DE10241328A1 - Biometric acoustic writing system, e.g. for computer input, has data processing unit for computing biometric data depending on detected sound signals caused by hand-guided pen movement on substrate - Google Patents

Biometric acoustic writing system, e.g. for computer input, has data processing unit for computing biometric data depending on detected sound signals caused by hand-guided pen movement on substrate Download PDF

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    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/30Writer recognition; Reading and verifying signatures

Abstract

The biometric acoustic writing system (1) has a pen housing (31) for carrying out hand-guided movements on a substrate (4), at least one microphone (5) integrated into the housing for acoustic detection of sound signals caused by the movements of the pen and a data processing unit (11) for computing biometric data depending on the detected sound signals. Independent claims are also included for the following: (a) a method of generating person-specific biometric reference data (b) a method of verification and identification of a person (c) and a method of handwriting recognition.

Description

Die Erfindung betrifft ein biometrisches Schreibsystem, bei dem mit einem in einem Schreibschriftgehäuse integrierten Mikrofon die bei der handgeführten Bewegung des Schreibstiftes hervorgerufenen Schallsignale akustisch erfasst und anschließend zu biometrischen Daten verarbeitet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Personenidentifikation und Personenverifikation mittels eines biometrischen Schreibsystems sowie ein Verfahren zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung.The invention relates to a biometric writing system, in the case of the microphone integrated in a cursive casing with the hand-held Sound signals caused by movement of the stylus acoustically captured and then processed into biometric data. The invention relates also a procedure for personal identification and personal verification using a biometric writing system and a method for Handwriting recognition and / or hand sketch recognition.

Derzeit gibt es eine große Auswahl von konkurrierenden biometrischen Systemen. Den größten Anteil der biometrischen Systeme machen derzeit Systeme aus, die Fingerlinien als Erkennungsmerkmale nutzen, gefolgt von Systemen zur Gesichtserkennung und so genannte Irisscanner.There is currently a large selection of competing biometric systems. The biggest part of biometric systems currently make up systems, the finger lines as recognition features, followed by facial recognition systems and so-called iris scanners.

Durch die zunehmende elektronische Vernetzung in allen Bereichen des Geschäftslebens nimmt die Bedeutung der elektronischen Passwort- und Signaturerkennung ständig zu. Verträge werden in herkömmlicher Weise durch die beiden Vertragspartner geschlossen, indem eine Unterschrift zur Beurkundung geleistet wird. Die Unterschrift dient dabei zu Beweiszwecken und ist für denjenigen, der die Unterschrift leistet spezifisch. Bei Vertragsabschlüssen im Bereich des E-Commerce besteht die Notwendigkeit, dass die Vertragspartner zu ihrer Identifikation eine elektronische Unterschrift leisten müssen, die auf ihre Gültigkeit hin verifiziert werden muss. Voraussetzung für den breiten Einsatz einer elektronischen Unterschrift zur Verifikation der Identität der Vertragspartner ist eine hohe Verfälschungssicherheit der geleisteten elektronischen Unterschrift. Ferner muss die geleistete Unterschrift mit einer hohen Erkennungsrate erkannt und an einen entfernt gelegenen Rechner übertragen werden. Unerlässlich ist ferner, dass die Eingabe der elektronischen Unterschrift für einen großen Personenkreis ohne besondere Kenntnisse in einfacher Weise erfolgen kann.Due to the increasing electronic Networking in all areas of business life takes on importance electronic password and signature recognition. contracts are in more conventional Way closed by the two contractors by a signature is performed for certification. The signature is used for this Evidence purposes and is for the one who makes the signature specifically. When concluding contracts in In the field of e-commerce there is a need for the contractor provide an electronic signature to identify them have to, on their validity must be verified. Prerequisite for the widespread use of a electronic signature to verify the identity of the contractual partner is a high security against falsification the electronic signature. Furthermore, the performance Signature recognized with a high recognition rate and sent to one remote computers become. imperative is also that the entry of the electronic signature for a huge People in a simple manner without special knowledge can.

Die bisher bekannten Schreibsysteme erfüllen diese Forderungen nicht und weisen zum Teil gravierende Nachteile auf.The previously known writing systems fulfill these requirements do not exist and some have serious disadvantages on.

Es sind Schreibstifte mit Beschleunigungssensoren bekannt (beispielsweise Accelerometer-based pens von British Telecommunications) zur Aufnahme von Beschleunigungskräften beim Schreiben mit dem Schreibstift. Der Nachteil dieses bekannten Schreibstiftes besteht in einer vergleichsweise geringen Erkennungsrate bei der Unterschriftenverifikation aufgrund des nur zweidimensionalen Datenraumes. Darüber hinaus muss der Schreibstift beim Schreiben stets gleich ausgerichtet sein, d.h. der Winkel zwischen dem Schreibstift und der Unterlage muss weitestgehend konstant sein, so dass ein natürliches Schreibverhalten beim Leisten einer Unterschrift nicht gewährleistet ist. Darüber hinaus setzt eine akzeptable Erkennungsrate eine Mindestschreibgeschwindigkeit voraus, da sonst die gemessenen Beschleunigungskräfte zu gering sind.They are pens with accelerometers known (e.g. accelerometer-based pens from British Telecommunications) to absorb acceleration forces when writing with the Pen. The disadvantage of this known pen is in a comparatively low recognition rate for signature verification due to the only two-dimensional data space. Furthermore the pen must always be aligned when writing, i.e. the angle between the pen and the base must be be largely constant, so that a natural writing behavior when Providing a signature is not guaranteed. Furthermore an acceptable recognition rate sets a minimum writing speed ahead, otherwise the measured acceleration forces are too low are.

Eine Vielzahl von Schreibsystemen erkennen den handschriftlich geschriebenen Text bzw. Zeichen mittels der Schreibunterlage. Alle derartigen Schreibsysteme haben den Nachteil, dass spezielle Schreibunterlagen mit entsprechender Signalverarbeitung erforderlich sind.A variety of writing systems recognize the handwritten text or characters using the desk pad. All such writing systems have the disadvantage that special writing pads with appropriate signal processing required are.

Aus der US 4,513,437 ist ein Dateneingabestift zur Unterschriftenverifikation bekannt. Der Stift enthält einen Schreibstift zur Sichtbarmachung des Geschriebenen auf einer Unterlage sowie piezoelektrische Druck- und Beschleunigungssensoren zur Erfassung von Beschleunigungskräften, die durch transversale Schreibbewegungen des Stiftes auf der Schreibunterlage hervorgerufen werden. Darüber hinaus wird der Druck auf den Schreibstift in axial-paralleler Richtung des Schreibstiftes erfasst.From the US 4,513,437 a data entry pen for signature verification is known. The pen contains a writing pen to visualize what has been written on a base and piezoelectric pressure and acceleration sensors for detecting acceleration forces which are caused by transverse writing movements of the pen on the base. In addition, the pressure on the pen is recorded in the axially parallel direction of the pen.

Der Nachteil des in der US 4,513,437 beschriebenen Dateneingabestiftes besteht darin, dass ausgeprägte Beschleunigungskräf te beim Schreiben erforderlich sind. Zur Erfassung sind daher starke Richtungsänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen geradliniger Schreibbewegung zur Signalerfassung notwendig. Auch die US 5,181,661 beschreibt einen Schreibstift mit Beschleunigungssensoren zur Erfassung der Beschleunigung des Stiftes beim Schreiben in drei Raumrichtungen.The disadvantage of that in the US 4,513,437 described data entry pen is that pronounced acceleration forces are required when writing. Strong changes in direction and / or changes in speed of a straight-line write movement for signal detection are therefore necessary for the detection. Also the US 5,181,661 describes a pen with acceleration sensors for detecting the acceleration of the pen when writing in three directions in space.

Der sog. Anoto-Digital-Stift beschreibt ein Schreibsystem, bei dem geschriebener Text auf einen Rechner übertragen werden kann. Der Schreibstift besteht aus einem Kugelschreiber mit einer integrierten digitalen Kamera. Ein Kraftsensor detektiert das Aufsetzen der Schreibmiene auf ein Spezialpapier. Bei dem Spezialpapier handelt es sich um ein Papier mit einem aufgedrucktem Punktemuster. Die integrierte digitale Kamera des Anoto-Schreibstiftes nimmt die Schreibbewegungen des Stiftes über dem Punktemuster wahr. Die Kamera nimmt eine Vielzahl von Bildern pro Sekunde auf. Jedes aufgenommene Bild wird mit dem darauffolgenden Bild verglichen und ein integrierter Prozessor errechnet daraus unter Berücksichtigung der Stifthaltung den Richtungswechsel und die Bewegungsstrecke der in dem Stift integrierten Schreibmiene. Auf dem Anoto-Spezialpapier befinden sich eine Vielzahl aufgedruckter Punkte, die mit Tinte auf Kohlenstoffbasis aufgebracht sind und einen Abstand von weniger als 1mm zueinander aufweisen. Jedes Rnoto-Spezialpapier besitzt ein anderes Punktemuster, so dass die einzelnen Seiten voneinander unterscheidbar sind. Eine Licht emittierende Diode (LED) beleuchtet die kohlenstoff-haltigen Tintenpunkte, die langwelliges Infrarotlicht absorbieren und somit für die integrierte Digitalkamera innerhalb des Anoto-Stiftes erkennbar sind. Durch das Anoto-Spezialpapier kann die Relativbewegung des Stiftes sowie die absolute Position des Stiftes auf dem Papier ermittelt werden.The so-called Anoto digital pen describes a writing system in which written text is transferred to a computer can be. The pen consists of a ballpoint pen an integrated digital camera. A force sensor detects that Put the writing on a special paper. With the special paper it is a paper with a printed dot pattern. The integrated digital camera of the Anoto pen takes that Writing movements of the pen over the dot pattern true. The camera takes a variety of pictures per second. Each picture taken is followed by the next Image compared and an integrated processor calculates from it considering the direction of the pen and the direction of movement of the writing pen integrated in the pen. On the Anoto special paper there are a lot of printed dots with ink are applied on a carbon basis and a distance of less than 1mm to each other. Each Rnoto special paper has a different dot pattern, so that the individual pages can be distinguished from one another. A light emitting diode (LED) illuminates the carbon-containing ink dots, which absorb long-wave infrared light and thus for the integrated Digital camera are recognizable within the Anoto pen. Thanks to the special Anoto paper can the relative movement of the pen as well as the absolute position of the Pen can be determined on paper.

Der Nachteil des Anoto-Stiftes besteht darin, dass ein spezielles Papier notwendig ist und dass die Stifthaltung vorgegeben ist. Darüber hinaus ist die Verfälschungssicherheit der Unterschriftenverifikation zu gering, da keine personenspezifische biometrische Daten ermittelt werden. Durch den Anoto-Schreibstift wird nicht der individuelle Schreibdruck auf die Schreibmiene erfasst.The disadvantage of the Anoto pen is that it requires special paper and that Pen posture is specified. In addition, the security against tampering with signature verification is too low, since no person-specific biometric data are determined. The Anoto pen does not record the individual writing pressure on the writing surface.

Neben der elektronischen Unterschriftenverifikation besteht ein zunehmender Bedarf zur elektronischen Erfassung handgeschriebener Texte bzw. Zeichen. Bei herkömmlichen Verfahren zur Handschrifterkennung werden handgeführte Schreibbewegungen optisch erfasst und die ermittelten Schriftbilddaten werden anschließend mittels OCR-Verfahren in ASCI-Codedaten umgewandelt. Herkömmlicherweise werden bei der Erkennung eines geschriebenen Wortes mehrere mögliche Wortkandidaten selektiert. Die Anzahl der möglichen Wortkandidaten ist dabei umso höher, je undeutlicher die Handschrift ist und je mehr ähnliche Worte existieren. Aus den verschiedenen möglichen Wortkandidaten wird anschließend durch eine statistische Auswertung der wahrscheinlichste Wortkandidat ermittelt und ausgegeben. Die statistische Auswertung erfolgt wie bei der maschinellen Spracherkennung mittels sog. Wortfolgenstatistikprogramme, die anhand der vorangehenden erkannten Worte die statistische Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des jeweiligen Wortkandidaten berechnen. Der am wahrscheinlichsten auftretende Wortkandidat wird selektiert und anschließend ausgegeben. Der Nachteil derartiger herkömmlicher Verfahren bei der Handschrifterkennung besteht darin, dass die Anzahl der möglichen Wortkandidaten in vielen Fällen sehr hoch ist, so dass die Erkennungsrate oft sehr niedrig ist.In addition to electronic signature verification there is an increasing need for electronic capture of handwritten Texts or characters. With conventional Handwriting recognition methods are hand-guided writing movements optically recorded and the determined typeface data are then by means of OCR procedure converted into ASCI code data. traditionally, become several possible word candidates when a written word is recognized selected. The number of possible Word candidates is the higher, the more indistinct the handwriting is and the more similar words exist. Out the different possible Word candidate is then through a statistical evaluation of the most likely word candidate determined and output. The statistical evaluation is done like in machine speech recognition using so-called word sequence statistics programs, the statistical probability based on the previously recognized words for the Calculate the occurrence of the respective word candidate. The most likely to occur Word candidate is selected and then output. The disadvantage such more conventional The handwriting recognition process is based on the number the possible Word candidates in many cases is very high, so the detection rate is often very low.

Die deutsche Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 102 04 962.9 mit Anmeldetag vom 6. Februar 2002 beschreibt ein optomechanisches Schreibsystem und ein Verfahren zur Handschriftenerkennung mittels biometrischer Daten. Bei diesem optomechanischen Schreibsystem ist in einem Schreibstiftgehäuse ein Schreibstift zur Durchführung handgeführter Bewegungen auf einer Unterlage integriert. Das Schreibstiftgehäuse enthält eine optische Sensoreinrichtung zur Erfassung der mit dem Schreibstift durchgeführten Bewegungen als Bewegungs- bzw. Positionsdaten. Darüber hinaus ist in dem Schreibstiftgehäuse eine weitere Sensoreinrichtung zur Erfassung der bei den durchgeführten Bewegungen des Schreibstiftes auftretenden Kräfte integriert. Eine Datenverarbeitungseinheit dient zur Berechnung biometrischer Daten in Abhängigkeit von den erfassten Bewegungsdaten und den erfassten Schreibdruckdaten.The German patent application with the official file number 102 04 962.9 with the filing date of February 6th 2002 describes an optomechanical writing system and a process for handwriting recognition using biometric data. With this optomechanical writing system is in a pen housing Pen to carry out hand-held Movements integrated on a base. The pen housing contains an optical one Sensor device for detecting the movements carried out with the pen as movement or position data. In addition, one is in the pen housing further sensor device for detecting the movements carried out forces occurring in the pen integrated. A data processing unit is used to calculate biometric data depending on the data collected Movement data and the recorded writing pressure data.

Schreibsysteme zur Unterschriftenverifikation, zur Personenidentifikation bzw. -verifikation sowie zur Handschriften- und Spracherkennung müssen eine sehr hohe Verfälschungssicherheit und geringe Fehlerraten aufweisen. Darüber hinaus darf die technische Realisierung nicht allzu aufwändig sein, um ein breites Anwendungsgebiet zu ermöglichen.Writing systems for signature verification, for personal identification or verification as well as for manuscript and speech recognition need a very high security against falsification and have low error rates. In addition, the technical Realization not too complex to enable a wide range of applications.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein biometrisches Schreibsystem zu schaffen, das geringe Fehlerraten aufweist und eine sehr hohe Verfälschungssicherheit bietet.It is therefore the object of the present invention to create a biometric writing system that has low error rates has and a very high security against falsification offers.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein biometrisches Schreibsystem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.This object is achieved by a biometric writing system with the specified in claim 1 Features resolved.

Die Erfindung betrifft ein biometrisches Schreibsystem mit einem Schreibstiftgehäuse zur Durchführung handgeführter Bewegungen auf einer Unterlage, mindestens einem in dem Schreibstiftgehäuse integrierten Mikrofon zur akustischen Erfassung von Schallsignalen, die durch die handgeführten Bewegungen hervorgerufen werden, und mit einer Datenverarbeitungseinheit zur Berechnung biometrischer Daten in Abhängigkeit von den erfassten Schallsignalen.The invention relates to a biometric writing system with a pen housing to carry out hand-held Movements on a base, at least one integrated in the pen housing Microphone for acoustic detection of sound signals through the hand-held Movements are caused, and with a data processing unit for the calculation of biometric data depending on the recorded sound signals.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem ermöglicht die Generierung von personenspezifischen biometrischen Referenzdaten, die für die Person einzigartig sind. Hierdurch ist es möglich, die Identität einer schreibenden Person zu verifizieren und durch Vergleich mit gespeicherten Referenzdaten sogar zu identifizieren. Das erfindungsgemäß biometrische Schreibsystem ermöglicht zudem eine Handschriftenerkennung bzw. Handskizzenerkennung zur Ermittlung und Ausgabe von handgeschriebenen Zeichen in digitaler Form.The biometric writing system according to the invention allows the generation of person-specific biometric reference data, the for the person are unique. This makes it possible to identify a person Verify writing person and by comparison with saved Even identify reference data. The biometric according to the invention Writing system enables also a handwriting recognition or hand sketch recognition for Identification and output of handwritten characters in digital Shape.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem enthält vorzugsweise eine Datenverarbeitungseinheit zur Rekonstruktion handgeschriebener Zeichen und Texte aus den erfassten Schallsignalen.The biometric writing system according to the invention contains preferably a data processing unit for the reconstruction of handwritten Signs and texts from the recorded sound signals.

In dem Schreibstiftgehäuse ist vorzugsweise ein Schreibstift vorgesehen, der auf der Unterlage aufgesetzt und auf der Unterlage geführt wird.In the pen housing is preferably a pen is provided, which is placed on the base and performed on the pad becomes.

Dies bietet den besonderen Vorteil, dass die Person ein natürliches Schreibgefühl hat, da sich das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wie ein normaler Schreibstift verhält.This offers the particular advantage that the person is a natural writing feel has, since the biometric Writing system behaves like a normal pen.

Das durch die Reibung des Schreibstiftes auf der Unterlage während der handgeführten Schreibbewegung hervorgerufene akustische Schreibgeräusch wird vorzugsweise als Körperschallsignal über den Schreibstift und/oder zusätzlich als Luftschallsignal über die Umgebungsluft durch das in dem Schreibstiftgehäuse integrierte Mikrofon übertragen.This is due to the friction of the pen on the pad during the hand-held Acoustic writing noise is caused by the writing movement preferably as a structure-borne sound signal over the Pen and / or additional as an airborne sound signal the ambient air through the integrated in the pen housing Transfer microphone.

Da das Schreibgeräusch nicht allein über die Umgebungsluft, sondern auch als Körperschallsignal übertragen werden kann, eignet sich das erfindungsgemäße Schreibsystem auch für Anwendungsgebiete in akustisch lauten Bereichen.Since the writing noise is not just about the ambient air, but also transmitted as structure-borne noise the writing system according to the invention is also suitable for areas of application in acoustically noisy areas.

Das Mikrofon ist vorzugsweise zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit dem Schreibstift gekoppelt.The microphone is preferably for transmission of the structure-borne noise signal mechanically coupled to the pen.

Dabei ist das Mikrofon bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit einem mit dem Schreibstift verbundenen Klangkörper gekoppelt.The microphone is at one particularly preferred embodiment for transmission of the structure-borne noise signal mechanically coupled to an orchestra connected to the pen.

Der Klangkörper ist vorzugsweise als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt.The sound body is preferably as a Resonator for certain natural frequencies designed.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems ist das Mikrofon in einer in dem Schreibstiftgehäuse vorgesehenen Luftschallkammer angeordnet.In a preferred embodiment of the biometric according to the invention Writing system, the microphone is provided in the pen housing Airborne sound chamber arranged.

Die Luftschallkammer ist vorzugsweise als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt.The airborne chamber is preferred as a resonator for certain natural frequencies designed.

Das Mikrofon ist vorzugsweise von einer Schalldämmung umgeben, die zur Dämpfung von Umgebungsgeräuschen vorgesehen ist und Schallsignale von dem Klangkörper und der Luftschallkammer durchlässt.The microphone is preferably from a soundproofing surround that for damping of ambient noise is provided and sound signals from the sound body and the airborne sound chamber pass through.

Die Luftschallkammer ist über eine in dem Schreibstiftgehäuse vorhandenen Gehäuseöffnung mit der Umgebungsluft koppelbar.The airborne sound chamber is over a in the pen housing existing housing opening with the ambient air can be coupled.

Die Gehäuseöffnung ist vorzugsweise mittels einer mechanischen Verschlusseinrichtung zur Unterdrückung von Außengeräuschen schließbar.The housing opening is preferably by means of a mechanical closure device to suppress External noise can be closed.

Dies bietet dem Benutzer die Möglichkeit, durch Schließen der Öffnung Störgeräusche aus der Umgebung zu unterdrücken.This gives the user the opportunity to go through Conclude the opening Noise to suppress the environment.

Das Mikrofon erfasst bei geöffneter Gehäuseöffnung vorzugsweise das durch die handgeführte Schreibbewegung hervorgerufene interne und externe Schreibgeräusch als Körper- und Luftschallsignal und/oder ein von einer Person stammendes Sprechsignal.The microphone detects when open Housing opening preferably through the hand-held writing movement caused internal and external writing noise as a structure and airborne sound signal and / or a speech signal from a person.

Durch die akustische Erfassung des Sprechsignals zusätzlich zur akustischen Erfassung des Schreibgeräusches kann die Fehlerrate bei der Erkennung der Person erheblich reduziert werden. Durch die Kombination der Auswertung des Sprechsignals und des Schreibgeräusches wird eine sehr hohe Erkennungssicherheit des biometrischen Schreibsystems erreicht.Through the acoustic detection of the Speech signal additionally The error rate can be used for acoustic recording of the writing noise be significantly reduced when the person is recognized. Through the Combination of the evaluation of the speech signal and the writing noise a very high recognition reliability of the biometric writing system reached.

Das Mikrofon wandelt die erfassten akustischen Schallsignale vorzugsweise in ein elektrisches Schallsignal um.The microphone converts the captured acoustic sound signals preferably in an electrical sound signal around.

Das elektrische Schallsignal wird vorzugsweise durch einen Analog-/Digitalwandler in Schallsignaldaten zur digitalen Datenverarbeitung durch die Datenverarbeitungseinheit umgewandelt.The electrical sound signal will preferably by an analog / digital converter in sound signal data for digital data processing by the data processing unit converted.

Dabei werden das Schreibgeräusch und das Sprechsignal gleichzeitig oder zeitlich hintereinander durch das Mikrofon erfasst.The writing noise and the speech signal simultaneously or in succession captured the microphone.

Die erzeugten Schallsignaldaten sind vorzugsweise in einer Speichereinheit des biometrischen Schreibsystems abspeicherbar.The sound signal data generated are preferably in a storage unit of the biometric writing system stored.

Die Schreibunterlage besteht vorzugsweise aus beliebigem Papier.The writing pad preferably consists of any paper.

Dabei ist die Schreibunterlage vorzugsweise eine feste Unterlage, die eine bestimmte aufgeprägte Oberflächenrauhigkeit und Härte aufweist.The writing pad is preferably one solid base, which has a certain impressed surface roughness and hardness.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems ist in dem Schreibstiftgehäuse ein Lautsprecher zur Wiedergabe erfasster Mikrofonsignale, zur Wiedergabe gespeicherter biometrischer Referenzdaten und zur Wiedergabe gesprochener Informationen vorgesehen.In a particularly preferred embodiment of the biometric writing system is in the pen housing Loudspeaker for playing back recorded microphone signals, for playing back stored ones biometric reference data and for the reproduction of spoken information intended.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems ist zusätzlich eine optische Sensoreinrichtung vorgesehen, die Positionsdaten der handgeführten Schreibstiftbewegung über Bildsignale von der Oberfläche der Schreibunterlage erfasst.In a preferred embodiment of the biometric writing system is an additional optical sensor device provided the position data of the hand-held pen movement via image signals from the surface of the writing pad.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems ist ferner eine Druck-Sensoreinrichtung vorgesehen, die den statischen und dynamischen Druck des auf der Unterlage aufgesetzten und handgeführten Schreibstiftes erfasst.In a further preferred embodiment of the biometric writing system is also a pressure sensor device provided the static and dynamic pressure of the on the pad patch and hand-guided Pen captured.

Das Mikrofon ist vorzugsweise eine Elektrett-Mikrofon, ein piezoelektrisches Mikrofon, ein piezoresistives Mikrofon oder ein kapazitives Mikrofon.The microphone is preferably a Electret microphone, a piezoelectric microphone, a piezoresistive Microphone or a capacitive microphone.

In dem Schreibstift des biometrischen Schreibsystems ist vorzugsweise eine auswechselbare Schreibstiftmine vorgesehen.In the pen of the biometric writing system an exchangeable pen lead is preferably provided.

Diese Schreibstiftmine ist vorzugsweise mittels einer Schalteinrichtung aus dem Schreibstift ausfahrbar.This pen lead is preferred extendable from the pen by means of a switching device.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems weist die optische Sensoreinrichtung eine Abbildungsoptik zur Abbildung der Unterlagenoberfläche und eine Wandlereinrichtung zur Umwandlung des optischen Abbildungssignals in ein elektrisches Signal auf.In a preferred embodiment of the biometric according to the invention Writing system, the optical sensor device has imaging optics for mapping the document surface and a converter device for converting the optical imaging signal into an electrical one Signal on.

Die Abbildungsoptik besteht dabei vorzugsweise aus optischen Linsen und/oder Glasfasern.The imaging optics exist preferably made of optical lenses and / or glass fibers.

Bei der Wandlereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine CCD-Kamera oder ein Photodiodenarray.Acting in the converter device it is preferably a CCD camera or a photodiode array.

Ferner ist vorzugsweise eine Diodenlichtquelle zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche vorgesehen.Furthermore, a diode light source is preferred provided for illuminating the surface of the underlay.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich eine Laserdiode zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche und eines in den Stift integrierten optischen Gitters vorgesehen.In a particularly preferred embodiment is additional a laser diode for illuminating the underlay surface and of an optical grating integrated in the pen.

Die optische Sensoreinrichtung erfasst vorzugsweise die mit dem Schreibstift durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Unterlagenoberfläche.The optical sensor device detects preferably the movements carried out with the pen by comparison the temporally offset recorded image sequences of the document surface.

Bei einer alternativen Ausführungsform erfasst die optische Sensoreinrichtung die mit dem Schreibstift durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten, aufgenommenen Bildfolgen der Interferenzen des an dem Gitter und der Unterlagenoberfläche reflektierten Laserlichtes.In an alternative embodiment the optical sensor device detects that with the pen conducted Movements by comparing the staggered, recorded Image sequences of the interferences of the reflected on the grating and the underlay surface Laser light.

Die Schreibstiftmine gibt bei einer bevorzugten Ausführungsform in einem ausgefahrenen Zustand auf die Unterlage bei Durchführung der handgeführten Bewegungen eine Schreibflüssigkeit ab, die die Strukturierung der Unterlagenoberfläche erhöht, so dass die optische Erfassung der handgeführten Bewe gungen mittels der optischen Sensoreinrichtung erleichtert und über das Tintenschriftbild auf der Unterlage eine natürliche Schreibweise hervorgerufen wird.In a preferred embodiment, the pen lead, in an extended state, releases a writing liquid onto the base when the hand-guided movements are carried out, which increases the structuring of the surface of the document, so that the optical detection of the hand-guided movements by means of the optical sensors direction is facilitated and a natural spelling is created via the ink typeface on the base.

Die Datenverarbeitungseinheit ist vorzugsweise in dem Schreibstiftgehäuse oder in einer externen Empfangseinheit integriert.The data processing unit is preferably in the pen housing or in an external one Integrated receiver unit.

Bei der externen Empfangseinheit handelt es sich dabei vorzugsweise um einen Computer, ein Mikrokontroller, ein Handy, einen Kreditkartenleser, ein Faxgerät oder um einen Drucker.With the external receiver unit it is preferably a computer, a microcontroller, a cell phone, a credit card reader, a fax machine or around a printer.

Die erfassten Schallsignale, die optischen Bewegungsdaten und die erfassten mehrdimensionalen Druckdaten werden vorzugsweise über eine Datenübertragungsstrecke von dem Schreibstiftgehäuse an die in externe Empfangseinheit integrierte Datenverarbeitungseinheit übertragen.The recorded sound signals, the optical movement data and the recorded multidimensional print data are preferably about a data transmission link from the pen housing transmitted to the data processing unit integrated in the external receiving unit.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem weist vorzugsweise eine in dem Schreibstiftgehäuse enthaltene Verschlüsselungseinheit zur Verschlüsselung von Schallsignaldaten, optischen Bewegungsdaten und Druckdaten auf.The biometric writing system according to the invention preferably has an encryption unit contained in the pen housing for encryption of sound signal data, optical movement data and print data.

Die Datenübertragungsstrecke ist dabei vorzugsweise drahtgebunden oder drahtlos.The data transmission path is included preferably wired or wireless.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem weist vorzugsweise einen Datenspeicher zum Abspeichern von biometrischen Referenzdaten, von Positionsdaten der Schreibbewegung und von gesprochenen Informationen auf.The biometric writing system according to the invention preferably has a data memory for storing biometric Reference data, position data of the writing movement and spoken Information on.

Die biometrischen Referenzdaten werden vorzugsweise durch die Datenverarbeitungseinheit aus den beim Schreiben und Sprechen eines Wortes erfassten Schallsignaldaten, aus optischen Bewegungsdaten und mechanischen Druckdaten berechnet und in dem Referenzdatenspeicher abgelegt.The biometric reference data is preferred through the data processing unit from when writing and speaking sound signal data recorded from a word, from optical movement data and mechanical pressure data are calculated and stored in the reference data memory stored.

Bei dem Referenzdatenspeicher handelt es sich vorzugsweise um einen Mikrochip eines Personalausweises, einer Kreditkarte, um eine Berechtigungsmagnetkarte oder um eine Speichereinheit eines Computers oder des biometrischen Schreibsystems.The reference data store is concerned it is preferably a microchip of an identity card, a credit card, an authorization magnetic card or an Storage unit of a computer or the biometric writing system.

Bei den geschriebenen und gesprochenen Wörtern und Zeichen handelt es sich vorzugsweise um Pincodes, Passwörter, Namen oder um Texte.For the written and spoken words and Characters are preferably pin codes, passwords, names or about texts.

Die Positionsdaten der Schreibbewegung werden vorzugsweise aus dem beim Schreiben eines Wortes erfassten Schallsignaldaten, optischen Bewegungsdaten und mechanischen Druckdaten berechnet und in dem Datenspeicher zur Handschriftenerkennung abgelegt.The position data of the write movement will preferably from the sound signal data recorded when writing a word, optical movement data and mechanical pressure data are calculated and stored in the data memory for handwriting recognition.

Der Referenzdatenspeicher ist dabei vorzugsweise in dem Schreibstiftgehäuse integriert.The reference data storage is included preferably integrated in the pen housing.

Die in dem externe Empfangseinheit integrierte Datenverarbeitungseinheit ist vorzugsweise an einen Referenzdatenspeicher angeschlossen.The in the external receiving unit integrated data processing unit is preferably to one Reference data memory connected.

Der externe Empfangseinheit weist bei einer bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems eine Leseeinheit zum Lesen eines tragbaren von biometrischen Referenzdaten auf.The external receiving unit points in a preferred embodiment of the biometric writing system a reading unit for reading a portable of biometric reference data.

Der externe Empfangseinheit ist vorzugsweise über ein Datennetzwerk an eine Datenbank mit einem Referenzdatenspeicher verbunden.The external receiving unit is preferably via a Data network to a database with a reference data store connected.

Bei dem Datennetzwerk handelt es sich vorzugsweise um das Internet.The data network is preferably the Internet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems vergleicht die Datenverarbeitungseinheit die berechneten aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten zu deren Verifikation und Identifikation.In a preferred embodiment of the biometric writing system compares the data processing unit the calculated current biometric data with the saved biometric reference data for their verification and identification.

Die Datenverarbeitungseinheit erzeugt bei weitgehender Übereinstimmung der aktuellen biometrischen Daten mit den gespei cherten Referenzdaten ein Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignal.The data processing unit generates if there is broad agreement the current biometric data with the stored reference data Identification or verification display signal.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems gemäß der Erfindung erkennt die Datenverarbeitungseinheit bei vollständiger Übereinstimmung der aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten die aktuellen biometrischen Daten als Raubkopie der gespeicherten Referenzdaten und erzeugt ein entsprechendes Warnsignal.In a particularly preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention recognizes the Data processing unit with complete agreement of the current one biometric data with the stored biometric reference data the current biometric data as a pirated copy of the saved Reference data and generates a corresponding warning signal.

Die Datenverarbeitungseinheit erzeugt bei Abweichen der aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten ein Abweichungsanzeigesignal.The data processing unit generates if the current biometric data deviate from the saved data biometric reference data a deviation indication signal.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems weist dieses mindestens einen Aktor auf, der nach Erzeugen des Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignals betätigt wird.In a preferred embodiment of the biometric writing system, this has at least one actuator after generating the identification or verification display signal is operated.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Generierung von personenspezifischen biometrischen Referenzdaten mit den folgenden Schritten:
Akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch eine Person durchgeführt werden, und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten,
Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal,
Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus den Schallsignaldaten mittels Fourier-Transformation, Bestimmen von ersten biometrischen Referenzdaten aus der Schallintensität des digitalen Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion,
Bestimmen von zweiten biometrischen Referenzdaten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion.
The invention also provides a method for generating person-specific biometric reference data with the following steps:
Acoustic detection of hand-held writing movements, which are carried out by a person when writing a character, a word or a sequence of words with a pen on a base, and generating corresponding sound signal data,
Storing the generated sound signal data as a digital sound-time signal,
Calculating an associated frequency spectrum from the sound signal data by means of Fourier transformation, determining first biometric reference data from the sound intensity of the digital sound-time signal by means of feature extraction,
Determination of second biometric reference data from the calculated frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Generierung von personenspezifischen biometrischen Referenzdaten werden die Verfahrensschritte mehrmals durchgeführt und die jeweils bestimmten Referenzdaten statistisch ausgewertet, wobei die ausgewerteten Daten als personenspezifische Referenzdaten verschlüsselt und anschließend abgespeichert werden.In a preferred embodiment of the procedure for the generation of person-specific biometric The procedural steps are carried out several times and reference data statistically evaluated the respectively determined reference data, whereby the evaluated data is encrypted as person-specific reference data and subsequently can be saved.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die statistisch ausgewerteten, personenspezifischen Referenzdaten in einem Mikrochip eines Personalausweises, in einem Mikrochip einer Kreditkarte, in eine Berechtigungsmagnetkarte oder in die Speichereinheit eines Computers bzw. eines Schreibsystems abgespeichert.In a preferred embodiment, the statistically evaluated, person-specific stored reference data in a microchip of an identity card, in a microchip of a credit card, in an authorization magnetic card or in the storage unit of a computer or a writing system.

Vorzugsweise werden zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.Preferably, an additional speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data generated.

Darüber hinaus werden bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Generierung von personenspezifischen, biometrischen Referenzdaten die bei der durchgeführten Schreibbewegung des Schreibstiftes in mindestens einer Raumrichtung auftretenden Schreibkräfte durch Drucksensoren erfasst und entsprechend mindestens eindimensionale Schreibdruckdaten erzeugt.In addition, at a preferred embodiment of the method according to the invention for the generation of person-specific, biometric reference data the carried out at the Writing movement of the pen in at least one spatial direction occurring typists detected by pressure sensors and correspondingly at least one-dimensional Write print data generated.

Ferner werden vorzugsweise die beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Zeichen-/Wortfolge mit dem Schreibstift auf der Unterlage handgeführten Schreibbewegungen optisch erfasst und entsprechende Schreibbewegungsdaten erzeugt.Also preferred are those when writing a character, a word or a character / word sequence with the Pen on the surface of the hand-held writing movements optically recorded and generates corresponding write movement data.

Die biometrischen Referenzdaten werden vorzugsweise aus der Schallintensität des digitalen Zeitschallsignals mittels Merkmalsextraktion, aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schallzeitsignals mittels Merkmalsextraktion sowie aus den beim Schreiben und Sprechen eines Wortes erzeugten optischen Bewegungsdaten und Schreibdruckdaten bestimmt und in dem Referenzdatenspeicher als personenspezifische biometrische Referenzdaten verschlüsselt abgespeichert.The biometric reference data is preferred from the sound intensity the digital time sound signal by means of feature extraction, from which calculated frequency spectrum of the sound time signal by means of feature extraction as well as those generated when writing and speaking a word optical movement data and writing pressure data determined and in the Reference data memory is stored in encrypted form as person-specific biometric reference data.

Es erfolgt vorzugsweise eine Datenreduktion der statischen und dynamischen Schreibbewegungsdaten, der Schreibdruckdaten, der optischen Bewegungsdaten und der Schallsignaldaten mittels Clusterbildung.The data is preferably reduced static and dynamic write movement data, the write pressure data, the optical movement data and the sound signal data by means of cluster formation.

Aus den datenreduzierten Clusterdaten werden vorzugsweise Merkmalsparameter extrahiert.From the data-reduced cluster data feature parameters are preferably extracted.

Die generierten biometrischen Referenzdaten werden vorzugsweise innerhalb oder außerhalb des Schreibstiftes abgespeichert.The generated biometric reference data are preferably inside or outside the pen stored.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Verifikation einer Person mit den folgenden Schritten, nämlich akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch die Person durchgeführt werden, und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten, Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal,
Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus dem Schall-Zeitsignal mittels Fourier-Transformation,
Bestimmen von ersten aktuellen biometrischen Daten aus der Schallintensität des digitalen Zeitschallsignals mittels Merkmalsextraktion,
Bestimmen von zweiten aktuellen biometrischen Daten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion, und
Vergleichen der aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten der Person zur Verifikation, ob die aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten der Person weitgehend übereinstimmen.
The invention also provides a method for verifying a person with the following steps, namely acoustic detection of hand-held writing movements which are carried out with a pen on a base when the person is writing a character, a word or a sequence of words, and generation of corresponding sound signal data, Storing the generated sound signal data as a digital sound-time signal,
Calculating an associated frequency spectrum from the sound-time signal by means of Fourier transformation,
Determining first current biometric data from the sound intensity of the digital time-sound signal by means of feature extraction,
Determining second current biometric data from the calculated frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction, and
Comparing the current biometric data with stored biometric reference data of the person to verify whether the current biometric data largely agree with the stored biometric reference data of the person.

Dabei werden vorzugsweise zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.In this case, one of the speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data generated.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Identifikation einer Person mit den folgenden Schritten, nämlich akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch eine Person durchgeführt werden, und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten,
Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal,
Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus dem Schall-Zeitsignals mittels Fourier-Transformation,
Bestimmen von ersten aktuellen biometrischen Daten aus der Schallintensität des digitalen Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion,
Bestimmen von aktuellen zweiten biometrischen Daten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion,
Vergleichen der aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten einer Vielzahl von Personen zur Identifikation, ob die aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten einer der gespeicherten Personen weitgehend übereinstimmen.
The invention furthermore provides a method for identifying a person with the following steps, namely acoustic detection of hand-guided writing movements which are carried out by a person with a pen on a base when writing a character, a word or a sequence of words, and generating corresponding sound signal data,
Storing the generated sound signal data as a digital sound-time signal,
Calculating an associated frequency spectrum from the sound-time signal by means of Fourier transformation,
Determining first current biometric data from the sound intensity of the digital sound-time signal by means of feature extraction,
Determining current second biometric data from the calculated frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction,
Comparing the current biometric data with stored biometric reference data of a large number of people to identify whether the current biometric data largely correspond to the stored biometric reference data of one of the stored people.

Dabei wird vorzugsweise zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.It is preferably an additional speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data generated.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung mit den folgenden Schritten, nämlich
akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben oder Skizzieren eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch eine Person ausgeführt werden, und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten,
Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal,
Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus den Schallsignaldaten mittels Fourier-Transformation, Bestimmen von ersten aktuellen akustischen Daten aus der Schallintensität des digitalen Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion zur Datenreduktion,
Bestimmen von aktuellen zweiten akustischen Daten zum Berechnen des Frequenzspektrums des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion zur Datenreduktion,
Berechnen einer Folge von Merkmalsvektoren aus den akustischen Daten,
Vergleichen der Folge von Merkmalsvektoren mit gespeicherten personenspezifischen Referenzmerkmalsvektoren, Selektieren einer Folge von Referenzmerkmalsvektoren, die von den jeweiligen Merkmalsvektoren die geringste Abweichung aufweisen,
Ermitteln des Zeichens, des Wortes oder der Wortfolge aus der Folge selektierter Referenzmerkmalsvektoren mittels statistischer, konnektionistischer und wissensbasierter Verfahren.
The invention also provides a method for recognizing handwriting and / or recognizing sketches with the following steps, namely
acoustic detection of hand-held writing movements which are carried out with a pen on a base when a person is writing or sketching a character, a word or a sequence of words, and generating corresponding sound signal data,
Storing the generated sound signal data as a digital sound-time signal,
Calculating an associated frequency spectrum from the sound signal data by means of Fourier transformation, determining first current acoustic data from the sound intensity of the digital sound-time signal by means of feature extraction for data reduction,
Determining current second acoustic data for calculating the frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction for data reduction,
Compute a sequence of feature vectors the acoustic data,
Comparing the sequence of feature vectors with stored person-specific reference feature vectors, selecting a sequence of reference feature vectors which have the smallest deviation from the respective feature vectors,
Determination of the character, the word or the word sequence from the sequence of selected reference feature vectors using statistical, connectionistic and knowledge-based methods.

Vorzugsweise wird zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst, und es werden entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.Preferably, an additional speech signal from the person acoustically detected, and it corresponding sound signal data are generated.

Die beim Schreiben oder Skizzieren eines Zeichens, eines Wortes oder einer Zeichen-/Wortfolge mit dem Schreibstift auf der Unterlage handgeführten Schreibbewegungen werden vorzugsweise zusätzlich optisch erfasst und entsprechende Positionsdaten erzeugt.The one when writing or sketching a character, a word or a character / word sequence with the Writing pen on the pad will be hand-guided writing movements preferably additionally optically recorded and corresponding position data generated.

Vorzugsweise werden zusätzlich die bei der durchgeführten Schreibbewegung des Schreibstiftes in mindestens einer Raumrichtung auftretenden Kräfte durch Drucksensoren erfasst und entsprechende, mindestens eindimensionale Schreibdruckdaten erzeugt.Preferably, the at the performed Writing movement of the pen in at least one spatial direction forces occurring detected by pressure sensors and corresponding, at least one-dimensional Write print data generated.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung wird das Zeichen, das Wort oder die Wortfolge aus der Folge selektierter Referenzmerkmalsvektoren, aus den Positionsdaten und aus den Schreibdruckdaten mittels statistischer, konnektionistischer und wissensbasierter Verfahren ermittelt.In a preferred embodiment of the method according to the invention for handwriting recognition and / or hand sketch recognition, the character the word or the word sequence from the sequence of selected reference feature vectors, from the position data and from the writing pressure data by means of statistical, connectionistic and knowledge-based procedures.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das ermittelte Zeichen der ausführenden Person zu deren Kontrolle optisch und/oder akustisch rückgemeldet.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention become the ascertained symbol of the person carrying out the control optically and / or acoustically reported.

Die generierten personenspezifischen Referenzdaten werden vorzugsweise zur Ermittlung psychologischer und/oder physiologischer Merkmale der Person ausgewertet.The generated person-specific Reference data are preferably used to determine psychological and / or physiological characteristics of the person are evaluated.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem ist vielfach einsetzbar.The biometric writing system according to the invention can be used in many ways.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das biometrische Schreibsystem als Computereingabeeinrichtung verwendet.In a preferred embodiment becomes the biometric writing system as a computer input device used.

Bei einer alternativen Verwendung wird das erfindungsgemäß Schreibsystem als Spracheingabeeinrichtung, insbesondere als Diktiergerät, verwendet.With an alternative use becomes the writing system according to the invention used as a voice input device, in particular as a dictation machine.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird vorzugsweise zur Erkennung neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person verwendet.The biometric writing system according to the invention is preferably used to detect neuromotor movement disorders Person used.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird ferner vorzugsweise als Therapiesystem zur Behebung neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person eingesetzt.The biometric writing system according to the invention is also preferably used as a therapy system for remedying neuromotor movement disorders used by one person.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird ferner vorzugsweise als graphologisches System zur Ermittlung psychologischer/physiologischer Merkmale einer Person verwendet.The biometric writing system according to the invention is also preferably used as a graphological system for determination psychological / physiological characteristics of a person.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird vorzugsweise als Schulungssystem zur Erlernen von Schreiben eingesetzt.The biometric writing system according to the invention is preferably used as a training system for learning to write used.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird vorzugsweise als Schulungssystem zum Erlernen einer Sprache verwendet.The biometric writing system according to the invention is preferably used as a training system for learning a language used.

Des Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Personenidentifikation, zur Personenverifikation, zur Generierung biometrischer Referenzdaten sowie zur Handschriften- und Handskizzenerkennung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.Furthermore, preferred embodiments of the biometric writing system according to the invention and the method according to the invention for personal identification, for personal verification, for generation biometric reference data as well as for handwriting and sketch recognition with reference to the attached Figures for explanation Features essential to the invention are described.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Abbildung zur Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems; 1 is a schematic illustration showing a preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention;

2 eine Schnittansicht durch ein Schreibstiftgehäuse des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems; 2 a sectional view through a pen housing of the biometric writing system according to the invention;

3 eine Schnittansicht durch ein Schreibstiftgehäuse mit optischer Sensoreinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems; 3 a sectional view through a pen housing with an optical sensor device according to a preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention;

4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Handschriftenerkennung mittels des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems; 4 a flow chart for explaining the handwriting recognition by means of the biometric writing system according to the invention;

5 eine Skizze zur Erläuterung einer optischen bzw. akustischen Rückmeldung für die schreibende Person; 5 a sketch to explain an optical or acoustic feedback for the person writing;

6 akustisch erfasste Schreibgeräusche bei unterschiedlicher Schreibgeschwindigkeit auf Karton und Schreibpapier; 6 acoustically recorded writing noises at different writing speeds on cardboard and writing paper;

7 ein akustisch erfasstes Schall-Zeitsignal beim dreifachen Schreiben des Buchstabens "a"; 7 an acoustically detected sound-time signal when the letter "a" is written three times;

8 ein akustisch erfasstes Schall-Zeitsignal beim dreifachen Schreiben des Buchstabens "b"; 8th an acoustically detected sound-time signal when the letter "b" is written three times;

9 Frequenzsignale beim Schreiben der Buchstaben "a" bzw. "b" im Zeitverlauf; 9 Frequency signals when writing the letters "a" or "b" over time;

10 ein Amplitudenfrequenzsignal beim Schreiben eines zugehörigen Buchstabens "a"; 10 an amplitude frequency signal when writing an associated letter "a";

11 dynamisches Verhalten einiger Frequenzlinien beim Schreiben des Buchstabens "a"; 11 dynamic behavior of some frequency lines when writing the letter "a";

12 dynamischer Verhalten einiger Frequenzlinien beim Schreiben des Buchstabens "b"; 12 dynamic behavior of some frequency lines when writing the letter "b";

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1. Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 umfasst einen Schreibstift 2, der in einem Schreibstiftgehäuse 3 integriert ist. Der Schreibstift 2 dient zur Durchführung handgeführter Bewegungen auf einer Unterlage 4. Bei der Unterlage 4 kann es sich um eine beliebige Unterlage mit beliebiger Oberfläche handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei der Unterlage 4 um Papier. Die Schreibunterlage 4 ist vorzugsweise eine feste Unterlage, die eine bestimmte aufgeprägte Oberflächenrauigkeit und Härte aufweist. 1 shows a schematic block diagram of the biometric writing system according to the invention 1 , The biometric writing system according to the invention 1 includes a pen 2 that is in a pen housing 3 is integrated. The pen 2 is used to perform hand-held movements on a surface 4 , With the pad 4 can be any document with be act any surface. It is preferably the pad 4 around paper. The desk pad 4 is preferably a solid base, which has a certain impressed surface roughness and hardness.

Der Schreibstift 2 enthält vorzugsweise eine austauschbare Schreibstiftmine, die mittels einer nicht dargestellten mechanischen Schalteinrichtung aus denn Schreibstift 2 ausfahrbar ist. Das Schreibstiftgehäuse 3 dient zur Durchführung handgeführter Bewegungen auf der Unterlage 4. Dabei wird zur Vermittlung eines normalen Schreibgefühls durch den Schreibstift 2 und dessen Schreibstiftmine eine Schreibflüssigkeit auf die Unterlage 4 zur optischen Rückkopplung für die schreibende Person abgegeben. Beim Aufsetzen des Schreibstiftes 2 auf der Unterlage und dessen Bewegung auf der Oberfläche entstehen Schreibgeräusche. In dem Schreibstiftgehäuse 3 ist bei dem erfindungsgemäßen Schreibsystem 1 mindestens ein Mikrofon 5 zur akustischen Erfassung von Schallsignalen vorgesehen. Das Mikrofon 5 erfasst die Schallsignale, die durch die handgeführten Bewegungen hervorgerufen werden, d.h. das durch die Schreibbewegung hervorgerufene Schreibgeräusch. Die durch die Reibung des Schreibstiftes 2 auf der Unterlage 4 während der handgeführten Schreibbewegung hervorgerufenen akustischen Schreibgeräusche werden einerseits als Körperschallsignal über den Schreibstift 2 und andererseits als Luftschallsignal über die Umgebungsluft zu dem Mikrofon 5 übertragen. Dabei ist das Mikrofon 5 zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit dem Schreibstift 2 gekoppelt. Bei der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Mikrofon 5 zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit einem mit dem Schreibstift 2 verbundenen Klangkörper 6 gekoppelt. Der Klangkörper 6 ist vorzugsweise als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt.The pen 2 preferably contains an interchangeable pen lead, which uses a mechanical switching device, not shown, for the pen 2 is extendable. The pen case 3 is used to perform hand-guided movements on the surface 4 , It is used to convey a normal feeling of writing through the pen 2 and its pen lead a writing liquid on the pad 4 for optical feedback for the person writing. When putting on the pen 2 There are writing noises on the surface and its movement on the surface. In the pen housing 3 is in the writing system according to the invention 1 at least one microphone 5 provided for acoustic detection of sound signals. The microphone 5 detects the sound signals that are caused by the hand-held movements, ie the writing noise caused by the writing movement. Due to the friction of the pen 2 on the pad 4 Acoustic writing noises produced during the hand-held writing movement are, on the one hand, a structure-borne sound signal via the pen 2 and on the other hand as an airborne sound signal via the ambient air to the microphone 5 transfer. Here is the microphone 5 to transmit the structure-borne noise signal mechanically with the stylus 2 coupled. At the in 1 The preferred embodiment shown is the microphone 5 to transmit the structure-borne sound signal mechanically using a pen 2 connected orchestra 6 coupled. The orchestra 6 is preferably designed as a resonator for certain natural frequencies.

Wie in 1 dargestellt, befindet sich das Mikrofon 5 in einer in dem Schriftstiftgehäuse 3 vorgesehenen Luftschallkammer 7. Die Luftschallkammer 7 ist vorzugsweise als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt. Das Mikrofon 5 ist von einer Schalldämmung 8a, 8b umgeben, die zur Dämpfung von Umgebungsgeräuschen vorgesehen ist und lediglich Schallsignale von dem Klangkörper 6 und der Luftschaltkammer 7 durchlässt. Die Luftschallkammer 7 ist über eine in dem Schreibstiftgehäuse 3 vorhandene Gehäuseöffnung mit der Umgebungsluft koppelbar. Dabei ist die Gehäuseöffnung vorzugsweise mittels einer mechanischen Verschlusseinrichtung 9 zur Unterdrückung von Außengeräuschen schließbar. Das Mikrofon 5 erfasst bei geöffneter Gehäuseöffnung das durch die handgeführte Schreibbewegung hervorgerufene interne und externe Schreibgeräusch als Körpers- und Luftschallsignal und zusätzlich ein von einer Person stammendes Sprechsignal. Das Mikrofon 5 wandelt die erfassten akustischen Schallsignale in ein elektrisches Schallsignal um. Das elektrische Schallsignal wird durch einen Analog/Digitalwandler in Schallsignaldaten zur digitalen Datenverarbeitung umgewandelt. Die digitalen Signaldaten werden über eine Signalleitung 10 einer Datenverarbeitungseinheit 11 zur weiteren Datenverarbeitung zugeführt. Das beim Schreiben erzeugte Schreibgeräusch und das gegebenenfalls von der Person zusätzlich empfangene Sprechsignal werden entweder gleichzei tig oder zeitlich hintereinander durch das Mikrofon 5 erfasst und in entsprechende Schallsignaldaten umgewandelt. Die der Datenverarbeitungseinheit 11 zugeführten Schallsignaldaten werden vorzugsweise in einer dafür vorgesehenen Speichereinheit 12, die mit der Datenverarbeitungseinheit 11 über Leitungen 13 verbunden ist, gespeichert.As in 1 shown, the microphone is located 5 in one in the pen housing 3 provided airborne sound chamber 7 , The airborne sound chamber 7 is preferably designed as a resonator for certain natural frequencies. The microphone 5 is from sound insulation 8a . 8b surrounded, which is intended to dampen ambient noise and only sound signals from the sound body 6 and the air switch chamber 7 pass through. The airborne sound chamber 7 is about one in the pen housing 3 Existing housing opening can be coupled with the ambient air. The housing opening is preferably by means of a mechanical closure device 9 closable to suppress outside noise. The microphone 5 detects the internal and external writing noise caused by the hand-held writing movement as a body and airborne sound signal and additionally a speech signal from a person when the housing opening is open. The microphone 5 converts the recorded acoustic sound signals into an electrical sound signal. The electrical sound signal is converted into sound signal data for digital data processing by an analog / digital converter. The digital signal data are sent via a signal line 10 a data processing unit 11 fed for further data processing. The writing noise generated during writing and the additional speech signal that may be received by the person are either simultaneously or in succession by the microphone 5 recorded and converted into corresponding sound signal data. That of the data processing unit 11 Sound signal data supplied are preferably stored in a storage unit provided for this purpose 12 that with the data processing unit 11 over lines 13 connected, saved.

Neben dem Mikrofon 5 als akustischem Sensor weist das inNext to the microphone 5 as an acoustic sensor, this indicates in

1 dargestellte, erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 vorzugsweise zusätzlich eine optische Sensoreinrichtung 14 auf, die Positionsdaten der handgeführten Schreibstiftbewegung über Bildsignale von der Oberfläche der Schreibunterlage 4 erfasst. Die optische Sensoreinrichtung ist über eine Signalleitung 15 ebenfalls an die Datenverarbeitungseinheit 11 angeschlossen. 1 shown, biometric writing system according to the invention 1 preferably additionally an optical sensor device 14 on, the position data of the hand-held pen movement via image signals from the surface of the writing pad 4 detected. The optical sensor device is via a signal line 15 also to the data processing unit 11 connected.

Bei dem Mikrofon 5 kann es sich beispielsweise um ein Elektrett-Mikrofon, ein piezoelektrisches Mikrofon, ein piezoresistives Mikrofon oder ein kapazitives Mikrofon handeln. Die optische Sensoreinrichtung 14 enthält vorzugsweise eine Abbildungsoptik zur Abbildung der Unterlagenoberfläche und eine Wandlereinrichtung zur Umwandlung des optischen Abbildungssignals in ein elektrisches Signal. Das elektrische Signal wird durch einen Analog-/Digitalwandler in Positionsdaten bzw. Bewegungsdaten umgewandelt und über die Signalleitung 15 an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgegeben. Die Abbildungsoptik der optischen Sensoreinrichtung 14 besteht vorzugsweise aus optischen Linsen und/oder Glasfasern. Bei der Wandlereinrichtung kann es sich um eine CCD-Kamera oder ein Photodiodenarray handeln. Vorzugsweise ist zusätzlich eine Diodenlichtquelle zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche vorgesehen. Ferner ist eine Laserdiode zur Beleuchtung eines in dem Stift integrierten optischen Gitters vorgesehen. Die optische Sensoreinrichtung 14 erfasst die mit dem Schreibstift 2 durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen, die die Oberfläche der Unterlage zeigen. Alternativ dazu kann die optische Sensoreinrichtung 14 auch derart ausgelegt sein, dass sie die mit dem Schreibstift 2 durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Interferenzen des an dem Gitter und der Unterlagenoberfläche reflektierten Laserlichtes erfasst.With the microphone 5 it can be, for example, an electret microphone, a piezoelectric microphone, a piezoresistive microphone or a capacitive microphone. The optical sensor device 14 preferably contains imaging optics for imaging the document surface and a converter device for converting the optical imaging signal into an electrical signal. The electrical signal is converted into position data or movement data by an analog / digital converter and via the signal line 15 to the data processing unit 11 issued. The imaging optics of the optical sensor device 14 consists preferably of optical lenses and / or glass fibers. The converter device can be a CCD camera or a photodiode array. A diode light source is preferably additionally provided for illuminating the underlay surface. A laser diode is also provided for illuminating an optical grating integrated in the pen. The optical sensor device 14 captured that with the pen 2 performed movements by comparing the staggered image sequences that show the surface of the base. Alternatively, the optical sensor device 14 also be designed in such a way that it is the one with the pen 2 performed movements by comparing the temporally staggered recorded image sequences of the interference of the laser light reflected on the grating and the surface of the document.

Die Schreibstiftmine gibt im ausgefahrenen Zustand auf die Unterlage 4 bei Durchführung der handgeführten Bewegungen eine Schreibflüssigkeit ab, die die Strukturierung der Oberfläche erhöht, so dass die optische Erfassung der handgeführten Bewegungen mittels der optischen Sensoreinrichtung 14 erleichtert wird. Ferner wird über das Tintenschriftbild auf der Unterlage bei der schreibenden Person eine natürliche Schreibweise bewirkt.The pen lead is in the extended state on the surface 4 a writing fluid when performing the hand-held movements ab, which increases the structuring of the surface, so that the optical detection of the hand-guided movements by means of the optical sensor device 14 is facilitated. Furthermore, a natural spelling is brought about by the person writing on the ink typeface on the base.

Die Datenverarbeitungseinheit 11 ist, wie in 1 dargestellt, in dem Schreibstiftgehäuse 3 integriert. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Datenverarbeitungseinheit auch in einer externen Empfangseinheit integriert sein. Eine derartige Empfangseinheit ist beispielsweise ein Computer, ein Mikrokontroller, ein Handy, ein Kreditkartenleser, ein Faxgerät oder ein Drucker.The data processing unit 11 is like in 1 shown in the pen housing 3 integrated. In an alternative embodiment, the data processing unit can also be integrated in an external receiving unit. Such a receiving unit is, for example, a computer, a microcontroller, a cell phone, a credit card reader, a fax machine or a printer.

Die durch das Mikrofon 5 erfassten Schallsignaldaten und die durch die optische Sensoreinrichtung 14 erfassten Bewegungsdaten werden, sofern sich Datenverarbeitungseinheit extern in einem lokalen Rechner befindet, über eine Datenübertragungsstrecke 18 von dem Schreibstiftgehäuse 3 an diesen lokalen Rechner 20 übertragen. Die Datenverarbeitungseinheit 11 ist, wie in 1 zu erkennen, über eine Leitung 16 an eine nachgeschaltete Verschlüsselungseinheit 17 angeschlossen. Die Verschlüsselungseinheit 17 dient zur Verschlüsselung der von der Datenverarbeitungseinheit 11 innerhalb des Schreibstiftgehäuses 1 abgegebenen Schallsignaldaten und der erfassten optischen Bewegungsdaten. Die verschlüsselten Daten werden über die Datenübertragungsstrecke 18, die drahtlos oder drahtgebunden ist, an eine Datenverarbeitungseinheit 19 innerhalb des lokalen Rechners 20 übertragen. Der lokale Rechner 20 verfügt neben der Datenverarbeitungseinheit 19 über einen Speicher 21 und eine Anzeige 22, die jeweils über Signalleitungen 23, 24 mit der Datenverarbeitungseinheit 19 verbunden sind. Die Da tenverarbeitungseinheit 19 des lokalen Rechners 20 ist ferner über Leitungen 25 mit einer Leseeinheit 26 verbunden. Darüber hinaus steuert die Datenverarbeitungseinheit 19 des lokalen Rechners 20 über Steuerleitungen 27 einen Aktor 28, beispielsweise eine Sicherheitstür. Die Datenverarbeitungseinheit 19 ist über eine Leitung 29 mit einem Datennetzwerk 30 verbunden, an dem eine externe Datenbank 31 angeschlossen ist. Bei dem Datennetzwerk 30 handelt es sich vorzugsweise um das Internet.The through the microphone 5 recorded sound signal data and that by the optical sensor device 14 Provided that the data processing unit is located externally in a local computer, motion data are recorded via a data transmission link 18 from the pen housing 3 to this local computer 20 transfer. The data processing unit 11 is like in 1 to recognize through a line 16 to a downstream encryption unit 17 connected. The encryption unit 17 is used to encrypt the data processing unit 11 inside the pen housing 1 emitted sound signal data and the detected optical movement data. The encrypted data is transmitted over the data link 18 , which is wireless or wired, to a data processing unit 19 within the local machine 20 transfer. The local computer 20 has in addition to the data processing unit 19 through a store 21 and an ad 22 , each via signal lines 23 . 24 with the data processing unit 19 are connected. The data processing unit 19 of the local computer 20 is also on lines 25 with a reading unit 26 connected. In addition, the data processing unit controls 19 of the local computer 20 via control lines 27 an actuator 28 , for example a security door. The data processing unit 19 is over a line 29 with a data network 30 connected to an external database 31 connected. With the data network 30 it is preferably the Internet.

Das in 1 dargestellte biometrische Schreibsystem 1 enthält eine akustische Sensoreinrichtung 5 und eine optische Sensoreinrichtung 14. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 zusätzlich eine Drucksensoreinrichtung auf, die den statischen und dynamischen Druck des auf der Unterlage 4 aufgesetzten handgeführten Schreibstiftes erfasst und entsprechende Schreibdruckdaten an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgibt. Die erfassten Schallsignaldaten, die optischen Bewegungsdaten und die erfasten mehrdimensionalen Druckdaten werden von der Datenverarbeitungseinheit 11 nach entsprechender Verschlüsselung durch die Verschlüsselungseinheit 17 über die Datenübertragungsstrecke 18 von dem Schreibstiftgehäuse 3 an die in dem lokalen Rechner 20 integrierte Datenverarbeitungseinheit 19 übertragen. Aus den erfassten Schallsignaldaten, den optischen Bewegungsdaten und aus den mechanischen Schreibdruckdaten werden durch die Datenverarbeitungseinheit, die sich innerhalb oder außerhalb des Schreibstiftgehäuses 3 befindet, biometrische Referenzdaten berechnet und in einem Referenzdatenspeicher, beispielsweise in dem Speicher 12 oder dem Speicher 21, abgelegt. Bei dem Referenzdatenspeicher kann es sich bei alternativen Ausführungsformen um einen Speicher innerhalb eines Personalausweises, einer Kreditkarte, um eine Berechtigungsmagnetkarte oder um eine Speichereinheit eines beliebigen Computers handeln. Die geschriebenen Wörter und Zeichen, deren Schreibgeräusche durch das Mikrofon akustisch erfasst und als Schallsignaldaten abgegeben werden, sind insbesondere geschriebene Pincodes, Passwörter, Namen oder handgeschriebene Texte. Das durch die Person geschriebene Zeichen kann gleich zeitig durch die Person gesprochen werden und als Sprechsignal ebenfalls durch das Mikrofon 5 erfasst werden.This in 1 illustrated biometric writing system 1 contains an acoustic sensor device 5 and an optical sensor device 14 , In a preferred embodiment, the biometric writing system according to the invention 1 additionally a pressure sensor device that measures the static and dynamic pressure of the surface 4 attached hand-held pen and corresponding print data to the data processing unit 11 emits. The recorded sound signal data, the optical movement data and the experienced multidimensional print data are processed by the data processing unit 11 after appropriate encryption by the encryption unit 17 over the data transmission link 18 from the pen housing 3 to those in the local machine 20 integrated data processing unit 19 transfer. The data processing unit converts the recorded sound signal data, the optical movement data and the mechanical writing pressure data into or outside the pen housing 3 located, biometric reference data is calculated and in a reference data memory, for example in the memory 12 or memory 21 , filed. In alternative embodiments, the reference data memory can be a memory within an identity card, a credit card, an authorization magnetic card or a storage unit of any computer. The written words and characters, the typing noises of which are recorded acoustically by the microphone and emitted as sound signal data, are in particular written pin codes, passwords, names or handwritten texts. The character written by the person can be spoken simultaneously by the person and as a speech signal also by the microphone 5 be recorded.

Die in dem lokalen Rechner 20 vorgesehene Leseeinheit 26 dient beispielsweise zum Lesen eines tragbaren Speichermediums für biometrische Referenzdaten. In der Datenverarbeitungseinheit 31 können berechnete, aktuelle biometrische Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten für eine Verifizierung und Identifikation verglichen werden. Bei weitgehender Übereinstimmung der aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten Referenzdaten erzeugt die Datenverarbeitungseinheit 11 bzw. 19 ein Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignal. Dabei wird auf die Datenverarbeitungseinheit 19 nach Erzeugen des Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignals ein Aktor, beispielsweise eine Sicherheitstür, betätigt.The one in the local machine 20 provided reading unit 26 is used, for example, to read a portable storage medium for biometric reference data. In the data processing unit 31 calculated, current biometric data can be compared with stored biometric reference data for verification and identification. If the current biometric data largely matches the stored reference data, the data processing unit generates 11 or 19 an identification or verification display signal. This is done on the data processing unit 19 after generating the identification or verification display signal, an actuator, for example a security door, is actuated.

Erkennt die Datenverarbeitungseinheit 11 bzw. 19 eine vollständige Übereinstimmung der aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten, werden die aktuellen biometrischen Referenzdaten durch die Datenverarbeitungseinheit 11, 19 als Raubkopie der gespeicherten Referenzdaten erkannt und ein entsprechendes Warnsignal wird erzeugt.Detects the data processing unit 11 or 19 a complete match of the current biometric data with stored biometric reference data, the current biometric reference data by the data processing unit 11 . 19 recognized as a pirated copy of the stored reference data and a corresponding warning signal is generated.

Die gespeicherten personenspezifischen biometrischen Referenzdaten werden zunächst durch das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 für spätere Vergleiche generiert. Die Generierung der personenspezifischen biometrischen Referenzdaten erfolgt wie folgt. Zunächst werden die handgeführten Schreibbewegungen, die mit dem Schreibstift 2 auf der Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch eine Person durchgeführt werden, akustisch erfasst, d.h. das Schreibgeräusch wird durch das Mikrofon 5 akustisch erfasst. Das Mikrofon 5 generiert nach Analog-/Digitalumsetzung Schallsignaldaten, die an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgegeben werden. Die Schallsignaldaten werden als digitales Schallzeitsignal gespeichert und aus dem gespeicherten Schallzeitsignal wird ein zugehöriges Frequenzspektrum mittels Fourier-Transformation berechnet. Mittels Merkmalsextraktion werden aus der Schallintensität des gespeicherten digitalen Schallzeitsignals erste biometrische Referenzdaten bestimmt. Aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schallzeitsignals werden mittels Merkmalsextraktion zweite biometrische Referenzdaten bestimmt. Diese Verfahrensschritte werden vorzugsweise mehrfach durchgeführt, und die jeweils bestimmten Referenzdaten werden statistisch ausgewertet, wobei die ausgewerteten Daten als personenspezifische Referenzdaten verschlüsselt abgespeichert werden. Die statistisch ausgewerteten, personenspezifischen Referenzdaten werden vorzugsweise in einem Mikrochip eines Personalausweises, einem Mikrochip einer Kreditkarte, in eine Berechtigungsmagnetkarte oder in die Speichereinheit eines Computers bzw. Schreibsystems abgespeichert. Neben dem Schreibgeräusch kann das Mikrofon 5 zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfassen und entsprechende Schallsignaldaten an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgeben. Vorzugsweise werden zusätzlich durch die optische Sensoreinrichtung 14 die handgeführten Schreibbewegungen optisch erfasst und entsprechende Schreibbewegungsdaten erzeugt, die an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgegeben werden. Darüber hinaus werden vorzugsweise die bei der durchgeführten Schreibbewegung des Schreibstiftes 2 auftretenden Schreibkräfte über nicht dargestellte Drucksensoren erfasst, und entsprechend mindestens eindimensionale Schreibdruckdaten an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgegeben. Die Datenverarbeitungseinheit 11 bestimmt die biometrischen Referenzdaten aus der Schallintensität des digitalen Zeitschallsignals mittels Merkmalsextraktion, aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schallzeitsignals mittels Merkmalsextraktion sowie aus den beim Schreiben und Sprechen eines Wortes erzeugten optischen Bewegungsdaten und erzeugten Schreibdruckdaten. Vorzugsweise erfolgt anschließend eine Datenreduktion der statischen und dynamischen Schreibbewegungsdaten, der Schreibdruckdaten, der optischen Bewegungsdaten und der Schallsignaldaten mittels Clusterbildung. Aus den datenreduzierten Clusterdaten werden anschließend Merkmalsparameter extrahiert.The stored person-specific biometric reference data are first saved by the biometric writing system according to the invention 1 generated for later comparisons. The person-specific biometric reference data is generated as follows. First, the hand-held writing movements are made with the stylus 2 performed on the pad when writing a character, a word or a sequence of words by a person, acoustically recorded, ie the writing noise is heard by the microphone 5 acoustically recorded. The microphone 5 generated according to Ana log / digital conversion of sound signal data to the data processing unit 11 be delivered. The sound signal data is stored as a digital sound time signal and an associated frequency spectrum is calculated from the stored sound time signal by means of a Fourier transformation. Characteristic extraction is used to determine first biometric reference data from the sound intensity of the stored digital sound time signal. Characteristic extraction is used to determine second biometric reference data from the calculated frequency spectrum of the sound time signal. These method steps are preferably carried out several times, and the respectively determined reference data are statistically evaluated, the evaluated data being stored in encrypted form as person-specific reference data. The statistically evaluated, person-specific reference data are preferably stored in a microchip of an identity card, a microchip of a credit card, an authorization magnetic card or the storage unit of a computer or writing system. In addition to the typing noise, the microphone 5 additionally acoustically record a speech signal originating from the person and corresponding sound signal data to the data processing unit 11 submit. Preferably, the optical sensor device additionally 14 the hand-held write movements are optically recorded and corresponding write movement data generated, which is sent to the data processing unit 11 be delivered. In addition, it is preferred to perform the writing movement of the pen 2 occurring typists via pressure sensors, not shown, and correspondingly at least one-dimensional writing pressure data to the data processing unit 11 issued. The data processing unit 11 determines the biometric reference data from the sound intensity of the digital time sound signal by means of feature extraction, from the calculated frequency spectrum of the sound time signal by means of feature extraction as well as from the optical movement data and writing pressure data generated when writing and speaking a word. Subsequently, the static and dynamic write movement data, the write pressure data, the optical movement data and the sound signal data are preferably reduced by clustering. Characteristic parameters are then extracted from the data-reduced cluster data.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Schreibstiftes des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1. Das in 2 dargestellte Schreibstiftgehäuse 3 ist bei spielsweise ein gewöhnliches Kugelschreibergehäuse. In dem Schreibstiftgehäuse 3 befindet sich ein Schreibstift 2 mit integrierter Schreibstiftmine. Der Schreibstift 2 ist mechanisch mit einem Klangkörper 6 zur Übertragung von Körperschallsignalen verbunden. Die Aufnahme des Schreibgeräusches durch das Mikrofon 5 erfolgt über den Schreibstift 2 und den Klangkörper 6. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Schreibstift 2 selbst als Klangkörper dienen. Zusätzlich zu dem Schreibgeräusch kann das Mikrofon 5 ein von einer Person stammendes Sprechsignal akustisch erfassen, wenn die Luftschaltkammer 7 bzw. das akustische Fenster durch Öffnen einer Verschlusseinrichtung mit der Umgebung verbunden wird. Die Erfassung des Schreibgeräusches und des Sprechsignals kann gleichzeitig oder zeitlich hintereinander durch das Mikrofon 5 erfolgen. Bei der in 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Mikrofon 5 ein Elektrett-Mikrofon. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich in dem Schreibstiftgehäuse 3 ein Lautsprecher 32 vorgesehen. Der Lautsprecher dient zur Wiedergabe erfasster Mikrofonsignale, und darüber hinaus kann der Lautsprecher 32 zur Wiedergabe gespeicherter biometrischer Referenzdaten und zur Wiedergabe gesprochener Informationen eingesetzt werden. Bei dem Lautsprecher 32 handelt es sich vorzugsweise um einen miniaturisierten handelsüblichen Lautsprecher. 2 shows a preferred embodiment of a pen of the biometric writing system according to the invention 1 , This in 2 pen housing shown 3 is an ordinary ballpoint pen case for example. In the pen housing 3 there is a pen 2 with integrated pen refill. The pen 2 is mechanical with a sound body 6 connected for the transmission of structure-borne noise signals. The recording of the writing noise through the microphone 5 is done using the stylus 2 and the sound body 6 , In an alternative embodiment, the pen 2 serve as a sound body itself. In addition to the typing noise, the microphone can 5 acoustically detect a speech signal originating from a person when the air switch chamber 7 or the acoustic window is connected to the surroundings by opening a closure device. The recording noise and the speech signal can be recorded simultaneously or in succession by the microphone 5 respectively. At the in 2 The preferred embodiment shown is the microphone 5 an electret microphone. At the in 2 The embodiment shown is additionally in the pen housing 3 a speaker 32 intended. The loudspeaker is used to reproduce recorded microphone signals, and the loudspeaker can also be used 32 be used to reproduce stored biometric reference data and to reproduce spoken information. With the speaker 32 it is preferably a miniaturized commercial loudspeaker.

Beim Schreiben bzw. bei der Bewegung des Schreibstiftes auf der Unterlage 4 entsteht ein akustisches Schreibsignal bzw. ein Schreibgeräusch. Der Schreibstift 2 kann aus einer Kugelschreibermine, einer Tintenfeder oder einem Stab mit definierter Spitze bestehen. Die Unterlage 4 besteht beispielsweise aus Papier oder aus einer Auflage mit natürlicher und zusätzlich aufgeprägter Oberflächenrauhigkeit und Härte. Die Oberflächenrauhigkeit der Unterlage 4 führt beim Schreiben des Schreibstiftes 2 zu statistisch angeregten, erzwungenen Schwingungen der Unterlage und des Schreibstiftes, d.h. es entstehen statistische Schreibkratz- und -schabgeräusche. Daraus werden je nach Auslegung des Schreibgerätes und der Unterlagen Luftschallwellen und/oder Körperschallwellen hervorgerufen und auf das Mikrofon 5 innerhalb des Schreibschriftgehäu ses 3 übertragen. Der Stift 2 mit dem Gehäuse 3 als Klangkörper sowie die Luftschallkammer 7 in dem Schreibstiftgehäuse 3 sind optimal nach den Gesetzmäßigkeiten der Akustik auslegbar werden. Der Klangkörper 6 und der Luftschallraum 7 werden vorzugsweise als Resonatoren mit bestimmten Frequenzen festgelegt. Dabei werden vorzugsweise Frequenzen verwendet, die beim Schreiben den größten dynamischen Bereich in der Amplitudenänderung aufweisen.When writing or moving the pen on the surface 4 there is an acoustic write signal or a write noise. The pen 2 can consist of a ballpoint pen refill, an ink pen or a stick with a defined tip. The underlay 4 consists, for example, of paper or a pad with natural and additionally imprinted surface roughness and hardness. The surface roughness of the underlay 4 leads when writing the pen 2 to statistically stimulated, forced vibrations of the base and the pen, ie statistical scratching and scraping noises occur. Depending on the design of the writing instrument and the documents, airborne sound waves and / or structure-borne sound waves are produced from this and onto the microphone 5 within the cursive case 3 transfer. The pencil 2 with the housing 3 as a sound body and the airborne sound chamber 7 in the pen housing 3 can be optimally interpreted according to the laws of acoustics. The orchestra 6 and the airborne sound room 7 are preferably set as resonators with certain frequencies. Frequencies are used that have the greatest dynamic range in amplitude change when writing.

Beim Schreiben des Schreibstiftes gibt das Mikrofon 5 ein Schallzeitsignal ab, das deutlich über dem Rauschsignal liegt und dessen Schallintensität empfindlich von der Schreibgeschwindigkeit und zu einem sehr geringen Teil von der unterschiedlichen Rauhigkeit der Schreibunterlage und dem unterschiedlichen mittleren Auflagedruck der Schreibmine abhängig ist. Die Schallintensität des aufgenommenen Schallzeitsignals nimmt mit der Schreibgeschwindigkeit zu. Bei gleicher Schreibgeschwindigkeit sind die Intensitätsunterschiede bei verschiedenen Schreibpapieroberflächen vernachlässigbar. Das Frequenzspektrum des aufgenommenen Schallzeitsignals besteht aus einem kontinuierlichen Rauschspektrum, das deutlich von charakteristischen Frequenzlinien überlagert ist. Die Frequenzlinien treten hauptsächlich bei Frequenzen unterhalb 2 kHz auf. Die Amplituden dieser Frequenzlinien nehmen bei gleicher Frequenzlage deutlich mit der Schreibgeschwindigkeit zu. Die Amplituden der Frequenzlinien nehmen in geringem Maße mit zunehmender Oberflächenrauhigkeit der Schreibunterlage 4 zu. Die Frequenzlagen bleiben dabei unverändert. Bei gleicher Schreibgeschwindigkeit sind die Amplituden nahezu unabhängig von der benutzten Schreibunterlage 4. Das luftschallgedämpfte Mikrofon 5 ist unempfindlich gegenüber Schallereignissen in der Umgebung. Wenn das Schreibstiftgehäuse 3 vollkommen geschlossen ist, hat die Luftschallkammer 7 keine Verbindung mit der Umgebungsluft. Bei geschlossener Luftkammer 7 haben Umgebungsgeräusche, insbesondere gesprochene Worte oder Motorengeräusche, beim Schreiben keinen Einfluss auf das aufgenommene Schallzeitsignal. In diesem Fall wird lediglich der über die Schreibmine erzeugte Körperschall durch das Mikrofon 5 aufgenommen.When writing the pen, the microphone gives 5 a sound time signal that is clearly above the noise signal and whose sound intensity is sensitive to the writing speed and to a very small extent to the different roughness of the writing pad and the different mean contact pressure of the writing lead. The sound intensity of the recorded sound time signal increases with the writing speed. At the same writing speed The intensity differences on different writing paper surfaces are negligible. The frequency spectrum of the recorded sound time signal consists of a continuous noise spectrum that is clearly overlaid by characteristic frequency lines. The frequency lines mainly occur at frequencies below 2 kHz. With the same frequency position, the amplitudes of these frequency lines increase significantly with the writing speed. The amplitudes of the frequency lines decrease slightly with increasing surface roughness of the writing surface 4 to. The frequency positions remain unchanged. With the same writing speed, the amplitudes are almost independent of the writing pad used 4 , The airborne microphone 5 is insensitive to surrounding sound events. If the pen case 3 is completely closed, has the airborne sound chamber 7 no connection with the ambient air. With the air chamber closed 7 Surrounding noises, especially spoken words or engine noises, have no influence on the recorded sound time signal when writing. In this case, only the structure-borne noise generated via the writing lead is emitted by the microphone 5 added.

Die biometrischen Merkmale der Schreibdynamik der Person werden aus der zeitlichen Änderung der akustischen Mikrofonsignale und/oder der Amplituden ausgewählter spektraler Linien ermittelt. Da für die Generierung biometrischer Referenzdaten nur die Dynamik der aufgenommenen Schallsignale ausgewertet wird, ist der Einfluss unterschiedlicher Rauhigkeiten der Unterlage 4 und der Einfluss von Fertigungsstreuungen bei der Herstellung des Schreibgerätes vernachlässigbar. Streuungen in der Schreibdynamik sind daher personenbedingt bzw. personenspezifisch und können daher zur Identifikation und Verifikation der Person ausgewertet werden. Das durch das Mikrofon 5 akustisch erfasste Schallzeitsignal ist im Gegensatz zu Schreibdrucksignalen, die den Schreibminendruck in verschiedene Richtungen wiedergeben, unabhängig davon, wie der Schreibstift auf der Unterlage 4 gehalten wird. Das durch das Mikrofon 5 erzeugte Schallsignal ändert sich nicht, wenn das Schreibstiftgehäuse 3 unterschiedlich um die Längsachse gedreht gehalten wird. Das in 2 dargestellte Schreibgerät kann hinsichtlich der Geometrie, dem Material, dem Schichtaufbau, der Dämpfung und der akustischen Kopplung zwischen der Schallquelle und dem Mikrofon 5 derart dimensioniert werden, dass sich optimale, akustisch wenig störanfällige biometrische Merkmale für Authentifizierungsverfahren generieren lassen. In dem Schreibstiftgehäuse 3 ist ein akustisches Fenster bzw. eine Öffnung vorgesehen, die per Knopfdruck durch die Person für Sprachaufnahme geöffnet werden kann. Hierzu genügt eine relativ kleine Öffnung im Schreibstiftgehäuse 3, um den Luftschall beim Sprechen über das Mikrofon 5 mit aufzunehmen. Zur Erfassung des reinen akustischen Schreibsignals bzw. Schreibgeräusches wird das Gehäusefenster durch die Person geschlossen.The biometric characteristics of the person's writing dynamics are determined from the change in time of the acoustic microphone signals and / or the amplitudes of selected spectral lines. Since only the dynamics of the recorded sound signals are evaluated for the generation of biometric reference data, the influence of different roughnesses on the base is 4 and the influence of manufacturing variation in the manufacture of the writing instrument is negligible. Variations in writing dynamics are therefore person-specific or person-specific and can therefore be evaluated to identify and verify the person. That through the microphone 5 acoustically recorded sound time signal is in contrast to writing pressure signals, which show the writing lead pressure in different directions, regardless of how the pen on the surface 4 is held. That through the microphone 5 generated sound signal does not change when the pen housing 3 is held differently rotated about the longitudinal axis. This in 2 illustrated writing instrument can with respect to the geometry, the material, the layer structure, the damping and the acoustic coupling between the sound source and the microphone 5 be dimensioned in such a way that optimal, acoustically less susceptible to interference biometric features can be generated for authentication methods. In the pen housing 3 there is an acoustic window or opening that can be opened by the person for voice recording at the push of a button. A relatively small opening in the pen housing is sufficient for this 3 to the airborne sound when speaking through the microphone 5 to record with. To detect the pure acoustic write signal or write noise, the housing window is closed by the person.

3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1. Bei der in 3 dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform sind in dem Schreibstiftgehäuse 3 neben dem Mikrofon 5 zur akustischen Erfassung von Schreibgehäusen zusätzlich weitere Sensoreinrichtungen vorgesehen. Der in 3 dargestellte biometrische Schreibstift enthält zusätzlich eine optische Sensoreinrichtung 33. Die optische Sensoreinrichtung 33 er fasst die Positionsdaten der handgeführten Schreibstiftbewegung über Bildsignale von der Oberfläche der Schreibunterlage 4. Die optische Sensoreinrichtung 33 enthält eine Abbildungsoptik zur Abbildung der Unterlagenoberfläche und eine Wandlereinrichtung zur Umwandlung des optischen Abbildungssignals in ein elektrisches Signal. 3 shows a further preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention 1 , At the in 3 illustrated, particularly preferred embodiment are in the pen housing 3 next to the microphone 5 Additional sensor devices are additionally provided for acoustic detection of writing cases. The in 3 The biometric pen shown also contains an optical sensor device 33 , The optical sensor device 33 it captures the position data of the hand-held pen movement via image signals from the surface of the writing pad 4 , The optical sensor device 33 contains imaging optics for imaging the document surface and a converter device for converting the optical imaging signal into an electrical signal.

Die Abbildungsoptik umfasst eine optische Linse 33a. Bei der Linsenoptik kann es sich um Glasfaserbündel oder um GRIN-Linsen handeln. Die Wandlereinrichtung 33c der optischen Sensoreinrichtung 33 ist beispielsweise eine CCD-Kamera mit integriertem Mikroprozessor. Alternativ kann ein Photodiodenarray eingesetzt werden. Vorzugsweise ist zusätzlich eine Diodenlichtquelle zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche vorgesehen. Bei einer alternativen Ausführungsform dient die Laserdiode zusätzlich zur Beleuchtung eines in dem Stift integrierten optischen Gitters.The imaging optics include an optical lens 33a , The lens optics can be glass fiber bundles or GRIN lenses. The converter device 33c the optical sensor device 33 is for example a CCD camera with an integrated microprocessor. Alternatively, a photodiode array can be used. A diode light source is preferably additionally provided for illuminating the underlay surface. In an alternative embodiment, the laser diode also serves to illuminate an optical grating integrated in the pen.

Die optische Sensoreinrichtung 33 erfasst die mit dem Schreibstift 2 durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Unterlagenoberfläche. Bei einer alternativen Ausführungsform erfasst die optische Sensoreinrichtung die mit dem Schreibstift 2 durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Interferenzen des an dem Gitter und der Unterlagenoberfläche reflektierten Laserlichtes. Die Schreibstiftmine 2 gibt im ausgefahrenen Zustand auf die Unterlage 4 bei Durchführung der handgeführten Bewegungen eine Schreibflüssigkeit ab, die die Strukturierung der Unterlagenoberfläche erhöht. Hierdurch wird die optische Erfassung der handgeführten Bewegungen mittels der optischen Sensoreinrichtung 33 leichter, und über das Tintenschriftbild erhält eine Person ein Feedback, wodurch die natürliche Schreibweise erleichtert wird.The optical sensor device 33 captured that with the pen 2 performed movements by comparing the staggered image sequences of the document surface. In an alternative embodiment, the optical sensor device detects that with the stylus 2 performed movements by comparing the temporally offset recorded image sequences of the interference of the laser light reflected on the grating and the surface of the underlay. The pen refill 2 gives on the mat when extended 4 when carrying out the hand-guided movements from a writing fluid that increases the structure of the document surface. As a result, the optical detection of the hand-guided movements by means of the optical sensor device 33 lighter, and a person receives feedback via the ink typeface, which facilitates the natural spelling.

Die in 3 dargestellte, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1 enthält neben dem Mikrofon 5 zum Erfassen eines akustischen Schreibgeräusches und der optischen Sensoreinrichtung 33 zur Generierung von Positions- bzw. Bewegungsdaten zusätzlich auch eine Drucksensorik zur Erfassung des Schreibdruckes. Die Drucksensorik besteht beispielsweise aus Dehnungsmessstreifen DMS oder kraftsensitiven Widerständen FSR sowie Piezosensoren 34a, 34b, 34c, 34d, die den statischen und dynamischen Druck des auf der Unterlage 4 aufgesetzten und handgeführten Schreibstiftes 2 sensorisch erfassen. Die durch das Mikrofon 5 abgegebenen Schallsignaldaten, die von der optischen Sensoreinrichtung 33 abgegebenen Bewegungsdaten und die erfassten mehrdimensionalen Schreibdruckdaten werden einer integrierten Datenverarbeitungseinheit 11a, 11b innerhalb des Schreibstiftgehäuses 3 zugeführt und zu biometrischen Daten verarbeitet. Die ermittelten biometrischen Daten werden vorzugsweise in einem Datenspeicher 12 innerhalb des Schreibstiftgehäuses 3 zwischengespeichert. Die aktuellen ermittelten biometrischen Daten werden anschließend vorzugsweise durch eine Verschlüsselungseinheit verschlüsselt und über eine Datenübertragungsstrecke an einen entfernt gelegenen Rechner übertragen.In the 3 illustrated, particularly preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention 1 contains next to the microphone 5 for detecting an acoustic writing noise and the optical sensor device 33 To generate position or movement data, there is also a pressure sensor system for recording the writing pressure. The pressure sensor system consists, for example, of strain gauges DMS or force sensitive resistors FSR as well as piezo sensors 34a . 34b . 34c . 34d that the static and dynamic pressure of the on the pad 4 patch and hand-held pen 2 capture sensory. The through the microphone 5 emitted sound signal data by the optical sensor device 33 emitted movement data and the recorded multidimensional writing pressure data are an integrated data processing unit 11a . 11b inside the pen housing 3 fed and processed to biometric data. The determined biometric data are preferably stored in a data memory 12 inside the pen housing 3 cached. The currently determined biometric data are then preferably encrypted by an encryption unit and transmitted to a remote computer via a data transmission link.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform kann durch Verschieben einer Schalldämmung 8b innerhalb des Schreibstiftgehäuses 3 das akustische Fenster 7 zwischen Stimmen- und Schreibgeräuschaufnahme umgeschaltet werden. In einer lauten Umgebung kann beispielsweise durch Schließen des akustischen Fensters 7 das störende Außengeräusch unterdrückt werden. Zur Erhöhung der Erkennungssicherheit kann die Person das akustische Fenster öffnen und beispielsweise ein geschriebenes Passwort gleichzeitig oder zeitlich versetzt zusätzlich sprechen.At the in 3 illustrated embodiment can by moving a soundproofing 8b inside the pen housing 3 the acoustic window 7 can be switched between voice and writing sound recording. In a noisy environment, for example, by closing the acoustic window 7 the disturbing outside noise can be suppressed. To increase recognition security, the person can open the acoustic window and, for example, additionally speak a written password at the same time or at different times.

Das in den 1 bis 3 dargestellte biometrische Schreibsystem 1 ist vielseitig einsetzbar. Das biometrische Schreibsystem 1 kann als Computereingabeeinrichtung eingesetzt werden. Darüber hinaus eignet sich das biometrische Schreibsystem 1 als Spracheingabeeinrichtung, insbesondere als Diktiergerät. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der Identifizierung und Verifizierung einer schreibenden Person durch Vergleich aktuell gewonnener biometrischer Daten mit abgespeicherten biometrischen Referenzdaten von Personen. Bei der Verifikation einer Person wird dabei geprüft, ob beispielsweise die gegebene Unterschrift tatsächlich von der richtigen Person stammt. Hierzu werden die aktuell generierten biometrischen Daten mit gespeicherten Referenzdaten dieser Person verglichen. Voraussetzung hierfür ist, dass zunächst die personenspezifischen biometrischen Referenzdaten dieser Person generiert werden. Hierfür werden zunächst handgeführte Schreibbewegungen, die von dieser Person unter Aufsicht ausgeführt werden, akustisch erfasst. Die ausführende Person unterschreibt beispielsweise unter Aufsicht mit ihrer Unterschrift, und das Mikrofon 5 innerhalb des Schreibgerätes erfasst die dabei auftretenden Schallsignale des Schreibgeräusches. Die aufgenommenen Schreibgeräusche werden als Schallsignaldaten an die Datenverarbeitungseinheit 11 abgegeben. Die Schallsignaldaten werden in einem Speicher 12 als digitale Schallzeitsignale zwischengespeichert. Anschließend erfolgt durch die Datenverarbeitungseinheit 11 eine Berechnung des zugehörigen Frequenzspektrums, beispielsweise mittels Fourier-Transformation. Aus dem abgespeicherten digitalen Schaltzeitsignal werden mittels Merkmalsextraktion erste biometrische Referenzdaten bestimmt. Aus dem berechneten und abgespeicherten Frequenzspektrum des Schaltzeitsignals werden ebenfalls mittels Merkmalsextraktion zweite biometrische Referenzdaten bestimmt. Diese Verfahrensschritte können vorzugsweise auch mehrfach durchgeführt werden, und die jeweils bestimmten biometrischen Referenzdaten werden statistisch ausgewertet. Die ausgewerteten Daten werden anschließend als personenspezifische Referenzdaten verschlüsselt und abgespeichert. Die generierten biometrischen Referenzdaten können anschließend zur Personenverifikation und Personenidentifikation bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Die generierten personenspezifischen Referenzdaten werden beispielsweise in einem Mikrochip eines Personalausweises, in einem Mikrochip einer Kreditkarte, in einer Berechtigungsmagnetkarte oder in einer beliebigen Speichereinheit eines Computers abgelegt. Bei der Generierung der biometrischen Referenzdaten wird vorzugsweise zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt. Beispielsweise kann die betreffende Person bei einer Bank oder einer Behörde unter Aufsicht eine Unterschrift leisten und gleichzeitig oder an schließend ihren eigenen Namen sprechen. Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit können zusätzlich auch die bei der Unterschriftsleistung auftretenden Schreibkräfte mittels der Drucksensorik erfasst und ausgewertet werden. Eine weitere Erhöhung der Sicherheit ergibt sich durch zusätzliche optische Erfassung der handgeführten Schreibbewegung, d.h. eine optische Erfassung der Positionsdaten der geleisteten Unterschrift. Der in 3 dargestellte Schreibstift erfasst sensorisch eine Vielzahl personenspezifischer Merkmale, insbesondere das Schriftbild der geleisteten Unterschrift, den beim Schreiben der Unterschrift auftretenden statischen und dynamischen Schreibdruck, das beim Schreiben der Unterschrift erzeugte Schreibgeräusch sowie zusätzlich das von der schreibenden Person gesprochene Wort, beispielsweise deren Name oder ein Passwort. Alle diese Daten werden zu biometrischen Referenzdaten verarbeitet und abgelegt. Dabei ist die Erkennungssicherheit und die Verfälschungssicherheit sehr hoch, da unterschiedlichste personenspezifische Merkmale sensorisch erfasst und ausgewertet werden. Zur Verifikation einer Person werden die durch das Schreibsystem generierten aktuellen biometrischen Daten mit den zuvor generierten und abgespeicherten biometrischen Referenzdaten der Person verglichen, um festzustellen, ob die aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten der Person weitgehend übereinstimmen. Bei einer hundertprozentigen Übereinstimmung handelt es sich allerdings vermutlich um eine Raubkopie der abgespeicherten Referenzdaten, und das biometrische Schreibsystem 1 gemäß der Erfindung gibt ein entsprechendes Warnsignal ab.That in the 1 to 3 illustrated biometric writing system 1 is very versatile. The biometric writing system 1 can be used as a computer input device. The biometric writing system is also suitable 1 as a voice input device, in particular as a dictation machine. Another possible application is the identification and verification of a person writing by comparing currently obtained biometric data with stored biometric reference data of persons. When a person is verified, it is checked whether, for example, the given signature actually comes from the right person. For this purpose, the currently generated biometric data are compared with stored reference data of this person. The prerequisite for this is that the person-specific biometric reference data of this person are first generated. For this purpose, hand-held writing movements that are carried out by this person under supervision are first recorded acoustically. The person doing the signing, for example, under supervision with their signature, and the microphone 5 within the writing device, the sound signals of the writing noise that occur are recorded. The recorded writing noises are sent to the data processing unit as sound signal data 11 issued. The sound signal data is stored in a memory 12 temporarily stored as digital sound time signals. This is then carried out by the data processing unit 11 a calculation of the associated frequency spectrum, for example by means of a Fourier transformation. First biometric reference data are determined from the stored digital switching time signal by means of feature extraction. Second biometric reference data are likewise determined from the calculated and stored frequency spectrum of the switching time signal by means of feature extraction. These method steps can preferably also be carried out several times, and the biometric reference data determined in each case are statistically evaluated. The evaluated data is then encrypted and saved as person-specific reference data. The generated biometric reference data can then be used for person verification and person identification in a variety of applications. The generated person-specific reference data are stored, for example, in a microchip of an identity card, in a microchip of a credit card, in an authorization magnetic card or in any storage unit of a computer. When generating the biometric reference data, a speech signal originating from the person is preferably also acoustically recorded and corresponding sound signal data is generated. For example, the person concerned can sign a supervision or supervision at a bank or an authority and speak his or her own name simultaneously or subsequently. To further increase security, the typists who appear when signing can also be recorded and evaluated using the pressure sensor system. A further increase in security results from additional optical detection of the hand-guided writing movement, ie optical detection of the position data of the signature made. The in 3 The pen shown senses a variety of person-specific features, in particular the typeface of the signature, the static and dynamic writing pressure that occurs when the signature is written, the typing noise generated when the signature is written, as well as the word spoken by the person writing it, e.g. their name or a password , All of this data is processed and stored as biometric reference data. The detection reliability and the protection against tampering are very high, since a wide variety of person-specific characteristics are sensed and evaluated. To verify a person, the current biometric data generated by the writing system are compared with the previously generated and stored biometric reference data of the person in order to determine whether the current biometric data largely correspond to the stored biometric reference data of the person. At a 100 percent agreement, however, is probably a pirated copy of the stored reference data, and the biometric writing system 1 according to the invention emits a corresponding warning signal.

Bei der Personenidentifikation werden die aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten einer Vielzahl von Personen verglichen und diejenige Person selektiert, deren biometrische Referenzdaten mit den aktuellen biometrischen Daten am besten übereinstimmen.When identifying people the current biometric data with stored biometric Reference data compared to a large number of people and that Person selected whose biometric reference data with the current best match biometric data.

Neben der Personenverifikation und Personenidentifikation kann das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem zusätzlich auch zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung eingesetzt werden. 4 zeigt schematisch die Schritte zur Handschriftenerkennung. Die beim Schreiben des Schreibstiftes 2 auf der Unterlage 3 beim Schreiben oder Skizzieren eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge auftretenden Schreibgeräusche werden durch das Mikrofon 5 akustisch erfasst und in entsprechende Schallsignaldaten umgewandelt. Nach einer akustischen Signalverarbeitung erfolgt eine Codierung. Die erzeugten Schallsignaldaten werden als digitales Schallzeitsignal zwischengespeichert, und anschließend wird das zugehörige Frequenzspektrum aus den Schallsignaldaten mittels Fourier-Transformation berechnet.In addition to personal verification and personal identification, the biometric writing system according to the invention can also be used for handwriting recognition and / or hand sketch recognition. 4 shows schematically the steps for handwriting recognition. The one when writing the pen 2 on the pad 3 When writing or sketching a character, a word or a sequence of sounds, the microphone will notify you 5 acoustically recorded and converted into corresponding sound signal data. After acoustic signal processing, coding takes place. The generated sound signal data are temporarily stored as a digital sound time signal, and then the associated frequency spectrum is calculated from the sound signal data by means of a Fourier transformation.

In einem weiteren Schritt werden erste aktuelle akustische Daten aus der Schallintensität des digitalen Schallzeitsignals mittels Merkmalsextraktion zur Datenreduktion bestimmt. Aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schallzeitsignals werden ebenfalls mittels Merkmalsextraktion aktuelle zweite akustische Daten bestimmt. Auch dieser Schritt dient vor allem der Datenreduktion. Aus den akustischen Daten werden schließlich eine Folge von Merkmalsvektoren berechnet, und diese berechneten Merkmalsvektoren werden mit gespeicherten personenspezifischen Referenzmerkmalsvektoren in einem Mustervergleich verglichen. Es wird daraufhin eine Folge von Referenzmerkmalsvektoren, die von den jeweiligen Merkmalvektoren die geringste Abweichung aufweisen, selektiert. Aus der Folge selektierter Referenzmerkmalsvektoren werden mittels statistischer, konnektionistischer und wissensbasierter Verfahren das geschriebene Zeichen, das geschriebene Wort oder die geschriebene Wortfolge ermittelt.In a further step first current acoustic data from the sound intensity of the digital Sound time signal by means of feature extraction for data reduction certainly. From the calculated frequency spectrum of the sound time signal are also current second acoustic by means of feature extraction Data determined. This step also primarily serves to reduce data. The acoustic data finally become a sequence of feature vectors calculated, and these calculated feature vectors are also stored person-specific reference feature vectors in a pattern comparison compared. There will then be a sequence of reference feature vectors, the smallest deviation from the respective feature vectors have selected. From the sequence of selected reference feature vectors using statistical, connectionistic and knowledge-based methods the written character, the written word or the written one Word order determined.

Bei den statistischen Verfahren handelt es sich beispielweise um Hidden-Markow-Modelle zur Erkennung eines größeren Vokabulars. Bei den konnektionistischen Verfahren werden vor allem neuronale Netzwerkmodelle zur Erkennung eines begrenzten Vokabulars eingesetzt. Bei den wissensbasierten Verfahren handelt es sich beispielsweise um Fuzzy-Logic-Modelle. Die Referenzmerkmalsvektoren werden bei der Stellung des Schreibsystems systemspezifisch und vor dem Einsatz des Systems personenspezifisch durch wiederholtes handschriftliches Schreiben eines Trainingstextes erzeugt und abgespeichert. Über längere Einsatzzeiten werden die Referenzmerkmalsvektoren der Person adaptiv und automatisch über neu geschriebene Zeichen und Wörter aktualisiert. Alle Verfahren basieren auf akustischen Modellen von Zeichen, Buchstaben, Silben und Wörtern des Vokabulars einer Sprache in Lautschrift. Die Lautschrift des Vokabulars einer Sprache wird durch Lautelemente, d.h. kurze, lautliche Einheiten (Allophone) des Schreibgeräusches gebildet. Jedes Wort des Vokabulars wird als Folge von Allophonen gespeichert. Die akustischen Modelle ermitteln aus dem Vokabular in Lautschrift mehrere Wortkandidaten, die mit der größten Wahrscheinlichkeit zu der akustischen Symbolfolge gehören. Die Wahrscheinlichkeit für jedes Wort wird dabei über die HMM (Hidden-Markow-Modelle) oder die Neuro-Fuzzy-Systeme bestimmt. Der wahrscheinlichste Wortkandidat wird über eine Schwellenwertentscheidung oder über ein Wortfolgestatistikmodell bzw. Sprachmodell bestimmt. Das ermittelte Zeichen wird anschließend beispielsweise als formatierter Text oder als handschriftlicher Text ausgegeben. Zur Erhöhung der Erkennungssicherheit wird vorzugsweise zusätzlich das geschriebene Zeichen oder Wort durch die Person ausgesprochen und durch das Mikrofon akustisch erfasst. Daneben werden die Positionsdaten der handgeführten Schreibbewegung optisch erfasst. Eine weitere Erhöhung der Sicherheit wird erreicht durch Erfassung der beim Schreiben des Wortes auftretenden Schreibdruckdaten.The statistical procedure is concerned it is, for example, hidden Markow models for recognizing a larger vocabulary. The connectionist methods are primarily neuronal Network models used to recognize a limited vocabulary. The knowledge-based processes are, for example around fuzzy logic models. The reference feature vectors are at the position of the writing system, system-specific and before use the system person-specific by repeated handwritten Writing a training text generated and saved. Over longer periods of use the person's reference feature vectors become adaptive and automatically new written characters and words updated. All processes are based on acoustic models from Vocabulary one characters, letters, syllables and words Speech in speech. The phonetic transcription of a language's vocabulary through sound elements, i.e. short, phonetic units (allophones) the writing noise educated. Every word of the vocabulary is used as a sequence of allophones saved. The acoustic models determine from the vocabulary in phonetic transcription several word candidates who are most likely belong to the acoustic symbol sequence. The probability for each Word is about the HMM (Hidden Markow models) or the neuro-fuzzy systems. The most likely word candidate is through a threshold decision or about a Word order statistical model or language model determined. That determined Character then becomes, for example output as formatted text or handwritten text. To increase The written character is preferably added to the security of recognition or word pronounced by the person and by the microphone acoustically recorded. In addition, the position data of the hand-held writing movement optically recorded. A further increase in security is achieved through Acquisition of the writing pressure data occurring when writing the word.

Die durch das erfindungsgemäße Schreibsystem 1 generierten personenspezifischen Referenzdaten können zur Ermittlung psychologischer und oder physiologischer Merkmale der Person ausgewertet werden. Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1 das Auftreten neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person erkannt werden. Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem eignet sich somit zur Diagnose psychologischer und/oder physiologischer Merkmale sowie zur Diagnose neuromotorischer Bewegungsstörungen der Person.The through the inventive writing system 1 Generated person-specific reference data can be evaluated to determine psychological and or physiological characteristics of the person. In particular, by means of the biometric writing system according to the invention 1 the occurrence of neuromotor movement disorders of a person can be recognized. The biometric writing system according to the invention is therefore suitable for diagnosing psychological and / or physiological features and for diagnosing neuromotor movement disorders in the person.

5 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystem 1 mit einem optoakustischen Feedback für die schreibende Person. Von dem Schreibstift 3 werden die gewonnenen biometrischen Daten an einen lokalen Rechner 20 übertragen, der über Leitungen 35a, 35b der schreibenden Person über einen Bildschirm 36a und einen Lautsprecher 36b ein optoakustisches Feedback gibt. In dieser Konfiguration eignet sich das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 als System zur Therapie von Bewegungsstörungen der Person. Aufgrund des optoakustischen Feedbacks kann die Person, die möglicherweise eine neuromotorische Bewegungsstörung aufweist, wieder schreiben lernen. 5 shows a particularly preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention 1 with optoacoustic feedback for the person writing. From the pen 3 the biometric data obtained are sent to a local computer 20 transmitted over lines 35a . 35b of the person writing on a screen 36a and a speaker 36b gives an optoacoustic feedback. The biometric writing system according to the invention is suitable in this configuration 1 as a system for the therapy of movement disorders of the person. Thanks to the optoacoustic feedback, the person who may have a neuromotor movement disorder can learn to write again.

Ein weiteres interessantes Anwendungsgebiet besteht in dem Einsatz des biometrischen Schreibsystems 1, wie es in 5 dargestellt ist, als Schulungssystem zum Erlernen von Schreiben. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 als Schulungssystem zum Erlernen einer Sprache, insbesondere einer Fremdsprache. Die lernende Person kann beispielsweise ein Wort auf der Unterlage 4 schreiben, und der in dem Schreibstiftgehäuse 3 integrierte Lautsprecher gibt das Wort in der korrekten Aussprache der Fremdsprache wieder. Durch ein Lernprogramm für Schüler oder Menschen mit Koordinationsschwierigkeiten, beispielsweise Schlaganfallpatienten, können vorgegebene Zahlen oder Zeichen, die auf der Unterlage 4 angebracht sind, durch die Person mit dem Schreibstift nachgezeichnet werden. Beispielsweise kann ein Schüler eine vorgegebene Zahl oder ein Zeichen auf der Unterlage 4 nachzeichnen und erhält ein optoakustisches Feedback. Für Menschen mit Koordinationsschwierigkeiten ist mittels der Schreibdruckfassung eine Dokumentation ihres Lernfortschritts möglich. Für Kinder ist es mittels des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1, wie es in 5 dargestellt ist, möglich, in einfacher Weise das Schreiben des Alphabets zu erlernen. Darüber hinaus sind Fertigungsübungen, Bewusstmachungsübungen und Imitationsübungen möglich.Another interesting area of application is the use of the biometric writing system 1 as it is in 5 is shown as Training system for learning to write. The biometric writing system according to the invention is particularly suitable 1 as a training system for learning a language, especially a foreign language. For example, the learner can put a word on the pad 4 write, and that in the pen housing 3 Integrated loudspeaker reproduces the word in the correct pronunciation of the foreign language. Through a tutorial for students or people with coordination difficulties, such as stroke patients, predetermined numbers or characters can be found on the pad 4 are attached, can be traced by the person with the pen. For example, a student can have a predetermined number or character on the pad 4 trace and receives optoacoustic feedback. Documentation of their learning progress is possible for people with coordination difficulties. For children it is by means of the biometric writing system according to the invention 1 as it is in 5 is shown, it is possible to learn to write the alphabet in a simple manner. In addition, manufacturing exercises, awareness exercises and imitation exercises are possible.

6 zeigt das Verhalten des erfindungsgemäßen Schreibsystems 1 beim Schreiben auf unterschiedlichen Unterlagen. Die 6a, 6b zeigen das aufgenommene Zeitschallsignal bei unterschiedlichen Schreibgeschwindigkeiten auf einer Kartonoberfläche und auf einem Schreibpapierblock. Dabei wird in dem dargestellten Beispiel ein Strich mit wachsender Geschwindigkeit auf dem Karton und dem Schreibpapierblock gezogen. Die 6c, 6d zeigen die zugehörigen Frequenzspektren. 6 shows the behavior of the writing system according to the invention 1 when writing on different documents. The 6a . 6b show the recorded time sound signal at different writing speeds on a cardboard surface and on a writing paper block. In the example shown, a line is drawn with increasing speed on the cardboard and the writing paper block. The 6c . 6d show the associated frequency spectra.

Die 7 zeigt ein Zeitschallsignal, das beim dreifachen Schreiben des Buchstabens "a" bei dem Schreiben des Schreibstiftes auf einem Schreibblock mittels des erfindungsgemäßen biometrischen Schreibsystems 1 generiert wird. Wie man 7 entnehmen kann, ist das Schallzeitsignal sehr gut wiederholbar bzw. reproduzierbar, so dass der Buchstabe "a" spezifisch erkannt werden kann.The 7 shows a time sound signal that when writing the letter "a" three times when writing the pen on a writing pad by means of the biometric writing system according to the invention 1 is generated. How one 7 can be seen, the sound time signal is very easily repeatable or reproducible, so that the letter "a" can be specifically recognized.

8 zeigt ebenfalls ein Zeitschallsignal, das beim dreifachen Schreiben eines Buchstabens "b" erzeugt wird. Auch der Buchstabe "b" weist einen charakteristischen Schallzeitsignalverlauf auf. 8th also shows a time sound signal which is generated when a letter "b" is written three times. The letter "b" also has a characteristic sound time signal curve.

Die 9a zeigt Amplitudenfrequenzsignale im Zeitverlauf für den Buchstaben "a", und die 9b zeigt Amplitudenfrequenzsignale zum Schreiben des Buchstabens "b" im Zeitverlauf.The 9a shows amplitude frequency signals over time for the letter "a", and the 9b shows amplitude frequency signals for writing the letter "b" over time.

Die 10a, 10b zeigen prinzipiell, wie die Amplitudenfrequenzlinien sich im Zeitverlauf dynamisch beim Schreiben eines Buchstabens, beispielsweise eines Buchstabens "a" verändern. Zum Zeitpunkt t0 setzt die schreibende Person den Stift auf (Anfangspunkt AP) und führt die Schreibbewegung durch. Das zum Zeitpunkt t0 bestehende Spektrum ändert sich dynamisch im Zeitverlauf. Fig. lOb zeigt die Änderung des Spektrums zum Zeitpunkt t0 zum Zeitpunkt t1.The 10a . 10b principally show how the amplitude frequency lines change dynamically over time when writing a letter, for example a letter "a". At time t0, the person writing puts the pen on (starting point AP) and carries out the writing movement. The spectrum existing at time t0 changes dynamically over time. 10b shows the change in the spectrum at time t0 at time t1.

Die 11 zeigen das dynamische Verhalten einiger Frequenzlinien beim Schreiben eines Buchstabens "a". Bei dem dargestellten Beispiel ergibt sich die beste Wiedergabe des Buchstabens "a" bei der Frequenzlinie f = 86,133 Hertz.The 11 show the dynamic behavior of some frequency lines when writing a letter "a". In the example shown, the best reproduction of the letter "a" results at the frequency line f = 86.133 hertz.

Die 12 zeigen das dynamische Verhalten einiger Frequenzlinien beim Schreiben eines Buchstabens "b". Die beste Wiedergabe des Buchstabens "b" liefert die Frequenzlinie f = 86,133 Hertz.The 12 show the dynamic behavior of some frequency lines when writing a letter "b". The best representation of the letter "b" is provided by the frequency line f = 86.133 hertz.

Das erfindungsgemäße Schreibsystem 1 kann derart ausgelegt werden, dass es die Frequenzlinien die handschriftlichen Zeichen in einem möglichst großen dynamischen Bereich mit großen Amplitudenwerten erfasst.The writing system according to the invention 1 can be designed in such a way that the frequency lines capture the handwritten characters in the largest possible dynamic range with large amplitude values.

Das erfindungsgemäß biometrische Schreibsystem 1 weist eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten auf. Es kann einerseits als biometrisches Authentifizierungssystem zur Personenidentifikation und -verifikation eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Schreibsystem 1 eignet sich als Computereingabeeinrichtung als Ersatz für eine Computermaus oder Tastaturbefehle, insbesondere zur Passworteingabe. Ferner kann das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 zur elektronischen Sprachund Handschriftenerkennung eingesetzt werden. Ein weiteres umfassendes Anwendungsgebiet besteht auf dem Gebiet der biometrischen Diagnose und Therapie. Schließlich kann das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 zu Schulungszwecken, beispielsweise zum Erlernen von Schreiben, Fremdsprachen oder zum Beheben von Koordinationsschwierigkeiten eingesetzt werden. Wichtige Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Schreibsystems ergeben sich im Bereich des E-Commerce, insbesondere im Internet, wie beispielsweise bei Banken, Handel und im Kreditkartenwesen. Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 kann ferner als biometrisches System zur Personenzugangs- und Sicherheitskontrolle in allen Sicherheitsbereichen mit hoher Verfälschungssicherheit und geringen Fehlerraten eingesetzt werden. Weitere Einsatzmöglichkeiten bestehen im forensischen Einsatz in der Kriminalistik, beim Grenzschutz oder der Polizei. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1 zur Kommunikation zwischen Mensch und Maschine eingesetzt werden, insbesondere als Diktiergerät, oder zur verbalen und handgeschriebenen Maschinensteuerung.The biometric writing system according to the invention 1 has a variety of applications. On the one hand, it can be used as a biometric authentication system for personal identification and verification. The writing system according to the invention 1 is suitable as a computer input device as a replacement for a computer mouse or keyboard commands, in particular for password entry. Furthermore, the biometric writing system according to the invention 1 for electronic speech and handwriting recognition. Another extensive area of application is in the field of biometric diagnosis and therapy. Finally, the biometric writing system according to the invention 1 be used for training purposes, for example to learn to write, learn foreign languages or to solve coordination problems. Important areas of application of the writing system according to the invention arise in the field of e-commerce, in particular on the Internet, for example in banks, trade and in the credit card system. The biometric writing system according to the invention 1 can also be used as a biometric system for personal access and security control in all security areas with high security against falsification and low error rates. Other possible uses are forensic use in criminal statistics, border guards or the police. In addition, the biometric writing system according to the invention 1 used for communication between man and machine, especially as a dictation machine, or for verbal and handwritten machine control.

Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem 1, wie es in 1 bis 3 dargestellt ist, kann mit relativ geringem technischen Aufwand kostengünstig hergestellt werden, so dass sich weite Einsatzgebiet erschließen.The biometric writing system according to the invention 1 as it is in 1 to 3 is shown, can be produced inexpensively with relatively little technical effort, so that a wide range of applications can be opened up.

11
biometrisches Schreibsystembiometric writing system
22
Schreibstiftpen
33
SchreibstiftgehäusePen housing
44
Unterlagedocument
55
Mikrofonmicrophone
66
Klangkörperorchestras
77
LuftschallkammerAirborne sound chamber
88th
Schalldämmungsoundproofing
99
Verschlusseinrichtungclosure device
1010
Leitungmanagement
1111
DatenverarbeitungseinheitData processing unit
1212
SpeicherStorage
1313
Leitungencables
1414
optische Sensoreinrichtungoptical sensor device
1515
Leitungencables
1616
Leitungencables
1717
Verschlüsselungseinheitencryption unit
1818
DatenübertragungsstreckeData transmission link
1919
DatenverarbeitungseinheitData processing unit
2020
lokaler Rechnerlocal computer
2121
SpeicherStorage
2222
Anzeigeeinrichtungdisplay
2323
Leitungmanagement
2424
Leitungmanagement
2525
Leitungmanagement
2626
Leseeinheitreader
2727
Steuerleitungcontrol line
2828
Aktoractuator
2929
Leitungmanagement
3030
Netzwerknetwork
3131
DatenbankDatabase
3232
Lautsprecherspeaker
3333
optische Sensoreinrichtungoptical sensor device
3434
Sensoreinrichtungsensor device
3535
Leitungmanagement
3636
akustische Feedback-Einrichtungenacoustic Feedback devices

Claims (82)

Biometrisches Schreibsystem (1) mit: (a) einem Schreibstiftgehäuse (3) zur Durchführung handgeführter Bewegungen auf einer Unterlage (4); (b) mindestens einem in dem Schreibstiftgehäuse (3) integrierten Mikrophon (5) zur akustischen Erfassung von Schallsignalen, die durch die handgeführten Bewegungen hervorgerufen werden; (c) und einer Datenverarbeitungseinheit (11) zur Berechnung biometrischer Daten in Abhängigkeit von den erfassten Schallsignalen.Biometric writing system ( 1 ) with: (a) a pen housing ( 3 ) to perform hand-held movements on a surface ( 4 ); (b) at least one in the pen housing ( 3 ) integrated microphone ( 5 ) for acoustic detection of sound signals caused by hand-held movements; (c) and a data processing unit ( 11 ) for the calculation of biometric data depending on the recorded sound signals. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11) zur Rekonstruktion handgeschriebener Zeichen und Texte aus den erfassten Schallsignalen vorgesehen ist.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that the data processing unit ( 11 ) is intended for the reconstruction of handwritten characters and texts from the recorded sound signals. Biometrische Schreibsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schreibstiftgehäuse (3) ein Schreibstift (2) vorgesehen ist, der auf der Unterlage (4) aufgesetzt und auf der Unterlage (4) geführt wird.Biometric writing systems according to claim 1, characterized in that in the pen housing ( 3 ) a pen ( 2 ) is provided, which is on the base ( 4 ) placed on the mat ( 4 ) to be led. Biometrisches Schreibsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Reibung des Schreibstiftes (2) auf der Unterlage während der handgeführten Schreibbewegung ein akustisches Schreibgeräusch hervorgerufen wird, das als Körperschallsignal über den Schreibstift (2) und/oder als Luftschallsignal über die Umgebungsluft an das Mikrophon (5) übertragen wird.Biometric writing system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the friction of the pen ( 2 ) an acoustic writing noise is generated on the surface during the hand-held writing movement, which is transmitted as a structure-borne sound signal via the pen ( 2 ) and / or as an airborne sound signal via the ambient air to the microphone ( 5 ) is transmitted. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon (5) zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit dem Schreibstift (2) gekoppelt ist.Biometric writing system according to claim 4, characterized in that the microphone ( 5 ) to transmit the structure-borne noise signal mechanically with the stylus ( 2 ) is coupled. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon (5) zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit einem mit dem Schreibstift (2) verbundenen Klangkörper (6) gekoppelt ist.Biometric writing system according to claim 4, characterized in that the microphone ( 5 ) for the transmission of the structure-borne sound signal mechanically using a pen ( 2 ) connected sound body ( 6 ) is coupled. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Klangkörper (6) als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt ist.Biometric writing system according to claim 6, characterized in that the sound body ( 6 ) is designed as a resonator for certain natural frequencies. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon (5) in einer in dem Schreibstiftgehäuse (3) vorgesehenen Luftschallkammer (7) angeordnet ist.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the microphone ( 5 ) in one in the pen housing ( 3 ) provided airborne sound chamber ( 7 ) is arranged. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschallkammer (7) als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt ist.Biometric writing system according to claim 8, characterized in that the airborne sound chamber ( 7 ) is designed as a resonator for certain natural frequencies. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon (5) von einer Schalldämmung (8) umgeben ist, die zur Dämpfung von Umgebungsgeräuschen vorgesehen ist und Schallsignale von dem Klangkörper (6) und der Luftschallkammer (7) durchlässt.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that the microphone ( 5 ) from sound insulation ( 8th ) is surrounded, which is provided for damping ambient noise and sound signals from the sound body ( 6 ) and the airborne sound chamber ( 7 ) lets through. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschallkammer (7) über eine in dem Schreibstiftgehäuse vorhandene Gehäuseöffnung mit der Umgebungsluft koppelbar ist.Biometric writing system according to claim 8, characterized in that the airborne sound chamber ( 7 ) can be coupled to the ambient air via a housing opening in the pen housing. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseöffnung mittels einer mechanischen Verschlusseinrichtung (9) zur Unterdrückung von Außengeräuschen schließbar ist.Biometric writing system according to claim 11, characterized in that the housing opening by means of a mechanical closure device ( 9 ) can be closed to suppress external noise. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon (5) bei geöffneter Gehäuseöffnung das durch die handgeführte Schreibbewegung hervorgerufene interne und externe Schreibgeräusch als Körper- und Luftschallsignal und/oder ein von einer Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst.Biometric writing system according to claim 11, characterized in that the microphone ( 5 ) when the housing opening is open, the internal and external writing noise caused by the hand-held writing movement is acoustically detected as a structure-borne and airborne sound signal and / or a speech signal originating from a person. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrophon (5) die erfassten akustischen Schallsignale in ein elektrisches Schallsignal umwandelt.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that the microphone ( 5 ) converts the recorded acoustic sound signals into an electrical sound signal. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Schallsignal durch einen Analog/Digital-Wandler in Schallsignaldaten zur digitalen Datenverarbeitung durch die Datenverarbeitungseinheit (11) umgewandelt werden.Biometric writing system according to claim 14, characterized in that the electrical sound signal by an analog / digital converter in sound signal data for digital data processing by the data processing unit ( 11 ) being transformed. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schreibgeräusch und das Sprechsignal gleichzeitig oder zeitlich hintereinander durch das Mikrophon (5) erfasst werden.Biometric writing system according to claim 13, characterized in that the writing noise and the speech signal simultaneously or in succession by the microphone ( 5 ) are recorded. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallsignaldaten in einer Speichereinheit (12) abspeicherbar sind.Biometric writing system according to claim 13, characterized in that the sound signal data in a storage unit ( 12 ) can be saved. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreibunterlage (4) aus beliebigem Papier besteht.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that the writing pad ( 4 ) consists of any paper. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreibunterlage (4) eine feste Unterlage ist, die eine bestimmte aufgeprägte Oberflächenrauhigkeit und Härte aufweist.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that the writing pad ( 4 ) is a solid base that has a specific surface roughness and hardness. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schreibstiftgehäuse (3) ein Lautsprecher (32) zur Wiedergabe erfasster Mikrophonsignale, zur Wiedergabe gespeicherter biometrischer Referenzdaten und zur Wiedergabe gesprochener Informationen vorgesehen ist.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that in the pen housing ( 3 ) a speaker ( 32 ) is provided for reproducing recorded microphone signals, for reproducing stored biometric reference data and for reproducing spoken information. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Sensoreinrichtung (33) vorgesehen ist, die Positionsdaten der handgeführten Schreibstiftbewegung über Bildsignale von der Oberfläche der Schreibunterlage erfasst.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that an optical sensor device ( 33 ) is provided, the position data of the hand-held pen movement is captured via image signals from the surface of the writing pad. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druck-Sensoreinrichtung (34) vorgesehen ist, die den statischen und dynamischen Druck des auf der Unterlage (4) aufgesetzten und handgeführten Schreibstiftes (2) erfasst.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that a pressure sensor device ( 34 ) is provided, which the static and dynamic pressure of the on the base ( 4 ) attached and hand-held pen ( 2 ) detected. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mikrophon (5) ein Elektretmikrophon, ein piezoelektrisches Mikrophon, ein piezoresistives Mikrophon oder ein kapazitives Mikrophon ist.Biometric writing system according to claim 1, characterized in that the microphone ( 5 ) is an electret microphone, a piezoelectric microphone, a piezoresistive microphone or a capacitive microphone. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schreibstift (2) eine auswechselbare Schreibstiftmine vorgesehen ist.Biometric writing system according to claim 3, characterized in that in the pen ( 2 ) a replaceable pen lead is provided. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreibstiftmine mittels einer Schalteinrichtung aus dem Schreibstift ausfahrbar ist.Biometric writing system according to claim 24, characterized in that the pen lead by means of a switching device from the pen is extendable. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Sensoreinrichtung (33) eine Abbildungsoptik zur Abbildung der Unterlagenoberfläche und eine Wandlereinrichtung zur Umwandlung des optischen Abbildungssignals in ein elektrisches Signal aufweist.Biometric writing system according to claim 21, characterized in that the optical sensor device ( 33 ) has imaging optics for imaging the document surface and a converter device for converting the optical imaging signal into an electrical signal. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik aus optischen Linsen und/oder Glasfasern besteht.Biometric writing system according to claim 26, characterized in that the imaging optics from optical lenses and / or glass fibers consists. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung eine CCD-Kamera oder ein Photodioden-Array ist.Biometric writing system according to claim 26, characterized in that the converter device is a CCD camera or a photodiode array is. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diodenlichtquelle zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche vorgesehen ist.Biometric writing system according to claim 21, characterized in that a diode light source is provided for illuminating the underlay surface is. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Laserdiode zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche und eines im Stift integrierten optischen Gitters vorgesehen ist.Biometric writing system according to claim 21, characterized in that a laser diode for illuminating the underlay surface and an optical grating integrated in the pin is provided. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass die optische Sensoreinrichtung (33) die mit dem Schreibstift durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Unterlagenoberfläche erfasst .Biometric writing system according to claim 21, characterized in that the optical sensor device ( 33 ) the movements carried out with the stylus by comparing the staggered image sequences of the document surface. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass die optische Sensoreinrichtung (33) die mit dem Schreibstift durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Interferenzen des an dem Gitter und der Unterlagenoberfläche reflektierten Laserlichtes erfasst.Biometric writing system according to claim 21, characterized in that the optical sensor device ( 33 ) the movements carried out with the stylus by comparison of the temporally offset recorded image sequences of the interferences of the laser light reflected on the grating and the surface of the document. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schreibstiftmine in einem ausgefahrenen Zustand auf die Unterlage bei Durchführung der handgeführten Bewegungen eine Schreibflüssigkeit abgibt, die die Strukturierung der Unterlagenoberfläche erhöht, so dass die optische Erfassung der handgeführten Bewegungen mittels der optischen Sensoreinrichtung erleichtert und über das Tintenschriftbild auf der Unterlage eine natürliche Schreibweise hervorgerufen wird .Biometric writing system according to claim 24, characterized in that the pen lead is in an extended state on the Document at implementation the hand-held Movements a writing fluid which increases the structuring of the underlay surface, so that the optical detection of hand-held movements using the optical sensor device facilitated and on the ink typeface the pad is a natural one Spelling is caused. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11) in dem Schreibstiftgehäuse (3) oder in einer externen Empfangseinheit integriert ist.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the data processing unit ( 11 ) in the pen housing ( 3 ) or is integrated in an external receiving unit. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Empfangseinheit ein Computer, ein Mikrokontroller, ein Handy, ein Kreditkartenleser, ein Faxgerät oder ein Drucker ist.Biometric writing system according to claim 34, characterized in that that the external receiving unit is a computer, a microcontroller, a cell phone, a credit card reader, a fax machine or a printer. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erfassten Daten, insbesondere die Schallsignaldaten, die optischen Bewegungsdaten und/oder die erfassten mehrdimensionalen Druckdaten über eine Datenübertragungsstrecke (18) von dem Schreibstiftgehäuse (3) an die in der externen Empfangseinheit integrierte Datenverarbeitungseinheit (19) mindestens teilweise übertragen werden.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the recorded data, in particular the sound signal data, the optical movement data and / or the recorded multidimensional print data via a data transmission path ( 18 ) from the pen housing ( 3 ) to the data processing unit integrated in the external receiving unit ( 19 ) are at least partially transferred. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schreibstiftgehäuse (3) eine Verschlüsselungseinheit (17) zur Verschlüsselung von Schallsignal-, optischen Bewegungsdaten und/oder Druckdaten vorgesehen ist.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that in the pen housing ( 3 ) an encryption unit ( 17 ) is provided for the encryption of sound signal, optical movement data and / or print data. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenübertragungsstrecke (18) drahtgebunden oder drahtlos ist.Biometric writing system according to claim 36, characterized in that the data transmission path ( 18 ) is wired or wireless. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Datenspeicher (12, 21) zum Abspeichern von biometrischen Referenzdaten , von Positionsdaten der Schreibbewegung und von gesprochener Informationen vorgesehen sind.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that data storage ( 12 . 21 ) are provided for storing biometric reference data, position data of the writing movement and spoken information. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die biometrischen Referenzdaten durch die Datenverarbeitungseinheit (11) aus den beim Schreiben und/oder Sprechen eines Wortes erfassten Schallsignaldaten, aus optischen Bewegungsdaten und/oder mechanischen Druckdaten berechnet und in dem Referenzdatenspeicher abgelegt werden.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the biometric reference data by the data processing unit ( 11 ) are calculated from the sound signal data recorded when writing and / or speaking a word, from optical movement data and / or mechanical pressure data and are stored in the reference data memory. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdatenspeicher Mikrochips eines Personalausweises, einer Kreditkarte, einer Berechtigungsmagnetkarte oder Speichereinheit eines Computers oder eines Schreibsystems sind.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reference data memory microchips one Identity card, a credit card, an authorization magnetic card or storage unit of a computer or a writing system. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschriebenen und/oder gesprochenen Wörter und Zeichen Pincodes, Passwörter, Namen oder Texte sind.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized characterized that the written and / or spoken words and Characters pin codes, passwords, names or are texts. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten der Schreibbewegung aus den beim Schreiben eines Wortes erfassten Schallsignaldaten, optischen Bewegungsdaten und/oder mechanischen Druckdaten berechnet und in dem Datenspeicher (12,21)) zur Handschriftenerkennung abgelegt werden.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the position data of the writing movement is calculated from the sound signal data, optical movement data and / or mechanical pressure data recorded when writing a word and is stored in the data memory ( 12 . 21 )) for handwriting recognition. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzdatenspeicher (12) in dem Schreibstiftgehäuse (3) integriert ist.Biometric writing system according to claim 39, characterized in that the reference data memory ( 12 ) in the pen housing ( 3 ) is integrated. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die in externen Empfangseinheit (20) integrierte Datenverarbeitungseinheit (19) zu einem Referenzdatenspeicher (21) eine Verbindung aufweist.Biometric writing system according to claim 36, characterized in that the external receiving unit ( 20 ) integrated data processing unit ( 19 ) to a reference data storage ( 21 ) has a connection. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Empfangseinheit (20) eine Vorrichtung (26) zum Lesen eines tragbaren Speichermediums von biometrische Referenzdaten aufweist.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the external receiving unit ( 20 ) a device ( 26 ) for reading a portable storage medium of biometric reference data. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Empfangseinheit (20) über ein Datennetzwerk (30) an eine Datenbank (31) mit einem Referenzdatenspeicher angeschlossen ist oder zu einem Referenzdatenspeicher eine Verbindung aufbauen kann.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the external receiving unit ( 20 ) via a data network ( 30 ) to a database ( 31 ) is connected to a reference data memory or can establish a connection to a reference data memory. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass das Datennetzwerk (30) das Internet ist.Biometric writing system according to claim 47, characterized in that the data network ( 30 ) the internet is. Biometrisches Schreibsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Datenverarbeitungseinheit (11, 19) die berechneten aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten zu deren Verifizierung und Identifikation vergleicht.Biometric writing system according to one of the preceding claims, characterized in that the data processing unit ( 11 . 19 ) compares the calculated current biometric data with the stored biometric reference data for their verification and identification. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11, 19) bei weitgehender Übereinstimmung der aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten Referenzdaten ein Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignal erzeugt.Biometric writing system according to claim 49, characterized in that the data processing unit ( 11 . 19 ) If the current biometric data largely matches the stored reference data, an identification or verification display signal is generated. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11,19) bei vollständiger Übereinstimmung der aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten die aktuellen biometrischen Daten als Raubkopie der gespeicherten Referenzdaten erkennt und ein Warnsignal erzeugt.Biometric writing system according to claim 49, characterized in that the data processing unit ( 11 . 19 ) if the current biometric data completely matches the stored biometric reference data, recognizes the current biometric data as a pirated copy of the stored reference data and generates a warning signal. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (11,19) bei Abweichen der aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten ein Abweichungsanzeigesignal erzeugt.Biometric writing system according to claim 48, characterized in that the data processing unit ( 11 . 19 ) If the current biometric data deviates from the stored biometric reference data, a deviation display signal is generated. Biometrisches Schreibsystem nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Aktor (28) vorgesehen ist, der nach Erzeugen des Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignals betätigt wird.Biometric writing system according to claim 50, characterized in that at least one actuator ( 28 ) is provided, which is actuated after generating the identification or verification display signal. Verfahren zur Generierung von personenspezifischen biometrischen Referenzdaten mit den folgenden Schritten: (a) Akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Zeichen/Wortfolge durch eine Person durchgeführt werden, und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten; (b) Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal; (c) Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus den Schallsignaldaten mittels Fouriertransformation; (d) Bestimmen von ersten biometrischen Referenzdaten aus der Schallintensität des digitalen Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion; (e) Bestimmen von zweiten biometrische Referenzdaten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion.Process for the generation of person-specific biometric Reference data with the following steps: (a) Acoustic Capture of hand-held writing movements, the one with a pen on a pad when writing a Character, word or character / phrase by one person carried out and generating corresponding sound signal data; (B) Storing the generated sound signal data as a digital sound-time signal; (C) Calculate an associated one Frequency spectrum from the sound signal data by means of Fourier transformation; (D) Determination of first biometric reference data from the sound intensity of the digital sound-time signal by means of feature extraction; (e) Determine second biometric Reference data from the calculated frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte mehrmals durchgeführt werden und die jeweils bestimmten Referenzdaten statistisch ausgewertet werden, wobei die ausgewerteten Daten als personenspezifische Referenzdaten verschlüsselt abgespeichert werden.A method according to claim 54, characterized in that the Process steps are carried out several times and each certain reference data are statistically evaluated, the evaluated data stored as person-specific reference data encrypted become. Verfahren nach Anspruch 55. dadurch gekennzeichnet, dass die statisch ausgewerteten personenspezifischen Referenzdaten in einem Mikrochip eines Personalausweises, in einem Mikrochip einer Kreditkarte, in eine Berechtigungsmagnetkarte oder in die Speichereinheit eines Computers bzw. eines Schreibsystems abgespeichert werden.55. The method according to claim 55, characterized in that the statically evaluated person-specific reference data in one Microchip of an identity card, in a microchip of a credit card, into an authorization magnetic card or into the storage unit of a Computers or a writing system can be saved. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt werden.A method according to claim 54, characterized in that an additional speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data are generated. Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass bei der durchgeführten Schreibbewegung des Schreibstiftes die in mindestens einer Raumrichtung auftretenden Kräfte über Drucksensoren erfasst werden und entsprechend mindestens eindimensionale Schreib-Druckdaten erzeugt werden.A method according to claim 57, characterized in that at the carried out Writing movement of the pen in at least one spatial direction forces occurring via pressure sensors are recorded and correspondingly at least one-dimensional write-print data be generated. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Zeichen-/Wortfolge mit dem Schreibstift auf der Unterlage handgeführten Schreibewegungen optisch erfasst werden und entsprechende Schreibbewegungsdaten erzeugt werden.A method according to claim 54, characterized in that the when writing a character, a word or a character / word sequence with the pen on the surface of hand-guided writing movements optically are recorded and corresponding write movement data are generated. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die biometrischen Referenzdaten aus der Schallintensität des digitalen Zeitschallsignals mittels Merkmalsextraktion, aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schallzeitsignals mittels Merkmalsextraktion sowie aus den beim Schreiben und Sprechen eines Wortes erzeugten optischen Bewegungsdaten und Schreib-Druckdaten bestimmt und in dem Referenzdatenspeicher als personenspezifische biometrische Referenzdaten abgespeichert werden.A method according to claim 54, characterized in that the biometric reference data from the sound intensity of the digital Time sound signal by means of feature extraction, from the calculated Frequency spectrum of the sound time signal by means of feature extraction as well as those generated when writing and speaking a word optical movement data and write-print data determined and in the reference data storage as person-specific biometric reference data can be saved. Verfahren nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datenreduktion der statischen und dynamischen Schreibbewegungsdaten, der Schreibdruckdaten, der optischen Bewegungsdaten und der Schallsignaldaten mittels Clusterbildung erfolgt.A method according to claim 60, characterized in that a Data reduction of the static and dynamic write movement data, the Writing print data, optical movement data and sound signal data by means of cluster formation. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet, dass aus den datenreduzierten Clusterdaten Merkmalsparameter extrahiert werden.A method according to claim 61, characterized in that feature parameters are extracted from the data-reduced cluster data. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die generierten biometrischen Referenzdaten innerhalb oder außerhalb des Schreibstiftes abgespeichert werden.A method according to claim 62, characterized in that the generated biometric reference data inside or outside of the pen can be saved. Verfahren zur Verifikation einer Person mit den folgenden Schritten: (a) akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch die Person durchgeführt werden und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten; (b) Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal; (c) Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus dem Schall-Zeitsignal mittels Fouriertransformation; (d) Bestimmen von ersten aktuellen biometrischen Daten aus der Schallintensität des digitalen Zeitschallsignals mittels Merkmalsextraktion; (e) Bestimmen von zweiten aktuellen biometrischen Daten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion und; (f) Vergleichen der aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten der Person zur Verifikation, ob die aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten der Person weitgehend übereinstimmen.A method for verifying a person, comprising the following steps: (a) acoustic detection of hand-held writing movements which are carried out by the person with a pen on a base when writing a character, a word or a sequence of words and generating a corresponding sound signal Data; (b) storing the generated sound signal data as a digital sound time signal; (c) calculating an associated frequency spectrum from the sound-time signal by means of Fourier transformation; (d) determining first current biometric data from the sound intensity of the digital time sound signal by means of feature extraction; (e) determining second current biometric data from the calculated frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction and; (f) comparing the current biometric data with stored biometric reference data of the person to verify whether the current biometric data largely agree with the stored biometric reference data of the person. Verfahren nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt werden.A method according to claim 64, characterized in that an additional speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data are generated. Verfahren zur Identifikation einer Person mit den folgenden Schritten: (a) akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben eines Zeichens, eines Wortes oder einer Zeichen/Wortfolge durch eine Person durchgeführt werden und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten; (b) Speichern der erzeugten Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal; (c) Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus dem Schall-Zeitsignal mittels Fouriertransformation; (d) Bestimmen von ersten aktuellen biometrischen Daten aus der Schallintensität des digitalen Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion; (e) Bestimmen von aktuellen zweiten biometrischen Daten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion; (f) Vergleichen der aktuellen biometrischen Daten mit gespeicherten biometrischen Referenzdaten einer Vielzahl von Personen zur Identifikation, ob die aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten einer der gespeicherten Personen weitgehend übereinstimmen.Procedure for identifying a person with the following steps: (a) acoustic detection of hand-held writing movements, the one with a pen on a pad when writing a Character, a word or a character / phrase can be carried out by one person and generating corresponding sound signal data; (b) Save the sound signal data generated as a digital sound-time signal; (C) Calculate an associated one Frequency spectrum from the sound-time signal by means of Fourier transformation; (D) Determining the first current biometric data from the sound intensity of the digital sound-time signal by means of feature extraction; (e) determining current second biometric data from the calculated frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction; (f) Compare the current biometric Data with stored biometric reference data of a large number of people to identify whether the current biometric Data with the stored biometric reference data one of the saved people largely match. Verfahren nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akkustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt werden.A method according to claim 66, characterized in that an additional speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data are generated. Verfahren zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung mit den folgenden Schritten: (a) akustisches Erfassen von handgeführten Schreibbewegungen, die mit einem Schreibstift auf einer Unterlage beim Schreiben oder Skizzieren eines Zeichens, eines Wortes oder einer Wortfolge durch eine Person ausgeführt werden, und Erzeugen entsprechender Schallsignaldaten; (b) Speichern der erzeugt Schallsignaldaten als digitales Schall-Zeitsignal; (c) Berechnen eines zugehörigen Frequenzspektrums aus den Schallsignaldaten mittels Fouriertransformation; (d) Bestimmen von ersten aktuellen akustischen Daten aus der Schallintensität des digitalen Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion zur Datenreduktion; (e) Bestimmen von aktuellen zweiten akustischen Daten aus dem berechneten Frequenzspektrum des Schall-Zeitsignals mittels Merkmalsextraktion zur Datenreduktion; (f) Berechnen einer Folge von Merkmalsvektoren aus den akustischen Daten; (g) Vergleichen der Folge von Merkmalsvektoren mit gespeicherten personenspezifischen Referenzmerkmalsvektoren; (h) Selektieren einer Folge von Referenzmerkmalsvektoren, die von den jeweiligen Merkmalsvektoren die geringste Abweichung aufweisen; (i) Ermitteln des Zeichens, des Wortes oder der Wortfolge aus der Folge selektierter Referenzmerkmalsvektoren mittels statistischer, konnektionistischer und wissensbasierter Verfahren.Process for recognizing handwriting and / or recognizing sketches with the following steps: (a) acoustic detection of hand-held writing movements, the with a pen on a pad when writing or Outline a character, word, or phrase one person running and generating corresponding sound signal data; (B) Storing the generated sound signal data as a digital sound-time signal; (C) Calculate an associated one Frequency spectrum from the sound signal data by means of Fourier transformation; (D) Determining the first current acoustic data from the sound intensity of the digital Sound-time signal by means of feature extraction for data reduction; (E) Determining current second acoustic data from the calculated Frequency spectrum of the sound-time signal by means of feature extraction for data reduction; (f) computing a sequence of feature vectors from the acoustic data; (g) comparing the sequence of feature vectors with stored person-specific reference feature vectors; (H) Select a sequence of reference feature vectors that are from the respective feature vectors have the smallest deviation; (I) Find the character, word, or phrase from the sequence selected reference feature vectors using statistical, connectionistic and knowledge-based processes. Verfahren zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akkustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt werden.Process for recognizing handwriting and / or recognizing sketches according to claim 68, characterized in that an additional speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding Sound signal data are generated. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Schreiben oder Skizzieren eines Zeichens, eines Wortes oder einer Zeichen-/Wortfolge mit dem Schreibstift auf der Unterlage handgeführten Schreibbewegungen optisch erfasst werden und entsprechende Positionsdaten erzeugt werden.A method according to claim 68, characterized in that the when writing or sketching a character, a word or a string of characters / words with the pen on the pad hand-held Write movements are recorded optically and corresponding position data be generated. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass bei der durchgeführten Schreibbewegung des Schreibstiftes in mindestens einer Raumrichtung auftretenden Kräfte durch Drucksensoren erfasst werden und entsprechende mindestens eindimensionale Schreib-Druckdaten erzeugt werden.A method according to claim 68, characterized in that at the carried out Writing movement of the pen in at least one spatial direction forces occurring detected by pressure sensors and corresponding at least one-dimensional Write print data are generated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 68 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeichen, das Wort oder die Zeichen-/Wortfolge aus der Folge selektierter Referenzmerkmalsvektoren, aus den Positionsdaten und aus den Schreib-Druckdaten mittels statistischer, konnektionistischer und wissensbasierter Verfahren ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims 68 to 71, characterized in that that the character, word, or string of words / phrases from the sequence selected reference feature vectors, from the position data and from the write-print data using statistical, connectionistic and knowledge-based processes. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Zeichen der ausführenden Person zu dessen Kontrolle optisch und/oder akkustisch rückgemeldet wird.A method according to claim 68, characterized in that the identified signs of the executing Person optically and / or acoustically confirmed for his control becomes. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die generierten personenspezifischen Referenzdaten aus der Ermittlung psychologischer und/oder physiologischer Merkmale der Person ausgewertet werden.A method according to claim 54, characterized in that the generated person-specific reference data from the determination psychological and / or physiological characteristics of the person evaluated become. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 53 als Computereingabeeinrichtung.Use of the biometric writing system according to one of claims 1 to 53 as a computer input device. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der Ansprüche 13 bis 53 als Spracheingabeeinrichtung, insbesondere als Diktiergerät.Use of the biometric writing system according to one of claims 13 to 53 as a voice input device, in particular as a dictation machine. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 53 zur Erkennung neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person.Use of the biometric writing system according to one of claims 1 to 53 for detecting a person's neuromotor movement disorders. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 53 als Therapiesystem zur Behebung neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person.Use of the biometric writing system according to one of claims 1 to 53 as a therapy system to remedy neuromotor movement disorders Person. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 53 als graphologisches System zur Ermittlung psychologischer/physiologischer Merkmale einer Person.Use of the biometric writing system according to one of claims 1 to 53 as a graphological system for determining psychological / physiological Characteristics of a person. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 53 als Schulungssystems zum Erlernen von Schreiben.Use of the biometric writing system according to one of the preceding Expectations 1 to 53 as a training system for learning to write. Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach einem der Ansprüche 13 bis 53 als Schulungssystem zum Erlernen einer Sprache.Use of the biometric writing system according to one of claims 13 to 53 as a training system for learning a language. Verfahren nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, dass die biometrischen Referenzdaten verschlüsselt und gespeichert werden.A method according to claim 54, characterized in that the biometric reference data can be encrypted and saved.
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