Brevet FR2915008A1 — publié le 20081017

PROCEDE DE DETECTION DU CARACTERE VIVANT D'UNE ZONE CORPORELLE ET DISPOSITIF OPTIQUE POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE Le domaine technique de l'invention porte sur la reconnaissance d'une caractéristique biométrique pour identifier une personne et plus précisément la détermination et la détection du caractère vivant du porteur de cette caractéristique. De manière courante, afin de limiter certaines opérations ou démarches à des personnes autorisées (par exemple l'accès dans des endroits physiques ou logiques réservés), il est courant de requérir à une caractéristique biométrique d'une personne telle que l'empreinte digitale ou le visage à l'aide d'un capteur optique. L'information de luminance est généralement suffisante pour recueillir la caractéristique biométrique considérée, par exemple, l'image d'une empreinte digitale constituée d'un certain nombre de lignes plus ou moins sombres séparées par des lignes plus ou moins claires avec des points d'arrêt et des points de modification de courbure ou de bifurcation des lignes qui constituent les points caractéristiques de l'empreinte digitale. Une fois l'empreinte digitale obtenue par le capteur, elle est transmise à une unité de traitement d'images qui compare l'image enregistrée avec une banque de données d'images de manière à vérifier si l'image de l'empreinte enregistrée appartient à cette base de données. La reconnaissance de l'empreinte enregistrée par l'unité de traitement entraîne alors l'autorisation d'accès à certains endroits réservés, par exemple en déclenchant l'ouverture d'une porte. De même, il est également connu un procédé de reconnaissance d'un visage en deux dimensions dont l'image est normalisée grâce à la position des deux yeux. Ensuite, un groupe d'opérateurs est passé sur l'image pour traitement. Puis, les réponses des opérateurs sont comparées par une unité de traitement aux réponses enregistrées dans une base de données. La reconnaissance de l'image entraîne finalement l'autorisation d'accès. Bien que les méthodes de reconnaissance biométriques soient des méthodes d'identification d'une personne bien connues et fiables, des personnes malintentionnées peuvent être tentées d'imiter ou de reproduire la caractéristique biométrique d'une personne, par exemple à l'aide d'une photo, d'un faux doigt, voire d'un doigt coupé sur une personne (doigt mort). Plusieurs méthodes ont été proposées dans l'art antérieur pour tenter de déterminer le caractère vivant du porteur d'une caractéristique biométrique. Une première méthode, notamment telle que décrite dans le document US 5 719 950, consiste à mesurer des paramètres biométriques, par exemple le taux d'oxygène dans le sang ou la température de la peau. II est également connu du document US 5 737 439 d'utiliser un dispositif de mesure optique permettant la détection du flux sanguin à partir de deux longueurs d'onde différentes. Une seconde méthode, notamment telle que décrite dans le document FR 2 849 246, consiste à réaliser des mesures électriques, par exemple la mesure de l'impédance du doigt. Cependant, du fait de l'ingéniosité des faussaires, il est toujours nécessaire 25 de prévoir de nouvelles méthodes de détection du caractère vivant du porteur d'une caractéristique biométrique. Il est ainsi connu de discriminer les vrais doigts (doigts vivants) des faux doigts ou doigts morts en réalisant une succession d'images du doigt éclairé 30 avec des couleurs différentes, et tel que cela est notamment décrit dans le document US 7 147 153. Toutefois, cette technique est limitée par le temps nécessaire pour les acquisitions (le porteur de l'empreinte digitale ne devant pas attendre plus de quelques secondes, préférentiellement plus d'une seconde, avant la reconnaissance de son empreinte digitale) et ne s'applique pas pour des doigts en mouvement dans le cas des dispositifs optiques de capture biométrique sans contact du doigt sur le dispositif optique et, plus généralement, dans le cas où la capture de la biométrie se fait sans contact et donc avec au moins un peu de mouvement (cas du visage par exemple). Il serait donc particulièrement intéressant de réaliser une méthode de détermination du caractère vivant du porteur d'une caractéristique biométrique telle qu'une empreinte digitale ou un visage ne nécessitant pas des temps d'acquisition relativement longs (c'est-à-dire supérieurs à une poignée de secondes) et s'appliquant pour des dispositifs optiques de capture biométrique avec ou sans contact du doigt sur le dispositif optique. Afin de proposer une solution à cette problématique, selon un premier de ses aspects, la présente invention porte sur un procédé de détermination du caractère vivant d'une zone corporelle, caractérisé en ce qu'il consiste à éclairer la zone corporelle à l'aide d'au moins deux faisceaux lumineux émis respectivement à des composantes spectrales différentes entre deux longueurs d'onde limites XI et et disposés de telle sorte que chaque faisceau éclaire une partie différente de la zone corporelle ; à mesurer la luminance réfléchie par la zone corporelle dans chacune des zones éclairées par les deux faisceaux ; à analyser les luminances réfléchies en fonction des longueurs d'onde utilisées en comparant, entre elles, les luminances réfléchies mesurées pour chaque zone éclairée ; à mettre sous forme de ratios les luminances réfléchies mesurées dans chaque zone éclairée; et à conclure au caractère vivant ou non de la zone corporelle en fonction de l'écart entre les ratios des luminances réfléchies mesurées et des ratios prédits par un modèle de réflectance dans le cas d'une zone corporelle vivante. Afin de permettre de manière simultanée la détermination du caractère vivant d'une zone corporelle ainsi que la capture de la caractéristique biométrique considérée, l'intensité de chaque faisceau est ajustée de manière telle que la luminance réfléchie par la zone corporelle du porteur est sensiblement constante entre les régions éclairées par les différents faisceaux et également de manière telle que la luminance réfléchie par la région de la zone corporelle du porteur éclairée par le faisceau est sensiblement identique aux luminances réfléchies par les régions éclairées par les autres faisceaux. Selon une forme de réalisation avantageuse, le procédé selon l'invention comprend une étape d'émission des différents faisceaux à partir d'une source devant laquelle est placé un dispositif apte à projeter plusieurs faisceaux de composantes spectrales différentes. De manière optimale, les longueurs d'onde limites ?i et X2 déterminent une bande de longueur d'onde comprise entre 350 nm et 1 m. Avantageusement, on détecte, grâce au procédé selon l'invention, la 20 luminance réfléchie par la zone corporelle à l'aide d'un dispositif de détection de luminance du type caméra. Selon un mode de réalisation, le procédé selon l'invention comprend l'étape de placement de la zone corporelle présentant l'empreinte digitale à distance 25 sans contact d'un dispositif optique de capture biométrique. Selon un second de ses aspects, la présente invention porte sur un dispositif optique de capture biométrique pour la mise en oeuvre du procédé tel que précédemment décrit, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de 30 détection de luminance du type caméra et au moins une source lumineuse permettant de projeter au moins deux faisceaux lumineux de composantes spectrales différentes.15 La présente invention est maintenant décrite à l'aide d'un exemple uniquement illustratif et nullement limitatif de la portée de la présente invention, et à partir des illustrations ci-jointes dans lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif optique de capture biométrique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; la figure 2 est un graphique symbolisant la réflectance de la peau en fonction de la longueur d'onde pour un doigt d'un porteur entre deux longueurs d'onde limites X1 et X2 ; - la figure 3 est un graphique représentant l'intensité émise par au moins une source lumineuse en fonction de la longueur d'onde entre deux longueurs d'onde limites XI et 2^.2; la figure 4 est un graphique représentant la luminance réfléchie par le porteur de l'empreinte digitale entre les deux longueurs d'onde limites X1 et 22 dans le cas où le porteur de l'empreinte digitale est vivant et lors d'une mise en oeuvre particulière du procédé selon l'invention ; la figure 5 est un graphique représentant la luminance réfléchie par le porteur de l'empreinte digitale entre les deux longueurs d'onde limites et X2 dans le cas où le porteur de l'empreinte digitale n'est pas vivant et lors d'une mise en oeuvre particulière du procédé selon l'invention. La présente invention s'applique plus particulièrement pour la détermination du caractère vivant d'une zone corporelle telle qu'un doigt, étant entendu que le principe selon l'invention s'applique également pour toute zone du corps humain pouvant être acquise et présentant des caractéristiques biométriques distinctes et propres à chaque être humain. Ainsi, le principe selon l'invention s'applique également à des zones palmaires, mais aussi à toute zone faciale, par exemple la totalité du visage, ou l'oreille. La figure 1 est une représentation schématique d'une forme de réalisation d'un dispositif optique 1 de capture biométrique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif optique 1 comporte un bloc 2 dans lequel est logé au moins un dispositif de détection de luminance 3 du type caméra et au moins deux sources lumineuses 4, 5 de composantes spectrales différentes. Selon un autre mode de réalisation non représenté sur la figure 1, les différents faisceaux lumineux sont émis par une seule source lumineuse devant laquelle est placé un dispositif permettant de projeter une mire. La mire peut être par exemple composée de bandes colorées. De manière préférentielle, le dispositif de détection 3 est dirigé vers la zone corporelle 6 à caractéristique biométrique du porteur, à savoir soit vers le lieu où le porteur doit apposer sa zone corporelle (préférentiellement son doigt) dans le cas d'un dispositif optique 1 nécessitant un contact entre la zone corporelle et le dispositif optique 1 sur une plaque transparente 7, soit en direction de l'endroit où le porteur doit placer ou faire défiler la zone corporelle 6 dans le cas où le dispositif optique 1 ne nécessiterait pas de contact direct avec le dispositif optique 1 mais permettrait une détection de la zone corporelle à caractéristique biométrique 6 à distance. Selon l'invention, il est proposé d'éclairer la zone corporelle, dont on veut déterminer le caractère vivant ou non, à l'aide d'au moins deux faisceaux lumineux émis respectivement à des composantes spectrales différentes entre deux longueurs d'ondes limites XI et X2, les faisceaux lumineux étant disposés de telle sorte que chaque faisceau éclaire une partie différente de la zone corporelle 6. Ainsi, de manière préférentielle, les régions éclairées par chaque faisceau sont distinctes et recouvrent la totalité de la surface de la zone corporelle. On procède ensuite à la mesure de la luminance réfléchie par la zone corporelle 6 dans les zones éclairées par chaque faisceau lumineux. Il est ensuite procédé à l'analyse des luminances réfléchies en fonctions des longueurs d'onde utilisées en comparant, entre elles, les luminances réfléchies mesurées pour chaque zone éclairée. On met ensuite sous forme de ratios, par exemple le ratio ou rapport des luminances mesurées pour un éclairage autour de 760 nm sur la luminance mesurée pour un éclairage autour de 860 nm est entre 1 et 1.2 pour un doigt vivant. Un rapport similaire peut être obtenu avec d'autres paires de longueurs d'ondes (typiquement 633 et 950 nm, ou encore 560 et 580 nm ; 500 et 600 nm ; 420 et 500 nm). En pratique, il est utilisé plusieurs éclairages et est réalisé tous les ratios possibles entre chaque paire d'éclairages. On conclut alors au caractère vivant ou non de la zone corporelle en fonction de l'écart entre les ratios des luminances réfléchies mesurées et des ratios prédits par un modèle de réflectance dans le cas d'une zone corporelle vivante. En effet, le modèle de réflectance est déterminé à l'aide de la connaissance de la réflectance de la zone corporelle d'un porteur vivant pour chaque longueur d'onde, ainsi que de la connaissance de la composition spectrale de la lumière de chaque faisceau. De manière plus précise, il est déterminé, préalablement à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, à la variation de la réflectance de la zone corporelle 6, préférentiellement un doigt ou un visage, en fonction de la longueur d'onde entre deux longueurs d'onde limites ?i et 2^,2. Il en est alors déduit un modèle de réflectance de luminances réfléchies et des ratios pour une zone corporelle d'un porteur vivant. De manière préférentielle, l'intensité de chaque faisceau est ajustée de manière telle que la luminance réfléchie par la zone corporelle du porteur est sensiblement constante entre les régions éclairées par les différents faisceaux, et préférentiellement sur toute la surface de la zone corporelle. Ainsi, les variations d'intensité dans l'image de l'empreinte sont uniquement dues à la texture de l'empreinte elle-même, et non à la lumière émise. De manière supplémentaire, l'intensité de chaque faisceau est ajustée de manière telle que la luminance réfléchie par la région de la zone corporelle du porteur éclairée par le faisceau est sensiblement identique aux luminances réfléchies par les régions éclairées par les autres faisceaux. Préférentiellement, les longueurs d'ondes limites XI et 21,2 déterminent une bande de longueur d'onde comprise entre 350 nm et lien. II est à noter que la réflectance entre les deux longueurs d'onde limites X1 et 22 est représentée de manière arbitraire et uniquement de manière illustrative sur la figure 2 par une droite à pente croissante. Afin d'obtenir une luminance constante réfléchie Lréfléchie par un doigt d'un porteur vivant entre les deux longueurs d'onde limites XI et 21,2, et tel que cela est représenté sur la figure 4, il est déterminé la variation de l'intensité lumineuse émise (l émis ; 12 émis) entre les deux longueurs d'onde limites Xi et 21,2 (voir figure 3). Ainsi, si pour une première longueur d'onde donnée, le coefficient de réflexion de luminance est plus élevé que le coefficient de réflexion de luminance pour une seconde longueur d'onde donnée, l'intensité lumineuse émise pour la première longueur d'onde donnée sera plus petite que l'intensité lumineuse émise pour la seconde longueur d'onde donnée, la luminance réfléchie pour la première longueur d'onde donnée étant égale à la luminance réfléchie pour la seconde longueur d'onde donnée dans le cas d'une empreinte digitale appartenant à un porteur vivant. Dans le cas d'un doigt n'appartenant pas à un porteur vivant ou d'une réplication de doigt, la luminance réfléchie par le doigt n'est pas constante sur la plage de longueurs d'onde des faisceaux lumineux émis, et est par exemple du type illustré à la figure 5. Ainsi, dans le cas d'un doigt vivant, on obtient sur la caméra 3 une image dont la luminance réfléchie est indépendante de l'illumination ou de l'intensité émise sur toute la surface et comporte l'information des sillons de l'empreinte digitale. En effet, la luminance réfléchie est modulée par l'information des caractéristiques biométriques, par exemple les sillons, de la zone corporelle 6. Dans le cas de faux doigts ou doigts morts, la quantité de lumière réfléchie par le doigt sera différente en fonction des couleurs (ou longueurs d'onde) 15 des sources lumineuses 4, 5. La contrainte sur les luminances émises selon l'invention offre la possibilité de détection du caractère vivant et l'acquisition de la biométrie considérée simultanément (par exemple : empreinte, visage). 20 Toutefois, bien que l'exemple décrit porte préférentiellement sur l'obtention d'une luminance réfléchie constante entre deux longueurs d'onde limites XI et X2, il est bien entendu que le principe de l'invention porte avant tout sur la comparaison de la luminance mesurée sur différentes zones de l'image 25 éclairées par des faisceaux lumineux ayant une composition spectrale différente. En effet, l'apport de la luminance réfléchie constante est de permettre l'acquisition de la biométrie considérée en une seule acquisition sans dégradation de qualité, ce qui permet de déterminer, de manière simultanée, le caractère vivant de la zone corporelle, ainsi que l'acquisition 30 de cette biométrie. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination du caractère vivant d'une zone corporelle, caractérisé en ce qu'il consiste : à éclairer la zone corporelle à l'aide d'au moins deux faisceaux lumineux émis respectivement à des composantes spectrales différentes entre deux longueurs d'onde limites XI et 2,2, disposés de telle sorte que chaque faisceau éclaire une partie différente de la zone corporelle ; à mesurer la luminance réfléchie par la zone corporelle dans chacune des zones éclairées par les au moins deux faisceaux ; à analyser les luminances réfléchies en fonction des longueurs d'onde utilisées en comparant, entre elles, les luminances réfléchies mesurées pour chaque zone éclairée ; à mettre sous forme de ratios les luminances réfléchies mesurées dans chaque zone éclairée; à conclure au caractère vivant ou non de la zone corporelle en fonction de l'écart entre les ratios des luminances réfléchies mesurées et des ratios prédits par un modèle de réflectance dans le cas d'une zone corporelle vivante. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intensité de chaque faisceau est ajustée de manière telle que la luminance réfléchie par la zone corporelle du porteur est sensiblement 25 constante entre les régions éclairées par les différents faisceaux et en ce que l'intensité de chaque faisceau est également ajustée de manière telle que la luminance réfléchie par la région de la zone corporelle du porteur éclairée par le faisceau est sensiblement identique aux luminances réfléchies par les régions éclairées par les 30 autres faisceaux, ce grâce à quoi il est déterminé le caractère vivant du porteur de la zone corporelle en même temps que la capture de la biométrie de la zone corporelle. 10 15 20 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'émission des différents faisceaux à partir d'une source devant laquelle est placé un dispositif apte à projeter plusieurs faisceaux de composantes spectrales différentes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les longueurs d'onde limites Il et X2 déterminent une bande de longueur d'onde comprise entre 350 nm et 1 m. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détecte la luminance réfléchie par la zone corporelle à l'aide d'un dispositif de détection de luminance du type caméra (3).. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de placement de la zone corporelle (6) à distance sans contact d'un dispositif optique de capture biométrique (1). 7. Dispositif optique de capture biométrique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de détection de luminance du type caméra (3) et au moins une source lumineuse (4, 5) apte à projeter au moins deux faisceaux lumineux.