СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ СВОЙСТВ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА КОЖИ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2003 года по МПК A61B5/53 A61B5/117 

В современных системах контроля права прохода или доступа для идентификации могут применяться, в числе прочих средств, отпечатки пальцев. Существенной предпосылкой для такого применения является защита от фальсификации. В частности, необходимо предотвратить возможность получения права доступа с использованием фальсифицированных или отрезанных пальцев. Поэтому наряду с проверкой отпечатков пальцев необходимо также удостовериться в том, что личность с данным отпечатком пальца является живым человеком. В заявке WO 95/26013 описаны различные способы электронной идентификации личности, с помощью которых дополнительно к снятию отпечатка пальца можно установить, жив ли человек. К этим способам относится снятие частоты пульса или прием электрокардиографических сигналов, измерение содержания кислорода в крови, температуры кожи, давления крови или механических свойств поверхности кожи.

Задачей настоящего изобретения является создание простого способа распознавания свойств живого организма кожи человека, в частности, при совместном использовании с датчиком отпечатков пальцев.

Указанная задача решается способом, характеризуемым признаками, приведенными в пункте 1 формулы изобретения.

В соответствующем изобретению способе используется то обстоятельство, что кожа живого человека имеет характерное строение слоев. Решающее значение для заявленного изобретения имеет то, что эти слои обладают заметно различающейся электрической проводимостью. Если эти слои находятся в электрическом поле, сформированном определенной конфигурацией электродов, то образуется резистивно-емкостная система с вполне определенной частотной характеристикой.

На чертеже приведены диаграммы, на которых омическое сопротивление (действительная часть импеданса) и емкость (пропорциональная мнимой части импеданса) соответственно представлены на графиках для различных условий в зависимости от логарифма частоты приложенного напряжения. Для осуществления соответствующего измерения указательный палец прикладывался к кремниевой пластине, покрытой оксидом, и измерялся импеданс данной конфигурации. На графиках с левой стороны чертежа нанесены группы кривых для различных состояний пальца. Штриховая кривая 1 соответствует влажному пальцу, сплошная кривая 2 - нормальному состоянию пальца, нижняя пунктирная кривая 3 - сухому пальцу. Верхней пунктирной кривой 4 соответствует измерение, проведенное для кончика среднего пальца. На графиках с правой стороны представлены характеристики, полученные при тестировании двух различных персон. Легко видеть, что сходные характеристические кривые получены в существенной степени независимо от состояния пальцев и от различных тестируемых персон.

Особенно ярко выражена характеристика кривой омического сопротивления. Ход этой кривой весьма затруднительно имитировать с использованием искусственного пальца; в случае же отрезанного пальца ход кривой быстро изменяется вследствие отмирания тканей кожи. Ниже описано, каким образом эта характеристическая кривая импеданса может быть использована для верификации подлинности и свойств живого организма приложенного пальца.

На первом этапе генерируется опорная характеристика. При этом можно как непосредственно измерять частотную характеристику (как показано на приложенных чертежах), так и использовать характеристику изменения измеряемого сигнала во времени. Примером последнего способа является приложение скачка напряжения к электродам и измерение изменения во времени тока заряда. Соответствующие характеристики выглядят полностью различными, но принципиально равноценны, так как они коррелируют друг с другом посредством преобразования Фурье или свертки. То, какой из способов применять, зависит от конкретных условий использования. В случае высоких требований к надежности идентификации могут, например, оцениваться действительная и мнимая части импедансной характеристики. В случае более простых применений достаточно использовать абсолютное значение импеданса, так как это значение может быть получено простым определением измерительного тока. Предпочтительным образом опорная характеристика формируется таким образом, что она представляет усредненный вид импедансной кривой. Это может быть реализовано с помощью, например, определения множества в необходимом случае снятых при различных условиях кривых. Предпочтительным образом опорная характеристика снимается отдельно для каждого подлежащего впоследствии идентификации лица. Выбранные значения импеданса в выбранном диапазоне частоты переменного напряжения запоминаются, например, вместе с существенными характеристиками (детальными очертаниями) отпечатка пальца. Затем при проверке отпечатка пальца можно сравнивать как собственно отпечаток пальца, так и характеристику для распознавания признаков живого организма с запомненными значениями. Поскольку имеют место лишь незначительные отклонения между характеристиками для различных персон (как видно из графиков в правой части чертежа), то можно в необходимом случае применять одну единственную опорную характеристику для всех идентифицируемых персон. При сравнении текущей распознаваемой характеристики с этой запомненной опорной характеристикой в этом случае следует допускать более значительные пределы отклонений (более широкие допуска).

Вместо того, чтобы для измерения частотной зависимости использовать чисто синусоидальное колебание, можно применять также суперпозицию частот. Подобные суперпозиции, например различные формы импульсов (прямоугольные импульсы, импульсы пилообразной формы и т.д.), часто проще генерировать, чем чисто синусоидальные колебания. За счет соответствующей фильтрации можно ограничить диапазон, в котором находятся перекрываемые частоты, определенной шириной интервала. Полученные измеренные значения или характеристики соответствуют определению измеренных значений с использованием синусоидального колебания. Если ширина интервала перекрывающихся частот выбрана достаточно малой, то можно и при этом упрощенном способе получить в достаточной мере репрезентативную характеристику или соответственно осуществить текущие измерения.

При каждой идентификации личности соответствующая характеристика измеряется и сравнивается с опорной характеристикой. Если при этом обнаруживается достаточное согласование и специфические для распознаваемой личности измеренные значения (детальные характеристики отпечатка пальца) также совпадают с опорными значениями, то данная личность квалифицируется как идентифицированная и получает право прохода или доступа. Такое сравнение характеристик может осуществляться известным способом путем оценки разности значений функций. Можно, например, квадраты разности значений характеристик по каждой частоте суммировать или интегрировать, абсолютные значения этих разностей суммировать или интегрировать, или определять максимум этих разностей. Точность сравнения может быть повышена за счет сравнения логарифмов или первых производных характеристик друг с другом.

Соответствующий изобретению способ можно осуществить в датчике отпечатков пальцев с применением электрических проводников в датчике. Для этого применяется датчик, в котором в опорной плоскости для снятия отпечатка пальца или под ней размещены электрические проводники, которые при приложении кончика пальца приводятся в непосредственное касание с поверхностью кожи (гальваническая связь) или устанавливаются на определенном расстоянии от поверхности кожи (емкостная связь). В последнем случае между проводником и опорной плоскостью для пальца находится, например, диэлектрический слой в качестве защитного слоя или покрытия.

Для измерения может применяться отдельный проводник или два изолированных один от другого проводника. Если применяется только один проводник, то приложенный палец действует в качестве соединения с потенциалом земли. При применении двух электрических проводников проводники предпочтительно размещены на некотором расстоянии, которое превышает толщину эпидермиса. Способ, таким образом, можно реализовать с использованием проводников, которые расположены один от другого на расстоянии по меньшей мере 2 мм. Достаточно, если проводники представляют собой металлические пластинки площадью 10 мм²; в соответствии с требуемым разрешением при измерениях можно также использовать и меньшие размеры. Измерение импеданса может осуществляться способом, который сам по себе известен, причем следует обращать внимание на то, чтобы выбранный метод измерений обеспечивал результат, точность которого достаточна для цели измерения. В случае, когда заявленный способ используется в датчике отпечатков пальцев, проводник или соответственно проводники для распознавания свойств живого организма размещаются предпочтительно на краю опорной плоскости для кончика пальца. Так как датчик, как правило, сам выполнен из электропроводных элементов, то некоторые из этих элементов датчика могут использоваться для осуществления описанного способа. Способ в таком случае может осуществляться, в принципе, с использованием обычных датчиков с применением соответствующих электронных средств.

Изобретение предназначено для того, чтобы при проверке отпечатков пальцев удостовериться, что отпечатки принадлежат живому человеку. Характеристика импеданса поверхности кожи измеряется в функции частоты электрического переменного напряжения путем приложения напряжения к одному или нескольким электрическим проводникам, которые связаны с поверхностью кожи гальваническим или емкостным способом, и путем изменения частоты сравнивается с опорной характеристикой, которая была предварительно сформирована. При существенном совпадении характеристической кривой этой характеристики принимается решение о том, что поверхность кожи является тканью живого организма. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ распознавания свойств живого организма кожи человека, при котором некоторую область поверхности кожи приводят в контакт по меньшей мере с одним электрическим проводником или устанавливают на предварительно определенном расстоянии по меньшей мере от одного электрического проводника, отличающийся тем, что прикладывают к электрическому проводнику электрический потенциал суперпозиции частот или электрического переменного напряжения с изменяемой частотой, с помощью проводимого при упомянутом потенциале измерения определяют действительную часть электрического импеданса в функции частоты и, проверяют совпадение полученной функции с предварительно сформированной опорной функцией. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрический потенциал представляет собой суперпозицию частот, которая дает импульс напряжения или скачок напряжения. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрический потенциал представляет собой суперпозицию частот из ограниченного интервала. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что некоторую область поверхности кожи приводят в контакт по меньшей мере с двумя проводниками или устанавливают на предварительно определенном расстоянии относительно по меньшей мере двух электрических проводников, причем проводники электрически изолированы один от другого и расположены на расстоянии по меньшей мере 2 мм один от другого.