Adlerauge

Europas größte Gesichtserkennungsanlage im Zoo Hannover

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Heimisch geworden ist die biometrische Zugangskontrolle im Zoo von Hannover schon vor zwei Jahren. Nachdem Fingerabdruck-Scanner im Massenbetrieb jedoch versagten, sattelte das Freizeitunternehmen jüngst um auf Face Recognition - und installierte dabei gleich das größte Gesichtserkennungssystem auf dem Kontinent.

Ohne Millionenzuschüsse aus öffentlichen Kassen kommt der Zoo Hannover nicht über die Runden - trotz jährlicher Besucherzahlen von einer Million plus X. Beliebt sind seit jeher die günstigen Dauerkarten: Für eine Familie mit drei Kindern lohnt sich der Kauf einer Jahreskarte schon bei zwei Zoobesuchen in zwölf Monaten. Dass allerdings die mittlerweile mehr als 60 000 ausgegebenen ZooCards nicht nur von den Inhabern, sondern häufig noch von zahlreichen Trittbrettfahrern genutzt werden, hat für die Hannover Zoo GmbH als Betreiber des Tierparks empfindliche Einbußen zur Folge, die die angespannte Finanzlage verschärfen.

Ein erster Ansatz Ende der 90er-Jahre, die Verwendung der Dauerkarten stärker zu personalisieren, fruchtete kaum: „Die damals auf Magnetstreifenkarten aus Pappe aufgedruckten Fotos waren von so schlechter Qualität, dass nahezu jeder sich für die abgebildete Person hätte ausgeben können“, erinnert sich Simone Hagenmeyer, Pressesprecherin der Hannover Zoo GmbH. „Und Besucher im Winter zu bitten, Kapuze oder Mütze zu entfernen, damit wir wenigstens die Haarfarbe erkennen können, stößt nicht immer auf Gegenliebe.“

Nach dem großen Zoo-Umbau zur Expo 2000 sollte schließlich ein Authentifizierungssystem auf Basis der aufstrebenden biometrischen Technik Abhilfe schaffen. An den insgesamt fünf Einlasstoren wurden im Mai 2001 optische CMOS-Fingerabdruck-Scanner der Birkenfelder Delsy AG installiert und mit der EDV und dem Kassensystem verknüpft. Doch der vermeintliche Segen der Technik erwies sich rasch als Fehlinvestition: Die Scanner verweigerten „je nach Tagesform“ immer wieder den Dienst und die Zoo-Verwaltung musste erneut auf kostenintensives Personal zurückgreifen, das jeden Besucher am Eingang „von Hand“ kontrollierte.

Insbesondere bei Kindern - diese machen in Hannover mehr als die Hälfte der Besucher aus - streikte das System oft schon beim Enrollment, also dem Erfassen eines ersten Referenzdatensatzes. Schwache Minutien-Ausprägungen der Kleinen und überdimensionierte Scanner-Sensoren verhinderten, dass die notwendigen Informationen über Art, Position und Ausrichtung dieser Unterbrechungen der Fingerlinien - Gabelungen, Endpunkte, Inseln etwa - registriert und gespeichert werden konnten. Auch hatte man es versäumt, die Auslösetechnik für Messvorgänge der Sensoren an den Eingangsschleusen kleinen Kinderfingern anzupassen, was dazu führte, dass am Ende eine biometrische Verifizierung dieser größten Besuchergruppe ganz unterblieb.

Im Winter verweigerten die an den Drehkreuzen im Freien stehenden Scanner-Terminals zudem häufig den Dienst. Insbesondere an kalten Tagen gelang es der Technik auch bei Erwachsenen nicht, mit dem verwendeten Infrarotlicht ein brauchbares Fingerlinien-Abbild für die integrierten CCD-Chips zu erzeugen, aus dem sich die benötigten Templates extrahieren und für einen Vergleich mit gespeicherten Referenzdatensätzen heranziehen lassen.

ZN-Face interagiert mit dem schon vorhandenen Kassen- und Ticketing-System des Zoos. An den Access Stations sind sowohl Enrollment- als auch Authentifizierungsvorgänge möglich.

Anno 2003 starb die Spezies Fingerabdruck-Scanner im Zoo Hannover deshalb nach nur knapp zwei Jahren Existenz sang- und klanglos wieder aus. Neues Vorzeigeobjekt im Biometrie-Konzept des Tierparks ist seit Mitte April die automatische Gesichtserkennung. Beim Bochumer Unternehmen ZN Vision Technologies bestellte die Zoo-Verwaltung dazu die Gesichtserkennungslösung ZN-Face - nach Herstellerangaben das „weltweit meistverkaufte Zutrittskontrollsystem auf der Basis von Gesichtserkennung“.

Herz der für 100 000 Anwender ausgelegten Gesichtserkennungsanlage ist die so genannte ZN-Face-Engine, ein NT-Server mit MS-SQL-Datenbanksystem, in der die Protokolle sämtlicher Enrollment- und Authentifizierungsvorgänge verarbeitet und gespeichert werden. Die insgesamt fünf Zutrittskontrollstationen (Access Stations), die die bisherigen Fingerabdruck-Scanner im Eingangsbereich ablösten, setzen sich aus Alu-Konsolen mit zwei verspiegelten Videokameras (eine für Kinder, eine für Erwachsene), einem NT-Client (StationBox) sowie Barcode-Lesern, die vom alten System übernommen wurden, zusammen. Im Kassenbereich wurde eine zusätzliche Enrollment-Station installiert.

Will ein Zoo-Kunde in Hannover heute eine neue Dauerkarte erwerben, nehmen Mitarbeiter des Service-Centers zunächst die Personalien in ein Ticketing-System auf und stellen eine ZooCard mit individuellem Barcode aus. Die Scanner an den Access Stations lesen diesen Barcode ein, prüfen den Ticketing-Status und signalisieren dem ZN-System einen anstehenden Enrollment- oder Authentifizierungsvorgang, worauf eine CCD-Kamera ein Bild des Gesichts der Person vor der Konsole aufnimmt. Die analogen Bilddaten werden an eine Framegrabber-Karte in der StationBox weitergeleitet, dort digitalisiert und der ZN-Gesichtserkennungssoftware als zweidimensionales Muster zur Verfügung gestellt.

Zur Gesichtserkennung verwendet ZN Face das so genannte Hierarchical-Graph-Matching-Verfahren (HGM), bei dem die Geometrie des Gesichtsmusters durch ein flexibles Gitter erfasst wird. Jedem der 1700 Gitterpunkte ist ein Satz spezieller Filterstrukturen auf der Basis so genannter Gabor-Wavelets zugeordnet, die die lokalen Gesichtseigenschaften analysieren. Der eigentliche Gesichtsvergleich erfolgt in zwei Stufen: Zunächst wird das Gitter so auf ein Bildmuster platziert, dass die Knotenpunkte spezifischen „Landmarken“ entsprechen, die die charakteristische Form des Gesichts prägen. Nach der Gitterplatzierung werden die einzelnen Gesichtsmerkmale dann „knotenweise“ verglichen. Eine (Un-)Ähnlichkeit zweier Gesichtsbilder ergibt sich aus dem Vergleich aller Knotenpunkte. Der Mindestgrad einer Übereinstimmung zwischen Template und Referenzdatensatz für eine positive Erkennung lässt sich softwareseitig über Schwellenwerte definieren, die je nach Sicherheitsanspruch erhöht oder abgesenkt werden können.

Wichtig für Zoo-Direktor Klaus-Michael Machens war vor allem, dass an allen Zugangsstationen sowohl Enrollment- als auch Authentifizierungsvorgänge durchgeführt werden können. Die sonst bei Gesichtserkennungslösungen übliche Erfassung erster Referenzdaten-sätze bei konstanten Lichtver-hältnissen an einer speziellen Enrollment-Station, die von Umwelteinflüssen geschützt im Gebäudeinneren untergebracht ist, soll nur bei wenig Besucher-andrang praktiziert werden. Convenience heißt das Zauberwort. „An Spitzentagen verkaufen wir mehr als 1500 Dauerkarten, und wir wollen unseren Gästen nicht mehr zumuten, stundenlang an einer einzigen Station auf den Erfassungsvorgang zu warten“, argumentiert der Freizeit-Manager. „Unser Ziel ist es, Besuchern komfortabel und schnell den Zugang zum Zoo zu ermöglichen und Unberechtigten den Einlass zu verwehren.“

Ob sich die Investition von geschätzten 120 000 Euro in das ehrgeizige Projekt Gesichtserkennung für den Zoo Hannover gelohnt hat, wird erst der Härtetest in den Sommermonaten mit täglich zehntausend Besuchern zeigen. Ebenso gilt abzuwarten, ob sich die Anlage auch wirklich bei allen Witterungsverhältnissen als massentauglich bewährt. Neben dem normalen Betrieb müssen in den kommenden Wochen zudem noch die Gesichtsbilder all jener Personen erfasst und gespeichert werden, die schon im Besitz einer gültigen Dauerkarte sind und damit den Zoo besuchen wollen - Systemauslastung von Null auf Hundert im Geparden-Tempo sozusagen.

Für die Gesichtserkennung im Allgemeinen und Hersteller ZN Vision im Besonderen käme ein Erfolg dieser bislang größten biometrischen Anwendung im Convenience-Bereich einer Initialzündung gleich: Fußballvereine, Lichtspiel- und Theaterbetriebe, Museen, Schwimmbäder, Studentenwerke - überall dort, wo sich Identitätsverifizierungen ohne hohe Sicherheitsansprüche durchführen lassen und der Nutzen die Kosten übertrifft, schlummert ein enormes Kundenpotenzial.

Doch die Konkurrenz ist groß: In den Vereinigten Arabischen Emiraten wird seit März 2003 - weltweit einmalig - ein Grenzkontrollsystem mittels Iris-Scanning flächendeckend eingesetzt. Die rund 460 000 Einwohner der chinesischen Region Macao tragen seit kurzem Hightech-Ausweise „Made in Germany“ mit digitalem Fingerabdruck in der Tasche - hergestellt von den Münchner Firmen Siemens und Giesecke & Devrient.

In Deutschland soll noch in der laufenden Legislaturperiode die gesetzliche Grundlage geschaffen werden, zusätzliche, auf individuellen Körpermerkmalen beruhende Datensätze in den Personalausweisen und Reisepässen der Bürger zu speichern - welche der beiden verbliebenen Alternativen, Gesicht oder Finger, dazu herangezogen wird, ist derzeit allerdings noch unklar.

Zwei als Entscheidungshilfen vom Büro für Technikfolgen-Abschätzung im Bundestag (TAB) in Auftrag gegebene Gutachten zur Leistungsfähigkeit biometrischer Systeme im Hinblick auf die Ausrüstung von Ausweisdokumenten und den Einsatz im Rahmen des E-Government liegen seit Anfang April in Berlin vor. Den Endbericht mit einer technischen, ökonomischen und juristischen Empfehlung für die Umsetzung der zur Diskussion stehenden biometrischen Verfahren will das TAB nach c't-Informationen jedoch erst nach der Sommerpause im Bundestag vorlegen. (pmz)

[1] Klaus Schmeh, Marco Breitenstein, Punkt, Punkt, Komma, Strich, Gesichtserkennung im Test, c't 20/99, S. 136

[2] Lisa Thalheim, Jan Krissler, Peter-Michael Ziegler, Körperkontrolle, Biometrische Zugangssicherungen auf die Probe gestellt, c't 11/02, S. 114

[3] www.tab.fzk.de

[4] www.zn-ag.com

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