СПОСОБ БИОМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ METHOD FOR BIOMETRIC IDENTIFICATION
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области биометрии и может быть использовано для защиты от поддельных биометрических параметров в системах контроля доступа и паспортных системах.The invention relates to the field of biometrics and can be used to protect against fake biometric parameters in access control systems and passport systems.
Уровень техникиState of the art
Глобальное развитие биометрических систем создает естественные предпосылки для разработки систем и методов фальсификации биометрических параметров, а также разработки систем и методов по защите от фальсификации при биометрической идентификации. Условно все методы защиты от поддельных или фальсифицированных биометрических параметров можно разделить на статические и динамические. К статическим методам защиты следует отнести дополнительно определяемое мгновенное значение определенной физической величины, которое должно быть присуще реальному биометрическому параметру и отсутствовать у фальсифицированного. Примером такой защиты может быть определение электрического сопротивления кожи пальца или руки для дактилоскопических сенсоров и систем с помощью специальной системы электродов (RU 2218084, МКИ A61B5/117, oпyбл.10.12.2003, US 6175641 , МКИ A61 B5/117B, опубл.16.01.2001 ), а также для идентификации по форме ладони (US 6181808, МКИ G06K9/00, oп.30.01.2001 ). Известен принцип получения дактилоскопического изображения в проходящем через палец свете (RU п.2031625, МКИ A61 B5/117, oп.27.03.95 г., US п.6668071 , МКИ G06K9/00, оп. 23.12.2003, RU п.2195020, МКИ G06K5/00, 19/00, G07F7/10, oп.20.12.2002 г.).The global development of biometric systems creates natural prerequisites for the development of systems and methods for falsifying biometric parameters, as well as the development of systems and methods for protecting against tampering with biometric identification. Conventionally, all methods of protection against fake or falsified biometric parameters can be divided into static and dynamic. Static methods of protection should include an additionally determined instantaneous value of a certain physical quantity, which should be inherent in the real biometric parameter and absent in the falsified one. An example of such protection can be the determination of the electrical resistance of the skin of a finger or hand for fingerprint sensors and systems using a special electrode system (RU 2218084, MKI A61B5 / 117, publ. 10.12.2003, US 6175641, MKI A61 B5 / 117B, publ. 16.01. 2001), as well as for identification by palm shape (US 6181808, MKI G06K9 / 00, op.30.01.2001). The known principle of obtaining a fingerprint image in the light passing through the finger (RU p.2031625, MKI A61 B5 / 117, op.27.03.95, US p.6668071, MKI G06K9 / 00, op.23.12.2003, RU p.2195020 , MKI G06K5 / 00, 19/00, G07F7 / 10, op.20.12.2002).
Другим примером статической дополнительной защиты является измерение температуры объекта и других физиологических параметров, присущих человеку, что используется как в контактных биометрических системах идентификации, например дактилоскопических (US 5719950, МКИ G06K9/00, опубл. 17.02.1998), так и в бесконтактных, например системах распознавания по лицу или сетчатке глаза. Дополнительно измеряемая, физическая величина позволяет в некоторых случаях отвергать поддельные биометрические носители, однако, если эта физическая величина является известной, то, возможно, ее использование и в
фальсифицированном биометрическом параметре. Для фальсификации, например, электрического сопротивления кожи, достаточно изготовить фальшивый отпечаток пальца из электропроводящего силикона, имеющего электрическое сопротивление, аналогичное сопротивлению кожи пальца. Для фальсификации температурной защиты достаточно изготовить фальсифицированный носитель из материала с хорошей теплопроводностью, тогда выявить подделку статическим методом практически невозможно. Кроме того, введение измерения дополнительного параметра требует создания дополнительных аппаратных средств, например системы электродов на дактилоскопическом сенсоре для измерения электрического сопротивления кожи или температурного датчика для измерения температуры тела. Это приводит к удорожанию и усложнению системы биометрической идентификации и снижает надежность работы.Another example of static additional protection is the measurement of the temperature of an object and other physiological parameters inherent in humans, which is used both in contact biometric identification systems, for example fingerprint systems (US 5719950, MKI G06K9 / 00, publ. 02.17.1998), and in non-contact systems, for example recognition systems for the face or retina. An additionally measured physical quantity makes it possible in some cases to reject fake biometric media, however, if this physical quantity is known, then it is possible to use it in falsified biometric parameter. To falsify, for example, the electrical resistance of the skin, it is sufficient to produce a fake fingerprint of electrically conductive silicone having an electrical resistance similar to that of the skin of a finger. To falsify thermal protection, it is sufficient to fabricate a fake carrier from a material with good thermal conductivity, then it is practically impossible to detect fake by the static method. In addition, the introduction of the measurement of an additional parameter requires the creation of additional hardware, for example, an electrode system on a fingerprint sensor for measuring the electrical resistance of the skin or a temperature sensor for measuring body temperature. This leads to an increase in the cost and complexity of the biometric identification system and reduces the reliability.
Таким образом, статические методы защиты от поддельных биометрических носителей не обеспечивают реального выявления поддельных носителей, т.к. основаны на измерении дополнительных статических параметров, лишь частично отражающих свойства живых объектов.Thus, static methods of protection against fake biometric media do not provide real identification of fake media, because based on the measurement of additional static parameters that only partially reflect the properties of living objects.
Другим возможным способом статической защиты при биометрической идентификации является детальный анализ формы вводимого биометрического параметра. Действительно, подделка, обычно, сделана менее качественно, чем оригинал, который содержит огромное количество мелких деталей, не передающихся при изготовлении подделки. Например, для отпечатка пальца, это может быть поры на коже (пороскопия) или форма края папиллярной линии (эджескопия), которые существенно отличаются на оригинале и подделке. Однако, для детального анализа формы биометрического параметра необходимо, прежде всего, иметь высокую разрешающую способность сканера. Для уверенной идентификации по особым точкам отпечатка пальца достаточно иметь разрешающую способность сканера 500 dрi (при площади ~ 1 ,5 см 2), а для анализа формы желательно иметь разрешающую способность более 1500 dрi. Такая высокая разрешающая способность существенно затрудняет работу системы в режиме реального времени, увеличивает стоимость системы и, в конечном счете, не дает гарантии защиты, потому что, возможно, изготовить фальшивый биометрический носитель с учетом повышенной разрешающей способности.Another possible method of static protection during biometric identification is a detailed analysis of the form of the input biometric parameter. Indeed, a fake is usually made less qualitatively than the original, which contains a huge number of small parts that are not transmitted during the manufacture of the fake. For example, for a fingerprint, it can be pores on the skin (poroscopy) or the shape of the edge of the papillary line (ejoscopy), which differ significantly on the original and the fake. However, for a detailed analysis of the shape of the biometric parameter, it is necessary, first of all, to have a high resolution scanner. For reliable identification by specific points of the fingerprint, it is enough to have a scanner resolution of 500 dpi (with an area of ~ 1.5 cm 2 ), and for analyzing the shape it is desirable to have a resolution of more than 1500 dpi. Such a high resolution significantly complicates the operation of the system in real time, increases the cost of the system and, ultimately, does not give a guarantee of protection, because it is possible to produce a fake biometric carrier taking into account the increased resolution.
Известные динамические способы защиты от подделок основаны на анализе изменения во времени основного или дополнительного биометрического параметра.
Наиболее известным биометрическим параметром, характеризующим реального человека, является его пульс и пульсовые волны, вызываемые сокращением сердечной мышцы.Known dynamic methods of protection against fakes are based on the analysis of changes in time of the main or additional biometric parameter. The most famous biometric parameter characterizing a real person is his pulse and pulse waves, caused by the contraction of the heart muscle.
Известен способ, устройство регистрации пульсовой волны и биометрическая система идентификации, позволяющие выявлять фальшивые носители дактилоскопической информации за счет эффекта объемного пульса, наблюдаемого в кончиках пальца, т.е. синхронных пульсовых волн, фиксируемых в различных точках и областях одного объекта. Указанный способ включает считывание информации о биометрическом параметре пользователя - регистрацию пульсовой волны путем освещения кровенесущей ткани, преобразование светового потока, обусловленного рассеянием на кровенесущей ткани, в электрический сигнал с помощью оптоэлектронного преобразователя, обработку полученной пульсовой волны с помощью нескольких фоточувствительных областей, расположенных на находящихся рядом местах кровенесущей ткани, сравнение полученной информации с образцом и защиту от поддельного биометрического параметра с помощью информации об объемном пульсе (RU 2199943, МКИ A61 B5/02, опубл.The known method, a pulse wave registration device and a biometric identification system that allows to identify fake carriers of fingerprint information due to the effect of the volume pulse observed at the fingertips, i.e. synchronous pulse waves recorded at various points and areas of the same object. The specified method includes reading information about a user's biometric parameter - registering a pulse wave by illumination of a blood-bearing tissue, converting the light flux caused by scattering on a blood-bearing tissue into an electrical signal using an optoelectronic converter, processing the resulting pulse wave using several photosensitive regions located nearby places of a blood-bearing tissue, comparison of the received information with a sample and protection against fake biometrics th parameter using information about the volume pulse (RU 2199943, MKI A61 B5 / 02, publ.
10.03.2001 ).03/10/2001).
Способ позволяет успешно выявлять фальшивые носители дактилоскопического изображения при наличии у человека нормального периферийного пульса в кончиках пальцев. Однако известно, что при некоторых заболеваниях периферийный пульс у человека может практически отсутствовать, также происходит существенное уменьшение периферийного пульса, связанное с уменьшением размеров микрокапилляров, например при охлаждении организма, или когда человек нервничает. Данное свойство существенно ограничивает применение данного способа для выявления поддельных дактилоскопических носителей информации. Кроме того, данный способ защиты применим только для систем, работающих в проходящем через объект свете, а указанные системы составляют незначительную часть биометрического рынка.The method allows to successfully identify fake carriers of a fingerprint image in the presence of a normal peripheral pulse in the fingertips. However, it is known that in some diseases the peripheral pulse in a person may be practically absent, there is also a significant decrease in the peripheral pulse associated with a decrease in the size of microcapillaries, for example, when the body is cooled, or when the person is nervous. This property significantly limits the use of this method to detect fake fingerprint media. In addition, this method of protection is applicable only to systems operating in the light passing through the object, and these systems form an insignificant part of the biometric market.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Предлагаемый способ решает задачу повышения надежности системы биометрической идентификации путем уменьшения ошибок при выявлении поддельных биометрических носителей.The proposed method solves the problem of increasing the reliability of the biometric identification system by reducing errors in identifying fake biometric media.
Достигается это тем, что в известном способе биометрической идентификации, включающем считывание (ввод) информации о биометрическом параметре пользователя, сравнение полученной информации с образцом и защиту
от поддельного биометрического параметра, защиту от поддельного биометрического параметра осуществляют измеряя механическое движение (перемещение) данного биометрического параметра, выявляют параметры движения, присущие биометрическому параметру и отвергают вводимый биометрический параметр как поддельный при отклонении указанного параметра от установленной нормы.This is achieved by the fact that in the known method of biometric identification, including reading (entering) information about the biometric parameter of the user, comparing the received information with the sample and protection from a fake biometric parameter, protection against a fake biometric parameter is carried out by measuring the mechanical movement (movement) of a given biometric parameter, the motion parameters inherent in the biometric parameter are detected and rejected biometric parameter is rejected when the specified parameter deviates from the established norm.
В другом варианте способа в качестве биометрического параметра используют отпечаток пальца, а механическое движение отпечатка пальца измеряют по временной зависимости площади контактной поверхности отпечатка пальца.In another embodiment of the method, a fingerprint is used as a biometric parameter, and the mechanical movement of the fingerprint is measured by the time dependence of the area of the contact surface of the fingerprint.
Отличием является также то, что площадь контактной поверхности отпечатка пальца определяют, используя параметры плотности распределения сигнала биометрического носителя, например ширину среднеквадратического отклонения.The difference is also that the contact surface area of the fingerprint is determined using the parameters of the distribution density of the signal of the biometric carrier, for example, the width of the standard deviation.
В следующем варианте способа механическое движение биометрического параметра измеряют, используя временную зависимость интегрального значения, например центра тяжести данного биометрического параметра.In a further embodiment of the method, the mechanical movement of the biometric parameter is measured using the time dependence of the integral value, for example, the center of gravity of the given biometric parameter.
Известно, что пульсовая волна, перемещаясь внутри кровеносных сосудов человека, изменяет кровенаполнение, а значит и прозрачность кровеносных сосудов внутри организма человека (RU 2199943, МКИ A61 B5/02, опубл. 10.03.2001 ). Также известно, что в соответствии с третьим законом Ньютона для замкнутой системы должен выполняться закон сохранения импульса, т.е. внутреннее движение должно вызывать внешнее перемещение. Конечно, человеческий организм представляет собой достаточно сложную систему, весьма далёкую от классической механики и динамики, однако многие ученые предполагают, что именно фрактальная динамика и является одной из основных характеристик высокоразвитых организмов (Вассерман E.A., Карташев H. К., Полонников P. И. "Фрактальная динамика электрической активности мозга", С. Петербург, Наука, 2004г.). Наложение множества процессов мышечной, мозговой, электрической активности, одновременно происходящих на различных уровнях, должно, по логике, приводить к смазыванию каждого из перечисленных процессов и создавать сложности для их отдельного восстановления из хаоса механического движения. Действительно, достаточно тяжело поверить, что можно выявить, например, пульсовую составляющую в доле микрон на фоне скорости перемещения частей тела человека в несколько см/с. Однако с помощью относительно несложной математики авторам удалось устойчиво выявить механическое перемещение
пальца, синхронное с пульсовой волной при установке пальца в многоэлементный матричный дактилоскопический сенсор.It is known that the pulse wave, moving inside the human blood vessels, changes the blood supply, and hence the transparency of the blood vessels inside the human body (RU 2199943, MKI A61 B5 / 02, publ. 10.03.2001). It is also known that in accordance with Newton’s third law for a closed system, the law of conservation of momentum must be satisfied, i.e. internal movement should cause external movement. Of course, the human body is a fairly complex system, very far from classical mechanics and dynamics, but many scientists suggest that it is fractal dynamics that is one of the main characteristics of highly developed organisms (Wasserman EA, Kartashev H. K., Polonnikov P. I. "Fractal dynamics of the electrical activity of the brain", St. Petersburg, Nauka, 2004). The imposition of many processes of muscle, brain, electrical activity, simultaneously occurring at different levels, should, logically, lead to the lubrication of each of these processes and create difficulties for their separate recovery from the chaos of mechanical motion. Indeed, it is hard enough to believe that, for example, it is possible to identify the pulse component in a fraction of microns against the background of the speed of movement of parts of the human body at several cm / s. However, with the help of relatively simple mathematics, the authors managed to stably identify mechanical displacement finger, synchronous with the pulse wave when installing the finger in a multi-element matrix fingerprint sensor.
Кожа человека представляет собой сложную многослойную структуру (Кожа (Строение, функция, общая патология и терапия), под ред. Фролова E. П., Москва, Медицина, 1982 г), механические свойства которой достаточно сложно подделать, т.к. поверхностный слой кожи состоит из отдельных ороговевших клеток, а практически все подделки изготавливают из монолитного материала. Пальцы человека обладают определенной упругостью, которая обычно существенно различна для людей, занимающихся физическим или умственным трудом. При этом была отмечена определенная закономерность: при установке на контактную поверхность пальцы, которые условно можно назвать жесткими, совершают большее перемещение по горизонтальной оси, а пальцы, которые условно можно назвать мягкими, совершают большее перемещение по вертикальной оси, причем амплитуда, частота и фаза этих перемещений синхронизированы с прохождением пульсовой волны в теле человека. Авторам удалось установить, что данный эффект наблюдается и при практическом отсутствии периферийного пульса в кончиках пальцев, т.е. когда прозрачность пальцев практически не изменяется из-за сужения микрокапилляров. Наблюдаемое явление существенно уменьшает возможность изготовления не выявляемых фальшивых носителей биометрической и, прежде всего, дактилоскопической информации, т.к. копирование свойств эластичности кожи в дополнение ко всем другим параметрам представляет собой трудноразрешимую задачу.Human skin is a complex multilayer structure (Skin (Structure, Function, General Pathology and Therapy), edited by E. P. Frolov, Moscow, Medicine, 1982), the mechanical properties of which are rather difficult to fake, because the surface layer of the skin consists of individual keratinized cells, and almost all fakes are made of monolithic material. The fingers of a person have a certain elasticity, which is usually significantly different for people engaged in physical or mental labor. At the same time, a certain regularity was noted: when installed on the contact surface, the fingers, which can be conditionally called rigid, move more along the horizontal axis, and the fingers, which can be conditionally called soft, make more movement along the vertical axis, with the amplitude, frequency and phase of these movements are synchronized with the passage of the pulse wave in the human body. The authors were able to establish that this effect is also observed with the practical absence of a peripheral pulse at the fingertips, i.e. when the transparency of the fingers practically does not change due to the narrowing of the microcapillaries. The observed phenomenon significantly reduces the possibility of manufacturing undetectable fake carriers of biometric and, above all, fingerprint information, because copying the properties of skin elasticity in addition to all other parameters is an intractable task.
Предлагаемый способ биометрической идентификации особенно важен для применения в составе биометрической паспортной системы, стоимость которой может составлять несколько миллиардов долларов, а стоимость средств, затраченных на изготовление фальшивого биометрического параметра, может не превышать всего 100 долларов США (T. Маtsumоtо, H. Маtsumоtо, К. Yаmаdа, S. Ноshiпо "Fiпgегs on Fiпgеrрriпt sуstеms". Proceedings of SPIE, vоl. 4677, Jапuаrу, 2002.). При этом если паспортная система не способна выявить поддельный носитель биометрической информации, то все средства на нее будут затрачены впустую, если паспортная система не оснащена надежной системой защиты от поддельных биометрических носителей. Естественно, что возможно наблюдение не только пульсовой кривой, но и её вариабельности, например, используя метод фрактальной динамики (Вассерман E.A., Карташев H. К., Полонников P. И. "Фрактальная динамика электрической активности мозга", С. Петербург, Наука, 2004г.). При этом конечно, увеличивается и время измерения (до 30с), но
вероятность пропуска поддельного носителя становится ниже, что может быть существенным для особо охраняемых объектов.The proposed method of biometric identification is especially important for use as part of a biometric passport system, the cost of which can be several billion dollars, and the cost of the production of a fake biometric parameter may not exceed only 100 US dollars (T. Matsumoto, H. Matsumoto, K Yamada, S. Butsho, “Fipegs on Fixture Systems. Proceedings of SPIE, vol. 4677, Japan, 2002.). Moreover, if the passport system is not able to identify a fake carrier of biometric information, then all the money will be wasted on it if the passport system is not equipped with a reliable system of protection against fake biometric carriers. Naturally, it is possible to observe not only the pulse curve, but also its variability, for example, using the method of fractal dynamics (Wasserman EA, Kartashev H. K., Polonnikov P. I. "Fractal dynamics of the electrical activity of the brain", St. Petersburg, Science, 2004). In this case, of course, the measurement time also increases (up to 30 s), but the probability of skipping a fake medium becomes lower, which may be essential for specially protected objects.
Перечень фигур чертежей На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого способа биометрической идентификации.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed method of biometric identification.
На фиг. 2 приведены графики пульсовых волн, полученные одновременно для реального пальца с ярко выраженным периферийным пульсом: а) при измерении временной зависимости "прозрачности" пальца; b) при измерении временной зависимости среднеквадратического отклонения (CKO); с) при измерении временной зависимости математического центра тяжести.In FIG. Figure 2 shows the graphs of pulse waves obtained simultaneously for a real finger with a pronounced peripheral pulse: a) when measuring the temporal dependence of the "transparency" of the finger; b) when measuring the time dependence of the standard deviation (CKO); c) when measuring the time dependence of the mathematical center of gravity.
На фиг. 3 приведены графики пульсовых волн для практически отсутствующего периферийного пульса: a) на реальном пальце при измерении временной зависимости "прозрачности" пальца; b) на реальном пальце при измерении временной зависимости CKO; c) на реальном пальце при измерении временной зависимости математического центра тяжести.In FIG. Figure 3 shows the graphs of pulse waves for a practically absent peripheral pulse: a) on a real finger when measuring the temporal dependence of the "transparency" of the finger; b) on a real finger when measuring the time dependence of CKO; c) on a real finger when measuring the time dependence of the mathematical center of gravity.
На фиг. 4 приведены графики пульсовых волн для фальсифицированного биометрического параметра, установленного на реальный палец: a) при измерении временной зависимости "прозрачности" пальца; b) при измерении временной зависимости CKO; с) при измерении временной зависимости математического центра тяжести.In FIG. Figure 4 shows the graphs of pulse waves for a falsified biometric parameter mounted on a real finger: a) when measuring the temporal dependence of the "transparency" of the finger; b) when measuring the time dependence of CKO; c) when measuring the time dependence of the mathematical center of gravity.
На фиг. 5 приведены плотность распределения сигнала с дактилоскопического сканера в момент прохождении пульсовой волны через палец (а) и в обычном состоянии (b).In FIG. Figure 5 shows the distribution density of the signal from a fingerprint scanner at the time the pulse wave passes through the finger (a) and in the normal state (b).
Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention
Приведем пример конкретного выполнения способа при использовании дактилоскопического сканера, основанного на принципе получения дактилоскопического изображения в проходящем через палец свете. Считывание информации о биометрическом параметре пользователя осуществляют, устанавливая палец пользователя в дактилоскопический сканер
DC21 P (см. информацию на сайте www.еlsуs.ru от 06.2004), подсоединенный к персональному компьютеру Sаmsuпg РЗО, через параллельный порт, работающий в режиме EPP. Информация об образце, т.е. оригинальном отпечатке была заранее занесена в базу данных, а также на пластиковую карту (паспорт) пользователя (см. информацию на сайте www.еlsуs.ru от 06.2004). Программа DC Теst Рulsе, загруженная на персональный компьютер, первоначально осуществляет сравнение сканируемого отпечатка с отпечатком, хранящимся в базе данных (с образцом), а затем осуществляет проверку подлинности вводимого биометрического параметра, выявляя совпадение частотных составляющих пульсовых волн с помощью быстрого Фурье преобразования для пульсовых кривых, полученных различным методами расчета и с различных участков отпечатка пальца. Результаты измерений выводятся программной биометрической идентификации на экран PC и на внешнее управляющее устройство. Проверку подлинности и сравнение параметров движения осуществляют, анализируя получаемый спектр основных частот за 5 секунд. Естественно, что отсутствие пульсовых перемещений или их вариабельность более определенного порога в 20% формирует сигнал "Нет" при сравнении параметров движения, и система возвращается к новому циклу считывания биометрической информации. В случае совпадения частотных параметров механического движения и объемного пульса проверка подлинности считается осуществленной положительно, и полученное дактилоскопическое изображение сравнивают с образцом, после чего делают вывод о результате идентификации. В противном случае, когда отсутствует механическое движение отпечатка или его вариабельность превышает 20%, биометрический параметр отвергается как поддельный и система возвращается к первоначальному считыванию и дает предупредительный звуковой сигнал. Частота считывания дактилоскопических изображений для сканера DC21 P составляет 50 кадров/с, что вполне достаточно для уверенной регистрации пульса, а мощность компьютера P1600M достаточна для проведения регистрации пульсовых волн и идентификации пользователя в режиме реального времени. Поясним пульсовые кривые, приведенные на фиг 2. Из данного рисунка следует, что у большинства людей при наличии четкого периферийного пульса можно наблюдать пульсовые волны не только по изменению прозрачности внутри пальца, но и по движению пальца по вертикали и горизонтали. Это заключение достаточно важно, т.к. позволяет фиксировать пульсовую волну не только с помощью дактилоскопического сканера, просвечивающего палец, что уже было известно ранее, но и с помощью любых других дактилоскопических сканеров
(оптических, емкостных), имеющих достаточное быстродействие (не менее 50 f/s) и разрешающую способность.Here is an example of a specific implementation of the method when using a fingerprint scanner, based on the principle of obtaining a fingerprint image in the light passing through the finger. Reading information about the biometric parameter of the user is carried out by installing the user's finger in a fingerprint scanner DC21 P (see the information on the website www.elsls.ru dated 06.2004) connected to the SAMsupg REO personal computer via a parallel port operating in EPP mode. Sample information, i.e. the original print was pre-recorded in the database, as well as on a plastic card (passport) of the user (see information on the website www.elsls.ru dated 06.2004). The DC Test Pulse program, downloaded to a personal computer, initially compares the scanned fingerprint with the fingerprint stored in the database (with the sample), and then verifies the authenticity of the input biometric parameter, revealing the coincidence of the frequency components of the pulse waves using a fast Fourier transform for pulse curves obtained by various calculation methods and from different areas of the fingerprint. The measurement results are displayed by software biometric identification on the PC screen and on an external control device. Authentication and comparison of motion parameters is carried out by analyzing the resulting spectrum of fundamental frequencies in 5 seconds. Naturally, the absence of pulse displacements or their variability of more than a certain threshold of 20% generates a "No" signal when comparing motion parameters, and the system returns to a new cycle of reading biometric information. If the frequency parameters of the mechanical movement and the volume pulse coincide, the authentication is considered to be positive, and the fingerprint image obtained is compared with the sample, after which a conclusion is made about the identification result. Otherwise, when there is no mechanical movement of the fingerprint or its variability exceeds 20%, the biometric parameter is rejected as fake and the system returns to the original reading and gives a warning sound signal. The fingerprint reading frequency for the DC21 P scanner is 50 frames / s, which is quite sufficient for reliable pulse recording, and the P1600M computer power is sufficient for real-time recording of pulse waves and user identification. Let us explain the pulse curves shown in Fig 2. From this figure it follows that for most people with a clear peripheral pulse, pulse waves can be observed not only by a change in transparency inside the finger, but also by the movement of the finger vertically and horizontally. This conclusion is important enough, because allows you to capture the pulse wave not only with the help of a fingerprint scanner, a translucent finger, as was previously known, but also with the help of any other fingerprint scanners (optical, capacitive) with sufficient speed (at least 50 f / s) and resolution.
На фиг. 3 приведены пульсовые кривые для человека, имеющего слабый периферийный пульс. Исследования показали, что в нормальных условиях примерно 5 - 10% людей имеет такую картину, а при охлаждении или стрессе этот процент увеличивается. Приведенные кривые показывают, что пульсовые волны при механическом перемещении пальца менее чувствительны к периферийному пульсу, чем изменение прозрачности, а значит более надежно характеризуют живой палец. На фиг. 4 приведены пульсовые кривые для наиболее сложного, с точки зрения выявления подделки, фальшивого пальца, когда на реальный палец установлена прозрачная силиконовая тонкая прокладка с чужим трехмернымIn FIG. Figure 3 shows the pulse curves for a person with a weak peripheral pulse. Studies have shown that under normal conditions, about 5 - 10% of people have this picture, and with cooling or stress, this percentage increases. These curves show that pulse waves during mechanical movement of the finger are less sensitive to peripheral pulse than a change in transparency, which means they more reliably characterize the live finger. In FIG. Figure 4 shows the pulse curves for the most complex, from the point of view of detecting a fake, fake finger when a transparent silicone thin pad with someone else's three-dimensional is installed on a real finger
(рельефным) отпечатком пальца. Из рисунка следует, что такой фальшивый дактилоскопический носитель приводит практически к исчезновению пульсаций, связанных с механическим перемещением. Вероятно, это происходит из-за существенной разницы в эластичности и механико-инерционных свойств реального пальца и фальшивого дактилоскопического носителя.(embossed) fingerprint. It follows from the figure that such a fake fingerprint carrier practically leads to the disappearance of pulsations associated with mechanical displacement. This is probably due to a significant difference in the elasticity and mechanical-inertial properties of a real finger and a false fingerprint carrier.
Таким образом, отсутствие механического пульса в пальце может свидетельствовать о наличии фальшивого дактилоскопического носителя и давать сигнал о возможной фальсификации системы, что особенно важно для паспортной технологии, в которой необходимо уверенно различать изображение отпечатка пальца на документе от живого пальца.Thus, the absence of a mechanical pulse in the finger may indicate the presence of a fake fingerprint carrier and give a signal about the possible falsification of the system, which is especially important for passport technology, in which it is necessary to confidently distinguish the image of a fingerprint on a document from a living finger.
На фиг. 5 показано изменение плотности распределения сигнала отпечатка пальца при прохождении пульсовой волны, когда палец плотнее прижимается к контактной поверхности (Фиг. 5а) и ширина распределения и CKO существенно уменьшается по сравнению с моментом времени, когда плотность крови в пальце уменьшается (Фиг. 5b). Так как CKO является интегральной и относительной характеристикой, то оказалось, что временная зависимость CKO мало чувствительна к шумам и артефактам и хорошо передают параметры пульса. Возможно использование и других математических характеристик, отражающих ширину распределения или расстояния между модами (максимумами распределений) для получения пульсовой зависимости.In FIG. Figure 5 shows the change in the density distribution of the fingerprint signal during the passage of the pulse wave, when the finger is pressed closer to the contact surface (Fig. 5a) and the distribution width and CKO are significantly reduced compared to the time when the blood density in the finger decreases (Fig. 5b). Since CKO is an integral and relative characteristic, it turned out that the temporal dependence of CKO is slightly sensitive to noise and artifacts and transmit pulse parameters well. It is possible to use other mathematical characteristics that reflect the distribution width or the distance between modes (distribution maxima) to obtain a pulse dependence.
Естественно, что приведенная в описании реализация способа биометрической идентификации, не ограничивает возможные применения предлагаемого изобретения, которые могут быть значительно шире и определяться уровнем развития техники.
В качестве примера биометрической технологии в данном описании была использована дактилоскопическая технология, как наиболее распространенная и имеющая лучшие характеристики. Естественно, возможно применение предлагаемого метода и для защиты других биометрических параметров, связанных с движением тела человека, например идентификации по лицу или радужной оболочке глаза.Naturally, the implementation of the method of biometric identification described in the description does not limit the possible applications of the present invention, which can be much wider and determined by the level of technology development. As an example of biometric technology in this description was used fingerprint technology, as the most common and having the best characteristics. Naturally, it is possible to use the proposed method to protect other biometric parameters associated with the movement of the human body, for example, identification by the face or iris.
Применение данного изобретения возможно и в комплексе с другими способами защиты от поддельных биометрических параметров, что должно обеспечить надежность биометрической системы в соответствии с требованиями рынка и заказчиков.
The application of this invention is possible in combination with other methods of protection against fake biometric parameters, which should ensure the reliability of the biometric system in accordance with the requirements of the market and customers.