DE10065338A1 - Fingerabdruckidentifizierung mit Verformungsmessung zur Erhöhung der Fälschungssicherheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gerät (1) zur Feststellung der Identität von Personen durch Erkennung von Fingerabdrücken. Das Gerät (1) umfaßt eine Sensoreinheit (2) zum Erfassen charakteristischer Merkmale eines Fingerabdrucks einer Person, eine Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft sowie eine Auswerteeinheit (4), die zur Feststellung des Vorhandenseins einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Merkmalen mit gespeicherten Informationen über charakteristische Merkmale von Fingerabdrücken dient.

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf Sicherheitssysteme, welche gewährleisten, daß ausschließlich berechtigte Nutzer Zugang zu bestimmten Einrichtungen oder Leistungen erhalten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Gerät, welches dem Nutzer den Zugang aufgrund der Prüfung seiner Fingerabdrücke gewährt oder verweigert.

Um die Identität einer Person festzustellen, bietet sich als nahezu ideale Lösung an, dazu natürliche, biologische Merkma­ le heranzuziehen, welche sich eindeutig der Person zuordnen lassen und welche unveränderlich sind. Eines dieser sogenann­ ten biometrischen Merkmale sind die Fingerabdrücke. Fingerab­ drücke weisen Muster aus Bögen, Wirbeln und Schleifen auf und sind für jede Person streng individuell. Selbst eineiige Zwillinge besitzen zwar ähnliche, aber keine identischen Fin­ gerabdrücke.

Besonders im Bereich des E-Commerce, beim elektronischen Bankwesen oder bei Eingängen zu Gebäudebereichen sind auf biometrischen Merkmalen basierende Sicherheitssysteme zur Au­ thentisierung des Nutzers sinnvolle Einrichtungen, um vor Mißbrauch zu schützen. Derartige Sicherheitssysteme gestalten den Zugang auch für den Nutzer einfacher, da dadurch eventu­ ell Chipkarten oder Passwörter entfallen können.

Bei Geräten, die zur Feststellung der Identität einer Person anhand ihrer Fingerabdrücke dienen, beschränkt man sich häu­ fig bei der Kontrolle der Fingerabdrücke auf charakteristi­ sche Merkmale. Charakteristische Merkmale eines Fingerab­ drucks sind beispielsweise die sogenannten Minutien, worunter Linienenden sowie Gabelungen und Kreuzungen der Linien des Fingerabdrucks zu verstehen sind. Für die eineindeutige Zuordnung eines Fingerabdrucks zu der zugehörigen Person muß zumindest die Lage der Minutien bestimmt werden. Dazu werden Fingerabdrücke bei herkömmlichen Geräten meistens mit kapazi­ tiven Sensoren aufgenommen. Der Nachteil der ausschließlich auf kapazitiven Sensoren basierenden Geräte ist, daß z. B. ein Stempel, auf dem sich ein Fingerabdruck eines zugangsberech­ tigten Nutzers befindet, von dem Gerät nicht als falsch er­ kannt würde. Um die Sicherheit vor derartigem Mißbrauch zu erhöhen, wurden in manche Geräte zusätzliche Sicherheitskri­ terien aufgenommen. So kann etwa die Methode der Pulsoxime­ trie verwendet werden, bei welcher der Finger mit Licht durchstrahlt wird und anhand des auf der anderen Seite des Fingers wieder detektierten Lichts der Sauerstoffgehalt des Bluts gemessen wird. Dadurch wird sichergestellt, daß leben­ des Gewebe und nicht etwa ein Stempel kontrolliert wird. Al­ lerdings ist die Methode der Pulsoximetrie sehr aufwendig und kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach zu rea­ lisierendes Gerät und ein entsprechendes Verfahren zur Fest­ stellung der Identität von Personen anhand ihrer Fingerab­ drücke zu schaffen. Insbesondere soll das Gerät neben der Kontrolle der charakteristischen Merkmale der Fingerabdrücke mindestens ein weiteres Sicherheitskriterium aufweisen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, daß ein Gerät, mittels welchem die Identität von Personen durch Er­ kennung von Fingerabdrücken festgestellt werden soll, neben mindestens einer Sensoreinheit, die zum Erfassen charakteri­ stischer Merkmale eines Fingerabdrucks einer Person bei Kon­ takt der Fingerunterseite mit der mindestens einen Sensorein­ heit dient, eine Einheit zur Messung der durch den Finger auf die mindestens eine Sensoreinheit ausgeübten Kraft aufweist. In Abhängigkeit von der Kraft, welche die Person mit ihrem Finger auf die mindestens eine Sensoreinheit ausübt, verän­ dern sich charakteristische Merkmale des Fingerabdrucks. Bei­ spielsweise zählen die Breiten der Linien des Fingerabdrucks zu den charakteristischen Merkmalen. Die Linien des Fingerab­ drucks verbreitern sich bei größerem Druck. Demgegenüber wäre der Abdruck eines harten Stempels, auf welchen der Fingerab­ druck der Person aufgebracht wurde, unabhängig von der aufge­ wendeten Kraft immer gleich. Damit beispielsweise ein derar­ tiger Stempelabdruck von einem realen Fingerabdruck unter­ schieden werden kann, weist das erfindungsgemäße Gerät des weiteren eine Auswerteeinheit auf, mit welcher das Vorhanden­ sein einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Merkmalen des Fingerabdrucks mit vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über charak­ teristische Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken überprüft wird. Vorzugsweise können die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen kraftabhängig sein.

Das erfindungsgemäße Gerät bietet aufgrund des beschriebenen, zusätzlichen Sicherheitskriteriums eine größere Sicherheit gegenüber Manipulation, als sie viele herkömmliche Geräte aufweisen, die beispielsweise lediglich die Lage der Minutien messen und diese mit gespeicherten Daten vergleichen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die mindestens eine Sensoreinheit einen kapazitiven Sensor umfaßt. Mit einem kapazitiven Sensor lassen sich bei einer auf dem Sensor aufliegenden Fingerunterseite die Rillen und Linien des Fingerabdrucks unterscheiden, da beide unter­ schiedliche Dielektrizitätszahlen aufweisen.

Die von dem Finger auf die mindestens eine Sensoreinheit aus­ geübte Kraft kann vorzugsweise über einen Dehnmeßstreifen ge­ messen werden. Ein Dehnmeßstreifen weist einen Widerstand auf, der abhängig ist von der Dehnung des Dehnmeßstreifens.

Wirkt eine Kraft durch den Finger auf die mindestens eine Sensoreinheit, so wird die Dehnung des Dehnmeßstreifens ver­ ringert, und sein Widerstand ändert sich entsprechend.

Als Alternative zu einem Dehnmeßstreifen kann auch ein Piezo­ kristall eingesetzt werden. Ein Piezokristall induziert je nach seiner Verformung eine Spannung zwischen zwei seiner be­ grenzenden Flächen. Da dieser Effekt auf kristallinen Fest­ körpereffekten beruht, ist die Verformung des Piezokristalls verschleißfrei. Sowohl ein Piezokristall als auch ein Dehn­ meßstreifen sind kostengünstige Vorrichtungen, mit denen sich eine auf sie einwirkende Kraft einfach und sehr präzise mes­ sen läßt. Daher weist das erfindungsgemäße Gerät nicht nur einen höheren Sicherheitsstandard als viele herkömmliche Ge­ räte auf, sondern es kann auch einfach und kostengünstig pro­ duziert werden.

Um das erfindungsgemäße Gerät für verschiedene Anwendungen universell einsetzbar zu gestalten, ist es von Vorteil, die mindestens eine Sensoreinheit, die Einheit zur Messung der auf die mindestens eine Sensoreinheit ausgeübten Kraft und die Auswerteeinheit auf einem gemeinsamen Substrat zu inte­ grieren. Ein solches Modul kann leicht in andere Geräte ein­ gebaut werden, so daß das erfindungsgemäße Gerät in Sicher­ heitssystemen, wie z. B. bei Geldautomaten, Gebäudeeingängen oder der Ermittlung der Zugangsberechtigung zu Computer- und Internetprogrammen, zum Einsatz kommen kann.

Im Hinblick auf derartige Anwendungen ist es auch sinnvoll, die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die charakteristischen Merkmale von einem oder mehreren Fingerab­ drücken auf einer Speichereinheit abzulegen. Diese Spei­ chereinheit könnte sich dann vorzugsweise auf einer Chipkarte befinden. Die Informationen über die charakteristischen Merk­ male der Fingerabdrücke des Nutzers sind damit auf der Chip­ karte gespeichert und können von einem Chipkartenlesegerät gelesen werden. Steht das Chipkartenlesegerät in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Gerät, stehen dem erfindungsgemäßen Gerät die gespeicherten Informationen über die Fingerabdrücke des Nutzers zur Verfügung, so daß das erfindungsgemäße Gerät im Vergleich mit den von der mindestens einen Sensoreinheit gemessenen Fingerabdrücken und mit der auf die mindestens ei­ ne Sensoreinheit ausgeübten Kraft entscheiden kann, ob dem Nutzer zu der betreffenden Einrichtung oder Leistung Zugang gewährt wird. Von Vorteil ist hierbei, daß zur Prüfung der Zugangsberechtigung nur die gemessenen Daten mit den auf der Chipkarte abgelegten Daten verglichen werden müssen und nicht mit den Daten sämtlicher möglicher Nutzer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels des erfindungsgemäßen Geräts;

Fig. 2A Fingerabdruck, der bei schwachem Druck auf die Fin­ gerunterseite aufgenommen wurde; und

Fig. 2B Fingerabdruck, der bei starkem Druck auf die Fin­ gerunterseite aufgenommen wurde.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Gerät 1, welches eine Sen­ soreinheit 2 zum Erfassen charakteristischer Merkmale eines Abdrucks eines Fingers 5 einer Person, eine Einheit 3 zur Messung der durch den Finger 5 auf die Sensoreinheit 2 ausge­ übten Kraft und eine Auswerteeinheit 4 aufweist. Die Anord­ nung der Sensoreinheit 2, der Einheit 3 zur Messung der Kraft und der Auswerteeinheit 4 ist lediglich schematisch. In einer bevorzugten Ausführungsform sind in platzsparender Weise die­ se Einheiten in ein und demselben Sensorchip integriert.

Die Auswerteeinheit 4 prüft das Vorhandensein einer Korrela­ tion zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Merkmalen des Fingerabdrucks mit gespeicherten In­ formationen über charakteristische Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken. Drückt die Person mit dem Finger 5 nur schwach auf die Sensoreinheit 2, so weist dieser Abdruck dünne Linien auf. Dieses ist in Fig. 2A dargestellt. Bei stärkerem Druck auf die Sensoreinheit 2 werden die Linien des Fingerabdrucks breiter, wie Fig. 2B zeigt. Die Auswertung des aufgenommenen Fingerabdrucks unter Berücksichtigung der wäh­ renddessen auf die Sensoreinheit 2 ausgeübten Kraft vermin­ dert das Risiko einer eventuellen Manipulation, da z. B. ein harter Stempel keine Linienverbreiterung bei größerem Druck zeigen würde.

Zur Feststellung der Kraftabhängigkeit des Fingerabdrucks wä­ re es beispielsweise denkbar, daß das erfindungsgemäße Gerät den Fingerabdruck bei zwei unterschiedlichen Kräften aufnimmt und lediglich prüft, ob die Linienbreite des Fingerabdrucks bei der höheren Kraft zugenommen hat. Alternativ dazu könnte die Auswerteeinheit allerdings auch vorab bei unterschiedli­ chen Kräften aufgenommene und gespeicherte Abbildungen des Fingerabdrucks verwenden, um den bei der jeweiligen Kraft ge­ messenen Fingerabdruck mit der entsprechenden gespeicherten Abbildung zu vergleichen.

Des weiteren sind in den Fig. 2A und 2B die Minutien des Fin­ gerabdrucks durch Kreise gekennzeichnet. Zwar hat ein auf die Fingerunterseite wirkender Druck keinen wesentlichen Einfluß auf die Lage der Minutien, jedoch sind die Minutien einfach zu erfassende charakteristische Merkmale des Fingerabdrucks, anhand derer die Identität der betreffenden Person geklärt werden kann. Während die Feststellung der Kraftabhängigkeit des Fingerabdrucks in erster Linie vor Manipulation schützt, sind die Minutien wesentliche Kriterien zur Bestimmung der Identität der betreffenden Person.

Für die generelle Zuordnung eines Fingerabdrucks zu einem vorab aufgenommenen Fingerabdruck bieten sich verschiedene Verfahren an. Beispielsweise kann anhand von zwei signifikan­ ten Minutien ein Gitter über den Fingerabdruck gelegt werden. Anschließend wird die Anzahl der Minutien innerhalb bestimm­ ter Felder des Gitters bestimmt. Bei einem anderen Verfahren wird wiederum zunächst eine signifikante Minutie bestimmt. Von dieser Minutie werden Vektoren zu anderen Minutien gezo­ gen. Neben den Koordinaten der Verbindungsvektoren können weitere Charakteristika der Verbindungsvektoren ermittelt werden, wie z. B. die Anzahl der überquerten Papillarlinien oder die Winkel, welche die Verbindungsvektoren in ihren An­ fangs- und Endpunkten mit den Tangenten an die Papillarlinien einschließen. Die Algorithmen derartiger Verfahren können in die Auswerteeinheit 4 implementiert werden.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird le­ diglich der Abdruck eines Fingers zur Feststellung der Iden­ tität der betreffenden Person aufgenommen. Es wäre allerdings ebenso denkbar, die Abdrücke mehrerer Finger derselben Person zu untersuchen.

Claims (16)

1. Gerät (1) zur Feststellung der Identität von Personen durch Erkennung von Fingerabdrücken, welches aufweist
mindestens eine Sensoreinheit (2) zum Erfassen charakteri­ stischer Merkmale eines Fingerabdrucks einer Person bei Kontakt der Fingerunterseite mit der mindestens einen Sen­ soreinheit (2),
eine Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft, und
eine Auswerteeinheit (4) zur Feststellung des Vorhanden­ seins einer Korrelation zwischen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteristischen Merkmalen mit vorab ge­ messenen und gespeicherten Informationen über charakteri­ stische Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken.

2. Gerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die charakteristischen Merkmale von einem oder mehre­ ren Fingerabdrücken kraftabhängig sind.

3. Gerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen Merkmale des Fingerabdrucks Mi­ nutien und/oder Breiten der Linien des Fingerabdrucks um­ fassen.

4. Gerät (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Sensoreinheit (2) einen kapaziti­ ven Sensor umfaßt.

5. Gerät (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft mindestens einen Dehnmeßstreifen aufweist.

6. Gerät (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft mindestens einen Piezokristall aufweist.

7. Gerät (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Sensoreinheit (2), die Einheit (3) zur Messung der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft und die Auswerte­ einheit (4) auf einem gemeinsamen Substrat integriert sind.

8. Gerät (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die charakteristischen Merkmale von einem oder mehre­ ren Fingerabdrücken auf einer Speichereinheit abgelegt sind.

9. Gerät (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinheit sich auf einer Chipkarte befindet.

10. Gerät (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (1) mit einem Chipkartenlesegerät in Verbin­ dung steht.

11. Verfahren zum Feststellen der Identität von Personen durch Erkennen von Fingerabdrücken, welches folgende Schritte umfaßt:

• 1. Erfassen charakteristischer Merkmale eines Fingerab­ drucks einer Person mittels mindestens einer Sensorein­ heit (2), die im Kontakt mit der Fingerunterseite steht, und gleichzeitiges Messen der durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sensoreinheit (2) ausgeübten Kraft; und
• 2. Feststellen des Vorhandenseins einer Korrelation zwi­ schen den bei der gemessenen Kraft erfaßten charakteri­ stischen Merkmalen mit vorab gemessenen und gespeicher­ ten Informationen über charakteristische Merkmale von einem oder mehreren Fingerabdrücken.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die vorab gemessenen und gespeicherten Informationen über die charakteristischen Merkmale von einem oder mehre­ ren Fingerabdrücken kraftabhängig sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als charakteristische Merkmale des Fingerabdrucks Mi­ nutien und/oder Breiten der Linien des Fingerabdrucks er­ faßt werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen Merkmale des Fingerabdrucks von der mindestens einen Sensoreinheit (2) mit einem kapaziti­ ven Sensor erfaßt werden.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sen­ soreinheit (2) ausgeübte Kraft mit mindestens einem Dehn­ meßstreifen gemessen wird.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Finger (5) auf die mindestens eine Sen­ soreinheit (2) ausgeübte Kraft mit mindestens einem Piezo­ kristall gemessen wird.