DE60318036T2

DE60318036T2 - Verfahren und einrichtungen zur identitätsprüfung

Info

Publication number: DE60318036T2
Application number: DE60318036T
Authority: DE
Inventors: Björn NORDIN
Original assignee: Precise Biometrics AB
Current assignee: Precise Biometrics AB
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: EP1504402B1; SE0201366D0; AU2003230525A1; US20050175223A1; EP1504402A1; DE60318036D1; ATE381070T1; SE0201366L; US7653222B2; WO2003096263A1; SE524727C2

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verwendung beim Prüfen einer Personenidentität.
Hintergrund der Technik
Es ist bekannt, dass Fingerabdrücke zum Prüfen einer Personenidentität verwendet werden können. Bei einer derartigen Prüfung werden aktuelle Daten von einem aktuellen Fingerabdruck von der Person, deren Identität geprüft werden soll, mit vorher aufgezeichneten Referenzfingerabdruckdaten (nachstehend manchmal nur als Referenzdaten bezeichnet) für eine oder mehrere Personen verglichen.
Wenn sich die Prüfung auf einen Nachweis der Personenidentität bezieht, werden die aktuellen Daten von dem aktuellen Fingerabdruck nur mit Referenzdaten für die Person verglichen, die die Person, deren Identität geprüft werden soll, vorgibt zu sein.
Wenn sich die Prüfung auf eine Erkennung der Personenidentität bezieht, werden die aktuellen Daten mit Referenzdaten für mindestens zwei, aber für gewöhnlich mehrere Personen verglichen, um zu bestimmen, ob der aktuelle Fingerabdruck von einer dieser Personen stammt.
Referenzfingerabdruckdaten für eine Vielzahl von Personen können in einer lokalen Datenbank für ein Prüfsystem für einzelne Fingerabdrücke oder in einer zentralen Datenbank für eine Vielzahl von Prüfsystemen gespeichert werden. Als Alternative dazu, können Referenzdaten für eine Person in einer personenbezogenen Einheit, wie zum Beispiel eine personenbezogene Speichererweiterungskarte oder Chipkarte gespeichert werden, die die Person verwendet, wenn er oder sie sich authentizifieren will, d. h. seine/ihre Identität durch einen Nachweis oder eine Erkennung belegen will.
Einige Arten von Speichereinheiten weisen eine begrenzte Speicherkapazität auf. Bei derartigen Fallen ist eine kleine Menge Referenzdaten wünschenswert.
Der Vergleich zwischen Referenzdaten und aktuellen Daten kann entweder in der gleichen Baueinheit, in der die Referenzdaten gespeichert werden, in der gleichen Baueinheit, die den aktuellen Fingerabdruck aufzeichnet und verarbeitet oder in einer anderen Einheit vorgenommen werden.
Wenn der Vergleich in einer Einheit mit einer begrenzten Prozessorkapazität vorgenommen wird, ist es wünschenswert, dass der Vergleich zwischen aktuellen Daten und Referenzdaten auf eine einfache Art vorgenommen werden kann. Wenn entweder aktuelle Daten oder Referenzdaten von einer Einheit zu einer anderen im Zusammenhang mit dem Vergleich übertragen werden müssen, ist es wünschenswert, dass die Datenmenge klein ist, so dass die Transferzeit kurz ist.
Bei vielen Anwendungen möchte der Anwender sich selbst authentifizieren und ohne Verzögerung auf ein geschütztes Objekt zugreifen können. Dann ist es wünschenswert, dass die aktuellen Daten schnell erzeugt werden können, dass die Transferzeit, falls vorhanden, kurz ist und dass der Vergleich schnell vorgenommen werden kann.
Die Referenzdaten können, wie aufgezeichnet, einem vollständigen Fingerabdruck, entsprechen. Normalerweise wird jedoch nur ein Teil der Informationen in dem Fingerabdruck als Referenzdaten gespeichert.
Zum Beispiel ist bekannt, dass Informationen über bestimmte Merkmale in dem Fingerabdruck, die auch als Minutienpunkte bezeichnet werden, als Referenzdaten gespeichert werden. Diese bestimmten Merkmale bestehen normalerweise aus zwei vorgegebenen Arten, nämlich aus Höhenlinienendungen des Fingerabdrucks und aus Höhenlinienverzweigungen des Fingerabdrucks. Zum Beispiel können Koordinaten für die Stellen, an denen sich diese Merkmale befinden, als Referenzdaten gespeichert werden. Beim Prüfen einer Personenidentität wird die relative Position von Merkmalen in einem aktuellen Fingerabdruck bestimmt und dann mit der relativen Position der Merkmale in den Referenzdaten verglichen.
Aus WO 01/84494 ist zum Beispiel auch bekannt, dass Teilbereiche eines Bildes eines Referenzfingerabdrucks als Referenzdaten gespeichert werden. Beim Prüfen einer Personenidentität kommen entsprechende Teilbereiche in einem aktuellen Fingerabdruck vor und werden dann mit den Teilbereichen in den Referenzdaten verglichen. Damit die letzte Identitätsprüfung auf einer Chipkarte mit begrenzter Prozessor- und Speicherka pazität ausgeführt werden kann, wird ein Teilbereich als ein so genannter öffentlicher Teilbereich in einem öffentlichen Teil der Referenzdaten auf der Chipkarte gespeichert. Bei der Identitätsprüfung wird dieser öffentliche Teilbereich in eine Computereinheit gelesen, in der er mit einem aktuellen Fingerabdruck verglichen wird, um, in Bezug darauf zu bestimmen, in welche Position der öffentliche Teilbereich am besten passt. Auf diese Weise werden die Referenzdaten mit dem aktuellen Fingerabdruck abgeglichen. In dem öffentlichen Teil der Referenzdaten werden außerdem Koordinaten für die Stellen gespeichert, an denen sich andere Teilbereiche, so genannte private Teilbereiche, in Bezug auf den öffentlichen Teilbereich befinden. Wenn der aktuelle Fingerabdruck mit den Referenzdaten abgeglichen wurde, können diese Koordinaten verwendet werden, um zu bestimmen, welche Teilbereiche in dem aktuellen Bild ausgewählt und an die Chipkarte zum Vergleich mit den privaten Teilbereichen gesendet werden sollen.
DE 42 20 971 legt die Auswahl eines Quadranten des fouriertransformierten Fingerabdruckbildes offen. Dieser (tiefpassgefilterte) Quadrant dient als eine Fingerabdruckdarstellung.
Ferner ist bekannt, dass ein Fingercode gebildet werden kann, indem zuerst ein Zielbezugspunkt in einem Fingerabdruck gefunden wird, dann der Fingerabdruck in Bezug auf den Bezugspunkt in Sektoren eingeteilt wird, dann das Bild mit einer Anzahl von Gaborfiltern gaborgefiltert wird und schließlich der Fingercode als die Varianz in jedem Sektor des gaborgefilterten Bildes berechnet wird. Der erhaltene Fingercode ist als Referenzdaten vorteilhaft, da es schnell und einfach ist, einen Referenzfingercode mit einem aktuellen Fingercode zu vergleichen. Es dauert jedoch relativ lange, den Fingercode zu finden. Ein weiteres Problem beruht auf der Tatsache, dass ein Zielbezugspunkt in dem Fingerabdruck allein durch Durchsuchen desselben festgelegt werden kann. Es ist jedoch bekannt, dass es für bestimmte Fingerabdrücke schwierig, um nicht zu sagen unmöglich ist, einen derartigen Zielbezugspunkt festzulegen.
Übersicht über die Erfindung
Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verwendung beim Prüfen einer Personenidentität zur Verfügung zu stellen, wobei es das Verfahren und die Einrichtung möglich machen, eine oder mehrere der oben genannten Desiderata in Bezug auf Speicherkapazität, Transferzeit, Vergleichszeit und Zeit für das Erzeugen von Daten ganz oder teilweise zu erfüllen.
Insbesondere wird nach der Erfindung ein Verfahren zur Verwendung beim Prüfen einer Personenidentität nach Anspruch 1 zur Verfügung gestellt.
Es gibt Verfahren, wie zum Beispiel das Fouriertransformieren, die es möglich machen, ein Bild schnell zu transformieren, so dass eine Darstellung des Frequenzgehalts in dem Bild erhalten wird. Auf der Grundlage dieser Darstellung, kann ein Frequenzcode relativ schnell und einfach bestimmt werden. Es ist ebenfalls möglich, Referenzdaten und aktuelle Daten in einem Zeitraum zu erzeugen, der für viele Anwendungen annehmbar kurz ist.
Abhängig davon, wie viele Frequenzcodewerte der Frequenzcode enthält und wie die Frequenzcodewerte festgelegt sind, ist es möglich, Referenzdaten und aktuelle Daten herzustellen, die eine geringe Speicherkapazität und eine kurze Transferzeit benötigen, aber dennoch eine Fehlerwahrscheinlichkeit ergeben, die für viele Anwendungen in Bezug auf Fehlertyp 1 (ein aktueller Fingerabdruck von der gleichen Person und dem gleichen Finger, wie der, von dem die Referenzdaten abberufen werden, wird nicht angenommen) und in Bezug auf Fehlertyp 2 (ein aktueller Fingerabdruck von einer anderen Person oder einem anderen Finger als der, von dem die Referenzdaten abberufen werden, wird angenommen) annehmbar niedrig ist.
Wie oben erwähnt, ist das Verfahren nach der Erfindung für die Verwendung beim Prüfen einer Personenidentität beabsichtigt. Dies kann zum Beispiel die Verwendung des Verfahrens zum Herstellen von Referenzfingerabdruckdaten für eine Person, zum Herstellen aktueller Fingerabdruckdaten oder zum Prüfen einer Personenidentität umfassen.
Das Bild kann ein Graustufenbild, ein Binärbild oder ein Farbbild sein. Es zeigt einen Fingerabdruck durch die Darstellung von Höhenlinien und Tälern in dem Fingerabdruck mit verschiedener Intensität. Das Bild kann einen vollständigen Fingerabdruck oder einen Teilfingerabdruck in Abhängigkeit von der Größe des Sensors, der zur Aufzeichnung des Bildes verwendet wurde, umfassen.
Mit der Transformierung des Bildes oder einem Teil davon ist hier gemeint, dass eine mathematisch festgelegte Transformation auf dem Bild ablaufen kann und die Informationen in dem Bild in eine Darstellung des Frequenzgehalts umwandeln kann, d. h. mit welchen Frequenzen es möglich ist, die Intensitätsveränderungen in dem Bild in unterschiedlichen Richtungen und die gegenseitige Beziehung davon zu beschreiben.
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, nur einen Teil des Fingerabdruckbildes zu transformieren. Es kann zum Beispiel wünschenswert sein, den Hintergrund oder Teile, die den Fingerabdruck in schlechter Qualität zeigen, auszulassen, es kann wünschenswert sein, lediglich einen Bereich um einen bestimmten Punkt zu verwenden oder aus einem anderen Grund kann es wünschenswert sein, lediglich einen Teil zum Transformieren auszuwählen.
Der Frequenzcode enthält eine vorgegebene Anzahl von Frequenzcodewerten. Die Anzahl von Werten in dem Code kann aus der gewünschten Größe der Referenzdaten und der gewünschten Fehlerwahrscheinlichkeit des Typs 1 und 2 bestimmt werden. Eine größere Anzahl von Werten erfordert eine größere Speicherkapazität für die Referenzdaten, ergibt aber normalerweise eine niedrigere Fehlerwahrscheinlichkeit.
Die Transformation kann zum Beispiel eine der folgenden Transformationen oder eine Kombination aus diesen sein: Fouriertransformation, Cosinustransformation, Besseltransformation oder Hadamardtransformation. Ein Vorteil dieser Transformationen ist, dass sie teilweise gegenüber seitlicher Verschiebung eines Fingers auf einem Sensor unempfindlich sind, solange wie der gleiche Teil des Fingers auf dem Sensor positioniert wird.
Die Frequenzcodewerte werden auf der Grundlage der erhaltenen Darstellung des Frequenzgehalts bestimmt. Insbesondere können sie auf der Grundlage einer vorgegebenen Anzahl von Frequenzwerten bestimmt werden, die aus der Darstellung des Frequenzgehalts innerhalb eines kleineren individuell angepassten Bereichs ausgewählt werden und in dem Fall kann jeder Frequenzwert das Vorhandensein einer entsprechenden Frequenz in einer bestimmten Richtung in dem Bild, das transformiert wird, messen. Ein oder mehrere Frequenzwerte können für die Herstellung eines Frequenzcodewertes verwendet werden. Von einer Vielzahl von Frequenzwerten kann zum Beispiel der Durchschnitt ermittelt werden oder sie können zusammen gewichtet werden, um einen Frequenzcodewert zu bestimmen.
Das Verfahren nach der Erfindung kann mit einem Computerprogramm durchgeführt werden. Das Computerprogramm kann auf einem Speichermedium, zum Beispiel in einem elektronischen, optischen, magnetischen oder einer anderen Art Speicher gespeichert werden. Das Speichermedium kann auch ein sich ausbreitendes Signal sein.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung zur Verwendung beim Prüfen einer Personenidentität nach Anspruch 20 zur Verfügung gestellt, die einen Signalprozessor umfasst.
Der Signalprozessor kann aus einem geeignet programmierten allgemeinen oder speziell angepassten Computer bestehen. Als Alternative kann er aus speziell angepasster Hardware, wie zum Beispiel aus einer ASIC (Application Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder aus einem FPGA (Field Programmable Gate Array = frei programmierbare logische Anordnung) oder aus Analogschaltungen oder Digitalschaltungen oder aus einer geeigneten Kombination davon bestehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe von Beispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, in denen gilt:
1 zeigt das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung hauptsächlich schematisch;
2 zeigt ein Beispiel eines Systems, in dem eine Identitätsprüfung durch Frequenzcodes durchgeführt werden kann;
3 zeigt ein Bild eines Fingerabdrucks;
4 zeigt eine Darstellung des Frequenzgehalts in dem Fingerabdruck aus 3;
5 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen von Referenzfingerabdruckdaten; und
6 ist ein Ablaufdiagramm und zeigt ein Beispiel eines Verfahrens für die Identitätsprüfung.
Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Konzept der Erzeugung eines Frequenzcodes, der beim Prüfen einer Personenidentität verwendet werden kann. Dies wird in 1 schematisch dargestellt.
Zuerst wird ein Bild 1 eines Fingerabdrucks von einer Person aufgezeichnet. Dieses Bild stellt die Informationen in dem Fingerabdruck in Form von Intensitätsveränderungen dar. Das Bild 1 wird transformiert 2, so dass stattdessen eine Darstellung 3 des Frequenzgehalts in dem Bild 1 erhalten wird.
Aus dieser Frequenzdarstellung wird eine Anzahl von Frequenzwerten ausgewählt und verarbeitet 4, so dass sie auf eine kompakte Art in Form von Frequenzcodewerten dargestellt werden können. Die Frequenzcodewerte bilden zusammen einen Frequenzcode C_R. Dieser Frequenzcode kann als Referenzfingerabdruckdaten gespeichert werden, die bei einer nachfolgenden Identitätsprüfung verwendet werden können.
Bei der Identitätsprüfung wird ein aktueller Frequenzcode C_A aus einem aktuellen Fingerabdruck erzeugt und mit dem vorher gespeicherten Referenzfrequenzcode C_R verglichen. Wenn die verglichenen Frequenzcodes ausreichend gleich sind, wird angenommen, dass die Fingerabdrücke, aus denen sie erzeugt wurden, von ein und demselben Finger stammen und so wird die Personenidentität sichergestellt.
Im Folgenden wird ein Beispiel eines Systems beschrieben, in dem eine Identitätsprüfung mit Hilfe von Frequenzcodes durchgeführt werden kann. Wie in 2 gezeigt, umfasst das System einen Fingerabdrucksensor 10 zum Aufzeichnen von Fingerabdrücken, eine erste Einheit 11, die im Folgenden als Computereinheit bezeichnet wird, zum Verarbeiten von Fingerabdruckdaten und eine zweite Einheit 12, die einen Speicher zum Speichern von Referenzfingerabdruckdaten und einen Prozessor zum Verarbeiten von Fingerabdruckdaten umfasst und die in diesem Fall aus einer Chipkarte besteht.
Der Sensor 10 kann, muss aber nicht, zum Aufzeichnen von Referenzfingerabdrücken sowie zum Aufzeichnen von aktuellen Fingerabdrücken verwendet werden. Es kann einoptischer, kapazitiver, thermischer Speicher sein oder ein Speicher aus einer anderen geeigneten Art. Er kann ein Bereichssensor oder ein Zeilensensor sein.
Die Computereinheit 11 kann ein herkömmlicher allgemeiner Computer wie zum Beispiel ein PC sein. Als Alternative dazu kann sie zum Beispiel eine Computereinheit 11, die speziell für diese Anwendung angepasst ist oder speziell angepasste Hardware sein. In diesem Beispiel umfasst sie einen Chipkartenleser 13, der ein beliebiger handelsüblicher Chipkartenleser oder ein eigens entworfener/angepasster Chipkartenleser sein kann. Der Chipkartenleser 13 kann in der Computereinheit 11 physikalisch eingebaut sein oder er kann in seinem eigenen Gehäuse, das in Bezug auf Signale mit dem Rest der Computereinheit verbunden oder verbindbar ist, angeordnet sein. Es können ein oder mehrere Prozessoren in der Computereinheit 11 vorhanden sein und die Verarbeitung von Fingerabdruckdaten, die in der Computereinheit erfolgt, kann auf verschiedene Arten zwischen verschiedenen Prozessoren verteilt werden.
Die Chipkarte 12 kann eine beliebige Art von Chipkarte sein, auf der ein Vergleich von Fingerabdruckdaten ausgeführt werden soll. Die Chipkarte 12 weist eine Signalverarbeitungseinheit auf, die einen Prozessor 16, einen Speicher 17, zum Speichern von Referenzfingerabdruckdaten, die aus einem Referenzfingerabdruck von dem Chipkarteninhaber entnommen werden und einen Arbeitsspeicher 18 sowie Kommunikationsschaltungen 19, die die Kommunikation zwischen dem Chipkartenleser 13 und der Chipkarte 12 ermöglichen, umfasst. Für die Kommunikationsschaltungen 19 kann, muss aber nicht, ein Kontakt zwischen der Chipkarte 12 und dem Leser 13 erforderlich sein.
Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, wie die Erfindung in dem in 2 gezeigten System verwirklicht werden kann.
Damit die Chipkarte 12 zum Nachweisen der Identität des Karteninhabers verwendet werden kann, müssen Referenzfingerabdruckdaten in dem Speicher 17 der Chipkarte gespeichert werden. Dies wird vorzugsweise unter derartigen Bedingungen ausgeführt, dass es gewährleistet werden kann, dass die gespeicherten Referenzfingerabdruckdaten tatsächlich die des Chipkarteninhabers sind. Ein Beispiel, wie die Aufzeichnung von Fingerabdruckdaten vorgenommen wird, wird in dem Ablaufdiagramm in 5 gezeigt.
In einem ersten Schritt 50 wird ein Bild des Fingerabdrucks des Chipkarteninhabers mit Hilfe eines Sensors 10 aufgezeichnet. Ein Beispiel eines mit Hilfe eines kapazitiven Fingerabdrucksensors aufgezeichneten tatsächlichen Fingerabdruckbildes ist in 3 gezeigt. In dem Bild entsprechen die dunklen Linien Höhenlinien in dem Fingerabdruck und die hellen Linien entsprechen Tälern in dem Fingerabdruck. Die dunkleren Abschnitte, die am oberen und unteren Rand des Bildes vorkommen, werden durch restliche Fettschichten auf dem Sensor verursacht.
Das Bild wird von dem Sensor 10 in die Computereinheit 11 gelesen, in der es fouriertransformiert wird, Schritt 51. Die Fouriertransformation kann mit Hilfe von speziell entwickelter Software oder Hardware oder mit Hilfe von handelsüblicher Software oder Hardware durchgeführt werden. Normalerweise wird sie mit Hilfe von Berechnungen auf der Grundlage eines mathematischen Verfahrens durchgeführt, kann jedoch auch ohne Berechnungen durchgeführt werden, indem eine optische Linse und ein Sensor verwendet werden. Wahlweise kann lediglich ein Teil des Bildes ausgewählt und transformiert werden.
Bei der Fouriertransformation werden Frequenzwerte F(u, v) erhalten, die aus komplexen Zahlen mit einem realen Teil und einem imaginären Teil, so wie folgt, bestehen:
wobei u = 0, 1, 2, ..., M – 1
v = 0, 1, 2, ..., N – 1
und wobei u und v kartesische Koordinaten in dem fouriertransformierten Bild sind und x und y kartesische Koordinaten in dem Fingerabdruckbild sind (3).
Die Frequenzwerte F(u, v) bilden eine Darstellung des Frequenzgehalts in dem Fingerabdruckbild. Der Frequenzgehalt kann in einem Bild dargestellt werden.
4 zeigt eine Fouriertransformation des Bildes in 3. Insbesondere werden die Absolutwerte der Frequenzwerte F(u, v) gezeigt. 4 zeigt ein Graustufenbild davon, welche Frequenzen in verschiedenen Richtungen in dem Fingerabdruck in 3 vorhanden sind, wobei sich die Frequenz als eine Funktion des Radius r in 4 erhöht, wobei der Winkel θ aus der waagerechten Achse A in 4 auf die Richtung in 3 hinweist und wobei ein vermehrtes Vorkommen einer bestimmten Frequenz durch eine hellere Graustufe in 4 dargestellt wird. Die Darstellung in 4 ist symmetrisch, da der Frequenzgehalt in Richtungen, die sich um 180 Grand unterscheiden, der gleiche ist.
Für jede Frequenz in 4 gibt es daher einen Frequenzwert, der das Vorhandensein der Frequenz in der aktuellen Richtung v misst. Diese Frequenzwerte werden zur Erzeugung des Frequenzcodes verwendet. Insbesondere wird eine vorgegebene Anzahl von Frequenzwerten ausgewählt, Schritt 52.
4 zeigt alle Frequenzen innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs, d. h. auch Frequenzen, die für einen Fingerabdruck nicht wesentlich sind, da sie den Abstand der Fingerabdrucklinien in verschiedenen Richtungen in einem Fingerabdruck überhaupt nicht widerspiegeln. Deshalb werden die Frequenzwerte für Frequenzen innerhalb eines begrenzten Bereichs in 4 ausgewählt, wobei der Bereich für Fingerabdrücke relevant ist. In 4 werden Frequenzen in der oberen Halbebene in dem ringförmigen Bereich zwischen den Radien R₁ und R₂ ausgewählt.
Der relevante Bereich ist individuell abhängig, da verschiedene Personen verschiedene Abstände zwischen den Fingerabdrucklinien aufweisen. Die Frequenzwerte können dann entweder für Frequenzen innerhalb eines großen vorgegebenen Bereichs ausgewählt werden, wobei die Verteilung verschiedener Einzelpersonen berücksichtigt werden oder für Frequenzen innerhalb eines kleineren individuell angepassten Bereichs. Der individuell angepasste Frequenzbereich wird als ein Bereich bestimmt, in dem die fragliche Person viele relevante Frequenzen aufweist, d. h. Frequenzen, die Strukturen in dem Fingerabdruck entsprechen.
Zum Beispiel kann der Frequenzbereich in dem vorigen Fall so ausgewählt werden, dass er 800 bis 5000 Linien/m entspricht.
Zum Bestimmen der Frequenzcodewerte können entweder die realen Teile, die imaginären Teile, die Absolutwerte oder eine Kombination aus diesen, zum Beispiel Phasenverschiebung, verwendet werden.
Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass die Absolutwerte (auch als Beträge bezeichnet) der ausgewählten Frequenzwerte berechnet werden, Schritt 53.
Der Frequenzcode C wird durch die Reihe der so erzeugten Frequenzcodewerte erzeugt. Anders ausgedrückt: C(r, v) = |F(r, θ)| wobei R1 < r < R2 und 0 < v < πwobei F(r, θ) der Frequenzwert in dem Punkt (r, θ) und C(r, θ) der Frequenzcodewert für den gleichen Punkt ist.
Nach dieser Terminologie sind es daher die Frequenzcodewerte C(r, θ), die in 4 gezeigt werden. Daher ist es zur Frequenzcodebildung als Alternative möglich, zuerst die Frequenzcodewerte für alle Punkte zu berechnen und dann Frequenzcodewerte für vorgegebene Frequenzen als die Frequenzcodewerte auszuwählen.
Damit der Frequenzcode auf eine Art, die Speicher einspart, dargestellt werden kann, werden die Frequenzcodewerte C(r, θ) dann zum Beispiel zu einem der Werte 0, 1, 2 oder 3 quantisiert, Schritt 54.
Wenn 800 Frequenzwerte ausgewählt werden, zum Beispiel 20 verschiedene Frequenzen für jeden der 40 verschiedenen Winkel v, wird ein Frequenzcode C_R mit 200 Byte Daten erhalten, wenn die Frequenzcodewerte, wie oben beschrieben, quantisiert werden.
Die Werte werden in einer Tabelle mit 5 Byte in jeder Reihe gespeichert. Das heißt, dass jede Reihe die quantisierten Frequenzcodewerte für einen Winkelwert enthält. Eine Veränderung des Frequenzcodes, die einer Drehung des Fingerabdrucks in beide Richtungen im Winkel von 4,5 Grad entspricht, kann daher leicht erreicht werden. Der einzige Schritt, der dann vorgenommen werden muss, ist die Reihen in der Tabelle einen Schritt in die entsprechende Richtung kreisförmig zu verschieben.
Schließlich wird der Frequenzcode C_R als Referenzfingerabdruckdaten auf der Chipkarte 12 gespeichert, Schritt 55. Wie unten genauer beschrieben wird, kann der Frequenzcode als öffentliche Referenzfingerabdruckdaten, die von der Chipkarte zur Verwendung in der Computereinheit bei einer Identitätsprüfung gelesen werden können oder als private Referenzfingerabdruckdaten, die von der Chipkarte nicht gelesen werden können, die aber mit aktuellen Fingerabdruckdaten auf der Chipkarte verglichen werden, gespeichert werden.
Sobald Referenzfingerabdruckdaten auf der Chipkarte 12 gespeichert wurden, kann der Chipkarteninhaber die Chipkarte verwenden, um sich zu authentifizieren. Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, wie dies durchgeführt werden kann.
Der Chipkarteninhaber führt seine Chipkarte 12 in den Chipkartenleser 13 ein und legt den gleichen Finger auf den Sensor 1, der auch für das Aufzeichnen von Referenzfingerabdruckdaten auf dem Sensor 10 verwendet wurde.
Der Sensor 10 zeichnet ein aktuelles Bild des Fingerabdrucks des Chipkarteninhabers auf, Schritt 60 in 6. Das Bild wird in die Computereinheit 11 gelesen, in der es auf genau die gleiche Weise verarbeitet wird, wie bei der Aufzeichnung der Referenzfingerabdruckdaten. Insbesondere wird das Bild fouriertransformiert, Schritt 61, Frequenzwerte werden in dem Bild ausgewählt, Schritt 62, die Absolutwerte der ausgewählten Frequenzwerte werden berechnet, Schritt 63 und die berechneten Absolutwerte werden quantisiert, Schritt 64, um den aktuellen Frequenzcode C_A zu bilden.
Als eine Alternative können die Frequenzwerte innerhalb eines vorgegebenen, individuell unabhängigen Bereichs ausgewählt werden. Diese Alternative kann selbst dann verwendet werden, wenn der Referenzfrequenzcode auf einem individuell abhängigen Bereich basiert, da in diesem Fall ein größerer aktueller Frequenzcode an die Chipkarte gesendet werden kann und eine geeignete Teilmenge des aktuellen Frequenzcodes auf der Chipkarte ausgewählt werden kann, auf der Grundlage, dass Daten in Bezug darauf, auf welchen Frequenzbereich der Referenzfrequenzcode basiert, dort gespeichert sind.
Als eine andere Alternative können die Frequenzwerte individuell abhängig ausgewählt werden. Der Frequenzbereich kann dann in Abhängigkeit davon, an welcher Stelle die Einzelperson in der Darstellung des Frequenzgehalts in dem aktuellen Fingerabdruck viele Frequenzen aufweist, ausgewählt werden. Als Alternative kann der Frequenzbereich auf der Grundlage von Daten, die von der Chipkarte gesendet werden, ausgewählt werden.
Der aktuelle Frequenzcode C_A wird an die Chipkarte 12 gesendet, wo er mit dem vorher gespeicherten Referenzfrequenzcode C_R verglichen wird, Schritt 65. Der Vergleich wird vorgenommen, indem die absolute Differenz zwischen einander entsprechenden Frequenzcodewerten bestimmt wird. Die Gesamtdifferenz wird dann mit einem Schwellenwert verglichen, Schritt 66, um zu bestimmen, ob eine Ähnlichkeitsbedingung erfüllt wird und ob so angenommen werden kann, dass der Referenzfrequenzcode C_R und der aktuelle Frequenzcode C_A von ein und demselben Finger stammen.
Beim Aufzeichnen des aktuellen Fingerabdrucks kann es vorkommen, dass die fragliche Person ihren Finger in einem anderen Winkel auf den Sensor legt als vergleichsweise bei der Aufzeichnung des Referenzfingerabdrucks. Dies beeinflusst den Frequenzcode, da die Darstellung des Frequenzgehalts gedreht wird. Die Frequenzcodewerte kommen daher in dem Frequenzcode in einer unterschiedlichen Reihenfolge vor. Bei der Identi tätsprüfung kann dies berücksichtigt werden, indem der Vergleich zwischen dem aktuellen Frequenzcode und dem Referenzfrequenzcode durch eine gegenseitige Permutation der Frequenzcodewerte wiederholt wird, Schritt 67. Die gegenseitige Permutation kann auf verschiedene Arten bewirkt werden; der Prozessor auf der Chipkarte kann die Werte entweder in dem Referenzfrequenzcode oder in dem aktuellen Frequenzcode permutieren, so dass die Permutation einem bestimmten Drehungsgrad entspricht oder als Alternative kann der Referenzfrequenzcode auf der Chipkarte in verschiedenen Versionen gespeichert werden, wobei die Frequenzcodewerte permutiert sind. Als eine andere Alternative kann die Computereinheit 11 verschiedene Versionen des aktuellen Frequenzcodes erzeugen und sie zum Vergleich an die Chipkarte senden.
Wenn verschiedene Vergleiche vorgenommen werden, muss als Kriterium zum Erkennen einer Person eine der Permutationen das Ähnlichkeitskriterium erfüllen.
Die Permutation muss jedoch nicht immer bewirkt werden. Einige Fingerabdrucksensoren weisen andere Prüfeinrichtungen auf, bei denen der Anwender seinen Finger immer in der gleichen Position auf den Sensor legen muss. Wenn ein derartiger Fingerabdrucksensor verwendet wird, muss der Frequenzcode daher nicht permutiert werden.
Es kann auch vorkommen, dass der Anwender bei der Aufzeichnung des aktuellen Fingerabdrucks seinen Finger in der gleichen Drehposition, aber in einer verschobenen Position auf den Sensor legt. Da der Frequenzcode auf dem Frequenzgehalt basiert, der eine globale Eigenschaft des Fingerabdrucks ist, hat die Verschiebung eine geringere Auswirkung auf den Frequenzcode als vergleichsweise die Verwendung von Minutienpunkten und Teilbereichen, die lokale Eigenschaften in dem Fingerabdruck darstellen.
Eine Ausführungsform wurde oben beschrieben, bei der der aktuelle Frequenzcode in der Computereinheit erzeugt und dann mit einem Referenzfrequenzcode auf der Chipkarte verglichen wird. In diesem Fall verlässt der Referenzfrequenzcode niemals die Chipkarte und bildet deshalb private Referenzfingerabdruckdaten.
Es ist jedoch auch denkbar, den Referenzfrequenzcode als öffentliche Referenzfingerabdruckdaten zu verwenden, die von der Chipkarte gelesen werden dürfen, um in der Computereinheit zum Abgleichen des aktuellen Fingerabdruckbildes mit den privaten Referenzfingerabdruckdaten verwendet zu werden, so dass der endgültige Vergleich zwischen aktuellen Fingerabdruckdaten und Referenzfingerabdruckdaten einfacher und schneller durchführbar ist.
Insbesondere wird in diesem Fall der Referenzfingerabdruckcode daher als öffentliche Referenzdaten gespeichert. Wenn der Referenzfingerabdruckcode auf den Absolutwerten der Frequenzwerte basiert, kann Abgleich lediglich in der Drehrichtung vorgenommen werden. Wenn der Referenzfingerabdruckcode quantisierte reale Teile sowie quantisierte imaginäre Teile der Frequenzwerte enthält, kann Abgleich andererseits jedoch auch in der Translationsrichtung durchgeführt werden.
Außerdem werden andere Fingerabdruckdaten als private Referenzdaten auf der Chipkarte gespeichert. Diese anderen Fingerabdruckdaten können aus einem Fingerabdruckcode bestehen, der auf anderen Punkten in der Darstellung des Frequenzgehalts, Teilbereichen des Referenzfingerabdruckbildes, Minutienpunkten aus dem Referenzfingerabdruckbild oder einigen anderen Fingerabdruckdaten, die aus dem Referenzfingerabdruckbild bestimmt werden, basiert.
Bei der Identitätsprüfung wird ein aktuelles Bild des Fingerabdrucks von der Person, deren Identität geprüft werden soll, auf die gleiche Art wie vorher aufgezeichnet. Das aktuelle Bild wird, wie oben beschrieben, fouriertransformiert. Die Computereinheit liest ferner die öffentlichen Referenzfingerabdruckdaten von der Chipkarte, d. h. in diesem Fall den Referenzfrequenzcode C_R(r, θ). Jeder komplexe Wert der Fouriertransformation wird dann mit dem entsprechenden komplexen Wert in dem Referenzfrequenzcode C_R(r, θ) wie folgt multipliziert: G(r, θ) = F(r, θ)·CR(r, θ).
Nach dem Korrelationstheorem, entspricht diese Multiplikation einer Korrelation von zwei Bildern in der Raumebene.
Danach wird G(r, θ) umgekehrt fouriertransformiert, zurück zur Raumebene auf g. Die Koordinaten für den Größtwert von g entsprechen dann sofort der relativen Verschiebung zwischen dem Referenzfingerabdruckbild und dem aktuellen Fingerabdruckbild. Wenn diese in Bezug aufeinander nicht verschoben werden, befindet sich der Größtwert von g daher in der Mitte von g.
Die Drehung zwischen dem aktuellen Bild und dem Referenzbild kann ferner durch Permutation des Referenzfrequenzcodes und eines aktuellen Frequenzcodes, der von der Fouriertransformation auf die gleiche Art, wie oben beschrieben, erzeugt wird, bestimmt werden. Sobald die Drehung und die Verschiebung bestimmt wurden, wurden das aktuelle Fingerabdruckbild und das Referenzfingerabdruckbild daher miteinander abgeglichen. Ausgehend von dem Abgleich können Daten aus dem aktuellen Bild einfacher mit Referenzdaten auf der Chipkarte verglichen werden.
Wenn die privaten Referenzdaten aus Teilbereichen bestehen, können die aktuellen Teilbereiche bestimmt werden, nachdem der Abgleich mit Hilfe des Frequenzcodes vorgenommen wurde. Wenn die privaten Referenzdaten aus Minutienpunkten bestehen, können Koordinaten für diese nach dem Abgleich mit Hilfe des Frequenzcodes in dem Koordinatensystem der Referenzdaten bestimmt werden.
Als weitere Alternative kann ein Vergleich durch den Frequenzcode ausgeführt werden, wobei ein Vergleich zwischen einer anderen Art von Fingerabdruckdaten ergänzt wird. Da der Frequenzcode eine globale Eigenschaft des Fingerabdrucks widerspiegelt, kann es zweckmäßig sein, einen Ergänzungsvergleich einer lokalen Eigenschaft durchzuführen, zum Beispiel Minutienpunkte oder Teilbereiche. Dies wird die Sicherheit bei der Authentifikation erhöhen. Das Kriterium für die Authentifikation der aktuellen Personenidentität kann jenes sein, dass ein Authentifikationsschwellenwert separat für beide Vergleiche der Fingerabdruckdaten oder lediglich für einen Vergleich erreicht werden sollte. Als Alternative ist es möglich, eine Art von Kriterium zu verwenden, das auf ein Wichten der Authentifikationsschwellenwerte für beide Vergleiche basiert.
Eine Ausführungsform wurde oben beschrieben, bei der der Frequenzcode in einer Computereinheit erzeugt wird und bei der der Vergleich auf einer Chipkarte erfolgt. Es ist jedoch möglich, die Erfindung mit Hilfe einer anderen Kombination einer ersten und einer zweiten Einheit zu verwirklichen. Die erste Einheit kann zum Beispiel ein PC eines Internetkunden sein und die zweite Einheit kann ein Computer eines Diensteanbieters sein, der die Referenzfingerabdruckdaten unter sicheren Bedingungen speichert. Als weiteres Beispiel können die erste Einheit aus einem Mobiltelefon und die zweite Einheit aus einer SIM-Karte oder dergleichen in dem Mobiltelefon bestehen. Es ist außerdem denkbar, dass das Verfahren vollkommen oder teilweise auf einer anderen Art tragbarer Einheit, wie zum Beispiel einem PDA, einem Stift, der mit einem Prozessor versehen ist oder einer Festplatte mit Zugriffssicherheit verwirklicht werden kann.
Als Alternative ist es denkbar, das oben beschriebene Verfahren auszuführen, indem ein aktueller Frequenzcode bestimmt wird und indem der aktuelle Frequenzcode mit einem Referenzcode in ein und derselben Einheit verglichen wird.
Eine weitere denkbare Anwendung ist es, den Frequenzcode bei der Erkennung zu verwenden. Der aktuelle Frequenzcode wird dann mit Referenzfrequenzcodes für eine Anzahl von Personen verglichen. Das Ziel ist es dann in einem ersten Schritt eine kleine Anzahl der Personen als Kandidaten für einen zusätzlichen Vergleich auszuwählen. Der zusätzliche Vergleich kann dann durch eine andere Art von Referenzfingerabdruckdaten durchgeführt werden, zum Beispiel Minutienpunkte oder Teilbereiche.

Claims

Verfahren zum Prüfen einer Personenidentität, das die Schritte umfasst: Transformieren (61) mindestens eines Teils eines Bildes (1) eines Fingerabdrucks von der Person, so dass eine Darstellung (3) eines Frequenzgehalts in dem Teil des Bildes erhalten wird, Auswählen (62) einer vorgegebenen Anzahl von Frequenzwerten aus der Darstellung des Frequenzgehalts, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswählen für Frequenzen innerhalb eines kleineren individuell angepassten Bereiches vorgenommen wird und das Verfahren ferner das Bestimmen von Frequenzcodewerten auf der Grundlage der Frequenzwerte umfasst, wobei die Bestimmung der Frequenzcodewerte das Quantisieren (64) der ausgewählten Frequenzwerte, und das Bestimmen eines Frequenzcodes, der eine vorgegebene Anzahl der Frequenzcodewerte enthält, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Transformierens mit Hilfe von mindestens einer Transformation aus der Gruppe von Fouriertransformationen, Cosinustransformationen, Sesseltransformationen und Hadamardtransformationen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ausgewählten Frequenzwerte Frequenzwerte vorgegebener Frequenzen sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das bei der Darstellung des Frequenzgehalts das Auswählen eines individuellen Frequenzbereichs für die Person um fasst, wobei die vorgegebene Anzahl von Frequenzwerten für Frequenzen in dem ausgewählten Frequenzbereich ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, das das Berechnen (63) des Absolutwertes von mindestens einem der ausgewählten Frequenzwerte und die Verwendung des Absolutwertes zum Bestimmen einer der Frequenzcodewerte umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, das für mindestens einen der ausgewählten Frequenzwerte die Verwendung des realen Teils des ausgewählten Frequenzwertes zum Bestimmen eines der Frequenzcodewerte umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, das für mindestens einen der ausgewählten Frequenzwerte die Verwendung des imaginären Teils des ausgewählten Frequenzwerts zum Bestimmen eines der Frequenzcodewerte umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frequenzgehalt mit Polarkoordinaten dargestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das das Speichern des Frequenzcodes als Referenzfingerabdruckdaten für die Person umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Referenzfingerabdruckdaten auf einem tragbaren Datenträger, vorzugsweise eine Chipkarte, gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Referenzfingerabdruckdaten in einer Einheit als öffentliche Referenzfingerabdruckdaten, die von der Einheit gelesen werden können, gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Referenzfingerabdruckdaten in einer Einheit als private Referenzfingerabdruckdaten, die von der Einheit nicht gelesen werden dürfen, gespeichert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Frequenzcode mit mindestens einem Referenzfrequenzcode, der eine vorgegebene Anzahl von Frequenzcodewerten enthält, verglichen (65) wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das das Wiederholen des Vergleichs zwischen dem Frequenzcode und dem Referenzfrequenzcode mit einer gegenseitigen Permutation der Frequenzcodewerte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, das den Schritt des Permutierens der Frequenzcodewerte in entweder dem Frequenzcode oder dem Referenzfrequenzcode und das Wiederholen des Vergleichs umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–15, wobei der Frequenzcode in einer ersten Einheit bestimmt wird und der Vergleich mit dem Referenzfrequenzcode in einer zweiten Einheit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13–15, wobei der Frequenzcode in einer ersten Einheit bestimmt wird, der Referenzfrequenzcode von einer zweiten Einheit empfangen wird, der Frequenzcode mit dem Referenzfrequenzcode verglichen wird (65) und andere Daten von dem Bild auf der Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs zwischen dem Frequenzcode und dem Referenzfrequenzcode an die zweite Einheit gesendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Frequenzcode mit einer Vielzahl von Referenzfrequenzcodes für verschiedene Personen verglichen wird (65) und eine kleine Anzahl der verschiedenen Personen für weiteres Prüfen ausgewählt wird.
Computerprogrammprodukt, auf dem ein Computerprogramm mit Befehlen zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–18 gespeichert wird.
Einrichtung (11) zum Prüfen einer Personenidentität, die einen Signalprozessor umfasst, der eingerichtet ist, um mindestens einen Teil eines Bildes (1) eines Fingerabdrucks von der Person so zu transformieren (2), dass eine Darstellung (3) eines Frequenzgehalts in dem Teil des Bildes erhalten wird, eine vorgegebene Anzahl von Frequenzwerten aus der Darstellung des Frequenzgehalts auszuwählen, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl für Frequenzen innerhalb eines kleineren individuell angepassten Bereichs vorgenommen wird und der Signalprozessor ferner eingerichtet wird, um Frequenzcodewerte auf der Grundlage der Frequenzwerte zu bestimmen, wobei die Bestimmung der Frequenzcodewerte das Quantisieren der ausgewählten Frequenzwerte umfasst und das Bestimmen eines Frequencodes, der eine vorgegebene Anzahl der Frequenzcodewerte enthält.