ES2258129T5 - Metodo para medir estructuras en una huella dactilar con un sensor lineal. - Google Patents
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Abstract
Método para medir las estructuras en una huella dactilar o similar, que comprende medir unas características seleccionadas de la superficie de la huella dactilar usando una matriz de sensores que comprende una pluralidad de sensores (1), estando colocados en contacto con, o cerca de, una parte de la superficie, que comprende medir dichas características en al menos una línea de puntos de medición a lo largo de una parte alargada de la superficie en intervalos de tiempo seleccionados, siendo la matriz de sensores una matriz fundamentalmente unidimensional, y mover la superficie con relación a la matriz de sensores en una dirección perpendicular a la matriz de sensores, de manera que las mediciones se realicen en diferentes partes de la superficie proporcionando así un conjunto de líneas de puntos de medición, en el que al menos se proporciona una medición de cada parte de la superficie en la dirección del movimiento, caracterizado por compensar el movimiento de dicho dedo mediante el ajuste,en un intervalo de tiempo dado, del número de líneas de puntos de medición para proporcionar un nuevo conjunto de líneas de puntos de medición, y combinar dicho nuevo conjunto de líneas de puntos de medición que son para proporcionar una representación bidimensional de dichas características de la superficie.
Description
Método para medir estructuras en una huella
dactilar con un sensor lineal.
La invención se refiere a un método para medir
las estructuras en una huella dactilar o similar, que comprende
medir unas características seleccionadas de la superficie de la
huella dactilar, por ejemplo la capacitancia o resistividad, usando
una matriz de sensores que comprende una pluralidad de sensores,
colocados en contacto con, o cerca de, la superficie.
La identificación mediante el uso de huellas
dactilares se ha destacado últimamente como resultado de la
creciente necesidad de seguridad con respecto a, por ejemplo,
tarjetas de crédito o sistemas informáticos, así como la mayor
disponibilidad de algoritmos de reconocimiento de formas. Algunos
sistemas para el reconocimiento de huellas dactilares están ya
disponibles en el mercado. Las técnicas usadas para registrar la
huella dactilar varían.
Algunas de las soluciones conocidas
anteriormente se basan en tecnología óptica usando luz con una o más
longitudes de onda. Estas son sensibles a la suciedad y a la
contaminación, tanto en la huella dactilar como en la superficie del
sensor, y por tanto se requiere limpiar ambos.
Otra alternativa es la medición de la presión,
tal como se describe en los documentos US 5.559.504, US 5.503.029 y
US 4.394.773. Esto, sin embargo, tiene la desventaja de que la
superficie del sensor se hace sensible al desgaste y deterioro
mecánico, ya que el sensor tiene que tener una superficie al menos
parcialmente adaptable.
También se han propuesto sensores de
temperatura, por ejemplo en la patente estadounidense 4.429.413 y en
la solicitud de patente internacional PCT/NO96/00082.
Dado que los sensores de huellas dactilares
pueden estar expuestos a un uso a largo plazo en condiciones
variables y a veces exigentes, el sensor tiene que tener una
superficie resistente y ser insensible a la contaminación en la
huella dactilar y en el sensor si es posible. Debe poder leer la
mayoría de las huellas dactilares sin que le perturben las huellas
latentes del uso anterior. En algunos casos, por ejemplo, en
tarjetas de crédito o en teclados de ordenador, podría ser también
ventajoso si el sensor pudiera hacerse compacto.
En cuanto al coste, existe también una necesidad
de simplicidad y de minimizar el número de piezas.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un sensor que sea fácil de producir, haciéndolo barato
de producir, y además relativamente pequeño.
Además de las soluciones mencionadas
anteriormente, se ha probado la medición de la capacitancia como un
método para medir las huellas dactilares. Los documentos US
4.353.056 y US 5.325.442 muestran ejemplos. Mientras que las crestas
de la huella dactilar tocan la superficie del sensor, los valles
presentan una pequeña distancia hasta la superficie del sensor,
dando como resultado una diferencia de capacitancia y/o conducción
medida en los diferentes sensores. La humedad puede afectar a las
mediciones, pero si son constantes a lo largo de la huella dactilar,
un análisis del contraste entre las mediciones puede proporcionar
una imagen de la misma.
Todas las soluciones mencionadas anteriormente
se basan en matrices de sensores bidimensionales con dimensiones
comparables al tamaño de la huella dactilar. Estas son caras y
difíciles de producir, ya que comprenden un gran número de sensores
que miden la superficie simultáneamente.
El documento EP 735.502 describe el uso de una
matriz de sensores unidimensional o bidimensional que se mueve en
relación con la huella dactilar. La solución descrita se basa en la
medición de la resistencia y tiene una resolución limitada definida
por las dimensiones de sensor mínimas y la distancia entre los
sensores.
El documento EP 0813164 se refiere a una matriz
de sensores de huella dactilar esencialmente unidimensional
perpendicular a la cual se coloca un dedo. Se describe un método
para reconstituir una imagen de huella dactilar a partir de imágenes
parciales que representan secciones alargadas de la huella dactilar.
Esto se realiza procesando las imágenes parciales para determinar
donde se solapan las imágenes.
El documento JP 08154921 se refiere a una matriz
de sensores de huella dactilar esencialmente unidimensional
perpendicular a la cual se coloca un dedo. Se describe un método
para medir el movimiento del dedo, teniendo el dedo accionado un
codificador a medida que se mueve sobre sensores fotosensibles.
La presente invención proporciona un método para
medir las estructuras en una huella dactilar o similar, como se
define en las reivindicaciones 1 y 4.
Como la superficie de la matriz del sensor es
pequeña y contiene pocos sensores en comparación con las soluciones
conocidas, es barato y de fabricación relativamente sencilla. Al
moverse la huella dactilar que se debe medir sobre la matriz del
sensor, no existe una huella dactilar latente que se quede del
usuario anterior, proporcionando otra ventaja en relación con los
sensores de huellas dactilares conocidos.
Ya que los detalles de las huellas dactilares
son pequeños, también es difícil hacer los sensores del detector lo
suficientemente pequeños. En una realización preferida, el aparato y
el método según la invención comprenden dos o más líneas paralelas
de puntos de medición, midiendo cada línea puntos que se desplazan
en la dirección longitudinal con una distancia menor que la
distancia entre los puntos de medición, comprendiendo la matriz del
sensor dos o más líneas paralelas de sensores equidistantes,
preferiblemente desplazados en la dirección longitudinal de la
matriz de sensores. Esto proporciona una posibilidad de medir
estructuras en la huella dactilar más pequeñas que la separación de
los sensores. Esto no es posible con ninguno de los sistemas de
detectores conocidos anteriormente.
Por tanto, debe entenderse que el término
"matriz esencialmente unidimensional" en el presente documento
se refiere a una matriz que tiene una longitud que es mucho más
larga que la anchura, y puede comprender más de una línea de
sensores.
Se describirá ahora la invención con referencia
a los dibujos adjuntos, que ilustran una posible realización de la
invención.
Las figuras 1a y 1b muestran una vista
esquemática de dos versiones del sensor.
La figura 2a ilustra el sensor de la figura 1b
en uso, tal como se ve desde arriba.
La figura 2b muestra una sección transversal de
la situación de la figura 2a.
La figura 3 muestra una vista esquemática de un
aparato según la invención.
La figura 4 muestra una sección transversal de
una realización de la invención.
La figura 5 muestra una realización preferida de
la invención.
En la figura 1a se muestra una matriz lineal
única de sensores 1. Los sensores pueden ser de distintos tipos,
tales como sensores de presión o de temperatura, pero son
preferiblemente conductores eléctricos que proporcionan la
posibilidad de medir la conducción, impedancia o capacitancia de las
diferentes partes de la huella dactilar. La superficie que se debe
medir se mueve en una dirección perpendicular con respecto a la
línea de sensores.
En la realización preferida, los sensores 1 son
conductores eléctricos que están separados por un material 3
aislante tal como epoxi. En la realización mostrada, un material 2
conductor eléctrico rodea a los sensores que pueden utilizarse para
proporcionar un potencial de referencia. De este modo pueden medirse
la conducción, impedancia o capacitancia a través de la huella
dactilar, entre cada uno de los sensores 1 y el nivel de referencia
que lo rodea.
Se prefiere la realización mostrada que tiene
sensores equidistantes, pero también son posibles otras soluciones,
por ejemplo, que comprenden grupos de sensores para medir ciertas
partes de la huella dactilar.
El uso de uno o más sensores colocados a una o
más distancias seleccionadas de la línea del sensor proporcionará
una posibilidad para medir la velocidad de la huella dactilar con
respecto a un sensor comparando las señales a partir de la línea del
sensor y el lapso de tiempo o el desplazamiento espacial entre las
mediciones de las estructuras correspondientes en la superficie. La
figura 1b muestra una realización preferida de la invención en la
que la matriz de sensores comprende dos líneas de sensores 1.
Para poder medir las estructuras en una huella
dactilar, la matriz será normalmente de 10-15 mm de
largo con una resolución de 50 \mum. Esto es difícil o caro de
obtener usando una única línea de sensores. En la figura 1b, las
líneas están ligeramente desplazadas las unas con respecto a las
otras. Cuando se mueve una superficie sobre la matriz de sensores,
las medidas de cada uno de los sensores en la segunda línea se
encontrarán entre los puntos medidos de la primera línea,
proporcionando la resolución requerida con una mayor distancia entre
los sensores. También se pueden usar tres o más líneas de sensores
para mejorar aún más la resolución, aunque más de cinco sería poco
práctico debido a la distancia entre las líneas y al lapso de tiempo
resultante entre las mediciones de la primera y de la última línea.
Además, un aparato que usa muchas líneas sería sensible a la
dirección en la que se mueve el dedo.
Aunque las líneas que se muestran en los dibujos
comprenden sensores equidistantes, las segunda, tercera, etc. líneas
desplazadas pueden comprender sensores únicos o grupos de sensores,
aumentando la resolución en determinadas partes de la huella
dactilar y/o midiendo las diferencias de velocidad entre las
diferentes partes de la huella dactilar, en el caso de que el
movimiento no sea uniforme. Además, las segunda, tercera, etc.
líneas pueden describir un ángulo con respecto a la primera línea de
sensores.
Cuando se usa una matriz de sensores que
comprende dos o más líneas de sensores, tal como se muestra en la
figura 1b, las mediciones de las diferentes líneas deben combinarse
para proporcionar una señal que se corresponde a una única línea de
sensores. Para hacer esto, deben ajustarse las señales para el
retardo de tiempo entre las señales de los sensores en las
diferentes líneas, y por tanto debe conocerse el movimiento del dedo
con respecto a la matriz de sensores, o bien moviendo el dedo o la
matriz de sensores con una velocidad determinada, o bien midiendo el
movimiento del dedo.
La figura 2a ilustra de qué manera se mueve el
dedo 4 sobre una matriz de sensores en la dirección perpendicular a
la matriz. Para obtener mediciones exactas debe medirse el
movimiento del dedo. Además del método mencionado anteriormente que
comprende la correlación de mediciones de los diferentes sensores,
esto puede hacerse de muchas maneras, tales como proporcionar un
cilindro giratorio que esté en contacto con el dedo, de modo que se
pueda medir la rotación del cilindro. Otro ejemplo puede ser el de
usar un disco delgado sobre el que pueda colocarse el dedo, que se
mueve junto con el dedo y está conectado al aparato de modo que
pueda medirse la velocidad del disco. El movimiento puede medirse
correlacionando o comparando las señales de las diferentes líneas
de sensores, y encontrándose el retardo de tiempo o desplazamiento
espacial entre las mediciones de las estructuras correspondientes de
la superficie. De este modo, pueden obtenerse imágenes más
detalladas a partir de las diferentes imágenes de cada línea de
sensores.
El presente método para ajustar para el
movimiento del dedo es mantener constante la tasa de muestreo en la
matriz de sensores, mientras que se ajusta el número de líneas
medidas utilizado el generar la imagen segmentada de la superficie
y, por tanto, el intervalo de las mediciones según el movimiento
para obtener al menos una medición de cada parte de la superficie.
Por ejemplo, si se mueve la huella dactilar lentamente sobre el
sensor, aunque la frecuencia de muestreo o medición sea alta, los
datos redundantes pueden simplemente ignorarse y la imagen de la
huella dactilar se comprende de cada segundo o tercer conjunto de
datos.
La figura 2b muestra una sección transversal del
dedo 4 colocado sobre los sensores 1, y también muestra una vista
exagerada de las crestas 5 y valles 6 en la huella dactilar.
La figura 3 muestra una vista simplificada del
aparato según la invención que comprende conductores 7 desde los
sensores 1 hasta un amplificador y multiplexor 8. Entonces se
digitaliza la señal en un conversor 9 A/D antes de enviar la señal
digital a un ordenador 10 que comprende cualquier programa de
ordenador disponible que pueda analizar la señal.
En la figura 4 se muestra una sección
transversal de una realización más realista, en la que un extremo de
los conductores 11 que están muy cercanos los unos a los otros
representa los sensores, y el otro extremo de estos conductores está
conectado a un microchip. Los conductores 11 pueden ser parte de una
placa de circuito impresa multicapa moldeada en epoxi, que produce
dos o más líneas de sensores. Cada sensor 1 mediría aproximadamente
35 x 50 \mum. Si los sensores en cada línea están montados con una
distancia entre sus centros de 150 \mum, la resolución con tres
líneas desplazadas será de 50 \mum.
La figura 5 muestra una realización de la
invención en la que una tensión 12 externa variable con el tiempo,
es decir, oscilatoria o pulsante, se aplica al dedo a través de la
zona 14 de conducción al lado de la zona del sensor. Se colocan
planos a una tensión 13 constante cercanos y paralelos a los
conductores 11. Esto reduce la diafonía y el ruido de fuentes
externas y mejora el contraste en la imagen generada a partir de las
mediciones. Esto puede implementarse usando una placa de circuito
impresa multicapa, en la que una o más de las capas conductoras
están a una tensión constante. Una capa aislante (no mostrada) cubre
preferiblemente los conductores 1, 11 y los planos 13 protectores.
La zona 14 de conducción también puede cubrirse mediante una capa
aislante, pero esto disminuiría la fuerza de la señal. Para un mejor
rendimiento, puede aplicarse la tensión 12 oscilatoria a ambos
lados de la superficie del sensor. La tensión oscilatoria puede, tal
como se mencionó anteriormente, ser un tren de impulsos o un
seno.
seno.
En una realización, se aplica a la zona 14 de
conducción un seno de 100 kHz y cada uno de los conductores 11
termina en una resistencia, y la señal se amplifica y se alimenta a
un demodulador, multiplexor y conversor de analógico a digital. Una
ventaja de esta realización es que prácticamente no hay señal en los
conductores 11 en la zona del sensor cuando no hay un dedo presente,
reduciendo así los problemas de tensiones desfasadas variando en el
tiempo y de desviación en la electrónica.
Esta solución proporciona un aparato sensor que
es de fabricación sencilla usando técnicas convencionales, y por
tanto barato. Es además compacto y resistente. Si el parámetro
medido en los sensores es la resistencia, al ser los extremos de los
conductores, no cambiarán sus características ya que son estos
extremos y el epoxi circundante los que se desgastan. Si es la
capacitancia la que se va a medir, se proporciona una capa aislante
y duradera sobre los extremos de los conductores o de los
sensores.
La disposición preferida del sensor permite
también que la resolución sea mejor que la distancia entre los
sensores, reduciendo la diafonía entre los sensores.
El método y el aparato según la invención pueden
usarse, por supuesto, de muchas maneras diferentes, y pueden medirse
características diferentes para proporcionar una representación de
la superficie medida, además de la capacitancia y/o la
conductividad. Pueden usarse detectores ópticos, y preferiblemente
transmisores, de modo que pueda analizarse la imagen reflejada de la
huella dactilar con respecto a, por ejemplo, el contraste y/o el
color.
Los sensores, tal como se mencionó
anteriormente, pueden ser sencillamente los extremos de conductores
que están conectados a medios para medir la capacitancia y/o la
conductividad, o pueden ser sensores hechos a partir de materiales
semiconductores. Un material semiconductor preferido, cuando es
esencial el coste, sería la silicona.
En la realización que comprende las mediciones
de capacitancia se proporciona una capa aislante (no mostrada) entre
los extremos del conductor y la huella dactilar.
Otra realización posible dentro del alcance de
esta invención comprende líneas de sensores que no son equidistantes
colocados de modo que midan partes seleccionadas de la huella
dactilar.
Claims (6)
1. Método para medir las estructuras en una
huella dactilar o similar, que comprende medir características
seleccionadas de la superficie de la huella dactilar usando una
matriz de sensores esencialmente unidimensionales que comprende una
pluralidad de sensores (1), que están colocados en contacto con, o
cerca de, una porción de la superficie, que comprende:
medir dichas características en al menos una
línea de puntos de medición a lo largo de una porción alargada de la
superficie en intervalos de tiempo;
mover la superficie con relación a la matriz de
sensores en una dirección perpendicular a la matriz de sensores, de
manera que las mediciones se realicen en diferentes porciones de la
superficie proporcionando así un conjunto de líneas de puntos de
medición, en el que al menos se proporciona una medición por cada
porción de la superficie en la dirección del movimiento;
medir las características de la superficie en
por lo menos un punto fuera de dicha línea de puntos de
medición;
calcular dicho movimiento por correlación de las
medidas a partir de dicho por lo menos un punto con por lo menos un
punto de medición en dicha línea;
compensar por el movimiento de dicho dedo
manteniendo la relación de muestreo en la matriz de sensores,
mientras se ajusta, en un determinado intervalo de tiempo el número
de líneas de puntos de medición para proporcionar un nuevo conjunto
de líneas de puntos de medición, y
combinar dicho nuevo conjunto de líneas de
puntos de medición para proporcionar una representación
bidimensional de dichas características de la superficie.
2. Método según la reivindicación 1, en el que
la representación bidimensional de las características de la
superficie se proporciona rechazando datos redundantes.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el
que cada medida de las características de una porción alargada de la
superficie comprende esencialmente la medida simultánea de dichas
características a lo largo de por lo menos dos líneas de puntos de
medición, uno de los cuales comprende dicho por lo menos un punto de
medición, estando cada línea de puntos de medición desplazada en la
dirección longitudinal con una distancia no igual a la distancia
entre los puntos de medición, la matriz de sensores comprende dos o
mas líneas esencialmente paralelas de sensores esencialmente
igualmente espaciados (1), preferentemente desplazada en la
dirección longitudinal de la matriz de sensores.
4. Método para medir estructuras en una huella
dactilar o similar, que comprende medir las características elegidas
de la superficie de la huella dactilar usando una matriz de sensores
esencialmente unidimensional que comprende una pluralidad de
sensores (1), que están posicionados en contacto con, o cerca de,
una porción de la superficie, que comprende:
medir dichas características en por lo menos dos
líneas de puntos de medición a lo largo de una porción alargada de
la superficie a intervalos de tiempo;
mover la superficie en relación a la matriz de
sensores en una dirección perpendicular a la matriz de sensores, de
manera que las mediciones sean realizadas en diferentes porciones de
la superficie, proporcionando así un conjunto de líneas de puntos de
medición donde por lo menos una medición es proporcionada por cada
porción de la superficie en la dirección del movimiento;
medir el movimiento por correlación de las
medidas a partir de diferentes líneas de medición con el objeto de
hallar el lapso de tiempo o el desplazamiento espacial entre
estructuras similares en diferentes líneas de puntos de
medición;
compensar por el movimiento de dicho dedo
manteniendo la relación de muestreo de la matriz de sensores,
mientras se ajusta, en un dado intervalo de tiempo, el número de
líneas de puntos de medición para proporcionar un nuevo conjunto de
líneas de puntos de medición; y
combinar dicho nuevo conjunto de líneas de
puntos de medición para proporcionar una representación
bidimensional de dichas características de la superficie.
5. Método según la reivindicación 4, que incluye
la comparación de señales a partir de diferentes líneas de sensores
(1) para encontrar el lapso de tiempo o el desplazamiento espacial
entre estructuras similares en diferentes líneas del sensor.
6. Método según la reivindicación 5, donde por
lo menos una de dichas líneas diferentes consiste en sensores únicos
(1) o grupos de sensores (1) que están posicionados a distancias
elegidas a lo largo de la línea.
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