AT528003A4 - Verfahren zur Erfassung von Fingerabdrücken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Fingerabdrücken mit einer eine 2DBildaufnahmeeinheit (1) und einer 3D-Bildaufnahmeeinheit (3), - wobei mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) eine dreidimensionale Aufnahme von einem Finger (Fi) erstellt wird, - wobei das Abbild des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt wird, - wobei basierend auf den 3D-Koordinaten des ermittelten Abbilds der Objektabstand (di) zwischen der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) und dem Finger (Fi) ermittelt wird, - wobei die 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) auf eine dem ermittelten Objektabstand (di) und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechende Schärfeebene eingestellt wird, - wobei eine zweidimensionale Aufnahme (Bj) des Fingers (Fi) in der zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wird, - wobei die Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers (Fi) auf die zweidimensionale Aufnahme (Bj) abgebildet wird, und - wobei aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich ein Fingerbild (FBi,j) und/oder Fingerprint (FPi,j) ermittelt wird.

Description

Fingerabdruck-Erkennungssysteme sind biometrische Technologien, die in einer Vielzahl von Anwendungsszenarien weit verbreitet sind. Derartige bekannte FingerabdruckErkennungssysteme verfügen in der Regel über eine kontaktbasierte Erfassung über z.B. optische oder kapazitive Sensoren. Dies bedeutet, dass der Benutzer, der einen Fingerabdruck abgeben möchte, seinen Finger zur Erfassung des Fingerabdrucks auf den Sensor bzw. dessen Aufnahmebereich legen muss, was von manchen Benutzern als unangenehm oder unhygienisch empfunden wird. Bei der Erfassung von Fingerabdrücken mit derartigen Sensoren treten Probleme auf, da beispielsweise Verzerrungen in den aufgenommenen Abdrücken aufgrund von elastischen Verformungen resultierend aus der Reibung zwischen der Haut an den Fingern und dem Sensor auftreten können. Weiters können mit derartigen Sensoren erstellte Fingerabdruck-Aufnahmen Bereiche mit geringem Kontrast aufweisen, die durch die Eigenschaften der Haut an den Fingern bzw. Feuchtigkeit und Schmutz auf der Sensorplatte bedingt sind. Potentielle Sicherheitsprobleme entstehen durch das Zurückbleiben von latenten Fingerabdrücken auf den Sensoren.

Ein weiterer Nachteil bei derartigen kontaktbasierten Erfassungsmethoden ist, dass diese regelmäßig gereinigt werden müssen, um das Zurückbleiben von latenten Fingerabdrücken zu

vermeiden bzw. ausreichende hygienische Bedingungen für den Benutzer sicherzustellen.

Aus der EP 3663981 A1 und der EP 3663976 A1 sind Verfahren zur kontaktlosen Erfassung von Fingerabdrücken bekannt, bei denen eine einzelne 2D-Bildaufnahmeeinheit verwendet wird und die Fingerabdrücke stets scharf aufgenommen werden, da eine an den Objektabstand angepasste Auswahl der Schärfeebene stattfindet bzw. der Benutzer seine Hand mit sich veränderndem Abstand zur Bildaufnahmeeinheit durch deren Erfassungsbereich und somit auch durch die Schärfeebene der Bildaufnahmeeinheit führt.

Nachteilig bei diesen Verfahren zur kontaktlosen Erfassung von Fingerabdrücken ist, dass diese die Aufnahme- und Verarbeitungszeit für die Erfassung von scharfen Fingerabdrücken vergleichsweise lange sind, was sich negativ auf die Akzeptanz der Benutzer auswirkt. Es wird keine genaue Ermittlung des Objektabstands für einzelne Finger vorgenommen, sondern eine

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontaktlosen Erfassung von Fingerabdrücken bereitzustellen, die die zuvor genannten Nachteile überwinden und insbesondere eine hohe Erkennungsgenauigkeit aufweisen, während

gleichzeitig eine kurze Aufnahme- und Verarbeitungszeit sichergestellt sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem computerimplementierten Verfahren zur Erfassung von Fingerabdrücken mit einer eine 2D-Bildaufnahmeeinheit und eine 3D-Bildaufnahmeeinheit umfassenden, insbesondere mobilen tragbaren, Fingerabdruck-Erkennungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass

- die 3D-Bildaufnahmeeinheit zur Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen in Form von Punktwolken enthaltend die 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte ausgebildet ist, und

- die 2D-Bildaufnahmeeinheit auf eine Vielzahl von Schärfeebenen scharfstellbar ist,

- der Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit und der Erfassungsbereich der 3DBildaufnahmeeinheit einander überdecken, insbesondere im Wesentlichen identisch sind,

- mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit zumindest eine dreidimensionale Aufnahme von zumindest einem Finger, der sich im Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit befindet, erstellt wird,

- das Abbild des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt wird,

- basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme der Objektabstand zwischen der 3D-Bildaufnahmeeinheit und dem Finger ermittelt wird,

- die 2D-Bildaufnahmeeinheit auf eine dem ermittelten Objektabstand und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechende Schärfeebene mit einem Schärfeebenen-Abstandswert eingestellt wird,

- die Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme auf die zweidimensionale Aufnahme abgebildet wird, und

- aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der zweidimensionalen Aufnahme ein Fingerbild und/oder Fingerprint ermittelt wird.

Im Folgenden wird unter Schärfeebene derjenige Bereich relativ zu einer Bildaufnahmeeinheit verstanden, in dem Gegenstände bei Vorgabe einer bestimmten Linseneinstellung scharf auf den Sensor abgebildet werden. In der Praxis handelt es sich dabei nicht um Ebenen, sondern um nur näherungsweise ebene Bereiche, die durch die Form der jeweils verwendeten Linse vorgegeben werden. Jeder Schärfeebene ist dabei ein Schärfeebenen-Abstandswert zugeordnet, der den Abstand zwischen der Linse der Bildaufnahmeeinheit und der Schärfeebene angibt. Die Schärfentiefe eines optischen Systems ist die Länge des Intervalls, in dem sich die ausreichend scharf abgebildeten Objekte befinden.

Somit ist unter der Schärfeebene, deren Schärfentiefe den ermittelten Objektabstand möglichst eng umschließt, diejenige Schärfeebene zu verstehen, die den Bereich um den ermittelten Objektabstand möglichst scharf abbildet.

Unter einer „Aufnahme“ ist im Folgenden das unverarbeitete „Kamerabild“ zu verstehen, das die 3D-Bildaufnahmeeinheit oder die 2D-Bildaufnahmeeinheit liefern.

Unter dem „Abbild“ des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme bzw. der zweidimensionalen Aufnahme ist im Folgenden derjenige Bereich der jeweiligen Aufnahme zu verstehen, der den aufgenommenen Finger zeigt, d.h. diejenigen Informationen bzw. Bilddaten

enthält, die vom jeweils aufgenommenen Finger stammen.

Unter der „Position“ in der dreidimensionalen Aufnahme ist im Folgenden der Ort in der dreidimensionalen Aufnahme, also quasi in einem dreidimensionalen Datenraum, zu verstehen, während unter der „Lage“ die Orientierung samt z.B. Winkeln etc. in der

dreidimensionalen Aufnahme, d.h. dem dreidimensionalen Datenraum, zu verstehen ist. Eine derartige Vorgehensweise ermöglicht es vorteilhafterweise, die Position der einzelnen

Finger mittels der von der 3D-Bildaufnahmeeinheit erstellten dreidimensionalen Aufnahme rasch und exakt zu bestimmen, was die Aufnahmezeit der Fingerabdrücke reduziert. Somit

Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass anstelle eines einzelnen Objektabstandswerts für die gesamte Hand bzw. alle erfassten Finger, gleichzeitig für jeden einzelnen Finger ein Objektabstand bestimmt werden kann, auch wenn sich die Abstände der einzelnen Finger zur Fingerabdruck-Erkennungsanordnung unterscheiden. Dadurch kann die Scharfstellung der Optik für jeden Fingern ganz gezielt durchgeführt werden und ermöglicht ein sofortiges scharfes Bild.

Weiters werden die Fingerabdrücke des Benutzers durch die an den Objektabstand und die Position bzw. Lage der Finger in der dreidimensionalen Aufnahme bzw. der Positionierung in Bezug auf die 3D-Bildaufnahmeieinheit angepasste Auswahl der Schärfeebene stets besonders scharf aufgenommen, sodass sie problemlos zum Vergleich mit beispielsweise bereits bestehenden Datenbanken mit kontaktbasiert erstellten Fingerabdrücken

herangezogen werden können.

Durch die Abbildung bzw. das Mapping der Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme auf die zweidimensionale Aufnahme wird vorteilhafterweise eine besonders rasche Verarbeitung sichergestellt, da in der zweidimensionalen Aufnahme nicht erst nach dem Finger bzw. den Fingerspitzen gesucht werden braucht. Stattdessen ist aufgrund des Mappings bzw. der Abbildung bekannt, welche Pixel bzw. Bereiche in der zweidimensionalen Aufnahme mit welchen Bereichen in der dreidimensionalen Aufnahme korrespondieren, sodass direkt der Ausschnitt in der zweidimensionalen Aufnahme gewählt werden kann, in dem das Abbild des Fingers enthalten ist.

Des Weiteren kann anhand der dreidimensionalen Aufnahme der 3D-Bildaufnahmeeinheit auf besonders einfache und rasche Weise überprüft werden, ob anstelle von Fingern nur ein Foto über die Fingerabdruck-Erkennungsanordnung gehalten wird und somit Fingerabdrücke

vorgetäuscht werden sollen.

Eine einfache Überprüfung der erfindungsgemäß ermittelten Fingerabdrücke in gängigen Datenbanken bzw. mit aus dem Stand der Technik bekannten Programmen kann gewährleistet werden, wenn eine Skalierung zumindest eines Teils des Fingerbilds und/oder Fingerprints aufgrund des Schärfeebenen-Abstandswerts und der Position und/oder Lage in

der dreidimensionalen Aufnahme, insbesondere der Positionierung des zumindest einen

Im Zusammenhang mit der Erfindung wird DPI (Dots per Inch) gleichbedeutend mit PPI (Pixel per Inch) für die Auflösung bzw. Punktdichte verwendet.

Durch die Auswahl der Skalierung entsprechend des Abstands der Schärfeebene und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme kann sichergestellt werden, dass die Abbilder der Finger des Benutzers je nach deren Position im Erfassungsbereich der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung ideal skaliert werden.

Eine einfache Überprüfung der erfindungsgemäß ermittelten Fingerabdrücke in gängigen Datenbanken bzw. mit aus dem Stand der Technik bekannten Programmen kann gewährleistet werden, wenn die Skalierung auf eine vorgegebene Auflösung, insbesondere auf größer oder gleich 500 DPI, für jedes Fingerbild und/oder jeden Fingerprint einzeln durchgeführt wird.

Um einen besonders einfachen Vergleich der aufgenommenen Fingerbilder, die die Fingerabdrücke des Benutzers wiedergeben, mit bereits bestehenden FingerabdruckDatenbanken zu gewährleisten, die Fingerabdrücke umfassen, die mit kontaktbasierten Methoden erstellt wurden, kann vorgesehen sein, dass eine Konvertierung der aufgenommenen Fingerbilder in ein Fingerprint-Format vorgenommen wird, wobei die so konvertierten Fingerprints die Abbilder der Papillarleisten der Finger, insbesondere in Form eines digitalen Graufarbenbilds, wiedergeben.

Im Folgenden wird unter einem "Fingerprint" das aus einer zweidimensionalen Aufnahme erstellte Äquivalent eines kontaktbasierten Fingerabdrucks in Form eines Digitalbilds, insbesondere eines digitalen Graufarbenbilds, verstanden, das nur die aufgenommenen Abbilder der Papillarleisten enthält.

Um zuverlässig sicherzustellen, dass die Fingerbilder und/oder Fingerprints tatsächlich optimal scharf sind, kann vorgesehen sein,

- dass die Qualität des ermittelten Fingerbilds und/oder Fingerprints anhand eines vorgegebenen Qualitätsmaßes, insbesondere der Bildschärfe, überprüft wird, und

optimal erkannt wird.

Um die Erkennungsgenauigkeit weiter zu steigern und die Verarbeitungszeit weiter zu reduzieren, kann vorgesehen sein, dass während der Erstellung der zumindest einen dreidimensionalen Aufnahme mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit und/oder während der Erstellung der zumindest einen zweidimensionalen Aufnahme mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit

der zumindest eine Finger, der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet beleuchtet wird.

Um feststellen zu können, ob es sich bei den Fingern im Erfassungsbereich tatsächlich um Fingern eines Menschen handelt und Fingerabdrücke nicht nur, beispielsweise mit einem Foto, vorgetäuscht werden sollen, kann vorgesehen sein, dass während der Erstellung der zumindest einen dreidimensionalen Aufnahme mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit und/oder während der Erstellung der zumindest einen zweidimensionalen Aufnahme mit der 2DBildaufnahmeeinheit der zumindest eine Finger, der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, mit Infrarotlicht, insbesondere mit einer Wellenlänge von 750-960 nm, beleuchtet

wird.

Eine derartige Beleuchtung mit Infrarotlicht ermöglicht es vorteilhafterweise, Adern unter der Haut zu erkennen oder auch den Blutfluss zu vermessen und diese als zusätzliches Feature in der Bewertung, ob Fingerabdrücke vorgetäuscht werden sollen, zu nutzen. Dabei wird der Umstand genutzt, dass Infrarotlicht tiefer in die Haut eindringt und somit unter der Haut liegende Strukturen wie Adern sichtbar macht.

Zusätzlich oder alternativ dazu ist es selbstverständlich auch möglich, während der Aufnahme

Beleuchtungen zu verwenden, die Licht anderer oder zusätzlicher Wellenlängen erzeugen.

Um eine verbesserte Minutienerkennung erzielen zu können, kann vorgesehen sein, dass während der Erstellung der zumindest einen dreidimensionalen Aufnahme mit der 3DBildaufnahmeeinheit und/oder während der Erstellung der zumindest einen zweidimensionalen Aufnahme mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit der zumindest eine Finger, der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, aus wechselnden Beleuchtungsrichtungen beleuchtet wird,

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wird.

Durch die Beleuchtung des Fingers aus verschiedenen Beleuchtungsrichtungen, beispielsweise von links, rechts, unten und von „oben“ von Richtung der Fingerspitzen her, etc. wird ein Schattenwurf an den Fingerrillen erzeugt, der je nach Beleuchtungsrichtung verschieden ausfällt, sodass die Höhe der Fingerrillen bestimmt werden kann, was zu einer verbesserten Minutienerkennung beiträgt.

Um die Zuverlässigkeit einer Identifikation von Fingerabdrücken bei einem Vergleich mit beispielsweise Fingerabdrücken in einer Datenbank zu erhöhen, kann vorgesehen sein,

- dass eine Vielzahl von dreidimensionalen Aufnahmen mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit und eine Vielzahl von zweidimensionalen Aufnahmen mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit erstellt werden,

- dass während der Erstellung der dreidimensionalen Aufnahmen und/oder während der Erstellung der zweidimensionalen Aufnahmen der zumindest eine Finger, der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, gedreht und/oder angewinkelt wird und

- dass jeweils diejenigen Bereiche der zweidimensionalen Aufnahmen, die der abgebildeten Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechen und die scharf aufgenommen sind, zu einem Gesamt-Fingerbild und/oder Gesamt-Fingerprint zusammengefügt werden.

Durch diese Vorgehensweise wird es vorteilhafterweise möglich, auch die Seitenbereiche der Finger aufzunehmen und den Fingerbildern bzw. Fingerprints hinzuzufügen. Je nach Winkel der Fingerspitzen werden verschiedene Teil-Fingerabdrücke aufgenommen und aus diesen Einzelaufnahmen ein zusammengesetztes Fingerbild bzw. Fingerprint erstellen, das den Fingerabdruck aus verschiedenen Perspektiven beinhaltet. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Seitenbereiche wichtig für die Vollständigkeit der Features der Fingerabdrücke sind, da in Datenbanken oft abgerollte Fingerabdrücke hinterlegt sind, die die Seitenbereiche der Finger enthalten und ein Vergleich bzw. eine Identifikation nur dann zuverlässig möglich ist, wenn auch die Seitenbereiche der aufgenommen Fingerbilder bzw. Fingerprints für einen Abgleich zur Verfügung stehen.

Da optische Bauelemente jeder Ausprägung einer Fingerabdruck-Erkennungsanordnung

meist zumindest einmal kalibriert werden, um anhand des gemessenen Objektabstands und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme auf die dazugehörige

In der Schärfeebene-Objektabstands- Tabelle sind dementsprechend für jeden Objektabstand und jede Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme der zugehörige

Falls die technische Spezifikation der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung nicht bekannt ist, z. B. wenn Bauteile für den Verbrauchermarkt verwendet werden, kann vorgesehen sein, dass, bei Verwendung einer Fingerabdruck-Erkennungsanordnung, deren technische Spezifikation, insbesondere die Kameraparameter der 2D-Bildaufnahmeeinheit, nicht vorab bekannt ist, für die Skalierung der Fingerbilder und/oder Fingerprints eine Skaliermatrix herangezogen wird, - wobei zur Erstellung der Skaliermatrix eine Kalibrierung der FingerabdruckErkennungsanordnung mit einem Kalibriermuster mit bekannten Abmessungen durchgeführt wird, - wobei für eine Vielzahl von Linsenkonfigurationen der 2D-Bildaufnahmeeinheit und der jeweils dazugehörigen Schärfeebenen mit deren jeweiligen Schärfeebenen-Abstandswerten jeweils - das Kalibriermuster mit unterschiedlichem Abstand zur 2D-Bildaufnahmeeinheit und zur 3D-Bildaufnahmeeinheit durch den Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit und/oder der 3D-Bildaufnahmeeinheit bewegt wird, wobei jeweils zweidimensionale und dreidimensionale Aufnahmen des Kalibriermusters erstellt werden, - die zweidimensionalen Aufnahmen jeweils in eine Anzahl von, insbesondere quadratischen, Segmenten unterteilt werden, wobei die Einträge der Skaliermatrix mit den Segmenten korrespondieren, - diejenigen Segmente der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen ermittelt werden, deren Qualität anhand zumindest eines vorgegebenen Qualitätsmaßes, insbesondere der Bildschärfe, als optimal erkannt wird, - für die als optimal erkannten Segmente der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen - jeweils deren Position und/oder Lage in der zweidimensionalen Aufnahme auf die dreidimensionale Aufnahme abgebildet wird, - der zur jeweiligen abgebildeten Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme gehörige Objektabstand zwischen der 3DBildaufnahmeeinheit und dem Kalibriermuster ermittelt wird, und - eine Berechnung der Bildauflösung, insbesondere in DPI, auf Grundlage der bekannten Abmessungen des Kalibriermusters vorgenommen wird, und - die auf diese Weise ermittelte Bildauflösung, insbesondere in DPI, gemeinsam mit dem zum als optimal erkannten Segment gehörigen Objektabstand als Schärfeebenen-Abstandswert der jeweiligen Schärfeebene und der Position

und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme in der Skaliermatrix hinterlegt wird.

In der Skaliermatrix sind dementsprechend für jeden Schärfeebenen-Abstandswert und jede Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme die entsprechenden Bildauflösungen in DPI hinterlegt, sodass das ermittelte Abbild eines Fingers entsprechend beispielsweise des Schärfeebenen-Abstandswerts und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme die zugehörige Skalierung ausgewählt werden kann. Dies ermöglicht eine besonders rasche und einfache Skalierung der Fingerbilder bzw. Fingerprints auf einen bestimmten DPI-Wert (z. B. 500 DP)).

Um eine besonders exakte Skalierung der Fingerbilder bzw. Fingerprints oder eine besonders exakte Auswahl des Schärfeebenen-Abstandswerts zu gewährleisten, kann vorgesehen sein, dass für die Auswahl des Schärfeebenen-Abstandswerts anhand der SchärfeebeneObjektabstands-Matrix und/oder für die Auswahl der Skalierung anhand der Skaliermatrix ein Mittelwert der betreffenden Einträge der Schärfeebene-Objektabstands-Matrix und/oder der Skaliermatrix ermittelt wird, wenn sich das Abbild des zumindest einen Fingers in der

dreidimensionalen Aufnahme über mehrere Segmente erstreckt.

Erstreckt sich das Abbild des aufgenommenen Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme über einen Bereich, der mehreren Segmenten in der zweidimensionalen Aufnahme entspricht, die verschiedene Schärfeebenen-Abstandswerte aufweisen, so kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass ein optimaler Schärfeebenen-Abstandswert ausgewählt wird.

Um möglichst viele Finger oder idealerweise alle Finger einer Hand, die sich im Erfassungsbereich der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung befinden, gleichzeitig aufnehmen und entsprechende Fingerbilder bzw. Fingerprints erstellen zu können, kann vorgesehen sein,

- dass zumindest eine dreidimensionale Aufnahme von mehreren, insbesondere vier, Fingern, die sich im Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit befinden, erstellt wird,

- dass das Abbild der einzelnen Finger in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt wird,

- dass für die einzelnen Finger jeweils basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des jeweiligen Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme die Entfernung zwischen der 3D-Bildaufnahmeeinheit und dem jeweiligen Finger ermittelt wird,

- dass die 2D-Bildaufnahmeeinheit jeweils auf eine der ermittelten Entfernung der einzelnen Finger entsprechende Schärfeebene eingestellt und jeweils zumindest eine zweidimensionale

Aufnahme des jeweiligen Fingers mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit in der zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wird,

- dass die Position und/oder Lage der ermittelten Abbilder der einzelnen Finger in der dreidimensionalen Aufnahme jeweils auf diejenige zweidimensionale Aufnahme abgebildet werden, die in der für den jeweiligen Finger zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wurde, und

- dass jeweils aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der jeweiligen zweidimensionalen Aufnahme ein Fingerbild und/oder Fingerprint des jeweiligen Fingers ermittelt wird.

Um besonders zuverlässig erkenne zu können, dass ein Fingerabdruck vorgetäuscht werden soll, kann vorgesehen sein, dass basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds eines oder mehrerer Finger in der dreidimensionalen Aufnahme eine Analyse der Entfernungsverteilung zwischen einem oder mehreren Fingern und der 3DBildaufnahmeeinheit vorgenommen wird,

wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine statistische Analyse der Entfernungsverteilung vorgenommen wird und/oder dass die Entfernungen entlang eines quer zu den Fingerspitzen

verlaufenden Profils analysiert werden.

Auf diese Weise kann besonders rasch und zuverlässig analysiert werden, ob beispielsweise ein Blatt Papier mit einem Foto oder eine echte Hand mit Vertiefungen zwischen den Fingern und Wölbungen an den Fingern in den Erfassungsbereich der FingerabdruckErkennungsanordnung gehalten wird.

Gemäß einer vorteilhaften Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem besonders einfach und zuverlässig Presentation Attacks ausgeschlossen und menschliche Finger bzw. Hände detektiert werden können, kann vorgesehen sein,

- dass während der Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen mit der 3DBildaufnahmeeinheit mit dem zumindest einen Finger, der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, vorgegebene Fingerbewegungen durchgeführt werden,

- dass die während der Durchführung der Fingerbewegungen erstellten dreidimensionalen Aufnahmen mit hinterlegten dreidimensionalen Aufnahmen von Fingern, die erstellt wurden, während dieselben Bewegungen ausführt wurden, insbesondere mittels Anwendung Neuronaler Netze, verglichen werden, und

- dass auf Basis des Vergleichs auf das Vorhandensein einer realen menschlichen Hand geschlossen wird.

Gemäß einer konstruktiv einfach umgesetzten Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die 3D-Bildaufnahmeeinheit ein Time-of-Flight-Sensor ist und dass als dreidimensionale Aufnahmen von der 3D-Bildaufnahmeeinheit Tiefenbilder erstellt werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass Tiefenbilder in Form einer 2D-Matrix deren einzelne Einträge zumindest einen Objektabstandswert für die einzelnen Gegenstandspunkte im Aufnahmebereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit umfassen, erstellt werden.

Die Erfindung betrifft weiters ein computerlesbares Speichermedium umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer, insbesondere eine Verarbeitungseinheit einer Fingerabdruck-Erkennungsanordnung, diesen veranlassen, ein erfindungsgemäßes

Verfahren auszuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es weiters, eine Fingerabdruck-Erkennungsanordnung zur Erfassung von Fingerabdrücken, insbesondere ausgebildet als mobiles tragbares Endgerät, vorzugsweise ausgebildet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder enthaltend einen erfindungsgemäßen Datenträger bereitzustellen, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einer Fingerabdruck-Erkennungsanordnung nach Anspruch 16, umfassend eine 2D-Bildaufnahmeeinheit und eine 3D-Bildaufnahmeeinheit

- wobei die 3D-Bildaufnahmeeinheit zur Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen in Form von Punktwolken enthaltend die 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte ausgebildet ist,

- wobei die 2D-Bildaufnahmeeinheit auf eine Vielzahl von Schärfeebenen scharfstellbar ist, und

- wobei der Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit und der Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit einander überdecken, insbesondere im Wesentlichen identisch sind.

Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass

- eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, - die 3D-Bildaufnahmeeinheit zur Erstellung zumindest einer dreidimensionalen Aufnahme von zumindest einem Finger, der sich im Erfassungsbereich der 3DBildaufnahmeeinheit befindet, zu veranlassen, - das Abbild des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme zu ermittelt, - basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme den Objektabstand zwischen der 3D-

Bildaufnahmeeinheit und dem Finger zu ermitteln,

- die 2D-Bildaufnahmeeinheit auf zumindest eine Schärfeebene mit einem dem ermittelten Objektabstand und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechenden Schärfeebenen-Abstandswert einzustellen, und bei dieser Einstellung zur Erstellung zumindest einer zweidimensionalen Aufnahme von zumindest einem Finger, der sich im Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit befindet, zu veranlassen,

- die Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers in der dreidimensionalen Aufnahme auf die zweidimensionale Aufnahme abzubilden, und

- aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der

zweidimensionalen Aufnahme ein Fingerbild und/oder Fingerprint zu ermitteln.

Eine derartig ausgebildete Fingerabdruck-Erkennungsanordnung erzielt alle Vorteile, die eingangs zum erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt wurden und ist zudem äußerst

kompakt.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

Im Folgenden zeigen:

Fig. 1 eine Fingerabdruck-Erkennungsanordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm über den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2a ein schematisches Beispiel einer zweidimensionalen Aufnahme,

Fig. 2b ein schematisches Beispiel eines Fingerbilds,

Fig. 2c ein schematisches Beispiel eines Fingerprints.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von Fingerabdrücken. Die Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel eine 2D-Bildaufnahmeeinheit 1, eine Verarbeitungseinheit 2 und eine 3D-Bildaufnahmeeinheit 3. In der Verarbeitungseinheit 2 können verschiedene Daten 21 hinterlegt sein.

Bei der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 handelt es sich beispielsweise um eine Kamera, deren Linse 11 elektronisch fokussierbar ist. Eine Realisierungsform einer derartigen Linse wird als /quid lense bezeichnet und basiert auf dem Prinzip der Elektrobenetzung, wonach sich die Grenzfläche zwischen zwei Flüssigkeiten verändert, wenn eine Spannung angelegt wird. Die Optik der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 ist elektronisch auf eine Schärfeebene Submillimeter genau einstellbar. Die 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 kann zweidimensionale Aufnahmen B; in Form von Grauwertbildern oder Farbbildern, die pixelweise Helligkeits- oder Farbinformationen enthalten, erstellen.

Bei der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 kann es sich beispielsweise um eine Time of Flight-Kamera handeln. Eine derartige Time of Flight-Kamera ermittelt punktweise die Distanz zur Oberfläche eines Objekts mit Hilfe des Laufzeitverfahrens. Dazu wird beispielsweise ein Lichtpuls ausgesendet und die Laufzeit festgestellt, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück zum Sensor benötigt. Diese benötigte Laufzeit ist direkt proportional zur Distanz des Objekts. Die Beleuchtung der Szene kann dabei beispielsweise mit einer internen oder externen Infrarot-Lichtquelle erfolgen. Als Ergebnis liefert eine derartige Time of Flight-Kamera dreidimensionale Aufnahmen in Form einer Tiefenkarte, die für eine Anzahl von rasterförmig bzw. bildförmig angeordneten Elementen bzw. Pixeln jeweils einen

Abstandsmesswert aufweist.

Alternativ dazu kann auch eine 3D-Bildaufnahmeeinheit vorgesehen sein, die beispielsweise strukturierte Lichtmuster auf eine Oberfläche, also beispielsweise die Hand eines Benutzers, projiziert, die als dreidimensionale Aufnahmen, beispielsweise als dreidimensionale Punktewolken, aufgenommen und digitalisiert werden. Dazu können entweder mit zwei Kameras erzeugte Stereobilder ausgewertet oder Störungen des Lichtmusters durch Objekte im reflektierten Bild ermittelt werden.

Vorteil dieses kompakten Hardware-Aufbaus ist, dass dieser auch in einem mobilen Gerät wie beispielsweise in einem Smartphone oder Tablet verbaut sein kann und somit keine voluminösen dreidimensionalen Erfassungssensoren erforderlich sind. Somit kann eine

derartige Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 auch mobil und tragbar ausgeführt sein.

Der Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 und der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 einer erfindungsgemäßen Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 überdecken einander und können besonders vorteilhaft im Wesentlichen identisch sein, wie dies im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 der Fall ist. Da die Erfassungsbereiche der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 und der 3D-

Bildaufnahmeeinheit 3 im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen identisch sind, wird im Folgenden auf beide Erfassungsbereiche gemeinsam als Erfassungsbereich 10 der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 Bezug genommen.

Die Aufnahmezeitpunkte der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 und der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 sind aufeinander abgestimmt, sodass jede zweidimensionale Aufnahme B; mit einer dreidimensionalen Aufnahme quasi gepaart ist. Die Erstellungszeitpunkte der zweidimensionalen und dreidimensionalen Aufnahmen sind zeitlich nahezu identisch, sodass die jeweils abgebildeten Bereiche der Finger Fi ebenfalls nahezu identisch sind. Auftretende Zeitdifferenzen von z.B. 10 bis 20 Millisekunden zwischen den Erstellungszeitpunkten können vernachlässigt werden, da sich die Hand des Benutzers in dieser Zeitspanne

erfahrungsgemäß nur unwesentlich weiterbewegt.

Die 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 und die 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 sind zueinander kalibriert, sodass zu jedem Aufnahmepunkt aus einer dreidimensionalen Aufnahme der 3DBildaufnahmeeinheit 3 ein korrespondierender Aufnahmepunkt in der zweidimensionalen Aufnahme B; der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 bekannt ist. Diese korrespondierenden Aufnahmepunkte ändern sich je nach Perspektive. Kalibrierverfahren zur Ermittlung derartiger korrespondierender Aufnahmepunkte sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in Rathnayaka, Pathum, Seung-Hae Baek, and Soon-Yong Park. “An Efficient Calibration Method for a Stereo Camera System with Heterogeneous Lenses Using an Embedded Checkerboard Pattern.” Edited by Oleg Sergiyenko. Journal of Sensors 2017 (September 5, 2017): 6742615. https://doli.org/10.1155/2017/6742615.beschrieben.

Beleuchtungsmittel 4, beispielsweise Leuchtdioden, sind im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 um die 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 und die 3D-Bildaufnahmeeinheit 4 angeordnet, um eine ausreichende Beleuchtung des Erfassungsbereichs 10 zu gewährleisten. Der Erfassungsbereich 10 ist durch die Abstände dmin und dmax begrenzt, wobei der Abstand dmax so gewählt ist, dass die geforderte Auflösung der Fingerabdrücke von z. B. mindestens 500 DPI gewährleistet ist und der Abstand dmin SO gewählt ist, dass im Bild B noch gleichzeitig vier Finger einer Hand sichtbar sind.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 hält ein Benutzer seine Hand über den Erfassungsbereich 10 der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100. Die FingerabdruckErkennungsanordnung 100 startet die Erfassung von Fingerabdrücken automatisch, sobald sich ein oder mehrere Finger Fi eines Benutzers im Erfassungsbereich 10 befinden.

Im Folgenden bezeichnet i einen Index ie{1,2,...10}, der den jeweils aufgenommenen bzw. betrachteten Finger Fi des Benutzers kennzeichnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel vier Finger F+, ..., Fı des Benutzers, nämlich der Zeigefinger, der Mittelfinger, der Ringfinger und der kleine Finger, gleichzeitig aufgenommen. Der Daumen Fs des Benutzers befindet sich außerhalb des Erfassungsbereichs 10. Zur Aufnahme der Finger Fi ist es nicht erforderlich, dass der Benutzer seine Hand in einer vorgegebenen Position oder Ausrichtung in den Bildaufnahmebereich 10 bewegt, sondern er kann sie in einer für ihn angenehmen natürlichen

Position und Ausrichtung in den Bildaufnahmebereich 10 bewegen.

Um eine Aufnahme eines einzelnen Fingers Fi; F+, ..., Fs zu erstellen, braucht der Benutzer diesen nur in den Erfassungsbereich 10 bewegen und so rotieren, dass die Papillarlinien für die Bildaufnahmeeinheit 1 erfassbar sind.

Zunächst wird in Schritt A von der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 eine dreidimensionale Aufnahme der Hand und damit auch der einzelnen Finger F; erstellt. Anschließend werden in Schritt B die einzelnen Finger Fi bzw. das aufgenommene Abbilder der einzelnen Finger Fi in der Punktwolke ermittelt, sodass deren Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme und damit auch die Positionierung bzw. Orientierung relativ zur 3DBildaufnahmeeinheit 3 zur Verfügung stehen. Diese Suche nach den Abbildern der Finger F; kann beispielsweise durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren wie thresholdbased pattern matching erfolgen. Pattern Matching ist eine generelle Form der Bildverarbeitung und beispielsweise beschrieben in Christopher M. Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning (Information Science and Statistics), 1. Januar 2007, Springer New York, NY. In diesem Zusammenhang können über einen threshold die 3D-Daten in zwei unterschiedliche Gruppen aufgeteilt und in dem Ergebnis nach typischen Formen, die Fingerspitzen ähneln, gesucht werden.

Im Falle von 3D-Daten kann ein Entfernungswert als Threshold gewählt werden und alle Bildpunkte, deren Entfernungswerte größer als der Threshold ist, werden beispielsweise einer Gruppe „Hintergrund“ zugeordnet. Alle Bildpunkte, deren Entfernungswerte kleiner als der Threshold sind, werden einer Gruppe „Pattern“ zugeordnet. Die Bildpunkte der Gruppe „Pattern“ können nun als Pattern aufgefasst werden und entsprechend mit Fingerspitzen Patterns gematcht werden.

Anstelle dieser Vorgehensweise können auch zwei Thresholds genutzt werden, sodass nur

Bildpunkte innerhalb eines Bereichs zwischen dem ersten und dem zweiten Threshold der Gruppe „Pattern“ zugeordnet werden, die dann entsprechend gematcht werden.

Alternativ dazu kann beispielsweise eine Suche nach den Abbildern der Finger F; mittels eines neuronalen Netzes erfolgen, wie dies beispielsweise als Programmierschnittstelle unter

TensorFlow Object Detection API, von

& ea af SS SMS TOANFITIOGI©IS/T

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aufgerufen am 17.10.2022, verfügbar ist.

Anschließend wird in Schritt B der Objektabstand di zwischen den einzelnen ermittelten Fingern Fi bzw. den Fingerspitzen und der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 basierend auf den 3DKoordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des Fingers Fi in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt. Zumeist ist der Bereich der Punktwolke, der die von einem einzelnen Finger Fi herrührenden Werte enthält, nicht durch einen einzelnen Abstandswert gekennzeichnet, sondern durch mehrere zumindest geringfügig voneinander abweichende Werte. Daher kann zur Ermittlung des Objektabstands di beispielsweise ein Mittelwert oder Median der betreffenden Werte gebildet werden, oder es wird ein bestimmter Prozentsatz der nächsten Bildpunkte aus dem betreffenden Bereich herangezogen, um einen repräsentativen Objektabstand d; zu ermitteln.

Danach wird die Optik der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 in Schritt C sukzessive auf die Entfernung der Fingerspitzen eingestellt, sodass die einzelnen Fingerspitzen von der 2DBildaufnahmeeinheit 1 scharf aufgenommen werden können. D.h., es wird die 2DBildaufnahmeeinheit 1 auf eine Schärfeebene mit einem entsprechenden SchärfeebenenAbstandswert eingestellt, die dem ermittelten Objektabstand di und der Position und/oder Lage des jeweiligen Fingers Fi bzw. der jeweiligen Fingerspitze in der dreidimensionalen Aufnahme entspricht. In dieser eingestellten Schärfeebene wird in Schritt D zumindest eine zweidimensionale Aufnahme B; des Fingers Fi, der sich im Erfassungsbereich 100 befindet, mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 aufgenommen. In dieser zweidimensionalen Aufnahme B; ist die Fingerspitze scharf abgebildet, sodass die Fingerspitze als Fingerbild FBi; bzw. Fingerprint FPi;; und damit als Fingerabdruck extrahiert werden kann.

Durch die zuvor bereits erwähnte Kalibration ist es möglich, anhand der dreidimensionalen Aufnahme bzw. anhand der Position und/oder Lage der Fingerspitze in der dreidimensionalen Aufnahme, auf die Position der Fingerspitze in der zweidimensionalen Aufnahme B; zu schließen, da die miteinander korrespondierenden Pixel bzw. Voxel bekannt sind. D.h., die Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers Fi in der dreidimensionalen Aufnahme wird in Schritt E auf die zweidimensionale Aufnahme B; abgebildet bzw. gemappt,

um so in der zweidimensionalen Aufnahme B; nicht erst nach der Fingerspitze suchen zu

müssen, sondern direkt den entsprechenden Ausschnitt auswählen zu können.

Derartige Mapping-Verfahren sind aus dem Stand der Technik auch als Lookup table (LUT)

SA see ee ESTLAAKIODOCHER

bekannt und z.B. unter hit

reviki/Lookun table, zuletzt aufgerufen am

17.10.2022, beschrieben. Dabei wird für eine spezifische Entfernung für jeden Bildpunkt der dreidimensionalen Aufnahme der entsprechende Bildpunkt in der zweidimensionalen Aufnahme festgestellt und in einer Tabelle hinterlegt. Dies wird dann in weiterer Folge für jede relevante Entfernung in geeigneten Zwischenschritten, z.B. alle Entfernungswerte zwischen 100mm und 200mm in 1mm Schritten, wiederholt und ebenfalls in einer Tabelle hinterlegt. Diese Tabellen stellen dann die Lookup table (LUT) dar. D.h. es ist auf diese Weise möglich, ausgehend von einem 3D-Bildpunkt x,y,d (x-Koordinate, y-Koordinate, d-Entfernung) eine x/y Koordinate aus der Tabelle entnehmen und damit den Punkt in der zweidimensionalen

Aufnahme zuordnen.

Abschließend wird aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der zweidimensionalen Aufnahme B; in Schritt F ein Fingerbild FBi; und/oder Fingerprint FP;; ermittelt und extrahiert und im Datenspeicher 21 abgelegt. Als Ergebnis liegen scharfe zweidimensionale Aufnahmen der Fingerspitzen in Form eines Fingerbilds FBi; bzw. Fingerprints FPi; im Datenspeicher 21 vor.

In Fig. 2 werden anschließend noch weitere optionale Verfahrensschritte vorgenommen: In Schritt G wird zusätzlich noch ein vorbestimmtes Qualitätsmaß für die einzelnen Finger F; ermittelt, ob die Qualität des so erstellten Fingerbilds FBi; und/oder Fingerprints FP;; ausreichend hoch ist. In Fig. 2 wird hierzu die Bildschärfe ermittelt. In Schritt H wird schließlich für die einzelnen Finger F; überprüft, ob die Bildschärfe ausreichend hoch ist (gekennzeichnet durch das Häkchen in Fig. 2) und wenn ja, für die einzelnen Finger F; diejenigen Fingerbilder FBi; und/oder Fingerprints FP;, mit der besten Qualität ausgewählt (Schritt I). Ist die Bildschärfe nicht ausreichend hoch, was in Fig. 2 durch das „X“ gekennzeichnet ist, werden neue zweidimensionale Aufnahme Bj und dreidimensionale Aufnahme erstellt und das Fingerbild FBi; und/oder der Fingerprint FP;; erneut extrahiert.

Die zuvor beschriebene Vorgangsweise wird für die übrigen Finger Fi im Erfassungsbereich 10 wiederholt. D.h. es wird jeder Finger Fi einzeln in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt und der zugehörige Objektabstand di, sowie dessen Position und/oder Lage festgestellt. Benötigen die einzelnen Finger Fi bzw. Fingerspitzen aufgrund unterschiedlicher Objektabstände verschiedene Schärfeebenen-Abstände ax, SO wird die 2D-

Bildaufnahmeeinheit 1 so lange auf verschiedene Schärfeebenen eingestellt und zweidimensionale Aufnahmen B; erstellt, bis für jede Fingerspitze eine optimale Aufnahme

erzielt wurde.

Aus den einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen B; (siehe Fig. 2a) wird also immer für denjenigen Finger Fi, für dessen Objektabstand di und Position und/oder Lage die Schärfeebene ausgewählt wurde, mit der die zweidimensionale Aufnahme B; erstellt wurde, zunächst ein Fingerbild FBi; erstellt. Fig. 2b zeigt ein Beispiel eines aufgenommenen Fingerbilds FBi;, das Informationen über Hintergrund- und Hautfarbe enthält. In Fig. 1 ist ein Beispiel mit vier Fingern F; ie{1,...,4} dargestellt. Der Daumen des Benutzers wurde nicht vollständig erfasst und daher nicht als Abbild eines Fingers detektiert. Für das Beispiel in Fig. 1 werden daher vier Fingerbilder FB4,,..., FB4; der Finger F+,..., Fa, also des Zeigefingers, des Mittelfingers, des Ringfingers und des kleinen Fingers erstellt.

Diejenigen Teile bzw. Bildbereiche der zweidimensionalen Aufnahme B;, in denen kein Fingerbild eines Fingers ermittelt wurde, können optional verworfen werden, sodass die Verarbeitung der Bildaufnahme B; rascher und mit weniger Rechenaufwand erfolgen kann, während gleichzeitig Speicherplatz gespart wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Fingerabdrücke bzw. Fingerprints FP:;,; in einem weiteren Verarbeitungsschritt aus den einzelnen Fingerbildern FBi; der Finger Fiextrahiert, was beispielsweise in Liu, Xinwei, et al. "An improved 3-step contactless fingerprint image enhancement approach for minutiae detection." Visual Information Processing (EUVIP), 2016 6th European Workshop on Visual Information Processing, IEEE, 2016, gezeigt ist. Dies ist jedoch optional. Ein Beispiel für einen derartigen Fingerabdruck bzw. Fingerprint FP;, ist in Fig. 2c dargestellt. Anschließend kann optional auch noch der Kontrast der Ridges bzw. der Papillarleisten verstärkt, um die Qualität der extrahierten Fingerabdrücke zu verbessern, wobei die Verstärkung des Kontrasts mittels Mean-Variance, Normalisierung, Normalized Box Filtern und/oder morphologischen Operationen verstärkt werden kann.

Skalierung

Im Ausführungsbeispiel werden die extrahierten Fingerprints FPi;; der einzelnen Finger F-+,..., Fa anschließend noch auf eine vorgegebene Auflösung von z.B. 500 DPI skaliert, um einen einfachen Vergleich mit bestehenden Fingerabdruck-Datenbanken zu ermöglichen.

Da die meisten Fingerabdruck-Erkennungsalgorithmen standardmäßig eine Auflösung von zumindest 500 DPI erfordern, damit sie kompatibel zur FBI Spezifikation, angegeben in

Criminal Justice Information Services: Electronic Fingerprint Transmission Specification, May 2, 2005, Federal Bureau of Investigation, Criminal Justice Information Services Division, 1000 Custer Hollow Road, Clarksburg, WV 26306, sind, ist eine Skalierung der aufgenommenen Fingerabdrücke FP:i, auf diese Auflösung vorteilhaft.

Eine derartige Skalierung kann alternativ auch für Fingerbilder FBi; vorgenommen werden. Generell ist eine Skalierung der Fingerbilder FBi; bzw. Fingerprints FP:;; jedoch optional, da eine weitere Verarbeitung auch ohne vorherige Skalierung erfolgen kann.

Für die Umrechnung von Bildpixeln in metrische Größen gibt es zwei Möglichkeiten: Einerseits

kann der auf eine zweidimensionale Aufnahmen B; anzuwendende Skalierungsfaktor nach

folgender Formel berechnet werden: d G=B (A)

Dabei sind G die Gegenstandsgröße [mm] und B die Größe des Bildes [mm] gegeben durch

die 2D-Bildaufnahmeeinheit 1, d die Objektabstandweite [mm] und BW' die Brennweite [mm].

Die Berechnung der Bildpunkte DPI [Dots per inch] erfolgt gemäß der Beziehung:

SCHRCSpor DE

DPI = PPI = 25,4

Dabei gibt SenResmr die horizontale Pixel-Auflösung des Sensors bzw. der Bildaufnahmeeinheit 1 an. DPI wird im Zusammenhang mit der Erfindung gleichbedeutend mit PPI für die Auflösung bzw. Punktdichte verwendet.

Alternativ dazu kann, falls die technische Spezifikation des Sensors bzw. der 2DBildaufnahmeeinheit 1 (z. B. bei Bauteilen für den Verbrauchermarkt) nicht zur Verfügung steht, eine einmalige Kalibrierung für die Skalierung durchgeführt werden. Dazu wird ein Kalibriermuster mit bekannten Abmessungen genutzt und der gleiche Kalibierprozess wie bereits zuvor beschrieben durchlaufen. Die Berechnung der Bildauflösung beispielsweise in DPI erfolgt über die bekannten metrischen Größen des Kalibriermusters. Diese Art der Kalibrierung ermöglicht somit die Umrechnung von Bildpixeln in metrische Größen. Die ermittelten Werte werden in einer Skaliertabelle abgelegt.

Die für die einzelnen Fingerprints FP:;; der einzelnen Finger F+,..., Fa erforderliche Skalierung möglichst rasch und einfach feststellen zu können, wird im gezeigten Ausführungsbeispiel für die Skalierung der Fingeraufnahmen FBi; bzw,. Fingerprints FP;; eine Skaliermatrix herangezogen. Zur Erstellung der Skaliermatrix wird ein Kalibriermuster mit bekannten Abmessungen genutzt und folgender Kalibierprozess durchlaufen:

Im Rahmen der Kalibrierung werden die Linsenelemente unterschiedlich konfiguriert, d.h. eine Justierung der Linsenelemente z. B. durch Änderung der Form und/oder Position wird vorgenommen. Der zugehörige Schärfeebenen-Abstandswert a« wird ermittelt, indem das Kalibriermuster mit unterschiedlichem Abstand durch den Erfassungsbereich 10 der 2DBildaufnahmeeinheit 1 und der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 bewegt wird, bzw. diesen angenähert wird. Dabei werden wiederholt zwei- und dreidimensionale Aufnahmen des

Kalibriermusters erstellt, wobei wird die Schärfeebene durchschritten wird.

Die zweidimensionalen Aufnahmen B; werden in mehrere Segmente unterteilt, beispielsweise wird eine Art rechteckiges Raster über die zweidimensionale Aufnahme gelegt. Im Ausführungsbeispiel werden die zweidimensionalen Aufnahmen B; in Segmente, die in mehreren gleich langen Spalten und Zeilen angeordnet sind, unterteilt. Die Skaliermatrix verfügt über eine korrespondierende Anzahl von Zeilen und Spalten.

Anschließend werden in den einzelnen erstellten zweidimensionalen Aufnahmen B; jeweils diejenigen Segmente gesucht, deren Qualität optimal ist, beispielsweise die optimal scharf sind.

Um jeweils das optimal scharfe Segment zu ermitteln, wird zunächst ein Bildstapel aus den erstellten Aufnahmen B; je{1,...,M} erstellt. Die Qualität der Segmente wird quasi in Echtzeit einzeln bewertet. Dazu wird im gezeigten Ausführungsbeispiel eine relative Reihung aller Segmente eines Bildstapels für jedes Segment einzeln anhand deren Bildschärfe vorgenommen. Die Berechnung der Bildschärfe kann dabei beispielsweise wie in Eskicioglu, Ahmet M., and Paul S. Fisher. "Image quality measures and their performance." IEEE Transactions on communications 43.12 (1995): 2959-2965 beschrieben, erfolgen und wird dabei nicht als ein absolutes Maß betrachtet, sondern dient für die Erstellung einer Reihung der Segmente. Optional ist es selbstverständlich auch möglich, zusätzlich oder alternativ zur Bildschärfe auch andere Maße für die Bildqualität wie die Papillarleisten- bzw. Ridge-Frequenz

heranzuziehen.

Für die als optimal erkannten Segmente wird anschließend durch ein Abbilden bzw. Mappen auf die dreidimensionale Aufnahme deren Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt, also wo bzw. wie diese in der dreidimensionalen Aufnahme liegen und somit die Positionierung in Bezug auf die 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 desjenigen Bereichs des Kalibriermusters, der im betreffenden Segment abgebildet ist. Weiters wird der zum „optimalen“ Segment gehörige Objektabstand d; bestimmt.

Die Berechnung der Bildauflösung für die als optimal erkannten Segmente beispielsweise in DPI erfolgt über die bekannten metrischen Größen des Kalibriermusters. Diese Art der Kalibrierung ermöglicht somit die Umrechnung von Bildpixeln in metrische Größen.

Die für das jeweilige Segment ermittelten Werte, also die Bildauflösung, der Objektabstand d;als Schärfeebenen-Abstandswert ax und die Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme werden in der Skaliermatrix in denjenigem Eintrag abgelegt, der mit dem betreffenden Segment korrespondiert. Dies wird solange wiederholt, bis für alle Segmente der zweidimensionalen Aufnahme Bj entsprechende Werte ermittelt und die korrespondierenden Einträge der Skaliermatrix befüllt sind.

Wenn ein Finger Fi mit der Fingerabdruck-Erfassungsanordnung 100 aufgenommen wird, ist es somit möglich, anhand der Position und/oder Lage des Abbilds des Fingers Fi in der dreidimensionalen Aufnahme und dessen Objektabstand d; direkt eine Skalierung desjenigen Ausschnitts aus der zweidimensionalen Aufnahme B; vorzunehmen, der den aufgenommen Finger F; zeigt. Optional kann anschließend an die Skalierung eine weitere Verarbeitung, beispielsweise eine Registrierung, der Fingerbilder FBi; bzw. Fingerprints FP;;, eines Fingers F; durchgeführt werden. Vor der Skalierung kann optional selbstverständlich auch eine Reduktion der Auflösung der Bildaufnahme B; durchgeführt werden.

Auswahl der Schärfeebene

Um die Auswahl der passenden Konfiguration zur Justierung der Linsenelemente und damit der Schärfenebene mit dem Schärfenebenen-Abstandswert ax zu einem gemessenen Objektabstand di besonders einfach zu gestalten, wird im Ausführungsbeispiel eine Schärfeebene-Objektabstands-Matrix herangezogen. Eine derartige SchärfeebeneObjektabstands-Matrix wird ebenfalls durch eine zuvor beschriebene Kalibrierung erstellt.

Wie zuvor beschrieben, wird dabei für die optimal scharfen Segmente der zweidimensionalen

Aufnahmen B; wieder der zugehörigen Objektabstand d; sowie deren Position und/oder Lage in der zugehörigen dreidimensionalen Aufnahme bestimmt. Auch die Schärfeebene-

Objektabstands-Matrix verfügt über eine Anzahl von Zeilen und Spalten, die mit den Segmenten der zweidimensionalen Aufnahmen korrespondierenden. Falls der Objektabstand di im Erfassungsbereich 10 liegt, wird dieser Konfiguration der Linsenelemente eine Schärfeebene mit dem Schärfeebenen-Abstandswert a« = di zugeordnet und gemeinsam mit der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme in der SchärfeebeneObjektabstands-Matrix abgespeichert.

Bei der Kalibrierung und auch im späteren Betrieb wird eine große Blende gewählt, um eine geringe Tiefenschärfe, d.h. eine geringe Ausdehnung des scharf abgebildeten Bereichs im Objektraum des abbildenden optischen Systems der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1, zu gewährleisten. Auf diese Weise kann die Schärfentiefe s bzw. die entsprechende Schärfeebene mit dem Schärfeebenen-Abstandswert ax bei einer bestimmten Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme genau einem Abstandswert d;+ zwischen aufgenommenem Objekt bzw. Finger Fi und 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 zugeordnet werden.

Erfassung der Seitenbereiche

Mit einer erfindungsgemäßen Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 bzw. einem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhafterweise möglich, auch die Seitenbereiche der Finger Fi bzw. der Fingerabdrücke zu erfassen, obwohl die Schärfetiefe der 2DBildaufnahmeeinheit 1 oft nur bei 1 mm liegen kann, sodass die Seitenbereiche der Finger

nicht scharf aufgenommen werden.

Dazu braucht der Benutzer seine Finger Fi; bzw. seine Fingerspitzen während der Erstellung von zweidimensionalen und dreidimensionalen Aufnahmen lediglich im Erfassungsbereich 10 seitlich oder nach vorne zu drehen, sodass die Finger Fi mit verschiedenen Winkeln von der 3D-Bildaufnahmeeinheit 3 und der 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 aufgenommen werden. Je nach Winkel der Fingerspitzen werden dabei verschiedene Fingerbilder FBi;; bzw. Fingerprints FPi; aufgenommen. Aus diesen Einzelaufnahmen wird anschließend ein zusammengesetztes Gesamt-Fingerbild FB*;i; bzw. Gesamt-Fingerprint FP*;; erstellt, das bzw. der den Fingerabdruck aus verschiedenen Perspektiven beinhaltet.

In den zweidimensionalen Aufnahmen B; werden dann jeweils die scharf abgebildeten Bereiche, die der abgebildeten Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers F; in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechen, gesucht und mittels z.B. eines aus dem Stand der Technik bekannten Stitching-Verfahrens zusammengefügt. Ein derartiges StitchingVerfahren ist beispielsweise beschrieben in Choi, Heeseung, Kyoungtaek Choi, and Jaihie Kim. “Mosaicing Touchless and Mirror-Reflected Fingerprint Images.” IEEE Transactions on

Information Forensics and Security 5, no. 1 (March 2010): 52-61. https://doi.org/10.1109/TIFS.2009.2038758.

Auf diese Weise lassen sich Gesamt-Fingerbild FB*;; bzw. Gesamt-Fingerprint FP*;; erstellen, die auf Papier abgerollten Fingerabdrücken entsprechen. Somit kann die Zuverlässigkeit einer Identifikation erhöht werden kann.

Minutiendetektion

Bei Minutien handelt es sich um Endpunkte und Verzweigungen der Papillarleisten, die besonders charakteristische Features für die zuverlässige Identifikation von Fingerabdrücken sind.

Um die Minutien besonders zuverlässig zu identifizieren, kann eine erfindungsgemäße Fingerabdruck-Erfassungsanordnung 100 über verschiedene Beleuchtungen verfügen, die den Erfassungsbereich 10 und damit auch die Finger Fi im Erfassungsbereich 10 aus verschiedenen Beleuchtungsrichtung wie beispielsweise von links, rechts, oben, unten, halblinks, halbrechts etc. und Mischungen davon, beleuchten. Werden während dieser wechselnden Beleuchtung dreidimensionale und zweidimensionale Aufnahmen erstellt, so werden Aufnahmen der Finger F; mit unterschiedlichen Lichtrichtungen und dadurch unterschiedlichem Schattenwurf an den Papillarleisten bzw. Fingerrillen erhalten. Wenn die Aufnahmen schnell hintereinander gemacht werden, ist der Versatz klein genug, um die Finger

Fi in den verschiedenen Aufnahmen zuzuordnen.

Aus diesem Schattenwurf können die Höhen der Fingerrillen bestimmt werden, was zu einer besseren Minutienerkennung beiträgt. Die Höhe der Fingerrillen kann nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Höhenberechnung aus Winkel/Schattenwurf ermittelt werden, beispielsweise beschrieben in Park, Ki-Hong, and Yang Sun Lee. “Simple Shadow Removal Using Shadow Depth Map and Illumination-Invariant Feature.” The Journal of Supercomputing 78, no. 3 (February 1, 2022): 4487-4502. https://doi.org/10.1007/s11227021-04043-5..

Erkennen von Vortäuschen eines Fingerabdrucks

Zusätzlich besteht im Ausführungsbeispiel in Fig. 1 die Möglichkeit, während der Erstellung der zweidimensionalen und dreidimensionalen Aufnahmen der Finger Fi, die Finger Fi des Benutzers mit Licht verschiedener Wellenlängen zu beleuchten. In Fig. 1 ist hierfür eine Beleuchtungseinheit 4 ringförmig um die 2D-Bildaufnahmeeinheit 1 und die 3D-

Bildaufnahmeeheit 3 angeordnet, sodass der FErfassungsbereich 10 von der Beleuchtungseinheit 4 vollständig ausgeleuchtet wird.

Alternativ zu einer derartigen ringförmigen Beleuchtungseinheit 4, kann die Beleuchtungseinheit 4 beispielsweise auch aus verschiedenen LED-Streifen aufgebaut sein, d.h. z.B. links, rechts und oberhalb der Fingerspitzen jeweils ein Streifen.

Die Beleuchtungseinheit 4, die eine Reihe von Leuchtdioden umfasst, kann so ausgeführt werden, dass auch Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von 750-960 nm abgegeben wird und damit tiefer in die Haut eindringen kann, als das Licht herkömmlicher Lichtquellen. So wird es möglich, Adern unter der Haut zu erkennen oder auch den Blutfluss zu vermessen und diese als zusätzliches Feature in der Bewertung zu nutzen, ob das Objekt, das sich im Erfassungsbereich 10 befindet, tatsächlich ein Finger eines Menschen oder lediglich ein Foto oder eine andere Art leblose Attrappe ist, was als Liveness Detektion bezeichnet wird.

Das Erkennen von Adern bzw. das Vermessen des Blutflusses sind beispielsweise beschrieben in Al-Tamimi, Mohammed Sabbih Hamoud. “A SURVEY ON THE VEIN BIOMETRIC RECOGNITION SYSTEMS: TRENDS AND CHALLENGES,” 2005, 18 und Liu, Chun-Yu, Shang-Jang Ruan, Yu-Ren Lai, and Chih-Yuan Yao. “Finger-Vein as a BiometricBased Authentication.” IEEE Consumer Electronics Magazine 8, no. 6 (November 2019): 29— 34. https://doi.org/10.1109/MCE.2019.2941343. Die Technologie zur Erkennung von Finger/Handflächenvenen nutzt Bilder, die durch die Beleuchtung eines Fingers bzw. einer Handfläche mit dem Licht im nahen Infrarotbereich aufgenommen werden, das den Körper leicht durchdringt. Das Hämoglobin in den Handflächenvenen absorbiert dieses Licht, wodurch die Reflexionsrate verringert wird und die Venen als schwarzes Muster erscheinen. Der Blutfluss ist indirekt zu sehen, da die Adern rhythmisch mit dem Herzschlag pulsieren (größer oder kleiner werden) und man diese Änderung zwischen Systole und Diastole messen kann,

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wie dies beispielsweise unter

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zuletzt

aufgerufen am 17.10.2022, beschrieben ist.

Die dreidimensionalen Aufnahmen können jedoch noch auf andere Weise zur Erkennung von Vortäuschen eines Fingerabdrucks genutzt werden. Wenn zur Täuschung beispielsweise ein Foto eines Fingers oder einer Hand über die Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 gehalten wird, kann anhand der 3D-Daten analysiert werden, ob diese sich auf einer Ebene, d.h. auf einem Foto befinden.

Hierzu wird basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds eines oder mehrerer Finger Fi in der dreidimensionalen Aufnahme eine Analyse der Entfernungsverteilung zwischen einem oder mehreren Fingern Fi und der 3DBildaufnahmeeinheit 3 vorgenommen. Hieraus ergibt sich auf einfache Weise, ob es sich beim Objekt im Erfassungsbereich 10 um ein Stück Papier mit einem Foto oder eine menschliche Hand mit Fingern handelt, da bei einer menschlichen Hand Wölbungen und Vertiefungen zwischen Fingern auftreten. Eine statistische Analyse der Entfernungsverteilung beispielsweise entlang eines quer zu den Fingerspitzen verlaufenden Profils liefert Aufschluss darüber, ob derartige Wölbungen bzw. Vertiefungen vorhanden sind, oder ob es sich um ein annähernd glattes Profil wie bei einem Foto handelt. Hierzu können im Speicher 21 bereits vorab verarbeitete Profile von Fingern verschiedener Benutzer für einen Vergleich mit dem jeweils aktuell erstellten Profil hinterlegt sein. Bei einer menschlichen Hand sieht man in dem Höhenprofil quer zu den Fingern Fi eine wellenförmige Struktur, die durch die Änderung der Distanz der Zwischenräume der Finger entsteht, bei einem Foto sieht man ein gleichmäßiges, mehr oder weniger auf einer Höhe verlaufende Höhenprofil.

Weiters ist es mit einer erfindungsgemäßen Fingerabdruck-Erkennungsanordnung 100 bzw. einem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, eine Handnachbildung mit starren Fingern von menschlichen Fingern zu unterscheiden, also sogenannte Presentation Attacks zu erkennen. Hierzu bewegt der Benutzer während der Erstellung der dreidimensionalen und zweidimensionalen Aufnahme seine Finger im Erfassungsbereich 10. Aufgrund der sich während der Bewegung der Finger ändernden gemessenen Objektabstände und der sich verändernden Position und Lage der jeweiligen des Fingers in den dreidimensionalen Aufnahmen kann darauf geschlossen werden, dass sich die Hand bzw. die Finger des Benutzers tatsächlich bewegen und zu einer realen menschlichen Hand gehören.

Optional kann der Benutzer auch auf Anweisung bestimmte Fingerbewegungen durchführen, die dann anhand im Datenspeicher 21 hinterlegter dreidimensionaler Aufnahmen von Fingern verschiedener Benutzer, die dieselben Bewegungen ausführen, überprüft werden können, um

ebenfalls auf das Vorhandensein einer realen menschlichen Hand zu schließen.

Bei einer starren Handnachbildung bleiben die einzelnen Finger in relativer Position zueinander gleich, während bei einer menschlichen Hand gezielt einzelne Finger Fi bewegt werden können und sich dabei die relativen Positionen der Finger Fi zueinander stetig

verändern.

Presentation Attacks werden beispielsweise durchgeführt, indem zuerst Videos von den vorzutäuschenden Händen aufgenommen werden und diese dann mittels eines Monitors, eines Tabletts oder eines Smartphones vor das Erkennungssystem gehalten werden und damit eine „echte“ Hand vorgetäuscht wird. Die Displays der Geräte stellen das Bild mittels Pixelmatrizen dar, deren DPI Werte meist unter 500 DPI liegen. Durch geeignete Wahl der 2DBildaufnahmeeinheit entstehen dadurch in der aufgenommen zweidimensionalen Aufnahme

Bi typische Bildartefakte, die sich von „echten“ Liveaufnahmen unterscheiden.

Als eine weitere Methode zur Erkennung von Presentation Attacks können Deep Learning Methoden verwendet werden. Zum Einsatz kommen zum Beispiel spezialisierte Generative Adversarial Networks (GAN) oder Convolutional Neural Networks (CNNs). Dazu werden eine Vielzahl von Aufnahmen mittels Presentation Attacks aufgenommen. Es werden verschiedene Geräte verwendet, z.B. von Apple iPhones, iPads oder von Samsung entsprechende Smartphones. Diese werden mit verschiedenen Displayfolien versehen, um unterschiedliche Reflexionseigenschaften in den Beispieldaten von Presentation Attack Aufnahmen einführen

zu können.

Claims (16)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erfassung von Fingerabdrücken mit einer eine 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und eine 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) umfassenden, insbesondere mobilen tragbaren, Fingerabdruck-Erkennungsanordnung (100), - wobei die 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) zur Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen in Form von Punktwolken enthaltend die 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte ausgebildet ist, und - wobei die 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) auf eine Vielzahl von Schärfeebenen scharfstellbar ist, - wobei der Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und der Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) einander Üüberdecken, insbesondere im Wesentlichen identisch sind, - wobei mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) zumindest eine dreidimensionale Aufnahme von zumindest einem Finger (F‘), der sich im Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) befindet, erstellt wird, - wobei das Abbild des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt wird, - wobei basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme der Objektabstand (di) zwischen der 3DBildaufnahmeeinheit (3) und dem Finger (F;) ermittelt wird, - wobei die 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) auf eine dem ermittelten Objektabstand (di) und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechende Schärfeebene mit einem Schärfeebenen-Abstandswert (ax) eingestellt wird, - wobei zumindest eine zweidimensionale Aufnahme (Bj) des Fingers (F‘), der sich im Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit befindet, mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) in der zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wird, - wobei die Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme auf die zweidimensionale Aufnahme (Bj) abgebildet wird, und - wobei aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der zweidimensionalen Aufnahme (Bj) ein Fingerbild (FBi;) und/oder Fingerprint (FP;;) ermittelt

wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Skalierung zumindest eines Teils des Fingerbilds (FBi;) und/oder Fingerprint (FP;;) aufgrund des SchärfeebenenAbstandswerts (ax) und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme, insbesondere der Positionierung des zumindest einen Fingers (F;) im Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und/oder der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3), vorgenommen wird,

wobei die Skalierung auf eine vorgegebene Auflösung, insbesondere auf eine vorgegebene Punktdichte, vorzugsweise angegeben in DPI, die direkt proportional zum SchärfeebenenAbstandswert (ax) ist, durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konvertierung der ermittelten Fingerbilder (FBi;) in ein Fingerprint-Format vorgenommen wird, wobei die so konvertierten Fingerprints (FP:;;) die Abbilder der Papillarleisten der Finger (F;), insbesondere in Form eines digitalen Graufarbenbilds, wiedergeben.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Qualität des ermittelten Fingerbilds (FBi;;) und/oder Fingerprints (FP;;) anhand eines vorgegebenen Qualitätsmaßes, insbesondere der Bildschärfe, überprüft wird, und

- dass erneut zumindest eine zweidimensionale Aufnahme (Bj) des Fingers (F‘) mit der 2DBildaufnahmeeinheit (1) in der zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wird, wenn die Qualität des Fingerbilds (FBi;) und/oder Fingerprints (FP;;) anhand des vorgegebenen Qualitätsmaßes als nicht optimal erkannt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Erstellung der zumindest einen dreidimensionalen Aufnahme mit der 3DBildaufnahmeeinheit (3) und/oder während der Erstellung der zumindest einen zweidimensionalen Aufnahme (B;) mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) der zumindest eine Finger (Fi), der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, insbesondere mit Infrarotlicht, vorzugsweise mit einer Wellenlänge von 750-960 nm, beleuchtet wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Erstellung der zumindest einen dreidimensionalen Aufnahme mit der 3DBildaufnahmeeinheit (3) und/oder während der Erstellung der zumindest einen zweidimensionalen Aufnahme (B;) mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) der zumindest eine Finger (Fi), der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, aus wechselnden Beleuchtungsrichtungen beleuchtet wird,

wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Höhe der Fingerrillen basierend auf den bei wechselnden Beleuchtungsrichtungen ermittelten Fingerbilder und/oder Fingerprints ermittelt

wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass eine Vielzahl von dreidimensionalen Aufnahmen mit der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) und eine Vielzahl von zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) erstellt werden,

- dass während der Erstellung der dreidimensionalen Aufnahmen und/oder während der Erstellung der zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) der zumindest eine Finger (F‘), der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, gedreht und/oder angewinkelt wird und

- dass jeweils diejenigen Bereiche der zweidimensionalen Aufnahmen, die der abgebildeten Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechen und die scharf aufgenommen sind, zu einem Gesamt-Fingerbild (FB*;,;) und/oder Gesamt-Fingerprint (FP*;;) zusammengefügt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswahl des Schärfeebenen-Abstandswerts (ax) eine Schärfeebene-ObjektabstandsMatrix herangezogen wird, - wobei zur Erstellung der Schärfeebene-Objektabstands-Matrix eine Kalibrierung der Fingerabdruck-Erkennungsanordnung (100) mit einem Kalibriermuster mit bekannten Abmessungen durchgeführt wird, - wobei für eine Vielzahl von bekannter Linsenkonfigurationen der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und der jeweils dazugehörigen Schärfeebenen mit deren jeweiligen SchärfeebenenAbstandswerten (ax) jeweils - das Kalibriermuster mit unterschiedlichem Abstand zur 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) und zur 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) durch den Erfassungsbereich der 2DBildaufnahmeeinheit (1) und/oder der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) bewegt wird, wobei jeweils zweidimensionale und dreidimensionale Aufnahmen des Kalibriermusters erstellt werden, - die zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) jeweils in eine Anzahl von, insbesondere quadratischen, Segmenten unterteilt werden, wobei die Einträge der SchärfeebeneObjektabstands-Matrix mit den Segmenten korrespondieren, - diejenigen Segmente der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) ermittelt werden, deren Qualität anhand zumindest eines vorgegebenen Qualitätsmaßes, insbesondere der Bildschärfe, als optimal erkannt wird, - für die als optimal erkannten Segmente der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) Jeweils deren Position und/oder Lage in der zweidimensionalen Aufnahme (Bj) auf die dreidimensionale Aufnahme abgebildet wird und jeweils der zur jeweiligen abgebildeten Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme gehörige Objektabstand (d;) zwischen der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) und dem Kalibriermuster

ermittelt wird, und

- jeweils der zu den einzelnen als optimal erkannten Segmenten der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) gehörige Objektabstand (d;) als SchärfeebenenAbstandswert (ax) der jeweiligen Schärfeebene gemeinsam mit der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme und der zugehörigen Linsenkonfiguration in der Schärfeebenen-Objektabstands-Matrix hinterlegt wird,

sodass die Schärfeebenen-Objektabstands-Matrix für jedes Segment der zweidimensionalen Aufnahme (Bj) jeweils den Objektabstand (d;) als SchärfeebenenAbstandswert (ax), die Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme und die zugehörige Linsenkonfiguration enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung einer Fingerabdruck-Erkennungsanordnung (100), deren technische Spezifikation, insbesondere die Kameraparameter der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1), nicht vorab bekannt ist, für die Skalierung der Fingerbilder (FBi;;) und/oder Fingerprints (FP;;) eine Skaliermatrix herangezogen wird, - wobei zur Erstellung der Skaliermatrix eine Kalibrierung der FingerabdruckErkennungsanordnung (100) mit einem Kalibriermuster mit bekannten Abmessungen durchgeführt wird, - wobei für eine Vielzahl von Linsenkonfigurationen der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und der jeweils dazugehörigen Schärfeebenen mit deren jeweiligen Schärfeebenen-Abstandswerten (ax) Jeweils - das Kalibriermuster mit unterschiedlichem Abstand zur 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und zur 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) durch den Erfassungsbereich der 2DBildaufnahmeeinheit (1) und/oder der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) bewegt wird, wobei jeweils zweidimensionale und dreidimensionale Aufnahmen des Kalibriermusters erstellt werden, - die zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) jeweils in eine Anzahl von, insbesondere quadratischen, Segmenten unterteilt werden, wobei die Einträge der Skaliermatrix mit den Segmenten korrespondieren, - diejenigen Segmente der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen (Bj) ermittelt werden, deren Qualität anhand zumindest eines vorgegebenen Qualitätsmaßes, insbesondere der Bildschärfe, als optimal erkannt wird, - für die als optimal erkannten Segmente der einzelnen zweidimensionalen Aufnahmen (B)) - Jeweils deren Position und/oder Lage in der zweidimensionalen Aufnahme (Bj) auf die dreidimensionale Aufnahme abgebildet wird,

- der zur jeweiligen abgebildeten Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme gehörige Objektabstand (d;) zwischen der 3DBildaufnahmeeinheit (3) und dem Kalibriermuster ermittelt wird, und - eine Berechnung der Bildauflösung, insbesondere in DPI, auf Grundlage der bekannten Abmessungen des Kalibriermusters vorgenommen wird, und - die auf diese Weise ermittelte Bildauflösung, insbesondere in DPI, gemeinsam mit dem zum als optimal erkannten Segment gehörigen Objektabstand (di) als Schärfeebenen-Abstandswert (ax) der jeweiligen Schärfeebene und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme in der Skaliermatrix hinterlegt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswahl des Schärfeebenen-Abstandswerts anhand der Schärfeebene-Objektabstands-Matrix und/oder für die Auswahl der Skalierung anhand der Skaliermatrix ein Mittelwert der betreffenden Einträge der Schärfeebene-Objektabstands-Matrix und/oder der Skaliermatrix ermittelt wird, wenn sich das Abbild des zumindest einen Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme über mehrere Segmente erstreckt.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass zumindest eine dreidimensionale Aufnahme von mehreren, insbesondere vier, Fingern (F‘), die sich im Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) befinden, erstellt wird,

- dass das Abbild der einzelnen Finger (F‘) in der dreidimensionalen Aufnahme ermittelt wird, - dass für die einzelnen Finger (Fi) jeweils basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des jeweiligen Fingers (F‘) in der dreidimensionalen Aufnahme die Entfernung zwischen der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) und dem jeweiligen Finger (Fi) ermittelt wird,

- dass die 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) jeweils auf eine der ermittelten Entfernung der einzelnen Finger (Fi) entsprechende Schärfeebene eingestellt und jeweils zumindest eine zweidimensionale Aufnahme (Bj) des jeweiligen Fingers (F‘) mit der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) in der zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wird,

- dass die Position und/oder Lage der ermittelten Abbilder der einzelnen Finger (F‘) in der dreidimensionalen Aufnahme jeweils auf diejenige zweidimensionale Aufnahme (Bj) abgebildet werden, die in der für den jeweiligen Finger (F;) zuvor eingestellten Schärfeebene erstellt wurde, und

- dass jeweils aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der jeweiligen zweidimensionalen Aufnahme (B)) ein Fingerbild (FBi;) und/oder Fingerprint (FP:i;) des jeweiligen Fingers (Fi) ermittelt wird.

12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds eines oder mehrerer Finger (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme eine Analyse der Entfernungsverteilung zwischen einem oder mehreren Fingern (F)) und der 3DBildaufnahmeeinheit (3) vorgenommen wird,

wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine statistische Analyse der Entfernungsverteilung vorgenommen wird und/oder dass die Entfernungen entlang eines quer zu den Fingerspitzen

verlaufenden Profils analysiert werden.

13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

- dass während der Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen mit der 3DBildaufnahmeeinheit (3) mit dem zumindest einen Finger (Fi), der sich im jeweiligen Erfassungsbereich befindet, vorgegebene Fingerbewegungen durchgeführt werden,

- dass die während der Durchführung der Fingerbewegungen erstellten dreidimensionalen Aufnahmen mit hinterlegten dreidimensionalen Aufnahmen von Fingern, die erstellt wurden, während dieselben Bewegungen ausführt wurden, insbesondere mittels Anwendung Neuronaler Netze, verglichen werden, und

- dass auf Basis des Vergleichs auf das Vorhandensein einer realen menschlichen Hand geschlossen wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) ein Time-of-Flight-Sensor ist und dass als dreidimensionale Aufnahmen von der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) Tiefenbilder erstellt werden, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass Tiefenbilder in Form einer 2D-Matrix deren einzelne Einträge zumindest einen Objektabstandswert (d;) für die einzelnen Gegenstandspunkte im Aufnahmebereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) umfassen, erstellt werden.

15. Computerlesbares Speichermedium umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer, insbesondere einer Verarbeitungseinheit einer FingerabdruckErkennungsanordnung (100), diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.

16. Fingerabdruck-Erkennungsanordnung (100) zur Erfassung von Fingerabdrücken, insbesondere ausgebildet als mobiles tragbares Endgerät, vorzugsweise ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder enthaltend einen Datenträger nach Anspruch 15,

umfassend eine 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und eine 3D-Bildaufnahmeeinheit (3)

- wobei die 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) zur Erstellung von dreidimensionalen Aufnahmen in Form von Punktwolken enthaltend die 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte ausgebildet ist, - wobei die 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) auf eine Vielzahl von Schärfeebenen scharfstellbar ist, und - wobei der Erfassungsbereich der 2D-Bildaufnahmeeinheit (1) und der Erfassungsbereich der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) einander überdecken, insbesondere im Wesentlichen identisch sind, und

- wobei eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, - die 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) zur Erstellung zumindest einer dreidimensionalen Aufnahme von zumindest einem Finger (Fi), der sich im Erfassungsbereich der 3DBildaufnahmeeinheit (3) befindet, zu veranlassen, - das Abbild des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme zu ermittelt, - basierend auf den 3D-Koordinaten der einzelnen Punkte des ermittelten Abbilds des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme den Objektabstand (di) zwischen der 3D-Bildaufnahmeeinheit (3) und dem Finger (F;) zu ermitteln, - die 2D-Bildaufnahmeeinheit (2) auf zumindest eine Schärfeebene mit einem dem ermittelten Objektabstand (di) und der Position und/oder Lage in der dreidimensionalen Aufnahme entsprechenden Schärfeebenen-Abstandswert (ax) einzustellen, und bei dieser Einstellung zur Erstellung zumindest einer zweidimensionalen Aufnahme (B)) von zumindest einem Finger (Fi), der sich im Erfassungsbereich der 2DBildaufnahmeeinheit (1) befindet, zu veranlassen, - die Position und/oder Lage des ermittelten Abbilds des Fingers (Fi) in der dreidimensionalen Aufnahme auf die zweidimensionale Aufnahme (Bj) abzubilden, und - aus dem der abgebildeten Position und/oder Lage entsprechenden Bereich der zweidimensionalen Aufnahme (B)) ein Fingerbild (FBi;;) und/oder Fingerprint (FP;;) zu

ermitteln.