Universeller Umweltsensor und verbesserte Biometrie- Sensorsysteme in eGates für Grenzkontrollen

Allgemeines zum Projekt

Projekttitel: Universeller Umweltsensor und verbesserte Biometrie- Sensorsysteme in eGates für Grenzkontrollen

Betreuer: Prof. Robert Lange in Zusammenarbeit mit Ralph Breithaupt (BSI)

E-Mail: robert.lange@h-brs.de

Anzahl Plätze: 3

Start: Sommersemester 2023

Studiengänge:

• Elektrotechnik Schwerpunkt Elektrotechnische Systementwicklung
• Maschinenbau Schwerpunkt Mechatronik
• Maschinenbau Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung
• Nachhaltige Ingenieurwissenschaft

Kurzbeschreibung

Im Biometrie Evaluationszentrum (BEZ) unserer Hochschule untersuchen wir gemeinsam mit dem BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) die Performanz, Überwindungssicherheit und Usability biometrischer Systeme für Grenz- und Zugangskontrollen. Neben aktuellen eGates der Bundespolizei (als Referenz, ohne Eingriffsmöglichkeit) betrieben und evaluieren wir auch ein separates Grenzkontroll-eGate mit Entwicklerzugriff. Dieses können wir um neue Sensoren, Verfahren und Algorithmen erweitern und die dadurch erzielten Verbesserungen im Rahmen von Langzeittests mit dem Stand der Technik vergleichen. In diesem Kontext arbeiten wir an unterschiedlichen Teilthemen und suchen Unterstützung in den folgenden Gebieten:

1. Universeller Umweltsensor

Im Rahmen der Durchführung von Langzeittests konnte für verschiedene Sensorsysteme ein situatives, sporadisches Fehlverhalten nachgewiesen werden. Da bislang die Umweltbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Störlicht, veränderter Hintergrund, …) nicht erfasst werden, ist eine systematische Ursachenanalyse des Fehlverhaltens erschwert. Zudem weicht das Umfeld des aktuellen Testsetups der eGates von der realen Situation am Flughafen ab.

• Analyse von Störeinflüssen auf biometrische Systeme (u. a. verschiedene Lichtsituationen)
• Szenen-Analyse im Feld in Zusammenarbeit mit dem BSI und Nachstellung der Umgebungsparameter im BEZ
• Untersuchung der Umwelteinflüsse auf biometrische Vergleichswerte, Fälschungserkennung usw. Positionierung vor/an biometrischen Systemen.
• Konzeptionierung und Entwicklung eines Sensorsystems für die Erfassung von Umweltfaktoren in Laborumgebungen auf Basis der Analyseergebnisse.

2. Optimierung eines biometrischen Grenzkontrollsystems

Unser Grenzkontroll-eGate mit Entwicklerzugriff soll in HW und SW weiterentwickelt werden. Hier stehen die folgenden Themen zur Auswahl:

• Erweiterung der Sensorik um 3D Stereo- und TOF-Kameras
• Anbindung vorhandener Gesichts-Matcher
• Optimierung der existierenden Presentation-Attac-Detection-Funktionalität (PAD), nach Einweisung in Hard- und Software der existierenden Lösungen durch erfahrene Entwickler.
• Analyse von biometrischer Performance, Usability-Konzepten & Schwachstellen

• Semantische Szenenanalyse mit 3D-Kameras

3. IRIS-PAD

PAD-Systeme führen nicht die eigentliche biometrische Analyse durch sondern haben die Aufgabe zu erkennen, ob es sich beim Probanden um einen echten Menschen oder um ein Artefakt/Fake handelt. Ein neuer Ansatz zur Realisierung eines PAD-Systems für Gesichtsbiometrie ist die Untersuchung der Echtheit der Pupillenreaktion auf Lichtreize. Für diese Fragestellung ist zunächst ein Hardwareprototyp, bestehend aus Beleuchtungs- und Kameraeinheit zu entwerfen und aufzubauen. Mit diesem Setup sollen dann Voruntersuchungen der Pupillenreaktion durchgeführt und eine Algorithmik zur PAD entworfen und erprobt werden. Das System kann regelmäßig im Rahmen unserer Langzeittests erprobt werden. Mehrere Entwicklungsiterationen sind vorgesehen.

4. Gekapseltes Biometrie Analyse Framework

Bei der Erfassung biometrischer Messdaten von Testpersonen aus zahlreichen Experimenten wird großer Wert auf Datenschutz und Datensicherheit gelegt. So verlassen die Messdaten nach Ihrer Aufnahme einen besonders geschützten Server-Kern nicht mehr. Um trotzdem noch wissenschaftliche Untersuchungen so frei und flexibel wie möglich zu gewährleisten, hat das BSI die Entwicklung eines BEZ-Analyse-Frameworks begonnen, welches für alle hoheitlichen und forschungsbasierten Untersuchungen bereits eingesetzt wird. Das Framework ist hoch modular und kann beliebig erweitert werden. Dafür ist Ihre Unterstützung gefragt:

• Konzeptionelle Weiterarbeit am BEZ-Analyse-Framework
• Erarbeitung von grafischen und tabellarischen Auswertungsmodulen zur Evaluation biometrischer Systeme
• Einbindung und Erweiterung existierender biometrischer Algorithmen (z.B. Gesichts- und Fingerabdruck-Vergleichsalgorithmen)
• Entwicklung und Evaluation von Qualitätsmetriken für biometrische Daten
• Prüfung der Datenqualität der Datenbank (Integrität, Konsistenz, Plausibilität,...)

Wenn eines oder mehrere dieser Themengebiete Ihr Interesse geweckt hat, sprechen Sie uns an. Die genaue Aufgabenstellung legen wir gemeinsam fest unter Berücksichtigung Ihrer persönlichen Neigung. Auch Kombinationen zwischen den Themen oder die Vertiefung von Teilaspekten sind denkbar.

Zusatzinfos:

https://www.h-brs.de/de/isf/biolab-bez

https://www.h-brs.de/de/isf/biolab

Projektphasen

Masterprojekt 1: Voruntersuchungen, erste Testaufbauten, Konzeptentwurf, Aufbau Labormuster.

Masterprojekt 2: Durchführung und Auswertung der Messreihe mit Labormuster. Konzeptentwicklung für Verbesserungen.

Masterthesis: Umsetzung eines Prototyps, Validierung und Vorbereitungen zur Feldevaluation.