DE10141833A1

DE10141833A1 - Evaluation unit for a biometric sensor arrangement has a parallel processor architecture that allows multiple reference records to be compared simultaneously with an input biometric data set thus greatly speeding data searches

Info

Publication number: DE10141833A1
Application number: DE10141833A
Authority: DE
Inventors: Stefan Rueping
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: DE10141833B4

Abstract

Evaluation unit for a sensor (10) for biometric data that has a data acquisition unit (11) and an evaluation unit. The latter comprises a large number of identical processing units (21) arranged in a parallel architecture. Each processing unit comprises a processor and a memory unit. The processor units are used for the parallel comparison of an input biometric data set with a multiplicity of reference data sets. The invention also relates to a corresponding method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteeinrichtung für eine Sensoreinrichtung zur Erfassung biometrischer Daten, wobei die Sensoreinrichtung eine Erfassungseinrichtung umfaßt, die der Auswerteeinrichtung einen Eingabe-Datensatz mit biometrischen Merkmalen zur Verfügung stellt. Die Auswerteeinrichtung umfaßt hierbei eine Speichereinrichtung, in der zumindest ein Referenzdatensatz mit biometrischen Daten abspeicherbar ist. Weiterhin ist eine mit der Speichereinrichtung elektrisch gekoppelte Berechnungseinrichtung vorgesehen, die den zumindest einen Referenzdatensatz mit dem Eingabe-Datensatz vergleicht. The invention relates to an evaluation device for a Sensor device for recording biometric data, the Sensor device comprises a detection device which the Evaluation device an input data record with biometric Provides characteristics. The evaluation device here comprises a storage device in which at least one Reference data record with biometric data can be saved. Furthermore, one is electrical with the storage device coupled calculation device provided that the at least compares a reference data record with the input data record.

Beim Einsatz biometrischer Verfahren zur Benutzeridentifikation müssen Daten gespeichert werden, die als Referenz für die von der Erfassungseinrichtung der Sensoreinrichtung erfaßten biometrischen Merkmale dienen. Die biometrischen Merkmale eines Nutzers werden hierbei in einem Referenzdatensatz zusammengefaßt und in der Speichereinrichtung der Auswerteeinrichtung abgelegt. In einer Auswerteeinrichtung können dabei eine Vielzahl an solchen Referenzdatensätzen von mehreren Nutzern abgespeichert sein. Während des Betriebes werden dann die Referenzdatensätze mit einem Online-erfaßten biometrischen Datensatz verglichen. Hieraus ermittelt die Auswerteeinrichtung, ob eine Benutzungs- oder Zugangsberechtigung vorliegt oder nicht. When using biometric methods for User identification needs to be saved for reference that of the detection device of the sensor device serve recorded biometric features. The biometric Features of a user are in a reference data record summarized and in the storage device of Evaluation device filed. Can in an evaluation device a large number of such reference data sets of several Be saved. Then during operation the reference records with an online captured compared biometric data set. From this, the Evaluation device, whether a use or access authorization is present or not.

Bei den bekannten Auswerteeinrichtungen besteht das Problem, daß für die Merkmalsextraktion, d. h. für die Erfassung der biometrischen Daten und für das sogenannte Pattern-Matting, d. h. den Vergleich zwischen den erfaßten biometrischen Daten und den Referenzdatensätzen, sehr hohe Anforderungen an die Rechenleistung und den Speicher der Auswerteeinrichtung gestellt werden. Diese hohen Anforderungen ergeben sich daraus, daß biometrische Merkmale in der Regel nie vollständig identisch sind, sondern - je nach Messung - Abweichungen aufweisen. Dies hat zur Folge, daß bei dem Pattern-Matching nicht nach vollständiger Identität zwischen den erfaßten biometrischen Merkmalen und den in der Speichereinrichtung vorhandenen Referenzdatensätzen gesucht werden kann. The problem with the known evaluation devices is that that for feature extraction, d. H. for capturing the biometric data and for so-called pattern matting, d. H. the comparison between the recorded biometric data and the reference data sets, very high demands on the Computing power and the memory of the evaluation device be put. These high requirements result from that biometric features are usually never complete are identical, but - depending on the measurement - deviations exhibit. As a result, pattern matching does not for complete identity between those recorded biometric features and those in the storage device existing reference data records can be searched.

Darüber hinaus ist der Aufwand für das Pattern-Matching stark abhängig von dem Aufwand, der für die Merkmalsextraktion aufgewendet wurde. Das Pattern-Matching wird um so komplizierter, je weniger aufwendig die Vorverarbeitung bei der Merkmalsextraktion ist. Wird der Eingabe-Datensatz mit den biometrischen Daten bei der Merkmalsextraktion sehr aufwendig ermittelt, so ist das hinterher durchzuführende Pattern- Matching einfacher durchzuführen. In addition, the effort for pattern matching is strong depending on the effort required for feature extraction was spent. Pattern matching is all the more more complicated, the less expensive the preprocessing at Feature extraction is. If the input data record with the biometric data during feature extraction is very complex determined, the pattern to be carried out afterwards Matching easier to do.

Zur Durchführung dieser Aufgaben werden derzeit leistungsfähige Berechnungseinheiten und sogenannte DSP (digital signal processing)-Hardware eingesetzt, die die Daten in sequentieller Form verarbeitet und sowohl die Merkmalsextraktion sowie das Pattern-Matching durchführt. Die Arbeitsschritte werden folglich in einem leistungsfähigen System, z. B. einem Personal-Computer (PC) durchgeführt. Anwendungen, bei denen die Erkennung effizient ohne ein derart leistungsfähiges System durchgeführt werden kann, wie dies z. B. beim Einsatz einer Sensoreinrichtung in einer Chipkarte der Fall ist, sind zur Zeit nicht möglich. To carry out these tasks are currently powerful calculation units and so-called DSP (digital signal processing) hardware that uses the data in sequential form processed and both the feature extraction as well performs pattern matching. The work steps will be consequently in an efficient system, e.g. B. one Personal computer (PC) performed. Applications where the Detection efficiently without such a powerful system can be carried out as this z. B. when using a Sensor device in a chip card is the case Time not possible.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Auswerteeinrichtung für eine Sensoreinrichtung zur Erfassung biometrischer Daten vorzuschlagen, welche für den Einsatz in Anwendungen geeignet ist, die keinen Platz für beliebig leistungsfähige Berechnungseinheiten aufweisen. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches eine effiziente Durchführung der Erfassung und Auswertung der biometrischen Daten mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung ermöglicht. It is therefore an object of the present invention to Evaluation device for a sensor device for detection propose biometric data for use in Is suitable for applications that have no space for any have powerful calculation units. It is still Object of the invention to provide a method which a efficient implementation of the acquisition and evaluation of the biometric data with an inventive Evaluation device enables.

Die Aufgaben werden durch eine Auswerteeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich jeweils aus den abhängigen Ansprüchen. The tasks are performed by an evaluation device with the Features of claim 1, and by a method with the Features of claim 10 solved. advantageous Refinements result from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung ist vorgesehen, die Speichereinrichtung in eine Mehrzahl an Speichereinheiten aufzuteilen und in entsprechender Weise die Berechnungseinrichtung in eine entsprechende Mehrzahl an Rechenwerken aufzuteilen. Dabei bilden jeweils eine Speichereinheit und ein Rechenwerk eine Bearbeitungseinheit, in denen ein paralleler Vergleich des Eingabe-Datensatzes mit den in einem Rechenwerk gespeicherten Referenzdatensätzen erfolgt, wobei diejenige Bearbeitungseinheit, die eine Übereinstimmung zwischen dem Eingabe-Datensatz und einem Referenzdatensatz feststellt, ein Signal zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt. In the evaluation device according to the invention, the storage device into a plurality of storage units to divide and in a corresponding manner the Calculation device in a corresponding plurality of arithmetic units divide. Each form a storage unit and a Arithmetic unit a processing unit in which a parallel Comparison of the input data record with that in an arithmetic unit stored reference data records takes place, the one Processing unit that has a match between the Input data record and a reference data record Provides signal for further processing.

Die Erfindung schlägt folglich selbstorganisierende, intelligente Speicherstrukturen vor, die sich aus einer Anzahl von Bearbeitungseinheiten zusammensetzt. Selbstorganisierende, intelligente Speicherstrukturen sind bislang aus dem Bereich der neuronalen Netze bekannt. Beschrieben sind derartige neuronale Netze in Stefan Rüping, "VLSI-gerechte Umsetzung von selbstorganisierenden Karten und ihre Einbindung in ein Neuro-Fuzzy Analysesystem", Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 9, Nr. 215, VDI Verlag. Kennzeichen derartiger selbstorganisierender, intelligenter Speicherstrukturen ist, daß jede Bearbeitungseinheit einen identischen physikalischen Aufbau aufweist. Die Auswerteeinrichtung kann aus diesem Grund verglichen mit Mikroprozessoren sehr einfach und flächeneffizient aufgebaut werden. Im direkten Vergleich ist ein Pattern- Matchingvorgang durch die intelligenten Speicherstrukturen erheblich energieeffizienter als mit einem Mikroprozessor, der für die gleiche Leistung wesentlich höher getaktet werden müßte. The invention consequently proposes self-organizing, intelligent storage structures which are composed of a number of processing units. Self-organizing, intelligent storage structures are known from the area of neural networks. Such neural networks are described in Stefan Rüping, "VLSI-compliant implementation of self-organizing cards and their integration in a neuro-fuzzy analysis system", Progress Reports VDI, Series 9 , No. 215, VDI Verlag. The characteristic of such self-organizing, intelligent storage structures is that each processing unit has an identical physical structure. For this reason, the evaluation device can be constructed in a very simple and area-efficient manner compared to microprocessors. In a direct comparison, a pattern matching process through the intelligent memory structures is considerably more energy efficient than with a microprocessor, which would have to be clocked much higher for the same performance.

Vorzugsweise sind die Bearbeitungseinheiten matrixförmig zusammen in einer integrierten Schaltung ausgebildet. Eine besonders schnelle und effiziente Verarbeitung der Daten läßt sich dann erreichen, wenn die in einer Spalte oder Zeile angeordneten Bearbeitungseinheiten elektrisch miteinander verbunden sind. Vorzugsweise sind die in einer Spalte und einer Zeile benachbart angeordneten Bearbeitungseinheiten elektrisch miteinander verbunden. Mit Hilfe dieser sogenannten Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den einzelnen Bearbeitungseinheiten ist die Auswerteeinrichtung in der Lage, einen Referenz-Datensatz ohne weitere Informationen derart "anzulernen", daß die Anordnung der Referenzdatensätze in den einzelnen Speichereinheiten Rückschlüsse auf die Struktur der Daten zuläßt. Die Auswerteeinrichtung sorgt nämlich dafür, daß ähnliche Referenzdatensätze in benachbarten Bereichen, d. h. in benachbarten Speichereinheiten jeweiliger Bearbeitungseinheiten gespeichert werden. Dieser Effekt wird im Bereich der Neuronalnetze als Selbstorganisation bezeichnet. The processing units are preferably in the form of a matrix formed together in an integrated circuit. A lets you process the data particularly quickly and efficiently reach each other when in a column or row arranged processing units electrically with each other are connected. They are preferably in one column and one Line adjacent processing units electrically connected to each other. With the help of these so-called Neighborhood relationships between individuals Processing units, the evaluation device is able to Reference record without further information like this "to learn" that the arrangement of the reference data sets in the individual storage units conclusions on the structure of the Allows data. The evaluation device ensures that that similar reference records in adjacent areas, i.e. H. in neighboring storage units, respectively Machining units can be saved. This effect is in the area of the neural networks referred to as self-organization.

Die Auswerteeinrichtung arbeitet dann besonders effizient, wenn der Eingabe-Datensatz von der Erfassungseinrichtung jedem Rechenwerk der Bearbeitungseinrichtungen zur Verfügung gestellt wird. The evaluation device then works particularly efficiently, if the input record from the capture device available to any processing unit calculator is provided.

In jeder Speichereinheit einer Bearbeitungseinheit ist zumindest ein Referenzdatensatz einspeicherbar. Jede Speichereinheit kann dann in einer möglichen Realisierungsform genau einen Referenzdatensatz enthalten. Der Referenzdatensatz, der beispielsweise in Form eines Vektors vorliegen kann, kann die Daten einer Person oder aber auch die Daten mehrerer Personen mit ähnlichen biometrischen Merkmalen, wie z. B. Abstand zwischen zwei Wirbeln, Lage, Verzweigungen, usw., beinhalten. Die biometrischen Daten mehrerer Personen können also in einem einzigen Referenzdatensatz enthalten sein. Der Referenzdatensatz wird dabei aus den zunächst jeder einzelnen Person zugeordneten Daten bestimmt, d. h. berechnet. Beispielsweise wird der "Abstand zwischen zwei Wirbeln" eines Referenzdatensatzes durch Mittelwertbildung dieses Merkmales der betreffenden Personen gebildet. Eine Speichereinheit einer Bearbeitungseinheit kann in einer anderen Realisierungsform auch mehrere Referenzdatensätze enthalten. Durch die Selbstorganisation ist sichergestellt, daß eine Speichereinheit jedoch nur ähnliche Referenzdatensätze enthält. Unter ähnlichen Referenzdatensätzen werden wiederum solche verstanden, bei denen die biometrischen Merkmale, wie z. B. Abstand zwischen zwei Wirbeln, Lage, Verzweigungen usw. ähnliche Werte aufweisen. There is a processing unit in each storage unit at least one reference data record can be stored. each Storage unit can then exactly in one possible implementation contain a reference data set. The reference record, the for example in the form of a vector, the Data of one person or the data of several people with similar biometric features, such as. B. Distance between two vertebrae, location, ramifications, etc. The biometric data of several people can therefore be in be contained in a single reference data record. The The reference data record is made up of each individual person assigned data determined, d. H. calculated. For example the "distance between two vertebrae" becomes one Reference data set by averaging this characteristic of the concerned people. A storage unit of a Processing unit can also be realized in another form contain multiple reference records. Through the Self-organization ensures that a storage unit, however contains only similar reference data sets. Among similar Reference data records are understood to be those at which the biometric features such. B. Distance between two vertebrae, position, ramifications etc. similar values exhibit.

Dadurch, daß das Einspeichern der Referenzdatensätze, im Gegensatz zu konventionellen Rechensystemen, ohne die Angabe einer Adresse erfolgt und statt dessen auf einen Selbstorganisationsprozeß aufbaut, kann der Ausfall einzelner Bearbeitungseinheiten kompensiert werden. Die Referenzdatensätze werden dann in benachbart angeordneten Bearbeitungseinheiten, welche bereits ähnliche Referenzdatensätze enthalten, eingespeichert. The fact that the storage of the reference data sets in Contrary to conventional computing systems, without the specification an address and instead to one Self-organization process builds up, the failure of individual Machining units are compensated. The reference records are then processed in adjacent processing units, which already contain similar reference data sets, stored.

Aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung wurde bereits das Verfahren deutlich, nach welchem die Auswerteeinrichtung arbeitet:
In einem ersten Schritt wird in die Speichereinrichtung zumindest ein Referenzdatensatz eingespeichert. Nach diesem Verarbeitungsschritt ist die Auswerteeinrichtung in der Lage, biometrische Eingabe-Daten eines Benutzers auszuwerten. Folglich ermittelt die Erfassungseinrichtung im nächsten Schritt einen Eingabe-Datensatz. Jeder Eingabe-Datensatz wird dann an jede der Bearbeitungseinheiten übermittelt. Anschließend findet ein paralleler Vergleich zwischen dem jeder Bearbeitungseinheit zugeführten Eingabe-Datensatz mit dem in der Speichereinheit dieser Bearbeitungseinheit abgelegten Referenzdatensatz statt. Diejenige Bearbeitungseinheit, deren Referenzdatensatz dem Eingabe-Datensatz am ähnlichsten ist, liefert einer Ausgabeeinheit ein Signal, welches Aufschluß darüber gibt, ob der Eingabe-Datensatz korrekt ist. Weiterhin kann aus diesem Signal Aufschluß darüber gewonnen werden, wer der betreffende Benutzer der Sensoreinrichtung ist. From the above description of the evaluation device according to the invention, the method according to which the evaluation device works was already clear:
In a first step, at least one reference data record is stored in the storage device. After this processing step, the evaluation device is able to evaluate biometric input data of a user. Consequently, the detection device determines an input data record in the next step. Each input data record is then transmitted to each of the processing units. A parallel comparison then takes place between the input data record supplied to each processing unit with the reference data record stored in the storage unit of this processing unit. The processing unit whose reference data set is most similar to the input data set supplies an output unit with a signal which provides information as to whether the input data set is correct. Furthermore, information can be obtained from this signal about who the user of the sensor device in question is.

Um sämtliche Vorteile der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung nutzen zu können, wird in vorteilhafter Weise ein Referenzdatensatz vollständig in einer der Speichereinheiten einer der Bearbeitungseinheiten abgelegt. To all the advantages of the invention To be able to use the evaluation device is advantageously a Reference data set completely in one of the storage units one of the processing units stored.

Es ergibt sich somit ein System, in dem eine massiv parallele Verarbeitung des Eingabe-Datensatzes vorgenommen wird. In der Matching-Phase werden die Online-erfaßten Daten an alle Bearbeitungseinheiten, d. h. deren Berechnungseinheiten, übertragen, die dann parallel die Analyse des Eingabe-Datensatzes vornehmen. Als Resultat der Berechnungen ergibt sich die Aussage, welches der ähnlichste Referenzdatensatz ist und wie weit der Eingabe-Datensatz von diesem ähnlichsten Referenzdatensatz abweicht. Diese Kenntnis ermöglicht die Aussage, ob die erfaßten biometrischen Daten korrekt sind und zu welchem Benutzer sie gehören. Durch diese massive Parallelität während des Matching-Vorganges ist eine schnelle und energieeffiziente Auswertung der zu verrechnenden Daten gewährleistet. The result is a system in which a massively parallel Processing of the input data record is made. In the Matching phase, the data captured online is shared with everyone Processing units, d. H. their calculation units, transferred, which then runs parallel to the analysis of the input data set make. The result of the calculations is the Statement which is the most similar reference data record and how far the most similar to the input record Reference data set deviates. This knowledge enables the statement whether the recorded biometric data are correct and for which Users they belong. Because of this massive parallelism during the matching process is quick and Energy-efficient evaluation of the data to be billed guaranteed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in jeder Speichereinheit einer Bearbeitungseinheit mehr als ein Referenzdatensatz abgelegt, wobei diese Referenzdatensätze ähnliche Merkmale aufweisen. In a preferred embodiment of the invention The procedure is one in each storage unit Processing unit stored more than one reference data set, this Reference records have similar characteristics.

Ob in einer Speichereinheit einer Bearbeitungseinheit mehr als ein Referenzdatensatz abgelegt wird, ist eine Frage der Optimierung der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung. Je nach der Anzahl der zu verwaltenden Referenzdatensätze bestimmt sich die Anzahl der Bearbeitungseinheiten. Für eine optimale Auslegung des Systems ist hierbei eine Balance zwischen der Anzahl der Referenzdatensätze und der Bearbeitungseinheiten notwendig. Übersteigt die Anzahl der Referenzdatensätze die Anzahl der Bearbeitungseinheiten, so werden zumindest einige der Speichereinheiten einer Bearbeitungseinheit mehrere Referenzdatensätze aufweisen. Es ist dabei natürlich auch möglich, daß einzelne Speichereinheiten einer jeweiligen Bearbeitungseinheit keinen oder nur einen Referenzdatensatz beinhalten. Whether more in a storage unit of a processing unit stored as a reference record is a question of Optimization of the evaluation device according to the invention. ever according to the number of reference data records to be managed the number of processing units is determined. For one optimal design of the system is a balance between the number of reference records and the Machining units necessary. Exceeds the number of Reference data records are the number of processing units at least some of the storage units of a processing unit have multiple reference records. It is natural also possible that individual storage units of a respective Processing unit no or only a reference data record include.

Erfindungsgemäß werden die Referenzdatensätze ohne Adressierung in einer der Speichereinheiten einer Bearbeitungseinheit abgespeichert. Wird ein Referenzdatensatz abgespeichert, so wird folglich keine spezielle Adresse angegeben, sondern die Auswerteeinrichtung entscheidet selbständig, in welcher Bearbeitungseinheit, d. h. in welcher Speichereinheit einer Bearbeitungseinheit die Referenzdatensätze abgelegt werden. Dieser Algorhithmus ist aus dem Folgungsbereich der neuronalen Netze unter dem Namen "Selbstorganisierende Karten" bekannt. Dieser kann der eingangs genannten VDI-Veröffentlichung entnommen werden. According to the reference data records are without Addressing in one of the storage units of a processing unit saved. If a reference data record is saved, so therefore no special address is given, but the Evaluation device independently decides which one Processing unit, d. H. in which storage unit one Processing unit the reference data records are stored. This algorithm is from the neural domain Networks known as "self-organizing cards". This can be the VDI publication mentioned at the beginning be removed.

Durch diesen Selbstorganisationsprozeß wird eine Projektion der Daten eines Referenzdatensatzes in die zweidimensionale Ebene der Bearbeitungseinheiten erreicht. Bei dem sogenannten "Lernen" der Datensätze werden also ähnliche Daten in ähnlichen Adressen, d. h. in benachbarten Bearbeitungseinheiten, gespeichert. Der Ausfall einzelner Bearbeitungseinheiten des Systems kann, wie bereits weiter oben ausgeführt, durch die umgebenden benachbarten Bearbeitungseinheiten kompensiert werden. Die Referenzdatensätze werden selbständig von der Auswerteeinrichtung so abgespeichert, daß der Pattern- Matching-Vorgang möglichst gut unterstützt wird und effizient arbeitet. Dieses Vorgehen stellt sicher, daß die Merkmalsextraktion auf ein Minimum reduziert werden kann, wodurch die gesamte Auswerteeinrichtung schnell und insbesondere Energieeffizient arbeiten kann. Through this process of self-organization becomes a projection the data of a reference data set in the two-dimensional Machining unit level reached. With the so-called "Learning" the data sets will thus result in similar data similar addresses, d. H. in neighboring processing units, saved. The failure of individual processing units of the Systems can, as already explained above, through the surrounding adjacent processing units compensated become. The reference data records are independent of the Evaluation device stored so that the pattern Matching process is supported as well as possible and efficiently is working. This procedure ensures that the Feature extraction can be reduced to a minimum, reducing the entire evaluation device quickly and in particular Can work energy-efficiently.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the Figures explained in more detail. Show it:

Fig. 1 die prinzipielle Anordnung von Sensoreinrichtungen und erfindungsgemäßer Auswerteeinrichtung, Fig. 1 shows the basic arrangement of sensor devices according to the invention and evaluating device,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Bearbeitungseinheit und Fig. 2 shows the block diagram of a processing unit and

Fig. 3 ein detaillierteres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung. Fig. 3 is a more detailed block diagram of the evaluation device according to the invention.

Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung einer Sensoreinrichtung 10 und einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung 20. Die Sensoreinrichtung 10 weist eine Erfassungseinrichtung 11, z. B. ein kapazitives, optisches, druckempfindliches, thermosensitives oder elektrisches Sensorelement auf, das über eine Verbindungsleitung 30 mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung 20 verbunden ist. Die Auswerteeinrichtung 20 weist eine Mehrzahl an Bearbeitungseinheiten 21 auf. Benachbarte Bearbeitungseinheiten 21 sind jeweils über eine Verbindungsleitung 31 miteinander gekoppelt. Fig. 1 shows the basic arrangement of a sensor device 10 and an evaluation device 20 according to the invention. The sensor device 10 has a detection device 11 , for. B. a capacitive, optical, pressure-sensitive, thermosensitive or electrical sensor element, which is connected via a connecting line 30 to an evaluation device 20 according to the invention. The evaluation device 20 has a plurality of processing units 21 . Adjacent processing units 21 are each coupled to one another via a connecting line 31 .

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Bearbeitungseinheit 21 an Hand eines Blockschaltbildes. Die Bearbeitungseinheit 21 setzt sich aus nur wenigen Blöcken zusammen. Mit dem Bezugszeichen 23 ist eine Speichereinheit bezeichnet. Die Speichereinheit 23 ist über Signalleitungen mit einem Rechenwerk 22 verbunden. Der Datenaustausch findet dabei, wie durch die Pfeile angedeutet, in beiden Richtungen statt. Das Rechenwerk 22 führt alle notwendigen Operationen eines auszuführenden Algorhithmus durch. Dies bedeutet, das Rechenwerk 22 übernimmt den Vergleich zwischen dem oder den in der Speichereinheit 23 abgelegten Referenzdatensatz oder Referenzdatensätzen und den über die Verbindungsleitung 30 an das Rechenwerk 22 übermittelten Eingabe-Datensatz. Fig. 2 shows the basic structure of a processing unit 21 using a block diagram. The processing unit 21 is composed of only a few blocks. A storage unit is designated by reference numeral 23 . The storage unit 23 is connected to an arithmetic unit 22 via signal lines. The data exchange takes place in both directions, as indicated by the arrows. The arithmetic unit 22 carries out all the necessary operations of an algorithm to be carried out. This means that the arithmetic and logic unit 22 undertakes the comparison between the reference data set or reference data sets stored in the storage unit 23 and the input data set transmitted to the arithmetic unit 22 via the connecting line 30 .

Die Ergebnisse der Berechnung werden in einem Register 26 gespeichert. Weiterhin muß für den Vorgang des Anlernens ein Faktor alpha bereitgestellt werden, der in einem Register 25 abgelegt wird. Das Register 25 ist einerseits mit der Verbindungsleitung 30 verbunden und ausgangsseitig mit dem Rechenwerk 22. Das Rechenwerk 22 weist darüber hinaus ebenfalls eine Leitung zu der Verbindungsleitung 30 auf. The results of the calculation are stored in a register 26 . Furthermore, a factor alpha must be provided for the teaching process, which is stored in a register 25 . Register 25 is connected on the one hand to connecting line 30 and on the output side to arithmetic logic unit 22 . The arithmetic logic unit 22 also has a line to the connecting line 30 .

Die gesamte Bearbeitungseinheit wird von einem Steuerblock 24 kontrolliert, der zusätzlich die Kommunikation mit weiteren Elementen der Auswerteeinrichtung vornimmt. Die Anzahl der Ein- und Ausgangsleitungen des Prozessorelementes kann relativ klein gehalten werden. Es sind eine bidirektionale Datenleitung, zwei Taktleitungen, drei Leitungen für einen Steuerbus (Control) sowie zwei Leitungen für den Anschluß an die jeweilige Zeilen- und Spaltenleitung notwendig. Ohne die erforderlichen Leitungen für die Stromversorgung sind somit nur acht Verbindungsleitungen nach außen vorgesehen. The entire processing unit is controlled by a control block 24 , which also carries out communication with other elements of the evaluation device. The number of input and output lines of the processor element can be kept relatively small. A bidirectional data line, two clock lines, three lines for a control bus and two lines for the connection to the respective row and column line are necessary. Without the necessary lines for the power supply, only eight connecting lines to the outside are provided.

Die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Auswerteeinrichtung geschieht hauptsächlich in dem Rechenwerk 22 der Bearbeitungseinheit 21. Die genaue Umsetzung des Algorithmus ist in der eingangs genannten VDI-Schrift "VLSI-gerechte Umsetzung von selbstorganisierenden Karten und ihre Einbindung in ein Neuro-Fuzzy Analysesystem" beschrieben. The method according to the invention for the evaluation device is mainly implemented in the computing unit 22 of the processing unit 21 . The exact implementation of the algorithm is described in the aforementioned VDI document "VLSI-compliant implementation of self-organizing cards and their integration in a neuro-fuzzy analysis system".

Fig. 3 zeigt den genaueren Aufbau der Auswerteeinrichtung 20 in Form eines Blockschaltbildes. Die Bearbeitungseinrichtungen 21 sind in einem zweidimensionalen, rechteckigen Gitternetz angeordnet, so daß bei r1. . .rh Zeilen, d. h. insgesamt h Zeilen und c1. . .cb Spalten, d. h. insgesamt b Spalten, entstehen. Alle Bearbeitungseinrichtungen einer Zeile haben einen Anschluß an dieselbe Zeilenleitung und Elemente einer Spalte an dieselbe Spaltenleitung. Mit x ist in Fig. 3 eine Eingabeleitung bezeichnet, über die die von der Erfassungseinrichtung der Sensoreinrichtung bestimmten Daten an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden können. Die Eingabeleitung x, zwei Taktleitungen T und die Leitungen eines Steuerbus S werden mit allen Bearbeitungseinrichtungen 21 verbunden. Die Spaltenleitungen r1 bis rh und die Zeilenleitungen c1 bis cb sind in den jeweiligen Elementen an "open-drain" Transistoren angeschlossen, was die Leitungen zu einem impliziten "WIRED-NOR" werden läßt. Diese implizite NOR Funktion bietet den einzelnen Bearbeitungseinheiten die Möglichkeit, sich nach außen bemerkbar zu machen. Fig. 3 shows the more detailed structure of the evaluation device 20 in the form of a block diagram. The processing devices 21 are arranged in a two-dimensional, rectangular grid, so that at r1. , .rh lines, ie a total of h lines and c1. , .cb columns, ie a total of b columns. All processing devices of a row have a connection to the same row line and elements of a column to the same column line. 3 in FIG. 3 denotes an input line via which the data determined by the detection device of the sensor device can be transmitted to the evaluation device. The input line x, two clock lines T and the lines of a control bus S are connected to all processing devices 21 . The column lines r1 to rh and the row lines c1 to cb are connected to "open-drain" transistors in the respective elements, which makes the lines an implicit "WIRED-NOR". This implicit NOR function offers the individual processing units the opportunity to make themselves known to the outside world.

Im Fall der Suche nach der besten Übereinstimmung zwischen einem Referenzdatensatz und dem Eingabedatensatz muß die Bearbeitungseinheit mit dem minimalen Abstand lokalisiert werden können. Dies wird durch Transistoren erreicht, die in jeder Spalten- bzw. Zeilenleitung geschalten sind. Die Transistoren können beispielsweise als MOSFETs ausgeführt sein und seriell mit den in Fig. 3 gezeigten Widerständen geschalten sein. Die Bearbeitungseinheit mit der größten Übereinstimmung zwischen dem in einer Speichereinheit 23 abgelegten Referenzdatensatz und dem Eingangs-Datensatz bringt ihren Spalten- und Zeilentransistor in einen leitenden Zustand, wodurch die Position der Bearbeitungseinheit von außen eindeutig bestimmt werden kann. In entsprechender Weise können Befehle, die ein Adressieren der Bearbeitungseinheiten verlangen, ebenfalls Gebrauch von den Spalten- und Zeilenleitungen machen. In the case of the search for the best match between a reference data record and the input data record, the processing unit must be able to be located with the minimum distance. This is achieved by means of transistors which are connected in every column or row line. The transistors can be designed, for example, as MOSFETs and can be connected in series with the resistors shown in FIG. 3. The processing unit with the greatest correspondence between the reference data record stored in a storage unit 23 and the input data record brings its column and row transistor into a conductive state, as a result of which the position of the processing unit can be clearly determined from the outside. Correspondingly, commands which require the processing units to be addressed can also make use of the column and row lines.

Die Auswerteeinheit 20 weist den Vorteil auf, daß die für sie notwendigen Bauelemente einen nur geringen Flächenverbrauch auf einem Chip aufweisen. Darüber hinaus ist die Zahl der Verbindungsleitungen nach außen bzw. zwischen den Elementen gering. Alle Bearbeitungseinrichtungen 21 erhalten dabei die selben Eingaben der Daten-, Steuer- und Taktleitungen. Damit müssen diese Leitungen nicht zu jeder Bearbeitungseinrichtung neu verlegt werden, sondern benachbarte Elemente können die Signale aneinander weiterreichen. Die Signale der Daten-, Steuer- und Taktleitungen werden also nur in die Randelemente der Karte eingespeist und automatisch verteilt. The evaluation unit 20 has the advantage that the components required for it have only a small area consumption on a chip. In addition, the number of connecting lines to the outside or between the elements is small. All processing devices 21 receive the same inputs of the data, control and clock lines. This means that these lines do not have to be re-routed to each processing device, but adjacent elements can pass the signals on to one another. The signals of the data, control and clock lines are therefore only fed into the edge elements of the card and distributed automatically.

Die Anzahl der Zeilen kann sich von der Anzahl der Spalten auch unterscheiden. Nur beispielhaft stimmt in Fig. 3 die Anzahl der Zeilen mit der Anzahl der Spalten überein. The number of rows can also differ from the number of columns. The number of rows corresponds to the number of columns in FIG. 3 only by way of example.

Die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung ist aus der Kenntnis, welche Bearbeitungseinrichtung 21 die höchste Übereinstimmung meldet, schnell und energieeffizient in der Lage zu bestimmen, ob die erfaßten biometrischen Daten korrekt sind und zu welchem Nutzer sie gehören. Im Falle einer positiven oder negativen Identifikation kann die Ausgabeeinrichtung dann ein Signal an eine Ausgabeeinheit abgeben, welche dann den weiteren Zugriff auf bestimmte Daten oder Zugangsberechtigungen regelt. Bezugszeichenliste 10 Sensoreinrichtung
11 Erfassungseinrichtung
20 Auswerteeinrichtung
21 Bearbeitungseinrichtung
22 Rechenwerk
23 Speichereinheit
24 Steuereinheit
25 Register
26 Register
27 Widerstand
30 Datenleitung/-bus
31 Datenleitung
R Spalte
C Zeile
Clock Taktsignal
Control Steuersignal
Data Datensignal
The evaluation device according to the invention is able to determine quickly and energy-efficiently from the knowledge of which processing device 21 reports the highest match whether the recorded biometric data are correct and to which user they belong. In the case of a positive or negative identification, the output device can then send a signal to an output unit, which then regulates the further access to certain data or access authorizations. Legend: 10 sensor device
11 detection device
20 evaluation device
21 processing device
22 calculator
23 storage unit
24 control unit
25 registers
26 registers
27 resistance
30 data line / bus
31 data line
R column
C line
Clock clock signal
Control signal
Data signal

Claims

1. Evaluation device for a sensor device ( 10 ) for recording biometric data, the sensor device comprising a detection device ( 11 ) which provides the evaluation device ( 20 ) with an input data record with biometric features
a storage device in which at least one reference data record with biometric data can be stored,
a calculation device which is electrically coupled to the storage device and compares the at least one reference data record with the input data record,
characterized in that
the storage device is divided into a plurality of storage units ( 23 ) and the calculation device is divided into a corresponding plurality of arithmetic units ( 22 ),
wherein a storage unit ( 23 ) and an arithmetic unit ( 22 ) form a processing unit ( 21 ), in which a parallel comparison of the input data record with the reference data records stored in an arithmetic unit takes place, the processing unit ( 21 ) having a correspondence between the Input data record and a reference data record determines a signal for further processing.

2. Evaluation device according to claim 1, characterized in that each processing unit ( 21 ) has an identical physical structure.

3. Evaluation device according to claim 1 or 2, characterized in that the processing units ( 21 ) are formed in a matrix in an integrated circuit.

4. Evaluation device according to claim 3, characterized in that the processing units ( 21 ) arranged in a column or row are electrically connected to one another.

5. Evaluation device according to claim 3 or 4, characterized in that the processing units ( 21 ) arranged adjacently in a column and a row are electrically connected to one another.

6. Evaluation device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the input data set is made available by the detection device to each arithmetic unit of the processing devices ( 21 ), whereby mutual communication between the processing devices is possible.

7. Evaluation device according to one of claims 1 to 6, characterized in that in each storage unit ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) at least one reference data record can be stored.

8. Evaluation device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the memory unit ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) contains only similar reference data sets.

9. Evaluation device according to claim 7 or 8, characterized in that in the event of failure of individual processing units ( 21 ), the reference data records are stored in the processing units ( 23 ) arranged adjacent to one another.

10. A method for evaluating an input data record with biometric data by means of an evaluation device according to one of claims 1 to 9, in which
at least one reference data record is stored in the storage device,
the detection device ( 11 ) determines an input data record,
the input data record is transmitted to each of the processing units ( 21 ),
the input data record in each processing unit ( 21 ) is compared in parallel with the reference data record or data records stored in the storage unit ( 23 ) of this processing unit ( 21 ),
the processing unit ( 21 ), the reference data set of which is most similar to the input data set, supplies a signal to an output unit which provides information as to whether the input data set is correct.

11. The method according to claim 10, characterized in that a reference data set is completely stored in one of the storage units ( 23 ) of one of the processing units ( 21 ).

12. The method according to claim 10, characterized in that in each storage unit ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) more than one reference data set is stored, these reference data sets having similar features.

13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the reference data sets are stored without addressing in one of the memory units of a processing unit ( 21 ).

14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that similar reference data sets are stored in adjacent storage units ( 23 ) of a processing unit ( 21 ).