WO2007110498A1 - Traitement de donnees biometriques dans un referentiel multi dimensionnel - Google Patents

Traitement de donnees biometriques dans un referentiel multi dimensionnel Download PDF

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Julien Bringer
Hervé Chabanne
Martin Cottard
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Idemia Identity and Security France SAS
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    • H04L9/3226—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials using a predetermined code, e.g. password, passphrase or PIN
    • H04L9/3231—Biological data, e.g. fingerprint, voice or retina

Definitions

  • the present invention relates to the processing of biometric data, and more particularly to the recognition of biometric data on the basis of data stored in memory.
  • Some access control systems rely on an analysis of a person's biometric characteristics to determine, for example, whether the person is authorized to access a protected place. Such an analysis of biometric characteristics is also used in certain authentication or identification systems that aim to authenticate or identify a person. Such an analysis is conventionally based on a comparison of biometric data captured on a person in control, with data stored in a database.
  • biometric data corresponding to the persons for whom access is allowed are stored in a database.
  • the system is able to determine if this person is one of those for which access is allowed.
  • this comparison step is a capital step on which the reliability of the system rests.
  • Biometric data b1 previously stored are compared with biometric data b2 captured on a person in control.
  • this document proposes to apply an operation of or exclusive to the biometric data b1 of these data with a word of an error correction code c.
  • coded biometric data f is obtained from the biometric data captured b2 with the biometric data b1
  • it is determined whether the following operation is verified: f ⁇ b2 c ⁇ e wherein e is an error having a weight less than the correction capability of the code.
  • biometric corresponding to an iris Biometric data relating to the iris are coded on 256 bytes thus forming an iris code.
  • an iris code B is determined to be used as reference data.
  • a biometric key K is generated by a random number generator. This biometric key K is then coded with a correction code derived from a Reed Solomon code and a Hadamard code to provide a pseudo iris code K '.
  • the result R ' is decoded on the basis of the correction code previously used to code the biometric key K to provide a biometric key C.
  • Biometric data is here represented by an iris code having a size limited to 256 bytes.
  • This iris code is obtained by processing an iris image.
  • an image may have different characteristics depending on the context in which it was captured, and in particular as a function of the exposure to the light of the iris at the time of image capture or depending on the movement of the person during the capture of the iris image.
  • the information relating to the iris is also multiplied, and different levels of information are obtained.
  • the comparison step would consist in successively comparing the iris codes B with iris codes B ', each resulting from the application of a filter of a plurality of filters considered, or derived from an image capture of a plurality of image captures made. Such a comparison step would therefore correspond to a plurality of comparison steps based on 256 byte data, each having a limited level of reliability.
  • the present invention aims to improve the level of reliability of such a comparison step.
  • An object of the present invention is to increase the performance of a biometric data processing based on a comparison of a first set of biometric data with a second set of biometric data to determine whether these first and second set of biometric data belong to the same person.
  • biometric data obtained by a plurality of treatments applied relative to the biometric portion considered, these treatments can be for example, applications of a plurality of filters, or even image captures of this biometric portion.
  • these treatments can be for example, applications of a plurality of filters, or even image captures of this biometric portion.
  • the reliability level of such a comparison step can be improved.
  • a first aspect of the present invention provides a method for processing biometric data relating to a biological part, in a biometric system having, on the one hand, at least one set of biometric reference data resulting from the application of an exclusive operation between a first set of biometric data and a first coded key, and, on the other hand, information relating to the first key.
  • the method comprises the following steps:
  • the first and second sets of biometric data are expressed in an N-dimensional multi-dimensional repository, where N is an integer greater than or equal to 2, the biometric data according to at least one of the N-dimensions being obtained by applying a plurality of processes applied to the biological part.
  • the first coded key is obtained by applying a coding transforming an initial word of a given length into a codeword in the multi-dimensional repository.
  • the biometric data manipulated can be expressed in a multi-dimensional repository thus advantageously making it possible to take into account a large amount of information relating to the biometric data processed and thereby making it possible to improve the efficiency and reliability of this type of biometric processing method.
  • biometric data relating to a processed image for example, according to a first filter and biometric data relating to an image processed according to at least one second filter, these filters being filters of the same type which belong to the same family of filters.
  • each additional family of filters can then induce a additional dimension in the multi-dimensional repository of dimension N.
  • the biometric data in at least one dimension is obtained by applying a plurality of filters to an image of the biometric portion.
  • the biometric data in at least one dimension is obtained by capturing a plurality of images of the biometric portion.
  • the multi-dimensional repository considered comprises at least one dimension relating to the plurality of image captures made for the biometric part considered and at least one other dimension relating to the application of a plurality of filters applied to the plurality captured images.
  • At least one dimension of the multi-dimensional repository corresponds to biometric data obtained by varying at least one characteristic conditioning the context of the image capture.
  • a size may correspond, by image capture, to a plurality of brightness values, or a plurality of contrast values, or to a variation of the histogram of the color levels.
  • biometric data in at least one dimension obtained from a captured image, by varying a quantization threshold of the digital writing of the captured image.
  • provision can be made to take into consideration a combination of all these pluralities of processing, the number of dimensions of the multi-dimensional repository depending directly on it.
  • Such a method may advantageously be implemented in any biometric system which is based on a comparison step, between first and second biometric data, intended to determine whether these first and second biometric data belong to the same person.
  • the multi-dimensional repository comprises data of length nj according to each of the N dimensions of the repository, i being between 1 and N.
  • the coding of the first key can then comprise the following steps:
  • the information relating to the first key can be obtained by applying a hash function to the first key.
  • the step / d / may include the following steps:
  • a second aspect of the present invention provides a device for processing biometric data relating to a biological part in a biometric system, the processing device having, on the one hand, at least one set of biometric reference data resulting from the application of an operation or exclusive between a first set of biometric data and a first coded key and, on the other hand, information relating to the first key.
  • the device may include:
  • an interface unit adapted to receive a second set of biometric data
  • a determination unit adapted to provide a second coded key by applying an exclusive operation between the set of reference biometric data and the second set of biometric data received by said interface unit;
  • a decoding unit adapted to decode the second coded key; and a decision unit adapted to decide whether the second set of biometric data corresponds to the first set of biometric data by comparing the information relating to the first key with the second key.
  • the first and second sets of biometric data may be expressed in an N dimensional multi-dimensional repository, where N is an integer greater than or equal to 2, the biometric data according to at least one of said N dimensions being obtained by applying a plurality of treatments applied to the biological part.
  • the first coded key can be obtained by applying a coding transforming an initial word of a given length into a codeword in the multi-dimensional repository.
  • Biometric data in at least one dimension can be obtained by capturing a plurality of images of the biological portion.
  • Biometric data in at least one dimension can also be obtained by applying a plurality of filters to an image of the biological portion.
  • the information relating to the first key can be obtained by applying a hash function to the first key; and the decision unit may then comprise: a hash unit adapted to apply the hash function to the second decoded key; and a comparison unit adapted to compare the information relating to the first key and the second key in hashed form.
  • the set of biometric reference data and / or the information relating to the first key may be available in a database.
  • a third aspect of the present invention provides a biometric data processing system comprising a biometric data processing device according to the second aspect of the present invention and a minus a biometric sensor adapted to provide a second set of biometric data to said biometric data processing device.
  • FIG. 1 illustrates the main steps carried out according to one embodiment of the present invention
  • Figure 2 illustrates an application of coding according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 illustrates an application of a filter family to a fingerprint
  • Fig. 4 illustrates a biometric data processing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 illustrates a biometric data processing system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 illustrates the main steps performed according to an embodiment of the present invention.
  • the first set of biometric data can be obtained in a conventional initialization phase of a biometric system of this type, during which biometric data corresponding to the persons considered in the biometric system are collected, that is to say people for which access is allowed or identification is possible or authentication is possible.
  • this first set of biometric data may relate to a biological portion corresponding to a print, or an iris.
  • the biometric data captured correspond in these examples to a two-dimensional (2D) image.
  • This first set of biometric data can also be related to a face and then correspond to either a 2D image or a 3D image.
  • a set of biometric data to be processed corresponds to a 2D image
  • this image is filtered according to two families of distinct filters fj and g , then the corresponding biometric data are then advantageously manipulated and processed according to a embodiment of the present invention, in a four-dimensional frame.
  • the biometric data are then advantageously processed in a 3D reference system. It is then easy to deduce from the examples given above, a general principle that is adapted to biometric data captured according to X dimensions and filtered respectively with a number Y of families of image filters. In the latter case, the biometric data are advantageously processed in an N-dimensional frame of reference, N satisfying the following equation:
  • N X + Y
  • the image considered is processed according to at least one family of filters adapted for the intended biological part.
  • Such a feature improves the performance of such a biometric system by increasing the level of reliability of decision-making based on the step of comparing biometric data according to one embodiment of the present invention.
  • the first set of biometric data Bi corresponds to data arranged in a multi-dimensional repository of which at least one of the dimensions relates to the application of a filter family to an image of the targeted biological part.
  • biometric data relating to the biological part referred to are expressed in one dimension, in the form of a word of ni bits, nor being an integer, such as for example an iris code as described above, one can apply a method according to an embodiment in a two-dimensional repository, a first dimension corresponding to the ni bits of the word coding the biological part referred to and a second dimension corresponding to the application of a family of filters on this biological part referred to .
  • a set of biometric data can thus be written in the form of a matrix of n columns and n 2 rows, n 2 corresponding to the number of filters included in the family of filters applied to the image of the biological part. referred.
  • the first coded key Ki applied to this step 11, can be advantageously obtained by first generating a first key of k bits in a random manner and by applying a coding on these k bits which is adapted to pass from a reference defined on a dimension and over a length k to said multi-dimensional repository.
  • a code of the family Turbo Codes' can be adapted to this embodiment. Such codes are described for example in the document EP 827284 'Method for transmitting information bits with error correcting coding, coder and decoder for the implementation of this method'.
  • the following sections describe an exemplary application of such a Turbo Code in an embodiment of the present invention applied to a two-dimensional repository. It is easy to deduce an application to an N dimensional multi-dimensional repository, where N is any number greater than 2.
  • a Product Turbo Code (TCP), based on a product of two C1 and C2 codes of parameters respectively (ni, ki, di) and ( ⁇ , k ⁇ , dz), where r ⁇ ⁇ (i between 1 and 2) corresponds to the length of the code Q, ki corresponds to the number of information symbols of the code Ci and dj corresponds to the minimum Hamming distance between any two words.
  • FIG. 2 illustrates the application of such a Turbo Code to the k-bit key to obtain the first coded key Ki.
  • a part 24 comprises control elements on the columns making it possible to check the validity of the first ki elements of the first k 2 columns of this matrix 23.
  • the latter also comprises a part of control elements on the lines for checking the validity of the k 2 first elements of the first ki lines of this matrix, a portion 26 for controlling the control elements on the rows and columns of the parts 25 and 24 respectively.
  • the biometric system has a set of biometric reference data that results from the application of a 'or exclusive between the first set of biometric data Bi and the first coded key Ki, Bi and Ki being expressed in the same multi-dimensional repository.
  • the method according to an embodiment of the present invention then consists, in a step 12, in capturing a second set of biometric data B 2 , for example from a person being checked in the biometric system in question. Then, at a step 13, a second coded key K 2 is obtained which verifies the following equation:
  • the keys K 1 and K 2 must also correspond to an error.
  • decoding the second coded key K 2 by applying a decoding corresponding to the coding applied to the first key to obtain K i, a second key is obtained. On the basis of a comparison between the first key and the second key, it is then possible to determine whether the first and second sets of biometric data correspond to the same person.
  • the decoding of a data item thus coded may be based on an iterative process consisting in decoding the lines followed by a decoding of the columns.
  • Such a decoding can for example be based on a Viterbi algorithm, as described in G. D. Forney, "The Viterbi algorithm", Proc. IEEE, vol. 61, No. 3, pp. 268-278, Mar. 1973.
  • a decoding of this type may also be similar to that implemented in a "turbo decoder" as proposed in document EP 827284. In the case where the input data of such a decoder are in binary, decoding amounts to finding the minimum Hamming remote codeword.
  • This type of iterative decoding is well known to those skilled in the art and makes it possible to achieve a high level of performance.
  • Such decoding consists in iteratively performing a decoding of the lines and a decoding of the columns.
  • a set of biometric data corresponds to a capture of the iris of a person according to a method such as that proposed in J. Daugman, 'High confidence Visual recognition of persons by a test of statistical independence', IEEE Trans. Anal pattern. Mach. Intell. 15 (11) (1993) 1148-1161 and in J. Daugman, "The importance of being random: statistical principles of iris recognition," Pattern Recognition, Vol. 36, No. 2, pp. 279-291, 2003.
  • an embodiment of the present invention is readily applicable to any other biometric portion than the iris.
  • the sections describe an example of image processing based on a filter application set out here for illustrative purposes only.
  • An iris is captured here as an infrared image.
  • this image is filtered according to a family of 2D -Gabor type filters, such as those defined for example in the document J. G. Gaugman, "Complete discrete 2D Gabor transforms by neural networks for image analysis and compression", IEEE Trans. Acoustics; Speech Signal Processing 36 (1988).
  • the infrared image is processed in two dimensions, for example according to, on the one hand, concentric circles and, on the other hand, rays of these circles.
  • the repository used for the biometric data sets is a three-dimensional repository, corresponding to the two image processing dimensions and the family size of the filters used.
  • the targeted biological part corresponds to fingerprints captured in the form of a 2D image
  • a method such as that proposed in the document K. Jain, S. Prabhakar, and L. Hong, "A Multichannel Approach to Fingerprint Classification ", IEEE Trans. Anal Pattern, and Intell. Machine, Vol. 21, No. 4, pp. 348-359, 1999.
  • Figure 3 illustrates such a method.
  • a fingerprint image 31 is captured.
  • a reference point 32 is located in this image.
  • the image is divided into a plurality of angular sectors.
  • the sectors thus defined are normalized, as illustrated by an image 34, before a family of filters is respectively applied in different orientations, as illustrated by images 35.
  • the image is thus processed, on the one hand, in two dimensions, and, on the other hand, according to a family of filters.
  • the biometric data sets are advantageously processed in a 3-dimensional frame according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 illustrates a biometric data processing device adapted to implement an embodiment of the present invention.
  • Such a processing device 42 comprises an interface unit 421 adapted to receive a second set of biometric data B 2 .
  • This second set of biometric data can for example be transmitted from a biometric sensor of the system in question.
  • This processing device 42 further comprises a determination unit 422 adapted to provide a second coded key K 2 by applying an exclusive operation or operation between the set of biometric reference data and a second set of biometric data received by the unit. interface 421.
  • It also comprises a decision unit 423 adapted to decide whether the second set of biometric data B 2 corresponds to the first set of biometric data Bi by comparing the information relating to the first key with the second key.
  • the decision unit further comprises a decoding unit 425 adapted to decode the second coded key K 2 by applying an iterative decoding corresponding to the coding used to obtain the first key K i.
  • It may further comprise a hash unit 426 adapted to apply the hash function to the second decoded key.
  • FIG. 5 illustrates a biometric data processing system comprising a biometric data processing device 42 and a plurality of biometric sensors 51 adapted to provide this device 42 with a second set of biometric data B 2 .

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Abstract

Un système biométrique dispose d'un ensemble de données biométriques de référence (B'i) résultant de l'application d'une opération 'ou exclusif entre un premier ensemble de données biométriques (Bi) et une première clé codée (Ki), et d'une information relative à la première clé. Un second ensemble de données biométriques (B2) est obtenu. Une seconde clé codée (K2) est déterminée en appliquant une opération 'ou exclusif entre l'ensemble de données biométriques de référence et le second ensemble de données biométriques. La seconde clé est décodée par décodage itératif. Puis, on décide si les premier et second ensembles de données biométriques se correspondent en comparant l'information relative à la première clé avec la seconde clé. Les premier et second ensembles de données biométriques sont exprimés dans un référentiel multi dimensionnel à N dimensions, les données biométriques selon au moins une desdites N dimensions étant obtenues par application de traitements relativement à la partie biométrique; et la première clé codée est obtenue par application d'un codage transformant un mot initial d'une longueur déterminée en un mot codé dans le référentiel multi dimensionnel.

Description

TRAITEMENT DE DONNEES BIOMETRIQUES DANS UN REFERENTIEL MULTI DIMENSIONNEL
La présente invention concerne le traitement de données biométriques, et plus particulièrement la reconnaissance de données biométriques sur la base de données stockées en mémoire.
Certains systèmes de contrôle d'accès se fondent sur une analyse de caractéristiques biométriques d'une personne pour déterminer par exemple si cette dernière est autorisée à accéder à un lieu protégé. Une telle analyse de caractéristiques biométriques est également utilisée dans certains systèmes d'authentification ou d'identification qui visent à authentifier ou identifier une personne. Une telle analyse est classiquement basée sur une comparaison de données biométriques captées sur une personne en cours de contrôle, avec des données stockées dans une base de données.
Ainsi, par exemple, dans le cas des systèmes de contrôle d'accès, des données biométriques correspondant aux personnes pour lesquelles un accès est autorisé sont stockées dans une base de données. A l'issue d'une étape de comparaison de données captées sur une personne en cours de contrôle avec des données stockées, le système est en mesure de déterminer si cette personne fait partie de celles pour lesquelles un accès est autorisé.
Dans ce type de système biométrique, cette étape de comparaison est une étape capitale sur laquelle repose la fiabilité du système. Le document 'A Fuzzy Commitment Scheme' de Juels et Wattenberg,
1999, propose de transformer cette étape de comparaison en un problème classique de décodage. Des données biométriques b1 préalablement stockées sont comparées à des données biométriques b2 captées sur une personne en cours de contrôle. A cet effet, ce document propose d'appliquer une opération de 'ou exclusif aux données biométriques b1 de ces données avec un mot d'un code correcteur d'erreur c. On obtient alors des données biométriques codées f. Puis, pour comparer les données biométriques captées b2 avec les données biométriques b1 , on détermine si l'opération suivante est vérifiée : fθ b2 = c θ e dans laquelle e est une erreur présentant un poids inférieur à la capacité de correction du code.
Dans le cas où cette équation est vérifiée, on en déduit alors que les données biométriques b1 stockées et les données biométriques captées b2 se correspondent.
Le document 'Combining cryptography with biométries effectively' de Hao Anderson et Daugman, 2005, propose d'appliquer ce principe général consistant à utiliser un code correcteur d'erreur dans une étape de comparaison d'un système biométrique, dans le cas précis de données biométriques correspondant à un iris. Des données biométriques relatives à l'iris sont codées sur 256 octets formant ainsi un code d'iris. Au préalable, un code d'iris B est déterminé pour être utilisé en tant que donnée de référence. Une clé biométrique K est générée par un générateur de nombres aléatoires. Cette clé biométrique K est ensuite codée avec un code correcteur issu d'un code de Reed Solomon et d'un code de Hadamard pour fournir un pseudo code d'iris K'.
Puis, on applique l'opération de 'ou exclusif entre le pseudo code d'iris K' et le code d'iris B représentant la donnée de référence pour fournir un résultat R qui vérifie l'équation suivante : R = B ® K'
On stocke alors le résultat R de cette dernière opération ainsi que la clé biométrique sous une forme hachée H(K).
Puis, lorsqu'une personne est en cours de contrôle, des données biométriques de son iris sont captées sous la forme d'un code d'iris capté B'. On applique alors l'opération de 'ou exclusif entre le résultat stocké R et ce code d'iris capté B', pour obtenir le résultat R' suivant :
R' = B' Θ R
Ensuite, le résultat R' est décodé sur la base du code correcteur utilisé précédemment pour coder la clé biométrique K afin de fournir une clé biométrique C.
Puis, on applique la même fonction de hachage à la clé biométrique C ainsi obtenue, et on compare la clé biométrique stockée sous sa forme hachée H(K) et la clé biométrique C sous sa forme hachée H(C). Si l'équation suivante est vérifiée :
H(K) = H(C) ; on en déduit que les données biométriques captées correspondent à la donnée de référence. Des données biométriques sont ici représentées par un code d'iris ayant une taille limitée à 256 octets.
Ce code d'iris est obtenu par traitement d'une image d'iris. Or, une telle image peut présenter des caractéristiques différentes en fonction du contexte dans lequel elle a été captée, et notamment en fonction de l'exposition à la lumière de l'iris au moment de la capture de l'image ou encore en fonction du mouvement de la personne durant la capture de l'image d'iris.
Différents traitements permettent de lisser les différentes perturbations potentielles qui peuvent affecter une telle image.
Ainsi, par exemple, il est possible d'appliquer différents filtres de traitement d'images de façon à obtenir une pluralité de niveaux respectifs d'informations relativement à une même image, permettant ainsi d'enrichir les informations relatives à l'iris que l'on traite.
Afin de lisser les perturbations de la capture d'image d'iris, il est également possible de réaliser une pluralité de captures d'image d'iris. Dans ce cas, on multiplie aussi les informations relatives à l'iris, et on obtient différents niveaux d'informations.
Chacun de ces niveaux d'informations pourrait alors correspondre, dans le contexte du document 'Combining cryptography with biométries effectively', à un code d'iris codé sur 256 octets. Puis, pour traiter cette pluralité de niveaux d'informations, on pourrait être amené à appliquer successivement la méthode décrite dans le document précité, relativement aux différents niveaux d'informations. De ce fait, l'étape de comparaison consisterait alors à comparer successivement les codes d'iris B avec des codes d'iris B', chacun étant issu de l'application d'un filtre d'une pluralité de filtres considérés, ou encore issu d'une capture d'image d'une pluralité de captures d'image réalisées. Une telle étape de comparaison correspondrait donc à une pluralité d'étapes de comparaison basée sur des données de 256 octets, présentant chacune un niveau de fiabilité limité.
La présente invention vise à améliorer le niveau de fiabilité d'une telle étape de comparaison.
Un objectif de la présente invention vise à accroître les performances d'un traitement de données biométriques basé sur une comparaison d'un premier ensemble de données biométriques avec un second ensemble de données biométriques pour déterminer si ces premier et second ensemble de données biométriques appartiennent à une même personne.
Plus précisément, il est proposé de réaliser l'étape de comparaison de données biométriques selon une méthode qui permet de traiter des données biométriques représentées dans un référentiel multi dimensionnel, de façon à prendre en compte, de manière simultanée, au cours d'une seule étape de comparaison, des données biométriques obtenues par une pluralité de traitements appliquée relativement à la partie biométrique considérée, ces traitements pouvant être par exemple, des applications d'une pluralité de filtres, ou encore des captures d'image de cette partie biométrique. Ainsi, le niveau de fiabilité d'une telle étape de comparaison peut être amélioré. Un premier aspect de la présente invention propose un procédé de traitement de données biométriques relatives à une partie biologique, dans un système biométrique disposant, d'une part, d'au moins un ensemble de données biométriques de référence résultant de l'application d'une opération 'ou exclusif entre un premier ensemble de données biométriques et une première clé codée, et, d'autre part, d'une information relative à la première clé.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
/a/ obtenir un second ensemble de données biométriques ; Ib/ déterminer une seconde clé codée en appliquant une opération 'ou exclusif entre l'ensemble de données biométriques de référence et le second ensemble de données biométriques ; Ici décoder la seconde clé ; et /d/ décider si le second ensemble de données biométriques correspond au premier ensemble de données biométriques en comparant l'information relative à la première clé avec la seconde clé. Les premier et second ensembles de données biométriques sont exprimés dans un référentiel multi dimensionnel à N dimensions, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, les données biométriques selon au moins une des N dimensions étant obtenues par application d'une pluralité de traitements appliquée relativement à la partie biologique. En outre, la première clé codée est obtenue par application d'un codage transformant un mot initial d'une longueur déterminée en un mot codé dans le référentiel multi dimensionnel.
Grâce à ces dispositions, les données biométriques manipulées peuvent être exprimées dans un référentiel multi dimensionnel permettant ainsi avantageusement de prendre en compte une importante quantité d'informations relatives aux données biométriques traitées et de ce fait permettant d'améliorer l'efficacité et la fiabilité de ce type de procédé de traitement biométrique.
En effet, plus la quantité d'informations pertinentes traitées simultanément est importante, plus le niveau de fiabilité, associé à la comparaison des données biométriques captées sur une personne en cours de contrôle avec des données biométriques initialement mémorisées, est élevé.
Aucune limitation n'est attachée au type de la pluralité de traitements appliquée relativement à la partie biométrique.
Comme les données sont manipulées dans un référentiel multi dimensionnel, il est ici possible de considérer de manière simultanée des données biométriques relatives à une image traitée, par exemple, selon un premier filtre et des données biométriques relatives à une image traitée selon au moins un second filtre, ces filtres étant des filtres de même type qui appartiennent à une même famille de filtres.
On peut également prévoir de traiter ici une pluralité de familles de filtres. Dans ce cas là, chaque famille de filtres supplémentaire peut induire alors une dimension supplémentaire dans le référentiel multi dimensionnel de dimension N.
Ainsi, dans un mode de réalisation de la présente invention, les données biométriques selon au moins une dimension sont obtenues en appliquant une pluralité de filtres à une image de la partie biométrique.
Il est aussi possible de considérer de manière simultanée des données biométriques issues de captures d'image différentes de la partie biométrique considérée.
Ainsi, dans un mode de réalisation de la présente invention, les données biométriques selon au moins une dimension sont obtenues en capturant une pluralité d'images de la partie biométrique.
Dans une variante, le référentiel multi dimensionnel considéré comprend au moins une dimension relative à la pluralité de captures d'image réalisée pour la partie biométrique considérée et au moins une autre dimension relative à l'application d'une pluralité de filtres appliquée à la pluralité d'images capturée.
On peut également prévoir avantageusement qu'au moins une dimension du référentiel multi dimensionnel selon un mode de réalisation de la présente invention correspond à des données biométriques obtenues en faisant varier au moins une caractéristique conditionnant le contexte de la capture d'image. Ainsi, une dimension peut correspondre, par capture d'image, à une pluralité de valeurs de luminosité, ou une pluralité de valeurs de contraste, ou encore à une variation de l'histogramme des niveaux de couleurs. On peut aussi considérer des données biométriques selon au moins une dimension obtenues à partir d'une image captée, en faisant varier un seuil de quantification de l'écriture numérique de l'image captée.
Dans une variante, on peut prévoir de prendre en considération une combinaison de toutes ces pluralités de traitements, le nombre de dimensions du référentiel multi dimensionnel en dépendant directement.
Un tel procédé peut avantageusement être mis en œuvre dans tout système biométrique qui est basé sur une étape de comparaison, entre des premières et secondes données biométriques, destinée à déterminer si ces premières et secondes données biométriques appartiennent à une même personne.
Dans un mode de réalisation de la présente invention, le référentiel multi dimensionnel comprend des données de longueur nj selon chacune des N dimensions du référentiel, i étant compris entre 1 et N. Le codage de la première clé peut alors comprendre les étapes suivantes :
- transformer la première clé dans un autre référentiel à N dimensions comprenant des données de longueur respective kj selon les N dimensions, le produit des longueurs kj, pour i compris entre 1 et N, étant égal à la longueur déterminée de la première clé ;
- appliquer successivement selon les N dimensions respectivement N codes en bloc Cj, transformant les données de longueur respective kj en des données codées de longueur respective nj.
L'information relative à la première clé peut être obtenue par application d'une fonction de hachage à la première clé. Dans ce cas, l'étape /d/ peut comprendre les étapes suivantes :
- appliquer la fonction de hachage à la seconde clé ;
- comparer la seconde clé sous forme hachée avec l'information relative à la première clé. Un deuxième aspect de la présente invention propose un dispositif de traitement de données biométriques relatives à une partie biologique dans un système biométrique, le dispositif de traitement disposant, d'une part, d'au moins un ensemble de données biométriques de référence résultant de l'application d'une opération 'ou exclusif entre un premier ensemble de données biométriques et une première clé codée et, d'autre part, d'une information relative à la première clé. Le dispositif peut comprendre :
- une unité d'interface adaptée pour recevoir un second ensemble de données biométriques ; - une unité de détermination adaptée pour fournir une seconde clé codée en appliquant une opération 'ou exclusif entre l'ensemble de données biométriques de référence et le second ensemble de données biométriques reçu par ladite unité d'interface ;
- une unité de décodage adaptée pour décoder la seconde clé codée ; et - une unité de décision adaptée pour décider si le second ensemble de données biométriques correspond au premier ensemble de données biométriques en comparant l'information relative à la première clé avec la seconde clé.
Les premier et second ensembles de données biométriques peuvent être exprimés dans un référentiel multi dimensionnel à N dimensions, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, les données biométriques selon au moins une desdites N dimensions étant obtenues par application d'une pluralité de traitements appliquée relativement à la partie biologique.
La première clé codée peut être obtenue par application d'un codage transformant un mot initial d'une longueur déterminée en un mot codé dans le référentiel multi dimensionnel.
Les données biométriques selon au moins une dimension peuvent être obtenues en capturant une pluralité d'images de la partie biologique.
Les données biométriques selon au moins une dimension peuvent aussi être obtenues en appliquant une pluralité de filtres à une image de la partie biologique.
L'information relative à la première clé peut être obtenue par application d'une fonction de hachage à la première clé ; et l'unité de décision peut alors comprendre : - une unité de hachage adaptée pour appliquer Ia fonction de hachage à la seconde clé décodée ; et - une unité de comparaison adaptée pour comparer l'information relative à la première clé et la seconde clé sous forme hachée. L'ensemble de données biométriques de référence et/ou l'information relative à la première clé peuvent être disponibles dans une base de données. Un troisième aspect de la présente invention propose un système de traitement de données biométriques comprenant un dispositif de traitement de données biométriques selon le deuxième aspect de la présente invention et au moins un capteur biométrique adapté pour fournir un second ensemble de données biométriques audit dispositif de traitement de données biométriques.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'un de ses modes de réalisation. L'invention sera également mieux comprise à l'aide des dessins, sur lesquels : la figure 1 illustre les principales étapes réalisées selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 illustre une application d'un codage selon un mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 3 illustre une application d'une famille de filtres à une empreinte de doigt; la figure 4 illustre un dispositif de traitement de données biométriques selon un mode de réalisation de la présente invention ; et la figure 5 illustre un système de traitement de données biométriques selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 1 illustre les principales étapes réalisées selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans une étape d'initialisation 11 , le système biométrique considéré dispose d'un ensemble de données biométriques de référence B'-i. Cet ensemble de données biométriques vérifie l'équation suivante : B'-i = B1 + K1 où B1 correspond à un premier ensemble de données biométriques ; et K1 correspond à une première clé codée.
Le premier ensemble de données biométriques peut être obtenu dans une phase d'initialisation classique d'un système biométrique de ce type, au cours de laquelle sont captées des données biométriques correspondantes aux personnes considérées dans le système biométrique, c'est-à-dire les personnes pour lesquelles un accès est autorisé ou une identification est possible ou encore une authentification est possible.
Dans un mode de réalisation de la présente invention, ce premier ensemble de données biométriques peut être relatif à une partie biologique correspondant à une empreinte, ou encore à un iris. Les données biométriques captées correspondent dans ces exemples à une image en deux dimensions (2D). Ce premier ensemble de données biométriques peut aussi être relatif à un visage et correspondre alors soit à une image en 2D, soit encore à une image en trois dimensions (3D).
Dans le cas où un ensemble de données biométriques à traiter correspond à une image en 2D, et lorsque cette image est filtrée selon deux familles de filtres distinctes fj et g,, alors les données biométriques correspondantes sont alors avantageusement manipulées et traitées selon un mode de réalisation de la présente invention, dans un référentiel à quatre dimensions.
Dans une variante, une seule famille de filtres est utilisée. Ici, les données biométriques sont alors avantageusement traitées dans un référentiel 3D. II est ensuite aisé de déduire des exemples énoncés ci-avant, un principe général qui est adapté à des données biométriques captées selon X dimensions et filtrée respectivement avec un nombre Y de familles de filtres d'image. Dans ce dernier cas, les données biométriques sont avantageusement traitées dans un référentiel à N dimensions, N vérifiant l'équation suivante :
N = X + Y
Quelque soit la partie biologique visée (iris, empreinte, visage), dans un mode de réalisation de la présente invention, l'image considérée est traitée selon au moins une famille de filtres adaptés pour la partie biologique visée. Une telle caractéristique permet d'améliorer les performances d'un tel système biométrique en augmentant le niveau de fiabilité de la prise de décision basée sur l'étape de comparaison de données biométriques selon un mode de réalisation de la présente invention.
Dans ce contexte, le premier ensemble de données biométriques Bi correspond à des données disposées dans un référentiel multi dimensionnel dont au moins une des dimensions est relative à l'application d'une famille de filtre sur une image de la partie biologique visée. Dans le cas où les données biométriques relatives à la partie biologique visée sont exprimées selon une dimension, sous la forme d'un mot de ni bits, ni étant un nombre entier, comme par exemple un code d'iris tel que décrit précédemment, on peut appliquer un procédé selon un mode de réalisation dans un référentiel à deux dimensions, une première dimension correspondant aux ni bits du mot codant la partie biologique visée et une seconde dimension correspondant à l'application d'une famille de filtres sur cette partie biologique visée.
Ici, un ensemble de données biométriques peut donc s'écrire sous la forme d'une matrice de ni colonnes et de n2 lignes, n2 correspondant au nombre de filtres compris dans la famille de filtres appliqués à l'image de la partie biologique visée.
La première clé codée Ki, appliquée à cette étape 11 , peut être avantageusement obtenue en générant en premier lieu une première clé de k bits de manière aléatoire et en appliquant un codage sur ces k bits qui est adapté pour passer depuis un référentiel défini sur une dimension et sur une longueur k audit référentiel multi dimensionnel.
Un code de la famille des Turbo Codes' peut être adapté à ce mode de réalisation. De tels codes sont décrits par exemple dans le document EP 827284 'Procédé de transmission de bits d'informations avec codage correcteur d'erreur, codeur et décodeur pour la mise en oeuvre de ce procédé'. Les sections suivantes décrivent un exemple d'application d'un tel Turbo Code dans un mode de réalisation de la présente invention appliqué à un référentiel à deux dimensions. Il est aisé d'en déduire une application à un référentiel multi dimensionnel à N dimensions, N étant un nombre quelconque supérieur à 2.
Plus précisément, les sections suivantes décrivent un exemple d'un Turbo Code Produit (TCP), basé sur un produit de deux codes C1 et C2 de paramètres respectivement (n-i, ki, d-i) et (^, k∑, dz), où r\\ (i compris entre 1 et 2) correspond à la longueur du code Q, ki correspond au nombre de symboles d'information du code Ci et dj correspond à la distance de Hamming minimale entre deux mots quelconques. La figure 2 illustre l'application d'un tel Turbo Code à la clé de k bits pour obtenir la première clé codée Ki. La première clé de k bits est en premier lieu écrite sous la forme d'une matrice 21 comprenant ki lignes et k2 colonnes d'éléments correspondant chacun à un bit de la première clé, ki et k2 vérifiant l'équation suivante : k-i x k2 = k
Puis, les ki lignes sont chacune codées avec le code C2, fournissant k-ι lignes de n2 éléments. On obtient ainsi une matrice de ki x n2 élément. Ensuite, les n2 colonnes de cette matrice sont codées avec le code Ci, fournissant n2 colonnes de ni éléments. A l'issue de l'application du Turbo Code basé sur les codes en bloc C1 et C2, on obtient alors une matrice 23 de ni x n2 éléments. En général dans une telle matrice, une partie 24 comprend des éléments de contrôle sur les colonnes permettant de contrôler la validité des ki premiers éléments des k2 premières colonnes de cette matrice 23. Cette dernière comprend également une partie 25 d'éléments de contrôle sur les lignes permettant de contrôler la validité des k2 premiers éléments des ki premières lignes de cette matrice, une partie 26 permettant de contrôler les éléments de contrôle sur les lignes et sur les colonnes des parties 25 et 24 respectivement.
Ainsi, en appliquant un tel codage à la clé de k bits, on obtient une clé codée Ki de dimension ni x n2.
Dans de telles conditions, le système biométrique dispose d'un ensemble de données biométriques de référence qui résulte de l'application d'un 'ou exclusif entre le premier ensemble de données biométriques Bi et la première clé codée Ki, Bi et Ki étant exprimés dans un même référentiel multi dimensionnel.
Le procédé selon un mode de réalisation de la présente invention consiste alors, dans une étape 12, à capter un second ensemble de données biométriques B2, par exemple à partir d'une personne en cours de contrôle dans le système biométrique considéré. Puis, à une étape 13, on obtient une seconde clé codée K2 qui vérifie l'équation suivante :
K2 = BS e B2 Cette dernière équation peut s'écrire sous la forme suivante : K2= B1 Θ B2Θ K1
Dans le cas où les deux ensembles de données biométriques Bi et B2 correspondent à une même partie biologique d'une même personne, les clés Ki et K2 doivent également se correspondre à une erreur près. En décodant la seconde clé codée K2, par application d'un décodage correspondant au codage appliquée à la première clé pour obtenir Ki, on obtient une seconde clé. Sur la base d'une comparaison entre la première clé et la seconde clé, on est alors en mesure de déterminer si les premier et second ensembles de données biométriques correspondent à une même personne.
Le décodage d'une donnée ainsi codée peut reposer sur un processus itératif qui consiste à effectuer un décodage des lignes suivi d'un décodage des colonnes. Un décodage de ce type peut par exemple être basé sur un algorithme de Viterbi, tel que décrit dans le document G. D. Forney, "The Viterbi algorithm", Proc. IEEE, vol. 61 , No 3, pp. 268-278, Mar. 1973. Un décodage de ce type peut également être similaire à celui mis en œuvre dans un « turbo décodeur » comme proposé dans le document EP 827284. Dans le cas où les données d'entrée d'un tel décodeur sont en binaire, le décodage revient à trouver le mot de code à distance de Hamming minimale. Ce type de décodage itératif est bien connu de l'homme du métier et permet d'atteindre un niveau de performance élevé.
Un tel décodage consiste à effectuer itérativement un décodage des lignes et un décodage des colonnes.
Etant donné qu'une telle étape de comparaison est basée sur un traitement simultané d'une importante quantité d'informations qui comprennent notamment des données issues de l'application d'une pluralité de filtres sur une image de la partie biologique considérée, cette étape est efficace et hautement fiable.
L'application de filtres sur une partie biologique visée permet d'améliorer la résistance aux variations et/ou perturbations qui peuvent plus ou moins affecter les étapes de capture de données au cours d'un tel procédé.
Dans un mode de réalisation de la présente invention, un ensemble de données biométriques correspond à une capture de l'iris d'une personne selon une méthode telle que celle proposée dans le document J. Daugman, 'High confidence Visual récognition of persons by a test of statistical independence', IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 15 (11 ) (1993) 1148-1161 et dans le document J. Daugman, "The importance of being random: statistical principles of iris récognition," Pattern Récognition, Vol. 36, No. 2, pp. 279-291 , 2003.
Il convient de noter qu'un mode de réalisation de la présente invention peut s'appliquer aisément à toute autre partie biométrique que l'iris. Les sections décrivent un exemple de traitement d'image basé sur une application de filtres énoncée ici à titre illustratif uniquement. Un iris est ici capté sous la forme d'une image infra rouge. Puis, cette image est filtrée selon une famille de filtres du type 2D -Gabor, tels que ceux définis par exemple dans le document J. G. Gaugman, "Complète discrète 2D Gabor transforme by neural networks for image analysis and compression", IEEE Trans. Acoustics ; Speech Signal Processing 36 (1988). L'image infra rouge est traitée suivant deux dimensions, par exemple suivant, d'une part, des cercles concentriques et, d'autre part, des rayons de ces cercles. Ainsi, dans de telles conditions, le référentiel utilisé pour les ensembles de données biométriques est un référentiel à trois dimensions, correspondant aux deux dimensions de traitement de l'image et à la dimension de la famille des filtres utilisés.
Dans une variante, lorsque la partie biologique visée correspond à des empreintes captées sous la forme d'une image 2D, on peut appliquer une méthode telle que celle proposée dans le document K. Jain, S. Prabhakar, and L. Hong, "A Multichannel Approach to Fingerprint Classification", IEEE Trans. Pattern Anal, and Machine Intell., Vol. 21 , No. 4, pp. 348-359, 1999.
La figure 3 illustre une telle méthode. Une image d'empreinte 31 est captée. Puis, un point de référence 32 est localisé dans cette image. Ensuite, à partir de ce point de référence 32 l'image est divisée en une pluralité de secteurs angulaires. Puis, les secteurs ainsi définis sont normalisés, tel que cela est illustré par une image 34, avant qu'une famille de filtres soit appliquée respectivement selon des orientations différentes, tel que cela est illustré par des images 35. L'image est ainsi traitée, d'une part, selon deux dimensions, et, d'autre part, selon une famille de filtres. Il en résulte, dans ce cas également, que les ensembles de données biométriques sont avantageusement traités dans un référentiel de 3 dimensions selon un mode de réalisation de la présente invention.
La figure 4 illustre un dispositif de traitement de données biométriques adapté pour mettre en œuvre un mode de réalisation de la présente invention.
Un tel dispositif de traitement 42 comprend une unité d'interface 421 adaptée pour recevoir un second ensemble de données biométriques B2. Ce second ensemble de données biométriques peut par exemple être transmis depuis un capteur biométrique du système considéré.
Ce dispositif de traitement 42 comprend en outre une unité de détermination 422 adaptée pour fournir une seconde clé codée K2 en appliquant une opération 'ou exclusif entre l'ensemble de données biométriques de référence et un second ensemble de données biométriques reçu par l'unité d'interface 421.
Il comprend également une unité de décision 423 adaptée pour décider si le second ensemble de données biométriques B2 correspond au premier ensemble de données biométriques Bi en comparant l'information relative à la première clé avec la seconde clé.
Cette comparaison peut être réalisée sur des formes hachées des premières et secondes clés, ce qui permet de préserver la confidentialité de ces clés. En effet, dans ce contexte, la première clé est mémorisée uniquement sous une forme hachée. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'unité de décision comprend en outre une unité de décodage 425 adaptée pour décoder la seconde clé codée K2 par application d'un décodage itératif correspondant au codage utilisé pour obtenir la première clé Ki.
Elle peut comprendre en outre une unité de hachage 426 adaptée pour appliquer la fonction de hachage à la seconde clé décodée.
L'ensemble de données biométriques de référence B'i et/ou la première clé sous forme hachée peuvent être disponibles dans une base de données 424 gérée par le dispositif de traitement 42. La figure 5 illustre un système de traitement de données biométriques comprenant un dispositif de traitement de données biométriques 42 et une pluralité de capteurs biométriques 51 adaptés pour fournir à ce dispositif 42 un second ensemble de données biométriques B2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement de données biométriques relatives à une partie biologique, dans un système biométrique disposant, d'une part, d'au moins un ensemble de données biométriques de référence (B'i) résultant de l'application d'une opération 'ou exclusif entre un premier ensemble de données biométriques (B1) et une première clé codée (Ki), et, d'autre part, d'une information relative à la première clé ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
/a/ obtenir un second ensemble de données biométriques
(B2) ; IbI déterminer une seconde clé codée (K2) en appliquant une opération 'ou exclusif entre l'ensemble de données biométriques de référence et le second ensemble de données biométriques ; Ici décoder ladite seconde clé ; et
IdI décider si le second ensemble de données biométriques correspond au premier ensemble de données biométriques en comparant l'information relative à la première clé avec la seconde clé ; dans lequel lesdits premier et second ensembles de données biométriques sont exprimés dans un référentiel multi dimensionnel à N dimensions, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, les données biométriques selon au moins une desdites N dimensions étant obtenues par une pluralité de traitements appliquée relativement à ladite partie biologique; et dans lequel ladite première clé codée est obtenue par application d'un codage transformant un mot initial d'une longueur déterminée en un mot codé dans ledit référentiel multi dimensionnel.
2. Procédé de traitement de données biométriques selon la revendication 1, dans lequel les données biométriques selon au moins une dimension sont obtenues en capturant une pluralité d'images de la partie biologique.
3. Procédé de traitement de données biométriques selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les données biométriques selon au moins une dimension sont obtenues en appliquant une pluralité de filtres à une image de la partie biologique.
4. Procédé de traitement de données biométriques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel un décodage itératif est mis en œuvre pour réaliser l'étape Ici.
5. Procédé de traitement de données biométriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le référentiel multi dimensionnel comprend des données de longueur ni selon chacune des N dimensions du référentiel, i étant compris entre 1 et N ; et dans lequel le codage de la première clé comprend les étapes suivantes : - transformer la première clé dans un autre référentiel à N dimensions comprenant des données de longueur respective kj selon les N dimensions, le produit des longueurs kj, pour i compris entre 1 et N, étant égal à la longueur déterminée de la première clé ;
- appliquer successivement selon les N dimensions respectivement N codes en bloc C1, transformant les données de longueur respective kj en des données codées de longueur respective ni.
6. Procédé de traitement de données biométriques selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, l'information relative à la première clé est obtenue par application d'une fonction de hachage à la première clé ; et dans lequel, l'étape /d/ comprend les étapes suivantes :
- appliquer la fonction de hachage à la seconde clé ;
- comparer la seconde clé sous forme hachée avec l'information relative à la première clé.
7. Dispositif (42) de traitement de données biométriques relatives à une partie biologique dans un système biométrique, ledit dispositif de traitement disposant, d'une part, d'au moins un ensemble de données biométriques de référence (B'i) résultant de l'application d'une opération 'ou exclusif entre un premier ensemble de données biométriques (Bi) et une première clé codée (Ki) et, d'autre part, d'une information relative à la première clé ; ledit dispositif comprenant :
- une unité d'interface (421 ) adaptée pour recevoir un second ensemble de données biométriques (B2) ;
- une unité de détermination (422) adaptée pour fournir une seconde clé codée (K2) en appliquant une opération 'ou exclusif entre l'ensemble de données biométriques de référence et le second ensemble de données biométriques reçu par ladite unité d'interface ;
- une unité de décodage (425) adaptée pour décoder la seconde clé codée (K2) ; et - une unité de décision (423) adaptée pour décider si le second ensemble de données biométriques correspond au premier ensemble de données biométriques en comparant l'information relative à la première clé avec la seconde clé ; dans lequel lesdits premier et second ensembles de données biométriques sont exprimés dans un référentiel multi dimensionnel à N dimensions, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, les données biométriques selon au moins une desdites N dimensions étant obtenues par une pluralité de traitements appliquée relativement à ladite partie biologique; et dans lequel ladite première clé codée est obtenue par application d'un codage transformant un mot initial d'une longueur déterminée en un mot codé dans ledit référentiel multi dimensionnel.
8. Dispositif (42) de traitement de données biométriques selon la revendication 7, dans lequel les données biométriques selon au moins une dimension sont obtenues en capturant une pluralité d'images de la partie biologique.
9. Dispositif (42) de traitement de données biométriques selon la revendication 7 ou 8, dans lequel les données biométriques selon au moins une dimension sont obtenues en appliquant une pluralité de filtres à une image de la partie biologique.
10. Dispositif (42) de traitement de données biométriques selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel, l'information relative à la première clé est obtenue par application d'une fonction de hachage à la première clé ; et dans lequel, l'unité de décision comprend :
- une unité de hachage (426) adaptée pour appliquer la fonction de hachage à la seconde clé décodée ; et
- une unité de comparaison adaptée pour comparer l'information relative à la première clé et la seconde clé sous forme hachée.
11. Dispositif (42) de traitement de données biométriques (42) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, dans lequel l'ensemble de données biométriques de référence (B'-i) et/ou l'information relative à la première clé sont disponibles dans une base de données (424).
12. Système de traitement de données biométriques comprenant un dispositif de traitement de données biométriques selon l'une quelconque des revendications 7 à 11 et au moins un capteur biométrique (51) adapté pour fournir un second ensemble de données biométriques audit dispositif de traitement de données biométriques.
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