DE69817784T2

DE69817784T2 - Verfahren zum sammeln biometrischer informationen

Info

Publication number: DE69817784T2
Application number: DE69817784T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Hamid; J. Stephen BORZA
Original assignee: ActivCard Ireland Ltd
Current assignee: ActivCard Ireland Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JP2002503362A; ATE249076T1; CA2230279A1; DE69817784D1; US6072891A; EP0968484B1; WO1998037519A1; EP0968484A1

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung betrifft im allgemeinen die Erkennung von Personen und betrifft im besonderen ein Verfahren zur wahlweisen Lieferung biometrischer Informationen an ein System zur Erkennung von Personen.
Hintergrund der Erfindung
Die Sicherheit von Computern wird rasch zu einem wichtigen Problem. Mit der Ausbreitung von Computern und Computernetzen in alle Geschäftsaspekte und ins tägliche Leben – Finanzen, Medizin, Bildung, Regierung und Kommunikationen – wächst die Besorgnis bezüglich des sichern Zugriffs auf Dateien. Ein übliches Verfahren zur Schaffung von Sicherheit ist die Verwendung von Paßworten. Der Schutz mit Paßworten und/oder Kombinations-Verriegelungen werden zur Sicherheit von Computernetzen, Bankautomaten, Telefon-Banking, Telefonkarten, Telefonanrufbeantwortern, Häusern und Tresoren eingesetzt. Für diese Systeme ist im allgemeinen die Kenntnis eines Eingabecodes notwendig, den ein Benutzer gewählt hat oder der voreingestellt ist.
Voreingestellte Codes werden oft vergessen, da die Benutzer kein sicheres Verfahren zur Erinnerung an diese besitzen. Werden die Codes aufgeschrieben und sehr nahe an einer Zugriffssteuervorrichtung (d. h. der Kombinationsvemegelung) gespeichert, ergibt sich ein sicheres Zugriffssteuersystem mit einem sehr unsicheren Code. Alternativ wird das Zugriffssteuersystem durch die Unbequemlichkeit, mehrere Codevariationen auszuprobieren, mehr zu einem Problem als zu einer Lösung.
Paßwortsysteme leiden bekanntlich an anderen Nachteilen. Gewöhnlich werden Paßwörter von einem Benutzer festgelegt. Die meisten Benutzer wählen, da sie anspruchslose Benutzer von Sicherheitssystemen sind, relativ unsichere Paßwörter. Auf viele Paßwortsysteme als solche wird durch ein einfaches empirisches Ermittlungsverfahren leicht zugegriffen.
Ein Sicherheitszugriffssystem, das für im wesentlichen sicheren Zugriff sorgt und keinen Paßwort- oder Zugriffscode erfordert, ist ein biometrisches Erkennungssystem. Ein biometrisches Erkennungssystem akzeptiert biometrische Informationen von einem Benutzer und erkennt den Benutzer durch Vergleich der Informationen gegen Informationen, die zu registrierten Benutzern des Systems gehören. Ein solches biometrisches Erkennungssystem ist ein Fingerabdruck-Erkennungssystem.
In einem Fingerabdruckeingabewandler oder -sensor wird der zu untersuchende Finger gewöhnlich gegen eine ebene Fläche gedrückt, beispielsweise gegen eine Seite einer Glasplatte; das Berg-und-Tal-Muster der Fingerspitze wird von einem Abfühlmittel abgefühlt, beispielsweise einem abfragenden Lichtstrahl.
Es sind verschiedene optische Vorrichtungen bekannt, bei denen Prismen verwendet werden, auf die ein Finger gelegt wird, dessen Abdruck erkannt werden soll. Das Prisma besitzt eine erste Fläche, auf die ein Finger aufgelegt wird, eine in einem spitzen Winkel zu der ersten Fläche angeordnete zweite Fläche, durch die der Fingerabdruck betrachtet wird, und eine dritte Beleuchtungsfläche, durch die Licht in das Prisma gerichtet wird. In manchen Fällen liegt die Beleuchtungsfläche in einem spitzen Winkel zu der ersten Fläche, wie beispielsweise in den USA-Patenten 5,187,482 und 5,187,748 zu sehen ist. In anderen Fällen ist die Beleuchtungsfläche parallel zu der ersten Fläche, wie beispielsweise in den USA-Patenten 5,109,427 und 5,233,404 zu sehen ist.
Eine andere Fingerabdruck-Prüfvorrichtung mit einem Prisma ist die in dem Dokument WO 96/4197 beschriebene. Sie offenbart ein modernes Prüfungsverfahren, indem mehrere biometrische Informationen über eine Person festgehalten werden, um eine Schablone zu schaffen. Sie hält jedoch, um die Schablone zu schaffen, nur Informationen über den gleichen Fingerabdruck zur Eintragung fest.
Fingerabdruck-Erkennungsvorrichtungen dieser Art werden allgemein verwendet, um den Zugang von Personen zu Gebäuden oder deren Informationszugriff auf Gebäude, Räume und Vorrichtungen, beispielsweise auf Computerendgeräte, zu steuern.
In dem USA-Patent mit der Nummer 4,353,056 im Namen von Tsikos, erteilt am 5. Oktober 1982, wird eine alternative An eines Fingerabdrucksensors offenbart, bei dem eine kapazitive Abfühlmethode verwendet wird. Der beschriebene Sensor weist eine zweidimensionale, aus Reihen und Kolonnen bestehende Anordnung von Kondensatoren auf, die jeweils zwei beabstandete Elektroden umfassen, die in einem Abfühlelement getragen werden und von einer isolierenden Schicht bedeckt sind. Die Sensoren beruhen auf einer Verformung an dem Abfühlelement, die von einem darauf gelegten Finger bewirkt wird, so daß der Abstand zwischen den Kondensatorelektroden gemäß dem Berg-und-Tal-Muster des Fingerabdrucks örtlich verändert wird und daher die Kapazität der Kondensatoren verändert wird. Bei einer Anordnung sind die Kondensatoren jeder Kolonne in Reihe mit den Kolonnen von parallel geschalteten Kondensatoren geschaltet, und durch die Kolonnen wird eine Spannung angelegt. Bei einer anderen Anordnung wird an jeden einzelnen Kondensator in der Anordnung eine Spannung angelegt. Das Abfüllen in den jeweiligen zwei Anordnungen erfolgt, indem die Änderung der Spannungsverteilung in den in Reihe geschalteten Kondensatoren erfaßt wird oder die Spannungswerte der sich aus der örtlichen Verformung ergebenden einzelnen Kapazitäten gemessen werden. Zu diesem Zweck ist eine einzelne Verbindung von dem Erfassungskreis zu jedem Kondensator erforderlich.
Nur wenige verwenden ein biometrisches Erkennungssystem, bei dem mehrere körperliche Merkmale genutzt werden. Beispielsweise wird ein solches Authentizierungsverfahren in dem Dokument JP 08016788 offenbart. Dabei erfolgt das Ablesen von mehreren einzelnen Merkmalen, um die Identität selbst dann bestätigen zu können, wenn ein einzelnes Merkmal nicht genutzt werden kann.
In dem Französischen Patent FR 2 634 570 im Namen von Reitter et al. wird ein einstufiges Sicherheitsverfahren offenbart, wobei die Person dann, wenn eine erste Registrierung nicht erfolgreich ist, aufgefordert wird, eine zweite biometrische Informationsprobe zur Registrierung von einer zweiten, anderen biometrischen Quelle zu liefern. Jedoch werden die erste Registrierung und die zweite Registrierung nur isoliert voneinander ausgeführt. Deshalb muß zumindest einer von dem ersten und dem zweiten Registrierungsversuch erfolgreich sein, bevor sich die Person für den gewünschten Sicherheitsgrad registrieren lassen darf.
Vor dem Aufkommen von Computern und Bilderzeugungsvorrichtungen wurde nach einer Charakterisierung und Erkennung von Fingerabdrücken geforscht. Heutzutage richtet sich der größte Teil der Forschungbemühungen auf die Verbesserung des Eingabewandlers und die Qualität der biometrischen Eingabedaten. Die Charakterisierung von Fingerabdrücken ist wohlbekannt und kann viele Aspekte der Fingerabdruckanalyse enthalten.
Gegenstand der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur wahlweisen Eingabe biometrischer Informationen zur Prüfung und zur Prüfung einer Identität einer Quelle der biometrischen Informationen zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erweiterung der Flexibilität biometrischer Erkennungssysteme zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 1 geschaffen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie falsche Registrierungen vermindert, während sie gleichzeitig eine Anzahl der von einem biometrischen Sicherheitssystem erkannten Personen vergrößert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nunmehr wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen gemäß der Erfindung ist;
1b ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
2 ein vereinfachtes Schema einer Benutzeroberfläche zur Eingabe von Kennwerten gemäß der Erfindung ist;
2a ein vereinfachtes Schema von 2 ist, bei dem einige Kennwerte zur Eingabe ausgewählt sind;
2b ein vereinfachtes Schema einer Anzeige mit Aufforderungen darauf ist, mit denen die Lieferung biometrischer Informationen von vorbestimmten biometrischen Informationsquellen angefordert wird;
3 ein Ablaufschema eines anderen Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
4 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
5 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
6 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
7 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
8 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
9 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist;
10 eine Wahrscheinlichkeitsverteilungskurve zur Erkennung von Personen unter Verwendung einer biometrischen Informationsprobe ist;
11 eine zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilungsfläche zur Erkennung von Personen abhängig von einer Mehrzahl von biometrischen Informationsproben ist; und
12 ein Ablaufschema eines weiteren Verfahrens zur Lieferung biometrischer Informationen und zur Erkennung eines Benutzers abhängig davon gemäß der Erfindung ist.
Ausführliche Beschreibung
Die Erfindung wird an Hand der Registrierung von Fingerabdrücken beschrieben. Wie für den Fachmann erkennbar ist, ist das Verfahren gemäß der Erfindung auch auf andere biometrische Prüfverfahren anwendbar.
Eines der Probleme bei einer Fingerabdruckbiometrie ist, daß ein Segment der Bevölkerung zeitweilige oder dauernde Hautzustände aufweisen kann, die zu einer mangelhaften Bildqualität auf der Abtastvorrichtung führen, die ihrerseits bewirkt, daß bei ihnen hohe falsche Abweisungsraten auftreten. Wenn man Prüfpersonen bei der Authentifizierung mehr als einen Finger verwenden läßt, kombinieren sich niedrigere Schwellwerte für die Authentifizierung in einer Weise, mit der Identitäten bestätigt werden, jedoch der Grad der falschen Akzeptanzen für das System nicht verschlechtert wird.
Schwellwerte aus einer Gruppe von eindeutigen Fingerabdrücken einer Prüfperson, die gewöhnlich abgewiesen würden, weil sie zu unsicher sind, werden gemäß diesem Verfahren kombiniert, um eine Akzeptanz in Abhängigkeit von einer Mehrzahl biometrischer Informationsproben zu ermöglichen. Mithin vermindert sich bei einer Prüfperson, indem sie mehrere biometrische Informationsproben in Form von Fingerabdrücken zwecks Authentifizierung liefert, die Gefahr, daß sie fälschlicherweise abgewiesen wird.
In 1 ist ein Ablaufschema einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Biometrische Informationen in Form von Fingerabdrücken werden an einen Prozessor geliefert. Gemäß der Erfindung wird eine Mehrzahl von Proben von mindestens zwei biometrischen Informationsquellen geliefert. Diese Proben weisen die Form von Fingerabdrücken, Handtellerabdrücken, Stimmproben, Netzhautabtastungen oder von anderen biometrischen Informationsquellen auf.
Wenn eine Person aufgefordert wird, biometrische Informationsproben von mindestens zwei biometrischen Informationsquellen einzugeben, können die Ergebnisse der Registrierung verbessert und falsche Akzeptanz vermindert werden. Beispielsweise ist bekannt, daß manche Personen fälschlicherweise akzeptiert oder erkannt werden. Die falsche Akzeptanz ergibt sich oft aus Ähnlichkeiten zwischen biometrischen Informationsproben von einer biometrischen Informationsquelle einer registrierten Person und von einer biometrischen Informationsquelle einer anderen Person. Diese Ähnlichkeiten sind oft nur bei einer speziellen ähnlichen biometrischen Informationsquelle vorhanden, beispielsweise bei einem linken Zeigefinger oder einem rechten Daumen. Durch Lieferung und Registrierung zweier biometrischer Informationsquellen wird die Wahrscheinlichkeit einer Ähnlichkeit geringer, weil dort, wo früher die Ähnlichkeit einer einzelnen biometrischen Informationsquelle zu einer falschen Akzeptanz führte, nunmehr Ähnlichkeit in zwei verschiede nen Quellen unwahrscheinlich ist. Deshalb vermindert sich, wenn mindestens zwei biometrische Informationsquellen angefordert werden, jede Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptanz. Wenn eine Mehrzahl von verschiedenartigen biometrischen Informationsquellen in Form von Netzhautabtastungen, Stimmabdrücken, Fingerabdrücken, Handflächenabdrücken, Zehenabdrücken usw. verwendet wird, vermindert sich die Wahrscheinlichkeit einer falschen Registrierung weiter; es ist unwahrscheinlich, daß die verschiedenartigen biometrischen Informationen von zwei Personen ähnlich sind.
In ähnlicher Weise wird, wenn eine Person aufgefordert wird, biometrische Informationsproben von mindestens zwei biometrischen Informationsquellen einzugeben, die Wahrscheinlichkeit einer falschen Abweisung geringer. Wenn die Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptanz abnimmt, wird ein niedrigerer Schwellwert für eine Akzeptanz akzeptabel. Sowohl die falsche Abweisung als auch die falsche Akzeptanz vermindert sich.
Jede biometrische Informationsprobe wird einer biometrischen Informationsquelle in Form einer Fingerspitze, einer Netzhaut, einer Stimme, eines Handtellers usw. zugeordnet. Durch die Zuordnung kann ein Vergleich zwischen der biometrischen Informationsprobe und einer der biometrischen Informationsquelle zugeordneten Schablone erfolgen. Wenn die Identität einer Person an den Prozessor geliefert wird oder bekannt ist, wird die biometrische Informationsprobe nur mit einer einzigen, der biometrischen Informationsquelle zugeordneten Schablone verglichen. Alternativ wird die biometrische Informationsprobe gegen eine Mehrzahl von Schablonen verglichen. Das Vergleichen biometrischer Informationsproben wird oft als ein Registrieren biometrischer Informationsproben bezeichnet. Zur Durchführung der Registrierung sind viele Verfahren bekannt. Gewöhnlich wird die biometrische Informationsprobe gemäß einem für die Schablone spezifischen Verfahren charakterisiert. Die Schablone und charakterisierte biometrische Informationsprobe werden zwecks Bestimmung eines Registrierungswertes verglichen. Der Registrierungswert wird dann zur Ermittlung der Identität; zur Bereitstellung des Zugriffs auf ein System oder eine Struktur; zur Registrierung des Zugriffs; zur Überwachung der Verwendung; zur Abrechnung; oder zu anderen Zwecken verwendet.
Wenn die vorgebliche Identität einer Person nicht an den Prozessor geliefert wird oder dem Prozessor nicht bekannt ist, werden die charakterisierten biometrischen Informationen gegen Schablonen registriert, die in einer Datenbank von Schablonen gespeichert sind, um jene Registrierungen, die eine vorbestimmte Charakteristik anzeigen, zu lokalisieren. Die Charakteristik ist oft die Identität, jedoch sind auch andere Charakteristiken bekannt. Da eine Mehrzahl von biometrischen Informationsproben geliefert wird, dient die Registrierung gegen Schablonen dazu, eine Mehrzahl von Schablonen zu lokalisieren, die eine vorbestimmte Charakteristik anzeigen. Wenn die Charakteristik die Identität ist, sind die Schablonen von der gleichen Person, und mit dem Registrierungsverfahren wird versucht, eine Gruppe von Schablonen zu lokalisieren, die registriert, wobei die charakterisierten biometrischen Informationsproben zu einer Gruppe von Werten führt, die eine genaue Identifizierung anzeigt.
In 1b ist ein Ablaufschema einer Ausführungsform der Erfindung zur Erkennung einer Person gezeigt. Einer Person, die um Authentifizierung durch ein Benutzerauthentifizierungssystem nachsucht, wird ein Kennwerteingabemittel zur Verfügung gestellt. Kennwerteingabemittel sind in der Technik der Computerwissenschaft wohlbekannt. Einige Beispiele für Kennwerteingabemittel sind dedizierte Schalter; Software zur Abarbeitung an einem Computer und zur Versorgung einer Person mit Mitteln zum Auswählen oder zum Anpassen an kundenspezifische Kennwerte in Form von Aufforderungen, einer Befehlsleitung oder einer graphischen Benutzeroberfläche; Karten oder andere Speichermitteln zur Lieferung an eine Vorrichtung, die gespeicherte Kennwerte lesen und diese an einen Prozessor liefern kann; eine drahtlosen Dateneingabe; und Stimmdateneingabesystemen.
Mit Hilfe der Kennwerteeingabemittel ermittelt die Person Kennwerte der biometrischen Informationsproben. Die Kennwerte werden aus einer bekannten Gruppe von verfügbaren Kennwerten ausgewählt. Beispiele für bekannte Gruppen von biometrischen Informationsproben sind (rechter Zeigefinger, linker Zeigefinger, linker Daumen); (rechter Zeigefinger, Stimme); (Netzhautabtastung, Stimme); (linker Daumen, linker Mittelfinger); usw. Durch Gruppierungen werden die Eingabeanforderungen an den Nutzer vermindert; durch Gruppierungen wird jedoch auch die Flexibilität vermindert. Alternativ werden Kennwerte von einer Person eingegeben, die zur Bestimmung einer Gruppe aus allen verfügbaren Kennwerten auswählt. Beispielsweise wird einer Person eine in 2 gezeigte graphische Anzeige von biometrischen Informationsquellen in Form von Fingern 11 zur Verfügung gestellt, und sie wählt eine Anzahl von Proben für jede Quelle aus. Wenn ein Stimmerkennungssystem in dem Benutzerzulassungssystem enthalten ist, wird auch eine die Stimme darstellende Ikone 12 angezeigt. Wenn ein Netzhautabtastungssystem enthalten ist, wird eine die Netzhautabtastung darstellende Ikone 13 angezeigt. Andere Ikonen werden angezeigt, wenn entsprechende biometrische Erkennungssysteme vorhanden sind. Die Person gibt Kennwerte in Form von erkennenden biometrischen Informationsquellen ein, wobei für jede Quelle eine Probenmenge bereitgestellt wird.
Vorzugsweise ist eine Mindestgruppe von Anforderungen vorhanden, die zwar flexibel ist, jedoch ausreichende Sicherheitsgrade gewährleistet. Wenn jede Person aufgefordert wird, Informationen aus einer Mindestanzahl von biometrischen Informationsquellen und vielleicht aus einer Höchstanzahl von Proben von einer gleichen biometrischen Informationsquelle einzugeben, kann mindestens ein vorgegebener Sicherheitsgrad aufrechterhalten werden.
Sobald die Kennwerte eingegeben sind, gibt die Person gemäß den Kennwerten biometrische Informationen in Form von Fingerabdrücken in das System ein. Vorzugsweise werden die einmal ausgewählten Kennwerte zur Analyse an einen Prozessor geliefert, und die Person wird aufgefordert, jede biometrische Informationsprobe einzugeben. Alternativ werden die Kennwerte und die biometrischen Informationen in Form von Darstellungen von Fingerabdrücken gemeinsam an einen Prozessorgesandt.
Die von der Person gelieferten biometrischen Informationen werden auf die ausgewählten Kennwerte bezogen. Beispielsweise in 2a, wenn die Person einmal den linken Ringfinger, einmal den rechten Daumen und einmal den rechten Zeigefinger wählt, liefert die Person dann eine Probe eines Fingerabdrucks von dem linken Ringfinger, eine Fingerabdruckprobe von dem rechten Daumen und eine Fingerabdruckprobe von dem rechten Zeigefinger. Durch die in 2b gezeigte Aufforderung kann die Person sehr komplizierte Gruppen von biometrischen Informationsquellen wählen oder aus vorgegebenen Gruppen auswählen, ohne an die Kennwerte und/oder eine Reihenfolge für die Kennwerte zu erinnern.
Ein biometrisches Eingabemittel in Form einer aktiven Fingerabdruckabtasttvorrichtung wird verwendet, um die biometrischen Informationen in Form von Bildern von Fingerabdrücken der Person zu sammeln, die in vorgegebener Reihenfolge eingegeben werden. Jede biometrische Informationsprobe wird erkannt. Wenn die Person zu einer biometrischen Informationsprobe aufgefordert wird, kennzeichnet der Prozessor die Proben. Alternativ gibt eine Person Kennwerte und biometrische Informationen gleichzeitig ein, indem sie eine biometrische Informationsprobe eingibt und die Probe beispielsweise als speziellen Fingerabdruck oder als Stimmprobe kennzeichnet. Wahlweise wird die Person mit einem Mittel versehen, um biometrische Informationsproben zu prüfen und zu akzeptieren oder zu verwerfen.
Mit dem Authentifizierungsverfahren wird eine unabhängige Abfolge von Vergleichsauswertungen aus dem von der Prüfperson gelieferten Eingabe bestimmt. Diese Abfolge wird als ein im folgenden als P bezeichneter Punkt in dem n-dimensionalen Vektorraum Rⁿ betrachtet. Eine Schwellwertfunktion h_α : R^{n →} R wird zur Ermittlung dessen verwendet, ob der Punkt zu einer Gruppe U_α durch P ∊ U_α ⇔ h_α (P) ≥ C_α gehört oder nicht. Die Identität der Person wird bestätigt, wenn und nur wenn P ∊ U_α.
Die Kennzeichner von biometrischen Informationsproben werden verwendet, um die Eingabeproben eindeutig zu kennzeichnen. Es sei I die Gruppe von Eingabebildern, I = {Ii|1 ≤ i ≤ N} . Bei I_i ∊ I sei Id_i der Kennzeichner eines Bildes, T_i sei die Charakterisierung oder Schablone des Bildes und T_i* sei die Referenzschablone des Bildes.
Die Äquivalenzbeziehung ≡ an der Gruppe I sei definiert durch Ii = Ij ⇔ Idi = Idj, Die Gruppen Hk = {Ii| Ii ≡ Ik}sind Äquivalenzklassen, welche die Gruppe von Eingabebildern in Bildgruppen teilen, die zu einer gleichen Fingerspitze gehören. Es bestehen n dieser Klassen, wobei 1 ≤ n ≤ N.
Wenn τ eine Gruppe aller durch einen gegebenen Charakterisierungsalgorithmus erzeugten Fingerabdruckschablonen ist und die Auswertung τxτ → R das durch einen zugeordneten Vergleichsalgorithmus erzeugte Maß ist, dann können wir eine Gruppe einer Klassenrepräsentativen I_R konstruieren, die nur eine Repräsentative für jede H_k enthält:
Die Gruppe I_R ⊆ I ist dann eine Gruppe von Bildern der eindeutigen Eingabefingerabdrücke, die die höchsten Auswertungen erzielen. Alternativ werden mehrere Proben eines gleichen Fingerabdrucks betrachtet.
Bei jedem I_i ∊ I_R, 1 ≤ i ≤ n entspreche x_i = Auswertung (T_i, T_j*) Auswertungen aus dem Vergleichsalgorithmus. Jede Anordnung dieser Auswertungen ist ein Punkt in dem Vektorraum Rⁿ einfach durch Konstruktion des n-fachen (x₁, x₂, ..., x_n) = P.
Im wesentlichen ist in der in 1 gezeigten Weise, sobald eine Gruppe von Kennwerten ausgewählt wird, eine graphische Verteilung von Erkennungen in n-Dimensionen erzielbar. Die biometrischen Informationsproben werden an einen Prozessor geliefert. Die Registrierung erfolgt gegen bekannte Schablonen abhängig von den gewählten Kennwerten. Sobald die Registrierng abgeschlossen ist, wird ein einzelner Punkt mit Koordinaten bestimmt, die gleich jedem der mindestens einigen von den Registrierungsauswertungen sind. Alternativ weist der Punkt Koordinaten auf, die abhängig von den Registrierungsauswertungen bestimmt wurden, jedoch diesen nicht gleich sind. Eine graphische Darstellung des Punkts führt dazu, daß ein Punkt im n-dimensionalen Raum dargestellt wird. Dann ermittelt der Prozessor eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die gewählten Kennwerte. Alternativ erfolgt das vor dem Registrierungsverfahren für biometrische Informationsproben. Weiter alternativ werden die Wahrscheinlichkeitsverteilungen im voraus ermittelt oder genähert und werden in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert.
Wenn eine durch eine Randfunktion und einen einzelnen Punkt definierte ndimensionale Darstellung besteht, wird durch einen Vergleich ermittelt, ob der Punkt über oder unter der Funktion liegt oder nicht und wahlweise innerhalb oder außerhalb anderer bekannter Bereiche liegt. Anders gesagt, der Punkt wird analysiert, um zu ermitteln, ob er in einen geeigneten Bereich fällt, wobei der Bereich als ein n-dimensionaler Bereich mit mindestens einigen bekannten Grenzen definiert ist. Wenn der Punkt in einen vorgegebenen oder geeigneten Bereich fällt, wird die Person erkannt. Wenn der Punkt außerhalb des vorgegebenen oder geeigneten Bereiches liegt, wird die Person nicht erkannt. Dann reagiert das Erkennungssystem dementsprechend. Reaktionen in der Form, daß eine Person ausgesperrt wird, ein Personenzugriff verweigert wird, eine versuchte Eingabe durch eine nicht erkannte Person protokolliert wird usw., sind wohlbekannt und liegen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines anderen Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Biometrische Informationen werden an einen Prozessor geliefert und ihren biometrischen Informationsquellen in Form von Fingerspitzen, Augen, Handfläche oder Stimme zugeordnet. Die biometrischen Informationsproben und die zugeordneten Informationen werden an einen Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometrischen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Wenn die vorgebliche Identität der Person bekannt ist, erfolgt die Registrierung gegen der Person zugeordnete und den gleichen biometrischen Informationsquellen zugeordnete Schablonen. Die Erkennung einer Person erfolgt in einer ähnlich der oben für 1b dargelegten Weise.
In 4 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Ein Prozessor fordert eine Person zu biometrischen Informationsproben auf, die willkürlich von dem Prozessor ausgewählten biometrischen Informationsquellen zugeordnet sind. Die biometrischen Informationen werden an den Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometrischen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Wenn die vorgebliche Identität der Person bekannt ist, erfolgt die Registrierung gegen den gleichen biometrischen Informationsquellen der Person zugeordnete Schablonen. Die Erkennung einer Person erfolgt in einer ähnlich der oben für 1b dargelegten Weise.
In 5 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Ein Prozessor fordert eine Person zu biometrischen Informationsproben auf, die von dem Prozessor gemäß einem vorgegebenen Algorithmus ausgewählten biometrischen Informationsquellen zugeordnet sind. Wahlweise wählt der vorgegebene Algorithmus die biometrischen Informationsquellen abhängig von der vorgeblichen Identität des Benutzers aus. Die biometrischen Informationen werden an den Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometrischen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Wenn die vorgebliche Identität der Person bekannt ist, erfolgt die Registrierung gegen den gleichen biometrischen Informationsquellen der Person zugeordnete Schablonen. Die Erkennung einer Person erfolgt in einer ähnlich der oben für 1b dargelegten Weise.
In 6 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Die biometrischen Informationen und zugeordnete Kennwerte werden an einen Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometitschen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Wenn die vorgebliche Identität der Person bekannt ist, erfolgt die Registrierung gegen der Person zugeordnete und den gleichen biometrischen Informationsquellen zugeordnete Schablonen. Die Erkennung einer Person erfolgt durch Auswertung von sich aus der Registrierung ergebenden Werten zur Ermittlung einer Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptanz und einer falschen Abweisung bei diesen Auswertungen. Wenn der Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für einen akzeptablen Wert liegt, erfolgt eine Erkennung. Wenn der Punkt außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, erfolgt keine Erkennung.
In 7 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Die biometrischen Informationen und zugeordnete Kennwerte einschließlich einer vorgeblichen Identität der Person werden an einen Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometrischen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Wenn die vorgebliche Identität der Person bekannt ist, erfolgt die Registrierung gegen der Person zugeordnete und den gleichen biometrischen Informationsquellen zugeordnete Schablonen. Die Erkennung einer Person erfolgt durch Auswertung von sich aus der Registrierung ergebenden Werten zur Ermittlung einer Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptanz und einer falschen Abweisung bei diesen Auswertungen. Wenn der Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für einen akzeptablen Wert liegt, erfolgt eine Erkennung. Wenn der Punkt außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, erfolgt keine Erkennung.
In 8 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Die biometrischen Informationen und zugeordnete Kennwerte werden an einen Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometrischen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Wenn die vorgebliche Identität der Person bekannt ist, erfolgt die Registrierung gegen der Person zugeordnete und den gleichen biometrischen Informationsquellen zugeordnete Schablonen. Die Erkennung einer Person erfolgt durch Auswertung von sich aus der Registrierung ergebenden Werten zur Ermittlung einer Eigenschaft der Benutzererkennung. Wenn die Eigenschaft innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für eine akzeptable Eigenschaft liegt, erfolgt eine Erkennung. Wenn der Punkt außerhalb des vorgegebenen Bereich liegt, erfolgt keine Erkennung.
In 9 ist ein vereinfachtes Ablaufschema eines weiteren Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt. Die biometrischen Informationen von einer Person und zugeordnete Kennwerte werden an einen Prozessor geliefert. Der Prozessor charakterisiert die biometrischen Informationsproben und registriert sie gegen Schablonen. Es wird eine erste Gruppe von der Person zugeordneten und den gleichen biometrischen Informationsquellen zugeordnete Schablonen ausgewählt. Die Registrierung der biometrischen Informationsquellen erfolgt gegen die ausgewählten Schablonen zur Erzeugung der Registrierungswerte. Abhängig von diesen Werten wird eine Eigenschaft der Benutzererkennung ermittelt. Wenn die Eigenschaft innerhalb eines vorgegebenen Bereichs für eine akzeptable Eigenschaft liegt, erfolgt eine Erkennung. Wenn der Punkt außerhalb des vorgegebenen Bereich liegt, erfolgt keine Erkennung, und es wird eine nächste Gruppe von Schablonen ausgewählt. Wahlweise wird, sobald alle Gruppen von Schablonen erschöpft sind, eine Angabe zum Versagen der Erkennung geliefert.
In 10 wird eine zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilung gezeigt. Der gesamte Bereich unterhalb der Verteilungskurve ist 1 Flächeneinheit. Mit Hilfe einer solchen Kurve wird eine falsche Akzeptanz oder eine falsche Registrierung beschrieben. Die meisten biometrischen Informationsproben werden leicht charakterisiert. Der hohe Anfangspunkt auf der Wahrscheinlichkeitskurve und der steile Abfall zu einer asymptotischen Kurve, die sich 0 nähert, zeigen das. Die Linie t markiert die Begrenzung für die Registrierungswirksamkeit. Diese wird abhängig von einem gewählten Algorithmus und von Systembegrenzungen wie Prozessorgeschwindigkeits-, Speicher- und Sicherheitserfordernissen bestimmt. Der von Y = 0, X > t begrenzte schraffierte Bereich und die Wahrscheinlichkeitskurve stellen falsche Akzeptanzen dar.
In 11 ist eine abgeflachte zweidimensionale Wahrscheinlichkeitsverteilungskurve gezeigt. Nunmehr wird falsche Akzeptanz durch einen Bereich eines dreidimensionalen Raums mit einem Volumen von 1 Einheit² dargestellt. Wenn man die Graphik von tatsächlichen Daten für biometrische Fingerabdruck-Informationen betrachtet, ist zu erkennen, daß die Graphik symmetrisch ist, und daß sich die Graphik ins Unendliche erstreckt, ohne die Ebene z = 0 zu erreichen. Ferner ist die diagonale Mitte der Fläche x = y ein Minimum für ein gegebenes x und y.
Unterhalb der Kurve gemäß 11 ist eine Darstellung enthalten, die eine Akzeptanzkurve für die Registrierung zeigt. Hier werden zwei Parameter entweder von getrennten Registrierungen oder von der gleichen Registrierung einer biometrischen Informationsprobe ausgewertet, um einen Punkt zu bestimmen. Wenn der Punkt unterhalb der Linie liegt, werden die biometrischen Informationen nicht erkannt, und dementsprechend wird die Person nicht erkannt. Alternativ erfolgt eine Registrierung, wenn der Punkt innerhalb des schraffierten Bereichs liegt. Wird das auf eine Mehrzahl von biometrischen Informationsproben ausgedehnt, führt das zu Bereichen, in denen eine sehr gute Registrierung einiger Proben möglich ist, wie bei B in 11 gezeigt ist, und andere Proben mäßig gut registriert werden. Wird eine Mehrzahl von biometrischen Informationsproben verwendet, werden äquivalente Registrierungsalgorithmen möglich, um eine stark verbesserte Sicherheit zu schaffen, oder werden alternativ schnellere und einfachere Registrierungsalgorithmen möglich, um eine äquivalente Sicherheit zu schaffen.
Bei der Bewertung der Sicherheit biometrischer Zulassungssysteme werden falsche Akzeptanz und falsche Abweisungen als Anteil einer Gesamtheit von Nutzern bewertet. Ein Sicherheitssystem wird so charakterisiert, daß es 1 in 1 000 falschen Akzeptanzen oder alternativ 1 in 1 000 000 zuläßt. Wird die Graphik gemäß 11 auf n Dimensionen erweitert, führt das zu einer anderen Verteilung für einen die Akzeptanz darstellenden Bereich, und deshalb wird ein übereinstimmendes Ergebnis einer einzelnen biometrischen Informationsprobe, die außerhalb des schraffierten Bereichs gemäß 11 liegt, bei Kombination mit mehreren anderen, ähnlich schwachen biometrischen Informationsproben wahrscheinlicher in einem akzeptablen Bereich liegen. Eine angemessene Korrelierung unter mehreren Kennzeichnern ist eine gute Identitätsangabe. Alternativ führt, wenn nur eine einzige biometrische Informationsprobe verwendet wird, eine wenig übereinstimmende Punktzahl dazu, daß die Zulassung einer Person nicht erfolgt. Ebenso wird eine andere Person, die eine Mehrzahl von biometrischen Informationsproben eingibt und versucht, unbefugten Zugriff zu erlangen, indem sie sich als zugelassene Person ausgibt, unwahrscheinlich allen Proben durchweg entsprechen, und zwar kann eine einzige biometrische Informationsprobe gut übereinstimmen, jedoch können mehrere das nicht. Die weitere Untersuchung einer Akzeptanzgraphik zeigt, daß sich durch sehr gute übereinstimmende Auswertungen von einigen Proben die notwendigen übereinstimmenden Auswertungen bei anderen Proben zwecks einer zu erfolgenden Zulassung vermindern.
Im folgenden wird die Funktion der Wahrscheinlichkeitsdichte erläutert. Es sei angenommen, daß eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion f von nicht übereinstinunenden Auswertungen besteht. Das heißt, f : R → [0,1] und ʃRf = 1
Wenn S = {x|x = Auswertung (T_a, T_b), wobei T_a und T_b Charakterisierungen eindeutiger Fingerabdrücke sind}, dann liegt f außerhalb von S, und ʃSf = ʃRf = 1
Es sei angemerkt, daß x ∊ S ⇒ x ≥ 0, da die Auswertung ein Maß ist. Eine n-dimensionale Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion g für eine Abfolge von nicht übereinstimmenden Auswertungen wird konstruiert durch:
Da jede f (x_i) ≥ 0, folgt daraus, daß g(P) ≥ 0, und daß
Für jede Untergruppe U ⊆ Sⁿ ist die Wahrscheinlichkeit, daß eine Sammlung von n Auswertungen von nicht übereinstimmenden Fingerabdrücken in U liegt, gegeben durch: ʃUg
Wenn eine n-dimensionale Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion g vorliegt, ist ein Bereich U_a ⊆ Sⁿ, "unten" durch eine Funktion begrenzt , definiert als h_α : R^a → R. Uα = {P ∊ Sn| hα(P) ≥ Cα}
C_α, eine Konstante, wird derart berechnet, daß:
Mithin ermitteln wir, wenn eine Sammlung von n übereinstimmenden Punktzahlen von Fingerabdrücken in Form eines Punktes P vorliegt, wann P ∊ U_α, durch Anwendung der Schwellwertfunktion h_α. Die Möglichkeit, daß eine solche Sammlung von Auswertungen zu U_α gehört, lautet weiterhin _α, was als falsche Akzeptanzrate interpretiert werden kann. Das Kriterium hα(P) ≤ Cα wird verwendet, um die Prüfperson zu akzeptieren, wenn sie echt ist, und die Prüfperson andernfalls abzuweisen.
Testfall
Aus einer Datenbank von Fingerabdruckbildern wurde eine große Probe erzeugt, bestehend aus mehreren Millionen nicht übereinstimmender Vergleiche, um eine relative Häufigkeitsverteilung F(X) von nicht übereinstimmenden Punktzahlen von Fingerabdrücken zu erstellen. X = Auswertung (T_a, T_b), wobei T_a, T_b ∊ τ Schablonen verschiedener Fingerabdrücke sind. Es sei angemerkt, daß die Häufigkeitsverteilung eine Funktion einer diskreten Variablen ist. Für die Zwecke des Testfalls haben wir angenommen, daß eine kontinuierliche Wahrscheinlichkeitsdichte funktion f(x) von nicht übereinstimmenden Fingerabdruckvergleichen besteht und alle Ableitungen für den kontinuierlichen Fall erfolgen. Wenn eine Berechnung abhängig von aktuellen Daten erforderlich war, wurde f durch F genähert, und die Integration wurde durch Summierung ersetzt.
Wenn uns eine Abfolge von n nicht übereinstimmenden Fingerabdruck-Auswertungen {x_i}, 1 ≤ i ≤ n gegeben wird, dann wird eine n-dimensionale Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion g wie folgt abgeleitet: Es sei P = (x1, x2, ..., xn)eine spezielle Reihenfolge in der Abfolge.
Man definiere
da ʃRf = ʃSf = ʃ 0 f(x) = 1und Rn = Rn – 1 × R,so folgt daraus, daß
Durch die wiederholte Anwendung von iterierten Integralen in einer solchen Weise ergibt sich schließlich
Wenn U ∊ Rⁿ, wird die Wahrscheinlichkeit, daß eine Sammlung von n Auswertungen von nicht übereinstimmenden Fingerabdrücken in U liegt, durch iterierte Integrale über Rechtecken in Rⁿ durch ʃUg = ʃRg·χuberechnet, wobei U ⊆ R und R ein Rechteck in Rⁿ ist und χu die charakteristische Funktion der Menge U ist
wobei angenommen wird, daß χu und f integrierbar sind. Im diskreten Fall definieren wir analog
G(P) ergibt die Wahrscheinlichkeit, daß die n unabhängigen Punktzahlen {x_i} von nicht übereinstimmenden Fingerabdrücken in einer speziellen Abfolge auftreten. (Es sei angemerkt, daß g(P) keine Wahrscheinlichkeit an einem spezifischen Punkt ergibt und daher das Integral über einem einzelnen Punkt Null beträgt).
Für die Zwecke der Berechnung falscher Abweisungsraten in n-Dimensionen müssen wir versuchen, Bereiche in Rⁿ zu konstruieren, die gewünschte Eigen schaften aufweisen. Nehmen wir an, daß α und β falsche Akzeptanzraten sind. Wir möchten Bereiche U_α, U_β ⊆ Rⁿ derart definieren, daß:
Uα = {P ∊ Sn|hα(P) ≥ Cα}, Uβ = {P ∊ Sn|hβ(P) ≥ Cβ} (2) α ≤ β ⇒ Uα ⊆ Uβ (3) hα(P) = Cα ⇒ g(P) ≈ Kα , hβ(P) = Cβ ⇒ g(P) ≈ Kβ (4)
Die erste Bedingung definiert einfach eine falsche Akzeptanzrate als Wahrscheinlichkeit. Die zweite Bedingung gibt an, daß Bereiche unten durch eine Schwellwertfunktion begrenzt sind, wobei C_α, C_β nichtnegative Konstanten sind. Die dritte Bedingung stellt dar, daß dann, wenn ein Punkt ein Glied eines falschen Akzeptanzbereiches mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit ist, dieser ebenfalls zu einem falschen Akzeptanzbereich gehört, der einer höheren Wahrscheinlichkeit zugeordnet ist. Eine Methode, um das zu erreichen, besteht darin, h_α = h_β zu haben (d. h. die gleiche Funktion zu verwenden), und C_β ≤ C_α sein zu lassen. Mit der letzten Bedingung wird versucht, zu gewährleisten, daß Punkte längs der oder nahe an Bereichsgrenzen im wesentlichen ebene Konturen an der n-dimensionalen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion beibehalten. Dadurch werden unebene Grenzen vermindert, die bestimmte Kombinationen von übereinstimmenden Auswertungen "begünstigen".
Es ist der Anmerkung wert, daß entsprechende n-dimensionale falsche Abweisungsraten unter der Annahme berechnet werden, daß eine analoge n-dimen sionale Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion g* aus der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion von übereinstimmenden Auswertungen von Fingerabdrücken konstruiert wird. Die entsprechende falsche Abweisungsrate für eine n-dimensionale falsche Abweisungsrate _α gegeben ist durch:
Anhang A vergleicht Quellencodeeintragungen von Abschnitten einer Anwendung zur Ausführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung.
Alternativ wird das Verfahren mit an der Netzhaut abgetasteten biometrischen Informationen eingesetzt. Alternativ wird das Verfahren mit Handtellerabdrücken eingesetzt. Weiter alternativ wird das Verfahren mit nicht bildlichen biometrischen Daten eingesetzt, beispielsweise mit Stimmabdrücken.
Eine Auswirkung zweier verschiedener biometrischer Quellen ist, daß die obige Mathematik sehr stark kompliziert wird. Da sich eine falsche Akzeptanzrate für Fingerabdrücke sehr stark von derjenigen von Stimmerkennungsvorrichtungen oder Netzhautabtastungen unterscheiden kann, entsteht eine andere f(x) für die beiden letzteren Fälle, was zu asymmetrischen Bereichen führt. Für bloße biometrische Informationen über Fingerabdrücke ist die Anordnung von Proben unwichtig, da die falschen Akzeptanzraten im wesentlichen die gleichen sind und deshalb die zur Registrierung definierten Bereiche symmetrisch sind, wie in 11 gezeigt ist. Wenn unterschiedliche Arten biologischer Quellen verwendet werden und sich verschiedene Funktionen für falsche Akzeptanz ergeben, ist die Reihenfolge bei der Bestimmung von Punktkoordinaten wichtig, und eine Achse, die sich auf falsche Akzeptanz einer Stimmerkennung bezieht, sollte einem Koordinatenwert für dieselbe zugeordnet werden.
In 12 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Sicherheit ohne Notwendigkeit zur Ausführung zusätzlicher Schritte durch die meisten Personen gezeigt. Ein Benutzer weist biometrische Informationen gegenüber einer biometrischen Eingabevorrichtung aus. Die Informationen werden charakterisiert, und die charakterisierten Informationen werden gegen eine Schablone verglichen. Wenn es zu einer erfolgreichen Registrierung kommt, erfolgt eine Benutzererkennung, und das Verfahren ist beendet. Wenn es zu keiner erfolgreichen Registrierung kommt, wird der Benutzer zu anderen biometrischen Informationen aufgefordert. Wahlweise fordert das System eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Malen zu jeder biometrischen Informationsquelle auf.
Beispielsweise legt ein Benutzer seinen Zeigefinger auf einen Fingerabdruckscanner auf; die Registrierung versagt, und der Zugriff wird verweigert. Der Benutzer legt seinen Zeigefinger erneut auf den Fingerabdruckscanner auf; die Registrierung versagt, und der Zugriff wird verweigert. Der Benutzer wird aufgefordert, seinen Mittelfinger auf den Fingerabdruckscanner aufzulegen. Alternativ wählt und erkennt der Benutzer seinen Mittelfinger als nächste biometrische Informationsquelle. Die Registrierung des Mittelfingers erfolgt gemäß der Erfindung und ist deshalb nicht das gleiche Registrierverfahren wie dann, wenn der Mittelfinger der erste Finger ist, der auf den Scanner aufgelegt wird. Die Registrierung beruht auf dem besten Registrierungswert aus den indexierten Fingerabdrücken und bestimmt mit den Registrierungsergebnissen von dem Mittelfinger, ob die Erkennung weitergehen sollte. Wenn es zu einer erfolglosen Registrierung kommt, wird der Mittelfinger noch zwei Mal aufgelegt. Wenn die Registrierung immer noch erfolglos ist, wird zu einer anderen biometrische Quelle aufgefordert oder wird vom Benutzer ausgewählt. Wahlweise hat, wenn die Registrierungsauswertungen unter einem vorgegebenen Schwellwert liegen, die Benutzererkennung versagt. Alternativ versagt die Benutzererkennung, wenn bekannte biometrische Informationsquellen des Benutzers erschöpft sind. Natürlich wird immer dann, wenn ein sich ergebender, mit einer vorherigen Registrierung betrachteter Registrierungswert gemäß der Erfindung zu einer ausreichend genauen Erkennung führt, der Benutzer erkannt.
Vorteile bei diesem Verfahren sind, daß die Bequemlichkeit von derzeitigen Fingerabdruck-Registrierungssystemen für viele Personen bewahrt bleiben; für eine Anzahl von Personen ist eine zusätzliche Fingerabdruckprobe von einem anderen Finger erforderlich; und von einer kleinen Anzahl von Personen sind mehrere Fingerabdrücke erforderlich. Die Anzahl hängt von der Qualität des Fingerabdrucks, dem Charakterisierungsvorgang für den Fingerabdruck, dem gewünschten Sicherheitsgrad, der Größe der Gesamtheit usw. ab. Für die Fachleute ist erkennbar, daß dann, wenn Personen eingetragen werden, biometrische Informationen von einer Mehrzahl von biometrischen Informationsquellen geliefert, charakterisiert und ihrer Erkennung zugeordnet/mit dieser gespeichert werden.
Auf Grund der Beschaffenheit, beispielsweise von Fingerabdrücken, wird durch die Verwendung von mehreren Fingerabdrücken von der gleichen Person eine zusätzliche Korrelierung in der hier erörterten Weise geschaffen. Bei einer Ausführungsform liefern Analyse und Registrierung mit jedem vorgelegten Fingerabdruck eine von drei Ergebnissen: Erkennung, Abweisung, Unsicherheit. Bei Unsicherheit wird zu weiteren biometrischen Informationen aufgefordert. Die Person liefert zusätzliche Fingerabdruckdaten, und wiederum wird eines der drei Ergebnisse geliefert. Wenn es zu einer Erkennung oder einer Abweisung kommt, hört das Verfahren auf. Wahlweise wird eine Registratur von Zugriffsversuchen zur späteren Prüfung aufbewahrt.
Bei einer Weiterentwicklung der Ausführungsform fordert der Prozessor einen Benutzer zur Angabe seiner Identität auf. Wenn der Benutzer die Identität liefert, wird zu biometrischen Informationen von Quellen in einer Reihenfolge aufgefordert, die sehr wahrscheinlich die Identität des Benutzers bestimmt.
Wenn beispielsweise biometrische Informationen von einem Zeigefinger geliefert und registriert werden, jedoch den Benutzer nicht ausreichend identifizieren können, wird um weitere biometrische Informationen gebeten. Die erbetenen biometrischen Informationen werden derart ausgewählt, daß sich eine höchste Wahrscheinlichkeit der Erkennung ergibt. Alternativ wird die biometrische Informationsquelle derart gewählt, daß sich eine höchste Wahrscheinlichkeit der Abweisung ergibt. Sollte die nächste Probe von biometrischen Informationen nicht bestimmend für Erkennung oder Abweisung sein, wird zu weiteren biometrischen Informationen aus einer anderen Quelle aufgefordert und damit versucht, am schnellsten eine endgültige Bestimmung vorzunehmen.
Wenn keine Benutzeridentität geliefert wird, wird aus allen biometrischen Informationen eine Datenstruktur erstellt, die eine nächste zu erbittende biometrische Informationsquelle angibt. Abhängig von einem Registrierungswert einer laufenden biometrischen Informationsprobe ergibt sich eine Benutzererkennung, -abweisung oder Aufforderung zu weiteren biometrischen Informationen. Im letzteren Fall werden die erbetenen Informationen auf der Basis der bekannten biometrischen Informationen und diesen zugeordneten Registrierungswerten bestimmt. Beispielsweise werden biometrische Informationen von einer ersten biometrischen Informationsquelle geliefert. Es wird die Registrierung vorgenommen, die nicht schlüssig ist. Es wird festgelegt, daß eine spezielle biometrische Informationsquelle Informationen umfaßt, die am wahrscheinlichsten zu einer Erkennung oder zu einem Versagen führen und dadurch bestimmend sind; diese biometrische Informationsquelle wird abgefragt.
Wenn nachfolgende biometrische Informationsquellen gewählt werden, werden vorzugsweise alle möglichen Ergebnisse analysiert, und das Ergebnis einer nicht zustande gekommenen Erkennung wird selbst nicht als einziges Ergebnis betrachtet, sondern wird schwerer gewichtet. Die Vorteile dieses Vorgehens sind aus dem folgenden Beispiel erkennbar.
Bei einem anderen Beispiel zur Verwendung bei der Erkennung von Personen durch Durchsuchen einer Datenbank von eingetragenen Personen werden biometrische Informationen von einem rechten Daumen geliefert. Es wird die Registrierung vorgenommen, die nicht schlüssig ist, indem bestimmt wird, daß der rechte Daumen wahrscheinlich der von John, Susan oder Peter ist, jedoch auch der von Jeremy, Gail, Brenda oder Joe sein kann. Eine nächste biometrische Informationsquelle wird derart ausgewählt, daß sich eine klare Unterscheidung zwischen den Personen ergibt und es zu einer wahrscheinlichen Erkennung kommt. Die nächste biometrische Informationsquelle ist eine, die eine große Anzahl der potentiellen Personen leicht ausschließt. Bei diesem Beispiel wird der rechte Ringfinger ausgewählt, weil Susan und Peter sehr unverwechselbare Ringfinger besitzen. Die biometrischen Informationen von dem rechten Ringfinger werden geliefert und werden mit Schablonen in der Datenbank registriert. Obwohl der rechte Ringfinger sehr wahrscheinlich der von Jim oder Susan ist, ist erkennbar, daß Susan, die in beiden Listen erscheint, an vorderster Stelle liegt. Auch ist das Ergebnis der Registrierung bei Peter ungenügend schwach, so daß es unwahrscheinlich ist, daß Peter die Person ist. Obwohl keiner der Registrierungswerte Susan von selbst mit dem gewünschten Grad an Sicherheit identifizieren würde, wenn die beiden Registrierungen zusammengenommen werden, wird Susan tatsächlich erkannt. Alternativ wird, wenn die sich ergebende Liste immer noch nicht schlüssig ist – zwei oder mehr Leute werden erkannt oder keiner wird mit ausreichender Sicherheit erkannt –, zu weiteren biometrischen Informationen von einer anderen biometrischen Informationsquelle aufgefordert.
Die Daten sind derart angeordnet, daß abhängig von früheren Registrierungsergebnissen eine nächste biometrische Informationsquelle abgefragt wird. Mit Hilfe eines solchen Systems wird das Durchsuchen von großen Datenbänken nach genauer Registrierung erleichtert, und die Zuverlässigkeit wird sehr stark verbessert. Vorzugsweise wird die Datenbank vorkompiliert, um die Leistung während des Erkennungsverfahrens zu verbessern.
Bei einer anderen Ausführungsform werden Schablonen gebildet, indem eine Mehrzahl von Fingerabdrücken einer Person charakterisiert wird und eine einzige zusammengesetzte Schablone konstruiert wird, die Fingerabdruckinformationen von jedem Fingerabdruck umfaßt. Mit Hilfe einer solchen zusammengesetzten Schablone wird die Erkennung biometrischer Informationsquellen überflüssig gemacht. Beispielsweise liefert eine Person einen Fingerabdruck an eine biometrische Bilderzeugungsvorrichtung. Der abgebildete Fingerabdruck wird an einen Prozessor geliefert. Der Prozessor braucht nicht mit Informationen betreffs der biometrischen Quelle, dem richtigen Finger, versorgt zu werden, um eine Gleichheitsprüfung der Schablonen auszuführen. Der Fingerabdruck wird mit einer einzigen, zusammengesetzten Schablone registriert, um einen Registrierungswert zu erzeugen. Der Registrierungswert wird zur Erkennung der Person, zur Aufforderung der Person zu einem anderen Fingerabdruck oder zur Abweisung der Person verwendet.
Verfahren zur Ausbildung von zusammengesetzten Schablonen sind das Auswählen einer Mehrzahl von Merkmalen von jedem Fingerabdruck, das Auswählen ähnlicher Merkmale von jedem Fingerabdruck, das Ausbilden einer Datenstruktur, die die Erkennung des Fingerabdrucks anzeigt und Merkmale anzeigt usw. Bei einer Ausführungsform umfaßt eine Datenstruktur ein erstes zu prüfendes Merkmal. Bei Vorhandensein wird ein nächstes Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen geprüft. Bei Fehlen wird ein anderes Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen geprüft. Wenn die Daten in einer Baumstruktur geliefert werden, beispielsweise als Binärbaum, werden Finger und Registrierungswerte gleichzeitig erkannt. Auch kann mit einer Datenstruktur eine Kompilierung einer bekannten Gruppe von biometrischen Informationen, beispielsweise von 10 Fingerabdrücken, zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung erfolgen, wobei die Erkennung von einer Mehrzahl von verschiedenen biometrischen Informationsproben abhängt.
Alternativ werden einzelne zusammengesetzte Schablonen mit einer Mehrzahl von Merkmalen von jedem Fingerabdruck gebildet, indem ausgewählte Merkmale und Informationen betreffs der Merkmale in die zusammengesetzte Schablone eingemappt werden. Dadurch kann eine Bearbeitung der Schablone gegen einen charakterisierten Fingerabdruck erfolgen, um einen Registrierungswert zu erzeugen. Oft unterscheidet sich das Registrierungsverfahren mit zusammengesetzten Schablonen von demjenigen mit einzelnen Schablonen.
Ein weiteres Verfahren zur Ausbildung von zusammengesetzten Schablonen besteht darin, Schablonen mit immer feineren Auflösungen auszubilden, die jeweils einer kleineren Gruppe von Schablonen zugeordnet sind. Beispielsweise bestimmt eine erste, grobe Schablone, ob der charakterisierte Fingerabdruck anderen, feineren Schablonen gegenübergestellt werden soll oder nicht. In Gebrauch wird ein Fingerabdruck gegen grobe Schablonen verglichen. Wenn eine Übereinstimmung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, werden auch feinere, der gröberen Schablone zugeordnete Schablonen dem Fingerabdruck gegenübergestellt. Wenn die Übereinstimmung nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, werden die feineren, den gröberen Schablonen zugeordneten Schablonen und alle feineren, diesen zugeordneten Schablonen aus der weiteren Gleichheitsprüfung ausgeschlossen. Dadurch wird die Leistung des Personenerkennungssystems verbessert.
Die Anordnung von Daten für das vorliegende Verfahren ähnelt dem einer Baumstruktur. Eine grobe Schablone kann die gleiche Schablone für verschiedene feinere Schablonen sein. Deshalb erfolgt eine Registrierung gegen eine kleine Anzahl von groben Schablonen, um die Anzahl der feineren Schablonen zu beschränken. Das Verfahren wird an jedem Knotenpunkt des Baums bis zu einer Erkennung der Person oder so lange wiederholt, bis ein wahrscheinlichster Knotenpunkt bestimmt ist. Weitere biometrische Informationen von einer anderen biometrischen Informationsquelle werden in ähnlicher Weise registriert. Da sich jeder Knotenpunkt, wenn jemand durch die gesamte Baumstruktur hindurch in Richtung zu den Blättern nach unten geht, auf immer weniger Personen bezieht, werden durch einen Kreuzungspunkt von potentiellen Personen aus jeder Durchsuchung potentielle Erkennungen bestimmt. Vorzugsweise ist mehr als ein potentieller Knotenpunkt mit jeder biometrischen Informationsquelle erkennbar. Beispielsweise führt eine Registrierung des Zeigefingers zur Wahl zweier Knotenpunkte – a und b. Jedem Knotenpunkt ist eine Anzahl von Personen zugeordnet. Die Registrierung des Mittelfingers ist drei verschiedenen Knotenpunkten zugeordnet – c, d und e. Ein Kreuzungspunkt (a ⋃ b) ⋂ (c ⋃ d ⋂ e) führt zu potentiellen Erkennungen. Wenn der Kreuzungspunkt eine kleine Anzahl von Personen enthält, erfolgt die Registrierung gegen einzelne Schablonen gemäß dem Verfahren und unter Verwendung jeder von einer anderen biometrischen Informationsquelle gelieferten biometrischen Probe, um die Person mit einem vorbestimmten Sicherheitsgrad zu erkennen.

Claims

Verfahren zur Registrierung biometischer Informationen über eine Person, mit den folgenden Schritten: a) die Lieferung einer biometrischen Informationsprobe von jeder von einer Mehrzahl von verschiedenen biometrischen Informationsquellen über die gleiche Person an mindestens eine in Verbindung mit einem Hauptprozessor stehende biometrische Eingabevorrichtung; b) mit Hilfe des Prozessors die Registrierung jeder biometrischen Informationsprobe entgegen mindestens einer Schablone, die einer biometrischen Informationsquelle zugeordnet ist; c) die Ermittlung einer Mehrzahl von Registrierungswerten in Abhängigkeit von den Ergebnissen von Schritt (b), wobei jeder Registrierungswert von der Mehrzahl von Registrierungswerten eine andere gelieferte Informationsprobe betrifft und einer anderen biometrischen Informationsquelle über die gleiche Person zugeordnet ist; und d) wenn manche von den ermittelten Registrierungswerten Sicherheitsgrade unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes betreffen und eine Kombination der Mehrzahl von Registrierungswerten Sicherheitsgrade oberhalb eines gleichen vorbestimmten Schwellwert betrifft, die Vornahme von einer von der Zulassung und der Erkennung der Person in Abhängigkeit von einer Kombination der Mehrzahl von ermittelten Registrierungswerten, wobei eine einzelne biometrische Informationsprobe mit einem ermittelten Registrierungswert unterhalb des vorbestimmten Schwellwertes bei isolierter Betrachtung, wenn die Person zugelassen oder erkannt wäre, zu einem Sicherheitsgrad unterhalb eines vorbestimmten, minimal zulässigen Sicherheitsgrades führen würde.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (d) der Vornahme von einer von der Zulassung und der Erkennung ausgeführt wird, wenn sämtliche ermittelten Registrierungswerte Sicherheitsgrade unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes betreffen und eine Kombination der Mehrzahl von Registrierungswerten einen Sicherheitsgrad oberhalb eines gleichen vorbestimmten Schwellwertes betrifft.
Verfahren zum Registrieren biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 1, mit dem folgenden Schritt: a1) der Zuordnung jeder gelieferten biometrischen Informationsprobe zu einer biometrischen Quelle.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 3, wobei die Person weitere Daten zur Verwendung bei der Zuordnung der biometrischen Informationsquellen und der biometrischen Informationsproben liefert.
Verfahren zum Registrieren biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 3, mit den folgenden Schritten: a1.1) der Bestimmung biometrischer Informationsquellen durch den Hauptprozessor zur Lieferung an das biometrische Eingabemittel; und a1.2) der Aufforderung der Person zur Lieferung jeder biometrischen Informationsprobe.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 5, wobei die biometrischen Informationsquellen willkürlich bestimmt werden.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 6, wobei die biometrischen Informationsquellen mindestens zwei verschiedene Fingerabdrücke umfassen.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 7, wobei der Hauptprozessor die biometrischen Informationsquellen und die biometrischen Informationsproben zuordnet, wenn ein Vergleich zwischen einer Probe und einer Schablone eine mögliche Übereinstimmung anzeigt.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 1, wobei der Schwellwert die Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptierung darstellt.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 1, mit den folgenden weiteren Schritten: mit Hilfe des Prozessors die Analyse der ermittelten biometrischen Informationsquellen zur Ermittlung einer Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptierung; und wenn die Wahrscheinlichkeit einer falschen Akzeptierung über einem vorbestimmten Grad liegt, die Aufforderung zu weiteren biometrischen Informationen von anderen biometrischen Informationsquellen.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person in Abhängigkeit von gespeicherten Schablonen für biometrische Informationen gemäß Anspruch 1, wobei Schritt (d) folgendes umfaßt: die Ermittlung, ob ein Punkt in einem mehrdimensionalen Raum mit Koordinaten, die im wesentlichen den Registrierungswerten entsprechen, in einen in Abhängigkeit von einer vorbestimmten falschen Akzeptierungsrate ermittelten mehrdimensionalen Bereich fällt.
Verfahren zum Registrieren biometrischer Informationen über eine Person in Abhängigkeit von gespeicherten Schablonen von biometrischen Informationen gemäß Anspruch 11 mit dem Schritt der Lieferung von Benutzererkennungsdaten von der einzelnen Person.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 1, mit den folgenden Schritten: e) wenn die Kombination der Mehrzahl von Registrierungswerten einen Sicherheitsgrad unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts betrifft, die Lieferung einer jetzigen biometrischen Informationsprobe von einer anderen biometrischen Quelle der Person an eine mit dem Hauptprozessor in Verbindung stehende biometrische Eingabevorrichtung; f) mit Hilfe des Prozessors die Registrierung der jetzigen biometrischen Informationsquelle entgegen mindestens einer Schablone, die einer biometrischen Informationsquelle zugeordnet ist. g) Ermittlung eines jetzigen Registrierungswertes in Abhängigkeit von den Ergebnissen von Schritt (f); h) wenn die Kombination der Registrierungswerte und des jetzigen Registrierungswertes einen Sicherheitsgrad oberhalb des gleichen vorbestimmten Schwellwertes betrifft, die Erkennung der Person, wobei die Kombination der Registrierungswerte ohne den jetzigen Registrierungswert bei isolierter Betrachtung, wenn die Person zugelassen oder erkannt wäre, zu einem Sicherheitsgrad unterhalb eines vorbestimmten, minimal zulässigen Sicherheitsgrades führen würde; und i) wenn die Kombination der Registrierungswerte einschließlich des jetzigen Registrierungswertes innerhalb eines zweiten, anderen vorbestimmten Bereiches liegt, die Wiederholung der Schritte (f) bis (h).
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 13, mit dem Schritt des Neubeginns des Verfahrens, wenn die Registrierungswerte innerhalb eines dritten vorbestimmten Bereiches liegen.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt des Wiederholens der Schritte (f) bis (h), wenn die Kombination der Registrierungswerte und des jetzigen Registrierungswertes innerhalb eines zweiten, anderen vorbestimmten Bereiches liegt, die folgenden Schritte umfaßt: die Ermittlung einer biometrischen Informationsquelle durch den Hauptprozessor zur Lieferung an das biometrische Eingabemittel; und die Aufforderung der Person zu weiteren biometrischen Informationen von einer ermittelten biometrischen Informationsquelle.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 15, wobei die biometrischen Informationsquellen in Abhängigkeit von mindestens einer von durch die Person gelieferten vorherigen biometrischen Informationsproben, der Mehrzahl von Registrierungswerten, dem jetzigen Registrierungswert und einer für die Person gelieferten Identität ermittelt werden.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 13, wobei die Ermittlung, wenn die auf verschiedenen von der gleichen Person gelieferten biometrischen Proben beruhenden Registrierungswerte innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegen, durch folgende Schritte ausgeführt wird: die Ermittlung, ob ein Punkt in einer mehrdimensionalen Wahrscheinlichkeitsverteilung mit Koordinaten, die den Registrierungswerten entsprechen, in einen in Abhängigkeit von einer falschen Akzeptanzrate ermittelten mehrdimensionalen Bereich fallen.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 13 mit den folgenden weiteren Schritten: a) wenn ein Registrierungswert R₁ innerhalb eines anderen vorbestimmten Bereiches liegt, die Lieferung einer jetzigen biometrischen Informationsprobe S_n von einer anderen biometrischen Quelle der Person an eine mit dem Hauptprozessor in Verbindung stehende biometrische Eingabevorrichtung, wobei n die Abfolge 1, 2, 3, 4, 5, ... aufweist und n = 1 für die erste Probe und den dieser zugeordneten ersten Registrierungswert; b) mit Hilfe des Hauptprozessors die Registrierung der jetzigen biometrischen Informationsprobe mit einer zweiten Schablone zur Erzeugung eines jetzigen Registrierungswertes R_n; c) wenn die ersten (n–1) Registrierungswerte Sicherheitsgrade unterhalb eines ersten vorbestimmten Schwellwertes betreffen und eine Kombination der n Registrierungswerte einen Sicherheitsgrad oberhalb eines gleichen vorbestimmten Schwellwertes betreffen, die Lieferung einer Angabe, wobei die Registrierungswerte ohne den jetzigen Registerierungswert bei isolierter Betrachtung, wenn die Person zugelassen oder erkannt wäre, zu einem Sicherheitsgrad unterhalb eines vorbestimmten, minimal zulässigen Sicherheitsgrades führen würde, und wobei die ersten n–1 Registrierungswerte bei Betrachtung als Gruppe, wenn die Person zugelassen oder erkannt wäre, zu einem Sicherheitsgrad unterhalb eines vorbestimmten, minimal zulässigen Sicherheitsgrades führen würde; und d) wenn die ersten n–1 Registrierungswerte innerhalb eines zweiten, anderen vorbestimmten Bereiches liegen, die Wiederholung der Schritte (a) bis (d).
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 18, mit den folgenden Schritten: wenn ein Registrierungswert unterhalb eines vorbestimmten Schwellwertes liegt, die Lieferung einer anderen biometrischen Informationsprobe von einer gleichen Quelle; die Ersetzung der jetzigen biometrischen Informationsprobe S_n durch die andere biometrischen Informationsprobe von einer gleichen Quelle; mit Hilfe des Hauptprozessors die Registrierung der anderen biometrischen Informationsprobe mit einer zweiten Schablone zur Erzeugung eines anderen Registrierungswertes; und die Ersetzung des jetzigen Registrierungswertes R_n durch den anderen Registrierungswert.
Verfahren zur Registrierung biometrischer Informationen über eine Person gemäß Anspruch 18, wobei Schritt (c) die folgenden Schritte umfaßt: die Ermittlung, ob ein Punkt in einer mehrdimensionalen Wahrscheinlichkeitsverteilung mit Koordinaten, die den Registrierungswerten R₁... R_n entsprechen, in einen in Abhängigkeit von einer vorbestimmten falschen Akzeptanzrate ermittelten mehrdimensionalen Wahrscheinlichkeitsbereich fallen.