Brevet FR3034224A1 — publié le 20160930

La présente invention concerne un dispositif de vérification de la véracité d'une empreinte digitale, ainsi qu'un procédé de vérification de la véracité d'une empreinte digitale mis en oeuvre par un tel dispositif de vérification. Elle trouve application dans le domaine de la reconnaissance biométrique par analyse des empreintes digitales d'une personne. Il est connu de capturer une image bidimensionnelle d'une empreinte digitale et de comparer cette image à un ensemble d'images de référence d'une base de données de personnes autorisées. Il est également connu de construire un modèle tridimensionnel (3D) de l'empreinte et du doigt à partir d'une pluralité d'images capturées simultanément. Le document US-A-2006/120576 divulgue un dispositif permettant la réalisation d'une telle construction. Il est alors possible de comparer le modèle ainsi construit avec des modèles de référence d'une base de données de personnes autorisées. Dans le cadre d'une construction tridimensionnelle, la capture des images s'effectue sans contact, c'est-à-dire sans qu'il y ait de contact entre le doigt et un support afin d'éviter que la déformation du doigt n'entraîne la déformation de l'empreinte. Certains individus mal intentionnés réussissent à reproduire l'empreinte du doigt d'une personne autorisée en réalisant une reproduction de l'empreinte entre autres sur un film. Un tel individu peut alors coller le film sur son propre doigt afin de déjouer la sécurité. Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif de vérification de la véracité d'une empreinte digitale qui ne présente pas les inconvénients de l'état de la technique et qui, en particulier, permet de vérifier que l'empreinte qui est présentée correspond effectivement au doigt qui la porte. A cet effet, est proposé un dispositif de vérification destiné à vérifier la véracité d'une empreinte digitale du doigt d'une personne, le dispositif de vérification comportant : - un système de capture destiné à capturer au moins une image dudit doigt et de ladite empreinte, - des moyens d'acquisition destinés à acquérir un modèle tridimensionnel du doigt, - des moyens de détermination destinés à déterminer le noyau sur l'image de l'empreinte, 3034224 2 - des moyens de localisation destinés à localiser le sommet du modèle tridimensionnel, - des moyens d'orientation destinés à déterminer l'orientation et la position de l'extrémité dudit doigt, 5 - des moyens de position destinés à déterminer les positions relatives entre ladite extrémité, ledit sommet et ledit noyau, - des premiers moyens de vérification destinés à vérifier que les positions relatives ainsi déterminées sont conformes à celles attendues, - des moyens de calcul destinés à calculer la distance entre le sommet du modèle 10 tridimensionnel ainsi localisé et le noyau ainsi déterminé, - des deuxièmes moyens de vérification destinés à vérifier que la distance ainsi calculée est comprise dans un premier intervalle prédéfini, et - des premiers moyens de prise de décision destinés à prendre une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale à partir d'informations transmises par les 15 premiers moyens de vérification et les deuxièmes moyens de vérification. Avantageusement, le dispositif de vérification comporte en outre: - des moyens de prédiction destinés à déterminer une zone susceptible de contenir ledit sommet à partir de la position du noyau déterminée par les moyens de détermination, 20 - des moyens de test destinés à calculer la courbure de ladite zone et à tester si cette courbure est comprise dans un deuxième intervalle prédéfini, - des deuxièmes moyens de prise de décision destinés à prendre une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale à partir d'une information transmise par les moyens de test. 25 L'invention propose également un procédé de vérification mis en oeuvre par le dispositif de vérification des variantes précédentes et comportant : - une étape de capture au cours de laquelle le système de capture capture au moins une image dudit doigt et de ladite empreinte, - une étape de construction au cours de laquelle les moyens d'acquisition 30 acquièrent un modèle tridimensionnel du doigt, - une étape de détermination au cours de laquelle les moyens de détermination déterminent le noyau sur l'image de l'empreinte, - une étape de localisation au cours de laquelle les moyens de localisation localisent le sommet du modèle tridimensionnel, 3034224 3 - une étape d'orientation au cours de laquelle les moyens d'orientation déterminent l'orientation et la position de l'extrémité dudit doigt, - une étape de position au cours de laquelle les moyens de position déterminent les positions relatives entre ladite extrémité, ledit sommet et ledit noyau, 5 - une première étape de vérification au cours de laquelle les premiers moyens de vérification vérifient que les positions relatives ainsi déterminées sont conformes à celles attendues, - une étape de calcul au cours de laquelle les moyens de calcul calculent la distance entre le sommet du modèle tridimensionnel ainsi localisé et le noyau ainsi 10 déterminé, - une deuxième étape de vérification au cours de laquelle les deuxièmes moyens de vérification vérifient que la distance ainsi calculée est comprise dans le premier intervalle prédéfini, et - une première étape de prise de décision au cours de laquelle les premiers 15 moyens de prise de décision prennent une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale à partir d'informations transmises par les premiers moyens de vérification et les deuxièmes moyens de vérification après respectivement la première étape de vérification et la deuxième étape de vérification. Avantageusement, le procédé de vérification comporte en outre: 20 - une étape de prédiction au cours de laquelle les moyens de prédiction déterminent la zone susceptible de contenir ledit sommet à partir de la position du noyau déterminée par les moyens de détermination et l'orientation du doigt déterminée par les moyens d'orientation, - une étape de test au cours de laquelle les moyens de test calculent la courbure 25 de ladite zone et testent si cette courbure est comprise dans le deuxième intervalle prédéfini, et - une deuxième étape de prise de décision au cours de laquelle les deuxièmes moyens de prise de décision prennent une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale à partir d'une information transmise par les moyens de test (118) après l'étape 30 de test. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : 3034224 4 la Fig. 1 est une représentation schématique d'un dispositif de vérification de la véracité d'une empreinte digitale d'une personne selon l'invention, et la Fig. 2 représente une image d'une empreinte digitale, et la Fig. 3 représente un algorithme d'un procédé de vérification de la véracité 5 d'une empreinte digitale d'une personne selon l'invention. La Fig. 1 représente un dispositif de vérification 100 destiné à vérifier la véracité d'une empreinte digitale 51 du doigt 50 d'une personne. La Fig. 2 est un exemple d'une image 52 d'une empreinte digitale 51. L'image 52 montre des vallées et des crêtes ainsi qu'un point particulier 54 appelé le noyau ("core" 10 en anglais) de l'empreinte 51 et qui correspond au centre de courbure de l'empreinte 51. Le noyau 54 est situé au point d'attachement d'un nerf rattaché à la dernière phalange, comme cela est décrit sur le lien: http ://math. arizona.edu/-anewell/publications/Fingerprint F ormation. pdf. 15 La face interne de la dernière phalange du doigt 50 présente au moins un dôme local dont le sommet 56 est situé entre 1 et 3 mm du noyau 54 vers l'extrémité du doigt 50. Le principe de l'invention consiste à vérifier que le noyau 54 et le sommet 56 du dôme de la phalange vérifient les positions relatives définies précédemment. 20 Si le noyau 54 est bien placé en retrait du somment 56 du dôme par rapport à l'extrémité du doigt 50 et à une distance comprise dans un premier intervalle prédéfini, ils seront considérés comme vérifiant les critères de véracité et le doigt 50 et l'empreinte 51 seront considérés comme vrais. Typiquement, le premier intervalle est compris entre 0,5 et 3,5 mm, et plus précisément entre 1 et 3 mm. 25 Si le noyau 54 n'est pas placé en retrait du somment 56 du dôme par rapport à l'extrémité du doigt 50 ou à une distance qui n'est pas comprise dans ledit premier intervalle, ils seront considérés comme ne vérifiant pas les critères de véracité et le doigt 50 et l'empreinte 51 seront considérés comme faux. L'incohérence entre la position attendue du sommet 56 et le noyau 54 provient du mauvais positionnement 30 d'un film et donc du noyau 54 sur le doigt 50 lors d'une tentative de fraude. Dans le cas des fraudes fabriquées à partir d'un moulage de vrai doigt, il est quasiment systématique que le dôme soit aplati lors de l'appui du doigt dans le matériau de moulage, provoquant un creux à la place du dôme sur la fraude finale. Le dispositif de vérification 100 comprend : 3034224 5 - un système de capture 102 destiné à capturer au moins une image dudit doigt 50 et de ladite empreinte 51, - des moyens d'acquisition 104 destinés à acquérir un modèle tridimensionnel du doigt 50, 5 - des moyens de détermination 106 destinés à déterminer le noyau 54 sur l'image 52 de l'empreinte 51, - des moyens de localisation 108 destinés à localiser le sommet 56 du modèle tridimensionnel, - des moyens d'orientation 109 destinés à déterminer l'orientation et la position 10 de l'extrémité dudit doigt 50 à partir des images capturées ou du modèle tridimensionnel, - des moyens de position 111 destinés à déterminer les positions relatives entre ladite extrémité, ledit sommet 56 et ledit noyau 54, - des premiers moyens de vérification 113 destinés à vérifier que les positions 15 relatives ainsi déterminées sont conformes à celles attendues, - des moyens de calcul 110 destinés à calculer la distance entre le sommet 56 du modèle tridimensionnel ainsi localisé et le noyau 54 ainsi déterminé, - des deuxièmes moyens de vérification 112 destinés à vérifier que la distance ainsi calculée est comprise dans le premier intervalle prédéfini, et 20 - des premiers moyens de prise de décision 114 destinés à prendre une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale 51 à partir d'informations transmises par les premiers moyens de vérification 113 et les deuxièmes moyens de vérification 112. Le dispositif de vérification 100 permet ainsi de vérifier la concordance de positions entre l'extrémité du doigt 50, le sommet 56 et le noyau 54, ainsi que la 25 concordance de distance entre le sommet 56 du dôme de la phalange et le noyau 54 de l'empreinte 51 et donc d'en déduire la véracité de l'empreinte 51 ainsi présentée. Les moyens d'orientation 109 s'appuient par exemple sur la détermination du moment d'inertie du modèle tridimensionnel du doigt pour retrouver l'axe du doigt 50. Une autre solution consiste à faire correspondre un modèle de doigt au modèle 30 tridimensionnel acquis en approximant par exemple la forme d'un doigt par un cylindre avec une sphère de même rayon au bout. La position de l'extrémité du doigt 50 sur cet axe peut ensuite être déterminée comme la projection sur cet axe du point du modèle tridimensionnel le plus loin de la paume. En général, l'ergonomie du capteur permet de savoir sans ambiguïté de quel 3034224 6 côté est située la paume, sinon, celle-ci peut être également partiellement imagée par le système ou encore elle sera située du côté où le doigt est coupé par le bord du capteur. Pour déterminer les positions relatives entre l'extrémité, le sommet 56 et le 5 noyau 54, les moyens de position 111 procèdent par exemple en projetant la position du noyau 54 sur le modèle tridimensionnel. Les premiers moyens de vérification 113 peuvent ainsi vérifier que le sommet 56 est bien situé entre l'extrémité et le noyau 54 ce qui constitue les positions relatives attendues. 10 Pour déterminer la distance entre le sommet 56 du modèle tridimensionnel et le noyau 54, les moyens de calcul 110 procèdent par exemple en projetant la position du noyau 54 sur le modèle tridimensionnel ou à l'inverse en projetant la position du dôme sur l'image de l'empreinte. Le système de capture 102 peut être tout système sans contact et adapté pour 15 capturer une image bidimensionnelle 52 de l'empreinte 51 et une/des images du doigt 50 permettant la construction ultérieure d'un modèle tridimensionnel dudit doigt 50. Il peut s'agir, par exemple, d'un ou plusieurs moyens de capture, tels que des caméras ou des capteurs CCD ou CMOS. D'autres moyens sont également envisageables comme par exemple une caméra fonctionnant sur le principe du temps 20 de vol, ou sur une méthode utilisant les ultrasons. Le document intitulé "High-Resolution Structured Light Range Scanner with Automatic Calibration" écrit par A. M. BRONSTEIN et al. et publié le 04 août 2003 présente, dans le cadre d'une analyse faciale qui peut être appliquée dans le cas d'un doigt, des étapes d'approximation de la surface tridimensionnelle d'une mire et une 25 étape d'application de l'image capturée de la face sur la surface tridimensionnelle ainsi approximée. Le système de capture 102 peut alors comprendre les moyens nécessaires à une telle application, comme par exemple un projecteur de mire. Les moyens d'acquisition 104 sont par exemple des moyens logiciels qui 30 construisent un modèle tridimensionnel du doigt 50 à partir des images capturées. Le modèle tridimensionnel comprend dans le cas d'un doigt authentique au moins un dôme local représentatif de la face intérieure de la dernière phalange du doigt 50. 3034224 7 Les moyens de localisation 108 déterminent la localisation du sommet 56 du dôme du modèle tridimensionnel, par exemple en déterminant le point du dôme présentant la courbure maximale dans deux directions différentes. Les moyens de détermination 106 déterminent le noyau par analyse des 5 courbures des vallées et des crêtes visibles sur l'image 52. On peut citer par exemple le document "A Novel Method for Fingerprint Core Point Detection" de Johal, Navrit Kaur, et Amit Kamra, publié dans International Journal of Scientific & Engineering Research 2.4 (2011), et le document "Singular point detection in fingerprint image" de Zhang, Weiwei, et Yangsheng Wang publié 10 dans The 5th Asian Conference on Computer Vision (2002). Les moyens de calcul 110 calculent la distance existant entre le sommet 56 du modèle tridimensionnel représentatif du doigt 50 et le noyau 54 de l'empreinte 51. La Fig. 3 montre un procédé de vérification 300 mis en oeuvre par le dispositif de vérification 100 et destiné à vérifier la véracité de l'empreinte digitale 51 du doigt 15 50. Le procédé de vérification 300 est réalisé par le dispositif de vérification 100 et comprend : - une étape de capture 302 au cours de laquelle le système de capture 102 capture au moins une image dudit doigt 50 et de ladite empreinte 51, 20 - une étape d'acquisition 304 au cours de laquelle les moyens d'acquisition 104 acquièrent un modèle tridimensionnel du doigt 50, - une étape de détermination 306 au cours de laquelle les moyens de détermination 106 déterminent le noyau 54 sur l'image 52 de l'empreinte 51, - une étape de localisation 308 au cours de laquelle les moyens de localisation 25 108 localisent le sommet 56 du modèle tridimensionnel, - une étape d'orientation 309 au cours de laquelle les moyens d'orientation 109 déterminent l'orientation et la position de l'extrémité dudit doigt 50 à partir des images capturées ou du modèle tridimensionnel, - une étape de position 311 au cours de laquelle les moyens de position 111 30 déterminent les positions relatives entre ladite extrémité, ledit sommet 56 et ledit noyau 54, - une première étape de vérification 313 au cours de laquelle les premiers moyens de vérification 113 vérifient que les positions relatives ainsi déterminées sont conformes à celles attendues, 3034224 8 - une étape de calcul 310 au cours de laquelle les moyens de calcul 110 calculent la distance entre le sommet 56 du modèle tridimensionnel ainsi localisé et le noyau 54 ainsi déterminé, - une deuxième étape de vérification 312 au cours de laquelle les deuxièmes 5 moyens de vérification 112 vérifient que la distance ainsi calculée est comprise dans le premier intervalle prédéfini, et - une première étape de prise de décision 314 au cours de laquelle les premiers moyens de prise de décision 114 prennent une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale 51 à partir d'informations transmises par les premiers moyens de 10 vérification 113 et les deuxièmes moyens de vérification 112 après respectivement la première étape de vérification 313 et la deuxième étape de vérification 312. Le premier intervalle prédéfini est déterminé pour tenir compte de la précision de détection que l'on souhaite obtenir. Le premier intervalle peut être réglé par apprentissage sur une base de vrais doigts, en se réglant pour un taux de rejet pré- 15 déterminé, par exemple 1%. L'étape d'acquisition 304 peut consister en une reconstruction du modèle tridimensionnel du doigt 50 à partir des images capturées. Il peut arriver que le doigt 50 présente un relief relativement accidenté ou présente plusieurs dômes, l'étape de localisation 308 peut alors échouer à localiser un 20 sommet 56. De même certaines fraudes réalisées par moulage d'un doigt ne présentent pas de dôme, mais un creux à la place. Le procédé de vérification 300 se poursuit alors par une étape de prédiction 316 au cours de laquelle des moyens de prédiction 116 du dispositif de vérification 100 déterminent une zone susceptible de contenir ledit sommet 56 à partir de la position du 25 noyau 54 déterminée par les moyens de détermination 106 et l'orientation du doigt déterminées par les moyens d'orientation 109, puis une étape de test 318 au cours de laquelle des moyens de test 118 du dispositif de vérification 100 calculent la courbure de ladite zone et testent si cette courbure est comprise dans un deuxième intervalle prédéfini, puis une deuxième étape de prise de décision 320 au cours de laquelle des 30 deuxièmes moyens de prise de décision 120 du dispositif de vérification 100 prennent une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale 51 à partir d'une information transmise par les moyens de test 118 après l'étape de test 318. La zone ainsi déterminée est située entre 1 et 3 mm du noyau 54 vers l'extrémité du doigt 50. 3034224 9 En particulier, le deuxième intervalle est défini de manière à vérifier que la courbure de ladite zone est telle que la zone ne présente pas un creux. Typiquement la courbure de ladite zone doit être légèrement positive. Typiquement le deuxième intervalle s'étend dans les valeurs positives. 5 En d'autres termes, si la courbure de la zone n'est pas comprise dans le deuxième intervalle prédéfini, le doigt 50 et l'empreinte 51 seront considérés comme faux et si la courbure de la zone est comprise dans le deuxième intervalle prédéfini, le doigt 50 et l'empreinte 51 seront considérés vrais. En l'absence de détection d'un dôme et de son sommet 56 dans la zone attendue 10 de sa présence, la présence d'un creux est donc également caractéristique d'une fraude. Le procédé de vérification 300 peut être utilisé comme procédé unique de vérification, mais il est préférentiellement utilisé avec d'autres procédés de vérification et sert à consolider les décisions de ces autres procédés de vérification. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples et modes de 15 réalisation décrits et représentés ici, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme du métier. REVENDICATIONS1) Dispositif de vérification (100) destiné à vérifier la véracité d'une empreinte digitale (51) du doigt (50) d'une personne, le dispositif de vérification (100) comportant : - un système de capture (102) destiné à capturer au moins une image dudit doigt (50) et de ladite empreinte (51), - des moyens d'acquisition (104) destinés à acquérir un modèle tridimensionnel du doigt (50), - des moyens de détermination (106) destinés à déterminer le noyau (54) sur l'image (52) de l'empreinte (51), - des moyens de localisation (108) destinés à localiser le sommet (56) du modèle tridimensionnel, - des moyens d'orientation (109) destinés à déterminer l'orientation et la position de l'extrémité dudit doigt (50), - des moyens de position (111) destinés à déterminer les positions relatives entre ladite extrémité, ledit sommet (56) et ledit noyau (54), - des premiers moyens de vérification (113) destinés à vérifier que les positions relatives ainsi déterminées sont conformes à celles attendues, - des moyens de calcul (110) destinés à calculer la distance entre le sommet (56) du modèle tridimensionnel ainsi localisé et le noyau (54) ainsi déterminé, - des deuxièmes moyens de vérification (112) destinés à vérifier que la distance ainsi calculée est comprise dans un premier intervalle prédéfini, et - des premiers moyens de prise de décision (114) destinés à prendre une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale (51) à partir d'informations transmises par les premiers moyens de vérification (113) et les deuxièmes moyens de vérification (112). 2) Dispositif de vérification (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: - des moyens de prédiction (116) destinés à déterminer une zone susceptible de contenir ledit sommet (56) à partir de la position du noyau (54) déterminée par les moyens de détermination (106), 3034224 11 - des moyens de test (118) destinés à calculer la courbure de ladite zone et à tester si cette courbure est comprise dans un deuxième intervalle prédéfini, - des deuxièmes moyens de prise de décision (120) destinés à prendre une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale (51) à partir d'une information 5 transmise par les moyens de test (118). 3) Procédé de vérification (300) mis en oeuvre par le dispositif de vérification (100) de la revendication 1 ou 2 et comportant : - une étape de capture (302) au cours de laquelle le système de capture (102) capture au moins une image dudit doigt (50) et de ladite empreinte (51), 10 - une étape de construction (304) au cours de laquelle les moyens d'acquisition (104) acquièrent un modèle tridimensionnel du doigt (50), - une étape de détermination (306) au cours de laquelle les moyens de détermination (106) déterminent le noyau (54) sur l'image (52) de l'empreinte (51), - une étape de localisation (308) au cours de laquelle les moyens de localisation 15 (108) localisent le sommet (56) du modèle tridimensionnel, - une étape d'orientation (309) au cours de laquelle les moyens d'orientation (109) déterminent l'orientation et la position de l'extrémité dudit doigt (50), - une étape de position (311) au cours de laquelle les moyens de position (111) déterminent les positions relatives entre ladite extrémité, ledit sommet (56) et ledit 20 noyau (54), - une première étape de vérification (313) au cours de laquelle les premiers moyens de vérification (113) vérifient que les positions relatives ainsi déterminées sont conformes à celles attendues, - une étape de calcul (310) au cours de laquelle les moyens de calcul (110) 25 calculent la distance entre le sommet (56) du modèle tridimensionnel ainsi localisé et le noyau (54) ainsi déterminé, - une deuxième étape de vérification (312) au cours de laquelle les deuxièmes moyens de vérification (112) vérifient que la distance ainsi calculée est comprise dans le premier intervalle prédéfini, et 30 - une première étape de prise de décision (314) au cours de laquelle les premiers moyens de prise de décision (114) prennent une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale (51) à partir d'informations transmises par les premiers moyens de 3034224 12 vérification (113) et les deuxièmes moyens de vérification (112) après respectivement la première étape de vérification (313) et la deuxième étape de vérification (312). 4) Procédé de vérification (300) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: 5 - une étape de prédiction (316) au cours de laquelle les moyens de prédiction (116) déterminent la zone susceptible de contenir ledit sommet (56) à partir de la position du noyau (54) déterminée par les moyens de détermination (106) et l'orientation du doigt déterminée par les moyens d'orientation (109), - une étape de test (318) au cours de laquelle les moyens de test (118) calculent la courbure de ladite zone et testent si cette courbure est comprise dans le deuxième intervalle prédéfini, et - une deuxième étape de prise de décision (320) au cours de laquelle les deuxièmes moyens de prise de décision (120) prennent une décision quant à la véracité de l'empreinte digitale (51) à partir d'une information transmise par les moyens de test 15 (118) après l'étape de test (318).