WO2016102854A1 - Procédé et système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude - Google Patents

Procédé et système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude Download PDF

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WO2016102854A1
WO2016102854A1 PCT/FR2015/053643 FR2015053643W WO2016102854A1 WO 2016102854 A1 WO2016102854 A1 WO 2016102854A1 FR 2015053643 W FR2015053643 W FR 2015053643W WO 2016102854 A1 WO2016102854 A1 WO 2016102854A1
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WO
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fluorescence
excitation
image
useful
region
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/053643
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Inventor
Jérôme BOUTET
Joël-Yann FOURRE
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
Safran
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Filing date
Publication date
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    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/1382—Detecting the live character of the finger, i.e. distinguishing from a fake or cadaver finger
    • G06V40/1394—Detecting the live character of the finger, i.e. distinguishing from a fake or cadaver finger using acquisition arrangements
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    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/1365—Matching; Classification
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/40—Spoof detection, e.g. liveness detection
    • G06V40/45—Detection of the body part being alive

Definitions

  • the invention relates to the technical field of biometry and more specifically to the acquisition and analysis of fingerprints or palmar.
  • the object whose fingerprint is to be analyzed is often likened to a finger, without this being limiting: it could be a set of several fingers, the palm with one hand, one hand, or any other similar object.
  • Some optical fingerprint acquisition systems use the frustrated total reflection principle to produce very high contrast images.
  • the finger (or other object to be analyzed) is then placed on a prism or a blade with an inclined face.
  • the fingerprint acquisition system is further provided with a lighting means and an imaging system. Two arrangements are possible: light background and dark background.
  • sensors with "opposite" imagery such as the one disclosed by EP1789908
  • non-contact sensors such as those described in FR2927713 or WO201490750
  • flat contact sensors TFT
  • the purpose of the acquisition of a fingerprint is to compare the acquired fingerprint with one or more images stored in a database and, in case of correspondence, to authenticate or identify the holder.
  • This serves in particular to give a right such as a right of access, a right of signature, or a right of use of a system ...
  • the detection of fraud allows, automatically, not to identify or authenticate a anyone who presents a lure to the sensor.
  • WO2006 / 082550 proposes to use the acquisition of a fluorescence spectrum, or to verify the presence in the analyzed object of one or more endogenous fluorophores that is to say naturally present in the human body (collagen, trytophan 9) if it is only a question of eliminating the risk of being in the presence of a synthetic lure, or of checking the concordance between the acquired fluorescence spectrum and a reference fluorescence spectrum if it is is to authenticate a person whose identity is presupposed.
  • the technique proposed by WO2006 / 082550 requires the implementation of a spectrometer sufficiently energy-resolved, which comes to burden the manufacturing cost of the fingerprint acquisition system.
  • the spectrometric analysis increases the processing time of the imprint, which can generate an undesired queue.
  • the aim of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks by providing a system for acquisition and analysis of fingerprints including means of detecting fraud by discriminating biological tissue from other objects, which are compatible with most known fingerprint sensors (total reflection sensor but also flat TFT sensor for example).
  • the integration of the fraud detection means according to the invention in a known acquisition and fingerprinting system must not require significant modifications of the latter.
  • Another objective of the invention is to propose a new system for acquisition and analysis of fingerprints with fraud detection, which is less expensive, less congested, painless for the user, and able to analyze a fingerprint. and assess the risks of fraud in a processing time of the order of a second.
  • the invention uses endogenous (non-labeling) fluorescence analysis of biological tissues as an indicator of living, but in a different and simplified manner compared to WO2006 / 082550. More specifically, the invention proposes a method for acquisition and analysis of fingerprints with fraud detection, comprising the following steps:
  • an imprint image of an object placed opposite a transparent receiving surface preferably the object is placed on the transparent receiving surface
  • which imprint image is representative of a micro-structuring of a surface of the object (said visible surface of the object) visible through the transparent receiving surface
  • the step of fluorescence analysis includes the acquisition of fluorescence intensity measurements over the entire visible surface of the object and formation of a fluorescence image of the object,
  • this region of interest defines (that is to say corresponds to) an area on the visible surface of the object, hereinafter called the useful observation area of the object,
  • the invention also proposes a device for implementing the method according to the invention, and in particular a system for acquisition and analysis of fingerprints with fraud detection, comprising:
  • a detector for forming an imprint image of an object placed opposite the transparent receiving surface, which imprint image is representative of a micro-structuring of a visible surface of the object may be for example a photodetector or a capacitive sensor or a fluorescence imager;
  • a fluorescence detector for analyzing a fluorescence emitted by the object in response to the excitation beam, according to a fluorescence spectral band
  • the acquisition and fingerprint analysis system is characterized in that the fluorescence detector is able to acquire fluorescence intensity measurements over the entire visible surface of the object and to form a fluorescence image of the object, and in that the computer is configured to:
  • the fluorescence analysis performed in the method according to the invention is not intended to determine the nature of the fluorophores and therefore the material constituting the object to be analyzed, but simply whether or not it belongs to all biological tissues.
  • the inventors have indeed established that fluorescence intensity measurements are sufficient for the establishment of such a validity criterion as soon as these intensity measurements are made in a useful observation area of the correctly selected object. using the impression image.
  • the fluorescence analysis relates to the entire visible surface of the object
  • the fluorescence analysis only concerns a reduced area (useful observation area of the object ) who is really a carrier of information.
  • This useful observation area of the object is defined from the selection on the fingerprint image of a region of interest.
  • Three main alternatives are proposed below for the selection of a region of interest.
  • the response time of a system according to the invention is lower than that of WO2006 / 082550. It also follows that a simpler and less expensive fluorescence detector can be used in a system according to the invention. It is also easy to transform any known acquisition and fingerprint analysis system into a system according to the invention, the detector used for the formation of the imprinting image can be of any type, being specified it is not wise to use fingerprint acquisition and analysis systems known having a detector with spectral analysis means whose response time can be considered too long.
  • the region of interest (on the fingerprint image) is selected so that the corresponding useful observation area of the object is a peak area in contact with the transparent receiving surface.
  • the object is placed on the transparent receiving surface.
  • the computer is configured to select such a region of interest;
  • S and verification of the validity criterion comprises calculating an average or a sum of the fluorescence intensities measured for the useful observation area of the object and comparing this average or sum to a predetermined window of fluorescence intensities corresponding to biological tissues.
  • the computer is configured to calculate an average or sum of the fluorescence intensities measured in the useful observation area of the object and to compare this average or sum with a window predetermined fluorescence intensities corresponding to biological tissues.
  • the fluorescence signal can be normalized with respect to the area useful observation of the object. A surface florescence intensity can then be obtained for the transparent receiving object / surface contact areas.
  • the surface fluorescence intensity of the non-contact zones is not used by the invention, in this first version.
  • the biological tissues of the entire population tested here are considered valid and the window thus selected makes it possible to reject the frauds by using decoys of white paper and modeling clay, the fluorescence intensity of which is greater at 3000, as well as frauds using candle lures, wood glue, aluminum foil, potato, PDMS, silicone and gelatin, whose fluorescence intensity is less than 500.
  • the validity window is adjusted according to the population of the users of the acquisition and fingerprint analysis system.
  • the lower and upper bounds of the window of validity can indeed be learned by collecting measurements on a varied sample representative of the population of users of the system.
  • the window of validity can also be adjusted according to the desired degree of security, according to whether one wishes to reinforce the security, even if it rejects some authentic fingers, or to favor the ergonomics of the system and to accept all the authentic fingers, even if it means leaving to spend some fraud.
  • the excitation beam has a spectral band centered on a wavelength located in the ultraviolet and forms a pattern (for example a point or a disc, a line, a square, or several of these forms ...), called here excitation pattern, on the visible surface of the object;
  • the term "ultraviolet” is misleadingly used throughout the application to denote all wavelengths between 100 nm and 450 nm (it therefore also includes the range [380; 450] generally classified in the visible range -violet -); preferably, the central wavelength of the excitation spectral band is moreover greater than 280 nm, that is to say situated outside the UV-C range (it is therefore between 280 nm and 450 nm);
  • the region of interest is selected so that the corresponding useful observation area (of the object) does not intersect with this excitation pattern and is located at a predetermined distance from the excitation pattern both as low as possible and sufficient so that the fluorescence measurements of this zone are not disturbed by a backscattering of the excitation beam.
  • the excitation light source has a spectral band centered on a wavelength of less than 450 nm (that is to say in the ultraviolet in the sense of the present application) and is configured from so that the excitation beam forms an excitation pattern on the visible surface of the object
  • the computer is configured to select, as a region of interest, a region corresponding (on the object) to a zone of useful observation having no intersection with this excitation pattern and located at a predetermined distance from the excitation pattern both as small as possible and sufficient for the fluorescence measurements of this zone to be considered as n not being (or little) disturbed by backscattering of the excitation beam;
  • this predetermined distance advantageously corresponds to the distance from which the ratio between the intensity of a backscattering of the excitation beam and the intensity of a fluorescence beam becomes less than 1, that is to say say the distance from which the intensity of the backscattered excitation beam becomes a minority relative to the intensity of a fluorescence beam;
  • S and verification of the validity criterion comprises comparing an average of the fluorescence intensity measurements obtained for the useful observation area with a predetermined validity window corresponding to biological tissues.
  • the excitation beam has a spectral band in the ultraviolet (is centered on a wavelength less than 450 nm) and forms a pattern of excitation on the visible surface of the object;
  • • s region of interest is selected so as to correspond to at least two viewing zones useful on the object having no intersection with this excitation pattern, namely a useful first observation area at a first predetermined distance from the excitation pattern, which first distance advantageously corresponds to the distance at which the ratio between the intensity of a backscattering of the excitation beam and the intensity of a fluorescence beam is equal to 1 , and a second useful observation area located at a second predetermined distance from the excitation pattern, the second distance being greater than the first distance (at this second distance, the intensity of the fluorescence beam is therefore strictly, and preferably very much greater than the intensity of the backscattered excitation beam, it should be noted that the first useful observation area and the second useful observation area are not necessarily situated on the same side, or in the same alignment, of the motive of excitation;
  • verification of the validity criterion includes establishing a fluorescence decay profile as a function of distance from the excitation pattern, using the fluorescence intensities measured for the first and second useful observation areas (which are located at different distances from the excitation pattern), and comparing a slope of this decay profile with a predetermined validity window of fluorescence decay profile slopes corresponding to biological tissues.
  • the analyzed fluorescence signal then combines fluorescence intensity information and absorption / scattering information.
  • This variant can be combined with the previously described variant of the second version of the invention, as follows: selection of at least two useful observation areas at different distances; comparing the measured fluorescence intensity for the first useful observation area with a first predetermined validity window (intensity window); comparing a slope of the fluorescence decay profile obtained from the two useful observation areas with a second predetermined validity window (slope window). The combination makes it possible to further refine the discrimination.
  • this second version it is analyzed, beyond the intensity of the fluorescence signal, the attenuation of this signal in the finger as one moves away from the excitation pattern.
  • the inventors have shown that this attenuation could constitute a signature of the constituent material of the finger analyzed.
  • the detector for the formation of the fingerprint image is a TFT sensor (for which radiation from the valleys is sensed by the detector, as explained later), the region of interest (on the fingerprint image) is selected so that the corresponding useful observation area of the object is a valleys area (a such valleys area is not in contact with the transparent receiving surface).
  • a validity window is defined beforehand, by measuring the fluorescence emitted by an equivalent zone of various lures and real fingers, and the verification of the validity criterion consists in comparing the measured fluorescence. for the useful observation area of the object to be analyzed with this validity window, which window can be adjusted as previously explained.
  • a valleys zone as a useful observation area in the case of a TFT sensor has the advantage that the measurements of fluorescence are less dependent on the optical coupling between the skin and the transparent receiving surface and are therefore not degraded for dry fingers. Indeed, for the fingers too dry, it should be noted that there are few contact points between the finger and the transparent receiving surface, so a useful observation area limited to a contact zone is not very representative because not extensive enough.
  • the imprinted image can be formed from measurements of radiation reflected and / or backscattered by the object.
  • it is essentially backscattered since the use of a TFT sensor is required.
  • the formation of the imprint image comprises irradiating the object through the transparent receiving surface using a lighting beam, according to a spectral band of illumination, and the measuring a reflected beam or a beam transmitted by the object.
  • the corresponding system comprises a light source emitting a light beam irradiating the object through the transparent receiving surface, according to a spectral lighting band, and the detector for the formation of the fingerprint image is selected among: a total reflection sensor, with a dark background or a light background, configured to measure a beam reflected by the object; a TFT sensor.
  • a non-contact sensor it is also possible to use a non-contact sensor as a detector for the formation of the impression image.
  • the imprint image is a fluorescence image, the previously defined fluorescence image and fluorescence image then preferably being one and the same image, and the formation of the imprint image and the acquisition of the fluorescence measurements constitute a single operation carried out using a fluorescence imager.
  • the corresponding system comprises a fluorescence imager which serves both as a detector for the formation of the impression image, which is then a fluorescence image, and as a fluorescence detector for the analysis of a fluorescence emitted by the object.
  • This variant has the advantage of using only one sensor for the formation of the fingerprint image and the detection of fraud by fluorescence measurement. This embodiment is therefore particularly simple, compact and inexpensive.
  • the excitation spectral band (for fluorescence) is entirely below 500 nm. This allows for higher fluorescence intensities, better differentiation between biological tissues and other materials. This also allows, as explained in the next paragraph, to use a lower performance (and therefore less expensive) equipment for equivalent results.
  • the fluorescence detector is associated with a filter, which will be referred to herein as a fluorescence detection filter, configured to exclude the spectral band of excitation of the rays transmitted to the detector material, in order to prevent the detector from fluorescence is blinded by the excitation beam backscattered by the object.
  • a fluorescence detection filter configured to exclude the spectral band of excitation of the rays transmitted to the detector material, in order to prevent the detector from fluorescence is blinded by the excitation beam backscattered by the object.
  • the quantum efficiency of detection of known fluorescence detectors is low in the ultraviolet.
  • the fluorescence analysis and validity criterion verification steps are repeated with different excitation beams including the excitation spectral bands. are centered on different wavelengths, for example 375 nm, 405 nm and 450 nm.
  • the three excitation wavelengths chosen are all less than 500 nm for the reasons mentioned above. But this does not exclude the possibility of using at least one excitation beam centered on a wavelength greater than 500 nm.
  • the corresponding acquisition and fingerprint analysis system then comprises a plurality of excitation sources, more precisely as many excitation sources as desired excitation beams.
  • a bottom measurement step is performed, in which fluorescence intensity measurements, henceforth referred to as fluorescence measurements without specific excitation, are performed, according to the fluorescence spectral band. but in the absence of excitation beam.
  • the fluorescence measurements without specific excitation obtained for the useful observation area of the object are then subtracted from the fluorescence intensity measurements obtained for this zone in response to the excitation beam.
  • This additional step makes it possible in particular to render the system robust to the ambient light transmitted through the object and thus to improve the signal-to-noise ratio.
  • an additional discrimination step is performed, this step using fluorescence intensity measurements emitted in blue by the useful observation area of the object in response to the beam of light. 'excitation.
  • This additional discrimination step may include:
  • a ratio between the mean intensity of the fluorescence in the blue and the mean intensity of the fluorescence in another spectral band, for example in the green, emitted by the useful observation area For example, a color camera can be used to analyze the proportion of blue in the fluorescence signal. Using the usual color filters of this type of sensor, a three-band decomposition (red, green and blue) of the fluorescence signal is obtained.
  • the ratios between the answers on these three bands (which corresponds to the color in the usual sense of the term and can therefore extend to any other representation of the color such a, b in the space L, a, b or even Cr, Cb, in the Y, Cr, Cb space) are representative of the fluorophores of the object and can be used for an additional discrimination step.
  • the low emission in the blue of the fluorophores of the biological tissues can thus be controlled to eliminate certain frauds which could have escaped the control carried out by verification of the criterion of validity according to the invention.
  • Objects whose fluorescence intensity measured in blue is greater than the maximum fluorescence threshold in the blue defined above and / or whose blue / other spectral band ratio is greater than the above-mentioned maximum ratio, are considered as invalid and are rejected.
  • the invention extends to a method and system for acquisition and analysis of fingerprints with fraud detection, characterized in combination by all or part of the characteristics mentioned above and below.
  • S 1 is a graph showing the fluorescence level (number of photons detected, on the ordinate) of multiple objects (abscissa) including real fingers and lures.
  • S 2 and 3 are schematic elevation views of a first embodiment of a system acquisition and fingerprint analysis according to the invention, sensor total reflection on a dark background, Figure 2 illustrates a first part of the process according to the invention, while the Figure 3 illustrates a second part of this process.
  • Figure 4 is a schematic elevational view of a second embodiment of a fingerprint acquisition and analysis system according to the invention, total reflection sensor on a light background.
  • FIG. 5 is a diagrammatic elevational view of a third embodiment of a fingerprint acquisition and analysis system according to the invention, with TFT flat sensor and used according to the second version of the invention. .
  • • s 6 is a graph showing fluorescence spectra for various objects including real fingers and lures.
  • FIG. 7 is a schematic view of the beams received by the TFT sensor of FIG. 5.
  • FIGS. 2 and 3 show a first embodiment of the invention, described as an acquisition and analysis system for total reflection impressions on a dark background.
  • This system comprises a transparent prism 1 having a transparent upper surface 2 on which a finger 100 can be placed; this surface is hereinafter referred to as the transparent receiving surface 2.
  • the prism 1 furthermore has a first inclined lateral surface 8 provided with a black screen and a second inclined lateral surface 9 opposed to the first lateral surface 8.
  • a camera 5, or another photosensitive image sensor for forming an impression image of the finger 100 placed on the transparent receiving surface 2 is arranged facing the second inclined lateral surface 9.
  • a fluorescence detection filter 6 is interposed between the second inclined lateral surface 9 and the camera 5.
  • the system finally comprises a first light-emitting diode 3 (light source) and a second light-emitting diode 7 (excitation source), both arranged under the prism 1 so as to respectively emit a light beam 10 (FIG. 2) and an excitation beam 12 (FIG. 3) through the prism 1 towards the finger 100.
  • the light-emitting diode 3 is centered on 525 nm.
  • the light-emitting diode 7 is centered on 405 nm.
  • the filter 6 is a transmitting bandpass filter 525nm, that is to say transmitting the spectral band of illumination (spectral band of the beam emitted by the diode electroluminescent 3).
  • the filter 6 is a blocking bandpass filter 405nm, that is to say blocking the excitation spectral band (spectral band of the beam emitted by the light-emitting diode 7).
  • a bandpass filter 4 transmitting 405 nm can be interposed between the light emitting diode 7 and the prism 1 to limit the excitation spectral band.
  • the fingerprint acquisition and analysis system illustrated in FIGS. 2 and 3 functions as follows in the context of a biometric identification process for giving access to a right.
  • a first step (see FIG. 2), the camera 5 and the light-emitting diode 3 are used to form an imprint image of the visible surface of the finger 100.
  • the light-emitting diode 3 is lit; it then illuminates the visible surface of the finger 100 through the transparent prism 1, with an angle less than the limit angle of total reflection of the glass / air interface.
  • the spectral band of illumination of the light-emitting diode 3 is in the transmission zone of the filter 6 situated in front of the camera 5.
  • the light is backscattered by the finger, in all directions because the index of refraction of the tissue of the finger is close to the refractive index of the glass. Part of this light is captured by the camera 5.
  • the difference of air / glass indices is an obstacle to the backscattering of the light in an angle captured by the camera 5. In the valley areas, it is therefore the image of the black screen which, by total reflection at the surface 2 of the prism is seen by the camera 5.
  • the impression image formed by the camera 5 comprises intense pixels, that is to say bright (clear), corresponding to the peaks of the visible surface of the finger, and dark pixels corresponding to the valleys (or hollow) of the visible surface of the finger.
  • the camera 5 and the electroluminescent diode 7 are used for a detection operation of the fraud, more precisely to verify if the material constituting the finger 100 placed on the transparent receiving surface 2 belongs to the class of biological tissue.
  • the light-emitting diode 3 is off and the light-emitting diode 7 is on.
  • the light emitted by the latter, called the excitation beam 12 may optionally be filtered by the filter 4 before being directed into the prism to illuminate the visible surface of the finger.
  • the fluorescence beam 13 generated by the tissues of the finger passes through the filter 6 and reaches the camera 5, which filter 6 also blocks the direct light of the light-emitting diode 7 and especially the excitation beam reflected by the visible surface of the finger. A fluorescence image is thus formed by the camera 5.
  • the imprint image formed in the first part of the method is used to select a region of interest formed by a set of intense pixels of the imprint image, i.e., a set of pixels corresponding to a useful viewing area of the finger consisting essentially of one or more peak areas in contact with the transparent receiving surface 2.
  • the region of interest chosen is the combination of several subregions, each of these subregions corresponding to a useful observation area on the finger of very small dimensions, from 1 to 20 mm 2 , for example order of 9mm 2 .
  • the interest of selecting a region of interest thus divided (discontinuous) is to obtain a system robust to juxtaposition frauds, the expression "juxtaposition fraud" denoting a situation in which the object comprises a dummy part and a part authentic.
  • the level of fluorescence captured by the camera during the second part of the process is summed over the region of the fluorescence image corresponding to the useful observation area (which includes points of contact with the transparent receiving surface 2). that is, corresponding in turn to the previously selected region of interest on the fingerprint image. Summing the level of fluorescence over the set of pixels of the region of interest only makes it possible to reduce the influence of the noise and to define a parameter that is truly representative of the biological tissues.
  • the measured fluorescence level is within a predetermined validity window corresponding to the class of biological tissues (the level of fluorescence summed over a region of the same dimension in contact with the transparent receiving surface, in response to the same excitation beam 12, was previously measured for a certain number of materials and especially for a certain number of real fingers representative of the target population, in order to determine this window of validity of which we can observe an example 300 in FIG.
  • the fingerprint formed in the first part of the process is analyzed: it is compared to an imprint image bank if it is to identify the person; it is compared to a specific fingerprint image corresponding to the person previously identified, if it is to authenticate this person.
  • the finger 100 is considered a decoy and the right to which access to the biometric identification is denied.
  • FIG. 4 represents a second embodiment known as a total-reflection acquisition and analysis system on a light background.
  • the reference numerals identical to those of FIG. 3 designate the same elements, namely: a prism 1 with a transparent receiving surface 2, a first inclined lateral surface 8, a second inclined lateral surface 9; a light-emitting diode 3 emitting a lighting beam 10 through the prism 1 in the direction of a finger 100 placed on the transparent receiving surface 2; a light-emitting diode 7 emitting an excitation beam 12 through the prism 1 towards the finger 100; reflected radiation 1 1, reflected by the finger when the light-emitting diode 3 is lit; a fluorescence radiation 13 emitted by the finger when the light-emitting diode 7 is on; a camera 5 for forming a cavity image by capturing reflected radiation 11 and for forming a fluorescence image by capturing fluorescence radiation 13; a filter 6 associated with the camera 5 able to transmit the spectral band of illumination
  • the first inclined lateral surface 8 is devoid of a black screen; it is therefore transparent.
  • the light-emitting diode 3 emitting the illumination beam 10 is arranged opposite this first inclined lateral surface 8 which is transparent.
  • a fingerprint image is first formed by irradiating the surface of the visible finger 100 through the transparent receiving surface 2 with the aid of the beam.
  • illumination 10 emitted by the light emitting diode 3 which this time has an angle of incidence greater than the limit angle of total reflection of the glass / air interface.
  • a smaller air thickness between the glass and the finger that is to say in a valley zone (or hollow), leads to a total reflection of the incident beam.
  • the light is not reflected because the The refractive index of the fabric is close to the refractive index of the glass.
  • FIG. 5 represents a third embodiment of the invention described as a TFT sensor acquisition and analysis system, preferably with an optical TFT sensor (in addition to an optical sensor, it is possible to use a sensor Capacitive TFT, pyroelectric, or a combination of all three).
  • a TFT sensor is known, for example from US20020054394 or US2002000915 incorporated herein by reference. It is an image sensor of similar design to a CMOS sensor, made using thin film transistor production technologies used mainly for the manufacture of screens.
  • Photosensitive pixels PIN diode, amorphous silicon or IGZO phototransistor, etc.
  • addressing transistors 251 are distributed in a regular matrix, with a pitch (between two successive photosensitive elements) ranging from 25 ⁇ to 50 ⁇ , on the surface of a substrate 21 of glass or quartz or plastic, provided that it is transparent.
  • a transparent protection 22 is affixed to this matrix. This offers a transparent reception surface 2 on which a finger 100 to be imaged can be placed.
  • the protection 22 is thin, that is to say preferably less than the step of the photosensitive matrix, typically less than 50 ⁇ .
  • the matrix has a dimension usually between 200 and 3000 lines and 250 to 3500 columns depending on the size of the object to be imaged.
  • a backlight 23 (for example a backlighting with light-emitting diodes (organic or non-organic) or a light-emitting film) is provided under the glass substrate 21. It emits a light beam 231 upwards, that is to say in the direction of the finger 100 through the substrate 21 and the protection 22.
  • the imaging principle with such a TFT sensor relies on the backscattering of light through the finger.
  • backscattering of light is important for the entire visible spectrum.
  • the finger is illuminated through a matrix of steps of 50 ⁇ maximum we can consider that it re-emits light almost uniformly.
  • the re-emitted radiation is captured by the photosensitive pixels 25.
  • the TFT sensor embodiment has the advantage of being more compact and less expensive than the two embodiments previously described.
  • the image is substantially independent of the lighting color because there is no optics forming the image and therefore no chromaticism problem.
  • the contrast is more moderate than with a total reflection sensor with a dark background.
  • the light passes through the transparent plate with a large number of angles of incidence, and the phenomenon of limit angle of total reflection is much less marked than with the previous embodiments.
  • organic photosensitive elements organic photodiodes for example
  • the second part of the method relating to the detection of fraud, can be integrated as previously described in relation to a total reflection sensor. It will be possible in the embodiment to integrate excitation sources in the backlight 23 or, alternatively, to pass the excitation light through the backlight 23 provided to use a backlight 23 devoid of reflective film on its back side.
  • the region of interest is selected to match:
  • s is to intense pixels of the fingerprint image, that is to say, a ridge zone (s) in accordance with the first version of the invention
  • S is to less intense or even dark pixels, that is to say to a valley area (s), according to the third version of the invention, especially if the signal at the level of the peak areas is insufficient because the finger is dry.
  • dark pixels or rather less intense
  • a zone in contact with the window may generate a different fluorescence signal at the ridges, depending on whether it is dry or wet. Conversely, the fluorescence signal corresponding to the valleys is more stable because it is not influenced by the surface state of the object (dry or wet).
  • S is a combination of both: the two sub-regions are then treated independently of one another, ie two comparisons with different validity windows are made successively.
  • a fingerprint image (first part of the process) is produced as previously described.
  • the second part of the method differs from what has been previously described in that the excitation light is projected on the finger in the form of a pattern, for example a point, a line or any shape. It is necessary that the visible surface of the finger has a portion not illuminated by excitation light, complementary to this pattern.
  • a fluorescence image is produced. Note that the area on the finger illuminated by the excitation pattern may correspond to a brighter region on the fluorescence image because the excitation beam is backscattered by the finger, this backscattered excitation beam is, however, attenuated by the filter 6 before reaching the fluorescence detector.
  • Figure 7 illustrates the rays reaching the florescence detector, namely an excitation beam backscattered 131 by the finger and a fluorescence beam 132.
  • the advantage is that the excitation light selected in the ultraviolet (centered on a wavelength less than 450 nm) is absorbed by the tissue (it does not extend beyond the point of impact of the excitation beam, the backscattered excitation beam 131 is therefore limited to the excitation pattern), whereas the fluorescence light, of higher wavelength, is transmitted (it is therefore reemitted, at least partially, outside the motive of excitation).
  • the fluorescence beam 132 (FIG. 7) comprises radii 15 (see FIG. 5) which have traveled a small distance in the finger with respect to the point of impact of the excitation beam 231, that is to say relative to at the point where the fluorescence is generated, as well as rays 14 which have traveled a greater distance and are therefore attenuated.
  • a region of interest that does not intersect with the excitation pattern and is located at a distance from the excitation pattern that is greater than a predetermined threshold is selected to prevent the corresponding region on the fluorescence image is disturbed by the backscattered excitation beam 131.
  • This predetermined threshold may, for example, be equal to 0.5 mm or, more generally, correspond to the distance at which the ratio between the intensity of the backscattered excitation beam 131 and the intensity of the fluorescence beam 132 is equal to 1. Beyond this distance, this ratio is therefore less than 1 and the fluorescence beam 132 is predominant.
  • the region of interest selected (on the imprint image) being outside the excitation pattern it corresponds, on the fluorescence image, to one or more measurement regions such as the regions 133 that can be observe in FIG. 7.
  • a comparison of the fluorescence level at a given distance from the excitation pattern or as a function of the distance with respect to the excitation pattern makes it possible to translate a diffusion profile of the length of the fluorescence wave in the tissue, which proves to be an indicator characterizing the tissue.
  • the first two embodiments described can be modified using, instead of the camera 5, a fluorescence imager.
  • the impression image and the fluorescence image are combined.
  • the process is however unchanged.
  • the invention can be the subject of numerous variants with respect to the preferred embodiments previously described, provided that these variants remain within the scope delimited by the appended claims.
  • the prism of the full reflection embodiments illustrated in FIGS. 3 and 4 can be replaced by a thin blade.
  • the impression image is obtained after a series of total reflection in the glass slide.
  • Another solution, also more compact could be to use a glass tear, one side of which forms a succession of micro-prisms.

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Abstract

L'invention concerne un procédè et un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, dans lesquels : une image d'empreinte d'un objet (100) est formée; l'objet est irradié à l'aide d'un faisceau d'excitation (12); une fluorescence (13) émise par l'objet en réponse au faisceau d'excitation est analysée; un critère de validité, établi à partir de l'analyse de fluorescence et permettant de discriminer des tissus biologiques par rapport à d'autres objets, est vérifié. Selon l'invention, une région d'intérêt, apte à caractériser les tissus biologiques, est sélectionnée sur l'image d'empreinte, laquelle région d'intérêt définit par correspondance, sur l'objet, une zone d'observation utile, et le critère de validité est établi à partir de mesures d'intensité de fluorescence relatives à la zone d'observation utile uniquement.

Description

PROCEDE ET SYSTEME D'ACQUISITION ET D'ANALYSE D'EMPREINTES
AVEC DETECTION DE FRAUDE
L'invention se rapporte au domaine technique de la biométrie et plus précisément de l'acquisition et de l'analyse d'empreintes digitales ou palmaires. Dans toute la description, par souci de simplicité, l'objet dont l'empreinte est à analyser est souvent assimilé à un doigt, sans que cela ne soit limitatif : il pourrait s'agir d'un ensemble de plusieurs doigts, de la paume d'une main, d'une main entière ou de tout autre objet analogue.
Certains systèmes optiques d'acquisition d'empreintes utilisent le principe de réflexion totale frustrée afin de produire des images à très fort contraste. Le doigt (ou autre objet à analyser) est alors posé sur un prisme ou une lame avec une face inclinée. Le système d'acquisition d'empreintes est de plus doté d'un moyen d'éclairage et d'un système d'imagerie. Deux agencements sont possibles : fond clair et fond sombre.
D'autres types de capteurs ont été développés : des capteurs avec une imagerie « en face », comme celui divulgué par EP1789908 ; des capteurs sans contact tels ceux décrits dans FR2927713 ou WO201490750, des capteurs à contact plat (TFT).
Quelle que soit la technique utilisée, des moyens de fraude ont été développés, parmi lesquels l'utilisation de moulages de doigt (ou de l'objet à analyser). Ces moulages peuvent être réalisés dans divers matériaux, généralement accessibles à tous dans des magasins de bricolage ou de loisirs créatifs, comme le latexou la silicone. Il est aussi connu, comme moyen de fraude, d'utiliser une impression de l'empreinte sur une feuille de papier.
La finalité de l'acquisition d'une empreinte est de comparer l'empreinte acquise à une ou plusieurs images mémorisées dans une base de données et, en cas de correspondance, d'authentifier ou d'identifier le porteur. Ceci sert en particulier à donner un droit tel qu'un droit d'accès, un droit de signature, ou encore un droit d'utilisation d'un système... La détection de la fraude permet, de manière automatique, de ne pas identifier ou authentifier une personne qui présente un leurre au capteur.
Pour réaliser cette fonction, plusieurs techniques sont connues.
WO2006/082550 propose d'utiliser l'acquisition d'un spectre de fluorescence, soit pour vérifier la présence dans l'objet analysé d'un ou plusieurs fluorophores endogènes c'est-à-dire naturellement présents dans le corps humain (collagène, trytophan...) s'il s'agit uniquement d'éliminer le risque d'être en présence d'un leurre synthétique, soit pour vérifier la concordance entre le spectre de fluorescence acquis et un spectre de fluorescence de référence s'il s'agit d'authentifier une personne dont l'identité est présupposée. La technique proposée par WO2006/082550 exige la mise en œuvre d'un spectromètre suffisamment résolu en énergie, qui vient grever le coût de fabrication du système d'acquisition d'empreintes. En outre, l'analyse spectrométrique augmente le temps de traitement de l'empreinte, ce qui peut générer une file d'attente indésirable.
L'utilisation de la fluorescence endogène pour détecter un doigt vivant dans le contexte de la mesure d'empreinte est également révélée par US20140037158, qui décrit un système mesurant la fluorescence de la sueur induite par un champ électromagnétique. Dans ce brevet, le capteur fait passer un courant électrique dans le doigt pour stimuler la production de sueur et localiser la position des pores par fluorescence. Ce brevet présume que la position des pores, localisée par fluorescence induite par un champ électromagnétique, peut être considérée comme une donnée biométrique permettant d'authentifier un sujet à l'identité présupposée.
L'invention divulguée par US20140037158 présente notamment les inconvénients suivants :
•s l'imagerie des pores et leur localisation nécessitent un capteur à haute résolution, ce qui grève le coût du système final ;
•s le processus d'induction de la sueur nécessite plus d'une seconde pour fonctionner, ce qui nuit à l'ergonomie du dispositif. En effet, la plupart des capteurs d'empreintes doivent fonctionner en moins d'une seconde pour éviter les files d'attentes aux endroits où ils sont installés.
L'invention vise à pallier les inconvénients précités en fournissant un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes incluant des moyens de détection de fraude par discrimination des tissus biologiques par rapport à d'autres objets, qui soient compatibles avec la plupart des capteurs d'empreintes connus (capteur à réflexion totale mais aussi capteur plat TFT par exemple). L'intégration des moyens de détection de fraude selon l'invention dans un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes connu ne doit pas nécessiter d'importantes modifications de ce dernier.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un nouveau système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, qui soit moins onéreux, d'encombrement réduit, indolore pour l'utilisateur, et apte à analyser une empreinte et évaluer les risques de fraude en un temps de traitement de l'ordre de la seconde.
À cette fin, l'invention utilise l'analyse de la fluorescence endogène (sans marquage) des tissus biologiques comme indicateur du vivant, mais de façon différente et simplifiée par rapport à WO2006/082550. Plus précisément, l'invention propose un procédé d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, comprenant les étapes suivantes :
formation d'une image d'empreinte d'un objet placé en regard d'une surface de réception transparente (de préférence, l'objet est posé sur la surface de réception transparente), laquelle l'image d'empreinte est représentative d'une micro-structuration d'une surface de l'objet (dite surface visible de l'objet) visible à travers la surface de réception transparente ;
•s irradiation de l'objet à l'aide d'un faisceau d'excitation selon une bande spectrale d'excitation ;
S analyse d'une fluorescence émise par l'objet en réponse au faisceau d'excitation, selon une bande spectrale de fluorescence ;
vérification d'un critère de validité permettant de discriminer des tissus biologiques par rapport à d'autres objets, lequel critère de validité est établi à partir de l'analyse de fluorescence.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que :
•s l'étape d'analyse de fluorescence comprend l'acquisition de mesures d'intensité de fluorescence sur toute la surface visible de l'objet et la formation d'une image de fluorescence de l'objet,
•s il comprend de plus une étape de sélection d'une région d'intérêt sur l'image d'empreinte, laquelle région d'intérêt est apte à caractériser les tissus biologiques ; cette région d'intérêt définit (c'est-à-dire correspond à) une zone sur la surface visible de l'objet, appelée par la suite zone d'observation utile de l'objet,
•s le critère de validité est établi à partir uniquement des mesures d'intensité de fluorescence qui sont relatives à la zone d'observation utile de l'objet.
L'invention propose également un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention, et en particulier un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, comprenant :
•s une surface de réception transparente ;
un détecteur pour la formation d'une image d'empreinte d'un objet placé en regard de la surface de réception transparente, laquelle image d'empreinte est représentative d'une micro-structuration d'une surface visible de l'objet ; il peut s'agir par exemple d'un photodétecteur ou d'un capteur capacitif ou encore d'un imageur de fluorescence ;
•s une source lumineuse d'excitation apte à produire un faisceau d'excitation en direction de l'objet, selon une bande spectrale d'excitation,
un détecteur de fluorescence pour l'analyse d'une fluorescence émise par l'objet en réponse au faisceau d'excitation, selon une bande spectrale de fluorescence,
•S un calculateur pour la vérification d'un critère de validité permettant de discriminer des tissus biologiques par rapport à d'autres objets, lequel critère de validité est établi à partir de l'analyse de fluorescence.
Le système d'acquisition et d'analyse d'empreintes selon l'invention est caractérisé en ce que le détecteur de fluorescence est apte à acquérir des mesures d'intensité de fluorescence sur la totalité de la surface visible de l'objet et à former une image de fluorescence de l'objet, et en ce que le calculateur est configuré de façon à :
•S sélectionner une région d'intérêt sur l'image d'empreinte, laquelle région d'intérêt est apte à caractériser les tissus biologiques, la région d'intérêt définissant par correspondance, sur l'objet, une zone dite zone d'observation utile,
•S établir le critère de validité à partir uniquement des mesures d'intensité de fluorescence qui sont relatives à la zone d'observation utile de l'objet.
Contrairement à WO2006/082550, l'analyse de fluorescence pratiquée dans le procédé selon l'invention ne vise pas à déterminer la nature des fluorophores et donc du matériau constitutif de l'objet à analyser mais simplement son appartenance ou non à l'ensemble des tissus biologiques. Les inventeurs ont en effet établi que des mesures d'intensité de fluorescence sont suffisantes pour l'établissement d'un tel critère de validité dès lors que ces mesures d'intensité sont effectuées dans une zone d'observation utile de l'objet correctement sélectionnée à l'aide de l'image d'empreinte.
Alors que dans WO2006/082550 l'analyse de fluorescence porte sur la totalité de la surface visible de l'objet, dans l'invention l'analyse de fluorescence ne concerne qu'une zone réduite (zone d'observation utile de l'objet) qui est réellement porteuse d'information. Cette zone d'observation utile de l'objet est définie à partir de la sélection sur l'image d'empreinte d'une région d'intérêt. Trois alternatives principales sont proposées ci-après pour la sélection d'une région d'intérêt.
Par ailleurs, seuls des niveaux (ou intensités) de fluorescence sont mesurés dans le procédé selon l'invention alors que le procédé de WO2006/082550 nécessite l'établissement de spectres de fluorescence.
II résulte de toutes ces différences que le temps de réponse d'un système selon l'invention est plus faible que celui de WO2006/082550. Il en résulte aussi que l'on peut utiliser un détecteur de fluorescence plus simple et moins onéreux dans un système selon l'invention. On peut également aisément transformer n'importe quel système d'acquisition et d'analyse d'empreinte connus en un système selon l'invention, le détecteur utilisé pour la formation de l'image d'empreinte pouvant être de type quelconque, étant précisé qu'il n'est pas judicieux d'utiliser les systèmes d'acquisition et d'analyse d'empreintes connus ayant un détecteur doté de moyens d'analyse spectrale, dont les temps de réponse peuvent être jugés trop longs.
Dans une première version de l'invention :
•s la région d'intérêt (sur l'image d'empreinte) est sélectionnée de façon à ce que la zone d'observation utile correspondante de l'objet soit une zone de crête en contact avec la surface de réception transparente. Dans cette première version, l'objet est donc posé sur la surface de réception transparente. Dans le système de capture et d'analyse d'empreintes correspondant, le calculateur est configuré de façon à sélectionner une telle région d'intérêt ;
S et la vérification du critère de validité comprend le calcul d'une moyenne ou d'une somme des intensités de fluorescence mesurées pour la zone d'observation utile de l'objet et la comparaison de cette moyenne ou somme à une fenêtre prédéterminée d'intensités de fluorescence correspondant à des tissus biologiques. Dans le système d'acquisition et d'analyse d'empreintes correspondant, le calculateur est configuré pour calculer une moyenne ou somme des intensités de fluorescence mesurées dans la zone d'observation utile de l'objet et comparer cette moyenne ou somme à une fenêtre prédéterminée d'intensités de fluorescence correspondant à des tissus biologiques.
On remarquera que seules les mesures d'intensité de fluorescence obtenues pour la zone d'observation utile de l'objet sont nécessaires à la détermination du critère de validité selon l'invention. Toutefois en pratique, il est plus simple et sans doute plus rapide de former une image de fluorescence de l'ensemble de la surface visible de l'objet et de n'en exploiter ensuite qu'une partie (appelée ici région d'intérêt sur l'image de fluorescence) correspondant à la zone d'observation utile de l'objet. La sélection de la région d'intérêt sur l'image d'empreinte peut alors être antérieure ou postérieure à l'acquisition des mesures d'intensité de fluorescence.
En concentrant l'analyse de l'image de fluorescence sur des parties du doigt réellement en contact avec la surface transparente, on obtient un signal de fluorescence plus robuste et donc une réponse plus fiable. En outre, le signal de fluorescence peut être normalisé par rapport à la zone d'observation utile de l'objet. On peut alors obtenir une intensité de florescence surfacique pour les zones de contact objet / surface de réception transparente. L'intensité de fluorescence surfacique des zones sans contact n'est pas utilisée par l'invention, dans cette première version.
La possibilité, mise au jour par les inventeurs, de caractériser les tissus biologiques par des mesures d'intensité de fluorescence sur une zone d'observation utile de l'objet correspondant à une zone de crête en contact avec la surface de réception transparente est illustrée à la figure 1 annexée. Les études des inventeurs ont par ailleurs permis d'évaluer que le signal de fluorescence pouvait varier d'un individu à un autre selon un écart type de 30 % maximum. Cet écart type correspond à la plage d'intensités de fluorescence 200 délimitée par les traits pointillés sur la figure 1 (soit approximativement la plage [800 ; 2000]). Si l'on définit, à titre de fenêtre de validité, la fenêtre référencée 300 et correspondant aux intensités [500 ; 3000], sont considérés comme valides les tissus biologiques de l'ensemble de la population testée ici et la fenêtre ainsi sélectionnée permet de rejeter les fraudes par utilisation de leurres en papier blanc et en pâte à modeler, dont l'intensité de fluorescence est supérieure à 3000, ainsi que les fraudes par utilisation de leurres en bougie, colle à bois, papier aluminium, pomme de terre, PDMS, silicone et gélatine, dont l'intensité de fluorescence est inférieure à 500.
De préférence, la fenêtre de validité est ajustée en fonction de la population des utilisateurs du système d'acquisition et d'analyse d'empreintes. Les bornes inférieure et supérieure de la fenêtre de validité peuvent en effet être apprises par la collecte de mesures sur un échantillon varié et représentatif de la population des utilisateurs du système.
La fenêtre de validité peut aussi être ajustée en fonction du degré de sécurité souhaité, selon que l'on souhaite renforcer la sécurité, quitte à rejeter quelques doigts authentiques, ou favoriser l'ergonomie du système et accepter tous les doigts authentiques, quitte à laisser passer quelques fraudes.
Dans une deuxième version de l'invention :
•s le faisceau d'excitation a une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde située dans l'ultraviolet et forme un motif (par exemple un point ou un disque, un trait, un carré, ou plusieurs de ces formes...), appelé ici motif d'excitation, sur la surface visible de l'objet ; de façon abusive, le terme « ultraviolet » désigne, dans toute la demande, l'ensemble des longueurs d'onde comprises entre 100nm et 450nm (il comprend donc aussi la plage [380 ; 450] généralement classée dans le domaine du visible -violet-) ; de préférence, la longueur d'onde centrale de la bande spectrale d'excitation est par ailleurs supérieure à 280nm, c'est-à-dire située en dehors du domaine des UV-C (elle est donc entre 280nm et 450nm) ;
la région d'intérêt est sélectionnée de façon à ce que la zone d'observation utile (de l'objet) correspondante n'ait pas d'intersection avec ce motif d'excitation et soit située à une distance prédéterminée du motif d'excitation à la fois la plus faible possible et suffisante pour que les mesures de fluorescence de cette zone ne soient pas perturbées par une rétrodiffusion du faisceau d'excitation. Dans le système correspondant, la source lumineuse d'excitation a une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde inférieure à 450nm (c'est-à-dire dans l'ultra-violet au sens de la présente demande) et est configurée de sorte que le faisceau d'excitation forme un motif d'excitation sur la surface visible de l'objet, et le calculateur est configuré pour sélectionner, à titre de région d'intérêt, une région correspondant (sur l'objet) à une zone d'observation utile n'ayant pas d'intersection avec ce motif d'excitation et située à une distance prédéterminée du motif d'excitation à la fois la plus faible possible et suffisante pour que les mesures de fluorescence de cette zone soient considérées comme n'étant pas (ou peu) perturbées par une rétrodiffusion du faisceau d'excitation ; en pratique, cette distance prédéterminée correspond avantageusement à la distance à partir de laquelle le ratio entre l'intensité d'une rétrodiffusion du faisceau d'excitation et l'intensité d'un faisceau de fluorescence devient inférieur à 1 , c'est-à-dire la distance à partir de laquelle l'intensité du faisceau d'excitation rétrodiffusé devient minoritaire par rapport à l'intensité d'un faisceau de fluorescence ;
S et la vérification du critère de validité comprend la comparaison d'une moyenne des mesures d'intensité de fluorescence obtenues pour la zone d'observation utile avec une fenêtre de validité prédéterminée correspondant à des tissus biologiques.
Dans une variante possible de cette deuxième version de l'invention : •s là encore, le faisceau d'excitation a une bande spectrale dans l'ultra-violet (soit centrée sur une longueur d'onde inférieure à 450nm) et forme un motif d'excitation sur la surface visible de l'objet ;
•s la région d'intérêt est sélectionnée de façon à correspondre à au moins deux zones d'observation utiles sur l'objet n'ayant pas d'intersection avec ce motif d'excitation, à savoir une première zone d'observation utile située à une première distance prédéterminée du motif d'excitation, laquelle première distance correspond avantageusement à la distance à laquelle le ratio entre l'intensité d'une rétrodiffusion du faisceau d'excitation et l'intensité d'un faisceau de fluorescence est égal à 1 , et une deuxième zone d'observation utile située à une deuxième distance prédéterminée du motif d'excitation, la deuxième distance étant supérieure à la première distance (à cette deuxième distance, l'intensité du faisceau de fluorescence est donc strictement, et de préférence très, supérieure à l'intensité du faisceau d'excitation rétrodiffusé ; à noter que la première zone d'observation utile et la deuxième zone d'observation utile ne sont pas nécessairement situées d'un même côté, ou dans un même alignement, du motif d'excitation ;
la vérification du critère de validité comprend l'établissement d'un profil de décroissance de fluorescence en fonction de la distance par rapport au motif d'excitation, en utilisant les intensités de fluorescence mesurées pour les première et deuxième zones d'observation utiles (qui sont situées à des distances différentes du motif d'excitation), et la comparaison d'une pente de ce profil de décroissance avec une fenêtre de validité prédéterminée de pentes de profil de décroissance de fluorescence correspondant à des tissus biologiques. Le signal de fluorescence analysé combine alors une information d'intensité de fluorescence et une information d'absorption/diffusion. En analysant le profil de décroissance, on peut plus ou moins séparer ces deux informations, et donc permettre une plus grande pertinence de la discrimination.
Cette variante peut être combinée avec la variante précédemment décrite de la deuxième version de l'invention, comme suit : sélection d'au moins deux zones d'observation utiles à des distances différentes ; comparaison de l'intensité de fluorescence mesurée pour la première zone d'observation utile avec une première fenêtre de validité prédéterminée (fenêtre d'intensités) ; comparaison d'une pente du profil de décroissance de fluorescence obtenu à partir des deux zones d'observation utiles avec une deuxième fenêtre de validité prédéterminée (fenêtre de pentes). La combinaison permet d'affiner plus encore la discrimination.
Dans cette deuxième version, on analyse, au-delà de l'intensité du signal de fluorescence, l'atténuation de ce signal dans le doigt au fur et à mesure que l'on s'éloigne du motif d'excitation. Les inventeurs ont montré que cette atténuation pouvait constituer une signature du matériau constitutif du doigt analysé.
Les remarques effectuées au sujet de la fenêtre de validité définie dans la première version de l'invention (possibilité d'ajuster la fenêtre en fonction du degré de sécurité souhaité ou en fonction de la population d'utilisateurs visée) s'appliquent pareillement aux diverses fenêtres de validité définies ci-dessus dans la deuxième version de l'invention.
Dans une troisième version de l'invention applicable à un système d'acquisition et d'analyse d'empreinte dont le détecteur pour la formation de l'image d'empreinte est un capteur TFT (pour lequel un rayonnement provenant des zones de vallées est capté par le détecteur, comme expliqué plus loin), la région d'intérêt (sur l'image d'empreinte) est sélectionnée de façon à ce que la zone d'observation utile correspondante de l'objet soit une zone de vallées (une telle zone de vallées n'est pas en contact avec la surface de réception transparente). A l'instar de la première version de l'invention, une fenêtre de validité est préalablement définie, en mesurant la fluorescence émise par une zone équivalente de divers leurres et vrais doigts, et la vérification du critère de validité consiste à comparer la fluorescence mesurée pour la zone d'observation utile de l'objet à analyser avec cette fenêtre de validité, laquelle fenêtre peut être ajustée comme préalablement expliqué.
L'utilisation d'une zone de vallées en tant que zone d'observation utile dans le cas d'un capteur TFT présente l'avantage que les mesures de fluorescence dépendent moins du couplage optique entre la peau et la surface de réception transparente et ne sont donc pas dégradées pour les doigts secs. En effet, pour les doigts trop secs, il est à noter qu'il y a peu de points de contact entre le doigt et la surface de réception transparente, donc une zone d'observation utile limitée à une zone de contact est peu représentative car pas assez étendue.
Tant dans la première que dans la deuxième version de l'invention, l'image empreinte peut être formée à partir de mesures d'un rayonnement réfléchi et/ou rétrodiffusé par l'objet. Dans la troisième version, il s'agit essentiellement d'un rayonnement rétrodiffusé puisque l'utilisation d'un capteur TFT est requise. Dans ce cas, la formation de l'image d'empreinte comprend l'irradiation de l'objet à travers la surface de réception transparente à l'aide d'un faisceau d'éclairage, selon une bande spectrale d'éclairage, et la mesure d'un faisceau réfléchi ou d'un faisceau transmis par l'objet. Le système correspondant comprend une source d'éclairage émettant un faisceau d'éclairage irradiant l'objet à travers la surface de réception transparente, selon une bande spectrale d'éclairage, et le détecteur pour la formation de l'image d'empreinte est choisi parmi : un capteur à réflexion totale, à fond sombre ou à fond clair, configuré pour mesurer un faisceau réfléchi par l'objet ; un capteur TFT. Dans la deuxième version de l'invention, on peut également utiliser un capteur sans contact à titre de détecteur pour la formation de l'image d'empreinte.
En variante, l'image d'empreinte est une image de fluorescence, l'image d'empreinte et l'image de fluorescence précédemment définies étant alors de préférence une seule et même image, et la formation de l'image d'empreinte et l'acquisition des mesures de fluorescence constituent une seule et même opération réalisée à l'aide d'un imageur de fluorescence. Cette variante est compatible avec les deux premières versions de l'invention. Le système correspondant comprend un imageur de fluorescence qui fait office à la fois de détecteur pour la formation de l'image d'empreinte, qui est alors une image de fluorescence, et de détecteur de fluorescence pour l'analyse d'une fluorescence émise par l'objet. Cette variante présente l'avantage de n'utiliser qu'un seul capteur pour la formation de l'image d'empreinte et la détection de la fraude par mesure de fluorescence. Ce mode de réalisation est donc particulièrement simple, compact et peu onéreux. Il est à noter que toutes les versions, variantes, etc., de l'invention peuvent être réalisées avec un seul capteur, par souci d'économie, de simplicité et de compacité. C'est précisément l'un des intérêts de l'invention. Le mode de réalisation avec imageur de fluorescence exige, en outre, une puissance de calcul moindre. Il est de plus particulièrement rapide puisqu'une seule opération d'acquisition suffit pour réaliser toutes les fonctions.
Dans un mode de réalisation possible de l'invention, la bande spectrale d'excitation (pour la fluorescence) est entièrement en-dessous de 500nm. Cela permet d'obtenir des intensités de fluorescence plus élevée, une meilleure différenciation entre les tissus biologiques et les autres matériaux. Cela permet aussi, comme expliqué au paragraphe suivant, d'utiliser un matériel de moindre performance (et donc moins onéreux) pour des résultats équivalents.
De façon classique, le détecteur de fluorescence est associé à un filtre, que l'on appellera ici filtre de détection de fluorescence, configuré pour exclure la bande spectrale d'excitation des rayons transmis au matériau détecteur, afin d'éviter que le détecteur de fluorescence ne soit aveuglé par le faisceau d'excitation rétrodiffusé par l'objet. Or l'efficacité quantique de détection des détecteurs de fluorescence connus est faible dans l'ultra-violet.
En utilisant une bande spectrale d'excitation dans l'ultraviolet, on tire profit du fait que le détecteur n'est pas très sensible à la longueur d'onde d'excitation (UV) et qu'il est beaucoup plus sensible à la longueur d'onde de fluorescence. On abaisse ainsi le niveau d'exigence requis pour le filtre de détection de florescence : un filtre de densité optique de 3 voire 2 est suffisant ; il n'est pas nécessaire d'utiliser un filtre dont la densité optique atteint 5 ou 6, beaucoup plus onéreux.
Dans un mode de réalisation possible de l'invention, les étapes d'analyse de fluorescence et de vérification du critère de validité sont répétées avec différents faisceaux d'excitation dont les bandes spectrales d'excitation sont centrées sur des longueurs d'onde différentes, par exemple 375 nm, 405 nm et 450 nm. Dans cet exemple, les trois longueurs d'ondes d'excitation choisies sont toutes inférieures à 500 nm pour les raisons évoquées ci-avant. Mais ceci n'exclut pas la possibilité d'utiliser au moins un faisceau d'excitation centré sur une longueur d'onde supérieure à 500 nm.
Le système d'acquisition et d'analyse d'empreintes correspondant comprend alors une pluralité de sources d'excitation, plus précisément autant de sources d'excitation que de faisceaux d'excitation souhaités.
Dans un mode de réalisation possible de l'invention, une étape de mesure de fond est effectuée, dans laquelle des mesures d'intensités de fluorescence, appelées par la suite mesures de fluorescence sans excitation spécifique, sont effectuées, selon la bande spectrale de fluorescence mais en l'absence de faisceau d'excitation. Les mesures de fluorescence sans excitation spécifique obtenues pour la zone d'observation utile de l'objet sont ensuite soustraites aux mesures d'intensité de fluorescence obtenues pour cette zone en réponse au faisceau d'excitation. Cette étape supplémentaire permet en particulier de rendre le système robuste à la lumière ambiante transmise à travers l'objet et ainsi d'améliorer le rapport signal sur bruit.
Dans un mode de réalisation possible de l'invention, une étape de discrimination supplémentaire est effectuée, cette étape utilisant des mesures d'intensité de la fluorescence émise dans le bleu par la zone d'observation utile de l'objet en réponse au faisceau d'excitation. Cette étape de discrimination supplémentaire peut comprendre :
une comparaison d'une moyenne ou somme de ces mesures d'intensité de fluorescence dans le bleu avec un seuil maximal de fluorescence dans le bleu. Les inventeurs ont en effet établi que les tissus biologiques présentaient une faible émission de fluorescence dans le bleu, caractéristique que ne présentent pas les matériaux usuellement utilisés pour créer des leurres, comme l'illustre la figure 6 dans le cas d'un faisceau d'excitation centré sur 405nm (on remarque une étroite vallée autour de 430 nm dans le spectre d'émission des vrais doigts).
•S et/ou une comparaison, avec un ratio maximal préalablement déterminé, d'un ratio entre l'intensité moyenne de la fluorescence dans le bleu et l'intensité moyenne de la fluorescence dans une autre bande spectrale, par exemple dans le vert, émise par la zone d'observation utile. On peut par exemple utiliser une caméra couleur pour analyser ensuite la part du bleu dans le signal de fluorescence. En utilisant les filtres colorés habituels de ce type de capteur, on obtient une décomposition en trois bandes (rouge, vert et bleu) du signal de fluorescence. Les ratios entre les réponses sur ces trois bandes (ce qui correspond à la couleur dans le sens usuel du terme et peut donc s'étendre à toute autre représentation de la couleur telle a, b dans l'espace L, a, b ou encore Cr, Cb, dans l'espace Y, Cr, Cb) sont représentatifs des fluorophores de l'objet et peuvent être utilisés pour une étape de discrimination supplémentaire.
La faible émission dans le bleu des fluorophores des tissus biologiques peut ainsi être contrôlée pour éliminer certaines fraudes qui auraient pu échapper au contrôle effectué par vérification du critère de validité selon l'invention. Les objets dont l'intensité de fluorescence mesurée dans le bleu est supérieure au seuil maximal de fluorescence dans le bleu ci-avant défini et/ou dont le ratio bleu/autre bande spectrale est supérieur au ratio maximal susmentionné, sont considérés comme invalides et sont rejetés.
L'invention s'étend à un procédé et un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, caractérisés en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-avant et ci-après.
D'autres détails et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, qui se réfère aux dessins schématiques annexés et porte sur des modes de réalisation préférentiels, fournis à titre d'exemples non limitatifs. Sur ces dessins :
•S la figure 1 est un graphique représentant le niveau de fluorescence (nombre de photons détectés, en ordonnée) de plusieurs objets (en abscisse) parmi lesquels de vrais doigts et des leurres.
•S les figures 2 et 3 sont des vues schématiques en élévation d'un premier mode de réalisation d'un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes selon l'invention, à capteur à réflexion totale sur fond sombre, la figure 2 illustre une première partie du procédé selon l'invention, tandis que la figure 3 illustre une seconde partie de ce procédé.
la figure 4 est une vue schématique en élévation d'un deuxième mode de réalisation d'un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes selon l'invention, à capteur à réflexion totale sur fond clair.
- la figure 5 est une vue schématique en élévation d'un troisième mode de réalisation d'un système d'acquisition et d'analyse d'empreintes selon l'invention, à capteur plat TFT et utilisé selon la deuxième version de l'invention.
•s la figure 6 est un graphique représentant des spectres de fluorescence pour divers objets parmi lesquels de vrais doigts et des leurres.
S La figure 7 est une vue schématique des faisceaux reçus par le capteur TFT de la figure 5.
Les figures 2 et 3 représentent un premier mode de réalisation de l'invention, qualifié de système d'acquisition et d'analyse d'empreintes à réflexion totale sur fond sombre. Ce système comprend un prisme 1 transparent présentant une surface supérieure 2 transparente sur laquelle un doigt 100 peut être posé ; cette surface est appelée par la suite surface de réception transparente 2. Le prisme 1 présente de plus une première surface latérale inclinée 8 pourvue d'un écran noir et une deuxième surface latérale inclinée 9 opposée à la première surface latérale 8. Une caméra 5, ou autre capteur d'images photosensible pour la formation d'une image d'empreinte du doigt 100 posé sur la surface de réception transparente 2, est agencée en regard de la deuxième surface latérale inclinée 9. Un filtre 6 de détection de fluorescence est interposé entre la deuxième surface latérale inclinée 9 et la caméra 5.
Le système comprend enfin une première diode électroluminescente 3 (source d'éclairage) et une seconde diode électroluminescente 7 (source d'excitation), toutes deux agencées sous le prisme 1 de façon à émettre respectivement un faisceau d'éclairage 10 (figure 2) et un faisceau d'excitation 12 (figure 3) à travers le prisme 1 en direction du doigt 100. La diode électroluminescente 3 est centrée sur 525nm.
La diode électroluminescente 7 est centrée sur 405nm. Le filtre 6 est un filtre passe-bande transmettant 525nm, c'est-à-dire transmettant la bande spectrale d'éclairage (bande spectrale du faisceau émis par la diode électroluminescente 3). En revanche, le filtre 6 est un filtre passe-bande bloquant 405nm, c'est-à-dire bloquant la bande spectrale d'excitation (bande spectrale du faisceau émis par la diode électroluminescente 7). À noter qu'un filtre passe-bande 4 transmettant 405nm peut-être interposé entre la diode électroluminescente 7 et le prisme 1 pour limiter la bande spectrale d'excitation.
Le système d'acquisition et d'analyse d'empreintes illustrées aux figures 2 et 3 fonctionne comme suit dans le cadre d'un procédé d'identification biométrique visant à donner accès à un droit.
Dans un premier temps (voir figure2), la caméra 5 et la diode électroluminescente 3 sont utilisées pour former une image d'empreinte de la surface visible du doigt 100. La diode électroluminescente 3 est allumée ; elle éclaire alors la surface visible du doigt de 100 à travers le prisme transparent 1 , avec un angle inférieur à l'angle limite de réflexion totale de l'interface verre/air. La bande spectrale d'éclairage de la diode électroluminescente 3 est dans la zone de transmission du filtre 6 situé devant la caméra 5.
Aux endroits où le doigt 100 est en contact avec la surface de réception transparente 2 du prisme, c'est-à-dire dans les zones de crête de la surface visible du doigt, la lumière est rétrodiffusée par le doigt, dans toutes les directions, car l'indice de réfraction du tissu du doigt est proche de l'indice de réfraction du verre. Une partie de cette lumière est captée par la caméra 5. Aux endroits où il n'y a pas contact entre le doigt 100 et la surface de réception transparente 2, c'est-à-dire dans les zones de vallée de la surface visible du doigt 100, la différence d'indices air/verre est un obstacle à la rétrodiffusion de la lumière dans un angle capté par la caméra 5. Dans les zones de vallée, c'est donc l'image de l'écran noir qui, par réflexion totale à la surface 2 du prisme est vu par la caméra 5.
Ainsi l'image d'empreinte formée par la caméra 5 comporte des pixels intenses, c'est-à-dire brillants (clairs), correspondant aux crêtes de la surface visible du doigt, et des pixels sombres correspondant aux vallées (ou creux) de la surface visible du doigt. On obtient une image très contrastée.
Dans un deuxième temps (voir figure 3), la caméra 5 et la diode électroluminescente 7 sont utilisées pour une opération de détection de la fraude, plus précisément pour vérifier si le matériau constitutif du doigt 100 posé sur la surface de réception transparente 2 appartient bien à la classe des tissus biologiques. La diode électroluminescente 3 est éteinte et la diode électroluminescente 7 est allumée. La lumière émise par cette dernière, appelée faisceau d'excitation 12, peut optionnellement être filtrée par le filtre 4 avant d'être dirigée dans le prisme pour éclairer la surface visible du doigt. Le faisceau de fluorescence 13 généré par les tissus du doigt traverse le filtre 6 et atteint la caméra 5, lequel filtre 6 bloque par ailleurs la lumière directe de la diode électroluminescente 7 et surtout le faisceau d'excitation réfléchi par la surface visible du doigt. Une image de fluorescence est ainsi formée par la caméra 5.
L'image d'empreinte formée dans la première partie du procédé est utilisée pour sélectionner une région d'intérêt formée par un ensemble de pixels intenses de l'image d'empreinte, c'est-à-dire un ensemble de pixels correspondant à une zone d'observation utile du doigt constituée essentiellement d'une ou plusieurs zones de crête en contact avec la surface de réception transparente 2.
De préférence, la région d'intérêt choisie est la combinaison de plusieurs sous-régions, chacune de ces sous-régions correspondant à une zone d'observation utile sur le doigt de très petites dimensions, de 1 à 20mm2, par exemple de l'ordre de 9mm2. L'intérêt de sélectionner une région d'intérêt ainsi divisée (discontinue) est d'obtenir un système robuste aux fraudes par juxtaposition, l'expression « fraude par juxtaposition » désignant une situation dans laquelle l'objet comporte une partie factice et une partie authentique.
Le niveau de fluorescence capté par la caméra durant la seconde partie du procédé est sommé sur la région de l'image de fluorescence correspondant à la zone d'observation utile (qui englobe des points de contact avec la surface de réception transparente 2) c'est-à-dire correspondant par ricochet à la région d'intérêt préalablement sélectionnée sur l'image d'empreinte. Le fait de sommer le niveau de fluorescence sur l'ensemble de pixels de la région d'intérêt uniquement permet de diminuer l'influence du bruit et de définir un paramètre réellement représentatif des tissus biologiques. Si le niveau de fluorescence mesuré est compris dans une fenêtre de validité prédéterminée correspondant à la classe des tissus biologiques (le niveau de fluorescence sommé sur une région de même dimension en contact avec la surface de réception transparente, en réponse au même faisceau d'excitation 12, a été préalablement mesuré pour un certain nombre de matériaux et surtout pour un certain nombre de vrais doigts représentatifs de la population visée, afin de déterminer cette fenêtre de validité dont on peut observer un exemple 300 à la figure 1 ), l'image d'empreinte formée dans la première partie du procédé est analysée : elle est comparée à une banque d'images d'empreinte s'il s'agit d'identifier la personne ; elle est comparée à une image d'empreinte spécifique correspondant à la personne préalablement identifiée, s'il s'agit d'authentifier cette personne.
A l'inverse, si le niveau de fluorescence mesuré dans la région d'intérêt est situé en dehors de la fenêtre de validité, le doigt 100 est considéré comme un leurre et le droit auquel devait donner accès l'identification biométrique est refusé.
La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation qualifié de système d'acquisition et d'analyse d'empreintes à réflexion totale sur fond clair. Les références numériques identiques à celles de la figure 3 désignent les mêmes éléments, à savoir : un prisme 1 avec une surface de réception transparente 2, une première surface latérale inclinée 8, une seconde surface latérale inclinée 9 ; une diode électroluminescente 3 émettant un faisceau d'éclairage 10 à travers le prisme 1 en direction d'un doigt 100 posé sur la surface de réception transparente 2 ; une diode électroluminescente 7 émettant un faisceau d'excitation 12 à travers le prisme 1 en direction du doigt 100 ; un rayonnement réfléchi 1 1 , réfléchi par le doigt lorsque la diode électroluminescente 3 est allumée ; un rayonnement de fluorescence 13, émis par le doigt lorsque la diode électroluminescente 7 est allumée ; une caméra 5 pour la formation d'une image d'empreinte par capture du rayonnement réfléchi 1 1 et pour la formation d'une image de fluorescence par capture du rayonnement de fluorescence 13 ; un filtre 6 associé à la caméra 5 apte à transmettre la bande spectrale d'éclairage (et donc le rayonnement réfléchi 1 1 , pour la formation de l'image d'empreinte) ainsi que la bande spectrale de fluorescence émise par le doigt en réponse au faisceau d'excitation 12 et apte à bloquer la bande spectrale d'excitation ; un filtre 4 optionnel pour limiter le faisceau d'excitation 12 en termes de bande spectrale d'excitation. Toutefois, ce mode de réalisation à réflexion totale sur fond clair (figure 4) diffère du mode de réalisation à réflexion totale sur fond sombre (figures 2et 3) précédemment décrit notamment en ce que :
La première surface latérale inclinée 8 est dépourvue d'écran noir ; elle est par conséquent transparente.
- la diode électroluminescente 3 émettant le faisceau d'éclairage 10 est agencée en regard de cette première surface latérale inclinée 8 transparente.
Comme précédemment expliqué pour le mode de réalisation à réflexion totale sur fond sombre, une image d'empreinte est tout d'abord formée par irradiation de la surface du doigt 100 visible à travers la surface de réception transparente 2, à l'aide du faisceau d'éclairage 10 émis par la diode électroluminescente 3, qui présente cette fois un angle d'incidence supérieur à l'angle limite de réflexion totale de l'interface verre/air. Dans ce cas, une moindre épaisseur d'air entre le verre et le doigt, c'est-à-dire dans une zone de vallée (ou creux), conduit à une réflexion totale du faisceau incident. À l'inverse, dans les zones où le doigt 100 est en contact avec la surface de réception transparente 2, c'est-à-dire dans une zone de crête de la surface du doigt, la lumière n'est pas réfléchie car l'indice de réfraction du tissu est proche de l'indice de réfraction du verre. Ainsi, contrairement au mode de réalisation sur fond sombre, les pixels intenses (brillants) de l'image d'empreinte correspondent aux vallées (creux) de la surface du doigt et les pixels sombres correspondent aux crêtes. On obtient là aussi une image très contrastée. La suite du procédé se déroule comme expliqué pour le mode de réalisation à réflexion totale sur fond sombre, à l'exception du fait que la région d'intérêt sélectionnée correspond à des pixels sombres de l'image d'empreinte (là encore la zone d'observation utile est une zone de crête en contact avec la surface de réception transparente 2). La figure 5 représente un troisième mode de réalisation de l'invention qualifié de système d'acquisition et d'analyse d'empreintes à capteur TFT, de préférence à capteur TFT optique (outre un capteur optique, il est possible d'utiliser un capteur TFT capacitif, pyroélectrique, ou une combinaison des trois). Un tel capteur TFT est connu, par exemple de US20020054394 ou US2002000915 incorporés ici par référence. Il s'agit d'un capteur d'images de conception similaire à un capteur CMOS, réalisé en utilisant les technologies de réalisation des transistors en couche mince utilisées majoritairement pour la fabrication des écrans.
Des pixels 25 photosensibles (diode PIN, phototransistor en silicium amorphe ou en IGZO, etc.) et des transistors d'adressage 251 sont répartis suivant une matrice régulière, avec un pas (entre deux éléments photosensibles successifs) pouvant aller de 25μιτι à 50μιτι, à la surface d'un substrat 21 en verre ou en quartz ou encore en plastique, à condition d'être transparent. Une protection 22 transparente est apposée sur cette matrice. Celle-ci offre une surface de réception transparente 2 sur laquelle un doigt 100 à imager peut être posé. La protection 22 est mince, c'est-à-dire de préférence inférieure au pas de la matrice photosensible, typiquement inférieure à 50μιτι. La matrice a une dimension usuellement comprise entre 200 et 3000 lignes et 250 à 3500 colonnes selon la taille de l'objet à imager. Un rétroéclairage 23 (par exemple un rétroéclairage à diodes électroluminescentes (organiques ou non) ou un film électroluminescent) est prévu sous le substrat de verre 21 . Il émet un faisceau lumière 231 vers le haut c'est-à-dire en direction du doigt 100 à travers le substrat 21 et la protection 22.
Le principe d'imagerie avec un tel capteur TFT s'appuie sur la rétrodiffusion de la lumière à travers le doigt. À l'échelle de 50 μιτι, la rétrodiffusion de la lumière est importante pour l'ensemble du spectre visible. Comme le doigt est éclairé à travers une matrice de pas de 50 μιτι maximum on peut considérer qu'il réémet de la lumière de manière quasi uniforme. Le rayonnement réémis est capté par les pixels photosensibles 25.
Le mode de réalisation à capteur TFT a pour avantage d'être plus compact et moins onéreux que les deux modes de réalisation précédemment décrits. De plus, l'image est sensiblement indépendante de la couleur d'éclairage car il n'y a pas d'optique formant l'image et donc pas de problème de chromatisme.
Cependant, le contraste est plus modéré qu'avec un capteur à réflexion totale à fond sombre. En effet, du fait de la proximité entre la source de lumière et le doigt, la lumière traverse la lame transparente avec un grand nombre d'angles d'incidence, et le phénomène d'angle limite de réflexion totale est nettement moins marqué qu'avec les modes de réalisation précédents. Certains rayons, notamment les rayons incidents dont l'angle d'incidence est proche de la normale par rapport à la surface de réception transparente 2, traversent alors l'interface verre/air et atteignent les vallées de la surface du doigt. Autrement dit, avec un tel capteur TFT, du fait des angles d'incidence des rayons, il n'y a pas de réflexion totale (il s'agit de rétrodiffusion) ce qui fait que les crêtes apparaissent en clair tandis que les vallées apparaissent plus sombres, d'où une image moins contrastée.
De plus, il est possible, en particulier pour les solutions utilisant des éléments photosensibles organiques (photodiodes organiques par exemple) de maîtriser le domaine spectral où l'efficacité quantique est importante. On pourra ainsi obtenir une efficacité quantique très réduite dans l'ultraviolet ou le violet et un maximum d'efficacité dans le vert et/ou le rouge.
La deuxième partie du procédé, relative à la détection de la fraude, peut s'intégrer comme précédemment décrit en relation avec un capteur à réflexion totale. On aura le choix, dans la réalisation, d'intégrer des sources d'excitation dans le rétroéclairage 23 ou, en variante, de faire passer la lumière excitation à travers le rétroéclairage 23 à condition d'utiliser un rétroéclairage 23 dépourvu de film réflectif sur sa face arrière. La région d'intérêt est sélectionnée de façon à correspondre :
•s soit à des pixels intenses de l'image d'empreinte, c'est-à-dire à une zone de crête(s), conformément à la première version de l'invention,
S soit à des pixels moins intenses voire sombres, c'est-à-dire à une zone de vallée(s), conformément à la troisième version de l'invention, notamment si le signal au niveau des zones de crêtes est insuffisant parce que le doigt est sec. Le fait d'adresser des pixels sombres (ou plutôt moins intenses), qui correspondent à des vallées, présente un avantage car on observe des parties de l'objet qui ne sont pas en contact avec la fenêtre transparente. On évite alors un possible biais lié à la qualité du contact optique entre l'objet et la fenêtre transparente. Par exemple, lorsqu'un doigt est humide ou gras le contact optique est favorisé car l'humidité ou la graisse assure un couplage optique. A l'inverse, lorsque le doigt est sec le couplage optique entre le doigt et la fenêtre n'est pas optimisé. Ainsi, une zone en contact avec la fenêtre peut engendrer un signal de fluorescence différent, au niveau des crêtes, selon qu'elle est sèche ou humide. A l'inverse, le signal de fluorescence correspondant aux vallées est plus stable car non influencé par l'état de surface de l'objet (sec ou humide).
•S soit à une combinaison des deux : les deux sous-régions sont alors traitées indépendamment l'une de l'autre, c'est-à-dire que deux comparaisons avec des fenêtres de validité différentes sont effectuées successivement.
Chacun des modes de réalisation précédemment décrits peut être utilisé selon la variante suivante (deuxième version de l'invention), sous réserve d'adapter sa source d'excitation. Cette version de l'invention est illustrée à la figure 5, avec un capteur TFT, étant rappelé qu'elle peut s'appliquer aux autres types de capteur.
Une image d'empreinte (première partie du procédé) est réalisée comme précédemment décrit. La deuxième partie du procédé diffère cependant de ce qui est précédemment décrit en ce que la lumière d'excitation est projetée sur le doigt sous la forme d'un motif, par exemple un point, une ligne ou une forme quelconque. Il est nécessaire que la surface visible du doigt comporte une partie non éclairée par la lumière excitation, complémentaire de ce motif.
On réalise une image de fluorescence. A noter que la zone sur le doigt éclairée par le motif d'excitation peut correspondre à une région plus brillante sur l'image de fluorescence car le faisceau d'excitation est rétrodiffusé par le doigt, ce faisceau d'excitation rétrodiffusé est toutefois atténué par le filtre 6 avant d'atteindre le détecteur de fluorescence. La figure 7 illustre les rayons atteignant le détecteur de florescence, à savoir un faisceau d'excitation rétrodiffusé 131 par le doigt et un faisceau de fluorescence 132.
On tire alors profit du fait que la lumière d'excitation choisie dans l'ultraviolet (centrée sur une longueur d'onde inférieure à 450nm) est absorbée par le tissu (elle ne s'étend quasiment pas au-delà du point d'impact du faisceau d'excitation, le faisceau d'excitation rétrodiffusé 131 est donc limité au motif d'excitation), tandis que la lumière de fluorescence, de longueur d'onde plus élevée, est transmise (elle est donc réémise, au moins partiellement, en dehors du motif d'excitation). Le faisceau de fluorescence 132 (figure 7) comprend des rayons 15 (voir figure 5) qui ont parcouru une faible distance dans le doigt par rapport au point d'impact du faisceau d'excitation 231 , c'est-à- dire par rapport au point où la fluorescence est générée, ainsi que des rayons 14 qui ont parcouru une distance supérieure et sont par conséquent atténués. On sélectionne une région d'intérêt qui n'a pas d'intersection avec le motif d'excitation et qui située à une distance du motif d'excitation qui est supérieure à un seuil prédéterminé afin d'éviter que la région correspondante sur l'image de fluorescence ne soit perturbée par le faisceau d'excitation rétrodiffusé 131 . Ce seuil prédéterminé peut, par exemple, être égal à 0,5mm ou, de façon plus générale, correspondre à la distance à laquelle le ratio entre l'intensité du faisceau d'excitation rétrodiffusé 131 et l'intensité du faisceau de fluorescence 132 est égal à 1 . Au-delà de cette distance, ce ratio est donc inférieur à 1 et le faisceau de fluorescence 132 est prédominant. La région d'intérêt sélectionnée (sur l'image d'empreinte) étant en dehors du motif d'excitation, elle correspond, sur l'image de fluorescence, à une ou plusieurs régions de mesure telles les régions 133 que l'on peut observer sur la figure 7. Dans ce cas, une comparaison du niveau de fluorescence à une distance donnée du motif d'excitation ou en fonction de la distance par rapport au motif d'excitation permet de traduire un profil de diffusion de la longueur d'onde de fluorescence dans le tissu, ce qui s'avère être un indicateur caractérisant le tissu.
Enfin, les deux premiers modes de réalisation décrits peuvent être modifiés en utilisant, en lieu et place de la caméra 5, un imageur de fluorescence. Dans ce cas, l'image d'empreinte et l'image de fluorescence sont confondues. Le procédé est toutefois inchangé. L'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes vis-à-vis des modes de réalisation préférentiels précédemment décrits sous réserve que ces variantes restent dans le cadre délimité par les revendications annexées. Ainsi par exemple, le prisme des modes de réalisation à réflexion totale illustrés aux figures 3 et 4 peut être remplacé par une lame mince. Dans cette variante, qui présente l'avantage d'être plus compacte, l'image d'empreinte est obtenue après une série de réflexion totale dans la lame de verre. Une autre solution, également plus compacte, pourrait consister à utiliser une larme de verre dont une face forme une succession de micro-prismes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, comprenant les étapes suivantes :
•S formation d'une image d'empreinte d'un objet (100) placé en regard d'une surface de réception transparente (2), laquelle l'image d'empreinte est représentative d'une micro-structuration d'une surface visible de l'objet,
•s irradiation de l'objet (100) à travers la surface de réception transparente (2) à l'aide d'un faisceau d'excitation (12) selon une bande spectrale d'excitation,
•s analyse d'une fluorescence émise par l'objet en réponse au faisceau d'excitation (12), selon une bande spectrale de fluorescence,
vérification d'un critère de validité permettant de discriminer des tissus biologiques par rapport à d'autres objets, lequel critère de validité est établi à partir de l'analyse de fluorescence,
le procédé est caractérisé en ce que :
•s l'étape d'analyse de fluorescence comprend l'acquisition de mesures d'intensité de fluorescence sur toute la surface visible de l'objet et la formation d'une image de fluorescence de l'objet,
•s le procédé comprend de plus une étape de sélection sur l'image d'empreinte d'une région d'intérêt apte à caractériser les tissus biologiques, laquelle région d'intérêt définit par correspondance, sur l'objet, une zone d'observation utile,
S le critère de validité est établi à partir uniquement des mesures d'intensité de fluorescence qui sont relatives à la zone d'observation utile de l'objet.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que :
s la région d'intérêt est sélectionnée de façon à ce que la zone d'observation utile correspondante de l'objet soit une zone de crête en contact avec la surface de réception transparente (2) ; et la vérification du critère de validité comprend le calcul d'une moyenne ou d'une somme des intensités de fluorescence mesurées dans la zone d'observation utile et la comparaison de cette moyenne ou somme à une fenêtre prédéterminée d'intensités de fluorescence correspondant à des tissus biologiques.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que :
•s le faisceau d'excitation a une bande spectrale centrée une longueur d'onde inférieure à 450nm et il forme un motif d'excitation sur la surface visible de l'objet ;
la région d'intérêt sur l'image d'empreinte est sélectionnée de façon à ce que la zone d'observation utile correspondante n'ait pas d'intersection avec ce motif d'excitation et qu'elle soit située à une distance du motif d'excitation à partir de laquelle un ratio entre l'intensité d'une rétrodiffusion du faisceau d'excitation (131 ) et l'intensité d'un faisceau de fluorescence (132) est inférieur à 1 de sorte que les mesures de fluorescence de cette zone peuvent être considérées comme n'étant pas perturbées par la rétrodiffusion du faisceau d'excitation ;
•S et la vérification du critère de validité comprend la comparaison d'une moyenne des mesures d'intensité de fluorescence obtenues pour la zone d'observation utile avec une fenêtre de validité prédéterminée correspondant à des tissus biologiques.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que :
s le faisceau d'excitation a une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde inférieure à 450nm et il forme un motif d'excitation sur la surface visible de l'objet ;
•s la région d'intérêt est sélectionnée de façon à correspondre à au moins deux zones d'observation utiles sur l'objet n'ayant pas d'intersection avec ce motif d'excitation, à savoir une première zone d'observation utile située à une première distance prédéterminée du motif d'excitation, laquelle première distance est telle que un ratio entre l'intensité d'une rétrodiffusion du faisceau d'excitation (131 ) et l'intensité d'un faisceau de fluorescence (132) est inférieur à 1 , et une deuxième zone d'observation utile située à une deuxième distance prédéterminée du motif d'excitation, la deuxième distance étant supérieure à la première distance ;
la vérification du critère de validité comprend l'établissement d'un profil de décroissance de fluorescence en fonction de la distance par rapport au motif d'excitation, en utilisant les intensités de fluorescence mesurées pour les première et deuxième zones d'observation utiles, et la comparaison d'une pente de ce profil de décroissance avec une fenêtre de validité prédéterminée de pentes de profil de décroissance de fluorescence correspondant à des tissus biologiques.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'image d'empreinte et l'image de fluorescence sont une seule et même image, et en ce que la formation de l'image d'empreinte et l'acquisition des mesures de fluorescence constituent une seule et même opération.
6. Système d'acquisition et d'analyse d'empreintes avec détection de fraude, comprenant :
S une surface de réception transparente (2) ;
un détecteur (5 ; 20) pour la formation d'une image d'empreinte d'un objet (100) placé en regard de la surface de réception transparente, laquelle image d'empreinte est représentative d'une micro structuration d'une surface visible de l'objet ;
S une source lumineuse d'excitation (7) apte à produire un faisceau d'excitation (12) sur une bande spectrale d'excitation,
•S un détecteur de fluorescence (5 ; 25) pour l'analyse d'une fluorescence émise par l'objet en réponse à un faisceau d'excitation émettant sur une bande spectrale de fluorescence,
S un calculateur (50) pour la vérification d'un critère de validité permettant de discriminer des tissus biologiques par rapport à d'autres objets, lequel critère de validité est établi à partir de l'analyse de fluorescence, caractérisé en ce que le détecteur de fluorescence est apte à acquérir des mesures d'intensité de fluorescence sur la totalité de la surface visible de l'objet et à former une image de fluorescence de l'objet,
et caractérisé en ce que le calculateur (50) est configuré de façon à :
S sélectionner à partir de l'image d'empreinte une région d'intérêt apte à caractériser les tissus biologiques, laquelle région d'intérêt définit par correspondance, sur l'objet, une zone d'observation utile,
•S établir le critère de validité à partir uniquement des mesures d'intensité de fluorescence qui sont relatives à la zone d'observation utile.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source lumineuse d'excitation (7) présente une bande spectrale d'excitation entièrement située en-dessous de 500 nm.
8. Système selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de faisceaux d'excitation (12) dont les bandes spectrales d'excitation sont centrées sur des longueurs d'onde différentes.
9. Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que :
S le système comprend une source d'éclairage (3 ; 23) émettant un faisceau d'éclairage (10) irradiant l'objet à travers la surface de réception transparente, selon une bande spectrale d'éclairage, et
•s le détecteur pour la formation de l'image d'empreinte est choisi parmi un capteur à réflexion totale (5), à fond sombre ou à fond clair, configuré pour mesurer un faisceau réfléchi (1 1 ) par l'objet, un capteur TFT (25, 251 ).
10. Système selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un imageur de fluorescence qui fait office à la fois de détecteur pour la formation de l'image d'empreinte, qui est alors une image de fluorescence, et de détecteur de fluorescence pour l'analyse d'une fluorescence émise par l'objet.
11. Système selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le calculateur (50) est configuré pour :
•S sélectionner, à titre de région d'intérêt, une région définissant une zone d'observation utile sur l'objet correspondant à une zone de crête en contact avec la surface de réception transparente,
calculer une moyenne ou une somme des intensités de fluorescence mesurées pour la zone d'observation utile et comparer cette moyenne ou somme à une fenêtre de validité prédéterminée délimitant des intensités de fluorescence correspondant à des tissus biologiques.
12. Système selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le détecteur pour la formation d'une image d'empreinte est un capteur TFT et en ce que le calculateur (50) est configuré pour :
•S sélectionner, à titre de région d'intérêt, une région définissant une zone d'observation utile sur l'objet correspondant à une zone de vallée,
calculer une moyenne ou une somme des intensités de fluorescence mesurées pour la zone d'observation utile et comparer cette moyenne ou somme à une fenêtre de validité prédéterminée délimitant des intensités de fluorescence correspondant à des tissus biologiques.
13. Système selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que :
•s la source lumineuse d'excitation (7) a une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde inférieure à 450nm et est configurée de sorte que le faisceau d'excitation (12) forme un motif d'excitation sur la surface visible de l'objet ;
•S le calculateur (50) est configuré pour sélectionner sur l'image d'empreinte, à titre de région d'intérêt, une région telle que la zone d'observation utile de l'objet correspondante n'ait pas d'intersection avec le motif d'excitation et soit située à une distance prédéterminée du motif d'excitation à laquelle le ratio entre l'intensité d'une rétrodiffusion du faisceau d'excitation (131 ) et l'intensité d'un faisceau de fluorescence (132) est égal à 1 de sorte que les mesures de fluorescence de cette zone sont considérées comme n'étant pas perturbées par la rétrodiffusion du faisceau d'excitation.
•S le calculateur (50) est configuré pour comparer une moyenne des mesures d'intensité de fluorescence obtenues pour la zone d'observation utile avec une fenêtre de validité prédéterminée correspondant à des tissus biologiques.
14. Système selon l'une des revendications 6 à 10 ou 13, caractérisé en ce que :
la source lumineuse d'excitation (7) a une bande spectrale centrée sur une longueur d'onde inférieure à 450nm et est configurée de sorte que le faisceau d'excitation (12) forme un motif d'excitation sur la surface visible de l'objet ;
•S le calculateur (50) est configuré pour sélectionner sur l'image d'empreinte, à titre de région d'intérêt, une région correspondant à au moins deux zones d'observation utiles sur l'objet n'ayant pas d'intersection avec ce motif d'excitation, à savoir une première zone d'observation utile située à une première distance prédéterminée du motif d'excitation à laquelle le ratio entre l'intensité d'une rétrodiffusion du faisceau d'excitation (131 ) et l'intensité d'un faisceau de fluorescence (132) est égal à 1 de sorte que, de sorte que les mesures de fluorescence de cette première zone d'observation utile sont considérées comme n'étant pas perturbées par une rétrodiffusion du faisceau d'excitation, et une deuxième zone d'observation utile située à une deuxième distance prédéterminée du motif d'excitation, la deuxième distance étant supérieure à la première distance ;
S le calculateur (50) est configuré pour établir un profil de décroissance de fluorescence en fonction de la distance par rapport au motif d'excitation, en utilisant les intensités de fluorescence mesurées pour les première et deuxième zones d'observation utiles, et comparer une pente de ce profil de décroissance de fluorescence avec une fenêtre de validité prédéterminée de pentes de profil de décroissance de fluorescence correspondant à des tissus biologiques.
15. Système selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que le calculateur (50) est configuré pour effectuer une étape de discrimination supplémentaire utilisant des mesures d'intensité de la fluorescence émise dans le bleu par la zone d'observation utile en réponse au faisceau d'excitation.
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