RO121497B1 - Sistem informatic şi metodă pentru achiziţia, analiza şi autentificarea semnăturii olografe - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem ?i la o metodă de achiziţie, analiză ?i autentificare a semnăturii olografe. Sistemul este construit din treiniveluri. Nivelul (N1) conţine 1...n subsisteme-pix (S1), prevăzute cu cabluri de conexiune USB (8), pentru obţinerea amprentei cinetice ?i informaţiei de context a semnăturii. Ansamblul informatic-cinetic, localizat în pix, asigură achiziţia, conversia digitală ?i codarea informaţiilor cinetice ?i de context. Nivelul (N2) este format din 1...n calculatoare, care alocă în regim secvenţial sau paralel resursele hardware, pentru administrarea, testarea ?i autentificarea informaţiilor culese ?i interfaţarea cu utilizatorul. Nivelul (N3) este reprezentat de un server conectat în reţea cu toate subsistemele de nivel (N2).Metoda conform invenţiei constă din achiziţionarea semnăturii ?i conversia digitală a acesteia, analiza semnalelor achiziţionate, detectareamomentelor de început ?i sfâr?it ale semnăturii ?i stocarea temporară a semnăturii, recunoa?terea semnăturii prin conversia acesteia ?i compararea cu semnături specimen din baza de date ?i interpretarea rezultatelor.

Description

Recunoașterea identității persoanelor include, în anumite activități, și autentificarea semnăturii. Verificarea semnăturii este o problemă care trebuie rezolvată în timp util și apare des în foarte multe domenii ale activități umane: obținerea de diverse drepturi financiare, drepturi de acces la informații, drepturi de acces fizic în spații cu regim special, exprimarea acordului de voință în context public sau privat.

Obiectul invenției îl constituie un sistem informatic și metodele pentru achiziția, analiza și autentificarea semnăturii olografe, destinat a fi aplicat ca verigă biometrică în lanțul procedurilor de autentificare a persoanei.

Sistemul propus (un ansamblu hardware-software și metodele de recunoaștere) poate fi folosit pe scară largă în autentificarea semnăturii persoanelor, cu disconfort minim privind procedura de utilizare și cu costuri comparative mici. Se creează astfel premisele dezvoltării de aplicații din domeniul tehnologiei informației, în multiple domenii de interes social și individual.

Domeniile propriu-zise de aplicabilitate ale sistemului acoperă următoarele sfere de interes:

- Tranzacțiile financiare, patrimoniale etc. Funcțiune: verigă în sistemele de verificare.

- Securitate în domeniul sistemelor de control a accesului fizic sau virtual. Funcțiune: verigă în sistemele de securitate.

- Managementul companiilor și instituțiilor. Funcțiune: autentificarea semnăturii în aplicații software de tip Document ManagemenVWorkflow Management, pentru companii cu număr mare de personal sau cu personal distribuit. Protejarea documentelor electronice.

Aplicarea prezentei invenții în domeniile menționate produce următoarele efecte: creșterea încrederii utilizatorilorfață de domeniile mai sus enumerate, minimizarea pierderilor datorate fraudării prin falsă identitate, reducerea timpului de verificare a semnăturii în domeniile unde procedurile clasice impun această acțiune, descurajarea infracționalității produse prin falsă identitate.

în descrierea invenției vom folosi următoarele noțiuni:

- Subiect: persoană care utilizează sistemul în scopul înregistrării semnăturilor specimen în baza de date, în scopul autentificării unei semnături original sau în scopul încercării de autentificare a unei semnături false.

- Semnătură: este acea acțiunea subiectului, declanșată conștient, prin liberă voință, dar cu un caracter motric reflex dobândit, utilizând manual o unealtă de scris și având un rezultat grafic plan, într-un spațiu predeterminat. Subiectul se angajează să poată reproduce această acțiune proporțional din punct de vedere spațio-temporal. Scopul semnăturii este recunoașterea subiectului, pe baza comparării dintre semnătura specimen și semnătura originală, și recunoscând unei terțe părți acțiunea de stabilire a autenticității sau neautenticității.

- Amprenta (bio)cinetică (a semnăturii): modul în care se desfășoară mișcările ansamblului biomecanic mână-unealtă de scris, în vederea efectuării semnăturii. Aceste mișcări se transpun parțial sub forma semnăturii grafice, prin extremitatea utilă a uneltei de scriere pe hârtie normală de scris, în formate uzuale documentelor din viața publică sau privată. Amprenta (bio)cinetică poate fi achiziționată și memorată electronic. Noțiunea de amprentă (bio)cinetică a semnăturii se asimilează cu cea de semnătură.

- Semnătură specimen (pe scurt specimen): semnătură stocată într-o bază de date de semnături și folosită pentru a putea face ulterior recunoașterea (autentificarea) unei persoane care prezintă o nouă semnătură (semnătura original) în acest scop.

- Semnătură originală (pe scurt original): semnătură care este dată de o persoană pentru a fi recunoscută (autentificată) de sistem prin comparația ei cu alte semnături (semnături specimen) date anterior de acea persoană - subiect - și stocate într-o bază de date de semnături.

RO 121497 Β1

- Semnătură falsă: semnătură dată de o persoană X care pretinde că ar fi o altă per- 1 soană Y și care semnează în numele persoanei Y sau semnătură dată de o persoană X care semnează în numele persoanei X, dar sub constrângere.3

- Autentificare: setul de metode aplicate amprentelor biocinetice din baza curentă, prin care se determină dacă o persoană X care dă o semnătură original este într-adevăr per-5 soana X care a dat setul de specimene (din baza de semnături) care au fost înregistrate ca apaținând subiectului X.7

- Baza curentă: baza inițială plus amprentele biocinetice ale specimenelor și ale originalelor autentificate ale subiecților.9

- Baza curentă de comparație: set de semnături format din specimenele unui număr de subiecți reprezentând un eșantion (extras aleator) din baza curentă plus specimenele 11 subiectului vizat de semnătura de intrare.

- Baza inițială: baza de date minimă necesară funcționării sistemului la parametrii 13 propuși, formată din amprentele biocinetice ale specimenelor de semnătură aparținând culturii ortografice (alfabetului) vizate (de exemplu: latină, chirilică, ebraică, chineză, etc). Baza15 inițială poate fi alcătuită și din amprentele biocinetice ale specimenelor de semnătură aparținând culturilor ortografice mixte.17

Nivel: ierarhizare fizică și funcțională în cadrul sistemului de autentificare, conținând subsisteme funcționale specifice și structuri de metode găzduite de aceste sisteme.19

Pix: ansamblul ce compune subsistemul aparținând nivelului 1, alcătuit din dispozitivul de scriere și elementele cinetico-informatice senzoriale, necesare achiziției amprentei 21 biocinetice.

MEMS (micro-electro-mechanical-systems): microsistem senzorial electro-mecanic 23 a cărui realizare se bazează pe nanotehnologie.

- Informație de contact: informație având caracter biometric în corpul semnăturii și 25 totodată necesară pentru delimitarea semnăturii. Se manifestă ca urmare a mecanismului neuromotor reflex sinaptic, prin modularea microvibrațiilor generate de interacțiunea subiec-27 tulul cu hârtia prin intermediul pixului. Este captată, pe direcțiile de manifestare, de senzorii de accelerație MEMS. Este intrinsec mixată cu celelalte Informații biocinetice specifice 29 acțiunilor scrierii efectuate voluntar sau prin semireflex.

- Informație de context: informație privind poziționarea pixului în apropierea hârtiei de31 scris. Este exprimată prin detecția unei distanțe prag față de hârtie, fiind unul din elementele necesare pentru delimitarea semnăturii de alte acțiuni cinetice ale subiectului.33 în situațiile în care este necesară autentificarea unei semnături, procedura utilizată clasic este efectuată de persoane cu atribuții în acest sens. Acțiunea de analiză și decizie 35 privind autenticitatea unei semnături olografe constituie unul din obiectele științei de expertizare tehnică grafologică. Elementele prin care persoana cu atribuții decide asupra auten- 37 ticității semnăturii sunt proiecții grafice și statice, în planul hârtiei, ale acțiunii complexe de efectuare a semnăturii. In urma analizelor, sunt deduse acțiuni dinamice specifice subiectului 39 care a efectuat semnătura, concretizate în viteze, accelerații, presiuni, secvențe și forme specifice.41

Autentificarea semnăturii olografe în sens clasic este o acțiune care are, printre altele, următoarele dezavantaje:43

- conține un anumit coeficient de eroare, exprimat statistic și dependent, printre altele, de capacitatea momentană de analiză a persoanei cu atribuții de verificare;45

- este influențabilă de factori externi, cum ar fi subiectivismul sau interesul expertului;

- necesită timp relativ îndelungat de măsurare, analiză, comparare și decizie;47

- prezumă ca adevărată, în mod arbitrar, libera exprimare a acordului de voință;

RO 121497 Β1

- informația este prelevată doar de la nivelul planului hârtiei și reflectă, unilateral, doar efectele grafice ale acțiunii subiectului;

- mărimile fizice viteză, accelerație, presiune și formele cu caracter invariant specific, sunt deduse indirect, prin observare vizuală și deducție, procedee ce implică un mare grad de aproximare;

- este ignorată informația spațială corespunzătoare cineticii complexe a mișcărilor transmise uneltei de scriere prin gesturi reflexe dobândite, prin geometria specifică a mâinii și prin interacțiuni neuromotoare de tip sinaptic;

- cunoștințele și experiența necesare, din domeniul expertizei grafologice, se transmit cu eforturi considerabile și se rafinează după o lungă perioadă;

- în ceea ce privește apelarea la expertiza tehnică grafologică clasică pentru autentificarea semnăturii, prețul acesteia este cu câteva ordine de mărime superior unei autentificări automate și practic poate avea loc doar după producerea și depistarea efectelor negative ale unui fals.

Cercetarea în domeniul autentificării automate pe baza amprentei biocinetice a semnăturii umane, este un domeniu alternativ în sfera biometriei, recent abordat. Eforturile vizează dezvoltarea tehnologiilor de autentificare necesare societății informaționale. Semnătura olografă este folosită ca mijloc cvasiuniversal de identificare și autentificare a persoanelor alfabetizate. De aceea metodele de autentificare bazate pe amprenta biocinetică a semnăturii sunt naturale, firești și neintruzive.

Există puține studii în literatura de specialitate care să se refere la autentificare pe baza amprentei biocinetice. în principal, există câteva brevete pe această temă. Nu se cunoaște până în prezent existența unor aplicații comerciale bazate pe senzori de accelerație, realizați prin nanotehnologie MEMS și care să utilizeze principiile și metodele prezentei invenții, implementate în scopul autentificării semnăturii. Problema a fost abordată exclusiv la nivel de laborator și puțin cercetată până în prezent pe plan mondial.

Există brevetate sisteme de autentificare ce analizează caracteristici statice și/sau dinamice ale semnăturii olografe. Cele care analizează caracteristicile dinamice sunt mai performante decât cele ce analizează numai caracteristicile statice.

în prezent există aplicații comerciale în domeniul autentificării prin analiza semnăturii olografe, utilizând metode și tehnologii diferite de cea propusă de prezenta invenție: tableta electronică grafică, scanarea și recunoașterea grafică, captarea dinamică de imagini grafice cu senzori CCD, cu scriere pe hârtie inteligentă bazată pe markeri de poziționare. Aceste soluții mențin unele din dezavantajele menționate în cazul expertizei grafice umane, și anume:

- informația supusă analizei este prelevată doar de la nivelul planului hârtiei și reflectă, unilateral, doar efectele grafice ale acțiunii subiectului;

- mărimile fizice viteză, accelerație, presiune sunt deduse indirect, prin procedee ce implică un mare grad de aproximare;

- este ignorată informația spațială corespunzătoare cineticii complexe a mișcărilor transmise uneltei de scriere prin gesturi reflexe dobândite, prin geometria specifică a mâinii și prin interacțiuni neuromotoare de tip sinaptic.

în plus, soluțiile amintite introduc dispozitive adiacente dedicate: tableta electronică grafică, hârtie inteligentă, scanner, crescând astfel costurile și complexitatea utilizării.

în domeniul autentificării biometrice pe baza amprentei biocinetice a semnăturii olografe se cunosc câteva brevete ce descriu sisteme și metode tangente cu prezenta invenție, prin natura mărimilor fizice analizate sau prin felul cum acestea sunt achiziționate și procesate. Cităm ca referință pentru comparare și definirea revendicărilor prezentei invenții două

RO 121497 Β1 dintre acestea, considerate relevante: brevetele US 4128829 - (Herbst et al.) și 6236740 - 1 (Lee et al.).

în brevetul US 4128829 - (Herbst et al.), informațiile sunt generate de doi senzori de 3 accelerație dispuși ortogonal în pix și un senzor de presiune axială. Digitizarea informațiilor are loc într-un modul exterior pixului, cu o rezoluție de 8 biți. Comparațiile între semnături se 5 efectuează prin segmentarea informațiilor și căutarea porțiunilor de corelație încrucișată maximă. Decizia finală este de tip prag și stabilește acceptarea sau rejecția în funcție de 7 situarea valorii răspunsului corelației față de un prag arbitrar (0.8) ales. Decizia este luată în urma comparației între semnătura de intrare și specimenul subiectului vizat. 9 în acest brevet se mențin următoarele dezavantaje:

- este ignorată informația corespunzătoare cineticii spațiale complexe a mișcărilor 11 transmise uneltei de scriere, deoarece senzorii de accelerație sunt amplasați la nivelul unui plan unic;13

- informația corespunzătoare interacțiunii neuromotoare de tip sinaptic este pierdută, pe de o parte, deoarece Herbst susține că feedback-ul neuromuscular se realizează exclusiv15 prin traseul lent mușchi-creier-mușchi, ignorând efectele reflexului sinaptic local, la nivelul biofuncțional al mâinii și, pe de altă parte, deoarece parametrii de achiziție și postprocesare17 ai sistemului său nu permit achiziția informației specifice reflexului sinaptic;

- utilizarea unui senzor axial de presiune recâștigă parțial și indirect informația cores-19 punzătoare interacțiunii neuromotoare de tip sinaptic pierdută, dar introduce dezavantaje specifice cum ar fi detectarea inconsistentă a momentelor de contact cu hârtia de scris, 21 variabilitatea presiunii în funcție de: poziția de scriere, tipul hârtiei, etc.;

- metoda de decizie tip prag este inflexibilă la variabilitatea naturală a semnăturii și, 23 mai mult decât atât, nu se poate calcula un prag general valabil, el diferind de la subiect la subiect. 25 în brevetul US 6236740 - (Lee et al.), informația de intrare analizată este generată pe parcursul efectuării a două acțiuni: semnătura, și efectuarea de către subiect a unui set 27 impus de cifre: de la 0 la 9 în cazul specimenelor și a cifrelor prin care se exprimă data curentă, în cazul semnăturilor ce urmează a fi autentificate. Sunt analizate informațiile cap- 29 tate de doi senzori de presiune, amplasați în pix astfel încât, prin elemente mecanice, sunt prelevate semnale electrice proporționale cu presiunea exercitată în vârful de scriere. Cele 31 două semnale produse de senzori reprezintă descompunerea presiunii pe două direcții ale pixului: axială și laterală. Digitizarea informațiilor are loc într-un modul exterior pixului. 33 Analiza informațiilor se face asupra unui parametru definit prin raportul momentan al celor două presiuni, numit unghi relativ de înclinare și considerat relevant pentru a diferenția 35 semnăturile. Metodele de analiză și decizie se efectuează prin evaluarea tip prag adaptativ a rezultatului comparării dintre semnătura de intrare și mai multe specime ale subiectului 37 vizat, incluzând cifrele impuse. Metodele de analiză combină segmentarea informației și evaluarea globală a acesteia. 39 în acest brevet se mențin următoarele dezavantaje:

- este ignorată informația corespunzătoare cineticii plane și spațiale a mișcărilor 41 transmise uneltei de scriere prin inexistența senzorilor de sesizare a deplasărilor pixului.

Informația corespunzătoare deplasărilor pixului pe hârtie se transpune indirect și 43 aproximativ în informațiile reprezentate de presiuni, ceea ce explică și păstrarea unei anume funcționalități;45

- elementele constructive mecanice cu funcțiuni directe asupra senzorilor scad în principiu fiabilitatea soluției;47

- digitizarea semnalelor electrice ce conțin informațiile supuse analizei în exteriorul pixului creează posibilitatea afectării acestora de perturbați! externe;49

RO 121497 Β1

- utilizarea senzorilorde presiune evidențiază aproximativ, parțial și indirect informația corespunzătoare interacțiunii neuromotoare locale de tip sinaptic și totodată introduce dezavantaje specifice cum arfi detectarea inconsistentă a momentelor de contact cu hârtia de scris, variabilitatea presiunii în funcție de poziția de scriere, tipul hârtiei etc.;

- metoda de analiză și decizie se efectuează prin evaluarea rezultatului comparării dintre semnătura de intrare doar cu specimenele subiectului vizat.

Se mai pot cita cererea de brevet WO 9812661 și brevetul US 6897854. Cererea de brevet WO 9812661 prezintă o metodă și un dispozitiv pentru validarea semnăturii personale. Pentru înregistrarea analiza și validarea unei semnături personale, semnătura este înregistrată prin intermediul unui dispozitiv de scriere prevăzut cu un detector de mișcare pe mai multe axe. Se generează un flux de date al mișcării dispozitivului de scriere prevăzut cu un detector de mișcare pe două axe, un flux de date pentru mișcarea dispozitivului de scriere cu șase grade de libertate, un flux de date referitoare la presiunea exercitată asupra suprafeței de scriere și o funcție de ceas.

Fluxurile de date sunt transmise la un dispozitiv de procesare de date, pentru analiză și transformare în formate compilate, care sunt memorate într-o bază de date. O semnătură personală nou înregistrată este validată prin comparare cu o semnătură personală autentificată, care a fost memorată în baza de date.

Metoda de validare a unei noi semnături constă în transformarea fluxurilor de date ale acestei semnături în formate compilate de date, care sunt memorate în fișiere. Conținuturile acestora sunt comparate cu conținuturile fișierelor bazei de date și cu semnătura validă autentică. Se folosește o tabelă electronică grafică și de presiune a dispozitivului de scriere. Dispozitivul electronic de scriere constă într-un pix cu vârf de scriere și un detector al mișcărilor de scriere cu șase grade de libertate.

Față de acest document, metoda și dispozitivul conform invenției prezintă un mod de achiziție a datelor, cu analiza informației de control, folosind metode statistice. Dispozitivul prezentat conform invenției conține două grupuri de senzori MEMS de accelerație pentru obținerea informației de contact cu foaia de hârtie și informației cinetice spațiale a semnăturii.

Brevetul US 6897854 prezintă un pix electric, care cuprinde un dispozitiv de detecție optic tridimensional, care se folosește pentru detecția unghiurilor de orientare ale liniei centrale a pixului relativ la masă și înălțimea pixului deasupra suprafeței de scris, un accelerator pe trei axe pentru detectarea unei mișcări a pixului, dar mijloacele de transmitere a informației detectate și dispozitivul de post-procesare nu sunt incluse în pix. Transmisia informației se face prin RF. Metoda de detectare constă în detectarea unghiurilor de orientare în trei dimensiuni a pixului față de suprafața de scriere și înălțimea față de aceasta și detectarea unei mișcări a pixului, transmiterea unghiurilor de orientare și informațiilor de înălțime și mișcare către un microprocesor pentru determinarea poziției vârfului pixului și transmiterea informației de poziție către un dispozitiv terminal folosind mijloace de comunicare în RF. Nu se face referire la modul de procesare și post-procesare ulterioară a datelor culese.

Metodele de analiză, comparare și evaluare din invențiile prezentate se aplică doar între semnătura de intrare și specimenul subiectului vizat. Se ignoră astfel principiul stabilirii apartenenței la o clasă și prin modul de diferențiere și de relaționare față de totalitatea celorlalte clase, respectiv compararea și cu specimenele altor subiecți.

Prezenta invenție înlătură dezavantajele menționate prin noul concept de realizare a dispozitivului de achiziție privind natura, semnificația și decelarea informațiilor complexe ce sunt generate pe parcursul efectuării semnăturii, prin integrare funcțională a subsistemului ce alcătuiește dispozitivul de achiziție într-un sistem informatic de autentificare.

RO 121497 Β1

Metodele algoritmice și procedurile implementate în sistemul informatic de autentifi-1 care prin programe specifice, indisolubil conexate cu natura și semnificația informațiilor de intrare procesate, aplică principii încă neutilizate în domeniu și îmbunătățesc metodele princi-3 piilor deja aplicate.

Principalul impediment care a menținut lipsa aplicațiilor cu potențial comercial, bazate5 pe analiza biocinetică spațială, a fost până de curând lipsa tehnologiilor necesare, și anume lipsa unor senzori MEMS de accelerație (http://www.memsnet.ore), suficient de miniaturizați7 și de performanți, pentru o captare satisfăcătoare a accelerațiilor complexe produse de mână uneltei de scris, în timpul utilizării. Din punct de vedere al costurilor privind achiziția informa-9 ției prin senzori tip accelerometru, până în 2002, acestea se situau mult peste limitele eficienței comerciale pentru un singur canal de achiziție, pentru a obține informație de calitate 11 fiind necesare mai multe canale de achiziție. Din acest punct de vedere, al eficienței comerciale, senzorii de accelerație MEMS permit conceperea de dispozitive/sisteme de achiziție 13 la prețuri competitive. La sfârșitul anului 2001, Centrele de Cercetare în Nanotehnologie MIT și Analog Devices au realizat și lansat în producție un senzor de accelerație MEMS cu per- 15 formanțe calitate-preț superioare, motiv pentru care a fost demarată acțiunea de cercetare prin care a rezultat obiectul prezentei invenții, vizând utilizarea acestui nou tip de senzor. Un17 alt proiect de cercetere, XWPEN, bazat pe aceeași tehnologie (din punct de vedere al senzorilor utilizați), aflat în cercetare la laboratoarele Microsoft Hardware Research, cu altă aplica-19 ție (terminal pentru introducerea textului prin scriere naturală), fără revelarea publică a elementelor tehnice specifice, viza obținerea de rezultate aplicabile la sfârșitul anului 2004.21

Sensibilitatea senzorilor nanotehnologici MEMS este de ordinul mg, cu un factor de zgomot de ordinul pg/νΉζ (g = accelerația gravitațională). Prin buna sensibilitate și prin 23 caracteristicile de răspuns în frecvență, acești senzori întrunesc condițiile pentru a fi incluși în concepția noilor dispozitive/sisteme de captare a celor mai fine componente informaționale 25 ale amprentei biocinetice a semnăturii olografe. Se menționează că în prezenta invenție sunt utilizate module senzoriale MEMS, care prin construcție integrează fiecare câte doi senzori 27 de accelerație, amplasați ortogonal unul față de altul.

în cadrul prezentului sistem, ansamblul mișcărilor necesare efectuării semnăturii olo- 29 grafe transmise dispozitivului de scriere definesc amprenta cinetică a respectivei semnături și implicit a persoanei. Amprenta cinetică conține structuri informaționale specifice persoanei 31 care le efectuează. Complexitatea mare a acestor structuri informaționale, prin dinamica și variabilitatea la context a parametrilor fizici ce le-ar putea modela, face practic nedetermina- 33 bil un model stabil de definire a metricilor. Formele și urmele grafice lăsate pe hârtie pot fi considerate o proiecție conjuncturală și incompletă, în planul hârtiei, a ansamblului acestor 35 mișcări, având funcția de feedback vizual reflex, necesar pentru efectuarea acțiunii mentale propuse - semnătura. 37

Hârtia de scris este alcătuită, printre altele, din microfibre de celuloză a căror dispunere aleatoare creează, la nivel microscopic, denivelări. La nivel macroscopic, distribuția în 39 planul hârtiei a acestor denivelări este constantă, această proprietate fiind impusă de procesul tehnologic de realizare a hârtiei, prin standardele din domeniu. în procesul scrierii, dato- 41 rită interacțiunii dintre hârtie și extremitatea utilă a uneltei de scris, apare un fenomen de cvasirezonanță mecanică, cu frecvențe ce depind de viteza de scriere, manifestat prin micro- 43 vibrații mecanice. Aceste microvibrații se transmit și în corpul uneltei de scris. Cu cât fenomenul tinde spre rezonanță armonică, cu atât procesul scrierii devine mai facil. Pentru exem- 45 plificare, acest fenomen se poate constata prin zgomotul acustic specific emis în procesul scrierii; putem scrie între extremele uns sau sacadat-nehotărât, fapt care evidențiază pre- 47 zența sau absența cvasirezonanței mecanice.

RO 121497 Β1

Pe parcursul scrierii, modelul mental al simbolurilor grafice specifice, combinat cu geometria biomecanică a mâinii, impune o viteză momentană variabilă. Efectul acestei variații de viteză tinde să amortizeze cvasirezonanța anterior atinsă. în acest context, acțiunea reflexului sinaptic neuromuscular (Basal Ganglia & Motor Control for JA2084, Malcom Lidierth, Nov 2004, Universty of London- Academic Department of Anatomy and Human Sciences JA 2084 Fundamentale of Neuroscience) devine efectivă prin producerea de microacțiuni biomecanice în sensul reintrării în starea de cvasirezonanțâ. Acest mecanism de adaptare are loc, în mod inconștient, la orice variație a vitezei momentane. Ciclul neuromotor sinaptic este generatorul microacțiunilor de adaptare și are o durată de ordinul milisecundelor, iar bucla de reglare necesită câteva cicluri pentru atingerea unei cvasistabilități momentane, respectiv 20-60 ms. Fenomenul corespondent în biomecanică poartă denumirea de force-feedback (http://www.hitl.washington.edu/scivw/scivw-ftp/citations/ForceFeedback-3.95).

Microacțiunile biomecanice generate de reflexul sinaptic sunt transmise vârfului de scriere prin corpul pixului, în sensul redobândirii microvibrațiilor cvasirezonante necesare unei scrieri facile. Microvibrațiile sunt transmise prin elementele constructive ale pixului, special concepute în acest scop, și captate în mod orientat de cei doi senzori de accelerație plasați ortogonal în fiecare modul MEMS. Microacțiunile biomecanice sunt decelate de celelalte acțiuni cinetice specifice scrierii prin metodele de filtrare a microvibrațiilor. Evaluările variantei microacțiunilor, prin metode algoritmice ce vorfi descrise, pun în evidență o categorie esențială de invarianți generatori de pattem^H-uri specifice semnăturii fiecărui subiect. Invarianții respectivi sunt expresia pattem-urilor semnalelor bioelectrice neuromotoare ale reflexelor sinaptice. Presiunea este o expresie derivată și aproximativă a fenomenului descris și totodată grosier integrată prin histerezisul specific senzorilor de presiune, de aceea nu este utilizată ca principiu în această invenție.

Pe lângă rolul descris, detecția microvibrațiilor servește, după cum va fi descris în metoda algoritmică, și la stabilirea momentelor de startare și de finalizare a semnăturii, precum și a momentelor de pauză intermediară din parcursul semnăturii. Pentru evitarea falselor detecții de start, sunt introduse procedura și mecanismul necesare analizei informației de context, prin care, pe baza unei informații de natură optică, se stabilește dacă pixul este sau nu în poziție de scriere, evitând astfel falsa interpretare a vibrațiilor accidentale generate de mânuirea pixului anterior semnăturii.

Amprenta biocinetică spațială este prelevată fizic prin achiziția amplitudinilor accelerațiilor eșantionate simultan în mai multe puncte ale axei principale a dispozitivului de scriere, facilitând astfel și captarea componentelor centripete spațiale ale balansării față de centrul dinamic și virtual al mișcărilor ritmice de balans necesare scrierii. Digitizarea informațiilor se face cu o rată de eșantionare suficient de mare pentru a capta frecvențele proprii mișcărilor cu caracter reflex dobândit necesare scrierii (2-10 Hz) și totodată pentru a capta și frecvențele specifice ciclurilor neuropsihomotoare locale- reflexul sinaptic (10-50 Hz). Prin metodele de filtrare ale componentelor corespunzătoare vibrațiilor, se rețin în semnalele digitizate forme specifice ciclurilor sinaptice. Amprenta biocinetică digitizată va conține combinații compuse de invarianți specifici gesturilor și reflexelor caligrafice dobândite, invarianți specifici fiziologiei mâinii, reflexelor sinaptice și, nu în ultimul rând, invarianți specifici personalității celui care efectuează semnătura.

Caracterul biometric al acestor invarianți este dovedit, proiecția lor la nivelul hârtiei constituind informația de intrare pentru expertiza grafologică. Achiziția și analiza amprentei biocinetice spațiale, precum și invarianții determinați de combinarea informațiilor biocinetice generează seturi de informații ce permit o analiză mult mai cuprinzătoare a autenticității semnăturii, față de situația clasică în care doar o categorie informațională - în mod clasic, urmele

RO 121497 Β1 lăsate la nivelul hârtiei - este supusă analizei. Seturile de serii de invarianți impliciți sau rafi- 1 nați și seturile de semnale primare sau derivate, obținute după metode ce vor fi descrise în continuare, constituie o decriptare sintetică a structurii informaționale inițiale a semnăturii. 3 Gradul de acuratețe al decriptării este dependent de sensibilitatea subsistemului de achiziție și de profunzimea rafinării analizei semnalelor ce compun amprenta cinetică a semnăturii. 5 Răspunsul final al sistemului se reflectă în acuratețea metodelor de comparare și este dependent de stabilitatea semnăturilor. 7

Avantajele acestui sistem față de alte sisteme și metode de autentificare sunt:

- o corelație strânsă între persoană și informațiile analizate (caracteristicile dinamice 9 ale semnăturii sunt proprii unei persoane și nu pot fi falsificate cu ușurință). Aceste caracteristici sunt corelate cu exprimarea liberei voințe a celui ce își dă acordul prin semnătură. 11 Faptul că omul nu posedă, în mod natural, organe de simț specializate pentru percepția accelerației cu dinamică rapidă, face dificilă orice analiză și reproducere conștientă, corelată 13 doar cu aspectul grafic, în scopul falsificării;

- studiile psihologice arată că efectuarea de acțiuni cu efecte perceptibile imediat de15 subiect, printre care și semnătura, reprezintă un mecanism natural autoproiectiv al individualității față de terți. Din acest motiv, subiectul cu identitate corectă și cu interes real de auten-17 tificare nu va considera sistemul ca intruziv;

- modalitatea de autentificare prin analiza semnăturii olografe, pe baza aspectului grafic,19 a deducerii profilului presiunii de scriere sau a deducerii accelerațiilor din variația grosimii simbolurilor grafice) este deja folosită și este considerată mai puțin intruzivă decât alte modalități21 de autentificare (scanarea irisului, amprente, test ADN)-(http://www.biometricgroup.com);

- achiziția informațiilor biocinetice se face cu ajutorul unui dispozitiv conceput similar 23 unui pix uzual ca formă și mărime, ce include pe lângă structurile cinematice senzoriale și blocul de microcontrolere pentru digitizarea și transmiterea datelor spre nivelurile fizice ce 25 găzduiesc metodele de procesare algoritmică;

- nu necesită realizarea semnăturii pe dispozitive-suport special concepute în acest 27 scop (tableta grafică) sau pe hârtie inteligentă cu markeri de navigare incluși în hârtie (ca în cazul Anoto Pen de exemplu), semnătura se execută în mod natural, pe orice tip de docu- 29 ment uzual pentru scris;

- preluarea informațiilor în sistem este concepută și bazată pe sisteme senzoriale din 31 sfera nanotehnologiilor - accelerametre MEMS - punând în valoare beneficiile acestora: fiabilitate și acuratețe bună, dimensiuni și preț minime; 33

- metoda de detecție a începutului și sfârșitului semnăturii este bazată pe informația corespunzătoare microvibrațiilor de contact, analizată în paralel cu informația de context; 35

- funcționarea sistemului în regim de autentificare implică activarea bazei de date inițiale, necesară aplicării metodei ce implementează și principiului stabilirii apartenenței la 37 o clasă prin modul de diferențiere și de relaționare față de totalitatea celorlalte clase. In contextul acestei metode, o clasă este constituită de specimenele unor subiecți virtuali și repre- 39 zentativi pentru culturile ortografice vizate;

- metodele (algoritmii) de procesare, analiză și comparare a informațiilor sunt în 41 număr de două, SRA1 și SRA2, și sunt independente între ele prin principiile algoritmice și de preprocesare a datelor. Rezultatele celor două metode independente constituie intrări 43 pentru metoda de decizie finală și, totodată, feedback pentru o eventuală îmbogățire și actualizare a bazei de date curente cu semnături. Informațiile ce fac obiectul acestor metode 45 sunt structuri de date rezultate din compunerea și preprocesarea informațiilor cinetice spațiale, a informațiilor de contact ce descriu microacțiunile biomecanice generate de reflexul 47 sinaptic, și a informațiilor ce delimitează semnătura;

RO 121497 Β1

- metoda de ajustare a nivelului încrederii în sistem și de reducere a timpului de răspuns al sistemului, realizată prin translatarea și implementarea principiilor matematice de control statistic al erorilor din domeniul controlului calității.

Răspunsul sistemului este relațional în mod intrinsec, prin metodele de analiză și comparare utilizate, cu totalitatea specimenelor de semnături existente în baza curentă de comparație. Se respectă astfel principiul stabilirii apartenenței la o clasă prin modul de diferențiere și de relaționare față de totalitatea celorlalte clase, respectiv prin compararea semnăturii de intrare cu specimenele tuturor celorlalți subiecți din baza curentă, minimizând astfel dependența sistemului de specificitatea cultural-ortografică a populației unde este utilizat. Totodată, prin această metodă se elimină dezvantajele deciziei bazate pe evaluarea autenticității prin prag global sau adaptativ specifice altor invenții din domeniu.

în continuare, invenția va fi descrisă în detaliu, cu referire și la figuri, care reprezintă:

- fig. 1, structurarea fizică a sistemului de autentificare;

- fig. 2, structurarea funcțională a sistemului de autentificare;

- fig. 3, topologia subsistemului 1 - de scriere și conversie digitală în format electronic a amprentei cinetice (pix);

- fig. 4, diagrama fluxului de informație în subsistemul 1;

- fig. 5, diagrama procesului de achiziție a semnăturii de către subsistemul 2;

- fig. 6, fereastra interfeței de monitorizare a achiziției;

- fig. 7, diagrama procesării datelor în metoda de determinare start-stop;

- fig. 8, diagrama automatului cu stări - metoda start - stop;

- fig. 9, scenariul etapelor de înregistrare a unui subiect în sistem;

- fig. 10, scenariul etapelor de autentificare a unui subiect;

- fig. 11, SRA1 - conversie și comparație semnături;

- fig. 12, SRA1 - diagrama de definiție invarianți pentru n = 3;

- fig. 13, SRA2 - conversie și comparație semnături;

- fig. 14, metoda de filtrare pentru SRA2;

- fig. 15, SRA2 - împărțirea unui semnal în tronsoane.

Sistemul este compus din cinci subsisteme de procesare a informației, ierarhizate pe trei niveluri fizice, concepute pentru digitizarea, achiziția, procesarea, analiza și autentificarea amprentei biocinetice a semnăturii olografe. în fig. 1 sunt prezentate conexiunile funcționale ale subsistemelor descrise în continuare.

Nivelul 1 NI: corespunde Subsistemului S1 și este concretizat prin două entități indisolubile: dispozitivul de scriere și ansamblul informatic cinetic.

Funcțiile Subsistemul 81:

Dispozitivul de scriere are funcțiuni asimilabile unui pix uzual, precum și funcțiile de realizare a căilor de transmitere a informațiilor primare (amprenta cinetică a semnăturii și informația de context) către ansamblul informatic-cinetic;

Ansamblul informatic-cinetic, localizat în pix, are funcțiile de achiziție, conversie digitală în format electronic a amprentei cinetice și a informației de context, codarea în format specific și transmiterea acestora către Nivelul N2.

Nivelul (N2): Aplicația Client” este concretizată prin Subsistemul S2 și Subsistemul $3 integrate într-un calculator personal. Prin natura sa, calculatorul alocă în regim secvențial sau paralel resursele hardware către metodele și algoritmii implementați în Nivelul N2, alcătuind astfel Subsistemul S2 și Subsistemul S3, care au următoarele funcțiuni:

Funcțiile Subsistemului S2:

1. Realizează achiziția datelor transmise de pix, prin decodarea pe canale a informațiilor amprentei cinetice și de context.

RO 121497 Β1

2. Determină momentele de început și de sfârșit ale semnăturii.1

Funcțiile Subsistemului S3:

1. Alegerea regimurilor de lucru: Administrare, Testare, Autentificare.3

2. Interfațarea cu utilizatorul, specifică regimului ales.

3. Gestionarea locală a rezultatelor comparațiilor semnăturilor și altor informații trans-5 mise de la nivelul S3.

4. Monitorizarea grafică a amprentei cinetice a semnăturilor.7

5. Transmiterea în rețea, spre Nivelul N3, a informațiilor memorate temporar.

în cadrul unei rețele pot fi mai multe Nivelul N2 (client) și un singur Nivelul N3 9 (server).

Nivelul N3 este concretizat fizic printr-un calculator multiprocesor (server) conectat 11 în rețea cu toate subsistemele de Nivel N2. Prin natura sa, calculatorul multiprocesor alocă în regim secvențial sau paralel resursele hardware către metodele și algoritmii implementați 13 în Nivelul N3, alcătuind astfel Subsistemul S4 - și Subsistemul SS - care au următoarele funcțiuni: 15

Funcțiile Subsistemului S4:

1. Generează și gestionează global baza de date: subiecți de test, subiecți reali, sem-17 nături procesate specific algoritmilor de comparare (specimene, originale acceptate, originale respinse), matrice cu rezultatele comparațiilor, fișiere utilitare.19

2. Declanșează și gestionează actualizarea specimenelor pe baza istoriei acumulate, prin evaluarea originalelor validate și a specimenelor precedente, pe baza dispersiei distan-21 țelor între acestea. Această funcție este necesară, deoarece caracteristicile dinamice ale semnăturii pot fi influențate de factori biofizici și psihici și suferă transformări în timp.23

Funcțiile Subsistemului S5:

1. Procesează informațiile cinetice preluate din Nivelul N2, prin filtrare, extragere de 25 invarianți, ponderare, compactare, alte funcții specifice.

2. Conține și rulează efectiv agoritmii dedicați de comparare. Evaluează matricele de27 rezultate în funcție de comenzile primite din Nivelul N2.

3. Efectuează votul între rezultatele algoritmilor de comparare și ia decizia pe care 29 o transmite Subsistemul S4 pentru înregistrare și Nivelului N2 pentru afișare.

Interconexiunile funcționale și fizice între subsisteme/niveluri sunt realizate prin 31 tehnologii cunoscute, de conversie, transfer, alocare dinamică de resurse fizice, specifice sistemelor informatice computerizate. Realizarea și gestionarea acestora revine sistemelelor 33 de operare, platformelor de limbaj utilizat penru implementarea metodelor și BlOS-urilor (Basic Imput Output Sistems) rezidente în calculatoarele ce alcătuiesc sistemul de 35 autentificare.

Subsistemul S1 - pixul, are dimensiuni și funcțiuni asimilabile unui pix uzual, plus ele- 37 mentele și funcțiunile necesare preluării, digitizării amprentei biocinetice și a informației de context și apoi, transmiterea acestora către Nivelul N2. El are forma din fig 3. Este alcătuit 39 din:

1. Carcasă metalică 1 cu formă specifică, necesară utilizării cvasiorientate față de 41 hârtie și asigură următoarele:

- Suport de montare pentru PCB (Printed Circui Board) 2. PCB face parte din 43 componentele subsistemului informatic - cinetic, prin funcțiile realizate, ce vorfi descrise la prezentarea acestuia; 45

- Ecranare electromagnetică a semnalelor electrice slabe, din subsistemul informatic- cinetic, împotriva perturbațiilor electromagnetice externe; 47

RO 121497 Β1

- Ergonomie specifică pentru obținerea unei poziționări cvasistatice inițiale, la momentul de start al semnăturii, în domeniul -0.25 g/+0.25 g a senzorilor de accelerație față de oricare axe ortogonale din planul cvasiorizontal al hârtiei de scris;

- Construcție specifică pentru a realiza, prin montarea tensionată a minei de scris 3, calea mecanică de transmitere a microvibrațiilor generate de deplasarea minei pixului peste microfibrele de celuloză ale hârtiei, la senzorii de accelerație, sub influența mișcărilor specifice ale mâinii celui care semnează. Capătul de scriere al carcasei metalice conține, prin forma specifică, canalul de ghidare al minei de scris și fereastra ce realizează calea optică a emițătorului IR (Infra Red”) 4 și receptorului IR C.

2. Mina pixului 3 este o mină uzuală scurtă, având corpul rezervor din material plastic și capul de scriere metalic. Mina este tensionată mecanic, prin instalare în spațiul aferent al ansamblului carcasei metalice, cu sprijin pe PCB (Printed Circuit Board) 2, în scopul transmiterii microvibrațiilor la senzori, prin ansamblul PCB 2. Vârful minei este poziționat pe aceeași axă formată de centrele modulelelor de senzori MEMS, A și B, axă care este în același timp axa ansamblului carcasei metalice.

Hârtia de scris 5 este uzuală. Denivelările microscopice ale fibrelor de celuloză au o distribuție suficient de uniformă raportată la suprafața necesară scrierii unui caracter sau simbol grafic. Informațiile conținute în vibrația generată de contactul dintre mina pixului și hârtie contribuie la alcătuirea amprentei biocinetice a semnăturii persoanei care utilizează pixul.

Ansamblul informatic-cinetic al subsistemului S1 este integrat în pix și este astfel conceput încât să realizeze spațial, prin 5 canale distincte (4 canale pentru accelerații - ax, ay, bx, by, și un canal pentru informația de context), conversia, achiziția și transferul, în timp real, spre Nivelul N2, a informațiilor cinetice și a informației de context pozițional față de hârtia de scris. Numărul pixurilor SI cuplate în sistem poate fi mai mare de unul și este limitat doar de capacitatea de procesare a informației de pe Nivelul N3. Un subsistem de Nivel N1 (un pix) funcționează ca periferic unic al unui Nivel N2.

Ansamblul informatic-cinetic este format din:

1. Ansamblul PCB-placheta circuit imprimat 2 - cu topologie și grosime specifice pentru a realiza funcția de preluare a microvibrațiilor mecanice generate de interacțiunea subiectului cu hârtia și funcția de transfer optim a variantei spațiale a mișcărilor mâinii, în scopul transmiterii către senzorii de accelerație.

2. Microsisteme de senzori de accelerație MEMS A, respectiv B. Fiecare microsistem MEMS conține câte doi senzori de accelerație dispuși ortogonal. Poziționarea microsistemelor de senzori de accelerație este realizată astfel incât să se obțină optimul de sensibilitate din punct de vedere al achiziției componentelor cinetice centripete și de translație ale accelerației, relativ la centrul ipotetic al mișcărilor și respectiv la planul hârtiei, precum și pentru achiziția microvibrațiilor (informațiilor de contact). Semnalele analogice generate de senzori sunt filtrate în scopul limitării benzii de răspuns la aproximativ 100 Hz.

3. Emițătorul de lumină IR (Infra Red) 4 emite o rază cu o lungime de undă de aproximativ 800 nm. Aceasta iluminează în IR hârtia de scris. Receptorul de lumină IR C preia prin reflexie de pe hârtia 5 o cantitate de flux luminos IR proporțională cu distanța până la hârtie șl, prin intermediul comparatorului analogic din microcontroler 6, se realizează funcția de evaluare tip prag a distanței între mina pixului și hârtie.

4. Microcontroler 6 pentru achiziția informațiilor transmise de senzori. Captarea, digitizarea și transferul informațiilor conținute în amprenta biocinetică se realizează sub controlul unui program tipic (firmware ASM), ce gestionează funcționarea componentelor principale integrate în microcontroler:

RO 121497 Β1

- Convertor Analog-Digital tip SAR (Successive-Approximation-Register), de 10 biți; 1

- Multiplexor analogic;

- ALD (Aritmetic/Logic Unit) tip RISC (Reduced Instruction Set Computer), 83 biți/cuvânt;

- Memoria;5

- Comparator analogic;

- UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter).7

Programul din microcontroler este conceput astfel încât să corespundă optim cu plaja de variație a fenomenelor fizice și neuromotoare biocinetice, rezultând în acest sens urmă- 9 torii parametrii electrici generali necesari principiului de achiziție:

- Numărul de canale analogice de achiziție a informației provenite de la senzorii de 11 accelerație, amplasați conform topologiei descrise, este de patru;

- Frecvența de eșantionare pe fiecare canal a informației analogice = 100013

Samples/Secundă;

- Rezoluția convertorului ADC = 10 Biți;15

- Referințele de tensiune sunt rațiometrice;

- Intervalul permis de variație a amplitudinii semnalelor electrice corespunzătoare 17 accelerațiilor, față de 0 g = +/-1.5 g;

- Frecvența ceasului ALU = 8 MHz;19

- Numărul de canale de achiziție a informației provenite de la senzorul de distanță prag față de hârtie C = 1;21

- Boud Rate UART= 115.2 Kb.

5. Microsistem integrat 7 de conversie și transmisie a datelor achiziționate spre 23 Nivelul N2, în protocol și format USB.

6. Cablu de conexiune USB 8 a Nivelului N1 cu Nivelul N2. Conexiunea este realizată25 prin cablu din trei motive principale: pentru evitarea scanării neautorizate a informațiilor transmise spre Nivelul N2, în scop de retenție a dispozitivului în cazul utilizării publice și pentru 27 o mentenanță facilă (exclude utilizarea bateriilor). Grosimea (Diam. =2,5 mm) și flexibilitatea cablului (Rc = 5 mm) au fost alese încât să influențeze minim amprenta biocinetică a 29 semnăturii.

Achiziția spațială a structurii informaționale a amprentei biocinetice și a variantei 31 acesteia se realizează prin captarea semnalelor celor patru senzori MEMS de accelerație inerțiali. Aceștia sunt constructiv integrați câte doi, ortogonal, și amplasați prin topologia PCB 33 în două locații specifice A și B, ce coincid pe fig. 3 cu senzorii de accelerație MEMS A, respectiv B. Grupul MEMS A și grupul MEMS B sunt poziționați astfel: 35

- Axa de sensibilitate x a grupului A coincide ca direcție și sens cu axa de sensibilitate x a grupului B, respectiv axa de sensibilitate y a grupului A coincide ca direcție și sens cu 37 axa de sensibilitate y a grupului B; Axele de sensibilitate x și y ale accelerometrelor corespund axelor geometrice ale capsulei acestora. 39

- Cele două perechi de senzori MEMS de accelerație, A și B, sunt dispuse având fiecare masa inerțială plasată pe o aceeași axă comună cu vârful minei de scris;41

- Distanța Ds între centrul lui A și centrul lui B este mai mare de 30 mm, pentru a evidenția componentele centripete ale mișcării spațiale;43

- Distanța d, între vârful minei de scris și grupul A, este mai mare de 15 mm, fiind suficientă pentru evidențierea informației cinetice la nivelul hârtiei;45

- Grupele MEMS A și B sunt amplasate în planuri paralele între ele și cvasiparalele cu planul hârtiei de scris, pentru a permite evidențierea, deducerea și extragerea componen- 47 telor mișcării centripete spațiale a axei pixului;

RO 121497 Β1

Axa pixului intersectează planurile paralele determinate de axele x și y ale grupurilor A și B sub un unghi fix a egal cu 45*. în poziție cvasistaționară, imediat înaintea începerii semnăturii, planurile de sensibilitate ale modulelor MEMS A și B sunt cvasiparalele cu planul hârtiei datorită formei orientate a pixului. Tot datorită formei orientate a pixului, rotirea acestuia în jurul propriei axe, între semnături distincte, este minimizată. Se asigură astfel un maxim de sensibilitate a senzorilor la mișcările specifice scrierii. în momentul începerii efectuării semnăturii, prin natura scrisului, apare o deviație medie momentană a axei, pe orice direcție, mai mică sau egală cu +/- un unghi β de 15’ față de poziția inițială.

Varianta momentană a accelerațiilor conține informația esențială, de aceea, poziționări diferite ale pixului, în limitele induse de construcția orientată, nu modifică esența amprentei biocinetice. Grație topologiei de amplasare a senzorilor, principiului de achiziție și formei pixului, eventualele poziționări diferite ale pixului se manifestă limitat, fără efect în varianta momentană ci, doar ca offeet global al semnăturii. Offsetul de poziționare influențează amprenta biocinetică mai puțin decât varianta naturală dintre două semnături ale aceluiași subiect. Offsetul de poziționare este efectul capabilității senzorilor MEMS de a prelua, prin proiecție pe direcția de sesizare, și accelerația statică corespunzătoare câmpului gravitațional. înclinațiile instantanee ale pixului, impuse de interacțiunea dintre planul fix de scriere și efectuarea simbolurilor semnăturii, generează accelerații prin proiecții dinamice ale câmpului gravitațional pe axele senzorilor, compuse intrinsec, în masa inerțială a senzorilor, cu accelerațiile biocinetice produse de efectuarea paternului cinetic mental.

Achiziția informației de contact, ce caracterizează secvențele invarianților conținuți în reflexul sinaptic, este asigurată de concepția elementelor pixului, astfel:

- distanța d este mai mică de 15 mm între vârful minei de scris și grupul MEMS A, suficientă pentru evidențierea informației de contact la nivelul hârtiei;

- grosimea PCB (Printed Circuit Board) 2 este mai mică de 0.5 mm, grosimea mică fiind necesară pentru ca, prin flexibilitate și elasticitate, să se asigure calea mecanică de transmitere a vibrațiilor ce caracterizează reflexul sinaptic, spre senzorii MEMS;

- masa ansamblului informatic-cinetic este mai mică de 25 g, în scopul minimizării efectelor inerțiale negative pentru transmiterea microvibrațiilor la senzorii MEMS;

- mina pixului 3 este poziționată în contact mecanic cu PCB și, totodată, montată tensionat între vârful pixului și PCB 2. Corpul rezervor al minei permite transmiterea benzii de frecvență specifică microvibrațiilor de contact ce caracterizează reflexul sinaptic;

- fixarea ansamblului informatic-cinetic în carcasa metalică este realizată prin sprijin elastic în patru puncte fixe, pentru a asigura transmiterea benzii de frecvență specifică microvibrațiilor de contact prin PCB 2 la senzorii MEMS. Punctele de sprijin fixe sunt protuberanțe ale PCB, realizate prin decupare. Dispunerea pe PCB a acestora este simetrică, câte două pe fiecare latură lungă. Dispunerea pe fiecare latură este primul punct dinspre vârful minei, la mijlocul distanței Ds, iar al doilea punct de sprijin este la o distanță Ds de poziția primului, spre capătul cu fir al pixului.

Amprenta biocinetică a semnăturii este obținută prin achiziția digitală a semnalelor, reprezentând:

- Compunerea intrinsecă a accelerațiilor corespunzătoare următoarelor trei categorii:

a) cele produse de efectuarea paternului cinetic mental, b) cele produse prin microvibrații modulate de paternul reflexului sinaptic (informația de contact), c) cele produse prin proiecții dinamice ale câmpului gravitațional pe axele senzorilor. Compunerea intrinsecă a acestor categorii de accelerație are loc pentru fiecare din cei patru senzori, generând secvențe de patemuri complexe.

RO 121497 Β1

- Setul de patru accelerații compuse, captate prin poziționarea specifică spațială a 1 senzorilor astfel încât redau cinetica spațială a mișcărilor, de la începutul semnăturii până la finalizarea acesteia, incluzând și mișcările din momentele de deplasare a pixului fără 3 contact cu hârtia.

- Informația de context preluată prin senzorul IR C. 5

Prin intermediul unui driver USB 9, subsistemul S2 achiziționează datele de la nivelul N1 prin intermediul blocului 10. Datele sunt decodificate 11 și apoi sunt stocate temporar 7 într-un tampon circular 12. Momentele de început și de sfârșit ale semnăturii sunt detectate în urma unei analize (numită în continuare analiză start-stop) 13a datelor stocate în tampo- 9 nul circular. Monitorizarea grafică a datelor achiziționate, erorilor de achiziție și a rezultatelor analizei start-stop este efectuată prin intermediul unei interfețe grafice specifice 14. La 11 detecția unui stop valid, achiziția este oprită automat și semnătura achiziționată este salvată temporar în blocul 15 și afișată prin intermediul interfeței grafice 16. Fereastra interfeței de 13 monitorizare a semnăturii curente este prezentată în fig. 6, conținând următoarele elemente semnificative: 15

- Informații referitoare la subiectul curent și la fișierul achiziției curente 17;

- Indicatori de stare ai achiziției curente 18;17

- Fereastra de monitorizare a grupului A de senzori 19;

- Semnalizarea prezenței informației de contact 20;19

- Reprezentarea grafică a accelerațiilor pe axele x și y ale grupului MEMS A 21;

- Fereastra de monitorizare a grupului B de senzori 22;21

- Semnalizarea prezenței informației de context 23;

- Reprezentarea grafică a accelerațiilor pe axele x și y ale grupului MEMS B 24;23

- Comenzi de control și gestiune a achiziției curente 25.

în urma validării achiziției semnăturii (pentru a elimina posibile perturbații externe) de25 către utilizatorul sistemului, aceasta este trimisă nivelului N3, pentru analiză.

Metoda de determinare a intervalelor în care subsistemul 1 se mișcă fiind în contact 27 cu hârtia - metoda start-stop - constă în evaluarea, conform unui procedeu propriu, a combinației dintre informația de contact determinată prin analiza semnalelor primare decodificate 29 obținute de la subsistemul SI (a semnalelor a_x și a_y) și a informației de context (distanța față de hârtie). Mișcarea pixului în contact cu hârtia generează apariția, în cadrul semnalelor 31 achiziționate, a unor componente cu o frecvență mult mai ridicată decât frecvențele proprii mișcării necesare scrierii. Aceste componente, determinate de denivelările microscopice ale 33 hârtiei, puse în evidență datorită sensibilității senzorilor și ratei de eșantionare a pixului, se regăsesc mai puternic în semnalele obținute de la senzorul A (din cauza distanței mai mici 35 față de hârtie). Pentru detectarea precisă a contactului cu hârtia, vor trebui decelate aceste componente de componentele generate de perturbațiile aleatoare ale semnalelor analogice. 37 în cadrul unei aceleiași semnături pot fi puse în evidență mai multe intervale start-stop, ce identifică intervalele din semnătură în care pixul este în contact cu hârtia. Determinarea 39 începutului și sfârșitului întregii semnături se realizează printr-o analiză globală a semnalelor achiziționate și a intervalelor start-stop detectate. Metoda are două componente majore: 41 componenta de procesare a datelor și componenta de detecție a momentelor de start și de stop. 43

Procesarea datelor primite de la senzorii MEMS A se face conform fig. 7. Fiecare grupă de eșantioane (eșantioanele semnalelor a„ și ay) este stocată într-un tampon circular 45 numit tampon date primare 26. Pentru a începe analiza datelor primare, tamponul trebuie să acumuleze un număr minim de grupe de eșantioane (echivalent a aproximativ 0.5 s) 27. 47

Procesarea datelor primare se face în timp real, pe două planuri. Această procesare este efectuată la fiecare grupă de eșantioane ale semnalelor primite de la pix. 49

RO 121497 Β1

a) Analiza informației de contact:

- filtrare semnale din tamponul de date primare 28 - se filtrează semnalele a_x și a_y stocate în tamponul de date primare, cu ajutorul unui filtru trece sus de tip FFT și se obțin două semnale care reprezintă informația de contact i1 și i2;

- analiza informației de contact 30 - se calculează varianta statistică, pe fiecare din cele două semnale generate anterior, pe ultimele 20 de eșantioane (valoare determinată experimental);

- salvare nivel informație de contact 31 - se salvează valorile variantei calculate anterior, corespunzătoare grupului de eșantioane curent, într-un tampon circular de analiză nivel variantă.

b) Analiză informație de context:

- detecție pix în poziție de scriere 29;

- salvare date în tamponul circular de analiză poziție pix 32.

Dimensiunile tamponului circular de analiză nivel variantă și ale tamponului circular de analiză poziție pix sunt determinate experimental.

Detectarea momentelor de start - stop se face conform diagramei reprezentate în fig. 8, diagramă ce descrie implementarea unui automat cu stări.

Descrierea stărilor:

Achiziționare N eșantioane 33 - se acumulează, în vederea analizei informației de contact, N eșantioane (valoarea N este influențată de parametrii start-stop determinați experimental). Trecerea din această stare în starea de evaluare moment start se face după achiziționarea a N eșantioane de date primare.

Evaluare moment start 34 - se face prin evaluarea tamponului de analiză nivel variantă și a tamponului analiză poziție pix. Detecția startului este condiționată de:

- nivelul variantei, pe semnalul i1 sau pe semnalul i2, trebuie să fie mai mare decât un nivel prestabilit (numit nivel prag al informației de contact) pe un anumit număr minim de eșantioane (numit număr minim de puncte de contact) din cadrul tamponului de analiză nivel variantă;

- pixul trebuie să fie în poziție de scriere pe un anumit număr minim de puncte (numit număr minim de puncte în poziție scriere) din cadrul tamponului circular de analiză pix.

Tranziția către starea următoare se face la detectarea startului.

c) Evaluarea momentului stop 35 - se face prin evaluarea tamponului de analiză informație de contact și a tamponului analiză poziție pix. Se verifică dacă nivelul variantei, pe semnalul i1 sau pe semnalul i2, este mai mic decât un nivel prestabilit (nivel prag al informației de contact) pe un anumit număr minim de puncte din cadrul tamponului de analiză (număr minim de puncte în care nu există contact) sau dacă pixul nu se află în poziția de scriere pe un anumit număr minim de puncte (numărul minim de puncte în poziție scriere) din cadrul tamponului circular de analiză pix.

Trecerea în starea următoare se face la detectarea unui stop. Moment stop determinat este un moment stop intern ce determină unul din intervalele în care pixul este în contact cu hârtia.

d) Evaluare moment start intern 36 - se face identic cu evaluarea momentului start, dar cu alți parametri (nivel prag al informației de contact, număr minim de puncte de contact, număr minim de puncte în poziție de scriere). Deoarece pe parcursul unei semnături pot exista mai multe momente în care pixul nu se află în contact cu hârtia, se verifică dacă stopul determinat anterior este un stop final sau doar un stop intern (care definește unul din intervalele în care pixul este în contact cu hârtia). Dacă într-un interval de timp determinat

RO 121497 Β1 experimental (pe baza măsurării timpului maxim de ridicare a pixului în timpul semnăturii), 1 nu se detectează un start intern, se consideră stopul determinat anterior, ca fiind stopul final al semnăturii. 3

Trecerea la stările următoare se face la expirarea unei temporizări (durata intervalului de timp menționat anterior) sau la detectarea unui start intern. 5

Validarea stopului 37 - semnătura achiziționată trebuie să aibă un număr minim de eșantioane, în caz contrar reluându-se procesul de la tranziția evaluare moment start. 7 Numărul minim de eșantioane este determinat experimental și este introdus pentru a evita detectarea unor contacte accidentale ale pixului cu hârtia. 9

Salvare semnătura 38 - salvarea semnăturii achiziționate.

Subsistemul S3 este responsabil de interfațarea cu utilizatorul, gestionarea locală a 11 semnăturilor, a rezultatelor comparației semnăturilor și a altor informații transmise de nivelul N3, precum și de asigurarea comunicației cu nivelul N3 (transmiterea semnăturilor, setărilor 13 etc.)

Fiecărui ansamblu de subsisteme S2-S3 de Nivel N2 îi corespunde un singur 15 subsistem de Nivel N1.

Subsistemul S4, din cadrul nivelului N3, generează și gestionează baza de date: 17 subiecți de test, subiecți reali, semnături procesate specific metodelor de comparare (specimene, originale acceptate, originale respinse etc.), evidențe cu rezultatele autentificărilor, 19 fișiere utilitare. Subsistemul este responsabil de salvarea datelor de identificare și a specimenelor unui subiect, specimene introduse în sistem în cadrul procesului de înregistrare 21 subiect, fig. 9. Numărul de specimene ale unui subiect aflate în baza de date a sistemului (nr. spec.) este un parametru determinat experimental care influențează nivelul de recu- 23 noaștere a originalelor, nivelul de respingere a falsurilor precum și timpul de autentificare. Pentru a preveni introducerea în sistem, ca specimene, a unor semnături „alterate (erori de 25 achiziție, semnături influențate de diverși factori externi etc.), s-a implementat o metodă de analiză și validare a semnăturilor achiziționate în cadrul procesului de înregistrare subiect 27 în sistem. După introducerea datelor aferente subiectului, se achiziționează N semnături ale subiectului. Acestea vor fi analizate pentru a se stabili dispersia grupului de semnături în 29 cauză (dispersie calculată pe baza metodei de recunoștere SRA1), și din cele N semnături vor fi salvate primele nr. spec. semnături din punct de vedere al dispersiei, ce vor fi conver- 31 tite în formatele specifice metodelor de recunoaștere și salvate în baza de date a sistemului ca specimene. 33

Acest subsistem implementează și o metodă de actualizare a specimenelor, care determină modificările semnăturii, modificări determinate de factori biofizici și psihici, ce 35 intervin pe parcursul unor intervale mai mari de timp. Specimenele sunt actualizate pe baza originalelor intrate în procesul de autentificare și recunoscute de către sistem ca fiind ale 37 subiectului. Această metodă analizează originalele și specimenele stocate în baza de date și, în funcție de dispersia relativă dintre acestea, înlocuiește specimenele cu primele n 39 semnături analizate. Acest mecanism se declanșează la acumularea în baza de date a unui număr minim de originale, pentru ca analiza să fie concludentă și a preîntâmpina alterările 41 induse de unele originale neconcludente.

Subsistemul S5 procesează semnăturile preluate din Nivelul N2, determină setul de 43 subiecți (mărimea setului fiind numărul optim de subiecți No) cu ale căror semnături se va face comparația (prin alegerea aleatoare a subiecților din baza de date), efectuează conver- 45 sia semnăturilor în formate specifice metodelor de recunoaștere și rulează implementările acestor metode (fig. 10). Rezultatul final al autentificării este obținut printr-un procedeu de 47

RO 121497 Β1 combinare și interpretare a rezultatelor diferitelor metode de recunoaștere și este transmis nivelului N2. Subsistemul este responsabil și cu comparația semnăturilor introduse în cadrul procesului de înregistrare subiect în sistem, (fig. 9).

Acest subsistem are o arhitectură deschisă, astfel încât să permită implementarea unor noi metode de recunoaștere a semnăturilor.

Metoda SRA1 conține două module:

Modulul de prelucrare a datelor de intrare. Printr-o serie de operații, din datele de intrare se extrag informații reprezentative, ce sunt folosite pentru a stoca datele privitoare la semnăturile specimen și pentru a reprezenta datele constituite de semnăturile de intrare (original sau fals) ce urmează a fi recunoscute. Vom numi ansamblul acestor operații Metoda de conversie semnături 39.

Modulul de comparație a două semnături, una specimen și alta de intrare. Vom numi ansamblul acestor operații Metoda de comparație semnături 40.

Ansamblul format de Metoda de conversie și de Metoda de comparație va fi numit Metoda de recunoaștere a semnăturilor SRA1 (Signature Recognition Algorithm 1).

Semnăturile specimen sunt convertite și depozitate în baza de semnături. Ulterior, la apariția unei semnături de intrare (original sau fals), aceasta este convertită și comparată cu semnăturile din baza de semnături, calculându-se distanța dintre semnătura de intrare și semnăturile specimen, determinând-se astfel dacă subiectul semnăturii de intrare este subiectul semnăturii specimen.

Conversia semnalelor de intrare la un format utilizabil în procesul de comparare cuprinde următoarele etape:

Transformarea semnalelor de intrare în componente ale semnăturii.

Conversia componentelor semnăturii în invarianți.

Compresia și ponderarea secvențelor de invarianți.

în pixul S1 care generează semnalele sunt două module de senzori de accelerație, A și B, amplasate conform descrierii Subsistemului S1. Fiecare modul generează în timpul unei semnături două semnale (proiecțiile accelerațiilor pe două axe de coordonate x și y). Ca urmare, vom avea următoarele semnale de intrare:

- a_x: semnalul generat de MEMS A pe direcția x a punctului A;

- a_y: semnalul generat de MEMS A pe direcția y a punctului A;

- b_x: semnalul generat de MEMS B pe direcția x a punctului B;

- b_y: semnalul generat de MEMS B pe direcția y a punctului B.

Fiecare semnal este de fapt un vector de eșantioane reprezentate sub forma unor numere întregi pozitive. Acest vector este o reprezentare numerică a unei forme de undă. Toți vectorii unei semnături date au aceeași lungime (același umăr de eșantioane).

Din fiecare grup de semnale de intrare a_x, a_y, b_x, b_y se obțin următoarele componente:

Co=8x

Cl = 3y c₂ = b_x ^C3 ⁼ by c₄ = FFTF(a_x) - FFTF(b_x) c₅ = FFTFfa,) - FFTF(b_y) c, = a_x/b_x c₇ = a_y/b_y

RO 121497 Β1 _________ _________ 1 C,= + < /^x⁺^

Fiecare componentă este deci un vector care are aceeași lungime ca semnalele de intrare. Prin FFTF(x) se înțelege filtrare prin transformata Fourier rapidă - Fast Fourier 5 Transform - directă și inversă a semnalului x. Filtrul este de tip trece jos. Coeficientul de filtrare este determinat experimental și este caracteristic pixului fizic. 7

Prin analiza secvențelor de eșantioane ale componentelor se determină invarianții ce compun aceste componente. Prin invarianți se înțeleg aici elemente ale formelor de undă 9 care sunt invariante în raport cu amplitudinea și cu frecvența semnalului. Dacă semnalul are lungimea L, determinarea invarianților se face analizând grupe de câte n puncte consecu- 11 tive, pornind cu fiecare punct al semnalului (cu excepția, desigur, a ultimelor L - ENT(L / n) * n puncte, unde ENT(L / n) reprezintă partea întreagă a lui L /n). 13

Sunt multe moduri în care se pot defini invarianții. Cu n puncte se definesc n -1 segmente de dreaptă. Aici am ales n = 3. Fie p₀, P, pantele celor două segmente de dreaptă. 15 Vom defini următoarele m = 13 tipuri de invarianți (fig 11) cărora le asociem coduri cod între Oșim-1: 17 cod₀ = 0: p₀> O.p, >p₀ cod, = 1 : p₀> O.p, = po19 cod₂ = 2 : p₀> 0,p, < p₀, p1 > 0 cod₃ = 3 : p₀ > 0, p1 = 021 cod₄ = 4 : Po > 0, p1 <0 cod_s = 5: p₀ = 0, p, >p₀23 cod₆ = 6 : Po = 0, p, =p₀ cod₇ = 7 : p₀ = 0, p, < p₀25 cod₈ = 8 : p₀ < 0, p, > 0 cod_e = 9: p₀ < 0, p, = 027 cod,₀ = 10 : p₀ < 0, p,<0, p, > p₀ cod,, = 11 : p₀ < 0, p, =p₀29 cod₁₂ = 12 : p₀ < 0, p, < p₀

Vom numi aceste tipuri/coduri de invarianți tipuri/coduri de bază. Se observă că într-31 adevăr acești invarianți nu depind de frecvența și amplitudinea semnalului. Dacă am avea un semnal și l-am amplifica să zicem de două ori sau i-am micșora frecvența de două ori, 33 am obține aceleași secvențe de invarianți.

Se observă de asemenea că nu orice secvență de invarianți este posibilă. De 35 exemplu, după un invariant de tip 0 pot veni doar invarianți de tip 0,1,2,3,4.

Prin determinarea invarianților, putem transforma fiecare componentă în secvențe 37 de tripleți (înv,, ar„ tr,) care conțin:

- Tipul de bază al invariantului înv,. 39

- Amplitudinea de referință ar_t a invariantului. Amplitudinea de referință se poate defini în mai multe feluri. Aici vom considera ca amplitudine de referință amplitudinea primu- 41 lui eșantion din cele n peste care se definește invariantul.

Momentul de referință tr, al invariantului. Momentul de referință al invariantului se 43 poate defini în mai multe feluri. Aici vom considera ca moment de referință momentul de apariție a primului eșantion (din cele n peste care se definește invariantul), relativ la începu- 45 tul undei.

Pentru a face o descriere care să fie mai apropiată de forma unei unde, se compară 47 amplitudinea de referință a fiecărui invariant ar, al undei cu amplitudinea de referință ar_k a

RO 121497 Β1 invariantului imediat anterior de același tip de bază adică tip (ar,) = tip (ar_k) = b. (Dacă nu există invariant anterior de același tip, se consideră că ar_k = ar,) Vom avea 3 situații:

a) ar, < ar_k, în acest caz, se va acorda invariantului i, codul b,

b) ar,^x ar_k, în acest caz, se va acorda invariantului i, codul b, + m

c) ar, > ar_k, în acest caz, se va acorda invariantului i, codul b, + 2 * m

Prin această operație, fiecare componentă este reprezentată ca o succesiune de coduri, pe care le vom numi coduri extinse (sau tipuri extinse) și care au valori între 0 și 3 * m -1.

Se observă că din codul extins se poate deduce codul de bază.

Se observă de asemenea că nu orice secvență de invarianți extinși consecutivi este posibilă. De exemplu, dacă trei invarianți consecutivi au același cod de bază (să zicem 0), nu este posibil ca al doilea din aceștia trei să aibă amplitudinea de referință mai mare decât primul și al treilea mai mică decât al doilea etc.

Următoarea etapă în prelucrarea undelor reprezentate acum prin secvențe de invarianți codificați cu coduri extinse constă în comprimarea și ponderarea secvențelor de invarianți. Comprimarea constă în esență în păstrarea doar a unui singur invariant de un anumit tip dintr-o secvență de invarianți de acel tip. Ponderarea constă în atașarea la fiecare invariant rămas a unei ponderi (sau cost) care depinde de mai multe elemente, după cum se va vedea mai jos.

Metoda de compresie și ponderare cuprinde următorii pași:

a) Se determină o tabelă de tronsoane de invarianți. Fiecare intrare în tabela de tronsoane corespunde la o secvență de unul sau mai mulți invarianți consecutivi având același tip de bază și conține:

- Tipul extins al tronsonului care este tipul extins al invarianților care compun tronsonul.

- Amplitudinea de referință a tronsonului. Aceasta se poate defini în mai multe feluri. Vom considera amplitudinea de referință ca fiind suma amplitudinilor de referință ale invarianților din care este compus tronsonul.

- Momentul de referință al tronsonului. Acesta se poate defini în mai multe feluri. Vom considera momentul de referință ca fiind suma momentelor de referință ale invarianților care compun tronsonul. (Observație: aceasta va duce la o pondere mai mare a invarianților care sunt mai spre sfârșitul semnăturii, ceea ce concordă cu rezultatele experimentale!).

b) Se sortează tabela de tronsoane folosind drept cheie tipurile de bază extrase din tipurile extinse ale tronsoanelor.

c) Se împarte tabela de tronsoane în subtronsoane având același cod de bază.

d) Pentru fiecare subtronson se determină lungimea subtronsonului în număr de intrări în tabela de tronsoane.

e) Pentru fiecare subtronson se obține media amplitudinilor de referință ale elementelor subtronsonului (suma amplitudinilor de referință ale elementelor subtronsonului împărțită la lungimea subtronsonului).

f) Pentru fiecare subtronson se obține media momentelor de referință ale elementelor subtronsonului (suma momentelor de referință ale elementelor subtronsonului împărțită la lungimea subtronsonului).

g) Se înlocuiește amplitudinea de referință a fiecărui element al subtronsonului cu media amplitudinilor de referință ale elementelor subtronsonului.

h) Se înlocuiește momentul de referință al fiecărui element al subtronsonului cu media momentelor de referință ale elementelor subtronsonului.

RO 121497 Β1

i) Se sortează tabela de tronsoane în ordinea inițială. în acest moment fiecare 1 element al tabelei de tronsoane va conține o amplitudine de referință modificată și un moment de referință modificat.

j) Se generează o nouă secvență de invarianți sub forma unor dubleți (inv_{ cost,) ce conțin, pentru fiecare intrare în tabela de tronsoane:

- Tipul extins al invariantului inv_{ (egal cu tipul extins al elementului de tronson).

- Ponderea (costul) cost, egal cu suma momentului de referință și amplitudinii de 7 referință a elementului de tronson.

k) Se ajustează ponderile invarianților din secvența obținută conform unei curbe 9 (funcții) de ajustare. Sunt multe moduri în care poate fi definită această curbă. Dacă lungimea (în număr de invarianți) a undei componente în acest moment este L, atunci vom consi- 11 dera că această curbă este definită astfel:

- Primii L/4 din invarianți vor avea ponderea înmulțită cu 0.5.13

- Următorii L/2 din invarianți vor avea ponderea înmulțită cu 1.

- Restul invarianților vor avea ponderea înmulțită cu 1.5.15

Comparația între două semnături este realizată de modulul de comparație semnături.

în vederea comparației a două semnături, se dispune pentru fiecare semnătură de un set de17 componente. Fiecare componentă este o succesiune de invarianți. Fiecare invariant are asociate informațiile: codul extins (din care se poate deduce eventual codul de bază) și pon- 19 derea (costul) invariantului.

Pentru a calcula distanța între două componente, se folosește distanța Levenshtein21 (Christian Charras, Thierry Lecroq: Sequence comparison, LIR (Laboratoire d'lnformatique de Rouen) et ABISS (Atelier Biologie Informatique Statistique Socio-linguistique) Facultâ 23 des Sciences et des Techniques, Universitâ de Rouen, 76821, Mont-Saint-Aignan, Cedex France), cu următoarele precizări: 25

a) Tipurile de simboluri care se compară conform distanței Levenshtein vor fi codurile extinse de invarianți.27

b) Costurile simbolurilor sunt ponderile (costurile) invarianților.

c) Atunci când (conform distanței Levenshtein) se compară două simboluri și acestea29 sunt identice ca tip, costul rezultat este egal cu modulul diferenței costurilor celor două simboluri.31

d) Atunci când (conform distanței Levenshtein) se compară două simboluri și acestea sunt diferite ca tip, atunci costul rezultat este după cum urmează:33

i. Dacă este vorba de o ștergere, atunci costul rezultat este costul simbolului șters.

ii. Dacă este vorba de o inserție, atunci costul rezultat este costul simbolului inserat. 35 iii. Dacă este vorba despre o substituție, atunci costul rezultat este suma costurilor celor două simboluri.37

e) în final, dacă rezultatul (distanța Levenshtein) este D, atunci distanța luată în considerare (normată) d va fi:39 n

< j unde cosț și cost, reprezintă costurile invarianților celor două componente.

Prin compararea celor m componente ale unei semnături specimen SA cu respectiv 45 cele m componente ale unei semnături de intrare SB rezultă m distanțe. Combinarea celor m distanțe se poate face în mai multe feluri. Vom considera că distanța finală d_SRA1 este 47 media celor m distanțe:

RO 121497 Β1

Σ>

dsRAi (^^a’ Sb) ~ ~ m

Metoda SRA2 conține 4 module:

a) Modulul de filtrare a semnăturilor de intrare. Datele de intrare conțin două tipuri de informații cu spectre diferite de frecvență: informația de contact a minei pixului cu hârtia și informațiile de mișcare complexă a mâinii. Din aceste informații se rețin preponderent pentru procesare ulterioară informațiile referitoare la mișcările spațiale ale mâinii, iar cele referitoare la microvibrațiile generate de contactul cu hârtia sunt procesate, prin atenuare selectivă, în scopul reținerii informației corespunzătoare paternului reflexelor sinaptice. Vom numi această procedură Metoda de filtrare 41.

b) Modulul de post-procesare și compunere a datelor de intrare. Printr-o serie de operații, din datele de intrare filtrate se extrag informații reprezentative ce sunt folosite pentru a stoca datele privitoare la semnăturile specimen și pentru a reprezenta datele constituite de semnăturile originale sau false ce urmează a fi recunoscute. Vom numi ansamblul acestor operații Metoda de post-procesare și compunerea semnalelor 42.

c) Modulul de comparare a două semnale, unul specimen și altul original sau fals. Vom numi ansamblul acestor operații Metoda de comparare a semnalelor 43.

d) Modulul de determinare a distanței între semnături bazată pe ponderarea componentelor. Vom numi ansamblul acestor operații Metoda determinare a distanței între semnături bazată pe ponderarea componentelor 44.

Ansamblul format din Metoda de filtrare, Metoda de post-procesare și compunerea semnalelor, Metoda determinare a distanței între semnături bazată pe ponderarea componentelor și Metoda de compararea semnalelor va fi numit Metoda de recunoaștere a semnăturilor SRA2 (Signature Recognition 2).

Modul de combinare a Metodei de filtrare, Metodei de post-procesare și compunerea semnalelor, Metoda de determinare a distanței între semnături, bazată pe ponderarea componentelor și Metodei de comparare a semnalelor este prezentat în fig. 13. Semnăturile specimen sunt convertite și depozitate în baza de semnături.

Ulterior, la apariția unei semnături de intrare, aceasta este convertită și comparată cu semnăturile din baza de semnături, prin SRA2, calculându-se distanțele dintre semnătura de intrare și semnăturile specimen ale tuturor subiecților din baza curentă de comparație, determinându-se astfel, prin distanțele rezultate, vectorul de relaționare al semnăturii de intrare față de semnăturile specimen ale celorlalți subiecți, inclusiv ale celui vizat. Acest vector, împreună cu cel corespondent aceleiași intrări, generat prin SRA1, constituie informațiile de intrare pentru metoda de combinare a rezultatelor.

Modulul de filtrare (fig. 14) este constituit prin implementarea software a unui filtru, conceput pe principiul EMD (Empirical Mode Decomposition), pentru a separa optim amprenta cinetică transmisă de pe Nivelul N1, de microvibrațiile cvasirezonante cu rol de purtătoare modulată în amplitudine și frecvență, de acțiunea reflexelor sinaptice. Variația vitezei momentane de scriere produce modularea în frecvență a microvibrațiilor, iar variația în intensitate a acțiunilor neuromotoare sinaptice produce modularea în amplitudine.

Metoda se aplică fiecăruia din cele patru semnale reprezentând accelerațiile (a,, a*, b_x, b_y).

Funcția de bază folosită în algoritmul de filtrare este calculul pantei:

RO 121497 Β1

ΣΗΣΛΣή ”Σ«^!4ΣΤ care se aplică pe intervalele și în pașii definiți mai jos.5

Vom nota V(1..n) șirul inițial compus din n elemente numerice, exprimând valorile eșantioanelor semnalelor analogice furnizate de pix, ce vor fi filtrate.7

Filtrul va consta în execuția de mai multe ori a procedurii formate din următorii pași (rezultând din șirul de intrare V, șirul de ieșire W):9

Pas1: WI^VIj.

Pas2: C1 = panta ([Vi-1 _d, ViJ ,(i-1 ,i])11

C2 = panta ([Vi-1 j. Vi,, Vi+IJ, [ i-1, i, i+1 ])

Wij = S = Vij · C1*k1 + C2*k2, i = 2..n-113 (k1 și k2 sunt constante determinate experimental, având valorile 0.935, respectiv 0.93). în urma acestor calcule, W va avea n-1 elemente.15

Pas3: Vij», = Wi_jt i=1. .n-j, j=1..N, N = 2*Z, Z>0, întreg17

Procedura se repetă de N ori.

Atenuarea frecvențelor înalte, corespunzătoare microvibrațiilor, este determinată de19 numărul de treceri N. Filtrul este optimizat pentru un raport cuprins în domeniul de 1:4 -1:10, între frecvențele utile și cele atenuate, rezultând experimental valoarea optimă N=10. în urma 21 filtrării, semnalele rezultate reprezintă compunerea mișcărilor spațiale ale mâinii cu paternul mișcărilor a căror cauză este acțiunea reflexului sinaptic. Principiul este specific procesării 23 biosemnalelor, modulate intrinsec AM-FM, sub denumirea EMD (Empirical Mode Decomposition - The University of Birmingham School of Computer Science - MSc in 25

Advanced Computer Science- EEG-Handbook2004/2005, DETRENDING ANO DENOISING WITH EMPIRICAL MODE DECOMPOSITIONS - Patrick Flandrin, Paulo Gonc,27 alv'es and Gabriel Rilling-Laboratoire de Physique (UMR 5672 CNRS), Ecole Normale

Superieure de Lyon).29

Din fiecare grup de semnale de intrare filtrate a_x, a_y, b_x, b_y, se obțin următoarele componente, în cadrul Modului de Post-procesare și compunerea semnalelor 42:31 modulul accelerației momentane în punctul A;33 c^v,

Cj = V₂ ^c4 ^{= c}o <1 = -v₂

- modulul accelerației momentane în punctul B;35

- modulul vitezei momentane în punctul A, obținut prin integrala lui c₀;37

- modulul vitezei momentane în punctul B, obținut prin integrala lui c₄;

- eliminarea accelerației de translație a pixului, păstrând doar 39 componenta centripetă;

- eliminarea vitezei de translație a pixului, păstrând doar componenta41 centripetă;

Fiecare componentă este deci un vector care are aceeași lungime ca semnalele de 43 intrare și va fi tratat în continuare, ca fiind un semnal derivat din semnalele de intrare.

Prima fază de comparare este împărțirea semnalului în tronsoane, făcută după 45 criteriul următor:

Se marchează semnalele rezultate din Modulul de post-procesare și compunere a 47 semnalelor, de la ambele semnături (specimen și intrare original sau fals), după punctele

RO 121497 Β1 extreme din semnal (după maxime locale și minime locale). Apoi se creează tronsoane compuse din șiruri de valori cuprinse între 4 markere. în continuare, se trece la următorul marker și se repetă procedura (după cum e reprezentat în fig. 15).

Pentru calculul distanței între două semnale corespunzătoare semnăturilor de intrare și specimen, este folosit un algoritm de tip DTW (Dinamic Time Warping), cu următoarele precizări:

a) algoritmul se aplică pe tronsoanele formate din valori cuprinse între 4 markere;

b) ca funcție de evaluare a distanței între două tronsoane, se folosește funcția F-Test, care retumează probabilitatea ca două șiruri să fie identice.

(Kishore Bubna Charles V. Stewart Department of Computer Sdence.Rensselaer Polytechnic Institute Troy, NY12180-3590 Model Selection Techniquesand Merging Rules for Range Data Segmentation Algorithms) în tabelul următor, pe linii se poziționează tronsoane generate din semnalul Q, iar pe coloane tronsoane generate din semnalul W.

	PSegW[0]	PSegW[1]	PSegW[2]	PSegW[3]	PSegW[4]	PSegW[5]	PSegW[6]
PsegQ[0]
PsegQ[1]
PSegQ[2]
PSegQ[3]					D(i-1.j-1)	D(Mj)
PSegQ[4]					D(>.j-1)	DO.»
PSegQ[5]
PSegQ(6]
PSegQ[7]							0«

D(i, j) = min{D(i -1, j -1), D(i -1, j), D(i, j -1)} + d(q, w_;)

4(i_f,w₇) = _t |awg,-gve₇.| max^n₍,n_;) max^ovgpflvgy) unde: q, - tronsonul de ordinul i din semnalul 1 (Q);

Wj - tronsonul de ordinul j din semnalul 2(W);

n₍ - lungimea tronsonului q,;

n, - lungimea tronsonului vy;

ave, - abaterea medie pătratică a tronsonului q;

ave, - abaterea medie pătratică a tronsonului w_r

c) în final, dacă distanța calculată de algoritm este D^, atunci distanța luată în considerare ca distanța D între semnături D va fi:

unde: N_q - numărul de tronsoane în semnalul Q N_w - numărul de tronsoane în semnalul W.

RO 121497 Β1

Din cauza că min(N_q,N_w) poate să fie mai mic ca apare probabilitatea ca D să fie 1 mai mic ca 0. De aici apare necesitatea de a norma rezultatul obținut, pentru a-l aduce în intervalul [0..1J. Această normare se face după date obținute experimental și, după 3 următoarea formulă:

D-V^ ⁵ πΰη y

Unde V_min reprezintă valoarea minimă posibilă a lui D, determinată experimental.

Fiecărei componente a semnăturii i se atribuie o pondere, care este determinată 9 experimental pe o bază mare de date, în cadrul modulului de determinare a distanței între semnături, bazată pe ponderarea componentelor 43. 11

Prin compararea celor N componente ale unei semnături specimen SA cu respectiv cele N componente ale unei semnături de intrare SB (original sau fals) rezultă N distanțe. 13 Combinarea celor N distanțe se poate face în mai multe feluri. Vom considera că distanța finală D_SRA2 este media ponderată a celor N distanțe: 15 ¹⁷

Σα

Unde:21

N - numărul de semnale componente ale unei semnături;

Pi * ponderea componentei i;23 d, - distanța între semnalele componente S_A (i) și S_B (i).

Cele două matrice (linie) ale rezultatelor, obținute prin SRA1 și SRA2, în urma corn- 25 parației semnăturii de intrare cu baza curentă de comparație, sunt însumate generând matricea rezultatelor finale. Se sortează descrescător matricea rezultatelor finale și pozițiile pe 27 care se vor regăsi, în matricea sortată, rezultatele comparației dintre semnătura de intrare și specimenele corespunzătoare acesteia compun răspunsul final al procesului de autenti- 29 ficare. Pe baza răspunsului final și a coeficientului de risc admisibil, sistemul va lua decizia de acceptare a semnăturii ca original sau de respingere a acesteia ca fals (exemplu: pentru 31 un sistem cu un coeficient de risc admisibil mic, se consideră semnătura acceptată ca original, dacă în răspunsul final există și poziția întâi - ceea ce corespunde unei distanțe 33 minime între semnătura de intrare și unul din specimenele corespunzătoare).

Pentru a putea evalua performanțele algoritmilor, se vor introduce câțiva indicatori:35

Dacă notăm:

NOA - Număr de originale acceptate;37

NFR = Număr de falsuri rejectate;

NS = Număr de specimene;39

NF = Număr de falsuri;

NO = Număr de originale;41

K = Număr de specimene pe subiect;

N = Număr de subiecți.43

Atunci performanțele sistemului vor fi date în principal de următorii indicatori:

a) Rata de succes a sistemului în tratarea originalelor (RSSO)45

RSSO = NOA/NO

b) Rata de succes a sistemului în tratarea falsurilor (RSSF)47

RSSF = NFR/NF

RO 121497 Β1

c) Rata de succes a sistemului (RSS)

RSS = (NOA + NFR) / (NO + NF)

Indicatorii sunt obținuți relativ la baza de date ce conține un număr de N subiecți având fiecare înregistrate un număr de K specimene de semnătură (NS = N ‘ K). O bună performanță a sistemului este caracterizată prin valori maxime ale celor trei indicatori.

Evaluarea performanțelor se realizează prin experimentare pe loturi de subiecți a căror reprezentativitate și mărime sunt alese în funcție de domeniul aplicației și a coeficienților de risc admisibili pentru respectivul domeniu. Pentru performanțele privind falsurile, sistemul este testat cu un număr de semnături falsificate comparabil cu numărul semnăturilor originale.

Deoarece indicatorii de mai sus nu pot atinge practic valorile ideale de 100%, sistemul de autentificare descris constituie una din verigile (integrată paralel sau serial) lanțului de proceduri și sisteme ce au ca scop autentificarea persoanei. Sistemul descris efectuează automat și mult mai obiectiv procedura verificării semnăturii, anevoioasă și de multe ori abordată doar formal și fără calificarea necesară în domeniul expertizei grafologice, de către un operator bancar, de către un notar, sau de către casierul unde se achită cu cârdul o cumpărătură.

Unul din principiile metodei de autentificare descrise este relaționarea semnăturii de intrare la o mulțime de specimene aparținând mai multor subiecți, incluzând și specimenele subiectului vizat. Relaționarea se realizează prin compararea dintre toate aceste specimene cu semnătura de intrare. De aceea, se impune preexistența unei baze de date inițiale, pentru a face posibilă funcționarea sistemului odată cu înregistrarea primului subiect real. Baza de date inițială conține specimene ale unor subiecți virtuali, acestea având caracteristic faptul că aparțin aceleiași culturi ortografice (alfabet) cu a spațiului cultural în care funcționează aplicația. Pe măsură ce sistemul de autentificare este utilizat, în baza inițială se înregistrează specimenele noilor subiecți intrați în sistem, generând astfel baza de date curentă, în acest mod, numărul subiecților din baza curentă poate atinge valori de ordinul zecilor sau sutelor de mii.

La dimensiuni mari ale bazei curente, compararea și relaționarea, pe toată baza, a semnăturii de intrare, ar dura suficient de mult, încât timpul de răspuns să devină ineficient, în același timp s-ar mări complexitatea metodei de decizie, din cauza asemănărilor aleatoare generate, pentru unele semnături, de numărul mare de subiecți înregistrați în bază. în contextul în care, prin experimentări repetate, s-a evidențiat faptul că asemănările nedorite, detectate de algoritmii rulați pe toată baza, sunt mai puține decât numărul necesar pentru a altera rata (propusă) de succes a sistemului (RSS), problema dimensiunii bazei este rezolvată prin adaptarea și implementarea tehnicilor specifice din domeniul controlului statistic, în metoda generală a sistemului de autentificare.

în principiu, relaționarea prin comparare se face pe un eșantion de subiecți, incluzându-l și pe cel vizat. în urma experimentărilor și a analizei repetate a metodelor de comparare pe baza totală, alcătuită din semnături exprimate prin liberă voință, s-au determinat următoarele:

1. Există interdependență reciprocă între: rata de succes a sistemului (RSS), numărul de subiecți din baza inițială (N), numărul de specimene ale unui subiect (K), mărimea eșantionului de subiecți (N_e) și numărul de semnături de intrare (N,).

2. Cu excepția, așteptată de altfel, a comparațiilor între semnături aparținând aceluiași subiect, experimentele au relevat că distribuția tuturor valorilor (distanțelor) privind rezultatele comparațiilor efectuate și evaluate pe toată baza de specimene și originale între toți subiecții din bază, cu metodele de comparare ale prezentei invenții, este de tip normal

RO 121497 Β1 (distribuție Gaussiană) pentru oricare subiect. în concordanță cu Rata de Succes a 1 Sistemului (RSS), valoarea de răspuns (distanța) a comparației originalului cu unul din specimenele sale constituie punctul de maxim pe curba de distribuție a distanțelor obținute prin 3 compararea unei intrări cu toată baza de specimene.

3. Pe toate curbele de distribuție a valorilor de răspuns ordonate ale oricărui subiect, 5 corespunzătoare celor N semnături originale de intrare ale respectivului subiect, coordonatele valorice în care se situează răspunsurile celorlalți subiecți sunt cvasiconstante în zona 7 de maxim și determină aranjamente specifice fiecărui subiect analizat după criteriul valorii de răspuns a comparațiilor. Deoarece în sistemul real, baza de date nu este stabilă (numă- 9 rul de subiecți este în continuă evoluție), această ultimă concluzie este exploatată în subsistemul S5 (decizional) al sistemului exclusiv în ceea ce privește semnăturile stabile ca identi- 11 tate din eșantion, respectiv specimenele subiectului vizat, concluzia fiind relevată pentru explicarea metodei. 13

4. Există întotdeauna, în baza inițială, alcătuită conform criteriului de apartenență culturală, un număr de subiecți care întrunesc condiția de a avea răspunsurile distribuite 15 relativ uniform pe curbele de distribuție a valorilor ordonate de răspuns ale celorlalți subiecți din baza inițială. Ordinea relativă și zona de apariție a acestor subiecți pe curbele de distri- 17 buție a valorilor de răspuns ordonate, în special pentru valorile apropiate de punctul de maxim al curbei de distribuție, caracterizează comportamentul de răspuns al semnăturii de 19 intrare față de specimenele acestor subiecți cu care se compară. Dacă specimenele acestor subiecți virtuali se introduc, odată cu specimenele subiectului vizat, în baza curentă de corn- 21 parație, alături de specimenele eșantionate din baza de date curentă, se creează posibilitatea rafinării suplimentare a deciziei de autentificare. 23

Exploatarea acestor concluzii experimentale și relații statistice de interdependență se face, în scopul minimizării timpului de răspuns, prin maparea caracteristicilor sistemului 25 de autentificare pe parametrii clasici ai tabelelor standard de control al loturilor ce definesc interdependența dintre parametrii de control al erorilor din loturile cu dispersie normală. 27 Dimensionarea corespunzătoare a eșantionului de subiecți corelat cu RSS este scopul principal al mapării. 29

Mapările între noțiunile specifice tabelelelor de control statistic prin eșantionare și cele folosite în sistemului de autentificare sunt definite astfel: 31

- Obiectele ce se supun procesului de producție se asimilează cu semnăturile;

- Procesul stabil care produce atributul ce constituie criteriul de control se asimilează 33 cu compararea a două semnături prin metodele SRA1 și SRA2,

- Etalonul este valoarea oricăruia dintre atributele generate de metodele de compa- 35 rare SRA1 și SRA2, aplicate între semnătura de intrare, cu proveniență cunoscută și, specimenele acelui subiect. Etalonul este specific fiecărei acțiuni de autentificare, prin depen- 37 dența sa de semnătura de intrare;

- O acțiune de autentificare produce un lot atunci când se efectuează pe toată baza. 39 Mărimea lotului se asimilează cu baza curentă;

- Mărimea eșantionului se asimilează cu numărul de semnături aleator alese din 41 baza curentă plus specimenele subiectului vizat și alcătuiesc baza curentă de comparare;

- Eroarea se asimilează cu răspunsul incorect al metodei de decizie față de originale 43 și falsuri atunci când, testând sistemul prin comparări efectuate în baza curentă de comparare, semnăturilor de intrare li se cunoaște proveniența; 45

- AQL se asimilează cu gradul de încredere în metoda de eșantionare.

Dimensionarea mărimii eșantionului de subiecți este realizată considerând baza de 47 date inițială permanent egală numeric cu baza curentă, și având RSS determinat experimental pe toată baza, prin cei doi indicatori specifici: RSSO și RSSF, determinați experimental 49 prin proprietățile de separare ale metodelor de comparare.

RO 121497 Β1

De exemplu, din tabelul de control statistic normal (SR 3160 / 2 - 84), se alege condiția pentru cea mai simplă evaluare, respectiv aceea că metoda de decizie evaluează existența erorii prin analiza apartenenței subiectului cu rangul 1 (asemănare maximă) la categoria corectă (original sau fals), pe baza răspunsului specimenelor din baza curentă prin comparare cu intrarea curentă. Dacă RSS determinat experimental pe o bază de 1200 de specimene aparținând la 240 de subiecți, evaluând pentru o singură intrare (N, =1), este de 97% și se urmărește un grad de încredere de 99,9% în urma eșantionării, se obține din tabelul de control o mărime a eșantionului de 125 semnături specimen corespunzând la N,= 25 de subiecți. în același timp, luând în calcul efectul valorii AQL, RSS devine în cel mai rău caz RSS,^ x AQL, respectiv 96,903%. Timpul de răspuns al sistemului se îmbunătățește astfel de mai mult de 10 ori, cu o scădere a RSS de doar 0,097%.

Experimentele au evidențiat faptul că pentru N, = 2, RSS crește cu o valoare egală cu aproximativ jumătate din procentele necesare pentru obținerea situației ideale (100%), respectiv de la 97 la aproximativ 98,5%, iar după eșantionare, rezultă RSS_(N|. _{2 Ne=25)} = 98,303%. Timpul de răspuns al sistemului se îmbunătățește astfel de mai mult de 5 ori.

RSSF este direct proporțională cu numărul de subiecți din eșantion, fenomenul fiind produs de atractorii aleatori conținuți de semnăturile specimen ale acestor subiecți. La limită, dacă am presupune că eșantionul ar fi alcătuit doar din specimenele unui subiect aleator ales plus specimenele subiectului vizat, există o mare probabilitate ca semnătura falsă să fie autentificată, semnăturile specimen având o mare probabilitate să conțină atractori mai puternici pentru semnătura falsă decât specimenele celuilalt subiect.

Se introduce formal noțiunea de metodă (algoritm) de comparare cu putere de separare nulă, pentru care puterea de separare este egală cu probabilitatea de alegere aleatoare a unei oricare semnături din baza curentă. Rata de succes a sistemului utilizând un astfel de algoritm este:

RSS₀=1/n unde n este numărul de semnături din bază (RSS₀ pentru o bază de 2000 de semnături ar fi egală cu 0.0005 respectiv 0,05%).

RSS fiind determinată experimental pe toată baza inițială (de exemplu 97% pentru o bază de 2000 de semnături), se poate defini puterea de recunoaștere a metodelor (P_SRA1, P_SRA2) utilizate de sistem ca fiind raportul RSS/ RSS₀.

Mărimea eșantionului (N_e) se alege conform tabelului de control statistic, urmărind totodată îndeplinirea simultană a următoarelor două condiții:

Condiția 1: Pentru optimizarea eșantionului din punct de vedere al RSSO, mărimea numărului de semnături din eșantionul ales trebuie să genereze un răspuns RSS„ mult mai mic decât unul minus rata măsurată de succes a sistemului pentru o semnătură autentică (RSSO)

RSS₀«(1-RSSO)

Condiția 2: Pentru optimizarea eșantionului din punct de vedere al RSSF, mărimea numărului de semnături din eșantion trebuie să genereze o rată mare de recunoaștere întâmplătoare a falsurilor (RRIF_(X)) cu o semnătură (x) oarecare, din eșantion, datorită atractorilor conținuți de semnăturile oarecare din eșantion. Semnătura (x) nu aparține specimenelor subiectului vizat. Mărimea eșantionului, din acest punct de vedere, se stabilește experimental, urmărind obținerea condiției:

RRIF_(X)» RSSF în termeni statistici, autentificarea este relaționată astfel la toată baza de subiecți, eliminând astfel dezavantajele sistemelor de metrici personalizate pe subiect cu decizie tip prag.

Claims (10)

1. Revendicări 1

   1. Sistem informatic pentru achiziția, analiza și autentificarea semnăturii olografe, 3 caracterizat prin aceea că are în componență un subsistem (S1) - pix - cu o carcasă metalică (1), prevăzut cu două grupuri de senzori MEMS (A, B) de accelerație, o placă de circuit 5 imprimat (2) de grosime mai mică de 0,5 mm, având o distanță (d) mai mică de 15 mm între vârful minei de scris și grupul (A) de senzori, suficientă pentru evidențierea informației de 7 contact la nivelul unei foi de hârtie (5), având o distanță (Ds) mai mare de 30 mm între grupul (A) și grupul (B) de senzori, suficientă pentru evidențierea informației cinetice spați- 9 ale a semnăturii, mina pixului fiind în contact direct cu placa de circuit imprimat, corpul rezervor al minei (3) fiind din material plastic ce permite transmiterea benzii de frecvență specifică 11 vibrațiilor de contact ce caracterizează reflexul sinaptic, având încorporate un LED infraroșu (4), un senzor de lumină infraroșie (C) ce preia o cantitate de lumină reflectată, proporțio- 13 nală cu distanța până la hârtie, un microcontroler (6) pentru achiziția/digitizarea/codarea semnalelor captate de senzori și un microsistem de conversie și transmisie a datelor în for- 15 mat USB (7), pixul fiind prevăzut cu un cablu de conexiune USB (8) cu diametrul de 2,5 mm, ce asigură transferul informațiilor către un subsistem - calculator personal (S2) conectat în 17 rețea la un server - subsistemul (S3), împreună cu alte calculatoare personale (S2) ce au conectate ca periferic câte un subsistem (S1) - pix. 19
2. 2. Metodă pentru achiziția, analiza și autentificarea semnăturii olografe, caracterizată prin aceea că, într-o primă etapă, are loc achiziția, într-o a doua etapă are loc analiza 21 start-stop asupra semnalelor achiziționate, care include o fază de procesare a datelor, cuprinzând analiza informației de contact și analiza informației de context și o friză de detec- 23 tare a momentelor start-stop, într-o a treia etapă, se trece la recunoașterea semnăturilor, în care are loc faza de conversie semnături, ce conține filtrarea, post-procesarea și compune- 25 rea semnalelor, apoi faza de comparație, în cadrul căreia se face verificarea în baza de semnături, dacă subiectul semnăturii de intrare este același cu subiectul semnăturii speci- 27 men, prin determinarea distanței între semnături, aceste două faze fiind implementate de metodele (SRA1 și SRA2), iar în final are loc faza de interpretare a rezultatelor. 29
3. 3. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, în prima etapă, în faza de procesare a datelor, pentru analiza informației de contact are loc o filtrare a datelor 31 din tamponul de date primare, cu ajutorul unui filtru trece sus și se obțin două semnale (i1, i2), care reprezintă informația de contact, după care se calculează varianta statistică pe 33 fiecare din semnalele obținute, pe ultimile douăzeci de eșantioane și se salvează valorile variantei calculate anterior, corespunzătoare grupului de eșantioane curent într-un tampon 35 circular de analiză a nivelului variantei, iar pentru analiza informației de context, se face o salvare a datelor de detectare a poziției de scriere a pixului într-un tampon circular de 37 analiză a poziției pixului.
4. 4. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, în faza de detectare 39 a momentelor start-stop are loc o subetapă de achiziționare a N eșantioane de date primare, după care, într-o altă subetapă, se face evaluarea momentului de start, în care nivelul 41 variantei, pe unul dintre semnalele (i1, i2), trebuie să fie mai mare decât un nivel prestabilit din cadrul tamponului de analiză nivel variantă, iar pixul trebuie să fie în poziție de scriere 43 pe un anumit număr minim de puncte, informație din cadrul tamponului circular de analiză pix, când are loc tranziția la starea următoare îndată ce s-a detectat startul, apoi are loc 45 evaluarea momentului stop, verificându-se dacă nivelul variantei pe semnalul (i1) sau pe semnalul (i2) este mai mic decât un nivel prestabilit pe un anumit număr minim de puncte 47

   RO 121497 Β1 din cadrul tamponului de analiză sau dacă pixul nu se află în poziția de scriere pe un anumit număr minim de puncte din cadrul tamponului circular analiză pix, iar trecerea la starea următoare are loc la detectarea unui stop, care este un moment stop intern, ce determină unul din intervalele în care pixul este în contact cu hârtia, după care, într-o altă subetapă, se face evaluarea momentului start intern și, dacă într-un interval de timp determinat experimental nu se detectează un start intern, se consideră stopul determinat anterior ca fiind stopul final al semnăturii, se trece la starea următoare la expirarea unei temporizări sau detectarea unui start intern și se trece la ultima subetapă de validare a stopului în care se verifică dacă semnătura achiziționată are un număr minim de eșantioane, în caz contrar, reluându-se procesul de la tranziția evaluare moment start.
5. 5. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, pentru (SRA1), în etapa de recunoaștere a semnăturilor, are loc, în faza de conversie semnături, transformarea semnalelor de intrare în componente ale semnăturii (c0-c8), folosind transformata Fourier directă și inversă, și un filtru de tip trece jos, după care are loc conversia componentelor în invarianți definind tipurile de invarianți (cod₀-cod₁₂), transformând fiecare componentă în secvențe de tripleți reprezentate de tipul de bază al invariantului (inv₍), amplitudinea de referință a invariantului (ar,) și momentul de referință al invariantului (tr,), după care, pentru a face o descriere cât mai apropiată de forma undei, fiecare componentă este reprezentată ca o succesiune de coduri extinse, într-o altă subetapă având loc comprimarea și ponderarea secvențelor de invarianți, iar în faza de comparație are loc determinarea distanței între două componente și combinarea distanțelor.
6. 6. Metodă conform revendicării 5, caracterizată prin aceea că subetapa de compresie și ponderare cuprinde:

   a) determinarea unei tabele de tronsoane de invarianți;

   b) sortarea tabelei de tronsoane, folosind drept cheie tipurile de bază extrase din tipurile extinse ale tronsoanelor;

   c) împărțirea tabelei de tronsoane în subtronsoane având același cod de bază;

   d) determinarea pentru fiecare subtronson a lungimii subtronsonului în număr de intrări în tabela de tronsoane;

   e) obținerea pentru fiecare subtronson a mediei amplitudinilor de referință ale elementelor subtronsonului;

   f) obținerea pentru fiecare subtronson a mediei momentelor de referință ale elementelor sale;

   g) înlocuirea amplitudinii de referință a fiecărui element al subtronsonului cu media amplitudinilor de referință ale elementelor subtronsonului;

   h) înlocuirea momentului de referință al fiecărui element al subtronsonului cu media momentelor de referință ale elementelor subtronsonului;

   i) sortarea tabelei de tronsoane în ordinea inițială;

   j) generarea unei noi secvențe de invarianți sub forma unor dubleți (înv,, cost,), în care primul termen este tipul extins al elementului de tronson, iar al doilea este egal cu suma momentului de referință și amplitudinii de referință a elementului de tronson;

   k) ajustarea ponderilor invarianților din secvența obținută conform unei curbe de ajustare, curba fiind definită astfel încât primul sfert din numărul total de invarianți ai curbei să aibă ponderea înmulțită cu 0,5, următoarea jumătate din invarianți să aibă ponderea înmulțită cu 1, iar restul să aibă ponderea înmulțită cu 1,5.
7. 7. Metodă conform revendicării 5, caracterizată prin aceea că, pentru (SRA1), în faza de comparație are loc determinarea distanței între două componente, folosind distanța

   RO 121497 Β1

   Levenshtein pentru care tipurile de simboluri sunt codurile extinse de invarianți, costurile 1 simbolurilor sunt ponderile invarianților, iar compararea a două simboluri, când sunt identice, costul rezultat este egal cu modulul diferenței costurilor celor două simboluri, și când sunt 3 diferite ca tip, costul rezultat este costul simbolului șters, dacă este vorba de o ștergere, costul rezultat este costul simbolului inserat, dacă este vorba de o inserție, sau costul rezul- 5 tat este suma costurilor celor două simboluri, dacă este vorba de o substituție, după care, dacă distanța Levenshtein este D, se ia în considerare distanța normată, iar în final are loc 7 combinarea distanțelor, astfel încât distanța finală corespunzătoare (SRA1) este media celor m distanțe între componentele semnăturii specimen și componentele semnăturii 9 de intrare.
8. 8. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, în etapa de verifi- 11 care (SRA2) în baza de semnături, în care în faza de filtrare, din datele de intrare (ax, bx, ay, by) se rețin preponderent informațiile referitoare la mișcările spațiale ale mâinii, combi- 13 nate intrinsec cu cele specifice reflexului sinaptic, decelate prin filtrarea microvibrațiilor de contact cu hârtia, în faza de post-procesare și compunere a datelor de intrare, se calcu- 15 lează, pe baza semnalelor de intrare filtrate, modulul accelerației momentane în punctul (A), modulul accelerației momentane în punctul (B), modulul vitezei momentane în punctul (A), 17 modulul vitezei momentane în punctul (B), se elimină accelerația de translație a pixului, păstrând doar componenta centripetă, se elimină viteza de translație a pixului, păstrând 19 doar componenta centripetă, în faza de comparare a semnalelor are loc împărțirea semnalului în tronsoane, calculul distanței între două semnale folosind algoritmul F-Test pentru 21 evaluarea distanței între două tronsoane, după care se normează distanța în funcție de lungimea semnalelor și apoi se normează distanța în intervalul [0,1]. 23
9. 9. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, pentru (SRA2), faza de determinare a distanței între semnături, bazată pe ponderea componentelor, cuprinde 25 atribuirea unei ponderi fiecărei componente a semnăturii, pondere determinată experimental și prin compararea celor N componente ale unei semnături specimen cu cele N componente 27 ale unei semnături de intrare, rezultând N distanțe, a căror medie ponderată se calculează și se obține distanța Dg^. 29
10. 10. Metodă conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că etapa de interpretare a rezultatelor constă în însumarea matricelor linie ale rezultatelor obținute cu (SRA1 și 31 SRA2) în urma comparației semnăturii de intrare cu baza curentă de comparație, rezultând matricea rezultatelor finale, după care se sortează descrescător matricea rezultatelor finale 33 și pozițiile pe care se vor regăsi în matricea sortată, rezultatele comparației dintre semnătura de intrare și specimenele corespunzătoare acesteia compun răspunsul final al procesului de 35 autentificare.