SISTEMA Y METODO DE IDENTIFICACION BIOMETRICA.

Sistema y método de identificación biométrica.

Se propone un sistema integrado hardware/software que permite controlar automáticamente y de manera no intrusiva el acceso a una determinada instalación (recinto,

despacho, sala de reunión) o compartimento (caja de seguridad, taquillas, ... ) que esté franqueada por un sistema de cierre de seguridad. El acceso se realizará capturando con una cámara CCD, que utiliza el espectro infrarrojo cercano (near IR), una imagen de la oreja y validándola contra una base de datos de imágenes de orejas correspondientes a usuarios reconocidos para tener acceso al sistema. Los procesos de captura y validación de los usuarios se realizarán de forma imperceptible para ellos, siendo el tiempo de respuesta del sistema muy reducido (menos de un segundo).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201000391.

Solicitante: UNIVERSIDAD REY JUAN CARLOS.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SANCHEZ CALLE,ANGEL, VELEZ SERRANO,JOSE FRANCISCO.

Fecha de Publicación: 30 de Mayo de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

A61B5/00 NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA. › A61 CIENCIAS MEDICAS O VETERINARIAS; HIGIENE. › A61B DIAGNOSTICO; CIRUGIA; IDENTIFICACION (análisis de material biológico G01N, p.ej. G01N 33/48). › Medidas encaminadas a establecer un diagnóstico (diagnóstico por medio de radiaciones A61B 6/00; diagnóstico por ondas ultrasónicas, sónicas o infrasónicas A61B 8/00 ); Identificación de individuos.
G06K9/00 FISICA. › G06 CALCULO; CONTEO. › G06K RECONOCIMIENTO DE DATOS; PRESENTACION DE DATOS; SOPORTES DE REGISTROS; MANIPULACION DE SOPORTES DE REGISTROS (impresión per se B41J). › Métodos o disposiciones para la lectura o el reconocimiento de caracteres impresos o escritos o el reconocimiento de formas, p. ej. de huellas dactilares (métodos y disposiciones para la lectura de grafos o para la conversión de patrones de parámetros mecánicos, p.e. la fuerza o la presencia, en señales eléctricas G06K 11/00; reconocimiento de la voz G10L 15/00).

PDF original: ES-2381714_A1.pdf

Fragmento de la descripción:

Sistema y método de identificación biométrica.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere al campo de los sistemas de identificación que hacen uso de características biométricas.

El objeto de la invención consiste en un sistema que hace uso de medios ópticos para captar datos biométricos procedentes de la imagen de la oreja, que permiten la identificación de un individuo.

Antecedentes de la invención

En la actualidad se hace cada día más necesario el facilitar el acceso seguro a ordenadores, edificios o estancias que albergan información valiosa, o restringir el acceso a ciertas áreas a ciertos individuos en función de diversos factores.

Hoy en día, existe una alta demanda de sistemas de seguridad orientados a la vídeo-vigilancia, al control de accesos a recintos, etc, cuyo funcionamiento resulte, en la medida de lo posible, totalmente automático.

Existen multitud de sistemas de identificación como pueden ser tarjetas magnéticas, RFID, accesos por contraseñas o combinaciones numéricas; todos ellos presentan una desventaja común, el usuario ha de llevar consigo el elemento identificador ya sea la clave memorizada ya sea una tarjeta que permita el acceso.

Esta desventaja se ve superada mediante la utilización de sistemas de autenticación que hagan uso de un elemento que cualquier individuo lleve consigo, esto es el individuo mismo; para ello se desarrollaron sistemas de identificación mediante parámetros biométricos, como pueden ser los scanner de huellas dactilares.

El uso de la biometría informática, donde un determinado rasgo fisiológico (por ejemplo, la imagen facial o la huella dactilar) o de comportamiento (por ejemplo, el reconociendo de voz o la verificación de la firma manuscrita) de las personas permiten identificarlas o verificar su identidad, resulta de gran aplicabilidad en este contexto. Típicamente, como rasgo biométrico para acceso a instalaciones controladas viene usándose la huella dactilar, para lo que el sujeto ha de colocar su dedo en un sensor de tipo óptico, capacitivo, térmico, etc., resultando un método con cierto grado de intrusión para el usuario. Dentro de las modalidades biométricas, aquéllas que resultan menos intrusivas gozan de un mayor grado de aceptación, de entre éstas destaca la imagen facial; sin embargo, dichas imágenes son patrones "complejos" y de gran variabilidad debido a la pose, la presencia de expresiones, la variabilidad de las condiciones de iluminación, etc.

Según A. lannarelli (A. lannarelli, Ear Identification, Paramount Publishing Company, 1989), la imagen de la oreja presenta cuatro propiedades de interés potencial como modalidad biométrica: universalidad (está presente en todos los sujetos), unicidad (es diferente para cada individuo), permanencia (se trata de un rasgo físico que cambia relativamente poco con el paso del tiempo) y facilidad de captura de los patrones. La biometría de la oreja presenta problemas similares al reconocimiento facial, tales como las variaciones en las condiciones de iluminación, las posibles oclusiones debidas al pelo o la presencia de pendientes, y las rotaciones faciales que pueden cambiar la forma del patrón. Por otro lado, la oreja presenta ciertas ventajas adicionales como son su alto poder discriminatorio (D. Graham-Rowe, Ear biometrics may beat face recognition, New Scientist, 14/7/05) y su estabilidad ante cambios morfológicos durante toda la vida. La menor resolución de la imagen de la oreja favorece a su autenticación mediante el uso de dispositivos móviles (por ejemplo teléfonos móviles y PDAs) (L. Yuan, Z. Mu, and Z. Xu, Using Ear Biometrics for Personal Recognition, S.Z. Li et al. (eds.): IWBRS' 05, LNCS 3781, Springer, pp. 221-228, 2005). Finalmente, hay que comentar que Nixon y otros (D.J. Hurley, M.S. Nixon, J.N. Carter, Force Field Feature Extraction for Ear Biometrics, Computer Vision and Image Understanding 98(3), pp. 491-512, 2005) han encontrado que el índice de decidibilidad de la imagen del patrón oreja (dicho índice se define como la distancia normalizada entre las distribuciones de "sujetos auténticos" y de "impostores" que acceden a un sistema biométrico) era de un orden de magnitud superior al de la imagen facial en sus experimentos.

En la solicitud de patente coreana KR20030082024 se hace referencia a un sistema biométrico que hace uso de un sean de los vasos sanguíneos de la oreja para comparar los datos captados con los que se encuentran almacenados en una base de datos para proceder a la identificación de una persona, dicho sistema hace uso de un elemento que actúa a modo de cubierta para cubrir la oreja que se va a caracterizar.

La solicitud internacional de patente WO200936103 describe un sistema multimodo de identificación biométrica que hace uso de la detección de dos objetos en un mismo campo para obtener características biométricas e imágenes mediante tres medios ópticos de captura distintos.

También son conocidos los sistemas de identificación biométrica que hacen uso de las características propias de la retina, de las huellas dactilares o de la cara como pueden ser la solicitud de patente americana US20080212849 donde se utiliza un sistema de adquisición que hace uso de imágenes infrarrojas, o en el documento chino CN201207195 donde también se hace uso de una imagen infrarroja de la cara para proceder a la identificación del individuo.

El uso de imágenes infrarrojas aparece ampliamente documentado como en la solicitud de patente americana US20080107309 donde se hace uso de un diodo láser para iluminar la mano de un individuo.

Descripción de la invención

El sistema objeto de la invención es un sistema automático y no intrusivo para el control de accesos a instalaciones basado en el análisis biométrico de la imagen infrarroja de la oreja.

Se propone un sistema integrado hardware/software que permite controlar automáticamente y de manera no intrusiva el acceso a una determinada instalación (recinto, despacho, sala de reunión) o compartimento (caja de seguridad, taquillas,...) que esté franqueada por un sistema de cierre de seguridad. El acceso se realizará capturando con una cámara CCD, que utiliza el espectro infrarrojo cercano (near IR), una imagen de la oreja y validándola contra una base de datos de imágenes de orejas correspondientes a usuarios reconocidos para tener acceso al sistema. Los procesos de captura y validación de los usuarios se realizarán de forma imperceptible para ellos, siendo el tiempo de respuesta del sistema muy reducido (menos de un segundo).

El sistema es completamente automático y es una alternativa real a otros sistemas de control de acceso basados en la biometría de tipo fisiológico (como por ejemplo, la imagen facial o la huella dactilar) en condiciones de captura poco controladas. El sistema propuesto se plantea para entornos de acceso restringidos, como pueden serlo distintos tipos de recintos y/o compartimentos: oficinas, salas, taquillas, cajas de seguridad, etc., donde se requiera un control de seguridad para evitar accesos incontrolados a los mismos.

El sistema objeto de la invención contempla tanto la posible variabilidad (extrínseca) en las condiciones de iluminación: zonas interiores o exteriores, iluminación natural o luz artificial, interacción de múltiples fuentes de iluminación, etc., como la variabilidad (intrínseca) en la imagen de la oreja: rotaciones de la imagen, cambios de tamaño debidos a la distancia al sensor, cambios de forma debido a la pose, posibles oclusiones parciales de la oreja por el pelo o presencia de pendientes, etc.

El sistema de control de acceso biométrico basado en imagen infrarroja de la oreja se compone de:

- una cámara CCD de bajo coste que capture imágenes en el espectro infrarrojo cercano (mayor sensibilidad de respuesta para un valor de longitud de onda de 800-850 nm),

- unos medios de iluminación por infrarrojos, preferentemente uno basado en sistema de diodos LED con respuesta óptima (peek wavelength) adaptado al rango espectral de la cámara,

- objetivo gran angular (menor distancia focal que la de un objetivo normal) acoplado al sensor CCD,

- dispositivo programable para funciones de almacenamiento de la configuración y reconocimiento,

- sistema electrónico de apertura... [Seguir leyendo]

Reivindicaciones:

1. Sistema de identificación biométrica que comprende:

- una cámara con sensor CCD destinada a capturar imágenes en el espectro infrarrojo cercano,

- unos medios de iluminación por infrarrojos adaptado al rango espectral de la cámara,

- un objetivo gran angular acoplado al sensor CCD de la cámara,

- un dispositivo programable para funciones de almacenamiento de la configuración y reconocimiento, y

- un sistema electrónico de control de acceso controlado por el dispositivo programable.

2. Sistema según reivindicación 1 donde la mayor sensibilidad de respuesta de la cámara se determina para un valor de longitud de onda de 800-850 nm.

3. Sistema según reivindicación 1 donde los medios de iluminación por infrarrojos comprenden diodos LED.

4. Sistema según reivindicación 3 donde los diodos LED emiten en una longitud de onda establecida entre 800 nm y 850 nm).

5. Sistema según reivindicación 1 caracterizado porque adicionalmente comprende una carcasa protectora e integradora.

6. Método que hace uso del sistema descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque comprende las siguientes fases:

- detectar presencia del usuario mediante substracción continua de cada fotograma con la imagen del fondo almacenada,

- seleccionar la imagen del sujeto donde la superficie del mismo extraída por sustracción de fondo sea máxima,

- detectar región de la cabeza esencialmente de perfil usando heurísticas de forma y posición, y técnicas de detección de piel en infrarrojo,

- segmentar la región de la oreja,

- extraer conjunto de características discriminantes de la imagen de la oreja para usarlas como patrón de entrada para el clasificador diseñado,

- determinar la identidad del individuo en función del grado de similitud del patrón de test y un cierto umbral prefijado al compararlo con alguno de los modelos de orejas almacenados, y

- activar el mecanismo de apertura del sistema de cierre de seguridad en función del resultado del paso anterior.

7. Método según reivindicación 6 donde la fase de detección de presencia comprende las siguientes fases:

- disponer de una imagen de fondo estática de una escena,

- captar una secuencia de vídeo de la escena,

- restarle a cada fotograma de la secuencia de vídeo captada la imagen de fondo estática,

- umbralizar el resultado de la fase anterior para producir una imagen en blanco y negro para cada fotograma del vídeo donde los objetos en blanco indican objetos en movimiento, y

- discriminar dichos objetos en movimiento calculando el menor rectángulo que contenga dicho objeto blanco de tal forma que si la relación alto/ancho entre los lados de un rectángulo que encuadra dicho objeto blanco está entre 2,5 y 3,5, dicho móvil se considera una persona.

8. Método según reivindicación 6 ó 7 donde la fase de detección de la cabeza comprende las siguientes fases:

- determinar qué píxeles del objeto en movimiento corresponden a región de piel,

- determinar la región de la cabeza delimitada por los píxeles de piel localizados en la fase anterior que ocupen la región conexa superior en la imagen y que produzcan una región con forma esencialmente elíptica, y

- obtener una imagen de la cara de perfil a partir de los datos captados en los pasos anteriores.

9. Método según reivindicación 8 donde la determinación de píxel que corresponde a piel se realiza mediante el siguiente algoritmo: un píxel(R,G,B) en el espacio de color RGB es piel si cumple la siguiente condición:

(R > 45) & (G > 40) & (B > 20) & (max(R,G,B) - min(R,G,B) > 15) & (|R - G| > 15) & (R > G) & (R > B).

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 donde la fase de segmentación comprende las siguientes fases:

- recortar una parte de la imagen de perfil en función de los siguientes parámetros: la oreja ocupa aproximadamente 1/20 de la imagen de perfil y está situada en la parte posterior de la cara y a una altura intermedia, y

- obtener una imagen esencialmente rectangular que contiene la oreja.

11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 donde la fase de extracción comprende las siguientes fases:

- determinar unos puntos antropométricos de la oreja aplicando filtros de detección de bordes en el dominio espacial sobre la imagen original y uniendo los segmentos resultantes aplicando morfología matemática,

- determinar unos puntos de corte de los pliegues de la oreja con líneas equi-espaciadas en las direcciones vertical, horizontal y ambas diagonales, y

- utilizar la imagen de la oreja completa como patrón de entrada a un sistema de clasificación.

12. Método según reivindicación 11 donde los puntos antropométricos se seleccionan de entre: puntos superauricular, subauricular, postauricular, preauricular, otobase superior, otobase inferior y tragion.

13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11 donde la fase de determinación de la identidad comprende las siguientes fases:

- construir patrón que consiste en un vector de números reales a partir de las características extraídas donde sus componentes están normalizados en el intervalo [0,1], para caracterizar al sujeto cuya identidad se quiere reconocer,

- comparar dicho vector con los correspondientes que se tienen previamente almacenados en la base de datos de sujetos reconocidos por el sistema de control de accesos,

- determinar una distancia correspondiente al grado de similitud entre los patrones comparados, y

- realizar la identificación positiva o negativa en función de un umbral establecido a través de un proceso de entrenamiento del sistema.

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