DETECCION DE DEDO VIVO MEDIANTE MEDICION EN CUATRO PUNTOS DE IMPEDANCIA COMPLEJA.

Conjunto sensor para determinar el estado de una estructura para confirmar si la estructura está constituida por piel y tejido vivo,

comprendiendo el conjunto sensor

- al menos cuatro electrodos, de los que

- al menos dos electrodos constituyen electrodos de suministro de corriente que están conectados a una fuente de corriente para proporcionar una corriente o tensión a dicha estructura;

- al menos dos electrodos constituyen electrodos colectores de los cuales al menos un primer electrodo colector está conectado a un instrumento de medición para medir al menos un valor paramétrico relativo a la impedancia de la estructura;

- medios de control adaptados para alterar qué electrodos constituyen electrodos de suministro de corriente y/o qué electrodos constituyen electrodos colectores entre diferentes mediciones para alterar la(s) distancia(s) entre los electrodos de suministro de corriente y/o los electrodos colectores para alterar de ese modo las profundidades de la estructura a las que se realizan las mediciones, en el que el conjunto sensor comprende además:

- medios de almacenamiento que almacenan un conjunto predeterminado de valores, valores que son característicos para al menos un estado determinado de la estructura, y

- medios de cálculo adaptados para comparar el al menos un valor medido con el conjunto predeterminado de valores para determinar si la estructura está en dicho estado determinado

Detección de dedo vivo mediante medición en cuatro puntos de impedancia compleja.

Esta invención se refiere a un conjunto sensor y a un método para determinar el estado de una estructura, especialmente para confirmar si una huella digital medida está en un dedo vivo, midiendo características de la zona próxima a la superficie de la estructura.

Introducción

Los sensores de huella digital basados en capacitancia o impedancia son algunos de los enfoques más prometedores para ofrecer un dispositivo miniaturizado de bajo coste para la identificación biométrica. Por lo tanto, tales sensores son posibles candidatos para su integración en teléfonos móviles, etc.

Para mejorar la confianza en los sensores de huella digital, es de gran importancia que pueda detectarse y rechazarse cualquier intento de burlar el sistema usando dedos falsos. Un dedo falso normalmente consistirá en un trozo de material con propiedades eléctricas parecidas a las de un dedo, y con una huella digital gravada o moldeada en su superficie. En un caso más extremo, puede suponerse que pueda usarse un dedo cortado muerto.

Para los sistemas de detección de dedos vivos, es importante tanto que la probabilidad de aceptar un dedo falso (tasa de aceptación falsa-FAR) como la probabilidad de rechazar un dedo real (tasa de rechazo falso-FRR) sean extremadamente bajas. Esto hace importante desarrollar un método para identificar propiedades muy características y únicas de un dedo vivo, propiedades que no pueden reproducirse fácilmente ni mediante materiales sintéticos ni mediante otra sustancia biológica que no sea tejido vivo, y que sean típicas de la gran mayoría de los dedos de la población.

Para los sensores de huella digital basados en capacitancia de bajo coste algún tipo de medición de impedancia de las propiedades del dedo será ideal, puesto que muy a menudo puede integrarse directamente en el dispositivo usando estructuras de medición existentes o añadiendo varios electrodos adicionales.

Técnica anterior

Últimamente se han desarrollado varios tipos diferentes de sensores de huella digital, desde sensores de matrices bidimensionales tal como se describe en el documento US 5.953.441 hasta disposiciones de sensores que reconstruyen la imagen de la huella digital a partir de una serie de imágenes parciales semisuperpuestas en el documento US 6.289.114 a sensores lineales tal como se describen en el documento EP 0988614 que escanean la superficie del dedo y usan la velocidad del dedo medida para reconstruir la imagen del dedo.

Los intentos de detectar dedos vivos incluyen mediciones tanto de la oxigenación de la sangre como del pulso sanguíneo. Sin embargo, puesto que la circulación de la sangre en el dedo puede casi no estar presente en dedos muy fríos, estos métodos están lejos de ser "infalibles". Tampoco estos principios son fáciles de implementar en un dispositivo de bajo coste.

Las patentes US 6.175.641, 5.953.441 y la solicitud de patente US2001/0005424 A1 muestran diferentes métodos basados en impedancia de investigación de si un objeto que está colocado sobre un sensor de huella digital corresponde a un dedo vivo.

La patente US 6.175.641, que se refiere a detección de impedancia sobre un sensor de matriz óptico, muestra dos métodos diferentes para medir las características eléctricas del dedo: en primer lugar, se mide la constante dieléctrica de manera local aplicando una señal CA entre dos estructuras de peine de electrodos poco separados sobre la superficie del sensor. Se afirma que esta medición puede separar el tejido vivo (constante dieléctrica alta) de los plásticos comerciales (constante dieléctrica baja).

En segundo lugar, el sensor tiene lo que se denomina un electrodo de dos puntos para determinar la impedancia del dedo, lo que presumiblemente dará información adicional que puede usarse para distinguir los dedos reales de los falsos. La patente también menciona el uso de varias frecuencias para aumentar la seguridad de la medición.

Sin embargo, el método descrito en esta patente tiene varios puntos débiles. Aunque la medición dieléctrica quizá funcione bien para dedos secos, para dedos sudados o húmedos las estructuras de peine poco separadas muy probablemente se cortocircuitarán debido al sudor salino y no se obtendrá ninguna información útil.

Además la impedancia de un dedo vivo, según se mide mediante el sistema de punto doble, puede variar con al menos un orden de magnitud dependiendo de la humedad del dedo. Por lo tanto es difícil usar esto como criterio para identificar un dedo, y tanto la magnitud de impedancia, su fase como su variación con la frecuencia, probablemente podrían falsearse mediante simples materiales cotidianos de sobra conocidos, tales como una patata pelada.

La patente 5.953.441 describe detección de suplantación para un sensor de huella digital capacitivo CA que contiene una matriz de elementos de detección capacitivos. La idea principal para la detección de dedo vivo es en este caso enviar una señal CA a través de un electrodo alrededor del borde del área del sensor, y detectar la fase de las señales en los elementos de sensor, siendo esta fase característica de un dedo vivo.

Sin embargo, aunque este método descartará varios materiales de dedo falso diferentes, será relativamente fácil encontrar un material que dé aproximadamente la misma fase que un dedo, y de ese modo burlar el sistema.

La solicitud de patente US2001/0005424 A1 muestra un método semejante al método descrito en el documento 6.175.641. La impedancia del dedo (ya sea entre dos electrodos o entre un electrodo y el "infinito") se mide en función de la frecuencia. Comparando la curva con una curva de referencia pueden detectarse entonces las características de vida de un dedo. Sin embargo, este método añade poco a los métodos descritos anteriormente. La respuesta absoluta de impedancia y frecuencia entre diferentes dedos, y entre diferentes estados (por ejemplo, con respecto a la humedad) del mismo dedo, difieren tanto que los "criterios de dedo vivo" tendrían que ser muy amplios, y por tanto el principio sería fácil de burlar.

La solicitud de patente internacional PCT/NO03/00157 (WO03094724), que se rige por el Art. 54(3) EPC, muestra otro principio de detección de dedo vivo, basándose en mediciones en cuatro puntos de impedancia compleja. En este caso, una tensión o corriente CA se aplica entre dos electrodos mientras se mide la caída de tensión entre otros dos electrodos, estando todos los electrodos en contacto con la superficie del dedo. El principio de cuatro puntos, aplicado a mediciones de impedancia de dedo, se visualiza en la figura 1. Una corriente CA se envía a través del dedo a través de los electrodos externos, mientras se mide la caída de tensión entre los dos electrodos internos usando un amplificador diferencial.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es garantizar un sistema de medición en cuatro puntos para detección de dedo vivo que puede usarse para compensar las diferencias en las características de los dedos entre una población, tal como la variación del espesor del estrato córneo.

Para alcanzar este objetivo, la invención propuesta consiste en un sistema de medición de impedancia con una disposición de al menos cuatro electrodos. Los electrodos pueden estar en contacto directo con o acoplados de manera capacitiva al dedo a través de una capa aislante. Los electrodos se disponen de tal manera que pueden usarse en al menos dos configuraciones diferentes de electrodos en cuatro puntos, correspondientes a diferentes colocaciones relativas entre los electrodos de detección de corriente y tensión. Los objetivos de esta invención se obtienen tal como se describe en las reivindicaciones adjuntas.

El uso de una técnica de cuatro puntos hace posible anular la impedancia en serie de la capa córnea, midiendo directamente por tanto la impedancia del interior del dedo. La impedancia de la capa córnea depende extremadamente de la humedad de la piel y de las condiciones ambientales tales como la temperatura. Esto hace difícil identificar criterios "restrictivos" que pueden usarse para separar dedos reales de falsos. Por el contrario, la humedad del interior del dedo permanece casi constante en condiciones ambientales cambiantes. La impedancia del interior del dedo (piel y tejido vivos) por lo tanto es más constante, y más reproducible de una persona a otra.

El principio de cuatro puntos facilitará por tanto la obtención de criterios...

1. Conjunto sensor para determinar el estado de una estructura para confirmar si la estructura está constituida por piel y tejido vivo, comprendiendo el conjunto sensor

- al menos cuatro electrodos, de los que