השימוש בטביעות אצבעות מתבססות על העובדה שטביעות אצבע הן שונות מאדם לאדם ולא משתנות במהלך חייו. טביעות אצבע נוצרות כבר בחודש הרביעי לחיי העובר. למעשה יש טביעות אצבע גם לקואלות ולקופי אדם, אולי כיוון שהרכסים שאנו רואים בטביעות האצבע נועדו מבחינה אבולוציונית, לחזק את האחיזה של כף היד, למשל במניעת החלקה בעת הטיפוס על עצים.

טביעות אצבע נשארות רק על משטחים חלקים, מכיוון שאחוז אחד מטביעת האצבע הוא שומן ועל חומרים כמו עץ או נייר הוא לא נשאר.

הייחודיות של טביעת אצבע היא מדהימה - אין שתי אצבעות בעלות טביעות אצבע זהות. מה שקרוי "רכסים" משתנה מאצבע לאצבע, גם אצל אותו אדם. לכל אצבע יש מעל 150 מאפיינים שונים של רכסים. מתמטית יש 64 מיליארד אפשרויות שונות של טביעת אצבעות, מה שאומר שהסבירות לשני בני אדם עם טביעת אצבעות זהה היא זעירה ביותר. היות שאפילו תאומים זהים אינם חולקים טביעות אצבעות זהות, על אף הכמעט זהות הגנטית ביניהם, משתמשים בטביעות אצבע לזיהוי של מעשי פשע, לשימושי אבטחה, כמו פתיחת מנעולים והפעלת מכשירים סודיים ועוד.

יש בעולם כמה משפחות שנושאות פגם גנטי מעניין - אין לבני המשפחות הללו כל טביעת אצבע בידיהם וברגליהם והן נקיות לחלוטין מאותם רכסים שכולנו רואים באצבעותינו.

כה מוערכת הייחודיות של טביעת האצבע בתרבות, עד שנוהגים לומר על מי שהשאיר את חותמו האישי והייחודי בתחום מסוים או בעולם, שהוא "השאיר את טביעות אצבעותיו".


הנה הסוד של טביעת האצבע והשימוש בה בזיהוי פלילי (עברית):

http://youtu.be/ejp8wPNZu0k


בואו נעשה ניסוי עם טביעות אצבע (עברית):

https://youtu.be/CT8GPg5TqEk


טביעת האצבע שלנו היא היום כלי אבטחה במכשירים אלקטרוניים שונים כמו הסמארטפון (מתורגם):

https://youtu.be/YJvmaqCqQxA


יש מנעולי דלתות המבוססים על טביעות אצבע (עברית):

https://youtu.be/WM-rdMxNDH4


וכך פועל סורק טביעות האצבע (עברית):

https://youtu.be/_HQnVFTQ4B4

הזיהוי הביומטרי מאפשר לזהות כיום אנשים לפי שיטות שונות, מטביעות אצבע, דרך זיהוי תווי הפנים, זיהוי לפי רשתית העין ועד קשתית העין.

גדולים הם סיכוייה של שיטת האימות הביומטרי, המציעה שיטות אלה ואחרות לאותנטיקציה ביומטרית, להחליף את האימות באמצעות טביעת אצבע, שיטה מיושנת, שיש לה לא מעט מגבלות, במיוחד כשמדובר בזיהוי שאינו של אנשים חשודים. זיהוי כזה הולך ונדרש, אם במסגרת המאבק בטרור ואם לצרכי עולם העסקים, שמירת סודיות במתקנים רגישים ומניעת ריגול.

זיהוי קשתית (Iris recognition) היא שיטת זיהוי ביומטרי המשתמשת בשיטות לזיהוי תבנית והתאמתה לתמונת הקשתית בעינו של האדם. מסתבר שתבנית קשתית העין שלנו היא ייחודית, יציבה לאורך זמן וניתן לסרוק אותה גם ממרחק ואפילו ללא ידיעתו של הנסרק, מה שהופך אותה לטכנולוגיה שימושית ביותר, מהירה ולא פולשנית.

בעוד סריקת הרשתית מתבססת על המבנה הייחודי של כלי הדם ברשתית העין, בזיהוי קשתית משתמשים במצלמת וידאו עם תאורת אינפרה-אדום קרוב, המזהה מבנים מורכבים בקשתית שניתן לראות כלפי חוץ.

אלגוריתמים מתמטיים וסטיסטיים מנתחים את התבניות הדיגיטליות שקודדו ממבנים מורכבים אלה והמחשב סורק, במהירות של מיליוני תבניות לשנייה ועם מעט מאד כשלים בתוצאות החיפוש, בבסיס הנתונים של התבניות שנסרקו בעבר ונשמרו בו.

יתרונות הקשתית, כאיבר פנימי ומוגן, ומנגד כזה שניתן לסרוק אותו, מאפשרים לזהות האם מדובר באדם עצמו או במישהו אחר, האם זהו מתחזה או מורשה כניסה וכדומה.

יתרונה הגדול של האותנטיקציה הביומטרית, הוא מהירותה, שנאמדת בפי 3 ורמת הדיוק הגבוהה יותר, אל מול טביעת אצבע. הטכנולוגיה הזו מיועדת לשלל ישומים, מזיהוי מורשי כניסה למתחמים סגורים ועד לזיהוי המשתמש המורשה לטלפון הנייד.


הנה הזיהוי לפי קשתית העין:

https://youtu.be/4F8-Fbh03N8


כך הטכנולוגיה של זיהוי הקשתית בעין פועלת:

https://youtu.be/fHS0nq13yPk

חיישן ביומטרי לזיהוי טביעת האצבע (Fingerprint sensor) הוא רק אחת מהטכנולוגיות בתחום של טכנולוגיות הזיהוי הביומטרי. טכנולוגיות אלה הפכו מאד נפוצות בשנים האחרונות באבטחה וזיהוי, בתחומים שונים.

החל מבקרות כניסה למתחמים פיזיים ולמכשירים שונים כמו מחשבים וטלפונים חכמים ועד לזיהוי אישי בשעוני נוכחות שנהוגים במקומות עבודה - זיהוי טביעת האצבע באמצעות חיישן הוכיחה את עצמה כיעילה ושימושית מאד.

בטלפונים ניידים מותקנים כיום לא מעט חיישנים כאלה. חיישנים סורקי טביעות-אצבע משמשים כאמצעי זיהוי ייחודיים לכל משתמש ומשתמש וקשה יותר לזייפם או לפרוץ אותם מאשר סיסמאות קלות, או טלפונים חסרי סיסמה.

הראשונה להשתמש בחיישני טביעת-אצבע הייתה חברת Apple. החברה חשפה את האייפון 5S עם סורק טביעות האצבע הראשון וכינתה אותו TouchID. במהרה יצאו חיישנים מתחרים למכשירים של יצרנים מתחרים רבים. בשנת 2019 המתחרה הגדולה סמסונג הייתה הראשונה להשתמש בחיישן אצבע תלת מימד שמוטמע על המסך עצמו.

החיישן בטלפונים החכמים מאפשר להשתמש בטביעת האצבע כדי לבטל את נעילת הטלפון החכם. במכשירים שונים הוא יכול לשמש גם כדי לאשר רכישות בכסף או לפתוח אפליקציות שנבחרו לפתיחה אישית בלעדית של המשתמש.

עם זאת, האקרים כבר הראו שהעתק פיזי של טביעת האצבע יכול לשמש לביטול נעילת הטלפון. הדבר הופך את נעילת הטלפון באמצעות טביעת אצבע לפחות חזקה מסיסמאות חזקות. יש לכך פתרונות שמצאו יצרני סמארטפונים מסוימים. אחרים פחות הצליחו וחלקם עברו לטכנולוגיות אחרות, כמו זיהוי פנים באמצעות המצלמה הקדמית (מצלמת בסלפי).

אבל איך פועל החיישן הביומטרי לטביעת אצבע?

אם מדובר על חיישן של טלפון חכם, ראשית יש ללמד את החיישן כיצד נראות טביעות אצבעותיו של המשתמש. עושים זאת על ידי הנחת האצבע על הכפתור עם החיישן, שוב ושוב ובזוויות וצידי האצבע השונים, עד שאנימציית טביעת האצבע שעל מסך הטלפון מתמלאת בצבע אדום. באייפון למשל, ניתן להוסיף עד 6 טביעות אצבעות לכניסה למכשיר.

אחרי שלמד את טביעת האצבע של בעל הטלפון, משתמש החיישן במידע שנשמר במכשיר ומשווה כל טביעת אצבע לתמונת טביעת האצבע שברשותו. אם טביעת האצבע זהה, המכשיר ייפתח. אם היא שונה - הוא יישאר נעול.


הנה חיישן טביעות אצבע של האייפון:

https://youtu.be/jaKS9zFOMDY


כך עובד החיישן הביומטרי לזיהוי טביעת האצבע:

https://youtu.be/CLdrbn8XYIw


חיישן טביעות האצבע של מכשיר סמארטפון Galaxy S5:

https://youtu.be/dKVdJ9U8sm4


וכך גורמים לחיישן זיהוי טביעת אצבע Touch ID של מכשירי אייפון לזהות אותך:

https://youtu.be/MXYTD8UJaJo

איך מאמנים מכונות לראות ולזהות פנים?


יותר ויותר מדברים כיום על "האח הגדול", שעוקב אחרי כל אחד מאיתנו ויודע עלינו יותר ויותר. אנשים מתפלאים כיצד הוא מזהה בכל רגע נתון את מקומנו, מי אנחנו בתמונות הפרטיות שלנו ובפוסטים החברתיים ואם אנחנו מתכננים פשע או מותר לנו לבצע עיסקה מסחרית.

אבל כיצד זה מתבצע?

הדרך לזהות אותנו בכל מקום היא ללמד מחשבים לעשות זאת. מדובר במה שנקרא טכנולוגיית זיהוי פנים. כל מחשב כזה מחובר למצלמות שמראות לו פנים והמחשב מזהה אותנו לעומת אחרים.

השיטה מתחילה בללמד תוכנה לזהות אנשים. מזינים אליה מאגר תמונות ענקי ו"מלמדים" אותה מהם פנים ומה לא. עושים זאת בסימון הטעויות שלה, מה שמשפר כל הזמן את יכולותיה. ככל שהמאגר הוא גדול וכוח המיחשוב רב, המכונה תלמד טוב יותר ומהר יותר לזהות פנים.

ככל שהמאגר מגוון, לעומת זאת, המכונה תלמד לזהות יותר סוגי פנים. בתחילת הדרך המאגרים לא היו מגוונים מספיק, מה שגרם לכך שיכולות המחשבים והבינה המלאכותית לזהות נשים, או בני מיעוטים שאינם לבנים, היו נמוכות מאוד.

ככל שהמכונה תלמד מהם פנים, ניתן יהיה להזין אליה את התמונות של כולנו וללמד אותה לזהות אנשים ספציפיים. אז לממשלות ולגופי ביטחון יש מאגרים כאלה, מתצלומי תעודות הזהות שלנו, אבל לגופים אחרים יש בעיה.

אז המצב הזה של ראיית מכונה (Machine vision) הולך ומשתפר דווקא תודות למאגרים העצומים של הרשתות החברתיות. כך תורמת למשל הטכנולוגיה שמאפשרת לדפי פייסבוק לזהות את הפרצופים בתמונות, גם לטובת זיהוי מגוון יותר וחכם יותר.


כך פועלות מערכות לזיהוי פנים ומה המגבלות והבעיות בהן (עברית):

https://youtu.be/DJC013Cg_GY


הדרך בה מאמנים מודלים ממוחשבים לזהות פנים (מתורגם):

https://youtu.be/Cgxsv1riJhI


כיום הטכנולוגיה של זיהוי הפנים פועלת גם על פנים בתנועה:

https://youtu.be/kKaU6JFRu5g


כך פועלת טכנולוגיית זיהוי הפנים בתוכנה:

https://youtu.be/X7_ojlEXnWc


אפליקציות רבות משתמשות ביכולת זיהוי פנים:

https://youtu.be/NiKc1z4kOMM


זה מאפשר לענקיות רשת ומסחר לזהותכם ולגופי ביטחון למנוע פשעים וטרור, לאפשר כניסה למתחמים ועוד:

https://youtu.be/wve5JWX7yoc


והרצאת וידאו מעולה על ראיית מכונה שתסייע לכבדי ראיה לראות (מתורגם):

https://youtu.be/c-0ckmzlypA?long=yes

לא פעם אנו שומעים על בדיקה שעושים כדי לזהות אם חשוד הוא הפושע או אם אדם הוא אביו של אדם אחר. זהו כוחו המופלא של הדנ"א, אותה מולקולה שנמצאת בכל תא שנוצר בגופנו.

באמצעות בדיקת DNA ניתן לזהות אם דנ"א שייך לאדם מסוים או שהוא אינו שלו. העובדה החשובה היא שתבנית הדנ"א האישית של כל אחד מאיתנו היא ייחודית ואין כמוה (מלבד במקרה של תאומים זהים, שגם חולקים DNA משותף).

זוהי מעין טביעת אצבע גנטית, שבעזרתה אפשר לזהות אבהות, אם בעל הדנ"א היה מעורב בפשע, או אם הדנ"א שנאסף בזירת הפשע הוא שלו.


הנה ניתוח הפרופיל הגנטי של חשודים בפשע (עברית):

https://youtu.be/wpG3CSvwjBw


הסבר כימי על תהליך הזיהוי באמצעות דנ"א (מתורגם):

https://youtu.be/5ij-YSrp93s


והשלב החדש בזיהוי הפלילי בו מזהים פושעים על פי הדנ"א של קרובי משפחתם:

https://youtu.be/KT18KJouHWg?long=yes

ממצלמות אבטחה במרחב הציבורי, דרך מצלמות מעקב המתעדות מיליוני אנשים בערים ובדרכים ועד לסוכנויות המעקב הממשלתיות, לאחרונה נראה שהיא בכל מקום. היכולת לזהות פנים באופן דיגיטלי מתבססת על המרה של תווי הפנים של אדם למפת נתונים, שניתן להשוות למיליוני מפות נתונים אחרות ולמצוא במי מדובר.

מדובר בטכנולוגיית זיהוי פנים (Facial recognition), המבוססת על יכולת טכנולוגית מבוססת אלגוריתם, או תוכנה, שמסוגלת לזהות אדם על פי צילום דיגיטלי שלו, אם בתצלום ואם בסרט וידאו. מערכות זיהוי פנים רבות מתיימרות כיום לעשות זאת באופן אוטומטי.

אחת השיטות לזיהוי פנים היא על ידי השוואת תכונות תווי הפנים שבתמונה לתמונות שמאוחסנות במאגר נתונים. אלגוריתם פשוט למד כבר מזמן לזהות בזמן צילום דיגיטלי, פנים אנושיות וכך עשה פוקוס עליהם, כדי שהפנים לא יצאו מטושטשים.

בשנים האחרונות הפכו האלגוריתמים של זיהוי פנים מדויקים מבעבר. הם מאפשרים לעבד כמויות אדירות של מידע, במהירות וביעילות, כשהם נעזרים במאגרי נתונים ענקיים המכילים את פניהם של אזרחים רבים.

המדהים הוא שהרשתות החברתיות מהוות כיום את מאגר הנתונים הגדול מאי-פעם, כשלכל צילום מתווספים מיידית שמות המצולם ופרטים מזהים רבים. המרכזיות של המדיה החברתית בחיינו מהווה סיכון לא קטן לפרטיות שלנו וזה יילך ויתחדד, ככל שיימצאו שימושים חדשים לטכנולוגיות הללו.

כל השחקנים הטכנולוגיים הגדולים כבר שם. אם זו פייסבוק, שמזהה את חבריך בתמונות שהעלית לקיר שלך, או גוגל שמזהה לבעלי סמארטפונים את פניהם של המצולמים בתמונות שבנייד האנדרואיד שלהם. מיקרוסופט, שהצליחה לפתח אלגוריתמים לשלטים שמזהים את המתבונן ומציעים לו פרסומות מטורגטות, כלומר פרסומות שונות לכל אדם ומותאמות לנושאים שבהם הוא מתעניין, בצורה די דומה לפרסומות בדפדפן, שמתאימות את עצמן לחיפושים שלך במנוע החיפוש. מוצר אחר של מיקרוסופט המשתמש בזיהוי פנים, הוא מצלמה שמסוגלת להבחין בין תאומים זהים ולזהותם על אף הדימיון הרב ביניהם.

מערכות זיהוי פנים משמשות כיום לאבטחה, לזיהוי החברים המצולמים ברשתות חברתיות ולמעקב אחרי פושעים וטרוריסטים במקומות ציבוריים. לעתים קרובות הן מופעלות ביחד עם טכנולוגיות משלימות, שכן זיהוי פנים היא חלק מתחום הזיהוי הביומטרי. טכנולוגיות נוספות שמשמשות בזיהוי ביומטרי הן זיהוי טביעות אצבע, זיהוי דנ"א וזיהוי קשתית העין.


כך אנו מזהים פנים (עברית):

https://youtu.be/mTSsCYob9mo


זיהוי פנים טכנולוגי:

https://youtu.be/wve5JWX7yoc


זיהוי פנים כאמצעי תשלום (עברית):

https://youtu.be/9yyeH6CK5xk


על זיהוי פנים ופרטיות (עברית):

https://youtu.be/fU3OMXLAKNk


טכנולוגיית האבטחה שמתבססת על זיהוי פנים:

https://youtu.be/9k-rTVfLesQ


מראת הפלא שמזהה בין השאר רגשות של המתבונן בה:

https://youtu.be/uN1yB17S2bk


נראה שזיהוי הפנים של חלונות 10 לא מתבלבל בין תאומים זהים:

https://youtu.be/J1NL246P9Vg


ויש גם זיהוי פנים מעט מביך כמו אלגוריתם שמבטיח לזהות את הגיל של המצולם:

https://youtu.be/Wi8DLKPQqJ0