ES2110841T5 - Sistema de autenticacion personal biometrica. - Google Patents

Sistema de autenticacion personal biometrica.

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ES2110841T5 ES95914734T ES95914734T ES2110841T5 ES 2110841 T5 ES2110841 T5 ES 2110841T5 ES 95914734 T ES95914734 T ES 95914734T ES 95914734 T ES95914734 T ES 95914734T ES 2110841 T5 ES2110841 T5 ES 2110841T5
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Abstract

SE DESCRIBE UN SISTEMA DE AUTENTICACION BIOMETRICO, PERSONAL. EL SISTEMA PUEDE UTILIZARSE PARA CONTROLAR UN ACCESO A UN EQUIPO O A INSTALACIONES FISICAS. EL SISTEMA EMPLEA LA COMBINACION DE UN PARAMETRO BIOMETRICO INHERENTEMENTE ESPECIFICO, UNICO RECONOCIDO Y COMPARADO CON DATOS ALMACENADOS Y AL MENOS UN PARAMETRO BIOMETRICO NO ESPECIFICO DE UNA CARACTERISTICA FISIOLOGICA RECONOCIDO Y COMPARADO CON NORMAS FISIOLOGICAS. LA COMPARACION POSITIVA DA COMO RESULTADO UNA AUTENTICACION DE UN INDIVIDUO QUE NO ESTA INCAPACITADO, DESMEMBRADO O DISMINUIDO.

Description

Sistema de autenticación personal biométrica.
Derechos gubernamentales
Esta invención se hizo con apoyo del Gobierno de EE.UU. bajo el Subcontrato Local SO-124465-S y MDA904-93-C4074. El Gobierno de EE.UU. tiene ciertos derechos en esta invención.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a sistemas de autenticación personal biométrica que autentican las identidades de individuos.
Antecedentes de la invención
Los sistemas de reconocimiento personal utilizan generalmente una sola característica muy específica para identificar las solicitudes de acceso válidas, a veces en asociación con otro método de autenticación individual.
La solicitud de patente publicada NL8503290 (Sibum), según una traducción inglesa no certificada, enseña a identificar una persona mediante reconocimiento de un modelo almacenado, por ejemplo huella digital, que impide el acceso o uso no autorizado, usando el análisis de modelo con determinación del calor corporal y/o el tamaño y color del cabello para impedir el uso de una copia falsificada de la huella digital. Así, este documento enseña a identificar una persona mediante reconocimiento de al menos un parámetro biométrico inherentemente específico de dicha persona, por ejemplo, huella digital, y detectar un parámetro biométrico no específico comparable a normas fisiológicas, tal como el calor corporal, durante la autenticación.
La solicitud de patente PCT publicada WO 90/08366 (Clayden) enseña la identificación de una persona observando uno o un número de parámetros biométricos tales como la estructura ósea, la temperatura, la configuración de las uñas, las arrugas en la palma o dedos de la mano y comparando los datos observados con las características almacenadas. Además, las enseñanzas incluyen referencia a las "firmas" de la voz, la escritura manual y el teclado de piano.
La Patente de EE.UU. nº 4.896.363 (Taylor) enseña un método para análisis y comparación de una huella digital "viva" con un registro almacenado y un aparato para uso funcional del método. Los productos comerciales descritos en la patente de Taylor incluyen el aparato de acceso personal fabricado por Thumbscan Corporation.
Las Patentes de EE.UU. n^{os} 4.869.254 y 5.078.136 (ambas de Stone y otros) enseñan un método para la medida no invasora y el cálculo de la saturación de oxígeno en la sangre del cuerpo humano en condiciones transitorias, y describen el aparato para el uso funcional del método. Los productos comerciales descritos en las patentes de Stone y otros son identificados ampliamente como oxímetros de pulso.
La Patente de EE.UU. nº 5.103.486 (Grippi) enseña una exploración de una combinación de huella digital con una proyección sobreescrita de una firma para identificar a un individuo, y reivindica la proyección de "cualquier característica biológica del usuario". Una característica biológica se describe como tejido de piel viva.
Sumario de la invención
Ninguno de los sistemas de autenticación, reconocimiento o control de acceso en la técnica reconoce el problema de que los dispositivos biométricos pueden ser burlados presentando el modelo biométrica de un individuo autorizado, que busca la autenticación personal biométrica, que ha sido incapacitado, desmembrado o está muerto en el momento de la autenticación, reconocimiento o acceso intentado.
Expresado de otro modo, ninguno de los sistemas de autenticación, reconocimiento o control de acceso en la técnica reconoce la posibilidad de que los parámetros biométricos puedan ser correlacionados o interrelacionados de otro modo para garantizar que un individuo que busca la autenticación personal biométrica está realmente presente para autenticación. Los dispositivos existentes pueden ser burlados por alguien, distinto que la persona genuina que busca la autenticación, presentando realmente el modelo biométrico de un individuo autorizado que busca la autenticación personal biométrica.
Por ejemplo, un análisis de huella digital que no reconoce si el dedo está unido a un ser humano vivo puede ser burlado por reconstrucciones electrónicas o fotográficas de la huella digital o por desmembración del dedo. Otra evidencia que la técnica emplea actualmente para confirmación puede ser burlada por el uso del subterfugio y la sustitución.
La presente invención resuelve un problema no reconocido en la técnica proporcionando un sistema de autenticación personal biométrica que requiere la correlación entre un parámetro biométrico único inherentemente específico y al menos un parámetro biométrico no específico que tiene variabilidad mensurable durante el tiempo de autenticación en un margen fisiológicamente aceptable.
Previamente, la técnica ha considerado dos clases de errores. La primera clase es donde el sistema de autenticación rechazaría erróneamente la autenticación de un usuario autorizado verdaderamente. La segunda clase de error es donde el sistema de autenticación aceptaría erróneamente la autenticación de un usuario no autorizado verdaderamente. Ambas clases de error están basadas en la exactitud y precisión de autenticación basadas en un parámetro biométrico único inherentemente específico. El parámetro puede aplicarse demasiado rigurosamente (rechazando la autenticación cuando debería aceptarse) o aplicarse demasiado libremente (aceptando la autenticación cuando debería rechazarse). En general, están inversamente relacionadas las dos clases de errores para un sistema de reconocimiento que usa un solo parámetro biométrico único inherentemente específico. Reducir la frecuencia de error para rechazo falso incrementa la frecuencia de aceptación falsa, y viceversa. Los sistemas de autenticación, especialmente los sistemas de acceso, se enfrentan con este dilema.
La presente invención considera una tercera clase de error y resuelve un problema que la técnica no ha reconocido. Un tercer error posible no reconocido es donde el sistema de autenticación aceptaría erróneamente la autenticación de un usuario verdaderamente no autorizado que intenta conseguir el acceso usando el modelo de un parámetro biométrico único inherentemente específico procedente de un usuario autorizado. Los errores de las clases primera y segunda, y las soluciones para tratar tales errores, no consideran ni miden adecuadamente el riesgo de burlar el sistema de autenticación.
La presente invención resuelve los errores de la tercera clase proporcionando un sistema de autenticación que reconoce un parámetro biométrico único inherentemente específico y otros parámetros biométricos no específicos que no precisan ser únicos para el individuo pero son comparables a normas fisiológicas y son variables durante el tiempo de autenticación.
La presente invención resuelve el problema de que al menos dos modos de reconocimiento biométrico deben fallar o ser burlados para autenticar a un usuario no autorizado.
"Parámetros biométricos" significan características dimensionales y fisiológicas de un ser humano individual. Algunos parámetros biométricos (por ejemplo las huellas digitales (incluyendo las huellas de pulgares), las huellas de palmas, las huellas de poros, las impresiones de la voz, la escritura manual (incluyendo la firma), y los modelos de retinas) son tanto únicos como inherentemente específicos y son relativamente fáciles de copiar y reproducir o modelar para comparación posterior con fines de autenticación. El análisis de huellas dactilares se refiere a la identificación y medida de puntos de detalles (bifurcaciones y puntos extremos). El análisis de huellas de poros se refiere a la identificación y medida de poros dentro de las crestas de los dedos.
Otros parámetros biométricos son no específicos y no únicos para un individuo. Algunos parámetros biométricos no específicos incluyen características dimensionales (por ejemplo, estructura ósea y dimensiones físicas) y la temperatura de la piel y no es probable que tengan alguna variabilidad durante el tiempo requerido para la autenticación, y las características fisiológicas (por ejemplo, señales electrocardiografías, pulso y características espectrales del tejido humano) que es probable que tengan alguna variabilidad mensurable durante el tiempo requerido para la autenticación. De las dos, las características fisiológicas son más difíciles de simular debido a que tales medidas son observables dentro de márgenes fisiológicos, variables en el tiempo y, en características tales como las señales electrocardiografías y el pulso, son sincronizables dentro de un solo cuerpo humano.
Uno o más parámetros biométricos no específicos usados en combinación con uno o más parámetros biométricos únicos inherentemente específicos proporcionan protección de precisión muy grande contra la acción de burla, y no requieren la medida prolongada ni excesiva para autenticación con fines tales como el control de acceso a una función segura o la capacidad para realizar una función. Características fisiológicas no específicas adicionales tales como el contenido de alcohol en sangre o los niveles de sustancias químicas controladas (por ejemplo, drogas legales usadas en cantidades ilegales o en horas ilegales, o drogas ilegales) en el cuerpo podrían usarse para determinar si un usuario autorizado de otro modo es autenticado respecto a que está en un estado físico aceptable para que se le conceda acceso a un automóvil u otra instalación o equipo.
El sistema de autenticación personal biométrica de la presente invención comprende:
(a) subsistema de memoria para almacenar un parámetro biométrico único inherentemente específico de al menos un individuo en una especie;
(b) primer subsistema de reconocimiento para detectar el parámetro biométrico único inherentemente específico en un individuo que busca la autenticación personal;
(c) segundo subsistema de reconocimiento para detectar al menos un parámetro biométrico no específico de una característica fisiológica, que tiene variabilidad mensurable durante el tiempo de autenticación, en el individuo que busca autenticación personal;
(d) primer subsistema de comparación para comparar el parámetro biométrico único inherentemente específico, detectado por el primer subsistema de reconocimiento, con el parámetro biométrico único inherentemente específico almacenado en el subsistema de memoria;
(e) segundo subsistema de comparación para comparar cada parámetro biométrico no específico con normas fisiológicas par la especie dentro de un margen aceptable; y
(f) subsistema de autenticación para confirmar la identidad del individuo que busca la autenticación personal evaluando las comparaciones efectuadas por el primer subsistema de comparación y el segundo subsistema de comparación, en donde
el segundo subsistema de reconocimiento detecta al menos dos parámetros biométricos no específicos con correlación fisiológica de los parámetros biométricos no específicos dentro de un margen aceptable. Más preferiblemente, la detección de al menos dos parámetros biométricos no específicos está sincronizada. Ejemplos de parámetros biométricos no específicos de características fisiológicas incluyen el flujo sanguíneo, la identidad espectral de tejido, las señales electrocardiografías, el pulso, la oxigenación de la sangre, el valor hematocrito, los ensayos bioquímicos de tejido, la pletismografía eléctrica, los exudados de la piel, las propiedades mecánicas de la piel, las propiedades eléctricas de la piel, la transpiración de gases, la presión sanguínea y el volumen sanguíneo diferencial.
Más preferiblemente, el sistema de autenticación personal biométrica de la presente invención utiliza el análisis de huellas digitales (usado en esta invención para incluir el análisis de huellas de pulgares) de un individuo en combinación con la oximetría de pulso y la electrocardiografía del individuo. El análisis de huellas digitales suministra el parámetro biométrico único inherentemente específico mientras que los datos procedentes de un oxímetro de pulso y la electrocardiografía suministran el(los) parámetro(s) no específico(s), preferiblemente ambos sincronizados en el tiempo entre dos parámetros no específicos y correlacionados entre los parámetros no específicos y el parámetro biométrico único inherentemente específico. Específicamente, la señal electrocardiografías, como se mide en tiempo real, está sincronizada con el pulso medido por el oxímetro de pulso como cambio de velocidad del flujo sanguíneo en tiempo real.
Por ejemplo, si el análisis de huellas digitales coincide con el parámetro biométrico único inherentemente específico y si los datos del oxímetro de pulso y porcentaje de saturación de oxígeno y señal electrocardiografías, como parámetros biométricos no específicos, se correlacionan dentro de normas aceptables, y si se determina por dos métodos diferentes y sincronizables (eléctrico y óptico) que el pulso está sincronizado, entonces el individuo identificado con la huella digital no está incapacitado, desmembrado ni muerto y entonces se obtiene la autenticación del individuo. Opcionalmente, la temperatura de la piel puede añadirse para proporcionar confirmación adicional de viabilidad del individuo que busca autenticación.
Con autenticación de un individuo de acuerdo con la presente invención, pueden adoptarse diversas acciones. Ejemplos no limitados de acciones disponibles para el individuo autenticado incluyen el acceso al equipo, el acceso a instalaciones físicas, el reconocimiento del individuo para una variedad de razones, la confirmación de la presencia del individuo en un lugar autorizado o usando equipo autorizado y otras situaciones donde el estado de un individuo es determinado o controlado a distancia.
Más allá del primer nivel de autenticación de un individuo y la autorización de entrada a una instalación física o al uso de equipo, la idoneidad del comportamiento puede verificarse para un segundo nivel de control de acceso mediante la medida de gases en sangre u otras características, tales como niveles de alcohol o sustancias químicas controladas en sangre, que perjudicaría la operación por el individuo de equipo tal como un vehículo de transporte masivo.
Una característica de la presente invención es que los parámetros biométricos inherentemente específicos y no específicos pueden reunirse simultáneamente y no invasoramente para reconocimiento, comparación y determinación de la autenticación.
Otra característica de la presente invención es que los parámetros biométricos no específicos no precisan ser identificados para el individuo que busca la identificación personal.
Una ventaja de la presente invención es que los individuos que buscan la autenticación personal experimentan la comparación de parámetros biométricos múltiples con medidas de seguridad que evitan potencialmente la autenticación falsa.
Una característica opcional de la invención incluye el uso de un aparato de entrada de datos y entrada de información para hacer mínima la búsqueda de datos almacenados del parámetro biométrico único inherentemente específico, tal como usando un número o código de identificación personal, una foto u otros medios.
Otra característica opcional de la invención incluye un aparato para leer y analizar información codificada y cifrada residente en medios magnéticos u ópticos o en un holograma almacenado en una tarjeta de plástico poseída por el individuo que busca la autenticación, más bien que almacenada en el aparato para recibir datos del parámetro biométrico único inherentemente específico.
Otra característica opcional de la invención es proporcionar autenticación adicional usando un aparato que identifica y compara más de un parámetro biométrico único inherentemente específico tal como la firma escrita, la configuración de retina, el reconocimiento de voz o las dimensiones físicas del individuo o las características del individuo.
Descripción breve de los dibujos
La Figura 1 es una ilustración esquemática de una realización preferida de la invención.
Las Figuras 2a, 2b y 2c son vistas en planta de una realización preferida de la invención.
Las Figuras 3a, 3b y 3c son vistas seccionadas de una realización preferida de la invención mostrando posiciones del aparato de medida.
La Figura 4 es un esquema de bloques del aparato para reconocer el parámetro biométrico no específico de señales electrocardiografías.
La Figura 5 es un esquema de bloques del aparato para reconocer el parámetro biométrico no específico de saturación de oxígeno en sangre.
La Figura 6 es un esquema de bloques del aparato para reconocer el parámetro biométrico no específico de temperatura de la piel.
La Figura 7 es un organigrama para completar la autenticación de acuerdo con la presente invención.
La Figura 8 es una ilustración esquemática eléctrica de circuito para procesar el parámetro biométrico no específico de señales electrocardiografías, como se muestra en la Figura 4.
La Figura 9 es una ilustración esquemática eléctrica de circuito para producir energía pulsátil para las lámparas de luz roja e infrarroja para el parámetro biométrico no específico de saturación de oxígeno en sangre, como se muestra en la Figura 5.
La Figura 10 es una ilustración esquemática eléctrica de circuito para procesar las señales que indican el parámetro biométrico no específico de saturación de oxígeno en sangre, como se muestra en la Figura 5.
La Figura 11 es una ilustración esquemática eléctrica de circuito para el circuito de sensor de temperatura mostrado como un esquema de bloques en la Figura 6.
Realizaciones de la invención
La Figura 1 muestra un esquema de una realización preferida del sistema de autenticación biométrica personal de la presente invención. Esta realización es una unidad de control de acceso montada sobre el mostrador que contiene el aparato de sensores y entrada de datos. El control de acceso está interconectado con un sistema de ordenador electrónico protegido para proporcionar la autenticación del individuo que solicita la entrada y el uso del sistema.
Esta realización utiliza una porción del ordenador 2 de uso general para procesamiento 6 de los datos de indicador biométrico no específico y para procesamiento 4 de la imagen de huella digital única.
Un individuo que busca acceso introduce primero un código de identificación seguido por colocar ambas manos sobre superficies contorneadas que contienen diversos sensores durante un período de diez segundos aproximadamente hasta que la autenticación se completa satisfactoria o insatisfactoriamente y, preferiblemente, el acceso es concedido o denegado. La entrada 8 de código de identificación es un número de código de identificación personal o puede ser una tarjeta de identificación insertada y leída para solicitar acceso a través del sistema de acceso. El uso de códigos de identificación personal estrecha el proceso de búsqueda necesario para comparar el parámetro biométrico único inherentemente específico detectado por el dispositivo con los datos almacenados. Esto actúa para acelerar las operaciones necesarias para establecer la autenticación personal. Además, el número de código de identificación personal puede proporcionar un nivel preliminar adicional de comparación en el proceso de autenticación.
Los elementos del sistema de autenticación incluyen el sensor 10 de imagen de huella digital que introduce datos para análisis en las funciones 4 de lógica y memoria del ordenador para identificación única inherentemente específica, y los sensores biométricos no específicos 24, 26 y 28 con funciones 30 de proceso de señales que introducen información para análisis en el sistema 6 de ordenador para reconocer el electrocardiograma, el pulso y la saturación de oxígeno en sangre para validación biométrica no específica, y la temperatura de la piel para validación opcional adicional. Con esta combinación de información, el individuo que busca la autenticación y el acceso puede ser identificado únicamente y puede efectuarse una determinación de que el individuo que busca la autenticación no está incapacitado, desmembrado o muerto. En otras palabras, el estado biológico del individuo, como se mide no invasoramente por medio de características fisiológicas que varían en el tiempo durante la autenticación, es usado con el parámetro único inherentemente específico de una huella digital para autenticar que el individuo está vivo y funcionando con estados fisiológicos aceptables para la autenticación y el acceso resultante.
La cámara 10 de reconocimiento de huella digital y el sistema 4 emplean un aparato, circuito y soporte lógico bien conocidos. El modelo de huella digital del individuo es detectado por la cámara 10 cuando el individuo coloca un pulgar sobre la ventana 42 de detector (mostrada en la Figura 2 y descrita después). La imagen detectada es captada y analizada por el procesador 12 de imagen, desarrollada en una matriz vectorial de detalles de huella digital que es validada por el comparador 14 mediante la correlación de la matriz vectorial de imagen explorada con la matriz seleccionada en el archivo 16 de memoria prealmacenado indexado por el número de código de identificación personal. Si la imagen coincide con la información almacenada, entonces se activa la salida 18 del comparador 14, señalando el proceso de decisión como se representa esquemáticamente en la Figura 7 y se describe después.
Los sistemas de reconocimiento de huellas digitales, tal como la cámara 10 trabajando con el sistema 4, con obtenibles comercialmente de Thumbcan, Inc., Lombard, Illinois. Tal sistema 4 se describe en la Patente de EE.UU. nº 4.896.363 (Taylor). Alternativamente, la cámara 10 es obtenible comercialmente como Modelo FC-11 Fingerprint Capture Station, de Digital Biometrics, de Minnetonka, Minnesota. Cuando se usa la cámara Digital Biometrics 10, entonces también se usa el registrador de imágenes IP-8 Image Processing Board obtenible comercialmente de Matrox Electronic Systems, Ltd. De Dorual, Quebec, Canada, junto con soporte lógico de comparación obtenible comercialmente de BlitzMatch, Inc. de Champaign, Illinois.
El modelo de selección de huella digital prealmacenado puede almacenarse en una memoria de sólo lectura (ROM) especializada del sistema 4 de reconocimiento de huellas digitales, o almacenarse en la memoria del terminal de ordenador al que accede el individuo a través de un teclado numérico estándar conectado aun acceso asíncrono de entrada/salida, o introducirse en el sistema de acceso de seguridad por medio de una tarjeta de identificación magnética u óptica presentada al instrumento de acceso en el momento de actuar el sistema de acceso. La tarjeta de identificación puede sustituir o suplementar la entrada del número de código de identificación personal usando el teclado numérico.
El circuito de reconocimiento biométrico no específico mostrado en la Figura 1 incluye los electrodos biométricos (electrocardiograma) 24 que comunica con el procesador 32 de señal analógica, las fuentes de diodos luminiscentes (una en el margen visible (unos 660 mm) y la otra en el margen de luz infrarroja próxima (unos 910 mm) y detector 26 que comunican con el procesador 34 de señales y fuente de energía temporizada, para las señales pletismográficas del monitor de pulso/oxígeno sanguíneo, y el sensor 28 de temperatura que comunica con el procesador de señales y sensor 36 de temperatura ambiente.
Después del procesamiento analógico, las señales se comunican al sistema 6 de ordenador, se digitalizan para análisis a través del interfaz 22 (tal como una tarjeta RIT-815 obtenible de Analog Devices de Norwood, Massachusetts). Las señales digitalizadas se procesan dentro de un ordenador CPU de uso general, por ejemplo un IBM PS/2, obtenible de IBM Corporation de Armonk, Nueva York. El procesamiento 38 de sensores sigue un modelo lógico programable por una persona de cualificación ordinaria en la programación del ordenador general elegido. El modelo lógico incluye diversos pasos de cálculo, suavización y comparación como se muestran en el organigrama de la Figura 7. Los márgenes de aceptación se almacenan en la memoria 20 y se comparan con los datos del individuo en los estados de decisión 324, 328, 330 y 332 como se definen después dentro del organigrama de la Figura 7.
La Figura 2 es una realización montada en mostrador del instrumento de acceso de seguridad mostrado en las tres vistas 2a-2c. La Figura 2a muestra la vista semifrontal 40-A, la Figura 2b muestra la vista en alzado lateral 40-B y la Figura 2c muestra la vista en planta desde arriba 40-C. El instrumento 60 de acceso de seguridad montado en mostrador tiene una cavidad 62 de ubicación pulgar o de dedo, preferiblemente con un rodillo dentado, para recibir el pulgar o dedo confortablemente, abierta a través de la superficie frontal 64, extendida hacia el interior del instrumento, que proporciona acceso a la ventana 42 de detector y otros elementos de sensores descritos después, en el que los sensores están protegidos contra la luz difusa. La posición y configuración de la cavidad 62 permiten la ubicación tanto de la mano izquierda como derecha, del individuo que busca la autenticación, sobre los electrodos biomédicos 44, 46, 48 y 50, con el pulgar o dedo de una mano orientado apropiadamente sobre la ventana 42 de detector dentro de la cavidad 62. Un conmutador (no mostrado) puede estar montado en el instrumento 60, adyacente a los electrodos, para activar la exploración.
La ventana 42 de detector puede ser un prisma para reorientar la luz, que tiene preferiblemente un revestimiento para presentar un buen "tacto" al usuario mientras protege la ventana 42.
Esta configuración es sólo una de muchas que permitirían la ubicación de las manos u otras partes del cuerpo en contacto con los electrodos electrocardiografías mientras que también proporcionan posiciones para un dedo seleccionado de mano o pie sobre el explorador de huellas digitales. Por ejemplo, la sección de medida podría ser esencialmente plana con la ventana de detector en el centro y los electrodos electrocardiografías configurados en ambos lados tal que un dedo de mano o pie podría situarse sobre la ventana de detector y efectuarse el contacto electrocardiografías con partes de la mano o del pie.
Las figuras 2a y 2c muestran un teclado numérico 54, para entrada del número de código de identificación personal u otra entrada de información codificada, y la ventana 56 de visualización para salida de información y estado. Esta configuración puede expandirse para incluir lectoras de tarjetas de identidad o dispositivos de memoria y transductores de sonido para entrada o salida de tonos verbales o sonoros.
Esta realización montada en mostrador del instrumento de acceso de seguridad está conectada por cables eléctricos apropiados (no mostrados) con un ordenador para comunicación de energía, señales y datos. Equipo adicional podría incorporarse fácilmente en el instrumento de acceso para incluir un microprocesador y memoria para manejar las funciones lógicas relacionadas con el ordenador, la fuente de alimentación y los dispositivos de salida; tal que la salida de este instrumento sería una simple señal de llamada para uso con un relé u otro aparato de respuesta para permitir que el individuo acceda al equipo o instalación protegida después de que se obtiene la autenticación.
Las Figuras 3a-3c muestran la realización montada en mostrador del instrumento de acceso de seguridad, en secciones parciales que detallan la posición de la ventana 42 con respecto al conjunto 90 de resorte tal que los diodos luminiscentes 92 y 96 están diametralmente opuestos de modo esencial al fotodetector 98. Alternativamente, los diodos luminiscentes 92 y 96 y el fotodetector 98 pueden estar montados encima y debajo de la cavidad 62 de ubicación de pulgar. El sensor opcional 80 de temperatura de la piel está situado contiguo a la ventana 42, en línea con el eje de entrada de la cavidad 62 de ubicación de pulgar, para estar en contacto con la piel cerca de la unión de la región de huella de pulgar de la mano.
Las Figuras 4, 5 y 6 son esquemas de bloques de circuitos de los dispositivos para medir los parámetros biométricos no específicos (electrocardiograma, oxígeno en sangre, pulso y temperatura de la piel), aumentando el contenido del bloque 30 de electrónica de interfaz de sensores, y los sensores 24, 26 y 28.
Los sensores 24 usados para la detección electrocardiografías son los electrodos 102 y 104 de señales más el electrodo 106 de tierra mostrados en la Figura 4. Estos son los mismos electrodos que los 46 y 48, y los electrodos 44 y 50 de tierra (que están conectados entre sí) de la Figura 2, respectivamente, en los que el electrodo 106 de tierra y el primer electrodo biomédico 104 contactan con la mano izquierda y el segundo electrodo biomédico 102 contacta con la mano derecha (no mostrada).
Electrodos biomédicos útiles en la presente invención son obtenibles comercialmente de Minnesota Mining and Manufacturing Company, San Paul, Minnesota. Preferidos particularmente son los electrodos biomédicos descritos en la Patente de EE.UU. nº 5.012.810 (Strand y otros); las Patentes de EE.UU. n^{os} 4.524.087, 4.539.996, 4.554.924 y 4.848.353 (todas de Engel); y la Patente de EE.UU. nº 5.133.356 (Bryan y otros).
Los electrodos 102, 104 y 106 están montados con superficies adhesivas conductoras descubiertas para el contacto con dedos o pulgares. Los electrodos 102, 104 y 106 se cambian periódicamente cuando la superficie adhesiva conductora de contacto está contaminada por el polvo y las escamas de piel seca. Los electrodos 102 y 104 están conectados a las entradas del amplificador de medida diferencial 110 que proporciona amplificación de señal con gran impedancia de entrada como es requerida para la interfaz eficaz con los electrodos 102 y 104. El amplificador 110 de medida es seguido por el amplificador 112 de aislamiento para proporcionar aislamiento eléctrico al individuo. Tanto el amplificador 110 de medida como el amplificador 112 de aislamiento son alimentados por el convertidor aislado 118 de corriente continua-corriente continua que proporciona protección de seguridad por aislamiento eléctrico respecto a la fuente de alimentación principal.
La señal electrocardiografías es procesada por el filtro 114 de paso de banda, para eliminar el ruido indeseado fuera de la banda de frecuencias de 0,05 Hz a 30 Hz, y amplificada por amplificador separador 116 para compensar el nivel de señal procedente del cuerpo humano. La salida 126 de señal electrocardiografías procesada se comunica a la interfaz analógica/digital 22.
En la Figura 5 se muestra un esquema de bloques para el sensor de saturación de oxígeno en sangre. El sensor es del tipo de oxímetro de pulso y es bien conocido por los expertos en la técnica. Los emisores y sensores de este dispositivo están situados en la ventana 42 de detector (mostrada en la Figura 3), suministrando luz infrarroja próxima y luz visible en longitudes de onda múltiples a través del tejido humano del pulgar y detectando la luz transmitida. Los emisores de luz son alimentados a una frecuencia alterna tal que una luz está apagada cuando la otra luz está encendida, la frecuencia de excitación de las luces tiene una frecuencia mucho mayor que la frecuencia del corazón humano, por ejemplo 1.500 Hz.
La luz detectada se muestrea a la misma frecuencia de excitación y es de naturaleza pulsátil relacionada directamente con el ciclo de pulso cardiaco normal. El cambio en la intensidad de luz detectada en las fases de pico y en las fases de valle de un ciclo de pulso particular proporciona una medida relativa de absobancia en la sangre arterial. Comparando las absorbancias relativas en longitudes de onda múltiples (usualmente unos 910 mm y 660 mm), puede determinarse un valor de saturación de oxígeno para la sangre del sujeto.
La fuente luminosa 140 suministra luz en dos longitudes de onda. Un diodo luminiscente 142, que emite luz en una longitud de onda de 660 mm, y un diodo luminiscente 144, que emite luz en una longitud de onda de 910 mm, son excitados por las fuentes 148, 150 excitadoras de diodos luminiscentes. Los diodos luminiscentes son temporizados por el generador 146 de reloj que genera el estado de encendido y apagado intermitente que proporciona dos estados distintos para la fuente luminosa total: diodo de 910 mm encendido/diodo de 660 mm apagado mostrado como 156, diodo de 910 mm apagado/diodo de 660 mm encendido mostrado como 152.
El detector 170 convierte la luz transmitida en una señal eléctrica con el fotodiodo 172 de silicio de corriente variable. La señal de corriente variable es convertida en una tensión variable por el amplificador 174 de corriente-tensión. La detección está sincronizada con la temporización de emisor de diodo luminiscente, detectando y manteniendo el nivel luminoso transmitido durante cada uno de los dos estados distintos con los circuitos 182 y 186 de muestreo y retención. Cada señal luminosa transmitida incluye tanto componentes de corriente continua como de corriente alterna que se separan para el cálculo y procesamiento de oxígeno en sangre en el procesador 38 de sensores. La señal de 910 mm se amplifica (190) y filtra (192) para eliminar la señal indeseada por encima de 10 Hz y se comunica a la interfaz 22 a través de la conexión 198-D. La componente de corriente alterna es separada por el filtro 194 de paso alto, de 0,3 Hz, amplificada por el amplificador 196 y comunicada a la interfaz 22 a través de la conexión 198-A.
El procesamiento en paralelo de la señal de 660 mm es a través del canal 200, 202, 204, 206 y 208-A y 208-C.
La medida de oxígeno en sangre de este sistema es bien conocida y descrita en las Patentes de EE.UU. n^{os} 4.869.254 y 5.078.136 (Stone y otros). Los oxímetros de pulso son obtenibles comercialmente de la manera descrita por estas patentes, incluyendo los diodos luminiscentes 142, 144 y el detector 170 vendido por Nellcor Incorporated de Hayward, California.
El procesamiento de la señal de oxímetro de pulso se describe aquí como procesamiento de señal en dominio de tiempo. Claramente, el procesamiento podría hacerse en el dominio de frecuencia digitalizando la señal directamente en los sensores y usando técnicas de procesamiento de señal digital.
Opcionalmente, la temperatura de la piel se mide con un sensor de estado sólido elegido para linealidad a través del margen de temperaturas del cuerpo humano. En la Figura 6 se muestra el esquema de bloques del circuito 250 de medida asociado. El sensor 252 de temperatura de la piel es alimentado por el convertidor aislado 256 de corriente continua/corriente continua para protección del individuo. La tensión procedente del sensor 252 depende linealmente de la temperatura, es amplificada y aislada de otros circuitos por los amplificadores 258 y 262. La señal de temperatura se filtra (264) para eliminar todas las frecuencias superiores a 0,5 Hz, para eliminar el ruido eléctrico, y se comunica a la interfaz 22 a través de la conexión 272. Opcionalmente, un sensor 254 de temperatura ambiente puede usarse para compensar las condiciones ambientales, como se muestra en el esquema de bloques 260. La señal procedente del sensor opcional 254 de temperatura es amplificada por el amplificador 261 y comunicada a la interfaz 22 a través de la conexión 268.
El reconocimiento y comparación para el sistema de autenticación biométrica personal está basado inicialmente en el reconocimiento de huellas digitales seguido por el análisis de las señales de sensores biométricos para: electrocardiograma 126, luz infrarroja próxima de 910 mm en 198-A y 198-C y luz visible de 660 mm en 208-A y 208-C, y temperatura 272. La autenticación se procesa en un programa lógico incluido dentro del ordenador 6 usando programación escrita en código de máquina WATCOM C, versión 9.5, de WATCOM International Corp., Waterloo, Ontario, Canadá, de una manera conocida por los expertos en la técnica. La descripción de los subsistemas de reconocimiento, los subsistemas de comparación y los subsistemas de autenticación se muestra en la Figura 7. Alternativamente, la autenticación puede procesarse usando programación de red neural de una manera conocida por los expertos en la técnica.
El procesamiento de autenticación, como se muestra en la Figura 7, se inicia con el tecleo de entrada de un número de código de identificación personal por el individuo que busca la autenticación personal o por inserción de una tarjeta de identidad que comunica un número de código de identificación personal (300). El individuo coloca sus manos en las posiciones mostradas en las Figuras 2a-2c y las huellas digitales del individuo se exploran (340) y se procesan para obtener el vector de referencia (342). El registro apropiado se recupera (344) de la memoria 16 y se compara (346) para aceptación o rechazo. Si la comparación es rechazada, la autenticación ha fallado con independencia de que la comparación proceda de los parámetros biométricos no específicos. En una realización preferida, el acceso es denegado debido a la autenticación rechazada.
En paralelo con los subsistemas de reconocimiento y comparación usados para reconocimiento de huellas digitales con datos procedentes de la memoria de huellas digitales, los pasos de reconocimiento biométrico no específico se inician simultáneamente como se muestra en la Figura 7.
Los datos biométricos se reconocen y recogen (310) sobre muestras múltiples (unas 128) de la señal electrocardiografías, las señales ópticas y la señal de temperatura opcional requiriendo un período de 3,2 segundos aproximadamente con la señal electrocardiografías recogida preferiblemente en un período de unos 0,5 segundos. Entonces, el proceso lógico procede a analizar las señales pletismográficas, electrocardiografías y de temperatura suavizando las señales ópticas y electrocardiografías usando un promedio de desplazamiento de cinco puntos (320), hallando los picos principales en las señales electrocardiografías y ópticas de 910 mm (322), calculando la frecuencia de pulso de las señales s y ópticas (324), hallando los valles en la señal de luz infrarroja próxima de 910 mm (326), calculando la relación de saturación de oxígeno a partir de las señales ópticas de 660 mm y 910 mm (328), y promediando la señal de temperatura y calculando la temperatura real media de la piel (330).
A continuación se efectúa una comparación (332) de la frecuencia de pulso obtenida simultáneamente por la señal de pletismografía óptica de 910 mm y las señales electrocardiografías. Si la frecuencia de pulso, como es medida por ambos métodos, está dentro de un sincronismo aceptable, entonces el procesamiento lógico continúa. Si no hay sincronismo aceptable, entonces la autenticación es rechazada (352) con independencia de los resultados de la comparación (346) de identificación de huellas digitales.
Si las dos frecuencias de pulso están dentro de un sincronismo aceptable, entonces las normas fisiológicas de saturación de oxígeno, pulso y temperatura se recuperan (334) para comparación (336) con la relación de saturación de oxígeno (328), la frecuencia de pulso (324) y la temperatura (310) calculadas. Si hay una comparación aceptable (336), entonces, con una comparación aceptable de huellas digitales (346), hay autenticación (350). Si no hay comparación aceptable (336), entonces la autenticación se rechaza (354) con independencia de los resultados de la comparación de huellas digitales (346). Como se prefiere actualmente, entonces el subsistema de autenticación concede acceso al equipo o las instalaciones.
La Figura 8 es el esquema de circuito detallado del circuito electrocardiografía mostrado como un esquema de bloques en la Figura 4. La Tabla 1 es la lista de componentes y dispositivos usados en este circuito.
TABLA 1 
\hskip1cm
Componentes
B1,B2 Lámpara NE2H
C1,C2 500 pF
C3 200 pF
C4,C5,C8 1 \muF
C6,C7 10 \muF
C9,C10,C11,C12,C13,C14 0,56 \muF
R2,R1 300 \Omega
R3,R4,R7 50 k\Omega
R5,R6 5 M\Omega
R8,R9,R10,R11,R12 20 k\Omega
R13,R34 2,2 k\Omega
R14 30 k\Omega
R16 1 M\Omega
R17 4,75 k\Omega
R18 47 k\Omega
R19,R20,R21,R22,R23,R24 10 k\Omega
R35 100 \Omega
R36,R37 22 k\Omega
R64 1 k\Omega 
\hskip1cm
Dispositivos
U1,U3,U4 \hskip2,5cm LF444CN
\hskip1cm Amplificador operacional:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
U2 \hskip2,5cm ISO107A
\hskip1cm Amplificador de aislamiento
\hskip1cm de alta tensión:
\hskip2,1cm Burr-Brown
\hskip2,1cm Tucson, Arizona
D1,D2,D3,D4 \hskip2,5cm 1N4148
D6,D7 \hskip2,5cm 1N914
\hskip1cm Diodo:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
La Figura 9 es el esquema de circuito detallado del circuito de fuente luminosa de oxímetro sanguíneo mostrado como el esquema 140 de bloques en la Figura 5. La Tabla 2 es la lista de componentes y dispositivos usados en este circuito.
TABLA 2 
\hskip1cm
Componentes
C21 1,0 \muF
C19 0,01 \muF
C20 4.700 pF
C22 4,9 \muF
C25 5,3 \muF
C32 5,4 \muF
C40 1 \muF
R40 1 M\Omega
R41 47 k\Omega
R46,R49,R50 10 k\Omega
R38 1 k\Omega
R39 200 k\Omega
R45,R43 4,3 k\Omega
R47,48 470 \Omega
R42,R44,R51 10 \Omega 
\hskip1cm
Dispositivos
U9 \hskip2,5cm LM555CN-1.500 Hz
\hskip1cm Reloj/temporizador:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
U10 \hskip2,5cm DG211
\hskip1cm Conmutador analógico:
\hskip2,1cm Siliconix
\hskip2,1cm Santa Clara, California
D5 \hskip2,5cm 1N4148
\hskip1cm Diodo:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
Q1,Q2 \hskip2,5cm 2N4403
Q3,Q4,Q5,Q6 \hskip2,5cm 2N4401
\hskip1cm Transistor:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
U4 \hskip2,5cm LF444C4
\hskip1cm Amplificador operacional:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
U14 \hskip2,5cm 74HCT04
\hskip1cm Puerta lógica
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
La Figura 10 es el esquema de circuito detallado del circuito de lectura del oxímetro sanguíneo mostrado como el esquema de bloques 170 en la Figura 5. La Tabla 3 es la lista de componentes y dispositivos usados en este circuito.
TABLA 3 
\hskip1cm
Componentes
C42,C43 0,1 \muF
C44,C45,C47,C48,C49,
C50,C52,C53,C56 0,47 \muF
C57 10 pF
R15 10 M\Omega
R54,R55,R56,R57,
R62,R63,R64,R65 25 k\Omega
R52,R53 560 \Omega
R66,R58 1,0 M\Omega
R67,R59 5 k\Omega
R60,R68 330 k\Omega 
\hskip1cm
Dispositivos
U6,U7,U8 \hskip2,5cm LF444CN
\hskip1cm Amplificador operacional:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
U12,U11 \hskip2,5cm LF398
\hskip1cm Muestreo y retención:
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
La Figura 11 es el esquema de circuito detallado del circuito de sensor de temperatura mostrado como los esquemas de bloques 250 y 260 en la Figura 6. La Tabla 4 es la lista de componentes y dispositivos usados en este circuito.
TABLA 4 
\hskip1cm
Componentes
C15 1,0 \muF
R30 475 k\Omega
R26,R29,R32,R33 4,75 k\Omega
R28,R25 100 k\Omega
R27 23,5 k\Omega
R31 240 k\Omega 
\hskip1cm
Dispositivos
U4 \hskip1,5cm LF444CN
\hskip1cm Amplificador operacional
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
DS1 \hskip1,5cm E10051
\hskip2,1cm Murata Manufacturing Co. Ltd.
\hskip2,1cm Kyoto, Japón
T2 \hskip1,5cm LM34
\hskip2,1cm National Semiconductor
\hskip2,1cm Santa Clara, California
Aunque se han descrito realizaciones de la invención, las reivindicaciones siguientes describen el alcance de la invención.

Claims (9)

1. Un sistema de autenticación personal biométrica que comprende:
(a) subsistema de memoria para almacenar un parámetro biométrico único inherentemente específico procedente de al menos un individuo en una especie;
(b) primer subsistema de detección para detectar el parámetro biométrico único inherentemente específico en un individuo que busca la autenticación personal;
(c) segundo subsistema de detección para detectar al menos un parámetro biométrico no específico de una característica fisiológica que tiene variabilidad mensurable durante el tiempo de autenticación, en el individuo que busca la autenticación personal,
(d) primer subsistema de comparación para comparar el parámetro biométrico único inherentemente específico, detectado por el primer subsistema de detección, con el parámetro biométrico único inherentemente específico almacenado en el subsistema de memoria;
(e) segundo subsistema de comparación para comparar cada parámetro biométrico no específico con normas fisiológicas para la especie; y
(f) subsistema de autenticación para confirmar la identidad del individuo que busca la autenticación personal evaluando las comparaciones efectuadas por el primer subsistema de comparación y el segundo subsistema de comparación, en el que dicho segundo subsistema de detección detecta y dicho segundo subsistema de comparación compara al menos dos parámetros biométricos no específicos diferentes con una correlación fisiológica entre los dos parámetros biométricos no específicos diferentes dentro de un margen aceptable.
2. El sistema según la reivindicación 1, en el que el subsistema de memoria se usa para limitar la búsqueda en base de datos procesando un número de código de identificación personal, o en el que el subsistema de memoria reside en una tarjeta poseída por un individuo, o en el que el subsistema de memoria también registra datos del sistema de detección biométrica única inherentemente específica.
3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2, en el que el parámetro biométrico no específico se selecciona del grupo compuesto por la frecuencia de pulso, las señales electrocardiográficas, las características espectrales del tejido humano, el porcentaje de oxigenación de la sangre, el flujo sanguíneo, el valor hematocrito, los ensayos bioquímicos de tejido, la pletismografía eléctrica, los exudados de la piel, las propiedades mecánicas de la piel, el transporte de gases, la presión sanguínea, los volúmenes sanguíneos diferenciales y las combinaciones de ellos.
4. El sistema según las reivindicaciones 1-3, en el que los parámetros biométricos no específicos incluyen además la temperatura de la piel.
5. El sistema según las reivindicaciones 1-4, en el que el parámetro biométrico único inherentemente específico se selecciona del grupo compuesto por huella digital, huella de poros, huella de palma, impresión de la voz y configuración de retina.
6. El sistema según las reivindicaciones 1-5, que comprende además un subsistema de acceso para medir los niveles de alcohol o sustancias químicas controladas en la sangre de un individuo autenticado satisfactoriamente.
7. Equipo que comprende el sistema de las reivindicaciones 1-6 para controlar el acceso a una instalación mediante autenticación de un individuo usando el sistema de las reivindicaciones 1-6.
8. El equipo según la reivindicación 7, en el que el sistema comprende además un subsistema de acceso para medir los niveles de alcohol o sustancias químicas controladas en la sangre de un individuo autenticado satisfactoriamente, y en el que el acceso al equipo es controlado por el subsistema de acceso después de que un individuo es autenticado satisfactoriamente.
9. Un método para autenticar a un individuo usando el sistema de las reivindicaciones 1-6, que comprende los pasos de:
(a) colocar ambas manos de un individuo en un dispositivo que contiene el sistema de las reivindicaciones 1-6 que reconoce simultáneamente un parámetro biométrico único inherentemente específico y reconoce al menos un parámetro biométrico no específico de una característica fisiológica que tiene variabilidad mensurable durante el tiempo de autenticación; y
(b) comparar los parámetros biométricos detectados pro el sistema de las reivindicaciones 1-6 para confirmar la identidad del individuo que busca la autenticación personal.
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