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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer
Merkmale des Endglieds eines menschlichen Fingers, mit einem Bildaufnehmer
zur Herstellung einer Bildwiedergabe des Endglieds sowie Mitteln
zur Lagerung des Endglieds in einem Abstand von dem Bildaufnehmer
derart, dass das Endglied in seinem von dem Bildaufnehmer erfassbaren
Bereich zumindest weitgehend berührungslos gelagert ist.
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Eine
derartige Vorrichtung ist bereits aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 198 18 229 A1 bekannt.
Dort ist erläutert, dass ein System zur berührungslosen
Hand- und Fingerlinien-Erkennung dadurch arbeite, dass der Finger
in einem vordefinierten Abstand oberhalb einer Erfassungseinrichtung
oder einer geeigneten Lichtumlenkung gelagert werde, wobei der Finger
mit einem nicht von der Erfassungseinrichtung überblickten
Bereich aufgelegt wird und hierdurch eine Festlegung erfährt.
Konkret wird der Finger über eine Stütze so gelegt,
dass das Mittelglied des Fingers aufgelegt wird. Das Endglied des Fingers
bleibt hierbei frei.
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Eine
derartige Anordnung ist deshalb vorteilhaft, weil hierdurch eine
Erfassung des Fingerabdrucks ohne eine Verzerrung des erfassten
Abdruckbilds erfolgen kann. Dadurch, dass abweichend von bisher
bekannten Methoden, bei denen ein Fingerabdruck auf eine Abdruckscheibe
aufgedrückt worden ist, hier eine berührungsfreie
Lagerung realisiert ist, wird eine Erfassung der Minutien, also
der einzigartigen Verzweigungsmerkmale eines jeden Fingerabdrucks,
deutlich verbessert.
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Ganz
allgemein kann davon ausgegangen werden, dass eine Erfassung eines
Fingerabdrucks immer dann besonders qualitativ hochwertig ist, wenn
ein genügender Kontrast zwischen den Papillarleisten und
den Rillentälern dazwischen gegeben ist, so dass die Minutien
ohne weiteres erkennbar sind. Zudem sollte eine Erfassung möglichst
große Bereiche des der Erfassung zugrunde gelegten Fingers
abdecken, also nicht nur einen kleinen Aufdruckbereich, sondern
möglichst weite Bereiche bis hin zu den Fingerseiten umfassen,
um die Anzahl erfassbarer Minutien zu erhöhen und dadurch
die Erkennungssicherheit zu verbessern.
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Hierzu
leistet die genannte Erfindung bereits einen großen Anteil,
wobei die Praktikabilität einer derartigen Handstütze
in Bezug auf den alltäglichen Gebrauch eines derartigen
Erfassungsgerätes eher gering sein dürfte.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 034 377 A1 ist hingegen eine Vorrichtung
zur Erfassung biometrischer Merkmale eines menschlichen Fingers bekannt,
welche ein Gehäuse mit einer Aufnahmeöffnung derart
besitzt, dass der Finger mit seinem Endglied oberhalb der Auflageöffnung
angeordnet wird, wobei die Form des Gehäuses eine derartige
Auflage in einer geeigneten Position befördert.
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Im
Rahmen der Erfassung eines Fingerabdrucks wird also von einem Bildaufnehmer,
also beispielsweise einer Fotokamera, ein Bild des Fingerabdrucks
aufgenommen und dieses dann in Bezug auf die biometrischen Merkmale
ausgewertet. Insbesondere im Rahmen des Betriebs mit einem Gehäuse, welcher
für die Praxis überaus sinnvoll ist, um eine Verschmutzung
und Beschädigung der Komponenten zu vermeiden, wird es
erforderlich sein, eine Beleuchtung vorzusehen, die den von der
Kamera zu erfassenden Bereich erhellt. Bekannte Vorrichtungen sehen
in diesem Zusammenhang vor, dass im Bereich des Bildaufnehmers,
also beispielsweise der Kamera, auch Beleuchtungselemente vorgesehen sind,
die parallel zur Blickrichtung der Kamera den zu erfassenden Bereich
ausleuchten. Dies führt jedoch zu als nicht adäquat
angesehenen Auswerteergebnissen.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale
des Endglieds eines menschlichen Fingers zu schaffen, welche auch
bei ungünstigen Lichtverhältnissen für
einen genügenden Kontrast sorgt.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer
Merkmale gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Weitere sinnvolle Ausgestaltungen einer derartigen Vorrichtung können
den Unteransprüchen entnommen werden.
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Erfindungsgemäß umfasst
eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer Merkmale des Endglieds
eines menschlichen Fin gers einen Bildaufnehmer im allgemeinen zur
Herstellung einer Bildaufnahme des Endglieds. Ferner ist es erforderlich,
dass das Endglied des menschlichen Fingers derart im Erfassungsbereich
des Bildaufnehmers liegt, dass das Endglied zumindest weitgehend
berührungslos gelagert ist. Hierzu gehört auch
eine mögliche Umleitung des Lichtgangs sowohl des Bildaufnehmers
als auch der Beleuchtungsmittel. Lediglich auf diese Art und Weise
ist sichergestellt, dass möglichst viele Minutien zur Erfassung
zur Verfügung stehen, nachdem auch derartige Merkmale erfasst
werden können, die relativ weit oben seitlich an dem Finger
vorhanden sind. Aufgrund einer derartigen Erfassung auch bis zu
den Fingerseiten hinauf kann eine große Anzahl von Minutien
erfasst werden, was eine sehr große Erfassungsgenauigkeit
bei der Auswertung des Fingerabdrucks ermöglicht.
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Im
Rahmen einer derartigen Erfassung ist vorgesehen, dass Beleuchtungselemente
vorhanden sind, welche den zu erfassenden Fingerabdruck beleuchten.
Die vorhandenen Leuchtmittel sind hierbei in eine Frontalbeleuchtung
und eine Seitenbeleuchtung zu unterteilen, wobei die Frontalbeleuchtung
ihr Licht direkt in Blickrichtung des Bildaufnehmers emittiert und
somit den von dem Bildaufnehmer erfassten Bereich anleuchtet, so
dass das von der Frontalbeleuchtung emittierte Licht auf das zu
erfassende Endglied des menschlichen Fingers geworfen und von dort
zurück auf den Bildaufnehmer reflektiert wird. Die Seitenbeleuchtung
hingegen emittiert ihr Licht aus einem Winkel gegenüber
der Blickrichtung des Bildaufnehmers, so dass aufgrund des Lichteinfalls von
seitlich die Papillarleisten des Fingerabdrucks Schatten werfen.
Aufgrund dieser Abschattung ergibt sich ein verbesserter Kontrast,
nachdem die gegenüber den Papillarleisten nach hinten versetzten
Rillentäler hierdurch gegenüber den direkt auch
von seitlich angestrahlten Papillarleisten wesentlich dunkler erscheinen.
Aufgrund dieser verbesserten Kontrastverhältnisse kann
ein deutliches Mehr an Minutien erfasst werden und damit die Erfassungsgenauigkeit deutlich
verbessert werden.
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Um
eine im Wesentlichen parallel zu der Blickrichtung des Bildaufnehmers
zeigende Frontalbeleuchtung zu erhalten, ist es sinnvoll, wenn die
Mittel zur Frontalbeleuchtung im Bereich des Bildaufnehmers selbst,
dabei insbesondere um den Bildaufnehmer herum, angeordnet sind.
Durch eine Anordnung der Mittel zur Frontalbeleuchtung direkt um
den Bildaufnehmer herum, muss nicht auf eine genaue Ausrichtung
der Lichtquellen geachtet werden, vielmehr kann durch den so eingehaltenen
Abstand zum Objekt ein besonders diffuses Licht erhalten werden, welche
eine gleichmäßige Ausleuchtung des Fingers ermöglicht.
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Insoweit
ist es baulich besonders sinnvoll, dass die Mittel zur Frontbeleuchtung
gemeinsam mit dem Bildaufnehmer auf einer Platine angeordnet sind.
Ebenfalls ist es ohne weiteres möglich, die Seitenbeleuchtung
auf dieser selben Platine anzuordnen, so dass im Wesentlichen für
die genannte Ausführung lediglich eine Grundplatine aufgebaut
werden muss und auch lediglich diese eine Platine im Gehäuse
unterzubringen ist. Das Licht der Mittel zur Seitenbeleuchtung wird
in diesem Fall über wenigstens ein Prisma derart geführt,
dass es zunächst von der Platine weg, also aus dem Bereich
der Frontalbeleuchtung herausgeführt wird und durch das
Prisma zu den Seiten des positionierten Finger-Endgliedes geleitet
wird. In diesem Bereich sind dem Prisma geeignete Abstrahlflächen
zugeordnet, welche gegenüber der Platinenfläche
zur Erzeugung eines geeigneten Winkels abge schrägt sein
können und hierbei, vorzugsweise durch anschleifen der
fraglichen Prismen, mattiert sind. Durch diese Mattierung wird auch seitens
der Seitenbeleuchtung ein diffuses Licht erzeugt, um eine möglichst
gleichmäßige Ausleuchtung zu erhalten und besser
oder schlechter ausgeleuchtete Stellen zu vermeiden. Insoweit ist
es auch sinnvoll, wenn die Seitenbeleuchtung von mehreren Seiten
her erfolgt. Insbesondere ist es eine vorzugsweise Ausgestaltung,
wenn die Seitenbeleuchtung über drei Prismen rahmenförmig
von drei Seiten her erfolgt. Hierbei kann die Seite ausgespart bleiben,
in deren Richtung sich das Mittelglied des Fingers anschließt,
da von dieser Seite her keine zusätzlichen Minutien zu
erwarten sind.
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In
sinnvoller Ausgestaltung handelt es sich bei den verwendeten Mitteln
zur Frontalbeleuchtung und/oder den Mitteln zur Seitenbeleuchtung
um LEDs, welche vorzugsweise in SMD-Bauweise auf der Platine montiert
sind. Durch ihre flache Bauweise ermöglichen die SMD-Bauelemente
eine gerichtete und gleichzeitig diffuse Ausleuchtung, gleichzeitig wird
eine Einkopplung des Lichts in die im Bereich der Seitenbeleuchtung
verwendeten Prismen vereinfacht.
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In
besonders vorteilhafter Ausgestaltung emittieren die Mittel zur
Frontalbeleuchtung grünes Licht und die Mittel zur Seitenbeleuchtung
weißes Licht. Hierzu ist zu bemerken, dass insbesondere
das grüne Licht besonders kontrastreich ist, so dass durch
die Verwendung des grünen Lichts die Kontrastfähigkeit
der Aufnahme durchaus noch weiter verbessert wird. Das seitliche,
weiße Licht hingegen stört aufgrund seiner gleichmäßigen,
spektralen Verteilung das grüne Licht als solches nicht
und ist zur Herstellung der erforderlichen Schattenwürfe
besonders geeignet.
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Der
Bildaufnehmer zur Aufzeichnung der Bildwiedergabe des aufgelegten
Fingergliedes ist mit Vorteil eine Kamera, insbesondere eine Farbkamera, so
dass eine Aufzeichnung einer herkömmlichen Bilddatei möglich
ist. Diese kann im weiteren Verlauf der Verarbeitung ohne weiteres,
beispielsweise durch ein elektronisches Datenverarbeitungsgerät, ausgewertet
werden und bedarfsweise dort gespeichert werden.
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Für
eine derartige Kamera ist es sinnvoll, wenn der zu erfassende Fingerabdruck
in einem definierten Abstand von der Kamera aufgelagert ist, wobei
ein fokussierbarer Bereich von 5–7 mm zur Verfügung
steht, in dem Abweichungen möglich sind. Hierdurch bietet
sich ein die Anordnung umgebendes Gehäuse an, welches eine
Auflageöffnung derart aufweist, dass das Endglied des aufgelegten
Fingers oberhalb dieser Auflageöffnung zumindest weitgehend
berührungslos gelagert ist.
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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 in einer Draufsicht
von oben,
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2:
die Vorrichtung gemäß 1 in einer seitlichen
Draufsicht, wobei die Vorrichtung in einem Gehäuse aufgenommen
ist,
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3:
ein Detail der 2.
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1 zeigt
eine Erfassungsvorrichtung 1, welche im Wesentlichen auf
einer zentralen Platine 2 aufgebaut ist. Dieser ist eine
Kamera 3 zugeordnet, welche auf einen oberhalb der Kamera 3 angeordneten
und berührungslos gelagerten Finger, insbesondere dessen
Endglied 11, ausgerichtet ist. Die Kamera 3 ist
umgeben von einer Frontalbeleuchtung 4, welche aus einer
Reihe von grünfarbigen LEDs in SMD-Bauweise umgeben ist,
welche parallel zur Blickrichtung der Kamera 3 ausgerichtet
sind. Aufgrund dieser Anordnung, bei der die Beleuchtung im Prinzip
noch weiter von dem zu erfassenden Fingerabdruck entfernt sind,
als die Kamera 3 selbst, wird ein sehr gleichmäßiges,
diffuses Licht begünstigt, wobei das verwendete grüne
Licht eine besonders kontrastreiche Aufnahme durch die Kamera 3 ermöglicht.
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Zur
weiteren Erhöhung des Kontrastes der Aufnahme sind der
Platine 2 im Bereich um die Frontalbeleuchtung 4 herum
Seitenbeleuchtungen 5 angeordnet, welche ebenfalls als
LEDs in SMD-Bauweise ausgeführt sind. Hierbei handelt es
sich um weiße LEDs, welche mithilfe von Prismen 6 eine
seitliche Beleuchtung unter einem Winkel zur Blickrichtung der Kamera 3 ermöglichen.
Aufgrund einer derartigen seitlichen Beleuchtung wird der Kontrast
der aufgenommenen Bildwiedergabe dadurch verbessert, dass das Licht
der Seitenbeleuchtung auf dem zu erfassenden Fingerabdruck an den
Papillarleisten des Fingers Schatten wirft. Aufgrund dieser Abschattungen
entsteht ein größerer Kontrast zwischen den Papillarleisten
und den dahinter liegenden, abgeschatteten Rillentälern,
welcher dafür sorgt, dass die Minutien des abzubildenden
Fingerabdrucks deutlicher hervortreten, insbesondere auch die Minutien
in den Randbereichen des Fingerabdrucks, welche ansonsten kaum zu
erfassen wären.
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2 zeigt
die gleiche Anordnung, welche in einem Gehäuse 9 angeordnet
ist, wobei in dem Gehäuse oberhalb der Kamera 3 eine
Auflageöffnung 10 vorgesehen ist. Auf diese Auflageöffnung
wird, zumindest weitgehend berührungsfrei, der erfassbare Bereich
des Fingerabdrucks eines Endglieds 11 eines menschlichen
Fingers aufgelegt, so dass eine möglichst weiträumige
Aufnahme durch die Kamera 3 erfolgen kann. Gleichzeitig
ist durch eine derartige Auflageöffnung 10 gewährleistet,
dass die Papillarleisten des Endglieds 11 nicht wie bei
bekannten Anordnungen auf einer Scannerscheibe flachgedrückt werden,
sondern in ihrer vollen Höhe zur Verfügung stehen.
Dies macht sich die Seitenbeleuchtung 5 zu nutze, welche
ihr Licht an einer Einkopplungsseite 8 eines Prismas 6 in
dieses einkoppelt und über eine mattierte Abschrägung 7 wieder
derart abgibt, dass das Endglied 11 des aufgelegten Fingers
gleichmäßig mit weißem Licht, jedoch
von der Seite unter Bildung von Schatten an den Papillarleisten
beleuchtet wird.
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Dies
wird nochmals in 3 näher erläutert, wobei
hier überhöht gezeichnete Papillarleisten 12 auf
dem Endglied 11 eines aufgelegten Fingers dargestellt sind. Über
die Abschrägung 7 des Prismas 6 trifft
ein diffuser Lichtstrahl, dessen Lichtgang 14 ebenfalls
in 3 dargestellt ist, auf die Papillarleisten 12 und
sorgt im Bereich hinter den entsprechenden Papillarleisten 12 für
einen Schattenwurf 13. Hierdurch unterscheiden sich die
Papillarleisten 12 selbst, welche von dem Licht angestrahlt
werden, von dem Schattenbereich dahinter, was dafür sorgt,
dass die Kamera 3 die Papillarleisten von den Rillentälern, welche
in der angegebenen Art und Weise abgeschattet werden, besser unterscheiden
kann. Das schattenwerfende Licht ist hierbei hell, insbesondere weiß,
während das parallel zur Blickrichtung der Kamera 3 ausgesandte
Licht der Frontalbeleuchtung 4 grün und somit
für eine kontrastreiche Aufnahme besonders geeignet ist.
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Vorstehend
beschrieben ist somit eine Vorrichtung zur Erfassung biometrischer
Merkmale des Endglieds eines menschlichen Fingers, welche aufgrund
einer zusätzlichen seitlichen Beleuchtung des aufgelegten
Fingers für eine besonders kontrastreiche Aufnahme des
Fingers während der Fingerabdruckerfassung sorgt. Durch
diesen größeren Kontrast können mehr
Minutien des Fingerabdrucks erfasst und damit eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit
des Fingerabdrucks gewährleistet werden.
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- 1
- Erfassungsvorrichtung
- 2
- Platine
- 3
- Kamera
- 4
- Frontalbeleuchtung
- 5
- Seitenbeleuchtung
- 6
- Prisma
- 7
- Abschrägung
- 8
- Einkopplungsseite
- 9
- Gehäuse
- 10
- Auflageöffnung
- 11
- Endglied
- 12
- Papillarleiste
- 13
- Schattenwurf
- 14
- Lichtgang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19818229
A1 [0002]
- - DE 102007034377 A1 [0006]