Los sistemas de identificación biométricos cada vez cuentan con mayor presencia en la sociedad, no solo en ámbitos referentes a grandes instalaciones o instituciones, sino que poco a poco se van introduciendo en las pequeñas acciones del día a día de cualquier persona.

La gran cantidad de elementos corporales con los que la biometría orientada a la identificación es, en la actualidad, capaz de obtener resultados satisfactorios, favorece esta creciente presencia, sin olvidar tampoco que los avances tecnológicos fruto de la investigación han permitido reducir el tamaño de los dispositivos identificadores e, incluso, integrarlos dentro de otros dispositivos, los cuales, forman parte ya del día a día de cualquier persona.

Dentro de esta variedad de sistemas biométricos, uno de los que mayor auge ha sufrido es el de reconocimiento del iris del ojo, ya que se trata de un elemento que nos identifica de manera inequívoca.

La estructura del iris y su función en el ojo

El iris es, posiblemente, el elemento que más llama la atención de nuestros ojos, ya que, por ejemplo, es el responsable de la respuesta que damos a la pregunta “¿De qué color son tus ojos?”, de manera que sirve para establecer una clasificación básica de los mismos.

Se trata de una membrana de forma circular, en cuyo centro se encuentra la pupila, y cuyo color depende del grosor que tienen las láminas de pigmentación presentes en él, y de la concentración de melanina.

Cuanto mayor grosor de láminas, más oscuro será el color, y de igual forma, a mayor concentración de melanina, el color también será más oscuro.

Tanto el iris, como la pupila, son los responsables de controlar la cantidad de luz que llega al interior del ojo. Esto es debido a que el iris está formado por una gran cantidad de diminutos músculos, llamados músculos orbiculares, entre los que destacan el esfínter y el dilatador, que son capaces de contraerse y relajarse dependiendo de la luz que incide sobre los ojos.

¿Por qué resulta apropiado el iris en la identificación biométrica?

A la hora de escoger elementos corporales válidos para realizar una identificación biométrica, estos deben cumplir una serie de premisas, gracias a las cuales dicha identificación constituirá un fuerte elemento de seguridad.

En el caso del iris encontramos:

  • Es un elemento que permanece invariable a lo largo de toda la vida del individuo, además de ser difícilmente modificable a causa de un accidente, o voluntariamente mediante cualquier tipo de cirugía o técnica.
  • La dilatación y la contracción de la pupila supone verificar que, evidentemente, nos encontramos ante una persona viva o real; algo que constituye un valor añadido a la seguridad de este sistema.
  • Es posible obtener los datos necesarios presentes en este elemento sin realizar contacto físico con la persona a identificar.
  • La ubicación del iris en el ojo le permite estar protegido, y gracias a la córnea este no sufre ningún tipo de desgaste.
  • Es un elemento único, tan único como que no existen dos iris iguales, lo que incluye también diferencias entre estos elementos en los ojos de una misma persona: el iris de nuestro ojo derecho es diferente al iris de nuestro ojo izquierdo.

Por todo ello, el iris del ojo se ha convertido en uno de los principales elementos en torno al cual han avanzado las investigaciones y el desarrollo en lo que a biometría identificativa se refiere.

Los inicios de la identificación biométrica mediante el iris

Debido a la complejidad que supone el estudio pormenorizado de la estructura del iris, no ha sido hasta una época relativamente reciente cuando se ha comenzado a desarrollar esta técnica. La idea surgió, en la década de los años 30, en la mente de un oftalmólogo llamado Frank Burch; pero no fue hasta finales de los años 80 cuando los también oftalmólogos estadounidenses Leonard Flom y Aran Safir se decidieron a materializar la idea del Dr. Burch.

Estos oftalmólogos contactaron con la universidad de Harvard para poder desarrollar las bases matemáticas que permitirían el reconocimiento del iris ocular. Finalmente, y tras un largo tiempo de desarrollo, en el año 1994 se vería finalizado el proyecto; y en 1995, el departamento de defensa nuclear estadounidense empezó a utilizar este tipo de tecnología.

Por su parte, los doctores Flom y Safir fundaron la startup Iriscan, la cual ostentó hasta 2005 la patente del algoritmo que se emplea para el reconocimiento biométrico del iris, abriendo así el mercado a otras empresas que han ido desarrollando su propia tecnología.

En la actualidad, el doctor Flom es profesor e investigador en la NYU School of Medicine (Escuela de medicina privada de Nueva York); mientras que el doctor Safir falleció en el año 2007

¿Cómo es el funcionamiento de un sistema de reconocimiento del iris?

Algo que es de suponer al pensar en un sistema que sea capaz de reconocer el iris ocular, es que este debe ser capaz de “ver” como es ese elemento a reconocer; y para ello, estos dispositivos cuentan con una cámara fotográfica, con una cámara de video, o con una cámara de rayos infrarrojos.

Estas cámaras deberán cumplir una serie de características, como, por ejemplo:

  • Obtener una muy elevada resolución.
  • Ser capaces de centrarse únicamente en la zona de interés, en este caso el iris del ojo.
  • No suponer un acto incómodo para la persona a identificar.
  • Poder captar la imagen sin deformación alguna.

Tampoco se puede obviar el hecho de que estos dispositivos han de contar con una base de datos en la cual se almacena la información referente a las personas en las cuales se tiene interés en reconocer; pues de lo contrario, no tendría sentido la presencia de este tipo de dispositivos.

En general, las fases de trabajo que sigue un sistema biométrico de identificación a través del iris son las siguientes:

Captura de la imagen del iris ocular

Para capturar la imagen del iris se necesita, como acabamos de explicar, una cámara fotográfica o de vídeo y para conseguir una imagen de calidad se necesitará contar con la iluminación adecuada. Aquí aparecen un par de pequeños problemas:

  • Por una parte, que la luz incidente en el ojo genere un reflejo en la córnea del mismo, interfiriendo en la zona de interés de la imagen; algo que se debe solucionar escogiendo el ángulo de aplicación de la luz adecuado, con la intensidad justa y necesaria; o empleando un elemento polarizador capaz de eliminar el reflejo en la imagen captada.
  • Por otra parte, que el hecho de aplicar una luz directamente sobre el ojo de una persona pueda generarle algún tipo de rechazo a usar este sistema de reconocimiento; por lo que se puede optar por utilizar luz infrarroja y un dispositivo óptico capaz de tratar con este tipo de luz.

Por lo general, los sistemas biométricos de reconocimiento del iris cuentan con una única cámara para la captura de la imagen, la cual suele ser en blanco y negro; pero existen dispositivos que cuentan con tres cámaras, algo permite capturar imágenes lo más centradas posible e, incluso, generar una vista en 3 dimensiones.

Procesado de la imagen capturada

Una vez la cámara ha captado la imagen, es el momento de aplicar una serie de tratamientos a la misma para facilitar el reconocimiento de ciertas zonas clave, y almacenarla en la base datos para que pueda ser comparada posteriormente en los procesos de identificación.

Este tratamiento, a su vez, consta de una serie de fases:

Identificación de la región perteneciente al iris dentro de la imagen capturada

Esta fase es de gran importancia ya que permite enfocar el uso de los recursos a una porción limitada de la imagen, algo que supone tanto un ahorro de tiempo como de almacenamiento.

Una vez identificada la región, se le aplica a la imagen una serie de filtros que realzan los contornos de los diferentes elementos del ojo, con el objetivo de agilizar las fases siguientes, y se obtiene un histograma de la misma.

Identificación de los bordes exterior e interior del iris

El borde exterior del iris es aquel que limita con la esclerótica (la zona blanca del globo ocular), y el borde interior es aquel que limita con la pupila.

Para la detección del borde exterior, el sistema realiza el siguiente proceso:

  • Reducir el tamaño de la imagen a tratar con el objetivo de facilitar la tarea.
  • Se corrigen las zonas con excesiva iluminación que pudieran interferir en el proceso.
  • Sobre la imagen se sitúa una cuadrícula, y mediante la aplicación reiterada de una serie de algoritmos, se logra detectar con una elevada precisión tanto el borde externo del iris como las coordenadas exactas de su centro (el cual no coincide con el centro de la pupila).

Una vez obtenidos los datos necesarios, estos se trasladan a la imagen original, es decir, a aquella imagen que no ha sido reducida.

Seguidamente, el sistema procede a identificar el borde interior, y debido a que pupila e iris no son concéntricos (suele ser muy habitual es que la pupila se encuentre desplazada hacia abajo y en dirección a la nariz), se debe realizar una rutina muy similar al caso anterior.

  • Partiendo de la imagen reducida anterior, se aplica una cuadrícula de menor tamaño sobre la misma, de forma que abarque mayormente la región de la pupila, y se vuelve a seguir la misma metodología que para la detección del borde exterior.
  • Una vez obtenidos tanto el borde interior del iris, como el centro de la pupila, se trasladan estos datos a la imagen original sin reducir.

Las coordenadas obtenidas se transforman en polares, para poder ser utilizadas más adelante en los diferentes algoritmos de codificación.

Adecuación de la región del iris para la extracción de datos

Con los límites del iris ya identificados, lo que supone acotar la zona de trabajo a la región que verdaderamente tiene interés; es el momento de aplicar sobre la misma un tratamiento de imagen que permitirá extraer, con facilidad, datos que serán empleados para la codificación que se realizará posteriormente en el almacenado y comparación con las diferentes imágenes obtenidas durante los procesos de identificación.

Para ello, se realiza un estiramiento del histograma, ya que la imagen en blanco y negro con la cual se está trabajando suele comprender el 50% de los valores posibles dentro de este tipo de imágenes, situándose en la zona central.

Al producirse este estiramiento, la imagen resultante muestra de forma mucho más marcada cualquier detalle del iris representado en la misma. También se aplica un nuevo incremento del contraste, para lograr una mayor definición.

Codificación de las características del iris mediante algoritmos

El algoritmo más empleado para este propósito es el correspondiente a la transformada de Wavelet. En el campo matemático, las wavelets son funciones que, satisfaciendo ciertos requerimientos que poseen, permiten representar datos de forma muy útil para el ámbito de la biometría.

En este punto se van a poder tomar dos caminos: extraer los datos tratando la imagen del iris como una única circunferencia, o extraer los datos tratando la imagen del iris como una corona circular.

Extracción de datos como una circunferencia

A partir de la imagen del iris aislado, se localiza el centro de la pupila hallado en fases anteriores, y desde él se traza un círculo que abarca algo más de la mitad de la superficie del iris.

Los niveles de color gris contenidos dentro de ese círculo son traducidos en una señal unidimensional, de forma que constituye la firma del iris. A esta firma se le aplican los algoritmos de la transformada de Wavelet que dan como resultado la representación de una onda.

Extracción de datos como una corona circular

Se trata de un proceso similar al anterior, solo que, en este caso, en lugar de abarcar una región del iris que incluye la pupila, se extraen los datos de una región en forma de anillo o corona que discurre únicamente por la zona del iris propiamente dicho.

De la misma forma, los niveles de color gris ubicados en esta región van a constituir nuevamente la firma del iris, la cual, mediante los algoritmos de la transformada de Wavelet, será convertida en una onda y almacenada.

Fase de verificación de la información

La fase de verificación es aquella en la cual se analiza la información extraída del iris de una persona, para compararla con la información almacenada en la base de datos del sistema de reconocimiento biométrico y, así, verificar que la persona que intenta acceder a un recinto u obtener algún tipo de información puede hacerlo.

Para realizar esta comparación se vuelven a realizar las fases anteriormente expuestas hasta obtener, en el momento de verificar a una persona, la firma del iris y su correspondiente representación en forma de onda.

Ambas informaciones (la onda que se acaba de obtener y la almacenada en la base de datos) son comparadas realizando una codificación binaria de manera que un 1 se corresponde con puntos iguales en ambas ondas, y un 0 con puntos distintos.

Los dos conjuntos de 1 y 0, pertenecientes cada uno a una onda, son sometidos a lo que se conoce como distancia de Hamming, la cual expresa el nivel de diferencia entre un conjunto y otro. Si el número de 0, o puntos distintos, no supera un determinado valor, entonces el sistema da por válida la verificación.

Ventajas y desventajas de los sistemas biométricos de reconocimiento del iris

Estos sistemas presentan las siguientes ventajas:

  • El iris es una estructura que presenta una muy elevada variabilidad en toda su superficie, ello hace que analizando tan solo una parte del mismo se pueda obtener una gran cantidad de datos.
  • Sobre el iris actúan únicamente dos músculos, tal y como se ha comentado anteriormente. Esto permite controlar de manera muy sencilla la dilatación o contracción de la pupila para poder obtener resultados uniformes.
  • Los sistemas biométricos de reconocimiento del iris son capaces de obtener la información necesaria a partir de diferentes distancias, que van desde unos pocos centímetros hasta cerca de un metro, y este proceso no requiere el contacto físico entre el sujeto a identificar y la máquina.
  • La tasa de error de este sistema es de las más bajas dentro de todo el conjunto de los diferentes sistemas biométricos de identificación.
  • Por lo general, su uso es bastante sencillo y cómodo para cualquier persona.

Por el contrario, presenta una serie de desventajas:

  • Se trata de un tipo de tecnología mucho más reciente, y que cuenta con menos inversión a nivel institucional que la dedicada al reconocimiento de huellas dactilares.
  • Es preciso que la persona a identificar permanezca quieta y, además, mire en dirección al objetivo de la cámara.
  • A partir de distancias superiores al metro, los dispositivos comienzan a mostrar dificultades en el reconocimiento e identificación de personas.
  • Para lograr una tasa de fiabilidad adecuada, es necesario crear imágenes de una muy elevada resolución y calidad.

¿Cómo se puede aumentar la seguridad de los sistemas de reconocimiento biométricos del iris?

Frente a cualquier sistema de seguridad, siempre va a existir alguna forma de intentar sortear la barrera que este supone. Ante este hecho, resulta necesario dotar a dichos sistemas de ciertas características o funciones que permitan reducir al mínimo las formas de poder neutralizarlos.

En el caso de los sistemas de reconocimiento del iris encontramos:

  • La necesidad de que la pupila sufra una contracción antes de comenzar a verificar que la persona que se encuentra frente al dispositivo posee el acceso que está solicitando. Con esto se evita que se pueda utilizar una imagen de muy alta calidad como sustituto de una persona real.
  • Establecer la necesidad de que el ojo se mueva previamente a la toma de la fotografía, por ejemplo, al leer un texto o al realizar un recorrido marcado por una imagen.
  • Verificando que el ojo que se encuentra delante del objetivo es capaz de reflejar la luz gracias a la presencia de la retina, algo que no ocurrirá si se trata de una imagen. Este sistema también permite comprobar que, al aplicar una luz sobre el globo ocular, se produce el conocido efecto de ojos rojos.
  • Se debe prestar especial atención al hecho de que el iris del ojo derecho, es diferente al iris del ojo izquierdo, por lo que, una vez almacenada la información de un individuo en la base de datos, este deberá emplear siempre el mismo ojo para proceder a la verificación.

Principales aplicaciones del reconocimiento de iris

Hasta hace pocos años, este tipo de sistemas se limitaban al ámbito de las grandes empresas e instituciones públicas, las cuales requieren acotar determinadas zonas bajo estrictas medidas de seguridad.

Sin embargo, poco a poco estamos viendo como el reconocimiento del iris está llegando con mayor frecuencia a elementos más accesibles y cotidianos para cualquier ciudadano:

  • Implantado como sistema para el control de acceso a edificios o partes del mismo.
  • Integrado en smartphones y tabletas, como elemento de seguridad que permite su desbloqueo.
  • Forma parte de las medidas de seguridad implementadas en algunos cajeros automáticos, aunque este uso, ciertamente, no se encuentra muy extendido. Dentro del ámbito de la banca, se emplea también como elemento necesario antes de realizar determinadas operaciones de cierta importancia, como transferencias, pagos o retiradas de efectivo.
  • Control de seguridad en los aeropuertos y fronteras de algunos países.
  • En el campo de la medicina, algunas instituciones están empezando a asociar los datos obtenidos mediante el reconocimiento biométrico del iris, al historial médico del paciente y, así, evitar usos fraudulentos del mismo o evitar cometer errores a la hora de tomar una decisión médica.
Identificación biométrica a través del iris ocular
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