Brevet FR2912531A1 — publié le 20080815

B08-0164FR Société dite : LighTuning Tech. Inc. Méthode de biométrie reposant sur une image thermique d'un doigt Invention de : CHOU Bruce C.S. Priorité d'une demande de brevet déposée à Taiwan, République de Chine, le 9 Février 2007 sous le n 096104697 Méthode de biométrie reposant sur une image thermique d'un doigt L'invention est relative à une méthode de biométrie reposant sur une image thermique d'un doigt, et plus particulièrement à une méthode pour vérifier l'identité d'un utilisateur d'après une image d'empreinte digitale et une image de veines du doigt. La puce de détection d'empreintes digitales qui convient pour l'invention a été décrite dans la demande de brevet US 2004/ 0 208 345. Les contrôles biométriques classiques peuvent être réalisés d'après une empreinte digitale d'un doigt d'un utilisateur. La reconnaissance d'empreintes digitales offre les avantages de la grande précision et de la commodité et comporte un standard international d'algorithme. Cependant, certains utilisateurs pratiquant des métiers spéciaux peuvent ne pas avoir d'empreintes digitales. Par exemple, le doigt du maçon ou du chimiste est usé depuis longtemps par le ciment ou par des produits chimiques, si bien qu'il n'y a pas d'empreinte digitale nette sur le doigt. Aucun détecteur d'empreinte digitale tel que le détecteur de type optique, le détecteur du type à pression, le détecteur capacitif ou le détecteur du type à champ électrique ne peut acquérir l'empreinte digitale de ce type d'utilisateur. Certaines techniques ont annoncé que l'empreinte digitale sur la couche de derme sous la peau peut être détectée. Cependant, des salissures, de l'huile et toutes sortes d'autres substances sont généralement fixées au doigt et gênent donc la détection de la couche de derme. Si le doigt est humidifié, le dispositif de détection d'empreinte digitale classique ne peut pas détecter une bonne image d'empreinte digitale. Ainsi, l'objet de l'invention consiste en une méthode de biométrie capable de supprimer les problèmes créés lorsque aucune empreinte digitale n'existe sur le doigt et lorsque le doigt est mouillé. Pour résoudre les problèmes ci-dessus, il est proposé d'utiliser un capteur thermoélectrique pour imagerie thermique d'empreinte digitale, tel que décrit dans US 2004/0 208 345. Un élément matriciel est fabriqué suivant le principe de la détection thermoélectrique de façon que les reliefs et les creux du doigt puissent être détectés. L'élément de détection fonctionne sur le principe de la détection de la conduction de chaleur par le corps touché (différence de température) ou le principe de la détection, dans un petit espace, du rayonnement infrarouge thermique émis par le doigt vers les éléments de détection. Des substances différentes telles que l'eau et la peau (le doigt mouillé) ou l'air et la peau (le doigt sec) ont des propriétés thermoconductrices différentes et des propriétés matérielles différentes en présence d'infrarouges. Ainsi, des images différentes à contrastes différents peuvent être obtenues, ce qui permet de procéder à une reconnaissance d'empreinte digitale. L'invention propose en outre le procédé consistant à détecter les veines du doigt d'après le principe de détection du capteur de façon que l'utilisateur ne présentant pas un dessin net d'empreinte digitale sur le doigt puisse être contrôlé et que le vrai doigt et le faux doigt puissent être distingués. La Fig. 6 est une illustration schématique représentant un capteur thermoélectrique pour imagerie thermique d'empreinte digitale, tel que décrit dans US 2004/0 208 345. Comme représenté sur la Fig. 6, chaque élément de détection 10' est réalisé par des techniques de fabrication de circuits intégrés, en particulier les techniques de fabrication CMOS. La structure de base de l'élément de détection 10' comprend un substrat 100 en silicium, une couche locale 101 d'oxydation de silicium (LOCOS), une thermopile composée d'au moins un thermocouple 102 ou de nombreux thermocouples connectées en série, et un caloduc 400. La thermopile a une jonction chaude 200 disposée dans une partie centrale de la couche LOCOS 101, et une jonction froide 300 disposée sur une mince couche d'oxyde (non représentée) entourant la couche LOCOS 101. La structure du caloduc 400 comprend au moins une couche métallique d'interconnexion et au moins un bouchon métallique de trou d'interconnexion. Le caloduc 400 est formé entre la partie centrale de la couche LOCOS 101 et une couche de passivation 106 sur la surface extérieure. L'empreinte digitale comporte un relief 20 d'empreinte digitale et un creux 21 d'empreinte digitale. Lorsque le relief 20 d'empreinte digitale arrive au contact ou aux abords de l'élément de détection 10', de la chaleur ou un rayonnement infrarouge est généré entre le relief 20 d'empreinte digitale et l'élément de détection 10', et est transmis, par l'intermédiaire du mécanisme solide de conduction de chaleur, dans des directions indiquées par les deux flèches. La plus grande partie de la chaleur peut être conduite jusqu'à la jonction chaude 200 de la thermopile sur la couche LOCOS 101 par l'intermédiaire du caloduc 400, puis peut être transmise dans diverses directions par l'intermédiaire de la jonction chaude 200. Par conséquent, une différence de température AT est générée entre la jonction chaude 200 et la jonction froide 300. L'élément de détection 10' détecte un signal de tension par l'intermédiaire de la différence de température AT afin de juger si, oui ou non, il se trouve au contact du relief 20 de l'empreinte digitale. Le signal de tension généré par l'élément de détection 10' peut être exprimé par l'équation suivante : V=NaAT (1), où N est le nombre des thermocouples connectés en série, et a est un coefficient de Seebeck (V/ C) d'un seul thermocouple. Il faut souligner que le caloduc 400 peut accentuer la différence de température afin de produire la différence maximale de température entre la jonction chaude 200 et la jonction froide 300 du thermocouple 102. Du fait de cette propriété, l'image de l'empreinte digitale et l'image des veines du doigt peuvent être détectées. Par conséquent, l'invention concerne une méthode de biométrie reposant sur une image thermique d'un doigt, l'identité d'un utilisateur pouvant être vérifiée d'après une image d'empreinte digitale et une image de veines du doigt. Pour atteindre l'objectif indiqué plus haut, l'invention propose une méthode de biométrie qui comprend les étapes consistant à acquérir une image thermique d'un doigt et à extraire, de l'image thermique, une image d'empreinte digitale et/ou une image de veines du doigt. Ensuite, l'image d'empreinte digitale peut être comparée avec un modèle d'empreinte digitale pour obtenir un premier résultat comparatif, et l'image de veines du doigt peut être comparée avec un modèle de veines de doigt pour obtenir un second résultat comparatif. Ensuite, la reconnaissance d'identité ou la reconnaissance d'une autre caractéristique peut être effectuée d'après le premier résultat comparatif et/ou le second résultat comparatif. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : la Fig. 1 est un organigramme illustrant une méthode de biométrie reposant sur une image thermique d'un doigt, selon l'invention ; la Fig. 2 représente l'image thermique détectée par la méthode de biométrie selon l'invention ; la Fig. 3 représente une image d'empreinte digitale extraite de l'image thermique selon l'invention ; la Fig. 4 représente une image de veines du doigt, extraite de l'image 30 thermique selon l'invention ; la Fig. 5 est une courbe illustrant une relation entre un premier niveau moyen et un second niveau moyen ; et la Fig. 6 est une illustration schématique représentant un capteur thermoélectrique pour imagerie thermique d'empreinte digitale décrit dans 35 US 2004/0 208 345. Des veines sont réparties sur un doigt suivant un motif qui représente un trait exclusif d'une personne. Ainsi, l'invention propose une méthode de biométrie reposant sur une image thermique du doigt. Un dispositif à élément de détection du type thermique ou du type à infrarouges, qui vient au contact ou à proximité du doigt, est employé conjointement avec la solution de traitement de signaux ou de données selon l'invention de façon que l'image thermique composée d'une image d'empreinte digitale et d'une image de veines du doigt puisse être obtenue. On pourra trouver une explication du principe de l'élément de détection dans le document précité US 2004/0 208 345, dans lequel est décrit le capteur thermoélectrique. Le capteur peut également être constitué par d'autres types de capteurs, tels qu'un capteur pyroélectrique, un capteur bolométrique, n'importe quel autre capteur de température ou capteur à infrarouges du type avec ou sans contact. Si l'empreinte digitale de l'utilisateur est usée, l'identité de l'utilisateur peut être vérifiée d'après l'image des veines du doigt. L'image des veines du doigt ne peut être obtenue que lorsque le doigt est véritable et vivant, car la température des veines est plus élevée. Ainsi, le doigt véritable et vivant peut être jugé d'après l'image des veines du doigt. La Fig. 1 est un organigramme illustrant un procédé de biométrie reposant sur une image thermique d'un doigt, selon l'invention. La Fig. 2 représente de manière théorique l'image thermique détectée par la méthode de biométrie selon l'invention. Les figures 3 et 4 représentent une image d'empreinte digitale et une image de veines du doigt extraites de l'image thermique selon l'invention. Comme représenté sur les figures 1 à 4, la méthode de biométrie selon l'invention comprend les étapes ci-après. Pour commencer, lors d'une étape SOl, un dispositif à élément de détection permet d'acquérir une image thermique 10 d'un doigt, comme représenté sur la Fig. 2. L'image thermique 10 peut comprendre une image d'empreinte digitale 12 et une image de veines du doigt 14, ou comporter uniquement l'image d'empreinte digitale 12 ou l'image de veines du doigt 14. Par exemple, l'image thermique 10 de la Fig. 2 a plusieurs points Pl à P4 de pixels. Le point Pl de pixel correspond à une partie à chevauchement entre un relief du doigt et une veine du doigt. Le point P2 de pixel correspond à une partie où le relief existe mais aucune veine d'existe. Le point P3 de pixel correspond à une partie où la veine existe mais aucun relief (ou creux) n'existe. Le point P4 de pixel correspond à une partie où n'existe ni veine ni creux. Dans la présente forme de réalisation, on suppose que le niveau de tension du point Pl de pixel est le niveau le plus haut. Par conséquent, les points Pl à P4 de pixels ont respectivement des niveaux moyens L1 à L4 correspondant à la Fig. 5. Par exemple, l'image de veines du doigt 14 est composée des points Pl et P3 de pixels. Cependant, il est également possible d'obtenir l'image de veines du doigt 14 d'après la distribution des points Pl de pixels et d'après le modèle mathématique. Par exemple, l'image d'empreinte digitale 12 est composée des points Pl et P2 de pixels. Dans la présente forme de réalisation, il est possible d'établir une fenêtre de sortie de signal au-dessus de L2 de façon que le signal de la répartition correspondant aux points Pl de pixels puisse être obtenu et que les informations des points P3 et P4 de pixels soient séparées par filtrage. Ensuite, l'image des veines du doigt peut être obtenue par le calcul mathématique. De plus, l'image des veines du doigt peut également être obtenue par un circuit intégré comportant le calcul mathématique évoqué plus haut. Le circuit intégré est formé dans la puce de façon que l'image des veines du doigt puisse être obtenue directement et que les problèmes de conception du système puissent être atténués. Ensuite, lors d'une étape S02, l'image d'empreinte digitale 12 et/ou l'image de veines du doigt 14 sont extraites de l'image thermique 10. Ensuite, lors d'une étape S03, il est jugé si, oui ou non, il existe un modèle du doigt. Si le modèle du doigt existe, l'opération de mise en correspondance de données de doigt peut être effectuée lors d'une étape S05. Le modèle de doigt peut comprendre un modèle d'empreinte digitale et un modèle de veines du doigt. L'étape S05 peut être exécutée de diverses manières. Par exemple, la reconnaissance de modèle graphique ou la reconnaissance de points caractéristiques peut être effectuée. Le résultat comparatif peut être obtenu d'après la similitude du modèle d'empreinte digitale et/ou du modèle de veines du doigt. Ensuite, il est jugé si, oui ou non, l'opération de mise en correspondance de données du doigt est réussie, lors de l'étape S06. Si l'opération de mise en correspondance de données du doigt réussit, la procédure prend fin ; sinon, le processus revient à l'étape S01. La méthode de biométrie selon l'invention comprend ainsi les étapes ci-après. Tout d'abord, l'image d'empreinte digitale est comparée avec le modèle d'empreinte digitale pour obtenir un premier résultat comparatif, qui peut être une similitude de 90 %, par exemple. Ensuite, l'image de veines du doigt est comparée avec le modèle de veines du doigt pour obtenir un second résultat comparatif. L'identité de l'utilisateur est alors vérifiée d'après le premier résultat comparatif et/ou le second résultat comparatif. Lorsque la comparaison est effectuée d'après les points caractéristiques, l'étape de comparaison de l'image d'empreinte digitale avec le modèle d'empreinte digitale peut comporter les étapes consistant à : extraire de l'image d'empreinte digitale une pluralité de premiers points caractéristiques pour comparer les premiers points caractéristiques avec le modèle d'empreinte digitale. En outre, l'étape de comparaison de l'image de veines du doigt avec le modèle de veines du doigt peut comporter les étapes consistant à : extraire de l'image de veines du doigt une pluralité de seconds points caractéristiques et comparer les seconds points caractéristiques avec le modèle de veines du doigt. Lorsque la comparaison est effectuée d'après le modèle graphique, l'étape de comparaison de l'image d'empreinte digitale avec le modèle d'empreinte digitale et l'étape de comparaison de l'image de veines du doigt avec le modèle de veines du doigt sont effectuées par l'intermédiaire d'une comparaison de modèles graphiques. Lorsque le modèle de doigt n'existe pas, le modèle doit être créé, comme illustré lors de l'étape SO4. Ainsi, l'image d'empreinte digitale et l'image de veines du doigt sont traitées, puis stockées dans un système de mémoire pour servir de données pour le modèle d'empreinte digitale et le modèle de veines du doigt, lors de l'étape SO4. Les données pour le modèle d'empreinte digitale et le modèle de veines du doigt peuvent être des données graphiques ou des données de points caractéristiques. Lorsque les données pour le modèle d'empreinte digitale et le modèle de veines du doigt sont les données de points caractéristiques, la méthode de biométrie selon l'invention peut comprendre en outre les étapes suivantes : tout d'abord, une pluralité de premiers points caractéristiques est extraite de l'image d'empreinte digitale ; ensuite, une pluralité de seconds points caractéristiques est extraite de l'image de veines du doigt ; enfin, les premiers points caractéristiques et les seconds points caractéristiques sont enregistrés dans un système de mémoire pour servir respectivement de modèle d'empreinte digitale et de modèle de veines du doigt. Avec la méthode de biométrie selon l'invention, l'empreinte digitale et les veines du doigt peuvent être reconnues. Lorsque l'empreinte digitale de l'utilisateur est usée et que l'empreinte digitale de celui-ci ne peut pas être détectée ou lorsque le doigt véritable doit être jugé, les veines du doigt peuvent être vérifiées de façon que le résultat de la vérification devienne plus fiable. REVENDICATIONS 1. Procédé de biométrie, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : acquérir (SO 1) une image thermique (10) d'un doigt ; et extraire (SO2) de l'image thermique (10) une image d'empreinte digitale (12) et/ou une image de veines de doigt (14). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes consistant à : comparer l'image d'empreinte digitale (12) avec un modèle d'empreinte digitale pour obtenir un premier résultat comparatif ; comparer l'image de veines de doigt (14) avec un modèle de veines de doigt pour obtenir un second résultat comparatif ; et vérifier l'identité d'un utilisateur d'après le premier résultat comparatif et/ou le second résultat comparatif. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : l'étape de comparaison de l'image d'empreinte digitale (12) avec le modèle d'empreinte digitale consiste : à extraire de l'image d'empreinte digitale (12) une pluralité de premiers points caractéristiques et comparer les premiers points caractéristiques avec le modèle d'empreinte digitale ; et l'étape de comparaison de l'image de veines de doigt (14) avec le modèle de veines de doigt consiste : à extraire de l'image de veines de doigt (14) une pluralité de seconds points caractéristiques et comparer les seconds points caractéristiques avec le modèle de veines de doigt. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que : l'étape de comparaison de l'image d'empreinte digitale (12) avec le modèle d'empreinte digitale et l'étape de comparaison de l'image de veines de doigt (14) avec le modèle de veines de doigt sont effectuées à l'aide d'une comparaison de modèles graphiques. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : extraire de l'image d'empreinte digitale (12) une pluralité de premiers points caractéristiques ;extraire de l'image de veines de doigt (14) une pluralité de seconds points caractéristiques ; et enregistrer respectivement les premiers points caractéristiques et les seconds points caractéristiques dans un système de mémoire de façon qu'ils servent 5 de modèle d'empreinte digitale et de modèle de veines de doigt. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'acquisition de l'image thermique (10) du doigt, utilise un dispositif à élément de détection.