用于形成指纹表示的方法以及指纹感测系统与流程

本发明总体上涉及一种用于使用指纹感测系统来形成指纹的方法，并且具体地涉及在指纹的仅分离部分可用的情况下使得形成指纹的可能性。本发明还涉及对应的指纹感测系统以及计算机程序产品。

背景技术：

为了提高用于访问电子装置的安全性从而增强用户的便利性，各种类型的生物测定系统被使用得越来越多。特别地，归功于指纹传感器的小的形状因子、高的性能以及用户可接受性，在例如这样的设备中成功集成了指纹传感器。在各种可用的指纹感测原理中(例如，电容式、光学式、热能式等)，电容式感测最为常用，尤其是在尺寸以及功耗为重要问题的应用中。

所有电容式指纹感测器皆提供表示几个感测元件与放置在指纹传感器表面上的手指之间的电容的度量。可以使用包括以二维方式布置的多个感测元件的指纹传感器来执行局部指纹图像的获取，其中，该指纹传感器被配置成在单个图像中捕获人的完整指纹的大部分。

作为替代，线传感器——有时也称为划擦传感器——可以用于获取指纹图像。线传感器通常是被配置成在手指划擦传感器时获得多个小的交叠图像或快照的薄矩形形状的装置。通过处理这些快照以形成合成图像来获得完整的指纹图像。将较小的图像编辑成完整的指纹通常被称为“拼接”图像。

用于形成完整指纹的成功拼接需要大量的计算资源并且收集大量交叠图像。需要强大的微处理器、大量的存储器和相对长的处理时间来充分处理指纹。

在US 2007/0274575中公开了试图改进该缺点的示例性实现方式。特别地，US 2007/0274575公开了用于根据来自指纹划擦传感器的一组图像切片或帧来重建无缝指纹图像的方法和系统。根据US 2007/0274575，可以对子部分而不是对整个或完整的指纹单独地执行细节提取。

尽管US 2007/0274575引入了从完整指纹的部分提取指纹特征的所关注的方法，但所公开的方法高度取决于使用指纹传感器获取的图像切片的交叠，从而引起不太鲁棒的系统。因此，在对指纹的高效且鲁棒的处理方面，特别是关于当用户在指纹传感器上方划擦他/她的手指时收集的指纹，存在进一步改进的空间。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上面所提及的缺点和其他缺点，本发明的目的是提供一种用于使用指纹感测系统形成指纹的改进方法。特别地，本发明人已经发现期望确定使用指纹传感器收集的单独图像部分之间的关系，以在指纹的仅分离部分可用的情况下改进指纹感测系统的鲁棒性和效率。

根据本发明的一个方面，因此提供了一种形成使用指纹传感器捕获的手指的指纹图案的指纹表示的方法，该方法包括以下步骤：使用指纹传感器来获取指纹图案的对应第一部分的第一局部图像；从第一局部图像提取第一指纹特征；使用指纹传感器来获取指纹图案的对应第二部分的第二局部图像，第二局部图像与第一局部图像不交叠；从第二局部图像提取第二指纹特征；确定第一指纹特征和第二指纹特征中的每一个的第一参数，第一参数是以下中的至少一个：相应指纹特征的相对空间指纹位置的表示和指纹特征与手指的关系的表示；以及通过使第一指纹特征的第一参数与第二指纹特征的第一参数关联来形成指纹表示。

本发明基于以下认识，在某些情况下，期望的是，在形成指纹表示期间，例如在登记处理期间，可以放置较少的约束。特别地，在一些情况下，例如由于手指在传感器上方以“错误的速度”进行的划擦、图像采集中的一些错误等，所以将在操作指纹传感器时获取不交叠的图像部分。在这种情况下，仍然使得可以使用所收集的信息，而不是丢弃整个的指纹获取并且重新开始(如同正常的现有技术手段)。然而，为了能够利用所获取的信息，需要确定与获取的手指的局部图像中的每个局部图像之间的关系有关的信息的某种形式。应当理解，所公开的概念也适用于以下情况，例如不交叠的局部图像与多个相互例如部分交叠的局部图像关联(即，至少一个图像与所获取的图像的其余部分不交叠)。

在一个实施例中，可以通过确定手指在传感器上方划擦的速度中的至少一个或通过确定对不同局部图像的获取之间的持续时间来估计局部图像中的每一个的所提及的相对空间指纹位置。在另一实施例中，还可以使局部指纹图像的特定指纹特征与来自先前形成的指纹表示的信息(特征)关联。因此，例如可以确定第一指纹特征和第二指纹特征中的一个的“绝对”位置，从而确定第一指纹特征和第二指纹特征中的另一个的关系。如果第一指纹特征和第二指纹特征中仅一个被包括在先前形成的指纹表示中，则可以使该指纹表示附加有“不可用”的指纹特征。因此，可以建立“随时间”的完整指纹表示。

如上面所提及的，第一参数还可以是指纹特征与手指本身——通常与(单个用户)的同一手指——的关系的表示。因此，特征可以不一定需要直接在空间上彼此相关，而是连接至单个用户的特定手指。这将相应地使得将多个指纹特征“连接”至特定手指，而不必依赖于指纹特征彼此之间相互关联的空间关系。

在实施例中，设置有指纹感测系统的电子装置可以被布置成“登记模式”，其中，请求用户使用指纹传感器，以使得可以确定至少一对指纹特征(例如，包括该至少一对指纹特征的空间关系)。随后，每次用户触摸/划擦/接触指纹传感器，例如在电子装置的正常非指纹感测相关的使用期间；可以向先前确定的指纹表示附加另外的指纹特征。通常，先前确定的指纹表示仅在电子装置确定(在可靠性的预定阈值以上)由正确的用户操作电子装置的情况下被附加。

本发明在正在发生采样中断例如在指纹感测系统被包括在电子装置中并且指纹感测系统由主控制处理器控制的情况下也是有用的。虽然主控制处理器可以例如请求获取多个局部指纹图像，但然后可能潜在地进入主处理器不能完全处理所有接收到的指纹图像的中断模式(例如由于具有较高的执行优先级的另一个任务)。

替代丢弃数据即实际上收集的多个局部指纹图像，仍可以使用该数据，但需要确定接收到的局部指纹图像中的每个局部图像之间的某种形式的关系。在这种情况下，例如可以在获取局部指纹图像期间对局部指纹图像中的每一个进行“编号”即从1到N进行编号，并且知道对局部指纹图像中的每一个进行的采样之间的时间差。因此，例如可以确定对局部指纹图像中的每一个以及相应地所确定的指纹特征中的每一个之间的关系进行的估计。

因此，根据本发明可以在指纹的仅分离部分可用的情况下提高指纹感测系统的效率。应当理解，在本发明的范围内，可以将所获取的局部图像之间的速度/持续时间和利用与先前确定的指纹表示的关联的概念进行结合。

根据本发明的另一方面，提供了一种指纹感测系统，该指纹感测系统包括：指纹传感器；存储器；以及处理电路，该处理电路用于形成当在指纹传感器上方划擦时捕获的手指的指纹图案的指纹表示，该处理电路连接至指纹传感器并且还被配置成：使用指纹传感器来获取指纹图案的对应第一部分的第一局部图像；从第一局部图像提取第一指纹特征；使用指纹传感器来获取指纹图案的对应第二部分的第二局部图像，第二局部图像与第一局部图像不交叠；从第二局部图像提取第二指纹特征；确定第一指纹特征和第二指纹特征中的每一个的第一参数，第一参数是以下中的至少一个：相应指纹特征的相对空间指纹位置的表示和指纹特征与手指的关系的表示；以及通过使第一指纹特征的第一参数与第二指纹特征的第一参数关联来形成指纹表示。本发明的该方面提供了与上面关于本发明的前述方面所讨论的优点类似的优点。

如上面所说明的，指纹传感器可以使用包括例如电容式、光学式或热能式感测技术的任何种类的当前或将来的指纹感测原理来实现。然而，目前电容式感测是最优选的。一维传感器和二维传感器皆是可能的并且在本发明的范围内。

指纹感测系统优选地形成电子装置的一部分，该电子装置还包括装置控制器，该装置控制器用于向指纹感测系统提供所述手指的所述认证请求、从指纹感测系统接收所述认证信号并且仅在所述认证信号指示认证成功的情况下执行至少一个动作。这样的动作可以例如是例如在便携式装置是移动电话的情况下用于解锁锁定的便携式装置。至少一个动作当然可以是在需要认证手指时适当使用的任何类型的动作。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，该计算机可读介质容纳有用于控制便携式电子装置的计算机程序装置，便携式电子装置包括具有指纹传感器和处理电路的指纹感测系统，该指纹感测系统适于形成当在指纹传感器上方划擦时捕获的手指的指纹图案的指纹表示，其中，计算机程序产品包括：用于使用指纹传感器获取指纹图案的对应第一部分的第一局部图像的代码；用于从第一局部图像提取第一指纹特征的代码；用于使用指纹传感器获取指纹图案的对应第二部分的第二局部图像的代码，第二局部图像与第一局部图像不交叠；用于从第二局部图像提取第二指纹特征的代码；用于确定第一指纹特征和第二指纹特征中的每一个的第一参数的代码，第一参数是以下中的至少一个：相应指纹特征的相对空间指纹位置的表示和指纹特征与手指的关系的表示；以及用于通过使第一指纹特征的第一参数与第二指纹特征的第一参数关联来形成指纹表示的代码。此外，本发明的该方面提供了与上面关于本发明的前述方面所讨论的优点类似的优点。

处理电路优选地包括ASIC、微处理器或任何其他类型的计算装置。类似地，由用于操作本发明功能的处理电路执行的软件可以存储在计算机可读介质上，该计算机可读介质是包括可移除非易失性随机存取存储器、硬盘驱动器、软盘、CD-ROM、DVD-ROM、USB存储器、SD存储卡或本领域已知的类似计算机可读介质的任何类型的存储器设备。

总之，本发明总体上涉及一种用于使用指纹感测系统形成指纹的方法，并且具体地涉及在指纹的仅分离部分可用的情况下使得形成指纹的可能性。本发明还涉及对应的电子装置以及计算机程序产品。

特别地，通过指纹传感器来获取非交叠图像部分。针对图像部分中的每个图像部分提取指纹特征。针对每个指纹特征，确定第一参数例如相对空间指纹位置(即，与手指有关)。在常见的使用情况下，指纹传感器例如在用于验证用户的手指的验证处理期间(连续地)捕获指纹图像数据。不幸地，在一些情况下，例如在被布置成接收图像数据的主处理器需要处理别的事件例如电话呼叫的情况下，可能使得图像数据的一些部分将不可用。

常见的现有技术手段是删除(部分)捕获的图像数据中的全部并且请求用户再次将他的手指放置在指纹传感器处，使得可以获取新的指纹图像。借助于本发明，第一参数(与“它的”指纹特征具有特定关系)用于使(第一和第二)指纹特征彼此关联。因此，本发明还使得“部分完整”的指纹图像用于确定用户的手指的指纹表示。

本发明的优点包括在指纹的仅分离部分可用的情况下提高指纹感测系统的鲁棒性和效率。根据本发明，这是通过确定并且使分离的图像部分中的每个之间的关系关联而实现的。

当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其他特征和优点将变得明显。本领域技术人员认识到的是，在不背离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以进行组合以创建除下面描述的那些实施例之外的实施例。

附图说明

根据以下详细的描述和附图将容易地理解包括本发明的特定特征和优点的本发明的各方面，在附图中：

图1示意性地例示了包括集成指纹传感器的移动电话的形式的根据本发明的电子装置；

图2示意性地示出了被包括在图1的电子装置中的指纹传感器阵列；

图3示出了使用指纹传感器收集的非交叠局部指纹图像的序列；

图4概念性地示出了根据本发明的当前优选实施例的指纹感测系统；

图5是公开典型地结合图4的指纹感测系统执行的本发明的示例性步骤的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；更确切地，提供这些实施例是为了完全性和完整性，并且将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。类似的附图标记贯穿全文指代类似的元件。

现在转向附图并且特别参照图1，以具有集成指纹传感器102以及包括触摸屏接口106的显示单元104的移动电话100的形式示意性地示出了根据本发明的电子装置。在本实施例中，指纹传感器102和显示单元104一起被布置在移动电话100的前面。指纹传感器102例如可以用于解锁移动电话100和/或用于授权使用移动电话100执行的交易等。指纹传感器102当然也可以被放置在移动电话100的背面上。

优选地并且对于本领域技术人员而明显的是，图1所示的移动电话100还包括用于WLAN/Wi-Fi通信的第一天线、用于电信通信的第二天线、麦克风、扬声器和电话控制单元。当然可以在移动电话中包括另外的硬件元件。还应当注意，本发明可以适用于任何其他类型的便携式电子装置，例如膝上型计算机、遥控装置、平板电脑或任何其他类型的当前或未来类似配置的装置。

参照图2，概念性地示出了指纹传感器102的稍微放大的视图。在采用电容式感测技术的情况下，指纹传感器102被配置成包括多个感测元件。单个感测元件(也表示为像素)在图2中由附图标记202来指示。

图3概念性地例示了第一非交叠局部指纹图像302和第二非交叠局部指纹图像304的集合。在所示出的实施例中，例如由于指纹传感器102进行收集图像数据被中断的情况，所以第一局部指纹图像302和第二局部指纹图像304被“空白”部分306分离。如上面所提及的，在现有技术的情况下，将包括部分302、304和306的完整图像丢弃，并且需要用户将他的手指放置到指纹传感器102上或划擦指纹传感器102以用于捕获新的(完整的)指纹图像。然而，根据本发明，如将在下面关于图5进一步详细描述的那样，第一局部指纹图像302和第二局部指纹图像304仍将在登记处理中被使用和/或用于验证/认证用户。

根据本发明，用于形成指纹表示的指纹传感器102和操作是使用如图4中示出的概念化的指纹传感器系统400来实现的。指纹传感器系统400通常进而形成如图1中被例示的电子装置/移动装置的一部分。

指纹传感器系统400包括指纹传感器102和处理电路例如用于控制指纹传感器102的控制单元402。指纹传感器系统400还包括存储器，例如数据库406。在指纹传感器系统400的操作期间，进一步参照图5，操作指纹传感器102以获取第一局部指纹图像302(S1)。然后，将第一局部指纹图像302提供给控制单元402并且由控制单元402处理，以用于例如基于细节提取来提取第一指纹特征(S2)。随后，由指纹传感器102获取第二局部指纹图像304(S3)，并且提取第二指纹特征(S4)。当然应当理解，可以从第一局部指纹图像302和第二局部指纹图像304中的每个中提取多于一个的指纹特征。此外，当然可以由指纹传感器102获取多于第一局部图像302和第二局部图像304的局部图像。

当针对第一局部指纹图像302和第二局部指纹图像304中的每个已经提取第一指纹特征时，针对相应的第一指纹特征中的每个确定第一参数(S5)。如上面所讨论的，第一参数是以下中的至少一个：相应指纹特征的相对空间指纹位置的表示和指纹特征与手指的关系的表示。

在本发明的可能实施例中，可以确定获取第一局部指纹图像302和第二局部指纹图像304的时间，例如第一局部指纹图像302和第二局部指纹图像304中的每个的获取时间戳。获取时间戳可以进而用于确定相应的局部指纹图像302、304之间的持续时间。因此，通过将所确定的持续时间与已知或估计的例如手指在指纹传感器102(即，在指纹划擦传感器的情况下)上方划擦的速度进行结合，可以对从相应的局部指纹图像302、304提取的相应指纹特征的相对空间指纹位置进行估计并且因此可以对与相应的局部指纹图像302、304有关的指纹特征之间的基本上绝对的空间关系进行估计。

相应地，即使局部指纹图像302、304不交叠并且不可能将局部指纹图像302、304彼此拼接，相对于每个局部指纹图像302、304存在的固有信息仍可以用于形成指纹表示(S6)。

在本发明的可能实施例中，还可以基于用户的特定手指与提取的特征之间的已知关系来形成特定用户的指纹表示。也就是说，替代地或此外，可以基于指纹特征与特定手指的关系的表示来确定第一指纹特征和第二指纹特征中的每个的第一参数。在这种情况下，有必要确定至少在预定阈值之上特定用户事实上正在对包括指纹传感器102的指纹感测系统400进行处理并且操作。

在一个示例性实施例中，用户的身份在一些情况下可以被预分配给包括指纹感测系统400的特定装置。这种情况的一个示例是在指纹传感器系统400被包括在移动电话100中时。在这种情况下，移动电话100通常是个人的，即仅由单个用户使用。该类型的实现方式当然可以与其他类型的装置例如膝上型计算机、桌上型计算机等有关或在指纹传感器系统400与单个用户桌上型计算机一起使用时。

因此，当例如使用所公开的用于登记用户的方法时，可以使用辅助识别方法例如借助于PIN码来实现对用户在预定阈值之上的确定性。在这样的实施例中，例如可以在指纹传感器102被布置在移动电话100的主按钮“背部”的情况下“在后台”获取局部指纹图像。只要确定识别出用户，指纹传感器102就可以被配置成“尽可能频繁地”获取指纹图像。虽然所获取的局部指纹图像不一定完全在空间上彼此相关，但所提取的指纹特征肯定与同一用户有关。因此，可以在数据库404内存储随时间提取的指纹特征，其中，存储的指纹特征中的每个的第一参数将是与特定用户的关系的知识。

因此，使得指纹表示随时间例如从包括仅几个相关的指纹特征开始累积。当在数据库404中存储有足够的/预定数量的指纹特征时，也可以在验证处理中使用这些(随时间收集并且存储的)指纹特征。因此，在这种情况下，用户已经使用指纹感测系统400“在后台登记”，不必经历有时耗时的登记处理。因此，在一段时间后，指纹感测系统400可以通知用户也可以使用指纹感测系统400进行验证、购物等。

通常也由控制单元402执行的这样的验证处理将再次将在验证处理期间提取的指纹特征与存储在数据库404中的登记指纹特征进行比较。控制单元402输出作为结果的指示比较结果的信号。在肯定比较的情况下，该信号可以用于解锁移动电话100、用于使用邮件帐户和/或银行应用/客户端来认证用户。在否定比较的情况下，可以再次请求用户经历指纹验证/认证的处理。

本公开的控制功能可以使用现有的计算机处理器、或通过出于该目的或另一目的纳入适当系统的专用计算机处理器、或通过硬连线系统来实现。在本公开的范围内的实施例包括：程序产品，包括用于承载或在其上存储机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这样的机器可读介质可以是可以由通用计算机或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用的介质。作为示例，这样的机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储装置、或可以用于承载或存储具有机器可执行指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可以由通用计算机或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。当通过网络或另一通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)向机器传送或提供信息时，机器将该连接适当地视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被适当地称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或一组功能的指令和数据。

虽然附图可以示出顺序，但步骤的顺序可以不同于所描绘的顺序。此外，两个或更多个步骤可以同时或部分同时执行。这样的变体将取决于所选择的软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这样的变体皆在本公开的范围内。同样地，可以使用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成软件实现方式，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤。此外，尽管已经参照本发明的具体示例性实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的变更、修改等将变得显而易见。

此外，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，可以通过研究附图、公开内容和所附权利要求来理解并且实现所公开的实施例的变体。此外，在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除复数。