EP2994850A1 - Sensorsystem und verfahren zur aufnahme eines handvenenmusters - Google Patents

Sensorsystem und verfahren zur aufnahme eines handvenenmusters

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Publication number
EP2994850A1
EP2994850A1 EP14721381.3A EP14721381A EP2994850A1 EP 2994850 A1 EP2994850 A1 EP 2994850A1 EP 14721381 A EP14721381 A EP 14721381A EP 2994850 A1 EP2994850 A1 EP 2994850A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor system
vein pattern
hand
feature vector
topography
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14721381.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas THUN-HOHENSTEIN
Jörg Schenk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Original Assignee
Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors filed Critical Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Publication of EP2994850A1 publication Critical patent/EP2994850A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1312—Sensors therefor direct reading, e.g. contactless acquisition
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06V40/14—Vascular patterns

Definitions

  • the invention relates to a sensor system for receiving a Handvenenmusters and a method for receiving a Handvenenmusters.
  • the object of the present invention is to provide an improved sensor system and an improved method for recording palm vein patterns.
  • a sensor system which comprises a light source, a camera, a topography sensor and a processor unit.
  • the first light source is designed to emit electromagnetic waves in the near infrared region over its entire surface, which can be reflected by veins in one hand.
  • the camera comprises a camera chip and is designed and arranged to receive reflection signals of electromagnetic waves in such a way that it can receive radiation reflected by one hand during operation of the sensor system.
  • the camera is also designed to process the recorded reflection signals to corresponding image data.
  • the topography sensor is designed and arranged to receive topographical data of the hand during operation.
  • the processor unit is connected to the camera chip and the topography sensor and designed, using the image data and the topography data to calculate a normalized venous pattern of the hand.
  • the invention relates to a method for receiving a hand vein pattern.
  • the method comprises the steps of irradiating a hand with a first light source which emits electromagnetic radiation in the near infrared region over its entire surface, which can be reflected by veins in one hand, recording reflection signals of the veins, generating image data corresponding to the reflection signals, recording topographical data of the Hand and generate a normalized venous pattern of the hand or a characteristic vector corresponding to the venous pattern from the image data and the topography data.
  • the invention includes the realization that a vein pattern in a normal position can be calculated by the combination of topography data and recorded venous pattern, so that the vein pattern output by the sensor system is independent of the position and spread of the hand to the sensor system.
  • the topographical data and the vein pattern are linked to one another on the processor unit in such a way that a normalized vein pattern as well as a normalized hand gesture mode, ie a normalized topography of the hand, can be calculated. It is therefore a location normalization in space.
  • the hand geometry as well as the vein ramification are both spatial structures whose 2D-imaging on a camera chip depends on its spatial position (twisting, tilting, curvature etc.). In this way, a venous detection system can be constructed which is tolerant to the hand position and does not require any mechanical constraints for the hand.
  • the device according to the invention and the method according to the invention can be used both for venous patterns of the palm of the hand and for venous patterns of the back of the hand.
  • the sensor system has an additional processor unit, which is designed to compare the vein pattern calculated by the first processor unit or the calculated feature vector with at least one stored vein pattern or with at least one stored feature vector and the calculated vein pattern or the calculated feature vector as sufficient to classify consistently or not sufficiently consistently. With the help of the standardized vein pattern, a classification can thus be made independently of the position and spread of the hand.
  • the topography sensor emits a second light source which emits electromagnetic radiation in the infrared range in the form of a structure image, a second camera chip for receiving reflection signals of electromagnetic waves and a calculation unit which is formed from the recorded reflection data Calculating topography includes.
  • the second light source emits a structured light image, for example with a striped or dot structure, and projects this light image onto the hand.
  • the reflected structure image is then imaged on the camera chip.
  • the signal of the camera chip of this figure depends on both the structure of the palm (bulges) and the position of the hand in space (twisting, tilting).
  • the recording with the structured light allows the calculation unit to use the calculation of triangulation equations to detect the position and to return the structure image to the standard position or to convert it into a feature vector and make it available for a later comparison.
  • a standardized vein pattern can then be calculated with the aid of the position information thus obtained.
  • the sensor system has a camera chip, which works both as a first and as a second camera chip.
  • the first light source and the second light source alternately emit electromagnetic waves in direct succession from image to image or sub-images so that a complete vein image (first light source) and a structure image (second light source) are recorded immediately after one another.
  • the first processor unit is designed to calculate a distance from the reflection signals in a rest mode of the sensor system in which only the second light source emits electromagnetic waves at regular time intervals in the range of, for example, 1 to 2 seconds and falls below a predetermined minimum value. distance to start irradiation with the first light source. This allows one efficient operation of the system, since the irradiation with the first light source and calculations are performed only when an object is in the irradiated area.
  • the topography sensor is a time-of-flight sensor. This determines for each pixel, the distance of an object from the sensor by the transit time of an infrared light pulse is detected and calculated by the speed of light, the distance.
  • the additional processor unit is an RFID (radio-frequency identification) host processor and the comparison takes place with a vein pattern or feature vector stored in an RFID slave processor.
  • RFID radio-frequency identification
  • a classification is only possible if a connection channel has been established between the RFI D host processor and an RFID slave processor. This allows identification without the storage of data in a database system and thus greater security, since both the valid vein pattern and the RFID slave processor must be present for identification on the sensor system.
  • the alternative embodiment of the RFID host processor can be replaced by another type of connection processor which realizes at least one active radio link capability, preferably according to the known standards WLAN, Bluetooth, ZigBee or NFC.
  • the slave processor is also provided with at least the same active radio communication capability as the host processor.
  • the comparison takes place as described with respect to RFID with a stored in the slave processor vein pattern or feature vector.
  • a release unit connected to the sensor system is designed to allow access to a downstream system, for example to a bank system or another input system, in the case of a vein pattern or feature vector classified as sufficiently coincident. But access authorizations, for example, to premises or public transport facilities can be advantageously issued by the release unit.
  • a development of the invention relates to a bracelet with an integrated slave processor, wherein the slave processor contains information about a deposited venous pattern or a stored feature vector and is able to communicate with a host processor of the described sensor system.
  • the slave processor is an integrated RFID slave processor, wherein the RFID slave processor includes information about a stored venous pattern or stored feature vector and is capable of communicating with an RFI D host processor of the described sensor system.
  • said bracelet with an integrated RFID slave processor can also be a bracelet with an active slave processor, in other words an actively supplied processor, occur, which has a deposited venous pattern or a feature vector and an active radio communication capability preferably according to one of the known standards WLAN , Bluetooth, ZigBee or NFC.
  • the active slave processor is designed such that the deposited venous pattern or the deposited feature vector can not be read without authorization, preferably a TEE (Trusted Execution Environment) can be used for this purpose.
  • Smart watches or smart bracelets could also be called smart watches or smart bracelets (smart watch, wristband, wearbale wristband, etc.).
  • Smart watches or wristbands are wrist-worn computers that have wireless connectivity and can send certain messages to their users.
  • the user who also carries this smart bracelet, gets access to the desired system without having to reveal his person. This aspect is essential under data protection law. If the user approaches an access point containing the sensor system and holds his hand in front of the sensor system on which he also wears the wristband, the sensor is activated. Through the established RF channel or radio channel, the RFID host processor or the active host processor sends the calculated vein pattern or feature vector to the bracelet. This is followed by the already described identification mechanism. In such a system application, the bracelet can be used, for example, as a bank card, monthly ticket in local transport, long-distance ticket, boarding card in air traffic or as a passport for access authorization.
  • a particular advantage of the bracelet described is that even with a loss of the smart bracelet no abuse possibility arises.
  • the bracelet can only be used in conjunction with the hand vein pattern. But since no personal identifiable data is stored on the bracelet, a lost bracelet is worthless.
  • the slave processor in particular the RFID slave processor or the active slave processor, also contain an additional code which can only be read out or sent after the identification of a calculated vein pattern or feature vector as sufficiently matching.
  • the sensor system is mounted on a keyboard.
  • a venous pattern is detected in the back of the hand, this allows easy identification even during an input process.
  • the second processor unit of the sensor system is designed and connected to the keyboard, that whenever a key is struck, a verification process of the vein pattern can be triggered simultaneously.
  • the input of the character or a group of characters is only recognized as valid if the vein verification is detected as sufficiently coincidental.
  • the sensor system can also be integrated in a keyboard and use a venous pattern of the palm of the hand for identification.
  • the keyboard is in this case designed so that the palm of the hand, always hover over the user-facing part of the keyboard or can rest on this, while the fingers can reach the keys. So it is chosen a deliberately narrow arrangement of keys. Number keys or other function keys are created either to the right or to the left of the letter keys.
  • an inventive sensor system can be integrated in each case for the left and right hand.
  • the sensor system is preferably designed such that it can detect the vein structure with a very short distance to the palm, it is capable of the palm of the hand with an extension of up to 120 mm at a distance from the Sensor surface from 5 mm to 20 mm to capture.
  • the sensor system comprises a plurality of first infrared light sources which are embedded in the computer keyboard in such a way that each first IR light source illuminates a section of the palm of the hand over its entire surface.
  • this embodiment comprises a plurality of camera chips, so that the reflection signals of the respective sections of the palm of the hand, that is to say sections of the palm vein pattern, are imaged on the camera chips in each case.
  • the arrangement of the camera chips and the IR light sources is selected so that the combination of all images of the camera chips produces a largely complete image of the palm of the hand. This complete image is then fed to a processing process for determining the venous pattern template.
  • the arrangement of several camera chips results from the need for a very short image distance. If only one camera chip is used, it may happen that the palm of the hand can not be completely optically picked up and therefore a complete image of the vein pattern can not be made available for processing.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an embodiment of a sensor system according to the invention for receiving a hand vein pattern
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of a sensor system according to the invention.
  • step S1 shows a flowchart of a method for receiving a hand vein pattern.
  • a hand is irradiated with a first light source which emits full-surface electromagnetic waves in the near infrared range, which can be reflected by veins in one hand.
  • the reflection signals emanating from the veins of the hand are recorded by means of a camera chip and image data are generated in accordance with the reflection signals.
  • step S3 the hand is irradiated with a second light source which emits electromagnetic radiation in the infrared range in the form of a structure image, and in step S4 the reflection signals of this irradiation are recorded and topographical data are generated from these reflection signals.
  • step S3 occurs immediately after step S1 so that there is an immediate sequence of image-to-image or sub-images and the hand is in the same position for both irradiations.
  • step S5 from the obtained topography data and the image data corresponding to the reflection signals of the hand veins, a normalized vein pattern is calculated or a feature vector corresponding to the vein pattern.
  • step S6 in this embodiment, the calculated normalized vein pattern or the calculated feature vector is compared with at least one stored vein pattern or feature vector and subsequently classified as sufficiently matching or not sufficiently matching. With this classification, a decision about the release of further processes can now be made in a further subsequent step in one embodiment of the method according to the invention.
  • step S7 release is granted for further processes if the vein pattern or the feature vector has been classified as sufficiently matching.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a sensor system according to the invention for accommodating a hand vein pattern.
  • the sensor system comprises a first light source L1, a camera S1, a topography sensor TS and a processor unit P1, which is connected to the camera chip and the topography sensor.
  • this additionally comprises a second processor unit P2.
  • the first light source L1 is designed to emit full-surface electromagnetic waves in the near infrared range during operation, which can be reflected by veins of a hand H.
  • the camera S1 with a camera chip is used to record reflection signals of electromagnetic waves and supplies image data corresponding to the reflection signals. In the illustrated embodiment, the camera picks up the reflection signals emitted from the veins of the hand H and provides corresponding image data.
  • the topography sensor TS is used to acquire three-dimensional topographies, with it the position and the curvature of the hand H are detected.
  • the first processor unit P1 is connected to the camera chip of the camera S1 and the topography sensor TS.
  • the processor unit P1 generates from the topography data supplied by the topography sensor and the image data of the camera a standardized vein pattern of the hand H irradiated with the light source L1 or a corresponding feature vector.
  • the additional processor unit P2 serves to compare the venous pattern calculated by the first processor unit P1 or the calculated feature vector with a stored venous pattern or a stored feature vector and a classification of the calculated venous pattern or the calculated feature vector as sufficiently coincident or not sufficiently consistent to take.
  • a release unit is connected to the sensor system, which is able to provide access to a downstream system in a vein pattern classified as sufficiently coincident. The release unit is not shown in FIG. 3 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a sensor system according to the invention. The basic structure of the sensor system in Fig. 3 is the same as that of the system shown in Fig.
  • the topography sensor comprises a second light source L2 and a sensor S2, which comprises a second camera chip and a calculation unit.
  • the second light source L2 emits electromagnetic radiation in the infrared range in the form of a pattern image.
  • the camera chip of the sensor S2 is suitable for receiving the reflection signals of electromagnetic waves and the calculation unit calculates a topography of the object irradiated by the light source L2, in this case the hand H, from the recorded reflection signals.
  • these topography data are sent to the processor unit P1 and generated from the topography data and the image data of the sensor S1, a normalized venous pattern of a hand.
  • the processor unit P1 may additionally be configured to emit electromagnetic waves at regular time intervals, to calculate a distance from the reflection signals, and to irradiate the latter when falling below a predetermined minimum distance, in a sleep mode of the sensor system to start first light source L1.
  • the first light source and the second light source are designed such that they emit alternately in immediate succession from image to image electromagnetic waves. This can be avoided that the position or curvature of the hand between the irradiation with the first light source and the irradiation with the second light source changes and it comes to distorted venous patterns.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Aufnahme eines Handvenenmusters. Das Sensorsystem umfasst: - eine erste Lichtquelle, welche ausgebildet ist, im Betrieb vollflächig elektromagnetische Wellen im nahen Infrarotbereich auszusenden, die von Venen einer Hand reflektiert werden können, - eine Kamera mit einem Kamerachip zur Aufnahme von Reflektionssignalen elektromagnetischer Wellen und zum Liefern von den Reflektionssignalen entsprechenden Bilddaten, - einen Topographiesensor zur Erfassung dreidimensionaler Topographien und - eine erste mit dem Kamerachip und dem Topographiesensor verbundene Prozessoreinheit. Die erste Prozessoreinheit ist ausgebildet, im Betrieb aus den Bilddaten der Kamera und den dreidimensionalen Topographiedaten des Topographiesensors ein normiertes Venenmuster einer Hand oder einen dem Venenmuster entsprechenden Merkmalsvektor zu generieren.

Description

Sensorsystem und Verfahren zur Aufnahme eines Handvenenmusters
Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Aufnahme eines Handvenenmusters sowie ein Verfahren zur Aufnahme eines Handvenenmusters.
Aus dem Stand der Technik sind Sensoren zur Aufnahme von Handvenenmustern bekannt, deren Signale für eine Identifizierung genutzt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Sensorsystem und ein verbessertes Verfahren zur Aufnahme von Handvenenmustern bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Sensorsystem, welches eine Lichtquelle, eine Kamera, einen Topographiesensor und eine Prozessoreinheit umfasst. Die erste Lichtquelle ist ausgebildet, vollflächig elektromagne- tische Wellen im nahen Infrarotbereich auszusenden, die von Venen einer Hand reflektiert werden können. Die Kamera umfasst einen Kamerachip und ist zur Aufnahme von Reflektionssignalen elektromagnetischer Wellen so ausgebildet und angeordnet, dass sie im Betrieb des Sensorsystems von einer Hand reflektierte Strahlung empfangen kann. Die Kamera ist darüberhinaus ausgebildet, die aufgenommenen Reflektionssignale zu entsprechenden Bilddaten zu verarbeiten. Der Topographiesensor ist derart ausgebildet und angeordnet, im Betrieb Topographiedaten der Hand aufzunehmen. Die Prozessoreinheit ist mit dem Kamerachip und dem Topoqraphiesensor verbunden und ausqebildet, mit aus den Bilddaten und den Topographiedaten ein normiertes Venenmuster der Hand zu berechnen.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme eines Handvenenmusters. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bestrahlen einer Hand mit einer ersten Lichtquelle, welche vollflächig elektromagnetische Wellen im nahen Infrarotbereich aussendet, die von Venen in einer Hand reflektiert werden können, Aufnehmen von Reflektionssignalen der Venen, Generieren von den Reflektionssignalen entsprechenden Bilddaten, Aufnehmen von Topographiedaten der Hand und Generieren eines normierten Venenmusters der Hand oder eines dem Venenmuster entsprechenden Merkmals- vektors aus den Bilddaten und den Topographiedaten.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, dass durch die Verknüpfung von Topographiedaten und aufgenommenem Venenmuster ein Venenmuster in einer Normallage berechnet werden kann, so dass das vom Sensorsystem ausgegebene Venenmuster unabhängig von der Position und Spreizung der Hand zum Sensorsystem ist. Auf der Prozessoreinheit werden erfindungsgemäß die Topographiedaten und das Venenmuster derart verknüpft, dass ein normiertes Venenmuster wie auch ein normiertes Handgeometriebild also eine normierte Topographie der Hand berechnet werden können. Es handelt sich also um eine Lagenormierung im Raum. Die Handgeometrie wie auch die Venenverästelung sind beides räumliche Strukturen, deren 2D-Abbildung auf einem Kamerachip abhängig ist von ihrer räumlichen Lage (Verdrehung, Verkippung, Verkrümmung etc.). Auf diese Weise kann ein Venendetektionssystem aufgebaut werden, welches tolerant gegenüber der Handlage ist und keine mechanischen Auflagen für die Hand benötigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren können sowohl für Venenmuster der Handinnenfläche als auch für Venenmuster des Handrückens eingesetzt werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensorsystems sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die zusätzlichen Merkmale der Ausführungsbeispiele können zur Bildung weiterer Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, es sei denn, sie sind in der Beschreibung ausdrücklich als Alternativen zueinander beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Sensorsystem über eine zusätzliche Prozessoreinheit, die ausgebildet ist, das von der ersten Prozessoreinheit berechnete Venenmuster oder den berechneten Merkmalsvektor mit mindestens einem hinterlegten Venenmuster oder mit mindestens einem hinterlegten Merkmalsvektor zu vergleichen und das berechnete Venenmuster oder den berechneten Merkmalsvektor als ausreichend übereinstimmend oder nicht ausreichend übereinstimmend zu klassifizieren. Mit Hilfe des normierten Venenmusters kann somit eine Klassifikation unabhängig von der Lage und Spreizung der Hand vorgenommen werden.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform des Sensorsystems, bei der der Topographiesensor eine zweite Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich in Form eines Strukturbildes aussendet, einen zweiten Kamerachip zur Aufnahme von Reflek- tionssignalen elektromagnetischer Wellen und eine Berechnungseinheit, die ausgebildet ist, aus den aufgenommenen Reflektionsdaten eine Topographie zu berechnen, umfasst. Die zweite Lichtquelle versendet ein strukturiertes Lichtbild, beispielsweise mit Streifen- oder Punktstruktur, und projiziert dieses Lichtbild auf die Hand. Das reflektierte Strukturbild wird dann auf dem Kamerachip abgebildet. Das Signal des Kamerachips dieser Abbildung ist abhängig sowohl von der Struktur der Handinnenfläche (Wölbungen) als auch von der Lage der Hand im Raum (Verdrehung, Verkippung). Die Aufnahme mit dem strukturierten Licht erlaubt es mit Hilfe der Berechnungseinheit über die Berechnung von Triangulationsgleichungen die Lage zu erkennen und das Strukturbild auf die Normlage zurückzurechnen oder es in einen Merkmalsvektor umzurechnen und einem späteren Vergleich zur Verfügung zu stellen. In der ersten Prozessoreinheit kann mit Hilfe der so gewonnen Lageinformationen dann ein normiertes Venenmuster berechnet werden. Bevorzugt verfügt das Sensorsystem über einen Kamerachip, der sowohl als erster als auch als zweiter Kamerachip funktioniert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform senden die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle abwechselnd in unmittelbarer Abfolge von Bild zu Bild oder Teilbildern elektromagnetische Wellen aus, so dass unmittelbar hintereinander jeweils ein vollständiges Venenbild (erste Lichtquelle) und ein Strukturbild (zweite Lichtquelle) aufgenommen werden. Vorteilhaft ist die erste Prozessoreinheit ausgebildet, in einem Ruhemodus des Sensorsystems, in dem nur die zweite Lichtquelle in regelmäßigen Zeitintervallen im Bereich von z.B. 1 bis 2 Sekunden elektromagnetische Wellen aussendet, aus den Reflektionssigna- len einen Abstand zu berechnen und beim Unterschreiten eines vorbestimmten Mindest- abstands, eine Bestrahlung mit der ersten Lichtquelle zu starten. Dies erlaubt einen effizienten Betrieb des Systems, da die Bestrahlung mit der ersten Lichtquelle und Berechnungen nur ausgeführt werden, wenn sich ein Objekt im bestrahlten Bereich befindet.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Topographiesensor ein Time-of-Flight- Sensor. Dieser bestimmt für jeden Bildpunkt den Abstand eines Objektes vom Sensor, indem die Laufzeit eines infraroten Lichtimpulses erfasst wird und über die Lichtgeschwindigkeit der Abstand berechnet wird.
Vorteilhaft ist es, wenn die zusätzliche Prozessoreinheit ein RFID (radio-frequency identi- fication)-Hostprozessor ist und der Vergleich mit einem in einem RFID-Slaveprozessor hinterlegten Venenmuster oder Merkmalsvektor stattfindet. In diesem Fall ist eine Klassi- fizierung nur dann möglich, wenn zwischen dem RFI D-Hostprozessor und einem RFID- Slaveprozessor ein Verbindungskanal aufgebaut worden ist. Dies erlaubt eine Identifikation ohne die Hinterlegung von Daten in einem Datenbanksystem und somit eine größere Sicherheit, da zur Identifikation am Sensorsystem sowohl das gültige Venenmuster als auch der RFID-Slaveprozessor vorhanden sein muss. An die Stelle des RFID-Hostprozessors kann alternativ auch ein anderer Verbindungsprozessortyp treten, der mindestens eine aktive Funkverbindungsfähigkeit realisiert vorzugsweise nach dem bekannten Standards WLAN, Bluetooth, ZigBee oder NFC. In diesem Fall ist auch der Slaveprozessor mindestens mit der gleichen aktiven Funkverbindungsfähigkeit wie der Hostprozessor ausgestattet. Der Vergleich findet ebenso wie in Bezug auf RFID beschrieben mit einem im Slaveprozessor hinterlegten Venenmuster oder Merkmalsvektor statt.
Aber auch der Vergleich mit Venenmustern oder Merkmalsvektoren, die in einer Datenbank hinterlegt sind, ist vorteilhaft. Hier muss nicht jeder Nutzer mit einem zusätzlichen Identifikationselement ausgestattet werden, sondern er kann die Klassifizierung anhand des ohnehin vorhandenen Musters vornehmen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine mit dem Sensorsystem verbundene Freigabeeinheit ausgebildet, bei einem als ausreichend übereinstimmend klassifizierten Venenmuster oder Merkmalsvektor Zugang zu einem nachgeschalteten System zu ermöglichen, beispielsweise zu einem Banksystem oder einem anderen Eingabesystem. Aber auch Zutrittsberechtigungen, beispielsweise zu Räumlichkeiten oder zu Einrichtungen des öffentlichen Nahverkehrs können vorteilhafterweise von der Freigabeeinheit ausgegeben werden. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Armband mit einem integrierten Slaveprozessor, wobei der Slaveprozessor Informationen über ein hinterlegtes Venenmuster oder einen hinterlegten Merkmalsvektor enthält und in der Lage ist, mit einem Hostprozessor des beschriebenen Sensorsystems zu kommunizieren. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Slaveprozessor um einen integrierten RFID-Slaveprozessor, wobei der RFID-Slaveprozessor Informationen über ein hinterlegtes Venenmuster oder einen hinterlegten Merkmalsvektor enthält und in der Lage ist, mit einem RFI D-Hostprozessor des beschriebenen Sensorsystems zu kommunizieren.
Alternativ zu dem genannten Armband mit einem integrierten RFID-Slaveprozessor kann auch ein Armband mit einem aktiven Slaveprozessor, in anderen Worten einem aktiv versorgten Prozessor, treten, der über ein hinterlegtes Venenmuster oder einen Merkmalsvektor verfügt und eine aktive Funkverbindungsfähigkeit vorzugsweise nach einem der bekannten Standards WLAN, Bluetooth, ZigBee oder NFC aufweist. Der aktive Slaveprozessor ist dabei derart ausgebildet, dass das hinterlegte Venenmuster bzw. der hinterlegte Merkmalsvektor nicht unbefugt ausgelesen werden kann, vorzugweise kann dazu eine TEE (Trusted Execution Environment) genutzt werden.
Als alternative Armbänder könnten auch sogenannte smarte Uhren oder smarte Armbänder dienen (smart watch; smart wristband, wearbale wristband etc.). Als smarte Uhren oder Armbänder werden am Handgelenk tragbare Computer bezeichnet, die über Nah- funkverbindungsfähigkeiten verfügen und bestimmte Nachrichten an ihre Nutzer übermitteln können.
Der Nutzer, der gleichzeitig Träger dieses smarten Armbandes ist, bekommt einen Zugriff in das gewünschte System ohne seine Person zu offenbaren zu müssen. Dieser Aspekt ist unter datenschutzrechtlichen Gesichtspunkten wesentlich. Tritt der Nutzer an einen Accesspunkt, der das Sensorsystem enthält, heran und hält die Hand vor das Sensorsystem, an der er auch das Armband trägt, so wird der Sensor aktiviert. Über den aufgebauten RF-Kanal oder Funkkanal sendet der RFID- Hostprozessor oder der aktive Hostprozessor an das Armband das berechnete Venenmuster oder den Merkmalsvektor. Daraufhin folgt der bereits beschriebene Identifikati- onsmechanismus. In einer solchen Systemanwendung kann das Armband beispielsweise als Bankkarte, Monatskarte im Nahverkehr, Fahrkarte im Fernverkehr, Bordkarte im Flugverkehr oder als Ausweis für eine Zutrittsberechtigung verwendet werden.
Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Armbandes liegt darin, dass selbst bei einem Verlust des smarten Armbandes keine Missbrauchsmöglichkeit entsteht. Das Armband ist nur in Verbindung mit dem Handvenenmuster verwendbar. Da aber auf dem Armband keine personenidentifizierbaren Daten abgelegt werden, ist ein verlorenes Armband wertlos.
Vorteilhaft kann der Slaveprozessor, insbesondere der RFID-Slaveprozessor oder der aktive Slaveprozessor, auch einen Zusatzcode enthalten, der erst nach der Identifikation eines berechneten Venenmusters oder Merkmalsvektors als ausreichend übereinstimmend, ausgelesen werden oder versendet werden kann.
In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist das Sensorsystem über einer Tastatur angebracht. Hierbei wird ein Venenmuster im Handrücken detektiert, dies erlaubt eine einfache Identifizierung auch während eines Eingabevorgangs. Die zweite Prozessoreinheit des Sensorssystems ist dabei derart ausgebildet und mit der Tastatur verbunden, dass immer wenn eine Taste angeschlagen wird, gleichzeitig ein Verifikationsprozess des Venenmusters angestoßen werden kann. Die Eingabe des Zeichens oder einer Zeichengruppe wird nur dann als gültig anerkannt, wenn die Venenverifikation als ausreichend übereinstimmend detektiert wird. Die Vorteile einer solchen Anordnung bestehen darin, dass eine permanente Authentifizierung des Nutzers in einem Kommunikationsprozess beispielsweise mit einem Computer gewährleistet werden kann.
Ebenso vorteilhaft kann das Sensorsystem aber auch in einer Tastatur integriert sein und ein Venenmuster der Handinnenfläche zur Identifikation nutzen. Die Tastatur ist hierbei so ausgebildet, dass die Handballen, immer über dem dem Nutzer zugewandten Teil der Tastatur schweben oder auch auf diesem aufliegen können, während die Finger die Tasten erreichen können. Es wird also eine bewusst schmale Anordnung der Tasten gewählt. Zahlentasten bzw. sonstige Funktionstasten werden entweder rechts oder links der Buchstabentasten angelegt. Im dem Nutzer zugewandten Teil der Tastatur kann jeweils für die linke und rechte Hand ein erfindungsgemäßes Sensorsystem integriert sein. Das Sensorsystem ist bevorzugt derart ausgebildet, dass es mit einem sehr kurzen Abstand zur Handinnenfläche, die Venenstruktur detektieren kann, es ist in der Lage die Handinnenfläche mit einer Ausdehnung von bis 120 mm bei einem Abstand von der Sensoroberfläche von 5 mm bis 20 mm zu erfassen. In einem Ausführungsbeispiel um- fasst das Sensorsystem mehrere erste Infrarot-Lichtquellen, die in die Computertastatur derart eingebettet sind, dass jede erste IR-Lichtquelle einen Ausschnitt der Handinnenfläche vollflächig beleuchte. Darüberhinaus umfasst diese Ausführungsform mehrere Kamerachips, sodass jeweils auf den Kamerachips die Reflektionssignale der jeweiligen Ausschnitte der Handinnenfläche, also Ausschnitte des Handvenenmusters abgebildet werden. Dabei ist die Anordnung der Kamerachips und der IR-Lichtquellen so gewählt, dass die Kombination aller Bilder der Kamerachips ein weitestgehend vollständiges Abbild der Handinnenfläche erzeugt. Dieses vollständige Bild wird dann einem Verarbeitungspro- zess zur Ermittlung des Venenmustertemplates zugeführt. Die Anordnung von mehreren Kamerachips ergibt sich aus der Notwendigkeit des sehr kurzen Bildabstandes. Bei der Verwendung nur eines Kamerachips kann es u.U. dazu kommen, dass die Handinnenfläche optisch nicht vollständig aufgenommen werden kann und damit kein vollständiges Abbild des Venenmusters zur Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden kann.
Weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufschema für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems zur Aufnahme eines Handvenenmusters;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufschema eines Verfahrens zur Aufnahme eines Handvenenmusters. In Schritt S1 wird hierbei eine Hand mit einer ersten Lichtquelle bestrahlt, die vollflächig elektromagnetische Wellen im nahen Infrarotbereich aussendet, die von Venen in einer Hand reflektiert werden können. In Schritt S2 werden die von den Venen der Hand ausgehenden Reflektionssignale mittels eines Kamerachips aufgenommen und entsprechend der Reflektionssignale Bilddaten generiert. In Schritt S3 wird die Hand mit einer zweiten Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich in Form eines Strukturbildes aussendet, bestrahlt und in Schritt S4 die Reflektionssignale dieser Bestrahlung aufgenommen sowie aus diesen Reflektionssignalen Topographiedaten generiert. In einer bevorzugten Ausführungsform findet Schritt S3 unmittelbar nach Schritt S1 statt, sodass sich eine unmittelbare Abfolge von Bild zu Bild oder Teilbildern ergibt und die Hand für beide Bestrahlungen in derselben Position ist. In Schritt S5 wird aus den gewonnenen Topographiedaten sowie den Bilddaten entsprechend der Reflektionssignale der Handvenen ein normiertes Venenmuster berechnet oder ein dem Venenmuster entsprechender Merkmalsvektor. In Schritt S6 wird in dieser Ausführungsform das berechnete normierte Venenmuster oder der berechnete Merkmalsvektor mit mindestens einem hinterlegten Venenmuster oder Merkmalsvektor verglichen und in der Folge als ausreichend übereinstimmend oder nicht ausreichend übereinstimmend klassifiziert. Mit dieser Klassifikation kann nun in einem weiteren Folgeschritt in einer Ausfüh- rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Entscheidung über die Freigabe weiterer Prozesse getroffen werden. In Schritt S7 wird hierbei die Freigabe für weitere Prozesse erteilt, wenn das Venenmuster oder der Merkmalsvektor als ausreichend übereinstimmend klassifiziert wurde.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorsystems zur Auf- nähme eines Handvenenmusters. Das Sensorsystem umfasst eine erste Lichtquelle L1 , eine Kamera S1 , ein Topographiesensor TS sowie eine Prozessoreinheit P1 , die mit dem Kamerachip und dem Topographiesensor verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems umfasst dieses zusätzlich eine zweite Prozessoreinheit P2. Die erste Lichtquelle L1 ist ausgebildet, im Betrieb vollflächig elekt- romagnetische Wellen im nahen Infrarotbereich auszusenden, die von Venen einer Hand H reflektiert werden können. Die Kamera S1 mit einem Kamerachip dient der Aufnahme von Reflektionssignalen elektromagnetischer Wellen und liefert den Reflektionssignalen entsprechende Bilddaten. In der gezeigten Ausführungsform nimmt die Kamera die Reflektionssignale, die von den Venen der Hand H ausgesendet wurden, auf und liefert entsprechende Bilddaten. Der Topographiesensor TS dient der Erfassung dreidimensionaler Topographien, mit ihm werden die Lage sowie die Krümmung der Hand H erfasst. Die erste Prozessoreinheit P1 ist mit dem Kamerachip der Kamera S1 sowie dem Topographiesensor TS verbunden. Die Prozessoreinheit P1 generiert aus den Topographiedaten, die der Topographiesensor liefert, sowie den Bilddaten der Kamera ein normiertes Venenmuster der mit der Lichtquelle L1 bestrahlten Hand H oder einen entsprechenden Merkmalsvektor. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems dient die zusätzliche Prozessoreinheit P2 dazu, das von der ersten Prozessoreinheit P1 berechnete Venenmuster oder dem berechneten Merkmalsvektor mit einem hinterlegten Venenmuster oder einem hinterlegten Merkmalsvektor zu vergleichen und eine Klassifizierung des berechneten Venenmusters oder des berechneten Merkmalsvektors als ausreichend übereinstimmend oder nicht ausreichend übereinstimmend vorzu- nehmen. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems ist eine Freigabeeinheit mit dem Sensorsystem verbunden, die in der Lage ist bei einem als ausreichend übereinstimmend klassifizierten Venenmuster den Zugang zu einem nachgeschalteten System zu ermöglichen. Die Freigabeeinheit ist in Fig. 2 nicht gezeigt. Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorsystems. Der prinzipielle Aufbau des Sensorsystems in Fig. 3 ist derselbe wie der des in Fig. 2 gezeigten Systems, daher werden im Folgenden nur die Unterschiede näher beschrieben. In Fig. 3 besteht der Topographiesensor aus einer zweiten Lichtquelle L2 sowie einem Sensor S2, der einen zweiten Kamerachip sowie eine Berechnungseinheit umfasst. Die zweite Lichtquelle L2 sendet elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich in Form eines Strukturbildes aus. Der Kamerachip des Sensors S2 ist geeignet, die Reflektionssignale elektromagnetischer Wellen aufzunehmen und die Berechnungseinheit berechnet aus den aufgenommenen Reflektionssignalen eine Topographie des von der Lichtquelle L2 bestrahlten Objektes, hier der Hand H. Wie bereits im Verfahren gemäß Fig. 2 werden diese Topographiedaten an die Prozessoreinheit P1 weitergegeben und aus den Topographiedaten und den Bilddaten des Sensors S1 ein normiertes Venenmuster einer Hand generiert. In einer Ausführungsform des gezeigten Sensorsystems kann die Prozessoreinheit P1 zusätzlich ausgebildet sein, in einem Ruhemodus des Sensorsystems, indem nur die zweite Lichtquelle L2 in regelmäßigen Zeitintervallen elektromagnetische Wellen aussendet, aus den Reflektionssignalen einen Abstand zu berechnen und beim Unterschreiten eines vorbestimmten Mindestabstands eine Bestrahlung mit der ersten Lichtquelle L1 zu starten. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorsystems, in dem die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle derart ausgebildet sind, dass sie abwechselnd in unmittelbarer Abfolge von Bild zu Bild elektromagnetische Wellen aussenden. Hiermit kann vermieden werden, dass sich die Lage oder Krümmung der Hand zwischen der Bestrahlung mit der ersten Lichtquelle und der Bestrahlung mit der zweiten Lichtquelle ändert und es so zu verzerrten Venenmustern kommt.

Claims

Ansprüche
1. Sensorsystem zur Aufnahme eines Handvenenmusters umfassend:
- eine erste Lichtquelle, welche ausgebildet ist, im Betrieb vollflächig elektromagnetische Wellen im nahen Infrarotbereich auszusenden, die von Venen einer Hand reflektiert werden können,
- eine Kamera mit einem Kamerachip zur Aufnahme von Reflektionssignalen elektromagnetischer Wellen und zum Liefern von den Reflektionssignalen entsprechenden Bilddaten,
- einen Topographiesensor zur Erfassung dreidimensionaler Topographien und - eine erste mit dem Kamerachip und dem Topographiesensor verbundene Prozessoreinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prozessoreinheit ausgebildet ist, im Betrieb aus den Bilddaten der Kamera und den dreidimensionalen Topographiedaten des Topographiesensor ein normiertes Venenmuster einer Hand oder einen dem Venenmuster ent- sprechenden Merkmalsvektor zu generieren.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1 mit einer zusätzlichen Prozessoreinheit, die ausgebildet ist, das von der ersten Prozessoreinheit berechnete Venenmuster oder den berechneten Merkmalsvektor mit mindestens einem hinterlegten Venenmuster oder mit mindestens einem hinterlegten Merkmalsvektor zu vergleichen und das berechnete Venenmus- ter oder den berechneten Merkmalsvektor als ausreichend übereinstimmend oder nicht ausreichend übereinstimmend zu klassifizieren.
3. Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topographiesensor umfasst:
- eine zweite Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich in Form eines Strukturbildes aussendet,
- einen zweiten Kamerachip zur Aufnahme von Reflektionssignalen elektromagnetischer Wellen und - eine Berechnungseinheit, die ausgebildet ist, aus den aufgenommenen Reflektionsdaten eine Topographie zu berechnen.
4. Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kamerachip identisch sind.
5. Sensorsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtquelle und die zweite Lichtquelle ausgebildet sind, abwechselnd in unmittelbarer Abfolge von Bild zu Bild oder Teilbildern elektromagnetische Wellen auszusenden.
6. Sensorsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prozessoreinheit ausgebildet ist, in einem Ruhemodus des Sensorsys- tems, in dem nur die zweite Lichtquelle in regelmäßigen Zeitintervallen elektromagnetische Wellen aussendet, aus den Reflektionssignalen einen Abstand zu berechnen und beim Unterschreiten eines vorbestimmten Mindestabstands, eine Bestrahlung mit der ersten Lichtquelle zu starten.
7. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Topographiesensor ein Time-of-Flight-Sensor ist.
8. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Prozessoreinheit ein Hostprozessor, insbesondere ein RFID-Hostprozessor oder ein aktiver Hostprozessor mit aktiver Funkverbindungsfähigkeit ist und derart ausgebildet ist, dass im Betrieb der Vergleich mit einem in einem Slaveprozessor mit gleicher Funkverbindungsfähigkeit wie der Hostprozessor hinterlegten Venenmuster oder Merkmalsvektor stattfindet.
9. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem derart ausgebildet ist, dass im Betrieb der Vergleich mit Venenmustern oder Merkmalsvektoren stattfindet, die in einer Datenbank hinterlegt sind.
10. Sensorsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Sensorsystem verbundene Freigabeeinheit vorgesehen ist, die ausgebildet ist, bei einem als ausreichend übereinstimmend klassifizierten Venenmuster oder Merkmalsvektor Zugang zu einem nachgeschalteten System zu ermöglichen.
1 1. Armband mit einem integrierten Slaveprozessor, insbesondere mit einem RFID- Slaveprozessor oder einem aktiven Slaveprozessor, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Slaveprozessor Informationen über ein hinterlegtes Venenmuster oder einen hinterlegten Merkmalsvektor enthält und in der Lage ist, mit einem RFI D-Hostprozessor eines Systems nach Anspruch 8 zu kommunizieren.
12. Armband nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der RFID- Slaveprozessor einen Zusatzcode enthält, der erst nach der Identifikation eines berechneten Venenmusters oder Merkmalsvektors als ausreichend übereinstimmend, ausgelesen werden oder versendet werden kann.
13. Verfahren zur Aufnahme eines Handvenenmusters umfassend:
- Bestrahlen einer Hand mit einer ersten Lichtquelle, welche vollflächig elektromagnetische Wellen im nahen Infrarotbereich aussendet, die von Venen in einer Hand reflektiert werden können,
- Aufnehmen von Reflektionssignalen der Venen und Generieren von den Reflektionssig- nalen entsprechenden Bilddaten,
- Aufnehmen von Topographiedaten der Hand
- Berechnung eines normierten Venenmusters einer Hand oder eines dem Venenmuster entsprechenden Merkmalsvektors aus den Bilddaten und den Topographiedaten.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich des be- rechneten normierten Venenmusters oder des berechneten Merkmalsvektors mit mindestens einem hinterlegten Venenmuster oder Merkmalsvektor durchgeführt wird und das berechnete Venenmuster oder der berechnete Merkmalsvektor als ausreichend übereinstimmend oder nicht ausreichend übereinstimmend klassifiziert wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Identifizie- rung eines Venenmusters oder eines Merkmalsvektors als ausreichend übereinstimmend weitere Prozesse freigegeben werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme von Topographiedaten umfasst: - Bestrahlen der Hand mit einer zweiten Lichtquelle, die elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich in Form eines Strukturbildes aussendet,
- Aufnehmen von Reflektionssignalen
- und Generieren der Topographiedaten aus den aufgenommenen Reflektionssignalen.
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