DE102010031426A1

DE102010031426A1 - Fingerprint identification device for authenticating a person to e.g. intended entrance, has fingerprint sensor that is attached with covering to recognize fingerprint of user

Info

Publication number: DE102010031426A1
Application number: DE102010031426A
Authority: DE
Inventors: Ingo Reetz
Original assignee: S Siedle and Soehne Telefon und Telegrafenwerke OHG; S Siedle and Sohne
Current assignee: S Siedle and Soehne Telefon und Telegrafenwerke OHG; S Siedle and Sohne
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19

Abstract

The device has fingerprint sensor (2) that includes a sensing element and a support surface on which finger of user is placed. The measurement values are calculated using signal from fingerprint sensor, and are compared with stored reference patterns to recognize the fingerprint of user. A covering is attached to fingerprint sensor. An independent claim is included for fingerprint identification method.

Description

Eine Identifikationsvorrichtung, zum Auflegen eines Fingers, welche den Fingerabdruck erkennt und auswertet. Wobei über dem Fingersensor eine Abdeckung angebracht ist, welche eine Führung des Fingers erzwingt und somit den Fingerabdruck verwischt, um Manipulation auszuschließen.An identification device for placing a finger, which recognizes and evaluates the fingerprint. Whereby a cover is mounted above the finger sensor, which forces a guide of the finger and thus blurs the fingerprint to prevent manipulation.

Stand der TechnikState of the art

Fast alle biometrischen Features sind mit mehr oder weniger großem Aufwand kopierbar. Fingerabdrücke lassen sich als Datensatz, als Papierabdruck, als Wachsabdruck usw. kopieren. Mit kriminaltechnischen Methoden ist es auch möglich, die Latenz-Abdrücke/Kopien, die man auf Biergläsern, Türgriffen usw. unbewusst hinterlässt, sichtbar zu machen und auszuwerten. Das älteste derzeit bekannte High-rech-Kopierverfahren wurde im Jahr 1907 in einem Roman von R. Austin Freeman beschrieben: Man nehme eine Chromatgelatineplatte, belichte diese mit dem als Dia vorhandenen Fingerabdruck und wasche die Oberfläche aus. Dabei werden die nicht durch das Licht ausgehärteten Stellen entfernt, so dass ein Fingerlinienrelief entsteht. Vom Fingerprintsensor und den Auswertealgorithmen hängt es ab, ob die Kopie, zu Fälschungszwecken eingesetzt, als solche erkannt oder für das Original gehalten wird. Letztendlich entscheidet aber die spezielle Anwendung darüber, ob sich das Kopieren überhaupt lohnt und ob es schädlich ist. So hilft es in den meisten Anwendungen wenig, wenn der Fälscher von seinem eigenen Finger eine perfekte Kopie erstellen kann! Von einem optimierten Sicherheitssystem darf man erwarten, dass durch Kopien kein Schaden entstehen kann.Almost all biometric features can be copied with more or less effort. Fingerprints can be copied as a dataset, a paperprint, a waxprint, and so on. With forensic methods it is also possible to visualize and evaluate the latency imprints / copies unconsciously left on beer glasses, door handles, etc. The earliest known high-copy method was described in 1907 in a novel by R. Austin Freeman: Take a chromate gelatin plate, illuminate it with the fingerprint as a slide and wash out the surface. In doing so, the areas not hardened by the light are removed, so that a line of finger lines is created. From the fingerprint sensor and the evaluation algorithms, it depends on whether the copy used for counterfeiting purposes, recognized as such or held for the original. Ultimately, however, the specific application decides whether copying is worthwhile and whether it is harmful. So in most applications it does not help much if the counterfeiter can make a perfect copy of his own finger! From an optimized security system one can expect that no damage can be caused by copies.

Es sind 2 Sensortypen bekannt. Es handelt sich hierbei um Zeilensensoren sowie auch um Flächensensoren.There are 2 Sensor types known. These are line sensors as well as area sensors.

Bei Flächensensoren ist der zu erkennende Finger flach aufzulegen während dieselbe Fingerfläche bei marktgängigen Streifen- oder Zeilensensoren aktiv über die Sensorzeile zu bewegen ist. Diese Sensortypen weisen jeweils Vor und Nachteile auf.In the case of area sensors, the finger to be detected is to be laid flat while the same finger area is actively moved over the sensor line in the case of commercially available strip or line sensors. These sensor types each have advantages and disadvantages.

Da ein Halbleiter-Zeilensensor wesentlich weniger Sensorzellen benötigt als ein Flächensensor, können seine Chipfläche und damit sein Preis entsprechend niedriger ausfallen.Since a semiconductor line sensor requires significantly fewer sensor cells than a surface sensor, its chip area and therefore its price can be correspondingly lower.

Obwohl moderne Zeilensensoren unempfindlich gegen langsame, schnelle oder ungleichmäßige Bewegung des Fingers sind, benötigen sie doch mehr Eingewöhnung als Flächensensoren, bevor die Falschrückweisungsrate gewohnt niedrige Werte erreicht. Zeilensensoren empfehlen sich also für Anwendungen mit regelmäßiger Sensornutzung.Although modern line sensors are insensitive to slow, fast or uneven movement of the finger, they require more familiarization than area sensors before the false rejection rate usually reaches low levels. Line sensors are therefore recommended for applications with regular sensor use.

Die meisten Flächensensoren ermöglichen eine schnellere Authentifizierung als Zeilensensoren, wenn man den Gesamtvorgang betrachtet.Most area sensors allow for faster authentication than line sensors when looking at the overall process.

Zeilensensoren sind prinzipbedingt nicht anfällig gegen Latenzbildangriffe und benötigen deshalb auch keine Softwaregegenmaßnahmen, die in aller Regel die Falschrückweisungsrate erhöhen.Line sensors are inherently not susceptible to latent image attacks and therefore do not require software countermeasures that usually increase the false rejection rate.

Flächensensoren haben allgemein wegen der vielfach niedrigeren Auslesegeschwindigkeit einen niedrigeren Strombedarf als Zeilensensoren.Area sensors generally have a lower power requirement than line sensors because of the much lower read-out speed.

Zusammen mit einer geeigneten mechanischen Fingerführung erfordern Zeilensensoren im Vergleich zu Flächensensoren einen höheren Fälschungsaufwand bei Angriffen mit Fingerprint-Plagiaten.Together with a suitable mechanical finger guide, line sensors require more counterfeiting in attacks with fingerprint plagiarism compared to area sensors.

Zeilensensoren erwarten ein aktives Mitwirken des Benutzers. Dies kann in manchen Anwendungen die Gefahr zufälliger Authentifizierungen (durch eigentlich ungewolltes Berühren des Sensors) verringern.Line sensors expect an active participation of the user. In some applications, this can reduce the risk of accidental authentication (by actually touching the sensor unintentionally).

Zeilensensoren eignen sich wegen des niedrigen Platzbedarfs besonders für Kleinstgeräte.Line sensors are particularly suitable for micro devices due to their low space requirement.

Zeilensensoren sind in höherem Maße selbstreinigend als Flächensensoren.Line sensors are more self-cleaning to a greater extent than area sensors.

Ob die Eigenschaften der beiden Sensortypen vorteilhaft oder nachteilig sind, hängt somit vor allem von den Forderungen ab, die eine spezielle Anwendung stellt und ist deshalb nicht pauschal zu beantworten. In der Regel kann man aber davon ausgehen, dass Zeilensensoren mehr Sicherheit und Flächensensoren mehr Benutzerfreundlichkeit bieten.Whether the properties of the two sensor types are advantageous or disadvantageous thus depends primarily on the demands that a special application makes and therefore can not be answered in a general way. In general, however, one can assume that line sensors offer more safety and area sensors more user-friendliness.

Die Kopierbarkeit ist in vielen Anwendungen kein Problem, weil das Kopieren zu aufwendig oder zu langsam oder die Anwendung vom Berechtigten selber kontrollierbar ist (Fingerprint-Handy, Schusswaffensicherung). In Hochsicherheitsanwendungen sind weitere Kriterien aufzunehmen, die sicherstellen, dass der Berechtigte höchstselbst zum Fingerabdruck gehört. Hierzu gibt es z. B. folgende Möglichkeiten:
Hinzunahme weiterer biometrischer Merkmale (auch Abdrücke weiterer Finger), um den Fälschungsaufwand weiter zu erhöhen
Fälschungserkennung durch Material- und Strukturüberprüfung des Fingergewebes Lebenderkennung zur Abwehr einfacher Kopien
Messung des Blutsauerstoffgehalts durch Messung der Hämoglobinkonzentrationsverhältnisse auf der Basis der unterschiedlichen Absorption von unterschiedlichen Infrarotlicht-Wellenlängen Prüfung der Reaktion des Fingers auf Sensoraktionen
Temperaturmessung
Hautwiderstandsmessung
Pulsmessung
Blutdurchflussmessung
Beschränkung der AuswerteflächeThe copying is not a problem in many applications, because the copying too expensive or too slow or the application itself is controllable by the owner (fingerprint phone, firearms protection). In high-security applications, additional criteria must be included to ensure that the claimant himself belongs to the fingerprint. There are z. For example, you can:
Addition of further biometric features (including imprints of other fingers) to further increase the fake effort
Counterfeit detection through material and structure verification of the finger tissue Live detection to prevent simple copies
Measurement of Blood Oxygen Content by Measurement of Hemoglobin Concentration Ratios Based on Different Absorption of Different Infrared Light Wavelengths Examination of Finger Response to Sensor Actions
temperature measurement
Skin resistance measurement
pulse
Blood flow measurement
Restriction of the evaluation area

Man beschränkt sich auf einen speziellen Ausschnitt des Fingerabdrucks, um sicherzustellen, dass nicht zufällig auf Gegenständen hinterlassene Abdrücke aufbereitet und missbraucht werden können, denn die Wahrscheinlichkeit, dass der kopierte Abdruck mit diesem Ausschnitt übereinstimmt, ist sehr gering. Dieses Verfahren setzt voraus, dass der Finger gut reproduzierbar positioniert werden kann (Fingerführung!) und dass die Zahl der erfolglosen Authentifikationsversuche eingeschränkt wird.It is limited to a special section of the fingerprint to ensure that not accidentally left on footprints can be edited and misused, because the probability that the copied impression agrees with this section is very low. This procedure assumes that the finger can be positioned in a well reproducible manner (finger guidance!) And that the number of unsuccessful authentication attempts is limited.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass der Fingerabdruck auf der Sensorfläche verbleibt und somit nicht sicher ist vor Fälschungen.A disadvantage of the prior art is that the fingerprint remains on the sensor surface and thus is not safe from counterfeiting.

Latenzfingerabdruck-ReaktivierungLatency fingerprint reactivation

In Fingerabdrucksystemen ist, je nach Sensortyp, damit zu rechnen, dass sich auf dem Sensor verbleibende Latenzfingerabdrücke ohne Anwesenheit des Berechtigten z. B. durch Anhauchen reaktivieren lassen und so zu einer falschen Akzeptanz führen. Dieses Problem, das nur bei Flächensensoren auftreten kann, lässt sich aktuell nur durch aufwendige und geeignete Software- und Systemmaßnahmen in den Griff kriegen.In fingerprint systems, it can be expected, depending on the type of sensor, that latency fingerprints remaining on the sensor can be detected without the presence of the authorized user. B. reactivate by breathing and thus lead to a false acceptance. This problem, which can only occur with area sensors, can currently only be overcome by complex and appropriate software and system measures.

Dieses Risiko der Latenzabdrücke, lässt sich per Software verringern, wenn man Fingerprints ablehnt, deren Lage zu sehr mit dem letzten Abdruck übereinstimmt, der zu einer erfolgreichen Authentifikation geführt hat. Dies lässt sich durch Abspeichern der Lagekoordinaten erreichen. Voraussetzung für das Funktionieren dieses Verfahrens ist allerdings, dass der Berechtigte seinen Finger nur dann auf den Sensor auflegt, wenn eine Authentifikation erfolgt! Hinterlässt der Berechtigte seinen Fingerabdruck auf einem inaktiven (und geputzten!) Sensor, hat diese Form der Latenzbildrückweisung keine Chance!This risk of latency imprints can be reduced by software if you refuse fingerprints whose location is too close to the last imprint that led to successful authentication. This can be achieved by storing the position coordinates. A prerequisite for the functioning of this method, however, is that the authorized user hangs up his finger on the sensor only if an authentication takes place! If the claimant leaves his fingerprint on an inactive (and cleaned!) Sensor, this form of latency image rejection has no chance!

Eine weitere Methode zur Verhinderung der Latenzbildreaktivierung besteht darin, den Finger während der Authentifizierung etwas zu verschieben, so dass eine zweimalige Erkennung mit unterschiedlichen Sensorkoordinaten möglich ist.Another method of preventing latency image reactivation is to slightly shift the finger during authentication so that it can be recognized twice with different sensor coordinates.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verwischen des Fingerabdrucks zu erzwingen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.It is an object of the invention to force a blurring of the fingerprint. This object is achieved by the method having the features of claim 1.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Fingerführung auf einem Fingerprint Flächensensor erzeugt wird, welche ein Verwischen des Fingerabdrucks erzwingt. Hierfür muss der Finger unterhalb einer Schikane durchgeführt werden.The object is achieved in that a finger guide is generated on a fingerprint surface sensor, which forces a blurring of the fingerprint. For this, the finger must be carried out below a chicane.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei der vorliegenden Lösung kann der Fingerabdruck nicht mehr auf der Sensorfläche verbleiben. Es wird somit eine erhöhte Sicherheit gegen Fälschungen erreicht.In the present solution, the fingerprint can no longer remain on the sensor surface. It is thus achieved increased security against counterfeiting.

Auch auf eine Software-Lösung zur Minimierung des Fälschungsrisikos kann verzichtet werden. Somit kann der Prozessor in einem solchen Fingerprintsystem kleiner und kostengünstiger ausgewählt werden.Also, a software solution to minimize the risk of counterfeiting can be dispensed with. Thus, the processor can be selected smaller and cheaper in such a fingerprint system.

Auch ein Doppeltes einlesen mit einem zweiten Finger oder einem Verschieben des Fingers kann entfallen. Somit wird die Erkennungszeit reduziert.Even a double reading with a second finger or a shift of the finger can be omitted. Thus, the recognition time is reduced.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.In the following the invention with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings with further details is explained in more detail.

Dabei zeigen:Showing:

1 Zeigt eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in der Draufsicht. 1 Shows a schematic view of a preferred embodiment of the invention in plan view.

2 Zeigt eine schematische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in der Schnittansicht. 2 Shows a schematic view of a preferred embodiment of the invention in the sectional view.

Eine erfindungsgemäße Identifikationsvorrichtung dient dazu, eine Person anhand der genetisch determinierten Charakteristika der Hautoberfläche (Papillarlinien; Daktylogramm; Hautfurchen und Hautrillen), der Epithelstruktur im Inneren der Epidermis der menschlichen Fingerkuppe (innerer Fingerabdruck), der charakteristischen Verteilung der Schweißdrüsen, der örtlichen Wärmeverteilung in der Fingerkuppe oder sonstiger biometrischer Strukturen des menschlichen Fingers (diese werden im Folgenden allgemein als Fingerabdruck bezeichnet) zu identifizieren. Anhand der erfassten Charakteristika wird geprüft, ob die Person für einen bestimmungsgemäßen Zugang, Zutritt oder Benutzung eines Objekts berechtigt ist (dies wird auch als Authentifizierung bezeichnet).An identification device according to the invention serves to inform a person of the genetically determined characteristics of the skin surface (papillary lines, dactylogram, skin furrows and skin grooves), the epithelial structure inside the epidermis of the human fingertip (internal fingerprint), the characteristic distribution of the sweat glands, the local heat distribution in the skin Fingertip or other biometric structures of the human finger (these will be referred to generically as a fingerprint hereinafter). On the basis of the recorded characteristics, it is checked whether the person is authorized for the proper access, access or use of an object (this is also referred to as authentication).

Hierzu weist die Vorrichtung einen Sensor (2) auf, damit eine Authentifizierung der Person erfolgen kann. Die zu authentifizierende Person hat somit den Finger auf den Sensor aufzulegen, so dass der Sensor (2) den Fingerabdruck erfassen kann. Der Sensor kann in dem Erfassungsgerät eingelassen sein, dass eine Fingerführung gegeben ist. Eine Positionierung und Verdrehung des Fingers kann somit verhindert werden. Auch ist es möglich Vorkehrungen zu schaffen, die zu einem Schutz des Sensors beitragen. So kann hierfür auf dem Sensor eine nicht dargestellte Schutzschicht aufgebracht werden. Eine solche Schutzschicht schützt vor Verschleiß des Sensors. Auch eine Ableitung gegen statische Entladung (ESD) der bedienenden Person kann durch nicht dargestellte Kontaktelemente gezielt erfolgen und der Sensor somit vor Beschädigung geschützt werden.For this purpose, the device has a sensor ( 2 ) so that an authentication of the person can take place. The person to be authenticated thus has to place his finger on the sensor, so that the sensor ( 2 ) can capture the fingerprint. The sensor can be embedded in the detection device, that a finger guidance is given. Positioning and twisting of the finger can thus be prevented. It is also possible to create provisions that contribute to the protection of the sensor. Thus, for this purpose, a protective layer, not shown, can be applied to the sensor. Such a protective layer protects against wear of the sensor. Also, a derivative against static discharge (ESD) of the operator can be targeted by contact elements, not shown, and thus the sensor are protected from damage.

Der Sensor wird an eine nicht dargestellte Auswerteelektronik angeschlossen, welche die elektrischen codierten Signale des Sensors mit den abgespeicherten Signalen vergleicht. Im Übereinstimmungsfall wird ein Signal aus dem Sensor zur weiteren Verarbeitung z. B. einen Türöffner gesendet.The sensor is connected to an evaluation, not shown, which compares the electrical coded signals of the sensor with the stored signals. In the correspondence case, a signal from the sensor for further processing z. B. sent a door opener.

Da bei dem Flächensensor (2) die Möglichkeit der Fälschung besteht, ist es wichtig, dass der Fingerabdruck nach der Betätigung wieder unkenntlich gemacht wird. Ein solches Unkenntlichmachen kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzwungen werden.Because with the area sensor ( 2 ) there is a possibility of forgery, it is important that the fingerprint is made unrecognizable after the operation. Such defacing can be enforced by the device according to the invention.

Hierfür wird auf dem Gerät (3) welches den Sensor (2) aufnimmt ein Niederhalter (1) befestigt. Dieser Niederhalter Ist erfindungsgemäß aus elastischem Material, welches elektrisch auch leitfähig sein kann. Dieser Niederhalter dient als Schikane, um den Finger auf die Sensorfläche zu führen. Um unterschiedlich starke Fingerdurchmesser auszugleichen, kann dieser Niederhalter (1.1) auch vom Sensor weggelenkt werden. Für die Führung des Fingers kann es hilfreich sein, seitliche Führungen auszugestalten. Auch ein Anschlag zur Begrenzung der Einschiebehöhe erleichtert dem Bediener das Auffinden des Sensors (2).For this purpose, on the device ( 3 ) which the sensor ( 2 ) receives a hold-down ( 1 ) attached. This hold-down device is according to the invention made of elastic material, which may also be electrically conductive. This hold-down serves as a chicane to guide the finger on the sensor surface. To compensate for different degrees of finger diameter, this hold-down ( 1.1 ) are also deflected away from the sensor. For the guidance of the finger it can be helpful to arrange lateral guides. A stop to limit the insertion height also makes it easier for the operator to find the sensor ( 2 ).

Die Fixierung und Halterung (4) des Niederhalters (1) ist derart mit dem Fingererfassungsgerät (3) verbunden, dass ein Potenzialausgleich stattfinden kann. Hierfür ist der Niederhalter (1) aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material zu erstellen. Oder der Niederhalter wird mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet oder ganz oder teilweise umhüllt.The fixation and mounting ( 4 ) of the hold-down ( 1 ) is so with the finger detection device ( 3 ) that an equipotential bonding can take place. For this purpose, the hold-down ( 1 ) to create from a suitable electrically conductive material. Or the hold-down is coated with an electrically conductive material or completely or partially wrapped.

Eine transparente oder auch teiltransparente Ausführung des Niederhalters (1) erleichtert zudem das Positionieren des Fingers auf dem Sensor (2). Auch eine gezielte Aussparung des Niederhalters (1) begünstigt für den Bediener das Auffinden des Sensorelementes. Die Aussparung hat auch mit dem dahinter liegenden Niederhalter wieder die Aufgabe, dass der Finger nach dem Erkennungsprozess über das Sensorelement (2) gezogen werden muss. Dies führt zwangsläufig zu einem Verwischen des Fingerabdrucks auf dem Sensorelement (2).A transparent or partially transparent version of the hold-down ( 1 ) also facilitates the positioning of the finger on the sensor ( 2 ). Also a targeted recess of the hold-down ( 1 ) favors the operator to find the sensor element. The recess also has the task of having the finger after the recognition process via the sensor element ( 2 ). This inevitably leads to a blurring of the fingerprint on the sensor element ( 2 ).

Ein solches Gerät mit Abdeckung zum Niederhalten und Zwangsführung des Fingers zur biometrischen Erfassung weist eine größere Oberfläche auf, da ein Niederhalter im Gegensatz zu einem Sensorelement bedruckt werden kann. Es ist somit möglich, an dieser Stelle für den Benutzer Informationen anzubringen. Dies könnten Werbebotschaften oder Informationen zur Benutzung sein.Such a device with cover for holding down and forced guidance of the finger for biometric detection has a larger surface, since a hold-down can be printed in contrast to a sensor element. It is thus possible to provide information to the user at this point. These could be advertising messages or information for use.

Claims

Identification device, in particular for access control to an object with a sensor ( 2 ), which has a sensor element and a support surface, on which a user's finger is placed, and is combined with a signal processing, which processes the signals of the sensor element to measured values in order to recognize the respective surface structure of the skin of the applied finger. It is further to provide a comparison device which compares the measured values with the stored reference patterns and generates a control signal at least largely in agreement. characterized in that on the sensor ( 2 ) only one finger can be placed by placing it under a cover ( 1 ) is carried out.

Method according to claim 1, characterized in that the cover ( 1 ) is resilient.

Method according to claim 1 and 2, characterized in that the cover ( 1 ) is electrically conductive.

A method according to claim 1 to 3, characterized in that the cover guides the finger.

A method according to claim 1 to 4, characterized in that the cover is made transparent.

The method of claim 1 to 5, characterized in that the cover forces a blurring of the remaining fingerprint.

A method according to claim 1 to 6, characterized in that on the cover graphic symbols can be arranged.