CN1183475C - 用来创建合成指纹图象的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种方法和设备，对于比一个指纹传感器的一个检测区域大的一个指纹区域产生指纹数据。通过响应把用户一个手指放置在指纹传感器的一个检测区域上多次并使手指对于每次放置稍微重新定位而产生指纹数据组来登记用户的指纹。该方法也包括处理指纹数据组，以在比指纹传感器的检测区域大的指纹区域上产生一个合成指纹数据组。该方法根据新指纹的至少一次检测和合成指纹数据组也可以扩展到新指纹对登记指纹的匹配。多个指纹特征位置数据组可以被产生，并且包括多个细节位置数据组、多个皮肤孔位置数据组、及与指纹脊流有关的多个特征位置数据组的至少一个。

Description

用来创建合成指纹图象的方法和设备

本申请基于提出于1999年5月11日的在先的共同待决临时申请序列号60/133,414。

技术领域

本发明涉指纹处理领域，并且更具体地说，涉及存储指纹数据的数据库和把一个新指纹与数据库匹配的领域。

背景技术

指纹匹配是一种用于个人识别或验证的可靠和广泛使用的技术。特别是，对于指纹识别的一种普通方法涉及扫描一个样本指纹或其一个图象、把它转换成电信号、及存储图象和/或指纹图象的独特特征。样本或新指纹的特征可以与已经在存储器中用于基准指纹的信息相比较，以确定或验证个人身份。

不幸的是，把一个样本指纹与大量基准指纹相比较可能过昂贵并且/或者的确占用太长时间。因而，一般把指纹以层次树的形式分类成多个分立组和/或子组，由此方便查找。例如，一种用于指纹的普通顶级分类根据宽脊图案类型把指纹分成如下类别：平常螺环、平常环、帐篷拱形等。而这些类别可以进一步划分成子类别。因而，要查找的指纹样本，一旦本身已经分类，就能更高效地只与在查找树的相应类别和子类别中的那些纹路相比较。例如，授予Levison等的美国专利No.5,465,303描述了广泛使用的Henry分类系统和Vucetich分类系统。

当指纹的原始拷贝质量较差时，纹路可能包含脊图案的多种局部失真，这些失真可能导致指纹的不正确定向。授予Hsu等的美国专利No.5,140,642提出一种用来根据发现脊流和分配一个方向代码确定指纹核心点的实际位置、校正脊流、及根据校正方向代码分配核心点的方法。按照如此方法，授予Hara的美国专利No.5,040,224公开了一种预处理指纹的方法，以便正确确定用于以后匹配细节图案的每个指纹图象核心的位置。

指纹细节、分支或分叉及指纹脊的端点经常用来确定在一条样本纹路与一个基准纹路数据库之间的匹配。例如，都授予Ho等的美国专利No.3,859,633和No.3,893,080提出基于指纹细节匹配的指纹识别。

授予Riganati等的美国专利No.4,151,512描述了一种使用抽取脊轮廓数据的指纹分类方法。从一个指纹图案识别和抽取在指纹图案中的脊流和细节数据。从脊轮廓数据抽取识别诸如三半径和核心之类的奇点、以及与这些点有关的脊流线踪迹的拓扑数据。抽取信息用来自动进行指纹图案的分类和/或指纹图案与存储在大型文件中的图案的匹配。

授予Setlak等且转让给本发明的受让人的美国专利No.5,845,005公开了一种在确定匹配的指纹索引和基准指纹的数据库查找领域中的显著进步。具体地说，计算一般对于较大量个人均匀分布和连续的索引值。索引值可以根据指纹的脊流曲率确定。公开了一种特别便利的索引，叫做卷曲索引，并且这种索引基于脊方向向量变化率的数值的集合。

Harkless等的国际公开申请No.WO98/46114旨在一种指纹验证系统，该系统包括两维试验图象数据与在以前登记过程期间获得的基准数据的比较。该系统包括连续偿试图象的分析以确定最有代表性的用户纹路，并且可以收集部分信息的一种合成，或者存储在估计期间交替偿试的多个模板。而且，Lee等的国际公开申请No.WO99/06942旨在一种包括得到带有至少一个孔和一个宏观特征的图象的指纹识别方法。

在集成电路指纹传感器领域中也已经取得其他重要进步，如例如在都转让给本发明的受让人的美国专利No.5,828,773和No.5,862,248中公开的那样。公开的传感器基于产生一个能不顾污染、皮肤表面损伤、及其他因素检测指纹的脊的电场。该传感器较紧凑，并且凹凸不平。

尽管在传感器技术方面和在指纹登记和匹配手段方面的改进，但处理仍是计算密集的，因而限制指纹检测的广泛使用。另外，检测一般需要一个较大传感器面积以保证准确的结果。传感器尺寸对传感器成本有重要影响，特别是对于新种类的集成电路指纹传感器。

发明内容

鉴于以上背景，因此本发明的一个目的在于，提供一种用来登记和/或匹配指纹、及减少计算和/或允许检测表面较小的方法和指纹传感器设备。

按照本发明的这种和其他目的、特征及优点通过一种用来对于一个指纹区域产生指纹数据的方法提供在一个实施例中，该指纹区域大于指纹传感器的检测区域。该方法最好包括通过响应把用户一个手指放置在指纹传感器的检测区域上多次并使手指对每次放置稍微重新定位而产生多个指纹数据组来登记用户的指纹。该方法最好也包括处理多个指纹数据组，以在比指纹传感器的检测区域大的指纹区域上产生一个合成指纹数据组。当然，该方法根据新指纹的至少一次检测和合成指纹数据组也可以扩展到新指纹与登记指纹的匹配。

匹配步骤可以包括把新指纹的预定数量次检测与合成指纹数据组相比较，以实现一种希望的性能，如希望的伪拒绝率、和/或希望的伪接收率。产生多个数据组的步骤最好包括产生多个指纹特征位置数据组。特征位置数据组可以包括多个细节位置数据组、多个皮肤孔位置数据组、及与指纹脊流有关的多个特征位置数据组的至少一个。

处理步骤可以包括对于每个数据组确定一个核心位置。另外，处理步骤可以包括在多个数据组中描述手指表面的失真。例如，描述失真的步骤最好包括计算与基准框或位置有关的指纹特征位置的面心，如指纹核心位置。

产生多个指纹数据组的步骤可以最好包括根据在一个预定时间内预定数量的指纹放置产生预定数量个指纹数据组。例如，预定数量可以在约2至5的范围内。

本发明的另一个方面涉及指纹传感器设备。指纹传感器设备最好包括一个指纹检测区域、和一个用来通过响应把用户手指放置在指纹检测区域上多次并使手指对每次放置稍微重新定位而产生多个指纹数据组来登记用户的指纹的登记电路。登记电路也最好处理多个指纹数据组，以在比指纹检测区域大的指纹区域上产生一个合成指纹数据组。

处理器最好进一步包括一个匹配确定电路，该电路用来根据新指纹的至少一次检测和合成指纹数据组确定在一个新指纹与一个登记指纹之间的匹配。匹配确定电路可以包括一个比较器，以便把新指纹预定数量次检测与合成指纹数据组相比较而实现一种希望的性能，如一个伪拒绝率和一个希望的伪接收率的至少一个。

登记电路最好产生多个指纹特征位置数据组。特征位置数据组可以是细节位置数据组、皮肤孔位置数据组、及/或与指纹脊流有关的特征位置数据组。

登记电路最好对于每个数据组确定一个核心位置，并且在多个数据组中描述手指表面的失真。电路可以通过计算与一个基准框或位置有关的指纹特征位置的面心，如指纹核心，描述失真。

附图说明

图1是一种笔记本计算机的立体图，该计算机包括一个指纹传感器和用于定义按照本发明的指纹检测设备的一个实施例的有关处理软件。

图2是按照本发明的指纹检测设备的示意方块图。

图3是按照本发明用来产生合成数据组的一种方法的流程图。

图4是按照本发明用来把一个新指纹与合成数据组相比较以确定匹配的一种方法的流程图。

图5至8是按照本发明用于多个指纹放置的指纹图象。

图9是按照本发明由叠置在一个新指纹图象上的图5-8的指纹图象的细节和特征位置数据组确定的合成/匹配图象。

具体实施方式

现在参照附图在下文将更充分地描述本发明，在附图中表示本发明的最佳实施例。然而，本发明可以以多种不同形式实施，并且不应该理解成限于这里叙述的实施例。而是，提供这些实施例，从而本公开将是彻底和完整的，并且向熟悉本专业的技术人员充分传达本发明的范围。类似的号码从头至尾指类似的元件。

最初参照图1和2，现在描述本发明的指纹检测设备20的一般元件和特征。如图1中所示，在一个实施例中的设备20包括一个安装在笔记本计算机35的键盘表面36上的指纹传感器30。笔记本计算机35也说明性地包括一个可折叠显示器37。指纹图象数据的处理可以在指纹传感器30上的处理电路与计算机的微处理器之间共享，如容易由熟悉本专业的技术人员理解的那样。

本发明可以允许一个适当授权人登记到一个用于计算机35的安全或存取控制过程中。可以登记一个或多个人，如下面将描述的那样。为了使用计算机35或访问某些文件，把用户的手指79放置在指纹传感器30上，并且相对于登记授权人确定匹配。如果没有确定匹配，那么拒绝操作计算机35的访问或对某些文件的访问，如容易由熟悉本专业的技术人员理解的那样。当然，如果确定匹配，则该人受到一种可见或可听告示的欢迎，并且同意访问。

指纹传感器30最好可以是使用活指纹的脊和谷的电场检测的类型的。况且，希望指纹传感器较紧凑，特别是对于与笔记本计算机35相结合的用途。例如，指纹传感器30可以是由本发明的受让人AuthenTec提供的一个集成电路电场传感器。适当指纹传感器的各种特征和属性在美国专利No.5,828,773、No.5,862,248、及No.5,940,526；和与此案同时提出的、标题为“Fingerprint Sensor With Ieadframe Bent PinConductive Path and Associated Methods”的美国专利申请代理工作文档号51508中描述，所有这些都受授予本发明的受让人。这些专利和专利申请每一个的主题这里通过参考并入其整体。

熟悉本专业的技术人员将认识到，按照本发明的设备20，除并入图1的示意性笔记本计算机35中之外，能以多种形式实施。例如，处理电路可以并入到指纹传感器30的集成电路中，或者可以包括在一个整体指纹传感器包的有关电路中。

更具体地参照图2，图示的设备20包括一个登记电路21和一个匹配确定电路22。在一些实施例中，这些电路的任一个可以在没有另一个的情况下操作；然而，合成数据组数据库43在两个电路之间共享。电路20、22能在在存储程序控制下操作的微处理器中实现，如由熟悉本专业的技术人员容易理解的那样。

来自指纹传感器30的指纹图象信息首先在特征位置数据组发生器40中处理，该发生器40对于预定数量次指纹放置产生数据组，每次放置稍微偏离前次放置。如由熟悉本专业的技术人员容易理解的那样，放置的变化可以自然发生，或者例如由在计算机35上的指示器引导。这样的手指定位引导指示进一步在美国专利No.5,828,773中描述，而在这里不必进一步讨论。

特征位置数据组可以基于指纹细节、指纹孔、或指纹脊流。指纹细节和孔位置被高度显影，如由熟悉本专业的技术人员理解的那样。指纹脊流分析和相关索引在例如美国专利No.5,845,005中描述。其他数据组也由本发明想到，如由熟悉本专业的技术人员认识到的那样。

要登记一个手指的数据组的数量可以视具体用途而变。对于多种用途，手指放置次数和数据组的对应数量可以是约2至5。数量最好方便于用户，但这提供本发明的优点。对于每次手指放置的数据组在一个一般由指纹检测区域定义的第一区域上产生。

特征位置数据组发生器40的后面是一个滤波器和皮肤失真处理块41。滤波器和皮肤失真处理块41可以除去多余的弱特征或人为特征免于处理。另外，处理块41可以确定指纹特征相对于基准的一个预定框的位置，如根据指纹核心。指纹核心的确定容易由熟悉本专业的技术人员理解，这里不需要进一步讨论。

例如对于不同数据组中的每个类似特征，可以计算一个面心。当然，皮肤失真将引起这些特征远离核心，显得有一个较大空隙。因而，例如根据离开核心的距离确定对于不同放置什么是相同特征的确定。熟悉本专业的技术人员将认识到能进行保证使连续数据组彼此相关的其他类似处理。

具体地说，在滤波器和皮肤失真处理块41之后，布置合成数据组发生器42。如由熟悉本专业的技术人员理解的那样，因为处理在稍微不同位置处的多次手指放置，所以合成数据组能对应于一个比用于每次手指检测的第一区域大的区域。该第一区域一般由指纹传感器30的检测区域的尺寸限制。换句话说，合成数据组的第二区域大于在登记期间手指的各次指纹检测的任何一个。因而，得到两个显著的优点。首先，能减小指纹传感器30的检测区域的尺寸。对于指纹传感器30的一个集成电路实施例，通过减小需要的检测区域能实现显著节省。

第二，可以缓解要匹配的手指的定位。换句话说，由于把新指纹特征组与一个较大合成数据组相比较，所以手指的定位不那么关键。能实现本发明这些提及优点的两个，或者能进行折衷。另外，也能实现所需计算的减少。

现在更具体地参照图2的下部，进一步描述匹配确定电路22。该电路22表示成连接到相同的指纹传感器30上，情况通常是这样。然而，在其他实施例中，也可以使用一个不同的、且或许具有不同的检测区域的指纹传感器。

指纹传感器30连接到新指纹特征位置数据组发生器41上。例如，该块41可以产生一组细节位置、孔位置、或脊流相关位置数据，如以上对于登记描述的那样。来自新指纹特征位置数据组发生器41的数据组输入到比较器45，比较器45同样也连接到合成数据组数据库43上。比较器45把新指纹特征位置数据组与已经存储的那些相比较，以确定匹配是否存在。用来确定匹配的各种处理算法容易由熟悉本专业的技术人员理解，而这里不需要进一步讨论。

如果确定在新指纹与存储在数据库43中的一个之间的正确匹配，则这可以由示意表明的匹配指示器46指示。例如，匹配指示器46可以是在笔记本计算机35的显示屏幕37上的一条消息。要不然或除此之外，一种匹配指示可以简单地通过同意用户访问或允许继续而指示。

现在转到图3的流程图，现在更详细地描述用来登记用户指纹的方法步骤。从开始(块50)起，在块52处用户把他的手指定位或放置在指纹传感器30上。指纹传感器具有一个第一区域。在块54处产生一个特征数据组。在块56处，确定已经定位手指的次数，并且如果次数不够，即小于希望数N，那么过程返回块52。

如果如在块56处确定的那样已经产生N个数据组，那么在块58处方法转到滤波器和描述皮肤失真，如以上更详细描述的那样。最好在一个预定时间段上收集N个数据组，以保证只有希望用户正在登记。换句话说，仅在一个预定时间期间打开学习或登记窗口，由此增大安全性，如由熟悉本专业的技术人员理解的那样。

在块60处，把一个合成数据组存储在一个数据库43中，并且过程停止(块62)。当然，对于要登记到数据库43中的多个用户可以重复该过程，如由熟悉本专业的技术人员容易理解的那样。

现在另外转到图4的流程图，更详细地描述的匹配新指纹的方法。从开始(块70)起，在块72处把手指定位在指纹传感器30上。在块74处产生一个新特征位置数据组。如果已经适当地定位手指，并且数据是可接收的，如在块76处确定的那样，则把新数据组与在数据库43中的合成数据组相比较。如果在块76处的位置或数据是不可接收的，那么用户可以重新定位他的手指79，并且重复该过程。如果在块80处确定匹配，则在过程终止(块98)之前，在块98处指示匹配。

另外，如由熟悉本专业的技术人员容易理解的那样，匹配可以包括把新指纹的预定数量次检测与合成指纹数据组相比较。可以确定匹配的数量以实现一种希望的性能，如一个希望的伪拒绝率、和/或一个希望的伪接收率。

如果在把新数据组与在合成数据库43中的数据组相比较之后，在块90处检查了重试R次数，并且如果重试R的数量小于一个预定阈值(块92)，则重复该过程。如果在块92处的重试数量大于该阈值，则在块94处指示失败，并且可以拒绝访问。

现在转到图5-8，表示对于一个正在登记的手指的一系列指纹图象。一个基准框100表示在图的每一个中。基准框基于指纹的核心，尽管没有表明不同图象的转动，但根据指纹细节的位置能容易地计算。各种细节布置在图象中，如由熟悉本专业的技术人员容易理解的那样。图6-8也包括包围相应细节点组的相应标明区域A、B和C。

标明区域A、B和C包括表明在图9的合成/匹配图象中的细节点。合成/匹配图象根据连续手指放置(图5-8)表示细节点的位置。另外，新指纹图象叠加在图中的细节上，如由熟悉本专业的技术人员理解的那样。如也由熟悉本专业的技术人员理解的那样，也能类似地处理和分析其他指纹特征。

得益于以上描述中的讲授和附图的熟悉本专业的技术人员，会想到本发明的多种修改和其他实施例。因此，要理解，本发明不限于公开的特定实施例，并且打算把修改和实施例包括在附属权利要求书的范围内。

Claims (32)

1.一种用来对于比一个指纹传感器(30)的一个检测区域大的一个指纹区域产生指纹数据的方法，该方法包括：

响应把用户一个手指(79)放置在指纹传感器的感应区域上多次并使手指对于每次放置稍微重新定位，产生多个指纹特征数据组；和

处理(60)多个指纹特征数据组，以在比指纹传感器的感应区域大的指纹尺寸上产生一个合成指纹数据组，包括通过相对于一个基准位置计算指纹特征位置的面心来描述多个指纹数据组中的手指表面失真。

2.根据权利要求1所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括产生多个细节位置数据组。

3.根据权利要求1所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括产生多个皮肤孔位置数据组。

4.根据权利要求1所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括产生与指纹脊流有关的多个特征位置数据组。

5.根据权利要求1所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括相对于一个基准框确定特征位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其中基准框基于一个指纹核心位置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中基准位置包括一个指纹核心位置。

8.根据权利要求1所述的方法，其中产生多个指纹特征数据组包括根据在一个预定时间内的预定次数的手指放置产生预定数量个指纹特征数据组。

9.根据权利要求8所述的方法，其中手指放置的预定数量包括在约2至5的范围内的一个数量。

10.根据权利要求1所述的方法，其中指纹传感器包括一个指纹感应集成电路。

11.一种用来使用一个指纹传感器的方法，包括：

通过响应把用户一个手指(79)放置在指纹传感器的一个感应区域上多次并使手指对于每次放置稍微重新定位而产生多个指纹数据组，来登记用户的指纹，并且其特征在于

处理(60)多个指纹特征位置数据组，以在比指纹传感器的感应区域大的指纹区域上产生一个合成指纹数据组，包括通过相对于一个基准框计算平均指纹特征位置来描述多个指纹数据组中的手指表面的失真；及

根据新指纹的至少一次感应和合成指纹数据组把一个新指纹与一个登记指纹相匹配(80)。

12.根据权利要求11所述的方法，其中匹配包括把新指纹的至少一次感应与合成指纹特征位置数据组相比较以实现一种希望的性能。

13.根据权利要求12所述的方法，其中希望的性能包括一个希望的伪接收率和一个希望的伪拒绝率的至少一个。

14.根据权利要求11所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括产生多个细节位置数据组。

15.根据权利要求11所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括产生多个皮肤孔位置数据组。

16.根据权利要求11所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括产生与指纹脊流有关的多个特征位置数据组。

17.根据权利要求11所述的方法，其中基准框基于一个指纹核心位置。

18.根据权利要求11所述的方法，其中基准框基于一个指纹核心位置。

19.根据权利要求11所述的方法，其中产生多个指纹特征位置数据组包括根据在一个预定时间内的预定次数的手指放置产生预定数量个指纹特征位置数据组。

20.根据权利要求19所述的方法，其中手指放置的预定数量包括在约2至5的范围内的一个数量。

21.根据权利要求11所述的方法，其中指纹传感器包括一个指纹感应集成电路。

22.一种指纹感应设备(20)，包括：

一个指纹感应区域(30)；和

一个登记电路(21)，用来通过响应把用户手指(79)放置在指纹感应区域上多次并使手指对于每次放置稍微重新定位而产生多个指纹特征数据组来登记用户的指纹，并且其特征在于，处理多个指纹特征数据组，以在比指纹检测区域大的指纹区域上产生一个合成指纹数据组；

所述登记电路包括滤波器和失真处理器，以通过相对于一个基准框计算指纹特征位置的面心来描述多个指纹特征数据组中的手指表面的失真。

23.根据权利要求22所述的指纹感应设备，进一步包括一个匹配确定电路(22)，用来根据新指纹的至少一次感应和合成指纹数据组确定一个新指纹对一个登记指纹的匹配。

24.根据权利要求23所述的指纹感应设备，其中所述匹配确定电路包括一个比较器(45)，用来把新指纹的至少一次感应与合成指纹特征数据组相比较，以实现一种希望的性能。

25.根据权利要求24所述的指纹感应设备，其中希望的性能包括一个伪拒绝率和一个希望的伪接收率的至少一个。

26.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中指纹特征数据组包括指纹特征位置数据组。

27.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中指纹特征数据组包括细节位置数据组。

28.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中指纹特征数据组包括皮肤孔位置数据组。

29.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中指纹特征数据组包括与指纹脊流有关的特征位置数据组。

30.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中登记电路对于每个数据组确定一个指纹核心位置。

31.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中基准框基于一个指纹核心位置。

32.根据权利要求22所述的指纹感应设备，其中登记电路根据在一个预定时间内的预定次数的手指放置产生预定数量个指纹特征数据组。

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