SISTEMA OPTICO, PROCEDIMIENTO Y PROGRAMA DE ORDENADOR PARA DETECTAR LA PRESENCIA DE UN ELEMENTO BIOLOGICO VIVO.

Comprende al menos un par de fuentes de luz (1; 2; 3) que emiten una radiación electromagnética pulsada en la zona del infrarrojo cercano;

al menos un par de fuentes de luz (1; 2; 3) que emiten una radiación en la zona del ultravioleta próximo; al menos un fotodetector (4) con la banda de absorción situada en la zona del infrarrojo cercano, para detectar una radiación pulsada transmitida y reflejada en el elemento biológico, a partir de la radiación pulsada emitida por el par de fuentes de luz que emiten la radiación en el infrarrojo cercano; al menos un fotodetector (5) con la banda de absorción situada en la zona del ultravioleta próximo, para detectar una radiación pulsada transmitida y reflejada en el elemento biológico, a partir de la radiación pulsada emitida por el par de fuentes de luz (1; 2; 3) que emiten la radiación en la zona del ultravioleta próximo; una unidad de control (8(c)) que interpreta las radiaciones pulsadas transmitidas y reflejadas en el elemento biológico; y una unidad de procesamiento (8(d)) que determina si es un elemento biológico vivo, a partir de las radiaciones interpretadas por la unidad de control

Sistema óptico, procedimiento y programa de ordenador para detectar la presencia de un elemento biológico vivo.

La presente invención se refiere a un procedimiento para detectar la presencia de un elemento biológico vivo. Además, la invención se refiere también a un sistema óptico y a un programa de ordenador adecuados para llevar a cabo el procedimiento descrito.

Más concretamente, el sistema hace uso de un sistema emisor-receptor de radiación electromagnética pulsada con banda de emisión-recepción situada en la zona del infrarrojo cercano y ultravioleta próximo del espectro electromagnético, para utilizarse como medio de detección de vida e identificación personal. Este sistema es puramente óptico y puede integrarse en un sensor biométrico, como en el de huella dactilar que puede funcionar por radiofrecuencia o por capacidad eléctrica, o en el óptico de detección de capilares sanguíneos. Puede también utilizarse de forma independiente como sistema biométrico de identificación personal autónomo.

Esta invención se utiliza como forma de detectar que el usuario que se va a identificar con un sistema biométrico es el usuario en cuestión y elimina en gran parte el intento de suplantación de identidad. Queda por tanto enmarcado dentro del campo de La Biometría y como hace uso de la transmisión y reflexión de la radiación infrarroja cercana y de la reflexión de la radiación UV-A con distintas longitudes de onda en el tejido humano, también se le enmarca dentro del campo de los sensores de transmitancia y reflexión ópticos de detección de vida, característicos de la Espectroscopia Biométrica Fotónica.

Antecedentes de la invención

En la actualidad, son muchos los intentos de fraude que surgen para la suplantación de la identidad de una persona. La Biometría hace uso de características biológicas únicas del individuo para su identificación (son únicas e irrepetibles), tales como la huella dactilar, el patrón de venas de la palma de la mano, o el ritmo del latido cardíaco. Campos como la Microelectrónica, la Fotónica o la Informática producen al año numerosos sistemas biométricos, con la intención de suplantarlos como sistemas de acceso.

Paralelamente a este número creciente de sistemas biométricos que surgen, mayor son el número de intentos de falsificar la características biométricas en cuestión para "engañar" al sensor biométrico. De esta forma, mediante materiales artificiales sin vida, el hacker intenta suplantar la identidad del usuario que en teoría va ser identificado como usuario ya registrado en el sistema de acceso. Este intento de engañar al sistema biométrico trae consigo el miedo y desconfianza de entidades que necesitan de una alta seguridad como son los bancos, plataformas de acceso restringido o pasarelas de pago biométrico, al igual que de aquellos sistemas electrónicos o informáticos que precisan de un código biométrico para su funcionamiento, etc. Por todo ello, son muchos los intentos de crear también sistemas de detección de vida que distingan a la persona viva con sus características biométricas únicas, de un material artificial que la sustituya.

La patente estadounidense con número US 6.813.010 B2 describe un sensor biométrico de venas conocido como PALM VEIN SECURE de Fujitsu, utilizado como sistema de identificación personal. Dicho sistema utiliza el patrón de capilares sanguíneos de la palma de la mano como elemento biométrico receptor único. Un conjunto de LEDs con un espectro de emisión en el IR cercano ilumina la palma de la mano y una cámara CCD captura la imagen que corresponde a la radiación reflejada en la misma. Esta imagen presenta tramos rectos y curvos oscuros que representan el mapa de capilares sanguíneos de la mano y son debidos a las zonas de absorción de la radiación IR cercana emitida por los LEDs que no ha sido reflejada en la palma de la mano del usuario. La absorción de la radiación IR cercana de las venas de la mano corresponde a la hemoglobina desoxidada de la sangre que presenta un pico de absorción en el espectro electromagnético de 760 nm.

Como se ha comentado, el elemento biométrico del sensor de venas PALM VEIN SECURE de Fujitsu es el mapa de capilares sanguíneos de la palma de la mano. A simple vista es un elemento biométrico muy difícil de copiar porque se halla oculto e incrustado dentro del tejido de la mano, aunque sólo es a simple vista, porque ya ha sido "engañado".

La patente estadounidense con número US 6.813.010 describe un sensor biométrico de HITACHI. Dicho sensor capta como elemento biométrico único las venas de un solo dedo de la mano del usuario en cuestión. Así, el sensor detecta la radiación infrarroja cercana transmitida a través del dedo y emitida por LEDs con banda de emisión en el IR cercano y optimiza la intensidad de luz que le llega al dedo, de forma que se obtiene un patrón de venas más nítido, lo que facilita su reconocimiento posterior. Sin embargo, este patrón de venas característico es más sencillo que el que recoge el sensor de venas de la palma de la mano de FUJITSU, porque presenta menos área de captura y un entramado de capilares menos ramificado. Debido a ello su copia se realiza con más facilidad, utilizando el mismo procedimiento de falsificación que el utilizado con el sensor de FUJITSU.

Se han descrito brevemente dos de los sensores biométricos del mercado que presentan el elemento biométrico único más difícil de falsificar (patrón de venas). Son otros muchos los que aparecen en la literatura y permiten identificar personas, como son los sensores de huella dactilar, los de reconocimiento facial, los de reconocimiento por la geometría de la mano, etc Sus elementos biométricos son únicos (o casi únicos) pero tienen la desventaja de que son fáciles de replicar (se utilizan fotografías, huellas de silicona, manos de silicona, etc.).

Hasta la fecha sólo unos pocos sistemas de detección de vida para sensores biométricos han sido descritos en la literatura. La mayoría son de bajo coste y no se implementan en los sensores biométricos debido a que pueden ser "engañados" fácilmente utilizando técnicas sencillas sustitutivas. Así, por ejemplo, el pulso humano, cuando es detectado ópticamente, puede ser fácilmente conseguido utilizando una hoja de papel de color característico que absorbe parte del haz de luz que llega al detector. Otro ejemplo puede ser el de la medida de la bio-impedancia del tejido humano con un medidor de impedancia. Esta medida puede ser obtenida utilizando un material que tenga una impedancia característica a la del elemento biológico característico en cuestión.

Por otro lado, otros sistemas de detección de vida mucho más avanzados que miden la rugosidad de la piel, las características eléctricas y ópticas de sus capas internas, etc. son de alto coste (utilizan espectrofotómetros, sistemas ópticos móviles, fibras ópticas y guías de onda, macroobjetivos de gran aumento, matrices lineales CCD etc.) y por ello no se implementan en los sensores biométricos presentes en el mercado.

Entre estos desarrollos destacan los siguientes documentos de patente: WO 2007/027579, WO 2005/059805 y US 2005/0265586 (de la compañía LUMIDGIN) que hace uso de varias fuentes luminosas (polarizadas o no) en el espectro infrarrojo y ultravioleta cercano (entre 300 y 1100 nm) para observar la reflectancia luminosa a través de la piel y el tejido subyacente e identificar ciertos parámetros fisiológicos característicos del individuo.

El documento de patente europea EP 150330 se basa en el modelo de rugosidad del tejido de la capa interna de la piel cubierta por el tejido de la epidermis, mediante el uso de la radiación infrarroja cercana y el análisis de diferentes propiedades ópticas.

El documento de patente internacional WO 02/084605 presenta, de forma análoga, un dispositivo que hace uso de fuentes de luz en las zonas del infrarrojo cercano y ultravioleta próximo del espectro electromagnético para medir la absorción y reflexión de la energía luminosa debajo de la epidermis. Otros documentos relacionados son: WO 89/01758, EP 1834581 y US 2007/0253607. Como ha sido comentado, se trata de sistemas que utilizan elementos ópticos de medio o alto coste.

Descripción de la invención

A partir de lo descrito anteriormente, es un objetivo de la presente invención proporcionar un sistema óptico para detectar la...

1. Sistema óptico para detectar la presencia de un elemento biológico vivo, caracterizado por el hecho de que comprende al menos un par de fuentes de luz (1;2;3) que emiten una radiación electromagnética pulsada con la banda de emisión situada en la zona del infrarrojo cercano del espectro electromagnético; al menos un par de fuentes de luz (1;2;3) que emiten una radiación electromagnética pulsada con la banda de emisión situada en la zona del ultravioleta próximo del espectro electromagnético; al menos un fotodetector (4) con la banda de absorción situada en la zona del infrarrojo cercano del espectro electromagnético, para detectar una radiación pulsada transmitida y reflejada en el elemento biológico, a partir de la radiación pulsada emitida por el par de fuentes de luz que emiten la radiación con la banda de emisión situada en la zona del infrarrojo cercano; al menos un fotodetector (5) con la banda de absorción situada en la zona del ultravioleta próximo del espectro electromagnético, para detectar una radiación pulsada transmitida y reflejada en el elemento biológico, a partir de la radiación pulsada emitida por el par de fuentes de luz (1;2;3) que emiten la radiación con la banda de emisión situada en la zona del ultravioleta próximo; una unidad de control (8(c)), conectada a los pares de fuentes de luz y a los fotodetectores, que interpreta las radiaciones pulsadas transmitidas y reflejadas en el elemento biológico, detectadas por los fotodetectores; y una unidad de procesamiento (8(d)), conectada a la unidad de control, que determina si el elemento biológico es un elemento biológico vivo, a partir de las radiaciones interpretadas por la unidad de control.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la unidad de control (8(c)) gobierna las funciones eléctricas que alimentan a los pares de fuentes de luz (1;2;3).

3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que las funciones eléctricas comprenden señales eléctricas alternas periódicas, de manera que cada pareja de fuentes de luz (1 ;2;3) emite en forma alterna.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que el elemento biológico es el dedo de un usuario.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que comprende medios de recepción del elemento biológico, con una configuración tal que, cuando reciben el elemento biológico, dicho elemento biológico queda dispuesto entre los pares de fuentes de luz y los fotodetectores.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que los medios de recepción del elemento biológico comprenden una carcasa (9) que protege al elemento biológico de la luz externa.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que la unidad de procesamiento (8(d)) comprende una base de datos de las radiaciones pulsadas transmitidas y reflejadas en los distintos elementos biológicos registrados, y por el hecho de que la unidad de procesamiento determina si el elemento biológico es un elemento biológico vivo comparando las radiaciones interpretadas por la unidad de control (8(c)), con los elementos de la base de datos.

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que la unidad de control (8(c)) comprende un microcontrolador.

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que las fuentes de luz son las siguientes:

- Pareja de LED con bandas de emisión centradas en λ=1300 nm y λ=1070 nm;

- Pareja de LED con bandas de emisión centradas en λ=760 nm y λ=830 nm;

- Pareja de LED con bandas de emisión centradas en λ=385 nm y λ=375 nm.

10. Sistema cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que los fotodetectores son los siguientes:

- Fotodiodo con banda de absorción infrarroja cercana centrada en λ=780 nm;

- Fotodiodo con banda de absorción infrarroja cercana centrada en λ=1300 nm;

- Fotodiodo con banda de absorción ultravioleta próximo centrada en λ=380 nm.

11. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado por el hecho de que las fuentes emisoras de luz y los fotodetectores están dispuestos de la siguiente forma:

- Las parejas de LEDs de λ=1300 nm y λ=1070 nm, de λ=385 nm y λ=375 nm y de λ=760 nm y λ=830 nm, están fijadas a los medios de recepción del elemento biológico y están enfrentadas al fotodiodo con banda de absorción en el infrarrojo cercano del espectro electromagnético y centrado en λ=780 nm;

- Entre los dos LEDs que configuran la pareja de LEDs de λ=1300 nm y λ=1070 nm, se posiciona un fotodiodo banda de absorción infrarroja cercana centrada en λ=1300 nm;

- Entre los dos LEDs que configuran la pareja de LEDs de λ=375 nm y λ=385 nm, se posiciona un fotodiodo banda de absorción UV-A cercana centrada en λ=380 nm;

- Para el caso de que el sensor biométrico asociado sea un sensor biométrico de huella dactilar, dos fuentes de emisión de radiación de alta potencia con la banda de emisión en el IR cercano y una centrada en λ=880 nm, mientras que la otra en λ=760 nm, enfrentadas a dos parejas de fotodetectores con bandas de absorción en el IR cercano centradas en dichas longitudes de onda, se posicionan a ambos lados de la huella dactilar ligeramente inclinadas respecto a la horizontal y orientadas en la dirección del área sensora del sensor de huella dactilar.

12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por el hecho el elemento biológico es un dedo humano, y por el hecho de que los LED se posicionan en función de la zona de interacción de su luz emitida, con el elemento biométrico:

- La pareja de LEDs de λ1=760 nm y λ2=830 nm se posiciona de tal forma que su radiación emitida incida en el primer ligamento volar del dedo (articulación entre la primera y la segunda falange);

- La pareja de LEDs de λ1=1070 nm y λ2=1300 nm se posiciona de tal forma que su radiación emitida incida en el centro de la segunda falange del dedo;

- La pareja de LEDs de λ1=375 nm y λ2=385 nm se posiciona de tal forma que su radiación emitida incida en el centro de la primera falange del dedo.

- La pareja de LEDs de alta potencia de λ=880 nm y de λ=760 nm se posiciona de tal forma que la luz emitida interacciona con la huella dactilar y el área sensora del sensor de huella dactilar y es detectada por fotodetectores de picos de absorción de λ=880 nm y de λ=760 nm que están enfrentados a dichos LEDs.

13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por el hecho de que comprende filtros polarizantes (6,7,8) con bandas de transmisión en el infrarrojo y ultravioleta que eliminan la componente visible del espectro electromagnético.

14. Sistema según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que los filtros polarizantes se disponen de la siguiente manera:

- Un filtro polarizante lineal pasa alta con banda de transmisión en el IR cercano situado frente a cada uno de los pares de LED correspondientes (λ1=780 nm y λ2=830 nm, λ1=1070 nm y λ2=1300 nm) y del fotodiodo de 1300 nm, polarizando linealmente dicho filtro la componente IR cercana del espectro electromagnéti- co;

- Un filtro polarizante lineal con banda de transmisión en el ultravioleta situado frente a cada LED del par de LED correspondiente (λ1=375 nm y λ2=385 nm) y del fotodiodo de 380 nm, polarizando linealmente dicho filtro la componente ultravioleta próxima del espectro;

- Un filtro polarizante lineal, con el eje de polarización cruzado al de los LED y con banda de transmisión en el IR cercano, que está situado frente al fotodiodo con banda de absorción infrarroja cercana centrada en λ=780 nm;

- Filtros polarizantes rotados un ángulo de 60º y posicionados delante de los fotodiodos que sustituyen a los filtros polarizadores anteriores y que eliminan en gran parte la componente visible e IR cercana procedente del medio externo.

15. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que comprende una termopila para detectar la emisividad de radiación IR lejana de elemento biométrico en cuestión.

16. Sensor biométrico de identificación personal, caracterizado por el hecho de que comprende un sistema para detectar la presencia de un elemento biológico vivo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.

17. Sensor según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que es un sensor de radiofrecuencia de huella dactilar.

18. Procedimiento para detectar la presencia de un elemento biológico vivo, que comprende las etapas de:

- emitir una radiación electromagnética pulsada con la banda de emisión situada en la zona del infrarrojo cercano del espectro electromagnético;

- emitir una radiación electromagnética pulsada con la banda de emisión situada en la zona del ultravioleta próximo del espectro electromagnético;

- detectar una radiación pulsada transmitida y reflejada en el elemento biológico, a partir de la radiación pulsada emitida con la banda de emisión situada en la zona del infrarrojo cercano;

- detectar una radiación pulsada transmitida y reflejada en el elemento biológico, a partir de la radiación pulsada emitida con la banda de emisión situada en la zona del ultravioleta próximo;

- detectar la temperatura del elemento biométrico a partir de su emisividad en el infrarrojo, mediante un sensor de temperatura;

- determinar si el elemento biológico es un elemento biológico vivo, a partir de las radiaciones detectadas.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado por el hecho de que la etapa de determinación de si el elemento biológico es un elemento biológico vivo comprende las siguientes subetapas:

- eliminar los factores externos ambientales como son la temperatura exterior y la radiación electromagnética externa;

- obtener el umbral promedio característico humano;

- comparar las radiaciones detectadas con el umbral característico humano obtenido.

20. Programa de ordenador que comprende instrucciones de programa que se ejecutan en un sistema de computación para realizar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 18 ó 19.

21. Programa de ordenador según la reivindicación 20, caracterizado por el hecho de que está almacenado en unos medios de almacenamiento.

22. Programa de ordenador según la reivindicación 20, caracterizado por el hecho de que es portado por una onda portadora.