VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR LEBENDERKENNUNG EINES KÖRPERTEILS BEI EINEM BIOMETRISCHEN IDENTIFIZIERUNGSVERFAHREN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lebenderkennung eines Körperteils bei einem biometrischen Identifizierungs-Verfahren zur Feststellung der Identität einer Person durch Überprüfen eines individuellen Körpermerkmals, beispielsweise eines Fingerab- drucks.
Das Feststellen einer Identität einer Person ist auf vielfältige Weise möglich. Bei biometrischen Identifikationsverfahren werden körperliche Merkmale, die im wesentlichen einzigartig sind, detektiert und anschließend mit in einer Datenbank oder ähnlichem gespeichertem Identifi- kationsmerkmalen verglichen, um die Identität der Person festzustellen. Ein mögliches Verfahren stellt das Abtasten des Fingerabdruckmusters einer Person dar, wobei durch ein geeignetes Mustererkennungsverfahren und durch ein Vergleichen mit in einer Datenbank gespeicherten Fingerabdruckmustern das abgetastete Fingerabdruckmuster eindeutig einer bestimmten Person zugeordnet werden kann, da Fingerabdrücke einzigartig sind. Auf diese Wei- se kann die Identität der Person festgestellt werden.
Ein solches biometrisches Identifikationsverfahren kann jedoch getäuscht werden, indem beispielsweise eine Kopie des Fingerabdruckmusters auf z.B. eine optische Abtastvorrichtung gelegt wird, um eine andere Identität vorzutäuschen. Dies kann beispielsweise auch mit Hilfe einer dreidimensionalen Fingerattrappe mit einem nachgebildeten Fingerabdruck aus Plastik oder Gummi, einem Fingerabdruck von einem Finger einer toten Person oder einem Fingerabdruck von einem abgetrennten Finger einer lebenden Person vorgenommen werden, werden kann.
Aus EP 1052592 ist ein Verfahren zur Lebenderkennung bei Fingerabdrücken bekannt. Um herauszufinden, ob der zu überprüfende Fingerabdruck sich an einem lebenden Finger befindet, wird ein mechanischer und / oder elektrischer Reiz auf den Finger ausgeübt, wobei eine Reaktion des Fingers detektiert und ausgewertet wird. In diesem Fall kann mit Hilfe des me- chanischen und / oder elektrischen Reizes mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit herausgefunden werden, dass sich der Fingerabdruck auf einem lebenden Finger befindet. Ein Nachteil besteht darin, dass bei Kenntnis der zu erwartenden Reaktion diese Reaktion auch ' mit einer Fingerattrappe simuliert werden kann.
Aus der Druckschrift DE 10065137 ist ein Verfahren zu Lebenderkennung bei der Identifizierung von Personen mittels Fingerabdrucks bekannt. Zur Lebenderkennung wird die Impedanz bzw. der Widerstand der menschlichen Haut bewertet und der gemessene Widerstand mit den bezüglich der zu identifizierenden Person gespeicherten Widerstände verglichen und somit festgestellt, ob sich der Fingerabdruck auf einem Finger der zu identifizierenden Person befindet. Ein solcher Hautwiderstand kann jedoch auf einfache Weise auf einer Fingerattrappe nachgebildet werden, so dass ein zuverlässiger Schutz vor Fälschung nicht gegeben ist.
Aus der Druckschrift WO 01/24700 A1 sind weitere Möglichkeiten der Lebend-Erkennung bei einem Verfahren zum Feststellen der Identität einer Person mittels Fingerabdrucks bekannt. Hier werden unter anderem der Blutdruck, die Schweißabsonderung und die Temperatur des Fingers als Möglichkeiten vorgeschlagen, einen lebenden Finger von einem nicht lebenden Finger zu unterscheiden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Identifikationsvorrichtung zum Feststellen der Identität einer Person durch Identifizieren eines Körperteilabdrucks der Person zur Verfügung zu stellen, bei dem zuverlässiger festgestellt werden kann, dass sich der Körperteilabdruck auf einem Körperteil einer lebenden Person befindet. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Feststellen der Identität einer Person durch Identifizieren des Körperteilabdrucks der Person zur Verfügung zu stellen, bei dem zuverlässiger festgestellt wer- den kann, dass der Körperteil zu einer lebenden Person gehört.
Diese Aufgabe wird durch die Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Identifizierungs-Vorrichtung zur Feststellung der Identität einer Person durch Identifizieren eines Körpermerkmals der Person vorgesehen. Die Identifizierungs-Vorrichtung weist eine optische Abtastvorrichtung zum Abtasten eines Körpermerkmals von einem Körperteil der Person auf. Die Identifizierungs- Vorrichtung weist weiterhin eine oder mehrere Sensoreinheiten zum Erkennen mindestens eines Lebend-Merkmals des Körperteils auf. Die eine oder mehreren Sensoreinheiten generieren jeweils ein Lebt-Signal, das angibt, ob der Körperteil zu einer lebenden Person gehört oder nicht. Die Identität der Person ist abhängig von den generierten Lebt-Signalen der einen oder mehreren Sensoreinheiten und abhängig von der Identität des Körpermerkmals feststellbar. Jede der Sensoreinheiten weist eine Temperaturstrahlungsmesseinheit zur Messung der Temperatur des Körperteils, eine Absorptionsmesseinheit zur Messung des Absorptionsgrads der Oberfläche des Körperteils, eine Druckmesseinheit zur Messung einer Druckänderung gemäß des Herzschlags der Person oder eine Blutsauerstoffmesseinheit zur Messung des Sauerstoffsättigung des Bluts im Körperteil der Person auf. Vorzugsweise weist die Identifizierungs- Vorrichtung mehrere der Sensoreinheiten mit verschiedenen Messeinheiten auf, so dass über die Kombination der verschiedenen Messeinheiten eine höhere Zuverlässigkeit der Lebenderkennung erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäße Identifizierungs-Vorrichtung hat den Vorteil, dass die Identifizierung einer Person mit Hilfe einer biometrischen Körpermerkmalmustererkennung durch eine Le- bend-Erkennung ergänzt wird. Bei der Lebend-Erkennung wird festgestellt, ob der Körperteil zu einer lebenden Person gehört oder nicht. Dazu weist die Identifizierungs-Vorrichtung eine oder mehrere Sensoreinheiten auf, die jeweils ein eigenes Lebt-Signal generieren. Die Sensoreinheiten können auf mehrere Weisen ausgestaltet sein. Die Sensoreinheiten weisen Messeinheiten auf, mit denen Körpereigenschaften der Person vermessen werden, die charakteristisch für eine lebende Person sind. Dazu gehören beispielsweise die Temperatur bzw. die Temperaturstrahlungsverteilung des Körperteils, der Absorptionsgrad der Hautoberfläche des Körperteils, die Druckänderung zwischen einer Körperteiloberfläche und einer Auflagefläche, um die Frequenz des Herzschlags der Person und den Verlauf der Druckänderung festzustellen, sowie
die Sauerstoffsättigung des Blutes im Körperteil der Person. Diese Eigenschaften des lebenden Körpers sind schwer zu imitieren. Werden diese Eigenschaften bei der Identifizierung einer Person überprüft, kann somit die Zuverlässigkeit bei der Feststellung der Identität der zu identifizierenden Person erhöht werden.
Besonders bevorzugt ist eine Identifizierungs-Vorrichtung, die vier Sensoreinheiten mit einer Temperatur-Strahlungsmesseinheit, einer Absorptionsmesseinheit/ einer Druckmesseinheit und einer Blutsauerstoffmesseinheit aufweist. Damit kann die Zuverlässigkeit bei der Feststellung der Identität der Person maximiert werden, da eine Nachbildung dieser Eigenschaften an bei- spielsweise einer Körperteilattrappe sehr aufwendig ist.
Zur Messung der Temperatur des Körperteils bzw. zur Messung der Temperaturstrahlungsverteilung kann die Temperaturstrahlungsmesseinheit einen ersten Strahlungssensor zur Messung einer ersten Strahlungsleistung in einem ersten Wellenlängenbereich und einen zweiten Strahlungssensor zur Messung einer zweiten Strahlungsleistung in einem zweiten Wellenlängenbereich aufweisen. Die der Temperaturstrahlungsmesseinheit zugeordnete Sensoreinheit generiert das Lebt-Signal abhängig von der ersten und der zweiten Strahlungsleistung.
Die Größe der Temperaturstrahlung eines Körperteils einer lebenden Person ist in charakteris- tischer Weise von der Wellenlänge der Temperaturstrahlung abhängig, wobei die Charakteristik qualitativ nur wenig von der wirklichen Körpertemperatur abhängt.
Durch die Messung der Temperaturstrahlung in zwei Wellenlängenbereichen kann die Strahlungsleistung bei einer bestimmten Körperteiltemperatur in einem Wellenlängenbereich der maximalen Strahlungsleistung und in einem Referenzwellenlängenbereich gemessen werden. Die Strahlungsleistungen in dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich liegen im wesentlichen bei realistischen Körpertemperaturen des Körperteils in einem vorbestimmten Wertebereich. Auf diese Weise kann zum einen die absolute Temperatur des Körperteils anhand der Strahlungsleistung in dem Wellenlängenbereich der maximalen Strahlungsleistung gemessen werden, als auch festgestellt werden, ob die Strahlungsleistungen der Temperaturstrahlung in dem ersten und in dem zweiten Wellenlängenbereich von der Hautoberfläche eines Körperteils stammen können.
Insbesondere liegt der erste Wellenlängenbereich zwischen 3,2 μm und 4,2 μm und der zweite Wellenlängenbereich zwischen 8 μm und 14 μm, vorzugsweise jedoch zwischen 8 μm und 11 μm. Die Körpertemperatur von 37°C ruft bei 8,8 μm ein Emissionsmaximum hervor, welches sich bei geringerer Umgebungstemperatur in Richtung zu größeren Wellenlängen ver- schiebt. Im ersten Wellenlängenbereich, der vorzugsweise zwischen 3,5 μm und 4,2 μm liegt, liegt nur eine geringe Strahlungsemission vor, so dass dieser Bereich als Referenzwellenlängenbereich dient.
Vorzugsweise wird das Verhältnis der ersten und zweiten Strahlungsleistung durch die betref- fende Sensoreinheit ermittelt. Die betreffende Sensoreinheit generiert das Lebt-Signal abhängig von dem Verhältnis der ersten und der zweiten Strahlungsleistung. Das Verhältnis der Strahlungsleistungen des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs liegt im Wesentlichen bei realistischen Körpertemperaturen des Körperteils in einem bestimmten Wertebereich. Wird eine Körperteilattrappe verwendet, um die Identifizierungs-Vorrichtung zu täuschen, so ist das Abstrahlungsverhalten der Temperaturstrahlung im Vergleich zur Hautoberfläche eines lebenden Körperteils unterschiedlich, so dass das Verhältnis zwischen der ersten und der zweiten Strahlungsleistung von dem Verhältnis der ersten und zweiten Strahlungsleistung bei einem lebenden Körperteil verschieden ist. Auf diese Weise kann über die Temperaturmessung mit Hilfe einer Temperaturstrahlungsmesseinheit erkannt werden, ob es sich bei dem in die Identifizierungs-Vorrichtung eingelegten Körperteil um einen Körperteil einer lebenden Person handelt.
Die Sensoreinheit bzw. eine der Sensoreinheiten der Identifizierungs-Vorrichtung kann eine Absorptionsmesseinheit zur Messung des Absorptionsgrads der Oberfläche des Körperteils aufweisen. Die Absorptionsmesseinheit umfasst eine Strahl ungsquelle und einen Strahlungsdetektor. Die Strahlungsquelle emittiert eine Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge, die am Körperteil reflektiert wird. Die reflektierte Strahlung wird von dem Strahlungsdetektor empfangen. Über das Verhältnis der abgestrahlten Strahlungsleistung zur empfangenen Strahlungsleistung misst die Absorptionsmesseinheit den Absorptionsgrad der Oberfläche des Kör- perteils bei der bestimmten Wellenlänge. Die entsprechende Sensoreinheit der Absorptionsmesseinheit generiert das Lebt-Signal abhängig von dem gemessenen Absorptionsgrad. Die menschliche Haut verhält sich näherungsweise wie ein schwarzer Körper. Diese Eigenschaft unterscheidet die menschliche Haut von vielen anderen Materialien. Abhängig von dem ge-
messenen Absorptionsgrad, insbesondere durch Vergleichen mit dem entsprechenden Absorptionsgrad eines schwarzen Körpers bei Bestrahlung mit Licht gleicher Wellenlänge, kann also das Lebt-Signal generiert werden.
Vorzugsweise ist die Sensoreinheit der Absorptionsmesseinheit so gestaltet, um durch das Lebt-Signal anzuzeigen, dass der Körperteil zu einer lebenden Person gehört, wenn der Absorptionsgrad oberhalb eines bestimmten Soll-Absorptionsgrads liegt. Dieser Soll- Absorptionsgrad unterschreitet den Absorptionsgrad eines idealen schwarzen Körpers um einen vorbestimmten Toleranzwert um nicht mehr als 20%, bevorzugt 5 % und insbesondere um nicht mehr als 2%.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strahlungsquelle der Absorptionsmesseinheit geeignet ist, Strahlung in mehreren Wellenlängen zu emittieren, wobei der Strahlungsdetektor so gestaltet ist, um nacheinander die Absorptionsgrade bei den mehreren Wellenlängen zu messen. Die Sensoreinheit der Absorptionsmesseinheit generiert das Lebt-Signal abhängig von den Absorptionsgraden bei den mehreren Wellenlängen. Auf diese Weise kann sichergestellt sein, dass das Absorptionsverhalten des eingelegten Körperteils bei den mehreren Wellenlängen und nicht nur bei einer bestimmten Wellenlänge näherungsweise dem Absorptionsverhalten eines schwarzen Körpers entspricht.
Die Sensoreinheit bzw. eine der Sensoreinheiten kann eine Druckmesseinheit aufweisen, die so gestaltet ist, um bei dem Körperteil einen Auflagedruck zu messen. Die Sensoreinheit der Druckmesseinheit generiert das Lebt-Signal abhängig von der Frequenz des Auflagedrucks und / oder der Form des zeitlichen Verlaufs des Auflagedrucks. Die Druckmesseinheit dient dazu, den Puls der zu identifizierenden Person zu detektieren. Da nur Körperteil von lebenden Personen einen Pulsschlag aufweisen, kann somit festgestellt werden, ob der Körperteil zu einer lebenden Person gehört oder nicht.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit der Druckmesseinheit das Lebt- Signal generiert, das anzeigt, dass der Körperteil zu einer lebenden Person gehört, wenn die Frequenz der Druckänderung zwischen 0,5 Hz und 20 Hz, bevorzugt 0,5 Hz und 4 Hz liegt. Dies stellt die Bereiche von möglichen Pulsfreqzenzen dar.
Weiterhin kann die Sensoreinheit der Druckmesseinheit ein Lebt-Signal generieren, das anzeigt, dass der Körperteil zu einer lebenden Person gehört, wenn der periodische Verlauf des Druckes ein doppeltes Maximum in jeder Periode aufweist. Der periodische Verlauf des Druckes bei der Messung des Pulses einer lebenden Person weist neben einem ersten Maximum ein Nebenmaximum auf, so dass anhand der Doppelspitze des Verlaufes des Druckes erkannt werden kann, dass es sich um den Körperteil einer lebenden Person handelt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit der Druckmesseinheit Frequenzanteile der gemessenen Druckänderung gemäß einer Fourier-Analyse ermittelt und die Fre- quenzanteile in einem bestimmten Frequenzbereich mit entsprechenden Soll- Frequenzanteilen vergleicht, um abhängig von dem Ergebnis des Vergleichens das Lebt-Signal zu generieren. Auf diese Weise kann das charakteristische Frequenzspektrum des Verlaufs des Auflagedrucks bei einem gemessenem Puls mit den ermittelten Frequenzanteilen im gesamten Frequenzspektrum oder in charakteristischen Frequenzbereichen verglichen werden und somit festgestellt werden, ob es sich bei dem gemessenen Druckverlauf um einen für einen Puls typischen Verlauf des Auflagedrucks handelt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit bzw. eine der Sensoreinheiten eine Blutsauerstoffmesseinheit mit einer oder mehreren Lichtquellen aufweist, um Licht einer ers- ten Wellenlänge und einer zweiten Wellenlänge zu emittieren. Die Lichtquellen sind so gegenüber einem Photodetektor angeordnet, dass ein Körperteil zwischen Lichtquellen und dem Photodetektor angeordnet ist. Nacheinander wird zunächst der Absorptionsgrad des Lichtes der ersten Wellenlänge im Gewebe des Körperteils und dann der Absorptionsgrad des Lichtes der zweiten Wellenlänge im Gewebe des Körperteils gemessen, wobei die Sensoreinheit der Blutsauerstoffmesseinheit abhängig von den gemessenen Absorptionsgraden des Lichts der ersten und der zweiten Wellenlängen das Lebt-Signal generiert. Da das arterielle, sauerstoff- beladene Blut einen von der Wellenlänge abhängigen Absorptionskoeffizienten aufweist, kann über den bei den zwei verschiedenen Wellenlängen gemessenen Absorptionsgrad herausgefunden werden, ob es sich um eine Körperteilattrappe oder einen Körperteil einer lebenden Person handelt. Anhand der gemäß dem Puls pulsierenden Signalkomponenten kann der Anteil von arteriellem Blut in dem Gewebe des Körperteils bestimmt werden. Insbesondere beträgt die erste Wellenlänge 660 nm bzw. die zweite Wellenlänge 940 nm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Feststellen der Identität einer Person durch Identifizieren eines Körpermerkmals der Person vorgesehen. Dazu wird ein Körpermerkmal von einem Körperteil der Person aufgenommen und mit einem vorgegebenen Körpermerkmal verglichen, um eine Identität der Person festzustellen. Mindes- tens ein Lebend-Merkmal des Körperteils wird detektiert und ein entsprechendes Lebt-Signal generiert, das angibt, ob der Körperteil zu einer lebenden Person gehört oder nicht. Die Identität der Person wird abhängig von den generierten Lebt-Signalen der einen oder mehreren Sensoreinheiten und abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs des Körpermerkmalsfestgestellt. Das Lebt-Signal wird als Ergebnis eines Messens der Temperatur- Strahlung des Körperteils, eines Messens des Absorptionsgrades der Hautoberfläche des Körperteils, eines Messens der Pulsfrequenz gemäß des Herzschlags der Person und / oder die Form des Verlaufs des Pulses oder eines Messens der Sauerstoffsättigung des Blutes im Körperteil der Person generiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass neben der Körpermerkmalserkennung zur Feststellung der Identität der Person mindestens ein weiteres Messverfahren verwendet wird, mit dem eine Eigenschaft eines Körperteils bei einer lebenden Person überprüft wird. Dadurch kann dann festgestellt werden, dass es sich bei dem überprüften Körperteil um einen lebenden Körperteil und nicht um eine Körperteilattrappe bzw. einen abgetrennten Körperteil handelt. Dadurch kann Missbrauch verhindert werden, indem die Identität der Person nicht festgestellt wird, wenn nicht erkannt wird, dass es sich um einen lebenden Körperteil handelt, selbst wenn das abgetastete Körperteilabdrucksmuster ein identifizierbares Körperteilabdrucksmuster ist.
Vorzugsweise wird zum Messen der Temperaturstrahlung des Körperteils eine erste Strahlungsleistung in einem ersten Wellenlängenbereich und eine zweite Strahlungsleistung in einem zweiten Wellenlängenbereich gemessen. Das Lebt-Signal wird abhängig von der ersten und der zweiten Strahlungsleistung generiert. Das Messen der Strahlungsleistungen bei zwei Wellenlängenbereichen hat den Vorteil, dass sich die Temperaturstrahlung entsprechend der charakteristischen Temperaturstrahlung von menschlicher Haut verhält. Vorzugsweise wird der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich so gewählt, dass in einem der Wellenlängenbereiche die Strahlungsleistung ein Maximum annimmt und in dem anderen Wellenlängenbereich die Strahlungsleistung einen deutlich geringeren Wert annimmt.
Der Absorptionsgrad der Oberfläche des Körperteils kann gemessen werden, indem eine bestimmte Wellenlänge in Richtung der Hautoberfläche emittiert wird und die entsprechend am Körperteil reflektierte Strahlung der bestimmten Wellenlänge empfangen wird. Der Absorpti- onsgrad wird aus der emittierten Strahlungsleistung und der empfangenen Strahlungsleitung ermittelt, wobei das Lebt-Signal abhängig von dem gemessenen Absorptionsgrad generiert wird.
Vorzugsweise werden nacheinander die Absorptionsgrade bei mehreren Wellenlängen gemes- sen, wobei das Lebt-Signal abhängig von den Absorptionsgraden bei den mehreren Wellenlängen generiert wird.
Zum Messen der Pulsfrequenz und / oder zum Messen des Verlaufs des Pulses wird eine Druckänderung zwischen einer Auflagefläche und der Oberfläche des eingelegten Körperteils gemessen. Das Lebt-Signal wird abhängig von der Frequenz und / oder dem Verlauf der Druckänderung generiert. Insbesondere wird das Lebt-Signal generiert, das anzeigt, dass der eingelegte Körperteil zu einer lebenden Person gehört, wenn der Verlauf der Druckänderung ein zweifaches Maximum aufweist. Ein zweifaches Maximum eines Pulssignals ist charakteristisch für den Herzschlag einer Person, so dass darüber festgestellt werden kann, dass der Kör- perteil zu einer lebenden Person gehört.
Vorzugsweise werden die Frequenzanteile der gemessenen Druckänderung gemäß einer Fou- rier-Analyse ermittelt und die Frequenzanteile in einem oder in mehreren Frequenzbereichen mit entsprechenden Soll-Frequenzanteilen verglichen, um abhängig von dem Ergebnis des Vergleichens das Lebt-Signal zu generieren. Auf diese Weise können für ein Pulssignal charakteristische Frequenzbereiche überprüft werden.
Zum Messen der Sauerstoffsättigung des Blutes im Körperteil der Person wird die erste Absorption von Licht einer ersten Wellenlänge im Gewebe des Körperteils und die zweite Ab- sorption von Licht einer zweiten Wellenlänge im Gewebe des Körperteils gemessen und abhängig von der gemessenen ersten Absorption und zweiten Absorption das Lebt-Signal generiert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Identifikations-Vorrichtung gemäß einer bevor- zugten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 ein Diagramm zur Darstellung der abgestrahlten Temperaturstrahlungsleistung eines
Fingers abhängig von der Wellenlänge der Temperaturstrahlung;
Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung des Verlaufs des Pulses; und
Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung des Absorptionsspektrums von Oxy-Hämoglobin und Desoxy-Hämoglobin.
In Figur 1 ist ein Identifikations-Vorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Identifikations-Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 2 mit einer Öffnung 3 auf, durch die ein Finger 4 in das Gehäuse 2 eingeführt werden kann, um das Fingerab- drucksmuster des Fingers 4 zu detektieren.
Das Fingerabdrucksmuster kann beispielsweise mit einem optischen Abtastsystem 5 erfasst werden. Optische Abtastsysteme sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Üblicherweise weist ein optisches Abtastsystem eine Musteraufnahmeeinheit in Form z.B. eines CCD-Chips o.a. auf. Das aufgenommene Fingerabdruckmuster wird häufig zum Reduzieren der zu übertragenden Datenmenge komprimiert. Das optische Abtastsystem 5 ist mit einer Auswerteeinheit 6 verbunden, die das Fingerabdrucksmuster 5 repräsentierenden Daten empfängt und mit gespeicherten Fingerabdrucksmustern vergleicht, denen jeweils Identitäten zugeordnet sind.
Um die Identifikationsvorrichtung nicht durch eine Fingerattrappe o.a. täuschen zu können, die ein kopiertes Fingerabdruckmuster aufweist, sind weitere Vorrichtungen innerhalb de Gehäuses vorgesehen, die zur Lebend-Erkennung des Fingers 4 dienen. Damit wird festgestellt, ob es sich bei dem eingeführten Finger 4 um einen Finger einer lebenden Person handelt.
Als erste Einrichtung zum Feststellen, ob es sich um einen Finger einer lebenden Person handelt, ist eine Temperaturdetektoreinheit vorgesehen, die eine in dem Gehäuse 2 angeordnete Temperaturstrahlungsmesseinheit aufweist, um die Temperaturstrahlung, die von dem Finger 4
ausgeht, zu empfangen. Die Strahlungsmesseinheit 7 weist vorzugsweise einen thermoelektri- schen Detektor, z.B. eine Thermosäule auf.
In Figur 2 ist die Strahlungsleistung der Temperaturstrahlung, die von der Hautoberfläche des eingeführten Fingers 4 abgegeben wird, in einem Wellenlängenbereich zwischen 2 μm und 30 μm aufgetragen. Die Kurve K1 zeigt die Strahlungsleistung bei einer Fingertemperatur von 37°C und die Kurve K2 die Strahlungsleistung bei einer Fingertemperatur von 30°C. Man erkennt, dass die Maxima der Strahlungsleistungen bei möglichen Fingertemperaturen in dem schraffierten Bereich B zwischen 8 μm und 11 μm liegen, während die Strahlungsleistung au- ßerhalb des Bereichs B stark abnimmt, je weiter man sich von den Wellenlängen des Bereichs B entfernt. Die Strahlungsmesseinheit 7 der Strahlungsdetektoreinheit 20 ist mit einer Tempe- raturstrahlungsanalyseeinheit 8 verbunden, die von der Strahlungsmesseinheit 7 empfangene Strahlungsleistung im Wellenlängenbereich B erhält und mit einer ebenfalls in der Strahlungsmesseinheit 7 gemessenen Strahlungsleistung in einem Referenzwellenlängenbereich A zwi- sehen 3,5 μm und 4,2 μm in Beziehung setzt.
Die Temperaturstrahlungsanalyseeinheit 8 vergleicht das Verhältnis der Strahlungsleistung im Wellenlängenbereich B mit der Strahlungsleistung im Referenzbereich A mit in der Analyseeinheit 8 gespeicherten Referenzwerten für Haut übliche Verhältnisse von Strahlungsleistungen und führt somit eine Plausibilitätsprüfung der ermittelten Fingertemperatur durch. Liegt das gemessene Verhältnis der Strahlungsleistungen innerhalb eines Sollwertbereichs, so wird an die Auswerteeinheit 6 ein Finger-Lebt-Signal ausgegeben, das anzeigt, dass sich ein Finger einer lebenden Person in dem Gehäuse 2 befindet. Liegt das gemessene Verhältnis der Strahlungsleistungen außerhalb des Sollwertbereichs, so wird ein Finger-Lebt-Signal ausgegeben, das anzeigt, dass nicht festgestellt werden konnte, dass der Finger zu einer lebenden Person gehört.
In dem Gehäuse 2 ist weiterhin eine Druckmesseinheit 9 eingebracht, die Teil einer Drucksensoreinheit 21 ist. Der Drucksensor 9 weist eine Auflagefläche 22 auf, auf die der Finger 4 nach dem Einführen in das Gehäuse 2 durch die Öffnung 3 aufgelegt werden soll. Die Druckmesseinheit 9 erfasst den Auflagedruck sowie die Druckänderung, die sich aus dem Pulsschlag des sich in dem Finger befindlichen Blutes ergibt. Vorzugsweise weist die Druckmesseinheit einen
piezoresistiven Druckwandler auf, jedoch können auch andere Messwandler für die Druckmessung eingesetzt sein.
Der Pulsschlag führt, wie in Figur 3 dargestellt, zu einem Druckverlauf, der ein doppeltes Maximum und ein einfaches Minimum aufweist. Die Druckänderung ist periodisch, woraus die Pulsfrequenz bestimmt werden kann. Der ermittelte Druckverlauf ist im wesentlichen unabhängig von dem Auflagedruck des Fingers 4 auf der Druckmesseinheit 9. Die gemessene Druckänderung wird an eine Druckanalyseeinheit 10 z.B. in Form eines niederfrequenten Spannungssignals übertragen, wobei das erfasste Drucksignal z.B. tiefpassgefiltert werden kann.
Stellt die weitere Druckanalyseeinheit 10 fest, dass die Grundfrequenz der periodischen Druckschwankung innerhalb eines für einen Pulsschlag üblichen Frequenzbereichs, nämlich zwischen 0,5 Hz und 4 Hz, liegt, so kann festgestellt werden, dass es sich um einen Finger einer lebenden Person handelt. Die Zuverlässigkeit der Lebend-Erkennung kann dadurch er- höht werden, dass mit Hilfe einer Fourier-Analyse festgestellt werden kann, dass das gemessenen Pulssignal den charakteristischen Verlauf mit zwei Maxima und einem Minima wie in Figur 3 dargestellt, aufweist.
Der charakteristische periodische Verlauf des Pulses weist ein doppeltes Maximum auf, von dem das jeweils erste Maximum eine höhere Amplitude hat als das zweite Maximum. Der Verlauf des Pulses weist darüber hinaus nur ein Minimum auf. Um das Vorliegen eines solchen Kurvenverlaufs festzustellen, kann vorzugsweise in der Druckanalyseeinheit 10 eine. Fourier- Analyse des gemessenen Drucks durchgeführt werden, wobei die Frequenzanteile der für den charakteristischen Kurvenverlauf prägenden Frequenzbereiche mit entsprechenden Sollwerten verglichen werden. Bei Übereinstimmung wird festgestellt, ob es sich bei dem gemessenen' Druck um einen Puls einer lebenden Person oder um ein auf andere Weise erzeugtes periodisches Drucksignal handelt.
Entsprechend dem Ergebnis der Druckmessung wird ein Finger-Lebt-Signal, das anzeigt, dass es sich um einen Finger einer lebenden Person handelt, generiert, wenn die Pulsfrequenz innerhalb des für einen Pulsschlag üblichen Frequenzbereichs liegt. Da sich eine einfache Frequenz zwischen 0,5 Hz und 4 Hz einfach simulieren lässt, kann die Zuverlässigkeit der Lebend-Erkennung mit Hilfe der Fourier-Analyse weiter erhöht werden. In diesem Fall wird das
entsprechende Finger-Lebt-Signal erst dann erzeugt, wenn auch das Ergebnis der Fourier- Analyse bzw. die Vergleiche der Frequenzanteile in den ausgewählten Frequenzbereichen zu einer Übereinstimmung führt.
Es ist eine Strahlungssensoreinheit 11 vorgesehen, die eine Strahlungsquelle 12 und einen Strahlungsdetektor 13 umfasst. Die Strahlungsquelle 12 und der Strahlungsdetektor 13 sind in dem Gehäuse 2 angeordnet, so dass eine von der Strahlungsquelle 12 emittierte Strahlung in Richtung des in das Gehäuse 2 eingeführten Fingers 4 so abgestrahlt wird, dass ein reflektierter Anteil der emittierten Strahlung durch den Strahlungsdetektor 13 empfangen werden kann. Eine solche Vorrichtung ist geeignet, den Absorptionsgrad der Hautoberfläche des Fingers 4 zu messen. Da sich die menschliche Haut näherungsweise wie ein schwarzer Körper verhält, lässt sich aus Abweichungen des gemessenen Strahlungsverhaltens von dem Absorptionsverhalten eines schwarzen Körpers feststellen, ob ein lebender Finger in das Gehäuse 2 eingeführt ist. Die Abweichung des Absorptionsgrades der Haut von dem Absorptionsgrad eines schwarzen Körpers beträgt bei keiner Wellenlänge mehr als 2%.
Der Finger 4 wird von der Strahlungsquelle 12 bestrahlt, der Strahlungsdetektor 13 weist zwei pyroelektrische Detektoren mit Interferenzfiltern auf, die bei zwei Wellenlängen den Absorptionsgrad des Fingers überprüfen. Stimmt der Absorptionsgrad des Fingers 4 mit einer maxima- len Abweichung von 5 % mit dem durch das Planck'sche Gesetz vorgegebenen Absorptionsgrad für einen schwarzen Körper überein, dann wird ein Finger-Lebt-Signal generiert, das anzeigt, dass der Finger zu einer lebenden Person gehört.
Die Höhe der erlaubten Abweichung ist im wesentlichen frei wählbar, sie darf jedoch nicht zu hoch gewählt sein, so dass keine Fingerattrappen fälschlicherweise als zu einer lebenden Person gehörig erkannt werden, und sie darf nicht zu klein gewählt sein, so dass Finger, die zu einer lebenden Person gehören, nicht aufgrund von Hautverunreinigungen o.a. fälschlicherweise als Attrappen identifiziert werden. Die Auswertung der in dem Strahlungsdetektor 13 gemessenen Strahlungsleistung wird in einer Absorptionsanalyseeinheit 14 durchgeführt. Die Absorptionsanalyseeinheit 14 generiert das entsprechende Finger-Iebt-Signal und stellt es der Auswerteeinheit 6 zur Verfügung.
Es ist eine Blutsauerstoffsensoreinheit 15 vorgesehen, die eine Blutsauerstoffmesseinheit mit einer Lichtquelle 16, vorzugsweise mit zwei monochromatischen LEDs, und einem Photodetektor 17, vorzugsweise mit einer Fotodiode, aufweist. Mit Hilfe der Blutsauerstoffsensorein- heit 15 wird ein wellenlängenabhängiges Absorptionsverhalten von lebendem Gewebe dazu genutzt, um festzustellen, ob es sich um einen lebenden Finger oder um eine Fingerattrappe handelt. Wie in Figur 4 dargestellt, weichen der Absorptionsgrad von Oxy-Hämoglobin, das vorzugsweise in sauerstoffreichem Blut vorkommt und der Absorptionsgrad von Desoxy- Hämoglobin, das vorzugsweise in sauerstoffarmem Blut vorkommt, entsprechend dem Diagramm nach Figur 4 abhängig von der Wellenlänge voneinander ab.
Um die Sauerstoffsättigung des Blutes zu ermitteln, wird das sogenannte pulsoxymetrische Verfahren durchgeführt, das in der Medizintechnik häufig Anwendung findet. Der Finger 4 wird dabei von der Lichtquelle mit Licht verschiedener Wellenlänge, vorzugsweise mit Wellenlängen von 660 nm und 940 nm durchleuchtet, das in dem Photodetektor 17 als Signal empfangen wird. Das Signal wird einer Blutsauerstoffanalyseeinheit 18 zugeführt. Die Blutsauerstoffanalyseeinheit 18 kann bei einem lebenden Finger 4 einen Gleichanteil und einen Wechselanteil des Signals aus dem Photodetektor 17 für beide Wellenlängen feststellen. Der Wechselanteil entspricht dabei dem entsprechend der Pulsfrequenz durch die Arterien geförderten Blut.
Durch das unterschiedliche Absorptionsverhalten des sauerstoffreichen Blutes kann eine Differenz der Absorption zwischen den Wellenlängen 660 nm und 940 nm erkannt werden, die zu dem Finger-Iebt-Signal führt, das anzeigt, dass der Finger zu einer lebenden Person gehört. Das Finger-Iebt-Signal aus der Blutsauerstoffanalyseeinheit wird ebenfalls der Auswerteeinheit 6 zur Verfügung gestellt. Kann eine solche Differenz nicht festgestellt werden, so wird ein Finger-Iebt-Signal zur Verfügung gestellt, dass anzeigt, dass nicht erkannt werden konnte, dass der Finger zu einer lebenden Person gehört.
Die Auswerteeinheit 6 bestimmt nun aus den Finger-Iebt-Signalen von der Blutsauerstoffanalyseeinheit 18, der Absorptionsanalyseeinheit 14, der Strahlungsanalyseeinheit 8 und der Druck- änderungsanalyseeinheit 10 sowie dem abgetasteten Fingerabdrucksmuster, ob es sich bei dem in das Gehäuse 2 eingeführten Finger 4 um eine Attrappe oder um einen Finger einer
lebenden Person handelt. Wird festgestellt, dass es sich um einen Finger einer lebenden Person handelt und kann dem abgetasteten Fingerabdrucksmuster eine Person zugeordnet werden, so kann eine Identifizierung der Person erfolgen.
Der Bereich der Erfindung umfasst auch Identifizierungs-Vorrichtungen, die nur eine der jeweiligen Sensoreinheit bzw. eine Kombination von zwei oder drei der zuvor beschriebenen Sensoreinheiten aufweist. Je nach Art und Anzahl der verwendeten der verwendeten Sensoreinheiten kann die Zuverlässigkeit der Identifizierungs-Vorrichtung erhöht und somit täuschungssicherer gemacht werden.
Um die Identifikations-Vorrichtung 1 fehlertoleranter zu machen, kann vorgesehen sein, dass bei der beschriebenen Ausführungsform lediglich 3 Analyseeinheiten ein Finger-Iebt-Signal liefern müssen, das angibt, dass ein Finger einer lebenden Person in das Gehäuse 2 eingeführt worden ist, um die Identifizierung der Person zu ermöglichen. Das heißt, selbst wenn eine der Sensoreinheiten nicht erkennt, dass es sich bei dem eingeführten Finger 4 um den Finger einer lebenden Person handelt, wird die Identität der Person festgestellt. Grundsätzlich können in der Auswerteeinheit 6 die empfangenen Finger-Iebt-Signale gemäß einer UND-Verknüpfung miteinander verknüpft werden, so dass eine Identität einer Person erst dann festgestellt wird, wenn jedes der Finger-Iebt-Signale anzeigt, dass es sich um einen Finger einer lebenden Per- son handelt.
Es kann darüber hinaus möglich sein, die Finger-Iebt-Signale der verwendeten Sensoreinheiten zu bewerten und die jeweiligen Finger-Iebt-Signale entsprechend zu gewichten.