DE10224785B4

DE10224785B4 - Biometric recognition of a living being

Info

Publication number: DE10224785B4
Application number: DE10224785.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bartsch Armin
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2015-02-26
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: DE10224785A1

Abstract

Verfahren zur biometrischen Authentifizierung einer Person, mit den Schritten: – Messen einer elektrischen Aktivität der Person zur Ermittlung mindestens eines Meßsignals (S), wobei die gemessene elektrische Aktivität mit einem bestimmten, von der Person bewußt ausgeführten Vorgang einhergeht, wobei der bewußt ausgeführte Vorgang eine bestimmte Bewegung eines oder mehrerer Gliedmaßen ist, wobei die Bewegung innerhalb eines die Bewegung verbergenden Sichtschutzes erfolgt, wobei beim Messen mindestens eine Potentialdifferenz (U(t)) und/oder mindestens ein Stromfluß und/oder mindestens ein elektromagnetisches Feld gemessen wird, – Umsetzen des mindestens einen Meßsignals (S) in Vergleichsdaten (V), und – Vergleichen der Vergleichsdaten (V) mit gespeicherten Referenzdaten (R), um die biometrische Authentifizierung durchzuführen, wobei die Referenzdaten (R) auf einer Ausweiskarte liegen, die die Person bei sich trägt, wobei das Vergleichen von einem Prozessor (28) der Ausweiskarte ausgeführt wird.Method for the biometric authentication of a person, comprising the steps of: - measuring an electrical activity of the person to determine at least one measurement signal (S), wherein the measured electrical activity is accompanied by a specific, deliberately performed by the person process, the deliberately performed process a certain movement of one or more limbs, wherein the movement takes place within a movement obstructing view protection, wherein at least one potential difference (U (t)) and / or at least one current flow and / or at least one electromagnetic field is measured during measurement, - implementing the at least one measurement signal (S) in comparison data (V), and - comparing the comparison data (V) with stored reference data (R) to perform the biometric authentication, wherein the reference data (R) lie on an identification card that carries the person with him wherein the comparing of a processor (28) of the Ausw ice card is executed.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Biometrie, also der Erfassung, Speicherung und Auswertung charakteristischer Merkmale von Lebewesen, insbesondere von Menschen. Genauer betrifft die Erfindung die biometrische Erkennung eines Lebewesens.The invention relates to the field of biometry, ie the detection, storage and evaluation of characteristic features of living beings, in particular humans. More particularly, the invention relates to the biometric recognition of a living being.

Unter dem Begriff ”Erkennung” soll im vorliegenden Dokument sowohl die Identifikation als auch die Verifikation verstanden werden. Unter Identifikation wird dabei die Ermittlung der Identität des Lebewesens aus einer Vielzahl von Möglichkeiten verstanden. Die auch als Authentifizierung bezeichnete Verifikation geht dagegen von einer Identitätsangabe aus, deren Korrektheit überprüft werden soll. Nach einer erfolgreichen Erkennung durch Identifikation oder Verifikation werden in der Regel weitere Schritte ausgeführt, z. B. der Zugang zu einem geschützten Bereich freigegeben oder eine Finanztransaktion autorisiert oder ein Dokument signiert. Diese weiteren Schritte sind als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sie können jedoch mit der erfindungsgemäßen Erkennung kombiniert werden.The term "recognition" should be understood in this document both the identification and the verification. Identification is understood to be the determination of the identity of the living being from a multitude of possibilities. The verification, which is also known as authentication, is based on an identity statement whose correctness is to be checked. After a successful recognition by identification or verification, further steps are usually carried out, for. For example, access to a secure area is authorized or a financial transaction is authorized or a document is signed. These further steps as such are not the subject of the present invention, but they can be combined with the detection according to the invention.

Es sind bereits diverse biometrische Verfahren bekannt. Der Artikel ”Frei von Zweifel?” von Christoph Busch und Henning Daum in der Zeitschrift c't, Heise Verlag, Heft 5/2002, Seiten 156–161, nennt als geeignete Körperpartien bzw. -eigenschaten für die biometrische Überprüfung Gesicht, Iris, Retina, Finger, Handgeometrie, Venenmuster auf dem Handrücken, Körpergeruch, Ohr, DNA, Unterschrift, Sitzverhalten, Gang, Tippverhalten an einer Tastatur sowie Stimme und Sprechverhalten.Various biometric methods are already known. The article "Frei von Zweifel?" By Christoph Busch and Henning Daum in the magazine c't, Heise Verlag, Issue 5/2002, pages 156-161, names as suitable body parts or -igengeschat for the biometric verification face, Iris, Retina, fingers, hand geometry, venous pattern on the back of the hand, body odor, ear, DNA, signature, sitting behavior, gait, typing behavior on a keyboard as well as voice and speech behavior.

In dem US-Patent 6,181,808 ist ein Fingerabdruck-Sensor beschrieben, der zusätzliche Elektroden aufweist. Durch Auswertung der an den Elektroden gemessenen Potentialdifferenzen wird zwischen einem echten auf den Sensor aufgelegten Finger und einer unbelebten Fingerattrappe unterschieden.By doing U.S. Patent 6,181,808 a fingerprint sensor is described which has additional electrodes. By evaluating the potential differences measured at the electrodes, a distinction is made between a true finger placed on the sensor and an inanimate dummy finger.

Biometrische Techniken sollen unterschiedliche Ziele möglichst gut erfüllen. Falsch positive Ergebnisse, bei denen also eine unzutreffende Identifikation oder Verifikation erfolgt, sollen nicht auftreten. Dies gilt auch dann, wenn z. B. durch die Verwendung einer Attrappe ein gezielter Manipulationsversuch unternommen wird. Auch falsch negative Ergebnisse, bei denen also die an sich berechtigte Person nicht erkannt wird, sollen möglichst selten vorkommen. Ferner soll sich das Meßverfahren für einen großen Teil der Bevölkerung eignen, wobei die Benutzer durch die biometrische Prüfung möglichst wenig belästigt werden sollen.Biometric techniques should serve different purposes as well as possible. False positive results, which means an incorrect identification or verification, should not occur. This also applies if z. B. a targeted manipulation attempt is made by the use of a dummy. Even false negative results, in which therefore the person entitled to be not recognized, should occur as rarely as possible. Furthermore, the measurement method should be suitable for a large part of the population, whereby the users should be bothered by the biometric examination as little as possible.

Ferner geht aus der DE 44 02 430 A1 ein Authentisierungsverfahren hervor, bei dem biometrische Merkmale nicht zum Einsatz kommen, sondern bei welchen personenspezifischen Charakteristika zum Einsatz kommen.Furthermore, goes from the DE 44 02 430 A1 an authentication method in which biometric features are not used, but in which person-specific characteristics are used.

Aus der DE 40 39 648 A1 geht ein Verfahren hervor, bei dem biologische Messwerte aufgezeichnet werden und anschließend die aufgezeichneten Daten zumindest teilweise reduziert werden.From the DE 40 39 648 A1 is a method that records biological readings and then at least partially reduces the recorded data.

Aus der DE 695 01 327 T2 geht ein biometrisches Authentifizierungssystem zum Identifizieren von Identitäten von Personen hervor. Bei dem Authentifizierungssystem kommt beispielsweise ein Fingerabdrucksensor oder ein Elektrokardiogramm zum Einsatz.From the DE 695 01 327 T2 A biometric authentication system for identifying identities of individuals emerges. The authentication system uses, for example, a fingerprint sensor or an electrocardiogram.

Aus der DE 44 13 788 C1 geht ein Personenidentifikationsverfahren hervor, bei dem die Bewegungsinformation aus Bildsequenzen ausgewertet wird, wenn ein typischer oder vorgegebener Bewegungsablauf der zu identifizierenden Person ausgeführt wird. Dabei wird der Bewegungsablauf aufgezeichnet und mittels eines synergetischen Computers ausgewertet, um die Sicherheit bei der Erkennung zu gewährleisten. Ton- und statische Bildinformationen können begleitend ausgewertet werden.From the DE 44 13 788 C1 shows a person identification method in which the motion information is evaluated from image sequences when a typical or predetermined movement of the person to be identified is performed. The motion sequence is recorded and evaluated by means of a synergetic computer in order to ensure the security of detection. Sound and static image information can be evaluated as an accompaniment.

Es besteht nach wie vor ein Bedürfnis nach einer biometrischen Technik, die möglichst viele der oben genannten Ziele möglichst weitgehend erreicht.There is still a need for a biometric technique that achieves as many of the above objectives as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ganz oder zum Teil gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 3, eine Verwendung gemäß Anspruch 8, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 und einen Datenträger gemäß Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. Die Aufzählungsreihenfolge der Schritte in den Verfahrensansprüchen soll nicht als Einschränkung des Schutzbereichs verstanden werden. Es sind vielmehr Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, bei denen diese Verfahrensschritte in anderer Reihenfolge oder ganz oder teilweise parallel oder ganz oder teilweise ineinander verzahnt (interleaved) ausgeführt werden.According to the invention, this object is achieved in whole or in part by a method according to claim 1, a method according to claim 3, a use according to claim 8, a device according to claim 9 and a data carrier according to claim 10. The dependent claims define preferred embodiments of the invention. The enumeration order of the steps in the method claims should not be understood as limiting the scope of protection. Rather, embodiments of the invention are provided in which these method steps are performed in a different order or completely or partially parallel or completely or partially interlocked (interleaved).

Die Erfindung geht von der Grundidee aus, die biometrische Erkennung unter Verwendung von Daten durchzuführen, die auf Grundlage einer Messung einer elektrischen Aktivität des Lebewesens ermittelt wurden. In bevorzugten Ausgestaltungen kann die elektrische Aktivität z. B. auf einer neuronalen oder muskulären Aktivität des Lebewesens basieren. Das Merkmal der Messung einer elektrischen Aktivität unterscheidet die Erfindung von bekannten Verfahren, bei denen – z. B. durch Analyse der Mimik oder der Unterschrift einer Person – lediglich durch die elektrische Aktivität ausgelöste Muskelbewegungen ermittelt werden.The invention is based on the basic idea of performing the biometric recognition using data which were determined on the basis of a measurement of an electrical activity of the living being. In preferred embodiments, the electrical activity z. B. based on a neuronal or muscular activity of the living being. The feature of measuring an electrical activity distinguishes the invention from known methods, in which -. B. by analyzing the facial expression or the signature of a person - only determined by the electrical activity triggered muscle movements.

In bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung werden komplexe Umsetzschritte ausgeführt, bei denen aus dem mindestens einen Meßsignal Merkmale ermittelt werden, die für das jeweilige Individuum spezifisch sind. Die Referenzdaten und/oder die Vergleichsdaten weisen dann vorzugsweise nur einen relativ geringen Umfang auf. Es sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen, bei denen die Referenzdaten und/oder die Vergleichsdaten nur durch eine einfache Filterung oder sogar nur durch Analog/Digital-Wandlung aus dem mindestens einen Meßsignal hervorgehen. Solche Ausgestaltungen haben den Vorteil, daß sie eine stetige Weiterentwicklung der biometrischen Erkennungsverfahren zulassen, ohne daß stets neue Referenzdaten aller Benutzer aufgezeichnet werden müßten. Die Referenzdaten werden in bevorzugten Ausgestaltungen auf einem Datenträger gespeichert, z. B. einer Chipkarte, einer Datenbank, einem Halbleiterspeicher oder einem magnetischen oder optischen Speichermedium. In preferred embodiments of the invention, complex conversion steps are carried out in which characteristics that are specific to the individual in question are determined from the at least one measurement signal. The reference data and / or the comparison data then preferably have only a relatively small extent. However, embodiments of the invention are also provided in which the reference data and / or the comparison data emerge from the at least one measurement signal only by simple filtering or even only by analog / digital conversion. Such embodiments have the advantage that they allow a continuous development of biometric recognition methods, without constantly new reference data of all users would have to be recorded. The reference data are stored in preferred embodiments on a data carrier, for. As a smart card, a database, a semiconductor memory or a magnetic or optical storage medium.

Zur Messung der elektrischen Aktivität des Lebewesens wird vorzugsweise mindestens eine Potentialdifferenz und/oder mindestens ein Stromfluß und/oder mindestens ein elektromagnetisches Feld ermittelt. Eine eventuell durch die elektrische Aktivität verursachte Muskelbewegung beeinflußt den Meßvorgang vorzugsweise nicht.To measure the electrical activity of the living being, at least one potential difference and / or at least one current flow and / or at least one electromagnetic field is preferably determined. A possibly caused by the electrical activity muscle movement preferably does not affect the measurement process.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und Ausführungsalternativen. Es wird auf die schematischen Zeichnungen verwiesen, in denen zeigen:Further features, objects and advantages of the invention will become apparent from the following description of several embodiments and alternative embodiments. Reference is made to the schematic drawings in which:

1 ein Blockdiagramm einer Biometrievorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, 1 a block diagram of a biometric device according to an embodiment of the invention,

2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Gewinnung von Referenzdaten bei der Biometrievorrichtung nach 1, 2 a flowchart of a method for obtaining reference data in the biometric device according to 1 .

3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur biometrischen Identitätsverifikation bei der Biometrievorrichtung nach 1, und 3 a flowchart of a method for biometric identity verification in the biometric device according to 1 , and

4 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zur Merkmalsextraktion, das bei den Verfahren von 2 und 3 eingesetzt wird. 4 a flowchart of a method for feature extraction, which in the method of 2 and 3 is used.

In 1 ist beispielhaft eine Biometrievorrichtung gezeigt, mit der elektrische Nerven- und Muskelsignale am Unterarm einer Person aufgenommen werden, und zwar an der für die Bewegungen der Hand verantwortlichen Muskulatur. Die an dieser Muskulatur endenden Nervenfasern steuern direkt die Hand, ihre Aktivität kann daher durch willkürliche Hand- und Fingerbewegungen unmittelbar beeinflußt werden. Zur biometrischen Verifikation werden die gemessenen Signale mit einem Referenzdatensatz verglichen, den die zu identifizierende Person auf einer Ausweiskarte bei sich trägt.In 1 By way of example, a biometric device is shown, with which electrical nerve and muscle signals are recorded on the forearm of a person, on the muscle responsible for the movements of the hand. The nerve fibers ending in this musculature control the hand directly, their activity can therefore be directly influenced by voluntary hand and finger movements. For biometric verification, the measured signals are compared with a reference data set which the person to be identified carries on an identification card.

Bei der Vorrichtung nach 1 sind zwei Elektroden 10, 12 vorgesehen, die an eine Aufnahmeeinrichtung 14 angeschlossen sind. Wie bei der Aufnahme eines EKG (Elektrokardiogramm) oder EEG (Elektroenzephalogram) tasten die Elektroden 10, 12 den zeitlichen Verlauf der zwischen ihnen anliegenden Potentialdifferenz U(t) auf der Hautoberfläche ab. Ein ausreichender Kontakt zwischen der Hautoberfläche und den Elektroden 10, 12 wird z. B. dadurch sichergestellt, daß die Elektroden 10, 12 als metallische Flächen in eine Schlaufe eines flexiblen und/oder elastischen Bandes eingebracht sind. Wenn der Benutzer seinen Unterarm unter leichtem Druck in die Schlaufe legt, umgibt das Band die Muskulatur straff und stellt so den Kontakt zu den Elektroden 10, 12 her. In einer Ausführungsalternative ist ein ebenfalls mit Elektroden versehenes Armband vorgesehen. Eine der Elektroden kann wahlweise auch als metallene Fläche ausgebildet sein, auf die der Benutzer seine Hand oder das Handgelenk auflegt.In the device according to 1 are two electrodes 10 . 12 provided to a receiving device 14 are connected. As with the recording of an ECG (electrocardiogram) or EEG (electroencephalogram), the electrodes will feel 10 . 12 the temporal course of the applied between them potential difference U (t) on the skin surface. Sufficient contact between the skin surface and the electrodes 10 . 12 is z. B. thereby ensures that the electrodes 10 . 12 are introduced as metallic surfaces in a loop of a flexible and / or elastic band. When the user puts his forearm into the loop with light pressure, the band tightly surrounds the muscles, thus making contact with the electrodes 10 . 12 ago. In an alternative embodiment, a likewise provided with electrodes bracelet is provided. Optionally, one of the electrodes can also be designed as a metal surface on which the user hangs up his hand or wrist.

Das Spannungssignal U(t) wird einem Meßverstärker 16 zugeführt, der ein Meßsignal S ausgibt. Das Meßsignal S durchläuft einen Analogfilter 18 und wird als Filtersignal F in einen Analog/Digital-Wandler 20 eingespeist. Der Analog/Digital-Wandler 20 setzt das Filtersignal F in Meßdaten D um. Die zeitliche Auflösung der Meßdaten D liegt vorzugsweise zumindest im Millisekundenbereich.The voltage signal U (t) becomes a measuring amplifier 16 supplied, which outputs a measurement signal S. The measuring signal S passes through an analog filter 18 and is used as a filter signal F in an analog / digital converter 20 fed. The analog / digital converter 20 converts the filter signal F into measured data D. The temporal resolution of the measured data D is preferably at least in the millisecond range.

Eine Verarbeitungseinrichtung 22, die z. B. als üblicher Computer ausgestaltet sein kann, setzt die Meßdaten D weiter um. Bei diesem Umsetzschritt wird aus den Meßdaten D eine Mehrzahl benutzerspezifischer Merkmale M ermittelt. Die Merkmale M werden an einen Datenträger 24 übertragen, der beispielsweise als Chipkarte (smart card) ausgestaltet sein kann und der dem Benutzer als Ausweis dient. Der Datenträger 24 weist einen z. B. als EEPROM (electrically erasable programmable read only memory) ausgestalteten Speicher 26 sowie einen Prozessorkern 28 zur Steuerung aller Funktionen des Datenträgers 24 auf.A processing device 22 that z. B. can be configured as a conventional computer, the measurement data D continues to set. In this conversion step, a plurality of user-specific features M is determined from the measured data D. The features M are to a disk 24 transmitted, which can be configured, for example, as a smart card and which serves the user as a card. The disk 24 has a z. B. as EEPROM (electrically erasable programmable read only memory) designed memory 26 as well as a processor core 28 to control all functions of the data carrier 24 on.

Die von der Verarbeitungseinrichtung 22 ermittelten Merkmale M werden als Referenzdaten R bzw. als Vergleichsdaten V bezeichnet, je nachdem, ob die Merkmale zur Erstellung eines Benutzer-Datensatzes (enrollment) oder für einen biometrischen Erkennungsvorgang dienen. Im erstgenannten Fall werden die Referenzdaten R in den Speicher 26 eingeschrieben. Im zweitgenannten Fall werden dagegen die Vergleichsdaten V vom Prozessorkern 28 mit den bereits im Speicher 26 vorhandenen Referenzdaten R verglichen. Bei einer hinreichenden Übereinstimmung signalisiert der Prozessorkern 28 eine erfolgreiche Verifikation; andernfalls schlägt die Verifikation fehl.The of the processing device 22 identified features M are referred to as reference data R and comparison data V, depending on whether the features are used to create a user enrollment or for a biometric recognition process. In the former case, the reference data R is stored in the memory 26 enrolled. In the second case, however, the comparison data V from the processor core 28 with those already in the store 26 existing reference data R compared. With a sufficient Correspondence is signaled by the processor core 28 a successful verification; otherwise the verification fails.

Generell können alle Filter- und Signalverarbeitungsfunktionen wahlweise vom Analogfilter 18 oder der digitalen Verarbeitungseinrichtung 22 ausgeführt werden. Die Aufteilung wird daher vorzugsweise so gewählt, daß möglichst wenig Kosten für das Gesamtsystem entstehen. In manchen Ausgestaltungen wird gänzlich auf den Analogfilter 18 verzichtet. Es sind ferner Ausführungsformen vorgesehen, bei denen die Funktionen des Analogfilters 18 und/oder des Analog/Digital-Wandlers 20 und/oder der Verarbeitungseinrichtung 22 ganz oder teilweise von einem digitalen Signalprozessor (DSP) übernommen werden.In general, all filter and signal processing functions can optionally be performed by the analog filter 18 or the digital processing device 22 be executed. The division is therefore preferably chosen so that the least possible cost for the entire system. In some embodiments, the whole thing is the analog filter 18 waived. Embodiments are also provided in which the functions of the analog filter 18 and / or the analog / digital converter 20 and / or the processing device 22 be wholly or partially taken over by a digital signal processor (DSP).

Während in 1 beispielhaft zwei Elektroden 10, 12 gezeigt sind, kann in Ausführungsvarianten eine andere Elektrodenanzahl vorgesehen sein. In der Regel dient eine der Elektroden als Referenzpunkt, und es wird der zeitliche Verlauf der Spannungspotentiale der anderen Elektroden relativ zu dieser Referenzelektrode gemessen. Bei n Elektroden ergeben sich damit (n – 1) Meßreihen. Auch hier ist eine zeitliche Auflösung jeder Meßreihe zumindest im Millisekundenbereich vorteilhaft.While in 1 for example, two electrodes 10 . 12 are shown, a different number of electrodes may be provided in embodiments. As a rule, one of the electrodes serves as a reference point, and the time profile of the voltage potentials of the other electrodes relative to this reference electrode is measured. With n electrodes, this results in (n-1) series of measurements. Again, a temporal resolution of each series of measurements at least in the millisecond range is advantageous.

2 zeigt einen beispielhaften Ablauf der Aufnahme und Speicherung der Referenzdaten R (enrollment). Dieser Vorgang ist zur späteren Identitätsüberprüfung einer Person erforderlich. Die Erfassung der Referenzdaten R kann beispielsweise erfolgen, bevor der als Ausweiskarte dienende Datenträger 24 ausgegeben wird. In Schritt 30 wird der zukünftige Inhaber des Ausweises zunächst gebeten, seinen Unterarm so auf das Elektrodenband oder die Auflagefläche der Biometrievorrichtung (1) zu legen, daß die Elektroden 10, 12 im Bereich der Muskulatur des Unterarms in Kontakt mit der Haut treten. 2 shows an exemplary sequence of recording and storing the reference data R (enrollment). This process is required for later identity verification of a person. The detection of the reference data R can, for example, be done before the data carrier serving as the ID card 24 is issued. In step 30 The prospective holder of the ID card is first asked to place his forearm on the electrode band or support surface of the biometrics device ( 1 ) to place the electrodes 10 . 12 in contact with the skin in the area of the musculature of the forearm.

Während der in Schritt 32 erfolgenden Messung führt der Ausweisinhaber eine bestimmte Bewegung der Hand oder der Finger durch. Die Bewegung kann von der ausgebenden Stelle vorgegeben sein oder vom Benutzer gewählt werden, aber es muß natürlich bei jedem Meßvorgang stets dieselbe Bewegung ausgeführt werden. Eine gewisse weitere Sicherheit kann dadurch erreicht werden, daß die Hand des Benutzers durch einen Sichtschutz verborgen wird und somit die Art der Bewegung für Dritte nicht erkennbar ist.While in step 32 measurement, the cardholder makes a certain movement of the hand or fingers. The movement may be dictated by the issuing agency or chosen by the user, but of course the same movement must always be carried out with each measurement. A certain level of safety can be achieved by concealing the user's hand through a privacy screen and thus not recognizing the type of movement for third parties.

Die mit der Bewegung einhergehenden neuronalen und muskulären Signale sind zumindest teilweise als Schwankungen der elektrischen Spannungspotentiale auf der Hautoberfläche meßbar. Das Meßsignal S mit dem durch die Elektroden 10, 12 abgetasteten, zeitaufgelösten Spannungsverlauf U(t) wird in Schritt 34 verarbeitet und ausgewertet, um daraus die Referenzdaten R mit einer Anzahl personenspezifischer Merkmale M zu extrahieren. Dieser Vorgang wird später unter Hinweis auf 4 noch genauer erläutert.The neuronal and muscular signals associated with the movement are at least in part measurable as fluctuations of the electrical voltage potentials on the skin surface. The measurement signal S with the through the electrodes 10 . 12 sampled, time-resolved voltage waveform U (t) is in step 34 processed and evaluated, in order to extract the reference data R with a number of person-specific characteristics M. This process will be explained later 4 explained in more detail.

In Abfrage 36 wird ermittelt, ob die personenbezogenen Merkmale M in den in Schritt 34 erzeugten Referenzdaten R eine ausreichende Qualität aufweisen. Als Referenzdaten R sollten Merkmale herangezogen werden, die nur schwer fälschbar sind. Zweckmäßig werden die aufgenommenen Referenzdaten R einer Lebenderkennung unterworfen. Hierbei werden sie auf typische, für einen lebenden Organismus eigentümliche Echtheitsmerkmale der gemessenen Aktivität untersucht. Solche Merkmale können z. B. eine typische Form von Spannungsimpulsen oder des Verlaufes einer Spannung, eine typische Verteilung von Zeitintervallen zwischen einzelnen Spannungsimpulsen u. s. w. sein.In query 36 it is determined whether the personal characteristics M in the in step 34 generated reference data R have a sufficient quality. Reference data R should be based on characteristics that are difficult to falsify. The recorded reference data R are expediently subjected to a live recognition. Here, they are examined for typical peculiarities of the activity measured for a living organism. Such features can z. A typical form of voltage pulses or the course of a voltage, a typical distribution of time intervals between individual voltage pulses, etc.

Ist die Qualität der Referenzdaten R danach ausreichend, werden sie in Schritt 38 zum Datenträger 24 übertragen und dort im Speicher 26 abgelegt. Im Falle ungenügender Qualität der Merkmale M wird der Ausweisinhaber gebeten, seinen Arm erneut aufzulegen, und der Ablauf beginnt von vorne. Im Falle einer Wiederholung kann es sinnvoll sein, die Messung mit einer geänderten Einstellung der Aufnahmevorrichtung 14, z. B. mit einer erhöhten Zeitauflösung, durchzuführen.If the quality of the reference data R is sufficient thereafter, they are in step 38 to the disk 24 transferred and there in the store 26 stored. In case of insufficient quality of the features M, the card holder is asked to put his arm back on and the procedure starts again. In case of a repetition, it may be useful to measure with a changed setting of the recording device 14 , z. B. with an increased time resolution to perform.

Das Flußdiagramm von 3 veranschaulicht beispielhaft ein Verfahren, mit dem der Ausweisinhaber seine Identität nachweisen kann. Die Merkmalsermittlung in den Schritten 40–46 erfolgt dabei ebenso wie in den Schritten 30–36 des Verfahrens von 2. In Schritt 40 wird der Ausweisinhaber wiederum aufgefordert, seinen Unterarm auf eine Auflagefläche zu legen. Auch wenn für die Verfahren von 2 und 3 in der Regel nicht ein und dieselbe biometrische Vorrichtung verwendet wird, sollen die Vorrichtungen doch möglichst bauähnlich sein. Insbesondere sollen die Anzahl und Anordnung der die elektrische Aktivität abtastenden Elektroden möglichst weitgehend mit der Anzahl und Anordnung der Elektroden während der Referenzdatenaufnahme übereinstimmen.The flow chart of 3 exemplifies a method by which the cardholder can prove his identity. The feature determination in the steps 40 - 46 takes place as well as in the steps 30 - 36 the procedure of 2 , In step 40 In turn, the cardholder is asked to place his forearm on a support surface. Even if for the procedures of 2 and 3 As a rule, not one and the same biometric device is used, the devices should nevertheless be as close to a construction as possible. In particular, the number and arrangement of the electrodes which scan the electrical activity should correspond as far as possible to the number and arrangement of the electrodes during reference data acquisition.

Während der Messung in Schritt 42 führt der Ausweisinhaber möglichst die gleiche Bewegung der Hand oder der Finger aus wie bei der Aufzeichnung der Referenzdaten R. Es folgt in Schritt 44 eine Merkmalsermittlung nach dem gleichen Prinzip wie bei der Referenzdatenaufnahme. Abfrage 46 bewirkt eine Wiederholung des Vorgangs, bis die extrahierten Merkmale M in ausreichender Qualität vorliegen. Die so ermittelten Merkmale M bilden die Vergleichsdaten V.During the measurement in step 42 the holder of the card will carry out as much as possible the same movement of the hand or the fingers as in the recording of the reference data R. It follows in step 44 a feature determination according to the same principle as in the reference data recording. query 46 causes a repetition of the process until the extracted features M are of sufficient quality. The thus determined features M form the comparison data V.

Im anschließenden Schritt 48 werden die Vergleichsdaten V zum Datenträger 24 übertragen. In den folgenden Schritten 50–58 werden die Vergleichsdaten V mit den im Speicher 26 vorliegenden Referenzdaten R verglichen, um die eigentliche Identitätsverifikation durchzuführen. Die Schritte 50–58 werden vom Prozessorkern 28 des Datenträgers 24 ausgeführt. Dieses sogenannte On-Card-Matching hat den Vorteil, daß die Referenzdaten R die sichere Umgebung des Datenträgers 24 während des Verifikationsvorgangs nie verlassen. In Ausführungsalternativen ist dagegen vorgesehen, daß die Verarbeitungseinrichtung 22 die Referenzdaten R aus dem Datenträger 24 ausliest und den Vergleich durchführt (Off-Card-Matching). Hierbei besteht aber das Risiko einer durch den Ausweisinhaber nicht zu kontrollierenden Verwendung der Referenzdaten R durch den Betreiber der Verarbeitungseinrichtung 22. In the subsequent step 48 the comparison data V to the disk 24 transfer. In the following steps 50 - 58 the comparison data V with the in memory 26 present reference data R to perform the actual identity verification. The steps 50 - 58 be from the processor core 28 of the disk 24 executed. This so-called on-card matching has the advantage that the reference data R the secure environment of the disk 24 never leave during the verification process. In alternative embodiments, however, it is provided that the processing device 22 the reference data R from the data carrier 24 read out and make the comparison (off-card matching). In this case, however, there is the risk of a use of the reference data R by the operator of the processing device which can not be controlled by the cardholder 22 ,

Beim Vergleichsvorgang greift der Prozessorkern 28 in Schritt 50 auf die im Speicher 26 vorhandenen Merkmale M der Referenzdaten R zu. In Schritt 52 erfolgt der eigentliche Merkmalsvergleich. Für jedes Merkmal M der Vergleichsdaten V wird geprüft, ob ein entsprechendes Merkmal M in den Referenzdaten R vorliegt. Die Anzahl übereinstimmender Merkmale M wird als Resultat von Schritt 54 ermittelt. Es versteht sich, daß in vielen Ausführungsformen die Schritte 50–54 nicht streng nacheinander, sondern zumindest teilweise ineinander verzahnt ablaufen.The comparison process uses the processor core 28 in step 50 on the in the store 26 existing features M of the reference data R to. In step 52 the actual feature comparison takes place. For each feature M of the comparison data V is checked whether a corresponding feature M is present in the reference data R. The number of matching features M becomes as a result of step 54 determined. It is understood that in many embodiments the steps 50 - 54 not strictly consecutive but at least partially interlocked.

Die in Schritt 54 bestimmte Merkmalsanzahl wird in Schritt 56 mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, und das Ergebnis des Vergleichs wird in Schritt 58 vom Datenträger 24 an die Verarbeitungseinrichtung 22 signalisiert. Wenn der Verarbeitungseinrichtung 22 in Abfrage 60 ein Ergebnis vorliegt, das eine hinreichende Anzahl an Übereinstimmungen anzeigt, war die Identitätsverifikation erfolgreich; andernfalls schlägt die Verifikation fehl.The in step 54 certain feature number will be in step 56 compared with a predetermined threshold, and the result of the comparison is in step 58 from the disk 24 to the processing device 22 signaled. If the processing device 22 in query 60 there is a result indicating a sufficient number of matches, the identity verification was successful; otherwise the verification fails.

Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Referenzdaten R und die Vergleichsdaten V auf identische Weise ermittelt. Dies betrifft sowohl die Messung in den Schritten 32 bzw. 42 als auch die Merkmalsextraktion und Qualitätskontrolle in den Schritten 34 bzw. 44. In anderen Ausgestaltungen kann zur Bestimmung der Referenzdaten R auch ein Verfahren eingesetzt werden, das einfacher oder aufwendiger als die Bestimmung der Vergleichsdaten V ist. Die jeweils eingesetzten Verfahren können sich auch grundsätzlich voneinander unterscheiden. So kann etwa, vorzugsweise für die Ermittlung der Referenzdaten R eine längere Meßdauer und/oder eine besonders sorgfältige Anpassung der Elektroden 10, 12 und/oder eine aufwendigere Aufbereitung der Daten durch den Analogfilter 18 und/oder die Verarbeitungseinrichtung 22 vorgesehen sein.In the exemplary embodiment described here, the reference data R and the comparison data V are determined in an identical manner. This affects both the measurement in the steps 32 respectively. 42 as well as feature extraction and quality control in steps 34 respectively. 44 , In other embodiments, to determine the reference data R, a method can also be used that is simpler or more complex than the determination of the comparison data V. The methods used in each case can also differ fundamentally from each other. Thus, for example, preferably for the determination of the reference data R a longer measurement time and / or a particularly careful adaptation of the electrodes 10 . 12 and / or a more elaborate preparation of the data by the analog filter 18 and / or the processing device 22 be provided.

Ein Verfahren für die Merkmalsextraktion und Qualitätskontrolle in den Schritten 34 bzw. 44 ist in 4 beispielhaft veranschaulicht. Das Verfahren geht von dem Meßsignal S mit einem oder mehreren zeitabhängigen Spannungsverläufen U(t) aus. Die Spannungsverläufe U(t) unterliegen von Messung zu Messung starken Variationen, selbst wenn sie von der gleichen Person unter gleichen Bedingungen abgeleitet werden. Schritt 70 des Verfahrens von 4 besteht daher in einer Filterung des Meßsignals S und der Ermittlung von Merkmalen M, die einerseits personenspezifisch, andererseits aber von derselben Person immer reproduzierbar sind. Schritt 70 wird in der Biometrievorrichtung von 1 durch das Zusammenspiel des Analogfilters 18, des Analog/Digital-Wandlers 20 und der von der Verarbeitungseinrichtung 22 bereitgestellten digitalen Filterbank ausgeführt.A method for feature extraction and quality control in steps 34 respectively. 44 is in 4 exemplified. The method starts from the measurement signal S with one or more time-dependent voltage profiles U (t). The voltage curves U (t) are subject to great variations from measurement to measurement, even if they are derived by the same person under the same conditions. step 70 the procedure of 4 Therefore, there is a filtering of the measurement signal S and the determination of features M, on the one hand person-specific, but on the other hand are always reproducible by the same person. step 70 is used in the biometrics device of 1 through the interaction of the analog filter 18 , the analog / digital converter 20 and that of the processing device 22 provided digital filter bank.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, in Schritt 70 Merkmale M der folgenden Arten zu ermitteln:

– die Anzahl der Spannungsimpulse an bestimmten Elektroden innerhalb bestimmter Zeitfenster,
– die Anzahl und/oder Verteilung der Amplituden der Spannungsimpulse,
– die Zeitpunkte der Spannungsimpulse relativ zum Beginn der Handbewegung, und
– Koeffizienten der Fourier-Zerlegung der Spannungskurven.

In the present embodiment, it is provided in step 70 Find characteristics M of the following types:

The number of voltage pulses at particular electrodes within certain time windows,
The number and / or distribution of the amplitudes of the voltage pulses,
The times of the voltage pulses relative to the beginning of the hand movement, and
- coefficients of the Fourier decomposition of the voltage curves.

Weitere Merkmalsarten, die in Ausführungsvarianten alternativ oder zusätzlich herangezogen werden, sind z. B. die Zeitabstände zwischen Spannungsimpulsen, die Energie im Fourier-Spektrum innerhalb bestimmter Frequenzbänder, Koeffizienten bestimmter Wavelet-Transformationen der Spannungskurven und so weiter.Other types of features that are used alternatively or additionally in alternative embodiments are, for. For example, the time intervals between voltage pulses, the energy in the Fourier spectrum within certain frequency bands, coefficients of certain wavelet transformations of the voltage curves and so on.

Nach der Filterung und Merkmalsermittlung in Schritt 70 steht eine Liste der extrahierten Merkmale M zur Verfügung. Diese Liste wird nun nach vorgegebenen Kriterien untersucht, um festzustellen, ob die Qualität der Signalaufnahme ausreichend war. Im Ausführungsbeispiel von 4 werden zwei Kriterien ausgewertet. Abfrage 72 überprüft, ob eine Mindestanzahl der registrierten Spannungsimpulse erreicht wird. In Abfrage 74 wird ermittelt, ob die registrierten Spannungsimpulse eine minimale mittlere Amplitude aufweisen. Die Liste der extrahierten Merkmale wird in Schritt 76 bzw. Schritt 78 zusammen mit dem Ergebnis der Qualitätsprüfung an den aufrufenden Programmteil übergeben.After filtering and feature determination in step 70 a list of the extracted features M is available. This list is now examined according to predetermined criteria to determine if the quality of the signal recording was sufficient. In the embodiment of 4 Two criteria are evaluated. query 72 checks whether a minimum number of registered voltage pulses is reached. In query 74 it is determined whether the registered voltage pulses have a minimum average amplitude. The list of extracted features is in step 76 or step 78 passed to the calling program part together with the result of the quality check.

In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die Abtastung von Oberflächenpotentialen des menschlichen Unterarms mittels Elektroden beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Es können vielmehr neuronale und/oder muskuläre Signalmuster aus den unterschiedlichsten Quellen zur biometrischen Authentisierung oder Identifikation herangezogen werden, sofern sie mit ausreichender räumlicher und/oder zeitlicher Auflösung aufgenommen werden.In the embodiments described so far, the scanning of surface potentials of the human forearm has been described by means of electrodes. However, the invention is not limited to this embodiment. Rather, neuronal and / or muscular signal patterns from a wide variety of sources can be used for biometric authentication or identification, provided that they are recorded with sufficient spatial and / or temporal resolution.

Die Messung kann in unterschiedlichen Ausgestaltungen der Erfindung z. B. mit Hilfe mehrerer auf der Haut angeordneter Elektroden oder durch magnetische Induktion oder durch Kernresonanzverfahren, durchgeführt werden, sofern das eingesetzte Verfahren nur einerseits die geforderte Auflösung bietet und andererseits für den jeweiligen Anwendungsbereich praktikabel ist. Hierbei ist insbesondere auf die Bequemlichkeit für den Anwender und auf die Geschwindigkeit des Meßverfahrens zu achten. Es ist z. B. vorgesehen, die in Zukunft zu erwartenden Meßvorrichtungen einzusetzen, mit deren Hilfe die neuronale und/oder muskuläre Aktivität durch gewöhnliche Kleidung hindurch ausreichend genau gemessen werden kann.The measurement may be in different embodiments of the invention z. B. by means of several electrodes arranged on the skin or by magnetic induction or by nuclear magnetic resonance method, carried out, provided that the method used only on the one hand provides the required resolution and on the other hand is practical for the respective field of application. Particular attention should be paid to the convenience of the user and to the speed of the measurement process. It is Z. B. provided to use the future expected measuring devices, with the help of which the neuronal and / or muscular activity can be measured by ordinary clothing through sufficiently accurate.

Als Signalquellen kommen neben der beschriebenen Muskulatur des Unterarms auch andere Muskelgruppen in Frage, z. B. die Muskulatur des für die Messung besonders leicht zugänglichen Daumenballens oder die Muskulatur des Gesichtes und des Halses. Herangezogen werden können ferner Signale des zentralen Nervensystems, die z. B. nach Art eines EEGs oder eines MEGs (Magenetoenzephalogramms) erfaßt werden.As signal sources come in addition to the described muscles of the forearm and other muscle groups in question, z. As the muscles of the most easily accessible for the measurement thumb ball or the muscles of the face and neck. It is also possible to use signals from the central nervous system, which are eg. B. in the manner of an EEG or a MEGs (Magenetoenzephalogramms) are detected.

In der bisherigen beispielhaften Darstellung wurde angenommen, daß die aufgenommenen neuronalen und/oder muskulären Signale im wesentlichen durch willkürliche Bewegungen der Hand oder der Finger verursacht werden. Der überwiegende Teil der neuronalen Informationsverarbeitung findet jedoch unwillkürlich statt, wie etwa bei der Aufnahme von sensorischem Input, bei der Signalverarbeitung im Gehirn, bei der Steuerung des Herzrhythmus. Auch Signale, die aus diesen unwillkürlichen Vorgängen resultieren, könnten als biometrische Merkmale verwendet werden. Beispiele bekannter Meßverfahren, deren Meßergebnisse nach der vorliegenden Erfindung biometrisch ausgewertet werden können, sind das Elektrokardiogramm (EKG), das Elektroenzephalogramm (EEG) und das Magnetoenzephalogramm (MEG). Insbesondere das MEG bietet den Vorteil, daß kein unmittelbarer Hautkontakt mit dem Benutzer hergestellt werden muß.In the present exemplary illustration, it has been assumed that the recorded neuronal and / or muscular signals are caused essentially by voluntary movements of the hand or fingers. However, the vast majority of neuronal information processing takes place involuntarily, such as in the acquisition of sensory input, in brain signal processing, in cardiac rhythm control. Also, signals resulting from these involuntary events could be used as biometric features. Examples of known measuring methods whose measurement results can be evaluated biometrically according to the present invention are the electrocardiogram (ECG), the electroencephalogram (EEG) and the magnetoencephalogram (MEG). In particular, the MEG offers the advantage that no direct skin contact with the user must be made.

Claims

Method for the biometric authentication of a person, comprising the steps of: - measuring an electrical activity of the person to determine at least one measurement signal (S), wherein the measured electrical activity is accompanied by a specific, deliberately performed by the person process, the deliberately performed process a certain movement of one or more limbs, wherein the movement takes place within a movement obstructing view protection, wherein at least one potential difference (U (t)) and / or at least one current flow and / or at least one electromagnetic field is measured during measurement, - implementing the at least one measurement signal (S) in comparison data (V), and - comparing the comparison data (V) with stored reference data (R) to perform the biometric authentication, wherein the reference data (R) lie on an identification card that carries the person with him wherein the comparison is from a processor ( 28 ) of the ID card is executed.

Method according to Claim 1, characterized in that, when the at least one measurement signal (S) is converted into the comparison data (V), specific features (M) are determined for the person which enter into the comparison data (V).

The method of claim 1, wherein to obtain reference data (R) for biometric authentication of a person, the following steps are performed: - Measuring an electrical activity of the person to determine at least one measurement signal (S), wherein the measured electrical activity associated with a certain, deliberately carried out by the person process, wherein the conscious process is a specific movement of one or more limbs, and - Implementing the at least one measurement signal (S) in the reference data (R).

Method according to Claim 3, characterized in that, when the at least one measuring signal (S) is converted into the reference data (R), specific features (M) are determined for the person which are included in the reference data (R).

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the measured electrical activity is based on a neuronal and / or muscular activity of the person.

Use of data (D, M, R, V) determined on the basis of a method according to any one of the preceding claims for the biometric recognition of a person.

Apparatus for biometric purposes, adapted to carry out a method according to any one of claims 1 to 6.