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- Priorität: 9. Februar 2007 Taiwan, Republik China 096104697
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Die
Erfindung betrifft ein Biometrieverfahren auf Grundlage eines Wärmebilds
eines Fingers, und spezieller ein Verfahren zum Verifizieren der
Identität eines Benutzers abhängig von einem Fingerabdruckbild
und einem Fingervenenbild. Ein für die Erfindung geeigneter
Fingerabdruck-Erfassungschip ist in der Veröffentlichung
Nr.
US2004/0208345A1 eines US-Patents
für die Anmelderin offenbart.
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Die
herkömmliche biometrische Verifizierung kann auf Grundlage
eines Fingerabdrucks eines Fingers eines Benutzers ausgeführt
werden. Die Fingerabdruckerkennung zeigt Vorteile hoher Genauigkeit und
Zweckdienlichkeit, und der Algorithmus ist international standardisiert.
Jedoch ist es möglich, dass einige Benutzer mit speziellen
Arbeiten keinen Fingerabdruck liefern können. Beispielsweise
ist der Finger eines Zementarbeiters oder Chemiearbeiters dadurch,
dass er lange Zement oder Chemikalien ausgesetzt war, erodiert,
so dass am Finger kein ersichtlicher Fingerabdruck vorhanden ist.
Ein beliebiger Fingerabdrucksensor, wie ein optischer Sensor, ein
Drucksensor, ein kapazitiver Sensor oder ein Sensor vom Typ mit
elektrischem Feld, kann von einem Benutzer dieser Art keinen Fingerabdruck
erfassen. Einige Techniken haben behauptet, dass der Fingerabdruck
an der Hautschicht unter der Hautoberfläche erfasst werden
kann. Jedoch haften im Allgemeinen Schmutz, Öl und beliebige
andere Substanzen am Finger an, und sie stören so die Erfassung
der Hautschicht. Wenn der Finger nass ist, kann der herkömmliche
Fingerabdrucksensor kein gutes Fingerabdruckbild erfassen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Biometrieverfahren zu
schaffen, durch das ein Benutzer auch dann durch eine Messung an
einem Finger identifiziert werden kann, wenn der Finger keinen sauberen
Fingerabdruck liefert.
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Diese
Aufgabe ist durch das Verfahren gemäß dem beigefügten
Anspruch 1 gelöst. Dabei wird eine Wärmeaufnahme
verwendet. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind
Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Der
Erfinder hat bereits in
US2004/0208345A1 einen thermoelektrischen
Sensor zur thermischen Erfassung eines Fingerabdruckbilds offenbart.
Es wird ein Arrayelement entsprechend dem thermoelektrischen Messprinzip
so hergestellt, dass die Kämme und Furchen am Finger erfasst
werden können. Das Messelement arbeitet auf Grundlage des
Prinzips einer Messung der Wärmeleitung (Temperaturdifferenz)
am kontaktierten Körper, oder des Prinzips des Erfassens
infraroter Wärmestrahlung, die vom Finger in einem engen
Spalt an die Messelemente emittiert wird. Verschiedene Substanzen,
wie Wasser und die Haut (ein befeuchteter Finger) oder Luft und
die Haut (ein trockener Finger) zeigen verschiedene Wärmeleitungseigenschaften und
verschiedene Infrarotmaterialeigenschaften. So können verschiedene
Bilder mit verschiedenen Kontrasten erhalten werden, so dass eine
Fingerabdruckerkennung ausgeführt werden kann. Durch die
Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Erfassen der Venen eines
Fingers auf Grundlage des Messprinzips des Sensors geschaffen, so
dass ein Benutzer ohne erkennbares Fingerabdruckmuster an einem
Finger verifiziert werden kann und ein echter Finger und ein Fälschungsfinger
unterschieden werden können.
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Die
6 ist
eine schematische Darstellung, die einen thermoelektrischen Sensor
für ein thermisches Fingerabdruckbild zeigt, wie dies in
US2004/0208345A1 offenbart
ist. Wie es aus der
6 erkennbar ist, besteht jedes
Messelement
10' aus einem integrierten Schaltkreis, der
durch einen Prozess für derartige Schaltkreise, insbesondere CMOS-Herstellprozesse,
hergestellt wurde. Die Grundstruktur des Messelements
10' beinhaltet
ein Siliciumsubstrat
100, eine durch LOCOS (local oxidation
of sili con) hergestellte Schicht
101, einen Thermostapel
mit mindestens einem Thermoelement
102 oder vielen in Reihe
geschalteten Thermoelementen, und ein Wärmetransportrohr
400.
Der Thermostapel verfügt über einen Heißübergang
200 im
zentralen Teil der LOCOS-Schicht
101 sowie einen Kaltübergang
300 auf
einer dünnen Oxidschicht (nicht dargestellt) um die LOCOS-Schicht
101 herum.
Die Struktur des Wärmetransportrohrs
400 beinhaltet
mindestens eine metallische Verbindungsschicht und mindestens einen
Metallstopfen in einem Durchgangsloch. Das Wärmetransportrohr
400 ist
zwischen dem zentralen Abschnitt der LOCOS-Schicht
101 und
einer Passivierungsschicht
106 an der äußersten
Fläche ausgebildet.
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Ein
Fingerabdruckbild verfügt über einen Fingerabdruckkamm 20 und
eine Fingerabdruckfurche 21. Wenn der Fingerabdruckkamm 20 mit
dem Messelement 10' in Kontakt steht oder sich ihm annähert,
wird zwischen ihm und dem Messelement 10' Infrarotstrahlung
erzeugt und über den Festmaterial-Wärmeleitmechanismus
in Richtungen transferiert, die durch die zwei Pfeile dargestellt
sind. Die meiste Wärme kann zum Heißübergang 200 des Thermostapels
auf der LOCOS-Schicht 101 über das Wärmetransportrohr 400 übertragen
werden, und sie wird dann in verschiedenen Richtungen durch den Heißübergang 200 übertragen.
Daher wird zwischen dem Heißübergang 200 und
dem Kaltübergang 300 eine Temperaturdifferenz ΔT
erzeugt. Das Messelement 10' erfasst mittels der Temperaturdifferenz ΔT ein
Spannungssignal, um zu beurteilen, ob Kontakt mit dem Fingerabdruckkamm 20 besteht
oder nicht. Das vom Messelement 10' erzeugte Spannungssignal
ist durch die folgende Gleichung darstellbar: V = NαΔT (1),wobei N
die Anzahl der in Reihe geschalteten Thermoelemente ist und α der
Seebeck-Koeffizient (V/°C) eines einzelnen Thermoelements
ist.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Wärmetransportrohr
400 die
Temperaturdifferenz verstärken kann, um die maximale Temperatur differenz
zwischen dem Heißübergang
200 und dem
Kaltübergang
300 des Thermoelements
101 zu
erzeugen. Gemäß dieser Eigenschaft können
ein Fingerabdruckbild und ein Fingervenenbild erfasst werden, so dass
der Grundgedanke gemäß
US2004/0208345A1 erweitert
werden kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von durch Figuren veranschaulichten
Ausführungsformen näher erläutert.
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1 ist
ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Biometrieverfahrens
auf Grundlage eines Wärmebilds eines Fingers gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
das durch das Biometrieverfahren der Ausführungsform erfasste
Wärmebild.
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3 zeigt
ein aus dem Wärmebild der 2 entnommenes
Fingerabdruckbild.
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4 zeigt
ein aus dem Wärmebild der 2 entnommenes
Fingervenenbild.
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5 ist
ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen einem ersten mittleren
Pegel und einem zweiten mittleren Pegel zeigt.
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6 ist
eine schematische Darstellung, die einen thermoelektrischen Sensor
zur Wärmebildaufnahme eines Fingerabdrucks gemäß
US2004/0208345A1 ist.
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Venen
sind in einem Muster, das ein eindeutiges Merkmal einer Person ist, über
einen Finger verteilt. Durch die Erfindung ist ein Biometrieverfahren
auf Grundlage des Wärmebilds eines Fingers geschaffen.
Es wird eine Messelementvorrichtung vom Thermotyp oder Infrarottyp,
die mit einem Finger in Kontakt tritt oder sich ihm annähert,
in Verbindung mit der Signal- oder Datenvor gehensweise gemäß der Erfindung
verwendet, damit ein Wärmebild aus einem Fingerabdruckbild
und einem Fingervenenbild erhalten werden kann. Das Prinzip des
Messelements findet sich im o. g. Dokument
US2004/0208345A1 , in
dem ein thermoelektrischer Sensor offenbart ist. Auch kann der Sensor
von anderem Typ sein, wie ein pyroelektrischer Sensor, ein bolometrischer
Sensor oder irgendein Temperatursensor oder Infrarotsensor vom Kontakttyp
oder vom kontaktfreien Typ. Wenn der Fingerabdruck eines Benutzers
erodiert ist, kann die Identität des Benutzers durch sein
Fingerabdruckbild verifiziert werden. Wenn immer noch ein Fingerabdruck
des Benutzers vorhanden ist, kann seine Identität durch
das Fingerabdruckbild und/oder das Fingervenenbild verifiziert werden.
Das Fingervenenbild kann alleine dann erhalten werden, wenn der
Finger echt ist und lebt, da die Temperatur der Venen erhöht
ist. So kann ein echter und lebender Finger durch ein Fingervenenbild
erkannt werden.
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Anhand
der 1 wird nun ein Biometrieverfahren gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Als
Erstes wird in einem Schritt S01 eine Messelementvorrichtung bereit
gestellt, um ein Wärmebild 10 eines Fingers zu
erfassen, wie es in der 2 dargestellt ist. Das Wärmebild 10 kann
ein Fingerabdruckbild 12 und ein Fingervenenbild 14 oder nur
eines derselben beinhalten. Beispielsweise enthält das
Wärmebild 10 der 2 mehrere
Pixelpunkte P1 bis P4. Der Pixelpunkt P1 entspricht einem Überlappungsabschnitt
zwischen einem Fingerabdruckbildkamm und einer Fingervene. Der Pixelpunkt P2
entspricht einem Abschnitt, in dem ein Kamm vorhanden ist, jedoch
keine Vene. Der Pixelpunkt P3 entspricht einem Abschnitt, in dem
eine Vene vorhanden ist, jedoch kein Kamm (oder eine Furche). Der Pixelpunkt
P4 entspricht einem Abschnitt, in dem weder eine Vene noch eine
Furche vorhanden sind. Bei dieser Ausführungsform ist angenommen,
dass der Spannungspegel des Pixelpunkts P1 der Höchste
ist. Daher verfügen die Pixelpunkte P1 bis P4 über
je weilige mittlere Pegel L1 bis L4, entsprechend der 5. Beispielsweise
besteht das Fingervenenbild 14 aus den Pixelpunkten P1
und P3. Jedoch ist es auch möglich, das Fingervenenbild 14 entsprechend
der Verteilung der Pixelpunkte P1 und einem mathematischen Modell
herzuleiten. Beispielsweise besteht das Fingerabdruckbild 12 aus
den Pixelpunkten P1 und P2. Bei dieser Ausführungsform
ist es möglich, ein Signalausgangsfenster über
L2 einzustellen, damit das Signal einer zu den Pixelpunkten P1 gehörenden
Verteilung erhalten werden kann und die Information der Pixelpunkte
P3 und P4 ausgefiltert wird. Dann kann das Fingervenenbild durch
mathematische Berechnung erhalten werden. Außerdem kann
das Fingervenenbild auch durch einen integrierten Schaltkreis mit
der o. g. mathematischen Berechnung erhalten werden. Der integrierte
Schaltkreis ist in einem Chip ausgebildet, so dass das Fingervenenbild
direkt erhalten werden kann und die Probleme des Systemdesigns verringert
werden können.
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Dann
werden, in einem Schritt S02, das Fingerabdruckbild 12 und/oder
das Fingervenenbild 14 aus dem Wärmebild 10 entnommen.
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Als
Nächstes wird, in einem Schritt S03, beurteilt, ob eine
Fingerschablone vorhanden ist. Wenn eine Fingerschablone vorhanden
ist, kann in einem Schritt S05 eine Übereinstimmungsprüfoperation
für Fingerdaten ausgeführt werden. Die Fingerschablone
kann eine Fingerabdruckschablone und eine Fingervenenschablone enthalten.
Der Schritt S05 kann entsprechend verschiedenen Vorgehensweisen
realisiert werden. Beispielsweise kann eine Grafikmustererkennung
oder eine Erkennung von Minutiapunkten ausgeführt werden.
Das Vergleichsergebnis kann entsprechend der Ähnlichkeit
zur Fingerabdruckschablone und/oder zur Fingervenenschablone erhalten
werden. Dann wird in einem Schritt S06 beurteilt, ob bei der Übereinstimmungsprüfoperation
für die Fingerdaten Übereinstimmung besteht. Wenn dies
der Fall ist, endet die Prozedur, andernfalls geht der Prozess zum
Schritt S01 zurück.
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Demgemäß beinhaltet
das Biometrieverfahren gemäß der Erfindung ferner
die folgenden Schritte. Als Erstes wird das Fingerabdruckbild mit
der Fingerabdruckschablone verglichen, um ein erstes Vergleichsergebnis
zu erhalten, das einer Ähnlichkeit von beispielsweise 90%
entsprechen kann. Als Nächstes wird das Fingervenenbild
mit der Fingervenenschablone verglichen, um ein zweites Vergleichsergebnis
zu erhalten. Dann wird die Identität des Benutzers entsprechend
dem ersten und/oder dem zweiten Vergleichsergebnis verifiziert.
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Wenn
ein Vergleich entsprechend Minutiapunkten ausgeführt wird,
kann der Schritt des Vergleichens des Fingerabdruckbilds mit der
Fingerabdruckschablone die folgenden Schritte beinhalten: Entnehmen
einer Anzahl erster Minutiapunkte aus dem Fingerabdruckbild, um
diese mit der Fingerabdruckschablone zu vergleichen. Außerdem
kann der Schritt des Vergleichens des Fingervenenbilds mit der Fingervenenschablone
die folgenden Schritte beinhalten: Entnehmen mehrerer zweiter Minutiapunkte aus
dem Fingervenenbild und Vergleichen derselben mit der Fingervenenschablone.
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Wenn
der Vergleich entsprechend einem Grafikmuster ausgeführt
wird, werden der Schritt zum Vergleichen des Fingerabdruckbilds
mit der Fingerabdruckschablone und der Schritt des Vergleichens
des Fingervenenbilds mit der Fingervenenschablone durch einen Grafikmustervergleich
ausgeführt.
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Wenn
keine Fingerschablone existiert, muss diese registriert werden,
wie es durch einen Schritt S04 dargestellt ist. So werden im Schritt
S04 das Fingerabdruckbild und das Fingervenenbild verarbeitet und
dann in einer Speichereinheit abgespeichert, um als Fingerabdruckschablone
bzw. Fingervenenschablone zu dienen. Die Daten der Fingerabdruckschablone
und der Fingervenenschablone können Grafikdaten oder Daten
zu Minutiapunkten sein. Wenn die Daten der Fingerabdruckschablone
und der Fingervenenschablone Daten zu Minutiapunkten sind, kann das
Fingervenenbild gemäß der Erfindung ferner die folgenden
Schritte beinhalten. Als Erstes werden aus dem Fingerabdruckbild
mehrere erste Minutiapunkte entnommen. Dann werden aus dem Fingervenenbild mehrere
zweite Minutiapunkte entnommen. Schließlich werden die
ersten und die zweiten Minutiapunkte in einer Speichereinheit abgespeichert,
um als Fingerabdruckschablone bzw. Fingervenenschablone zu dienen.
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Gemäß dem
Biometrieverfahren gemäß der Erfindung können
der Fingerabdruck und die Vene eines Fingers erkannt werden. Wenn
der Fingerabdruck eines Benutzers erodiert ist und demgemäß kein
Fingerabdruck erfasst werden kann, oder wenn zu beurteilen ist,
ob ein echter Finger vorliegt, kann die Fingervene verifiziert werden,
so dass das Verifizierergebnis zuverlässiger wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - TW 096104697 [0001]
- - US 2004/0208345 A1 [0001, 0005, 0006, 0008, 0015, 0016]