a imaginii (fără a fi nevoie de lentile intermediare), și în acest fel dimensiunea sa trebuie
să acopere întreaga suprafață senzitivă. Acest lucru poate duce la un cost mare de producere a
senzorilor de suprafe țe mari. [8]
d) Senzori opto -electronici
Aceste dispozitive sunt compuse din două straturi principale. Primul strat conține un
polimer care, atunci când este polarizat cu un voltaj corespunzător, emite lumină care depinde
de potențialul aplicat pe o parte. Cum crestele papilare ating polimerul iar văile nu, potențialul
nu este același de -a lungul suprafeței atunci când este plasat un deget, iar cantitatea de lumină

14 variază, în acest fel permițându -se generarea unei reprezentări luminoase a modelului
amprentei. Al doilea strat, cuplat strict cu primul, este alcătuit dintr -un șir de fotodiode
(încorporate în sticlă), care are rolul de a recepta lumina emisă de către polimer și transformarea
acesteia într -o imagine digitală. Deși micșorarea dispozitivului este cons iderabilă, totuși
senzorii comerciali nu ajung la calitatea imaginilor obținută cu ajutorul dispozitivelor FTIR . În
Figura 11 este prezentată schema de principiu a funcționării acestor tipuri de senzori. [8]

Figura 11. Senzor opto -electronic [8]

e) Citire a directă
Un dispozitiv de citire directă utilizează o cameră foto de înaltă calitate care poate
focaliza direct vârful degetului. Degetul nu este în contact cu nici o suprafață, dar scan nerul
este echipat cu un suport mecanic care ajută utilizatorul în a p rezenta degetul la o distanță
uniformă.
1.5.2 Senzori silicon
a) Capacitivi
Nu mai este necesar dispozitivul optic, imaginea amprentei se obține măsurând
tensiunea creată între piele și placa din policarbonat a cititorului. Senzorii capacitivi trebuie să
aibă o su prafață similară cu cea a degetului. Ei sunt susceptibili la zgomot, inclusiv zgomotul
de 50 Hz de la rețeaua utilizatorului, precum și zgomotul intern al senzorului îi afectează. [8]

Figura 12. Senzor capacitiv [8]

15 b) Termali
Acești senzori sunt făcuți dintr -un material piroelectric care generează curent pe baza
diferențelor de temperatură. Crestele amprentelor, fiind în contact cu suprafața senzorului,
produc o temperatură diferită de locul în care se găsesc văile, care sunt ma i departe de suprafața
senzorului. Senzorii sunt menținuți la o temperatură înaltă prin încălzirea electrică a lor, pentru
a se putea ajunge la o diferență de temperatură între senzor și deget. Diferența de temperatură
produce o imagine atunci când degetul atinge senzorul, dar această imagine dispare rapid
deoarece echilibrul termic este atins rapid. [8]
c) Câmp electric
În acest caz, senzorul constă dintr -un inel care generează un semnal sinusoidal și o
matrice de antene active care recepționează un semnal de amplitudine foarte mică transmis de
către inel și modulat de structura dermei. Imaginea amprentei, care reprezintă răspunsul
analogic al fiecărui element din senzor, este amplificată, integrată și digitizată. [8]
d) Piezoelectrici
Senzorii senzitivi la apă sare au fost creați să producă un semnal electric atunci când o
presiune mecanică este aplicată pe ei. Suprafața senzorului este realizată dintr -un material
dielectric neconductor care, la întâlnirea presiunii de la deget, generează o mică cantitate de
curent (acest efect este denumit efect piezoelectric). Puterea curentului generat depinde de
presiunea aplicată de deget pe suprafața senzorului. Din păcate, aceste materiale nu sunt
suficient de senzitive pentru a detecta diferența între creste și văi. [8]
1.5.3 Senzori pe bază de ultrasunete
Modul de funcționare al acestor senzori este prezentat foarte sugestiv în Figura 13.

Figura 13. Modul de funcționare al senzorului pe bază de ultrasunete [8]

16 1.6 Analiza și reprezentarea amprentelor digitale
Orice algoritm de an aliză a amprentei digitale include principial următoarele etape:
 achiziția imaginii amprentei folosind un senzor dedicat
 procesarea imaginii obținute prin binarizare și filtrare, pentru eliminarea zgomotelor și
a elementelor ce afectează calitatea acesteia
 extragerea punctelor caracteristice din imaginea amprentei
 generarea și memorarea fișierului șablon, aferent amprentei procesate
Așa numita analiză factorială, din care face parte și analiza în componente principale
(PCA – Principal Component Analysis), a apărut pentru a rezolva probleme din categoria
următoare:
 reducerea complexității datelor : poate fi înlocuit un masiv de date de mari dimensiuni
prin masive de dimensiuni mai mici
 evidențierea și fixarea patternului corelațiilor dintre variabile
 determina rea variabilelor latente care se află în spatele variabilelor măsurate.
Comportarea, varianța variabilelor măsurate poate fi regăsită din varianța unor variabile
ascunse, care le determină prin asociere
Analiza în componente principale este o metodă eficie ntă de extragere a trăsăturilor
dintr -un set de date și în decursul timpului a devenit o metodă de referință în recunoașterea
imaginilor. Mai jos avem un exemplu PCA efectuat pe 20 de puncte bidimensionale
(caracteristica 1 reprezintă axa X și caracteristi ca 2 reprezintă axa Y), care au fost proiectate pe
componenta principală, obținând astfel reducerea dimensionalității. [8]

Figura 1 4. PCA – Principal Component Analysis [8]

17 Cea mai importantă calitate a PCA -ului este comprimarea și proiectarea datelor înt r-un
spațiu mai mic. De exemplu daca avem o imagine de 60×60 pixeli ce conține o amprentă,
aceasta poate fi reprezentată cu o eroare medie foarte mică folosind doar 15 componente.
Fiecare componentă conține informația care arată cât de mult influențează ac eea componentă
imaginea originală. [8]
Considerând f o imagine reprezentată printr -o matrice NxM dimensională, se dorește ca
aceasta să fie reprezentată prin intermediul unei matrice cu mai puțin de N*M elemente. Pentru
aceasta, vor fi determinate matricele U și V astfel încâ U * f *VT să fie matrice diagonală prin
intermediul descompunerii valorilor proprii. Presupunem în continuare că U și V sunt coloanele
corespunzătoare ordinii descrescătoare a valorilor proprii σ𝑖. Reprezentarea SVD (Singular
Value Decomposition) a imaginii f este realizată prin :

𝑓 =∑σ𝑖.·𝑟
𝑖=0ui·𝑣𝑖𝑇 (1)

iar aproximarea unei imagini se poate face prin utilizarea a unui număr limitat de termeni din
formula de mai sus :

𝑓𝑘 =∑ σ𝑖.·𝑘
𝑖=𝑖 ui·𝑣𝑖𝑇 ,σ1≥σ2≥ …≥ σ𝑘…≥σ𝑟+1 (2)

În Figura 1 5 d este prezentată varianta unei imagini f ( Figura 1 5 a) în reprezentarea (1),
iar în Figura 15 b și Figura 1 5 c sunt prezentate aproximări ale lui f de tipul (2), dar în care
sunt utilizate 20%, respectiv 5% din cele mai informative imagini proprii ale lui f. Evident,
imaginile din Figura 15 a și Figura 1 5 d sunt identice. [8]

Figura 1 5. Amprente [8]

18 Spre deosebire de sistemele bazate pe parole, unde este necesară o potrivire perfectă
între două șiruri de caractere alfanumerice pentru a valida identitatea unui utilizator, într -un
sistem biometric se întâmplă foarte rar sau chiar niciodată să existe două mos tre care să aibă
exact același set de caracteristici. Acest lucru se întâmplă din cauza condițiilor imperfecte de
preluare a probelor (de exemplu, luarea imaginii unei amprente poate fi influențată de o
defecțiune sau o proastă construcție a senzorului de captare). Astfel, distanța dintre două seturi
de caracteristici care aparțin aceluiași utilizator pentru aceeași trăsătură biometrică, va fi în mod
uzual diferită de zero (o distanță egală cu zero ar indica faptul că cele două seturi sunt
identice). [8]
1.7 Vulnerabilitățile unui sistem biometric
Pornind de la diagrama fish bone (Figura 16 ) putem observa o sinteză a diferitelor cauze
ale vulnerabilității sistemelor biometrice. Eșecul poate fi clasificat în două categorii: eșec
intrinsec și eșec datorat atacului unui adversar.
Esecul intrinsec se datorează limitărilor inerente la citirea, extragerea trăsăturilor sau a
tehnologiilor de comparare, cât și din cauza discriminării limitate pentru trăsăturile biometrice
specifice .
Atacurile adversarilor sunt îndreptate asupra sistemelor biometrice și au un caracter
intenționat. Reușita acestora depinde de lacunele de securitate în designul sistemului. Această
lacună în securitate poate avea loc când nu există intenții serioase din partea unui adversar să
stopeze sistemul . Acest tip de eșec este cunoscut și sub numele de „zero-effort -attck ” (atacul
de tip zero -effort ). Atacurile datorate unui adversar pot fi grupate în 3 tipuri:
1. Transparenț ă biometrică. Această categorie de atacuri constă în procesul de obținere de
către a dversar a caracteristicilor biometrice ale unui ut ilizator autentic (ex: amprenta) și
utilizarea acestora pentru a realiza artefacte fizice pentru trăsăturile biometrice.
2. Infrastrucutră nesigură. Există diverse modalități pe care un adversar le poate folos i
pentru a manipula componentele infrastructurii biometrice (hardware, software sau
comunicațiile din rețele) cu scopul de a crea breșe de securitate.
3. Atacurile la adresa administrației. Acest tip de atac este cunoscut, de asemenea, ca atac
din interior și se referă la toate vulnerabilitățile care pot apărea din cauza funcționării
defectuo ase a sistemului biometric. În general acest tip de atac include un complot între
hacker și o persoană care se ocupă de admin istrarea sistemului, unde în general este
afectată integritatea procesului de autentificare. [10]

19
Figura 16. Categorizarea vulnerabilităților sistemului biometric utilizând modelul fish bone

Când un sistem biometric este compromis avem de aface cu două efecte: refuzul
serviciului sau intruziunea . Primul efect a re loc atunci când un utilizator legitm este împiedicat
să obțină serviciul care i se cuvine. În acest caz, hacker -ul poate sabota întreaga infrastructură
a sistemului, împiedicând utilizatorii să acceseze componentele sistemului. Intruziunea
presupune că un hacker va caștiga acces fraudulos în sistem rezultând cu pierderea intimității,
a datelor personale și accesul la pragul de control (spre exemplu atunci când teroriștii încearcă
să treacă granița) .[10]
Exemple de atacuri :
Atacuri asupra interfeței cu utilizatorul. Acestea au loc prin prezentarea unui șablon cu
trăsătur i biometric e. În acest caz, senzorul nu reușeste să facă diferența dintre trăsăturile reale
și cele false , iar hacker -ul ar putea cu ușurință intra în sistem, utilizând o identitate falsă. S -au
făcut o serie de încercări pentru dezvoltarea unor soluții software și hardware concepute pe ntru
detectarea stării de existență în cazul mostrelor de trăsături biometrice dar în momentul de față
nu s-a realizat nimic com ercial .[10]
Atacuri la interfața dintre module. Un hacker are posibilitatea de a compromite
comunicarea dintre module dacă respectivul canal nu este securizat din punct de vedere fizic
sau criptografic, iar acesta va putea intercepta și modifica datele aflate în curs de transfer. O
posibilitate de a asigura un astfel de canal este aceea de a aplica o codificare criptografică
datelor care sunt trimise prin intermediul interfeței. [10]

20 Atacuri asupra modulelor softwa re. Fiind cunoscute drept atacuri de tip Cal Troian,
programul de execuție situat într -unul dintre module poate fi modificat astfel încât să ofere
valoarea de ieșire dorită .
Atacurile asupra bazei de date a șabloanelor. Unul dintre cele mai periculoase ata curi la
adresa sistemelor biometrice este cel împotriva șabloanelor biometrice stocate în baza de date
a sistemului. Aceste atacuri au în vedere trei tipuri de vulnerabilități:
 Șablonul furat poate fi reutilizat pentru a obține acces ilegal
 Un șablon poate fi înlocuit de un fals pentru a obține acces neautorizat
 O machet ă fizică poate fi obținută de la șablon către sistem
Când aplicațiile biometrice (software sau web) sunt dezvoltate de companii, este foarte
important să se acorde importanță acestor tipuri de atacuri . Procesul de inginerie software este
foarte important în conceperea unor asemenea aplicații.
1.8 Avantaje și dezavantaje
Ca și în cazul tuturor sistemelor biometrice, există o serie de avantaje și dezavantaje
asociate utilizării amprentei dig itale pentru a confirma identitatea unei persoane. Fiecare
persoană prezintă amprente digitale, voce, caracterstici faciale etc. Aceste caractersitici sunt
întotdeauna cu noi, nu pot fi pierdute. Tehnologia modernă facilitează citirea și analiza acestora.
Autentificarea biometrică este cu siguranță convenabilă , dar cât de sigură? În 95% dintre cazuri,
biometria este în mod inerent statistică matematică, o știință exactă, a cărei algoritmi sunt
folosiți pretutindeni cum ar fi în sisteme radare și bayesiene. Ca două caracteristici de bază ale
oricărui sistem biometric , pot fi acceptate erori de primul și al doilea tip. În teoria radarului
(radiol ocației), acestea sunt denumite în general “alarme false” sau “omisiunea țintei” , iar în
biometrie cele mai cunoscute concepte sunt FAR (False Acceptance Rate) care carcaterizează
probabilitatea unei coincidențe false a caracteristicilor biometrice a două persoane și FRR
(False Rejection Rate) care reprezintă probabilitatea de a refuza accesul unei persoane care are
acces. Cu cât sistemul este mai bun, cu atât este mai mică valoarea FRR pentru aceleași valori
FAR .[11]
Dacă producătorii nu oferă caracteristicile sistemului FAR si FRR, atunci acest si stem
este cel mai probabil necompetitiv sau mai slab decât concur enții. Au fost dezvoltate câteva
caracteristici empirice care permit să evaluăm calitatea sistemului. Rezisten ța la contrafacere
este o caracteristică emipirică , generalizând cât de ușor este să induci în eroare identificatorul
biometric. Stabilitatea față de mediul înconjurător este o caractersitic ă empirică de evaluare a
stabilității sistemului în diferite condiții externe, cum ar fi schimbarea nivelului de iluminare
sau a temperaturii . Simplitatea utiliz ării arată cât de dificil este de a folosi un sca nner biometric ,

21 dacă este posibil să se identifice în timpul mișcării. Caracteristicile biometrice ale unei persoane
se pot schimba în timp, reprezentând un mare dezavantaj, fiind necesare reexaminările
caractersiticilor la un interval de timp. [11]
Pe piață , cel mai scăzut procent este al scan nerelor 3D de față. Nivelul de diferențiere
reflectă în mare parte saturația și dezvoltarea pieței. Fiecare sca nner prezintă propriul set de
caracteristici, mai exact un set de teste pentru a controla dacă autentificare a biometrică este
reală sau falsă. În ultimii 5 ani, caracteristicile de recunoaștere a amprentelor nu au avansat
semnificativ . Algoritmul VeriFinger a câștigat ani la rând concursul internațional “Competi ția
Internațională de Verificare a Amprentelor Digitale”, în care au concurat aloritmi de
recunoaștere a degetului. Valoarea medie caracteristică FAR pentru metoda de recunoaștere a
amprentelor digitale este 0,001% la un număr de 300 de amprente diferite. [11]
Utilizarea senzorilor cu amprentă digitală o reprezintă fiabilitatea ridicată în comparație
cu alte sisteme biometrice. Indicatorii statici ai metodei sunt mai buni decât indicatorii
metodelor de i dentificare după față, voce, iris, etc. Costul dispozitivului care scanează o
imagine a unei amprente di gitale este scăzut, fiind o procedură destul de simplă.
Pentru aplicații serioase pe scară largă, altă tehnologie biometrică disponibilă nu se
apropie de amprentele digitale. Despre aceste tehnologii putem spune c ă sunt stabile fiind
utilizate în cererile de aplicare a legii din ultimii 100 de ani și a devenit standardul internațional
pentru identificarea indivizilor. Întrucât majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu amprentarea
în scopuri de identificare, este î n general acceptată ca tehnologie. Majoritatea oamenilor înțeleg
aplicabilitate a și necesitatea acesteia în controlul accesului. [11]
În mare, tehnologia de amprentă este exactă. Există mici șanse de a accepta o imprimare
falsă sau de respinge un tipar legi tim. Este ușor de utilizat, și întru -un timp rapid spre deosebire
de alte sisteme biometrice, cum ar fi scan nerele cu retină sau scan nerele de amprente care
necesită efort concentrat din partea utilizatorului.
Modificările tehnologiei au făcut sistemele relativ ușor de instalat și ieftine. Majoritatea
scannerelor de amprentă sunt acum foarte mici și portabile. Tehnologiile plug -and-play au făcut
instalarea foarte ușoară. În multe cazuri, dispozitivul de scanare a fost încorporat în tastaturi,
butoane și ch iar computere. Datorită naturii intuitive a scanării amprentei digitale, astfel de
dispozitive nu necesită antrenament sau pregătire speci fică pentru utilizare.
Modelul desenului papilar este foarte sensibil , se lezează la zgârieturi mici sau tăieturi
iar m ajoritatea scannerelor reacționează negativ față de pielea uscată și nu oferă întotdeauna
acces persoanelor vârstnice . Pentru unele persoane cu transpit rație e xcesivă sau umiditate
ridicată la nivelul degetelor p robabilitatea de a i se refuza accesul poate ajunge la 100%.

22 Numărul acestor persoane variază de la câteva procente pentru sca nnere performante până la
10% pentru cele mai ieftine .
Este posibil ca dispozitivele optice de recunoa ștere a amprentei s ă fie p ăcălite de o
amprent ă latent ă, reducând astfel siguran ța întregului sistem. Pentru limitarea consecin țelor
acestui aspect au fost introduse imaginile tridimensionale. Amprentele latente pot fi furate, dar
nu un model tridimensional al amprentei. Pentru ace st lucru ar trebui ca subiectul s ă coopereze
sau s ă fie for țat să coopereze. Sistemele bazate pe acest fel de ob ținere a l amprentelor au un
grad înalt de siguran ță. Folosirea unui deget t ăiat indic ă o infrac țiune grav ă. Un traductor care
detecteaz ă presiun ea sângelui poate indica dac ă degetul apar ține unei persoane în via ță. Poate
fi de asemenea folosit ă și detectarea conductivit ății electrice a pielii. Poate fi folosit ă tehnica
de deplasare a degetului pentru a detecta dac ă o persoan ă este for țată, deoarece mi șcarea
degetului nu mai este aceea și în condi ții de stres, precum și temperatura degetului , dar î n
prezent, producătorii de scan nere de amprente nu pot furniza dovezi convingătoare potrivit
cărora pot face o distincție între un deget viu și un m anechin creat din cauciuc siliconic sau
orice alt material. Un alt dezavantaj este reprezentat de incapacitatea utilizării acestui sistem de
către persoanle invalide, accesul fiind restricționat în totalitate. [11]

23 Capitolul 2. Proiectare modul expermiental pentru
aplicație de control și acces prin amp rentă
2.1 Module funționale
2.1.1 Senzor ul de amprentă
DY50 este un senzor digital de amprentă optic cu abunden țe utilizări putând fi
încorporat într -o multitudine de proiecte și aplicații. Acesta prezintă capabiliăți foarte bune de
procesare a imaginii și o poate capta până la rezoluția de 500 dpi. Din punct de vedere tehnic,
durata de funcționare poate ajunge până la 100 de milioane de cicluri. Viteza medie de verificare
a amprentelor este de doar 0.2 secunde iar cea de înregistrare de 0.3 secunde și poate memora
un număr de 127 de amprente având un microcontroller AS608 QYCF cu o memorie RAM de
128 kB și flash de 512 kB . Nivelul de acceptare al ampretelor false (FAR) se în cadrează sub
rata de 0.001 % iar rata de respi ngere (FRR) este sub 0,1 %. Senzorul funcționează la o tensiune
de 3.3V și un curent de lucru de 120 mA într -un mediu cu limite de temperaturi cuprinse între
-20 °C și 50 °C. În momentul alimentării, senzorul afișează o lumină verde pe fundal, după cum
se poate observa în Figura 36. Suprafața de captare a imaginii are dimenisunile 15 x 11 mm,
oferind posibilitatea amplasării foarte ușor în foarte multe locuri. Cu ajutorul pinului Tx
(transmit) senzorul transmite informația , iar pinul Rx (receive) recepțione ază informația la o
rată de 9600 biți/secund ă. (Anexa 1)

Figura 17. Senzorul de amprentă DY50 și reprezentarea pinilor [12]

24 2.1.1.1 UART
UART înseamnă receptor -transmițător asincron universal (Universal Asynchronous
Receiver -Transmitter) și este un circuit fizic care are rolul de a transmite si recepționa date în
serie. Nu este un protocol de comunicare precum SPI sau I2C. UART trimite datele în structuri
organizate numite pachete. Fiecare pachet conține 1 bit de start, de la 5 până la 9 biți de date ,
un bit de paritate opțional și 1 sau 2 biți de stop.

Figura 1 8. Structura unui pachet

Figura 1 9. UART -ul care transmite, primește informațiile paralel de la magistrala de date

Figura 20. UART -ul care trasmite , adaugă biții de start, stop și paritate

25 Pachetul este expediat serial de UART -ul care trimite către UART -ul care
recepționează . Acesta primește date la rată o de transfer preconfigurată care poartă numele de
“baud rate”.

Figura 2 1. Transmisia biților

Figura 22. UART -ul care primește pachetele elimină biții de sart, stop și paritate pentru a prelucra
datele

Figura 23. USART -ul care a primit datele , le convertește din serial în paralel pentru a le trimite către
magistrala de date

26 2.1.2 Arduino Uno R3 ATmega328 P
Arduino Uno R3 este o placă de dezvoltare open -source bazată pe microcontrollerul
ATmega328 cu o memorie flash de 23KB. Este capabilă de a prelua date din mediul
înconjurator printr -o serie de senzori și de a efectua acțiuni asupra mediului p rin intermediul
luminilor, motoarelor, servomotoarelor, și altor tipuri de dispozitive mecanice. Tensiunea de
operare este de 5V, iar valorile recomandate pentru alimentare sunt cuprinse între 7 -12V.
Procesorul AVR cu o arhitectură de tip RISC ( Reduced In struction Set Computer ) este capabil
să ruleze cod scris într -un limbaj de programare care este foarte similar cu limbajul C++. Are
14 pini de intrare/ieșire, pinii notați cu “~” sunt capabili să genereze semnal PWM ( Pulse Width
Modulation). De asemenea 6 pini analogici, pini de 3.3 și 5V pentru alimentarea dispozitivelor
externe, un oscilator de 16MHz și un buton de resetare. Conexiunea USB este sursă de
alimentare și port serial pentru încărcarea program elor. LED -urile indică funționarea și
transmisia/re cepția de date. Poate fi alimentată direct de la calculator, de la portul USB, prin
intermediul unei baterii de 9V sau a unui alimentator de 9V . (Anexa 2)

Figura 24. Structura plăcii Arduino Uno R3 Atmega328P [13]

27 2.1.3 Placă de expansiune senzori Sensor Shield v5.0
Această placă de expansiune permite conectarea unor varietăți de senzori,
servomecanisme, relee, butoane, potențiometre direct cu placa Arduino R3 Atmega328P. Placa
scoate pinii standard Arduio I/O într -o serie de pini dedicați GND și VCC pentru a facilita
conexiunea senzorilor și dispozitivelor conectate. Practic, aceasta se atașează deasupra plăcii
Arduino oferind ușurința conectării mai multor module simultan. (Anexa 3)

Figura 25. Placă de expansiune senzori Sensor Shield v5.0[13]

Pinii dedicați de GND și VCC se situează sus, respectiv la mijloc iar ce i de semnal jos ,
după cum se observă în Figura 25, notațiile G, V, S. Pinul G și V se conectează la GND sau
0V la senzor , respectiv VCC sau 5V la senzor iar pinul S se conectează la pinul de semnal .
2.1.4 Modul releu 1 canal 5V
Modulul cu releu este potrivit pentru aplicațiile în care este necesar controlul
componentelor de putere, în curent continuu sau alternativ, cu microcontroller sau cu un alt
dispozitiv de putere mică. Este foarte des utilizat în proiecte le de IoT . Prezintă o tensiune de
comandă de 5V și suportă un curent de 10A. LED -urile indică dacă releul este alimentat și
comandat. Consumatorul se conectează la terminalele cu șuruburi. Pin -ul N C (Normally
Closed) es te în legatură cu pin -ul COM (Common) atunci când nu se aplică tensiune pe pinu –
ul de control, iar pin -ul NO (Normally Open) este deconectat. Atunci când se aplică tensiune
pe pin -ul de control, pinul NC este deconectat, fiind în legătură pinii COM și NO.[14]
Modulul este prev ăzut cu LED ce indică prezența tensiunii și acțiunea releului. Se
aprinde când se conectează și se stinge când se deconectează . Pentru activarea/dezactivarea
releului trebuie aplicată o tensiune de 5 V pe pin -ul de intrare (IN). Pentru a utiliza modulul
împreună cu o placă Arduino, trebuie respectate următoarele :
 În funcția “void setup()” trebuie declarat pin -ul digital folosit pentru ieșire , unde
“digitalPin” reprezintă pinu -ul digital care controlează releul.

28
pinMode (digitalPin , OUTPUT);

 În funcția “void loop()” trebuie utiliza tă următoarea instrucțiune pentru a activa releul :

digitalWrite ( digitalPin , HIGH);

iar pentru a -l dezactiva

digitalWrite ( digitalPin, LOW) ;

Figura 26. Modul releu 1 canal 5V [13]

2.1.5 Modul de alimentare multiplă
Modulul funcționează prin alimentarea intrării la o sursă de 6 -12V în curent continuu .
Acesta oferă simultan trei ieșiri fixe : 3.3V, 5V și o a treia ieșire de 12V care reprezintă o
conexiune direct ă la intrare . Modulul are o dimensiune de 33.7 mm x 30 mm x 14.4 mm și
prezintă un comutator de pornire/oprire și un LED care semnalizeaz ă luminos în starea de
funționare a modului și care este oprit când releul nu se află sub tensiune.

Figura 27. Modul de aplimentare multipl ă[15]

29 2.1.6 Alimentator 12V 2A
Sursa de alimentare este blocul vital care furnizează energie electrică tuturor
componentelor din circuit . Se conectează la o rețea ua de 220 V curent alternativ, iar la ieșire
furnizează o tensiune continuă stabilă de 12V și un curent maxim de 2A printr -o mufă standard.
Sursa de alimentare prezintă protecție la scurtcircuit, supratensiune și suprasarcină.

Figura 28. Alimentator 12V 2A[14]

2.1.7 Yala electromagnetică
Limba este în stare normală (deschisă) când nu este parcursă de curent electric și aceasta
se contractă (închisă) când este parcursă de curent curent electric . Yala funcționează la o sursă
de 12 V de curent continuu și un curent cuprins între 0.6 și 0.8A. Dimensinile acesteia sunt 54
x 38 x 27 mm cu o greutate de 120 grame , fiind adaptat ă cu ușurintă proiectelor si aplicațiilor.
Principiul de funționare economișeste energie și determină o durată lungă de viață. Forța de
ținere este de 0.25 kg, iar timpul pentru deschidere 1 secundă. Solenoidul este realizat în
totalitate cu fire d in cupru iar structura yalei este în întreagime din metal . (Anexa 4)

Figura 29. Yală electromagnetică [16]

30 2.1.8 Buton rotund și rezist or 10 KΩ
Butonul rotund are mărimea 12 x 12 x 7.3 mm și o durată de viață de până la 100000 de
apăsări în limitile condițiil or de temperatură de lucru cuprinse între -25 ~ + 105 ș C iar rezistorul
ceramic de tip THT ( Through -Hole Technology) are valorea de 10 KΩ cu o toleran ță de ± 5% și
o putere de 0.6W .

Figura 30. Buton rotund și rezistor 10 KΩ [13]

2.2 Funcționarea aplicației
Scopul proiectului este de a facilita accesul într -o încăpere, fără a mai avea nevoie de o
cheie fizică sau cartelă , dar în același timp să o mențină sigură prin bloarea ușii, restricționând
astfel accesul persoanelor neautorizate.
Placa de dezvoltare Arduino Uno R3 Atmega328P este programată în Arduino IDE
(Integrated Development Environment ), iar c odul poate fi regăsit în Anexa 6. Pe placa de
dezvoltare am atașat o placă de expansiune Sensor Shield v5.0 pentru a facilita conectarea
releului, butonul de acționare și senzorul de amprentă. Alimentarea se realizează printr -un
alimentator de 12V 2A conectat la modulul de alimentare multiplă furni zând 3V, 5V sau direc t
12V reușind să furnizeze energie atât pentru placa Arduino cât și pentru yala electromagnetică.
Yala electromagnetică este blocată în permanență, iar dacă va primi o tensiune de 12V, va
comuta în poziția “deschis”. Pentru a comanda y ala, am folosit un releu controlabil prin 5V cu
un canal, astfel am conectat pin -ul de masă al modulului de alimentare multiplă pe canalul de
12V direct la yală, iar pinul de plus l -am trecut prin releu, ce va primi im puls de la placa Arduino
și va deschid e sau nu yala , în funcție de rezultatele senzorului de amprentă.
Un dezavantaj al acestuit sistem îl constituie întreruperea alimentării, accesul fiind
restricționat. Pentru a remedia această problemă se poate utiliza o yala care permite utilizarea
unei ch ei fizice, drept urmare această situație “old school” poate rezolva problema accesului în
cazul unei întreruperi de curent.

31
Figura 31. Schema bloc a modulului expermiental pentru aplicația de control și acces prin amprentă

2.2.1 Schema electronică

Figura 32. Schema electronică pentru aplicați a de control și acces prin amprentă

32 Interconectarea pieselor se realizază în modul următor :
1. Modulul de alimentare multiplă se conectează direct prin alimentator
 Perechea de pini de 5V se conectează la portul de aliment are a l plăcii de expansiune
Sensor Shield v5.0 ce va alimenta la rândul ei placa de dezvoltare Arduino
 Pinul VCC din portul de 12V se conectează la pinul COM al releului electromagnetic
 Pinul GND din portul de 12V se conectează la pinul GND al yalei electromagnetice
2. Modulul Sensor Shield v5.0 se atașează plăcii Arduino
3. Senzorul de amprentă
 Pinul Rx se conectează la pinul S2 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
 Pinul Tx se conectează la pinul S3 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
 Pinul GND se conectează la pinul G3 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
 Pinul VCC se conectează la pinul V3 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
4. Releul 5V 1 canal
 Pinul IN se conectează la pinul S10 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
 Pinul GND se conectează la piunl G10 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
 Pinul VCC se conectează la pinul V10 pe placa de expansiune Sensor Shield v5.0
 Pinul COM se conectează la pinul VCC al modulul ui de alimentare multiplă la 12V
 Pinul NO se conectează la pinul VCC al yalei electromagnetic e
5. Butonul și rezistorul
 Cu ajutorul multimetrului măsurăm perechea de pini alăturați pe aceeași parte. Perechea
de pini care prezintă o rezisteță mică între ei îi conectăm la pinii V6 și G6 pe placa de
expansiune Sensor Shi eld v5.0. Între pinul butonului și pinul G6 al plăcii de expansiune
adăugăm un rezistor de 10 KΩ. Pinul de pe partea opusă pinului conectat la pinul G6 se
conectează la pinul S6 al plăcii de expansiune Sensor Shield v5.0.
6. Yala electromagnetică
 Pinul de plus se conectează la pinul NO al releului electromagnetic
 Pinul de minus se conectează la pinul de GND al modulului de alimentare multiplă la
12V
7. Pentru conexiunile dintre componente se utilizează fire dupont de 10 și 20 centimetri .

33
Figura 33. Fire dupont “mamă -tată”, “mamă -mamă”, “tată -tată” [13]

2.2.2 Înregistrarea amprentei
Pentru înregistrarea amprentei în memoria senzorului am folosit software -ul Arduino
IDE 1.8.12 . Primul pas necesar este conectarea pl ăcii Arduino la computer folosind un cablu l
USB A -B și a senzorului la placa Arduino astfel :
 Pinul VCC se conecteaz ă la pinul 5V
 Pinul GND se conectează la pinul GND
 Pinul Rx se conectează la pinul digital 3
 Pinul Tx se conctează la pinul digital 2
Pornim software -ul Arduino IDE 1.8.12 și scriem codul prezentat în Anexa 6,
decomentăm apelul funcției “ inregistrare_amprenta ( )” și coment ăm funcțiil e
“verificare_buton ( )”, respectiv “ verificare_amprenta ( )” pe care le vom folosi dup ă
introducerea amprentelor după cum se poate observa în Figura 34.

34
Figura 34. Decomentarea apelului funcției “ inregistrare_amprenta ( )”

După ce am decomentat func ția, deschidem terminalul COM5, corespunzător
conexiunii seriale dintre computer și placa Arduino . Aici este afișat ă conexiune senzorului, iar
dacă aceasta este validă putem introduce de la tastatură un număr cu valori cuprinse între 1 și
127 care reprezintă ID -ul atribuit fiecărei amprente pe care dorim să o înregistrăm. După
introducerea numărului ID -ului apropiem degetul către zona optică a senzoru lui. Repetăm
procesul de scanare de două ori pentru a confirma înregistrarea amprentei. În cazul în care
introducem a doua oară alt deget sau îl poziționăm incorect, senzorul observă acest lucru și
închide procesul de înregistrare , repornind altul de la ze ro (Figura 35,36,37,38,39). În proiect ul
practic am memorat amprentele degetului mare și arătător al mâinii drepte.

35
Figura 35. Introducerea numărului de identificare corespunzător amprentei

Figura 36. Înregistrarea amprente i

Figura 37. Înregistrarea amprentei ID 1 cu succes

36
Figura 37. Eroare la înregistrarea amprentei ID 2

Figura 39. Înregistrarea amprentei ID 2 cu succes

După ce am parcurs toate aceste etape cu succes putem închide terminalul COM5,
comentăm apelul funcției “ inregi strare_amprenta ( )”, decomentăm funcțiile “ verificare_buton
( )” respectiv “verificare_amprenta ( )” și apăsăm butonul “ upload ” pentru a încărc a codul pe
placa Arduino.

37
Figura 40. Comentarea apelului funcției “ inregistrare_amprenta ( )”

2.2.3 Fiabilitate
Fiabilitatea unui produs este descrisă prin capacitatea acestuia de a -și îndeplini sarcinile
atribuite într -un interval de timp. Aceasta poate fi prevăzută în faza de proiectare, controlată în
faza de fabricație, măsurată pe durata testării și menținută p e durata funcționării.
Mai devreme sau mai târziu, orice component ă electronic ă se defectează, momentul
defectării fiind în strâns ă legătur ă cu caracteristicile de mediu și solicitare în care componenta
funcționeaz ă. Într-un ansamblu de componente solicita rea nu este omogen ă și fiecare
componentă este supusă unei solicitări diferite , în funcție de scopul acesteia, iar defectarea este
diferită pentru fiecare în parte. Din acest motiv , la stabilirea fiabilit ății unui echipament
electronic se ia în calcul cara cteristica fiecărei componente individual.
MTBF (Mean Time Between Failures) înseamnă media timpului de bună funcționare a
circuitului electronic și se calculez ă cu formula numărul ( 16). Daca se scur tcircuiteaz ă o
component ă valoarea MTBF se modifică.

38 Butonul aplicației are o durată de funcționare de până la 100000 de apăsări iar yala
electromagnetică are un ciclu de viață de aproximativ 200000 de utilizări. Din punct de vedere
teoretic, valorile satisfac fiabilitatea circuitului, dar practic, există po sibilitatea să apară
defecțiuni tehnice ale altor componente care pot afecta funcționare a sistemului. În cal culele
pentru stabilirea MTBF nu am luat în considerare aceste două componente deoarece
caracteristicile defectuoase apar în funcție de numărul de a cționări. În MTBF defectarea
componentelor se calculează în funcție de timp.
Din punct de vedere software, placa Arduino este programată să funcționeze fără
întrerupere 49 de zile și 7 ore, după care se resetează și își poate repeta procesul.
Rezistorul pe care l -am utilizat este definit de 3 parametrii principali: valoarea nominală
de 10KΩ, puterea de 0.6W și o toleranță de ±5% care se calculează astfel :

𝑡=±|𝑅−𝑅𝑛|
𝑅𝑛·100 (3)

În obținerea calculelor am folosit o valoare medie λ pentru intensitatea de defectare
pentru componentele care utilizează circuite integrate iar pentru restul componentelor am
folosit valorile λ din catalog.

𝑅𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 =𝑒−𝜆𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑡
(4)
𝑅𝑆𝑢𝑟𝑠 ă 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙 ă=𝑒−𝜆𝑆𝑢𝑟𝑠 ă 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙 ă𝑡
(5)
𝑅𝐴𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 =𝑒−𝜆𝐴𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 𝑡
(6)
𝑅𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑆ℎ𝑖𝑒𝑙𝑑 =𝑒−𝜆𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑆ℎ𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑡
(7)
𝑅𝑅𝑒𝑧𝑖𝑛𝑠𝑡𝑒𝑛 ță=𝑒−𝜆𝑅𝑒𝑧𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛 ță𝑡
(8)
𝑅𝑅𝑒𝑙𝑒𝑢 =𝑒−𝜆𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑡
(9)
𝑅𝑆𝑒𝑛𝑧𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑝𝑟𝑒𝑛𝑡 ă=𝑒−𝜆𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑡
(10)
𝑅𝐿𝑖𝑝𝑖𝑡𝑢𝑟𝑖 =𝑒−𝜆𝐿𝑖𝑝𝑖𝑡𝑢𝑟𝑖 𝑡
(11)

39 𝑅𝑒𝑐ℎ𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 =𝑅𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 ·𝑅𝑆𝑢𝑟𝑠 ă 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙 ă·𝑅𝐴𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 ·𝑅𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑆ℎ𝑖𝑒𝑙𝑑·𝑅𝑅𝑒𝑧𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛 ță
·𝑅𝑅𝑒𝑙𝑒𝑢 ·𝑅𝑆𝑒𝑛𝑧𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑝𝑟𝑒𝑛𝑡 ă·𝑅𝐿𝑖𝑝𝑖𝑡𝑢𝑟𝑖
(12)
𝑒−𝜆𝑒𝑐ℎ𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 𝑡=𝑒−𝜆𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑡·𝑒−𝜆𝑆𝑢𝑟𝑠 ă 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙 ă𝑡·𝑒−𝜆𝐴𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 𝑡·𝑒−𝜆𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑆ℎ𝑖𝑒𝑙𝑑 𝑡
·𝑒−𝜆𝑅𝑒𝑧𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛 ță𝑡·𝑒−𝜆𝑅𝑒𝑙𝑒𝑢 𝑡·𝑒−𝜆𝑆𝑒𝑛𝑧𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑚𝑝𝑟𝑒𝑛𝑡 ă𝑡·𝑒−𝜆𝐿𝑖𝑝𝑖𝑡𝑢𝑟𝑖 𝑡
(13)
𝜆𝑒𝑐ℎ𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 =𝜆𝐴𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑜𝑟 +𝜆𝑆𝑢𝑟𝑠 ă 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙 ă+𝜆𝐴𝑟𝑑𝑢𝑖𝑛𝑜 +𝜆𝑆𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟 𝑆ℎ𝑖𝑒𝑙𝑑 +𝜆𝑅𝑒𝑧𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛 ță
+𝜆𝑅𝑒𝑙𝑒𝑢+𝜆𝑆𝑒𝑛𝑧𝑜𝑟 𝑎𝑚𝑝𝑟𝑒𝑛𝑡 ă+𝜆𝐿𝑖𝑝𝑖𝑡𝑢𝑟𝑖
(14)
𝜆𝑒𝑐ℎ𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 =10−5+10−5+10−5+10−5+10−6+2·10−4+10−5+68·10−8
=0.00010268 ℎ−1
(15)
𝑀𝑇𝐵𝐹 =1
𝜆𝑒𝑐ℎ𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡=1
0.00010268=9738 ,994 ℎ
(16)

2.2.4 Camer a de control într -un centru de dirijare a traficului feroviar
Schema bloc prezintă etapele pe care utilizatorul le parcurge pentru procesul de
autentificare și acces de la exterior spre interior. Accesul în camera de control se obține din
camera de lucru as tfel:
 Blocul NFC reprezintă primul pas spre acces. Utilizatorul folosește o cartelă cu
tehnologie NFC (Near Field Communication ) sau telefonul mobil pentru a avea acces
din exterior în camera de lucru, iar pentru a părăsi camera procesul este identic. Fie care
tranziție este memorată într -o bază de date, astfel se creează un is toric cu fiecare
persoană care a intrat și a ieșit, de asemena cu ora și data accesării.
 Blocul senzorului de amprentă este caracter istic tranziției dintre camera de lucru și
camera de control. Accesul în această încapere se realizează folosind tehnologia de
scanare digitală a amprentelor, iar accesul este limitat doar persoanelor autorizate și
înregistrate.
 Blocul Buton se regăsește în interiorul camerei de control, iar rolul acestui a fiind
permiterea accesului de ieșire din încăpere spre camera de lucru . Nu mai este necesar
amplasarea unui senzor în partea interioară a camerei, accesul fiind verificat la intrare.

40
Figura 41. Schema bloc pentru intrare -ieșire în camera de control

Figura 42. Cameră de control a traficului feroviar [17]

41 2.3 Costuri le de realizare a proiectului

Tabel ul 2. Costurile proiectului
Nume componentă Cantitate
(bucăți) Preț
(RON ) Website de achiziție la data
03.22.2020
Senzor de amprentă 1 179 https://www.optimusdigital.ro/ro/
Placă de dezvoltare Arduino Uno R3
ATmega328P și cablu USB Arduino 1 24,99 https://www.optimusdigital.ro/ro/
Placă de expansiune Sensor Shield 1 11,49 https://www.optimusdigital.ro/ro/
Modul releu 1 canal 5V 1 5,49 https://www.optimusdigital.ro/ro/
Modul de alimentare multiplă 1 9 https://cleste.ro/
Alimentator 12V 2A 1 5 https://www.optimusdigital.ro/ro/
Yala electromagnetică 1 29 https://www.robofun.ro/
Buton rotund 1 2,45 https://componente.eu/
Set de 10 fire dupont pentru fiecare tip :
“mamă -tată”, “mam ă-mamă ”, “tat ă-
tată” 1 18 https://ardushop.ro/ro/
Rezist or 10 KΩ 1 0.10 https://componente.eu/
Cost total: 284,52 RON

42 Capitolul 3. Rezultate și concluzii
Aplicația realizată a fost concepută în scopul simulării unui sistem de acces și control
având drept cheie de autentificare amp renta. Am folosit un senzor cu performanțe slabe , fiind
suficient pentru a demo nstra funcționabilitatea și modul de funcționare a sistemului pe carel îl
formează împreună cu restul componentelor electronice. Din punct de vedere co nceptual,
sistemul reușeste să livreze utilizatorului exact funcțiiile pentru care a fost conceput : securitate
și acces. Cu siguranță se pot efectua îmbunătățiri proiectului asupra multor aspecte cum ar fi
implementarea unui sistem de alimentare propriu pe ntru a nu rămâne în situația de restricționare
și blocare a yalei electromagnetice într -o poziție care poate sabota funcționalitatea acestuia în
cazul întreruperii alimentării de la rețea . Senzorul de amprentă poate fi înlocuit dacă ne dorim
performanțe ri dicate din punct de vedere a l numărului de utilizatori, al preciziei sau al
consumului de energie dar și prețul se ridică la nivelul performanțelor.
Singura problemă cu care m -am confruntat a fost înlocuirea senzorului DY50 cu unul
nou, deoarece este foar te sensibil și s -a scurtcircuitat la o tensiune cu 2V mai mare decât
tensiunea normală de funcționare. Contribuția personală pe care am adus -o acestei lucrări se
regăsește în Capitolul 2 , schema electronică fiind originală și realizată cu ajutorul aplic ației
Altium Designe iar în Anexa 5 sunt prezentate pozele lucrării practice . Conform datelor de
catalog curentul tipic de lucru al senzorul de amprentă DY50 este sub 120 mA. În urma testelor,
am observat că modulul în stare normală prezintă un curent de 10 mA, iar în timpul citirii
amprentelor acesta crește până la 30 mA.
În urma testelor efectuate asupra modulului DY50, am avut situații în care acesta, în
unele cazuri, a refuzat amprente valide ceea ce mă determină să afirm că rata FRR ( False
Rejection Rat e) este mult mai mare decât 0.1%, valoarea producătorului în foaia de catalog.
Deasemenea, nu m -am confruntat ca senzorul să accepte amprente false, și pot spune că FAR
(False Acceptance Rate) este 0 în urma testelor personale.
Deși tehnologia dactiloscopică se află într -o continuă perfecționare și expansiune într -o
perioadă de dez voltare rapidă, este cea mai utilizată metodă biometrică din lume , iar interesul
celor care îl implementează se concentrează pe avantajele și dezavantajele p e care le oferă, în
termeni de economie, comoditate și securitate. Există foarte puține piețe unde senzorul de
amprentă digitală nu este un concurent puternic, deoarece combină precizia și confortul, cu
dimensiunea și un preț redus.
Având în vedere că sis temele biometrice au ajuns sa fie practic indispensabile în uzul
cotidian, de la organizații guvernamentale, sedii strategice, transporturi aeriene și terestre până
la mașini, laptopuri sau telefoane mobile, concluzia nu poate fi decât una singură : este ne cesar

43 un efort constant și continuu pentru a spori precizia și acuratețea metodelor de autentificare
biometrică și a garanta un nivel de securitate ridicat pentru utilizatori.

44 Dicționar explicativ de termeni și abrevieri
 ADN – Este prescurtarea de la acidul dezoxiribonucleic. Substanța se găsește în fiecare
celulă a ființelor vii și este esențială pentru identitatea oricărui organism.
Artefact – Structură, fenomen artificial în cursul unei investigații sau exploatări.
 CCD (Charged Coupled Device) – Este cel mai utilizat senzor de imagine. Conține
celule care pot acumula sarcini electrice, proporționale cu timpul și intensitatea radiației
luminoase.
 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – Reprezintă senzori de imagi ne,
mai puțin utilizați, care utilizează același principiu ca și CCD dar prezintă un consum
redus de energie. Este utilizat în cazul aparatelor portabile.
 Emipiric – Formulă obținută din încercările de a interpreta datele experimentale, fără
suport teoretic, bazată pe experiență.
 ePassport – Este un pașaport tradițional care are un cip electronic încorporat care conține
informații biometrice care pot fi utilizate pentru autentificarea identității titularului
pașaportului.
 IrisCode – Codul irisului, d upă cum apare în literatura de specialitate. Inventatorul
acestui procedeu și totodată cel care deține patentul pentru utilizarea sa este John
Daugman, de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie.
 IoT – Este un concept ce presupune folosirea internetu lui pentru a conecta între ele
diferite dispozitive, servicii și sisteme automate, formând astfel o rețea de obiecte.
 LED (Llight Emitting Diode) – Diodă emițătoare de lumină. Este o diodă
semiconductoare ce emite lumină la polarizarea directă a joncțiunii p-n. Efectul este o
formă de electroluminescență.
 Material piroelectric – Printre materialele piroelectrice cele mai comune se numără
turmalina, cuarțul, materiale ceramice, unii polimeri și unele substanțe monocristaline.
Piroelectricitatea este proprietatea unor cristale prin care polarizarea electrică depinde
de temperatură. Substanțele care prezintă această proprietate se numesc piroelectrice,
iar apariția sarcinilor electrice la suprafața unui astfel de material în urma încălziri sau
răcirii lui se numește efect piroelectric.
 NFC (Near Field Communic ation) – Comunicare în câmp apropiat, este o tehnologie
bazată pe identificarea prin frecvență radio ce permite dispozitivelor să comunice între
ele prin atingere sau apropiere, la o distanță mai mică de 10 cm.
 Pattern – Model specific, tipar reprezentând simplificat structura unui fenomen
sociologic, matematic, etc.

45  Polimer – Un polimer este o substanță compusă din molecule cu masă moleculară mare,
formate dintr -un număr mare de molecule mici identice. Exemple cunoscute de polimeri
sunt plasticul, ADN -ul și proteinele.
 RISC (Reduced Instruction Set Computer) – Calculator cu set de instrucțiuni reduse.
Este o arhitectură a unui microprocesor cu un set de comenzi simple și rapide, în care
viteza crește datorită simplificării instrucțiunilor, astfel încât deco dificarea acestora este
mai simplă, pentru a oferi performanțe superioare.
 Șablon – Un șablon este o sinteză a caracteristicilor relevante extrase din tr-o sursă.
 Spectrul IR – Radiația in fraroșu este o radiație electromagnetică având lungimea de undă
cuprinsă între 700 nm – 1mm .
 SVD (Singular Value Decomposition) – Descompunerea valorii singulare este o
factorizare a unei matric e reale sau complexe care generalizează decompoziția unei
matrice. În general , SVD -ul este utilizat pe ntru reducerea capacităților de date.
 USB (Universal Serial Bus ) – Este o interfață serială rapidă, bidirecțională folosit ă
pentru conectarea, comunicarea și alimentarea cu energie electrică între diverse
dispozitive.
 VeriFinger – Este cel mai folosit algoritm pentru sistemele de identificare prin amprentă.
Timpii de înregistrare sunt cuprinși între 0, 1 – 0,4 secunde și poate potrivi până la 30000
de amprente pe secundă în modul 1 : N.

46 Bibliografie
[1] Drd. Ing. Catalin Lupu, Stadiul actual privind re cunoa șterea persoanelor dup ă iris și
amprentă , Raport de cercetare nr. 1, 2015.
[2] Prof. Dr. Maria Boldea, Asist. Dr. Costin Radu Boldea, Identificarea biometric ă, Revista
Informatica Economica , nr. 1(25)/2003, Pag. 78 -82.
[3] Drd. Andra -Manuela Botez, Drd. Alexandru Bejinaru -Mihoc, Prof. Dr. Ing. Angela
Repanovici, Modele biometrice dactiloscopice cu aplicații în sistemele de identificare ,
Buletinul AGIR nr. 1/2016 ianuarie -martie, Pag. 43 -46.
[4] Nicolae Sfetcu , Cunoa ștere și informații , Ediția a doua, 2019.
[5] https://www.schiphol.nl/en/page/how -the-iris-scan-works/
[6] United States General Accounting Office, Technology Assessment Using Biometrics for
Border Security , Pag. 165 -167, 2002
[7] https://www.uscis.gov
[8] Lect.univ.Dr.ing. Nicolae -Dorel Constantinescu, Raport de expertiză tehnică în tehnologia
informației, Pag. 4 -12, 2020.
[9] Prof. Dr. Maria Boldea, Asist. Dr. Costin Radu Boldea, Identificarea b iometric ă, Revista
Informatica Economica , nr. 1(25)/2003, Pag. 78 -82.
[10] Ing. Marius Iulian Mihailescu, Contribuții asupra Securității Protocoalelor Biometrice
de Autentificare, Teză de doctorat, 2014.
[11] Conf. Dr. Iurie Bulai, Lect.univ. Rodica Bulai , Avantajele și dezavantajele utilizării
sistemelor biometrice în asigurarea securității frontierei și a statului, Pag 81 -83.
[12] https://learn.adafruit.com/
[13] https:// ardushop.ro/ro/
[14] https://www.optimusdigital.ro/ro/
[15] https://cleste.ro/
[16] https://www.robofun.ro/
[17] https://www.uti.eu.com/

47 Anex a 1

48 Anexa 2

49 Anexa 3

50 Anexa 4

51 Anexa 5

52 Anexa 6
#include <Adafruit_Fingerprint.h>
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial mySerial(2, 3);

Adafruit_Fingerprint finger = Adafruit_Fingerprint(&mySerial);

uint8_t id;
char act;

int led = 13;
int relay = 10;
int fingerprintID = 0;

const int buttonPin = 6;
int buttonState = 0;

void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(relay,OUTPUT);
pinMode( 7,OUTPUT);

digitalWrite(7,HIGH);

startFingerprintSensor();

}

uint8_t readnumber(void) {
uint8_t num = 0;

while (num == 0) {
while (! Serial.available());
num = Serial.parseInt();
}
return num;
}

void loop()
{
//inregistrare_amprenta();
verificare_buton();
verificare_amprenta();
}

void myDelay(unsigned long duration)

53 {
unsigned long start = millis();

while (millis() – start <= duration) {
verificare_buton(); // check the buttons
}
}

void verificare_buton(){
buttonState = digitalRead(buttonPin);

if(buttonState == 1 ){
digitalWrite(led,HIGH);
digitalWrite(relay,LOW);
delay(4000);
digitalWrite(led,LOW);
digitalWrite(relay,HIGH);
}else{
digitalWrite(led,LO W);
digitalWrite(relay,HIGH);
}
}

int verificare_amprenta(){

fingerprintID = getFingerprintID();
myDelay(50);
digitalWrite(led,LOW);
if(fingerprintID > 0){
Serial.print("Am gasit id -ul #"); Serial.println(fingerprintID);
digitalWrite(led,HIGH);
digitalWrite(relay,LOW);
delay(4000);
digitalWrite(relay,HIGH);
}

}

void inregistrare_amprenta(){
Serial.println("Ready to enroll a fingerprint!");
Serial.println("Please type in the ID # (from 1 to 127) you want to save
this finger as…");
id = readnumber();
if (id == 0) {// ID #0 not allowed, try again!
return;
}
Serial.print("Enrolling ID #");
Serial.println(id);

54 while (! ge tFingerprintEnroll() );
}

uint8_t getFingerprintEnroll() {

int p = -1;
Serial.print("Waiting for valid finger to enroll as #");
Serial.println(id);
while (p != FINGERPRINT_OK) {
p = finger.getImage();
switch (p) {
case FINGERPRINT_OK:
Serial.println("Image taken");
break;
case FINGERPRINT_NOFINGER:
Serial.println(".");
break;
case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR:
Serial.println("Communication error");
break;
case FINGERPRINT_IMAGEFAIL:
Serial.println("Imaging error");
break;
default:
Serial.println("Unknown error");
break;
}
}

// OK success!

p = finger.image2Tz(1);
switch (p) {
case FINGERPRINT_OK:
Serial.println("Image converted");
break;
case FINGERPRINT_IMAGEMESS:
Serial.println("Image too messy");
return p;
case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR:
Serial.println("Communication error");
return p;
case FINGERPRINT_FEATUREFAIL:
Serial.println("C ould not find fingerprint features");
return p;
case FINGERPRINT_INVALIDIMAGE:
Serial.println("Could not find fingerprint features");
return p;
default:

55 Serial.println("Unknown error");
return p;
}

Serial.println("Remove finger");
delay(4000);
p = 0;
while (p != FINGERPRINT_NOFINGER) {
p = finger.getImage();
}
Serial.print("ID "); Serial.println(id);
p = -1;
Serial.println("Place same finger again");
while (p != FINGERPRINT_OK) {
p = finger.getImage();
switch (p) {
case FINGERPRINT_OK:
Serial.println("Image taken");
break;
case FINGERPRINT_NOFINGER:
Serial.print(".");
break;
case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR:
Serial.println("Commu nication error");
break;
case FINGERPRINT_IMAGEFAIL:
Serial.println("Imaging error");
break;
default:
Serial.println("Unknown error");
break;
}
}

// OK success!

p = finger.image2Tz(2);
switch (p) {
case FINGERPRINT_OK:
Serial.println("Image converted");
break;
case FINGERPRINT_IMAGEMESS:
Serial.println("Image too messy");
return p;
case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR:
Serial.println("Communication error");
return p;
case FINGERPRINT_FEATUREFAIL:
Serial.println("Could not find fingerprint features");

56 return p;
case FINGERPRINT_INVALIDIMAGE:
Serial.println("Could not find fingerprint features");
return p;
default:
Serial.println("Unknown error");
return p;
}

// OK converted!
Serial.print("Creating model for #"); Serial.println(id);

p = finger.createModel();
if (p == FINGERPRINT_OK) {
Serial.println("Prints matched!");
} else if (p == FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR) {
Serial.println("Communication error");
return p;
} else if (p == FINGERPRINT_ENROLLMISMATCH) {
Serial.println("Fingerprints did not match");
return p;
} else {
Serial.println("Unknow n error");
return p;
}

Serial.print("ID "); Serial.println(id);
p = finger.storeModel(id);
if (p == FINGERPRINT_OK) {
Serial.println("Stored!");
} else if (p == FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR) {
Serial.println("Communication error ");
return p;
} else if (p == FINGERPRINT_BADLOCATION) {
Serial.println("Could not store in that location");
return p;
} else if (p == FINGERPRINT_FLASHERR) {
Serial.println("Error writing to flash");
return p;
} else {
Serial.println("Unknown error");
return p;
}

}

void startFingerprintSensor()
{
Serial.begin(9600);

57 finger.begin(57600);

if (finger.verifyPassword()) {
Serial.println("Found fingerprint sensor!");
} else {
Serial.println("D id not find fingerprint sensor");
}
Serial.println("Waiting for valid finger…");
}

int getFingerprintID() {
uint8_t p = finger.getImage();
if (p != FINGERPRINT_OK) return -1;

p = finger.image2Tz();
if (p != FINGERPRINT_OK) return -1;

p = finger.fingerFastSearch();
if (p != FINGERPRINT_OK) return -1;

// found a match!
Serial.print("Found ID #"); Serial.print(finger.fingerID);
Serial.print(" with confidence of "); Serial.println(finger.confidence);
return finger.fingerID ;
}