WO1998024051A1 - Verfahren zur verifikation eines musterschriftzuges mit einem beliebigen referenzschriftzug - Google Patents

Verfahren zur verifikation eines musterschriftzuges mit einem beliebigen referenzschriftzug Download PDF

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WO1998024051A1
WO1998024051A1 PCT/DE1997/002767 DE9702767W WO9824051A1 WO 1998024051 A1 WO1998024051 A1 WO 1998024051A1 DE 9702767 W DE9702767 W DE 9702767W WO 9824051 A1 WO9824051 A1 WO 9824051A1
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strokes
lettering
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PCT/DE1997/002767
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Inventor
Brigitte Wirtz
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • G07C9/30—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass
    • G07C9/32—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass in combination with an identity check
    • G07C9/35—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass in combination with an identity check by means of a handwritten signature
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/30—Writer recognition; Reading and verifying signatures

Definitions

  • the invention relates to a method for verifying a sample lettering with any reference letter.
  • Physiological methods use human characteristics that normally do not change.
  • biometric features are that, in principle, they cannot be stolen and can only be copied with difficulty.
  • password or chip card systems it can be checked whether the card or the key is valid, but it is not checked whether the current user is also the legal owner of the respective means of identification.
  • Signature verification is one such biometric process.
  • a signature verification system processes the signature - regardless of the text content - with the aim of either confirming or rejecting the identity of the writer.
  • [1] describes a method for dynamic verification of a lettering using a reference lettering.
  • a commercially available electromagnetic tablet is used to record the signature, which records as data whether the stroke is carried out on (tablet stroke) or over (close range stroke) the tablet surface, the coordinates (along the x or y axis), the contact pressure and a discrete sequence of sampling times.
  • the sequence of tablet strokes that is to say pen movements carried out on the tablet surface, and close-range strokes, that is to say pen movements carried out in the vicinity of the tablet surface, are referred to in a signature signal by stroke structure. From the procedure known under [1], the signer does not take into account changes in the signature, that is, changes in the stroke structure.
  • [3] discloses a method for determining a reference lettering on the basis of a number of model-identical lettering types.
  • [4] specifies a method and an arrangement for improving a signature verification in order to reduce the number of incorrectly rejected signatures.
  • [5] deals with a procedure for real-time signature verification.
  • signals that describe the signature electronically are summarized and evaluated in order to ensure stable verification and consequently a low rate of incorrect rejections.
  • the object of the method according to the invention is to suitably evaluate pen withdrawals from and deletions of the pen on the surface which the signer has unconsciously carried out.
  • the method according to the invention verifies one
  • Sample lettering based on any reference lettering both the sample lettering and the Reference lettering has a stroke structure each consisting of at least one stroke.
  • the entire sample lettering as well as reference lettering consists of a series of sample strokes or reference strokes.
  • a distance measure can be determined, for example, by means of dynamic programming [2] between the sample stroke and the reference stroke. If the respective sample stroke considered is a short-range stroke, a 1: 1 assignment can be concluded and the next sample stroke can be continued directly. It is also possible to proceed directly to the next sample stroke if the calculated distance measure is within an allowable range and the respective sample stroke is therefore considered to be suitable for the respective reference stroke. In this case, too, one speaks of a 1: 1 assignment, because exactly one sample stroke is assigned to a reference stroke.
  • an assignment measure can be defined that combines the accumulation of all distance measures.
  • Each decision for an assignment can be associated with a differently determined distance measure, which is added to the assignment measure after each assignment. If the entire sample lettering with all of its sample strokes has been processed, the allocation dimension contains, accumulated, all the distance dimensions that result from the allocation made. It can therefore be decided on the basis of the value of the assignment measure whether the sample lettering is authenticated on the basis of the reference lettering.
  • the distance measure exceeds a predeterminable
  • Threshold different distance dimensions are calculated according to a connection rule.
  • the connection rule is used to successively combine both sample strokes and reference strokes according to an S [NS] * rule, which states that by successively adding ⁇ short-range stroke, tray stroke ⁇ pairs to either of the shorter ones Pattern stroke or reference stroke is continued until the lengths of the strings strung together are sufficiently similar, and alternative assignments of at least one sample stroke to at least one reference stroke are sought.
  • the method according to the invention takes into account different distance dimensions in the event of a stroke being omitted, for the case of an additional stroke, for the case of varying stroke structures and for the case of a 1: 1 assignment. To prevent the connection rule due to bad but necessary assignments
  • Sample strokes and / or reference strokes can be summarized as far as desired, although the 1: 1 assignment would have been correct, shortening rules can also be introduced.
  • the shortening rules are intended to prevent, for example, counterfeiters with usually poorer assignment values for the individual sample strokes from being combined as much as desired - in extreme cases the entire signature into one unit - due to the higher distance dimensions for 1: 1 assignments, and thus the assignment measure by stringing sample strokes together " is artificially improved.
  • Shortening rule can thus prevent a combination of sample strokes and / or reference strokes from being permitted only if this is "significantly" better than the 1: 1 assignment. Furthermore, a series of a few sample strokes and / or
  • the appropriate distance measure can be determined from the different distance measures using a minimum rule by selecting the most likely distance measure.
  • the distance measure determined can be added to the assignment measure, and according to the assignment made, the next sample stroke is determined for a further iteration of the method according to the invention, as long as both the sample lettering and the reference lettering have not yet been processed. It should be noted that if the minimum rule is on Omission of a stroke or an additional stroke decides, as the next sample stroke / reference stroke, the following tray stroke is examined.
  • connection rule calculates a distance measure for a varying stroke structure with a suitable aspect ratio between sample stroke and reference stroke.
  • the shortening rule is applied in such a way that a measure of movement, that is to say a measure of the dynamics during the signing, is decisive for the assignment, regardless of the length of the series of sample strokes.
  • the 1: 1 assignment can be made for the shortening rule if it has a similar status measure to the other agreements explained in the shortening rule.
  • the minimum rule selects the appropriate one from the alternative assignments determined by the connection rule.
  • the distance measure for the omission of a stroke or the distance measure for an additional stroke is only insignificantly smaller than the distance measure for the 1: 1 assignment or the distance measure for varying stroke structures, the more likely variant is selected.
  • the 1: 1 assignment is selected anyway if the distance measure of the subsequent assignments of sample strokes is only sufficiently similar to the minimum distance measure.
  • the 1: 1 assignment of an S [NS] * assignment with a small distance dimension is preferred if shape and movement are sufficient as criteria in the comparison of sample stroke with reference stroke.
  • An advantageous form of the method according to the invention can be the classification of individual points in the signature by means of handwriting recognition methods. This way, points can be explicitly recognized and their occurrence either generally or for certain writers at any point in the signature.
  • FIG. 1 shows a sketch with different signatures, all of which are authentic and yet vary in their stroke structure
  • FIG. 2 shows a sketch in which alternating stroke structures of an authentic signature are shown
  • FIG. 3 shows a block diagram that represents the method according to the invention.
  • Fig.l shows real signature samples and shows how the stroke structure of original signatures can vary while maintaining the overall impression of the signature.
  • Varying stroke structures can be caused, for example, by unintentional lifting of the pin
  • the solid lines of tray strokes indicate the dotted lines of near-range strokes.
  • the stroke structure is ⁇ Ri, i-Punkt, e, g, el, T, h, om, a, s ⁇ , in (b) ⁇ Ri, i-Punkt, eg, el, T, h, oma, s ⁇ , in (c) ⁇ Ri, i-Punkt, e, g, el, T, h, om, a, s ⁇ and in (d) ⁇ Ri, i-Punkt, eg, el, T, h, additional "a", om, a, s ⁇ .
  • Fig.l the stroke structure is ⁇ Ri, i-Punkt, e, g, el, T, h, om, a, s ⁇ .
  • Example signatures differ mainly in the stroke structure, but not in their overall appearance, illustrated here by the position data. Further data dependent on the dynamics, such as the contact pressure during the discrete sampling times, are not taken into account in FIG. Numerous test runs have shown that the signer alternately carries certain parts of the signature both on (tablet strokes) and above the tablet surface (close-range strokes) without being aware of it. If, for example, the signature were (a) the reference, (b) the sample signature, "e” or “g” would be mapped from the reference to “eg” in the sample, depending on the better distance dimension, and thus "e” or “g” as missing in the sample.
  • the basic sequence of the method according to the invention can be represented as follows: It is assumed that the 1: 1 assignment (a sample stroke is mapped to a reference stroke or vice versa) is normally the correct one, the corresponding strokes are not compared linearly and the distance measures obtained are accumulated into an assignment measure. Alternative assignments are only possible if the distance between and the length ratios of the reference stroke and sample stroke differ too much calculated. In general, the most likely alternative is the existence of a 1: 1 assignment, the second most likely alternative is the varying stroke structure and finally, as the third most likely alternative, it is either the omission of a stroke or an additional stroke in the
  • connection rule searches for the best distance dimension between at least one sample stroke and at least one reference stroke by successively combining strokes according to the S [NS] * rule.
  • shortening rules ensure that, because of bad but necessary assignments, the grouping is not extended to wherever the 1: 1 assignment would have been the correct one. For example, in the case of counterfeiters with usually poorer spacing dimensions for the individual strokes, the poor spacing dimensions for individual stroke assignments can be combined as much as desired - in extreme cases the entire signature into one unit - and thus the forged signature is verified.
  • the shortening rules are intended to prevent artificially improved distance dimensions from being obtained by combinations of strokes. A summary is only permitted if this
  • Fig. 2 illustrates the situation of changing stroke structures.
  • a reference lettering REF given, above and below each a sample lettering MU1 and MU2 with stroke structures that differ from the reference lettering REF.
  • the three black dots in the respective lettering indicate the short-range stroke.
  • the vertical dashed lines show the assignments of the respective sample strokes to the reference strokes based on the sum of the stroke lengths.
  • Tray stroke "T” a 1: 1 assignment of sample stroke to reference stroke instead.
  • the subsequent short-range stroke is also assigned to the associated reference short-range stroke.
  • the connection rule is applied in such a way that three sample strokes are assigned to a reference stroke. A comparison of the remaining sample strokes results in a 1: 1 assignment to the respective reference strokes.
  • the sample lettering MU2 can again be displayed 1: 1 on the reference lettering REF for the first two sample strokes.
  • the 1: 1 assignment fails for the remaining three strokes in the MU2 sample lettering.
  • the connection rule is applied gradually. Finally, it follows that only the sequence of the three remaining sample strokes can be compared with the sequence of the three reference strokes.
  • a sample lettering is to be verified using any reference lettering. Both the sample lettering and the reference lettering are each based on at least one stroke.
  • the method begins by comparing the first sample stroke with the first reference stroke. A distance measure is used for this D determined for comparison of the sample stroke with the reference stroke (step 3a). The distance dimension D is calculated using dynamic programming [2] as an example. If the current sample stroke is a short-range stroke (decision in step 3b), the calculated distance measure is added to an assignment measure that was set to 0 at the start of the verification (step 3c). The next sample stroke and the next reference stroke are considered (step 3d) and, after checking whether all strokes have been processed (step 3e), jumped to step 3a.
  • step 3b it is examined whether the distance between the sample stroke and the reference stroke is in a predefinable range and the difference in the stroke lengths of the sample stroke and the reference stroke is sufficiently similar (see step 3b) . If this is the case, the 1: 1 assignment is made. In the 1: 1 assignment, the distance dimension D is added to the assignment dimension ZM (step 3c) and jumped to the next stroke both in the sample lettering and in the reference lettering (step 3d). If all strokes have been processed both in the sample lettering and in the reference lettering (step 3e), the method terminates (step 3f). If there are still unprocessed strokes both in the pattern lettering and in the reference lettering, the process jumps again to step 3a, where the distance dimension D is calculated between the newly selected strokes.
  • connection rule is applied.
  • the connection rule searches for successive combinations of strokes according to the S [NS] * rule for alternative assignments of at least one reference stroke to at least one sample stroke. It is determined whether the length ratio between the sample stroke and the reference stroke is within a predefinable limit (see step 3g). If this is guaranteed, the connection rule is applied in such a way that a distance measure is calculated in accordance with the alternatives for omitting a stroke in the sample lettering, for an additional stroke in the sample lettering and for a 1: 1 assignment (step 3i). If the length ratio mentioned is outside the predefinable limit, in addition to the alternatives just mentioned, the alternative for varying stroke structures is also taken into account and a corresponding distance measure is calculated (step 3h).
  • connection rule shortening rules ensure that rows of strokes of any length are not combined due to poor but necessary assignments, although the 1: 1 assignment would have been the correct one. If the spacing dimensions obtained are bad in an assignment, but the ratio of the stroke lengths from sample stroke to reference stroke is appropriate, it must be checked whether it is a correct (but bad) or a missing (omission) or additional stroke. The alternative assignments for omission or addition must be determined using the connection rule. If the length ratios of reference stroke to sample stroke do not match, it can be a "bad correct" one.
  • the distance measure is above all a different stroke structure. So three alternatives must be checked using the connection rule.
  • step 3j The appropriate alternative assignment is selected using the minimum rule (step 3j).
  • step 3k a corresponding assignment is made in step 3k, the distance measure is added to the assignment measure (step 31) and the next relevant stroke is jumped to both in the reference lettering and in the sample lettering taking into account the assignment (step 3m ).
  • the minimum rule decides on an additional stroke, the distance dimension D- ⁇ is added to the allocation dimension ZM and in the sample lettering as well as in the reference lettering jump to the next relevant stroke taking into account an additional stroke (additional tray stroke means additional pair of near-range stroke and Tray stroke). In the latter case, the minimum rule decides to omit a stroke, the distance dimension D 2 is added to the allocation dimension ZM and it is both in
  • step 3e a comparison is made as to whether all strokes have been processed both in the sample lettering and in the reference lettering. If this is the case, the procedure terminates (step 3f). If all strokes have not yet been processed, the process branches back to the point at which the distance dimension D is calculated (step 3a).
  • connection rule occurring in the method according to the invention is defined as follows: (VI) New test combinations for the application of the connection rule are created by appending a ⁇ close-range stroke, tray stroke ⁇ pair to the previously shorter stroke series. (V2) Only strokes are considered local
  • connection rule The following shortening rules are used in the connection rule:
  • Stroke combination i.e. omission or additional strokes
  • M2 the distance dimensions of the 1: 1 assignment are significantly higher than the minimum
  • the 1: 1 assignment is preferred if the distance dimensions of the successor assignment, i.e. the tray stroke assignment following the 1: 1 assignment, are sufficiently similar to those of the variant with minimal distance dimensions. If the following assignments fit again, it can be assumed that the 1: 1 assignment was bad but correct.
  • the method according to the invention is based on the comparison of strokes as the underlying writing units.
  • the advantage of using strokes is that they represent a robust pre-segmentation of the signature and the font segments, as they are obtained from a digitizing tablet, can be used directly without the need for further data pretreatment.
  • the procedure is without limitation to any other
  • An advantageous development of the method according to the invention consists in explicitly recognizing points such as i-points with the help of handwriting recognition methods and their occurrence either generally or for certain writers at any place on the signature to allow. This "i-point rule" is then also an alternative assignment to be tested.
  • pen-dependent signature characteristics as personal rules for the respective user in the method according to the invention.
  • An example is the recognition of the fact that an i-point can be set at different points in the stroke order.
  • Comparative dimensions compared to the length ratios weighted sp_test beta * sp the test standard deviation for stroke lengths dp the function that compares and assigns signal elements, here signature parts, using dynamic programming, and oBdA at least one dimension m_shape for shape, one dimension m_motion for movement and that Assignment function warp delivers.
  • sim_shape 0.6 measure for sufficient similarity in
  • sim_motion 0.7 measure for sufficient similarity in
  • connection rule as part of the method according to the invention searches for an assignment from a reference stroke i to a sample stroke j from a touchdown point for alternative assignments of at least one reference stroke to at least one sample stroke by successively combining strokes according to the S [NS] * rule.
  • connection rule is called connect_strokes, i and j name the starting points for checking alternative assignments in the reference lettering and in the sample lettering. There are different calls to the connection rule: connect_strokes (i, j) test for changed stroke structure in the current assignment point, connect_strokes (i, j + 2) test for additional stroke on the
  • delta 0.46 threshold for length differences between reference and pattern, above which no alternative assignments are tested.
  • connection rule connect_strokes in pseudo code notation is agreed as follows:
  • MSort MSort (ISort),

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Abstract

Das Verfahren ermöglicht die Verifikation eines Musterschriftzugs anhand eines Referenzschriftzugs, wobei beide Schriftzüge jeweils eine aus mindestens einem Stroke bestehende Strokestruktur aufweisen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können auch unbeabsichtigte Stiftanhebungen und Stiftsenkungen im Vergleich zum Referenzschriftzug während des Unterschreibens richtig ausgelegt werden, indem sowohl Strokes auf der Tablettoberfläche eines elektromagnetischen Tabletts als auch Strokes über der Tablettoberfläche berücksichtigt werden. Es werden Längenverhältnisse zwischen Musterstrokes und Referenzstrokes und unterschiedliche Abstandsmasse jeweils für den Fall der Auslassung eines Strokes, für den Fall eines zusätzlichen Strokes, für den Fall variierender Strokestruktur und für den Fall der 1:1-Zuordnung anhand einer Verbindungsregel berechnet. Dabei untersuchen Verkürzungsregeln in der Verbindungsregel, ob nicht eine zu lange Aneinanderreihung von Strokes ausgewählt wird. Die Entscheidung für eine Zuordnungsalternative wird durch eine Minimumsregel getroffen, die die wahrscheinlichste Zuordnung heraussucht.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Verifikation eines Musterschriftzuges mit einem beliebigen Referenzschriftzug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verifikation eines Musterschriftzuges mit einem beliebigen Re erenzschriftzug.
Identitäts- und Authentifikationsmethoden sind ein wichtiger Bereich auf dem Gebiet der Sicherheitstechnik. Traditionelle Techniken wie Paßwort- oder Smart-Card-Verfahren beruhen darauf, daß der Teilnehmer nur ihm bekanntes Wissen besitzt. Im Gegensatz dazu benutzt die Biometrie physiologische oder verhaltenstypische Charakteristika des Teilnehmers zur automatischen Identitätsverifikation oder zur
Authentifikation des Benutzers. Physiologische Verfahren benutzen menschliche Charakteristika, die sich normalerweise nicht ändern. Biometrische Merkmale haben den Vorteil, daß sie prinzipiell nicht gestohlen und nur schwer kopiert werden können. Außerdem kann bei Paßwort- oder Chipkartensystemen zwar überprüft werden, ob die Karte oder der Schlüssel gültig ist, es wird jedoch nicht überprüft, ob der aktuelle Benutzer auch der rechtmäßige Besitzer des jeweiligen Legitimationsmittels ist.
Unterschriftsverifikation ist ein solches biometrisches Verfahren. Ein System zur Unterschriftsverifikation verarbeitet die geleistete Unterschrift - unabhängig vom Textinhalt - mit dem Ziel, die Identität des Schreibers entweder zu bestätigen oder zurückzuweisen.
In [1] ist ein Verfahren zur dynamischen Verifikation eines Schriftzuges anhand eines Referenzschriftzuges beschrieben. Zur Erfassung der Unterschrift wird ein handelsübliches elektromagnetisches Tablett benutzt, das als Daten aufnimmt, ob der Strich auf (Tablettstroke) oder über (Nahbereichsstroke) der Tablettoberfläche ausgeführt wird, die Koordinaten (entlang der x- bzw. y-Achse) , den Anpressdruck und eine diskrete Folge von Abtastzeitpunkten. Mit Strokestruktur wird die Abfolge von Tablettstrokes, also auf der Tablettoberfläche ausgeführte Stiftbewegungen, und Nahbereichsstrokes, also im Nahbereich der Tablettoberfläche ausgeführte Stiftbewegungen, in einem Unterschriftssignal bezeichnet. Aus dem unter [1] bekannten Verfahren werden vom Unterschreiber unbewußt durchgeführte Veränderungen der Unterschrift, also Veränderungen der Strokestruktur, nicht berücksichtigt.
Aus [3] ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Referenzschriftzuges anhand einer Menge von schreiberidentischen Musterschriftzügen bekannt.
In [4] wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Verbesserung einer Unterschriftsverifikation angegeben, um die Anzahl fälschlicherweise zurückgewiesener Unterschriften zu verringern.
In [5] wird ein Verfahren zur Unterschriftsverifikation in Echtzeit behandelt. Dazu werden Signale, die die Unterschrift elektronisch beschreiben, zusammengefaßt und ausgewertet, um eine stabile Verifikation und demzufolge eine geringe Rate fehlerhafter Zurückweisungen zu gewährleisten.
Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, vom Unterschreiber unbewußt durchgeführte Stiftabhebungen von der und StiftSenkungen auf die Oberfläche geeignet auszuwerten.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren verifiziert einen
Musterschriftzug anhand eines beliebigen Referenzschriftzugs, wobei sowohl der Musterschriftzug als auch der Referenzschriftzug eine jeweils aus mindestens einem Stroke bestehende Strokestruktur aufweist . Der gesamte sowohl Musterschriftzug als auch Referenzschriftzug besteht aus einer Aneinanderreihung von Musterstrokes bzw. Referenzstrokes. Es kann ein Abstandsmaß beispielsweise mittels dynamischer Programmierung [2] bestimmt werden zwischen dem Musterstroke und dem Referenzstroke . Ist der jeweilig betrachtete Musterstroke ein Nahbereichsstroke, so kann auf eine 1 : 1-Zuordnung geschlossen werden und direkt mit dem nächsten Musterstroke fortgefahren werden. Ebenso kann direkt mit dem nächsten Musterstroke weitergemacht werden, wenn das errechnete Abstandsmaß in einem zulässigen Bereich liegt und folglich der jeweilige Musterstroke zu dem jeweiligen Referenzstroke als passend erachtet wird. Auch in diesem Fall spricht man von einer 1 : 1-Zuordnung, weil genau ein Musterstroke einem Referenzstroke zugeordnet wird. Fällt die Entscheidung für eine 1 : 1-Zuordnung, so kann ein Zuordnungsmaß festgelegt werden, daß die Akkumulation aller Abstandsmaße vereint . Jede Entscheidung für eine Zuordnung kann mit einem unterschiedlich ermittelten Abstandsmaß behaftet sein, das nach jeder Zuordnung zu dem Zuordnungsmaß addiert wird. Ist der gesamte Musterschriftzug mit all seinen Musterstrokes abgearbeitet, enthält das Zuordnungsmaß akkumuliert alle Abstandsmaße, die sich jeweils aus der getroffenen Zuordnung ergeben. Es kann also aufgrund des Wertes des Zuordnungsmaßes entschieden werden, ob der Musterschriftzug anhand des Referenzschriftzugs authentifiziert wird.
Im anderen Fall überschreitet das Abstandsmaß eine vorgebbare
Schwelle, es werden entsprechend einer Verbindungsregel unterschiedliche Abstandsmaße berechnet. Ab dem aktuell zuzuordnenden Musterstroke wird anhand der Verbindungsregel durch sukzessives Zusammenfassen von sowohl Musterstrokes als auch Referenzstrokes nach einer S [NS] *-Regel, die besagt, daß durch sukzessives Anhängen von {Nahbereichsstroke, Tablettstroke} -Paaren an den jeweils kürzeren entweder Musterstroke oder Referenzstroke solange fortgefahren wird, bis die Längen der aneinandergereihten Strokes genügend ähnlich sind, nach Alternativzuordnungen mindestens eines Musterstrokes zu mindestens einem Referenzstroke gesucht. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt unterschiedliche Abstandsmaße für den Fall einer Auslassung eines Strokes, für den Fall eines zusätzlichen Strokes, für den Fall variierender Strokestrukturen und für den Fall einer 1:1- Zuordnung. Um zu verhindern, daß die Verbindungsregel aufgrund schlechter aber notwendiger Zuordnungen
Musterstrokes und/oder Referenzstrokes beliebig weit zusammenfaßt, obwohl die 1 : 1-Zuordnung die richtige gewesen wäre, können Verkürzungsregeln ergänzend eingeführt werden. Die Verkürzungsregeln sollen verhindern, daß beispielsweise bei Fälschern mit üblicherweise schlechteren Zuordnungswerten für die einzelnen Musterstrokes aufgrund höherer Abstandsmaße für 1 : 1-Zuordnungen beliebig weit - im Extremfall die ganze Unterschrift zu einer Einheit - zusammengefaßt wird, und somit durch Aneinanderreihung von Musterstrokes das Zuordnungsmaß "künstlich" verbessert wird. Die
Verkürzungsregel kann somit verhindern, daß nur dann eine Kombination von Musterstrokes und/oder Referenzstrokes zugelassen wird, wenn diese jeweils "signifikant" besser ist als die 1 : 1-Zuordnung . Weiterhin kann allgemein eine Aneinanderreihung von wenigen Musterstrokes und/oder
Referenzstrokes einer längeren Aneinanderreihung vorgezogen werden .
Aus den unterschiedlichen Abstandsmaßen kann das geeignete Abstandsmaß durch eine Minimumsregel festgestellt werden, indem das wahrscheinlichste Abstandsmaß ausgewählt wird. Das ermittelte Abstandsmaß kann zum Zuordnungsmaß addiert werden, und gemäß der getroffenen Zuordnung wird der nächste Musterstroke für eine weitere Iteration des erfindungsgemäßen Verfahrens, solange noch nicht sowohl der Musterschriftzug als auch der Referenzschriftzug abgearbeitet sind, bestimmt. Es ist zu beachten, daß, wenn die Minimumsregel auf Auslassung eines Strokes oder auf einen zusätzlichen Stroke entscheidet, als nächster Musterstroke/Referenzstroke jeweils der nachfolgende Tablettstroke untersucht wird.
Es ist vorteilhaft, wenn ein Längenverhältnis zwischen Musterstroke und Referenzstroke derart ausgewertet wird, daß die Verbindungsregel bei geeignetem Längenverhältnis zwischen Musterstroke und Referenzstroke ein Abstandsmaß für eine variierende Strokestruktur berechnet .
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Verkürzungsregel derart angewandt wird, daß ein Bewegungsmaß, also ein Maß für die Dynamik während des Unterschreibens entscheidend für die Zuordnung ist, unabhängig von der Länge der Aneinanderreihung der Musterstrokes.
Generell kann bei der Verkürzungsregel die 1 : 1-Zuordnung getroffen werden, wenn diese ein ähnliches Zustandsmaß wie die anderen in der Verkürzungsregel erklärten Vereinbarungen aufweist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Minimumsregel unter den von der Verbindungsregel bestimmten Alternativzuordnungen die geeignete auswählt. So wird, wenn das Abstandsmaß für die Auslassung eines Strokes oder das Abstandsmaß für einen zusätzlichen Stroke nur unwesentlich kleiner als das Abstandsmaß der 1 : 1-Zuordnung oder das Abstandsmaß für variierende Strokestrukturen ist, die wahrscheinlichere Variante ausgewählt. Wenn das Abstandsmaß der 1 : 1-Zuordnung deutlich höher als das gesuchte Minimum ist, wird die 1:1- Zuordnung trotzdem ausgewählt, wenn das Abstandsmaß der nachfolgenden Zuordnungen von Musterstrokes nur genügend ähnlich zu dem minimalen Abstandsmaß ist. Weiterhin wird die 1 : 1-Zuordnung einer S [NS] *-Zuordnung mit kleinem Abstandsmaß vorgezogen, wenn Form und Bewegung als Kriterien im Vergleich von Musterstroke mit Referenzstroke genügen ähnlich sind. Eine vorteilhafte Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Klassifizierung einzelner Punkte in der Unterschrift mittels Handschrifterkennungsmethoden sein. So können explizit Punkte erkannt werden und deren Auftreten entweder generell oder für bestimmte Schreiber an beliebigen Stellen der Unterschrift zugelassen werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, schreiberabhängige Unterschriftsmerkmale als personengebundene Regeln zu erlauben. Dies kann nützlich sein, wenn ein Unterschreiber mehrere sehr verschiedene Merkmale alternierend in seiner Unterschrift benutzt.
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in den Figuren dargestellt ist, weiter erläutert.
Es zeigen
Fig.l ein Skizze mit verschiedenen Unterschriften, die allesamt authentisch sind und doch in ihrer Strokestruktur variieren, Fig.2 eine Skizze, in der beispielhaft wechselnde Strokestrukturen einer authentischen Unterschrift dargestellt sind, und Fig.3 ein Blockdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren darstellt .
Fig.l stellt reale Unterschriftsproben dar und zeigt, wie die Strokestruktur von Originalunterschriften bei Erhalt des Gesamteindrucks der Unterschrift variieren kann.
Die Strokestrukturen in Referenz- und Musterunterschrift sind nicht immer identisch. So hat sich gezeigt, daß ein beim Originalschreiber vorhandenes kleines Detail, z.B. ein i- Punkt, in der Fälschung fehlt, oder daß ein beim Originalschreiber kontinuierlicher Linienzug (Stroke) beim Fälscher in mehrere Strokes zerfällt, wenn er zwischendurch den Stift vom Tablett abhebt und anschließend wieder aufsetzt. Eine ausnahmslose Bestrafung fehlender oder überzähliger Strokes ist unzureichend, da dies auch bei Originalschreibern vorkommt.
Die häufigsten Anomalien in Originalunterschriften sind variierende Strokestrukturen. Variierende Strokestrukturen können beispielsweise durch unbeabsichtigte Stiftanhebung
(Accidental Penlift) verursacht werden. Die häufigere Ursache für variierende Strokestrukturen ist jedoch eine entsprechende Gewohnheit beim Schreiber.
In Fig.l geben die durchgezogenen Linien Tablettstrokes die punktierten Linien Nahbereichsstrokes an. In (a) ist die Strokestruktur {Ri, i-Punkt, e, g, el, T, h, om, a, s}, in (b) {Ri, i-Punkt, eg, el, T, h, oma, s}, in (c) {Ri, i-Punkt, e, g, el, T, h, om, a, s} und in (d) {Ri, i-Punkt, eg, el, T, h, zusätzliches "a", om, a, s} . Die in Fig.l gezeigten
Beispielunterschriften unterscheiden sich hauptsächlich in der Strokestruktur, nicht jedoch in ihrem gesamten Erscheinungsbild, hier verdeutlicht durch die Positionsdaten. Weitere von der Dynamik abhängende Daten wie beispielsweise der Anpressdruck während der diskreten Abtastzeitpunkte, werden in Fig.l nicht berücksichtigt. In zahlreichen Testdurchläufen hat sich gezeigt, daß der Unterschreiber gewisse Teile der Unterschrift wechselnd sowohl auf (Tablettstrokes) als auch über der Tablettoberfläche (Nahbereichsstrokes) führt, ohne sich dessen bewußt zu sein. Wäre z.B. die Unterschrift (a) die Referenz, (b) die Musterunterschrift, so würde je nach besserem Abstandsmaß "e" oder "g" aus der Referenz auf "eg" im Muster abgebildet und so folglich "e" oder "g" als im Muster fehlend deklariert. Obwohl es sich um den natürlichen Vorgang einer wechselnden Strokestruktur handelt, würde dies von einem Verfahren, das nur fehlende oder zusätzliche Strokes zuläßt - ohne explizite Regeln für wechselnde Strokestrukturen - doppelt bestraft werden, einmal durch das schlechte Abstandsmaß der Zuordnung von "e" oder "g" aus der Referenz zu "eg" im Muster, und zum anderen durch die Bestrafung des im Muster als fehlend detektierten "g" oder "e".
Weichen zu einem bestimmten Zeitpunkt bei der Zuordnung vom Referenzstroke zum Musterstroke die jeweiligen Strokelängen zu sehr voneinander ab, so kann durch sukzessives Anhängen von [Nahbereichsstroke, Tablettstroke] -Paaren an dem jeweils kürzeren Stroke (S [NS] *-Regel) solange fortgefahren werden, bis sich die Längen der zusammengesetzten Strokes genügen ähnlich sind. Die Abstandsmaße können nicht allein zur Bestimmung der endgültigen Strokezuordnung herangezogen werden, da unter Umständen gegen eine "reale" 1 : 1-Zuordnung mit schlechtem Abstandsmaß und für eine falsche Alternativzuordnung mit besserem Abstandsmaß entschieden wird. Die Konstanz der Längenverhältnisse liefert ein zweites Zuordnungskriterium, da mit Hilfe der Konstanz der Längenverhältnisse die Menge der Alternativzuordnungen auf die Menge der von ihren Längenverhältnissen her passenden Strokekombinationen beschränkt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren begründet seine Entscheidung für eine Alternativzuordnung daher auf Zuordnungsergebnissen und Längenverhältnissen und entscheidet aufgrund von Vergleichsmaßen und Heuristiken für die endgültige Alternativzuordnung .
Der prinzipielle Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens kann wie folgt dargestellt werden: Es wird davon ausgegangen, daß im Normalfall die 1 : 1-Zuordnung (ein Musterstroke wird auf einen Referenzstroke abgebildet bzw. umgekehrt) die richtige ist, die entsprechenden Strokes nicht linear verglichen werden und die erhaltenen Abstandsmaße zu einem Zuordnungsmaß akkumuliert werden. Nur wenn das Abstandsmaß zwischen und die Längenverhältnisse von Referenzstroke und Musterstroke zu sehr voneinander abweichen, werden Alternativzuordnungen berechnet. Allgemein ist also die wahrscheinlichste Alternative das Vorliegen der 1 : 1-Zuordnung, die zweitwahrscheinlichste Alternative ist die variierende Strokestruktur und schließlich als drittwahrscheinlichste Alternative handelt es sich entweder um die Auslassung eines Strokes oder um einen zusätzlichen Stroke im
Musterschriftzug. Die Abstandsmaße der Alternativzuordnungen werden mit Hilfe der Verbindungsregel berechnet. Ab dem aktuell zuzuordnenden Stroke sucht die Verbindungsregel durch sukzessives Zusammenfassen von Strokes nach der S[NS]*-Regel nach dem besten Abstandsmaß zwischen mindestens einem Musterstrokes und mindestens einem Referenzstroke. In der Verbindungsregel sorgen Verkürzungsregeln dafür, daß nicht aufgrund schlechter aber notwendiger Zuordnungen dort beliebig weit zusammengefaßt wird, wo die 1 : 1-Zuordnung die richtige gewesen wäre. Dies könnte beispielsweise bei Fälschern mit üblicherweise schlechteren Abstandsmaßen für die einzelnen Strokes dazu führen, daß aufgrund der schlechten Abstandsmaße für Einzelstrokezuordnungen beliebig weit - im Extremfall die ganze Unterschrift zu einer Einheit - zusammengefaßt wird und somit die gefälschte Unterschrift verifiziert wird. Die Verkürzungsregeln sollen also verhindern, daß durch Kombinationen von Strokes künstlich verbesserte Abstandsmaße erhalten werden. Dazu wird nur dann eine Zusammenfassung zugelassen, wenn diese
"signifikant" besser ist als die 1 : 1-Zuordnung. Weiterhin werden kürzere Zusammenfassungen (weniger Strokes) bevorzugt. Da zusätzliche Strokes seltener vorkommen als Variationen in der Strokestruktur, werden in diesem Fall Strokezusammensetzungen bevorzugt.
Die endgültige Auswahl einer Alternativzuordnung trifft die Minimumsregel. Dies ist ausführlich in der Beschreibung zur Figur 3 erklärt.
Fig.2 verdeutlicht noch einmal den Sachverhalt wechselnder Strokestrukturen. In der Mitte ist ein Referenzschriftzug REF gegeben, darüber und darunter jeweils ein Musterschriftzug MUl und MU2 mit von dem Referenzschriftzug REF abweichenden Strokestrukturen. Die drei schwarzen Punkte im jeweiligen Schriftzug deuten den Nahbereichsstroke an. Die vertikalen gestrichelten Linien zeigen die Zuordnungen der jeweiligen Musterstrokes zu den Referenzstrokes auf Basis summierter Strokelängen.
Vergleicht man Musterschriftzug MUl mit dem Referenzschriftzug REF, so findet für den ersten
Tablettstroke "T" eine 1 : 1-Zuordnung von Musterstroke zu Referenzstroke statt. Der darauf folgende Nahbereichsstroke wird ebenfalls dem dazugehörigen Referenznahbereichsstroke zugeordnet. Um im Musterschriftzug MUl "o", "m" dem im Referenzschriftzug REF vorkommenden Stroke "om" zuzuordnen, wird die Verbindungsregel derart angewandt, daß drei Musterstrokes einem Referenzstroke zugeordnet werden. Ein Vergleich der verbleibenden Musterstrokes ergibt wiederum eine 1 : 1-Zuordnung zu den jeweiligen Referenzstrokes.
Der Musterschriftzug MU2 kann für die ersten beiden Musterstrokes wieder 1:1 auf dem Referenzschriftzug REF abgebildet werden. Für die verbleibenden drei Strokes im Musterschriftzug MU2 versagt die 1 : 1-Zuordnung . Die Verbindungsregel wird schrittweise angewandt. Schließlich ergibt sich, daß nur die Aneinanderreihung der drei verbleibenden Musterstrokes mit der Aneinanderreihung der drei Referenzstrokes verglichen werden kann.
Fig.3 zeigt schließlich ein Blockdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren darstellt. In dem erfindungεgemäßen Verfahren soll ein Musterschriftzug anhand eines beliebigen Referenzschriftzugs verifiziert werden. Sowohl der Musterschriftzug als auch der Referenzschriftzug basieren auf jeweils mindestens einem Stroke. Das Verfahren beginnt damit, daß der erste Musterstroke mit dem ersten Referenzstroke verglichen wird. Hierfür wird ein Abstandsmaß D bestimmt zum Vergleich des Musterstrokes mit dem Referenzstroke (Schritt 3a) . Die Berechnung des Abstandsmaßes D erfolgt beispielhaft mit Hilfe der dynamischen Programmierung [2] . Handelt es sich bei dem aktuellen Musterstroke um einen Nahbereichsstroke (Entscheidung im Schritt 3b) , so wird das errechnete Abstandsmaß zu einem Zuordnungsmaß, das zu Beginn der Verifikation auf 0 gesetzt wurde, addiert (Schritt 3c) . Es werden der nächste Musterstroke und der nächste Referenzstroke betrachtet (Schritt 3d) und nach Überprüfung, ob alle Strokes abgearbeitet wurden (Schritt 3e) , zum Schritt 3a gesprungen.
Wird festgestellt, daß es sich nicht um einen Nahbereichsstroke handelt, sondern um einen Tablettstroke, so wird untersucht, ob das Abstandsmaß zwischen Musterstroke und Referenzstroke in einem vorgebbaren Bereich liegen und der Unterschied der Strokelängen von Musterstroke und Referenzstroke genügend ähnlich sind (siehe Schritt 3b) . Ist dies der Fall, so wird die 1 : 1-Zuordnung getroffen. Bei der 1 :l-Zuordnung wird das Abstandsmaß D zum Zuordnungsmaß ZM addiert (Schritt 3c) und sowohl im Musterschriftzug als auch im Referenzschriftzug zum jeweils nächsten Stroke gesprungen (Schritt 3d) . Sind sowohl im Musterschriftzug als auch im Referenzschriftzug alle Strokes abgearbeitet (Schritt 3e) , so terminiert das Verfahren (Schritt 3f) . Gibt es noch unbearbeitete Strokes sowohl im Musterschriftzug als auch im Referenzschriftzug, so wird erneut an den Beginn des Verfahrens zu Schritt 3a gesprungen, wo das Abstandsmaß D berechnet wird zwischen den neu ausgewählten Strokes berechnet wird.
Handelt es sich um einen Tablettstroke und ist entweder das Abstandsmaß D zwischen Musterstroke und Referenzstroke außerhalb eines vorgebbaren Bereichs und/oder ist das Verhältnis der Strokelängen von Musterstroke zu
Referenzstroke nicht innerhalb eines vorgebbaren Bereichs (Schritt 3b), so wird die Verbindungsregel angewandt. Die Verbindungsregel sucht ab dem aktuell zuzuordnenden Strokes durch sukzessives Zusammenfassen von Strokes nach der S[NS]*- Regel nach Alternativzuordnungen von mindestens einem Referenzstroke zu mindestens einem Musterstroke. Es wird festgestellt, ob das Längenverhältnis zwischen Musterstroke und Referenzstroke innerhalb einer vorgebbaren Grenze liegt (siehe Schritt 3g) . Ist dies gewährleistet, so wird die Verbindungsregel derart angewandt, daß jeweils ein Abstandsmaß entsprechend den Alternativen für Auslassung eines Strokes im Musterschriftzug, für einen zusätzlichen Stroke im Musterschriftzug und für eine 1 : 1-Zuordnung berechnet wird (Schritt 3i) . Ist das erwähnte Längenverhältnis außerhalb der vorgebbaren Grenze, so wird zusätzlich zu den eben erwähnten Alternativen noch die Alternative für variierende Strokestrukturen berücksichtigt und ein entsprechendes Abstandsmaß berechnet (Schritt 3h) .
Innerhalb der Verbindungsregel sorgen Verkürzungsregeln dafür, daß nicht aufgrund schlechter aber notwendiger Zuordnungen beliebig lange Aneinanderreihungen von Strokes zusammengefaßt werden, obwohl die 1 : 1-Zuordnung die richtige gewesen wäre. Sind bei einer Zuordnung die erhaltenden Abstandsmaße schlecht, das Verhältnis der Strokelängen von Musterstroke zu Referenzstroke jedoch passend, so muß überprüft werden, ob es sich um einen korrekten (aber schlechten) oder aber um einen fehlenden (Auslassung) oder zusätzlichen Stroke handelt. Es müssen die Alternativzuordnungen für Auslassung oder Addition unter Anwendung der Verbindungsregel bestimmt werden. Passen die Längenverhältnisse von Referenzstroke zu Musterstroke nicht, so kann es sich außer um ein "schlechtes korrektes"
Abstandsmaß zusätzlich zur Auslassung eines Strokes oder Addition eines zusätzlichen Strokes vor allem um eine andere Strokestruktur handeln. Es müssen also drei Alternativen unter Anwendung der Verbindungsregel überprüft werden.
Unter Anwendung der Minimumsregel wird die geeignete Alternativzuordnung ausgewählt (Schritt 3j). Ergibt die Minimumsregel, daß es sich um eine variierende Strokestruktur handelt, so wird im Schritt 3k eine entsprechende Zuordnung getroffen, das Abstandsmaß zum Zuordnungsmaß addiert (Schritt 31) und zum nächsten relevante Stroke sowohl im Referenzschriftzug als auch im Musterschriftzug unter Berücksichtigung der Zuordnung gesprungen (Schritt 3m) .
Stellt sich mittels Minimumsregel heraus, daß es sich um eine 1 : 1-Zuordnung handelt, so wird das entsprechende Abstandsmaß D0 zu dem Zuordnungsmaß ZM addiert und zu dem jeweilig nächsten Stroke sowohl im Muster als auch im
Referenzschriftzug gesprungen. Entscheidet die Minimumsregel auf einen zusätzlich vorhandenen Stroke, so wird das Abstandsmaß D-^ zu dem Zuordnungsmaß ZM addiert und sowohl im Musterschrif zug als auch im Referenzschriftzug zu dem jeweilig nächsten relevanten Stroke unter Berücksichtigung eines zusätzlichen Strokes gesprungen (zusätzlicher Tablettstroke bedeutet zusätzliches Paar Nahbereichsstroke und Tablettstroke) . Im letzten Fall entscheidet die Minimumsregel auf Auslassung eines Strokes, das Abstandsmaß D2 wird zum Zuordnungsmaß ZM addiert und es wird sowohl im
Muster- als auch im Referenzschriftzug zum jeweilig nächsten relevanten Stroke gesprungen (unter Berücksichtigung der Auslassung eines Strokes) .
Schließlich wird verglichen, ob sowohl im Musterschriftzug als auch im Referenzschriftzug alle Strokes abgearbeitet sind (Schritt 3e) . Ist dies der Fall, so terminiert das Verfahren (Schritt 3f) . Sind noch nicht alle Strokes bearbeitet, so wird zum Beginn des Verfahrens an die Stelle zurückverzweigt, wo das Abstandsmaß D berechnet wird (Schritt 3a) .
Die im erfindungsgemäßen Verfahren vorkommende Verbindungsregel wird folgendermaßen definiert: (VI) Neue Testkombinationen für die Anwendung der Verbindungsregel entstehen jeweils durch das Anhängen eines {Nahbereichsstroke, Tablettstroke} -Paares, an die bisher kürzere Strokereihung. (V2) Es werden nur Strokereihungen als lokale
Alternativzuordnungen berechnet, bei denen das Längenverhältnis zwischen Referenzreihung und Musterreihung unterhalb einer vorgebbaren Schwelle liegt (Einschränkung der iterativen Anwendung) .
(V3) Die Evaluierung von Alternativkombinationen wird abgebrochen, wenn das Verhältnis der Längen von Referenzreihung und Musterreihung unterhalb einer vorgebbaren Schwelle liegt (Abbruch der iterativen Anwendung) .
(V4) Die endgültig ausgewählte Alternativzuordnung für den jeweils nächsten Stroke im Musterschriftzug als auch im Referenzschriftzug wird durch Minimumsbildung und Anwendung von Verkürzungsregeln aus den tatsächlich berechneten Alternativzuordnungen gebildet.
In der Verbindungsregel werden folgende Verkürzungsregeln angewandt :
(Kl) Ist die Alternative mit dem zweitbesten Abstandsmaß fast so gut, wie die mit dem niedrigsten Abstandsmaß, beinhaltet aber eine kürzere Aneinanderreihung von Strokes, so wird die kürzere bevorzugt. (K2) Ist allerdings das Bewegungsmaß der besten Alternative um mehr als einen bestimmten Faktor kleiner als das der zweitbesten Alternative, so wird auf jeden Fall die beste Lösung gewählt, unabhängig von der Aneinanderreihungslänge der Strokes . Dies begründet sich damit, daß bei der Frage nach der richtigen Strokekombination die Größe des Bewegungsmaßes großen Aufschluß gibt.
(K3) Es wird die 1 : 1-Zuordnung bevorzugt, sofern sie ähnlich genug zur gemäß (Kl) und (K2) bestimmten minimalen Alternative ist.
Schließlich ist noch die Minimumsregel im erfindungsgemäßen Verfahren definiert: (Ml) Ist das Abstandsmaß einer unwahrscheinlicheren
Strokekombination (also Auslassung oder zusätzliche Strokes) nur unwesentlich kleiner als das Abstandsmaß einer wahrscheinlicheren Strokekombination (1:1- Zuordnung oder S [NS] *-Zuordnung) , so entscheidet man sich für die unterschriftsspezifisch wahrscheinlichere Variante . (M2) Sind die Abstandsmaße der 1 : 1-Zuordnung deutlich höher als das Minimum, so wird die 1 : 1-Zuordnung vorgezogen, wenn die Abstandsmaße der Nachfolgezuordnung, d.h. der auf die 1 : 1-Zuordnung folgende Tablettstroke-Zuordnung, genügend ähnlich zu denen der Variante mit minimalen Abstandsmaßen sind. Wenn die nachfolgenden Zuordnungen wieder passen, kann davon ausgegangen werden, daß die 1 : 1-Zuordnung zwar schlecht aber korrekt war.
(M3) Soll die 1 : 1-Zuordnung mit kleinerem Abstandsmaß vorgezogen werden, obwohl die Abstandsmaße nicht genügend ähnlich sind, so wird für die Überprüfung der Ähnlichkeit der Nachfolgezuordnung ein strengeres Ähnlichkeitskriterium derart angewendet, daß Form und
Bewegung einander genügend ähnlich sein müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Vergleich von Strokes als zugrundeliegende Schrifteinheiten. Der Vorteil bei der Verwendung von Strokes liegt darin, daß diese eine robuste Vorsegmentierung der Unterschrift darstellen und die Schrif segmente, wie sie von einem Digitalisiertablett erhalten werden, direkt verwendet werden können, ohne daß eine weitere Datenvorbehandlung erforderlich ist. Das Verfahren ist ohne jede Einschränkung ebenso auf jede andere
Art der Segmentierung von Schriftdaten anwendbar.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, Punkte wie z.B. i-Punkte mit Hilfe von Handschrifterkennungsmethoden explizit als solche zu erkennen und ihr Auftreten entweder generell oder für bestimmte Schreiber an beliebigen Stellen an der Unterschrift zu erlauben. Diese "i-Punkt-Regel" ist dann eine ebenfalls zu testende Alternativzuordnung.
Weiterhin ist es vorteilhaft, schreiberabhängige Unterschriftscharakteristika, als persönliche Regeln für den jeweiligen Benutzer in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu integrieren. Ein Beispiel ist das Erkennen der Tatsache, daß ein i-Punkt an verschiedenen Stellen in der Strokereihenfolge gesetzt werden kann.
Im Folgenden sollen Abkürzungen und daraus folgende beispielhafte Wertangaben für Schwellen bezüglich der oben erwähnten Regeln dargestellt werden:
Es werden folgende Bezeichnungen verwendet :
Ref eine Referenzunterschrift ,
Pat eine Musterunterschrift, length_ref die Länge der Referenzunterschrift, length_pat die Länge der Musterunterschrift , num_ref_strokes die Anzahl der Strokes in Ref, id_ref_stroke = [1 sa2 sa3 san length_ref+1] die Liste der Strokeanfänge in der Referenz, num__pat_strokes die Anzahl der Strokes in Pat id_pat_stroke = [1 sb2 sb3 sbn length_pat+l] die Liste der Strokeanfänge im Muster, proportions = [lr-ι_ ... lrn] die Strokelängen in der Referenz, wobei n = num_ref_strokes, props = [!_>_ . . . lpm] die Strokelängen im Muster, wobei m = num_pat_strokes, p = [ p-L .... mpn] die mittleren Strokelängen, wie aus der Referenzbildung erhalten, beta = 3,5 ein Faktor, dessen Wert die
Vergleichsmaße im Vergleich zu den Längenverhältnissen gewichtet sp_test = beta * sp die Teststandardabweichung für Strokelängen dp die Funktion, die Signalelemente, hier Unterschri tsteile, mittels dynamischer Programmierung vergleicht und zuordnet, und oBdA mindestens ein Maß m_shape für Form, ein Maß m_motion für Bewegung und die Zuordnungsfunktion warp liefert.
Beispielhaft werden für Schwellen und Bedingungen folgenden Maßzahlen definiert: sim_shape = 0,6 Maßzahl für genügende Ähnlichkeit in
Bezug auf Form, sim_motion = 0,7 Maßzahl für genügenden Ähnlichkeit in
Bezug auf Bewegung.
Sind mehrere Alternativzuordnungen mittels der Funktion dp berechnet worden, und es bezeichne weiterhin min_shape Formwert der Zuordnung mit minimalem
Formwert, min_motion Bewegungswert der Zuordnung mit minimaler Bewegung, test_shape Formwert der zu testenden
Vergleichszuordnung, test_motion Bewegungswert der zu testenden Vergleichszuordnung,
dann entsprechen die folgenden Ähnlichkeitsbedingungen den in der Beschreibung formulierten Verkürzungsregeln: sim_con0 (min/test) = (min_shape/test_shape >= sim_shape v test_motion < min_motion) sim_conl (min/test) = (min_shape/test_shape >= sim_shape) sim_con2 (min/test) = (min_shape/test_shape >= sim_shape Λ min_motion/test_motion >= sim_motion)
Die Verbindungsregel als Bestandteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sucht bei einer Zuordnung von einem Referenzstroke i auf einen Musterstroke j ab einem Aufsetzpunkt nach Alternativzuordnungen von mindestens einem Referenzstroke zu mindestens einem Musterstroke durch sukzessives Zusammenfassen von Strokes nach der S [NS] *-Regel .
Mit connect_strokes sei die Verbindungsregel bezeichnet, i und j benennen die Aufsetzpunkte für die Überprüfung von Alternativzuordnungen jeweils im Referenzschriftzug und im Musterschriftzug. Es existieren unterschiedliche Aufrufe der Verbindungsregel : connect_strokes (i, j ) Test auf veränderte Strokestruktur im aktuellen Zuordnungspunkt, connect_strokes (i, j+2) Test auf zusätzlichen Stroke an der
Stelle j im Muster (Addition) , connect_strokes (i+2, j ) Test auf fehlenden Stroke an der
Stelle j im Muster (Auslassung) .
Die Verschiedenheitsbedingung für (K2) ist: dis_con0 (min/test) = test_shape < min_shape Λ mult* min_motion <= test_motion
Für die Verbindungsregel connect_strokes können beispielhaft folgende Schwellwerte und Parameter experimentell bestimmt werden : mult = 4 Faktor für den Vergleich in der
Bewegung von Alternativzuordnungen gamma = 0,12 Schwelle für Längenunterschiede, zwischen Referenz und Muster, ab der
Alternativzuordnung akzeptiert werden, delta = 0,46 Schwelle für Längenunterschiede zwischen Referenz und Muster, oberhalb derer keine Alternativzuordnungen getestet werden.
Der folgende Pseudocode gibt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder:
Figure imgf000021_0001
whιle(ιref <= num_ref_strokes & lpat <= num_pat_strokes),
% Schleife über alle Muster- und Referenzstrokes
[m_shape,m_motιon,warp] = dp(Ref(ιd_ref_stroke(ιref) ιd_ref_stroke(ιref+l>l, ),
Pat(ιd_pat_stroke(ιpat) ιd_pat_stroke(ιpat+l)-l, ), if ((floor(ιre 72))*2 = iref),
% keine Entschiedung aufNearstrokes, einfach weiter mdex = 1, elseif ((m shape < shape test(ιref)) & (abs(mp(ιref) - props(ιpat)) < sp test(ιref))), % ok — > continue index = 1, eise if (abs(mp(ιref) - props(ιpat)) < sp_test(ιref)),
% Zuordnungsmaßewerte schlecht, aber Langen stimmen —
% es kann sich nur um Auslassung oder Addition handeln
% Auslassung bestes Zuordnungsmaße dr falls strokes ι+2 nir und] njr zusammengefaßt werden
[nιr,njr,dr,mor,warpr] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref+2,ιpat),
% Addition bestes Zuordnungsmaße dp falls strokes i mp und j-r2 njp zusammengefaßt werden
[nιp,njp,dp,mop,warpp] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref,ιpat+2),
% Minimumsbüdung und Verkurzungsregeln [mιn_shape,ιndex] = mιn([m shaρe dr dp]) [DSortJSort] = sort([m_shape dr dp]) MSort = [m motion mor mop] MSort = MSort(ISort) if ( m shape = min shape | (nun shape/m shape) >= 0 6 | m motion <= MSort(l)), % Zusammenfassen bringt nix Zuordnungsmaße schlecht aber korrekt mdex = 1, eise
[mf,njf,df,mof,warpf] = cormect_strokes(Ref,Pat,ιref+2,ιpat+2), ιf Sort(l)/df > 0.6), mdex = 1, eise ιf (dr < dp), index = 2, eise index = 3, end end end eise
% Langen passen nicht, also kann es sich sowohl um andere Strokestruktur, als auch % um Auslassung als auch um Addition handeln % Test auf andere Strokstruktur an der Stelle (irefψat)
[ru,nj,d,mo, arpd] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref,ιρat),
% Test auf Auslassung von ((iref ιref+ 1 ) und (ιref+1 iref- 2)) im Muster,
% d h es muß danach mit SfNSf*- — >S[NS]+ Regeln wieder passen
[rur,njr,dr,mor,warpr] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref+2,ιpat),
% Test auf Addition von muster strokes ((ipat ψat+ 1 ) und (ψat+1 ιpat+2)),
% d h es muß danach mit S[NSJ* —-~>S[NSJ+ Regeln wieder passen
[nιp,njp,dp,mop,warpp] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref,ιpat+2),
%Mιnιmumsbιldung und Verkurzungsregeln [mιn_shape,mdex] = mιn([m_shape d dr dp]) pSort Sort] = sort([m_shaρe d dr dp]) MSort = [m motion mo mor mop] MSort = MSort(ISort)
% Verhindern, das durch ewiges Weiterlaufen andere Kombinationen
% ausgewählt werden, obwohl ιref= m und ipat = nj gepaßt hatten if (index = 3 | index = 4),
% 1 1-Zuordnung oder m n-Zuordnung sind wahrscheinlicher als Auslassung oder Addition ==
% schauen ob m shape oder dfast genau so gut if ( ISort(2) = 2 & (DSort(l)/DSort(2) >= 0 6 | MSort(2) <= MSort(l))), % also ist d/m n-Zuordnung fast genauso gut wie dr oder dp, % noch schauen ob das für m shape/1 I-Zuordnung auch gilt ιndex_l = find(ISort = 1) if ( DSort(l)/DSort(ιndex_l) >= 0 6 | MSort(ιndex_l) <= MSort(l)), index = 1 d = DSort(ιndex_l) eise
% I 1 -Zuordnung ist nicht genügend ähnlich zur minimalen Zuordnung, % es mußte sich also um eigentlich m n-Zuordnung handeln, % mit Hilfe der Nachfolgezuordnung noch einmal überprüfen, % ob es nicht doch nur ein korrektes, schlechtes Zuordnungsmaß ist
[nιf,njf,df,mof,warpfJ = connect_strokes(Ref,Pat,ιref+2,ιpat+2), rf(DSort(l)/df > 0 6), index = 1 eise mdex = 2 end end elserf ( ISort(2) = 1 & (DSort(l)/DSort(2) >= 0 6 | MSort(2) <= MSort(l))), % 1 1 -Zuordnung m shape ist fast genauso gut wie Auslassung oder Addition index = 1 eise
% falls nicht, mit Hilfe der Nachfolgezuordnung noch einmal überprüfen,
% ob es nicht doch nur ein korrektes, schlechtes Zuordnungsmaße ist [nrf,njf,df,mof, arpf] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref+2,ιpat+2), ιf(DSort(l)/df > 0 6), index = 1 end end elserf (mdex = 2)
% falls m n-Zuordnung minimal, schauen ob 1 1 -Zuordnung nicht fast genauso gut if ( ISort(2) = 1 & (DSort(l)/DSort(2) >= 0 6 | MSort(2) <= MSort( l))), % 1 1 -Zuordnung ist fast genauso gut wie m n-Zuordnung mdex = 1 eise
[nιf,njf,df,mof,warpf] = connect_strokes(Ref,Pat,ιref+2,ιpat+2), % mit Hilfe der Nachfolgezuordnung und strengerer %Ahnhchkeιtsbedιngung noch einmal überprüfen, % ob es nicht doch nur ein korrektes schlechtes
Zuordnungsmaße ist ιf (d/df > 0 6 & mo/mof > 0 7) index = 1 end end eise % sowieso m shape
[m_shape,ιndex] = mιn([m_shape d dr dp]) end if (index = 1), % Verwalte 1 1 -Zuordnung Indices, summierte Maße, Gesamtwarppfad elserf (index = 2),
% Verwalte n m-Zuordnung Indices, summierte Maße, Gesamtwarppfad elserf (index = 3),
% Verwalte Auslassung Indices, summierte Maße, Gesamtwarppfad eise % (index = 4),
% Verwalte Addition Indices, summierte Maße, Gesamtwarppfad end
Weiterhin ist die Verbindungsregel connect_strokes in Pseudocodenotation wie folgt vereinbart:
wmle ((ι + ni) <= num ref strokes & (j + nj) <= num_pat_strokes), if ( abs(length_r - length_p)/max(length_r,length_p) < delta), % only compute dp iflength ratio small enough [d,d_motιon,warp] = dp(Ref(ιd_ref_stroke(ι) ιd_ref_stroke(ι+nι+ 1 )- 1 , ),
Pat(ιd_pat_stroke(j) ιd_ρat_stroke(j+nj+l)-l, ), anz dps = anz dps + 1, if (Wechsel = 0 & d > d last), break, % use last value eise % collect alternative values
% störe warp, Zuordnungsmaße values and their stroke indices ni and nj djast = d, end end % stop lookingfor alternatives if stroke lengths very similar rf( abs(length_r - length_p)/max(length_r,length_p) < gamma), break, % otherwise continue with next stroke combination elserf (length_r < length_p), m = m + 2, if ( (l + m) <= num ref strokes) length r = length r + mp (l+l) + mp (ι+2), if (length r > length_p), Wechsel = 1, eise Wechsel = 0, end, eise break,end eise nj = nj + 2, if ( + nj) <= num_pat_strokes) lengthjp = lengthjp + props 0+1) + props 0+2), if (length r < lengthjp), Wechsel = 1, eise Wechsel = 0, end, eise break , end, end, end. % while
[d,ιndex] = min (formlist) if (index > 1),
% shortemng rulesfor minimum selection
%sort Zuordnungsmaßemg values according toform values [DSort,ISort] = sort([formlιst( 1 index)]
MSort = motionlist,
MSort = MSort(ISort),
% vergleiche Zuordnungen mit bestem und zweitbestem formwert if ( ISort(2) < ISort(l) & (DSort(l)/DSort(2) >= 0 6 | MSort(2) <= Msort(l)) & 4*MSort( 1 ) > MSort(2)),
% alternative stroke combination with second smallestform values is % almost asgood as the one with smalles Zuordnungsmaße values and „shorter" % — > take that1 except if otion is too bad index = ISort(2) end
% verleiche Zuordnung mit bestem formwert mit 1 evaluierten = kuerzester alternative index l = find(ISort = 1)
% control 1 1 Zuordnungsmaße if ( DSort(l)/DSort(ιndex_l) >= 0 6 | MSort(mdex_l) <= MSort(l)), index = 1 end end
% assign final values d = d(ιndex), d motion = motιonhst(ιndex), ni = ιhst(ιndex), nj = jhst(ιndex), warp = warρ(ιndex)
Im Rahmen dieses Dokumentes wurden folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] Deutsche Patentschrift, Aktenzeichen: 195 11 472.8-53
[2] G.Ruske: Automatische Spracherkennung, 2.Aufläge,
Oldenbourg Verlag, 1992, S.172-177, ISBN 3-48622794-7.
[3] DE 195 11 470 Cl
[4] EP 0 427 562 AI
[5] Peng Zhao et al . : "On-Line Signature Verification by Adaptively Weighted DP Matching" , IEICE Trans. Inf . & Syst., Vol. E79-D, No .5 , May 1996, Seiten 535-541.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verifikation eines Musterschriftzuges mit Hilfe eines Referenzschriftzugs, bei dem sowohl der Musterschriftzug als auch der
Referenzschriftzug eine jeweils aus mindestens einem Stroke bestehende Strokestruktur aufweist, mit folgenden Schritten: a) Es wird ein Abstandsmaß (D) bestimmt durch Vergleich eines Strokes des Musterschriftzugs (Musterstrokes) mit einem Stroke des Referenzschriftzugs (Referenzstroke) , b) wenn festgestellt wird, daß es sich bei dem Musterstroke um einen Nahbereichsstroke handelt oder das ermittelte Abstandsmaß (D) für einen Tablettstroke oberhalb einer vorgebbaren Schwelle liegt, wird eine 1 : 1-Zuordnung getroffen, zum nächsten Musterstroke gesprungen und mit Schritt a) fortgefahren, so noch nicht das Ende des Musterschriftzugs erreicht wurde, c) ist das Abstandsmaß (D) unterhalb der vorgebbaren Schwelle, so werden unterschiedliche Abstandsmaße jeweils für den Fall einer Auslassung eines Strokes des Musterschriftzugs (D2) , für den Fall eines zusätzlichen Strokes des Musterschriftzugs (D]_) , für den Fall variierender Strokestruktur von
Musterschriftzug und/oder Referenzschriftzug (D3) und für den Fall einer 1 : 1-Zuordnung von Musterstroke zu Referenzstroke (D0) entsprechend einer
Verbindungsregel berechnet, indem die Verbindungsregel eine Zuordnung zwischen auf unterschiedliche Art zusammengefaßten Strokes sowohl beim Musterschriftzug als auch beim Referenzschriftzug (Strokegruppen) findet, indem ab dem/den aktuell zuzuordnenden Stroke/Strokes durch schrittweises Zusammenfassen von Strokes (nach der S [NS] *-Regel) nach Alternativzuordnungen mindestens eines Musterstrokes zu mindestens einem Referenzstroke gesucht wird, d) aus den unterschiedlichen Abstandsmaßen wird gemäß einer Minimumsregel eine endgültige Zuordnung getroffen, indem das wahrscheinlichste Abstandsmaß (D0 oder D]_ oder D2 oder D3) ausgewählt wird, e) solange noch nicht der ganze Musterschriftzug mit dem ganzen Referenzschrif zug verglichen ist, wird mit Schritt a) fortgefahren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Entscheidung über die Verifikation des Musterschriftzuges durch den Vergleich eines Zuordnungsmaßes, das aus einer gewichteten Addition aller Abstandsmaße, die sich jeweils aus der getroffenen Zuordnung ergeben, folgt, mit einem vorgebbaren Schwellwert getroffen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem innerhalb der Verbindungsregel Verkürzungsregeln angewandt werden derart, a) daß, wenn die Alternative mit dem zweitbesten Abstandsmaß eine kürzere Aneinanderreihung von Strokes enthält, diese gegenüber einer Alternative mit dem besten Abstandsmaß vorgezogen wird, b) daß ein Bewegungsmaß, wenn es in einem vorgebbaren Bereich liegt, entscheidend für die Auswahl ist, unabhängig von der Länge der Aneinanderreihung von Musterstrokes . c) daß die 1 : 1-Zuordnung zutrifft, wenn diese in einem ähnlichen Bereich liegt, wie die anderen in der Verkürzungsregel erklärten Vereinbarungen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Verbindungsregel Aneinanderreihungen von
Strokes berücksichtigt, bei denen ein Längenverhältnis zwischen Aneinanderreihung von Musterstrokes und Aneinanderreihung von Referenzstrokes in einem vorgebbaren Bereich liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Minimumsregel unter den von der
Verbindungsregel bestimmten Alternativzuordnungen die auswählt, a) die, wenn das Abstandsmaß für die Auslassung eines Strokes (D2) oder das Abstandsmaß für einen zusätzlichen Stroke (O_) nur unwesentlich kleiner als das Abstandsmaß der 1 : 1-Zuordnung (D0) oder das Abstandsmaß für variierende Strokestrukturen (D3) ist, die 1 : 1-Zuordnung (D0) oder das Abstandsmaß für variierende Strokestrukturen auswählt (D3), b) die, wenn das Abstandsmaß der 1 : 1-Zuordnung (D0) deutlich höher als das gesuchte Minimum ist, diese 1 : 1-Zuordnung trotzdem auswählt, wenn das Abstandsmaß der nächsten Aneinanderreihung von Musterstrokes in einem vorgebbaren Bereich ähnlich zu dem minimalen Abstandsmaß ist, c) die eine 1 : 1-Zuordnung einer Zuordnung, die aus schrittweisem Zusammenfassen von mindestens einem Musterstroke und/oder mindestens einem Referenzstroke besteht (S [NS] *-Zuordnung) , mit kleinerem Abstandsmaß vorzieht, wenn Form und Bewegung als Kriterien im
Vergleich von Musterstroke mit Referenzstroke in einem vorgebbaren Bereich liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem einzelne Punkte in der Unterschrift über
Handschrifterkennungsmethoden explizit als Punkte erkannt werden und deren Auftreten entweder generell oder für bestimmte Schreiber an beliebigen Stellen der Unterschrift zugelassen sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem schreiberabhängige Unterschriftsmerkmale als personengebundene Regeln erlaubt sind.
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