-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Detektionsschaltung zum Identifizieren einer Person beim Eintreten oder Einsteigen in einen Raum, z.B. einen Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung sieht auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Detektionsschaltung vor. Auf Grundlage einer solchen Detektionsschaltung kann beispielsweise im Rahmen eines Authentifizierungsverfahrens überprüft werden, ob die im Raum anwesende Person zur Nutzung einer bestimmten, in dem Raum bereitgestellten Funktion oder eines bestimmten Geräts authentifiziert ist.
-
Die Druckschrift
DE 10 2019 201 583 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln einer Identität eines Benutzers mittels der Gelenkkoordinate bezüglich eines Gelenks oder einer Trajektorie der Gelenkkoordinate. Hierzu sind allerdings Kameraaufnahmen des Benutzers notwendig, um die Bewegung der Gelenke zu filmen. Dies macht das Verfahren abhängig von den aktuellen Lichtverhältnissen.
-
Die Druckschrift
DE 10 2018 222 761 A1 beschreibt ein Verfahren zur Authentifizierung eines Fahrzeugnutzers mittels der Bewegungsdaten eines mobilen elektronischen Identifikationsgebers. Dieses Verfahren ist darauf angewiesen, dass der Fahrzeugnutzer seinen Identifikationsgeber, beispielsweise ein Smartphone, zuverlässig mit sich trägt.
-
Die
DE 10 2018 213 626 A1 beschreibt ein Verfahren zur Identifikation einer Person in einer Umgebung um ein Kraftfahrzeug, wobei Sensordaten wenigstens eines Umgebungssensors des Kraftfahrzeugs zur Identifikation ausgewertet werden, indem Detektionsmuster der Sensordaten mit gespeicherten, bestimmten Personen zugeordneten Vergleichsmustern verglichen werden.
-
Eine wissenschaftliche Veröffentlichung von Bashar et al. (Bashar I. Ahmad , Patrick M. Langdon, Jiaming Liang, Simon J. Godsill, Mauricio Delgado, and Thomas Popham: „Driver and Passenger Identification From Smartphone Data“, IEEE TRANSACTIONS ON INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS, VOL. 20, NO. 4, APRIL 2019) beschreibt die Nutzung einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren, unter anderem auch einen Sensor eines Gurtschlosses, um zu ermitteln, auf welcher Seite eines Kraftfahrzeugs gerade ein Einstiegsvorgang stattgefunden hat. Um eine Annäherung zu detektieren, kann mittels einer Ultrabreitbrandtechnologie (UWB - Ultra-Wideband) die Annäherung eines Smartphones erkannt werden, falls ein Benutzer dieses bei sich trägt. Auf die genaue Identität eines Nutzers wird dann allerdings über zusätzliche Nutzerdaten, wie sie beispielsweise digital aus einem Smartphone ausgelesen werden können, zurückgegriffen. Somit muss auch hier der Nutzer mit einem entsprechend ausgestalteten Smartphone mit entsprechender Software ausgestattet werden, damit dieses Verfahren funktioniert.
-
Ultrabreitband (in Englisch „Ultra-Wideband“, kurz „UWB“) ist eine Technik in der Nahbereichsfunkkommunikation und weit verbreitet in der Positionsbestimmung innerhalb von Gebäuden. In Fahrzeugen der aktuellsten Architekturen sind UWB-Transceiver am Außen- und im Innerraum verbaut und dienen der Positionsbestimmung des Fahrzeugschlüssels beim Entriegeln des Fahrzeugs und beim Starten des Motors. Dabei sind vier UWB-Transceiver an den Stoßfängern im Außenraum und mindestens zwei Transceiver am Dachhimmel im Innenraum montiert. Es kommt ein Ortungsverfahren zur Messung der Time-of-Flight (kurz „ToF“) zwischen den Transceivern und dem Fahrzeugschlüssel zum Einsatz. Das Ortungsverfahren beruht auf der Idee, dass ein Sender (hier ein UWB-Transceiver) ein Signal zum Empfänger (hier der Fahrzeugschlüssel) schickt und letzterer umgehend mit einem Signal antwortet. Der Sender misst dabei die Zeit vom Versand des Signals bis zum Erhalt der Antwort und kann mittels der Lichtgeschwindigkeit die Distanz zum Empfängergerät berechnen. Mindestens drei UWB-Sender sind notwendig, um die exakte Position des Empfängers zu bestimmen.
-
Die Identifikation einer Person, die einen Raum betritt, um dort beispielsweise eine bereitgestellte Funktion zu nutzen oder beispielsweise ein in dem Raum verfügbares Gerät, ist nicht nur für Kraftfahrzeuge interessant. Beispielsweise kann auch ein Geldautomat in einer Bank oder ein Computer in einem Büro dadurch gesichert werden, dass zunächst die Identität der Person, die in dem jeweiligen Raum an den Geldautomaten oder den Computer herantritt, festgestellt wird, um zu ermitteln, ob diese Person autorisiert ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Person zu identifizieren, während sich diese einem vorbestimmten Raum nähert oder den Raum betritt oder in den Raum eingetreten ist.
-
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
-
Als eine Lösung umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Identifizieren einer Person beim Eintreten oder Einsteigen in einen Raum. Mit „Identifizieren“ ist gemeint, dass zu der Person eine eindeutige Bezeichnung, beispielsweise der Name der Person und/oder eine Personen-ID der Person, also ein personenindividuelles Merkmal, ermittelt wird.
-
Das Verfahren umfasst, dass in den Raum und/oder in eine Umgebung des Raums mittels zumindest eines Transceivers nacheinander Sendesignale, von denen jedes jeweils ein Funksignal und/oder ein Ultraschallsignal und/oder ein Radarsignal umfasst, abgestrahlt werden und Echosignale der Sendesignale empfangen werden. Es handelt sich um Echosignale, die von einem Körper der Person und/oder von zumindest einem von der Person bewegten Einrichtungsgegenstand reflektiert werden. In einen Annäherungs- oder Eintrittsbereich zu dem Raum und/oder in den Raum selbst kann somit eine Bestrahlung oder Ausstrahlung des Sendesignals erfolgen. Als Raum kann beispielsweise der Fahrgastraum oder die Kabine eines Kraftfahrzeugs oder, in der beschriebenen Weise, ein Raum in einer Bank oder in einem Büro vorgesehen sein, um nur Beispiele zu nennen. Der Transceiver (Sende-Empfangs-Schaltung) stellt eine aktive Signalquelle zum Erzeugen eines eigenen Sendesignals dar, wodurch eine Abhängigkeit von beispielsweise einer ausreichenden Beleuchtung entfällt. Es wird stattdessen eine Strahlung oder es werden elektromagnetische und/oder akustische Wellen verwendet, die an der Person selbst und/oder an von der Person bewegten Einrichtungsgegenständen, wie beispielsweise eine Tür oder eine Klinke oder (im Falle eines Kraftfahrzeugs) eines Sicherheitsgurts, zurückgeworfen oder reflektiert werden. Indem die Person mit den Sendesignalen bestrahlt wird, während sie sich auf den Raum zubewegt und/oder den Raum betritt, wird die Person über die Echosignale, also während einer Bewegung der Person, beobachtet. Da jede Person eine charakteristische Gangart hat und/oder charakteristische Bewegungen ausführt, wie beispielsweise beim Ausziehen einer Jacke und/oder die Art und Weise, wie eine Tür aufgeschwenkt wird, werden diese charakteristischen Bewegungsabläufe durch die Echosignale erfasst. Es werden mehrere Sendesignale ausgestrahlt, also einzelne Sendeimpulse oder eine Abfolge oder Sequenz von Sendesignalen, sodass sich nacheinander einzelne Echosignale oder Momentaufnahmen oder „Frames“ ergeben. Somit stellt jedes Echosignal eine Momentaufnahme oder eine Abtastung der Bewegungsabfolge dar.
-
Bei dem Verfahren werden durch eine Prozessorschaltung die empfangenen Echosignale gemäß ihrer zeitlichen Reihenfolge des Empfangs geordnet und in den Echosignalen wird für zumindest einen charakteristischen Signalanteil ein sich durch die zeitliche Reihenfolge ergebendes Bewegungsmuster detektiert. Darauf aufbauend wird ein Mustervergleich durchgeführt, der signalisiert, ob gemäß einem vorbestimmten Unterschiedsmaß ein Unterschied zwischen dem detektierten Bewegungsmuster und einem vorbestimmten Referenzmuster kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Falls erkannt wird, dass der Unterschied kleiner als der Schwellenwert ist, wird eine dem Referenzmuster zugeordnete Personenidentität als die Identität der Person mittels eines Identifikationssignals signalisiert. Durch das Anordnen in der Empfangsreihenfolge ergibt sich eine Abtastung oder ein Sampling der Bewegung der Person und/oder des zumindest einen von der Person bewegten Einrichtungsgegenstands, beispielsweise einer Tür des Raums und/oder eines Gurtschlosses, um nur Beispiele zu nennen. Diese charakteristische Bewegung ergibt das Bewegungsmuster, das rekonstruiert wird, indem die Echosignale in der Empfangsreihenfolge zusammengesetzt oder arrangiert werden. Das Referenzmuster kann beispielsweise ermittelt werden, indem die Person mehrfach dabei beobachtet wird, wie sie den Raum betritt. Dies kann in einer sogenannten Anlernphase oder Trainingsphase für das Verfahren ermittelt oder durchgeführt werden, in welcher ebenfalls jeweils das Bewegungsmuster ermittelt wird und dann ein gemitteltes Bewegungsmuster als Referenzmuster gespeichert wird. In Abhängigkeit davon, welches Bewegungsmuster ermittelt oder gesucht wird oder welches Referenzmuster zur Verfügung steht, kann ein entsprechendes Unterschiedsmaß vom Fachmann ausgewählt werden. Beispielsweise kann eine Summe der Quadrate der Differenzwerte korrespondierender Werte des Bewegungsmusters und des Referenzmusters berechnet werden. Durch das Unterschiedsmaß wird ein Unterschied oder ein Abstand des Bewegungsmusters zum Referenzmuster ermittelt, sodass ein Abstandswert vorliegt, der mit einem Schwellenwert verglichen werden kann.
-
Die Erfindung sieht vor, dass für eine Multifaktor-Authentifizierung das Identifikationssignal mittels eines Multifaktor-Authentifizierungsverfahrens mit zumindest einem weiteren Identifikationssignal einer weiteren vorbestimmten Identifikationsmethode kombiniert wird und die Multifaktor-Authentifizierung der Person als Funktion der mehreren Identifikationssignale durchgeführt wird. Bei der Multifaktor-Authentifizierung werden also mindestens zwei Identifikationssignale ermittelt, das mittels des zumindest einen Transceivers aus den Echosignalen erzeugte Identifikationssignal sowie zumindest ein zusätzliches, das aus der zumindest einen weiteren Identifikationsmethode gewonnen wird. Als weitere Identifikationsmethode kann beispielsweise eine Passworteingabe und/oder ein biometrisches Erkennungsverfahren zugrundegelegt werden. Das jeweilige Identifikationssignal muss dabei kein binäres oder einwertiges Signal sein, das lediglich die Personenidentität bejaht oder verneint. Stattdessen kann das Identifikationssignal auch einen Konfidenzwert oder einen Wahrscheinlichkeitswert angeben, dass die betreffende Personenidentität zutrifft (also eine Aussage: „Es handelt sich mit X Prozent Wahrscheinlichkeit um die Person“). Im Rahmen einer Multifaktor-Authentifizierung kann eine Wahrscheinlichkeitsberechnung oder eine Kombination der Konfidenzwert und/oder Wahrscheinlichkeitswerte erfolgen, um eine Gesamtkonfidenz oder Gesamtwahrscheinlichkeit in Bezug auf die Korrektheit der Personenidentität betreffend die Person zu ermitteln. Es kann dann ein Schwellenwert festgelegt werden und die Person wird als diejenige mit der signalisierten Personenidentität akzeptiert oder erkannt, falls der Schwellenwert überschritten ist, also die Gesamtkonfidenz oder die Gesamtwahrscheinlichkeit oberhalb des Schwellenwerts liegt und damit angegeben ist, dass die entsprechende Personenidentität zutrifft. Ein Wahrscheinlichkeitswert oder Konfidenzwert kann mittels der unten beschriebenen Entropieberechnung berechnet werden.
-
Nicht jedes Identifikationssignal ist aber gleich zuverlässig. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Identifikationssignale mittels einer dynamischen Gewichtung bewertet werden und die dynamische Gewichtung in Abhängigkeit von zumindest einem Umgebungssignal zumindest eines Umgebungssensors eingestellt wird. Die unterschiedlichen Identifikationssignale können also bei ihrer Kombination oder Verrechnung jeweils gewichtet werden, wobei die Gewichtung (beispielsweise ein multiplikativer Faktor in einem Bereich von 0 bis 1) in Abhängigkeit davon eingestellt wird, welche Umgebungsverhältnisse oder welche Umgebungssituation vorliegt. Dies kann durch das jeweilige Umgebungssignal zumindest eines Umgebungssensors ermittelt werden. Wird beispielsweise als eine Identifikationsmethode eine Bildauswertung oder eine Bildverarbeitung genutzt, liegen aber Beleuchtungsverhältnisse vor, die eine Lichtintensität oder eine Lichtmenge kleiner als ein Schwellenwert signalisieren (Kamera wird im Dunkeln verwendet), so kann dies durch einen entsprechenden Wert der Gewichtung für das Identifikationssignal der bildbasierten oder kamerabasierten Personenidentifikation berücksichtigt werden. Mit anderen Worten ist beispielsweise eine Kamera im Dunkeln eine unzuverlässigere Identifikationsmethode als das beschriebene UWB-Funksignal. Damit kann die Gewichtung für die Identifikationsmethode basierend auf dem UWB-Funksignal größer sein als die Gewichtung für die kamerabasierte Identifikationsmethode.
-
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch aktives Abstrahlen von Sendesignalen der Raum und/oder dessen Umgebung derart ausgeleuchtet oder bestrahlt werden kann, dass aktiv mittels des zumindest einen Transceivers die charakteristische Bewegung einer Person ermittelt werden kann, sodass man unabhängig beispielsweise von Beleuchtungsverhältnissen und/oder Wetterverhältnissen ist. Zudem muss die Person keinen Identifikationsgeber, wie beispielsweise eine eigene Sendeschaltung, mit sich führen, da auf die natürliche Bewegung der Person abgestellt wird, die, so die Erkenntnis der Erfindung, bereits charakteristisch genug ist, um eine Person zu identifizieren.
-
Die Erfindung umfasst auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass der Mustervergleich mittels eines Modells des Maschinellen Lernens durchgeführt wird, wobei das Modell zum Erkennen zumindest des Referenzmusters trainiert ist. Das Modell des Maschinellen Lernens kann beispielsweise ein künstliches neuronales Netzwerk und/oder eine Support-Vector-Machine, SVM, und/oder einen Decision-Tree umfassen, die sich für einen Mustervergleich als geeignet erwiesen haben. Als künstliches neuronales Netzwerk kann insbesondere ein sogenanntes Convolutional Neuronal Network (Faltungsnetzwerk) oder ein Recurrent Neuronal Network (RNN) verwendet werden. Hiermit ist ein Vergleich eines Zeitsignals, wie es sich durch das Anordnen der Echosignale in der Empfangsreihenfolge ergibt, besonders zuverlässig durchführbar. Mittels eines Modells des Maschinellen Lernens kann als Unterschiedsmaß für den Vergleich des Bewegungsmusters mit dem Referenzmuster beispielsweise ein Konfidenzmaß oder eine Klassierung/Klassifizierung durchgeführt werden. Im Zusammenhang mit einem künstlichen neuronalen Netzwerk kann beispielsweise die Ausgabe einer Softmax-Schicht genutzt werden. Diese erzeugt einen Ausgabevektor, dessen Vektoreinträge oder Vektorwerte jeweils eine Konfidenz oder einen Erkennungsgrad einer aus mehreren Klassen, die durch das Netzwerk erkannt werden können, angibt. Durch Berechnen der Entropie dieser Vektoreinträge kann ermittelt werden, wie sicher und konfident das künstliche neuronale Netzwerk in Bezug auf die Übereinstimmung des Bewegungsmusters mit dem Referenzmuster ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn mehrere unterschiedliche Referenzmuster in das künstliche neuronale Netzwerk zur Erkennung oder Klassifizierung mehrerer unterschiedlicher Personen eintrainiert sind.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass als Echosignal jeweils ein Zeitsignal erzeugt wird, das eine Signalintensität eines Empfangssignals und/oder einen Korrelationswert des Empfangssignals mit dem Sendesignal und/oder eine Laufzeitmessung und/oder eine Geschwindigkeitsmessung beschreibt. Jedes Echosignal stellt für sich selbst bereits also einen Zeitverlauf einer oder mehrerer Messgrößen dar, wie beispielsweise der Empfangsintensität oder Signalintensität über der Zeit. Das Mess- oder Empfangssignal aus einer Antenne kann auch mit dem Sendesignal korreliert werden, woraus sich dann ein Zeitsignal des Korrelationswertes ergibt. Das Zeitsignal kann auch die Laufzeit angeben (TOF - Time of Flight), woraus, bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit des Sendesignals und des Echosignals, auf einen Abstand jeweiliger Reflexionspunkte, an denen das Sendesignal reflektiert wurde, rückgeschlossen werden kann. Im Zusammenhang mit Radarmessungen ist bekannt, dass auch die Relativgeschwindigkeit der Reflexionsfläche bezüglich des jeweiligen Transceivers in einem Echosignal enthalten sein kann. Dies kann auch für ein UWB-Signal und/oder ein Ultraschallsignal genutzt werden, da auch hier der zugrundeliegende Dopplereffekt wirkt. Anhand einer Geschwindigkeitsmessung kann beispielsweise eine für die Person charakteristische Agilität (Bewegungsgeschwindigkeit der Gliedmaßen) und/oder eine Gehgeschwindigkeit ermittelt werden. Durch Korrelieren des Empfangssignals mit dem Sendesignal kann ein Störsignal, das durch den Transceiver ebenfalls empfangen werden kann, kompensiert oder dessen Einfluss verringert werden.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass die Echosignale jeweils eindimensionale Zeitsignale sind und als eine Zeile eines Laufzeit-Framenummer-Diagramms angeordnet werden, wobei die Framenummer die Ordnungsnummer des jeweiligen Echosignals ist, die sich aus der zeitlichen Reihenfolge ergibt, sodass das Bewegungsmuster ein durch die Zeilen zeilenweise definiertes Bewegungsbild ergibt, und der Mustervergleich einen Bildmustervergleich umfasst. Ein eindimensionales Zeitsignal kann beispielsweise ein Zeitsignal sein, das über der Zeit t als Amplitude die beschriebene Signalintensität und/oder den Korrelationswert und/oder die ermittelte Geschwindigkeit angeben kann. Wie bereits ausgeführt, werden mehrere Sendesignale ausgesendet, sodass sich auch mehrere Echosignale ergeben, die alle dieselbe Abszisse oder Zeitskale aufweisen, also alle beispielsweise jeweils den relativen Zeitverlauf ab dem Aussenden des jeweiligen zugehörigen Sendesignals angeben. Daher lassen sich alle Echosignale über derselben Abszisse auftragen und in der Ordinate gemäß ihrer Ordnungsnummer oder gemäß der Empfangsreihenfolge auflisten oder auftragen. Hierdurch ergibt sich ein dreidimensionales Diagramm, das einen Amplitudenwert über der Zeit t und der Framenummer angibt. Dies kann als Bildmuster interpretiert werden und entsprechend ein Vergleich des Bewegungsmusters mit dem Referenzmuster als Bildmustervergleich durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein „Differenzbild“ ermittelt werden und entsprechend die Summe der Quadrate der Unterschiede der einzelnen „Bildpixel“, also der Unterschiede der einzelnen Messpunkte, als Unterschiedsmaß berechnet werden, also z.B. als Summe der Differenzquadrate.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass als charakteristischer Signalanteil ein globales Maximum oder ein lokales Maximum einer Signalintensität und/oder ein Signalanteil mit einer Signalenergie größer als ein vorgegebener Mindestenergiewert verwendet werden. Wird ein globales Maximum oder ein lokales Maximum in den Echosignalen verfolgt oder getrackt, so kann beispielsweise eine Abstandsänderung des Maximums über der Zeit als charakteristisches Bewegungsmuster einer Person ermittelt werden. Wird dagegen ein Schwellenwert (Mindestenergiewert) vorgegeben und alle Signalanteile über diesem Mindestenergiewert gewertet, so können auch mehrere Reflexionen, die unterschiedliche Laufzeiten ergeben und daher nacheinander vom Transceiver wieder empfangen werden, berücksichtigt oder ausgewertet werden. Hierdurch kann eine komplexere Oberflächenstruktur, beispielsweise die Reflexion der Sendesignale an Armen und Oberkörpern und Beinen, ausgewertet werden, da diese nicht gleichzeitig für ein Sendesignal erfolgen, sondern durch die unterschiedlichen Abstände dieser Gliedmaßen zum Transceiver nacheinander beim Transceiver eintreffen.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass mittels des Transceivers ein UWB-Funksignal als Sendesignal abgestrahlt wird. Als UWB-Funksignal oder Ultrabreitband-Funksignal wird hier ein elektromagnetisches Signal mit mindestens 500 Megahertz Bandbreite oder mit einer Bandbreite verstanden, die mindestens 20 Prozent des arithmetischen Mittelwerts von unterer und oberer Grenzfrequenz des genutzten Frequenzbandes umfasst. Ein solches UWB-Funksignal kann beispielsweise durch Verwenden eines entsprechenden Signalcodes und/oder durch Scrambling erzeugt werden. Frequenzen des UWB-Funksignals liegen bevorzugt in einem Bereich von 500 Kilohertz bis 10 Gigahertz. Ein UWB-Funksignal hat sich als besonders geeignet erwiesen, um ein Echosignal an einer Person zu erzeugen, selbst wenn diese Person kein Kleidungsstück oder keinen Gegenstand mit metallischer Oberfläche bei sich trägt. Diese Weiterbildung beruht auf der Erkenntnis, dass ein UWB-Transceiver neben der eingangs beschriebenen Positionsbestimmung auch als Radarsensor eingesetzt werden kann, wobei Sendesignale ausgesendet und dann von Objekten reflektierte Echosignale empfangen werden. Dadurch kann die Distanz zu Objekten in der unmittelbaren Umgebung bestimmt werden. Der Unterschied zum Ortungsverfahren liegt darin, dass kein UWB-fähiges Empfängergerät benötigt wird, sondern alle umgebenden Objekte, die an ihrer Oberfläche und/oder in ihrem Körper das Signal reflektieren, erfasst werden können.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass insgesamt N Referenzmuster gespeichert gehalten werden und mittels des Mustervergleichs eine 1-aus-N-Erkennung durchgeführt wird. Mit anderen Worten können mehrere unterschiedliche Personen anhand entsprechend zugeordneter unterschiedlicher Referenzmuster erkannt werden. Es findet dann die Angabe der Identität einer dieser Personen aus den insgesamt N unterschiedlichen Personen (N ist eine natürliche Zahl mit N > 1) statt. Ausgehend von dem bereits beschriebenen einen Referenzmuster wird also zumindest ein weiteres Referenzmuster bereitgestellt und das Bewegungsmuster mit beiden Referenzmustern in Bezug auf das Unterschiedsmaß verglichen. Das Identifikationssignal signalisiert dann diejenige Personenidentität mit dem geringsten Unterschied zum zugeordneten Referenzmuster, solange der Unterschied zusätzlich kleiner als der besagte Schwellenwert ist.
-
Eine Weiterbildung umfasst, dass als Raum ein Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs überwacht wird und mittels des Identifikationssignals eine Freigabe zumindest einer Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Zündung des Kraftfahrzeugs und/oder ein Fahrantrieb des Kraftfahrzeugs, freigeschaltet wird, falls die durch das Identifikationssignal signalisierte Identität einer vorbestimmten autorisierten Identitätsangabe einer für eine Nutzung der Fahrzeugfunktion autorisierten Person entspricht. Die Person muss somit für die Authentifizierung oder das Freischalten der Fahrzeugfunktion kein besonderes oder gesondertes Gerät oder keine gesonderte Identifikationsschaltung mit sich führen, sondern ihr charakteristisches Bewegungsverhalten beim Annähern und/oder Einsteigen in den Fahrgastraum kann ausreichen, um die Freigabe oder das Freischalten der zumindest einen Fahrzeugfunktion auszulösen oder zumindest als Zweifaktor-Authentifizierung zu dienen oder genutzt zu werden.
-
Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung eine Detektionsschaltung mit zumindest einem Transceiver für das Aussenden von Sendesignalen, von denen jedes jeweils ein Funksignal und/oder ein Ultraschallsignal und/oder ein Radarsignal umfasst, und für das Empfangen von Echosignalen der Sendesignale und mit einer Prozessorschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessorschaltung stellt eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung dar, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessorschaltung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessorschaltung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessorschaltung gespeichert sein. Im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug kann die Prozessorschaltung beispielsweise durch ein Steuergerät oder einen Verbund aus mehreren Steuergeräten oder durch einen Zentralrechner des Kraftfahrzeugs und/oder durch einen sogenannten Backendserver (stationärer Internetserver, der mit dem Kraftfahrzeug über eine Kommunikationsverbindung gekoppelt ist) durchgeführt werden. Eine Detektionsschaltung mit zumindest einem Transceiver kann beispielsweise eine Funkschaltung mit zumindest einem UWB-Transceiver realisiert sein, wie sie beispielsweise auch für ein Funkschlüsselsystem in dem Kraftfahrzeug bereitgestellt sein kann. Bevorzugt wird der zumindest eine Transceiver solch eines Funkschlüsselsystems genutzt, wodurch der zusätzliche Schaltungsaufwand gering gehalten ist.
-
Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform der Detektionsschaltung. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. In dem Kraftfahrzeug kann die bereits beschriebene Ausführungsform des Verfahrens zur Freigabe oder Freischaltung zumindest einer Fahrzeugfunktion implementiert sein.
-
In einer Weiterbildung ist bei dem Kraftfahrzeug vorgesehen, dass zumindest ein Transceiver der Detektionsschaltung in einem Dachhimmel eines Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs angeordnet und dessen Senderichtung in den Fahrgastraum ausgerichtet ist. Das Aussenden der Sendesignale von einem Dachhimmel aus in den Fahrgastraum hinein weist den Vorteil auf, dass eine Abschattung des Sendesignals von der Person unwahrscheinlich ist oder vermieden werden kann.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Raum mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch eine Detektionsschaltung gemäß der Erfindung überwacht werden kann;
- 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Bewegungsmusters, wie es mit einem Transceiver des Kraftfahrzeugs von 1 für eine Identifikation einer Person erzeugt werden kann; und
- 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Referenzmusters, das mit dem Bewegungsmuster von 2 verglichen werden kann.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann zumindest eine Fahrzeugfunktion 11 bereitgestellt werden, die nur von einer autorisierten Person genutzt werden können soll. Ein Beispiel für eine solche Fahrzeugfunktion 11 kann beispielsweise das Starten oder Anlassen eines Fahrantriebs des Kraftfahrzeugs 10 und/oder das Entriegeln eines Türschlosses sein. Falls sich dem Kraftfahrzeug 10 eine Person 12 nähert oder die Person 12 in einen Raum 13 des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einen Fahrgastraum 14, einsteigt, so kann bei dem Kraftfahrzeug 10 durch eine Detektionsschaltung 15 eine Identität der Person 12 geschätzt oder ermittelt werden. Hierdurch kann ein Authentifizierungsverfahren 16 darin unterstützt werden zu entscheiden, ob es sich bei der Person 12 um eine autorisierte Person handelt, für welche die zumindest eine Fahrzeugfunktion 11 freigegeben werden darf oder freizuschalten ist.
-
Die Identität der Person 12 kann hierbei während der Annäherung der Person 12 an den Raum 13, das heißt an das Kraftfahrzeug 10, und/oder beim Einsteigen und/oder während des Aufenthalts im Raum 13 nach dem Einsteigen ermittelt werden. Die Detektionsschaltung 15 kann hierzu zumindest einen Transceiver 17 aufweisen, also eine jeweilige Sende- und Empfangsschaltung. In dem Beispiel von 1 ist angenommen, dass jeder Transceiver als Sendesignale 18 UWB-Funksignale aussenden kann. Während sich die Person 12 dem Kraftfahrzeug 10 nähert, werden die Sendesignale 18 als Echos 19 an ihrem Körper reflektiert werden. Insgesamt ergibt sich so an der jeweiligen Empfangseinheit des jeweiligen Transceivers 17 ein Echosignal 20. Ein Laufzeitunterschied und/oder ein Signalverlauf des jeweiligen Echosignals 20 können abhängig sein von einem Abstand R des Transceivers 17 zur Person 12 zum jeweiligen Sendezeitpunkt des Sendesignals 18.
-
Die Detektionsschaltung 15 kann mittels einer Prozessoreinrichtung 21 in einem Schritt S10 Echosignale 20 von Echos der Sendesignale 18 beispielsweise eines Transceivers 17 empfangen, während sich die Person 12 dem Kraftfahrzeug 10 nähert und/oder während die Person 12 in den Raum 13 einsteigt und/oder sich dort einrichtet oder hinsetzt nach dem Einsteigen. Zumindest ein Transceiver 17 kann auch in den Raum 13 hinein ausgerichtet sein, wozu beispielsweise ein Transceiver 22 an einer Decke oder in einem Dachhimmel 23 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein kann.
-
In einem Schritt S11 können die nacheinander empfangenen Echosignale (jeweils ein Echosignal 20 ergibt sich zu einem Sendesignal 18) in der Reihenfolge ihres Empfangs zu einem Empfangsdiagramm oder Gesamtsignal kombiniert werden, welches ein Bewegungsmuster 24 der Person 12 zeigt oder darstellt. Durch das Ordnen der Echosignale 20 gemäß ihrer zeitlichen Reihenfolge kann ein Bewegungsablauf der Person 12 als Bewegungsmuster über der Zeit erkannt oder abgebildet werden. Es kann zumindest ein Referenzmuster 25 bereitgestellt werden, das jeweils einer Personenidentität 26 zugeordnet ist. In einem Mustervergleich des Bewegungsmusters 24 mit dem zumindest einen Referenzmuster 25 kann ermittelt werden, mit welchem Referenzmuster 25 sich eine Übereinstimmung in Bezug auf das Unterschreiten eines Schwellenwerts durch das Unterschiedsmaß sich ergibt. Wird ein solches Referenzmuster ermittelt, so kann die entsprechende Personenidentität 26, die diesem Referenzmuster 25 zugeordnet ist, in einem Identifikationssignal 28 des Authentifizierungsverfahrens 16 bereitgestellt werden. Das Identifikationssignal 28 kann die Personenidentität 26 einwertig angeben (es handelt sich um Person XY) oder als Konfidenzwert oder Wahrscheinlichkeitswert. In 1 ist symbolisiert, dass durch das Identifikationssignal 28 ein Wahrscheinlichkeitswert 29 signalisiert sein kann, der angibt, mit welcher Wahrscheinlichkeit (hier im Beispiel 76 Prozent) es sich um eine bestimmte Person handelt. Das Authentifizierungsverfahren 16 kann zumindest ein weiteres Identifikationssignal 30 empfangen, das ebenfalls beispielsweise eine Wahrscheinlichkeit (in dem Beispiel ist es eine Wahrscheinlichkeit 31 von 84 Prozent) angeben kann. Die Authentifizierungsfunktion kann auf Grundlage der Identifikationssignale 28, 30 eine Multifaktor-Authentifizierung A durchführen. Hierbei können die Wahrscheinlichkeitswerte 29, 31 oder allgemein die Identifikationssignale 28, 30 über eine Gewichtung gewichtet werden, die beispielsweise in Abhängigkeit von zumindest einem Umgebungssignal zumindest eines Umgebungssensors, beispielsweise in Abhängigkeit von einer Umgebungshelligkeit, eingestellt werden kann, wenn zumindest ein Identifikationssignal von einer Beleuchtungsstärke oder Beleuchtungsintensität beim Erfassen der Person 12 abhängig ist. Ergibt die Multifaktor-Authentifizierung, dass die Person 12 zur Nutzung der zumindest einen Fahrzeugfunktion 11 authentifiziert ist, so kann durch ein Freigabesignal 33 die zumindest eine Fahrzeugfunktion 11 durch das Authentifizierungsverfahren 16 freigegeben oder freigeschaltet werden. Ergibt die Multifaktor-Authentifizierung dagegen, dass die Person 12 nicht authentifiziert ist, also nicht berechtigt ist, die zumindest eine Fahrzeugfunktion 11 zu nutzen, so kann das Freigabesignal 33 unterbleiben und/oder es kann eine Sperrung oder eine Blockade der zumindest einen Fahrzeugfunktion 11 ausgelöst werden.
-
2 veranschaulicht, wie aus den Echosignalen 20 das Bewegungsmuster 24 gebildet werden kann. Dargestellt ist, wie die einzelnen Echosignale in der Reihenfolge O (Order) ihres Empfangs der Reihe nach als Zeilen Z angeordnet werden können. Jede Zeile Z ist hier durch ihre Scannummer oder Framenummer SN, also ihre Ordnungsnummer, identifiziert. Jedes Echosignal 20 kann dabei ein Zeitsignal darstellen, das Intensitätswerte 32 über der Zeit t anzeigt, was umgerechnet werden kann in Abstandswerte R, die hier beispielhaft in Meter m angegeben sind. Ein charakteristischer Signalanteil 34 können beispielsweise all diejenigen Intensitätswerte 32 sein, die oberhalb eines Schwellenwerts liegen. Dargestellt ist, wie sich der Abstand R mit zunehmender Framenummer SN, also im Verlauf der Reihenfolge O, verringert, also die Person 12 sich dem Kraftfahrzeug 10 genähert hat.
-
3 veranschaulicht, wie ein Referenzmuster 25 als eine Maske oder Referenzidentitätswerte 35 ausgestaltet sein kann, die mit dem charakteristischen Signalanteil 34 verglichen werden können. Dies kann durch den Mustervergleich 27 beispielsweise auf der Grundlage eines künstlichen neuronalen Netzwerks erfolgen. Hieraus ergibt sich ein Unterschiedswert, welcher den Unterschied zwischen dem Referenzmuster 25 (3) und dem Bewegungsmuster 24 (2) signalisiert. Liegt der Unterschied unterhalb eines Schwellenwerts für den Mustervergleich 27, so kann die dem Referenzmuster 25 zugeordnete Personenidentität 25' durch das Identifikationssignal 28 ausgegeben oder signalisiert werden.
-
Die Idee besteht somit darin, anhand der im Fahrzeuginnenraum installierten UWB-Transceiver einen einsteigenden Fahrzeuginsassen zu identifizieren. Der Einstiegsvorgang in ein Fahrzeug beginnt mit dem Öffnen der Fahrzeugtür und endet, sobald die Person auf ihrem Platz sitzt und den Sicherheitsgurt verschlossen hat. Der Vorgang ist eine Sequenz bestehend aus mehreren Einzelaktivitäten, die jeweils individuell ausgeführt werden und von den verschiedenen Charakteristika einer Person (etwa Alter, Geschlecht, Gesundheitszustand, Körpergröße und -gewicht, Handbewegungen und Fußbewegungen) geprägt sind. Zum Beispiel gibt es individuelle Unterschiede, mit welcher Geschwindigkeit und Beschleunigung die Fahrzeugtür geöffnet oder mit welchem Körperteil das Fahrzeug zuerst bestiegen wird. Anhand der UWB-Radarsensoren können die Bewegungen der Person und von Fahrzeugteilen (wie die Fahrzeugtür oder der Sicherheitsgurt) erfasst werden. Mittels Trainingsdaten kann somit ein selbstlernendes System (z.B. ein Künstlich Neuronales Netz) trainiert werden, um die individuellen Bewegungsmuster beim Einstiegsvorgang einer Person zu erlernen. Nach der Trainingsphase, in der die Person den Einstiegsvorgang mehrmals wiederholt hat, kann das System für die spätere Authentifizierung der Person verwendet werden. Dieses Verfahren ist ein passives Authentifizierungsverfahren und kann mit weiteren Authentifizierungsverfahren kombiniert werden, um die Sicherheit über die Genauigkeit der Authentifizierung zu erhöhen.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie Verfahren zur Authentifizierung eines Fahrzeuginsassen anhand der Bewegungsmuster beim Einstiegsvorgang in ein Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann.
