WO2011072671A2 - Verfahren zur erfassung und verarbeitung der personenidentifizierung dienender biometrischer information - Google Patents

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WO2011072671A2
WO2011072671A2 PCT/DE2010/075147 DE2010075147W WO2011072671A2 WO 2011072671 A2 WO2011072671 A2 WO 2011072671A2 DE 2010075147 W DE2010075147 W DE 2010075147W WO 2011072671 A2 WO2011072671 A2 WO 2011072671A2
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biometric
lens
individual
biometric information
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Markus Dilger
Thomas Rauch
Frank Neudel
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Tst Biometrics Holding Ag
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
    • G06V10/98—Detection or correction of errors, e.g. by rescanning the pattern or by human intervention; Evaluation of the quality of the acquired patterns
    • G06V10/993—Evaluation of the quality of the acquired pattern

Definitions

  • the invention is formed by a method for detecting and
  • WO 99/56237 A1 discloses a method for identifying persons on the basis of their finger lines, which is characterized in that this works without contact in the sense that the fingers do not have to be pressed onto a glass plate in order to grasp the finger lines.
  • the finger is positioned in the focal plane, to which positioning aids are provided, on which the finger must be placed for the detection of the fingerprint.
  • the user does not have to touch the device for carrying out the known method in the area of his fingertips for detecting the finger lines, nevertheless, contact with the
  • Positioning aid required. If the user does not sufficiently differentiate between contacting the positioning aid and the
  • Positioning aid is damaged or manipulated by a change in length so that the finger is positioned outside the focal plane.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method with which biometric information of finger and / or hand lines can be recorded and processed completely contact-free, that is to say also without the need for contact with a positioning aid.
  • This object is achieved according to the invention by the method described above.
  • This method is characterized in that over the prior art, in which in a given
  • Person identification provided body part, so a finger, several fingers or the entire hand to move through the space in front of the lens, without having to touch anything.
  • the changes that result from the movement, for example, of the finger through the space in front of the lens, are also visible in the image stream, whereby not every single image from the image stream is naturally suitable for person identification, so that an evaluation of each individual image is continuously carried out. whether in this biometric or other appropriate information can be seen and the quality of the biometric
  • a first quality criterion is predetermined and evaluated to a first
  • Quality criterion is given and evaluated to a second or third or fourth or further result until the accumulated
  • the plurality of indicators a very high probability or a probability bordering on certainty can be achieved that in the frame concerned biometric information is included and worth the full biometric evaluation.
  • the space in front of the objective is illuminated permanently or synchronized with a lighting device, preferably in the range from 450 nm to 575 nm, and / or triggered by a proximity sensor with the image stream.
  • Finger-like vector field is given in the picture.
  • the inventive method is operated mainly at idle, ie in a state in which no object in the Space is located in front of the lens and only sporadically a person approaches the lens of the digital camera, for example, the
  • crossed polarization filters in the illumination and imaging beam path are used to display the subcutaneous image and the presence of both an epidermis image and a subcutaneous image is used as a quality criterion.
  • the detection of a hypodermis image which is known in principle from WO 99/56237 A1 is suitable as a very strong quality criterion as to whether the complete biometric evaluation of a single image is worthwhile and, moreover, constitutes a major obstacle to being a property which is particularly difficult to imitate
  • a further acceleration of the method can be achieved by the fact that in the agreement of the geometry of the object with a finger or with a plurality of fingers or with one hand in the frame with a pattern recognition relevant partial areas tuned and in this Sub-areas the results for further quality criteria are recorded and / or the complete biometric evaluation is carried out.
  • Combination of the examined fingertips can vary as desired. For example, it is conceivable to select a selection of the three best biometrically usable fingertips, the hand geometry
  • Digital camera with its lens has a narrow depth of field, that object is performed by this depth of field and blurred frames of the image stream from the search for
  • the use of a narrow depth of focus range has the further advantage that the distance of the depth of field from the lens or the chip of the digital camera is known and thus the size of the detected object can be determined, or the resolution is defined within narrow limits.
  • Depth of field range makes the inventive method easier to handle for the user, since the space in front of the lens through which the object must be joined occupies a correspondingly larger area and thus the object does not have to be moved as precisely as a finger or the hand. Then, it is advisable that the distance of the object from the lens in the detection of a sharp frame is measured and compared with a reference plane, and that the difference to
  • Difference level is used for scaling the size of the object to the reference level.
  • objects located closer to the objective are, of course, made larger in non-telecentric optical systems than at the farther edge of the depth of field range, so that by measuring the distance
  • Size scaling of the object can be done and thus a
  • Template generation comparison with the entries in a database and an evaluation of the comparison.
  • a fast evaluation and recognition is promoted by the method according to one of claims 1 to 14, characterized in that a suboptimal position of the object to be examined is detected and signals are generated to the user for rectification.
  • the indicators can be of any kind, in particular the auditory or visual sense of the user can address.
  • the indicators can also serve to guide the user to the target area, ie the space in front of the lens within the depth of field range.
  • Person identification is checked, repeated or verified. This increases security and reduces false identifications in single images.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a device
  • Fig. 2 is a frame of existing image stream with a in the
  • Fig. 3 is a flowchart for explaining the processing of the
  • Fig. 4 is a schematic representation of the detection of a
  • Focus area Fig. 5 is a schematic representation of the detection of a
  • Fig. 6 is a schematic illustration for explaining the
  • the reference numeral 1 symbolizes a digital camera, which is associated with a lens 2, with which the space 6 is observed in front of the lens with a depth of focus range 5. Furthermore, there are light sources 3 for illuminating the room 6, with particular suitability is when as light sources LEDs with a
  • Wavelength range from 450 to 575 nm.
  • the inventive method for detecting and processing the person identification serving biometric information of finger and / or hand lines in which by means of the digital camera 1 with the lens 2 associated therewith consisting of individual images 8, 9 existing image stream taken from the located in front of the lens space 6 and each of the image stream 4 constituent frame 8, 9 is examined for the presence of biometric information and either aborted in the absence of a quality criterion Ax the investigation of this frame 8 and started at the imaged in the image stream 4 frame 9 or when the quality criterion Ax is reached, the complete biometric evaluation and processing is carried out.
  • a first quality criterion Ax is given and evaluated to a first result E (Ax), from which a first finding P (Ax) is obtained and evaluated with regard to
  • biometric evaluation of the individual image 16 takes place. Suitable as quality criteria are the movement of an object 7 in the space in front of the objective 2 and / or a determination of the color of the object 7 and / or a determination of the brightness of the object 7 and / or a determination of the
  • Achieved threshold E (Ax + 1) a subsequent quality criterion can be used as color or brightness or contrast of the object 7, each individually indicative of the presence of biometric information and the accumulated presence of these indicia increases the probability of finding biometric information ,
  • a particularly meaningful quality criterion is the presence of both an epidermis and a subcutaneous image, wherein a
  • Subcutaneous image can be generated by crossed polarizing filter in the illumination and imaging beam path. This quality criterion is particularly meaningful, since with a counterfeit object 7 to simulate the procedure, a simulation of the hypodermis image is particularly difficult. If, for example, the hand of a mannequin is guided into the space 6 in front of the objective 2, many quality criteria could indicate the presence of biometric information, since a movement and a corresponding geometry of the object 7 to be examined can be detected and also the color and brightness and contrast of natural skin may be approximate by the hand of the mannequin, but not the hypodermis image. The presence of a subcutaneous image points to the
  • the overall result is an acceleration of the process and thus easier handling for the user, if this leads the object to be examined 7, namely one or more fingers or the hand through the depth of field 5 of the digital camera 1. Further acceleration of the process can also be achieved by in agreement of the geometry of the object 7 with a finger or with a plurality of fingers or with one hand in the context of a
  • Pattern recognition determines relevant subregions and in these
  • results for the further quality criteria Ax are recorded and / or the complete biometric evaluation is carried out.
  • FIG. 4 shows a narrow depth of field 5 through which the user has to perform his finger.
  • this depth of field range 5 is a detection of biometric information, which is also a
  • the method provides for the processing of acquired biometric information in a complete biometric evaluation Frame 9 shows the individual steps of the feature extraction
  • Template generation and the entry in a database before, namely the so-called enrollment, while the following person identification in a particular biometric for individual image frame 9 includes the feature extraction and template generation and the comparison with the entries in a database and evaluation of the comparison.
  • the user-friendliness of the method can be further enhanced by informing the user of the residence of the object 7 in the depth of field range 5 by means of, for example, visual or auditive indicators, or by detecting a sub-optimal position of the object 7 to be examined and by sending signals to the user Improvement of the positioning can be generated.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung der Personenidentifizierung dienender biometrischer Informationen von Finger- und/oder Handlinien, bei dem mittels einer Digitalkamera mit einem dieser zugeordneten Objektiv ein aus Einzelbildern bestehender Bilderstrom von dem vor dem Objektiv befindlichen Raum aufgenommen und jedes den Bilderstrom konstituierende Einzelbild auf das Vorliegen biometrischer und/oder anderer geeigneter, auf die Präsenz eines biometrischen Objektes hindeutender Informationen untersucht wird und entweder bei fehlendem Erreichen eines Qualitätskriteriums die Untersuchung dieses Einzelbildes abgebrochen und bei dem im Bilderstrom nachfolgenden Einzelbild begonnen wird oder bei Erreichen des Qualitätskriteriums die vollständige biometrische Auswertung, gegebenenfalls an mehreren das Qualtiätskriterium erfüllenden Einzelbildern zur Mittewertbildung, und die Verarbeitung durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung der Personenidentifizierung dienender biometrischer Information
Die Erfindung ist gebildet durch ein Verfahren zur Erfassung und
Verarbeitung der Personenidentifizierung dienender biometrischer
Informationen von Finger- und/oder Handlinien, bei dem mittels einer
Digitalkamera mit einem dieser zugeordneten Objektiv ein aus Einzelbildern bestehender Bilderstrom von dem vor dem Objektiv befindlichen Raum aufgenommen und jedes den Bilderstrom konstituierende Einzelbild auf das Vorliegen biometrischer und/oder anderer geeigneter, auf die Präsenz eines biometrischen Objektes hindeutender Informationen untersucht wird und entweder bei fehlendem Erreichen eines Qualitätskriteriums die
Untersuchung dieses Einzelbildes abgebrochen und bei dem im Bilderstrom nachfolgenden Einzelbild begonnen wird oder bei Erreichen des
Qualitätskriteriums die vollständige biometrische Auswertung,
gegebenenfalls an mehreren das Qualitätskriterum erfüllende Einzelbildern zur Mittelwertbildung, und die Verarbeitung durchgeführt wird.
Aus der WO 99/56237 A1 ist ein Verfahren zur Personenidentifizierung anhand von deren Fingerlinien bekannt, dass sich dadurch auszeichnet, dass dieses in dem Sinne berührungslos arbeitet, dass nicht die Finger auf eine Glasplatte gepresst werden müssen, um die Fingerlinien zu erfassen.
Gleichwohl ist es für die Durchführung des bekannten Verfahrens
erforderlich, dass wie bei den kontaktbasierten Verfahren, bei denen die Kamera auf die Glasplatte scharf gestellt ist, auch bei dem bekannten
Verfahren aus der WO 99/564237 A1 der Finger in der Schärfeebene positioniert wird, wozu Positionierhilfen bereitgestellt werden, auf denen der Finger für die Erfassung des Fingerabdruckes aufgelegt werden muss. Im Ergebnis muss der Nutzer die Vorrichtung zur Durchführung des bekannten Verfahrens zwar nicht im Bereich seiner Fingerkuppen zur Erfassung der Fingerlinien berühren, gleichwohl ist eine Kontaktaufnahme mit der
Positionierhilfe erforderlich. Wenn der Nutzer nicht hinreichend differenziert zwischen einer Kontaktaufnahme zu der Positionierhilfe und der
Kontaktaufnahme zur Erfassung des Fingerabdruckes, bleiben
psychologische Hemmschwellen bestehen, die durch Angst vor Ansteckung oder Abneigung gegen Hautkontakt motiviert sein können. Desweiteren ist das System anfällig für Vandalismus oder Sabotage, wenn die
Positionierhilfe beschädigt oder durch eine Längenänderung so manipuliert wird, dass der Finger außerhalb der Schärfeebene positioniert wird. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem vollständig berührungslos, also auch ohne Notwendigkeit der Kontaktaufnahme mit einer Positionierhilfe biometrische Informationen von Finger- und/oder Handlinien erfasst und verarbeitet werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das eingangs beschriebene Verfahren gelöst. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass gegenüber dem Stand der Technik, bei dem in einer vorgegebenen
Schärfeebene von einem an einer Glasplatte aufgedrückten oder mittels einer Positionierhilfe über der Glasplatte positionierten Finger ein Bild aufgenommen und sodann ausgewertet wird, nunmehr ein Bilderstrom von dem vor dem Objektiv der Digitalkamera befindlichen Raum aufgenommen und ausgewertet wird. Der Nutzer muss daher nur das zur
Personenidentifizierung vorgesehene Körperteil, also einen Finger, mehrere Finger oder die gesamte Hand, durch den Raum vor dem Objektiv bewegen, ohne dabei etwas berühren zu müssen. Die Veränderungen, die sich durch die Bewegung beispielsweise des Fingers durch den Raum vor dem Objektiv ergeben, werden auch in dem Bilderstrom sichtbar, wobei naturgemäß nicht jedes Einzelbild aus dem Bilderstrom bereits zur Personenidentifizierung geeignet ist, so dass kontinuierlich eine Bewertung jedes Einzelbildes durchgeführt wird, ob sich in diesem biometrische oder andere geeignete Informationen erkennen lassen und die Qualität der biometrischen
Informationen ausreicht, eine vollständige biometrische Auswertung durchzuführen. Dabei besteht selbstverständlich die Möglichkeit, ein oder mehrere als geeignet erkannte Bilder zu speichern und nachfolgende Bilder auf ihre Eignung zu untersuchen und statt der Mittelwertbildung nur das Beste geeignete Bild der Verarbeitung zuzuführen.
Im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt ist es, wenn ein erstes Qualitätskriterium vorgegeben und ausgewertet wird zu einem ersten
Ergebnis, aus dem eine erste Erkenntnis gewonnen und bewertet wird hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit, dass in dem Bild eine biometrische Information enthalten ist ,und dass bei einer hinreichend großen
Wahrscheinlichkeit ein zweites ggf. drittes oder viertes oder weiteres
Qualitätskriterium vorgegeben und ausgewertet wird zu einem zweiten bzw. dritten oder vierten oder weiteren Ergebnis, bis die akkumulierten
Erkenntnisse auf ein Vorliegen biometrischer Information hinweisen und die vollständige biometrische Auswertung des Bildes erfolgt. Da die komplette biometrische Auswertung eines Einzelbildes relativ zeitaufwendig sein kann, insbesondere bei controllergestützten Systemen mit geringer
Rechenkapazität tritt eine Beschleunigung des erfindungsgemäßen
Verfahrens auf, indem anhand einer Reihe von Qualitätskriterien Indizien gesammelt werden, dass in einem Einzelbild eine biometrische Information enthalten ist, so dass trotz suboptimaler Ergebnisse einzelner
Qualitätskriterien die Vielzahl von Indizien eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit oder eine an Sicherheit grenzende Wahrscheinlichkeit erzielt werden kann, dass in dem betreffenden Einzelbild eine biometrische Information enthalten ist und die vollständige biometrische Auswertung lohnt.
Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, wenn der Raum vor dem Objektiv mit einer Beleuchtungseinrichtung, vorzugsweise im Bereich von 450 nm bis 575 nm permanent oder synchronisiert und/oder getriggert durch einen Annäherungssensor mit dem Bilderstrom beleuchtet wird. Für die
Durchführung des Verfahrens ist man dann nicht auf die Präsenz von
Umgebungslicht angewiesen, wobei der angegebene Wellenlängenbereich bei Fingern oder Händen ein biometrisch besonders kontrastreiches Bild liefert.
Hinsichtlich der Praxistauglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es günstig, wenn eines der Qualitätskriterien durch eine Bewegung eines
Objekts im Raum vor dem Objektiv und/oder durch eine Ermittlung der Farbe des Objektes und/oder durch eine Ermittlung der Helligkeit des Objektes und/oder durch eine Ermittlung des Kontrastes des Objektes und/oder durch eine Ermittlung der Geometrie des Objektes und/oder einem einen
Fingerlinien ähnlichen Vektorfeld im Bild gegeben ist. Bei vielen
Einsatzbereichen wird das erfindungsgemäße Verfahren überwiegend im Leerlauf betrieben, also in einem Zustand, bei dem sich kein Objekt in dem Raum vor dem Objektiv befindet und nur sporadisch sich eine Person dem Objektiv der Digitalkamera nähert, um beispielswese die
Zugangsberechtigung zu einem Raum zu erlangen. Erst wenn sich ein Objekt, also ein Finger oder mehrere Finger oder eine gesamte Handfläche, sich dem Objektiv nähert, besteht überhaupt die Möglichkeit, biometrische Informationen zu erfassen, so dass ohne eine entsprechende Bewegung eines Objektes eine vollständige biometrische Auswertung der erfassten Einzelbildern nicht erforderlich ist. Die Haut eines Menschen hat eine charakteristische Farbe bei weißer oder mehrfarbiger Beleuchtung, so dass bestimmte Farbtöne wie bspw. pink als unzulässig ausgeschlossen werden können. Vergleichbares gilt für die Helligkeit und den Kontrast der Haut an Fingern oder der Hand. Ebenso weist ein Finger oder eine gesamte Hand eine auffallende Geometrie auf, die leicht zur Mustererkennung
herangezogen werden kann. Weiterhin bevorzugt ist es, wenn zur Darstellung des Unterhautbildes gekreuzte Polarisationsfiltern im Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang verwendet werden und das Vorliegen sowohl eines Oberhautbildes als auch eines Unterhautbildes als ein Qualitätskriterium genutzt wird. Die aus der WO 99/56237 A1 prinzipiell bekannter Erfassung eines Unterhautbildes eignet sich als ein sehr starkes Qualitätskriterium, ob die vollständige biometrische Auswertung eines Einzelbildes lohnt und stellt darüber hinaus als besonders schwer nachzuahmende Eigenschaft ein großes Hindernis für
Täuschungsversuche dar.
Eine weitere Beschleunigung des Verfahrens lässt sich dadurch erreichen, dass bei der Übereinstimmung der Geometrie des Objektes mit einem Finger oder mit einer Mehrzahl von Fingern oder mit einer Hand im Rahmen mit einer Mustererkennung relevante Teilbereiche gestimmt und in diesen Teilbereichen die Ergebnisse zur weiteren Qualitätskriterien erfasst werden und/oder die vollständige biometrische Auswertung erfolgt. Durch diesen vorstehend beschrieben Verfahrensschritt erfolgt eine deutliche Reduktion der auszuwertenden Daten, so dass auch der Zeitaufwand für die
Auswertung entsprechend reduziert wird. Dabei ergibt sich ein Zeitvorteil und/oder die Möglichkeit, mit geringerer Rechenleistung zu arbeiten sowohl bei der Abarbeitung der Qualitätskriterien als auch bei einer nachfolgenden vorstehenden biometrischen Auswertung. Es besteht also die Möglichkeit, bei der Erkennung des Objektes im Raum vor dem Objektiv als eine Hand die durch die Fingerkuppen gebildeten Teilbereiche auszuwählen und nur in den Teilbereichen der Fingerkuppen zu überprüfen, ob der
Personenidentifizierung dienender biometrischer Informationen bereit gestellt sind, um sodann die im Bereich der Fingerkuppen ausgebildeten
Fingerabdrücke einer vollständigen biometrischen Auswertung zu
unterziehen. Dabei besteht dann auch die Möglichkeit, dass nicht alle fünf Fingerkuppen zur Personenidentifizierung herangezogen werden, da bereits prinzipiell eine Fingerkuppe zur Personenidentifizierung ausreichend ist und gegebenenfalls der Fingerabdruck einer beliebig weiteren Fingerkuppe zur Verifikation des aufgefundenen Ergebnisses herangezogen wird. Die
Kombination der untersuchten Fingerkuppen kann dabei beliebig variieren. So ist es beispielhaft denkbar eine Auswahl der drei besten biometrisch verwertbaren Fingerkuppen auszuwählen, die Handgeometrie zu
Berücksichtigen oder auch die Korrekte Reihung der Finger, also bei einer rechten Hand zu kontrollieren, dass der Zeigefinger links vom Ringfinger positioniert ist.
Im Rahmen der Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die
Digitalkamera mit ihrem Objektiv einen schmalen Tiefenschärfebereich aufweist, dass Objekt durch diesen Tiefenschärfenbereich durchgeführt wird und unscharfe Einzelbilder des Bildstroms von der Suche nach
biometrischen Information verworfen werden. Die Nutzung eines schmalen Tiefenschärfebereiches hat den weiteren Vorteil, dass der Abstand des Tiefenschärfebereiches von dem Objektiv bzw. dem Chip der Digitalkamera bekannt ist und damit auch die Größe des erfassten Objektes bestimmt werden kann, bzw. die Auflösung in engen Grenzen definiert ist.
Alternativ besteht allerdings auch die Möglichkeit, dass die Digitalkamera mit ihrem Objektiv einen großen Tiefenschärfenbereich aufweist, dass das Objekt durch diesen Tiefenschärfenbereich hindurchgeführt wird und unscharfe Einzelbilder des Bilderstroms von der Suche nach biometrischer Information verworfen werden. Die Bereitstellung eines großen
Tiefenschärfenbereiches macht das erfindungsgemäße Verfahren für den Nutzer einfacher handhabbar, da der Raum vor dem Objektiv, durch den das Objekt gefügt werden muss, einen entsprechend größeren Bereich einnimmt und damit das Objekt wie ein Finger oder die Hand nicht so präzise bewegt werden muss. Dann bietet es sich an, dass der Abstand des Objektes von dem Objektiv bei der Erfassung eines scharfen Einzelbildes gemessen und mit einer Referenzebene verglichen wird, und dass die Differenz zur
Differenzebene genutzt wird zur Größenskalierung des Objektes auf die Referenzebene. Bei einem großen Tiefenschärfebereich werden näher an dem Objektiv befindliche Objekte in nicht telezentrischen Optiksystemen naturgemäß größer dargestellt als an dem weiter entfernten Rand des Tiefenschärfebereiches, so dass durch die Abstandsmessung eine
Größenskalierung des Objektes erfolgen kann und damit auch eine
Vergleichbarkeit des Objektes hinsichtlich der Größe möglich wird.
Gleichfalls besteht auch die Möglichkeit, dass die Umrisskonturen des Objektes zur Skalierung der Größe des Objektes verwendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Autofokusfunktion der
Digitalkamera ausgenutzt und die so erlangte Kenntnis der Fokuslage zur Bestimmung der Vergrößerung beziehungsweise zur Größenskalierung genutzt wird.
Weiterhin ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Verarbeitung erfasster biometrischer Informationen in einem zur vollständigen biometrischen Auswertung bestimmten Einzelbild die
Einzelschritte der Merkmalsextraktion, der Templategenerierung und dem Eintrag in einer Datenbank oder der Merkmalsextraktion, der
Templategenerierung, dem Vergleich mit den Einträgen in einer Datenbank und einer Bewertung des Vergleiches umfasst.
Eine schnelle Auswertung und Erkennung wird gefördert, indem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine suboptimale Position des zu untersuchenden Objektes erkannt wird und Signale an den Nutzer zur Nachbesserung erzeugt werden.
Für den Nutzer wird es einfacher, wenn mittels Indikatoren dem Nutzer der Aufenthalt des Objekts in dem Tiefenschärfebereich mitgeteilt wird, wobei die Indikatoren beliebiger Art sein können, insbesondere den Hör- oder Sehsinn des Nutzers ansprechen können. Die Indikatoren können dabei auch der Führung des Nutzers zum Zielgebiet, also dem Raum vor dem Objektiv innerhalb des Tiefenschärfenbereiches dienen.
Im Rahmen der Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, dass nach vollständiger biometrischer Auswertung eines Einzelbildes ein nachfolgendes Einzelbild aus dem Bilderstrom erfasst und ausgewertet wird, also die insgesamt in dem Bilderstrom zur Verfügung stehenden Informationen nicht nur bezüglich eines Einzelbildes ausgewertet werden, sondern anhand nachfolgenden auswertbaren Einzelbildern eine einmal erfolgte
Personenidentifizierung überprüft, wiederholt oder verifiziert wird. Dies erhöht die Sicherheit und reduziert Falscherkennungen in Einzelbildern.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass Verfahren eine suboptimale Position des zu untersuchenden Objektes 7 erkannt wird und Signale an den Nutzer zur Nachbesserung der Positionierung erzeugt werden.
Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist,
Fig. 2 ein aus Einzelbildern bestehender Bilderstrom mit einem in den
Raum vor dem Objektiv bewegten Finger, Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Verarbeitung der
Einzelbilder eines Bilderstroms,
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Erfassung eines
Fingerabdruckes bei Vorliegen eines schmalen
Tiefenschärfebereiches, Fig. 5 eine schematische Darstellung der Erfassung eines
Fingerabdruckes bei Vorliegen eines breiten
Tiefenschärfebereiches, und
Fig. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der
Größenskalierung bei der Erfassung eines Fingerabdruckes in einem großen Tiefenschärfenbereich.
In Figur 1 ist mit den Bezugszeichen 1 eine Digitalkamera symbolisiert, der ein Objektiv 2 zugeordnet ist, mit dem der Raum 6 vor dem Objektiv beobachtet wird mit einem Tiefenschärfebereich 5. Weiterhin vorhanden sind Lichtquellen 3 zur Beleuchtung des Raumes 6, wobei eine besondere Eignung gegeben ist, wenn als Lichtquellen LEDs mit einem
Wellenlängenbereich von 450 bis 575 nm verwenden werden.
Mit einer derartigen Vorrichtung ist es möglich, das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung der Personenidentifizierung dienender biometrischer Information von Finger- und/oder Handlinien durchzuführen, bei dem mittels der Digitalkamera 1 mit dem dieser zugeordneten Objektiv 2 ein aus Einzelbildern 8, 9 bestehender Bilderstrom 4 von dem vor dem Objektiv befindlichen Raum 6 aufgenommen und jedes den Bilderstrom 4 konstituierenden Einzelbild 8, 9 auf das Vorliegen biometrischer Information untersucht wird und entweder bei fehlendem Erreichen eines Qualitätskriterium Ax die Untersuchung dieses Einzelbildes 8 abgebrochen und bei dem im Bilderstrom 4 nachfolgenden Einzelbild 9 begonnen wird oder bei Erreichen des Qualitätskriteriums Ax die vollständige biometrische Auswertung und die Verarbeitung durchgeführt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, dass ein erstes Qualitätskriterium Ax vorgegeben und ausgewertet wird zu einem ersten Ergebnis E (Ax), aus dem eine erste Erkenntnis P (Ax) gewonnen und bewertet wird hinsichtlich der
Wahrscheinlichkeit, dass in dem Einzelbild 8, 9 eine biometrische Information enthalten ist, und dass bei einer hinreichend großen Wahrscheinlichkeit ein zweites und ggf. drittes oder viertes oder weiteres Qualitätskriterium vorgegeben und ausgewertete wird zu einem zweiten bzw. dritten oder vierten oder weiteren Ergebnis, bis die akkumulierten Erkenntnisse auf ein Vorliegen biometrischer Information hinweisen und die vollständige
biometrische Auswertung des Einzelbildes 16 erfolgt. Als Qualitätskriterien geeignet sind dabei die Bewegung eines Objektes 7 im Raum vor dem Objektiv 2 und/oder eine Ermittlung der Farbe des Objektes 7 und/oder eine Ermittlung der Helligkeit des Objektes 7 und/oder eine Ermittlung des
Kontrastes des Objektes 7 und/oder eine Ermittlung der Geometrie des Objektes 7 und/oder einem einen Fingerlinien ähnlichen Vektorfeld.
Konkret bedeutet dies veranschaulicht anhand der Figuren 2 und 3, dass ein Objekt 7, das zur Personenidentifizierung geeignet ist, nämlich ein Finger, mehrere Finger oder eine Handfläche, in den Raum 6 vor dem Objektiv 2 geführt wird, wobei dazu von dem Nutzer eine vollkommen freie Bewegung ausgeführt werden kann und keine präzise Positionierung des Objektes 7 erforderlich ist, solange der Tiefenschärfebereich 5 durchquert wird. Wenn keine Bewegung im Raum 6 vor dem Objektiv 2 feststellbar ist, kann sich auch kein Objekt 7 und damit keine biometrische Information in Einzelbildern 15 zeigen, die damit ohne weiteres verworfen werden. Erst wenn eine
Bewegung in dem Raum 6 feststellbar ist, wie in dem rechten Einzelbild 9 der Figur 2 angedeutet, ist eine notwendige, aber noch nicht hinreichende Bedingung für das Vorliegen biometrischer Informationen erfüllt. Dieses Einzelbild 9 kann dann anhand weiterer Qualitätskriterien Ax+1 untersucht werden, ob beispielsweise die Geometrie des Objektes 7 als ein Einzelfinger oder eine Hand weiterhin das Vorliegen biometrischer Informationen erwarten lassen. Wird bezüglich dieses Qualitätskriteriums Ax+1 ein
Schwellenwert E (Ax+1 ) erreicht, kann ein nachfolgendes Qualitätskriterium herangezogen werden wie Farbe oder Helligkeit oder Kontrast des Objektes 7, die jeweils einzeln für sich Indizien für das Vorliegen biometrischer Informationen darstellen und das kumulierte Vorliegen dieser Indizien die Wahrscheinlichkeit des Auffindens biometrischer Information erhöht. Ein besonders aussagekräftiges Qualitätskriterium ist das Vorliegen sowohl eines Oberhautbildes als auch eines Unterhautbildes, wobei ein
Unterhautbild durch gekreuzte Polarisationsfilter im Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang erzeugt werden kann. Dieses Qualitätskriterium ist besonders aussagekräftig, da bei einem gefälschten Objekt 7 zur Täuschung des Verfahrens ein Nachbilden des Unterhautbildes besonders schwierig ist. Wenn also bspw. die Hand einer Schaufensterpuppe in den Raum 6 vor dem Objektiv 2 geführt wird, könnten viele Qualitätskriterien auf das Vorliegen biometrischer Informationen hindeuten, da eine Bewegung und eine entsprechende Geometrie des zu untersuchenden Objektes 7 festgestellt werden können und auch die Farbe und Helligkeit sowie Kontrast natürlicher Haut bei der Hand der Schaufensterpuppe angenähert sein kann, nicht aber das Unterhautbild. Das Vorliegen eines Unterhautbildes weist auf die
Präsenz natürlicher Haut hin als ein starkes Indiz für das Vorliegen biometrischer Informationen, die die vollständige biometrische Auswertung des Einzelbildes 9 rechtfertigt. Sind die Voruntersuchungen hinsichtlich der Qualitätskriterien schneller durchgeführt als die komplette biometrische
Auswertung eines Einzelbildes 9, ergibt sich insgesamt eine Beschleunigung des Verfahrens und damit eine einfachere Handhabung für den Nutzer, wenn dieser das zu untersuchtende Objekt 7, nämlich ein oder mehrere Finger oder die Hand durch den Tiefenschärfenbereich 5 der Digitalkamera 1 führt. Eine weitere Beschleunigung des Verfahrens lässt sich auch erzielen, indem bei Übereinstimmung der Geometrie des Objekts 7 mit einem Finger oder mit einer Mehrzahl von Fingern oder mit einer Hand im Rahmen einer
Mustererkennung relevante Teilbereiche bestimmt und in diesen
Teilbereichen die Ergebnisse zur weiteren Qualitätskriterien Ax erfasst und/oder die vollständige biometrische Auswertung erfolgt.
In den Figuren 4 bis 6 sind die Auswirkungen symbolisiert, die mit
unterschiedlichen Ausdehnungen des Tiefenschärfenbereiches 5 verbunden sind. Figur 4 zeigt einen schmalen Tiefenschärfenbereich 5, durch den der Nutzer seinen Finger durchzuführen hat. In diesem Tiefenschärfenbereich 5 erfolgt eine Erfassung biometrischer Informationen, die auch eine
Größenangabe zu dem erfassten Objekt 7, nämlich dem Finger ermöglicht. In Figur 5 ist ein großer Tiefenschärfebereich 5 vorhanden, was die
Anwendung des Verfahren für den Nutzer vereinfacht, allerdings mit einem Informationsverlust hinsichtlich der Größe des untersuchten Objektes 7 verbunden ist, da die Größe der Darstellung vor dem Abstand des Objektes 7 von dem Objektiv 2 bzw. dem Chip der Digitalkamera 1 abhängt, also ein am objektivfernen Rand des Tiefenschärfenbereiches 5 befindlicher Finger kleiner dargestellt wird als ein am objektivnahen Rand des
Tiefenschärfenbereiches 5 befindlicher Finger. Dieser Informationsverlust lässt sich vermeiden, wenn zusätzlich der Abstand des Objektes 7 von dem Objektiv 2 bei der Erfassung eines scharfen Einzelbildes 9 gemessen und der gemessene Abstand zur Größenskalierung genutzt wird. Alternativ können auch die Umrisskonturen des Objektes 7 zur Skalierung der Größe des Objektes 7 verwendet werden. Für die Personenidentifizierung ist es zunächst erforderlich, die einer bestimmten Person zuzuordnenden biometrischen Informationen in einer Datenbank zu hinterlegen. Das
Verfahren sieht daher zur Verarbeitung erfasster biometrischer Informationen in einem zur vervollständigen biometrischen Auswertung bestimmten Einzelbild 9 die Einzelschritte der Merkmalextraktion, der
Templategenerierung und dem Eintrag in eine Datenbank vor, nämlich das sogenannten Enrollment, während die nachfolgende Personenidentifizierung bei einem zur vollständigen biometrischen Auswertung bestimmten Einzelbild 9 die Merkmalsextraktion und die Templategenerierung sowie den Vergleich mit den Einträgen in einer Datenbank und Bewertung des Vergleiches umfasst.
Die Nutzerfreundlichkeit des Verfahrens lässt sich dadurch weiter steigern, dass mittels bspw. visueller oder auditiver Indikatoren dem Nutzer der Aufenthalt des Objekts 7 in dem Tiefenschärfenbereich 5 mitgeteilt wird, oder dass eine suboptimale Position des zu untersuchenden Objektes 7 erkannt wird und Signale an den Nutzer zur Nachbesserung der Positionierung erzeugt werden.
Sofern mehr als ein zur vollständigen biometrischen Auswertung geeignetes Einzelbild 9 in dem Bilderstrom 4 vorliegt, ist selbstverständlich auch die Möglichkeit gegeben, diese weiteren zur vollständigen biometrischen
Auswertung geeigneten Einzelbilder 5 auszuwerten, um die einmal erfolgte Personenidentifizierung zu verifizieren oder das Vertrauensniveau
hinsichtlich der Personenidentifizierung zu erhöhen und die
Falscherkennungsrate eines Einzelbildes zu reduzieren. Die Auswertung dieser weiteren Bilder kann auch durch Mittelwertbildung oder Auswahl des besten Bildes zur Verarbeitung ein erhöhtes Vertrauensniveau ergeben. Bezugszeichenliste
1 Digitalkamera
2 Objektiv
3 Lichtquelle
4 Bilderstrom
5 Tiefenschärfebereich
6 Raum vor dem Objektiv
7 Objekt
8 Einzelbild ohne biometrischer Information 9 Einzelbild mit biometrischer Information
10 Referenzebene
Ax Qualitätskriterium zum Parameter x
E (Ax) Ergebnis zum Parameter x
P (Ax) Erkenntnis zum Parameter x

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Erfassung und Verarbeitung der Personenidentifizierung dienender biometrischer Informationen von Finger- und/oder Handlinien, bei dem mittels einer Digitalkamera (1 ) mit einem dieser zugeordneten Objektiv (2) ein aus Einzelbildern (8), (9) bestehender Bilderstrom (4) von dem vor dem Objektiv (2) befindlichen Raum (6) aufgenommen und jedes den Bilderstrom (4) konstituierende Einzelbild (8), (9) auf das Vorliegen biometrischer und/oder anderer geeigneter, auf die Präsenz eines biometrischen Objektes hindeutender Informationen untersucht wird und entweder bei fehlendem Erreichen eines Qualitätskriteriums (Ax) die Untersuchung dieses Einzelbildes (15) abgebrochen und bei dem im Bilderstrom nachfolgenden Einzelbild (16) begonnen wird oder bei Erreichen des Qualitätskriteriums (Ax) die vollständige biometrische Auswertung, gegebenenfalls an mehreren das Qualitätskriterium erfüllenden Einzelbildern zur Mittelwertbildung, und die Verarbeitung durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Qualitätskriterium (Ax) vorgegeben und ausgewertet wird zu einem ersten Ergebnis (E(Ax)), aus dem eine erste Erkenntnis (P(Ax)) gewonnen und bewertet wird hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit, dass in dem Einzelbild (15), (16) eine biometrische Information enthalten ist, und dass bei einer hinreichend großen Wahrscheinlichkeit ein zweites und gegebenenfalls drittes oder viertes oder weiteres Qualitätskriterium vorgegeben und ausgewertet wird zu einem zweiten bzw. dritten oder vierten oder weiteren Ergebnis, bis die akkumulierten Erkenntnisse auf ein Vorliegen biometrischer Information hinweisen und die vollständige biometrische Auswertung des Einzelbildes (9) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum (6) vor dem Objektiv (2) mit einer Beleuchtungseinrichtung (3), vorzugweise im Wellenlängenbereich von 450 nm bis 575 nm, permanent oder synchronisiert und/oder getriggert durch einen Annäherungssensor mit dem Bilderstrom (4) beleuchtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Qualitätskriterien (Ax) durch eine Bewegung eines
Objektes (7) im Raum
(6) vor dem Objektiv (2) und/oder durch eine Ermittlung der Farbe des Objektes (7) und/oder durch eine Ermittlung der Helligkeit des Objektes (7) und/oder durch eine Ermittlung des Kontrastes des Objektes (7) und/oder durch eine Ermittlung der Geometrie des Objektes (7) und/oder einem einen Fingerlinien ähnlichen Vektorfeld im Bild gegeben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung des Unterhautbildes gekreuzte Polarisationsfilter im Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang verwendet werden und das Vorliegen sowohl eines Oberhautbildes als auch eines Unterhautbildes als ein Qualitätskriterium genutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung der Geometrie des Objektes (7) mit einem Finger oder mit einer Mehrzahl von Fingern oder mit einer Hand im Rahmen einer Mustererkennung relevante Teilbereiche bestimmt und in diesen
Teilbereichen die Ergebnisse zu weiteren Qualitätskriterien erfaßt werden und/oder die vollständige biometrische Auswertung erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalkamera (1 ) mit ihrem Objektiv (2) einen schmalen
Tiefenschärfebereich (5) aufweist, dass das Objekt (7) durch diesen Tiefenschärfebereich (5) hindurchgeführt wird und unscharfe Einzelbilder (8) des Bilderstromes (4) von der Suche nach biometrischer Information verworfen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Digitalkamera (1 ) mit ihrem Objektiv (2) einen großen
Tiefenschärfebereich (5) aufweist , dass das Objekt (7) durch diesen Tiefenschärfebereich (5) hindurchgeführt wird und unscharfe Einzelbilder (8) des Bilderstromes (4) von der Suche nach biometrischer Information verworfen werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Objektes (7) von dem Objektiv (2) bei der Erfassung eines scharfen Einzelbildes (9) gemessen und mit einer Referenzebene (10) verglichen wird, und dass die Differenz zur Referenzebene (10) genutzt wird zur Größenskalierung des Objektes (7) auf die Referenzebene (10).
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umrisskonturen des Objektes (7) zur Skalierung der Größe des Objektes (7) verwendet werden.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Autofokusfunktion der Digitalkamera ausgenutzt und die so erlangte Kenntnis der Fokuslage zur Bestimmung der Vergrößerung beziehungsweise zur Größenskalierung genutzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung erfasster biometrischer Informationen in einem zur vollständigen biometrischen Auswertung bestimmten Einzelbild (9) die Einzelschritte der Merkmalsextraktion, der Templategenerierung und dem Eintrag in einer Datenbank oder der Merkmalsextraktion, der
Templategenerierung, dem Vergleich mit den Einträgen in einer
Datenbank und einer Bewertung des Vergleiches umfaßt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Indikatoren dem Nutzer der Aufenthalt des Objekts (7) in dem Tiefenschärfebereich (5) mitgeteilt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach vollständiger biometrischer Auswertung eines Einzelbildes (9) mindestens ein nachfolgendes Einzelbild (9) aus dem Bilderstrom (4) erfaßt und ausgewertet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine suboptimale Position des zu untersuchenden Objektes (7) erkannt wird und Signale an den Nutzer zur Nachbesserung der
Positionierung erzeugt werden.
PCT/DE2010/075147 2009-12-15 2010-12-01 Verfahren zur erfassung und verarbeitung der personenidentifizierung dienender biometrischer information WO2011072671A2 (de)

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Citations (1)

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WO1999056237A1 (de) 1998-04-24 1999-11-04 Tst-Touchless Sensor Technology Ag System zur berührungslosen hand- und fingerlinien-erkennung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1999056237A1 (de) 1998-04-24 1999-11-04 Tst-Touchless Sensor Technology Ag System zur berührungslosen hand- und fingerlinien-erkennung

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