SE516295C2 - System och sätt för att kontrollera fingeravtryck, där en mindre del av fingret känns av och jämförs med olika positioner i ett referensavtryck - Google Patents

Description

Û15 l 20 25 30 35 516 295 2 person. Om så är fallet ger systemet en signal som anger detta. Signalen kan i förekommande fall styra åtkomsten av exempelvis en lokal, en dator eller information.

Kontrollen av om ett aktuellt registrerat finger- avtryck överensstämmer med ett tidigare registrerat fingeravtryck görs med hjälp av hårdvara eller mjukvara' och pä basis av digitala representationer av finger- avtrycken. Representationen av fingeravtrycket måste åstadkommas med hög upplösning eftersom det är små detal- jer som skiljer olika fingeravtryck frän varandra. Det innebär dels att det är en stor mängd information som skall lagras för varje fingeravtryck, dels att det är mycket information som skall jämföras för att fastställa om två fingeravtryck härrör från samma person.

En sätt att minska mängden information som lagras och jämförs är att utnyttja s k "feature extraction”. Man registrerar då fingeravtrycket från den person som skall ges behörighet till det som skyddas av systemet, letar upp speciella kännetecken (”features”) i fingeravtrycket, såsom punkter där àsarna delar sig och punkter där àsar slutar, och bestämmer läget för dessa speciella känne- tecken. Endast lägesinformationen och kategoriseringen av de speciella kännetecknen sparas i systemets minne. När man skall kontrollera behörigheten hos en person, regist- rerar man återigen dennes fingeravtryck och kontrollerar därefter om samma speciella kännetecknen återfinns på samma platser i det aktuella registrerade fingeravtrycket som i det tidigare lagrade fingeravtrycket. “ Sensorerna som används i fingeravtryckssystem bygger på olika avkänningstekniker. Det finns optiska sensorer, som väsentligen innehåller en transparent yta, mot vilken användaren håller sitt finger, ett linspaket och den egentliga sensorn som har en ljuskànslig yta. Linspaketet projicerar en förminskad bild av fingeravtrycket pà sen- sorn. De optiska sensorerna har nackdelen att registre- ringen av fingeravtryçket inte sker i skala 1:1-och att konstruktionen blir klumpig till följd av linspaketet. 10 V15 20 25 30 35 516 295 3 Det finns vidare s k kiselsensorer där användarens finger är i direktkontakt med sensorns aktiva yta. De idag vanligaste kiselsensorerna är kapacitiva. De har en sensoryta av minst 100 nmf. De kapacitiva kiselsensorer- na är relativt dyra för de kräver en stor kiselareap Thomson CSF tillhandahåller vidare en termisk sensor med namnet FingerChip TM. Denna sensor som har måtten 1,5 mm x 14 nmf. När ett fingeravtryck skall läsas in, drar användaren sitt finger över sensorn som med hög 4 frekvens och med termisk avkänning registrerar ”bilder” av den del av fingret som för ögonblicket befinner sig över sensorn. ”Bilderna” pusslas därefter ihop till en enda ”bild” av hela fingeravtrycket. Den hela bilden ' jämförs därefter på sedvanligt sätt med en tidigare registrerad bild. Denna sensor kräver en mindre kiselyta än de sensorer som registrerar ett helt fingeravtryck från ett finger som hålls stilla, men å andra sidan är den svårare att hantera för användaren som måste dra fingret med en relativt jämn hastighet över sensorn för att bilden skall bli tydlig{ Om användaren drar långsamt eller t.o.m. stoppar upp försämras resultatet eftersom sensorn bygger på temperaturskillnader som jämnas ut direkt om fingret hålls stilla.

Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett system för kontroll av fingeravtryck, som är ekonomiskt att tillverka. _ Detta ändamål uppnås med ett system enligt patent- kravet 1. i V Ett system enligt uppfinningen innefattar alltså en sensor, som är anordnad att endast registrera ett par- tiellt fingeravtryck från den yttersta leden av ett finger, och kännetecknas av ett organ för jämförelse av det av sensorn registrerade partiella fingeravtrycket med olika delar av minst ett i förväg registrerat referens: fingeravtryck, som representerar ett väsentligt-större fingeromràde än det partiella fingeravtrycket, varvid 10 '15 l 20 25 30 35 516 295 4 jämförelsen utförs mellan en första bitmapp som repre- senterar det partiella fingeravtrycket och en andra bit- mapp som representerar referensfingeravtrycket i syfte att kontrollera om den första bitmappen för det partiella fingeravtrycket överensstämmer med någon del av den andra bitmappen för referensfingeravtrycket.

Uppfinningen bygger således pà insikten att man vid kontroll av ett fingeravtryck inte behöver registrera mönstret pà hela det hudparti på den yttersta fingerleden som vidrör sensorn utan det räcker att man registrerar mönstret för ett begränsat omräde av detta.

När man skall kontrollera ett fingeravtryck kan man alltså nöja sig med att registrera en mindre mängd infor- mation än tidigare, vilket betyder att sensorn kan ha en mindre sensoryta och systemet i vilket sensorn ingår kan ha mindre kapacitet för informationsinhämtning.

Det är tänkbart att åstadkomma ett partiellt finger- avtryck med hjälp av en mycket liten sensor genom regist- rering av flera ”bilder” som pusslas ihop, men då krävs programvara för pusslingen. I en fördelaktig utförings- form är sensorn därför av en typ som förutsätter att fingret hälls väsentligen stilla på sensorn. Den kan lämpligen vara av typen som registrerar det partiella fingeravtrycket i skala 1:1 och den kan företrädesvis vara kapacitiv.

Fördelen med denna utföringsform är att användaren kan hälla sitt finger stilla pä sensorn vid registre- ringen av det partiella fingeravtrycket, vilket gör sen- sorn enkel att använda, samtidigt som kostnaden för sen- sorn hàlls nere p g a att den erfordrade kiselytan är väsentligt mindre än i en sensor av samma typ som regis- rerar ett fullständigt fingeravtryck. Dessutom behövs ingen programvara för att sätta ihop delbilder av ett fingeravtryck till ett helt fingeravtryck sàsom erfordras vid användning av den kända termiska sensorn FingerChipW.

Ju mindre sensorns yta är desto mindre blir kisel- kostnaden och därmed tillverkningskostnaden. Å andra 10 0/15 20 25 30 35 516 295 5 sidan blir tillförlitligheten sämre ju mindre område som kontrolleras. Valet av lämplig storlek pä sensorytan är därför en kompromiss mellan pris och säkerhet, där den tilltänkta användningen är avgörande. Sensorns yta för "registrering av det partiella fingeravtrycket är med fördel mindre än 60 nmf, företrädesvis mindre än 40 nmF och helst mindre än 25 mmz.

Systemet kan innefatta en anordning som väsentligen bara innehåller en sensor och som är anordnad att skicka det av sensorn registrerade partiella fingeravtrycket vidare till en annan enhet i systemet där kontrollen av fingeravtrycket sker. Flera sådana sensoranordningar kan vara anslutna till en central kontrollenhet. Eftersom ' själva sensorn är billig att tillverka kan systemet inne- hälla fler sensoranordningar än i fallet med en traditio- nell sensoranordning, vilket ökar bekvämligheten för användarna.

Systemet innefattar vidare ett organ för jämförelse av en digital representation av det av sensorn registre- rade partiella fingeravtrycket med en digital representa- tion av minst ett i förväg registrerat referensfinger- avtryck, varvid det partiella fingeravtrycket represen- terar ett väsentligt mindre fingeromräde än referens- fingeravtrycket. Referensfingeravtrycket kan exempelvis vara lagrat i ett minne i anordningen eller pä ett intelligent kort, ett s k smart card, som användaren sätter in i en läsare i anordningen.

Eftersom det partiella fingeravtrycket jämförs med ett väsentligt större fingeravtryck, normalt ett full- ständigt fingeravtryck, behöver man inte hålla reda pä var på fingret det partiella avtrycket är lokaliserat.

Till skillnad mot den kända tekniken är således jämfö- relseorganen anordnade att utföra flera jämförelser av det av sensorn registrerade partiella fingeravtrycket med olika delar av referensfingeravtrycketÅ Den digitala representationen av det partiella fingeravtrycket och referensfingeravtrycket kan bestå av »f 10 his 20 25 30 35 516 295 6 information om speciella kännetecken i respektive finger- avtryck och dessa känneteckens placering. För ökad säker- het representeras emellertid både det partiella finger- avtrycket och det i förväg registrerade referensfinger- avtrycket med hjälp av en bitmapp som är enkel att han- tera i'en dator. I I Det har förekommit försök att lura kontrollsystem där man har använt avgjutningar eller bilder av finger- avtryck som har presenterats för sensorn. Sådana försök till bedrägeri kan förhindras om man låter sensorn registrera ett dynamiskt fingeravtryck eller närmare bestämt ett flertal partiella fingeravtryck från en och samma del av fingret. När användaren håller fingret mot' sensorn kommer fingeravtrycket nämligen att ändra sig beroende på hur hårt användaren trycker fingret mot sen- sorn. Genom att först kontrollera att ett av de partiella fingeravtrycken överensstämmer med en del av ett tidigare lagrat fingeravtryck och därefter kontrollera att det finns dynamik i de partiella fingeravtrycken kan man säkerställa att det partiella fingeravtrycket härrör från ett ”riktigt” finger på en behörig person.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att anvisa ett alternativt sätt att kontrollera fingeravtryck som kan utföras med en utrustning som är ekonomisk att tillverka. Detta ändamål uppnås med ett sätt enligt kra- vet 9.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen, avser denna således ett sätt att kontrollera fingeravtryck, inne- fattande stegen att registrera endast ett partiellt fingeravtryck, som representerar ett första fingerområde, åstadkomma en första bitmapp som representerar det par- tiella fingeravtrycket, jämföra den första bitmappen med olika delar av en andra bitmapp som representerar minst ett i förväg registrerat referensfingeravtryck som repre- senterar ett andra fingerområde, som är väsentligt större än det första fingerområdet i syfte att kontrollera om den första bitmappen för det partiella fingeravtrycket 10 15 20 25 30 35 516 295 7 överensstämmer med någon del av den andra bitmappen för referensfingeravtrycket, och bestämma om det partiella fingeravtrycket härrör från samma finger som det i förväg registrerade referensfingeravtrycket på basis av jäm- förelsesteget. ' ' Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning skall nu beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig 1 visar schematiskt en första utföringsform av ett system enligt uppfinningen; Fig 2 visar schematiskt en andra utföringsform av ett system enligt uppfinningen; _ Fig 3 visar schematiskt en tredje utföringsform av' ett system enligt uppfinningen; och Fig 4 a-c schematiskt visar ett partiellt fingerav- tryck, ett helt referensfingeravtryck och jämförelse av ett partiellt fingeravtryck med ett referensfingerav- tryck.~ Beskrivning av föredragna utföringsformer I fig 1 visas av ett system för fingeravtrycks- kontroll. Systemet innefattar i huvudsak en sensor 1, jämförelseorgan 2 och ett minne 3. Sensorn 1 är anordnad att registrera ett partiellt fingeravtryck från ett finger som placeras på sensorn och mata detta till jäm- förelseorganen 2. Sensorn_l kan exempelvis vara av kapa- citiv typ. Den kan vara uppbyggd pà samma sätt som kom- mersiellt tillgängliga kapacitiva sensorer med den vik- tiga skillnaden att sensorns yta för registrering av fingeravtryck är väsentligt mindre och så liten att den bara kan registrera ett partiellt fingeravtryck fràn ett normalt finger.

I minnet 3 finns lagrat ett eller flera referens- fingeravtryck som är upptagna under säkra förhållanden från en eller flera behöriga personer som har rätt att komma àt det objekt eller den information som skyddas av systemet. Referensfingeravtrycken är hela fingeravtryck för de behöriga personernas fingrar. De har antingen 10 .(175 20 25 30 35 516 295 8 registrerats med samma sensor 1 som de partiella finger- avtrycken, varvid det erfordras att användaren drar fing- ret över sensorn och att anordningen innehåller organ för att pussla ihop de partiella fingeravtrycken till ett helt referensfingeravtryck, eller med en annan sensor som; har så stor sensoryta att den kan registrera ett helt fingeravtryck av ett finger som hálls stilla.

Jämförelseorganen 2 är anordnade att motta ett par- tiellt fingeravtryck som skall kontrolleras från sensorn 1 och jämföra detta med det eller de referensfingerav- tryck som finns lagrade i minnet 3. Jàmförelseorganen 2 kan realiseras i hård- eller mjukvara och exempelvis innehålla en mikroprocesser med lämpliga program för att' utföra jämförelsen eller bestå av en lämpligt uppbyggd ASIC. Utsignalen fràn jämförelseorganen anger på något sätt om det av sensorn registrerade partiella finger- avtrycket härrör från en behörig person vars fingerav- tryck finns lagrat i minnet. Utsignalen kan vara en ren information som indikerar OK eller icke-OK eller en styrsignal som ger åtkomst till ett objekt, t ex en lokal eller en dator, eller till information.

I fig 1 visas sensorn 1, jämförelseorganen 2 och minnet 3 som separata fysiska enheter som är förbundna med varandra medelst ledningar. Andra varianter är också tänkbara. Sensorn 1 och jämförelseorganen 2 kan t ex vara integrerade med varandra och finnas i samma fysiska enhet som är förbunden med minnet 3, som finns i en annan fysisk enhet. Sensorn 1, jämförelseorganen 2 och minnet 3 kan också alla vara integrerade i en enda fysisk enhet.

I fig 2 visas ytterligare ett alternativ, där minnet 3 utgörs av en databärare 3' i form av ett personligt kort, pà vilket innehavarens fingeravtryck finns lagrat i elektronisk form så att det kan läsas in till jämförelse- organen 2 via en läsare 4 som i detta fall befinner sig i samma fysiska enhet som sensorn och jämförelseenheten.

I fig 3 visas en annan utföringsform av systemet, där ett flertal sensorer 1 är anslutna till en central 10 n., V15 20 25 30 35 516 295 9 enhet 5 som innehåller minnet 3 för lagring av referens- fingeravtryck och jämförelseorganen 2. Systemet inne- håller dessutom en speciell referenssensor 6 för regist- rering av referensfingeravtryck. Denna sensors yta är väsentligt större än sensorytan pà sensorerna 1 för registrering av partiella fingeravtryck.

Det i fig 3 visade systemet för kontroll av finger- avtryck fungerar pà följande sätt. Antag att systemet» används som passersystem pà en arbetsplats. Innan en an- vändare kan börja använda systemet mäste hans finger- avtryck registreras och lagras i minnet 3. Registreringen sker med hjälp av referenssensorn 6 som registrerar ett helt fingeravtryck fràn exempelvis pekfingret och lagrar det i form av en bitmapp i minnet 3. När användaren vill komma in på sin arbetsplats placerar han sitt pekfinger på sensorn 1, som registrerar ett partiellt fingerav- tryck, som även det representeras i form av en bitmapp, och skickar det till jämförelseenheten. Jämförelseenheten hämtar bitmappen för ett första referensfingeravtryck från minnet 3 och jämför denna med bitmappen för det par- tiella fingeravtrycket. Eftersom det partiella fingerav- trycket är mycket mindre än referensfingeravtrycket jäm- förs det partiella fingeravtrycket med referensfinger- avtrycket i alla tänkbara överlappningspositioner. Alter- nativt kan jämförelsen göras i utvalda positioner. Jäm- förelsen kan utföras på sä sätt att man jämför samtliga överlappande bildpunkter ger olika poäng när överlappande bildpunkter bàda är svarta, båda är vita eller är_olika.

Man kontrollerar sen alla överlappande bildpunkter och summerar poängen. Därefter använder man något i förväg bestämt kriterium, t ex en förutbestämd poängsumma, för att avgöra om bilderna härrör från samma finger eller ej.

En effektivare algoritm för att matcha bitmappar beskrivs i sökandens svenska patentansökan nr SE 9704925-8.

Om användarens partiella fingeravtryck överens- stämmer med någon del av det första referensfingerav- trycket eller med någon del i något av de övriga refe- 10 20 25 30 35 516 295 10 rensfingeravtrycken som det partiella fingeravtrycket jämförs med om överensstämmelse inte föreligger med det första referensfingeravtrycket så avger systemet en styr- signal som öppnar låset till dörren till användarens arbetsplats. Om ej, förblir dörren låst,' ' Övriga beskrivna utföringsformer fungerar på mot- svarande sätt.

Det skall påpekas att systemen naturligtvis istället kan användas för att utestänga obehöriga personer, vars fingeravtryck lagras i minnet 3.

Andra modifieringar kan också göras. Såsom nämnts kan man använda feature extraction som jämförelseteknik.

Vidare behöver man inte jämföra med alla fingeravtrycken i minnet 3 utan användaren kan med hjälp av en personlig kod ange med vilket referensfingeravtryck jämförelsen skall ske.

I fig 4a visas schematiskt det av sensorn 1 regist- rerade partiella fingeravtrycket som motsvarar endast en del av den yttersta leden på fingret, vilket antyds genom att den ej registrerade delen av mönstret visas med streckade linjer.

I fig 4b visas schematiskt det av referenssensorn 6 registrerade referensfingeravtrycket. Såsom framgår av denna figur motsvarar referensfingeravtrycket hela fingeravtrycket, dvs hela det parti av huden på den yttersta fingerleden som kommer i kontakt med en sensor eller något annat underlag när fingret hålls mot _denna/detta.

I fig 4c visas schematiskt hur det partiella finger- avtrycket jämförs med olika delar av referensfingerav- tryoket. För åskàdlighetens skull visas det partiella fingeravtrycket bara som en ruta i nägra olika positioner på referensfingeravtryçket.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 : a o | n. n 516 295 az gggg_=";z::j_-'j=":= n v u - v | ø n Q . . ,, /I PATENTKRAV

1. System för fingeravtryckskontroll, innefattande en sensor (1) som är anordnad att endast registrera ett partiellt fingeravtryck från den yttersta leden av ett finger, k ä n n e t e c k n a d av ett organ (2) för jämförelse av det av sensorn registrerade partiella fingeravtrycket med olika delar av minst ett i förväg registrerat referensfingeravtryck, som representerar ett väsentligt större fingeromràde än det partiella finger- avtrycket, varvid jämförelsen utförs mellan en första bitmapp som representerar det partiella fingeravtrycket och en andra bitmapp som representerar referensfinger- avtrycket i syfte att kontrollera om den första bitmappen för det partiella fingeravtrycket överensstämmer med någon del av den andra bitmappen för referensfinger- avtrycket.

2. System enligt krav 1, varvid jämförelseorganet är anordnat att utföra jämförelsen i alla tänkbara överlapp- ningspositioner mellan det partiella fingeravtrycket och nämnda minst ett referensfingeravtryck.

3. System enligt krav 1 eller 2, varvid sensorn (1) är en kapacitiv sensor.

4. System enligt något av föregående krav, varvid sensorn (1) är av en typ som förutsätter att fingret hålls väsentligen stilla på sensorn.

5. System enligt något av föregående krav, varvid sensorn (1) har en yta för registrering av fingerav- trycket, vilken yta är mindre än 60 mm2, företrädesvis mindre än 40 mmz och helst mindre än 25 mm2.

6. System enligt något av föregående krav, varvid sensorn (1) är anordnad att registrera ett flertal par- tiella fingeravtryck från en och samma del av fingret.

7. System enligt något av föregående krav, vidare innefattande ett minne för lagring av nämnda minst ett referensfingeravtryck. 10 15 20 516 295 Q--en n o ~ ua nu-uu: - n 0 o . 0 ø°' u ..- /Z

8. System enligt något av föregående krav, vidare innefattande en referensfingeravtryckssensor för regist- rering av nämnda minst ett referensfingeravtryck.

9. Sätt att kontrollera fingeravtryck, innefattande stegen att registrera endast ett partiellt fingeravtryck, som representerar ett första fingerområde; åstadkomma en första bitmapp som representerar det partiella fingeravtrycket; jämföra den första bitmappen med olika delar av en andra bitmapp som representerar minst ett i förväg regi- strerat referensfingeravtryck som representerar ett andra fingerområde, som är väsentligt större än det första fingerområdet i syfte att kontrollera om den första bit- mappen för det partiella fingeravtrycket överensstämmer med någon del av den andra bitmappen för referensfinger- avtrycket, och bestämma om det partiella fingeravtrycket härrör från samma finger som det i förväg registrerade referens- fingeravtrycket på basis av jämförelsesteget. . uoooon