DE10065338B4 - Fingerabdruckidentifizierung mit Verformungsmessung zur Erhöhung der Fälschungssicherheit - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Fingerabdrucksidentifizierung mit Verförmungsmessung zur Erhöhung der Fälschungssicherheit durch Vergleichen eines gemessenen mit einem gespeicherten Fingerabdrucks anhand der relativen Anordnung einer Anzahl von Minutien, welches folgende Schritte umfaßt:
(1) Erfassen der Minutien und charakteristischer Linienbreiten eines Fingerabdrucks einer Person mittels mindestens einer Sensoreinheit (2), die im Kontakt mit der Fingerunterseite steht, und gleichzeitiges Messen der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft; und
(2) Überprüfen des Vorhandenseins eines gespeicherten Fingerabdrucks mit derselben Anordnung von Minutien, und Feststellen des Vorhandenseins einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Linienbreiten mit vorab gemessenen und gespeicherten charakteristischen Linienbreiten von einem oder mehreren Fingerabdrücken, wobei diese vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die Anordnung der Minutien und die charakteristischen Linienbreiten kraftabhängig sind.

Description

• Die Erfindung bezieht sich generell auf Sicherheitssysteme, welche gewährleisten, daß ausschließlich berechtigte Nutzer Zugang zu bestimmten Einrichtungen oder Leistungen erhalten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gerät, welches dem Nutzer den Zugang aufgrund der Prüfung seiner Fingerabdrücke gewährt oder verweigert.
• Um die Identität einer Person festzustellen, bietet sich als nahezu ideale Lösung an, dazu natürliche, biologische Merkmale heranzuziehen, welche sich eindeutig der Person zuordnen lassen und welche unveränderlich sind. Eines dieser sogenannten biometrischen Merkmale sind die Fingerabdrücke. Fingerabdrücke weisen Muster aus Bögen, Wirbeln und Schleifen auf und sind für jede Person streng individuell. Selbst eineiige Zwillinge besitzen zwar ähnliche, aber keine identischen Fingerabdrücke.
• Besonders im Bereich des E-Commerce, beim elektronischen Bankwesen oder bei Eingängen zu Gebäudebereichen sind auf biometrischen Merkmalen basierende Sicherheitssysteme zur Authentisierung des Nutzers sinnvolle Einrichtungen, um vor Mißbrauch zu schützen. Derartige Sicherheitssysteme gestalten den Zugang auch für den Nutzer einfacher, da dadurch eventuell Chipkarten oder Passwörter entfallen können.
• Bei Geräten, die zur Feststellung der Identität einer Person anhand ihrer Fingerabdrücke dienen, beschränkt man sich häufig bei der Kontrolle der Fingerabdrücke auf charakteristische Merkmale. Charakteristische Merkmale eines Fingerabdrucks sind beispielsweise die sogenannten Minutien, worunter Linienenden sowie Gabelungen und Kreuzungen der Linien des Fingerabdrucks zu verstehen sind. Für die eineindeutige Zu ordnung eines Fingerabdrucks zu der zugehörigen Person muß zumindest die Lage der Minutien bestimmt werden. Dazu werden Fingerabdrücke bei herkömmlichen Geräten meistens mit kapazitiven Sensoren aufgenommen. Der Nachteil der ausschließlich auf kapazitiven Sensoren basierenden Geräte ist, daß z.B. ein Stempel, auf dem sich ein Fingerabdruck eines zugangsberechtigten Nutzers befindet, von dem Gerät nicht als falsch erkannt würde. Um die Sicherheit vor derartigem Mißbrauch zu erhöhen, wurden in manche Geräte zusätzliche Sicherheitskriterien aufgenommen. So kann etwa die Methode der Pulsoximetrie verwendet werden, bei welcher der Finger mit Licht durchstrahlt wird und anhand des auf der anderen Seite des Fingers wieder detektierten Lichts der Sauerstoffgehalt des Bluts gemessen wird. Dadurch wird sichergestellt, daß lebendes Gewebe und nicht etwa ein Stempel kontrolliert wird. Allerdings ist die Methode der Pulsoximetrie sehr aufwendig und kostenintensiv.
• Aus der Druckschrift DE 43 04 605 C1 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Verifikation von Fingerabdrücken bekannt, bei welchen die Bildaufnahme über den Anpressdruck gesteuert, der richtige Anpreßdruck mittels einer Kontrollanzeige überwacht und außer der Auswertung auch noch Anpreßdruck und Identifikation von ein und derselben Signalprozessoreinheit sequentiell übernommen werden. Dabei ist vorgesehen, daß in einer Einlernphase Bilder mit unterschiedlichen Anpreßdrücken aufgenommen werden und die Bildqualität jeweils automatisch etwa anhand der Übereinstimmung der Breite der dunklen und der hellen Linien eines Fingerabdruckbildes beurteilt wird. Für den Vorgang der Verifikation wird dann die Bildaufnahme bei dem gleichen Anpreßdruck ausgelöst. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die aufgenommenen Bildintensitäten mit einem Schwellwert verglichen und abhängig von dem Vergleichsergebnis auf den Binärwert 0 oder 1 gesetzt werden. Mittels der an den Binärwert-Übergängen gewonnenen Koordinaten werden die Lauflängen der Fingerabdrucklinien ermittelt.
• Die Druckschrift US 5,180,901 A beschreibt eine IC-Karte, auf deren Oberfläche ein Drucksensor und ein Authentizitätssensor angeordnet sind, um zu detektieren, ob ein aufgelegter Finger authentisch ist. Ein Finger kann gleichzeitig auf den Drucksensor und den Authentizitätssensor aufgelegt werden. Die Benutzung der IC-Karte wird freigegeben, wenn durch den Authentizitätssensor festgestellt wird, daß der Finger authentisch ist, und eine Übereinstimmung zwischen einem von dem Drucksensor gelieferten Summensignal Finger-charakteristischer Daten und einem Referenz-Summensignal festgestellt wird.
• Die Druckschrift DE 100 09 539 A1 , welche Stand der Technik gemäß § 3(2) PatG bildet, beschreibt ein Verfahren zur Analyse von elektronisch erzeugten Fingerabdruckbildern, bei welchem ein Fingerabdruck mittels eines Fingerabdrucksensors erfaßt wird, währenddessen mehrere in Bildpunkte unterteilte Fingerabdruckbilder in zeitlicher Aufeinanderfolge erzeugt werden, die Anzahl der Bildpunkte, die einen Grauwert aufweisen, der einen vorgegebenen Wert unterschreitet, zu jedem Fingerabdruckbild festgestellt und gespeichert wird und die Differenzen dieser Anzahlen für zeitlich aufeinanderfolgend erzeugte Fingerabdruckbilder ermittelt und gespeichert werden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu realisierendes Verfahren und ein entsprechendes Gerät zur Feststellung der Identität von Personen anhand ihrer Fingerabdrücke zu schaffen. Insbesondere sollen das Verfahren und das Gerät neben der Kontrolle der charakteristischen Merkmale der Fingerabdrücke mindestens ein weiteres Sicherheitskriterium aufweisen.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, daß bei einem Verfahren und einem entsprechenden Gerät zum Feststellen der Identität von Personen durch Erkennen von Fingerabdrücken ein Vergleich eines gemessenen Fingerabdrucks mit einem gespeicherten Fingerabdruck anhand der relativen Anordnung einer Anzahl von Minutien durchgeführt wird. Im Einzelnen werden bei dem Verfahren die Minutien und die charakteristischen Linienbreiten eines Fingerabdrucks einer Person mittels mindestens einer Sensoreinheit erfaßt und gleichzeitig wird die durch den Finger auf die Sensoreinheit ausgeübten Kraft gemessen. Dann wird das Vorhandensein eines gespeicherten Fingerabdrucks mit derselben Anordnung von Minutien überprüft und das Vorhandensein einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Linienbreiten mit vorab gemessenen und gespeicherten charakteristischen Linienbreiten von einem oder mehreren Fingerabdrücken festgestellt, wobei diese vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die Anordnung der Minutien und die charakteristischen Linienbreiten kraftabhängig sind.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bietet aufgrund des beschriebenen, zusätzlichen Sicherheitskriteriums eine größere Sicherheit gegenüber Manipulation, als sie viele herkömmliche Geräte aufweisen, die beispielsweise lediglich die Lage der Minutien messen und diese mit gespeicherten Daten vergleichen.
• Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die mindestens eine Sensoreinheit einen kapazitiven Sensor umfaßt. Mit einem kapazitiven Sensor lassen sich bei einer auf dem Sensor aufliegenden Fingerunterseite die Rillen und Linien des Fingerabdrucks unterscheiden, da beide unterschiedliche Dielektrizitätszahlen aufweisen.
• Die von dem Finger auf die mindestens eine Sensoreinheit ausgeübte Kraft kann vorzugsweise über einen Dehnmeßstreifen ge messen werden. Ein Dehnmeßstreifen weist einen Widerstand auf, der abhängig ist von der Dehnung des Dehnmeflstreifens.
• Wirkt eine Kraft durch den Finger auf die mindestens eine Sensoreinheit, so wird die Dehnung des Dehnmeßstreifens verringert, und sein Widerstand ändert sich entsprechend.
• Als Alternative zu einem Dehnmeßstreifen kann auch ein Piezokristall eingesetzt werden. Ein Piezokristall induziert je nach seiner Verformung eine Spannung zwischen zwei seiner begrenzenden Flächen. Da dieser Effekt auf kristallinen Festkörpereffekten beruht, ist die Verformung des Piezokristalls verschleißfrei. Sowohl ein Piezokristall als auch ein Dehnmeßstreifen sind kostengünstige Vorrichtungen, mit denen sich eine auf sie einwirkende Kraft einfach und sehr präzise messen läßt. Daher weist das erfindungsgemäße Gerät nicht nur einen höheren Sicherheitsstandard als viele herkömmliche Geräte auf, sondern es kann auch einfach und kostengünstig produziert werden.
• Um das erfindungsgemäße Gerät für verschiedene Anwendungen universell einsetzbar zu gestalten, ist es von Vorteil, die mindestens eine Sensoreinheit, die Einheit zur Messung der auf die mindestens eine Sensoreinheit ausgeübten Kraft und die Auswerteeinheit auf einem gemeinsamen Substrat zu integrieren. Ein solches Modul kann leicht in andere Geräte eingebaut werden, so daß das erfindungsgemäße Gerät in Sicherheitssystemen, wie z.B. bei Geldautomaten, Gebäudeeingängen oder der Ermittlung der Zugangsberechtigung zu Computer- und Internetprogrammen, zum Einsatz kommen kann.
• Im Hinblick auf derartige Anwendungen ist es auch sinnvoll, die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die charakteristischen Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken auf einer Speichereinheit abzulegen. Diese Speichereinheit könnte sich dann vorzugsweise auf einer Chipkarte befinden. Die Informationen über die charakteristischen Merkmale der Fingerabdrücke des Nutzers sind damit auf der Chipkarte gespeichert und können von einem Chipkartenlesegerät gelesen werden. Steht das Chipkartenlesegerät in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Gerät, stehen dem erfindungsgemäßen Gerät die gespeicherten Informationen über die Fingerabdrücke des Nutzers zur Verfügung, so daß das erfindungsgemäße Gerät im Vergleich mit den von der mindestens einen Sensoreinheit gemessenen Fingerabdrücken und mit der auf die mindestens eine Sensoreinheit ausgeübten Kraft entscheiden kann, ob dem Nutzer zu der betreffenden Einrichtung oder Leistung Zugang gewährt wird. Von Vorteil ist hierbei, daß zur Prüfung der Zugangsberechtigung nur die gemessenen Daten mit den auf der Chipkarte abgelegten Daten verglichen werden müssen und nicht mit den Daten sämtlicher möglicher Nutzer.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Geräts;
• 2A Fingerabdruck, der bei schwachem Druck auf die Fingerunterseite aufgenommen wurde; und
• 2B Fingerabdruck, der bei starkem Druck auf die Fingerunterseite aufgenommen wurde.
• 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät 1, welches eine Sensoreinheit 2 zum Erfassen charakteristischer Merkmale eines Abdrucks eines Fingers 5 einer Person, eine Einheit 3 zur Messung der durch den Finger 5 auf die Sensoreinheit 2 ausgeübten Kraft und eine Auswerteeinheit 4 aufweist. Die Anordnung der Sensoreinheit 2, der Einheit 3 zur Messung der Kraft und der Auswerteeinheit 4 ist lediglich schematisch. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in platzsparender Weise diese Einheiten in ein und demselben Sensorchip integriert.
• Die Auswerteeinheit 4 prüft das Vorhandensein einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakte ristischen Merkmalen des Fingerabdrucks mit gespeicherten Informationen über charakteristische Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken. Drückt die Person mit dem Finger 5 nur schwach auf die Sensoreinheit 2, so weist dieser Abdruck dünne Linien auf. Dieses ist in 2A dargestellt. Bei stärkerem Druck auf die Sensoreinheit 2 werden die Linien des Fingerabdrucks breiter, wie 2B zeigt. Die Auswertung des aufgenommenen Fingerabdrucks unter Berücksichtigung der währenddessen auf die Sensoreinheit 2 ausgeübten Kraft vermindert das Risiko einer eventuellen Manipulation, da z.B. ein harter Stempel keine Linienverbreiterung bei größerem Druck zeigen würde.
• Zur Feststellung der Kraftabhängigkeit des Fingerabdrucks wäre es beispielsweise denkbar, daß das erfindungsgemäße Gerät den Fingerabdruck bei zwei unterschiedlichen Kräften aufnimmt und lediglich prüft, ob die Linienbreite des Fingerabdrucks bei der höheren Kraft zugenommen hat. Alternativ dazu könnte die Auswerteeinheit allerdings auch vorab bei unterschiedlichen Kräften aufgenommene und gespeicherte Abbildungen des Fingerabdrucks verwenden, um den bei der jeweiligen Kraft gemessenen Fingerabdruck mit der entsprechenden gespeicherten Abbildung zu vergleichen.
• Des weiteren sind in den 2A und 2B die Minutien des Fingerabdrucks durch Kreise gekennzeichnet. Zwar hat ein auf die Fingerunterseite wirkender Druck keinen wesentlichen Einfluß auf die Lage der Minutien, jedoch sind die Minutien einfach zu erfassende charakteristische Merkmale des Fingerabdrucks, anhand derer die Identität der betreffenden Person geklärt werden kann. Während die Feststellung der Kraftabhängigkeit des Fingerabdrucks in erster Linie vor Manipulation schützt, sind die Minutien wesentliche Kriterien zur Bestimmung der Identität der betreffenden Person.
• Für die generelle Zuordnung eines Fingerabdrucks zu einem vorab aufgenommenen Fingerabdruck bieten sich verschiedene Verfahren an. Beispielsweise kann anhand von zwei signifikanten Minutien ein Gitter über den Fingerabdruck gelegt werden. Anschließend wird die Anzahl der Minutien innerhalb bestimmter Felder des Gitters bestimmt. Bei einem anderen Verfahren wird wiederum zunächst eine signifikante Minutie bestimmt. Von dieser Minutie werden Vektoren zu anderen Minutien gezogen. Neben den Koordinaten der Verbindungsvektoren können weitere Charakteristika der Verbindungsvektoren ermittelt werden, wie z.B. die Anzahl der überquerten Papillarlinien oder die Winkel, welche die Verbindungsvektoren in ihren Anfangs- und Endpunkten mit den Tangenten an die Papillarlinien einschließen. Die Algorithmen derartiger Verfahren können in die Auswerteeinheit 4 implementiert werden.
• In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird lediglich der Abdruck eines Fingers zur Feststellung der Identität der betreffenden Person aufgenommen. Es wäre allerdings ebenso denkbar, die Abdrücke mehrerer Finger derselben Person zu untersuchen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Fingerabdrucksidentifizierung mit Verförmungsmessung zur Erhöhung der Fälschungssicherheit durch Vergleichen eines gemessenen mit einem gespeicherten Fingerabdrucks anhand der relativen Anordnung einer Anzahl von Minutien, welches folgende Schritte umfaßt: (1) Erfassen der Minutien und charakteristischer Linienbreiten eines Fingerabdrucks einer Person mittels mindestens einer Sensoreinheit (2), die im Kontakt mit der Fingerunterseite steht, und gleichzeitiges Messen der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft; und (2) Überprüfen des Vorhandenseins eines gespeicherten Fingerabdrucks mit derselben Anordnung von Minutien, und Feststellen des Vorhandenseins einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Linienbreiten mit vorab gemessenen und gespeicherten charakteristischen Linienbreiten von einem oder mehreren Fingerabdrücken, wobei diese vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die Anordnung der Minutien und die charakteristischen Linienbreiten kraftabhängig sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß die charakteristischen Merkmale des Fingerabdrucks von der mindestens einen Sensoreinheit (2) mit einem kapazitiven Sensor erfaßt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – daß die durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübte Kraft mit mindestens einem Dehnmeßstreifen gemessen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, – daß die durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübte Kraft mit mindestens einem Piezokristall gemessen wird.
5. Gerät (1) zur Fingerabdrucksidentifizierung mit Verförmungsmessung zur Erhöhung der Fälschungssicherheit, welches aufweist – mindestens eine Sensoreinheit (2) zum Erfassen der Minutien und charakteristischen Linienbreiten eines Fingerabdrucks einer Person bei Kontakt der Fingerunterseite mit der mindestens einen Sensoreinheit (2), – eine Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft, und – eine Auswerteeinheit (4) zum Überprüfen des Vorhandenseins eines gespeicherten Fingerabdrucks mit derselben Anordnung von Minutien, und Feststellen des Vorhandenseins einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Linienbreiten mit vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über charakteristische Linienbreiten von einem oder mehreren Fingerabdrücken, wobei diese vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die Anordnung der Minutien und die charakteristischen Linienbreiten kraftabhängig sind.
6. Gerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, – daß die mindestens eine Sensoreinheit (2) einen kapazitiven Sensor umfaßt.
7. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, – daß die Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft mindestens einen Dehnmeßstreifen aufweist.
8. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, – daß die Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft mindestens einen Piezokristall aufweist.
9. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, – daß die mindestens eine Sensoreinheit (2), die Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft und die Auswerteeinheit (4) auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind.
10. Gerät (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, – daß die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die charakteristischen Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken auf einer Speichereinheit abgelegt sind.
11. Gerät (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, – daß die Speichereinheit sich auf einer Chipkarte befindet.
12. Gerät (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, – daß das Gerät (1) mit einem Chipkartenlesegerät in Verbindung steht.