Biometrics / La biométrie: myth: iris vs. fingerprint accuracy

Iris vs. fingerprint accuracy
De la précision de l'iris et de l'empreinte digitale

From time to time, some articles say that the iris recognition has a perfect accuracy (!), and at least, this is certainly the best biometrics (and much more better than fingerprint, sure).

Is this true? Is iris recognition the absolute and definitive biometrics? Are there some proofs about this?

(Possible) rumor origins

Results from the NPL
The Biometric Product Testing Final Report (Issue 1.0, 19 March 2001) from the National Physical Laboratory (UK) showed a practically perfect result for iris recognition. But when you carefully read the results, and place them in the context, the result is less interesting: the test size was quite small.

Signature format coded using 256 bits

The IrisCode is using 256 bytes. We may (falsely) conclude that we can distinguish with that 8²⁵⁶ = 10²³¹ irises, which is totally stupid. Storage format has nothing to do with accuracy. As 32 bit (4 bytes) enables to code 4 billion combinaisons, we might think that using 256 bytes should give a fantastic accuracy!

Bit independance in the Iriscode

Daugman (the inventor) showed in several articles (and website) some interesting results concerning accuracy:
- bit independance in the IrisCode
- binomial distribution of 9.1 million IrisCode
These results, without correct interpretation, may reinforce the (false) previous assumption. A correct reading shows that accuracy may be excellent.

The hard real world

False accepts already occured (see ...). Compared to the test size (hundreds of persons) and announced probabilities, the immediate conclusion is that there is something wrong somewhere, and it is likely to be a bug rather than a failure of the theorie, so quite a classical problem...

It is easy to make a parallel with fingerprints, which are studied for more than one hundred years.
As a start, fingerprints may show also an arbitrary high accuracy.
And we know very well that problems link to the capture, the processing... lower the theorical results, and this is why in large system, only a rank is given of the best matches.

Very large tests have already been performed (by the NIST (USA) / FpVTE for instance), and at the moment, there is no equivalent tests for the iris -but this will happen in the future-. That said, deployment of iris recognition already exists, and some are quite important (for instance border entry points of the United Arab Emirates (UAE), and results seem to confirm the expected good performances.

Some known problems will reduce the accuracy of iris systems:
- Small moving target (1 cm) to acquire from (1 m) distance
- Located behind a curved, wet, reflecting surface
- Curvature of the cornea causes wide-angle reflections
- Obscured by lashes, lenses, reflecting eyeglasses
- Partially occluded by eyelids, often drooping
- Some ethnic groups show less than half of each iris
- Iris deforms non-elastically as pupil changes size
- Iris may not be a pure circle

Conclusion

The theorical accuracy of iris recognition is certainly as high as announced. But this accuracy is killed by the usual problems linked to ergonomics, material, bugs, and at the end, it is likely that iris recognition is in the same range than fingerprint. With a little advantage for fingerprints, as we have 10 fingers (20 in fact), and very large palmprints, so with more data available than our two irises, especially if fine details such as pores can be used.

Il arrive que certains articles indiquent la reconnaissance par iris comme étant d'une précision absolue (!), et qu'en tous cas, c'est certainement la meilleure technique biométrique (et implicitement bien meilleure que les empreintes digitales).
Est-ce vraiment le cas? La reconnaissance par iris est-elle vraiment l'arme absolue de la biométrie? Quelles sont les preuves?
Les origines (possibles) de la rumeur

Les résultats présentés par le NPL
Le Biometric Product Testing Final Report (Issue 1.0, 19 March 2001) du National Physical Laboratory (UK) montre une supériorité écrasante de la reconnaissance par iris. Mais lorsqu'on remet ces résultats dans leur contexte, on se rend compte de leur relativité: finalement, le test est assez petit.

Le format de la signature codé sur 256 bits

Le format de stockage de la signature, le fameux IrisCode, est de 256 octets. On lui associe (un peu rapidement!) la capacité de distinguer 8²⁵⁶ = 10²³¹ différent iris, ce qui est évidemment parfaitement stupide. Le format de stockage n'a rien à voir avec la précision de la technologie. Comme 32 bits (soit 4 octets) permettent de coder 2³² = 4 milliards combinaisons, alors avec 256 octets, on conclue un peu vite que la précision doit être hors normes!
L'indépendance des bits de l'Iriscode

Daugman, l'inventeur de la technologie, présente sur son site quelques résultats concernant la précision, en particulier:
- l'indépendance des bits dans l'IrisCode
- la distribution binomiale de 9.1 millions d'IrisCode
résultats qui en l'absence d'une interprétation correcte et associé à la taille de l'IrisCode, renforce le raisonnement apocryphe précédent. Une lecture correcte montre que la précision peut être excellente.
La dure réalité du terrain

Rappelons qu'un test réel a déjà "vu" une fausse acceptation. Vu les valeurs annoncées et la taille du test (on parle de centaines de personnes), on peut immédiatement conclure qu'il existe un problème quelquepart, probablement un bug dans le programme, ou tout autre problème somme toutes classique!
On peut facilement comparer aux empreintes digitales qui ont une existence plus anciennes, et par conséquent ont été plus étudiées.
Pour commencer, la précision des empreintes digitales peut aussi avoir des valeurs arbitrairement élevées.
Et on sait bien dans le domaine des empreintes que des divers éléments liés à la capture, aux algorithmes... viennent perturber ces résultats théoriques: les systèmes à empreintes peuvent se tromper, et dans les gros systèmes de recherches, on donne en général une liste ordonnée des meilleurs résultats.
Des tests systématiques assez conséquents en ce qui concerne les empreintes digitales ont déjà été réalisés, en particulier par le NIST (USA), et pour l'instant il n'existe pas de test équivalent pour l'iris -mais cela se construira-. Cela dit, des systèmes existent déjà, et non des moindres (l'accès aux Emirats Arabes Unis par exemple), et vont dans le sens de la bonne performance de la reconnaissance par iris.
Mais certains faits diminueront la précision théorique des systèmes à iris, et ils sont dans la pratique incontournables (voir les images ci-dessous):
- Cible petite (1 cm), mouvante, à acquérir à distance (1 m)
- Situé derrière une surface réfléchissante, incurvée et humide
- La cornée provoque des réflexions angulaires importantes
- Les cils, lentilles et lunettes peuvent gêner
- Les paupières (tombantes) cachent une partie de l'iris
- Certains groupes ethniques montrent moins de la moitié de l'iris
- L'iris présente une déformation non-élastique lorsque la pupille se dilate
- L'iris n'est pas forcément très rond
Conclusion

La précision théorique de la reconnaissance par iris est certainement aussi précise qu'annoncée. Mais cette précision est dégradée par les (habituels) problèmes d'ergonomie et de matériel, et qu'au final, la reconnaissance par iris devrait être du même niveau que l'empreinte digitale, mais avec peut-être un avantage pour l'empreinte, car nous possédons 10 doigts (et même 20...), et que de plus, nous avons d'immenses empreintes palmaires avec encore plus d'informations biométriques que nos 2 iris, surtout si on peut exploiter les détails de second niveau comme les pores.

Images extracted from the Dr. Andrzej Drygajlo course at the EPFL.

Eyelashes cover the iris