DE10241328B4 - Biometric, acoustic writing system and method, and use thereof - Google Patents
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Abstract
Biometrisches,
akustisches Schreibsystem (1) mit:
(a) einem Schreibstiftgehäuse (3)
zur Durchführung
handgeführter
Bewegungen auf einer Unterlage (4);
(b) mindestens einem in
dem Schreibstiftgehäuse
(3) integrierten Mikrofon (5) zur akustischen Erfassung von Schallsignalen,
gekennzeichnet
durch
(c) eine Datenverarbeitungseinheit (11) zur Berechnung personenspezifischer
biometrischer Daten in Abhängigkeit von
erfassten Schallsignalen, die durch handgeführte Bewegungen des Schreibstiftgehäuses (3)
auf der Unterlage (4) hervorgerufen werden.Biometric acoustic writing system (1) with:
(A) a pen housing (3) for performing hand-guided movements on a base (4);
(B) at least one in the pen housing (3) integrated microphone (5) for the acoustic detection of sound signals,
marked by
(C) a data processing unit (11) for calculating person-specific biometric data in response to detected sound signals, which are caused by hand-guided movements of the pen housing (3) on the pad (4).
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.The The invention relates to a biometric writing system, in which one in a cursive box integrated microphone which in the hand-guided movement of the pen acoustically detected sound signals and then closed biometric data are processed.
Die
Die
Die
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Die WO 01/43058 A1 beschreibt einen Stift mit einem Mikrophon zur Erfassung und Auswertung von Sprache.The WO 01/43058 A1 describes a stylus with a microphone for detection and evaluation of language.
Die
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.Currently there is a big one Selection of competing biometric systems. The biggest part of biometric systems currently make systems that 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.By the increasing electronic networking is taking place in all areas of business life the importance of electronic password and signature recognition constantly to. contracts be in conventional Way closed by the two contractors, adding a signature to be authenticated. The signature serves to Evidence and is for the one who makes the signature specific. For contracts in the Field of e-commerce there is a need for the parties to their identification electronic signature must be on their validity must be verified. Prerequisite for the widespread use of a electronic signature to verify the identity of the contractors is a high protection against tampering the electronic signature provided. Furthermore, the services rendered must Signature recognized with a high recognition rate and sent to one transferred remote computer become. imperative is further that the input of the electronic signature for a huge Person group without special knowledge in a simple manner can.
Die bisher bekannten Schreibsysteme erfüllen diese Forderungen nicht und weisen zum Teil gravierende Nachteile auf.The Previously known writing systems do not meet these requirements and some have serious disadvantages.
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.It are pens with acceleration sensors known (for example Accelerometer-based pens of British Telecommunications) for inclusion of acceleration forces when writing with the pen. The disadvantage of this known Pen is in a relatively low detection rate at the signature verification due to the only two-dimensional Data space. About that In addition, the pen must always be aligned when writing be, i. the angle between the pen and the pad must be largely constant, so that a natural Write behavior when holding a signature is not guaranteed is. About that In addition, an acceptable recognition rate sets a minimum write speed advance, 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 written Text or character using the writing pad. All such writing systems have the disadvantage that special desk pads with appropriate Signal processing are required.
Aus
der
Der
Nachteil des in der
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 Anoto-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.Of the so-called Anoto-Digital pen describes a writing system in which written Transfer text to a computer can be. The pen consists of a ballpoint pen with an integrated digital camera. A force sensor detects this Placing the writing surface on a special paper. For the special paper it is a paper with a printed dot pattern. The integrated digital camera of the Anoto-pen takes the Write movements of the pen over true to the dot pattern. The camera takes a variety of pictures per second. Each captured image will become with the following Image compared and an integrated processor calculates from it considering the pen hold the direction change and the movement distance of in the pen integrated Schreibmiene. On the Anoto special paper There are a variety of printed dots that are inked are applied on a carbon basis and a distance of less have 1mm to each other. Each Anoto special paper has a different dot pattern, so that the individual pages are distinguishable from each other. A light emitting diode (LED) illuminates the carbon-containing ink dots, absorb the long-wave infrared light and thus for the integrated Digital camera within the Anoto-pin are recognizable. Through the Anoto special paper can determine the relative movement of the pen as well as the absolute position of the pen Pen on the paper to be determined.
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.Of the Disadvantage of the Anoto-pen is that a special paper is necessary and that the pen hold is given. Furthermore is the tamper-proof the signature verification too low, because no person-specific biometric data are determined. By the Anoto-pen is not the individual writing pressure on the writing face is recorded.
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.Next The electronic signature verification is increasing Need to electronically capture handwritten texts or characters. In conventional Handwriting recognition methods are hand-held writing movements optically recorded and the determined typeface data are then using OCR method converted to ASCI code data. traditionally, become several possible word candidates when recognizing a written word selected. The number of possible Word candidate is the higher, the more indistinct the handwriting is and the more similar words exist. Out the different possible ones Word candidate will follow by a statistical evaluation of the most likely word candidate determined and issued. The statistical evaluation is done like in machine speech recognition by means of so-called word sequence statistics programs, the words recognized from the preceding words are the statistical probability for the Calculate occurrence of the respective word candidate. The most likely to occur Word candidate is selected and then output. The disadvantage such conventional Handwriting recognition method is that the number the possible Word candidates in many cases is very high, so that the recognition 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 filing date of 6 February 2002 describes an opto-mechanical Writing system and a method for handwriting recognition by means of biometric data. In this optomechanical writing system is in a pen case a pen for carrying hand-held Movements integrated on a base. The pen housing contains an optical Sensor device for detecting the movements performed with the pen as movement or position data. In addition, in the pen housing a Further sensor device for detecting the movements performed in the the pen occurring forces integrated. A data processing unit is used to calculate biometric data depending on the detected 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 person identification or verification and handwriting and speech recognition must have a very high tamper resistance and have low error rates. In addition, the technical may Realization not too expensive to enable a wide range of applications.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein biometrisches Schreibsystem, und ein Verfahren zu schaffen, das geringe Fehlerraten aufweist und eine sehr hohe Verfälschungssicherheit bietet.It is therefore the object of the present invention, a biometric Writing system, and a procedure to create low error rates and offers a very high tamper resistance.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein biometrisches Schreibsystem mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst, hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Maßnahmen des PA 21 gelöst. Erfindungsgemäß ist weiter eine Verwendung des biometrischen Schreibsystems nach dem PA30 vorgesehen.This object is achieved by a biometric writing system with the features specified in claim 1, in terms of the method, the task with the Measures of PA 21 solved. According to the invention, a use of the biometric writing system according to the PA30 is further provided.
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 The invention relates to a biometric writing system with a pen housing for carrying out hand-guided movements on a base, at least one integrated in the pen housing Microphone for acoustic detection of sound signals transmitted through the hand-held Movements are caused, and with a data processing unit for calculating biometric data as a function of 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 the identity of a to verify the person writing and saved by comparison with Even identify reference data. The biometric according to the invention Writing system allows In addition, 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 a pen is preferably provided, which is placed on the pad and guided 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 special advantage that the person is a natural writing feel has, since the inventive biometric Write 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.The by the friction of the pen on the pad during the hand-held Writing movement is caused by acoustic writing noise preferably as structure-borne sound signal over the Pen and / or in addition as airborne sound signal over 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.There the writing noise not alone about the ambient air, but also transmitted as structure-borne sound signal can be, the writing system of the invention is also suitable for applications in acoustically loud areas.
Das Mikrofon ist vorzugsweise zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit dem Schreibstift gekoppelt.The Microphone is preferably for transmission of the structure-borne sound signal mechanically coupled with the pen.
Dabei ist das Mikrofon bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur Übertragung des Körperschallsignals mechanisch mit einem mit dem Schreibstift verbundenen Klangkörper gekoppelt.there is the microphone in a particularly preferred embodiment for transmission of the structure-borne sound signal mechanically coupled to a stylus connected to the stylus.
Der Klangkörper ist vorzugsweise als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt.Of the orchestras 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.at a preferred embodiment the biometric according to the invention Writing system is the microphone in a provided in the pen housing Airborne sound chamber arranged.
Die Luftschallkammer ist vorzugsweise als ein Resonator für bestimmte Eigenfrequenzen ausgelegt.The Airborne sound chamber is preferably 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 surrounded by a sound insulation, which provided for the attenuation of ambient noise is 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 one in the pen case existing housing opening with the ambient air coupled.
Die Gehäuseöffnung kann mittels einer mechanischen Verschlusseinrichtung zur Unterdrückung von Außengeräuschen schließbar sein.The Housing opening can by means of a mechanical closure device for the suppression of 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 Shut down 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 detected when open Housing opening preferably that through the hand-guided writing movement caused internal and external writing noise as a body and airborne sound signal and / or a speech signal originating 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.By the acoustic detection of the speech signal in addition to the acoustic detection the writing noise can significantly reduce the error rate in detecting the person become. By combining the evaluation of the speech signal and the writing noise becomes a very high recognition security of the biometric writing system reached.
Das Mikrofon wandelt die erfassten akustischen Schallsignale z. B. in ein elektrisches Schallsignal um.The Microphone converts the detected acoustic sound signals z. In an electrical sound signal.
Das elektrische Schallsignal wird z. B. durch einen Analog-/Digitalwandler in Schallsignaldaten zur digitalen Datenverarbeitung durch die Datenverarbeitungseinheit umgewandelt.The electrical sound signal is z. B. by an analog / digital converter in sound signal data for digital data processing by the data processing unit transformed.
Dabei werden das Schreibgeräusch und das Sprechsignal gleichzeitig oder zeitlich hintereinander durch das Mikrofon erfasst.there become the writing noise and the speech signal at the same time or in succession the microphone is detected.
Die erzeugten Schallsignaldaten sind vorzugsweise in einer Speichereinheit des biometrischen Schreibsystems abspeicherbar.The generated sound signal data are preferably in a memory unit of the biometric writing system can be stored.
Die Schreibunterlage besteht vorzugsweise aus beliebigem Papier.The Desk pad is preferably made of any paper.
Dabei ist die Schreibunterlage vorzugsweise eine feste Unterlage, die eine bestimmte aufgeprägte Oberflächenrauhigkeit und Härte aufweist.there the writing pad is preferably a solid pad, the a certain imprinted surface roughness and hardness having.
Bei einer denkbaren Ausfürungsform des biometrischen Schreibsystems ist in dem Schreibstiftgehäuse ein Lautsprecher zur Wiedergabe erfasster Mikrofonsignale, zur Wiedergabe gespeicherter biometrischer Referenzdaten und zur Wiedergabe gesprochener Informationen vorgesehen.at a conceivable embodiment of the biometric writing system is in the pen housing Speaker for reproducing detected microphone signals for playback stored biometric reference data and spoken for playback Information provided.
Bei einer denkbaren Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems ist zusätzlich eine optische Sensoreinrichtung vorgesehen, die Positionsdaten der handgeführten Schreibstiftbewegung über Bildsignale von der Oberfläche der Schreibunterlage erfasst.at a conceivable embodiment of the biometric writing system is additionally an optical sensor device provided, the position data of the hand-held pen movement via image signals from the surface recorded 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.at a further preferred embodiment of the biometric writing system is further a pressure sensor device provided that the static and dynamic pressure of the on the pad patched and hand-guided Pen recorded.
Das Mikrofon kann z. B. eine Elektrett-Mikrofon, ein piezoelektrisches Mikrofon, ein piezoresistives Mikrofon oder ein kapazitives Mikrofon sein.The Microphone can z. B. an electret microphone, a piezoelectric Microphone, a piezoresistive microphone or a capacitive microphone be.
In dem Schreibstift des biometrischen Schreibsystems kann eine auswechselbare Schreibstiftmine vorgesehen sein.In The pen of the biometric writing system can be a replaceable Pen refill be provided.
Diese Schreibstiftmine ist z. B. mittels einer Schalteinrichtung aus dem Schreibstift ausfahrbar.These Pen refill is z. B. by means of a switching device from the Pen extendable.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems weist eine optische Sensoreinrichtung eine Abbildungsoptik zur Abbildung der Unterlagenoberfläche und eine Wandlereinrichtung zur Umwandlung des optischen Abbildungssignals in ein elektrisches Signal auf.at a preferred embodiment of the biometric writing system has an optical sensor device an imaging optics for imaging the surface of the document and a converter means for converting the optical imaging signal in an electrical signal.
Die Abbildungsoptik besteht dabei z. B. aus optischen Linsen und/oder Glasfasern.The Imaging optics consists z. B. from optical lenses and / or Glass fibers.
Bei der Wandlereinrichtung handelt es sich z. B um eine CCD-Kamera oder ein Photodiodenarray.at the transducer device is z. B to a CCD camera or a photodiode array.
Ferner ist z B. eine Diodenlichtquelle zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche vorgesehen.Further For example, a diode light source is provided for illuminating the substrate surface.
Bei einer denkbaren Ausführungsform ist zusätzlich eine Laserdiode zur Beleuchtung der Unterlagenoberfläche und eines in den Stift integrierten optischen Gitters vorgesehen.at a conceivable embodiment is additional a laser diode for illuminating the surface of the substrate and an optical grating integrated in the pin.
Die optische Sensoreinrichtung erfasst die mit dem Schreibstift durchgeführten Bewegungen durch Vergleich der zeitlich versetzten aufgenommenen Bildfolgen der Unterlagenoberfläche.The Optical sensor device detects the movements performed with the pen through Comparison of the staggered recorded image sequences of the substrate 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 Laserlichtesat an alternative embodiment the optical sensor device detects the one with the pen conducted Movements by comparing the staggered, recorded Image sequences of the interference of the reflected at the grid and the substrate surface laser light
Die Schreibstiftmine gibt bei einer denkbaren 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.The Pen refill gives one conceivable in one extended one Condition on the pad when performing the hand-guided movements a writing fluid which enhances the structuring of the backing surface so that the optical detection the hand-held Movements facilitated by means of the optical sensor device and on the Ink typeface on the pad evoked a natural spelling becomes.
Die Datenverarbeitungseinheit ist vorzugsweise in dem Schreibstiftgehäuse oder in einer externen Empfangseinheit integriert.The Data processing unit is preferably in the pen housing or integrated in an external receiver unit.
Bei der externen Empfangseinheit handelt es sich dabei z. B. um einen Computer, ein Mikrokontroller, ein Handy, einen Kreditkartenleser, ein Faxgerät oder um einen Drucker.at the external receiving unit is z. B. one Computer, a microcontroller, a cell phone, a credit card reader, a fax machine or to a printer.
Die erfassten Schallsignale, die optischen Bewegungsdaten und die erfassten mehrdimensionalen Druckdaten werden über eine Datenübertragungsstrecke von dem Schreibstiftgehäuse an die in externe Empfangseinheit integrierte Datenverarbeitungseinheit übertragen.The recorded sound signals, the optical motion data and the detected Multi-dimensional print data is transmitted over a data link from the pen case transmitted to the data processing unit integrated in 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 motion data and print data.
Die Datenübertragungsstrecke ist dabei drahtgebunden oder drahtlos.The Data transmission link is 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 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 preferably issued by the data processing unit the sound signal data recorded during the writing and speaking of a word, calculated from optical motion data and mechanical pressure data and stored in the reference data memory.
Bei dem Referenzdatenspeicher handelt es sich z. B. um einen Mikrochip eines Personalausweises, einer Kreditkarte, um eine Berechtigungsmagnetkarte oder um eine Speichereinheit eines Computers oder des biometrischen Schreibsystems.at the reference data storage is z. B. a microchip an identity card, a credit card, an authorization magnetic card or a memory unit of a computer or biometric Writing system.
Bei den geschriebenen und gesprochenen Wörtern und Zeichen handelt es sich z. B. um Pincodes, Passwörter, Namen oder um Texte.at it is written and spoken words and signs z. For example, passcodes, passwords, Name or 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 writing movement are preferably from the at Writing a word recorded sound signal data, optical motion data and mechanical pressure data and stored in the data memory for Handwriting recognition filed.
Der Referenzdatenspeicher kann dabei in dem Schreibstiftgehäuse integriert sein.Of the Reference data memory can be integrated in the pen case be.
Die in dem externe Empfangseinheit integrierte Datenverarbeitungseinheit kann an einen Referenzdatenspeicher angeschlossen sein.The in the external receiving unit integrated data processing unit can be connected to a reference data memory.
Die externe Empfangseinheit weist bei einer denkbaren Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems eine Leseeinheit zum Lesen von biometrischen Referenzdaten auf.The external receiving unit has in a conceivable embodiment of the biometric writing system, a reading unit for reading biometric reference data.
Der externe Empfangseinheit kann über ein Datennetzwerk an eine Datenbank mit einem Referenzdatenspeicher verbunden sein.Of the external receiving unit can over a data network to a database with a reference data store be connected.
Bei dem Datennetzwerk handelt es sich z. B. um das Internet.at the data network is z. For example, the Internet.
Bei einer denkbaren Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems vergleicht die Datenverarbeitungseinheit die berechneten aktuellen biometrischen Daten mit den gespeicherten biometrischen Referenzdaten zu deren Verifikation und Identifikation.at a conceivable embodiment of the biometric writing system compares the data processing unit the calculated current biometric data with the stored 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 with broad agreement the current biometric data with the stored reference data Identification or verification indication 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.at a particularly preferred embodiment of the biometric writing system according to the invention recognizes the Data processing unit in complete agreement of the current biometric data with the stored biometric reference data the current biometric data is stored as a pirated copy of the 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 in deviation of the current biometric Data with stored biometric reference data is a deviation indication signal.
Bei einer denkbaren Ausführungsform des biometrischen Schreibsystems weist dieses mindestens einen Aktor auf, der nach Erzeugen des Identifikations- bzw. Verifikationsanzeigesignals betätigt wird.at a conceivable embodiment of the biometric writing system, this has at least one actuator upon generating the identification or verification indication signal is pressed.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Generierung von personenspezifischen biometrischen Referenzdaten mit den Schritten des PA21.The The invention further provides a method for generating person-specific biometric reference data with the steps of PA21.
Bei einer denkbaren 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.at a conceivable embodiment of the method for the generation of person-specific biometric Reference data, the process steps are performed several times and the respective determined reference data evaluated statistically, wherein the evaluated data is encrypted as person-specific reference data and subsequently be stored.
Bei einer denkbaren 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.at a conceivable embodiment become the statistically evaluated, person-specific reference data in a microchip of an ID card, in a microchip one Credit card, an authorization magnetic card or the storage unit a computer or a writing system stored.
Es können zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt werden.It can additionally a speech signal originating from the person is recorded acoustically and corresponding sound signal data are generated.
Darüber hinaus werden bei einer denkbaren 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.Furthermore be in a conceivable embodiment the method according to the invention for the generation of person-specific, biometric reference data who performed at the Writing movement of the pen in at least one spatial direction occurring typists Pressure sensors detected and corresponding at least one-dimensional Write print data generated.
Ferner werden z. B. 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.Further be z. For example, when writing a character, a word or a string of words / words with the pen on the pad hand-held Write movements recorded optically and generates corresponding write movement data.
Die biometrischen Referenzdaten werden z. B. 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 are z. B. from the sound intensity of digital Zeitschallsi gnals determined by means of feature extraction, from the calculated frequency spectrum of the sonic signal by means of feature extraction and from the generated during writing and speaking a word optical motion data and writing pressure data and stored encrypted in the reference data memory as person-specific biometric reference data.
Es erfolgt z. B. eine Datenreduktion der statischen und dynamischen Schreibbewegungsdaten, der Schreibdruckdaten, der optischen Bewegungsdaten und der Schallsignaldaten mittels Clusterbildung.It takes place for. As a data reduction of the static and dynamic Write motion data, the writing pressure data, the optical motion data and the sound signal data by clustering.
Aus den datenreduzierten Clusterdaten werden z. B. Merkmalsparameter extrahiert.Out the data-reduced cluster data are z. B. Feature Parameters extracted.
Die generierten biometrischen Referenzdaten werden innerhalb oder außerhalb des Schreibstiftes abgespeichert.The generated biometric reference data will be inside or outside of the pen stored.
Ein
denkbares Verfahren zur Verifikation einer Person umfasst folgende
Schritte, 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 weitghend übereinstimmen.A conceivable method for verifying a person comprises the following steps, namely
acoustically detecting hand-held writing movements performed with a pen on a pad when a character, word or phrase is written by the person, and generating corresponding sonic 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-domain 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 subject to verify that the current biometric data is substantially consistent with the subject's stored biometric reference data.
Dabei werden z. B. zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.there be z. B. in addition a speech signal originating from the person is recorded acoustically and generates corresponding sound signal data.
Ein
denkbares Verfahren zur Identifikation einer Person umfasst folgende
Schritte, 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.A conceivable method for identifying a person comprises the following steps, namely
acoustically detecting hand-held writing movements performed on a pad by a person writing a character, word or phrase by a person, 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 plurality of individuals to identify whether the current biometric data is substantially consistent with the stored biometric reference data of one of the stored individuals.
Dabei wird z. B. zusätzlich ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst und entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.there is z. B. in addition an originating from the person speech signal is acoustically detected and corresponding Generated sound signal data.
Ein
denkbares Verfahren zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung
umfasst folgende Schritte, 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.A conceivable method for handwriting recognition and / or hand sketch recognition comprises the following steps, namely
acoustically detecting hand-held writing motions performed with a pen on a pad when a character is writing or sketching a character, word or phrase by a person, and generating corresponding sonic 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 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,
Calculating a sequence of feature vectors from the acoustic data,
Comparing the sequence of feature vectors with stored person-specific reference feature vectors,
Selecting a sequence of reference feature vectors having the least deviation from the respective feature vectors,
Determining the character, the word or the word sequence from the sequence of selected reference feature vectors by means of statistical, connectionist and knowledge-based methods.
Zusätzlich kann ein von der Person stammendes Sprechsignal akustisch erfasst werden, und es werden entsprechende Schallsignaldaten erzeugt.In addition, can a speech signal originating from the person is recorded acoustically, and 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 z. B. zusätzlich optisch erfasst und entsprechende Positionsdaten erzeugt.When writing or sketching a Character, a word or a character / word sequence with the pen on the pad hand-held writing movements are z. B. additionally detected optically and generates corresponding position data.
Zusätzlich können die bei der durchgeführten Schreibbewegung des Schreibstiftes in mindestens einer Raumrichtung auftretenden Kräfte durch Drucksensoren erfasst und entsprechende, mindestens eindimensionale Schreibdruckdaten erzeugt werden.In addition, the at the performed Writing movement of the pen in at least one spatial direction occurring forces detected by pressure sensors and corresponding, at least one-dimensional Writing pressure data are generated.
Bei einer denkbaren 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.at a conceivable embodiment the method according to the invention for handwriting recognition and / or hand sketch recognition the character, the word or phrase from the sequence of selected reference feature vectors, from the position data and from the writing pressure data by means of statistical, connectionist and knowledge-based procedures.
Bei einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das ermittelte Zeichen der ausführenden Person zu deren Kontrolle optisch und/oder akustisch rückgemeldet.at a conceivable embodiment the method according to the invention become the identified sign of the executing person to their control visually and / or acoustically confirmed.
Die generierten personenspezifischen Referenzdaten werden z. B. zur Ermittlung psychologischer und/oder physiologischer Merkmale der Person ausgewertet.The generated person-specific reference data are z. B. for Identification of psychological and / or physiological features of the Person evaluated.
Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem ist vielfach einsetzbar.The Biometric writing system according to the invention is widely used.
Bei einer denkbaren Ausführungsform wird das biometrische Schreibsystem als Computereingabeeinrichtung verwendet.at a conceivable embodiment The biometric writing system becomes a computer input device uses.
Bei einer alternativen Verwendung wird das erfindungsgemäß Schreibsystem als Spracheingabeeinrichtung, insbesondere als Diktiergerät, verwendet.at an alternative use is the writing system according to the invention used as a voice input device, in particular as a dictation machine.
Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird zur Erkennung neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person verwendet.The Biometric writing system according to the invention is used to detect a person's neuromotor movement disorders.
Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird ferner als Therapiesystem zur Behebung neuromotorischer Bewegungsstörungen einer Person eingesetzt.The Biometric writing system according to the invention Further, as a therapy system for the correction of neuromotor movement disorders Person used.
Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird ferner als graphologisches System zur Ermittlung psychologischer/physiologischer Merkmale einer Person verwendet.The Biometric writing system according to the invention is also used as a graphological system for the determination of psychological / physiological features used by a person.
Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird als Schulungssystem zur Erlernen von Schreiben eingesetzt.The Biometric writing system according to the invention is used as a training system for learning writing.
Das erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem wird als Schulungssystem zum Erlernen einer Sprache verwendet.The Biometric writing system according to the invention is used as a training system for learning a language.
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.Of Other preferred embodiments the biometric writing system according to the invention and the method of the invention for personal identification, for person verification, for generation biometric reference data as well as handwriting and hand sketch recognition with reference to the attached Figures for explanation features essential to the invention described.
Es zeigen:It demonstrate:
Der
Schreibstift
Wie
in
Das
elektrische Schallsignal wird durch einen Analog-/Digitalwandler in Schallsignaldaten
zur digitalen Datenverarbeitung umgewandelt. Die digitalen Signaldaten
werden über
eine Signalleitung
Neben
dem Mikrofon
Bei
dem Mikrofon
Die
Schreibstiftmine gibt im ausgefahrenen Zustand auf die Unterlage
Die
Datenverarbeitungseinheit
Die
durch das Mikrofon
Das
in
Die
in dem lokalen Rechner
Erkennt
die Datenverarbeitungseinheit
Die
gespeicherten personenspezifischen biometrischen Referenzdaten werden
zunächst
durch das erfindungsgemäße biometrische
Schreibsystem
Beim
Schreiben bzw. bei der Bewegung des Schreibstiftes auf der Unterlage
Beim
Schreiben des Schreibstiftes gibt das Mikrofon
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
Die
Abbildungsoptik umfasst eine optische Linse
Die
optische Sensoreinrichtung
Die
in
Bei
der in
Das
in den
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.at The person identification becomes the current biometric data with stored biometric reference data of a plurality of People compared and selected the person whose biometric Reference data best match current biometric data.
Neben
der Personenverifikation und Personenidentifikation kann das erfindungsgemäße biometrische
Schreibsystem zusätzlich
auch zur Handschriftenerkennung und/oder Handskizzenerkennung eingesetzt
werden.
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 In a further step, the first current acoustic data is output 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 using feature extraction current second acoustic Data determined. This step also serves primarily to reduce data. The acoustic data eventually becomes a sequence of feature vectors and these calculated feature vectors are stored with Person-specific reference feature vectors in a pattern comparison compared. It then becomes a sequence of reference feature vectors, the least deviation from the respective feature vectors have selected. From the sequence of selected reference feature vectors through statistical, connectionist and knowledge-based methods the written sign, the written word or the written one Word sequence 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 methods are, for example, hidden Markov models for recognizing a larger vocabulary. In the connectionist methods, neural network models are used in particular to detect a limited vocabulary. The knowledge-based methods are, for example, fuzzy logic models. In the position of the writing system, the reference feature vectors are generated and stored in a person-specific manner by repeated handwritten writing of a training text in a system-specific manner and before the system is used. Over longer periods of use, the person's reference feature vectors are adaptively and automatically updated using newly written characters and words. All methods are based on acoustic models of characters, letters, syllables and words in the vocabulary of a language in phonetic transcription. The phonetic notation of the vocabulary of a language is formed by sound elements, ie short, allophones of the writing noise. Each word of the vocabulary is stored as a sequence of allophones. The acoustic models determine, from the vocabulary in phonetic transcription, several word candidates that are most likely to belong to the acoustic symbol sequence. The probability for each word is determined by the HMM (Hidden Markow models) or the neuro-fuzzy systems. The most likely word candidate is determined via a threshold decision or via a word sequence statistics model or language model. The identified character is then, for example, as a formatted text or as a hand written text. To increase the reliability of detection, the written character or word is preferably additionally pronounced by the person and recorded acoustically by the microphone. In addition, the position data of the hand-held writing movement are optically detected. A further increase in security is achieved by detecting the writing pressure data occurring when writing the word.
Die
durch das erfindungsgemäße Schreibsystem
Ein
weiteres interessantes Anwendungsgebiet besteht in dem Einsatz des
biometrischen Schreibsystems
Die
Die
Die
Die
Die
Das
erfindungsgemäße Schreibsystem
Das
erfindungsgemäß biometrische
Schreibsystem
Das
erfindungsgemäße biometrische Schreibsystem
- 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
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