专利名称：未滚动按压的指纹的识别方法和仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及未滚动按压的指纹识别的一种方法及仪器。已知有许多方法和仪器可以用来识别指纹。通常手指压到一个合适的光学装置上，以产生反差，该装置例如利用棱镜及被抑制的全反射原理产生一个皮肤纹线的图像。例如一个数字灰度图像被记录下来，它可以转换为一个二进制的图像，并且用适当的算法被压缩为一种有相对小的存储量要求的生物测量学图案，它而后为识别的目的可以与一个相联系的数据库中所存储的手指图案相比较。用滚压的手指纹线进行指纹识别在公安领域已经很好地建立起来并且是被证明有效的。然而，不断增长的大量的非公安应用要求未滚动按压指纹。因为，在大多数情况下规定滚压指纹是不可能的或者是不希望的。事实上在许多情况下这在法律上也是禁止的。在未滚动按压指纹的情况下，这是正常应用所要求的，可是就出现一个非常严重的问题。也就是，如果手指对于它的纵轴的方位，即如果相对于图像记录表面手指出现一个转动，那么被识别的就是一个与完全的滚压指纹的全然不同的部分图像量，它是所用的手指的转动角的函数。在一种极端的情况下这可以意味着，手指表面的被探测的部分图像量，在手指围绕它的轴转动例如+20°和-20°时，导致这两个位置的一个公共图像相交量，它使得在实际上，当以不同的方式按下手指时，不可能利用作为评估基础的数学方法以足够的精确度去识别当事人。就是说，仍然包含在公共图像相交量中的信息，可能是太少以致不允许有可靠的识别。
本发明的任务是给出一种方法和一种仪器，使得能够克服这个严重的困难，并允许有一个大大增加的识别可靠性和精确度，而且对一个重要的图案用相对小的存储量需求就应可以进行。
根据本发明，用根据权利要求1中的一种方法及用根据权利要求9中的一种仪器解决了这个问题。一只手上的两个并置的手指的皮肤纹线图像被记录，这两个手指纵轴L1，L2的方位是要被确定的或是被确定了的，并且在这种情况下手指围绕它的纵轴的转动用一个导向器具而极大地避免了，因而手指实际上被保持在正常的位置，而且因而总是确定的与完全的滚压指纹图像几乎相同的部分图像量被探测，并且用合适的评估算法转换为一种减小了的数据量。通过此未扭转的位置和确定手指纵轴，结果使评估算法变得较为简单，因为在不被限定的手指纵轴的情况下，通常要求更为复杂的算法，并且它们是转动非依赖型的，也即洛伦兹不变的。根据本发明的方法，一方面给出了较简单的算法，而另一方面使得在同样的存储量时，确定更重要的图案是可能的。同时通过两个手指的图像信息的探测，错误接收率FAR与错误不受理率FRR得到了显著的改进。如果例如在一种方法中FAR是每个手指1∶1000，那么通过利用两个手指，识别的可靠性就是1∶1000000，或者，相反地，用两个手指的较简单的特征就可能获得同样的识别可靠性。
从属的权利要求涉及如下所列的本发明的有利的进一步的发展，即关于系统费用，存储量要求，识别可靠性的进一步改进以及关于图像记录的实现和评估也属此列。
下面对应具体装置和附图对本发明进行更详细的描述。它们表示
图1a-图1c未滚动按压指纹的部分图像量，它是围绕手指纵轴转动的函数，图2手指纵轴的一种确定，图3根据本发明的一种仪器，图4用于手指无转动支撑的作为导向器具的支撑面。
图5导向器具的另一示例。
图6一种支撑板它带有用于平行导向目的的横向停止面。
图7具有定位梁的支撑板。
图8具有传感器的前方停止器。
图9指纹纹心位置的确定。
图1说明未滚动按压的指纹的部分图像量，它是围绕手指纵轴L1转动W1的函数。图1a以图解方式给出一个手指1的截面图，它的部分图像量B0至B2作为围绕手指纵轴L1转动W1的函数被记录和评估。完全滚压指纹图像因此被伸展为面积A。在简单情况下，未滚动按压的手指支撑在图像记录板12上，依据转动角W1，获得不同的部分图像量B0至B4，如图1b和图1c所示。在未转动手指的情况下W1.1＝0，部分图像区B0被记录。
在图4和图5中以举例的方式说明的转动导向器具13用来把要记录的手指1，2尽可能地带到上面所说的位置B0。然而，如果只有一个手指并且以相对随机的方式放在一个图像记录板上，那么就会以随机的形式出现或多或少的大的转动角W1。
在手指大转动例如W1.1＝+20°和W1.2＝-20°的情况下，对应的大不相同的部分图像量B1和B2被记录，因此，公共图像面积即B1和B2的相交量S1是非常小的。因此，在上面所说的这个相交量S1中只有非常少的可被识别的特征，并且指纹的可靠的识别是不可能的。因此，例如甚至不可能去识别在例子B1中的指纹纹心位置C(图1b)。依据本发明在两个要记录的手指方位情况下，所说的转动被大大地减小到例如+3°到-3°，于是依据图1C的例子大部分相同的部分图像量B3，B4具有相当大的B3和B4的相交量S3被识别，它总是可靠地含有指纹纹心位置C，并且它因而允许一种简单的多的且更可靠的指纹识别和评估。
在评估中这可以例如这样来考虑，就是其中的算法对简化的评估只使用一个部分图像量，它对应一个相交量例如S3其W1＝+3°和-3°，或者对应一个相交量S5其W1＝+5°和-5°。这种选择也可以作为参数被输入进去。
图2说明了，如果两个要记录的手指1，2不是被限定的并且不是平行的而是相对自由地以一个张角δ被放在支撑板12上时，手指纵轴L1，L2的确定。为此目的对每个手指确定一条中心线L1与L2，并且因此能够近似地确定它们相对于正常方向N的方位α1，α2以及张角δ＝α1-α2。以这种方法指纹图像可以简单地各被计算回到正常的位置。
正象后面将进行解释的那样，如果要记录的手指1，2被对准正常方向N(即α1＝α2＝0)的话，根据本发明，识别是特别简单的和可靠的。
如前所述，本发明的原理是，两个要记录的手指是同样两次被导向或者被定位的-首先，使用导向器具13，以便尽可能地没有关于W1的转动，以及-第二，其中，手指纵轴L1，L2被检测并为更简单的评估而被使用。
在图4和图5中说明这种无转动导向器具13，而在图6和图7中进一步说明平行导向器。
图3以图解方式给出依据本发明为实施该方法的一种仪器，它有一个图像记录装置10，一个评估电子学系统14，评估算法15和一个相联系的存储对照指纹图案的数据库19。该仪器也还含有一个输入和输出器16(例如用于输入参数，用于操作导向器和结果显示)，以及连接到一个监控系统20。要记录的手指纹线例如通过在棱镜上的全反射来产生，它起着一种图像记录板12的作用。一个数字灰度图像以一种图像处理模数被记录下来，并由此推导出一个有着减小了的存储量的二进制图像，以及由此利用合适的算法确定了有着相对小的容量要求的生物测量学图案。该仪器有导向器具13，通过该导向器具，要记录的手指1和2对于它们的纵轴L1，L2以不转动的方式(W1≈0)被对准。因此，要记录的手指被定位平行于手的平面。要记录的手指的不转动对准首先是这样来完成的，即为图像探测的目的在支撑板12上使用两个并置的手指。
对应图4和图5对转动导向器具13的其它例子进行解释。根据图4，导向器具13可以例如由一个平面的支撑面31来构成，它用于至少一只手的四个手指1至4，即从食指到小拇指，因而所有四个手指被平直地且不转动地放在支撑面上，而在其中支撑面只有一部分表面面积12构成为用于两个要记录的手指1和2(例如食指和中指)的图像记录板。而另一种方案是一个支撑面32可以被提供用于整只手，因而整只手被平直地支撑并且所有手指1至4都不会扭转，正如图中作为另一方案所示的那样。
在图5中，支撑也可以这样来构成，即只有两个要记录的手指放在记录板12上(在这里例如中指2和无名指3)，而手的其余手指1，4通过合适的造形13形成弯曲且平行地对准在支撑板下方。
如图6和图7，还加上通过平行导向器具22，25使手指纵轴L1，L2被限定住。在特别有利的结构情况下，依靠对应的导向器表面确保要记录的手指的正常位置。根据图6，这是一个限定正常方向N(α＝0)的横向停止面22，一个要记录的手指1的外侧触到它时，手指就可以被平行地放在所说的正常方向上。当手指是靠紧的时候，手指2也就平行对准。
根据图7的另一个改型中，在正常方向N上提供一个薄的定位梁25，并且两个要记录的手指1，2之间的内面可靠着它放在它的两边。这样，这个薄梁25就被两个手指夹紧了。为了确保手指定位在定位梁的两侧，两侧的传感器26可以监控并确保同两个手指的接触。这样一种平行导向器具22，25的使用是特别有利的，因为它固定了手指对于探测光学单元的方位，并且因而使得评估算法相应地更简单了。
这并置的要记录的手指当然也可以是中指和无名指(2，3)或者是无名指和小拇指(3，4)。使用手指1和3或者2和4甚至也是可能的，但是它是不实用的，会是更复杂的并且会是较不太准确的。
作为附加的定位器具，图7和图8，从侧面看，示出一个带有压力传感器29的前方定位梁28，用此传感器可以去检测和控制例如1-3N的一个予先确定的接触压力范围或力的范围，并且为了图像记录的目的，手指必须被放置与其接触。有利的是，这个前方停止器只作用在手指头肚7上，因而手指1不用指甲靠紧，并且因而手指的位置不取决于不同的指甲长度。
通常，也可以用更多的传感器与导向器具共同来优化和控制根据本发明的要记录的手指的定位。
根据本发明，更多的几何参数可以被用来提高识别的精确度，如后面所描述的那样。这样，加之，对每个人成为典型的几何图形的手指外形也可以以这样的方法使用，即由单个的指纹图像来确定指纹纹心位置或者一些别的有关的参考点，例如重心并使它们彼此联系起来。
作为一个良好实例，图9示出两个手指的指纹纹心位置C1，C2作为重要的主要的生物测量学数据的使用，并且从指纹纹心位置也还可以确定作为测量参数的间距矢量，即间距R和它的方向b。加之，例如也还有指纹纹心位置相对于指关节折线F1，F2的间距D1，D2可以确定和使用，这里系指顶部指关节。
为了简化相关信息的查寻，这些关系个人的不变信息可以在查寻一个指纹数据库期间得到使用并且如此来大大加速，即数据库例如是这样被编排索引的，间距信息和角度信息以及主要的生物测量学数据是先于真正的全部指纹信息而首先被用于挑选所讨论的数据。不只使用两个手指的指纹纹心位置，当然三个或四个手指也可被用于识别的目的，正如图9中表示出的C3。
权利要求
1.用于识别未滚动按压的指纹图像的方法，其特征在于，一只手的至少两个并置的手指(1，2)的皮肤纹线的图像被记录，手指纵轴(L1，L2)的方位是确定的或将被确定，并且手指围绕它们的纵轴的转动(W1)用一种导向器具(13)而极大地被阻止，因而在每一识别过程中探测到被限定的与整个滚压的指纹几乎相同的部分图像量(B3，B4)，并通过评估算法转换为一个减小了的数据量。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，手指纵轴(L1，L2)是通过求得每个指纹图像的重心线来确定的，并且由此确定它们的方位角(α1，α2)和它们的张角δ＝α1-α2。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，手指纵轴(L1，L2)通过一个平行导向器具保持平行并且保持在正常方向N(α1＝α2＝0)。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于，确定两个要记录的手指(1，2)的指纹纹心位置(C1，C2)并且由此确定其间距(R)和其方向(β)。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，测定其它的生物测量学参数，例如指纹重心，间距(D1，D2)及顶部指关节的皮肤折线的相对位置等。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于，一个相联系的存有对照图案的数据库(19)是依据主要的生物测量学数据进行索引编排的。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，指纹纹心位置(C)，定位，角度和间距数据(D)被用作主要数据。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于，所限定的图像相交量(S，S3)被用来用评估算法(15)进行评估。
9.用于实施根据要求1的方法的仪器，其特征在于，提供一个有支撑板(12)的图像记录装置(10)，在它上面借助导向器具(13)两个要记录的手指(1，2)以相对它们的纵轴(L1，L2)不转动的方式被定位，以及提供一个具有评估算法的评估电子学系统和一个相联系的存有对照图案的数据库(19)。
10.根据权利要求9的仪器，其特征在于，用一个平的支撑面构成导向器具(13)，该支撑面用于一只手的至少四个手指(31)或者用于整只手(32)，其中一部分面积构成用作对两个要记录的手指(1，2)的一个图像记录板(12)。
11.根据权利要求9的仪器，其特征在于，一个确定正常方向(N)的横向停止面(22)被安置在支撑板上，并且一个要记录的手指的外侧面靠着它就可以放置在平行于正常方向。
12.根据权利要求9的仪器，其特征在于，一个在正常方向(N)上的定位梁(25)构成平行导向器具，在此两个要记录的手指(1，2)的内侧可以靠着它放置在它的两边。
13.根据权利要求12的仪器，其特征在于，在定位梁(25)两侧的传感器(26)监测与两个手指(1，2)内侧的接触。
14.根据权利要求9的仪器，其特征在于，提供一个用于较长的要记录的手指的前方停止器(28)。
15.根据权利要求14的仪器，其特征在于，前方停止器(28)是与较长的要记录的手指，在低于指甲处的指头肚(7)相接触的。
16.根据权利要求14的仪器，其特征在于，在前方停止器(28)上的一个确定的与手指接触的压力范围，例如1到2N是可以借助一个传感器(29)调整的。
全文摘要
为了更好的识别未滚动按压的指纹图像,一只手的两个并置的手指(1,2)的皮肤纹线图像被记录。其中手指纵轴(L1,L2)对于正常方向(N)的方位被确定下来,并且用一个导向器具(13)使手指围绕它们的纵轴的转动(W1)被极大地避免了。因而与整个滚动按压的指纹(A)几乎完全相符的确定的部分图像量(B3,B4)可以被探测,并可以用评估算法转换为一个减小了的数据量。这就可以实现高得多的识别可靠性而且有较小的存储要求和更简单的评估算法。
文档编号G06T7/00GK1199480SQ97191132
公开日1998年11月18日 申请日期1997年6月16日 优先权日1996年8月27日
发明者R·豪克 申请人:卡巴闭锁系统公开股份有限公司