WO2005045746A1 - Berührungslose biometrische erkennung - Google Patents

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finger
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Rudolf Hauke
Peter-Michael Merbach
Peter Maschotta
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/117—Identification of persons
    • A61B5/1171—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof
    • A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1312—Sensors therefor direct reading, e.g. contactless acquisition

Definitions

  • the invention relates to a method for the contactless detection of biometric features of body parts, in particular finger lines, with optical image acquisition from different perspectives by several
  • Image recording devices with monitoring and / or control of the position and / or posture of the body part to be recognized and / or correction of the images of the recording devices with regard to position and / or posture, the external shape of the body part being used for this purpose.
  • Security systems are used in a variety of applications to prevent unauthorized persons from accessing certain areas. Such areas are, for example, ATMs, laboratory rooms to be kept secret and the like. These systems mainly use facilities for fingerprint and face recognition.
  • DE 101 23 561 AI describes a method for personal identification using the biometric features of the fingertip, the outer
  • Shape of the fingertip in the three spatial dimensions as well as that on the Structures of the fingerprint included on the underside of the finger, including their spatial position and orientation on the fingertip, can be detected as person-specific parameters by using recordings from different perspectives by one or more cameras to create a three-dimensional profile of the fingertip and its
  • the position and rotation of the finger can be determined with an additional camera in front of the fingertip in order to request the user to correct the position or to improve the recognition analysis by the additional information about the degree of rotation of the finger.
  • the invention is based on the object of specifying methods of the type mentioned at the beginning with which improved contactless biometric recognition is possible at low cost.
  • the advantage of the method according to the invention is that only the lowest possible number of image recording devices requires recording from different directions, which fulfill a double function and are therefore better utilized. Improved recognition is possible through the use of the finger image or model over several members.
  • Figure 1 is a schematic representation of an arrangement for use with the inventive method.
  • the two CCD cameras 2.1 and 2.2 are at an angle of 90 ° to one another and lie in the planes of a coordinate system x-y-z separated by the angles 0 and ⁇ , while they take pictures of the object 1.
  • both cameras take repeated recordings until both cameras have determined a finger position that is acceptable for the other camera. This condition can be required for both cameras at the same time or one after the other.
  • the acceptances can either be checked in pairs or for a certain camera by a group or all of the other cameras.
  • Two-dimensional images from certain perspectives or three-dimensional models from the measured data can be used as a reference and as a representation of the measured data.
  • a computational transformation of the images onto a finger into "normal posture” is possible from the posture (that is, position, curvature and degree of rotation) of the finger, that is to say, for example, in a stretched posture without twisting, which is preferably also present in the reference images and models ,
  • the features of the finger limbs and the fingernail ie thickness, width, length, are preferably used to form the models.
  • the degree of rotation of the finger can be calculated very easily from the nail area visible in the photographs.
  • the acceptance range of the recognition is significantly increased by the transformation into a "normal attitude", whereby the process is carried out much faster.
  • feedback can also be given as soon as the recognition has been successful in order to inform the user of the end of the process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Erkennung biometrischer Merkmale von Körperteilen, insbesondere von Fingerlinien, mit optischer Bilderaufnahme aus unterschiedlichen Perspektiven durch mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen mit Überwachung und/oder Kontrolle der Position und/oder Haltung des zu erkennenden Körperteils und/oder Korrektur der Bilder der Aufnahmeeinrichtungen bezüglich Position und/oder Haltung, wobei dazu die äußere Form des Körperteils genutzt wird.

Description

Berührungslose biometrische Erkennung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Erkennung biometrischer Merkmale von Körperteilen, insbesondere von Fingerlinien, mit optischer Bilderaufnahme aus unterschiedlichen Perspektiven durch mehrere
Bildaufnahmeeinrichtungen mit Überwachung und/oder Kontrolle der Position und/oder Haltung des zu erkennenden Körperteils und/oder Korrektur der Bilder der Aufnahmeeinrichtungen bezüglich Position und/oder Haltung, wobei dazu die äußere Form des Körperteils genutzt wird.
In vielfältigen Anwendungen werden Sicherheitssysteme angewendet, um unbefugten Personen den Zugang zu bestimmten Bereichen zu verwehren. Solche Bereiche sind beispielsweise Geldautomaten, geheim zu haltende Laborräumlichkeiten und dergleichen. Diese Systeme verwenden hauptsächlich Einrichtungen zur Fingerabdruck- und Gesichtserkennung.
Es werden umfangreiche Versuche unternommen, diese Systeme zu überwinden. Zur Erhöhung der Sicherheit werden zusätzliche Mittel eingesetzt, mit denen überprüft wird, ob es sich um ein echtes Körperteil handelt.
In DE 101 23 561 AI ist ein Verfahren zur Personenidentifikation mit Hilfe der biometrischen Merkmale der Fingerkuppe beschrieben, wobei die äußere
Form der Fingerkuppe in den drei Raumdimensionen als auch die auf der Fingerunterseite enthaltenen Strukturen des Fingerabdrucks einschließlich ihrer räumlichen Position und Ausrichtung auf der Fingerkuppe als personenspezifische Kenngrößen detektiert werden, indem Aufnahmen aus verschiedenen Perspektiven durch ein oder mehrere Kameras genutzt werden, um ein dreidimensionales Profil der Fingerkuppe und ihrer
Papillarlinienstruktur zu erstellen. Dabei kann mit einer zusätzlichen Kamera vor der Fingerspitze die Position und Rotation des Fingers festgestellt werden, um den Benutzer zur Korrektur der Position aufzufordern oder die Erkennungsanalyse durch die zusätzliche Information des Rotationsgrades des Fingers zu verbessern.
An diesem Verfahren ist der Bedarf einer zusätzlichen Kamera zur Lageüberwachung nachteilig, da die Bildaumahmeeinrichtungen die teuersten Teile einer optischen Erkennungsvorrichtung sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem kostengünstig eine verbesserte berührungslose biometrische Erkennung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale enthält, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass nur eine geringstmögliche Anzahl von Bildaufnahmeeinrichtungen Aufnahme aus verschiedenen Richtungen benötigt, die dabei eine doppelte Funktion erfüllen und somit besser ausgenutzt werden. Durch die Verwendung des Fingerabbilds beziehungsweise -modells über mehrere Glieder hinweg ist eine verbesserte Erkennung möglich.
Durch die Vermessung der jeweils abgebildeten Nagelfläche ist eine einfache und schnelle Messung des Rotationsgrades des Fingers möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dazu zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zum Einsatz mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In Figur 1 nehmen die beiden CCD-Kameras 2.1 und 2.2 zueinander einen Winkel von 90° und liegen in den durch die Winkel 0 und φ getrennten Ebenen eines Koordinatensystems x-y-z, während sie Bilder des Objekts 1 aufnehmen.
Beide Kameras machen bei einem Erkennungs versuch so lange wiederholte Aufnahmen, bis beide Kameras jeweils eine für die jeweils andere Kamera akzeptable Fingerposition festgestellt haben. Diese Bedingung kann entweder für beide Kameras gleichzeitig oder zeitlich nacheinander gefordert werden.
Dasselbe gilt auch für Anordnungen mit mehr als zwei Kameras. Dann können entweder paarweise die Akzeptanzen überprüft werden oder für eine bestimmte Kamera durch eine Gruppe oder alle der jeweils anderen Kameras. Als Referenz und als Repräsentation der Messdaten können zweidimensionale Abbildungen aus bestimmten Perspektiven oder dreidimensionale Modelle aus den Messdaten genutzt werden.
Aus der aus den Aufnahmen entnehmbaren Haltung (also Position, Krümmung und Rotationsgrad) des Fingers ist eine rechnerische Transformation der Abbildungen auf einen Finger in „Normalhaltung" möglich, also beispielsweise in gestreckter Haltung ohne Verdrehung, die vorzugsweise auch in den Referenzabbildungen und -modellen vorliegt.
Dabei werden vorzugsweise außer den Fingerlinien auch die Merkmale der Fingerglieder und des Fingernagels, also Dicke, Breite, Länge, zur Bildung der Modelle herangezogen.
Der Rotationsgrad des Fingers kann aus der in den Aufnahmen jeweils sichtbaren Nagelfläche sehr einfach errechnet werden.
Durch die Transformation in eine „Normalhaltung" wird der Akzeptanzbereich der Erkennung deutlich vergrößert, wodurch der Vorgang wesentlich schneller durchgeführt wird.
Andererseits kann, solange eine zu große Abweichung der Position und/oder Haltung für eine sichere Erkennung besteht, eine Rückmeldung an den Benutzer erfolgen, wobei die Art und Richtung der nötigen Positions- oder Haltungsänderung angesagt oder angezeigt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Rückmeldung erfolgen, sobald die Erkennung erfolgreich verlaufen ist, um den Benutzer über das Ende des Vorganges zu informieren. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Objekt (Finger)
2 Lichtdetektoren 2.1 erster Lichtdetektor in Ebene xy 2.2 zweiter Lichtdetektor in Ebene zy
φ, θ Winkel der Koordinatensystems

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur berührungslosen Erkennung biometrischer Merkmale von Körperteilen, insbesondere von Fingerlinien, mit optischer Bilderaufnahme aus unterschiedlichen Perspektiven durch mehrere Bildaufnahmeeinrichtungen mit Überwachung und/oder Kontrolle der Position und/oder Haltung des zu erkennenden Körperteils und/oder Korrektur der Bilder der Aufhahme- einrichtungen bezüglich Position und/oder Haltung, wobei dazu die äußere Form des Körperteils genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
Überwachung, Kontrolle und/oder Korrektur mit den Aufiiahmeeinrichtungen jeweils untereinander gegenseitig durchgeführt werden und dabei Position, Haltung und Rotationswinkel bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein räumliches, dreidimensionales Profil des zu erkennenden Körperteiles und seiner Oberfläche erstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildschärfe als Kriterium für das Erreichen der Solllage genutzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Messwerten der Lage und Haltung eine Transformation der Merkmale des zu erkennenden Körperteils auf eine vorgegebene Normalhaltung und -läge eines Referenzmodells und/oder einer
Referenzabbildung verwandt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische und/oder akustische Rückmeldung an den Benutzer erfolgt, wenn oder solange eine sichere Erkennung auch trotz rechnerischer Transformation nicht möglich ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, . dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldung unter Angabe der zur sicheren Erkennung nötigen Art und
Richtung einer Haltungs- und/oder Lageänderung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erkennung von Fingerlinien der Finger und seine äußere Form von der Fingerspitze bis mindestens über das nächstliegende Gelenk hinweg abgebildet und verarbeitet werden und dabei auch mindestens ein Gelenk-Knickwinkel zur Überwachung, Kontrolle und/oder Korrektur der Aufnahmen eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erkennung von Fingerlinien die jeweils aus den verschiedenen Perspektiven sichtbare Nagelfläche als Merkmal zur Bestimmung des Rotationswinkels eingesetzt wird.
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