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Dokumentenidentifikation DE19936400A1 01.03.2001
Titel Verfahren zur biometrischen Erkennung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Wirtz, Brigitte, Dr., 83607 Holzkirchen, DE
Vertreter Epping, Hermann & Fischer GbR, 80339 München
DE-Anmeldedatum 03.08.1999
DE-Aktenzeichen 19936400
Offenlegungstag 01.03.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.03.2001
IPC-Hauptklasse G06K 9/78
IPC-Nebenklasse G07C 9/00   G07F 7/08   
Zusammenfassung Aus mehreren Bildern biometrischer Erkennungsmerkmale, die durch elektronisch arbeitende Sensoren erfaßt werden, wird durch Mittelung ein bestes Referenzbild erzeugt und zum Vergleich abgespeichert.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur biometrischen Erkennung mittels elektronischer Hilfsmittel, insbesondere Fingerabdrucksensoren.

Bei Verfahren zur biometrischen Erkennung werden personenspezifische Daten mittels eines geeigneten Sensors erfaßt und durch elektronische Schaltungen ausgewertet. Erfaßte Daten werden mit Referenzdaten verglichen, die Auskunft darüber geben, welche Identität die betreffende Person besitzt oder welchem speziellen Personenkreis sie angehört. Problematisch bei den biometrischen Erkennungsverfahren ist, daß die Erkennungsmerkmale gewissen natürlichen Schwankungen unterworfen sind, die die für das Verfahren verwendete Vorrichtung eliminieren muß. Das Verfahren zur biometrischen Erkennung muß entsprechend ausgestaltet sein, so daß Schwankungen der erfaßten Daten innerhalb bestimmter unvermeidbarer Toleranzen eine korrekte Erkennung mit zumindest sehr hoher Trefferwahrscheinlichkeit nicht verhindern.

Bei der biometrischen Erkennung mittels eines Fingerabdrucks wird der Fingerabdruck einer Person mittels eines Fingerabdrucksensors erfaßt, ausgewertet und als Referenzfingerabdruck gespeichert. Die Personenerkennung wird dann in der Weise durchgeführt, daß erneut ein Fingerabdruck mittels eines Sensors erfaßt wird und dieser Fingerabdruck, nach Bedarf jeweils geeignet verarbeitet, mit dem abgespeicherten Referenzfingerabdruck verglichen wird. Dieser Vergleich liefert nur unzureichende Ergebnisse, wenn der Referenzfingerabdruck Fehler aufweist, die zum Beispiel zustandekommen, wenn die Oberfläche der Fingerbeere bei der Aufnahme des Fingerabdrucks Beschädigungen aufwies oder die Fingerbeere nicht in richtiger Ausrichtung auf dem Fingerabdrucksensor aufgelegt war. Werden mehrere Referenzbilder verwendet, muß ein aktuell aufgenommenes Bild, zum Beispiel des Fingerabdrucks, mit der Vielzahl von Referenzbildern verglichen werden. Danach wird ermittelt, mit welchen Referenzbildern eine ausreichende Übereinstimmung existiert und ob diese Übereinstimmung für eine Erkennung der betreffenden Person ausreicht. Der Rechenaufwand bei diesem Verfahren steigt mit der Anzahl der verwendeten Referenzbilder drastisch an.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur biometrischen Erkennung anzugeben, das auch bei Schwankungen der biometrischen Erkennungsmerkmale ohne allzu großen Mehraufwand eine zuverlässige Erkennung anhand dieser Merkmale ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Referenzbild der biometrischen Erkennungsmerkmale generiert, indem eine Mehrzahl von Referenzbildern zunächst erfaßt und daraufhin ein unter Berücksichtigung vorgegebener Qualitätsmerkmale besonders geeignetes Referenzbild bestimmt und abgespeichert wird. Die Erzeugung dieses optimierten Referenzbildes geschieht durch Auswahl eines Bildes aus einer Mehrzahl erfaßter Bilder oder durch Mittelung über eine Mehrzahl erfaßter Bilder oder durch Auswahl einer bestimmten Anzahl erfaßter Bilder und anschließender Mittelung über diese Bilder.

Die Vorgehensweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im folgenden am Beispiel der biometrischen Erkennung anhand des Fingerabdrucks erläutert. Als signifikante Bildpunkte sind bei einem Fingerabdruck vorrangig die sogenannten Minutien von Interesse, die typische Verzweigungsstellen der Stege und Furchen (Fingerlinien) der Oberfläche der Fingerbeere darstellen.

Bei einem typischen Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird aus einer Mehrzahl aufgenommener Bilder ein in gewisser Hinsicht bestes Bild ausgewählt. Diese Auswahl erfolgt vorzugsweise durch die elektronische Schaltung oder das Programm, das das von einem biometrischen Sensor (zum Beispiel Fingerabdrucksensor) gelieferte Meßsignal in Form elektrischer Signale erfaßt und weiterverarbeitet. Die als Maßstab für diese Auswahl zugrundeliegenden Qualitätsmerkmale können zum Beispiel die Anzahl vorhandener signifikanter Bildpunkte, insbesondere der Minutien eines Fingerabdruckes, die verschiedenen Anzahlen verschiedener solcher signifikanter Bildpunkte, die flächenmäßige Ausdehnung des Bildes (Flächeninhalt) ein geeignet vorgegebenes Strukturmaß oder auch der Rauschpegel in der Schaltung, der ein Maß für die genaue Bestimmbarkeit des Bildes darstellt, sein. Beim Auflegen einer Fingerbeere auf einen Fingerabdrucksensor können so zum Beispiel kurz hintereinander mehrere Bilder erfaßt werden, aus denen jeweils die Minutien des betreffenden Fingerabdruckes extrahiert werden. Mittels der nachgeschalteten Auswerteelektronik des Sensors können dann bestimmte Minutien der einzelnen Bilder einander zugeordnet werden im Sinne einer Identifikation dieser Minutien in den verschiedenen Bildern. Nachdem diese Einteilung der Minutien vorgenommen worden ist, kann ein Histogramm bestimmt werden, das die jeweiligen Anzahlen aller Vorkommen der jeweiligen Minutien in den Bildern wiedergibt. Eines der erfaßten Bilder, das zum Beispiel alle diejenigen Minutien enthält, die gemäß dem Histogramm in den untersuchten Bildern in einer gewissen Mindestanzahl vorkommen, kann dann zum Beispiel als Referenzbild ausgewählt werden. Alternativ ist es möglich, ein Referenzbild zu generieren, indem dieses Bild aus allen Minutien oder ähnlichen signifikanten Bildpunkten zusammen mit ihrer Lage im Bild zusammengesetzt wird, wobei nur diejenigen signifikanten Bildpunkte herangezogen werden, die in einer vorgegebenen Mindestanzahl in den Bildern auftreten.

Bei der zweiten genannten Möglichkeit einer Mittelung über die aufgenommenen Bilder werden die Bilder in geeigneter Weise zur Deckung gebracht, so daß ein Mittelwert sämtlicher Bilder erzeugt werden kann. Schwankungen in der Ausprägung der einzelnen Erkennungsmerkmale von Bild zu Bild können auf diese Weise so gemittelt werden, daß aus dem gemittelten Referenzbild die Erkennungsmerkmale in eindeutiger Weise extrahiert werden können.

Wesentliche Erkennungsmerkmale bei Verfahren der biometrischen Erkennung sind oftmals signifikante Bildpunkte der aufgenommenen Bilder, wie sie insbesondere bei einem Fingerabdrucksensor durch die Minutien gegeben sind. Um eine geeignete Auswahl oder Mittelung des Referenzbildes entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren vornehmen zu können, müssen die jeweiligen Schwankungen im Auftreten derartiger signifikanter Bildpunkte eliminiert werden. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, die signifikanten Bildpunkte, die in verschiedenen aufgenommenen Bildern einander entsprechen, einander zuzuordnen. Einander entsprechende Bildpunkte können identifiziert werden anhand ihrer Lage im Bild (Koordinaten), anhand ihrer relativen Lage zueinander (Winkel der Verbindungsstrecken zwischen zwei signifikanten Bildpunkten und einem festen Bildpunkt) oder der Qualität ihrer Ausprägung (Grauwert, Konturenschärfe oder dergleichen). Treten einander entsprechende signifikante Bildpunkte in mehreren Bildern auf, so kann über diese Bildpunkte gemittelt werden. Diese Mittelung kann die Lage der Bildpunkte oder die Qualität ihrer Ausprägung betreffen. Die genaue Ausgestaltung der Mittelung hängt von der Art der biometrischen Erkennung, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, ab. Ziel der Mittelung ist in jedem Fall, ein Referenzbild zu erzeugen, von dem anzunehmen ist, daß bei einer nachträglichen biometrischen Erkennung ein aktuell aufgenommenes Bild bestmöglich mit dem Referenzbild verglichen werden kann. Ein Referenzfingerabdruckbild sollte zum Beispiel Minutien als signifikante Bildpunkte enthalten, die so angeordnet und ausgeprägt sind, daß mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Vergleich mit diesem Referenzbild eine zuverlässige Erkennung der Person ermöglicht. Die Minutien sollten in dem Referenzbild zum Beispiel so angeordnet sein, daß die Minutien, die in nachfolgend erfaßten Fingerabdruckbildern enthalten sind, statistisch in der Nähe der Minutien dieses Referenzbildes verteilt sind.

Je nach gewünschter Zuverlässigkeit und spezifischen Eigenschaften der biometrischen Erkennung, die dem Verfahren zugrundeliegt, können unterschiedliche Kriterien ausgewählt werden, nach denen die Mittelung zur Gewinnung des Referenzbildes erfolgt. Zum Beispiel können alle diejenigen signifikanten Bildpunkte ausgewählt werden, die in jedem der aufgenommenen Referenzbilder auftreten. Da diese signifikanten Bildpunkte gewisse Schwankungen untereinander aufweisen, wird eine Mittelung durchgeführt, die die Eigenschaften dieser signifikanten Bildpunkte auf Mittelwerte festlegt. Signifikante Bildpunkte, die nicht in jedem aufgenommenen Referenzbild auftreten, sondern nur in einer gewissen Anzahl, können gemittelt in das Referenzbild übernommen werden, sofern sie zum Beispiel in einer vorgegebenen Mindestanzahl auftreten. Diese signifikanten Bildpunkte können zusätzlich mit einem Gewichtungsfaktor versehen werden, der angibt, welchen Grad an Signifikanz die Bildpunkte aufweisen. Bei der biometrischen Erkennung wird einer fehlenden Übereinstimmung des aktuell aufgenommenen Bildes mit dem abgespeicherten Referenzbild an den Bildpunkten niedriger Signifikanz nur eine geringe Bedeutung beigemessen. So können also zum Beispiel bei einem Fingerabdruck relativ schwierig reproduzierbare Minutien in dem Referenzbild zwar abgespeichert sein, aber mit einem Gewichtungsfaktor versehen sein, der niedrig gewählt ist, so daß eine Übereinstimmung eines aktuell aufgenommenen Bildes mit dem abgespeicherten Referenzbild an dieser Stelle für eine Identifikation oder Verifikation nicht zwingend erforderlich ist. Eine nach vorgegebenen Kriterien durchgeführte gewichtete Mittelung signifikanter Bildpunkte kann vor der Auswahl oder Synthese eines Referenzbildes erfolgen oder anhand und auf der Grundlage eines über mehrere aufgenommene Bilder zum Beispiel grauwertbasiert gemitteltes Bild, das durch die Mitteilung der signifikanten Bildpunkte zu einem Referenzbild optimiert werden soll.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur biometrischen Erkennung anhand mittels elektronischer Sensoren erfaßter Bilder,

    bei dem in einem ersten Schritt mehrere Bilder biometrischer Erkennungsmerkmale durch mindestens einen elektronisch arbeitenden Sensor erfaßt werden,

    bei dem in einem zweiten Schritt anhand vorgegebener Qualitätsmerkmale aus diesen Bildern ein Referenzbild generiert wird und

    bei dem in einem dritten Schritt eine biometrische Erkennung durchgeführt wird, indem mindestens ein Bild der biometrischen Erkennungsmerkmale erfaßt wird und daraus hervorgehende Ausprägungen dieser Erkennungsmerkmale mit Ausprägungen dieser Erkennungsmerkmale verglichen werden, die aus dem Referenzbild hervorgehen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem zweiten Schritt die in dem ersten Schritt erfaßten Bilder unter Verwendung elektronischer Schaltungen und/oder Programme im Hinblick auf vorgegebene Qualitätsmerkmale verglichen werden und ein gemäß einer vorgegebenen Gewichtung dieser Qualitätsmerkmale bestes Bild als Referenzbild ausgewählt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem zweiten Schritt die in dem ersten Schritt erfaßten Bilder oder eine ausgewählte Anzahl der in dem ersten Schritt erfaßten Bilder gemittelt werden, wobei einander entsprechende Ausprägungen der biometrischen Erkennungsmerkmale einander zugeordnet werden.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Qualitätsmerkmale eines oder mehrerer aus der Gruppe von
    1. - Anzahl signifikanter Bildpunkte,
    2. - Anzahl von Minutien eines Fingerabdruckes,
    3. - Verteilung der Anzahlen verschiedener signifikanter Bildpunkte,
    4. - Verteilung der Anzahlen verschiedener Minutien eines Fingerabdruckes,
    5. - Flächeninhalt des Bildes,
    6. - vorgegebenes Strukturmaß und
    7. - Pegel eines elektrotechnisch definierten Rauschens in der elektronischen Bilderzeugung sind.






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