WO2021144171A1 - Einrichtung zur biometrischen identifikation mit hilfe von fingerabdrücken und/oder handcharakteristiken und verfahren zur biometrischen identifikation mit hilfe dieser charakteristiken - Google Patents

Einrichtung zur biometrischen identifikation mit hilfe von fingerabdrücken und/oder handcharakteristiken und verfahren zur biometrischen identifikation mit hilfe dieser charakteristiken Download PDF

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WO2021144171A1
WO2021144171A1 PCT/EP2021/050110 EP2021050110W WO2021144171A1 WO 2021144171 A1 WO2021144171 A1 WO 2021144171A1 EP 2021050110 W EP2021050110 W EP 2021050110W WO 2021144171 A1 WO2021144171 A1 WO 2021144171A1
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WO
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hand
sensor unit
fingerprints
biometric identification
optical gate
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PCT/EP2021/050110
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michal Dvorak
Tomas GOLDMANN
Martin Drahansky
Martin SAKIN
Radim Dvorak
Ondrej NEZHYBA
Torsten Meister
Alex ZARRABI
Original Assignee
Touchless Biometric Systems Ag
Brno University of Technology
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics, which has a sensor unit which is directed in the scanning direction into the area of an optical gate, the optical gate for initializing the sensor unit for Scanning a sharp scan image or the scan images of fingers and / or hand of the person is adapted and the device furthermore has at least one light source, which is also directed into the area of the optical gate, the sensor unit, optical gate and possibly also light source with a control - and computing module with software for controlling the activity of the device and its parts and for scanning the scan image or the scan images of fingers and / or hand and evaluation of fingerprints and / or hand characteristics are coupled.
  • the invention also relates to a method for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics by means of the device, a sharp scan image of the hand / palm being scanned by the sensor unit, which is sent as scan image data to a control and computing module is sent, in which a scan image analysis is carried out. Distinctive features of the hand / palm are searched and the areas in which biometric data occurs are detected, which are then analyzed and processed to identify fingerprints and / or palm characteristics and then compared with a database of existing fingerprints or the corresponding hand characteristics become.
  • Biometric identification with the aid of fingerprints and / or hand characteristics is in principle a very old method that assumes a very low probability that two people will have the same fingerprints and / or hand characteristics. It's quite a set of facilities and methods for performing the biometric identification with the aid of fingerprints and / or hand characteristics are known, in which the biometric data are obtained either by a contact method or a contactless method.
  • biometric data from fingerprints and / or hand characteristics is possible either by contact methods, ie the person to be identified places the finger or the hand on a certain surface of a scanning device that scans a scan image of the finger and / or the hand, or is a contactless method is possible, ie the scanning device scans the scan image of the finger and / or the hand "remotely" (from a distance), ie without the need for the person to come into contact with the elements of the respective scanning device.
  • the scanned scan image is then processed for the purpose of comparing it with the scan images stored in a database of the identified persons.
  • a scanning device with a sufficiently fast automatic focusing (autofocus) to focus on the moving hand
  • a scanning device with a fixed Use the set depth of field and carry out the scan image acquisition in the area of this pre-determined and set distance of the hand from the scanning device so that the scan is of sufficient quality (sharp, high-contrast, sufficient scan resolution, etc.).
  • a contactless biodetector which for the correct positioning of the hand or the finger of the person to be identified in the area of the depth of field of the scanning device, here in the target height F above the scanning device, exploits the fact that on the side of the hand or finger of the user facing away from the side to be scanned, at least two scan images are projected, which only by placing them together on the surface of the hand or finger at a correct (target) height F above the scanning device form a defined scan image that is visible and perceptible by the user, so the user can carry out the adjustment of the hand or finger in the required target position with respect to the scanning device.
  • a contactless "on-the-go" scanner for fingerprints is known, which is able to scan the fingerprints on the moving hand of a person and an identification of the respective person during their movement around the scanner around or during the movement of the hand through a defined scanning area in front of the scanning device.
  • an optical gate in the form of a beam interruption sensor is placed in the scanning area, where the beam interruption sensor detects a point in time when the hand to be scanned passes the scanning area, whereby the hand to be scanned interrupts the light beam that passes through the scanning area Emitter of the light beam is sent into a detector of the light beam on the other side of the scan area.
  • the scanning device is put into operation, which is configured to record the scan image of the scan area and which has several cameras.
  • the camera for the hand ie the camera for hand scanning, in cooperation with the connected computer, detects whether the object in the scan area is a human hand , and also detects the placement of the fingers on said hand.
  • At least one camera for fingers that is to say camera for scanning fingerprints, then scans the scan image with high resolution of at least part of any of the detected fingers of the hand passing through the scan area in the scan area.
  • the camera must have a sufficiently large scanning frequency for fingers, ie it must be able to scan a sufficiently large number of individual scan images per second, essentially at the assumed speed of movement of the Hand must match through the scan area.
  • the scanning frequency in this solution is essentially 24 scans / second and higher, with 125 scans / s, 150 scans / s and even 240 scans / s being mentioned here.
  • the camera for fingers must then also have a short exposure time. As soon as the camera for the hand detects that there really is a hand in the scan room, the camera for the finger is put into operation even earlier than the fingers pass the area of focus of the camera for the finger.
  • the camera for fingers which has set a certain scanning frequency, scans a few finger scan images from this point on.
  • the camera for fingers scans a large number of scan images from individual fingers, with the evaluation algorithm in the connected computer identifying which scan image is the sharpest for each finger.
  • a large number of the scan images are processed with high resolution.
  • the prints of individual fingers are then determined from the identified scan images with the best focus and they are compared with a database of fingerprints to determine identity.
  • the disadvantage of this solution is the need for one Scanning, processing and evaluation of a large number of scan images with high resolution for personal identification.
  • an agile contactless biometric sensor device which has a sensor that tracks a field of view and also has a scan image system that scans one or more biometric information in the field of view.
  • the device also has a tiltable adjustment device which adjusts and orients the scan image system in the position of the object detected by the sensor in the field of view.
  • the disadvantage of this arrangement is the need for a complicated positioning of the scan image system in such a position of the field of view in which the palm of the person was previously detected and identified for biometric identification.
  • the disadvantage of the prior art in the area of a contactless scanning of fingerprints and / or hand characteristics consists in particular in a mutual coordination of the scanning system with the system of detection of the hand and individual fingers, which either requires a complicated autofocus system with a complicated control system, or requires a complicated positioning system of the scanning system with the identification of the hand placed in the scan room, or scanning, processing and evaluation of a large number of scan images of hand and fingers with a high resolution, which is time-consuming and especially with regard to the computing power of the connected Computers are expensive, which in turn has an impact on the price of such facilities.
  • the aim of the invention is to provide an improved device and an improved method for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics.
  • the aim of the invention is achieved by a generic device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics, the key point of which is that the sensor unit is permanently focused on a focus area that is assigned to an optical gate , and the sensor unit, the optical gate, the control and computation module and optionally also the light source are configured for scanning a single sharp scan image of the fingers and / or the hand at the time of their passage through the focus space.
  • the aim of the invention with regard to the method for biometric identification with the aid of fingers and / or hand characteristics is achieved in that only a single sharp scan image of the hand is scanned and processed for biometric identification with the aid of fingers and / or hand characteristics.
  • the solution according to the invention eliminates or minimizes disadvantages of the prior art.
  • the scanning system is coordinated with the system for detecting the hand and individual fingers, and requirements with regard to the computing power of the connected computer are reduced without negatively affecting reliable and fast biometric identification.
  • the solution according to the invention can be designed in such a way that the user does not have to guide his hand through a relatively narrow slot in which the biometric identification of the hand takes place.
  • the device according to the invention can be designed in such a way that the user presents his hand for biometric identification in a largely open space in the area of the device, for example by aligning the palm of the hand vertically.
  • the optical gate has an IR or "near IR" or visible laser or LED radiation source which is directed transversely to the scanning direction of the sensor unit onto a photodiode which is arranged on an opposite side of the optical gate.
  • the optical gate has a proximity sensor.
  • the advantage of the invention is also that it enables a construction-related, flexible solution, in particular when using a proximity sensor, thanks to which the requirement for the coupling of two fixed construction points in the scan zone is eliminated.
  • the presently disclosed device uses an unsharpened narrow band of sharpness in combination with precise determination of the position of the palm of the hand to obtain a single scan image which is then processed relatively easily.
  • the solution disclosed here represents, in particular, an optimization of the device and the entire process of contactless biometric and / or dactyloscopic identification (and / or verification).
  • the optical gate has a 3D camera which is adapted to detect the speed of the hand movement in the area to be scanned with respect to the focus area and to determine the hand position in the area to be scanned with respect to the focus area using an active triangulation method.
  • the light source is formed by a light source in the “green” part of the spectrum.
  • At least one NIR radiation source with a wavelength of 760 to 840 nm is directed into the focus space, which is able to penetrate melanin and which at the same time Hemoglobin for detecting the liveliness of the hand is absorbed during biometric identification.
  • an auxiliary scan camera is directed into the focus area, which is sensitive in the NIR or IR radiation range and is adapted to scan a scan image or a scan image sequence to detect the liveliness of the hand in the focus area.
  • At least one light source of visible radiation, at least one UV radiation source and at least one IR radiation source (IR) or a "near IR” radiation source for simultaneous biometric identification using fingerprints and / or hand characteristics and is in the focus area Determination of the liveliness of the hand in the focus area.
  • At least one heat-sensitive sensor for detecting the liveliness of the hand during biometric identification is directed into the focus area.
  • the sensor unit has a maximized number of openings in relation to the illumination of the focus area and the diffraction limit, the target focus area beginning with respect to the sensor unit in the position (distance of the optical gate to the sensor unit) of the optical gate, which is in the scanning direction to the sensor unit is shifted towards the value s, wherein the target sharpness space with respect to the sensor unit ends in the position of the optical gate, which is shifted in the scanning direction towards the sensor unit by the value D 0f.
  • the value s is an empirically determined (considered) delay between the beginning of the presence of the hand and the beginning of the scanning by the sensor unit (or a displacement of the hand to be expected during this empirically determined delay).
  • the value D 0f is a width of the area in which a detection takes place or the difference between the largest width in the focus area and the shortest width to the focus area of the sensor unit.
  • the device is cranked, the device having a vertical stand which is open on its upper side and in which a sensor unit with its optics is arranged in the upward direction, and a control and computing module in the vertical stand , Power source or power adapter and other electronics are stored, on the open upper side of the vertical stand a reflection unit with an inclined reflective surface and an entry window for the entry of the scan image of the hand to be scanned into the reflective surface and furthermore into the sensor unit via the inclined reflective surface, wherein In the reflection unit, an additional camera for scanning the depth and / or a discontinuous movement and an auxiliary scanning camera for detecting the liveliness are stored, with a control and guidance display also being arranged on the reflection unit.
  • a mathematical model enables the selection of such a scanning system and optical system which, within the limits of the depth of field, is able to scan the data useful for dactyloscopic purposes once.
  • a scanning system and optical system which, within the limits of the depth of field, is able to scan the data useful for dactyloscopic purposes once.
  • the processing of which is only a fraction of that of the State-of-the-art facilities required computing power.
  • cheap, small and energy-efficient computing technology is sufficient for the scan image processing and the control of individual peripherals.
  • the requirements for cooling and installation space of the entire facility decrease, which is characterized by the smaller dimensions of the entire facility and its very low noise level.
  • Another advantage of the presently disclosed solution is that the light source comes closer to the scanning area, in particular when light sources are installed in a guide plate and / or side wall, thanks to which the demands on the overall light output of the lighting system are reduced; and at the same time, thanks to a non-direct lighting angle, greater user comfort is achieved.
  • the improvement in lighting disclosed in the present is further enhanced by a modular character of the lighting, which opens up the possibilities of simple scalability, flexibility in the arrangement and possibilities of combinations of light sources with suitable spectral properties in the context of individual modules for the required purposes.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics with an optical barrier
  • FIG. 2 shows a schematic view of a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics with a proximity sensor
  • FIG. 3 shows a schematic view of a cranked arrangement of a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics
  • Fig. 4 is a schematic view of another example of a cranked
  • FIG. 5 a schematic view of a line arrangement of a device for biometric identification (and / or verification) with the help of fingerprints and / or hand characteristics
  • FIG. 6 shows a schematic view of a possible concrete implementation of a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics
  • FIG. 7 shows a schematic view of an exemplary embodiment of a device for biometric identification (and / or verification) with the help of Fingerprints and / or hand characteristics with compensation for a delay of a camera system.
  • FIG. 1 is a schematic view of a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics with an optical gate 2, which forms a switching device, in the form of an optical barrier.
  • the device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics has a sensor unit 1 which, for example, has a monochromatic camera with a resolution of a CCD or CMOS scan chip in the range of 10 MP to 25 MP, preferably with a resolution of the CCD or CMOS scan chip from 12 MP to 20 MP.
  • the value of the resolution of the CCD or CMOS scan chip of the sensor unit 1 influences the size of the area to be scanned, so it influences the size of the area in the room in which the hand to be scanned can be so that it is safe contactless scanning of the scanned image of the hand with fingers.
  • a surface resolution of the sensor unit 1 is, for example, in the range from 400 to 1000 DPI, preferably 500 DPI.
  • a camera is used as the sensor unit 1 (for example Basler ace acA4024-29um, Basler ace acA5472-17um, another camera without an IR filter or another camera without an IR filter and with a higher sensitivity of the scan image recording in the IR -Area).
  • the sensor unit 1 is suitable as a color camera with optical properties and light properties designed for scanning a scan image.
  • the sensor unit 1 can be directed with its CCD or CMOS scan chip in a scanning direction S onto an optical gate 2 and onto a focus space 3 of the sensor unit 1, the optical gate 2 for initializing the sensor unit 1 for scanning a sharp scan image, in particular one single sharp scan image, of the object that is located in the focus space 3 of the sensor unit 1 can be adapted.
  • the focus area 3 of the sensor unit 1 is a three-dimensional space in front of the sensor unit 1, on which the sensor unit 1 is firmly focused and in which the sensor unit 1 always scans a sharp scan image of the object that is located somewhere in the focus area 3.
  • the sensor unit 1 can have suitable optics 10, which are adapted to focus the sensor unit 1, in particular for the fixed focus of the sensor unit 1, in the focus space 3.
  • the optical gate 2 has a radiation source 20, in particular an IR or "near IR” radiation source or a laser or LED radiation source 20 radiating in a visible region of the spectrum, which, for example, transversely to Scanning direction S of the sensor unit 1, is directed to a photodiode 21 which is placed on an opposite side of the optical gate 2.
  • a radiation source 20 in particular an IR or "near IR” radiation source or a laser or LED radiation source 20 radiating in a visible region of the spectrum, which, for example, transversely to Scanning direction S of the sensor unit 1, is directed to a photodiode 21 which is placed on an opposite side of the optical gate 2.
  • the optical gate 2 can have operational amplifiers (not shown), which amplify and track the voltage across the photodiode 21, on which the laser and / or LED beam falls, whereby this laser and / or LED beam is briefly interrupted the hand to be scanned shading the photodiode 21 of the optical gate 2 and changing the voltage dropping over it, for example on the basis of a switching transistor (not shown), which then leads to the initialization of the sensor unit 1 and the scanning of one or more sharp scan images, in particular a single sharp scan image, the focus space 3 leads with the hand to be scanned.
  • FIG. 2 is a schematic view of an embodiment of the device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics with a proximity sensor 22.
  • the optical gate 2 has a proximity sensor 22, in particular a so-called proximity sensor, which, in contrast to the IR or "near IR" or visible laser and / or LED beam from FIG. 1 does not require any interruption of the IR laser beam by the manual passage between the laser and / or LED source 20 and the photodiode 21 and therefore also does not require a special design of the body of the optical gate 2.
  • the proximity sensor 22 has here one to three sources of modulated light radiation, not shown, which are directed into the area of an expected occurrence of the hand in relation to the focus space 3 and which emit one to three modulated light beams, the proximity sensor 22 also having a detector for has a reflection of the modulated light rays from a hand or palm that is approaching the sharpening chamber 3 or is located in the sharpening chamber 3.
  • electronics (not shown) of the proximity sensor 22 is used, for example a method of trilateration (time of flight) based on the modulated light beams from the above-mentioned sources of the modulated radiation and based on the reflection of these modulated light beams of the hand in the area of the expected occurrence of the hand, after which a point in time can be determined by extrapolation at which the hand is really in the scanning position in the focus area 3.
  • the sensor unit 1 is initialized and a sharp scan image, in particular a single sharp scan image, of the focus area 3 is scanned with the hand to be scanned.
  • the optical gate 2 can be replaced or supplemented by a 3D camera which is adapted to detect the speed of the hand movement in the area to be scanned and to determine the hand position in the area to be scanned by a method of active triangulation can.
  • the scanned room data can be used for additional biometric identification (and / or verification) based on the 2D and / or 3D hand geometry.
  • the optical gate 2 has a combination of a light barrier as in FIG. 1 (with a radiation source 20, which is directed transversely to the scanning direction S of the sensor unit 1 to the photodiode 21, which is attached to an opposite side of the optical gate 2 is) and a proximity sensor 22 as in Fig. 2, this combination being supplemented by a 3D camera according to the further embodiment, not shown, which is used to detect the speed of the hand movement in the area to be scanned in relation to the focus area 3 and to determine the Hand position in the area to be scanned is adjusted with respect to the focus space 3 using the method of active triangulation.
  • At least one light source 5 which is adapted to illuminate the hand in the focus area 3 for scanning a high-quality, sharp scan image of the hand by the sensor unit 1, can furthermore be directed into the focus area 3.
  • the light source 5 is designed, for example, to emit the light in the “green” region of the spectrum, preferably with a dominant wavelength of 520 to 530 nm.
  • At least one, but better than one, NIR radiation source with a wavelength can be in the focus space 3 in an embodiment not shown directed from 760 to 840 nm, which is able to penetrate melanin and which is absorbed by hemoglobin.
  • CMOS and CCD standard scan chips are also sensitive in the area of NIR and IR radiation, it is possible to use the same device, the same method and also the same scan image to detect a bloodstream of a hand, that is, to detect liveliness use, which was scanned with a simultaneously activated light source 5 and NIR radiation source, both for a dactyloscopic analysis and for Detection of the liveliness of the hand to be scanned and / or the fingers to be scanned.
  • this can advantageously be used on the one hand for the detection of falsified certificates of the hand and / or the fingers and for biometric identification based on the shape of the bloodstream of the hand to be scanned.
  • an auxiliary scan camera can be directed into the focus area 3 in an embodiment not shown, which is sensitive in the NIR or IR radiation range and is able to scan not only individual scan images, but also sequences of scan images to scan for better detection of the liveliness of the hand.
  • At least one light source 5 of visible radiation furthermore at least one UV radiation source (UV) and at least one IR or “near IR” radiation source (IR), are simultaneously directed into the focus space 3, with a single one Scan image of the hand scanned by the sensor unit 1 or a single scan image of the hand scanned by the sensor unit 1 and a sequence of scan images scanned with an auxiliary scan camera are evaluated under the aspect of the absorption properties of the material to be scanned for all types of radiation used with different wavelengths, which is then determined whether it is the skin of a living user or not.
  • UV UV radiation source
  • IR or "near IR” radiation source IR
  • At least one bolometric sensor i.e. a heat-sensitive sensor that has, for example, a field of bolometers
  • the focus space 3 which enables a basic heat scan image of the hand with a heat distribution on the surface of the hand to be obtained. Due to the heat distribution, the liveliness of the presented hand can be detected.
  • Reliable scanning of a high-quality, sharp scan image, in particular a single high-quality, sharp scan image, of the hand by the presently disclosed device and the presently disclosed method is provided by the fact that a narrow band of the depth of focus of the sensor unit 1, ie small depth A of the Sharpening space 3, is used in combination with precise determination of the position of the hand to obtain a high-quality, sharp scan image that is intended for subsequent processing.
  • the scanning system, ie the position of the focus area 3 in the scanning direction S opposite the sensor unit 1, and the scanning time of the hand by the sensor unit 1 are given by a large number of parameters of the sensor unit 1 and the lighting system of the hand, ie at least one light source 5 .
  • the scanning time of the hand by the sensor unit 1 represents the smallest possible time interval during which the forward movement of the hand through the sharpening space 3, even in spite of a non-negligible speed of this movement, does not cause any distortion of the sensor unit 1 from caused by the scanned scan image of the hand, and during which the perpendicular (transverse) movement of the hand is negligible at the same time.
  • This maximization of the depth A of the focus space 3 is achieved by maximizing the number of openings of the sensor unit 1 in a combination with the pixel size of the CCD or CMOS scan chip and in a combination with an increase in the scan width, ie a width between the sensor unit 1 and the Focus space 3. Maximizing the number of openings of the sensor unit 1 is achieved, for example, by reducing the diameter of an entry lens (not shown) of the sensor unit 1 with the aid of a diaphragm.
  • the scan width is 1 m
  • the sensor unit 1 has the pixel size of the CMOS scan chip 1.85 pm x 1.85 pm, aperture f / 5.6, shutter speed 546 ps
  • the light source 5 has a luminous flux of 9120 lm of diffuse light with a suitable wavelength and a depth of field of ⁇ 4 cm is achieved (ie dimension A of the focus space 3).
  • the scope of the hand is therefore given by the focus area 3, which can be determined as follows:
  • the target focus area 3 opposite the sensor unit 1 begins in a position P m (distance from the optical gate 2 to the sensor unit 1) of the optical gate 2, which is shifted in the scanning direction S towards the sensor unit 1 by the value s, ie P m + s, where s is an empirically determined (considered) delay between the hand presence and the start of scanning by the sensor unit 1 (or one during this empirically determined delay expected displacement of the hand).
  • N- number of openings (fl diameter of the entrance aperture), c- Diameter of the circle of confusion (CoC), which is proportional to the pixel size of the selected CCD or CMOS scan chip.
  • An optimization of the arrangement of the device and the process on the basis of the mentioned mathematical model enables a sensor unit 1 and arrangement of the device to be selected which is capable, within the limits of the depth of field, of useful biometric and / or dactyloscopic data once, ie in the form of a single scan image without computationally and time-consuming reconstructions of the scanned data after the end of the scanning, as is the case in the prior art.
  • the device also has a control and computing module 6 for scanning image processing and controlling individual peripherals, which is formed here, for example, by a computer of the miniPC category, e.g. Computer UP Squared, thanks to which very low requirements for cooling and installation space are achieved, which The resulting device can be designed to be very small, with a low nominal electrical power consumption and with a minimal acoustic effect on the environment.
  • a control and computing module 6 for scanning image processing and controlling individual peripherals which is formed here, for example, by a computer of the miniPC category, e.g. Computer UP Squared, thanks to which very low requirements for cooling and installation space are achieved, which The resulting device can be designed to be very small, with a low nominal electrical power consumption and with a minimal acoustic effect on the environment.
  • FIG. 5 is a schematic view of an embodiment of the device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics in a linear arrangement.
  • FIG. 5 shows a diagram of a line arrangement of the device, the individual components of the device being arranged one behind the other in a line, which in relation to the required width of the beginning and end D ", D f of the focus space 3 from the sensor unit 1 leads to the formation of a device with a certain overall length, but with a low height and small depth.
  • FIGS. 3 and 4 are schematic views of embodiments of the device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics in a cranked arrangement.
  • such a cranked device has a greater height and / or width, depending on the plane or planes in which the scanning direction S is cranked.
  • the scanning direction S is cranked more than once, unlike in FIGS. 3 and 4, which allows the formation of an even more compact device, but higher demands on quality and accuracy of the reflective surfaces 7 due to the elimination of deformations of the reflected scan image the hand and due to the elimination of the lowering of the light properties of the scan image to be scanned.
  • FIG. 6 is a schematic view of a possible concrete implementation of a device for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics.
  • the device is cranked as in FIG. 4.
  • This device 8 has a vertical stand 80, which is open on its upper side, and in which a sensor unit 1 with its optics 10 is arranged in the upward direction.
  • a supply source or a supply adapter and other electronics can be arranged in an opened upper side of the vertical stand 80.
  • a reflection unit 81 with an inclined reflection surface 7 and an entry window 810 is arranged, which is adapted for the entry of the scan image of the hand to be scanned from the reflection unit 81 and further via the inclined reflection surface 7 into the sensor unit 1 .
  • the reflection unit 81 there is optionally an additional camera for scanning the depth and / or a discontinuous movement and possibly also an auxiliary scanning camera for detecting the liveliness due to the absorption properties of the material to be scanned for different types of radiation with different wavelengths (visible, UV and IR) and / or a bolometric sensor is arranged.
  • a display 82 for example a touch display, can be arranged on the reflection unit 81, which on the one hand can be adapted to the primary user registration, furthermore to inform the user, e.g. about the course of the personal identification, display of an animation showing the reason for a failure of the scanning shows (e.g. incorrect position of the hand), also for operating personnel and a setting of the device, etc.
  • a guide plate 83 is mounted on one side of the vertical stand 80 and / or the reflection unit 81, which is used to guide the person to be identified to move with their hand in a respective plane, speed, etc. with respect to the entry window 810 of the reflection unit 81 is adapted.
  • the guide plate 83 is replaced by a display 82 with a guide animation which illustrates an operating manual of the device disclosed herein.
  • the display 82 is placed at a suitable location on the device 8.
  • the guide plate 83 can be placed either in the position shown, possibly in the upper part (lighting downwards) or in the lower part (lighting upwards).
  • the respective device can be operated with a method in which the sensor unit 1 is in a standby mode and expects a signal from the optical gate 2 about the appearance of a hand in the area of the optical gate 2. As soon as the Hand appears in the area of the optical gate 2, this outputs the said signal, which is the impulse for initiating the scanning of a sharp scan image, in particular a single sharp scan image, of the hand in the focus area 3 by the sensor unit 1.
  • This scanned, sharp scan image is sent as scan image data into the control and computing module 6, for example formed by a miniPC.
  • the control and computing module 6 carries out a scan image analysis of this, in particular a single, scan image, searches for contours of the hand and fingers and detects the areas where biometric and / or dactyloscopic data occur for biometric identification (and / or verification).
  • the areas of occurrence of biometric and / or dactyloscopic data are then further analyzed and processed for identification and / or verification of the fingerprints or hand characteristics, which are then compared with a database with stored prints or hand characteristics. Subsequently, based on a match or non-match found, a decision is made about the positive or negative biometric verification of the person or the identified identity of the individual is communicated.
  • FIG. 7 shows a schematic view of a further exemplary embodiment of a device 9 with a sensor unit 1 for biometric identification (and / or verification) with the aid of fingerprints and / or hand characteristics with compensation for a delay s of a camera system.
  • the hand is scanned by the sharpening area 3 or detection area.
  • the target focus area begins in a position P m - s (distance of the optical gate 2 to the sensor unit 1 taking into account a delay s of the sensor unit 1) and ends in a position P m + D of.
  • the target sharpness space is thus determined by a distance between the position P m -s and the position P m + D " f .
  • the position P m represents the distance from the sensor unit 1 to the optical gate 2.
  • the reference symbol s represents an empirically observed delay s of Sensor unit 1 or a camera system when the hand is detected when entering the focus area 3, which is or should be compensated (delay s between the presence of the hand and the start of scanning by the sensor unit 1, by a delay s of the sensor unit which is empirically determined during this 1 expected displacement of the hand to be taken into account when determining the correct spacing or the correct distance).
  • a trigger is released when the hand, in particular a finger or thumb of the hand, enters it for the first time.
  • the position P m is shifted by the delay s of the sensor unit 1 as the correct distance or as the correct distance between the sensor unit 1 and the optical gate 2 according to the relationship: P m - s and this value correct distance or considered as correct distance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken, die eine Sensoreinheit (1) aufweist, die in einer Scanrichtung (S) in den Bereich eines optischen Tors (2) gerichtet ist, wobei das optische Tor (2) zur Initialisierung der Sensoreinheit (1) zum Scannen eines scharfen Scanbildes oder von Scanbildern der Finger und/oder Hand einer Person angepasst ist, wobei die Einrichtung weiter mindestens eine Lichtquelle (5) aufweist, die ebenso in den Bereich des optischen Tors (2) gerichtet ist, wobei die Sensoreinheit (1), das optische Tor (2) und optional auch die Lichtquelle (5) mit einem Steuer- und Rechenmodul (6) mit einer Software zur Steuerung der Einrichtung und ihrer Teile und zum Scannen eines Scanbildes oder der Scanbilder von Fingern und/oder einer Hand und zur Auswertung der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristik verkoppelt sind, wobei die Sensoreinheit (1) auf einen Schärfenraum (3) fest scharf eingestellt ist, der dem optischen Tor (2) zugeordnet ist und die Sensoreinheit (1), das optische Tor (2), das Steuer- und Rechenmodul (6) und optional auch die Lichtquelle (5) zum Scannen eines einzigen scharfen Scanbildes der Finger und/oder der Hand im Zeitpunkt ihres Durchgangs durch den Schärfenraum (3) konfiguriert sind.

Description

Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken und Verfahren zur biometrischen Identifikation mit Hilfe dieser Charakteristiken
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken, die eine Sensoreinheit aufweist, die in der Scanrichtung in den Bereich eines optischen Tors gerichtet ist, wobei das optische Tor zur Initialisierung der Sensoreinheit zum Scannen eines scharfen Scanbildes oder der Scanbilder von Fingern und/oder Hand der Person angepasst ist und die Einrichtung ferner mindestens eine Lichtquelle aufweist, die ebenso auch in den Bereich des optischen Tors gerichtet ist, wobei Sensoreinheit, optisches Tor und eventuell auch Lichtquelle mit einem Steuer- und Rechenmodul mit Software zur Steuerung der Tätigkeit der Einrichtung und ihrer Teile und zum Scannen des Scanbildes oder der Scanbilder von Fingern und/oder Hand und Auswertung von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken verkoppelt sind.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mittels der Einrichtung, wobei durch die Sensoreinheit ein scharfes Scanbild der Hand/Handfläche gescannt wird, das als Scanbilddaten an ein Steuer- und Rechenmodul gesendet wird, in dem eine Scanbildanalyse erfolgt. Es werden markante Züge der Hand/Handfläche gesucht und es werden die Bereiche des Auftretens von biometrischen Daten detektiert, die anschließend zur Identifikation von Fingerabdrücken und/oder Handflächencharakteristiken analysiert und verarbeitet werden und im Anschluss daran mit einer Datenbank der bestehenden Fingerabdrücke oder der entsprechenden Handcharakteristiken verglichen werden.
Die biometrische Identifikation mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken ist prinzipiell eine sehr alte Methode, die von einer sehr niedrigen Wahrscheinlichkeit ausgeht, dass zwei Personen dieselben Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken aufweisen. Es ist eine ganze Reihe von Einrichtungen und Verfahren zur Durchführung der biometrischen Identifikation mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristik bekannt, bei denen die biometrischen Daten entweder durch ein Kontaktverfahren oder ein kontaktloses Verfahren gewonnen werden.
Die Gewinnung von biometrischen Daten von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken ist entweder durch Kontaktverfahren möglich, d.h. die zu identifizierende Person legt den Finger oder die Hand auf eine bestimmte Fläche einer Scaneinrichtung, die ein Scanbild des Fingers und/oder der Hand scannt, oder es ist ein kontaktloses Verfahren möglich, d.h. die Scaneinrichtung scannt das Scanbild des Fingers und/oder der Hand "remote" (aus einer Entfernung), d.h. ohne die Notwendigkeit eines Kontaktes der Person mit den Elementen der jeweiligen Scaneinrichtung. In jedem Fall folgt dann eine Verarbeitung des gescannten Scanbildes zum Zwecke seines Vergleiches mit den in einer Datenbank der identifizierten Personen angelegten Scanbildern. Der Nachteil von Kontaktverfahren und -einrichtungen besteht vor allem im Risiko einer falschen Identifikation (oder Verifikation) infolge der Verschmutzung der Kontaktoberfläche der jeweiligen Scaneinrichtung. Deshalb werden in der letzten Zeit kontaktlose Verfahren und Einrichtungen zur biometrischen Identifikation mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken entwickelt.
Im Falle einer kontaktlosen biometrischen Identifikation mit Hilfe der Finger abdrücke und/oder Handcharakteristiken ist eine ganze Reihe von Lösungen bekannt, die vor allem das Problem der Gewinnung eines genügend hochwertigen, scharfen und kontrastvollen Scanbildes des Fingers und/oder der Hand zur nachfolgenden Verarbeitung und Vergleich lösen, wobei sich der Finger und/oder die Hand durch einen Scanraum einer Scaneinrichtung mit bestimmter Geschwindigkeit bewegen/bewegt.
Im Wesentlichen ist es möglich, entweder eine Scaneinrichtung mit einer genügend schnellen selbsttätigen Fokussierung (Autofokus) zur Fokussierung auf die sich bewegende Hand zu verwenden, oder man kann eine Scaneinrichtung mit einer fest eingestellten Tiefenschärfe verwenden und die Scanbildaufnahme im Bereich dieser im Voraus bestimmten und eingestellten Entfernung der Hand von der Scan einrichtung durchführen, damit der Scan genügend hochwertig ist (scharf, kontrastvoll, ausreichende Scanauflösung, usw.).
Aus der US 8 340371 (Patentfamilie mit EP 1 987472) ist ein kontaktloser Biodetektor bekannt, der zur richtigen Positionierung der Hand oder des Fingers der zu identifizierenden Person in den Bereich der Tiefenschärfe der Scaneinrichtung, hier in die Soll-Höhe F oberhalb der Scaneinrichtung, die Tatsache ausnutzt, dass auf die von der zu scannenden Seite abgewandte Seite der Hand oder des Fingers des Benutzers mindestens zwei Scanbilder projiziert werden, die erst durch Zusammen legen auf der Oberfläche der Hand oder des Fingers in einer richtigen (Soll-) Höhe F oberhalb der Scaneinrichtung ein definiertes Scanbild bilden, das durch den Benutzer sichtbar und wahrnehmbar ist, also der Benutzer kann selbst die Einstellung der Hand oder des Fingers in die erforderliche Soll-Position gegenüber der Scan einrichtung durchführen. Der Nachteil dieser Lösung besteht insbesondere in der Tatsache, dass der Benutzer beim Biodetektor anhalten und seine Hand oder seinen Finger in die Soll-Lage platzieren muss, was jedoch eine Anwesenheit des Bedien personals nicht erfordert. Dies nimmt jedoch eine gewisse Zeit in Anspruch, während der der Biodetektor blockiert wird, was zur Senkung des Personendurchgangs durch das Identifikationssystem führt, bzw. es verlängert die Zeit, die zur Durchführung der biometrischen Identifikation notwendig ist.
Aus der US 2015/0227774 ist ein kontaktloser "on-the-go" Scanner für Finger abdrücke bekannt, der im Stande ist, die Fingerabdrücke auf der sich bewegenden Hand einer Person zu scannen und eine Identifikation der jeweiligen Person während ihrer Bewegung um den Scanner herum bzw. während der Bewegung der Hand durch einen definierten Scanbereich vor der Scaneinrichtung durchzuführen. Im Scanbereich ist zugleich ein optisches Tor in der Form eines Sensors der Strahl unterbrechung platziert, wo der Sensor der Strahlunterbrechung einen Zeitpunkt detektiert, wann die zu scannende Hand den Scanbereich passiert, wobei die zu scannende Hand den Lichtstrahl unterbricht, der quer zum Scanbereich durch einen Sender des Lichtstrahls in einen Detektor des Lichtstrahls auf der anderen Seite des Scanbereichs gesendet wird. In diesem Zeitpunkt wird die Scaneinrichtung in Betrieb gesetzt, die zur Aufnahme des Scanbildes des Scanbereichs konfiguriert wird und die einige Kameras aufweist. Sobald der Sensor eine Strahlunterbrechung detektiert, d.h. sobald das Objekt (Hand) den Scanbereich passiert hat, detektiert die Kamera für die Hand, d.h. die Kamera zum Handscannen, in Zusammenarbeit mit dem ange schlossenen Computer, ob das Objekt in dem Scanbereich eine menschliche Hand ist, und detektiert auch die Platzierung der Finger auf der genannten Hand. Mindestens eine Kamera für Finger, d.h. Kamera zum Scannen von Fingerabdrücken, scannt dann in dem Scanbereich das Scanbild mit hoher Auflösung von mindestens einem Teil von beliebigem der detektierten den Scanbereich passierenden Finger der Hand. Laut der Beschreibung von US 2015/0227774 muss die Kamera für Finger eine genügend große Scanfrequenz aufweisen, d.h. diese muss im Stande sein, eine genügend große Zahl von einzelnen Scanbildern pro Sekunde zu scannen, die im Wesentlichen mit der vorausgesetzten Geschwindigkeit der Bewegung der zu scannenden Hand durch den Scanbereich übereinstimmen muss. Die Scanfrequenz ist in dieser Lösung im Wesentlichen von 24 Scanns/Sekunde und höher, wobei hier auch 125 Scanns/s, 150 Scanns/s und sogar 240 Scanns/s genannt werden. Die Kamera für Finger muss dann entsprechend auch eine kurze Expositionszeit aufweisen. Sobald die Kamera für die Hand erkennt, dass in dem Scanraum wirklich eine Hand ist, wird die Kamera für Finger noch früher in Betrieb gesetzt, als die Finger den Bereich der Schärfe der Kamera für Finger passieren. Die Kamera für Finger, die eine bestimmte Scanfrequenz eingestellt hat, scannt ab diesem Zeitpunkt einige Fingerscanbilder. Die Kamera für Finger scannt so eine Vielzahl von Scanbildern von einzelnen Fingern, wobei der Auswertealgorithmus in dem angeschlossenen Computer identifiziert, welches Scanbild für jeden Finger am schärfsten ist. Bereits in dieser Phase wird also eine Vielzahl der Scanbilder mit hoher Auflösung verarbeitet. Von den identifizierten Scanbildern mit der besten Fokussierung werden dann die Abdrücke von einzelnen Fingern bestimmt und es erfolgt ihr Vergleich mit einer Datenbank der Fingerabdrücke zur Identitäts bestimmung. Der Nachteil dieser Lösung besteht in der Notwendigkeit eines Scannens, einer Verarbeitung und Auswertung von einer Vielzahl von Scanbildern mit hoher Auflösung zur Personenidentifizierung.
Aus der US 2014/0253711 ist eine agile kontaktlose biometrische Sensoreinrichtung bekannt, die einen Sensor aufweist, der ein Gesichtsfeld verfolgt, und ferner ein Scanbildsystem aufweist, das eine oder mehrere biometrische Informationen im Gesichtsfeld scannt. Die Einrichtung weist ferner eine kippbare Einstellungs einrichtung auf, die das Scanbildsystem in die Lage des durch den Sensor im Gesichtsfeld detektierten Objektes einstellt und orientiert. Der Nachteil dieser Anordnung besteht in der Notwendigkeit einer komplizierten Positionierung des Scanbildsystems in eine solche Lage des Gesichtsfelds, in der die Handfläche der Person zur biometrischen Identifikation vorher detektiert und identifiziert wurde.
Der Nachteil des Standes der Technik im Bereich eines kontaktlosen Scannens der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken besteht insbesondere in einer gegenseitigen Abstimmung des Scansystems mit dem System der Detektion von Hand und einzelnen Fingern, was entweder ein kompliziertes Autofokus-System mit einem komplizierten Steuersystem erfordert, oder ein kompliziertes Positionier system des Scansystems mit der Identifikation der in den Scanraum eingelegten Hand erfordert, oder Scannen, Verarbeitung und Auswertung einer großen Vielzahl von Scanbildern von Hand und Fingern mit einer hohen Auflösung erfordert, was zeitaufwendig und insbesondere in Bezug auf die Rechenleistung des ange schlossenen Computers aufwendig ist, was wiederum einen Einfluss auf den Preis solcher Einrichtungen hat.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Einrichtung und ein verbessertes Verfahren zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Ziel der Erfindung wird durch eine gattungsgemäße Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken erreicht, deren Kernpunkt darin besteht, dass die Sensoreinheit auf einen Schärfenraum fest scharf eingestellt ist, der einem optischen Tor zugeordnet ist, und die Sensoreinheit, das optische Tor, das Steuer- und Rechenmodul und optional auch die Lichtquelle zum Scannen eines einzigen scharfen Scanbildes der Finger und/oder der Hand im Zeitpunkt ihres Durchgangs durch den Schärfenraum konfiguriert sind.
Das Ziel der Erfindung bezüglich des Verfahrens zur biometrischen Identifikation mit Hilfe der Finger und/oder Handcharakteristiken wird erreicht, indem zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingern und/oder Handcharakteristiken nur ein einziges scharfes Scanbild der Hand gescannt und verarbeitet wird.
Die erfindungsgemäße Lösung beseitigt oder minimiert Nachteile des bisherigen Standes der Technik. Insbesondere wird das Scansystem mit dem System der Detektion von Hand und einzelnen Fingern abgestimmt und Ansprüche bezüglich der Rechenleistung des angeschlossenen Computers werden ohne eine negative Beeinflussung einer zuverlässigen und schnellen biometrischen Identifikation verringert.
Insbesondere kann die erfindungsgemäße Lösung so gestaltet sein, dass der Nutzer seine Hand nicht durch einen verhältnismäßig engen Schlitz führen muss, in dem die biometrische Identifikation der Hand stattfindet. Stattdessen kann die erfindungs gemäße Einrichtung so ausgebildet sein, dass der Nutzer seine Hand zur biometrischen Identifikation in einem weitgehend offenen Raum im Bereich der Einrichtung präsentiert, beispielsweise indem die Handfläche vertikal ausgerichtet wird. In einer Ausführungsform weist das optische Tor eine IR- oder "near IR"- oder sichtbare Laser- oder LED-Strahlungsquelle auf, die quer zur Scanrichtung der Sensoreinheit auf eine Photodiode gerichtet ist, die auf einer gegenüberliegenden Seite des optischen Tors angeordnet ist.
In einer Ausführungsform weist das optische Tor einen Näherungssensor auf.
Der Vorteil der Erfindung besteht ferner darin, dass diese eine konstruktionsbezogen flexible Lösung ermöglicht, insbesondere beim Einsatz eines Näherungssensors, dank dem die Anforderung an die Koppelung von zwei festen Konstruktionspunkten in der Scanzone beseitigt wird. Im Gegensatz zu den bestehenden Einrichtungen, die mit Hochgeschwindigkeitskameras und mit hoher Auflösung einer großen Vielzahl von gescannten Scanbildern arbeiten, die sie dann rekonstruieren, nutzt die vorliegend offenbarte Einrichtung ein nicht nachgeschärftes enges Schärfenband in der Kombination mit präziser Lagenbestimmung der Handfläche zur Gewinnung eines einzigen Scanbildes aus, das anschließend relativ einfach verarbeitet wird. Die vorliegend offenbarte Lösung stellt insbesondere eine Optimierung der Einrichtung und des ganzen Prozesses einer kontaktlosen biometrischen und/oder daktyloskopischen Identifikation (und/oder Verifikation) dar.
In einer Ausführungsform weist das optische Tor eine 3D-Kamera auf, die zur Detektion der Geschwindigkeit der Handbewegung in dem zu scannenden Bereich gegenüber dem Schärfenraum und zur Ermittlung der Handposition in dem zu scannenden Bereich gegenüber dem Schärfenraum durch ein Verfahren einer aktiven Triangulation angepasst ist.
In einer Ausführungsform ist die Lichtquelle durch eine Lichtquelle im "grünen" Teil des Spektrums gebildet.
In einer Ausführungsform ist neben der Lichtquelle mindestens eine NIR- Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge von 760 bis 840 nm in den Schärfenraum gerichtet, die im Stande ist, Melanin zu durchdringen, und die zugleich durch Hämoglobin zur Detektion der Lebendigkeit der Hand während der biometrischen Identifikation absorbiert wird.
In einer Ausführungsform ist in den Schärfenraum eine Hilfsscankamera gerichtet, die im NIR- oder IR-Strahlungsbereich empfindlich ist und zum Scannen eines Scanbildes oder einer Scanbildsequenz zur Detektion der Lebendigkeit der Hand im Schärfenraum angepasst ist.
In einer Ausführungsform ist in den Schärfenraum mindestens eine Lichtquelle einer sichtbaren Strahlung, mindestens eine UV-Strahlungsquelle und mindestens eine IR- Strahlungsquelle (IR) oder eine "near IR"-Strahlungsquelle zur gleichzeitigen biome trischen Identifikation mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken und Bestimmung der Lebendigkeit der Hand im Schärfenraum gerichtet.
In einer Ausführungsform ist in den Schärfenraum mindestens ein wärmeempfmd- licher Sensor (Bolometer) zur Detektion der Lebendigkeit der Hand während der biometrischen Identifikation gerichtet.
In einer Ausführungsform weist die Sensoreinheit eine maximierte Öffnungszahl im Verhältnis zur Beleuchtung des Schärfenraumes und dem Diffraktionslimit auf, wobei der Soll-Schärfenraum gegenüber der Sensoreinheit in der Position (Abstand des optischen Tors zur Sensoreinheit) des optischen Tors anfängt, die in der Scanrichtung zur Sensoreinheit hin um den Wert s verschoben ist, wobei der Soll- Schärfenraum gegenüber der Sensoreinheit in der Position des optischen Tors endet, die in der Scanrichtung zur Sensoreinheit hin um den Wert D0f verschoben ist. Der Wert s ist eine empirisch bestimmte (betrachtete) Verzögerung zwischen dem Beginn der Anwesenheit der Hand und dem Beginn des Scannens durch die Sensor einheit (bzw. eine während dieser empirisch bestimmten Verzögerung zu erwartende Verschiebung der Hand). Der Wert D0f ist eine Breite des Bereiches, in dem eine Erfassung erfolgt bzw. die Differenz zwischen der größten Weite im Schärfenbereich und der kürzesten Weite zum Schärfenbereich der Sensoreinheit. In einer Ausführungsform ist die Einrichtung gekröpft gebildet, wobei die Einrichtung einen vertikalen Ständer aufweist, der auf seiner oberen Seite geöffnet ist, und in dem in der Richtung nach oben eine Sensoreinheit mit ihrer Optik angeordnet ist, in dem vertikalen Ständer ferner Steuer- und Rechenmodul, Speisequelle oder Speiseadapter und sonstige Elektronik gelagert sind, auf der geöffneten oberen Seite des vertikalen Ständers eine Reflexionseinheit mit geneigter Reflexionsfläche und einem Eintrittsfenster zum Eintritt des Scanbildes der zu scannenden Hand in die Reflexionsfläche und über die geneigte Reflexionsfläche ferner in die Sensoreinheit gelagert ist, wobei in der Reflexionseinheit eine zusätz liche Kamera zum Scannen der Tiefe und/oder einer diskontinuierlichen Bewegung und eine Hilfsscankamera zur Detektion der Lebendigkeit gelagert sind, wobei ferner auf der Reflexionseinheit ein Kontroll- und Führungsdisplay angeordnet ist.
Ein mathematisches Modell ermöglicht die Auswahl von einem solchen Scansystem und optischen System, das in den Grenzen der Tiefenschärfe im Stande ist, die zu den daktyloskopischen Zwecken nützlichen Daten einmalig zu scannen. Im Gegen satz zum Stand der Technik, wo man mit hoher Auflösung und einer Hochgeschwin digkeitskamera arbeitet und die gescannten Daten anschließend kompliziert und rechenbezogen aufwendig rekonstruiert werden, wird bei der vorliegend offenbarten Lösung nur ein einziges Scanbild gescannt, dessen Verarbeitung nur einen Bruchteil der von den Einrichtungen nach dem Stand der Technik erforderlichen Rechen leistung erfordert. In Bezug auf ein effektives Kamerasystem genügt dann zur Scanbildverarbeitung und Steuerung von einzelnen Peripherien eine billige, kleine und energetisch nicht aufwendige Rechentechnik. Dank dessen sinken die Ansprüche für Kühlung und Bauraum der ganzen Einrichtung, was durch kleinere Abmessungen der ganzen Einrichtung und ihren sehr niedrigen Lärmpegel gekennzeichnet ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegend offenbarten Lösung besteht in einer Näherung der Lichtquelle an den Scanbereich, insbesondere im Einbau von Lichtquellen in eine Führungsplatte und/oder Seitenwand, dank dessen man die Verringerung der Ansprüche bezüglich der Gesamtlichtleistung des Beleuchtungssystems erreicht; und zugleich wird dank einem nicht direkten Beleuchtungswinkel ein höherer Benutzer komfort erreicht. Die Verbesserung der Beleuchtung in der vorliegend offenbarten Lösung ist weiter durch einen modularen Charakter der Beleuchtung potenziert, der die Möglichkeiten einer einfachen Skalierbarkeit, Flexibilität in der Anordnung und Möglichkeiten von Kombinationen von Lichtquellen mit geeigneten Spektral eigenschaften im Rahmen von einzelnen Modulen zu den erforderlichen Zwecken öffnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mit einer optischen Schranke,
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mit einem Näherungssensor,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer gekröpften Anordnung einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines weiteren Beispiels einer gekröpften
Anordnung einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken, Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Linienanordnung einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken,
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer möglichen konkreten Realisierung einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken, und Fig. 7 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mit Kompensation einer Verzögerung eines Kamerasystems.
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken und eines Verfahrens unter Verwendung der Einrichtung beschrieben.
Figur 1 ist eine schematische Ansicht einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mit einem optischen Tor 2, das eine Schalteinrichtung bildet, in Form einer optischen Schranke.
Die Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken weist eine Sensoreinheit 1 auf, die beispielsweise eine monochromatische Kamera mit einer Auflösung eines CCD- oder CMOS-Scanchips im Bereich von 10 MP bis 25 MP, vorzugsweise mit einer Auflösung des CCD- oder CMOS-Scanchips von 12 MP bis 20 MP, ist. Der Wert der Auflösung des CCD- oder CMOS-Scanchips der Sensoreinheit 1 beeinflusst dabei die Größe des zu scannenden Bereichs, sie beeinflusst also in ihrer Auswirkung die Größe der Fläche im Raum, in dem sich die zu scannende Hand befinden kann, damit es zum sicheren kontaktlosen Scannen des Scanbildes der Hand mit Fingern kommt. Eine Flächenauflösung der Sensoreinheit 1 liegt beispielsweise im Bereich von 400 bis 1000 DPI, vorzugsweise 500 DPI. Im konkreten Fall des Ausführungsbeispiels wird als Sensoreinheit 1 eine Kamera verwendet (beispielsweise Basler ace acA4024-29um, Basler ace acA5472-17um, eine andere Kamera ohne IR-Filter oder eine andere Kamera ohne IR-Filter und mit einer höheren Empfindlichkeit der Scanbildaufnahme im IR-Bereich). In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoreinheit 1 als eine Farbkamera mit geeigneten optischen Eigenschaften und Lichteigenschaften zum Scannen eines Scanbildes ausgebildet.
Die Sensoreinheit 1 kann mit ihrem CCD- oder CMOS-Scanchip in einer Scanrichtung S auf ein optisches Tor 2 und auf einen Schärfenraum 3 der Sensoreinheit 1 gerichtet sein, wobei das optische Tor 2 zur Initialisierung der Sensoreinheit 1 zum Scannen eines scharfen Scanbildes, insbesondere eines einzigen scharfen Scanbildes, des Objektes angepasst sein kann, das sich im Schärfenraum 3 der Sensoreinheit 1 befindet. Der Schärfenraum 3 der Sensoreinheit 1 ist dabei ein dreidimensionaler Raum vor der Sensoreinheit 1, auf den die Sensoreinheit 1 fest scharf gestellt ist, und in dem die Sensoreinheit 1 immer ein scharfes Scanbild des Objektes scannt, das sich irgendwo im Schärfenraum 3 befindet. Insbesondere kann die Sensoreinheit 1 eine geeignete Optik 10 aufweisen, die zum Scharfstellen der Sensoreinheit 1, insbesondere zum festen Scharfstellen der Sensoreinheit 1, in den Schärfenraum 3 angepasst ist.
Im Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 weist das optische Tor 2 eine Strahlungsquelle 20, insbesondere eine IR- oder "near IR"- Strahlungsquelle oder eine in einem sichtbaren Bereich des Spektrums strahlende Laser- oder LED-Strahlungsquelle 20, auf, die, beispielsweise quer zur Scanrichtung S der Sensoreinheit 1, auf eine Photodiode 21 gerichtet ist, die auf einer gegenüberliegenden Seite des optischen Tors 2 platziert ist. Das optische Tor 2 kann nicht dargestellte Operationsverstärker aufweisen, die die Spannung über der Photodiode 21, auf die der Laser- und/oder LED-Strahl fällt, verstärken und verfolgen, wobei es durch kurzzeitige Unterbrechung von diesem Laser- und/oder LED-Strahl durch die zu scannende Hand zur Abschattung der Photodiode 21 des optischen Tors 2 und zur Änderung der darüber abfallenden Spannung, beispielsweise auf Basis eines nicht dargestellten Schalttransistors, kommt, was im Anschluss daran zum Initialisieren der Sensoreinheit 1 und zum Scannen eines oder mehrerer scharfer Scanbilder, insbesondere eines einzigen scharfen Scanbildes, des Schärfenraumes 3 mit der zu scannenden Hand führt. Figur 2 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mit einem Näherungssensor 22.
Im Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 weist das optische Tor 2 einen Näherungssensor 22, insbesondere einen sogenannten Proximity-Sensor, auf, der im Gegensatz zu dem IR- oder "near IR"- oder sichtbarem Laser- und/oder LED-Strahl aus Fig. 1 keine Unterbrechung des IR-Laserstrahls durch den Handdurchgang zwischen der Laser und/oder LED-Quelle 20 und der Photodiode 21 erfordert und deshalb auch keine spezielle Ausführung des Körpers des optischen Tors 2 erfordert. Der Näherungs sensor 22 weist hier nicht dargestellte ein bis drei Quellen modulierter Lichtstrahlung auf, die in den Raum eines erwarteten Auftretens der Hand in Bezug auf den Schärfenraum 3 gerichtet sind und die ein bis drei modulierte Lichtstrahlen aussenden, wobei der Näherungssensor 22 ferner einen Detektor für eine Reflexion der modulierten Lichtstrahlen von einer Hand oder Handfläche aufweist, die sich dem Schärfenraum 3 nähert oder sich im Schärfenraum 3 befindet. Zur Bestimmung des Auftretens der Hand im Schärfenraum 3 wird eine nicht dargestellte Elektronik des Näherungssensors 22 verwendet, die beispielsweise ein Verfahren der Trilatera- tion (Time of Flight) anhand der modulierten Lichtstrahlen aus den genannten Quellen der modulierten Strahlung und anhand der Reflexion dieser modulierten Lichtstrahlen von der Hand im Raum des erwarteten Auftretens der Hand anwendet, wonach durch eine Extrapolation ein Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem sich die Hand wirklich in der Scanposition im Schärfenraum 3 befindet. Zu diesem Zeit punkt wird die Sensoreinheit 1 initialisiert und ein scharfes Scanbild, insbesondere ein einziges scharfes Scanbild, des Schärfenraumes 3 mit der zu scannenden Hand gescannt.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das optische Tor 2 durch eine 3D-Kamera ersetzt oder ergänzt sein, die zur Detektion der Geschwindigkeit der Handbewegung in dem zu scannenden Bereich und zur Ermittlung der Handposition in dem zu scannenden Bereich durch ein Verfahren der aktiven Triangulation angepasst sein kann. Alternativ oder zusätzlich können die gescannten Raumdaten zur zusätzlichen biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) aufgrund der 2D und/oder 3D-Handgeometrie benutzt werden.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel weist das optische Tor 2 eine Kombination aus einer Lichtschranke wie in Fig. 1 (mit einer Strahlungsquelle 20, die quer zur Scanrichtung S der Sensoreinheit 1 zur Photodiode 21 gerichtet ist, die auf einer gegenüberliegenden Seite des optischen Tors 2 angebracht ist) und einem Näherungssensor 22 wie in Fig. 2 auf, wobei diese Kombination laut dem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine 3D-Kamera ergänzt wird, die zur Detektion der Geschwindigkeit der Handbewegung in dem zu scannenden Bereich gegenüber dem Schärfenraum 3 und zur Ermittlung der Handposition in dem zu scannenden Bereich gegenüber dem Schärfenraum 3 mit dem Verfahren einer aktiven Triangulation angepasst ist.
In den Schärfenraum 3 kann weiterhin mindestens eine Lichtquelle 5 gerichtet sein, die zur Beleuchtung der Hand im Schärfenraum 3 zum Scannen eines hochwertigen scharfen Scanbildes der Hand durch die Sensoreinheit 1 angepasst ist. Die Licht quelle 5 ist beispielsweise dazu ausgebildet, das Licht im "grünen" Bereich des Spektrums, vorzugsweise mit einer dominanten Wellenlänge von 520 bis 530 nm, zu emittieren.
Damit es möglich ist, während der Detektion von biometrischen und/oder daktylos kopischen Daten auch die Detektion einer Lebendigkeit der Hand durchzuführen, kann in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in den Schärfenraum 3 mindestens eine, besser jedoch mehr als eine NIR-Strahlungsquelle mit einer Wellen länge von 760 bis 840 nm gerichtet sein, die im Stande ist, Melanin zu durchdringen und die durch Hämoglobin absorbiert wird. Da die CMOS- und CCD-Standard- scanchips auch im Bereich der NIR- und IR-Strahlung empfindlich sind, ist es möglich, zur Detektion einer Blutbahn einer Hand, d.h. der Lebendigkeitsdetektion, dieselbe Einrichtung, dasselbe Verfahren und auch dasselbe Scanbild der Hand zu nutzen, das bei einer gleichzeitig aktivierten Lichtquelle 5 und NIR-Strahlungsquelle gescannt wurde, und zwar sowohl für eine daktyloskopische Analyse als auch zur Detektion der Lebendigkeit der zu scannenden Hand und/oder der zu scannenden Finger. Dies kann vorteilhafterweise bei der Auswertung einerseits zur Detektion von Falsifikaten der Hand und/oder der Finger als auch zur biometrischen Identifikation aufgrund der Form der Blutbahn der zu scannenden Hand verwendet werden. Zur Verbesserung der Detektion der Lebendigkeit der Hand kann in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in den Schärfenraum 3 eine Hilfsscankamera gerichtet sein, die im NIR- oder IR-Strahlungsbereich empfindlich ist und im Stande ist, nicht nur einzelne Scanbilder zu scannen, sondern auch Sequenzen von Scanbildem zur besseren Detektion der Lebendigkeit der Hand zu scannen.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den Schärfenraum 3 gleichzeitig mindestens eine Lichtquelle 5 einer sichtbaren Strahlung, ferner mindestens eine UV-Strahlungsquelle (UV) und mindestens eine IR- oder "near IR"- Strahlungsquelle (IR), gerichtet, wobei ein einziges durch die Sensoreinheit 1 gescanntes Scanbild der Hand beziehungsweise ein einziges durch die Sensoreinheit 1 gescanntes Scanbild der Hand und eine mit einer Hilfsscankamera gescannte Sequenz von Scanbildern unter dem Aspekt der Absorptionseigenschaften des zu scannenden Materials für alle verwendeten Strahlungstypen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgewertet werden, woraus anschließend bestimmt wird, ob es sich um die Haut eines lebenden Benutzers handelt oder nicht.
In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist in den Schärfenraum 3 gleichzeitig mindestens ein bolometrischer Sensor (also ein wärmeempfindlicher Sensor, der z.B. ein Feld von Bolometern aufweist) gerichtet, der die Gewinnung eines Grundwärmescanbildes der Hand mit einer Wärmeverteilung der Handoberfläche ermöglicht. Aufgrund der Wärmedistribution kann die Detektion der Lebendigkeit der präsentierten Hand durchgeführt werden.
Ein zuverlässiges Scannen eines hochwertigen scharfen Scanbildes, insbesondere eines einzigen hochwertigen scharfen Scanbildes, der Hand durch die vorliegend offenbarte Einrichtung und das vorliegend offenbarte Verfahren ist dadurch gegeben, dass ein enges Band der Tiefenschärfe der Sensoreinheit 1, d.h. kleine Tiefe A des Schärfenraumes 3, in einer Kombination mit präziser Bestimmung der Lage der Hand zur Gewinnung eines hochwertigen scharfen Scanbildes benutzt wird, das zur anschließenden Verarbeitung bestimmt ist. Die Scanlage, d.h. die Lage des Schärfenraumes 3 in der Scanrichtung S gegenüber der Sensoreinheit 1, und die Scanzeit der Hand durch die Sensoreinheit 1 sind durch eine Vielzahl von Para metern der Sensoreinheit 1 und des Beleuchtungssystems der Hand, d.h. mindestens einer Lichtquelle 5, gegeben. Die Scanzeit der Hand durch die Sensoreinheit 1 stellt das möglichst kleinste (minimale) Zeitintervall dar, während dessen die Vorwärts bewegung der Hand durch den Schärfenraum 3, auch trotz einer nicht vemachlässig- baren Geschwindigkeit dieser Bewegung, keine Distorsion des durch die Sensor einheit 1 von vorne gescannten Scanbildes der Hand verursacht, und während dessen die perpendikuläre (Quer-) Bewegung der Hand gleichzeitig vernachlässigbar ist.
In Bezug auf die veränderliche Lage der Hand während ihres Scannens bei der Bewegung durch den Schärfenraum 3 ist es deshalb notwendig, die Tiefe A des Schärfenraumes 3 zu maximieren, in dem die Sensoreinheit 1 mit einer maximalen Schärfe arbeitet (scannt). Diese Maximierung der Tiefe A des Schärfenraumes 3 erreicht man durch die Maximierung einer Öffnungszahl der Sensoreinheit 1 in einer Kombination mit der Pixelgröße des CCD- oder CMOS-Scanchips und in einer Kombination mit einer Vergrößerung der Scanweite, d.h. einer Weite zwischen der Sensoreinheit 1 und dem Schärfenraum 3. Eine Maximierung der Öffnungszahl der Sensoreinheit 1 erreicht man dabei z.B. durch Verkleinerung des Durchmessers einer nicht dargestellten Eintrittslinse der Sensoreinheit 1 mit Hilfe einer Blende.
In Bezug darauf, dass die Anforderungen an Pixelgröße des CCD- oder CMOS- Scanchips und Vergrößerung der Scanweite in der Regel durch Anforderungen an praktische Gestaltung und Preis der resultierenden Einrichtung limitiert werden, zeigt sich als einer der wirksamsten Wege gerade die Maximierung der Öffnungszahl der Sensoreinheit 1, die im Wesentlichen durch die Anforderungen an die Beleuchtung des Schärfenraumes 3 und das Diffraktionslimit eingeschränkt wird. In einer beispielhaften Ausführungsform der Einrichtung ist die Scanweite 1 m, die Sensoreinheit 1 hat die Pixelgröße des CMOS-Scanchips 1.85 pm x 1.85 pm, Blende f/5.6, Verschlussgeschwindigkeit 546 ps, die Lichtquelle 5 hat einen Lichtstrom von 9120 lm diffusen Lichtes mit einer geeigneten Wellenlänge und man erreicht eine Tiefenschärfe von ~4 cm (d.h. Abmessung A des Schärfenraumes 3).
Die Scanlage der Hand ist also durch den Schärfenraum 3 gegeben, der wie folgt bestimmt sein kann: Der Soll-Schärfenraum 3 gegenüber der Sensoreinheit 1 beginnt in einer Position Pm (Abstand des optischen Tors 2 zur Sensoreinheit 1) des optischen Tors 2, die in der Scanrichtung S zur Sensoreinheit 1 hin um den Wert s, d.h. Pm + s verschoben ist, wobei s eine empirisch bestimmte (betrachtete) Ver zögerung zwischen der Handanwesenheit und dem Beginn des Scannens durch die Sensoreinheit 1 ist (bzw. eine während dieser empirisch bestimmten Verzögerung zu erwartende Verschiebung der Hand). Zugleich gilt, dass der Soll-Schärfenraum 3 gegenüber der Sensoreinheit 1 in der Position Pm des optischen Tors 2 endet, die in der Scanrichtung S zur Sensoreinheit 1 hin um den Wert D„f, d.h. Pm + D„f verschoben ist, wobei gilt:
D0f = Df - Dn , wobei
Figure imgf000019_0001
mit:
H- hyperfokale Weite [mm],
/- Fokal weite der Linse [mm],
5- Weite zwischen der Sensoreinheit 1 und dem zu scannenden Objekt (Hand), D„- kürzeste Weite zum Schärfenbereich,
Df größte Weite im Schärfenbereich,
N- Öffnungszahl (fl Durchmesser der Eingangsapertur), c- Durchmesser des Streurings (Circle of Confusion (CoC)), der der Pixelgröße des gewählten CCD- oder CMOS-Scanchips proportional ist.
Eine Optimierung der Anordnung der Einrichtung und des Prozesses aufgrund des genannten mathematischen Modells ermöglicht, eine Sensoreinheit 1 und Anordnung der Einrichtung zu wählen, die im Stande ist, in den Grenzen der Tiefenschärfe nützliche biometrische und/oder daktyloskopische Daten einmalig, d.h. in der Form eines einzigen Scanbildes ohne rechen- und zeitaufwendige Rekonstruktionen der gescannten Daten nach der Beendigung des Scannens, wie es im Stand der Technik der Fall ist, zu scannen.
Die Einrichtung weist ferner zur Scanbildverarbeitung und Steuerung von einzelnen Peripherien ein Steuer- und Rechenmodul 6 auf, das hier beispielsweise durch einen Computer der Kategorie miniPC, z.B. Computer UP Squared, gebildet wird, dank dessen man sehr niedrige Anforderungen für Kühlung und Bauraum erreicht, was die resultierende Einrichtung sehr klein, mit einer niedrigen elektrischen Soll- Leistungsaufnahme und mit einer minimalen akustischen Auswirkung auf die Umgebung zu gestalten erlaubt.
Figur 5 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken in einer linearen Anordnung.
Aus Sicht der faktischen Durchführung dieser vorliegend offenbarten Einrichtung ist in Fig. 5 ein Schema einer Linienanordnung der Einrichtung dargestellt, wobei die einzelnen Komponenten der Einrichtung in einer Linie hintereinander angeordnet sind, was in Bezug auf die erforderliche Weite des Anfangs und Endes D„, Df des Schärfenraums 3 von der Sensoreinheit 1 zur Bildung einer Einrichtung mit einer bestimmten Gesamtlänge, jedoch mit einer niedrigen Höhe und kleinen Tiefe führt. Figuren 3 und 4 sind schematische Ansichten von Ausführungsformen der Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken in einer gekröpften Anordnung.
Wenn man z.B. aus Raumgründen am Aufstellungsort die Einrichtung in der linearen Anordnung wie in Fig. 5 nicht verwenden kann, besteht die Möglichkeit, zwischen die Sensoreinheit 1 und den Schärfenraum 3 eine in geeigneter Weise gekippte Reflexionsfläche 7 einzulegen, was unter Aufrechterhaltung der Soll-Weite des Anfangs und Endes D„, Df des Schärfenraumes 3 zur Bildung einer "gekröpften Einrichtung" mit derselben Summenlänge von einzelnen Zweigen a, b der Weite des Anfangs und Endes D„, Df des Schärfenraumes 3 von der Sensoreinheit 1 führt. Eine solche gekröpfte Einrichtung ist z.B. in Fig. 3 und 4 dargestellt, wo die Einrichtung unter Aufrechterhaltung derselben Weite des Anfangs und Endes D„, Df des Schärfenraumes 3 von der Sensoreinheit 1 eine wesentlich kleinere Gesamtlänge als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 aufweist. Eine solche gekröpfte Einrichtung weist jedoch im Gegensatz dazu eine größere Höhe und/oder Breite auf, je nachdem, in welcher Ebene oder in welchen Ebenen die Scanrichtung S gekröpft wird. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Scanrichtung S anders als in Fig. 3 und 4 mehr als einmal gekröpft, was zwar die Bildung einer noch kompakteren Einrichtung ermöglicht, jedoch höhere Ansprüche an Qualität und Genauigkeit der Reflexionsflächen 7 aufgrund der Eliminierung von Deformationen des reflektierten Scanbildes der Hand und aufgrund der Eliminierung der Senkung der Lichteigenschaften des zu scannenden Scanbildes stellt.
Figur 6 ist eine schematische Ansicht einer möglichen konkreten Realisierung einer Einrichtung zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken.
In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 6 ist die Einrichtung gekröpft wie in Fig. 4 gebildet. Diese Einrichtung 8 weist einen vertikalen Ständer 80 auf, der auf seiner oberen Seite geöffnet ist, und in dem in der Richtung nach oben eine Sensoreinheit 1 mit ihrer Optik 10 angeordnet ist. Im vertikalen Ständer 80 können weiterhin ein Steuer- und Rechenmodul 6, eine Speisequelle oder ein Speiseadapter und sonstige Elektronik angeordnet sein. In einer geöffneten oberen Seite des vertikalen Ständers 80 ist eine Reflexionseinheit 81 mit einer geneigten Reflexionsfläche 7 und einem Eintrittsfenster 810 angeordnet, das zum Eintritt des Scanbildes der zu scannenden Hand von der Reflexionseinheit 81 und weiter über die geneigte Reflexionsfläche 7 in die Sensoreinheit 1 angepasst ist. In der Reflexionseinheit 81 sind optional weiter eine Zusatzkamera zum Scannen der Tiefe und/oder einer diskontinuierlichen Bewegung und eventuell auch eine Hilfsscankamera zur Detektion der Lebendigkeit aufgrund der Absorptionseigenschaften des zu scannenden Materials auf unter schiedliche Strahlungstypen mit unterschiedlicher Wellenlänge (sichtbar, UV und IR) und/oder ein bolometrischer Sensor angeordnet. An der Reflexionseinheit 81 kann ein Display 82, beispielsweise ein Touch-Display, angeordnet sein, das einer seits zur primären Benutzerregistration angepasst sein kann, ferner zur Information des Benutzers z.B. über Verlauf der Personenidentifizierung, Abbildung einer Animation, die den Grund eines Misserfolges des Scannens zeigt (z.B. falsche Lage der Hand), ferner für Bedienpersonal und eine Einstellung der Einrichtung usw.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf einer Seite des vertikalen Ständers 80 und/oder der Reflexionseinheit 81 eine Führungsplatte 83 gelagert, die zur Führung der zu identifizierenden Person zur Bewegung mit ihrer Hand in einer jeweiligen Ebene, Geschwindigkeit usw. gegenüber dem Eintrittsfenster 810 der Reflexionseinheit 81 angepasst ist. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Führungsplatte 83 durch ein Display 82 mit einer Führungsanimation ersetzt, die eine Bedienungsanleitung der vorliegend offenbarten Einrichtung illustriert. Das Display 82 ist dabei an einem geeigneten Ort der Einrichtung 8 platziert. Die Führungsplatte 83 kann entweder in der dargestellten Position, eventuell im oberen Teil (Beleuchtung nach unten) oder im unteren Teil (Beleuchtung nach oben) platziert werden.
Die jeweilige Einrichtung kann mit einem Verfahren betrieben werden, bei dem die Sensoreinheit 1 in einem Standby-Modus ist und vom optischen Tor 2 ein Signal über das Auftreten einer Hand im Bereich des optischen Tors 2 erwartet. Sobald die Hand im Bereich des optischen Tors 2 auftaucht, gibt dieses das genannte Signal aus, das der Impuls zur Einleitung des Scannens eines scharfen Scanbildes, insbesondere eines einzigen scharfen Scanbildes, der Hand im Schärfenraum 3 durch die Sensoreinheit 1 ist. Dieses gescannte scharfe Scanbild wird als Scanbilddaten ins Steuer- und Rechenmodul 6, beispielsweise durch einen miniPC gebildet, gesendet. Das Steuer- und Rechenmodul 6 führt eine Scanbildanalyse dieses, insbesondere einzigen, Scanbildes durch, sucht Konturen der Hand und Finger und detektiert die Bereiche des Auftretens von biometrischen und/oder daktyloskopischen Daten zur biometrischen Identifikation (und/oder auch Verifikation). Die Bereiche des Auftretens von biometrischen und/oder daktyloskopischen Daten werden dann anschließend weiter zur Identifikation und/oder Verifikation der Fingerabdrücke oder Handcharakteristiken analysiert und verarbeitet, die anschließend mit einer Datenbank mit gespeicherten Abdrücken oder Handcharakteristiken verglichen werden. Im Anschluss daran wird aufgrund einer gefundenen Übereinstimmung oder Nichtübereinstimmung eine Entscheidung über die positive oder negative biometrische Verifikation der Person getroffen oder es wird die ermittelte Identität der Einzelperson mitgeteilt.
Figur 7 zeigt eine schematische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Einrichtung 9 mit einer Sensoreinheit 1 zur biometrischen Identifikation (und/oder Verifikation) mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken mit Kompensation einer Verzögerung s eines Kamerasystems.
Die Scanlage der Hand ist durch den Schärfenraum 3 oder Erfassungsraum gegeben. Der Soll-Schärfenraum beginnt in einer Position Pm - s (Abstand des optischen Tors 2 zur Sensoreinheit 1 unter Berücksichtigung einer Verzögerung s der Sensor einheit 1) und endet in einer Position Pm + Dof. Der Soll-Schärfenraum ist somit durch einen Abstand zwischen der Position Pm - s und der Position Pm + D„f bestimmt.
Dabei stellt die Position Pm den Abstand von der Sensoreinheit 1 zum optischen Tor 2. Das Bezugszeichen s stellt eine empirisch beobachte Verzögerung s der Sensoreinheit 1 oder eines Kamerasystems bei der Erfassung der Hand beim Eintreten in den Schärfenraum 3 dar, welche kompensiert wird oder werden soll (Verzögerung s zwischen der Handanwesenheit und dem Beginn des Scannens durch die Sensoreinheit 1, um eine während dieser empirisch bestimmten Verzögerung s der Sensoreinheit 1 zu erwartende Verschiebung der Hand zu berücksichtigen bei der Ermittlung des korrekten Abstands oder der korrekten Entfernung).
Wenn eine Hand in den Schärfenbereich 3 eintritt, wird bei dem ersten Eintritt der Hand, insbesondere eines Fingers oder Daumens der Hand, ein Trigger ausgelöst.
Elm die Verzögerung s der Sensoreinheit 1 zu berücksichtigen, wird dabei als korrekte Entfernung oder als korrekter Abstand der Sensoreinheit 1 zum optischen Tor 2 die Position Pm um die Verzögerung s der Sensoreinheit 1 gemäß der Beziehung: Pm - s verschoben und dieser Wert als korrekte Entfernung oder als korrekter Abstand berücksichtigt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Sensoreinheit
2 optisches Tor
3 Schärfenraum
5 Lichtquelle
7 Reflexionsfläche
8 Einrichtung
9 Einrichtung
10 Optik 20 Strahlungsquelle 21 Photodiode 22 Näherungssensor 80 Ständer 81 Refl exi onseinheit 82 Display 83 Führungsplatte 810 Eintrittsfenster a Zweig b Zweig
A Tiefe, Abmessung des Schärfenraums
Dn kürzeste Weite zum Schärfenbereich
D0f Wert
Pm, P m+D0r, Pm- s Position S Scanrichtung s Verzögerung der Sensoreinheit

Claims

P A T EN T AN S P RÜ C H E
1. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken, die eine Sensoreinheit (1) aufweist, die in einer Scanrichtung (S) in den Bereich eines optischen Tors (2) gerichtet ist, wobei das optische Tor (2) zur Initialisierung der Sensoreinheit (1) zum Scannen eines scharfen Scanbildes oder von Scanbildem der Finger und/oder Hand einer Person angepasst ist, wobei die Einrichtung weiter mindestens eine Lichtquelle (5) aufweist, die ebenso in den Bereich des optischen Tors (2) gerichtet ist, wobei die Sensoreinheit (1), das optische Tor (2) und optional auch die Lichtquelle (5) mit einem Steuer- und Rechenmodul (6) mit einer Software zur Steuerung der Einrichtung und ihrer Teile und zum Scannen eines Scanbildes oder der Scanbilder von Fingern und/oder einer Hand und zur Auswertung der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristik verkoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) auf einen Schärfenraum (3) fest scharf eingestellt ist, der dem optischen Tor (2) zugeordnet ist und die Sensoreinheit (1), das optische Tor (2), das Steuer- und Rechenmodul (6) und optional auch die Lichtquelle (5) zum Scannen eines einzigen scharfen Scanbildes der Finger und/oder der Hand im Zeitpunkt ihres Durchgangs durch den Schärfenraum (3) konfiguriert sind.
2. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Tor (2) eine IR- oder "near IR"- oder sichtbare Laser- oder LED-Strahlungsquelle (20) aufweist, die quer zur Scanrichtung (S) der Sensoreinheit (1) auf eine Photodiode (21) gerichtet ist, die auf einer gegenüberliegenden Seite des optischen Tors (2) angeordnet ist.
3. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Tor (2) einen Näherungssensor (22) aufweist.
4. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Tor (2) eine 3D-Kamera aufweist, die zur Detektion der Geschwindigkeit der Handbewegung in dem zu scannenden Bereich gegenüber dem Schärfenraum (3) und zur Ermittlung der Handposition in dem zu scannenden Bereich gegenüber dem Schärfenraum (3) durch ein Verfahren einer aktiven Triangulation angepasst ist.
5. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (5) durch eine Lichtquelle im "grünen" Teil des Spektrums gebildet ist.
6. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Lichtquelle (5) mindestens eine NIR- Strahlungsquelle mit einer Wellenlänge von 760 bis 840 nm in den Schärfen raum (3) gerichtet ist, die im Stande ist, Melanin zu durchdringen, und die zugleich durch Hämoglobin zur Detektion der Lebendigkeit der Hand während der biometrischen Identifikation absorbiert wird.
7. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schärfenraum (3) eine Hilfsscankamera gerichtet ist, die im NIR- oder IR-Strahlungsbereich empfindlich ist und zum Scannen eines Scanbildes oder einer Scanbildsequenz zur Detektion der Lebendigkeit der Hand im Schärfenraum (3) angepasst ist.
8. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schärfenraum (3) mindestens eine Lichtquelle (5) einer sichtbaren Strahlung, mindestens eine UV-Strahlungsquelle und mindestens eine IR-Strahlungsquelle (IR) oder eine "near IR"-Strahlungsquelle zur gleichzeitigen biometrischen Identifikation mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken und Bestimmung der Lebendigkeit der Hand im Schärfenraum (3) gerichtet ist.
9. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Schärfenraum (3) mindestens ein wärme- empfindlicher Sensor (Bolometer) zur Detektion der Lebendigkeit der Hand während der biometrischen Identifikation gerichtet ist.
10. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (1) eine maximierte Öffnungszahl im Verhältnis zur Beleuchtung des Schärfenraumes (3) und dem Diffraktionslimit aufweist, wobei der Soll-Schärfenraum (3) gegenüber der Sensoreinheit (1) in einer Position (Pm) des optischen Tors (2) anfängt, die in der Scanrichtung (S) zur Sensoreinheit (1) hin um den Wert (s) verschoben ist, wobei der Soll- Schärfenraum (3) gegenüber der Sensoreinheit (1) in der Position (Pm) des optischen Tors (2) endet, die in der Scanrichtung (S) zur Sensoreinheit (1) hin um den Wert (D0f) verschoben ist.
11. Einrichtung zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung gekröpft gebildet ist, wobei die Einrichtung einen vertikalen Ständer (80) aufweist, der an seiner oberen Seite geöffnet ist, und in dem in der Richtung nach oben weisend eine Sensoreinheit (1) mit ihrer Optik (10) angeordnet ist, wobei in dem vertikalen Ständer (80) ferner ein Steuer- und Rechenmodul (6), eine Speisequelle oder ein Speiseadapter und sonstige Elektronik angeordnet sind, wobei in der geöffneten oberen Seite des vertikalen Ständers (80) eine Reflexions einheit (81) mit geneigter Reflexionsfläche (7) und einem Eintrittsfenster (810) zum Eintritt des Scanbildes der zu scannenden Hand in die Reflexions einheit (81) und über die geneigte Reflexionsfläche (7) ferner in die Sensoreinheit (1) angeordnet ist, wobei in der Reflexionseinheit (81) eine zusätzliche Kamera zum Scannen der Tiefe (A) und/oder einer diskontinuierlichen Bewegung und eine Hilfsscankamera zur Detektion der Lebendigkeit angeordnet sind, wobei ferner an der Reflexionseinheit (81) ein Kontroll- und Führungsdisplay (82) angeordnet ist.
12. Verfahren zur biometrischen Identifikation mit Hilfe von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken unter Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei mit der Sensoreinheit (1) ein scharfes Scanbild der Hand gescannt wird, das als Scanbilddaten ins Steuer- und Rechenmodul (6) gesendet wird, in dem eine Scanbildanalyse erfolgt, wobei Handkonturen gesucht werden und die Bereiche des Auftretens von biometrischen Daten detektiert werden, die anschließend zur Identifikation von Fingerabdrücken und/oder Handcharakteristiken analysiert und verarbeitet werden und anschließend mit einer Datenbank der bestehenden Fingerabdrücke oder Handcharakteristiken verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur biometrischen Identifikation mit Hilfe der Fingerabdrücke und/oder Handcharakteristiken nur ein einziges scharfes Scanbild der Hand gescannt und verarbeitet wird.
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