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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Verwendung des Verfahrens zum Auswerten von über eine
Sensoreinrichtung erfaßten
biometrischen Daten mittels einer Auswerteeinrichtung, wobei die über die
Sensoreinrichtung von Sensorelementen erfaßten Daten als zeilenbasierende Datensätze an die
Auswerteeinrichtung weitergeleitet werden.
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Biometrische Sensoren, z. B. Fingerabdruck-Sensoren,
dienen der Erfassung personenspezifischer Merkmale. Hierzu weisen
sie eine Berührungsfläche auf,
die mit Sensorelementen in einer gerasterten Anordnung versehen
ist. Ein elektronischer Fingerabdruck-Sensor erfaßt ein gerastertes
Bild eines Fingerabdrucks, d. h. die Position, die Größe und den
Abstand der Furchen und Stege der Hautoberfläche.
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Die Erfassung der biometrischen Merkmale über eine
Berührungsfläche eines
Streifensensors hat zur Folge, daß bei der Führung des Fingers über die
streifenförmige
Anordnung von Sensorelementen jeweils nur ein oder mehrere Streifen
eines Fingerabdrucks als einzelne Datensätze erfaßt werden.
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Diese von den Sensorelementen zeilenmäßig erfaßten Datensätze werden
in der Regel in einem Arbeitsspeicher einer leistungsfähigen Auswerteschaltung
zwischengespeichert, so daß sich.
der erfaßte
Datensatz als Gesamtbild eines Fingerabdruckes im Speicher befindet
und in der Auswerteschaltung auch als Gesamtbild weiterverarbeitet
wird. Diese Auswerteschaltung, in der Regel ein Host-System, welche
nicht in einem als Halbleiterchip ausgebildeten Fingerabdruck-Sensor
integriert ist, speichert weiterhin einen Referenzdatensatz, der
als Referenz für
einen Vergleich mit den von den Sensorelementen einer Sensoreinrichtung
erfaßten
biometrischen Merkmale dient. Wäh rend
des Betriebs werden die Referenzdaten mit relevanten Punkten (Minutien) des
Online-erfaßten
biometrischen Datensatzes verglichen. Hieraus ermittelt die Auswerteschaltung,
ob eine Benutzungs- oder Zugangsberechtigung vorliegt oder nicht.
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Bei einer Bilderfassung mittels einer
streifenförmigen
Anordnung von Sensorelementen, über
die ein Finger in Bewegungsrichtung erfaßt wird, setzt sich der Fingerabdruck
aus einer Vielzahl einzelner Zeilen zusammen. Da sich diese Bildzeilen
teilweise überlappen,
müssen
hohe Datenraten übertragen und
in der Auswerteschaltung ausgewertet werden.
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Fingerabdruck-Sensoren eignen sich
insbesondere dazu, die Identität
und somit die Nutzungsberechtigung einer Person zu ermitteln. Ein
elektronischer Fingerabdruck-Sensor läßt sich beispielsweise in einem
Halbleiterchip integrieren, der prinzipiell Abmessungen und elektrische
Charakteristiken aufweist, die eine Integration des Chips in eine
Chipkarte gestatten. Ein Halbleiterchip, der in einer Chipkarte eingesetzt
wird, sollte jedoch nur Abmessungen aufweisen, die die ISO-Norm für die Chipkarten
einhalten (ISO/IEC7816).
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In der
DE 101 23 330 A1 wird ein
Verfahren zur Fälschungserkennung
bei einer Fingerabdruckerkennung beschrieben. Hierzu wird eine Bildsequenz aus
einer Mehrzahl an Bildern des zu erkennenden Fingers erfasst, wobei
aus zumindest zwei Bildern ein Differenzbild über die Erfassung einer Textur
ermittelt wird.
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Die WO 01/59690 A1 beschreibt ein
Verfahren zum Erkennen eines Fehlverhaltens eines biometrischen
Authentisierungssystems. Grenzwert-Tests werden für erfasste
biologischen Daten durchgeführt,
nachdem sie mit gültigen
Referenzdatensätzen
verglichen wurden.
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Aufgrund hoher zu erfassender Datenraten und
somit hoher Speicheranforderung besteht keine Möglichkeit, eine Auswertung
erfaßter
biometrischer Daten innerhalb des Halbleiterchips vorzunehmen, wie
dies z. B. beim Einsatz einer Sensoreinrichtung in einer Chipkarte
wünschenswert
wäre.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Verwendung des Verfahrens zum Auswerten biometrischer
Daten vorzusehen, welches für
den Einsatz in Anwendungen geeignet ist, die keine ausreichende
Speicherkapazität
zur Speicherung aller zeilenmäßig erfaßten Datensätze eines
Fingerabdrucks aufweist, wobei das Verfahren und die Verwendung
des Verfahrens eine effiziente Auswertung biome trischer Daten erlaubt und
die Anforderung an die Speicherkapazität reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
und eine Verwendung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch
6 gelöst.
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Zum Auswerten von über eine
Sensoreinrichtung erfaßten
biometrischen Daten mittels einer in einem Halbleiterchip befindlichen
Auswerteeinrichtung werden die über
die Sensoreinrichtung von Sensorelementen erfaßten Daten als zeilenbasierende Datensätze an die
Auswerteeinrichtung weitergeleitet, ein erster Bilddatensatz relevanter
digitalisierter Bildinformationen eines ersten Datensatzes von der Auswerteeinrichtung
erstellt und als Referenzdatensatz in einer Speichereinheit zwischengespeichert, einen
zumindest weiteren Bilddatensatz relevanter digitalisierter Bildinformationen
eines zweiten Datensatzes erstellt und mit dem unmittelbar vorhergehenden
ersten Bilddatensatz verglichen und eine Differenz der Bildinformationen
des ersten und weiteren Bilddatensatzes als Differenzdatensatz erstellt
und abgespeichert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
und der Verwendung des Verfahrens werden die zeilenbasierenden Datensätze eines
Fingerabdrucks seriell bzw. sequentiell an die Auswerteeinrichtung
weitergeleitet. Die Auswerteeinrichtung ermittelt hierbei die relevanten
Bildinformationen, die mit den relevanten Bildinformationen eines
unmittelbar nachfolgenden Datensatzes verglichen werden und erstellt
einen Differenzdatensatz, der die Änderungen des Vergleichs der
relevanten Bildinformationen der Bilddatensätze enthält.
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Die vorausgegangenen Maßnahmen
haben den Vorteil, daß bei
dem vorgeschlagenen Verfahren und der Verwendung des Verfahrens
online von jedem Datensatz nur die relevanten Bildinformationen erstellt
und miteinander verglichen werden. Es wird lediglich die Differenz
der relevanten Bildinformationen abge speichert. Die Reduzierung
eines Datensatzes auf relevante Bildinformationen, die Ermittlung der Änderungen
relevanter Bildinformationen zweier aufeinanderfolgender erster
und weiterer Datensätze erfordert
wesentlich geringere Rechenleistung und Speicherkapazität. Dadurch,
daß nur
die Differenz der relevanten Bildinformationen bzw. Bilddatensätze abgespeichert
wird, kann das Verfahren in der in dem Halbleiterchip des Fingerabdruck-Sensors
integrierten Auswerteeinrichtung durchgeführt werden.
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Bei den gemäß dem Stand der Technik bekannten
Verfahren sind ein Online-erfaßter
Datensatz bzw. ein aus diesen Datensätzen erstelltes Flächenbild
eines Fingerabdrucks und ein vorhandener Referenzdatensatz eines
Flächenbildes
eines Fingerabdrucks nie identisch. Das erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine sehr effiziente Auswertung der biometrischen
Daten, da kein Vergleich eines erfaßten biometrischen Merkmals
in Form eines Streifen- oder eines Flächenbildes mit einem in einer
Speichereinrichtung einer Auswerteschaltung vorhandenen Referenzdatensatz
in Form eines Streifen- oder Flächenbildes
erfolgen muß.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren
werden nur die relevanten Bildinformationen eines ersten und ein
weiteren Datensatzes verglichen und die Differenz der relevanten
Bildinformationen im Speicher innerhalb des Halbleiterchips abgespeichert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
des Verfahrens verknüpft
die Auswerteeinrichtung nach der Online-Erfassung und -Auswertung des letzten
Datensatzes die Differenzdatensätze
und vergleicht Gesamt-Differenzdatensatz zur Authentifizierung des
Benutzers mit einem in der Speichereinheit als Referenz hinterlegten
Differenzdatensatz.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorzugsweise nach einem erfolgten Vergleich zweier unmittelbar
aufeinanderfolgender erster und weiterer Bilddatensätze der
vorab gespeicherte erste Bilddatensatz gelöscht und der dem Vergleich
zugrundeliegende weitere Bilddatensatz zwischengespeichert. Somit
ist es lediglich erforderlich, den aktuellen, dem letzten Vergleich
zugrunde liegenden Bilddatensatz zwischenzuspeichern, so daß die Anforderung
an die Speicherkapazität
sich relativ zur Summe der Änderungen
der relevanten Bildinformationen des Vergleichs eines ersten und
weiteren Bilddatensatzes bewegt.
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Da das erfindungsgemäße Verfahren
keine überlappendenden
Informationen speichert, sondern nur eine Feststellung der Differenz
der einzelnen Bilddatensätzen
vornimmt, erfolgt die Darstellung der geographische Lage der relevanten
Informationen eines Gesamt-Differenzdatensatzes nur relativ. Sich ändernde
Bewegungsgeschwindigkeiten bei dem Führen eines Fingers über eine
Sensoreinrichtung haben unterschiedliche Gesamt-Differenzdatensätze zur
Folge. Besonders vorteilhaft erweist sich deshalb bei dem vorgeschlagenen
Verfahren die Ermittlung der die Differenzen zweier Datensätze umgebende Bereiche.
Insbesondere werden hier alle Informationen der die Änderungen
umgebenden Bereiche, wie z. B. Anzahl der Stege oder Rillen zwischen
den Änderungen
eines ersten und weiteren Datensatzes, erfaßt und zur absoluten geographischen
Darstellung der relevanten Bildinformationen eines Gesamt-Differenzdatensatzes
herangezogen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
von Figuren näher
erläutert.
Gleiche oder sich entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren
sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 das
Flächenbild
eines Fingerabdruckes,
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3 zeilenbasierende
Datensätze
des in 2 dargestellten
Fingerabdruckes,
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4 ein
Gesamt-Differenzdatensatz auf dem Hintergrund des in 2 dargestellten Flächenbildes
eines Fingerabdrucks,
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5 einen
weiteren Gesamt-Differenzdatensatz auf dem Hintergrund eines Flächenbildes
eines Fingerabdrucks und
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6 umgebende
Bereiche der Minutien eines Gesamt-Differenzdatensatzes zur Ermittlung
der absoluten geographischen Lage der Minutien.
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1 zeigt
eine Schaltungsanordnung 1 zur Erfassung und Auswertung
biometrischer Daten, bei der eine Vielzahl an Sensorelementen 21 einer
Bewegungsfläche 2 matrixartig
in einem Raster angeordnet sind. Die Sensorelemente 21 bilden
Sensorflächen,
die zeilenweise angeordnet sind und bei der Bewegung eines Fingers über die
Berührungsfläche 2 jeweils
nur eine Zeile einlesen. Die eingelesenen Bildzeilen werden als
Datensätze
an eine Auswerteeinrichtung 4 über die Leitung 3 weitergeleitet.
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Gemäß dem bekannten Stand der Technik werden
die erfaßten
Datensätze
an die hier eingezeichnete Auswerteschaltung 6 weitergeleitet,
die aus den einzelnen Datensätzen
ein Flächenbild
eines Fingerabdrucks erzeugt, relevante Bildinformationen anschließend extrahiert
und mit einem in einem Speicher der Auswerteschaltung 6 hinterlegten
Referenzdatensatz vergleicht und feststellt, ob ein Benutzer eine
Zugangsberechtigung aufweist oder nicht.
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2 zeigt
ein Flächenbild
eines Fingerabdrucks, der sich aus einer Vielzahl der in Abhängigkeit
der Anzahl der durch die Sensorfläche erfaßten Bildzeilen zusammensetzt.
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Die Auswerteeinheit 4 der 1 wertet die ihr zugeführten Bildzeilen
dergestalt aus, daß sie
aus einem ersten Datensatz die relevanten Bildinformationen als
Bilddatensatz erstellt. Die relevanten Bildinformationen beziehen
sich insbesondere auf Stege und Rillen eines Fingerabdrucks. Aus
einer unmittelbar nachfolgenden weiteren Bildzeile wird ebenfalls ein
Bilddatensatz mit relativen Bildinformationen erstellt. Ein durch
die Auswerteeinrichtung 4 durchgeführter Vergleich der Bilddatensätze erzeugt
einen Differenzdatensatz, der die Differenz der verglichenen Bilddatensätze enthält. Dieser
Differenzdatensatz wird in der Speichereinheit 5 zwischengespeichert
und dient als Referenz für
jeden weiteren Bilddatensatz.
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In der 3 sind
beispielhaft drei Datensätze
A-A, B-B und C-C der von den Sensorflächen als Bildzeilen eingelesenen
Datensätze
des Fingerabdrucks der 2 dargestellt.
Die Bildzeile A-A zeigt hierbei eine erste eingelesene Bildzeile,
die an die Auswerteeinrichtung 4 weitergeleitet wird. Die
Auswerteeinrichtung 4 ermittelt die relevanten Bildinformationen 11, 12,
hier die Positionen der Stege 12 und Rillen 11,
die in einem ersten Bilddatensatz zwischengespeichert werden. Der
unmittelbar nachfolgend erstellte zweite Bilddatensatz der zweiten
Bildzeile B-B mit den relevanten Bildinformationen 13, 14 wird
mit dem ersten Bilddatensatz verglichen, wobei die Differenz der
relevanten Bildinformationen des ersten und zweiten Bilddatensatzes
gebildet wird. Ein Vergleich des ersten Bilddatensatzes der ersten
Bildzeile A-A mit dem zweiten Bilddatensatz der zweiten Bildzeile
B-B ergibt eine Differenz zwischen dem Bildpunkt 12 der
Bildzeile A-A und dem Bildpunkt 14 der Bildzeile B-B. Es
erfolgt die Erstellung eines ersten Differenzdatensatzes mit einem
den Fingerabdruck eindeutig beschreibendem Merkmal, der Minutie 17 in 4. Eine weitere Bildzeile
C-C wird an die Auswerteeinrichtung 4 weitergeleitet, die
einen weiteren Bilddatensatz mit den relevanten Bildinformationen 15, 16 erzeugt.
Dieser weitere Bilddatensatz wird mit dem ersten Differenzda tensatz
auf eine Differenz verglichen und ein weiterer Differenzdatensatz erzeugt.
Die Differenzdatensätze
werden von der Erfassungseinheit 4 im Speicher 5 gespeichert
und bei Beendigung der Erfassung des Fingerabdrucks zu einem Gesamt-Bilddatensatz ausgewertet,
der alle diesen Fingerabdruck beschreibenden Merkmale als Minutien
enthält.
Zur Authentifizierung einer Person kann dieser Gesamt-Bilddatensatz
mit einem in der Speichereinheit 5 vorhandenen Referenzdatensatz verglichen
werden, oder aber an ein Host-System zur Weiterverarbeitung weitergeleitet
werden.
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In 5 ist
ein weiterer die Minutien eines Fingerabdrucks enthaltener Gesamt-Bilddatensatz gezeigt.
Deutlich erkennbar sind die Abstände
und die Größen der
Stege 21, 23 und der Rille 22 im Vergleich
zu den Stegen 25, 26 und der Rille 24.
Zur Verdeutlichung sind die Minutien einem Flächenbild eines Fingerabdrucks überlagert.
Die Anzahl der Minutien im oberen Bereich ist wesentlicher verringert
im Vergleich zu der Anzahl der Minutien im unteren Bereich. Aufgrund
einer veränderten
Bewegungsgeschwindigkeit bei der zeilenbasierenden Aufnahme des
Fingerabdrucks durch die Sensorelemente der Sensorfläche ist
die Lage der Minutien zueinander relativ.
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Da das erfindungsgemäße Verfahren
keine überlappenden
Informationen speichert, sondern nur eine Erstellung von einzelnen
Bilddatensätzen
erfolgt, erfolgt die Darstellung der relevanten Punkte eines Gesamt-Bilddatensatzes
nur relativ. Sich ändernde
Bewegungsgeschwindigkeiten bei dem Führen eines Fingers über eine
Sensoreinrichtung haben unterschiedliche Gesamt-Bilddatensätze zur
Folge. Besonders vorteilhaft ist deshalb bei dem vorgeschlagenen
Verfahren die Ermittlung der die Differenzen zweier Datensätze umgebenden
Bereiche. Insbesondere werden hier alle Informationen der die Änderungen
umgebendenden Bereiche wie z. B. Anzahl der Stege oder Rillen zwischen
den Änderungen
bzw. Minutien, erfaßt
und zur absoluten Darstellung der Änderungen herangezogen.
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Der den Minutien der 6 hinterlegte Fingerabdruck ist aufgrund
der fehlenden Informationen der Anzahl an Rillen und Stegen zwischen
den Minutien verzerrt dargestellt. Die Minutien weisen Abstände 27 auf,
die nicht den Abständen
der relevanten Merkmale des erfaßten Fingerabdrucks entsprechen. Unter
Einbeziehung der die Minutien umgebende Bereiche kann eine Korrektur
der Lage der Minutien zueinander im Gesamt-Bilddatensatz erfolgen, so daß die Lage
der Minutien des Gesamt-Bilddatensatzes der Lage der relevanten
Merkmale des realistischen Fingerabdrucks entspricht.
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Voranstehend wurde die Erfindung
am Beispiel der Auswertung eines Fingerabdrucks erläutert. Es
ist jedoch leicht zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren
auch auf andere bildgebende Erfassungssysteme biometrischer Systeme übertragbar
ist.
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- 1
- Schaltungsanordnung
- 2
- Bewegungsfläche
- 3
- Leitung
- 4
- Auswerteeinrichtung
- 5
- Speicher
- 6
- Auswerteschaltung
- 10
- Sensorelement
- 11
- relevanter
Bildpunkt
- 12
- relevanter
Bildpunkt
- 13
- relevanter
Bildpunkt
- 14
- relevanter
Bildpunkt
- 15
- relevanter
Bildpunkt
- 16
- relevanter
Bildpunkt
- 17
- relevanter
Bildpunkt
- 21
- Steg
- 22
- Rille
- 23
- Steg
- 24
- Rille
- 25
- Steg
- 26
- Steg
- 27
- Abstand
- A-A
- Bildzeile
- B-B
- Bildzeile
- C-C
- Bildzeile