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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur biometrischen Identifikation
oder Verifikation von Personen gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmalen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein
System zur Durchführung des
Verfahrens.
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Bekanntlich
können
biometrische Vergleichsmethoden sowohl zur Identifikation als auch zur
Verifikation von Personen herangezogen werden. Bei der Identifikation
erfolgt die Erkennung der Identität ohne Vorwissen (1:n-Vergleich),
wobei die biometrisch mit einem hierzu geeigneten Verfahren und/oder
System erfassten Merkmale einer Person mit Datensätzen von
mehreren zuvor erfassten Personen zwecks Feststellung der Identität verglichen werden.
Hierbei sind Datensätze
der Person, insbesondere zentral in dem biometrischen System gespeichert.
Bei einer Verifikation erfolgt die Überprüfung einer Vorgabe (1:1-Vergleich),
wobei die biometrisch erfassten Merkmale einer Person mit den Merkmalen
einer zuvor erfassten Person auf Übereinstimmung verglichen werden.
Der zu vergleichende Datensatz kann zentral im biometrischen System hinterlegt
sein oder es besteht ferner die Möglichkeit, den Datensatz auf
einem Medium, wie z.B. einer Chipkarte, zu speichern, wobei die
zu verifizierende Person das genannte Medium dem System zur Verfügung stellt.
Sowohl bei der Identifikation als auch bei der Verifikation werden
die biometrischen Merkmale aus den erfassten Bilddaten rechnerisch
ermittelt. Es ist ein grundsätzliches
Problem biometrischer Verfahren, dass ein Bild des biometrischen
Objekts, wie Fingerkuppe, Gesicht oder Iris, gegebenenfalls nicht
von Abbildern bzw. Kopien des Objekts unterschieden werden kann,
und somit das biometrische System getäuscht und die Sicherheit der
Identifikation oder Verifikation nicht sichergestellt werden kann. So
ist bei gängigen
biometrischen Methoden, wie Fingerabdruck, Gesicht, Iris oder Sprache,
das biometrische Objekt "frei" zugänglich.
Da Fingerabdrücke überall hinterlassen
werden, können
Fingerabdrucksysteme durch Kopien leicht überlistet werden. Auch Iris-Scannersysteme
können
relativ leicht überwunden
werden, beispielsweise durch speziell präparierte und/oder bedruckte
Kontaktlinsen oder einfach mit Fotografien der Iris im richtigen
Größenverhältnis. Es
ist relativ einfach, geeignete Kopien eines biometrisch vermessenen
Identifikationsobjekts zu erstellen. Es ist ein großes Problem
derartiger biometrischer Systeme, dass in der Regel nicht entschieden
werden kann, ob es sich bei dem zur Identifikation oder Verifikation
präsentierten
Objekt um ein originales Körperteil
oder nur um eine Abbildung desselben handelt. Des Weiteren ist eine
eventuell vorhandene Lebenderkennung, wie beispielsweise thermisch,
kapazitiv und dergleichen, durch relativ einfache technische Maßnahmen überwindbar.
Die Qualität
biometrischer Verfahren und/oder Systeme zur Identifikation, wobei
Mustererkennungs-Algorithmen zum Einsatz gelangen, wird üblicherweise über zwei Kenngrößen angegeben
und zwar Falschrückweisungs-Rate
(FRR) und die Falschakzeptanz-Rate (FAR). Die FRR gibt den Prozentsatz
der vom System fälschlicherweise
zurückgewiesenen
Personen bzw. Individuen an, wobei die beiden zu vergleichenden
Datensätze
biometrischer Merkmale zwar vom gleichen Individuum stammen, aber
vom System nicht übereinstimmend
bewertet werden. Im Idealfall liegt dieser Wert bei 0%. Die FAR
gibt den Prozentsatz der vom System fälschlicherweise verifizierte
Individuen an, wobei die beiden zu vergleichenden Datensätze biometrischer
Merkmale nicht vom gleichen Individuum stammen, jedoch vom System
als übereinstimmend
bewertet werden. Auch dieser Wert liegt im Idealfall ebenfalls bei
0%.
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Aus
der
EP 0 498 280 B1 ,
welche auf die Anmelderin, Heidelberg Engineering GmbH, zurückgeht,
ist eine Vorrichtung zum Abtasten eines Objektes mit einem Strahlenbündel in
zwei im Wesentlichen orthogonalen Richtungen bekannt. Es handelt sich
hierbei um ein diagnostisches Laser-Scanningsystem, mittels welchem
eine kontinuierliche Ab bildung der Retina mit verschiedenen Wellenlängen durchführbar ist.
Die Vorrichtung enthält
einen ersten und einen zweiten Scanner mit jeweils einem Spiegel,
deren Drehachsen in zueinander orthogonalen Ebenen verlaufen. Der
Spiegel des ersten Scanners ist in einem vorgegeben Abstand von
seiner Drehachse abgebracht. Der Mittelpunkt des Spiegels des zweiten
Scanners ist in der Mitte des genannten Abstandes zwischen der Drehachse
und dem Spiegel des ersten Scanners angeordnet, wobei das Strahlenbündel vom
Spiegel des ersten Scanners direkt zum Spiegel des zweiten Scanners
verläuft.
Im Strahlengang zwischen den genannten Spiegeln ist ein zusätzliches
optisches System vorhanden. Dieses Laser-Scanningsystem, welches
auch als Retinascanner bezeichnet wird, ermöglicht eine kontinuierliche
Abbildung der Retina mit verschiedenen Wellenlängen, und zwar auch ohne Mydriasis
bzw. medikamentöse
Weitstellung der Pupille.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren
und das System dahingehend auszubilden, dass in einfacher Weise und
sicherer Funktion die Überwindungssicherheit entscheidend
verbessert wird. Manipulationen, wie zum Beispiel Präsentation
einer Abbildung des zur Identifikation vorgesehenen Objektes sollen
sicher erkannt werden und ferner sollen die Handhabung und/oder
die Funktionsweise vereinfacht werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt hinsichtlich des Verfahrens gemäß der im
Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich des Systems erfolgt
die Lösung
gemäß dem auf
das System gerichteten nebengeordneten Patentanspruch, Das erfindungsgemäße Verfahren
und ebenso das zur Durchführung
desselben vorgeschlagene System zeichnen sich durch eine erheblich
verbesserte Überwindungssicherheit
und/oder optimierte Identifikation und/oder Verifikation von Personen
aus. Im Gegensatz zu anderen biometrischen Objekten wird erfindungsgemäß die Retina
als biometrisches Objekt ausgewählt,
und über
die Retina werden während
der biometrischen Erfassung komplexe Informationen zwischen dem
biometrischen Objekt und dem biometrischen System ausgetauscht.
Die Bewegungen des Auges werden erfaßt und berücksichtigt. So können unwillkürliche Bewegungen
des Auges ebenso wie willkürliche,
insbesondere durch Muster vorgegebene Augenbewegungen erfaßt und berücksichtigt
werden. Des Weiteren kann die Augenbewegung zur Eingabe von Informationen,
beispielsweise einer PIN (persönliche
Identifikationsnummer), genutzt werden, wobei den bekannten und
in geeigneter Weise gespeicherten und/oder bereitgestellten Daten sätzen und/oder
Originalbildern bereits korrespondierende Informationen zugeordnet
sind. Diese Kommunikation ist in dem Sinne abhörsicher, dass ein außenstehender
Beobachter nicht feststellen kann, welche Information ausgetauscht
wird. Es liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die menschliche Retina
nur schwer zugänglich
ist, zumal sie nur mit Bild gebenden Systemen und/oder ophthalmologischen
Geräten,
wie insbesondere Funduskameras oder Laser-Scanningsysteme, abgebildet
werden kann. Das zu identifizierende Objekt bzw. die zu überprüfende Person
erfasst während
des Identifizierungs- und/oder Authentifizierungs-Prozesses über die
Retina bildliche Informationen und übermittelt ferner gleichzeitig
dem System über
vorgebbare Bewegungen und/oder Fixationen des Auges gezielt Informationen.
Diese Kommunikation ist geheim, so dass beispielsweise ein außen stehender
Beobachter nicht feststellen kann, welche Informationen zwischen
der Person und dem System ausgetauscht werden. So können auf
die Retina während
der Bilderfassung Lichtreize projiziert werden, wobei das System,
insbesondere mittels dessen biometrischen Retina-Laser-Scanner die
Augenbewegungen und/oder Fixationen insbesondere in Echt-Zeit erfasst.
Als Information an das biometrische System wird insbesondere die
Stelle übertragen,
auf welche die gemessene Person das Auge fixiert. Für die Projektion
von Lichtreizen auf die Retina kann insbesondere die Projektion
ortsfester Targets vorgesehen sein. Hierbei wird in kurzen zeitlichen Abständen, vorzugsweise
in der Größenordnung
jeweils einer Sekunde, eines von mehreren ortsfesten internen LED-Targets
nach dem Zufallsprinzip ausgewählt
und auf die Netzhaut projiziert. Falls der Augenhintergrund mit
den gespeicherten biometrischen Merkmalen übereinstimmt und ferner die
ermittelten Augenbewegungen den eingeblendeten LEDs für eine vorgegebene
Zeit, beispielsweise 2 bis 3 Sekunden, folgen, so ist die Person
identifiziert. Weiterhin kann die Projektion beliebiger Muster erfolgen,
wobei bevorzugt mittels einer bildsynchronen Ausgabe-Einheit zusätzlich zu
dem für
die Bildaufnahme zum Einsatz gelangenden Laser ein zweiter Laser
moduliert wird oder ein Display oder ein Monitor oder Targets für die Einblendung
benutzt werden. Vorteilhaft wird die Wellenlänge des zweiten Lasers durch
ein Filter, insbesondere vor dem Detektor, ausgeblendet, so dass
das eingeblendete Muster auf dem aufgenommenen Bild der Retina nicht
erscheint. Alternativ kann ein sichtbarer Laser für die Bildaufnahme
verwendet und moduliert werden, wobei die Einblendung insbesondere
alternierend mit der Bildaufnahme erfolgt bzw. eine inverse Einblendung
erfolgt. Erfindungsgemäß wird eine Überprüfung durchgeführt, ob
das Auge der vorgegebenen Bewegung und/oder Fixation folgt bzw.
gefolgt ist und/oder korrespondierend zur vorgegebenen Bewegung
und/oder Fixation des Auges eine Bildverschiebung, insbesondere durch Bildvergleich
mit dem oder den gespeicherten Originalbildern, festgestellt werden
kann. Wird eine Bewegung des Auges ausgehend von einer Position, in
welcher insbesondere das Originalbild oder ein erfasstes Bild des
Auges sich befindet, in eine bestimmte Richtung, beispielsweise
nach rechts oben, und in einen bestimmten Abstand vorgegeben, so wird
geprüft,
ob sich das Auge gleichfalls entsprechend bewegt hat und/oder auf
die vorgegebene Position fixiert ist und/oder ob das erfasste Bild
korrespondierend zu der genannten Richtung und dem Abstand verschoben
ist.
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Weiterhin
können
zusätzlich
oder alternativ zu der willkürlichen
und/oder vorgebbaren Fixation der zu messenden und/oder zu identifizierenden
Person und/oder deren Auge auch Vorgaben an überlagerte unwillkürliche und/oder
unvermeidbare Bewegungsmuster, wie Sakkadden oder Driftbewegung, gestellt
werden, um die Lebenderkennung zu ermöglichen oder noch weiter zu
verbessern. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder Systems kann
in vorteilhafter Weise mit hoher Sicherheit entschieden werden,
ob es sich bei dem zur Identifikation präsentierten Objekt um ein originales
Körperteil, nämlich das
Auge, oder nur um eine Abbildung desselben handelt, da es sich ja
bei dieser Abbildung nicht um eine "sehende" Retina handelt und somit die geforderte
Kommunikation mit dem biometrisch vermessenen Objekt nicht (oder
ggfs. nur mit extremem technischen Aufwand) stattfinden kann. Für einblendbare
Muster kann beispielsweise die Einblendung eines sich kontinuierlich
bewegenden Targets vorgesehen sein, wobei die Augenbewegung der
Bewegung des Targets zu folgen hat. Ferner kann eine zusätzliche
Einblendung eines vorgegebenen Bereiches, wie eines "Alarm" und/oder "stiller Alarm", vorgesehen sein
und in Abhängigkeit
hiervon beispielsweise eine Sirene oder ein stiller, insbesondere
telefonischer, Alarm ausgelöst
werden. Des Weiteren kann die Einblendung von Zahlen oder Text insbesondere
mittels einer Tastatur vorgesehen sein, wobei über ein kurzes Fixieren der
Zahlen und/oder Buchstaben und/der sonstiger Zeichen ein PIN-Code oder
ein Passwort eingegeben wird, ohne dass außenstehende Personen den Code
oder das Passwort ausspähen
können.
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Erfindungsgemäß wird die
Verwendung einer bildgebenden Einrichtung zur Erfassung der biometrischen
Merkmale der Retina als biometrisches Objekt vorgeschlagen, wobei
während
der Erfassung und/oder während
des Identifizierungs- und/oder Authentifizierungs-Prozesses über die
Retina bildliche Informationen aus dem System erfasst werden und bevorzugt
gleichzeitig dem System über
Augenbewegungen und/oder Fixation gezielt Informationen übermittelt
werden. In Abhängigkeit
der vor gegebenen Bewegungen und/oder der Positionierung und/oder
der Fixierung des Auges werden bevorzugt vorgegebene Bereiche der
Retina erfasst und/oder gescannt, und insbesondere mit korrespondierenden gespeicherten
Originalbildern oder Bereichen oder daraus abgeleiteten Datensätzen derselben
wird der Bildvergleich durchgeführt.
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Weiterbildungen
und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild,
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2 einen
Ablaufplan,
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3 eine
Zahlentastatur zur Einblendung eines einblendbaren Musters.
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Gemäß
1 ist
eine Optik-Einheit
2 zur Erfassung biometrischer Merkmale
eines Auges
4 vorgesehen. Der Optik-Einheit ist eine Detektionseinheit
6 nachgeschaltet,
mittels welcher die erfassten Bilddaten bereit gestellt und als
elektrische Signale einem Rechner
8 zugeführt werden,
welcher insbesondere eine CPU/MCU enthält. Des Weiteren ist eine Projektionseinheit
10 vorgesehen,
welche entsprechend der vom Rechner
8 erhaltenen Daten
die Optik-Einheit
2 ansteuert. Die Optik-Einheit
2 enthält ein Objektiv,
welches insbesondere einen festen Fokus auf Null D besitzt, so dass
der Einsatz mit Brille oder Kontaktlinse ermöglicht ist. Des Weiteren enthält die Optik-Einheit
2 ein
Bild gebendes System, wie insbesondere einen Optikblock mit einem
X- und Y-Scanner mit einem vorgegebenen festen Bildwinkel. Der Bildwinkel
ist bevorzugt im Bereich von 20° und
größer, gegebenenfalls
vorteilhaft von 30°,
vorgegeben. Des Weiteren enthält
die Optik-Einheit
2 die oben erläuterten Mittel für die Überwindungssicherheit,
insbesondere in Form von Target-LEDs. Auch ist in vorteilhafter
Weise ein Infrarot-Abstandsensor vorgesehen, mittels welchem das
System bzw. das Gerät
aktiviert wird, wenn sich der Kopf der zu überprüfenden Person nähert. Bedarfsweise
kann ferner auch ein Optikblock gemäß der eingangs erwähnten
EP 0 498 280 B1 verwendet
sein. Als Lichtquelle kann insbesondere eine IR-Laserdiode vorgesehen
sein, doch kann gegebenenfalls die Beleuchtung mittels LED durchgeführt werden.
Darüber
hinaus kann für
die Einblendung von Mustern für
die Überwindungssicherheit
eine beliebige Lichtquelle, beispielsweise ein grüne oder
rote Laserdiode, enthalten sein.
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Der
Rechner 8 bzw. die gesamte Elektronik des Systems enthält ein Controllerboard
für die
Steuerung von Scanner und Laser. Des Weiteren enthält die Elektronik-Einheiten
zur Bilderfassung (ADC), zur Speicherung von Vergleichsdatensätzen, insbesondere
in einem Flash, zur Einblendung von Mustern für die Kommunikation mit der
Person, für
die Auswertung von Augenbewegungen sowie für die biometrische Auswertung
bzw. Identifikation und/oder Verifikation. In einer besonderen Ausgestaltung,
beispielsweise für
eine Schließanlage
oder eine Tresorverriegelung, enthält die Rechner-Einheit 8 bzw.
Elektronik in zweckmäßiger Weise
eine separate Notentriegelungs-Elektronik, einen insbesondere 8
Bit Mikrocontroller, eine interne und/oder externe Stromversorgung
sowie eine standardisierte Schnittstelle, insbesondere als RS232
Anschluss, zum Entsperren des Systems durch einen Service-Computer.
So kann der Mikrocontroller beispielsweise dahingehend ausgebildet
sein, dass ein zufälliger
Datenschlüssel,
beispielsweise 1024 Bytes, generiert wird und dieser an den Service-Computer übertragen
wird. Der Datenschlüssel
ist dahingehend vorgesehen, dass der Service-Computer aus jenen
nach einem geheimen Algorithmus in vorteilhafter Weise einen Freischaltungscode
von beispielsweise 1024 Bytes generiert und diesen an den Mikrocontroller überträgt. Mittels des
Mikrocontrollers erfolgt die Überprüfung des Freischaltcodes
und gegebenenfalls die Freigabe des Systems. In zweckmäßiger Weise
ist insbesondere der genannte Mikrocontroller separat von den übrigen Komponenten
der Elektronik bzw. der Rechnereinheit 8, insbesondere
in einem separaten Gehäuse,
angeordnet, um beispielsweise im Brandfalle einen Totalschaden zu
vermeiden. Die Rechner-Einheit 8 ist in vorteilhafter Weise
dahingehend ausgebildet, dass die Anwendungs-Software in einfacher Weise,
insbesondere aus einem Flash, geladen werden kann. Mittels der Software
erfolgt die Bildverarbeitung vorzugsweise in Echtzeit und ebenso
die Mustererkennung.
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Der
Ablaufplan gemäß 2 zeigt
als Funktionsblöcke
die wesentlichen Verfahrensschritte. Gemäß Block 12 blickt
die Person mit einem Auge in das bildgebende System und gemäß Block 14 erfolgt
erfindungsgemäß die Projektion
eines bestimmten und/oder vorgebbaren Musters auf die Retina des Auges.
Wie mit Block 16 dargestellt, erfolgt mittels des Systems
in bekannter Weise, insbesondere mittels eines Retina-Scanners,
die Bilderfassung der Retina. Gemäß Block 18 wird erfindungsgemäß der Bildvergleich mit
gespeicherten und/oder bereit gestellten Originalbildern durchgeführt. Kann
eine Bild-Identifikation nicht erfolgen, so wird gemäß Linie 20 das
Verfahren ab Block 14 wiederholt. Wird hingegen das Bild
der Retina identifiziert, so erfolgt gemäß Block 22 die erfindungsgemäße Bestimmung
der Fixation, somit der Augenposition, bezüglich dem projizierten Muster.
Alternativ kann gemäß Block 22 diese Bestimmung
mittels eines externen und/oder einblendbaren Musters, beispielsweise
in Form des Bildes einer Tastatur erfolgen. Des Weiteren können im Rahmen
der Erfindung auch die unwillkürlichen und/oder
unvermeidbaren Bewegungen oder Bewegungsmuster des Auges für die Bestimmung
genutzt werden. Schließlich
kann alternativ gemäß Block 22 die
Augenbewegung zur Eingabe einer Information, wie beispielsweise
eine PIN, genutzt werden, wobei hierzu korrespondierende Informationen
den bereitgestellten und/oder gespeicherten Originalbildern oder
deren Datensätzen
zugeordnet sind, wobei die genannten Informationen zur Identifikation
und/oder Verifikation verglichen werden. Kann gemäß Block 24 der
Kommunikations-Prozess nicht abgeschlossen werden, so wird gemäß Linie 26 auf
Block 14 zurück
gegangen, insbesondere um das Muster gegebenenfalls zu ändern. Bei
positivem Abschluss des Kommunikationsprozesses ist gemäß Block 28 die Person
identifiziert. Es sei festgehalten, dass durch den Kommunikationsprozess
zwischen dem biometrischen Ort, und zwar der Retina, und dem System dessen Überwindungssicherheit
entscheidend erhöht
wird, denn eine gefälschte
Retina, wie beispielsweise ein bildliche Kopie, könnte zwar
bildlich identifiziert werden, aber nicht am aktiven Kommunikationsprozess
teilnehmen.
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3 zeigt
ein Beispiel für
ein einblendbares Muster in Form eines Bildes einer Tastatur 30.
Durch kurzes Fixieren der Ziffern kann ein Pin-Code oder Passwort
eingegeben werden. Zusätzlich
kann durch Einblendung von "Enter" beispielsweise die
Fixation auf die Einblendung von "Alarm" ein solcher ausgelöst werden.
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Erfindungsgemäß gelangen
bevorzugt die nachfolgend angegebenen Alternativen zur Erfassung
und Berücksichtigung
der Augenbewegungen zur Anwendung:
- – Die unwillkürlicen Bewegungen
des Auges werden zur Lebenderkennung erfaßt.
- – Es
werden Muster der willkürlichen
Augenbewegung vorgegeben, wobei insbesondere eine Projektion des
Musters ins Auge oder die Erkennung eines externen Musters erfolgt.
- – Die
Augenbewegung wird zur Eingabe von Informationen genutzt, wobei
korrespondierende Informationen den Originalbildern oder deren Datensätzen zugeordnet
sind.
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- 2
- Optik-Einheit
- 4
- Auge
- 6
- Detektions-Einheit
- 8
- Rechner-Einheit,
CPU/MCU
- 10
- Projektions-Einheit
- 12–18
- Funktionsblock
- 20
- Linie
- 22,
24
- Funktionsblock
- 26
- Linie
- 28
- Funktionsblock
- 30
- Zahlentastatur