WO2006077286A1 - Dispositif d'authentification et d'identification - Google Patents

Dispositif d'authentification et d'identification Download PDF

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WO2006077286A1
WO2006077286A1 PCT/FR2005/000150 FR2005000150W WO2006077286A1 WO 2006077286 A1 WO2006077286 A1 WO 2006077286A1 FR 2005000150 W FR2005000150 W FR 2005000150W WO 2006077286 A1 WO2006077286 A1 WO 2006077286A1
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authentication
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piezoelectric
electronics
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English (en)
Inventor
Jean-Denis Sauzade
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Telemaq S.A.R.L
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    • 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
    • G06V40/30Writer recognition; Reading and verifying signatures
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/10Image acquisition
    • G06V10/12Details of acquisition arrangements; Constructional details thereof

Definitions

  • the present invention relates to an authentication and identification device for securing access to areas, places or vehicles or authorize the use of a device or service.
  • authentication and identification devices The purpose of authentication and identification devices is to prove the identity of the person requesting access to a place, a service or a machine. To prove your identity, there are different solutions that concern what we have (card, badge, document), what we know (password, code) or what we are. The last solution refers to biometrics, which consists of identifying a person on the basis of automatically recognizable and verifiable physical characters or behavioral traits.
  • the techniques of analysis of human morphology are considered expensive because they use very sophisticated sensor and signal processing technologies. Some of these techniques are relatively uncomfortable and intrusive like retinal scanning. Others are not very precise when considering their rate of false acceptances (voice, shape of the hand or face). As far as behavioral analysis techniques are concerned, they are generally considered as inexpensive, not very intrusive but not very precise and rather greedy in data processing and storage power. To overcome these drawbacks, the present invention aims to provide a safe and inexpensive authentication and identification means based on the analysis of an electrical signal generated by a sensitive surface on which the user draws a graph. or sign characterizing it (signature, initials, graphic code). This device is similar to the dynamic analysis of a signature without having the complexity.
  • the present invention does not require any sensor array on the sensitive surface or any particular object to analyze the graphics.
  • the present invention utilizes a simple piezoelectric element coupled to the sensitive surface to generate the clean and unique electrical signal to each user.
  • a simple piezoelectric element coupled to the sensitive surface to generate the clean and unique electrical signal to each user.
  • US-4833279 (1999) Digital Computer Writing Board which uses an array of piezoelectric elements to detect the position of a stylus on a touchscreen.
  • Another patent (US-2002053857 2002- Piezoelectric identification device and application thereof) uses sheets of piezoelectric plastic materials of the PVDF type to produce a multilayer sensor array in order to fix the "image" of a fingerprint.
  • US Pat. No. 4,234,868 (1980) describes a rigid touch screen on which has been deposited a multilayer of piezoelectric polymer which is used as a transducer making it possible to acquire a signal representing the pressure exerted by a manual signature.
  • This technology in addition to its complexity and cost, does not allow reliable authentication of the signature because the signal level is low and therefore sensitive to electrical noise.
  • the present invention aims to provide a very simple, inexpensive, reliable and robust identification and authentication device based essentially on: o Spectral analysis of the time and frequency signal generated by the realization of the graphic design o Learning memorization of a reference graphic. o Simple coupling technology of one or more electroactive elements on a flexible surface improving signal dynamics. o Comparison of authentication graphics with reference graphics.
  • One of the major advantages of this invention lies in the fact that the electroactive elements are judiciously placed but not necessarily accurately on the plate. Indeed,
  • Authentification is done by comparison. Another advantage comes from the fact that the design of the plate contributes to the improvement of the amplitude level of the signal and its dynamics.
  • the subject of the present invention is therefore an authentication and identification device, comprising a sensitive surface (1) on which is coupled a dynamic stress sensor.
  • the sensitive surface (1) is a plate of robust insulating or conducting material comprising at least one electroactive element which generates a signal when the sensitive surface is mechanically stressed during the production of the graphic.
  • this plate by its mechanical characteristics, its shape and its modes of fixing improves the dynamics of the signal delivered by the electroactive elements.
  • the electroactive element or elements are made of piezoelectric material such as ceramics or plastics of the PVDF type. These same electroactive elements may be micro-accelerometers as may be achieved, for example, Motorola or Fuji.
  • the electroactive element or elements are coupled to the plate by bonding but mechanical coupling by any means of attachment can also be achieved.
  • the plate comprising the piezoelectric element or elements is biased in bending, but any other mode of mechanical stressing can be used.
  • the elements for example piezoelectric or micro-accelerometer type, can be coupled to the plate parallel or perpendicular to it.
  • the plate is fixed at its edges, but other mechanical fasteners can be made insofar as the performances of the device are not related to the embodiments of the sensitive surface.
  • the size of the plate can be variable depending on whether the graphics is done with the finger or with a stylus-type object.
  • the processing electronics (3) consists of a housing placed at a distance from the sensitive surface, but this electronics could be integrated into the sensitive surface.
  • this electronics comprises a signal processor and storage means for analyzing the signals and storing them.
  • the processing electronics includes software for defining an algorithmic analyzing the time and frequency signals.
  • the processing software includes a learning mode for constituting and storing reference signals.
  • the processing software compares the authentication and identification signal with the reference signals.
  • the processing electronics rejects or accepts the authentication and identification signal.
  • the processing electronics triggers an audible or light warning when the authentication signal is rejected.
  • an audible or light warning may be issued signaling acceptance.
  • the processing electronics sends a control signal to different organs controlling an access, a device or a service.
  • the sensitive surface will not be supplied with energy, insofar as, in a preferred embodiment, it uses one or more piezoelectric elements that generate the authentication signal by the simple mechanical stressing of the sensitive surface.
  • the authentication signal produced by the sensitive panel may be used to power a radio frequency transmitter which will transmit this same signal to the processing electronics that will be deported.
  • the device according to the invention is intended for various access control applications which will be given, without this being a limitation to its applications, some examples.
  • the device according to the invention can be installed as a standalone device but the sensitive surface can also be a constituent part of the building elements such as doors, windows, displays and supporting structures, to control access to places or spaces. This concept of space being clearly extended to means of transport whatever they are.
  • the device according to the invention can be used or integrated in devices or devices (screen, housings, mechanical or plastic structure) requiring authentication before use. No restriction is to be made on the types of devices that can come from applications as varied as telematics, IT, industrial equipment, home automation, telecommunications, medical equipment ...
  • the plate (4) is fixed on a fixed frame (5) so as to tolerate a bending movement of the plate.
  • This plate comprises a piezoelectric element (6) glued on its underside.
  • This plate being of conductive material, a single electrode (7) is connected to the processing electronics (3), the other electrode being the mass (8).
  • the plate (4) is mechanically biased.
  • the piezoelectric sensor (6) translates this mechanical stress into a time signal (10) which accounts for both the shape of the graph and the dynamic pressure exerted during its production.
  • Figure 2 gives an example (or sample) of time signal corresponding to an original graph or sign (Alpha).
  • Figure 3.1 corresponds to a previously stored reference signal and
  • Figure 3.2 to an authentication signal which will be analyzed and compared to the reference signal.
  • Figures 4.1 & 4.2 correspond to other samples respectively of reference signal and authentication signal.
  • the processing electronics (3) comprises a processor and associated software that makes it possible to compare any authentication signal with the reference signals previously stored in memory during the learning phase.

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Abstract

Dispositif d'authentification et d'identification, comportant une surface sensible (1) sur laquelle est couplée un capteur de contrainte dynamique (2), lié à une électronique de traitement (3 ) permettant d'analyser, par une algorithmique adéquate, le signal issu de la plaque sensible, caractérisé en ce que le dit dispositif délivre un signal électrique corrélé à la fois au tracé géométrique d'une figure et à l'impulsion nécessaire à ce tracé. Cette double corrélation permet d'authentifier la signature, le paraphe ou le code graphique d'une personne en basant cette authentification non seulement sur l'originalité du graphisme mais aussi sur le comportement de la personne quand elle réalise ce graphisme. Ce dispositif d'authentification et d'identification est destiné à être utilisé dans des applications de contrôle d'accès à des lieux, des appareils et des services.

Description

Dispositif d'authentification et d'identification. Description
La présente invention concerne un dispositif d'authentification et d'identification permettant de sécuriser l'accès à des zones, des lieux ou des véhicules ou bien autoriser l'utilisation d'un appareil ou un service.
Les dispositifs d'authentification et d'identification ont pour objectif de prouver l'identité de la personne qui sollicite un accès à un lieu, à un service ou à une machine. Pour prouver son identité, il existe différentes solutions qui concernent ce que l'on possède (carte, badge, document), ce que l'on sait (mot de passe, code) ou ce que l'on est. La dernière solution fait référence à la biométrie qui consiste à identifier une personne sur la base de caractères physiques ou de traits comportementaux automatiquement reconnaissables et vérifiables.
Le marché du contrôle d'accès s'est ouvert avec la prolifération des systèmes, mais aucun ne se révèle efficace contre la fraude, car la plupart utilisent un identifiant externe tel que badge, carte, clé, code. Ces identifiants externes peuvent être volés, perdus ou falsifiés. Les mots de passe et les codes peuvent être dérobés ou oubliés. Pour pallier ces inconvénients, les procédures d'authentification peuvent devenir très contraignantes pour l'utilisateur (mémorisation des codes, changement des mots de passe ...)
D est donc évident que la seule authentification non falsifiable est de se référer non à un identifiant externe mais à la personne elle-même. C'est ce que permet la biométrie.
Actuellement, on peut considérer qu'il existe deux catégories de technologies biométriques : o Les techniques d'analyse de la morphologie humaine (empreintes digitales, forme de la main, traits du visage, dessin du réseau veineux de l'œil, balayage rétinien, la voix ...) o Les techniques d'analyse du comportement : " La façon d'utiliser un clavier d'ordinateur ( pression exercée, vitesse de frappe
" La dynamique de la signature ( vitesse de déplacement, accélérations, pression exercée ...)
De manière générale, les techniques d'analyse de la morphologie humaine sont considérées comme coûteuse car faisant appel à des technologies de capteurs et de traitement du signal très sophistiqués. Certaines de ces techniques sont relativement inconfortables et intrusives comme le balayage rétinien. D'autres ne sont pas très précises lorsqu'on considère leur taux de fausses acceptations (voix, forme de la main ou du visage). En ce qui concerne les techniques d'analyse comportementale, celles-ci sont considérées généralement comme peu coûteuses, peu intrusives mais pas très précises et assez gourmandes en puissance de traitement et de stockage de données. Pour pallier ces inconvénients, la présente invention a pour but de fournir un moyen d'authentification et d'identification sûr et bon marché qui repose sur l'analyse d'un signal électrique généré par une surface sensible sur laquelle l'utilisateur dessine un graphique ou signe le caractérisant (signature, paraphe, code graphique). Ce dispositif s'apparente à l'analyse dynamique d'une signature sans en avoir la complexité.
En effet, l'analyse d'une signature dynamique requiert des tablettes ou dalles tactiles spécifiques permettant d'analyser l'aspect graphique de la signature à travers une grille de capteurs permettant de numériser la signature dans l'espace. D'autres dispositifs, assez complexes, utilisent le placement dans l'espace d'un stylet numérique comportant différents capteurs (accélération et pression). Un dispositif de ce type est décrit dans le brevet GB 1 303 441 A (1973-01-17).
A l'inverse, la présente invention ne nécessite aucun réseau de capteurs sur la surface sensible ni d'objet particulier pour analyser le graphisme. Dans une de ses réalisations préférée, la présente invention utilise un simple élément piézoélectrique couplé à la surface sensible pour générer le signal électrique propre et unique à chaque utilisateur. Dans le domaine des éléments piézoélectriques appliqués aux dispositifs d'authentification et d'identification, on peut citer le brevet « US-4833279 (1999) Digital computer writing board » qui fait appel à un réseau d'éléments piézoélectriques pour détecter la position d'un stylet sur une dalle tactile. Un autre brevet (US-2002053857 2002- Piezoelectric identification device and application thereof ) utilise des feuilles de matériaux plastiques piézoélectriques de type PVDF pour réaliser un réseau de capteurs multicouche afin de fixer « l'image » d'une empreinte digitale.
Un brevet ( FR62674051 1992 - Device for identifying a person, especially by fingerprint détection) du même type mais utilisant une technologie différente permet d'enregistrer les empreintes digitales. Toutes ces techniques font appel à des dalles tactiles conçues en utilisant des technologies de réseau de capteurs, de grilles d'électrodes, de multicouches assez complexes conduisant à
« pixéliser » (ou numériser) un graphisme. La fiabilité et la précision de ces dispositifs d'authentification reposent sur les performances et la définition du réseau de capteurs associé. D'autre part, les technologies de réseau de capteurs mises en œuvre font appel à des moyens de fabrication assez coûteux et sophistiqués proches de l'industrie du semi-conducteur ou du circuit imprimé.
Avec les mêmes inconvénients, le brevet US 4234868 (1980) décrit une dalle tactile rigide sur laquelle a été déposée un multicouche de polymère piézoélectrique qui est utilisée comme un transducteur permettant d'acquérir un signal représentant la pression exercée par une signature manuelle. Cette technologie, outre sa complexité et son coût, ne permet pas une authentification fiable de la signature car le niveau du signal est faible donc sensible aux bruits électriques. A contrario, la présente invention a pour but de fournir un dispositif d'authentification et d'identification très simple, bon marché, fiable et robuste basé essentiellement sur : o L'analyse spectrale du signal temporel et fréquentiel généré par la réalisation du graphisme o La mémorisation par apprentissage d'un graphisme de référence. o Une technologie de couplage simple d'un ou plusieurs éléments électroactifs sur une surface flexible améliorant la dynamique du signal. o La comparaison du graphisme d'authentification au graphisme de référence. Un des avantages majeurs de cette invention repose sur le fait que les éléments électroactifs sont placés de manière judicieuse mais pas forcément de manière précise sur la plaque. En effet,
Fauthentification s'effectue par comparaison. Un autre avantage provient du fait que la conception de la plaque participe à l'amélioration du niveau d'amplitude du signal et de sa dynamique.
La présente invention a donc pour objet un dispositif d'authentification et d'identification , comportant une surface sensible (1) sur laquelle est couplée un capteur de contrainte dynamique
(2) lié à une électronique de traitement (3 ) permettant d'analyser, par une algorithmique adéquate, le signal issu de la surface sensible, caractérisé en ce que le dit dispositif délivre un signal électrique corrélé à la fois au tracé géométrique d'une figure et à l'impulsion nécessaire à ce tracé. Cette double corrélation permet d'authentifier la signature, le paraphe ou le code graphique d'une personne en basant cette authentification non seulement sur l'originalité du graphisme mais aussi sur l'impulsion, propre à chacun, lors de la réalisation de ce graphisme.
De préférence, la surface sensible (1) est une plaque de matériau isolant ou conducteur robuste comportant au moins un élément électroactif qui génère un signal lorsque la surface sensible est sollicitée mécaniquement lors de la réalisation du graphisme.
Avantageusement cette plaque de par ses caractéristiques mécaniques, sa forme et ses modes de fixations améliore la dynamique du signal délivré par les éléments électroactifs.
Avantageusement, le ou les éléments électroactifs sont réalisés en matériau piézoélectrique comme des céramiques ou des plastiques du type PVDF. Ces mêmes éléments électroactifs peuvent être des micro-accéléromètres comme peuvent en réaliser, par exemple, Motorola ou Fuji.
Avantageusement, le ou les éléments électroactifs sont couplés à la plaque par collage mais un couplage mécanique par un quelconque moyen de fixation peut aussi être réalisé.
Selon un premier mode de réalisation, la plaque comportant le ou les éléments piézoélectriques est sollicitée en flexion mais tout autre mode de sollicitation mécanique peut être utilisé. En particulier, les éléments par exemple piézoélectriques ou du type micro-accéléromètre, peuvent être couplés à la plaque parallèlement ou perpendiculairement à celle-ci.
Selon ce même mode de réalisation, la plaque est fixée sur ses bords mais d'autres fixations mécaniques peuvent être réalisées dans la mesure ou les performances du dispositif ne sont pas liées aux modes de réalisation de la surface sensible. Selon ce mode de réalisation, la dimension de la plaque peut être variable suivant que le graphisme s'effectue avec le doigt ou avec un objet de type stylet.
Selon un premier mode de réalisation, l'électronique de traitement ( 3 ) se compose d'un boîtier placé à distance de la surface sensible mais cette électronique pourrait être intégrée à la surface sensible. Avantageusement, cette électronique comporte un processeur de signal et des moyens de mémorisation permettant d'analyser les signaux et de les stocker.
Avantageusement, l'électronique de traitement comporte un logiciel permettant de définir une algorithmique analysant les signaux temporels et fréquentiels. Avantageusement, le logiciel de traitement comporte un mode d'apprentissage permettant de constituer et de stocker des signaux de référence. Avantageusement, le logiciel de traitement compare le signal d'authentification et d'identification aux signaux de référence. Avantageusement, l'électronique de traitement rejette ou accepte le signal d'authentification et d'identification. Avantageusement, l'électronique de traitement déclenche un avertissement sonore ou lumineux lors du rejet du signal d'authentification. Lors de l'acceptation du signal d'authentification, un avertissement sonore ou lumineux peut être émis signalant l'acceptation. Avantageusement, l'électronique de traitement envoie un signal de commande à différents organes contrôlant un accès, un appareil ou un service. Avantageusement, la surface sensible ne sera pas alimentée en énergie, dans la mesure ou, dans un mode de réalisation privilégié, celle-ci utilise un ou des éléments piézoélectriques qui génèrent le signal d'authentification par la simple sollicitation mécanique de la surface sensible.
Selon une variante du dispositif, le signal d'authentification produit par la dalle sensible peut être utilisé pour alimenter un émetteur radiofréquence qui transmettra ce même signal à l'électronique de traitement qui sera déportée. Le dispositif suivant l'invention est destiné à différentes applications de contrôle d'accès dont on donnera, sans que cela constitue une limitation à ses applications, quelques exemples.
Le dispositif suivant l'invention peut être installé en tant qu'appareil autonome mais la surface sensible peut, aussi, être une partie constitutive des éléments de construction tels que portes, fenêtres, afficheurs et structures porteuses, pour contrôler l'accès à des lieux ou des espaces. Cette notion d'espace étant clairement étendue à des moyens de transport quels qu'ils soient. Le dispositif suivant l'invention peut être utilisé ou intégré dans des appareils ou dispositifs (écran, boîtiers, structure mécanique ou plastique) nécessitant une authentification avant utilisation. Aucune restriction n'est à faire sur les types d'appareils qui peuvent être issus d'applications aussi variées que la télématique, l'informatique, les équipements industriels, la domotique, les télécommunications, le matériel médical ...
Nous allons, ci après d'abord décrire un premier mode de réalisation en référence aux figures 1, 2
,3 et 4.
En se référant à la figure 1, on constate que la plaque (4) est fixée sur un cadre fixe (5) de manière à tolérer un mouvement de flexion de cette plaque. Cette plaque comporte un élément piézoélectrique (6) collé sur sa face inférieure. Cette plaque étant en matériau conducteur, une seule électrode (7) est connectée à l'électronique de traitement (3), l'autre électrode étant la masse (8). En référence à la figure 2, lorsqu'un doigt ou un objet de type stylet trace un graphique ou un signe (9), la plaque (4) est sollicitée mécaniquement. Le capteur piézoélectrique (6) traduit cette contrainte mécanique en un signal temporel (10) qui rend compte à la fois de la forme du graphique et de la pression dynamique exercée lors de sa réalisation. Ces deux caractéristiques sont propres à la personne qui trace ce graphique ou signe. La figure 2 donne un exemple (ou un échantillon) de signal temporel correspondant à un graphique ou signe original (Alpha ). La figure 3.1 correspond à un signal de référence préalablement mémorisé et la figure 3.2 à un signal d'authentification qui sera analysé et comparé au signal de référence. Les figures 4.1 & 4.2 correspondent à d'autres échantillons respectivement, de signal de référence et de signal d'authentification. L'électronique de traitement (3) comporte un processeur et un logiciel associé qui permet de comparer un quelconque signal d'authentification aux signaux de référence stockés préalablement en mémoire lors de la phase d'apprentissage.

Claims

Revendications
1. Dispositif d'authentification et d'identification , comportant une surface sensible (1) sur laquelle est couplée un capteur de contrainte dynamique (2) lié à une électronique de traitement (3 ) permettant d'analyser, par une algorithmique adéquate, le signal issu de la surface sensible, caractérisé en ce que le dit dispositif délivre un signal électrique lié à l'impulsion générée par un tracé donné imbriquant ainsi, dans un même signal, un code confidentiel (le tracé) et une caractéristique comportementale (l'impulsion du tracé) propre à chaque individu.
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans le quel le capteur de contrainte dynamique est constitué d'éléments piézo-actifs comme par exemple piézoélectriques, piézorésistifs, magnétoélectriques, capacitifs ou optiques.
3. Dispositif selon la revendication 1, dans le quel la surface sensible est elle même constituée en matériaux piézoélectriques soit en céramiques piézoélectriques soit en plastiques piézoélectriques par exemple de type PVDF.
4. Dispositif selon la revendication 1, dans le quel la surface sensible est sollicitée en flexion ou en compression et sur laquelle sont couplés un ou plusieurs éléments piézoélectriques quelle que soit la nature du matériau et la manière de les disposer.
5. Dispositif selon les revendications 1 & 4, dans le quel la surface sensible est constituée de matériaux isolants ou conducteurs comme, par exemple, du verre, de l'acier inox, de l'aluminium ou du plastique sans qu' aucune restriction sur la nature du matériau de la surface ne soit donnée.
6. Dispositif selon les revendications 1, dans le quel la surface sensible est constituée d'éléments de construction comme fenêtres, portes, afficheurs et plus généralement de structures porteuses situés dans des lieux exigeant un contrôle d'accès.
7. Dispositif selon les revendications 1, dans le quel la surface sensible est constituée d'éléments de construction comme écrans, boîtiers ou structures mécaniques dans un quelconque appareil ou dispositif exigeant une authentification avant utilisation.
8. Dispositif selon les revendications 1, dans le quel le code graphique ou la signature sont inscrits sur la surface sensible soit avec le doigt soit avec un objet de type stylet.
9. Dispositif selon la revendication 1, dans le quel l'électronique permet d'acquérir les signaux, de les traiter par analyse spectrale et de les sauvegarder.
10. Dispositif selon la revendication 1, dans le quel l'électronique permet de mémoriser des signaux de référence par apprentissage.
11. Dispositif suivant la revendication 1& 3, dans le quel la surface sensible n'est pas alimentée par une source électrique.
12. Dispositif suivant la revendication 1 & 3, dans le quel le signal utile d'authentification est utilisé pour fournir Pénergie à un émetteur radiofréquence.
13. Dispositif suivant la revendication 12, dans le quel l'émetteur radiofréquence transmet le signal utile d'authentification à une électronique de traitement comportant un récepteur.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1303441A (fr) * 1969-01-27 1973-01-17
US4234868A (en) * 1978-10-06 1980-11-18 Pennwalt Corporation Personal verification device

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