Aktuelles › Hygie­nisch und sicher: der berüh­rungs­lose 3D-Fingerscanner

Wie man Fin­ger­ab­drü­cke auch kon­takt­los und drei­di­men­sio­nal auf­neh­men kann, hat ein Team des Zwan­zi­g20-Kon­sor­ti­ums »3Dsensation« erforscht und einen Demons­tra­tor entwickelt.

Zwei­di­men­sio­nale bio­me­tri­sche Fin­ger­ab­druck-Scan­ner sind heut­zu­tage Stan­dard und selbst in Ein­woh­ner­mel­de­äm­tern im Ein­satz. Doch berüh­rungs­lose Metho­den sind sehr viel hygie­ni­scher und nicht nur in Pan­de­mie-Zei­ten immer häu­fi­ger gefragt. Eine Arbeits­gruppe von 3Dsensation hat sich, unter Feder­füh­rung der Jenaer JENETRIC GmbH, die­ser Auf­gabe gestellt. Ihr Ziel: ein fäl­schungs­si­che­rer, drei­di­men­sio­na­ler Fin­ger­ab­druck-Scan­ner, der selbst­stän­dig und ein­fach zu bedie­nen ist und ohne direkte Berüh­rung funk­tio­niert. 3D4F – so der Name des Pro­jekts – steht für das gleich­zei­tige Erfas­sen von vier Fin­gern einer Hand mit­hilfe eines 3D-Sen­sors. Kein leich­tes Unter­fan­gen, denn neben der inno­va­ti­ven Tech­no­lo­gie und dem intui­ti­ven Bedie­nungs­de­sign, das die Jenaer ent­wi­ckelt haben, sollte der Scan­ner auch den inter­na­tio­na­len Stan­dards für die Qua­li­tät von Fin­ger­ab­drü­cken stand­hal­ten. Diese Stan­dards sind durch das FBI, die oberste US-ame­ri­ka­ni­sche Poli­zei­be­hörde, und das Bun­des­amt für Sicher­heit in der Infor­ma­ti­ons­tech­nik vor­ge­ge­ben. Geför­dert wird as Zwan­zi­g20-Kon­sor­tium 3Dsensation vom Bun­des­mi­nis­te­rium für Bil­dung und For­schung (BMBF).

Bewegt und den­noch scharf

Zunächst zur tech­ni­schen Idee: 3D-Sen­so­ren, die mit einem opti­schen Sys­tem aus Beleuch­tung und Kamera kom­bi­niert wer­den, erfas­sen in weni­gen Sekun­den vier Fin­ger, wäh­rend die Hand frei über den Scan­ner gehal­ten wird. Das klingt ein­fach, doch durch die Bewe­gung der Hand sind der Schärfen­tiefe phy­si­ka­li­sche Gren­zen gesetzt. Damit die 3D-Sen­so­ren die Fin­ger­li­nien genau erken­nen kön­nen, ist wie­derum ein gro­ßer Schär­fen­be­reich not­wen­dig. Ein Zoom-Objek­tiv, das sich jeder Bewe­gung anpasst, wäre dafür ideal, ist aber für den mas­sen­taug­li­chen Ein­satz in der Pra­xis zu teuer. Ein spe­zi­el­les Kame­ra­ob­jek­tiv mit fünf Lin­sen, das der Thü­rin­ger Unter­neh­mens­part­ner Doc­ter Optics ent­wi­ckelt hat, und die Nut­zung von blauem und grü­nem Licht mit ver­schie­de­nen Wel­len­län­gen haben das Pro­blem gelöst. Der Scan­ner erreicht damit eine hohe Schärfen­tiefe von meh­re­ren Zentimetern.

Die 3D-Sen­so­ren haben Wis­sen­schaft­ler am Fraun­ho­fer-Insti­tut für Ange­wandte Optik und Fein­me­cha­nik in Jena ent­wi­ckelt. Die Anfor­de­run­gen waren hoch, denn neben der gleich­zei­ti­gen Erfas­sung der vier Fin­ger muss­ten auch die Bewe­gung der frei gehal­te­nen Hand erkannt, die bewe­gungs­ärmste Sequenz aus­ge­wählt und die 3D-Daten jedes Fin­gers als Bild rekon­stru­iert wer­den. Die For­scher haben die Her­aus­for­de­rung gemeis­tert. Vom Scan­nen bis zum fer­ti­gen Bild dau­ert es momen­tan 10 bis 14 Sekun­den – das soll künf­tig wesent­lich schnel­ler gehen. Doch ent­spricht das 3D-Bild des Fin­ger­ab­drucks auch dem FBI-Sicher­heits­stan­dard? Um das her­aus­zu­fin­den, hat das Ilmen­auer Zen­trum für Bild- und Signal­ver­ar­bei­tung das drei­di­men­sio­nale Bild in ein zwei­di­men­sio­na­les trans­for­miert. Das Ergeb­nis: Die Genau­ig­keit des Fin­ger­ab­drucks kommt dem gefor­der­ten Stan­dard schon sehr nah, soll aber noch ver­bes­sert werden.

Intui­tiv und gleich­zei­tig sicher

Auch die Bedie­nung des Scan­ners hat das inter­dis­zi­pli­näre Team von 3D4F wohl­durch­dacht. Sie sollte so ein­fach wie mög­lich und gleich­zei­tig sicher sein. Des­halb muss der Nut­zer vor der eigent­li­chen Mes­sung eine bestimmte Geste mit den Fin­gern zei­gen. Nur so ist der Abdruck fäl­schungs­si­cher. Die Dresd­ner Lin­gu­werk GmbH hat dafür ver­schie­dene Ges­ten unter­sucht und eine Soft­ware zur Erken­nung der vier favo­ri­sier­ten Ges­ten ent­wi­ckelt. Da die neuen Fin­ger­ab­druck­scan­ner in der Pra­xis ähn­lich wie Fahr­kar­ten­au­to­ma­ten bereit­ste­hen und selbst­stän­dig genutzt wer­den sol­len, ist die­ser Sicher­heits­check not­wen­dig. Zugleich müs­sen die Scan­ner auch ein prak­ti­sches Design haben und intui­tiv bedien­bar sein. Pro­dukt­de­si­gner des Jenaer Unter­neh­mens ART-KON-TOR haben dafür ein Kon­zept ent­wi­ckelt und gemein­sam mit einer Arbeits­gruppe der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Chem­nitz diverse Anwen­der-Tests durch­ge­führt. Die größte Her­aus­for­de­rung war dabei, dass die an Touch-Screens gewöhn­ten Nut­zer den Scan­ner nicht berüh­ren und ihre Fin­ger trotz­dem in den not­wen­di­gen Schärfen­tiefe-Bereich bewe­gen. Das Ergeb­nis ist ein fina­ler Demons­tra­tor, der bereits sehr nut­zer­freund­lich und sicher funk­tio­niert, künf­tig aber noch per­fek­tio­niert wer­den soll. Die­ser Her­aus­for­de­rung wird sich die JENETRIC GmbH nun stel­len. Ihr Ziel ist es, den Demons­tra­tor für Kun­den­de­mons­tra­tio­nen und Mes­se­auf­tritte wei­ter­zu­ent­wi­ckeln und den Scan­ner bald in die Anwen­dung zu bringen.

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