Патент на изобретение №2278035

(54) БИОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОХРАННО-ПРОТИВОУГОННОЙ СИСТЕМОЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к оборудованию транспортных средств (ТС) для предотвращения или обнаружения недозволенного использования или кражи ТС с биометрической системой идентификации водителя и других допущенных к пользованию ТС лиц. Контроллер охранно-противоугонной системы выполнен с возможностью подключения к системе зажигания и обмена данными с электронными модулями охранно-противоугонной системы. Имеется блок биометрической идентификации, пусковой вход которого подключен к управляющему выходу контроллера охранно-противоугонной системы. Кроме того, в данное устройство введены обучающее устройство, схема совпадений, вход которой подключен к выходу блока биометрической идентификации, и блок задания режимов работы охранно-противоугонной системы. Многоканальный вход последнего подключен к многоканальному выходу схемы совпадений, а выход соединен с режимным входом контроллера охранно-противоугонной системы. Обучающий вход блока биометрической идентификации подключен к выходу обучающего устройства. В состав блока биометрической идентификации входят сканер, блок регистрации образцов, блок хранения образцов, блок сравнения, блок регистрации изображения и блок управления. Изобретение создает возможность формирования дополнительного рубежа защиты ТС от несанкционированного использования за счет интеграции биометрического датчика с блоками охранно-противоугонной системы. Это позволяет использовать достоинства биометрического метода идентификации по пальцам рук для повышения степени защищенности ТС. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию транспортных средств (ТС), предназначенному для предотвращения или обнаружения недозволенного использования ТС или для предотвращения кражи ТС. Изобретение, в частности, может использоваться в иммобилайзерах с биометрической системой идентификации владельца ТС и других лиц, допущенных владельцем ТС к пользованию ТС (далее, пользователей ТС).

Как отмечается в публикации журнала PC Magazine / Russian Edition, 2004, №1, самая распространенная на сегодня биометрическая технология идентификации – это идентификация по отпечаткам пальцев. По данным International Biometrics Group доля систем распознавания по отпечаткам пальцев составляет 52% от всех используемых в мире биометрических систем. Объем продаж таких систем только в 2003 году составил примерно 500 миллионов долларов США с тенденцией удвоения этой суммы каждый год (www.biometrics.ru).

В настоящее время эта технология начинает применяться и в России. Так, на сайте www.autoserver.ru сообщается о том, что на прошедшей в апреле 2005 года в Санкт-Петербурге выставке “Мир автомобиля” компания “Лазерные системы” (Санкт-Петербург) представила автомобильную охранную систему BIOCODE-AUTO-100, работающую по принципу биометрической идентификации пользователя ТС по отпечаткам пальцев. В сообщении информационного агентства “Росбизнесконсалтинг” от 15.02.2005 отмечается, что в 2005 году указанная компания намерена увеличить объем инвестиций в развитие биометрической технологии BIOCODE на 150%, доведя его до 20 миллионов рублей.

Система BIOCODE-AUTO-100 (www.biocode.ru) представляет собой иммобилайзер с дактилоскопическим оптико-электронным датчиком. Датчик устанавливается в районе центральной консоли ТС или в любом другом удобном для пользователя ТС месте. После включения зажигания система BIOCODE-AUTO-100 производит самотестирование и подает звуковой сигнал, предлагая пользователю ТС пройти дактилоскопическую экспертизу. При этом время считывания дактилоскопических данных составляет менее двух секунд. Полученная при считывании информация поступает в устройство обработки и сравнивается со списком биометрических данных пользователей ТС. На основании этого сравнения система либо разрешает запуск двигателя, либо блокирует цепи запуска двигателя, например систему зажигания.

Система BIOCODE-AUTO-100 может хранить в памяти до 100 дактилоскопических образцов и обеспечивать до пяти уровней защиты автомобиля. Если на запрос системы от какого-либо реле не поступает подтверждения, силовые цепи автомобиля блокируются. Для обслуживания или ремонта автомобиля на сервисных станциях предусмотрен режим VALET, при котором иммобилайзер BIOCODE-AUTO-100 можно отключить.

Администрирование систем BIOCODE-AUTO-100 осуществляется с помощью обычного персонального компьютера, который подключается при помощи кабеля USB.

В комплект поставки системы BIOCODE-AUTO-100 входит также специальное программное обеспечение для обучения системы. Для защиты от разбойных нападений, когда водителя силой заставляют пройти идентификацию, предусмотрено занесение в память системы не только “обычных”, но и так называемых “тревожных” отпечатков пальцев. При разблокировании системы пальцев с “тревожным” отпечатком автомобиль заведется, но по истечении некоторого времени силовые цепи снова будут разомкнуты, ТС остановится и угон будет предотвращен.

Одним из первых патентных источников, в которых описывается охранная система для ТС с оптико-электронным биометрическим датчиком, аналогичная системе BIOCODE-AUTO-100, является японская заявка на патент JP №63-041268, В 60 R 25/04, Е 05 В 49/00. Описанная в ней охранная система содержит два дактилоскопических датчика, выходы которого подключены к блоку буферной памяти, а также блок хранения дактилоскопических изображений папиллярного узора пальцев пользователей ТС и связанную с ним схему сравнения. Схема сравнения связана также с блоком буферной памяти, в который поступают считанные дактилоскопические изображения. Система содержит, кроме того, блок управления и две блокирующие цепи: цепь блокирования двери и цепь блокирования зажигания. Управляющий вход блока управления подключен к выходу схемы сравнения, первый исполнительный выход – к цепи блокирования двери, а второй исполнительный выход – к цепи блокирования зажигания.

Прикладывая пальцы к первому или ко второму дактилоскопическим датчикам, пользователь ТС имеет возможность управлять блокированием/разблокированием, соответственно, двери и системы зажигания. Если на месте пользователя ТС оказался злоумышленник, то дактилоскопические датчики не реагируют на его пальцы и, соответственно, дверь и система зажигания остаются в заблокированном состоянии, чем обеспечивается эшелонированная защита ТС от несанкционированного использования.

Для получения качественного изображения папиллярного узора пальца приходится использовать довольно изощренные методы получения изображений. Один из таких методов описывается в другом патентном источнике – японском патенте JP №6212842, Е 05 В 49/00, В 60 R 25/04, Е 05 В 17/20, G 06 F 15/62. В указанном патенте представлен иммобилайзер, содержащий оптико-электронный дактилоскопический датчик, а также связанные друг с другом блок распознавания и блок памяти дактилоскопических образцов – изображений папиллярного узора пальца, блок регистрации изображений, вход которого подключен к выходу дактилоскопического датчика, а выход – ко второму входу блока памяти дактилоскопических образцов. Выход блока распознавания подключен к исполнительному органу, например к системе зажигания.

Применяемый в данном иммобилайзере дактилоскопический датчик представляет собой так называемый FTIR-сканер – оптико-электронное устройство, использующее эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection). Для фиксации получающегося изображения поверхности пальца применяются источник света и специальная камера, например, на приборе с зарядовой связью.

Как отмечается в вышеупомянутом обзоре в журнале PC Magazine / Russian Edition, 2004, №1, недостатками оптико-электронных дактилоскопических датчиков, обуславливающими и недостатки описанных выше иммобилайзеров, являются:

– большие габариты и сложность оптической системы;

– связанная с этим сравнительно высокая стоимость дактилоскопической системы;

– низкая имитоустойчивость к муляжам и “мертвым” пальцам.

Кроме того, необходимо иметь в виду следующее:

– открытость установки дактилоскопического датчика в салоне ТС свидетельствует о наличии в ТС противоугонного оборудования и провоцирует проникшего в салон ТС злоумышленника на насильственные действия с целью заставить пользователя ТС самому пройти идентификацию и отключить противоугонную систему;

– вышеупомянутые противоугонные системы имеют ограниченные функциональные возможности, сводящиеся лишь к блокированию двигателя и не затрагивающие другие возможные режимы работы электронного оборудования ТС, например возможности управления системой тревожной сигнализации, подключения к спутниковой радиопоисковой системе и некоторые другие возможности.

Более перспективным в этом плане техническим решением является система комплексной безопасности ТС по патенту RU №2249514, В 60 R 25/00, G 08 В 13/00, также использующая в качестве одного из рубежей защиты ТС от несанкционированного использования блок биометрической идентификации.

Указанная система содержит штатные электронные модули, часть которых связана с функциональными органами ТС и выполнена с возможностью определения состояния этих функциональных органов и управления ими, последовательно связанные контроллер локальной информационной сети, связанный с мультиплексной шиной, контроллер-преобразователь протокола обмена данными и приемопередатчик, например терминал сотовой сети подвижной связи, охранно-противоугонную подсистему, содержащую связанный с мультиплексной шиной контроллер охранно-противоугонной подсистемы, электронные модули охранно-противоугонной подсистемы, каждый из которых связан с соответствующим функциональным органом ТС для обеспечения охраны и защиты от несанкционированного воздействия, и блок радиочастотной идентификации, связанный с контроллером охранно-противоугонной подсистемы, блок регистрации отклонений контролируемых параметров и блок обнаружения отклонений контролируемых параметров, первый вход которого подключен к мультиплексной шине, второй вход – к выходу контроллера локальной информационной сети, а выход – ко входу контроллера-преобразователя протокола обмена данными и к первому входу блока регистрации отклонений контролируемых параметров, второй вход которого соединен с мультиплексной шиной, при этом штатные электронные модули – каждый через свой интерфейс – связаны с мультиплексной шиной, с которой связаны также – каждый через свой интерфейс охранно-противоугонной подсистемы – электронные модули охранно-противоугонной подсистемы. Кроме того, указанная система содержит оптико-электронный датчик, а в состав охранно-противоугонной подсистемы входит блок биометрической идентификации, при этом оптико-электронный датчик подключен к мультиплексной шине, а контроллер охранно-противоугонной подсистемы выполнен с возможностью обработки биометрических данных и подключен дополнительным входом к выходу блока биометрической идентификации.

Используемый в указанной системе блок биометрической идентификации содержит блок хранения фреймов и последовательно соединенные блок регистрации, видеопроцессор, блок буферной памяти и блок сравнения, ко второму входу которого подключен выход блока хранения фреймов, управляющий вход которого соединен со входом блока регистрации, а информационный вход – со входом блока сравнения, выход которого является выходом блока биометрической идентификации, входом которого является вход блока регистрации.

Описанная выше система комплексной безопасности ТС выбрана в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатками системы-прототипа являются высокая стоимость и возможность установки лишь на тех моделях ТС, которые оборудованы общей мультиплексной шиной. Как правило, это – дорогостоящие модели ТС зарубежного производства. Высокая стоимость системы обусловлена, кроме того, применением в блоке биометрической идентификации дорогостоящего высокопроизводительного видеопроцессора со сложным математическим обеспечением, которые необходимы для получения достаточно высоких вероятностных характеристик распознавания (например, Обзор. Кондратьев Д.Р. “Биометрические устройства для СКУД”, ч.2, “Системы безопасности”, февраль-март 2004, с.58-63).

Настоящее изобретение направлено на устранение указанных недостатков системы-прототипа.

Предметом изобретения является биометрическое устройство для управления охранно-противоугонной системой, содержащее контроллер охранно-противоугонной системы, выполненный с возможностью подключения своим входом запуска к системе зажигания и выходами запуска – к электронным модулям охранно-противоугонной системы, и блок биометрической идентификации, пусковой вход которого подключен к управляющему выходу контроллера охранно-противоугонной системы, а также в состав устройства входят обучающее устройство, схема совпадений, вход которой подключен к выходу блока биометрической идентификации, и блок задания режимов работы охранно-противоугонной системы, многоканальный вход которого подключен к многоканальному выходу схемы совпадений, а выход соединен с режимным входом контроллера охранно-противоугонной системы, при этом обучающий вход блока биометрической идентификации подключен к выходу обучающего устройства, выполненного с возможностью введения одной из специальных программ обучения.

Частными существенными признаками изобретения являются следующие.

Блок биометрической идентификации содержит блок регистрации изображения, сканер, последовательно соединенные блок регистрации образцов, блок хранения образцов и блок сравнения, выход которого является выходом блока биометрической идентификации, а также блок управления, вход которого является пусковым входом блока биометрической идентификации, а первый выход подключен к первому входу блока регистрации образцов, второй вход которого является обучающим входом блока биометрической идентификации, а третий вход подключен к первому выходу блока регистрации изображения, второй выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, первый вход подключен к выходу сканера, а второй вход – ко второму выходу блока управления.

Блок биометрической идентификации выполнен с возможностью скрытной установки в салоне ТС.

Обучающее устройство является персональным компьютером, оснащенным программой обучения.

Сканер, используемый в блоке биометрической идентификации, является полупроводниковым сканером емкостного типа, построенным на быстродействующих комплементарных металлоксидных полупроводниковых интегральных схемах (КМОП ИС), образующих КМОП-матрицу.

Задачей настоящего изобретения является создание относительно недорогого биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой, пригодного для установки как на дорогостоящие модели ТС элитного класса, так и на отечественные модели ТС бизнес-класса, как правило, не оснащенные мультиплексной шиной управления.

Обеспечиваемый технический результат заключается в формировании дополнительного рубежа защиты от несанкционированного использования ТС за счет интеграции биометрического датчика с блоками охранно-противоугонной системы. Это позволяет использовать достоинства биометрического метода идентификации по пальцам рук для повышения степени защищенности ТС, в том числе при угрозе насильственных действий со стороны злоумышленников с целью заставить пользователя ТС пройти идентификацию.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и 2.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой. На фиг.2 показана структурная схема блока биометрической идентификации.

На фиг.1 и 2 использованы следующие обозначения: 1 – блок биометрической идентификации; 2 – сканер; 3 – блок регистрации изображения; 4 – блок хранения образцов; 5 – блок сравнения; 6 – блок регистрации образцов; 7 – обучающее устройство; 8 – контроллер охранно-противоугонной системы; 9 – блок управления; 10 – схема совпадений; 11 – блок задания режимов работы охранно-противоугонной системы.

Предлагаемое биометрическое устройство для управления охранно-противоугонной системой содержит блок 1 биометрической идентификации, пусковой вход которого подключен к управляющему выходу контроллера 8 охранно-противоугонной системы, выполненного с возможностью подключения входом запуска к системе зажигания, а выходами запуска – к электронным модулям охранно-противоугонной системы. В состав предлагаемого устройства входят также схема 10 совпадений, вход которой подключен к выходу блока 1 биометрической идентификации, и блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы, многоканальный вход которого подключен к многоканальному выходу схемы 10 совпадений, а выход соединен с режимным входом контроллера 8 охранно-противоугонной системы.

Блок 1 биометрической идентификации содержит блок 3 регистрации изображения, сканер 2, а также последовательно соединенные блок 6 регистрации образцов, блок 4 хранения образцов и блок 5 сравнения, выход которого является выходом блока 1 биометрической идентификации. В состав блока 1 биометрической идентификации входит также блок 9 управления, вход которого является пусковым входом блока 1 биометрической идентификации, а первый выход подключен к первому входу блока 6 регистрации образцов. Второй вход блока 6 регистрации образцов является обучающим входом блока биометрической идентификации, а третий вход подключен к первому выходу блока 3 регистрации изображения. Второй выход блока 3 регистрации изображения соединен со вторым входом блока 5 сравнения, первый вход подключен к выходу сканера 2, а второй вход – ко второму выходу блока 9 управления.

Представленная на фиг.2 схема построения блока 1 биометрической идентификации хорошо известна. Она применяется практически во всех биометрических системах, использующих идентификацию по отпечаткам пальцев, в том числе в вышеупомянутых автомобильной охранной системе по японской заявке JP №63-041268, В 60 R 25/00, Е 05 В 49/00, в иммобилайзере BIOCODE-AUTO-100 (www.biocode.ru) и в ряде других систем. Различия заключаются лишь в количестве, физических принципах функционирования и типе используемых в системе сканеров 2.

Блок 1 биометрической идентификации выполнен с возможностью скрытной установки в салоне ТС.

Обучающее устройство 7 является персональным компьютером, оснащенным программой обучения.

В созданных на предприятии-заявителе опытных образцах рассматриваемого биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой использован сканер 2, построенный на быстродействующих КМОП ИС, образующих матрицу, поверхность которой служит для прикосновения пальцем. При создании указанных опытных образцов применен относительно недорогой и доступный на коммерческом рынке специализированный модуль TFM (Touch Chip Trusted Fingerprint Module) компании UPEK, имеющий следующие основные характеристики:

– разрешение – 500 пикселей на дюйм (dpi);

– скорость сканирования 15 кадров в секунду;

– физический размер матрицы 12,8×18,0 мм;

– размер изображения 256×360 пикселей;

– напряжение питания 4,5÷5,5 В;

– рабочий диапазон температур от минус 20 до плюс 50°С.

КМОП ИС – семейство логических схем, в которых для реализации основных логических функций используются пары комплементарных полевых МОП-транзисторов (КМОП-транзисторов), один – р-канальный, а другой – n-канальный. В модуле TFM эти КМОП-транзисторы формируют матрицу, позволяющую получать двумерное изображение.

Схема 10 совпадений является стандартным функциональным узлом вычислительных систем.

Блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы и контроллер 8 охранно-противоугонной системы применяются практически во всех серийно выпускаемых предприятием-заявителем автомобильных охранных и противоугонных комплексах элитного класса (BLACK BUG SUPER, BLACK BUG PLUS) и бизнес класса (REEF). Их схемы и основные технические характеристики приведены на сайте www.altonika.ru и в каталоге “Автомобильные охранные системы”, OOO “Альтоника”, 2003.

Таким образом, возможность практической реализации предлагаемого технического решения не вызывает сомнений.

Рассмотрим работу заявленного биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой.

Вначале поясним общие принципы биометрической идентификации по отпечаткам пальцев.

Установленный в блоке 1 биометрической идентификации сканер 2 осуществляет сканирование поверхности пальца.

Как известно (В. Задорожный. “Идентификация по отпечаткам пальцев”, PC Magazine / Russian Edition, 2004, №1), по используемым физическим принципам все существующие сканеры отпечатков пальцев можно разделить на оптические, полупроводниковые и ультразвуковые сканеры.

В рассматриваемом варианте практической реализации изобретения в блоке 1 биометрической идентификации использован указанный выше полупроводниковый сканер 2 емкостного типа на КМОП ИС. В основе его работы лежит особенность полупроводников изменять свои свойства в местах контакта с гребнями папиллярного узора пальца руки. При соприкосновении гребня папиллярного узора с элементом полупроводниковой матрицы на поверхности сканера 2 изменяется емкость pn-перехода этого элемента. При прикладывании поверхности пальца к поверхности сканера 2 между каждым элементом полупроводниковой матрицы и выступом-впадиной папиллярного узора образуется микроконденсатор определенной емкости. Величина указанной емкости определяется расстоянием между поверхностью пальца и этим элементом. Матрица указанных микроконденсаторов представляет собой двумерное емкостное изображение отпечатка пальца на чувствительной поверхности сканера 2. При сканировании это двумерное емкостное изображение отпечатка пальца превращается в сигнал изображения. Этот сигнал изображения передается в блок 3 регистрации изображения, где преобразуется в цифровую форму и фиксируется в виде кадра в текущей памяти указанного блока 3 регистрации изображения.

Чем выше качество полученного со сканера 2 цифрового изображения отпечатка пальца, тем больше можно выделить на этом изображении определенных характерных признаков, которые в дальнейшем можно использовать для идентификации отпечатка пальца.

Так уже при разрешении цифрового изображения 500 dpi на этом изображении можно выделить достаточно большое количество мелких деталей папиллярного узора. Как правило, при идентификации используют два типа деталей папиллярного узора (особых точек):

– конечные точки (в которых заканчиваются папиллярные линии);

– точки ветвления (в которых папиллярные линии раздваиваются).

Далее осуществляется последовательное сравнение кадра папиллярного узора пальца (находящегося в текущей памяти блока 3 регистрации изображения) с образцами, хранящимися в блоке 4 хранения образцов. Алгоритмы сравнения могут быть различными.

В рассматриваемом биометрическом устройстве для управления охранно-противоугонной системой могут быть использованы алгоритмы следующих классов:

1. Корреляционное сравнение, при котором полученное сканером 2 цифровое изображение папиллярного узора и образец накладываются друг на друга и вычисляется взаимная корреляционная функция между соответствующими пикселями. Эта операция производится многократно для различных смещений и вращений сравниваемых кадров изображений друг относительно друга. Нормированное значение корреляционного отклика является показателем степени идентичности двух сравниваемых изображений. Превышение указанным нормированным значением корреляционного отклика заданного порога свидетельствует об идентичности полученного отпечатка пальца и образцового отпечатка пальца.

2. Сравнение по особым точкам, при котором по одному или нескольким изображениям отпечатков пальцев со сканера 2 формируется шаблон, представляющий собой двухмерную поверхность, на которой выделены конечные точки и точки ветвления. При сравнении – на текущем изображении также выделяются эти точки. Карта этих точек сравнивается с шаблоном и по количеству совпавших точек принимается решение об идентичности отпечатков. В работе алгоритмов данного класса также используются механизмы корреляционного сравнения, но при сравнении каждой из предположительно соответствующих друг другу пары точек. В силу простоты реализации и скорости работы алгоритмы данного класса являются наиболее распространенными. Единственным существенным недостатком данного методы сравнения являются достаточно высокие требования к качеству получаемого изображения (не менее 500 dpi).

3. Сравнение по узору, при котором непосредственно используются особенности строения папиллярного узора на поверхности пальцев. Полученное со сканера 2 изображение отпечатка пальца разбивается на множество мелких ячеек. Расположение линий в каждой ячейке описывается параметрами некоторой синусоидальной волны. Параметры волновых представлений соответствующих ячеек отсканированного изображения и образцов сравниваются друг с другом и по максимуму совпадений указываемых параметров определяется идентичность полученного изображения и образца.

Для реализации одного из указанных выше алгоритмов сравнения кадр папиллярного узора пальца, записанный в текущую память блока 3 регистрации изображения, подается на один из входов блока 5 сравнения, на другой вход которого поочередно поступают кадры образцов, хранящиеся в соответствующих ячейках памяти блока 4 хранения образцов.

Запись указанных образцов осуществляется предварительно с помощью блока 6 регистрации образцов, который подключают к обучающему устройству 7, например к персональному компьютеру (ноутбуку) с помощью кабеля USB. Установленная в персональном компьютере специальная программа обучения реализует заданный алгоритм регистрации образцов папиллярного узора пальца. Указанный алгоритм, далее, для краткости, будем называть “прописыванием” пальцев. Алгоритм удаления из памяти “прописанных” пальцев по той же аналогии будем называть “стиранием” пальцев.

Работа рассматриваемого биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой разделяется на два этапа:

– обучение;

– идентификация.

На этапе обучения, когда блок 6 регистрации образцов подключен к обучающему устройству 7, с помощью клавиатуры или трэкбола задают требуемые параметры программы обучения, реализующей заданный алгоритм обучения применительно к данной охранно-противоугонной системе, и начинают “прописывать” пальцы в блок 4 хранения образцов.

В качестве примера рассмотрим основные параметры программы обучения, реализованной в опытном образце биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой BLACK BUG BT-71S, разработанной предприятием-заявителем.

В блоке 1 биометрической идентификации могут быть “прописаны” до четырех пальцев основного пользователя ТС, например владельца ТС, и до шести пальцев пользователей ТС, считающихся не основными, например родственников владельца ТС. При этом возможны следующие варианты “прописывания” пальцев:

– отпечаток “рабочего” пальца (F1) владельца ТС – для совершения обычных поездок;

– отпечаток второго пальца (F2) владельца ТС – для поездки с отправкой по GSM-каналу тревожного сообщения в случае разбойного захвата ТС и принуждения владельца ТС к идентификации;

– отпечаток третьего пальца (F3) владельца ТС – для отключения охранно-противоугонной системы (режим VALET), например с целью ремонта ТС на станции технического обслуживания ТС, а также для нового включения охранно-противоугонной системы по окончании ремонта ТС;

– отпечаток четвертого пальца (F4) владельца ТС – для “прописывания” и “стирания” отпечатков пальцев пользователей ТС.

В выполненном на предприятии-заявителе опытном образце биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой помимо владельца ТС могут быть “прописаны” по два пальца каждого из трех пользователей ТС. При этом для каждого пользователя ТС могут быть “прописаны” “рабочий” палец, соответствующий обычной поездке (D11, D21, D31), и второй палец, соответствующий поездке с передачей тревожного сообщения по GSM-каналу (D12, D22, D32).

Соответственно, в памяти блока 4 хранения образцов предусмотрено десять ячеек памяти, соответствующих следующим записям отпечатков пальцев:

– владелец ТС, первый палец F1 – “рабочий”;

– владелец ТС, второй палец F2 – для поездок с отправкой тревожного сообщения;

– владелец ТС, третий палец F3 – для перехода в режим VALET и для выхода из этого режима;

– владелец ТС, четвертый палец F4 – для “прописывания” и “стирания” отпечатков пальцев пользователей ТС;

– первый пользователь ТС, первый палец D11 – “рабочий”;

– первый пользователь ТС, второй палец D12 – для поездок с отправкой тревожного сообщения;

– второй пользователь ТС, первый палец D21 – “рабочий”;

– второй пользователь ТС, второй палец D22 – для поездок с отправкой тревожного сообщения;

– третий пользователь ТС, первый палец D31 – “рабочий”;

– третий пользователь ТС, второй палец D32 – для поездок с отправкой тревожного сообщения.

Итого, могут быть “прописаны” до десяти пальцев (четыре пальца владельца ТС – в режиме обучения – и по два пальца трех пользователей ТС – в режиме идентификации).

В рассматриваемом варианте построения биометрического устройства для управления охранно-противоугонной системой предусмотрены также следующие возможности “стирания” отпечатков пальцев пользователей ТС.

Так, для “стирания” пальцев первого пользователя ТС владелец ТС вначале “прописывает” свой четвертый палец F4, затем “рабочий” палец F1 и, наконец, вновь четвертый палец F4 (комбинация F4-F1-F4). Для “стирания” пальцев второго пользователя ТС владелец ТС вначале “прописывает” свой четвертый палец F4, затем второй палец F2 и, наконец, вновь четвертый палец (комбинация F4-F2-F4). Соответственно, комбинация F4-F3-F4 соответствует “стиранию” пальцев третьего пользователя ТС.

Процедура сканирования поверхности пальца в режиме обучения реализуется следующим образом. Для перехода в режим обучения владелец ТС должен:

– выключить зажигание (если оно включено);

– приложить один из своих пальцев к сканеру 2 и в дальнейшем не сдвигать и не менять положение этого пальца;

– первый раз включить зажигание. Сигнал о включении зажигания поступает с управляющего выхода контроллера 8 охранно-противоугонной системы на блок 9 управления и далее передается и фиксируется в блоке 6 регистрации образцов. При этом блок 9 управления и блок 6 регистрации образцов входят в состав блока 1 биометрической идентификации;

– выключить зажигание;

– второй раз включить зажигание. Сигнал о втором включении зажигания также через блок 9 управления поступает на блок 6 регистрации образцов;

– выключить зажигание;

– третий раз включить зажигание (и далее не выключать его). Сигнал о третьем включении зажигания также через блок 9 управления поступает на блок 6 регистрации образцов. При этом в блоке 6 регистрации образцов фиксируется промежуток времени, начиная с первого включения зажигания вплоть до третьего включения зажигания. Если этот промежуток времени меньше десяти секунд, а к сканеру 2 в течение всего этого времени неизменно подключен один и тот же палец, то блок 6 регистрации образцов переключается в режим работы с управлением от обучающего устройства 7. При этом блок 6 регистрации образцов формирует специальный звуковой сигнал “режим обучения”, предупреждающий владельца ТС о том, что переход в режим обучения завершен и владелец ТС должен снять свой палец с поверхности сканера 2.

Работа блока 1 биометрической идентификации в режиме обучения при записи образца первого пальца F1 – “рабочего” – происходит следующим образом:

– после того, как владелец ТС снимает палец с поверхности сканера 2, блок 3 регистрации изображения фиксирует, что поверхность сканера 2 свободна, и передает сигнал об этом в блок 6 регистрации образцов;

– блок 6 регистрации образцов формирует звуковой сигнал, информирующий владельца ТС о том, что он должен в первый раз “предъявить палец F1”;

– владелец ТС после этого сигнала прикладывает к поверхности сканера 2 тот палец, который выбран для того, чтобы играть роль первого пальца F1 – “рабочего”;

– сигнал отпечатка пальца передается из сканера 2 в блок 3 регистрации изображения. Блок 3 регистрации изображения проводит тест-контроль полученного изображения отпечатка пальца. При положительных результатах тест-контроля блок 3 регистрации изображения передает полученный кадр в блок 6 регистрации образцов. Там осуществляется предварительная фиксация этого отпечатка пальца. Блок 6 регистрации образцов подает звуковой сигнал “сканирование закончено”;

– по сигналу “сканирование закончено” владелец ТС должен убрать палец от сканера 2. Блок 3 регистрации изображения фиксирует, что поверхность сканера 2 свободна и передает сигнал об этом в блок 6 регистрации образцов;

– блок 6 регистрации образцов формирует звуковой сигнал, информирующий владельца ТС о том, что он должен во второй раз “предъявить палец F1”;

– владелец ТС после этого сигнала второй раз прикладывает к поверхности сканера 2 тот палец, который выбран для того, чтобы играть роль пальца F1 – “рабочего”;

– сигнал отпечатка пальца передается из сканера 2 в блок 3 регистрации изображения. Блок 3 регистрации изображения проводит тест-контроль полученного кадра изображения отпечатка пальца. При положительных результатах тест-контроля блок 3 регистрации изображения передает полученный кадр изображения отпечатка пальца в блок 6 регистрации образцов. Там осуществляется сравнение данного отпечатка пальца с предварительно зафиксированным. Если предъявлен тот же палец, то в блоке 6 регистрации образцов формируется совокупный кадр, полученный по двум отпечаткам пальца. Этот совокупный кадр фиксируется в блоке 6 регистрации образцов. Блок 6 регистрации образцов подает звуковой сигнал “сканирование закончено”;

– по сигналу “сканирование закончено” владелец ТС должен убрать палец от сканера 2. Блок 3 регистрации изображения фиксирует, что поверхность сканера 2 свободна и передает сигнал об этом в блок 6 регистрации образцов;

– блок 6 регистрации образцов формирует звуковой сигнал, информирующий владельца ТС о том, что он должен в третий раз “предъявить палец F1”;

– владелец ТС после этого сигнала третий раз прикладывает к поверхности сканера 2 тот палец, который выбран для того, чтобы играть роль пальца F1 – “рабочего”;

– сигнал отпечатка пальца передается из сканера 2 в блок 3 регистрации изображения. Блок 3 регистрации изображения проводит тест-контроль полученного кадра изображения отпечатка пальца. При положительных результатах тест-контроля блок 3 регистрации изображения передает полученный кадр изображения отпечатка пальца в блок 6 регистрации образцов. Далее блок 6 регистрации образцов осуществляет сравнение полученного кадра изображения отпечатка пальца с ранее зафиксированным совокупным кадром. Если предъявлен тот же палец, то в блоке 6 регистрации образцов формируется полный кадр, полученный по трем отпечаткам пальца. Полный кадр изображения отпечатка пальца передается из блока 6 регистрации образцов в ячейку блока 4 хранения образцов, выделенную для хранения полного кадра изображения отпечатка пальца F1 – “рабочего”. Блок 6 регистрации образцов подает звуковой сигнал “сканирование закончено”;

– владелец ТС убирает палец с поверхности сканера 2, а затем с помощью обучающего устройства 7 передает через блок 6 регистрации образцов в ту же ячейку памяти блока 4 хранения образцов служебную (сервисную) информацию. После этого в ячейке блока 4 хранения образцов будет записано, в какие положения после предъявления пальца F1 – “рабочего” – должны быть установлены рулевая колонка, сидение водителя, зеркало заднего вида, стекла окон и другое оборудование.

На этом этап сканирования и запоминания первого пальца F1 – “рабочего” – заканчивается. Однако, необходимо отметить, что если после какого-либо формирования звукового сигнала “предъявить палец F1” в течение двадцати секунд блок 6 регистрации образцов не имеет возможности подать звуковой сигнал “сканирование закончено” (например, из-за того, владелец ТС перепутал и в первый раз приложил к поверхности сканера 2 один палец, а во второй раз – другой), то тогда блок 6 регистрации образцов выдает звуковой сигнал “ошибка”, и блок 1 биометрической идентификации аварийно выходит из режима обучения.

После заполнения ячейки в блоке 4 хранения образцов, предназначенной для фиксации информации о пальце F1, работа в режиме обучения продолжается. Производится последовательная запись образцов:

– второго пальца владельца ТС F2 – для поездок с отправкой тревожного сообщения;

– третьего пальца владельца ТС F3 – для перехода в режим VALET и для выхода из этого режима;

– четвертого пальца владельца ТС F4 – для “прописывания” или “стирания” отпечатков пальцев пользователей ТС.

Каждая запись образца соответствующего пальца осуществляется аналогично рассмотренной выше записи образца первого пальца F1 – “рабочего”. Отличие состоит в том, что содержанием служебной информации при записи образца второго пальца владельца ТС F2 – для поездок с отправкой тревожного сообщения – является тревожное сообщение, а при записях образцов третьего F3 и четвертого F4 пальцев записи служебной информации не производится вообще. По окончании записи образцов всех пальцев владельца ТС (F1, F2, F3, F4) блок 1 биометрической идентификации выходит из режима обучения в режим идентификации. При этом блок 6 регистрации образцов подает звуковой сигнал “работа в режиме обучения закончена”.

Владелец ТС может отключить обучающее устройство 7 от блока 6 регистрации образцов. Наличие подключенного к блоку 6 регистрации образцов обучающего устройства 7 необходимо в режиме идентификации только в том случае, когда владелец ТС “прописывает” отпечатки пальцев у пользователей ТС.

Эта операция осуществляется после включения зажигания владельцем ТС (сигнал об этом поступает из системы зажигания на вход запуска контроллера 8 охранно-противоугонной системы). При включении зажигания владелец ТС должен “предъявить” палец F4 (то есть, приложить палец F4 к поверхности сканера 2). Сканер 2 передает кадр с отсканированным отпечатком пальца F4 в блок 3 регистрации изображения. Блок 3 регистрации изображения проверяет, что кадр отсканированного отпечатка пальца пригоден для идентификации и передает сигнал об этом в блок 6 регистрации образцов. Кроме того, кадр отсканированного отпечатка пальца поступает на один из входов блока 5 сравнения. Блок 6 регистрации образцов после получения сигнала о пригодности к сравнению кадра отсканированного отпечатка пальца подает звуковой сигнал “сканирование закончено”, по которому владелец ТС должен убрать палец с поверхности сканера 2. Кроме этого, блок 6 регистрации образцов подает на блок 4 хранения образцов команду для последовательного подключения образцов кадров отпечатков пальцев из ячеек блока 4 хранения образцов к блоку 5 сравнения.

Блок 5 сравнения последовательно сравнивает кадр отсканированного отпечатка пальца, записанный в блок 3 регистрации изображения, с образцами кадров отпечатков пальцев. При сравнении с образцом кадра четвертого F4 пальца должно быть установлено совпадение. Сигнал об этом совпадении фиксируется в схеме 10 совпадений и далее поступает на блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы. Этот блок формирует команду перехода в режим коррекции пользователей ТС и передает ее через контроллер 8 охранно-противоугонной системы в блок 9 управления (входящий в состав блока 1 биометрической идентификации). Блок 9 управления формирует управляющий сигнал на блок 6 регистрации образцов.

После того, как владелец ТС убирает палец с поверхности сканера 2, блок 3 регистрации изображения фиксирует, что поверхность сканера 2 свободна, и передает сигнал об этом в блок 6 регистрации образцов.

При одновременном наличии на входах блока 6 регистрации образцов управляющего сигнала из блока 9 управления и сигнала об освобождении поверхности сканера 2 из блока 3 регистрации изображения блок 6 регистрации образцов формирует звуковой сигнал режима коррекции пользователей ТС. По этому сигналу владелец ТС должен “предъявить” очередной палец.

Если владелец ТС предъявляет палец F1, то производится режим коррекции первого пользователя ТС, если палец F2 – то режим коррекции второго пользователя ТС, а если F3 – то третьего пользователя ТС. По цепи схема 10 совпадений – блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы – контроллер 8 охранно-противоугонной системы – блок 9 управления информация о том, коррекцию какого из пользователей ТС следует произвести, поступает в блок 6 регистрации образцов и там фиксируется. При этом сигнал из блока 9 управления обнуляет блок 3 регистрации изображения.

После этого блок 6 регистрации образцов проверяет содержимое ячейки блока 4 хранения образцов, соответствующую тому пользователю ТС, информацию о котором надлежит откорректировать. Если эта ячейка пуста, то блок 5 сравнения должен выдать сигнал совпадения. В противном случае сигнал совпадения будет отсутствовать. По цепи схема 10 совпадений – блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы – контроллер 8 охранно-противоугонной системы сигнал о совпадении или об отсутствии совпадения поступает в блок 9 управления. При этом блок 9 управления прекращает обнуление блока 3 регистрации изображения и передает сигнал о совпадении или об отсутствии совпадения в блок 6 регистрации образцов. По поступившему сигналу блок 6 регистрации образцов формирует либо звуковой сигнал “коррекция свободной ячейки”, либо звуковой сигнал “коррекция заполненной ячейки”.

После звукового сигнала возможны следующие действия:

– запись пользователя i (при i от 1 до 3). Для этого пользователь i троекратно предъявляет палец Di1, затем с помощью обучающего устройства 7 записывает сервисную служебную информацию, затем трижды предъявляет палец Di2, затем с помощью обучающего устройства 7 записывает служебную информацию о тревожном сообщении, после чего блок 1 биометрической идентификации выходит из режима коррекции пользователя ТС;

– стирание пользователя i (при i от 1 до 3). Для этого владелец ТС должен предъявить палец F4. Затем блок 6 регистрации образцов обнуляет в блоке 4 хранения образцов все ячейки, относящиеся к пользователю i. После этого блок 1 биометрической идентификации выходит из режима коррекции пользователя ТС;

– отказ от коррекции пользователя ТС. Такое возможно, если владелец ТС ошибся, считая ячейку пользователя i свободной. Звуковой сигнал блока 6 регистрации образцов указывает ему на ошибку, и он не предъявляет никакого пальца. Тогда спустя двадцать секунд блок 1 биометрической идентификации выходит из режима коррекции пользователя ТС без изменений в памяти блока 4 хранения образцов. Работу по коррекции пользователя ТС надо начинать сначала, учтя сделанную ошибку.

В режиме идентификации лицо, являющееся либо одним из пользователей ТС, либо злоумышленником, прикладывает свой палец к поверхности сканера 2 и включает зажигание. Из системы зажигания на вход запуска контроллера 8 охранно-противоугонной системы поступает напряжение аккумулятора ТС, которое активирует формирование контроллером 8 охранно-противоугонной системы специальной команды на начало идентификации. Момент формирования этой команды фиксируется в контроллере 8 охранно-противоугонной системы.

Команда на начало идентификации поступает с управляющего выхода контроллера 8 охранно-противоугонной системы на пусковой вход блока 1 биометрической идентификации. В блоке 1 биометрической идентификации пусковым входом является вход блока 9 управления. После получения команды на начало идентификации блок 9 управления формирует для блока 3 регистрации изображения команду начала приема. По команде начала приема блок 3 регистрации изображения принимает выходной сигнал сканера 2. Сигнал сканера 2 должен быть зафиксирован в текущей памяти блока 3 регистрации изображения в виде пригодного для идентификации кадра, представляющего собой цифровую форму изображения отпечатка пальца. Если полученный кадр не пригоден для идентификации (например, из-за плохого контакта пальца со сканером 2), то в блок 3 регистрации изображения записывается следующий кадр сигнала сканера 2, пока не будет, наконец, получен кадр, пригодный для идентификации.

Как только в блоке 3 регистрации изображения фиксируется кадр, пригодный для идентификации, из блока 3 регистрации изображения в блок 6 регистрации образцов поступает команда начала поиска, а кадр, пригодный для идентификации, передается в блок 5 сравнения.

По поступившей в блок 6 регистрации образцов команде начала поиска блок 6 регистрации образцов формирует команду последовательного подключения к блоку 5 сравнения кадров образцов отпечатков пальцев из памяти блока 4 хранения образцов. Формат этих кадров должен быть пригоден для сравнения с кадром изображения отпечатка пальца, поступившим в блок 5 сравнения из блока 3 регистрации изображения.

Блок 5 сравнения реализует один из описанных выше алгоритмов сравнения. Результатом указанного сравнения в случае нахождения требуемого образца является так называемый корреляционный отклик. Параметры корреляционного отклика тем выше, чем больше степень соответствия кадра отпечатка пальца из блока 3 регистрации изображения одному из кадров, выдаваемых в блок 5 сравнения блоком 4 хранения образцов. Превышение параметрами корреляционного отклика некоторого заданного порога свидетельствует о соответствии отсканированного отпечатка пальца определенному отпечатку пальца руки владельца ТС или одного из пользователей ТС. Такой корреляционный отклик называется нормированным, а сигнал нормированного корреляционного отклика является выходным сигналом блока 1 биометрической идентификации.

С выхода блока 5 сравнения нормированный корреляционный отклик поступает на вход схемы 10 совпадений, которая преобразует его в сигнал управления, подаваемый с одного из выходов многоканального выхода схемы 10 совпадений на соответствующий элементарный вход многоканального входа блока 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы. Для этого схема 10 совпадений фиксирует порядковый номер отсчета, при котором произошло совпадение, что позволяет установить номер ячейки памяти блока 4 хранения образцов, соответствующей определенному образцу, то есть однозначно установить личность пользователя ТС и задаваемый режим управления охранно-противоугонной системой.

Например, блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы формирует команду отключения иммобилайзера при совпадении отсканированного отпечатка пальца с любым из следующих: F1, F2, W11, W12, W21, W22, W31, W32. А команду отсылки тревожного сообщения во время движения ТС блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы формирует при совпадении отсканированного отпечатка пальца с любым из следующих: F2, W12, W22, W32.

Весьма важную роль играет совпадение отсканированного отпечатка пальца с одним из “рабочих” пальцев (F1, W11, W21, W31). В каждом из этих случаев блок 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы формирует строго определенную для каждого из пользователей ТС последовательность сервисных команд. Сервисные команды преследуют цель обеспечения для каждого из пользователей ТС режима наиболее удобной работы. То есть они предназначены для установки рулевой колонки, кресла водителя, зеркала заднего вида, окон и другого оборудования ТС в выбранное соответствующим пользователем ТС наиболее удобное для него положение.

Последовательность сформированных команд поступает с выхода блока 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы на контроллер 8 охранно-противоугонной системы, который непосредственно воздействует на каждый из электронных модулей охранно-противоугонной системы, реализуя команды, поступившие на вход контроллера 8 охранно-противоугонной системы. Например, после идентификации отпечатка второго пальца F2 отключается иммобилайзер и одновременно по GSM-каналу передается тревожное сообщение о захвате ТС.

Для каждого из идентифицированных отпечатков пальцев существует строго определенный набор команд, выполняемых после идентификации. Однако, есть единственное исключение из этого правила: идентификация образца, соответствующего отпечатку пальца F3.

Дело в том, что охранно-противоугонная система ТС может быть отключена. Этот режим отключения носит специальное наименование VALET. Необходимость такого отключения может быть вызвана либо передачей ТС на техническое обслуживание, либо травмой рабочего пальца F1. В контроллере 8 охранно-противоугонной системы существует узел энергонезависимой памяти, в котором хранятся сведения о том, находится ли охранно-противоугонная система в режиме VALET или же нет. В режиме VALET контроллер 8 охранно-противоугонной системы отключает все электронные модули, блокирующие движение ТС, а также запрещает подачу тревожных сигналов и сообщений.

Если охранно-противоугонная система находится в режиме VALET, то после идентификации отпечатка пальца F3 происходит выход из режима VALET. А если охранно-противоугонная система не находится в режиме VALET, то после идентификации отпечатка пальца F3 осуществляется переход в режим VALET.

Выше отмечалось, что в контроллере 8 охранно-противоугонной системы фиксируется момент формирования команды на начало идентификации. Этот момент играет важную роль в работе охранно-противоугонной системы, поскольку контроллер 8 охранно-противоугонной системы реагирует на поступление команд из блока 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы только в течение двадцати секунд после зафиксированного момента времени. Если за двадцать секунд ни одной команды не поступает, контроллер 8 охранно-противоугонной системы сбрасывает фиксацию момента времени и прекращает реагировать на команды, поступающие из блока 11 задания режимов работы охранно-противоугонной системы. То есть отпечаток пальца считается неотождествленным. Все модули охранно-противоугонной системы продолжают блокировать работу ТС.

Таким образом, предлагаемое биомеханическое устройство для управления охранно-противоугонной системой предоставляет пользователям этой системы возможность при разбойном нападении незаметно от злоумышленников подать тревожный сигнал, предъявив один из пальцев F2, D21, D22 или D23.

В этом случае контроллер 8 охранно-противоугонной системы формирует команду подачи GSM-каналу тревожного сигнала, но не препятствует движению ТС. Благодаря указанной особенности предлагаемого устройства существенно уменьшается вероятность того, что злоумышленник предпримет насильственные действия, наносящие ущерб жизни и здоровью пользователя ТС (например, отрубит ему палец).

Таким образом, благодаря более тесной интеграции блока 1 биометрической идентификации и узлов охранно-противоугонной системы может быть создано относительно недорогое биометрическое устройство для управления охранно-противоугонной системой, пригодное для установки как на дорогостоящие модели ТС элитного класса, так и на модели ТС бизнес-класса, как правило, не оснащенные общей мультиплексной шиной управления.

Это позволяет использовать достоинства биометрического метода идентификации по пальцам рук для повышения степени защищенности ТС и при этом уменьшить угрозу здоровью и жизни пользователей ТС в случае разбойного нападения на них.

Формула изобретения

1. Биометрическое устройство для управления охранно-противоугонной системой, содержащее контроллер охранно-противоугонной системы, выполненный с возможностью подключения своим входом запуска к системе зажигания и выходами запуска – к электронным модулям охранно-противоугонной системы, и блок биометрической идентификации, пусковой вход которого подключен к управляющему выходу контроллера охранно-противоугонной системы, отличающееся тем, что в него введены обучающее устройство, схема совпадений, вход которой подключен к выходу блока биометрической идентификации, и блок задания режимов работы охранно-противоугонной системы, многоканальный вход которого подключен к многоканальному выходу схемы совпадений, а выход соединен с режимным входом контроллера охранно-противоугонной системы, при этом обучающий вход блока биометрической идентификации подключен к выходу обучающего устройства, выполненного с возможностью введения одной из специальных программ обучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок биометрической идентификации содержит блок регистрации изображения, сканер, последовательно соединенные блок регистрации образцов, блок хранения образцов и блок сравнения, выход которого является выходом блока биометрической идентификации, а также блок управления, вход которого является пусковым входом блока биометрической идентификации, а первый выход подключен к первому входу блока регистрации образцов, второй вход которого является обучающим входом блока биометрической идентификации, а третий вход подключен к первому выходу блока регистрации изображения, второй выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, первый вход подключен к выходу сканера, а второй вход – ко второму выходу блока управления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок биометрической идентификации выполнен с возможностью скрытной установки в салоне транспортного средства.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обучающее устройство является персональным компьютером, оснащенным программой обучения.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что сканер, используемый в блоке биометрической идентификации, является полупроводниковым сканером емкостного типа, построенным на быстродействующих комплементарных металл-оксидных полупроводниковых интегральных схемах, образующих КМОП-матрицу.

РИСУНКИ