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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer
Merkmale eines menschlichen Fingers, umfassend ein Gehäuse mit
einer Fingeraufnahme sowie mit einer in dem Gehäuse aufgenommenen und auf die
Fingeraufnahme ausgerichteten Bilderfassungseinrichtung zur Aufzeichnung
von, vorzugsweise herkömmlichen,
Bilddateien, wobei der Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung zugeordnet
ist.
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Eine
entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren ist aus
der
DE 60 2004
004 469 T2 vorbekannt. Diese Schrift betrifft eine Anordnung
und ein Verfahren zur Personenidentifikation, wonach in einer Fingeraufnahme
zur Erstellung einer fotografischen Wiedergabe eines hineingelegten
Fingers eine Bilderfassungseinrichtung aufgenommen ist, wobei die
erstellte fotografische Wiedergabe zur Identifikation mit anderen
Bildern aus einer Datenbank verglichen werden und hierdurch ein
1:N- oder ein 1:1-Vergleich durchgeführt werden kann.
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Ebenfalls
kennt der Stand der Technik eine Vorrichtung gemäß der
US-Patentschrift US 6,041,134 , betreffend
ein an die Form der menschlichen Hand angepasstes Eingabemittel
für Computer. Ein
derartiges Eingabemittel kann einen Fingerabdruckscanner umfassen,
der durch festes Auflegen des Fingers auf eine Scannerfläche und
nachfolgendes Auslösen
des Identifikationsvorgangs durch ein Abscannen der Auflagefläche einen
Fingerabdruck einlesen kann.
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Eine
weitere Möglichkeit
zum Scannen eines Fingerabdrucks lehrt die deutsche Patentschrift
DE 198 60 068 C2 ,
nach deren Lehre ein Finger auf eine Scanneroberfläche aufgelegt
werden soll. Über
seitlich in den Finger eingekoppeltes Licht soll der Fingerabdruck
hinterleuchtet werden und dadurch einen besseren Kontrast des Scans
bewirken.
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Solche
Verfahren und Vorrichtungen werden üblicherweise zur Identifikation
von Personen, etwa beim Durchtreten einer Zollgrenze oder zur Identifikation
bei Ämtern
und Behörden
eingesetzt. Bekannte Verfahren sehen dabei vor, dass die zu identifizierende
Person einen oder mehrere Finger auf ein Feld aufdrückt, welches
von einer Scannereinheit gelesen werden kann. Diese Scannereinheit
erfasst die Oberflächenstruktur
des aufgedrückten
Fingers, wobei diese direkt in einen Algorithmus umgesetzt wird,
mit dem der aufgedrückte
Finger eindeutig beschrieben wird. Aufgrund dieses Algorithmus’ ist es
möglich, eine
Person eindeutig zu identifizieren.
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Entsprechende
Verfahren sind bereits seit Langem bekannt, weil bereits seit Langem
der Fingerabdruck eines Menschen als eindeutig einer Person zuzuordnen
bzw. auch als einzigartig gilt. Ursprünglich wurde bekanntermaßen der
Finger zunächst
mit Tinte oder dergleichen versehen, woraufhin ein Abdruck dieser
Tinte auf ein Papier übertragen
wurde. Dabei wurden lediglich die Bereiche des Fingers auf das Papier übertragen,
welche auf den Rillenhöhen
der Oberflächenstruktur
wiegen. Die Rillentäler
wurden nicht übertragen,
so dass eine Struktur auf dem Papier zu erkennen war. Eine elektronische
Datenerfassung konnte anschließend
lediglich durch Scannen des Fingerabdrucks durchgeführt werden.
Bekannte Verfahren bauen hierauf auf, wobei nicht mehr der Umweg über die
Tinte, sondern direkt hin zu einem Scannen des Fingers als solchem gegangen
wird.
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Es
besteht jedoch beim Aufdrücken
des Fingers auf eine Fläche,
sei es auf ein Papier oder auf eine Oberfläche, von der aus der Finger
gescannt werden kann, das Problem, das durch das Aufdrücken Rillentäler und
Rillenhöhen
auf ähnliche
Höhe gebracht
werden. Dadurch wird ein Unterscheiden zwischen Rillentälern und
-höhen
schwieriger und es kann im Zweifelsfall dazu kommen, dass ein Abdruck eines
Fingers bei der Identifikation nicht richtig erkannt, oder im schlimmsten
Fall sogar falsch zugeordnet wird.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, der Erkennung eines Fingerabdrucks eine möglichst
große
Zahl an individualisierenden Merkmalen zugrunde zu legen und gleichzeitig
eine effektive Form der Datenspeicherung zu ermöglichen.
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Dies
gelingt durch eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale
eines menschlichen Fingers gemäß den Merkmalen
des Hauptanspruchs. Weitere sinnvolle Ausgestaltungen können den
jeweiligen Unteransprüchen
entnommen werden.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Vorrichtung zur Erfassung von biometrischen Merkmalen eines menschlichen
Fingers ein Ge häuse,
in welchem eine Bilderfassungseinrichtung aufgenommen ist. Das Gehäuse weist
ferner eine Fingeraufnahme auf, auf welche die genannte Bilderfassungseinrichtung
ausgerichtet ist. Die Bilderfassungseinrichtung ist dabei zur Aufnahme
eines Bildes des menschlichen Fingers ertüchtigt, welches als herkömmliche
Bilddatei gespeichert und erst im Nachhinein einer weiteren Bearbeitung
bzw. Analyse unterzogen wird. In dieser Art und Weise der Speicherung
liegt der Vorteil, dass auch im Nachhinein noch eine Bilddatei zum
direkten Vergleich mit einem eventuell nicht erkennbaren, im Rahmen
der Verwendung der Vorrichtung aufgenommenen Fingerabdruck vorliegt.
Erst anhand dieser Bilddatei wird ein Algorithmus zur individuellen
Beschreibung des aufgelegten Fingers erstellt.
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Eine
weitere deutliche Verbesserung erfährt die beschriebene Vorrichtung
dadurch, dass die aufgezeichnete Bilddatei neben den Informationen über die
Oberflächenstruktur
des Fingers auch Informationen über
die unterhalb der Oberfläche
verlaufenden Venen des Fingers aufweist. Auch die Venenstruktur im
Finger gilt als individualisierendes Merkmal jedes einzelnen Menschen,
so dass auch anhand der Venenstruktur eine eindeutige Erkennung
möglich
ist. Mit besonderem Vorteil werden die beiden Merkmalssysteme der
Oberflächenstruktur
und der Venenstruktur miteinander kombiniert. Es wird dabei die Wahrscheinlichkeit
einer Fehlzuordnung bzw. einer Nichtidentifizierung der jeweiligen
Person, nachdem zweierlei Merkmalsstrukturen überprüfbar sind, stark vermindert.
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In
vorteilhafter Weiterbildung handelt es sich bei der Fingeraufnahme
um eine Auflageöffnung,
auf welcher der Finger lediglich so aufgelegt wird, dass der Bereich
von Interesse über
der Auflageöffnung liegt,
bzw. hängt,
was den Vorteil hat, dass der Finger in seiner natürlichen
Form zur Analyse herangezogen werden kann. Es erfolgt insbesondere
keine Pressung der Oberfläche,
welche – wie
bereits angedeutet – zu
einer Verschlechterung der Ergebnisse führen würde, weil Rillentäler und
Rillenhöhen
aufeinander zu gedrückt
würden.
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Die
Vorrichtung wird mit Vorteil dadurch erweitert, dass das Gehäuse eine
Fingermulde aufweist, in welche der zu identifizierende Finger eingelegt
wird. Die Fingermulde ermöglicht
insbesondere ein bestimmungsgemäßes Auflegen
des Fingers so, dass der Bereich von Interesse über der Auflageöffnung zu
liegen kommt.
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Mit
Vorteil wird dadurch das Gehäuse
lichtdicht verschlossen, so dass kein Streulicht in das Gehäuse eindringen
kann. In diesem Fall wird die Qualität des aufgezeichneten Bildes
dadurch verbessert, dass eine Beleuchtung mithilfe von Laserdioden stattfindet.
Der Bilderfassungseinrichtung ist dabei wenigstens ein Polarisationsfilter
zugeordnet, welches lediglich das Licht der Laserdiode durch sich hindurch
fallen lässt.
Der Einfall von Streulicht wird auf diese Weise erkannt bzw. sogleich
verhindert.
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Um
eine geeignete Erkennung des Fingers durchführen zu können, ist es unabdingbar, dass
eine Auflage des Fingers in bestimmungsgemäßer Weise erfolgt. Dazu weist
das Gehäuse
wenigstens einen Sensor zur Evaluierung einer bestimmungsgemäßen Auflage
des Fingers auf, mit der Folge, dass ein nicht korrekt aufgelegter
Finger vom System erkannt wird und eine entsprechende Meldung an
den Benutzer ergeht.
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Eine
solche Meldung an den Benutzer erfolgt mit Vorteil mithilfe von
nach außen
hin sichtbaren Signalleuchten, welche farblich für den Benutzer ohne weiteres
erkennbar sind. Es eignet sich insbesondere zur Signalisierung einer
bestimmungsgemäßen Auflage
des Fingers um eine grüne,
für eine
ungeeignete Auflage des Fingers um eine rote Leuchte. Auf diese
Weise können
ebenfalls die Betriebsbereitschaft des Gerätes und gegebenenfalls weitere
erforderliche Signale an den Benutzer weitergegeben werden.
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Um
einen Betrug im Rahmen der Identifizierung einer Person zu erschweren,
weist die Vorrichtung zusätzlich
im Bereich der Fingeraufnahme oder der Fingermulde Einrichtungen
zur Messung des Blutsauerstoffs im Finger auf. Dies kann mithilfe
geeigneter Sensoren erfolgen, welche prüfen, ob in dem aufgelegten.
Finger eine glaubhafte Menge an Blutsauerstoff vorliegt. Dies wäre etwa
nicht der Fall, wenn etwa ein Finger aus Gummi oder auch ein toter Finger
aufgelegt würde.
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Als
Bilderfassungseinrichtung wird mit Vorteil eine hochauflösende Farbfotokamera
vorgesehen, welche in einem geeigneten Abstand unterhalb der Fingeraufnahme
angeordnet ist. Eine solche Kamera ist in konkreter Ausgestaltung
auch in vorhandene Einrichtungen nachrüstbar.
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Baulich
weist die Vorrichtung eine Trennung in mehrere, vorteilhafter Weise
zwei, Baugruppenträger
auf, von denen ein oberer die Sensorik zur Erkennung einer geeigneten
Auflage beziehungsweise zur Sauerstoffmessung trägt, während der zweite, unterhalb
dieses ersten Baugruppenträgers
die Bilderfassungseinrichtung und vorzugsweise auch einen Datenverbinder
trägt,
mit dessen Hilfe eine Datenverbindung zu anderen Geräten des
Systems ermöglicht ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Auswerteinrichtung zur
Erstellung des Algorithmus’ zur
Beschreibung der Merkmale des Fingers außerhalb der Vorrichtung, etwa
in Form eines PC, vorgesehen ist. Als Datenverbinder kann etwa ein
USB- oder ein Ethernet-Anschluss an der Vorrichtung vorgesehen sein.
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Im
Einsatz wird es insbesondere sinnvoll sein, wenn ein 1:1-Vergleich
zwischen dem aufgelegten Finger und einem bereits zuvor angelegten,
gespeicherten Datensatz durchgeführt
wird. Etwa kann dieser gespeicherte Datensatz einem elektronischen Ausweisdokument
entnommen werden, mit welchem der Inhaber dieses Ausweisdokumentes
verglichen wird. Lediglich im Falle, dass der Inhaber des Ausweisdokuments
mit dem hierauf gespeicherten Datensatz übereinstimmt, wäre eine
Identifizierung erfolgreich durchgeführt.
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Noch
wesentlich effektiver wird dieses Verfahren bei einem 1:N-Vergleich,
also einem Heraussuchen des zutreffenden Datensatzes aus einer Datenbank
aufgrund eines Fingerabdrucks. In diesem Fall führt die durch die Überlagerung
der Fingeroberfläche
mit der Venenstruktur vergrößerte Datenmenge
zu einem genaueren Ergebnis mit höherer Wahrscheinlichkeit für eine eindeutige
Zuordnung.
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Mit
besonderen Vorteil kann im Falle, dass der Datensatz noch keine
Merkmale der Venenstruktur aufweist, um diese Merkmale ergänzt werden. Ebenfalls
ist es möglich,
dass im Falle, dass noch keine elektronische Aufzeichnung als Datensatz
vorliegt, eine solche mithilfe der Vorrichtung angelegt wird.
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Die
vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale eines menschlichen
Fingers in einer perspektivischen Darstellung von vorne,
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2 die
Vorrichtung aus 1 in einer Draufsicht,
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3 ein
innerhalb des Gehäuses
angeordneter Baugruppenträger
in einer Draufsicht,
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4 die
in dem Gehäuse
aufgenommenen Baugruppenträger
in einer seitlichen Darstellung,
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5a das
Gehäuse
der Vorrichtung in einer Rückansicht,
und
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5b eine
Variante des Gehäuses
der Vorrichtung in einer Rückansicht.
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1 zeigt
eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale, welche in
einem Gehäuse 1 aufgenommen
ist. Das Gehäuse 1 weist
eine Fingermulde 3 auf, in welche ein zu identifizierender
Finger eingelegt wird. Wird dabei der Finger bestimmungsgemäß in die
Fingermulde 3 eingelegt, insbesondere so, dass der Finger
bis zu einem rückwärtigen Anschlag 4 reicht,
so wird der für
die Identifizierung des Fingers interessierende Bereich über einer
Auflageöffnung 2 zu
liegen kommen. Innerhalb des Gehäuses
ist eine Bilderfassungseinrichtung 8 angeordnet, welche
den Finger in dieser Lage fotografiert und die dadurch entstehende,
herkömmliche
Bilddatei zur weiteren Analyse an eine außerhalb des Gehäuses 1 liegende
Auswerteeinrichtung weiterleitet. Die Auswertung erfolgt lediglich
anhand der Bilddatei, welche sowohl Aufschluss über die Oberflächenstruktur
des Fingers als auch über
die Venenstruktur innerhalb des Fingers gibt, so dass diese beiden
Merkmale in Kombination miteinander verarbeitet werden können. Dies
bringt eine erhöhte
Erkennungssicherheit mit sich, wodurch eine höhere Effizienz bzw. eine geringere
Fehlerwahrscheinlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirkt wird.
Um eine bestimmungsgemäße Auflage
des Fingers zu gewährleisten,
weist das Gehäuse
im Bereich der Fingermulde 3 zusätzlich einen Auflagesensor 7 auf,
welche eine bestimmungsgemäße Auflage
des Fingers überwacht.
Im Fall einer bestimmungsgemäßen Auflage
des Fingers werden Signalleuchten 5, 5' in grüner Farbe
anzeigen, dass der Finger bestimmungsgemäß aufgelegt ist und die Erfassung
durchgeführt
wird. Soweit der Auflagesensor 7 feststellt, dass ein Finger
aufgelegt ist, eine bestimmungsgemäße Auflage allerdings noch
nicht erfolgt ist, werden die entsprechenden Signalleuchten 5, 5' in roter Farbe
leuchten. Zur Verbesserung der Betrugssicherheit weist die Fingermulde 3 zusätzliche
Sensoren auf, mit deren Hilfe der Blutsauerstoff innerhalb des Fingers
gemessen werden kann. Soweit der Blutsauerstoff nicht im Bereich eines
natürlicherweise
zu erwartenden Ergebnisses liegt, wird durch die Signalleuchten 5, 5' angezeigt, dass
eine Messung nicht möglich
ist.
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2 zeigt
das Gehäuse 1 in
einer vereinfachten Draufsicht, wobei insbesondere die Auflageöffnung 2 deutlich
zu erkennen ist. Am Boden der Auflageöffnung 2 ist eine
Bilderfassungseinrichtung 8 angeordnet, mithilfe derer
eine Aufnahme des aufgelegten Fingers durchführbar ist.
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3 zeigt
einen der innerhalb des Gehäuses
aufgenommenen Baugruppenträger 12,
auf welchem die Sensoren 6, 7 und die Signalleuchten 9, 9', 10, 10' angeordnet
sind. Im Bereich der Bilderfassungseinrichtung 8 weist
dieser obere Baugruppenträger 12 einer Öffnung 14 auf,
durch welche hindurch die unterhalb des oberen Baugruppenträgers 12 angeordnete
Bilderfassungseinrichtung 8 „hindurchsehen” kann.
Direkt auf dem oberen Baugruppenträger 12 angeordnet
sind der Auflagesensor 7 sowie Signal-LEDs 9, 9' und mehrfarbige
Signalleuchten 10, 10'. Die beiden Baugruppenträger 12, 13 sind
mithilfe von Distanzschrauben 11 miteinander verbunden.
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4 zeigt
die beiden Baugruppenträger 12, 13 innerhalb
des Gehäuses 1,
welche mit den Distanzschrauben 11 zueinander in fester
Position gehalten werden. Auf dem unteren Baugruppenträger 13 ist
die Bilderfassungseinrichtung 8 angeordnet, in der Art,
dass sie durch die Öffnung 14 im
oberen Baugruppenträger 12 hindurch
einen auf die Auflageöffnung 2 des
Gehäuses 1 aufgelegten
Finger erfassen kann. Ebenfalls auf dem unteren Baugruppenträger 13 ist
ein Datenverbinder 15 angeordnet, über welchen eine Verbindung
mit einem PC ermöglicht
ist. Die von der Bilderfassungseinrichtung 8 aufgenommenen
Bilddaten werden über
den Datenverbinder 15 hin zu dem PC übermittelt, so dass dort die
Erstellung eines den aufgelegten Finger individuell beschreibenden
Algorithmus’ erfolgen
kann.
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5a zeigt
das Gehäuse 1 in
einer rückwärtigen Ansicht.
An dieser Seite weist das Gehäuse 1 im
Wesentlichen lediglich den nach außen zugänglichen Datenverbinder 15 auf,
wobei es sich vorliegend um einen Ethernet-Anschluss handelt. Ebenfalls
vorgesehen ist in diesem Fall ein Spannungsversorgungsanschluss 16, über welchen
das vorliegende Gerät
mit Spannung versorgt werden kann.
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5b zeigt
eine alternative Ausführung
des Gehäuses 1,
bei dem der Datenverbinder 15 als USB-Anschluss ausgeführt ist.
Dies hat den Vorteil, dass eine Strom- bzw. Spannungsversorgung
nicht extra vorgesehen werden muss; vielmehr kann eine Spannungsversorgung
direkt über
den USB-Anschluss erfolgen.
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Vorliegend
ist somit eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Erfassung biometrischer
Merkmale eines menschlichen Fingers vorgeschlagen, welches bekannte
Vorrichtungen und Verfahren dahingehend verbessert, dass eine Analyse
des Fingerabdrucks anhand einer aufgezeichneten, echten Bilddatei
erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass neben den üblichen Strukturmerkmalen der
Oberfläche
des Fingers auch die Venenstruktur im Finger berücksichtigt werden kann. Zudem
ist eine Verbesserung dadurch gegeben, dass eine Erfassung der Oberfläche des
Fingers in ihrem natürlichen
Zustand, also ohne Stauchen und Pressen der Fingeroberfläche, erfolgen
kann.
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Auflageöffnung
- 3
- Fingermulde
- 4
- rückwärtiger Anschlag
- 5,
5'
- Signalleuchten
- 6
- Infrarotsensoren
- 7
- Auflagesensor
- 8
- Bilderfassungseinrichtung
- 9,
9'
- Signal-LEDs
- 10,
10'
- Mehrfarbige
Signalleuchtmittel
- 11
- Distanzschrauben
- 12
- oberer
Baugruppenträger
- 13
- unterer
Baugruppenträger
- 14
- Öffnung
- 15
- Datenverbinder
- 16
- Spannungsversorgungsanschluss