RU2636136C2 - Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor - Google Patents

Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2636136C2
RU2636136C2 RU2016112118A RU2016112118A RU2636136C2 RU 2636136 C2 RU2636136 C2 RU 2636136C2 RU 2016112118 A RU2016112118 A RU 2016112118A RU 2016112118 A RU2016112118 A RU 2016112118A RU 2636136 C2 RU2636136 C2 RU 2636136C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
optical radiation
human body
user
modulation unit
Prior art date
Application number
RU2016112118A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016112118A (en
Inventor
Сергей Николаевич Коптяев
Алексей Дмитриевич Ланцов
Антон Сергеевич Медведев
Максим Владимирович Рябко
Алексей Андреевич Щекин
Original Assignee
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority to RU2016112118A priority Critical patent/RU2636136C2/en
Priority to KR1020160042398A priority patent/KR102640202B1/en
Priority to US15/444,568 priority patent/US10296776B2/en
Publication of RU2016112118A publication Critical patent/RU2016112118A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2636136C2 publication Critical patent/RU2636136C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/22Matching criteria, e.g. proximity measures
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/14Vascular patterns
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2221/00Indexing scheme relating to security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10Image acquisition
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/20Image preprocessing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/88Image or video recognition using optical means, e.g. reference filters, holographic masks, frequency domain filters or spatial domain filters

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device for biometric identification of a user comprises an illumination unit configured to emit, at least, one first optical radiation per human body; a modulation unit configured to modulate, at least, one second optical radiation scattered from a human body; a sensor configured to detect the integrated power of, at least, one second optical radiation scattered from the human body; a processing and storage unit configured to switch the states of the modulation unit to receive a signal from the sensor such that each sensor reading corresponds to a particular state of the modulation unit, performing biometric user authentication.
EFFECT: providing reliable authentication and portability of the device.
8 cl, 11 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам для аутентификации людей, в частности к методике аутентификации, основанной на использовании персональных биологических данных, а именно конфигураций вен тела человека.The present invention relates to devices and methods for authenticating people, in particular, to an authentication technique based on the use of personal biological data, namely, configurations of veins of the human body.

В частности, изобретение относится к носимой системе и способу для получения биологической информации на основании конфигурации вен в области запястья пользователя и выполнения биометрической аутентификации пользователя.In particular, the invention relates to a wearable system and method for obtaining biological information based on the configuration of veins in the wrist region of a user and performing biometric authentication of the user.

ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИKNOWN LEVEL OF TECHNOLOGY

В настоящее время существует множество способов аутентификации пользователя, которые основаны на использовании биологической информации, например, отпечатка пальца, радужной оболочки и сетчатки глаза, конфигураций вен на ладони или области запястья человека. Учитывая высокие темпы распространения носимой электроники, очень важно обеспечить пользователя средствами персональной аутентификации для случаев использования таких носимых устройств как часы, устройства отслеживания активности (трекеры) и т.п. В таких случаях область запястья считается единственным участком тела человека, подходящим для получения биологической информации. Это обуславливает перспективность осуществления аутентификации пользователя на основе конфигурации вен в области запястья. Существуют различные решения, которые основаны на использовании информации о конфигурации вен в качестве основы для выполнения процедур аутентификации. Однако все описанные устройства имеют некоторые недостатки, препятствующие успешному и надежному применению этих устройств. Все описанные устройства можно разделить на две группы: устройства, которые регистрируют и обрабатывают изображения конфигурации вен, и устройства, которые регистрируют и обрабатывают некий сигнал, связанный с конфигурацией вен. Устройства первой группы работают с изображениями конфигурации вен человека, что оставляет возможность для хищения этих изображений. Устройства второй группы являются более надежными с точки зрения безопасности, однако они менее точны из-за их высокой чувствительности к смещению данных устройств на запястье человека.Currently, there are many ways to authenticate a user, which are based on the use of biological information, for example, a fingerprint, iris and retina, configurations of veins in the palm of the hand or area of the wrist. Given the high pace of distribution of wearable electronics, it is very important to provide the user with personal authentication tools for cases of using wearable devices such as watches, activity tracking devices (trackers), etc. In such cases, the wrist area is considered the only part of the human body that is suitable for obtaining biological information. This makes it possible to authenticate the user based on the configuration of the veins in the wrist. There are various solutions that rely on using vein configuration information as the basis for performing authentication procedures. However, all the described devices have some disadvantages that impede the successful and reliable use of these devices. All described devices can be divided into two groups: devices that register and process images of the vein configuration, and devices that register and process a certain signal associated with the configuration of veins. The devices of the first group work with images of the configuration of human veins, which leaves the opportunity for theft of these images. The devices of the second group are more reliable from the point of view of safety, but they are less accurate due to their high sensitivity to the displacement of these devices on the wrist.

В настоящий момент известны различные изобретения, относящиеся к области аутентификации человека с использованием биологической информации.Various inventions are currently known pertaining to the field of human authentication using biological information.

Первое известное решение описано в заявке US 20140294251 А1. Описанное устройство регистрирует оптическое изображение конфигурации вен человека, извлекает характерные признаки этой конфигурации и выполняет процедуру аутентификации. Недостатком этого устройства является то, что оно работает с изображением конфигурации вен, в случае хищения которого (изображения) похититель может получить доступ к персональным данным пользователя.The first known solution is described in the application US 20140294251 A1. The described device registers an optical image of the configuration of human veins, extracts the characteristic features of this configuration and performs the authentication procedure. The disadvantage of this device is that it works with the image of the configuration of veins, in case of theft of which (image) the thief can gain access to the user's personal data.

Иной подход продемонстрирован в устройстве и способе, предназначенных для использования в носимом форм-факторе, которые включают в себя устройство для получения биологической информации, способ получения биологической информации и биометрическое устройство, описанные в документе US 8,144,938 В2. Устройство предназначено для получения биологической информации посредством проецирования оптического излучения на поверхность тела человека в области запястья и сбора рассеиваемого излучения датчиком. Процедура аутентификации выполняется посредством сравнения сигналов, полученных датчиком, с сигналами, хранящимися в памяти. Это устройство не использует напрямую изображения конфигурации вен, что является более целесообразным при работе с персональными данными по сравнению с описанным выше устройством.A different approach is demonstrated in a device and method intended for use in a wearable form factor, which include a device for obtaining biological information, a method for obtaining biological information, and a biometric device described in US 8,144,938 B2. The device is designed to obtain biological information by projecting optical radiation onto the surface of the human body in the wrist and collecting the scattered radiation by the sensor. The authentication procedure is performed by comparing the signals received by the sensor with the signals stored in the memory. This device does not directly use vein configuration images, which is more appropriate when working with personal data compared to the device described above.

Недостатком этой системы является то, что она чувствительна к ошибкам аутентификации, которые могут возникать в случае даже небольшого смещения устройства в области запястья.The disadvantage of this system is that it is sensitive to authentication errors that can occur if there is even a slight displacement of the device in the wrist area.

Наиболее близкие признаки предлагаемого решения можно найти в способе и приборе для устройства формирования сжатых изображений, заявленных в патенте US 8199244 В2, которые представляют собой существенное усовершенствование в области формирования изображений в инфракрасном (ИК) свете. Устройство формирования изображений (визуализации) непосредственно получает случайные проекции падающего света и восстанавливает изображение с помощью единственного датчика. Благодаря этому датчику устройство можно адаптировать к формированию изображения на длинах волн, к которым не чувствительны обычные ПЗС и КМОП матрицы. Это очень важно для целей биометрической аутентификации, основанной на распознавании конфигураций вен, поскольку данная задача требует использования ИК излучения благодаря его способности проникать в тело человека на большие глубины.The closest features of the proposed solution can be found in the method and device for the compressed image forming apparatus claimed in US 8199244 B2, which represent a significant improvement in the field of imaging in infrared (IR) light. The imaging (imaging) device directly receives random projections of the incident light and restores the image using a single sensor. Thanks to this sensor, the device can be adapted to imaging at wavelengths to which conventional CCD and CMOS sensors are not sensitive. This is very important for biometric authentication based on recognition of vein configurations, since this task requires the use of infrared radiation due to its ability to penetrate into the human body at great depths.

Основным недостатком данного устройства является то, что его невозможно адаптировать к носимому форм-фактору из-за громоздкого светомодулирующего устройства и оптических подсистем, предназначенных для направления модулированного светового потока на светочувствительные элементы.The main disadvantage of this device is that it cannot be adapted to a wearable form factor due to the bulky light-modulating device and optical subsystems designed to direct the modulated light flux to photosensitive elements.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение предназначено для обеспечения компактного и надежного решения задачи биометрической аутентификации пользователя, достаточно портативного, чтобы уместиться в носимом форм-факторе. Анализ известного уровня показывает, что существует три основные проблемы, которые решает настоящее изобретение:The present invention is intended to provide a compact and reliable solution to the problem of biometric authentication of a user portable enough to fit in a wearable form factor. Analysis of the known level shows that there are three main problems that the present invention solves:

- Носимые устройства для аутентификации пользователя используют реальные изображения конфигураций вен, что не является безопасной практикой, так как эти изображения, являющиеся персональными данными пользователя, могут быть похищены и использованы впоследствии для получения несанкционированного доступа к устройству пользователя.- Wearable devices for user authentication use real images of vein configurations, which is not a safe practice, since these images, which are the user's personal data, can be stolen and subsequently used to gain unauthorized access to the user's device.

- Носимые устройства для аутентификации пользователя, которые работают на сигналах, полученных из биологических данных, без регистрации реального изображения конфигурации вен, подвержены ошибкам аутентификации, которые могут возникать в результате смещения устройства в области запястья.- Wearable devices for user authentication, which operate on signals obtained from biological data, without registering a real image of the vein configuration, are susceptible to authentication errors that may occur as a result of the device being displaced in the wrist area.

- Сложность реализации однопиксельной камеры в форм-факторе носимого устройства из-за громоздкого блока модуляции и оптической подсистемы.- The complexity of implementing a single-pixel camera in the form factor of a wearable device due to the cumbersome modulation unit and the optical subsystem.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение степени безопасности при биометрической аутентификации пользователя носимого устройства за счет исключения необходимости хранить реальные изображения конфигураций вен пользователя, а также обеспечение стабильной работы системы аутентификации при смещении этого устройства. Это может быть достигнуто путем решения трех описанных выше проблем.The technical result of the present invention is to increase the degree of security during biometric authentication of the user of the wearable device by eliminating the need to store real images of the configurations of the veins of the user, as well as ensuring stable operation of the authentication system when the device is offset. This can be achieved by solving the three problems described above.

Первая проблема решается за счет использования сигнала, который связан с биологическими параметрами (например, конфигурацией вен в области запястья), представленными при этом в одномерном формате; это исключает возможность восстановления реального изображения конфигурации вен без априорного знания параметров блока модуляции, используемого для модуляции оптического излучения, рассеиваемого от поверхности тела человека.The first problem is solved by using a signal that is associated with biological parameters (for example, the configuration of the veins in the wrist), presented in this one-dimensional format; this excludes the possibility of reconstructing a real image of the vein configuration without a priori knowledge of the parameters of the modulation unit used to modulate the optical radiation scattered from the surface of the human body.

Вторая проблема решается за счет использования блока модуляции и блока обработки, который осуществляет процедуру модуляции света путем переключения между масками, созданными блоком модуляции согласно заранее определенной последовательности, выбранной таким образом, чтобы компенсировать возможное смещение устройства на запястье пользователя.The second problem is solved by using a modulation unit and a processing unit that performs a light modulation procedure by switching between the masks created by the modulation unit according to a predetermined sequence selected in such a way as to compensate for the possible displacement of the device on the user's wrist.

Для решения третьей проблемы предлагается использовать гибкий датчик, который может быть выполнен на основе пленочной солнечной панели, прикрепленной непосредственно к поверхности блока модуляции таким образом, чтобы собирать все проходящее через него оптическое излучение. Блок модуляции также может быть реализован в виде гибкой пленки с заданными параметрами модуляции света.To solve the third problem, it is proposed to use a flexible sensor, which can be made on the basis of a film solar panel attached directly to the surface of the modulation unit in such a way as to collect all the optical radiation passing through it. The modulation unit can also be implemented as a flexible film with predetermined light modulation parameters.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложено оптическое устройство для биометрической аутентификации пользователя, содержащее:According to a first aspect of the present invention, there is provided an optical device for biometric user authentication, comprising:

- блок освещения, выполненный с возможностью испускания по меньшей мере одного первого оптического излучения на тело человека;- a lighting unit configured to emit at least one first optical radiation to the human body;

- блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством изменения своего состояния, характеризующегося оптической передаточной функцией;- a modulation unit configured to modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by changing its state, characterized by an optical transfer function;

- датчик, выполненный с возможностью регистрации интегральной мощности по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека и проходящего через блок модуляции;- a sensor configured to detect the integrated power of at least one second optical radiation scattered from the human body and passing through the modulation unit;

- блок обработки и хранения, выполненный с возможностью переключения состояний блока модуляции в соответствии с порядком, выбранным для компенсации возможного смещения устройства; получения сигнала от датчика таким образом, чтобы каждое показание датчика соответствовало конкретному состоянию блока модуляции; выполнения биометрической аутентификации пользователя посредством сравнения полученного сигнала с эталонным сигналом, связанным с пользователем и сохраненным в памяти.- a processing and storage unit, configured to switch the states of the modulation unit in accordance with the order selected to compensate for the possible displacement of the device; receiving a signal from the sensor so that each sensor reading corresponds to a particular state of the modulation unit; performing biometric user authentication by comparing the received signal with a reference signal associated with the user and stored in memory.

Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством изменения своего состояния, характеризующегося оптической передаточной функцией, представляет собой жидкокристаллический дисплей (ЖКД, LCD).According to one embodiment of the present invention, a modulation unit configured to modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by changing its state, characterized by an optical transfer function, is a liquid crystal display (LCD).

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством изменения своего состояния, характеризующегося оптической передаточной функцией, представляет собой диффузный рассеиватель с неуправляемой оптической передаточной функцией.According to another embodiment of the present invention, a modulation unit configured to modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by changing its state, characterized by an optical transfer function, is a diffuse diffuser with an uncontrolled optical transfer function.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством изменения своего состояния, характеризующегося оптической передаточной функцией, представляет собой диффузный рассеиватель с управляемой оптической передаточной функцией.According to another embodiment of the present invention, a modulation unit configured to modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by changing its state, characterized by an optical transfer function, is a diffuse diffuser with a controlled optical transfer function.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения датчик представляет собой одноточечный датчик.According to another embodiment of the present invention, the sensor is a single point sensor.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения датчик представляет собой фотоэлектрический элемент.According to another embodiment of the present invention, the sensor is a photovoltaic cell.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения датчик представляет собой фотодиод.According to another embodiment of the present invention, the sensor is a photodiode.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ биометрической аутентификации пользователя с помощью устройства для биометрической аутентификации, содержащий этапы, на которых:In accordance with another aspect of the present invention, a method for biometric authentication of a user using a device for biometric authentication, comprising the steps of:

- осуществляется испускание по меньшей мере одного первого оптического излучения на тело человека;- at least one first optical radiation is emitted to the human body;

- осуществляется модуляция по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством пропускания его через блок модуляции, который изменяет свое состояние, характеризующееся оптической передаточной функцией, в заранее определенном порядке, установленном и управляемом блоком обработки и хранения, причем заранее определенный порядок выбран так, чтобы компенсировать возможное смещение устройства;- modulation of at least one second optical radiation scattered from the human body, by passing it through a modulation unit, which changes its state, characterized by an optical transfer function, in a predetermined order, established and controlled by the processing and storage unit, and a predetermined order selected to compensate for possible displacement of the device;

- определяется датчиком интегральная (общая) мощность по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека и проходящего через блок модуляции;- the integrated (total) power of at least one second optical radiation scattered from the human body and passing through the modulation unit is determined by the sensor;

- регистрируется сигнал от датчика таким образом, чтобы каждое показание из датчика соответствовало конкретному состоянию блока модуляции;- the signal from the sensor is recorded so that each reading from the sensor corresponds to a specific state of the modulation block;

- выполняется биометрическая аутентификация пользователя посредством сравнения полученного сигнала с эталонным сигналом, связанным с пользователем и сохраненным в памяти.- biometric authentication of the user is performed by comparing the received signal with a reference signal associated with the user and stored in memory.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения модуляция по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, осуществляется посредством пропускания упомянутого излучения через блок модуляции с неуправляемой оптической передаточной функцией.According to another embodiment of the present invention, the modulation of at least one second optical radiation scattered from the human body is carried out by passing said radiation through a modulation unit with an uncontrolled optical transfer function.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения модуляция по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, осуществляется посредством пропускания упомянутого излучения через блок модуляции с управляемой оптической передаточной функцией.According to another embodiment of the present invention, the modulation of at least one second optical radiation scattered from the human body is carried out by passing said radiation through a modulation unit with a controlled optical transfer function.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения аутентификация признается положительной, когда коэффициент корреляции между реальным сигналом и эталонным сигналом превышает заранее определенный уровень.According to another embodiment of the present invention, authentication is considered positive when the correlation coefficient between the real signal and the reference signal exceeds a predetermined level.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения эталонный сигнал, связанный с пользователем, предварительно сохраняется в памяти при первоначальной калибровке устройства.According to another embodiment of the present invention, a reference signal associated with a user is previously stored in memory upon initial calibration of the device.

Основные отличия от прототипа включают в себя использование блока модуляции в сочетании с компактным и гибким датчиком оптического излучения, и блока обработки, который выполняет процедуру переключения между масками, сформированными блоком модуляции согласно заранее определенному порядку, выбранному таким образом, чтобы компенсировать возможное смещение прибора на запястье пользователя. Эти отличия дают возможность получать биологическую информацию и выполнять стабильную аутентификацию пользователя носимыми устройствами без необходимости сохранять реальные изображения конфигураций вен в памяти устройства.The main differences from the prototype include the use of a modulation unit in combination with a compact and flexible optical radiation sensor, and a processing unit that performs the switching procedure between the masks formed by the modulation unit according to a predetermined order selected in such a way as to compensate for the possible displacement of the device on the wrist user. These differences make it possible to obtain biological information and perform stable user authentication with wearable devices without the need to save real images of vein configurations in the device’s memory.

В примерном варианте осуществления изобретения поверхность области запястья освещают некогерентным источником света; падающий свет рассеивается от ткани тела человека и распространяется через блок модуляции. Во время процедуры аутентификации блок модуляции генерирует бинарную маску в соответствии с сигналами блока управления и модулирует пространственное распределение распространяющегося света. На выходе блока модуляции вся мощность выходящего света собирается и регистрируется одноточечным датчиком. Зависимость сигнала датчика от времени сохраняется в памяти устройства для выполнения процедуры аутентификации. Процедура аутентификации выполняется посредством сравнения описанных зависимостей, хранящихся в памяти устройства и полученных в момент переключения устройства. При достаточно высоком коэффициенте корреляции (>0,95) этих зависимостей аутентификация признается положительной.In an exemplary embodiment of the invention, the surface of the wrist region is illuminated with an incoherent light source; incident light is scattered from the tissue of the human body and propagates through the modulation unit. During the authentication procedure, the modulation unit generates a binary mask in accordance with the signals of the control unit and modulates the spatial distribution of the propagating light. At the output of the modulation unit, all the power of the outgoing light is collected and recorded by a single-point sensor. The time dependence of the sensor signal is stored in the device memory for the authentication procedure. The authentication procedure is performed by comparing the described dependencies stored in the device memory and received at the time of switching the device. With a sufficiently high correlation coefficient (> 0.95) of these dependencies, authentication is recognized as positive.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Другие детали и преимущества изобретения будут описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.Other details and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

Фиг. 1 изображает общую схему носимого устройства для биометрической аутентификации пользователя, на которой показаны блоки, содержащиеся в изобретении, и их функциональные связи;FIG. 1 depicts a general diagram of a wearable device for biometric user authentication, which shows the blocks contained in the invention and their functional relationships;

фиг. 2 изображает схему предпочтительного варианта осуществления носимого устройства для биометрической аутентификации пользователя;FIG. 2 is a diagram of a preferred embodiment of a wearable device for biometric user authentication;

фиг. 3 изображает типичную бинарную маску, сформированную блоком модуляции;FIG. 3 shows a typical binary mask formed by a modulation block;

фиг. 4 изображает зависимость коэффициента корреляции между сигналами датчика, зарегистрированными в случае различного значения смещения носимого устройства в боковой плоскости;FIG. 4 shows the dependence of the correlation coefficient between the sensor signals recorded in the case of a different offset value of the wearable device in the side plane;

фиг. 5 представляет изображения конфигурации вен в области запястья в случае смещения носимого устройства;FIG. 5 represents images of the configuration of veins in the wrist region in the event of a displacement of the wearable device;

фиг. 6 изображает бинарные маски, сдвинутые относительно друг друга;FIG. 6 depicts binary masks shifted relative to each other;

фиг. 7 изображает сигналы, зарегистрированные датчиком в случае смещения носимого устройства;FIG. 7 shows the signals recorded by the sensor in the event of a displacement of the wearable device;

фиг. 8 представляет изображение конфигурации вен в области запястья;FIG. 8 is an image of the configuration of veins in the wrist;

фиг. 9 представляет увеличенное изображение конфигурации вен в области запястья;FIG. 9 is an enlarged view of the configuration of the veins in the wrist;

фиг. 10 представляет увеличенное изображение конфигурации вен в области запястья, реконструированное с использованием датчика;FIG. 10 is an enlarged image of a wrist configuration of veins reconstructed using a sensor;

фиг. 11 изображает блок-схему алгоритма выполнения способа биометрической аутентификации пользователя.FIG. 11 depicts a flowchart of a biometric authentication method for a user.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Блок-схема автономного оптического устройства для биометрической аутентификации, показанная на фиг. 1, отображает взаимодействие между различными блоками устройства, где 1 - блок освещения, 2 - первое оптическое излучение, 3 - изучаемая область, 4 - второе оптическое излучение, 5 - блок модуляции, 6 - датчик, 7 - блок обработки и хранения. Устройство, показанное в качестве примера, включает в себя блок 1 освещения, который может состоять из одного или нескольких источников первого оптического излучения 2 с различными длинами волн, освещающего изучаемую область 3 (например, область запястья тела человека). Первое оптическое излучение проникает через ткань тела человека, отражается и рассеивается в обратном направлении. Оптическое излучение, распространяющееся в обратном направлении от тела человека в изучаемой области 3, называется далее вторым оптическим излучением 4. Второе оптическое излучение 4, которое может иметь компоненты с различной длиной волны в зависимости от параметров блока 1 освещения (разные источники оптического излучения с различными длинами волн для большей надежности), распространяется через блок 5 модуляции, который формирует специальные маски и переключается между ними для выполнения модуляции пространственного распределения интенсивности распространяющегося света согласно управляющим сигналам от блока 7 обработки и хранения. Специальные маски блока 5 модуляции представляют собой различные пространственные распределения оптических параметров среды, через которую распространяется второе оптическое излучение 4. Такие маски осуществляют модуляцию второго оптического излучения 4 посредством изменения его оптических параметров (например, пространственного распределения амплитуды, фазы и др.). На выходе блока 5 модуляции общая мощность модулированного света регистрируется датчиком 6. В результате, зарегистрированный биологический сигнал представляет собой зависимость общей мощности зарегистрированного света от времени, как показано на фиг. 4. Этот сигнал сохраняется в памяти блока 7 обработки и хранения и используется для выполнения процедуры аутентификации, которая предполагает сопоставление зарегистрированного биологического сигнала и сигнала, сохраненного в памяти после выполнения первоначальной калибровки, которая будет описана ниже. Если коэффициент корреляции между этими сигналами достаточно высокий (например, >0,95), аутентификация признается положительной. Для компенсации возможного смещения устройства используется специальная процедура, описанная ниже.A block diagram of a standalone optical device for biometric authentication shown in FIG. 1, displays the interaction between the various units of the device, where 1 is the lighting unit, 2 is the first optical radiation, 3 is the study area, 4 is the second optical radiation, 5 is the modulation unit, 6 is the sensor, 7 is the processing and storage unit. The device shown as an example includes a lighting unit 1, which may consist of one or more sources of the first optical radiation 2 with different wavelengths illuminating the study area 3 (for example, the wrist region of the human body). The first optical radiation penetrates the tissue of the human body, is reflected and scattered in the opposite direction. Optical radiation propagating in the opposite direction from the human body in the studied region 3 is hereinafter referred to as the second optical radiation 4. The second optical radiation 4, which may have components with different wavelengths depending on the parameters of the lighting unit 1 (different sources of optical radiation with different lengths waves for greater reliability), is distributed through modulation unit 5, which forms special masks and switches between them to perform modulation of the spatial distribution of the intensity of the propagating light according to the control signals from the block 7 processing and storage. Special masks of the modulation unit 5 represent various spatial distributions of the optical parameters of the medium through which the second optical radiation 4 propagates. Such masks modulate the second optical radiation 4 by changing its optical parameters (for example, the spatial distribution of amplitude, phase, etc.). At the output of the modulation unit 5, the total power of the modulated light is detected by the sensor 6. As a result, the detected biological signal represents the time dependence of the total power of the detected light, as shown in FIG. 4. This signal is stored in the memory of the processing and storage unit 7 and is used to perform the authentication procedure, which involves matching the registered biological signal and the signal stored in the memory after the initial calibration, which will be described below. If the correlation coefficient between these signals is high enough (for example,> 0.95), authentication is considered positive. To compensate for the possible displacement of the device, a special procedure is used, described below.

Согласно предпочтительному варианту, показанному на фиг. 2, все компоненты системы размещаются в носимом устройстве, которое пользователь надевает на запястье, где 8 - источник света, 9 - цилиндрическая линза, 10 - устройство внешней подсветки. Когда устройство надето, и пользователь хочет его инициализировать и получить доступ к его основным функциям, он должен выполнить процедуру аутентификации. Эта процедура начинается с нажатия пользователем на специальную кнопку, прикосновения к сенсорному экрану и др. Блок 1 освещения, содержащий источник 8 света, цилиндрическую линзу 9 и устройство 10 внешней подсветки, начинает испускать первое оптическое излучение, которое является некогерентным, и длина волны которого выбрана так, чтобы обеспечивать максимальное проникновение в ткани организма. Блок 1 освещения может содержать источники света с длинами волн в ближнем ИК-диапазоне 750-950 нм. Это излучение собирается цилиндрической линзой 9 и фокусируется на боковой поверхности устройства 10 внешней подсветки, которое достаточно компактно, чтобы поместиться в форм-факторе носимого устройства. Устройство 10 внешней подсветки создает близкое к равномерному освещение поверхности тела человека в области запястья. Первое оптическое излучение проникает в кожу человека в области запястья и рассеивается, главным образом, на эритроцитах в кровеносных сосудах и тем самым формирует отраженное второе оптическое излучение с достаточно высокой интенсивностью, чтобы можно было получить контрастные изображения конфигурации вен, расположенных в области запястья. Второе оптическое излучение проходит через блок 5 модуляции, который представляет собой, например, жидкокристаллический дисплей (ЖКД), управляемый последовательностью сигналов от блока 7 обработки и хранения. Каждый сигнал от принятой последовательности переключает ЖКД в состояние, при котором пространственная амплитудная функция пропускания света представляет двумерную бинарную маску, подобную показанной на фиг. 3, где черные пиксели соответствуют нулевому пропусканию света, а белые пиксели - полному пропусканию света. Общая выходная мощность света, проходящего через ЖКД с бинарной функцией пропускания света, регистрируется датчиком 6 таким образом, что для каждой бинарной маски ЖКД существует единственное значение сигнала датчика. Таким образом, полный сигнал, зарегистрированный датчиком 6 в течение одного цикла регистрации, подобен эталонному сигналу, показанному на фиг. 4 (эта фигура демонстрирует зависимость общей выходной мощности, зарегистрированной датчиком от номера бинарной маски, сгенерированной блоком модуляции). Эта процедура выполняется каждый раз, когда требуется аутентификация. Аутентификация, как таковая, выполняется посредством сравнения текущего полного сигнала от датчика 6 с сигналом, сохраненным в памяти устройства. В качестве меры соответствия этих сигналов можно использовать коэффициент корреляции. Когда коэффициент корреляции превышает заданный уровень, например 0,95, аутентификация признается положительной. Такой подход полностью исключает сохранение в памяти реальных изображений конфигурации вен пользователя и делает невозможным хищение этих данных и несанкционированный доступ к носимому устройству.According to the preferred embodiment shown in FIG. 2, all components of the system are placed in a wearable device that the user puts on his wrist, where 8 is a light source, 9 is a cylindrical lens, 10 is an external illumination device. When the device is put on, and the user wants to initialize it and gain access to its basic functions, he must perform the authentication procedure. This procedure begins with a user pressing a special button, touching the touch screen, etc. The lighting unit 1, containing a light source 8, a cylindrical lens 9 and an external illumination device 10, starts to emit the first optical radiation, which is incoherent, and whose wavelength is selected so as to ensure maximum penetration into body tissues. The lighting unit 1 may comprise light sources with wavelengths in the near infrared range of 750-950 nm. This radiation is collected by a cylindrical lens 9 and focuses on the side surface of the external illumination device 10, which is compact enough to fit in the form factor of the wearable device. The external illumination device 10 creates close to uniform illumination of the surface of the human body in the wrist. The first optical radiation penetrates the human skin in the wrist and is scattered mainly on red blood cells in the blood vessels and thereby forms the reflected second optical radiation with a high enough intensity so that contrast images of the configuration of veins located in the wrist can be obtained. The second optical radiation passes through a modulation unit 5, which is, for example, a liquid crystal display (LCD) controlled by a sequence of signals from the processing and storage unit 7. Each signal from the received sequence switches the LCD to a state in which the spatial amplitude function of the light transmission represents a two-dimensional binary mask similar to that shown in FIG. 3, where black pixels correspond to zero light transmission, and white pixels to full light transmission. The total output power of the light passing through the LCD with the binary function of transmitting light is detected by the sensor 6 so that for each binary mask of the LCD there is a single value of the sensor signal. Thus, the complete signal detected by the sensor 6 during one recording cycle is similar to the reference signal shown in FIG. 4 (this figure shows the dependence of the total output power detected by the sensor on the binary mask number generated by the modulation unit). This procedure is performed every time authentication is required. Authentication, as such, is performed by comparing the current complete signal from the sensor 6 with the signal stored in the device memory. As a measure of the correspondence of these signals, a correlation coefficient can be used. When the correlation coefficient exceeds a predetermined level, for example 0.95, authentication is considered positive. This approach completely eliminates the storage in the memory of real images of the configuration of the veins of the user and makes it impossible to steal this data and unauthorized access to the wearable device.

Предложенный способ также позволяет решить проблему возможного смещения носимого устройства на запястье. Предположим, что устройство надето на запястье не точно на том же месте, где ранее. В этом случае структура конфигурации вен смещается, как показано на фиг. 5. Смещение конфигурации вен изменяет сигнал, регистрируемый датчиком 6. При небольшом значении смещения эталонный сигнал (фиг. 4) может превратиться в сигнал, показанный пунктирной линией на фиг. 4. На этой фигуре видно, что данные сигналы по-прежнему высоко коррелированны (коэффициент корреляции превышает 0,95), следовательно, аутентификация будет положительной. Однако значение смещения устройства может быть выше, так, что данные сигналы не будут коррелированны. Для преодоления этой проблемы предложен описываемый способ. Каждая бинарная маска из полной последовательности отображается на ЖКД таким образом, что пространственное распределение ее черных и белых пикселей немного смещено, как показано на фиг. 6. Эта процедура повторяется несколько раз путем «сдвига» каждой бинарной маски из полной последовательности в различных направлениях на разное значение. Таким образом, получается зависимость коэффициента корреляции между эталонным сигналом и сигналами, измеренными для различных сдвигов бинарных масок вдоль направлений X и Y в плоскости ЖКД. Эту зависимость можно представить как функцию двух переменных - сдвигов по осям X и Y, или матрицу, и можно визуализировать в виде двухмерного графика, показанного на фиг. 7. Как видно из представленного графика, максимальное значение коэффициента корреляции достигается в точке с координатами (-5,-8) относительно центра участка с координатами (0,0). Длина черной стрелки пропорциональна значению сдвига, а ее направление соответствует направлению сдвига. Следовательно, для того чтобы компенсировать возможное смещение во время процедуры аутентификации, необходимо получить матрицу, состоящую из значений коэффициентов корреляции между эталонным и смещенными сигналами, и проверить наличие значений, превышающих заданное значение (например, 0,95). Если такое значение обнаружено, то процедура аутентификации признается положительной.The proposed method also allows to solve the problem of possible displacement of the wearable device on the wrist. Suppose the device is worn on the wrist not exactly in the same place as before. In this case, the vein configuration structure shifts as shown in FIG. 5. The displacement of the vein configuration changes the signal detected by the sensor 6. With a small value of the displacement, the reference signal (Fig. 4) can turn into the signal shown by the dashed line in Fig. 4. This figure shows that these signals are still highly correlated (the correlation coefficient exceeds 0.95), therefore, authentication will be positive. However, the offset value of the device may be higher so that these signals are not correlated. To overcome this problem, the described method is proposed. Each binary mask from the full sequence is displayed on the LCD so that the spatial distribution of its black and white pixels is slightly biased, as shown in FIG. 6. This procedure is repeated several times by “shifting” each binary mask from the complete sequence in various directions to a different value. Thus, we obtain the dependence of the correlation coefficient between the reference signal and the signals measured for various shifts of binary masks along the X and Y directions in the LCD plane. This dependence can be represented as a function of two variables — shifts along the X and Y axes, or a matrix, and can be visualized in the form of a two-dimensional graph shown in FIG. 7. As can be seen from the graph, the maximum value of the correlation coefficient is achieved at a point with coordinates (-5, -8) relative to the center of the plot with coordinates (0,0). The length of the black arrow is proportional to the value of the shift, and its direction corresponds to the direction of the shift. Therefore, in order to compensate for the possible bias during the authentication procedure, it is necessary to obtain a matrix consisting of the values of the correlation coefficients between the reference and biased signals and check for the presence of values exceeding the specified value (for example, 0.95). If such a value is found, then the authentication procedure is considered positive.

Второй вариант устройства подразумевает использование блока 5 модуляции, который представляет собой диффузный рассеиватель с управляемой оптической передаточной функцией. В качестве диффузного рассеивателя можно использовать тонкую пластиковую пленку с оптическими параметрами, которые определяются в процессе калибровки на этапе изготовления устройства. В этом случае маски, сформированные блоком 5 модуляции, изменяются вручную, например, с помощью пружинной подвески тонкой пленки - блока 5 модуляции, без получения сигналов от блока 7 обработки и хранения. Эта схема обеспечивает более высокую степень безопасности, так как блок 5 модуляции можно изготовить со случайно выбранными оптическими передаточными функциями, которые являются уникальными для каждого устройства. Однако данное решение более уязвимо к ошибкам смещения; эти ошибки необходимо преодолеть за счет использования блока 5 модуляции с оптической передаточной функцией с периодическим пространственным распределением. Еще одним способом компенсации ошибок смещения является реконструкция реального изображения конфигурации вен в области запястья для получения численных данных о направлении и величине смещения устройства. Эти данные необходимы для правильного размещения устройства с последующим повторением процедуры аутентификации. Задача реконструкции изображения решается с помощью последовательности b(t), измеренной датчиком, и представляет собой решение задачи «преследования базиса»:The second variant of the device involves the use of modulation unit 5, which is a diffuse diffuser with a controlled optical transfer function. As a diffuse diffuser, you can use a thin plastic film with optical parameters that are determined during calibration at the device manufacturing stage. In this case, the masks formed by the modulation unit 5 are manually changed, for example, by means of a spring suspension of a thin film — the modulation unit 5, without receiving signals from the processing and storage unit 7. This scheme provides a higher degree of security, since the modulation unit 5 can be manufactured with randomly selected optical transfer functions that are unique to each device. However, this solution is more vulnerable to bias errors; these errors must be overcome by using a modulation unit 5 with an optical transfer function with a periodic spatial distribution. Another way to compensate for bias errors is to reconstruct a real image of the vein configuration in the wrist area to obtain numerical data about the direction and magnitude of the bias of the device. This data is necessary for the correct placement of the device followed by the authentication procedure. The image reconstruction problem is solved using the sequence b (t) measured by the sensor and represents the solution to the “base pursuit” problem:

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
, (one)

где x - вектор, представляющий пространственное распределение света в плоскости блока модуляции,

Figure 00000002
- L1-норма вектора х, A - матрица известных коэффициентов, представленных бинарными масками, сформированными блоком модуляции. Типичное изображение конфигурации вен, которое подлежит реконструкции, представлено на фиг. 8 и 9 (увеличенное изображение конфигурации вен). Результат реконструкции представлен на фиг. 10. Можно заметить, что реконструированное изображение отображает все признаки, представленные в исходном изображении, и может быть использовано для распознавания конфигурации вен.where x is a vector representing the spatial distribution of light in the plane of the modulation block,
Figure 00000002
- L1-norm of the vector x, A is a matrix of known coefficients represented by binary masks formed by the modulation block. A typical vein configuration to be reconstructed is shown in FIG. 8 and 9 (enlarged image of the configuration of the veins). The reconstruction result is shown in FIG. 10. You may notice that the reconstructed image displays all the features presented in the original image and can be used to recognize the configuration of veins.

Для повышения уровня безопасности устройства можно использовать блок 5 модуляции, который представляет собой диффузный рассеиватель с неуправляемой оптической передаточной функцией. В качестве диффузного рассеивателя можно использовать тонкий слой полупрозрачной жидкости (например, любой жидкости с твердыми дисперсными частицами) в плоском прозрачном контейнере. Дисперсные частицы служат в качестве отдельных рассеивателей света и обеспечивают случайное пропускание света через среду. Следовательно, маски, сформированные блоком 5 модуляции, невозможно повторить. В этом случае для извлечения данных о конфигурации вен должно быть выполнено условие - суммарная мощность сигнала, проходящего через блок 5 модуляции должна оставаться неизменной.To increase the security level of the device, you can use the modulation unit 5, which is a diffuse diffuser with an uncontrolled optical transfer function. As a diffuse diffuser, you can use a thin layer of a translucent liquid (for example, any liquid with solid dispersed particles) in a flat transparent container. Dispersed particles serve as separate light scatterers and provide random transmission of light through the medium. Therefore, the masks generated by the modulation unit 5 cannot be repeated. In this case, to extract data on the configuration of the veins, the condition must be met - the total power of the signal passing through the modulation unit 5 must remain unchanged.

Алгоритм, представленный на фиг. 11, демонстрирует суть заявляемого способа для непрерывного измерения по меньшей мере одного физиологического параметра человека. По меньшей мере одно первое оптическое излучение направляется на тело человека в изучаемую область (например, область запястья). Оно рассеивается, образуя второе оптическое излучение, пространственное распределение которого несет данные о конфигурации вен на этой освещаемой области. Второе оптическое излучение проходит через блок модуляции, который модулирует его пространственное распределение, посредством генерирования набора масок, которые включаются последовательно. Общая (интегральная) мощность света на выходе блока модуляции регистрируется датчиком таким образом, что каждая маска, созданная блоком модуляции, отвечает за один образец полного сигнала, зарегистрированного датчиком. Сигнал датчика регистрируется и обрабатывается блоком обработки и хранения, который выполняет процедуру биометрической аутентификации - сравнивает реальный сигнал от датчика с одним эталонным сигналом, хранящимся в памяти блока обработки и хранения; в случае высокой заранее определенной степени совпадения сигналов процедура аутентификации признается положительной.The algorithm shown in FIG. 11 shows the essence of the proposed method for continuous measurement of at least one physiological parameter of a person. At least one first optical radiation is directed to the human body in the study area (for example, the wrist area). It scatters, forming a second optical radiation, the spatial distribution of which carries data on the configuration of the veins in this illuminated area. The second optical radiation passes through a modulation unit, which modulates its spatial distribution, by generating a set of masks that are switched on in series. The total (integral) light power at the output of the modulation unit is recorded by the sensor in such a way that each mask created by the modulation unit is responsible for one sample of the complete signal recorded by the sensor. The sensor signal is recorded and processed by the processing and storage unit, which performs the biometric authentication procedure - compares the real signal from the sensor with one reference signal stored in the memory of the processing and storage unit; in the case of a high predetermined degree of coincidence of the signals, the authentication procedure is considered positive.

Пользовательский сценарий согласно предпочтительному варианту осуществления можно описать следующим образом. Перед первым использованием биометрической аутентификации с помощью носимого устройства пользователь должен выполнить первоначальную калибровку прибора - сохранить персональные биометрические данные в памяти устройства. Для этого выполняется следующая процедура. Пользователь надевает устройство на руку в области запястья. После его включения блок освещения начинается испускать первое оптическое излучение, которое освещает кожу человека и рассеивается, создавая тем самым второе оптическое излучение. Оно распространяется через блок модуляции, который сразу же начинает формировать бинарные маски в соответствии с управляющей последовательностью из блока обработки и хранения. Формирование полного набора бинарных масок в блоке модуляции предположительно занимает около 1 секунды. Модулированное оптическое излучение после его прохождения через блок модуляции регистрируется датчиком. Сигнал с выхода датчика признается эталонным и сохраняется в памяти блока обработки и хранения. На этом первоначальная калибровка завершается.A user scenario according to a preferred embodiment can be described as follows. Before the first use of biometric authentication using a wearable device, the user must perform the initial calibration of the device - save personal biometric data in the device’s memory. To do this, the following procedure is performed. The user puts the device on his hand in the wrist. After its inclusion, the lighting unit begins to emit the first optical radiation, which illuminates the human skin and is scattered, thereby creating a second optical radiation. It is distributed through a modulation unit, which immediately begins to form binary masks in accordance with the control sequence from the processing and storage unit. The formation of a complete set of binary masks in a modulation unit is expected to take about 1 second. Modulated optical radiation after it passes through the modulation unit is detected by the sensor. The signal from the sensor output is recognized as a reference and stored in the memory of the processing and storage unit. This completes the initial calibration.

Для первой биометрической аутентификации повторяется описанная выше процедура, но в этом случае полученный сигнал сравнивается с эталонным сигналом, сохраненным в памяти блока обработки и хранения. Если достигнута высокая степень совпадения между эталонным и зарегистрированным сигналами (например, коэффициент корреляции между этими сигналами выше 0,95), то процедура аутентификации завершается и признается положительной. Это означает, что владелец данного носимого устройства подтвержден, и на этом основании разблокируются все возможности носимого устройства. После успешной аутентификации пользователь может принимать аудио или видеосигнал через встроенное аудиоустройство или через дисплей устройства. В противном случае устройство останется заблокированным.For the first biometric authentication, the above procedure is repeated, but in this case, the received signal is compared with the reference signal stored in the memory of the processing and storage unit. If a high degree of coincidence between the reference and registered signals is achieved (for example, the correlation coefficient between these signals is higher than 0.95), then the authentication procedure is completed and is considered positive. This means that the owner of this wearable device is verified, and on this basis all the capabilities of the wearable device are unlocked. After successful authentication, the user can receive audio or video through the built-in audio device or through the device’s display. Otherwise, the device will remain locked.

Claims (18)

1. Оптическое устройство для биометрической аутентификации пользователя, содержащее:1. An optical device for biometric authentication of a user, comprising: - блок облучения, выполненный с возможностью испускания по меньшей мере одного первого оптического излучения на конфигурацию вен тела человека в области запястья;- an irradiation unit configured to emit at least one first optical radiation to the configuration of the veins of the human body in the wrist; - блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством изменения своего состояния, характеризующегося оптической передаточной функцией, путем формирования набора двумерных бинарных масок и их последовательного переключения для выполнения модуляции пространственного распределения интенсивности распространяющегося второго оптического излучения;- a modulation unit configured to modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by changing its state characterized by an optical transfer function by forming a set of two-dimensional binary masks and sequentially switching them to modulate the spatial intensity distribution of the propagating second optical radiation; - датчик, выполненный с возможностью регистрации интегральной мощности по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека и проходящего через блок модуляции;- a sensor configured to detect the integrated power of at least one second optical radiation scattered from the human body and passing through the modulation unit; - блок обработки и хранения, выполненный с возможностью для осуществления биометрической аутентификации пользователя посредством сравнения полученного сигнала с эталонным сигналом, связанным с пользователем и сохраненным в памяти, формировать матрицу, состоящую из значений коэффициентов корреляции между эталонным и смещенными сигналами, измеренными для различных сдвигов бинарных масок вдоль направлений X и Y в плоскости блока модуляции, и выявлять наличие значений коэффициентов корреляции, превышающих заданное значение.- a processing and storage unit, configured to perform biometric authentication of the user by comparing the received signal with a reference signal associated with the user and stored in memory, to form a matrix consisting of the values of the correlation coefficients between the reference and biased signals measured for various shifts of binary masks along the X and Y directions in the plane of the modulation block, and detect the presence of correlation coefficients in excess of a given value. 2. Оптическое устройство по п. 1, в котором2. The optical device according to claim 1, in which блок модуляции, выполненный с возможностью модуляции по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством изменения своего состояния, характеризующегося оптической передаточной функцией, представляет собой жидкокристаллический дисплей (ЖКД).a modulation unit configured to modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by changing its state, characterized by an optical transfer function, is a liquid crystal display (LCD). 3. Оптическое устройство по п. 1 или 2, в котором датчик представляет собой одноточечный датчик.3. The optical device according to claim 1 or 2, in which the sensor is a single point sensor. 4. Оптическое устройство по п. 1 или 2, в котором датчик представляет собой фотоэлектрический элемент.4. The optical device according to claim 1 or 2, in which the sensor is a photoelectric element. 5. Оптическое устройство по п. 1 или 2, в котором датчик представляет собой фотодиод.5. The optical device according to claim 1 or 2, in which the sensor is a photodiode. 6. Способ биометрической аутентификации пользователя с помощью устройства для биометрической аутентификации, содержащий этапы, на которых:6. A method for biometric authentication of a user using a device for biometric authentication, comprising the steps of: - испускают по меньшей мере одно первое оптическое излучение на конфигурацию вен тела человека в области запястья;- emit at least one first optical radiation on the configuration of the veins of the human body in the wrist; - осуществляют модуляцию по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека, посредством пропускания его через блок модуляции, который изменяет свое состояние, характеризующееся оптической передаточной функцией, путем формирования набора двумерных бинарных масок и их последовательного переключения для выполнения модуляции пространственного распределения интенсивности распространяющегося второго оптического излучения в заранее определенном порядке, установленном и управляемом блоком обработки и хранения, причем заранее определенный порядок выбран так, чтобы компенсировать возможное смещение устройства;- modulate at least one second optical radiation scattered from the human body by passing it through a modulation unit that changes its state, characterized by an optical transfer function, by forming a set of two-dimensional binary masks and sequentially switching them to modulate the spatial distribution of the intensity of the propagating the second optical radiation in a predetermined order established and controlled by the processing unit and storage, and a predetermined order is selected so as to compensate for the possible displacement of the device; - определяют датчиком интегральную мощность по меньшей мере одного второго оптического излучения, рассеиваемого от тела человека и проходящего через блок модуляции;- determine the sensor integrated power of at least one second optical radiation scattered from the human body and passing through the modulation unit; - получают сигнал от датчика таким образом, чтобы каждое показание из датчика соответствовало конкретному состоянию блока модуляции;- receive a signal from the sensor so that each reading from the sensor corresponds to a specific state of the modulation unit; - для осуществления биометрической аутентификации пользователя посредством сравнения полученного сигнала с эталонным сигналом, связанным с пользователем и сохраненным в памяти, формируют матрицу, состоящую из значений коэффициентов корреляции между эталонным и смещенными сигналами, измеренными для различных сдвигов бинарных масок вдоль направлений X и Y в плоскости блока модуляции, и выявляют наличие значений коэффициентов корреляции, превышающих заданное значение.- for biometric authentication of the user by comparing the received signal with a reference signal associated with the user and stored in memory, a matrix is formed consisting of the values of the correlation coefficients between the reference and biased signals measured for various shifts of binary masks along the X and Y directions in the block plane modulation, and detect the presence of correlation coefficients in excess of a given value. 7. Способ по п. 6, в котором аутентификацию признают положительной, когда коэффициент корреляции между полученным сигналом и эталонным сигналом превышает заранее определенный уровень.7. The method according to claim 6, in which authentication is recognized as positive when the correlation coefficient between the received signal and the reference signal exceeds a predetermined level. 8. Способ по п. 6, в котором эталонный сигнал, связанный с пользователем, предварительно сохраняют в памяти при первоначальной калибровке устройства.8. The method according to claim 6, in which the reference signal associated with the user is previously stored in memory during the initial calibration of the device.
RU2016112118A 2016-03-31 2016-03-31 Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor RU2636136C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016112118A RU2636136C2 (en) 2016-03-31 2016-03-31 Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor
KR1020160042398A KR102640202B1 (en) 2016-03-31 2016-04-06 Device and method for biometrics authentication
US15/444,568 US10296776B2 (en) 2016-03-31 2017-02-28 Device and method for biometrics authentication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016112118A RU2636136C2 (en) 2016-03-31 2016-03-31 Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016112118A RU2016112118A (en) 2017-10-05
RU2636136C2 true RU2636136C2 (en) 2017-11-20

Family

ID=60047609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016112118A RU2636136C2 (en) 2016-03-31 2016-03-31 Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102640202B1 (en)
RU (1) RU2636136C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788590C1 (en) * 2020-10-14 2023-01-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method for identification of person by pattern of veins of palm

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112035818B (en) * 2020-09-23 2023-08-18 南京航空航天大学 Physical encryption radiation imaging-based identity authentication system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2245591C1 (en) * 2003-07-11 2005-01-27 Закрытое акционерное общество "Особое Конструкторское Бюро Систем Автоматизированного Проектирования" (ЗАО "ОКБ САПР") Contact-free integrated circuit
EA200602007A1 (en) * 2004-04-30 2007-06-29 Де Ля Рю Интернэшнл Лимитед IMPROVED OPTICALLY CHANGING DEVICES
WO2014075944A1 (en) * 2012-11-16 2014-05-22 Koninklijke Philips N.V. Biometric system with body coupled communication interface
RU2530309C2 (en) * 2008-06-12 2014-10-10 Эдванст Трэк Энд Трэйс Method and device for reading physical characteristics of object
WO2015099565A1 (en) * 2013-12-25 2015-07-02 Владимир Иосифович ЛИВШИЦ Method for short-range optical communication, optoelectronic data carrier and read/write device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030046228A1 (en) * 2001-08-28 2003-03-06 Jean-Marc Berney User-wearable functional jewelry with biometrics and smartcard to remotely sign and/or authenticate to e-services
KR20110063679A (en) * 2008-09-22 2011-06-13 크란디 키란 풀루루 A vein pattern recognition based biometric system and methods thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2245591C1 (en) * 2003-07-11 2005-01-27 Закрытое акционерное общество "Особое Конструкторское Бюро Систем Автоматизированного Проектирования" (ЗАО "ОКБ САПР") Contact-free integrated circuit
EA200602007A1 (en) * 2004-04-30 2007-06-29 Де Ля Рю Интернэшнл Лимитед IMPROVED OPTICALLY CHANGING DEVICES
RU2530309C2 (en) * 2008-06-12 2014-10-10 Эдванст Трэк Энд Трэйс Method and device for reading physical characteristics of object
WO2014075944A1 (en) * 2012-11-16 2014-05-22 Koninklijke Philips N.V. Biometric system with body coupled communication interface
WO2015099565A1 (en) * 2013-12-25 2015-07-02 Владимир Иосифович ЛИВШИЦ Method for short-range optical communication, optoelectronic data carrier and read/write device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788590C1 (en) * 2020-10-14 2023-01-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") Method for identification of person by pattern of veins of palm

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016112118A (en) 2017-10-05
KR20170112843A (en) 2017-10-12
KR102640202B1 (en) 2024-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11023704B2 (en) Interactive biometric touch scanner
CN109154959B (en) Optical fingerprint sensor with non-contact imaging capability
US10817594B2 (en) Wearable electronic device having a light field camera usable to perform bioauthentication from a dorsal side of a forearm near a wrist
US7708695B2 (en) Apparatus and method for detecting blood flow
US8229185B2 (en) Hygienic biometric sensors
US8175346B2 (en) Whole-hand multispectral biometric imaging
US7925056B2 (en) Optical speckle pattern investigation
Chatterjee et al. Anti-spoof touchless 3D fingerprint recognition system using single shot fringe projection and biospeckle analysis
US20090245591A1 (en) Contactless Multispectral Biometric Capture
WO2001065471A1 (en) Method and apparatus for distinguishing a human finger from a reproduction of a fingerprint
KR20070038448A (en) Methods and systems for estimation of personal characteristics from biometric measurements
CN101194270A (en) Multispectral biometric sensor
EP2413263A1 (en) 3d biometric scanner
EP3673406A1 (en) Laser speckle analysis for biometric authentication
BRPI0812505B1 (en) BIOMETRIC SYSTEM, METHOD FOR COLLECTING A BIOMETRIC IMAGE
JP2008181220A (en) Personal authentication apparatus and personal authentication method
RU2636136C2 (en) Portable device of biometric authentication with one-pixel sensor
Memon et al. Fingerprint sensors: Liveness detection issue and hardware based solutions
Fujieda et al. Signatures of live fingers extracted from a series of fingerprint images
RU2413299C2 (en) Method of recording finger papillary pattern
Noh et al. Review on a palm vein infrared image acquisition system
Lee et al. Optics and Biometrics
KR20140146773A (en) Optical based high resolution tactile sensation imaging system and method
Fujieda et al. Dual-LED imaging system for secure fingerprint identification
Yalavarthy et al. Integrable Vein Viewing System in Hand Held Devices