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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abnehmen
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von Fingerabdrücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und
eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Bei dem ältesten und bis heute wichtigsten, hauptsächlich in der
Kriminalistik eingesetzten Verfahren, Fingerabdrücke abzunehmen und zu katalogisieren,
wird das Fingerglied mit einem leicht haftenden Farbstoff eingefärbt und anschließend
auf einer Karte abgerollt.
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Danach wird der Abdruck nach den Regeln der Daktyloskopie analysiert
und seine besonderen Merkmale zu einem Code zusammengestellt und in einer Datei
gespeichert.
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Eine Automatisierung dieses aufwendigen Aufnahme prozesses wurde
zum ersten Mal Mitte der siebziger Jahre eingeführt. Dabei handelt es sich um Verfahren,
bei denen der Fingerabdruck mittels optischer Apparate aufgenommen und in elektrische
Binärsignale umgesetzt wird. Diese werden dann von einer angeschlossenen zentralen
Rechenanlage nach mustererkenntnistheoretischen Methoden verarbeitet und katalogisiert
(siehe Patent Nr. DE 28 46 190 Al, DE 24 17 282 B2, DE 26 27 981 B2, DE 27 32 382).
Allerdings blieb die Anwendung solcher Systeme wegen ihres komplizierten und deshalb
teuren Aufbaus auf wenige, spezielle Einsätze beschränkt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Identifizierung von Personen
mittels Fingerabdrücken werden die die Charakteristik des Fingerabdrucks bildenden
Papillarlinien und-furchen der menschlichen Haut durch einen Sensor als binäre elektrische
Signale dargestellt und von einem angeschlossenen Mikrocomputer abgefragt und zu
einem Code verarbeitet. Stimmt dieser Code mit einem der im Computer gespeicherten
oder mit einer Magnetkarte eingegebenen Code überein, erhält die als positiv identifizierte
Person
über ein Steuersignal Zugang zu dem von der Aufnahmestation kontrollierten Bereich.
Bekanntlich bilden die Hautpapillaren an den vordersten Fingergliedern vielfältige,
für jeden Menschen verschiedenartige Muster, die, durch Vergleich von Fingerabdrücken,
eine zweifelsfreie Identifizierung jeder Person ermöglichen. Fingerabdrücke können
nicht, wie etwa Schlüssel, Magnetkarten, Unterschriften etc.
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verloren bzw. gefälscht werden, sie sind eindeutig und personenbezogen
und eignen sich deshalb hervorragend als Identifikationsmerkmal.
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Eine automatische, computergestüt Vergleichsw station, die eine schnelle,
zuverlässige, vergleichsa weise billige und einfache Kontrolle von Personen ermöglicht,
eröffnet für die Verwendung dieses Merkmals ein weitaus breiteres Anwendungsfeld
als, wie bisher, allein für kriminalistische Zwecke.
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Sicherheitsbereiche in Industrie, Forschung und Militär können wirksam
überwacht werden; Haustüren und Kraftfahrzeuge werden nicht mehr zum Problem wenn
Schlüssel verloren gehen oder vergessen werden; Zahlencodes für Tresore werden überflüssig.
Das Bankkonto ist sicher gegen Verlust von Scheekkarten oder Unterschriftenfälscher,
Kreditkarten sind vor Mißbrauch geschützt.
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In Verbindung mit einer Stechuhr läßt sich sicherstellen, daß Arbeitnehmer
nur die eigene Stechkarte abstempeln und nicht auch die von Kollegen. Offentliche
Verkehrsmittel könnenrur von der Person benutzt werden, die den Fahrschein gelöst
hat und dies durch einen Fingerabdruck verifizieren kann, verlorengegangene Pässe
sind fUr andere wertlos.
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Das im Folgenden näher beschriebene Identifizierungsverfahren benützt
zur Aufnahme eines Flngerabdrucks und
dessen Darstellung in Form
von elektrischen Binärsignalen einen Sensor, der, anders als früher bei den bekannten
Verfahren, sich des natürlichen ohmschen Widerstandes der Haut bedient. Dieser Sensor
ist so konzipiert, daß die Binärsignale von einem Mikrocomputer direkt, d.h. ohne
Zwischenspeicher, von dem auf den Sensor gelegten Finger abgefragt werden können.
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Für die Kommunikation mit dem Computer benötigt der Sensor eine Adressierungslogik,
die dem eines 80 kbit oder größeren Datenspeichers entspricht plus etwa 250 Darlington-Schaltungen
mit Tristate Ausgang, was den Sensor, der aufgrund seiner einfachen Geometrie problemlos
herzustellen ist, wesentlich billiger gegenüber früheren Aufnahmesystemen macht.
Der niedrige Preis der heute auf dem Markt erhältlichen Mikroprozessoren und Supportchips
legt es nahe, jede Sensorstation mit einem eigenen Mikrocomputer auszustatten, der
dann den Fingerabdruck an Ort und Stelle analysiert, die Merkmale zu einem Code
zusammenfaßt und ihn evtl.
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mit bereits gespeicherten Codes vergleicht.
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Die Zeichnungen 1 und 2 erläutern eine AusfUhrungsform der Erfindung.
Im Einzelnen zeigen die Zeichnungen: Fig. 1: Ein Blockschaltbild einer Grundausführung
mit Sensor, Mikrocomputer und Anzeigetafel und Fig. 2: den geometrischen Aufbau
des Sensors.
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Das Blockschaltbild gemäß Fig. 1 zeigt den Sensor 1, der über einen
hier parallelen Adressbus 2 und Datenbus 3 mit dem Mikroprozessor 4 verbunden ist.
Der Prozessor kann über einen Spalten- 5 und Zeilendekodierer 6 einzelne Sensorzellen
adressieren, die dann die Information über Hautkontakt an der entsprechenden Stelle
als binäres Signal auf den Datenbus des Prozessors geben.
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Wünscht eine Person identifiziert zu werden, so drückt sie zunächst
mit dem Finger, dessen Abdruck analysiert werden soll, die Schutzkappe 7 nach oben,
wodurch ein Kontaktschalter 8 geschlossen und der Mikrocomputer betriebsbereit gesetzt
wird, Dieser antwortet auf dem Anzeigefeld 9 mit dem Signal 10 "betriebsbereit92
und beginnt unmittelbar mit der Verarbeitung des Abdrucks Stimmt der erarbeitete
Code mit einem gespeicherten überein, so wird über das Signal 11 eine positive Identifizierung
angezeigt, indem z.B. ein Türöffner oder ähnliches betätigt wird. Bei Nichtübereinstimmung
kann über das Signal 12 zu einem weiteren Identifizierungsversuch aufgefordert oder
über Signal 13 ein Alarm ausgelöst werden.
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Soll ein neuer Code gespeichert werden9 so kann eine vorher als dazu
berechtigt anerkannte Person dies dem System über die Schalttafel 14 mitteilen,
indem ein Name oder eine Nummer eingetippt wird, worauf die Person, deren Code neu
gespeichert werden soll, einen Finger auf den Sensor legt. Umgekehrt kann über diese
Schalttafel ein bestimmter Code von einer dazu berechtigten Person auch wieder gelöscht
werden.
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Es besteht natürlich die Möglichkeit, einen Code nur für eine begrenzte
Zeit ET (z.B. in einem batteriegepufferten Ram oder Eeprom) zu speichern, der dann
nach Ablauf der Zeit AT,angezeigt durch die Uhr 7, gelöscht wird.
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Die eben beschriebene elementare Ausführung eignet sich z.B. gut
für Haustüren, Tresore und ähnliches. Sie ließe sich für weitere Anwendungen mit
zusätzlichen Kommunikationseinheiten ausstatten, z.B. einem Magnetkartenleser, Uber
den der zu vergleichende Code dem System eingegeben wird (z.B. für die Verifizierung
von
Kreditkarten, Fahrscheinen etc), oder es könnte ein Anschluß
an eine zentrale Rechenanlage vorgesehen werden, in der sich weitere Daten über
den Benutzer befinden, z.B. Kontostand, Kreditfähigkeit etc.
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Sicherheitsschaltungen lassen sich anbringen, durch die Versuchen,die
Station auszuschalten, mit einem Alarm begegnet werden kann usw.
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Die Sensoreinheit 1 bewirkt die Darstellung des Fingerpapillarenmusters
in Form elektrischer Binärsignale durch die Ausnutzung der elektrischen Leitfähigkeit
der menschlichen Haut. Die Haut selber ist in völlig trockenem Zustand praktisch
nichtleitend, Da die Haut aber immer von einem mehr oder weniger starken, sauren
Feuchtigkeitsfilm überzogen ist, kommt es zu den aus der Elektrolyse bekannten Vorgängen
des Ladungsaustausches. Der aus diesen Austauschvorgängen resultierende ohmsche
Widerstand ist abhängig von mehreren Faktoren, wie z.B. Art und Stärke des Feuchtigkeitfilms,
Geometrie und Abstand von Kathode und Anode, Kontaktflächen usw.. Für die gemäß
Erfindung verwendete Geometrie ergeben sich empirisch Widerstandswerte im 8 Bereich
vom 107 - 10 JX. Dadurch ist es möglich, eine elektrische Spannung über die Haut
von einem Punkt auf einen anderen zu übertragen.
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Auf diesem Prinzip aufbauend, weist die Sensoreinheit 1 die in Fig.
2 dargestellten Konstruktionsmerkmale auf. Uber m (m = natürliche Zahl) parallel
angeordnete Leiterbahnen 15, die schließlich die Kontaktsignale zu den Datenleitungen
des Computers 20 führen, ist eine isolierende Schicht 18 aufgebracht. Diese Schicht
ist in geeignetem Abstand, der abhängig vom Auflösungsvermögen des Sensors 1 ist,
von n in der Zeichnung kegelstumpfförmigen, mit den unteren Bahnen verbundenen
Kontaktästen
19 durchbrochen. Auf die isolierende Schicht sind entsprechend n quer zu den unteren
Leiterbahnen 15 verlaufende Bahnen 16 aufgebracht, mit 8-sparungen an den Stellen,
an denen sich die Kontaktäste befinden. Ein Kontaktast mit dem ihn umgebende Teil
der oberen Bahn stellt sozusagen eine Sensorzelle 17 dar, die innerhalb einer n
x m Matrix organisiert ist. Die Funktionsweise ist die folgende: die k-te (1Lk Cm)
untere Leiterbahn 15 ist mit der j-ten oberen Bahn 16 über den Hautwiderstand PH
elektrisch verbunden, wenn eine Fingerpapillarenleiste die Aussparung zwischen dem
durch das Zahlenpaar (kDJ) bezeichneten Kontaktast und der j-ten Leiterbahn überbrückt.
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Wird an die j-te obere Bahn über den Zeilendekodierer 6 vom Prozessor
4 eine Spannung VO angelegt9 während alle anderen n-l oberen Bahnen 16 geerdet sind,
so wird, bei Berührung der Sensorzelle (k,;) durch eine Fingerpapillarenleiste,
ein Bruchteil dieser Spannung auf die k-te untere Leiterbahn 15 übertragen.
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Dieser Spannungszuwachs wird über eine Darlingtona Schaltung verstärkt
und als binäre 1 auf den Datenbus 7 des Prozessors 4 gegeben. Liegt an der Zelle
(k,) kein Kontakt vor, dann ist die k-te untere Bahn 15 geerdet, da immer einige
der Zellen 17 (k,i=12,...j-1,j+1,..9n) von Fingerpapillarenleisten berührt werden;
dieser Zustand wird folglich als binäre 0 auf den Datenbus 3 gegeben.
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Die Ausgänge der Darlington-Verstärker sind durch Tristateschaltungen
im Normalfall hochohmig und damit vom gemeinsamen Datenbus 3 getrennt. Einzelne
Ausgänge können über den Spaltendekodierer 5 vom Prozessor 4 niederohmig geschaltet
werden, wodurch die auf den ausgewählten
unteren Leiterbahnen
15 anliegenden Signale auf den Datenbus 3 gelangen. Jede der n x m Sensorzellen
17 kann also vom Prozessor 4 adressiert und nach Hautkontakt abgefragt werden. Da
bei ruhig aufliegendem Finger sich diese Daten innerhalb der Verarbeitungszeit des
Prozessors 4 (schätzungsweise 1-5 sec) nicht verändern, ist ein teurer Zwischenspeicher
nicht notwendig.
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Um bei einer durchschnittlichen Fingerpapillarenbreite von ca. 250/um
eine ausreichende Auflösung zu gewährleisten, ist der Abstand zwischen den einzelnen
Kontaktästen etwa zum oder kleiner. Für die Aufnahme der entscheidenden Merkmale
eines Fingerabdrucks be-2 nötigt man etwa 1,5 x 2cm2 Fläche, auf die dann ca.
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82.000 Sensorzellen 17 verteilt sind, organisiert in einer 256 x 320
Matrix.
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Die Herstellung des Sensors 1 kann z.B. in DUnnschichttechnik erfolgen,
bei der Strukturbreiten von 10um kein Problem darstellen. Die Leiterstellen, die
mit der Haut in Berührung kommen, werden mit Gold über zogen, um Korrosionseinflüsse
möglichst gering zu halten.