DE102016011992A1

DE102016011992A1 - Verfahren zur Lebenderkennung mittels Nachweis von planmäßig erzeugten Reflexionen im Auge einer Person für Vorrichtungen zur Erfassung personenspezifischer Daten

Info

Publication number: DE102016011992A1
Application number: DE102016011992.6A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Lueth & Duemchen Automatisierungsprojekt GmbH
Current assignee: Lueth & Duemchen Automatisierungsprojekt GmbH
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-04-05

Abstract

Für Vorrichtungen zur Erfassung personenspezifischer Daten wird vorgeschlagen, dass die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” um mindestens ein Leuchtelement (13) erweitert wird, das nicht durch einen Polarisationsfilter abgedeckt ist, das in der Nähe der Kamera (6) angeordnet ist und parallel zur optischen Achse (12) der Kamera (6) vorzugsweise farbiges Licht (20) oder auch weißes Licht, infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht abstrahlen kann, so dass während einer Bildaufnahme in den Pupillen (23) der Person (1) eine Reflexion (21) erzeugt wird, die im aufgenommenen Gesichtsbild (11) in den Pupillen (23) jeweils ein Abbild (22) des Leuchtelementes (13) zur Folge hat, das mit Mitteln der Bildverarbeitung nachweisbar ist. Während des gesamten Vorgangs der Erfassung der Personendaten wird zu unterschiedlichen Anlässen das Leuchtelement (13) eingeschaltet und ein Gesichtsbild (11) aufgenommen und auch abgeschaltet und ebenfalls ein Gesichtsbild (11) aufgenommen. Wenn bei eingeschaltetem Leuchtelement (13) die Reflexion (21) in den Pupillen (23) nachgewiesen werden kann und bei ausgeschaltetem Leuchtelement (13) nicht nachgewiesen werden kann, dann gilt die Lebenderkennung als bestanden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lebenderkennung bei der Aufnahme von Gesichtsbildern (11) mit einer Kamera (6), das auf Vorrichtungen zur Erfassung personenspezifischer Daten Anwendung findet.
Bekannter Stand der Technik
Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten”, die in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschrieben ist. Die dort beschriebene Vorrichtung dient der automatischen Erfassung personenspezifischer Daten, insbesondere auch des Gesichtsbildes (11) der Person (1). Sie enthält eine Kamera (6), eine Beleuchtungseinrichtung (8), einen vor der Kamera (6) angeordneten semitransparenten Spiegel (7) und eine Steuerungseinheit (2) zur Durchführung der Bilderfassung. Die Beleuchtungseinrichtung (8) und das Kameraobjektiv sind durch Polarisationsfilter abgedeckt, die zueinander um 90 Grad verdreht sind. Dadurch wird verhindert, dass das von der Beleuchtungseinrichtung (8) abgestrahlte Licht unerwünschte Reflexionen (21) in Brillengläsern oder in den Augen der Person (1) hervorruft.
Die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” kann weiterhin eine Antriebseinheit enthalten, mit der die Kamera (6) in vertikaler Richtung positioniert werden kann. Mit der Antriebseinheit wird die Kamera (6) so positioniert, dass sie sich in einer optimalen Höhe für eine Aufnahme des Gesichtsbildes (11) befindet.
Wesentliche Aussagen zum Stand der Technik der Lebenderkennung bei Aufnahmen von Gesichtsbildern (11) mit Kameras (6) kann dem Schreiben "Überwindungsszenarien für biometrische Systeme" von Stefan Hein und Markus Mahrla, vom 18.Oktober 2004, entnommen werden. Es seien hier einige Textstellen zitiert.
”Unter Lebenderkennung wird die Überprüfung verstanden, ob die jeweiligen biometrischen Merkmale von einem lebenden Organismus und nicht von einer künstlichen Fälschung erzeugt wurden.”
”Beispielsweise macht die zunehmende Verbreitung von teilweise auch immer kleiner werdenden Digitalkameras (Bsp. Handykamera) es heutzutage zum Kinderspiel, mehrere Fotos von einer Person (1) unbemerkt aufzunehmen und für die Zwecke einer Verifikation mittels Gesichtserkennung zu missbrauchen.”
”Aktuelle Verfahren zur Lebenderkennung machen sich gewisse Eigenschaften der Haut, sowie Bewegungen beispielsweise in Gesicht und Augen zu nutze. Zu den typischen Hauteigenschaften gehören Farbe, elektrische Leitfähigkeit, Reflexionsverhalten und Wärmeabstrahlung. Die Überprüfung auf elektrische Leitfähigkeit lässt sich gut in Fingerabdrucksensoren oder Handgeometriescannern integrieren; Hautreflexion und Farbe sind auch ohne weiteres bei Gesichtserkennungssystemen realisierbar. Die Temperaturunterschiede der Haut können mit Hilfe einfacher Infrarotabtastung analysiert werden. Die Tatsache, dass wir unser biometrisches Merkmal nie in vollständige Ruhe versetzen können, macht es der Lebenderkennung möglich, kleinste Bewegungen zu registrieren, die auf einen lebenden Organismus schließen lassen. So können Bewegungen von Lippen, Augenlidern und Kopf hilfreich beim Unterscheiden von lebenden Personen (1) und Gesichtsattrappen sein. Bei der Iriserkennung ist bekannt, dass sich durch Helligkeitseinfluss die Pupille (23) erweitert. Dieser Effekt und andere Eigenschaften wie die Wölbung der Augen sind hilfreiche Indizien, um künstliche Augen von echten zu differenzieren.”
Zur Bewertung der Wirksamkeit einer Lebenderkennung können der Internetseite "http://www.secupedia.info/wiki/Lebenderkennung" vom 28.07.2016, die folgenden Aussagen entnommen werden: ”Für die Bewertung der Systemüberwindungssicherheit bei den unterschiedlichen Verfahren zur Fälschungsabwehr ist nicht allein die technische Möglichkeit zur Überwindung des jeweiligen biometrischen Verfahrens zu berücksichtigen, sondern auch der dafür technisch und zeitlich erforderliche Aufwand, der eine Aussage über die Wahrscheinlichkeit einer Überwindung ermöglicht. Zudem ist immer eine Sicherheitsanalyse des jeweiligen Gesamtsystems erforderlich. Grundsätzlich wird durch Lebenderkennung die Überwindungssicherheit eines biometrischen Zugangssystems erhöht.”
WO 2007/017207 A1 schlägt vor, ein Bild auf die Retina zu projizieren, dabei ein Bild von der Retina zu erfassen und das erfasste Bild mit dem projizierten Bild zu vergleichen. Weiterhin sollen Bewegungen und/oder Fixationen des Auges erfasst und berücksichtigt werden.
Es können Änderungen der Blickrichtung (25) als zu bewertendes Merkmal für eine Lebenderkennung benutzt werden. Zur Bestimmung der Blickrichtung (25) sind mehrere Verfahren bekannt, wobei das Bright Pupil Verfahren, das Dark Pupil Verfahren und die Cornea Reflex Methode besonders häufig genannt werden. Bei diesen Verfahren wird das Auge mit infrarotem Licht bestrahlt und die Pupille (23) sowie Reflexionen (21) in der Iris erfasst und ausgewertet. Ein weiteres Verfahren ist das Purkinje-Bild-Verfahren. Wenn Licht in ein Auge trifft, kommt es zu Reflexionen (21) an unterschiedlichen Flächen des Auges. Das erste Purkinje-Bild entsteht durch eine Reflexion (21) an der Corneaoberfläche, das vierte Purkinje-Bild entsteht an der Rückseite der Augenlinse. Beim Purkinje-Bild-Verfahren wird der Effekt ausgenutzt, dass bei einer Änderung des Einfallswinkels von Licht eine Verschiebung des ersten und vierten Purkinje-Bildes zueinander erfolgt, die gemessen werden kann. Dabei ist das Maß der Verschiebung des ersten und vierten Purkinje-Bildes etwa proportional zur Änderung des Einfallswinkels des einfallenden Lichts.
Die Fälschungssicherheit lässt sich durch die Kombination mehrerer Methoden zur Lebenderkennung erhöhen.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem
Die Aufnahme von Personendaten, inklusive Gesichtsbilder (11), wird heute oft automatisiert vorgenommen. Das gilt insbesondere auch für die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten”, die in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschrieben ist. Da durch den Einsatz dieser Vorrichtung keine Person (1) mehr für die Bedienung der Vorrichtung zur Bildaufnahme notwendig ist, wird dieser Vorgang auch durch niemanden überwacht. Es können also auch Betrugsversuche durchgeführt werden, ohne dass das von einer beaufsichtigenden Person (1) bemerkt wird. Solche Betrugsversuche sind beispielsweise das Vorhalten einer flachen Abbildung, wie einer auf Papier ausgedruckten Fotografie einer Person (1) oder eines Flachbildschirms, auf dem ein Video von einer Person (1) abgespielt wird, vor die Kamera (6). Das Vorhalten einer maskenbildnerischen plastischen Nachbildung des Kopfes einer Person (1) vor die Kamera (6) kommt ebenfalls als Betrugsversuch in Frage.
Die Erfindung
Es wird vorgeschlagen, Betrugsversuche mit ausgedruckten Bildern oder abgespielten Videos und auch plastischen Nachbildungen von Gesichtern dadurch zu verhindern oder wenigstens zu erschweren, dass die aufzunehmenden Daten nur dann als gültig akzeptiert werden, wenn die Augen in den aufzunehmenden Gesichtsbildern (11) Reflexionen (21) enthalten, die durch erfindungsgemäß angeordnete Leuchtelemente (13) der Vorrichtung planmäßig erzeugt werden.
Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Erfassung personenspezifischer Daten, wie sie beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschrieben ist. Mit dieser ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” kann eine Person (1) selbständig eigene Personendaten eingeben, die dann für die Erstellung von Ausweisdokumenten verwendet werden. Die Erfassung der Personendaten beinhaltet auch Gesichtsbilder (11).
Dem Absatz [0060] der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 kann entnommen werden, dass die dort beschriebene ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” für die Steuerung der Vorrichtung (9) über eine Datenleitung (10) mit einer Steuerungseinheit (2) verbunden ist. Weiterhin ist dort beschrieben, dass die Steuerungseinheit (2) einen Speicher (3) und einen Prozessor (4) aufweist, dass der Speicher (3) Instruktionen zur Steuerung der einzelnen Komponenten der Vorrichtung (9) enthalten kann und dass die Anbindung der Steuerungseinheit (2) an die Datenleitung (10) über eine Schnittstelle (5) erfolgt. Im Absatz [0061] wird beschrieben, dass im Speicher (3) ein Programm enthalten ist.
Die vorliegende Erfindung ist prinzipiell für solche Vorrichtungen bestimmt, wie die in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschriebene ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten”. Sie nutzt deshalb auch deren Komponenten. In 1 ist ein Überblick über die gesamte Erfindung dargestellt, die in eine ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” integriert ist.
Die in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschriebene ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” enthält auch eine Beleuchtungseinrichtung (8). Da aber diese Beleuchtungseinrichtung (8) und die Kamera (6) mit jeweils um 90 Grad zueinander verdrehten Polarisationsfiltern ausgestattet sind, erzeugt sie im Auge der Person (1) keine Reflexion (21) und kann deshalb nicht erfindungsgemäß für die planmäßige Erzeugung von Reflexionen (21) im Auge genutzt werden. Die Beleuchtungseinrichtung (8) kann aber dennoch für eine Lebenderkennung genutzt werden, indem die Reaktion der Pupille (23) auf das von der Beleuchtungseinrichtung (8) abgestrahlte Licht gemessen wird.
Zusammenfassend kann die Erfindung so beschrieben werden, dass die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” um mindestens ein Leuchtelement (13) erweitert wird, das nicht durch einen Polarisationsfilter abgedeckt ist, das in der Nähe der Kamera (6) angeordnet ist und parallel zur optischen Achse (12) der Kamera (6) vorzugsweise farbiges Licht (20) oder auch weißes Licht, infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht abstrahlen kann, so dass während einer Bildaufnahme in den Pupillen (23) der Person (1) eine Reflexion (21) erzeugt wird, die im aufgenommenen Gesichtsbild (11) in den Pupillen (23) jeweils ein Abbild (22) des Leuchtelements (13) zur Folge hat, das mit Mitteln der Bildverarbeitung nachweisbar ist. Während des gesamten Vorgangs der Erfassung der Personendaten wird zu unterschiedlichen Anlässen das Leuchtelement (13) eingeschaltet und ein Bild aufgenommen und auch abgeschaltet und ebenfalls ein Bild aufgenommen. Wenn bei eingeschaltetem Leuchtelement (13) die Reflexion (21) in den Pupillen (23) nachgewiesen werden kann und bei ausgeschaltetem Leuchtelement (13) nicht nachgewiesen werden kann, dann gilt die Lebenderkennung als bestanden.
Im Folgenden wird die Erfindung detailliert beschrieben.
Wie bereits erwähnt, werden erfindungsgemäß Leuchtelemente (13) angeordnet, die eine Reflexion (21) in der Pupille (23) erzeugen. Bei der technischen Ausgestaltung der Leuchtelemente (13) ist zu berücksichtigen, dass Gegenstände, die sich in der Oberfläche des Auges spiegeln, stark verkleinert abgebildet werden. Das Leuchtelement (13) muss dementsprechend großflächig Licht (20) abstrahlen. Das Leuchtelement (13) kann beispielsweise 50 mm breit und 50 mm hoch sein. Hat die Person (1) bei der Bildaufnahme einen Abstand von 500 mm zur Kamera (6) und zum Leuchtelement (13), so hat im Gesichtsbild (11) das Abbild (22) des Leuchtelements (13) in der Pupille (23) einen Durchmesser, der etwa 25% des Pupillendurchmessers beträgt. Bei einer Bildauflösung von 2560×1920 Pixel ergibt das ein Abbild (22) des Leuchtelements (13) mit einem Durchmesser von etwa 4 Pixel. Für den Nachweis der Reflexion (21) in der Abbildung ist es vorteilhaft, wenn die Leuchtelemente (13) farbiges Licht (20) ausstrahlen. Es wird deshalb hier vorgeschlagen, die Leuchtelemente (13) entsprechend technisch auszugestalten. Beispielsweise kann das realisiert werden, indem farbige Leuchtdioden (19) als Lichtquelle eingesetzt werden oder indem ein Farbfilter oder eine farbige Streuscheibe vor der Lichtquelle angeordnet wird. Die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten”, die in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschrieben wird, sieht vor der Kamera (6) und vor der Beleuchtungseinrichtung (8) jeweils Polarisationsfolie vor, um Reflexionen (21) im Gesichtsbild (11) zu vermeiden. Vor den gemäß dieser Erfindung vorgesehenen Leuchtelementen (13) darf eine solche Polarisationsfolie nicht angeordnet werden, denn die Reflexionen (21) sind erfindungsgemäß notwendig.
Um die Leuchtelemente (13) funktionell in die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten”, gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 einzuordnen wird vorgeschlagen, diese Leuchtelemente (13) für die Benutzerführung einzusetzen. Beispielsweise kann vor der eigentlichen Bildaufnahme direkt oberhalb der Kamera (6) ein Piktogramm grün aufleuchten, das die Aussage ”Bitte lächeln” ausdrückt. Dadurch kann das erfindungsgemäße Einschalten und Ausschalten der Leuchtelemente (13) in den Ablauf der Erfassung der Personendaten integriert werden, ohne dass die erfindungsgemäße Funktion der Leuchtelemente (13) dem Benutzer ersichtlich wird.
Die Überwindungssicherheit der erfindungsgemäßen Lebenderkennung kann weiter erhöht werden, indem mehrere Leuchtelemente (13) angeordnet werden, die jeweils Licht (20) in unterschiedlichen Farben abstrahlen. Während des gesamten Ablaufs der Erfassung der personenspezifischen Daten können dann zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche Leuchtelemente (13) eingeschaltet werden, die Licht (20) mit unterschiedlicher Farbe abstrahlen. Dadurch entstehen in der Pupille (23) der Person (1) Reflexionen (21) in der jeweiligen Farbe des abgestrahlten Lichts (20), für die dann der Nachweis erbracht werden muss. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Lebenderkennung so gestaltet werden, dass sie kontinuierlich während des gesamten Ablaufs der Erfassung personenspezifischer Daten durchgeführt wird.
Es sind unterschiedliche Verfahren der Bildverarbeitung bekannt, mit denen der Nachweis der Reflexion (21) in der Abbildung erfolgen kann. Ein einfaches Verfahren besteht darin, dass die Position der Augen im Gesichtsbild (11) bestimmt wird und in einem Bereich um die ermittelte Augenposition herum geprüft wird, ob bei einer ausreichenden Anzahl Pixel die Farbwerte in einem Bereich liegen, der als Resultat der Reflexion (21) des Leuchtelements (13) im Auge erwartet wird. Ein aufwändigeres aber auch genaueres Verfahren ist ein Nachweis der Reflexion (21) mittels Template Matching. Bei Anwendung des Template Matching kann auch noch die Form des Abbilds (22) des Leuchtelements und dessen Ort innerhalb der Pupille (23) Berücksichtigung beim Nachweis finden.
In einer weiteren technischen Ausgestaltung wird die Änderung der Blickrichtung (25) durch die Person (1) bestimmt, um sie als Merkmal für die Lebenderkennung auszuwerten. Dabei wird der Effekt ausgenutzt, dass die Position des Abbildes (22) des Leuchtelementes (13) in Bezug zum Mittelpunkt (28) der Pupille (23) oder Iris (24) direkt von der Blickrichtung (25) der Person (1) abhängt. In 4 ist dargestellt, wie die Reflexion (21) des Leuchtelementes (13) in der Pupille (23) erzeugt wird, wenn die Person (1) direkt auf das Leuchtelement (13) blickt. In 5 ist dargestellt, wie die Reflexion (21) erzeugt wird, während die Person (1) direkt in die Kamera (6) blickt. Durch die Änderung der Blickrichtung (25) verschiebt sich die Position des Abbildes (22) des Leuchtelementes (13) vom unteren Bereich der Pupille (23) in 4 in den oberen Bereich der Pupille (23) in 5. Die Blickrichtung (25) wird erfindungsgemäß bestimmt, indem bei eingeschaltetem Leuchtelement (13) ein Gesichtsbild (11) mit der Kamera (6) erfasst wird. In diesem Gesichtsbild (11) werden die Pixelkoordinaten des Mittelpunktes des Abbildes (22) des Leuchtelementes (13) bestimmt. Das kann beispielsweise mittels Template Matching durchgeführt werden. Weiterhin sind mit Algorithmen der Bildverarbeitung die Pixelkoordinaten des Mittelpunktes (28) der Pupille (23) zu bestimmen. Beispielsweise kann dazu in dem Bildausschnitt (27) eine Kantenerkennung durchgeführt werden, deren Ergebnis in einem Schwarz-Weiß-Bild gespeichert wird. Dann wird mit diesem erzeugten Schwarz-Weiß-Bild eine Hough-Transformation für den Außenkreis der Pupille (23) oder für den Außenkreis der Iris (24) durchgeführt. Danach sind sowohl der Durchmesser als auch die Pixelkoordinaten des Mittelpunktes (28) der Iris (24) oder der Pupille (23) bekannt. Die Blickrichtung (25) wird dann als Abstand in x-Richtung (29) und in y-Richtung (30) des Abbildes (22) vom Mittelpunkt der Pupille (23) oder der Iris (24) angegeben, wobei diese Abstände auf den Durchmesser der Pupille (23) oder der Iris (24) normiert werden. Den geometrischen Gegebenheiten des Auges entsprechend, kann der normierte Abstand in x-Richtung (29) in einen horizontalen Drehwinkel und der normierte Abstand in y-Richtung (30) in einen vertikalen Drehwinkel umgerechnet werden. Die Änderung der Blickrichtung (25) kann nun bestimmt werden, indem eine Folge von Gesichtsbildern (11) aufgenommen wird, wobei in jedem Gesichtsbild (11) die Blickrichtung (25) als relative normierte Koordinaten des Abbildes (22) des Leuchtelementes (13) ermittelt wird. Wenn der normierte Abstand zwischen Abbildern (22) des Leuchtelements (13) in zwei Gesichtsbildern (11) einen Schwellwert überschreitet, dann gilt die Lebenderkennung als bestanden.
Die örtliche Beleuchtung, wie beispielsweise eine Deckenbeleuchtung oder Fenster, kann ebenfalls Reflexionen (21) in der Pupille (23) der Person (1) hervorrufen. Im Gesichtsbild (11) entstehen auch Abbilder (22) dieser Reflexionen (21) in den Pupillen (23) der Person (1). Die Störung des erfindungsmäßigen Nachweises der durch ein Leuchtelement (13) planmäßig erzeugten Reflexion (21) ist aber vernachlässigbar gering, da das vom Leuchtelements (13) abgestrahlte Licht (20) eine charakteristische Farbe aufweist, die in der örtlichen Beleuchtung nicht vorkommt.
In einer weiteren technischen Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Lebenderkennung so erweitert werden, dass die örtliche Beleuchtung berücksichtigt wird. Dazu werden Abbilder (22) der Reflexionen (21) in Folge der örtlichen Beleuchtung erfasst und als Vergleichsdaten gespeichert, indem mit Mitteln der Bildverarbeitung die Abbildung der Pupille als kreisförmiger Bildausschnitt extrahiert und als Vergleichsdaten gespeichert wird. Die Lebenderkennung kann nun durchgeführt werden, indem aus dem Gesichtsbild (11) ebenfalls die Pupillen (23) als kreisförmige Bildausschnitte extrahiert und dann mit den gespeicherten Vergleichsdaten verglichen werden.
Die erfindungsgemäße Lebenderkennung kann nicht mehr durch das bloße Vorhalten einer Abbildung von der aufzunehmenden Person (1) vor die Kamera (6) getäuscht werden. Das gelingt auch dann nicht, wenn die für den Täuschungsversuch benutzte Abbildung eine sehr hohe Qualität aufweist. Dabei ist auch zu beachten, dass die erfindungsgemäße Lebenderkennung in Kombination mit anderen Maßnahmen zur Lebenderkennung eingesetzt werden kann. Solche Maßnahmen sind beispielsweise die Registrierung von Bewegungen im Gesicht, der Test der Reaktion der Pupille auf Änderungen des Lichts, die Registrierung von Änderungen der Blickrichtung (25) oder das ”Verfahren zum Nachweis der räumlichen Ausdehnung des Kameraobjektes als Bestandteil einer Lebenderkennung für Vorrichtungen zur Erfassung personenspezifischer Daten”, das der gleichnamigen Patentanmeldung entnommen werden kann.
Ausführungsbeispiel
Beispielhaft wird eine technische Ausgestaltung der Erfindung erläutert, die auf eine ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” angewendet wird, so wie sie in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschrieben ist. Der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 kann ab dem Absatz [0086] die Beschreibung eines Ablaufs einer Erfassung der Personendaten entnommen werden. Dabei umfassen die Personendaten 3 Kamerabilder von der Person (1), von denen sich die Person (1) eins auswählen kann. Der Ablauf zur Erfassung der Personendaten gemäß Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 sieht keine Überprüfung vor, ob das Kameraobjekt tatsächlich eine natürliche Person (1) ist. Dadurch ist es möglich, dass mit der ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” falsche Gesichtsbilder (11) aufgenommen werden, indem ein Bild oder eine plastische Nachbildung von einer beliebigen Person (1) vor die Kamera (6) gehalten wird. Auf diese Weise könnte beispielsweise ein Ausweisdokument mit einem falschen Passbild erzeugt werden.
Um diese Betrugsmöglichkeit auszuschließen, wird die ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten”, wie sie in Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschrieben ist, so erweitert, dass sie auch noch den erfindungsgemäßen Nachweis der Reflexion (21) in den Augen durchführt. Dazu wird oberhalb der Kamera (6) hinter dem semitransparenten Spiegel (7) ein Leuchtelement (13) angeordnet. Ein solches Leuchtelement (13) ist in 2 dargestellt. Es besteht aus einer glasklaren Acrylplatte (14), mit einer satinierten Fläche (15) und ist 50 mm breit, 50 mm hoch und 10 mm stark. Die Seitenflächen der Acrylplatte (14) sind poliert. Die Rückseite der Acrylplatte (14) wird mit einer reflektierenden Folie (17) beschichtet, um das von Leuchtdioden (19) abgestrahlte Licht (20) in die Richtung der Person (1) zu reflektieren. Die satinierte Oberfläche ist der Person (1) zugewandt. Sie bewirkt, dass das Licht (20) gleichmäßig gestreut wird und ein angenehm ausgeleuchtetes Piktogramm entsteht. An den schmalen Seitenflächen der Acrylglaspatte werden 4 Streifen mit Leuchtdioden (19) derartig angeordnet, dass die Leuchtdioden (19) in die Acrylplatte (14) hinein strahlen. Die 4 Streifen mit Leuchtdioden können jeweils Licht (20) in einer der Farben Blau, Rot, Grün oder Weiß erzeugen. Dadurch wird die Wirkung erzielt, dass die 50 mm mal 50 mm große Fläche gleichmäßig farbig leuchtet. Zwischen dem Leuchtelement (13) und dem semitransparenten Spiegel (7) befindet sich eine lichtundurchlässige Folie (18). Aus dieser Folie werden Bereiche in der Form eines Piktogramms ausgespart, so dass die Folie an diesen Stellen lichtdurchlässig wird. Wenn eine Person (1) auf die Vorderseite des semitransparenten Spiegels (7) blickt, während die Leuchtdioden (19) des Leuchtelementes (13) eingeschaltet sind, hat sie den Eindruck eines farbig leuchtenden Piktogramms. Das Piktogramm symbolisiert die Bedeutung ”Bitte lächeln”. Es können noch weitere Leuchtelemente (13) in der gleichen Bauart angeordnet werden, die andere Aussagen zur Benutzerführung transportieren. Möglich wären beispielsweise Leuchtelemente (13) mit Piktogrammen, die die Aussagen ”Bildaufnahme beendet” oder ”Sehen Sie bitte auf das Display” enthalten. Die Anordnung mehrerer Leuchtelemente (13) hat auch den Vorteil, dass die Person (1) dem Leuchten der unterschiedlichen Leuchtelemente (13) mit den Augen folgt. Die dadurch hervorgerufenen Augenbewegungen können mit Mitteln der Bildverarbeitung registriert und für eine weitere Lebenderkennung genutzt werden. Als Leuchtelemente (13) können auch Displays eingesetzt werden, auf denen flächige, farbige Symbole oder Texte dargestellt werden. Vor den Leuchtelementen (13) wird kein Polarisationsfilter angeordnet, damit die Reflexionen (21) dieser Leuchtelemente (13) im Gesichtsbild (11) sichtbar werden.
Im Folgenden wird beschrieben, wie der in der Offenlegungsschrift DE 10 2013 203 433 A1 beschriebene Ablauf so verändert wird, dass die Lebenderkennung durchgeführt wird. Ausgangspunkt ist der Zustand der ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” in dem die Kamera (6) in eine für eine Bildaufnahme optimale Höhe gefahren wurde. Die Person (1) befindet sich vor der ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” und blickt gerade in dessen semitransparenten Spiegel (7) und dadurch in die Kamera (6). Es wird nun das Leuchtelement (13) eingeschaltet, so dass aus Sicht der auf den semitransparenten Spiegel (7) blickenden Person (1) das Piktogramm ”Bitte lächeln” in blauer Farbe leuchtet. Dann wird von der Kamera (6) ein Farbbild eingezogen. Das Farbbild ist 2560 Pixel hoch und 1920 Pixel breit. Wenn in diesem Moment tatsächlich eine natürliche Person (1) in die Kamera (6) blickt, dann wird das blaue Licht (20) des Leuchtelements (13) durch die Augen der Person (1) derartig reflektiert, dass im eingezogenen Farbbild ein farbiges Abbild (22) des Leuchtelements (13) von etwa 4 Pixel Breite und 4 Pixel Höhe entsteht. Dieses farbige Abbild (22) hat sehr zuverlässig die Farbe des Lichts (20) des Leuchtelements (13) und befindet sich etwa in der Mitte der Pupille (23) eines jeden Auges. Dann werden mit dem Farbbild nacheinander die folgenden Algorithmen der Bildverarbeitung durchgeführt, um die farbige Reflexion (21) in der Pupille (23) der Person (1) nachzuweisen. In 3 sind die bei dem Nachweis der Reflexion (21) auftretenden Elemente dargestellt. Zunächst wird ein Algorithmus ausgeführt, der die Pixelkoordinaten (26) der Augen im Farbbild bestimmt. Ein solcher Algorithmus ist bekannt. Beispielsweise ist ein Algorithmus zur Bestimmung der Pixelkoordinaten (26) der Augen bereits in der Steuersoftware der ”Vorrichtung zur Erfassung personenspezifischer Daten” implementiert, um die Kamera (6) in der optimalen Höhe zu positionieren.
Dann werden zwei Bildausschnitte (27) von je 100 Pixel Breite und 100 Pixel Höhe bestimmt, wobei die berechneten Pixelkoordinaten (26) der Augen jeweils in der Mitte dieser Bildausschnitte (20) liegen. Durch die gewählte Größe der Bildausschnitte (27) ist sichergestellt, dass sich die gesamte Pupille (23) auch dann innerhalb der Bildausschnitte (27) befindet, wenn die Bestimmung der Pixelkoordinaten (26) der Augen mit einer gewissen Ungenauigkeit erfolgt. In den Bildausschnitten (27) werden dann alle Pixel gezählt, deren Farbwerte in einem vorgegebenen Bereich liegen, der dem Farbwert des vom Leuchtelement (13) abgestrahlten Lichts (20) entspricht. Die Grenzwerte für den Farbbereich werden über eine Testreihe mit unterschiedlichen Personen (1) bestimmt. Wenn die Anzahl der Pixel, deren Farbwerte in dem vorgegebenen Bereich liegen, ebenfalls in einem erwarteten Bereich liegt, dann gilt der Nachweis der Reflexion (21) als erbracht. Die Grenzwerte für diesen Bereich wird ebenfalls über eine Testreihe mit unterschiedlichen Personen (1) bestimmt. Da das farbige Abbild (22) des Leuchtelements (13) in der Pupille (23) etwa einen Durchmesser von 4 Pixeln hat, ist also eine Anzahl von etwa 12 Pixeln zu erwarten, die Farbwerte in dem vorgegebenen Bereich aufweisen. Es wird zunächst festgelegt, dass die Anzahl der Pixel mit einem Farbwert im vorgegebenen Bereich größer als 5 und kleiner als 40 sein soll.
Wenn der Nachweis der Reflexion (21) nicht erbracht werden konnte, dann wird über das Display und über den Lautsprecher die Meldung ”Das aufgenommene Bild ist leider ungültig.” ausgegeben. Es kann über eine Netzwerkverbindung auch die Information an eine entfernte verantwortliche Person übermittelt werden, dass möglicherweise gerade ein Betrugsversuch bei der Bildaufnahme stattfindet.
Wenn aber der Nachweis der Reflexion (21) im Auge erbracht werden konnte, dann kann mit der Bildaufnahme des Gesichtsbildes (11) fortgefahren werden. Dazu wird das Leuchtelement (13) abgeschaltet. Dann wird von der Kamera (6) ein weiteres Farbbild eingezogen. Diese Farbbild hat die gleiche Bildauflösung wie das Bild, mit dem der Nachweis der Reflexion (21) erbracht worden war. Danach wird mit dem Farbbild der gleiche Nachweis der Reflexion (21) durchgeführt, so wie er oben bereits beschrieben wurde. Da das Leuchtelement (13) ja abgeschaltet ist, muss der Nachweis der Reflexion (21) jetzt scheitern, wenn eine natürliche Person (1) in die Kamera (6) blickt. Wenn der Nachweis der Reflexion (21) dennoch erfolgreich verläuft, dann kann das nur durch eine Manipulation bewirkt worden sein. Beispielsweise könnte ein auf Papier ausgedrucktes Farbbild mit dem Gesicht einer Person (1) vor die Kamera (6) gehalten worden sein, wobei in den Pupillen (23) der abgebildeten Person (1) jeweils ein Punkt in der Farbe des Leuchtelementes (13) abgebildet ist.
Der beschriebene Ablauf kann mehrmals wiederholt werden, bis eine gewünschte Anzahl von Gesichtsbildern (11) aufgenommen wurde.
Bezugszeichenliste

1: Person
2: Steuerungseinheit
3: Speicher
4: Prozessor
5: Schnittstelle
6: Kamera
7: Semitransparenter Spiegel
8: Beleuchtungseinrichtung
9: Vorrichtung
10: Datenleitung
11: Gesichtsbild
12: optische Achse der Kamera
13: Leuchtelement
14: Acrylplatte
15: satinierte Fläche
16: polierte Außenseite
17: reflektierende Folie
18: lichtundurchlässige Folie mit ausgespartem Piktogramm
19: Streifen mit Leuchtdioden
20: farbiges Licht
21: Reflexion im Auge
22: Abbild des Leuchtelements
23: Pupille
24: Iris
25: Blickrichtung
26: berechnete Pixelkoordinaten des Augenmittelpunktes
27: Bildausschnitt
28: Mittelpunkt der Pupille oder Iris
29: x-Abstand der Abbildung vom Mittelpunkt der Pupille oder Iris
30: y-Abstand der Abbildung vom Mittelpunkt der Pupille oder Iris

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013203433 A1 [0002, 0012, 0014, 0015, 0016, 0017, 0020, 0021, 0028, 0028, 0028, 0029, 0030]
WO 2007/017207 A1 [0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Überwindungsszenarien für biometrische Systeme” von Stefan Hein und Markus Mahrla, vom 18.Oktober 2004 [0004]
”http://www.secupedia.info/wiki/Lebenderkennung” [0008]

Claims

Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1), wobei die personenspezifischen Daten auch ein Gesichtsbild (11) der Person (1) umfassen und wobei die Vorrichtung (9) eine Kamera (6) zur Aufnahme eines Gesichtsbildes (11) der Person (1) umfasst, mit den folgenden Eigenschaften: 1. Die Vorrichtung (9) wird um mindestens ein Leuchtelement (13) erweitert, das in der Nähe der Kamera (6) angeordnet ist und das ein farbiges Licht (20) parallel zur optischen Achse (12) der Kamera (6) abstrahlen kann. 2. Es wird die Entscheidung getroffen, ob sich eine natürliche Person (1) als Kameraobjekt vor der Kamera (6) befindet, indem der folgende Algorithmus abgearbeitet wird: 2.1. Das Leuchtelement (13) wird eingeschaltet. 2.2. Ein erstes Gesichtsbild (11) wird mit der Kamera (6) aufgenommen. 2.3. Im ersten Gesichtsbild (11) wird in den Augen der abgebildeten Person (1) der Nachweis des farbigen Abbildes (22) des Leuchtelements (13) durchgeführt. 2.4. Das Leuchtelement (13) wird ausgeschaltet. 2.5. Ein zweites Gesichtsbild (11) wird mit der Kamera (6) aufgenommen. 2.6. Im zweiten Gesichtsbild (11) wird in den Augen der abgebildeten Person (1) der Nachweis des farbigen Abbilds (22) des Leuchtelements (13) durchgeführt. 2.7. Es wird entschieden, dass sich vor der Kamera (6) tatsächlich eine natürliche Person (1) befindet, wenn der Nachweis des farbigen Abbilds (22) des Leuchtelements (13) im ersten Gesichtsbild (11) erfolgreich verläuft und im zweiten Gesichtsbild (11) fehlschlägt.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach Anspruch 1, wobei ein Display mit flächigen, farbigen Piktogrammen, Texten oder anderen Darstellungen als Leuchtelement (13) eingesetzt wird.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach Anspruch 1, wobei mehrere Leuchtelemente (13) eingesetzt werden.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Leuchtelemente (13) wahlweise Licht mit unterschiedlicher Farbe abstrahlen können.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Leuchtelemente (13) infrarotes Licht oder ultraviolettes Licht abstrahlen können.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei nach dem Nachweis des Abbilds (22) des Leuchtelements (13) die Pixel des Abbilds (22) einen Farbwert zugewiesen bekommen, der dem Farbwert der Pixel der Pupille (23) entspricht, so dass das Gesichtsbild (11) als Personendaten benutzt werden kann.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) den Ansprüchen 1 bis 3, wobei das von der Kamera (6) aufgenommene Gesichtsbild (11) ein Graubild ist und wobei der Nachweis des Abbildes (22) des Leuchtelements (13) in den Augen der abgebildeten Person (1) mit Verfahren der Mustererkennung durchgeführt wird.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach Anspruch 1, wobei von der Kamera (6) eine Folge von Gesichtsbildern (11) erfasst wird, während das Leuchtelement (13) eingeschaltet ist, und wobei in jedem Gesichtsbild (11) der Mittelpunkt der Pupillen (23) bestimmt wird und wobei die Position des farbigen Abbildes (22) des Leuchtelements (13) als Abstand in x-Richtung (29) und in y-Richtung (30) zum Mittelpunkt der Pupillen (23) bestimmt wird und wobei entschieden wird, dass sich vor der Kamera (6) eine natürliche Person (1) befindet, wenn in zwei Gesichtsbildern (11) aus der Folge von Gesichtsbildern (11) der Abstand zwischen den zwei Abbildern (22) des Leuchtelementes (13) einen Mindestwert übersteigt.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach Anspruch 1, mit den folgenden Eigenschaften: 1. Die Vorrichtung (9) wird um mindestens zwei Leuchtelemente (13) erweitert, die in einem Abstand zueinander angeordnet werden und die jeweils farbiges Licht (20) parallel zur optischen Achse (12) der Kamera (6) abstrahlen können. 2. Es wird die Entscheidung getroffen, ob sich eine natürliche Person (1) als Kameraobjekt vor der Kamera (6) befindet, indem der folgende Algorithmus abgearbeitet wird: 2.1. Das erste Leuchtelement (13) wird eingeschaltet. 2.2. Ein erstes Gesichtsbild (11) wird mit der Kamera (6) aufgenommen. 2.3. Im ersten Gesichtsbild (11) werden in den Augen der abgebildeten Person (1) die Pixelkoordinaten der Pupillenmittelpunkte bestimmt. 2.4. Im ersten Gesichtsbild (11) werden in den Augen der abgebildeten Person (1) die Pixelkoordinaten der farbigen Abbilder (22) des ersten Leuchtelements (13) bestimmt. 2.5. Aus den Pixelkoordinaten des Pupillenmittelpunktes und den Pixelkoordinaten der farbigen Abbilder (22) des ersten Leuchtelementes (13) wird eine erste Blickrichtung (25) ermittelt. 2.6. Das zweite Leuchtelement (13) wird eingeschaltet. 2.7. Ein zweites Gesichtsbild (11) wird mit der Kamera (6) aufgenommen. 2.8. Im zweiten Gesichtsbild (11) werden in den Augen der abgebildeten Person (1) die Pixelkoordinaten der Pupillenmittelpunkte bestimmt. 2.9. Im zweiten Gesichtsbild (11) werden in den Augen der abgebildeten Person (1) die Pixelkoordinaten der farbigen Abbilder (22) des zweiten Leuchtelements (13) bestimmt. 2.10. Aus den Pixelkoordinaten des Pupillenmittelpunktes und den Pixelkoordinaten der farbigen Abbilder (22) des zweiten Leuchtelementes (13) wird eine zweite Blickrichtung (25) ermittelt. 2.11. Es wird entschieden, dass sich vor der Kamera (6) tatsächlich eine natürliche Person (1) befindet, wenn der Betrag der Winkeldifferenz zwischen der ersten Blickrichtung (25) und der zweiten Blickrichtung (25) einen Mindestwert übertrifft.
Verfahren zur Lebenderkennung für Vorrichtungen (9) zur Erfassung personenspezifischer Daten einer Person (1) nach Anspruch 1, wobei vor einem Einschalten oder einem Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung (8) von der Kamera (6) ein erstes Gesichtsbild (11) eingezogen wird, in dem der Pupillendurchmesser bestimmt wird und wobei nach dem Einschalten oder Ausschalten der Beleuchtungseinrichtung (8) von der Kamera (6) ein zweites Gesichtsbild (11) eingezogen wird, in dem ebenfalls der Pupillendurchmesser bestimmt wird und wobei entschieden wird, dass sich vor der Kamera (6) eine natürliche Person (1) befindet, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Pupillendurchmesser im ersten Gesichtsbild (11) und dem Pupillendurchmesser im zweiten Gesichtsbild (11) einen Mindestwert überschreitet.