DE10141833B4

DE10141833B4 - Evaluation device for a sensor device for acquiring biometric data and method for evaluating such biometric data

Info

Publication number: DE10141833B4
Application number: DE10141833A
Authority: DE
Inventors: Stefan RÜPING
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-08-27
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: DE10141833A1

Abstract

Auswerteeinrichtung für eine Sensoreinrichtung (10) zur Erfassung biometrischer Daten, wobei die Sensoreinrichtung eine Erfassungseinrichtung (11) umfaßt, die der Auswerteeinrichtung (20) einen Eingabe-Datensatz mit biometrischen Merkmalen zur Verfügung stellt, mit
– einer Speichereinrichtung, in der zumindest ein Referenzdatensatz mit biometrischen Daten abspeicherbar ist,
– einer mit der Speichereinrichtung elektrisch gekoppelten Berechnungseinrichtung, die den zumindest einen Referenzdatensatz mit dem Eingabe-Datensatz vergleicht, wobei
die Speichereinrichtung in eine Mehrzahl an Speichereinheiten (23) aufgeteilt ist und die Berechnungseinrichtung in eine entsprechende Mehrzahl an Rechenwerken (22) aufgeteilt ist, wobei jeweils eine Speichereinheit (23) und ein Rechenwerk (22) eine Bearbeitungseinheit (21) bilden, in denen ein paralleler Vergleich des Eingabe-Datensatzes mit den in der Speichereinheit (23) gespeicherten Referenzdatensätzen erfolgt, wobei diejenige Bearbeitungseinheit (21), die eine Übereinstimmung zwischen dem Eingabe-Datensatz und einem Referenzdatensatz feststellt, ein Signal zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bearbeitungseinheiten (21) matrixförmig in einer integrierten Schaltung ausgebildet...Evaluation device for a sensor device (10) for detecting biometric data, wherein the sensor device comprises a detection device (11), which provides the evaluation device (20) with an input data set with biometric features
A memory device in which at least one reference data set with biometric data can be stored,
- A computing means electrically coupled to the memory means, which compares the at least one reference data set with the input data set, wherein
the memory device is divided into a plurality of memory units (23) and the computing device is divided into a corresponding plurality of arithmetic units (22), wherein in each case a memory unit (23) and an arithmetic unit (22) form a processing unit (21) in which parallel comparison of the input data set with the reference data records stored in the memory unit (23), wherein the processing unit (21) determining a match between the input data record and a reference data record provides a signal for further processing,
characterized in that
the processing units (21) are formed in matrix form in an integrated circuit ...

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 The invention relates to an evaluation device for a sensor device for Acquisition of biometric data, wherein the sensor device comprises a detection device comprises the evaluation of an input data set with biometric features to disposal provides. The evaluation device in this case comprises a memory device, in which at least one reference data set with biometric data can be stored is. Furthermore, one is electrically coupled to the memory device Calculation device provided, the at least one reference data set compares with the input 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.At the Use of biometric user identification procedures requires data stored as reference for that of the detection device the sensor device detected serve biometric features. The biometric features of a User are summarized here in a reference data set and in the storage device of the evaluation stored. In an evaluation device can while a plurality of such reference data sets of multiple users stored be. While the operation then become the reference data sets with an online biometric recorded Record compared. From this, the evaluation device determines whether a user 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 ge stellt 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.at The known evaluation devices have the problem that for the feature extraction, d. H. For the collection of biometric data and for so-called pattern matting, d. H. the comparison between the collected biometric data and the reference data sets, very high demands on the computing power and the memory of the Evaluation device is ge be. These high requirements result from the fact that biometric Features never complete completely are identical, but - ever after measurement - deviations exhibit. This has the consequence that in pattern matching not after complete identity between the detected biometric features and those present in the storage device Reference data sets 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.Furthermore is the effort for the pattern matching strongly dependent from the effort required for the feature extraction was spent. The pattern matching will be the more complicated, the less expensive the preprocessing the feature extraction is. Will the input record with the biometric Data in the feature extraction determined very expensive, so is the afterwards to be carried out Pattern Matching easier to perform.

Aus der EP 0 791 899 A2 ein Fingerabdrucksensor bekannt, der aus einem Array von Elektroden besteht, welche elektrische Felder messen können und über parallele Prozessoren ausgelesen werden.From the EP 0 791 899 A2 a fingerprint sensor is known, which consists of an array of electrodes, which can measure electric fields and read out via parallel processors.

Aus "A real-time matching System for large fingerprint databases", N.K. Ratha, K. Kuru, S. Chen. A.K. Jain IEEE PAMI, August 1996, vol. 18. No. 8, S. 799–813 ist eine Auswerteeinrichtung für eine Sensoreinrichtung zur Erfassung biometrischer Daten bekannt, wobei die Auswerteeinrichtung parallel verschaltete Chips aufweist, die über eine Schnittstelle an ein Rechensystem gekoppelt ist. Jeder der Chips weist eine festgelegte Anzahl an Recheneinheiten und zugehörige Speichereinheiten auf, in denen ein Referenzdatensatz hinterlegt ist. Ein über das Hostsystem übermittelter Eingabe-Datensatz wird durch die Recheneinheiten mit dem Referenzdatensatz verglichen, wobei bei einer Übereinstimmung ein Signal zur weiteren Verarbeitung erzeugt wird.From "A real-time matching System for large fingerprint databases ", N. K. Ratha, K. Kuru, S. Chen. A.K. Jain IEEE PAMI, August 1996, vol. No. 18 8, pp. 799-813 an evaluation device for a sensor device for detecting biometric data known wherein the evaluation device has chips connected in parallel, the above an interface is coupled to a computing system. Everyone who Chips has a fixed number of arithmetic units and associated memory units in which a reference data set is stored. One about that Host system transmitted Input data set is compared to the reference data set by the computing units, being at a match a signal is generated for further processing.

In der WO 99/33018 A1 wird ein Fingerabdruck durch eine Vielzahl von Sensorelementen erfasst, wobei jedes Sensorelement ein eigenes Prozessorelement aufweist, welches einen Messwert speichern kann und Algorithmen in Abhängigkeit von diesem Wert und den Werten aus Speichern benachbarter Prozessorelementen ausführen kann. Bei den Prozessorelementen handelt es sich um primitive Automaten mit einem Speicher und einer Logikschaltung zum Berechnen eines neuen Wertes aus dem gespeicherten Wert und den von den anderen Prozessorelementen gelieferten Werten. Die Logikschaltung eines Prozessorelementes wird zum Beispiel mittels Neuron-MOS-Schaltungstechnik realisiert, wobei Eingangsgrößen mit Gewichtungen aufsummiert werden. Die Gewichtung erfolgt dabei durch spezielle Kapazitätsverhältnisse und ist für jeden der Algorithmen fest vorgegeben.In WO 99/33018 A1 discloses a fingerprint through a plurality of Detected sensor elements, each sensor element has its own processor element which can store a reading and algorithms dependent on from this value and the values from storing adjacent processor elements To run can. The processor elements are primitive machines with a memory and a logic circuit for calculating a new value from the stored value and that from the others Processor elements supplied values. The logic circuit of a Processor element is for example by means of neuron MOS circuit technology realized, with input variables with Weightings are added up. The weighting is done by special capacity ratios and is for each of the algorithms fixed.

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 execution These tasks are currently powerful calculation units and so-called DSP (digital signal processing) hardware used the data processed in sequential form and both the feature extraction and pattern matching. The work steps become therefore in a powerful System, e.g. B. a personal computer (PC) performed. applications where detection is efficient without such a powerful system carried out can be, as z. B. when using a sensor device in a chip card is the case, are currently 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 bio metrischen Daten mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide an evaluation device for a sensor direction for the collection of biometric data, which is suitable for use in applications that have no room for any powerful calculation units. It is a further object of the invention to provide a method which allows an efficient implementation of the detection and evaluation of the bio metric data with an evaluation device according to the invention.

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, as well as by a method having the features of the claim 10, solved. Advantageous embodiments will be apparent 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. Die Bearbeitungseinheiten sind matrixförmig in einer integrierten Schaltung ausgebildet und weisen ein Register zum Abspeichern eines Faktors aus einem Anlernvorgang auf.at the evaluation device according to the invention is provided, the memory device in a plurality of memory units split and in a similar way the calculation device split into a corresponding plurality of arithmetic units. there in each case a memory unit and an arithmetic unit form a processing unit, in which a parallel comparison of the input data set with the in a calculator stored reference data sets, wherein the one Processing unit, which is a match between the input record and a reference record, provides a signal for further processing. The processing units are matrix-shaped formed in an integrated circuit and have a register for saving a factor from a teach-in process.

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 proposes consequently self-organizing, intelligent memory structures, which is composed of a number of processing units. Self-organizing, intelligent storage structures are so far known from the field of neural networks. Described are such neural Networks in Stefan Rüping, "VLSI-compliant implementation of self-organizing maps and their involvement in a neuro-fuzzy Analysis System, Progress Reports VDI, Series 9, No. 215, VDI Verlag. Characteristics of such self-organizing, intelligent Memory structures is that every Processing unit has an identical physical structure. For this reason, the evaluation device can be compared with microprocessors very simple and space efficient being constructed. In direct comparison, a pattern matching process is through the intelligent storage structures significantly more energy efficient as with a microprocessor, which is essential for the same performance be clocked higher would.

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.Preferably The processing units are matrix-shaped together in an integrated circuit educated. A particularly fast and efficient processing the data can be then reach if arranged in a column or row Machining units are electrically connected to each other. Preferably are arranged in a column and a row adjacent Machining units connected to each other electrically. With help these so-called neighborhood relationships between the individual Processing units, the evaluation device is able to Reference record without further information so "learn" that the arrangement the reference data sets in the individual storage units conclusions about the structure of the data allows. The Namely, evaluation device takes care of for this, that similar reference data sets in adjacent Areas, d. H. in adjacent storage units of respective processing units get saved. This effect is in the field of 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 works very efficiently when the Input data set from the detection device each arithmetic unit the processing facilities 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 Referenz datensatz 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.In Each storage unit of a processing unit is at least one Stores reference data record. Each storage unit can then in a possible Implementation form contain exactly one reference data record. The reference dataset, which may for example be in the form of a vector, the Data of one person or also the data of several persons with similar biometric features, such as B. distance between two vertebrae, Location, ramifications, etc., involve. The biometric data of several People can So be included in a single reference record. The reference record will be out of the first everyone determined by individual person, d. H. calculated. For example becomes the "distance between two vertebrae "one Reference data set by averaging this feature of the relevant People formed. A storage unit of a processing unit may also contain multiple reference data sets in another implementation. The self-organization ensures that a storage unit but only similar Reference data sets contains. Under similar Reference data sets again are understood to be those in which the biometric features, such as B. distance between two vertebrae, location, branches, etc. similar Have values.

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.Due to the fact that the storage of the reference data sets, in contrast to conventional computer systems, without the specification of an address and instead builds on a self-organization process, the failure of individual Bear be compensated. The reference data records are then stored in adjacently arranged processing units, which already contain similar reference data records.

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 Referenzda tensatz 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. Die Bearbeitungseinheiten weisen Nachbarschaftsbeziehungen auf, so daß beim Anlernen ähnliche Referenzdatensätze durch die Auswerteeinrichtung in benachbarten Speichereinheiten jeweiliger Bearbeitungseinheiten gespeichert werden.From the above description of the evaluation device according to the invention, the method by which the evaluation device operates has already become clear:
In a first step, at least one reference data record is stored in the memory device. After this processing step, the evaluation device is able to evaluate biometric input data of a user. Consequently, in the next step, the detection device determines an input data record. Each input record is then transmitted to each of the processing units. Subsequently, a parallel comparison between the input data record supplied to each processing unit takes place with the reference data record stored in the memory unit of this processing unit. The processing unit whose reference data record is most similar to the input data record provides a signal to an output unit, which signal indicates whether the input data record is correct. Furthermore, it can be obtained from this signal information about who the user of the sensor device is concerned. The processing units have neighborhood relationships, so that during training similar reference data sets are stored by the evaluation in adjacent memory units of respective processing units.

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

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.It thus results in a system in which a massively parallel processing the input data set is made. In the matching phase will be the online captured Data to all processing units, i. whose calculation units, transferred, then perform the parallel analysis of the input data set. The result of the calculations is the statement which is the most similar Reference record is and how far the input record from this most similar Reference data set deviates. This knowledge allows the statement whether the detected biometric data are correct and to which user they belong. By this massive parallelism while The matching process is a fast and energy-efficient evaluation the data to be billed.

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 method according to the invention is more than in each storage unit of a processing unit stored a reference data set, these reference data sets similar Have features.

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.If in a storage unit of a processing unit more than one Stored reference data record is a question of optimization the evaluation device according to the invention. Depending on the number of reference data records to be managed the number of processing units. For an optimal design of the Systems is a balance between the number of reference records and the processing units necessary. If the number of reference records exceeds the number of the processing units, so will at least some of the storage units a processing unit have a plurality of reference data sets. It is included Naturally also possible, that individual Storage units of a respective processing unit no or contain only one reference data record.

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 invention the reference records without addressing in one of the memory units of a processing unit stored. If a reference data record is saved, then Consequently, no special address specified, but the evaluation decides independently, in which processing unit, d. H. in which storage unit a processing unit the reference data records are stored. This Algorithm is out of the scope of the neural networks under the Names "self-organizing Cards " can be taken from the VDI publication mentioned above.

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.By this self-organization process becomes a projection of the data of a reference data set in the two-dimensional Level of processing units reached. In the so-called "learning" of the records will be so similar Data in similar Addresses, i. in adjacent processing units, stored. The failure of individual processing units of the system can, as already stated above, be compensated by the surrounding adjacent processing units. The reference records become independent of the evaluation device stored so that the pattern matching process preferably well supported is working and efficient. This procedure ensures that the feature extraction can be reduced to a minimum, eliminating the entire evaluation can work quickly and in particular energy-efficient.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be explained in more detail with reference to the figures. It demonstrate:

1 die prinzipielle Anordnung von Sensoreinrichtungen und erfindungsgemäßer Auswerteeinrichtung, 1 the basic arrangement of sensor devices and inventive evaluation device,

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

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

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. 1 shows the basic arrangement of a sensor device 10 and an evaluation device according to the invention 20 , The sensor device 10 has a detection device 11 , z. B. a capacitive, optical, pressure-sensitive, thermosensitive or electrical sensor element, via a connecting line 30 with an evaluation device according to the invention 20 connected is. The evaluation device 20 has a plurality of processing units 21 on. Neighboring processing units 21 are each via a connecting line 31 coupled together.

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. 2 shows the basic structure of a processing unit 21 on the basis of a block diagram. The processing unit 21 is composed of only a few blocks. With the reference number 23 is a storage unit called. The storage unit 23 is via signal lines with a calculator 22 connected. The data exchange takes place, as indicated by the arrows, in both directions. The calculator 22 performs all necessary operations of an algorithm to be performed. This means the calculator 22 takes the comparison between the one or the other in the storage unit 23 stored reference data record or reference data sets and the via the connecting line 30 to the calculator 22 transmitted input data record.

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 in a register 26 saved. Furthermore, for the process of learning, a factor alpha must be provided which is stored in a register 25 is filed. The registry 25 is on the one hand with the connecting line 30 connected and on the output side with the calculator 22 , The calculator 22 moreover also has a line to the connection line 30 on.

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 controlled, which additionally performs the communication with other elements of the evaluation. The number of input and output lines of the processor element can be kept relatively small. There is a bidirectional data line, two clock lines, three lines for a control bus (Control) and two lines for connection to the respective row and column line necessary. Without the necessary lines for the power supply thus only eight connecting lines are provided to the outside.

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 implementation of the method according to the invention for the evaluation device is done mainly in the arithmetic unit 22 the processing unit 21 , The exact implementation of the algorithm is described in the aforementioned VDI document "VLSI-compliant implementation of self-organizing maps and their integration into a neuro-fuzzy analysis system".

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 3 eine Eingabeleitung bezeichnet, über die die von der Erfassungseinrichtung der Sensoreinrichtung bestimmten Daten an die Auswerteeinrichtung übermittelt werden können. Die Eingabe leitung 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. 3 shows the more detailed structure of the evaluation 20 in the form of a block diagram. The processing equipment 21 are arranged in a two-dimensional, rectangular grid, so that at r1 ... rh rows, ie a total of h rows and c1 ... cb columns, ie a total of b columns arise. All processing means of one line have a connection to the same row line and elements of a column to the same column line. With x is in 3 denotes an input line, via which the data determined by the detection device of the sensor device data can be transmitted to the evaluation device. The input line x, two clock lines T and the lines of a control bus S are with all processing facilities 21 connected. The column lines r1 to rh and the row lines c1 to cb are connected in the respective elements to "open-drain" transistors, which makes the lines an implicit "WIRED-NOR". This implicit NOR function offers the individual processing units the opportunity to make themselves felt externally.

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 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 finding the best match between a reference data set and the input data set, the processing unit must be able to locate with the minimum distance. This is achieved by transistors connected in each column or row line. The transistors can be designed, for example, as MOSFETs and connected in series with the in 3 be shown switched resistors. The processing unit with the largest match between that in a storage unit 23 stored reference data set and the input data set brings its column and row transistor in a conductive state, whereby the position of the processing unit can be determined from the outside uniquely. Similarly, commands that require addressing of the processing units may 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 necessary components for them have only a small area consumption on a chip. In addition, the number of Verbindungslei low to the outside or between the elements. All processing equipment 21 receive the same inputs of the data, control and clock lines. Thus, these lines do not have to be relocated to each processing device, but adjacent elements can pass the signals to each other. The signals of the data, control and clock lines are thus fed only in 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 3 die Anzahl der Zeilen mit der Anzahl der Spalten überein.The number of lines may also differ from the number of columns. Only exemplary agrees in 3 the number of rows matches the number of columns.

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.The evaluation device according to the invention is known from the knowledge of which processing device 21 the highest consensus reports, fast and energy-efficient, to determine if the biometric data collected is correct and to which user it belongs. In the case of a positive or negative identification, the output device can then deliver a signal to an output unit, which then regulates further access to certain data or access authorizations.

1010: Sensoreinrichtungsensor device
1111: Erfassungseinrichtungdetector
2020: Auswerteeinrichtungevaluation
2121: Bearbeitungseinrichtungprocessing device
2222: Rechenwerkcalculator
2323: Speichereinheitstorage unit
2424: Steuereinheitcontrol unit
2525: Registerregister
2626: Registerregister
2727: Widerstandresistance
3030: Datenleitung/-busData line / -bus
3131: Datenleitungdata line
RR: Spaltecolumn
CC: Zeilerow
Clock TaktsignalClock clock signal: Control SteuersignalControl control signal
DataData: Datensignaldata signal

Claims

Evaluation device for a sensor device ( 10 ) for detecting biometric data, wherein the sensor device comprises a detection device ( 11 ) belonging to the evaluation device ( 20 ) provides an input data set with biometric features, comprising - a memory device in which at least one reference data record with biometric data is storable, - a calculation device electrically coupled to the memory device, which compares the at least one reference data record with the input data record, wherein the storage device into a plurality of storage units ( 23 ) and the calculation device is divided into a corresponding plurality of arithmetic units ( 22 ), wherein in each case a memory unit ( 23 ) and an arithmetic unit ( 22 ) a processing unit ( 21 ) in which a parallel comparison of the input data record with that in the memory unit ( 23 ) stored reference data sets, wherein the processing unit ( 21 ), which detects a match between the input data record and a reference data record, provides a signal for further processing, characterized in that the processing units ( 21 ) are formed in matrix form in an integrated circuit and have a register for storing a factor from a learning process.

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

Evaluation device according to Claim 1, characterized in that the processing units ( 21 ) are electrically connected together.

Evaluation device according to Claim 1 or 3, characterized in that the processing units (15) arranged adjacent in a column and a row ( 21 ) are electrically connected together.

Evaluation device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the input data record from the detection device is assigned to each arithmetic unit of the processing devices ( 21 ), whereby mutual communication between the processing facilities is possible.

Evaluation device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that in each memory unit ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) at least one reference data record can be stored.

Evaluation device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the memory unit ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) contains only similar reference data sets.

Evaluation device according to claim 6 or 7, characterized in that when individual processing units ( 21 ) the reference data sets in the adjacently arranged processing units ( 23 ) are stored.

Method for evaluating an input Da Tensatzes with biometric data by means of an evaluation device according to one of claims 1 to 8, in which - at least one reference data set is stored in the memory device, - the detection device ( 11 ) determines an input data record, - the input data record to each of the processing units ( 21 ), - the input record in each processing unit ( 21 ) with the one or more in the memory unit ( 23 ) of this processing unit ( 21 ) is compared in parallel with the reference data record or data sets, - that processing unit ( 21 ), whose reference data set is most similar to the input data record, provides a signal to an output unit which indicates whether the input data record is correct, characterized in that the processing units ( 21 ) Have neighboring relationships, so that during training similar reference data sets by the evaluation device in adjacent memory units ( 23 ) of respective processing units ( 21 ) get saved.

Method according to Claim 9, characterized in that a reference data record is written completely in one of the memory units ( 23 ) one of the processing units ( 21 ) is stored.

Method according to claim 10, characterized in that in each memory unit ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) stores more than one reference data set, these reference data sets having similar features.

Method according to one of Claims 9 to 11, characterized in that the reference data records without addressing are stored in one of the memory units of a processing unit ( 21 ) are stored.

Method according to one of Claims 9 to 12, characterized in that similar reference data records are stored in adjacent memory units ( 23 ) of a processing unit ( 21 ) are stored.