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Hintergrund
der Erfindung
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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fingerabdruck-Abtastung
und -Abbildung. Insbesondere betrifft vorliegende Erfindung ein
System und ein Verfahren zum Erfassen eines Fingerabdruck-Bildes.
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Stand der
Technik
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Biometrie
ist eine Gruppe von Technologien, die einen hohen Grad an Sicherheit
liefern. Die Fingerabdruck-Erfassung und -Erkennung ist eine wichtige
biometrische Technik. Die Durchsetzung von Gesetzen, das Bankwesen,
die Stimmabgabe und andere Bereiche verlassen sich zunehmend auf
Fingerabdrücke
als ein biometrisches Maß,
um die Identität zu
erkennen oder zu verifizieren, vgl. Biometrics Explained, v. 2.0,
G. Roethenbaugh, International Computer Society Assn. Carlisle,
PA 1998, Seiten 1–34.
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Fingerabdruck-Abtaster
mit Kameras sind verfügbar,
die ein Bild eines Fingerabdrucks erfassen. Ein für das erfasste
Bild repräsentatives
Signal wird über
eine Datenkommunikations-Schnittstelle an
einen Host-Computer zur weiteren Bearbeitung gesendet. Beispielsweise
kann der Host eine eins-zu-eins oder eins-zu-vielen Fingerabdruck-Anpassung
ausführen.
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Um
ein Fingerabdruck-Bild elektronisch zu erfassen, wird eine Lichtquelle
typischerweise auf eine Fingerabdruck-Erfassungsfläche gerichtet,
die Licht von der Lichtquelle auf eine Kamera reflektiert. Die Fingerabdruck-Erfassungsfläche ist
im allgemeinen Glas. Ein Kontakt zwischen der Oberfläche eines Fingers
und der Fingerabdruck-Erfassungsfläche verursacht, dass das reflektierte
Licht repräsentativ ist
für den
Fingerabdruck des bestimmten Fingers, der auf die Fingerabdruck-Erfassungsfläche gestellt bzw.
gedrückt
ist. Diese Reflexion muss dann durch eine Kamera erfasst werden.
Die Intensität
des reflektierten Lichts verändert
sich stark in einem solchen System. Beispielsweise können Variationen aufgrund
der Herstellungstoleranzen und -Verfahren, die verwendet werden,
um die Lichtquelle zu erzeugen, die Intensität des auf die Fingerabdruck-Erfassungsfläche gerichteten
Lichtes beeinflussen. Eine solche Veränderung kann jedoch bestimmt
werden zur Zeit der Herstellung und kann in das Design des Systems
mit einbezogen werden. Andere Variationen können im Voraus nicht bestimmt
werden, und so müssen
sie im Feld kompensiert werden.
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Beispielsweise
spielt die Qualität
des Kontaktes zwischen einem Finger und der Fingerabdruck-Erfassungsfläche eine
große
Rolle bei der Intensität
des reflektierten Lichts. Eine sehr trockene Hautfläche auf
einer sauberen Fingerabdruck-Erfassungsfläche kann zu einem geringen
Intensitätspegel des
reflektierten Lichtes führen.
Auf der anderen Seite kann eine ölige
Hauptfläche
und/oder eine weniger saubere Fingerabdruck-Erfassungsfläche zu einem hohen
Grad an reflektiertem Licht führen.
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Als
Ergebnis der obigen Veränderungen
wird ein Fingerabdruck-Abtastsystem und ein Verfahren benötigt, das
ein akzeptables bzw. annehmbares Fingerabdruck-Bild liefert bzw.
erfasst. Um einen effektiven und einfach zu verwendenden Fingerabdruck-Scanner
herzustellen, ist es wünschenswert, dass
ein solches System und Verfahren zum Erfassen eines akzeptablen
Fingerabdruck-Bildes mit wenig benötigtem Benutzer-Input implementiert
wird.
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Das
Dokument WO 99126187 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
der Ansprüche
1 und 13.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch
1 angegeben.
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Aus
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
gemäß Anspruch
13 angegeben.
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Ein
Verfahren zum Erfassen eines akzeptablen Fingerabdruck-Bildes ist
in einer Ausführungsform
offenbart. Dieses Verfahren weist einen Schritt des Erfassens eines
ursprünglichen
Fingerabdruck-Bildes bei einer nominellen Bild-Integrationszeit
auf. Wenn dieses ursprüngliche
Fingerabdruck-Bild aufgenommen bzw. erfasst ist, wird ein erstes
Zwischen-Fingerabdruck-Bild
bei einer ersten Zwischen-Bild-Integrationszeit aufgenommen. Als nächstes wird
ein Bild-Dunkelheitstest durchgeführt, gefolgt von einem Bild-Schärfetest.
Wenn einer oder mehr dieser Tests bzw. Untersuchungen anzeigen, dass
das erste Zwischen-Fingerabdruck-Bild nicht akzeptabel ist, wird
ein nachfolgendes Zwischen-Fingerabdruck-Bild bei einer nachfolgenden
Zwischen-Bild-Integrationszeit aufgenommen. Dieses nachgeordnete
Zwischen- Fingerabdruck-Bild
kann aufgenommen werden bevor die Bildschärfe-Überprüfung durchgeführt wird.
Zusätzliche
Zwischen-Fingerabdruck-Bilder können
aufgenommen werden bis ein Bild, das einen akzeptablen Dunkelheitspegel
ebenso wie einen akzeptablen Schärfepegel
hat, aufgenommen wurde. Diese zusätzlichen Zwischen-Fingerabdruck-Bilder
können
bei erhöhten Zwischen-Integrationszeiten
aufgenommen werden.
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Die
Zwischen-Integrationszeiten können
abgeleitet werden von der nominellen Bild-Integrationszeit durch Multiplizieren
der nominellen Bild-Integrationszeit mit Vielfachem von 1/7 der
nominellen Bild-Integrationszeit.
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Ein
Verfahren gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung kann aufweisen das Berechnen von Durchschnitts-Dunkelheitswerten
für eine
Anzahl von Bild-Dunkelheits-Testlinien.
Sobald diese Bild-Dunkelheitswerte berechnet sind, werden akzeptable
Gesamt-Bild-Dunkelheit-
und akzeptable Bild-Dunkelheit-Verteilungswerte geprüft. Die
Gesamt-Bild-Dunkelheit
kann geprüft
werden durch Berechnen von Bild-Dunkelheitswerten für eine Anzahl von
Bild-Dunkelheitslinien, die in Paaren von Bild-Dunkelheitslinien
angeordnet sind, wobei die Paare von Bild-Dunkelheitslinien in einem
erwarteten Bild-Erfassungsbereich liegen. Als nächstes wird verifiziert, dass
eine vorbestimmte Anzahl der Bild-Dunkelheits-Testlinien zugeordnete
berechnete Durchnitts-Dunkelheitswerte haben, die einen Dunkelheits-Schwellenwert überschreiten.
Die vorbestimmte Anzahl kann acht sein.
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Unterdessen
können
akzeptable Bild-Dunkelheit-Verteilungswerte bewertet werden durch
Bestimmen einer Kantenzahl für
jede der Bild-Definitions-Prüflinien,
und sodann überprüfen, dass
die Bilddefinition akteptabel ist, basierend auf den Kantenzahlen.
Diese Kantenzahlen können
für jede
einer vorbestimmten Anzahl bestimmt werden, beispielsweise fünf, und
zwar der vertikalen Bild-Definitions-Prüflinien und für jede einer
vorbestimmten Anzahl, beispielsweise sieben, von horizontalen Bildschärfe-Prüflinien.
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Auch
offenbart ist ein Fingerabdruck-Scanner zum Aufnehmen eines annehmbaren
Fingerabdruck-Bilds, der eine Kamera aufweist, die ein Fingerabdruck-Bild
bei einer nominellen Bild-Integrationszeit aufnimmt und ein erstes
Zwischen-Fingerabdruck-Bild bei einer ersten Zwischen-Bildintegrationszeit
aufnimmt, ebenso wie einen Prozessor, der einen Bild-Dunkelheitstest und
einen Bild-Schärfetest
durchführ.
Solch ein Fingerabdruck-Scanner kann ferner ein nachfolgendes Zwischen-Fingerabdruck-Bild
bei einer nachfolgenden Zwischen-Integrationszeit
aufnehmen, wenn der Prozessor einen Bild-Dunkelheitstest durchführt, der
zu einem nicht-akzeptablen Dunkelheitswert führt. Die Kamera des Fingerabdruck-Scanners
kann fortfahren, zusätzliche
nachfolgende Zwischen-Integrationszeiten aufzunehmen bis der Prozessor einen
Bild-Dunkelheitstest durchführt,
der zu einem akzeptablen Dunkelheitswert führt. Diese Zwischen-Integrationszeiten können abgeleitet
werden von der nominellen Integrationszeit in einer Weise, die gleich
derjenigen ist, die in Verbindung mit dem hier offenbarten Verfahren verwendet
wird.
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Die
Kamera des Fingerabdruck-Scanners setzt die Aufnahme nachfolgender
Zwischen-Fingerabdruck-Bilder
an nachfolgenden Zwischen-Integrationszeiten fort bis der Prozessor
einen Bild-Dunkelheitstest und einen Bild-Schärfetest durchführt, die beide
zu akzeptablen Bild-Dunkelheits-
bzw. Schärfe-Werten
führen,
und zwar für
ein einzelnes Zwischen-Fingerabdruck-Bild bis eine maximale Zwischen-Integrationszeit
erreicht ist.
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Ein
Fingerabdruck-Scanner gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die hier beschriebenen Bild-Dunkelheit-
und Bild-Schärfetests
durchführen.
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Weitere
Ausführungsformen,
Merkmale und Vorteile der Erfindung ebenso wie der Aufbau und die Operation
der verschiedenen Ausführungsformen der
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen
beschrieben.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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1A, 1B und 1C sind
Erläuterungen
von drei Fingerabdruck-Bildern mit unterschiedlichen Lichtpegeln.
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2A ist
eine Erläuterung
eines Fingerabdruck-Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2B und 2C erläutern ein
Beispiel des äußeren Erscheinens
eines mobilen handgehaltenen Fingerabdruck-Scanners gemäß 2A
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3 ist
eine Erläuterung
eines Verfahrens zum Aufnehmen eines akzeptablen Fingerabdruck-Bildes
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4A erläutert eine
Routine zum Testen von Bild-Dunkelheit 400 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4B erläutert eine
Anordnung von Bild-Prüflinien,
die in einem Bild-Dunkelheitstest gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden.
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5A ist
eine Erläuterung
einer Routine bzw. eines Verfahrens zum Überprüfen einer Bildschärfe gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5B erläutert eine
Anordnung von Bildschärfe-Testlinien,
die in einem Bild-Schärfe-Test
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Terminologie
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Der
Ausdruck "Fingerabdruck-Scanner" wie er hier verwendet
wird, wird so verwendet, dass er sich auf einen Fingerabdruck-Scanner
bezieht, der einen Fingerabdruck abtastet und sodann die Bilddaten
verarbeitet oder die Bilddaten an einen Host-Prozessor sendet. Solch
ein Fingerabdruck-Scanner kann ein entfernter Fingerabdruck-Scanner
sein, wobei "entfernt" ausdrücken soll,
dass die Fingerabdruck-Abtastung an einem Ort stattfinden kann,
die physikalisch getrennt ist von dem Host-Prozessor. Ein entfernter
Fingerabdruck-Scanner und ein Host-Prozessor können physikalisch getrennt
angenommen werden, auch wenn sie durch ein Daten-Interface, permanent
oder in anderer Weise verbunden werden können.
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Wie
hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Fingerabdruck-Aufnahmezeitpunkt" auf einen einzelnen
Akt der Aufnahme eines Fingerabdruck-Bildes mit einem Fingerabdruck-Scanner.
Dieser Ausdruck wird nicht so verstanden, das irgendwelche zeitliche
Beschränkungen
impliziert, sondern ist anstelle dessen beabsichtigt, sich auf den
Zeitpunkt, zusammen mit den bestimmten Eigenschaften des Zeitpunkts,
zu beziehen, die sich von Zeitpunkt zu Zeitpunkt verändern können. Solche
Eigenschaften weisen auf den bestimmten Finger und seine physikalischen
Eigenschaften ebenso wie andere Faktoren, wie die Sauberkeit der
Bild-Erfassungsfläche, die
eine Fingerabdruck-Erfassung beeinflussen können.
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Der
Ausdruck "Fingerabdruck-Bild", wie er hier verwendet
wird, wird so verwendet, dass er sich auf jeden Typ von erfasstem
Fingerabdruck-Bild bezieht, der ein Bild von allen oder einem Teil
eines oder mehrerer Fingerabdrücke,
einen gerollten Fingerabdruck, einen flachen stationären Fingerabdruck,
einen Handflächen-Druck,
und/oder Abdrücke von
mehrfachen Fingern umfasst, aber darauf nicht beschränkt ist.
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Wie
hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "akzeptables Fingerabdruck-Bild" auf ein Fingerabdruck-Bild,
das sowohl akzeptable Dunkelheits- als auch akzeptable Schärfewerte
hat. Die bestimmten akzeptablen Dunkelheits- und Schärfewerte
sind nicht kritisch und können
durch einen Fachmann auf diesem Gebiet bestimmt werden, dem diese
Offenbarung, wie sie hier diskutiert wird, gegeben wird.
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Auto-Erfassungs-System
und Verfahren
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1A bis 1C sind
Erläuterungen
von drei Fingerabdruck-Bildern mit unterschiedlichen Lichtpegeln.
Das Fingerabdruck-Bild in 1A ist
im Vergleich dunkler als die der 1B und 1C in einer
Anzahl von Stellen. In dem Fingerabdruck-Bild von 1A sind
benachbarte Kanten nicht unterscheidbar, da die Täler zwischen
solchen Kanten in dem Bild nicht gesehen werden können. Solch
eine Situation tritt auf aufgrund einer Übersensitivität einer Kamera
für ein
bestimmtes reflektiertes Bild, wie nun beschrieben wird hinsichtlich
eines Fingerabdruck-Scanners
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2A ist
eine Erläuterung
eines Fingerabdruck-Scanners 200 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Fingerabdruck-Scanner 200 weist auf eine Lichtquelle 205.
Die Lichtquelle 205 kann ein oder mehrere Licht-imitierende
Dioden (LEDs) umfassen. Alternativ kann die Lichtquelle ein anderer
Typ von Lichtquelle sein, der geeignet ist zur Verwendung in einem
Fingerabdruck-Scanner, wie es sich für einen Fachmann auf diesem
Gebiet darstellen würde,
der diese Beschreibung hat. Die Lichtquelle 205 richtet Licht
auf eine Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210. Die
Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210 ist
aus einem transparenten oder semi-transparenten Material, auf welches
ein Finger gelegt oder gestellt werden kann, um zu veranlassen,
dass Licht von der Lichtquelle 205 zu einer Kamera 215 reflektiert
wird. Die Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210 kann Glas
sein, obwohl andere Materialien, die sich für einen Fachmann auf diesem
Gebiet erschließen,
verwendet werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Wie
oben beschrieben, ist das zu der Kamera 215 durch die Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210 reflektierte
Licht repräsentativ
für den
Kontakt eines Fingers mit einer Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210. Insbesondere
führt ein
Kontakt der Kanten auf einem Finger mit Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210 dazu,
dass Licht in Bereiche reflektiert wird, die dem Kontakt entsprechen.
Somit spielt die Qualität
des Kontakts eine Rolle bei der Quantität des reflektierten Lichts.
Die Kontaktqualität
wird beeinträchtigt
durch die Trockenheit der Haut des Objektes, die Sauberkeit der
Fingerabdruck-Kontaktfläche 210,
der durch das Subjekt aufgebrachte Druck und dergleichen. Die Kamera 215 erfasst
das reflektierte Licht innerhalb beispielsweise eines Feldes von
fotoempfindlichen Pixeln. Das Bild wird dann in einem Speicher 220 gespeichert.
Der Speicher 220 kann sowohl einen nichtflüchtigen
als auch einen flüchtigen
Speicher umfassen.
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In
einem Beispiel weist der Speicher 220 einen nichtflüchtigen
Speicher auf, der den ausführbaren
Code speichert, der notwendig ist zum Betrieb der Vorrichtung und
einen flüchtigen
Speicher zum Speichern von Daten, die das aufgenommene Bild darstellen.
Irgend ein Typ von nichtflüchtigem
Speicher kann verwendet werden, beispielsweise ein elektrisch löschbarer
Nur-Lese-Speicher (EEPROM) oder ein optisch löschbarer Nur-Lese-Speicher (Flash- EPROM), obwohl die
Erfindung nicht auf diese spezifischen Typen von nichtflüchtigem
Speicher beschränkt
ist. Ein flüchtiger
Speicher kann ein Zufalls-Zugriffs-Speicher (RAM) sein zum Speichern
erfasster Fingerabdruck-Bilder. Beispielsweise kann das Bild gespeichert
werden als ein Feld von Werten, die Grauskalen-Werte darstellen,
die mit jedem Pixel verknüpft
sind. Andere Typen von Speicher (Flash-Speicher, Floppy-Drives,
Disks, Mini-Floppy-Drives, etc.) können in alternativen Ausführungsformen
der folgenden Erfindung verwendet werden. Ein flüchtiger Speicher kann Mini-Floppy-Drives
(wie sie z.B. von Sandisk Corp. oder Intel Corp. verfügbar sind)
aufweisen. Auf diese Weise können
mehrfache Abdrücke
lokal gespeichert werden. Dies ist insbesondere wichtig bei der
Grenzkontrolle, der kriminellen Szene und Unfall-Gutachtungsanwendungen.
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Obwohl
die Kamera 215 auf Licht reagiert, das von der Fingerabdruck-Erfassungsfläche 210 reflektiert
ist, wird die Pixel-Lichtintensität in einen Dunkelheitswert
umgewandelt, sodass das gespeicherte Bild wie diejenigen ist, die
in 1A bis 1C erscheinen.
Mit anderen Worten wird das gespeicherte Bild dargestellt durch
dunkle Pixel, wo Licht dargestellt war, so dass ein Bild des aktuell
empfangenen Lichtmusters als ein "Negativ" dessen erscheinen würde, das in 1A bis 1C gezeigt
ist. Alternativ könnte
das gespeicherte Bild mit aktuellen empfangenen Lichtpegeln korrespondieren,
ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Kamera 215 kann
ein 1 inch × 1
inch Feld von 500 × 500
Pixeln aufweisen. Andere Größen von
Feldern können auch
verwendet werden, beispielsweise 620 × 480 Pixel Felder, ohne vom
Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Kamera 215 kann
ein CMOS Quadrat-Pixel-Feld sein. Beispielsweise kann eine CMOS-Kamera,
hergestellt von Motorola Corp., verwendet werden. Die Kamera 215 hat
eine Empfindlichkeit auf Licht, die durch eine Integrationszeit gesteuert
wird. Die Integrationszeit ist die Länge der Zeit, in der die Pixel
in der Kamera 215 Licht sammeln. Eine längere Integrationszeit bedeutet
mehr gesammeltes Licht und somit ein helleres Bild (oder dunkleres
Bild nach Wandlung). Bevor die verbleibenden Elemente in dem Fingerabdruck-Scanner 200 von 2 diskutiert werden, wird die Beziehung zwischen
der Integrationszeit und dem erfassten Bild in Verbindung mit dem
Fingerabdruck-Bildern von 1A bis 1C diskutiert.
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Die
in 1A bis 1C erläuterten
Fingerabdruck-Bilder erläutern,
wie die Qualität
eines aufgenommenen Fingerabdrucks durch die Integrationszeit der
Kamera beeinflusst wird. Das Fingerabdruck-Bild von 1A ist
dunkler als das von 1B. Diese gesteigerte Dunkelheit
kann gekennzeichnet sein als eine Überempfindlichkeit auf Licht durch
die Erfassungskamera, wobei man berücksichtigt, dass das Bild,
das durch die Kamera empfangen wird, das Negativ des in der Figur
gezeigten Bildes ist. Diese Übersensibilität kann durch
Verkürzen
der Integrationszeit korrigiert werden. Durch einfaches Verkürzen der
Integrationszeit kann ein Bild, wie das von 1B für den selben
Fingerabdruck-Erfassungsmoment erzeugt werden. Das Fingerabdruck-Bild
von 1B ist überlegen
in der Qualität von 1A,
da die kürzeren
Integrationszeiten zu einer geringeren Sättigung von Pixeln in der Kamera führen, während noch
ein hoher Grad von Fingerabdruck-Bildern erfasst wird. Unterdessen
ist das Fingerabdruck-Bild von 1C heller,
bzw. lichter als das von 1B. Dies
kann charakterisiert werden als eine Unter-Empfindlichkeit von Licht
durch die Erfassungskamera. Diese Unterempfindlichkeit führt zu einem
Verlust von mehreren Kanten über
das erfasste Bild in 1C. Wie bei 1A kann
die Empfindlichkeit der Erfassungskamera eingestellt werden durch
Verändern
ihrer Integrationszeit. Durch Verlängern der Integrationszeit
der Erfassungskamera kann mehr Licht gesammelt werden und ein Bild ähnlich 1B kann
erfasst werden. Somit sind 1A bis 1C repräsentativ
für Fingerabdruck-Bilder,
die aufgenommen werden während
eines einzelnen Fingerabdruck-Erfassungsmoments zu unterschiedlichen
Integrationszeiten.
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Zwei
Punkte sollten beachtet werden bei den Bildern der 1A bis 1C.
Der erste ist, dass die Differenzen zwischen den Bildern die Veränderungen in
der Qualität
erläutern
sollen und in keiner Weise beabsichtigt sind, einen besonderen Qualitätslevel zu
implizieren, der erforderlich ist bevor ein Bild als "akzeptabel" betrachtet ist.
Mit anderen Worten, 1B soll ein Image mit verbesserter
Qualität
der Bilder 1A und 1C erläutern, aber
wird nicht so verstanden, dass es die Qualität erläutern soll, die benötigt wird,
um ein akzeptables Fingerabdruck-Bild zu liefern. Fingerabdruck-Bild-Akzeptanz
wird bestimmt durch bestimmte Lichtpegel und Kantenzahl-Details, wie man
sie durch die unten beschriebenen Dunkelheits- und Kantenzahl-Tests
bestimmen kann. Somit können
die Fingerabdruck-Bilder von 1A und 1C als
akzeptable Fingerabdruck-Bilder betrachtet werden, wenn dieser Ausdruck
hier verwendet wird. Der zweite Punkt ist, dass die Bilder von 1A bis 1C einem
bestimmten Fingerabdruck-Erfassungsmoment
entsprechen. Die Integrationszeit entsprechend 1B könnte genau so
einfach ein Bild wie das von 1A erzeugen, und
zwar in einem nachfolgenden Fingerabdruck-Erfassungsmoment. Da viele der Variablen,
die die Qualität
des erfassenden Fingerabdruck-Bildes
beeinflussen, zwischen Fingerabdruck-Erfassungsmomenten variieren,
sollte eine optimale Integrationszeit bestimmt werden bei jedem
Mal, wenn ein Fingerabdruck-Bild erfasst wird, wie es ausführlicher
wo anders beschrieben wird.
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Zurückkehrend
auf den Fingerabdruck-Scanner 200 von 2A ist
ein System-Controller (auch als Prozessor bezeichnet) 225 inbegriffen.
Der System-Controller 225, der den in Speicher 220 gespeicherten
ausführbaren
Code verwendet, ist geeignet, die notwendigen Funktionen durchzuführen, die
mit dem Vorrichtungsbetrieb verknüpft sind, wie z.B. die Bildsensor-Steuerung in Reaktion
auf eine benutzte Eingabe. Der System-Controller 225 führt die
mit der Erfassung eines akzeptablen Fingerabdruck-Bildes verbundenen
Tests durch, wie es nachstehend ausführlich erläutert ist.
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Wie
es sich für
einen Fachmann auf diesem Gebiet ergibt, sind andere Typen von Speicher, Schaltungseinrichtung
und/oder Verarbeitungsfähigkeit
in dem Fingerabdruck-Scanner 200 mit inbegriffen, von denen
Beispiele einen Rahmen-Greifer und einen Analog-Digital-Wandler
umfassen.
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Auch
inbegriffen in dem Fingerabdruck-Scanner 200, der in 2 gezeigt ist, ist eine Leistungsversorgung 230,
eine Schnittstelle 240 mit universellem Serien-Bus (USB),
Anzeigeeinrichtung 235 und Benutzer-Eingangssteuerung 236 (wobei die
letzteren als Indikatoren und Knöpfe
in 2B gezeigt sind).
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Während ein
USB-Interface verwendet wird in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen
ist die Erfindung nicht auf ein solches Interface beschränkt. Ein
Kommunikations-Interface kann verwendet werden. Beispielsweise kann
ein IEEE 1394 Hochleistungs-Serienbus-Interface RF-Interface oder
sogar ein proprietäres
Interface verwendet werden, ohne von der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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2B und 2C erläutern ein
Beispiel des äußeren Erscheinens
einer mobilen, handgehaltenen, entfernten Fingerabdruck-Scannervorrichtung gemäß 2A.
Der Fingerabdruck-Scanner 202 ist ergonomisch ausgelegt,
um sich der Hand natürlich anzupassen.
Die langgestreckte, zylindrische Form (ähnlich einem Blitzlicht) enthält keine
scharfen Kanten. Die Vorrichtung ist klein genug, um von großen oder
kleinen Händen
ohne schwierige oder unnatürliche
Bewegung gegriffen zu werden. Die Vorrichtung ist komfortabel zu
verwenden, ohne Muskelanspannung auf den Benutzer oder dem Subjekt.
In einem Ausführungsbeispiel
hat der Fingerabdruck-Scanner 202 Maße von 1,5 × 8,0 × 1,5 inch
(Höhe × Länge × Breite),
wiegt etwa 340 Gramm (12 oz.) und hat eine Bild-Erfassungsfläche 210 von
einer Größe von 1'' × 1''.
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Der
Fingerabdruck-Scanner 202 hat Steuerungen und Statusindikatoren
auf der Vorderfläche der
Einheit für
einen einzelnen (links oder rechts) Handbetrieb. Die nicht einschüchternde
Erscheinung des Fingerabdruck-Scanners 202 ist so ausgelegt, dass
sie einem typischen Blitzlicht ähnelt,
einer Vorrichtung, die im Allgemeinen für die Öffentlichkeit nicht bedrohlich
ist. Der Fingerabdruck-Scanner 202 hat keine scharfen Kanten
und ist aufgebaut aus einem leichtgewichtigen Aluminiumgehäuse, das
beschichtet ist mit einem Polymer, um der Vorrichtung eine "gummiartige" Anmutung zu geben.
Da der Fingerabdruck-Scanner 202 klein und leichtgewichtig ist,
kann er getragen werden auf dem Nutzgurt eines Benutzers, der ein
Fahrzeug verlässt.
Die Vorrichtung ist für
einen Handgebrauch ausgelegt, die es dem Benutzer ermöglicht,
eine Hand frei für
Schutzaktionen zu haben. Der Fingerabdruck-Scanner 202 ist
ausgelegt für
unruhige Umgebung, um Themen wie einen dramatischen Temperaturabfall
oder nicht beabsichtigten Missbrauch zu behandeln.
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Der
Fingerabdruck-Scanner 202 enthält einen einfachen Druckknopf
und einen Satz von 3 LEDs, die eine Benutzer-Aktivierung und Status-Indikation
liefern. Der Benutzer muss nur einen Knopf drücken, um die Einheit zu aktivieren.
Sobald er aktiviert ist, erwartet der Fingerabdruck-Scanner 202 einen
Finger, der auf die Fingerabdruck-Erfassungsfläche geführt werden muss. Das digitale
oder analoge Bild wird automatisch erfasst, wenn ein akzeptables Bild
erfasst ist. Das Bild wird dann geprüft auf Qualität der Daten,
bevor es dem Operator mit einer Anzeige (z.B. visuelle Anzeige und/oder
hörbarer
Ton) zur Akzeptierung bekannt gegeben wird. Eine Routine zum automatischen
Erfassen eines akzeptablen Fingerabdruck-Bildes kann durchgeführt werden
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie anderswo hier diskutiert ist. Die Einheit sendet
einen Ton aus, um einen vervollständigten Prozess anzuzeigen.
Der Offizier kann die Einheit in eine Docking-Station blind einführen, während er
seine Augen zur Sicherheit auf dem Objekt hält. Sobald er in der Docking-Station Platz
genommen hat, wird der Fingerabdruck automatisch übertragen
auf einen mobilen Computer ohne die Vermittlung des Operators. Das
erfasste Bild kann skaliert werden, um einer vom FBI gelieferten
Software zu entsprechen (und zwar angepasst auf 512 Pixel × 512 Pixel),
obwohl die Standard-Bildgröße 1'' × 1'', 500 dpi, 256 Pegel von Grau-Skala (ANSI-NIST)
umfasst. Andere Details des Fingerabdruck-Scanners 202 können in
der gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung 09/430,296, mit dem Titel Hand-Held-Fingerprint Scanner
With On-Board Image Normalization Data Storage, eingereicht am 29.
Oktober 1999 (Anwalts Aktenzeichen Nr. 1823.0100000), entnommen
werden.
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Der
Fingerabdruck-Scanner 202 wird in irgend einer Hand gehalten
und verwendet, um einen Fingerabdruck einer Person aufzunehmen.
Der Fingerabdruck wird aufgenommen bzw. erfasst von einem kooperativen
Individuum (Zugang von vorne) oder einem nicht-kooperativen Individuum)
Handschellen-Subjekt – gewöhnlich mit
Gesicht nach unten). Der Fingerabdruck-Scanner 202 kann mit einer Hand
betrieben werden, was es dem Offizier ermöglicht, eine Hand für Schutzaktionen
frei zu haben. Der Offizier benötigt
keine Fingerabdruck-Kenntnis, um den Fingerabdruck zu erfassen.
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Wie
oben beschrieben, kann die Integrationszeit der Kamera 215 in
dem Fingerabdruck-Scanner 202 eingestellt werden, um Lichtpegel-Änderungen
zu kompensieren, die durch Variationen der Kontaktqualität zwischen
einem Finger und der Fingerabdruck-Erfassungsfläche während eines bestimmten Fingerabdruck-Erfassungsmomentes
eingeführt
werden. Eine solche Kompensation kann automatisch geschehen, d.h.
ohne Input von Operator, und zwar in der Fingerabdruck- Scanner 202 gemäß einem Verfahren,
das als nächstes
beschrieben wird.
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3 ist
Erläuterung
einer Routine 300 zum Erfassen eines akzeptablen Fingerabdruck-Bildes gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 305 wird ein
ursprüngliches Fingerabdruck-Bild
aufgenommen mit einer nominellen Integrationszeit. In einem Schritt 305 wartet
der Fingerabdruck-Scanner auf die Gegenwart eines Fingers. Somit
bringt der Schritt 305 mit sich, dass der Fingerabdruck-Scanner
kontinuierlich Bilder mit der nominellen Integrationszeit aufnimmt
bis die Gegenwart eines Fingers erfasst ist. Die Gegenwart eines Fingers
wird erfasst durch Durchführen
eines Dunkelheitstestes, nachdem jedes Bild mit der nominellen Integrationszeit
aufgenommen ist. Sobald das Ergebnis eines Dunkelheitstestes positiv
ist, das bedeutet, dass ein Fingerabdruck-Bild mit ausreichender
Dunkelheit erfasst wurde, ist ein ursprüngliches Fingerabdruck-Bild
aufgenommen, wodurch der erste Schritt 305 beendet ist.
Der Dunkelheits-Test, der verwendet wird, kann ein Dunkelheits-Test
gemäß der vorliegenden
Erfindung sein, die nachstehend ausführlicher in Verbindung mit 4A und 4B beschrieben
ist. Die nominelle Integrationszeit kann eine Integrationszeit sein,
die erwartet wird, um eine Erfassung eines akzeptablen Fingerabdruck-Bildes, basierend
auf der Intensität
der verwendeten Lichtquelle und der Empfindlichkeit der Kamera zu
erfassen, wobei irgendwelche Veränderungen,
aufgrund der Qualität
des Kontaktes zwischen dem Finger und der Fingerabdruck-Erfassungsfläche abgezogen werden.
Typischer Weise gibt es einen Bereich von Integrationszeiten, die
mit einer gegebenen Kamera verbunden sind, beispielsweise von 20
bis 120 Millisekunden. Die nominelle Integrationszeit kann somit bestimmt
werden auf der Basis von erwarteten Bedingungen, und zwar vorausgehend,
wenn eine bestimmte Integrationszeit innerhalb eines typischen Bereichs
für eine
gegebene Kamera liegt. Beispielsweise kann eine typische nominelle
Integrationszeit 50 ms sein, obwohl andere nominelle Integrationszeiten
gewählt
werden können,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise
kann eine nominelle Integrationszeit aus einem Bereich von 40 ms
bis 60 ms gewählt
werden für
eine Kamera mit einem Integrationszeitbereich von 20 bis 120 ms.
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In
einem nächsten
Schritt 310 der in 3 gezeigten
Routine 300 wird ein Zwischen-Fingerabdruck-Bild erfasst bei einer
ersten Integrationszeit. Die vorliegende Erfindung verwendet einen
Satz von Integrationszeiten, um eine optimale Integrationszeit zu
finden, sobald ein ursprüngliches
Fingerabdruck-Bild bei einer nominellen Integrationszeit aufgenommen
wurde. Der Satz von Integrationszeiten kann abgeleitet werden von
der nominellen Integrationszeit. Beispielsweise kann die Gruppe
von Integrationszeiten sechs Integrationszeiten aufweisen, die jeweils
gleich der nominellen Integrationszeit sind, multipliziert mit einem
geeigneten Skalierungsfaktor. In einer Ausführungsform können die
Integrationszeiten gleich 6/7, 1/7, 8/7, 9/7, 10/7 sein sowie 11/7,
multipliziert mit der nominellen Integrationszeit. Wenn somit die
nominelle Integrationszeit bei 50 ms liegt, würden die Integrationszeiten,
die in einer Routine gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet würden: 43 ms, 50 ms, 57 ms,
64 ms, 71 ms und 79 ms sein. Wenn man somit dieses Beispiel fortsetzt
und sobald das ursprüngliche
Bild bei 50 ms aufgenommen wird, ist die Integrationszeit auf 43
ms verkürzt
und ein Zwischen-Fingerabdruck-Bild wird aufgenommen. Wie nachstehend
erläutert
wird, können
zusätzliche
Zwischen-Fingerabdruck-Bilder aufgenommen werden bei höheren Integrationszeiten
bis ein akzeptables Fingerabdruck-Bild aufgenommen ist. Es sollte
somit klar sein, für
einen auf diesem Gebiet bewanderten Fachmann, dass die besonderen
Integrationszeiten, die hier verwendet werden, nicht kritisch sind,
solange ein Bereich von Integrationszeiten um die nominelle Integrationszeit
herum verwendet wird.
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In
einem Schritt 315 der Route 300 der 3 wird
ein Bild-Dunkelheitstest des Zwischenbildes durchgeführt, das
in Schritt 310 aufgenommen ist. Solch ein Bild-Dunkelheitstest
wird verwendet, um zu bestimmen, ob das Zwischenbild ausreichend
dunkel ist. Ein Bild-Dunkelheitstest
der vorliegenden Erfindung wie er nachstehend in Verbindung mit 4A und 4B diskutiert
ist, kann verwendet werden. Andere Bild-Dunkelheitsteste können auch
verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann einfaches Mitteln der Werte aller Pixel in der
Kamera eine Anzeige für
den Dunkelheitswert des erfassten Zwischenbildes abgeben.
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Abhängig von
dem Ergebnis des in Schritt 315 durchgeführten Bild-Dunkelheitstestes
wird ein nächster
Schritt 325 oder 330 durchgeführt, wie in 3 bei 320 gezeigt.
Der bestimmte Wert der für
einen akzeptablen Dunkelheitswert erforderlichen Dunkelheit ist
nicht kritisch und könnte
durch einen Fachmann auf diesem Gebiet unter Berücksichtigung dieser Offenbarung
bestimmt werden. Der akzeptable Dunkelheitswert kann Umgebungs-
und Benutzer-spezifisch sein und kann somit durch den Hersteller
oder Benutzer passend eingestellt werden.
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Wenn
der Bild-Dunkelheitstest von Schritt 315 zu einem nicht-akzeptierbaren
Dunkelheitspegel führt,
wird ein nächster
Schritt 325 von zunehmender Bild-Integrationszeit und Aufnahme
eines weiteren Zwischenbildes bei erhöhter Integrationszeit durchgeführt. Die
einzige Ausnahme zu diesem Schritt ist, wenn die Integrationszeit
nicht erhöht
werden kann auf eine höhere
Integrationszeit, da die höchste
Integration eine ist, bei der das Zwischen-Fingerabdruck-Bild aufgenommen
wurde. In einem solchen Fall kehrt die Routine nach Schritt 305 zurück.
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Wenn
die Bild-Integrationszeit inkrementiert bzw. erhöht wurde und ein weiteres Zwischen-Bild aufgenommen
wurde, kehrt die Routine zu Schritt 315 zurück, um den
Dunkelheitstest wiederholt durchzuführen. Somit umfasst die Routine 300 eine Schleife
mit Schritten 315, 320 und 325, die sich
wiederholen, bis ein Zwischen-Bild mit einem akzeptablen Dunkelheitswert
aufgenommen wurde.
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Sobald
ein Zwischen-Fingerabdruck-Bild mit einem akzeptablen Dunkelheitswert
aufgenommen wurde, wird ein Bildschärfe-Test bei Schritt 330 durchgeführt. Der
Bildschärfe-Test,
der durchgeführt wird,
kann ein Bildschärfe-Test
gemäß der vorliegenden
Erfindung sein, wie er nachstehend unter Bezugnahme auf 5A und 5B erläutert wird.
Solch ein Bildschärfe-Test
zählt die
Anzahl der Kanten in vordefinierten Bereichen durch Fokussieren
auf Pixelmuster, die minimale Anzahl von aufeinanderfolgenden hellen
und dunklen Pixeln aufweisen, die generell die Anwesenheit von Kanten
und Tälern
darstellen, wie sie für
ein Fingerabdruck-Bild kennzeichnend sind. Alternativ kann irgend
ein Bildschärfe-Test,
der das erfasste Bild auf Detailwerte testet, verwendet werden,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Der besondere
Grad der Bildschärfe,
die erforderlich ist für
einen akzeptablen Bildschärfe-Wert,
ist nicht kritisch und könnte bestimmt
werden durch einen Fachmann auf diesem Gebiet unter Beachtung dieser
Offenbarung. Der akzeptable Bildschärfe-Wert kann für die Umgebung und
die Verwendung spezifisch sein und kann somit eingestellt werden
durch den Hersteller oder den Benutzer, wie es geeignet ist.
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Sobald
der Bildschärfe-Test
durchgeführt wurde
in Schritt 330, wird einer von zwei unterschiedlichen Schritten
durchgeführt,
basierend auf dem Ausgang des Testes, wie in 335 gezeigt
ist.
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Wenn
der Bildschärfe-Test 330 anzeigt,
dass der Zwischen-Fingerabdruck von nicht akzeptabler Schärfe war,
dann kehrt die Routine zu Schritt 325 zurück, wie
sie oben beschrieben ist. Wenn die Integrationszeit nicht weiter
inkrementiert bzw. erhöht werden
kann, da das erfasste Bild ein Ergebnis der maximalen Integrationszeit
war, kehrt die Routine 300 nach Schritt 305 zurück, um ein
neues ursprüngliches
Fingerabdruck-Bild zu erwarten, wie oben beschrieben zu Schritt 325.
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Wenn
der Bildschärfe-Test 330 anzeigt,
dass das Zwischen-Fingerabdruck-Bild von akzeptabler Schärfe war,
dann ist das Zwischen-Fingerabdruck-Bild ein akzeptables Fingerabdruck-Bild
hinsichtlich sowohl der Dunkelheit als auch der Schärfe. Somit
wird in einem letzten Schritt 340 festgestellt, dass das
Zwischen-Fingerabdruck-Bild, das beide Tests bestanden hat, ein
akzeptables Fingerabdruck-Bild ist und die Routine wird beendet.
Auf diese Weise hat die Routine 300 automatisch ein akzeptables
Fingerabdruck-Bild erfasst. Schritt 340 kann einen Schritt
der Bereitstellung eines Signals umfassen, dass ein akzeptables
Fingerabdruck-Bild aufgenommen wurde. Dieses Signal kann hörbar, sichtbar oder
beides sein.
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Details
eines Bild-Dunkelheits-Testes und eines Bild-Schärfe-Testes gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nun hinsichtlich 4A, 4B, 5A und 5B beschrieben.
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4A erläutert eine
Routine zum Testen einer Bild-Dunkelheit 400 gemäß der vorliegenden
Erfindung. In einem ersten Schritt 401 von Routine 400 werden
Bild-Dunkelheit-Prüflinien
ausgewählt
aus einem erfassten Bild. Somit werden nur einige wenige Linien
von Pixeln ausgewählt
anstelle des Beobachtens von Pixeln von dem gesamten Bild zur Bestimmung
der Dunkelheit. Der vorliegende Erfinder hat erkannt, dass durch
Auswählen
bestimmter Prüflinien
der Bild-Dunkelheit-Test nicht nur geeignete Bild-Dunkelheit gewährleisten
kann aus dem Testen nur einer Handvoll Linien, sondern auch eine
saubere Fingerabdruck-Anordnung auf der Bild-Erfassungsfläche eines
Fingerabdruck-Scanners gewährleisten kann. 4B zeigt
die Details solcher Bild-Testlinien gemäß einem Beispiel.
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4B erläutert eine
Anordnung der Bild-Dunkelheit-Prüflinien,
die in einem Bild-Dunkelheitstest
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. In 4B ist
die Bild-Erfassungsfläche 210 mit
einem erwarteten Bild-Erfassungsgebiet 420 gezeigt. Das
erwartete Bild Erfassungsgebiet 420 ist ein Bereich, in
dem ein Fingerabdruck während
eines Bild-Erfassungsmomentes
voraussichtlich angeordnet ist. Die präzise Größe und Anordnung des Bild-Erfassungsgebietes 420 kann
sich von dem in der Figur gezeigten unterscheiden, ohne vom Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Um zu gewährleisten,
dass die dunklen Gebiete, die während
eines Dunkelheitstests vorliegen, in einem erwarteten Gebiet angeordnet
sind, werden Bild-Prüflinien über das
gesamte Bild-Erfassungsgebiet 420 gelegt. In der Anordnung
von 4B gibt es spezifisch zehn Bild-Prüflinien 435, 436 und
dergleichen. Diese zehn Bild-Prüflinien
sind angeordnet in fünf Paaren
von Bild-Prüflinien 430 bis 434.
Diese fünf Paare
von Bild-Prüflinien 430 bis 434 sind
verteilt über
die erwartete Bild-Erfassungsfläche 420,
wie in 4B gezeigt. In einer Ausführungsform
der Erfindung ist jede Bild-Prüflinie 435, 436 eine
diagonale Anordnung von 32 Pixeln. Andere Anzahl von Pixeln und
Anordnungen von Bild-Prüflinien
könnten
verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In
einem nächsten
Schritt 402 der Routine 400, gezeigt in 4A,
wird ein durchschnittlicher Dunkelheitswert für jede Bild-Dunkelheit-Testlinie
berechnet. Solch ein Durchschnitt kann berechnet werden durch Addieren
der Dunkelheitswerte für
jeden Pixel in einer Bild-Dunkelheit-Prüflinie
und dann Teilen dieser Summe durch die Anzahl der Pixel in der Bild-Dunkelheit-Testlinie.
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In
einem nächsten
Schritt 403 wird die gesamte akzeptable Bild-Dunkelheit
geprüft.
Diese Prüfung
kann geschehen beispielsweise durch Verifizieren, bzw. Überprüfen, dass
eine vorbestimmte Anzahl von Bild-Dunkelheits-Prüflinien einen verknüpften durchschnittlichen
Bild-Dunkelheitswert oberhalb eines Schwellwertes des Dunkelheitswertes
haben. In einer Ausführungsform
ist die vorbestimmte Anzahl (oder der Anteil) der Bild-Dunkelheit-Prüflinien acht
(oder 80% der Bild-Dunkelheit-Prüflinien).
Wenn acht Bild-Dunkelheit-Prüflinien
einen gemittelten Bild-Dunkelheitswert oberhalb des Schwellwertes des
Dunkelheitswertes haben, ist die gesamte Bild-Dunkelheit als akzeptabel
zu betrachten. Andere Anzahlen (oder Anteile) von Bild-Dunkelheit-Linien können, ohne
vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, benutzt werden.
In gleicher Weise ist der gewählte
Schwellen-Dunkelheitswert nicht kritisch und könnte bestimmt werden durch
einen Fachmann auf diesem Gebiet, dem man die Offenbarung in die
Hand gibt. Der akzeptable Dunkelheitswert kann beruhen auf der spezifischen
Umgebung, in der der Fingerabdruck-Scanner verwendet wird, ebenso
wie Anforderungen, die mit dem Feld verbunden sind, in dem der Fingerabdruck-Scanner
verwendet wird und diese können
somit durch den Hersteller oder Benutzer nach Erfordernis eingestellt
werden. Sobald eine gesamte Bild-Dunkelheit überprüft wurde als akzeptabel in
Schritt 403, wird ein nächster Schritt 404 des
Verifizierens der Akzeptabilität
von Bild-Dunkelheit-Verteilung durchgeführt. Es sollte beachtet werden,
dass, wenn der vorausgehende Schritt 403 zu einer Bestimmung
geführt
hat, dass die gesamte Bild-Dunkelheit nicht akzeptabel war für das getestete
Bild, es nicht notwendig ist, dass Routine 400 fortführt, sondern
anstelle dessen auch stocken könnte
bei Schritt 403. In Schritt 404 wird die Bild-Dunkelheit-Verteilung
getestet. Trotz der Bestimmung in Schritt 403, dass die
gesamte Bild-Dunkelheit akzeptabel war, kann diese Dunkelheit konzentriert
gewesen sein in einem bestimmten Bereich. Wenn beispielsweise die
gesamte Bild-Dunkelheit-Testlinien in Paaren 430 bis 433,
wie in 4B gezeigt, akzeptable Dunkelheitswerte
haben, wird das Bild eine akzeptable Gesamt-Bild-Dunkelheit haben,
trotz eines Fehlens akzeptabler Dunkelheit in beiden Bild-Dunkelheit-Prüflinien
in Paar 434. Somit wird Schritt 404 verwendet,
um zu überprüfen, dass die
Dunkelheit des Bildes über
das erwartete Bild-Erfassungsgebiet 420 verteilt ist. Der
Schritt kann durchgeführt
werden durch Überprüfen, dass
wenigstens eine Bild-Dunkelheit-Prüflinien
in jedem der fünf
Paare 430 bis 434 der Bild-Dunkelheit-Testlinien einen
akzeptablen Dunkelheitswert hat. Wie in Schritt 403 kann
dies geschehen durch Vergleichen der durchschnittlichen Dunkelheitswerte
jeder Dunkelheits-Testlinie mit einem vorbestimmten Schwellen-Dunkelheitswert.
Dieser Schwellen-Dunkelheitswert kann derselbe Wert sein, der in
Verbindung mit Schritt 403 verwendet wird. In gleicher
Weise wie bei Schritt 403 ist der gewählte besondere Schwellenwert
des Dunkelheitswertes nicht kritisch und könnte durch einen Fachmann auf
diesem Gebiet unter Betrachtung der gegebenen Offenbarung bestimmt
werden. Der akzeptable Dunkelheitswert kann basieren auf der spezifischen
Umgebung, in der der Fingerabdruck-Scanner eingesetzt ist, ebenso
wie auf Anforderungen, die mit dem Feld verknüpft sind, in dem der Fingerabdruck-Scanner
verwendet wird und können
somit durch den Hersteller oder den Benutzer geeignet eingestellt
werden.
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Da
der Schritt 404 der Routine 400, gezeigt in 4A, überprüft, dass
die Bild-Dunkelheit über das
erwartete Bild-Erfassungsgebiet 420 verteilt ist, kann
die Routine 400 von 4A verwendet
werden, um akzeptable Dunkelheitswerte über einem Gebiet zu überprüfen. Dementsprechend
kann eine Routine 400 verwendet werden als der Bild-Dunkelheitstest
in der Routine 300, gezeigt in 3. Währenddessen kann
der Bild-Schärfetest 330,
auch gezeigt in Routine 300, mit einer Routine, in der
in 5 angezeigten, durchgeführt werden.
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5A ist
eine Erläuterung
einer Routine zum Testen von Bild-Schärfe 500, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Während die
Routine 400 von 4A ein
Bild auf einen akzeptablen Dunkelheitswert getestet hat, testet
die Routine 500 von 5A ein
Bild auf einen akzeptablen Schärfewert.
Solch ein Wert ist nützlich,
da beispielsweise ein bestimmtes Bild einen akzeptablen Dunkelheitswert
hat, während
die notwendigen Kantendetails fehlen, die für ein akzeptables Fingerabdruck-Bild
charakteristisch sind. Somit testet die Routine 500 ein
Bild auf seinen Schärfewert.
Da ein Fingerabdruck-Bild dunkle Kanten haben sollte, die durch
leichte oder helle Täler
getrennt sind, wie es für ein
Fingerabdruck-Bild charakteristisch ist, testet die Routine 500 auf
Bild-Schärfe
durch Zählen
von Kanten und Tälern
längs der
Bild-Schärfe-Testlinien. In einem
ersten Schritt 501 der Routine 500 von 5A sind
die Bild-Schärfe-Testlinien aus einem
zu testenden erfassten Bild gewählt.
Dies wird in Bezugnahme auf 5B erläutert.
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5B hat
erläutert
eine Anordnung von Bild-Schärfe-Testlinien,
die in einem Bild-Schärfe-Test
gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. In 5B wird
die Bild-Erfassungsfläche 210 gezeigt
mit einem erwarteten Bild-Erfassungsgebiet 520. Wie bei
der Anordnung, die in 4B gezeigt ist, ist das erwartete
Bild-Erfassungsgebiet 520 ein Bereich, in dem ein Fingerabdruck
während
eines Bild-Erfassungsmomentes voraussichtlich angeordnet ist. Die
präzise
Größe und Anordnung
des Bild-Erfassungsgebietes 520 kann sich von dem in der
Fig. gezeigten unterscheiden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Innerhalb des Bild-Erfassungsgebietes 520 sind
zwei Gruppen 530, 540 von Bild-Schärfe-Testlinien 531, 541 und dergleichen
angeordnet. Jede Bild-Schärfe-Testlinie ist
eine Linie von Pixeln in dem Bild-Erfassungsgebiet 520.
Die erste Gruppe von Bild-Schärfe-Testlinien 530 weist
fünf vertikal
angeordnete parallele Bild-Schärfe-Testlinien
auf, z.B. 531. Die zweite Gruppe von Bild-Schärfe-Testlinien 540 weist
sieben horizontal angeordnete parallele Bild-Schärfe-Testlinien auf, z.B. 541.
Während
spezifische Anzahlen von Bild-Schärfe-Testlinien gezeigt wurden,
können andere
Anzahlen von Bild-Schärfe-Testlinien
verwendet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In gleicher Weise, während
die Anordnung von Bild- Schärfe-Testlinien
gewählt
wurde, in der Anordnung von 5B, um
mehr horizontal angeordnete Linien einzuschließen als radikal angeordnete
Linien, können
unterschiedliche Anordnungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der
vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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In
einem nächsten
Schritt 502 der Routine 500, gezeigt in 5A,
wird eine Kantenzahl für
jede Bild-Schärfe-Testlinie
bestimmt. Solch eine Kantenzahl kann bestimmt werden durch Suchen
nach einem Muster von Pixel-Schwingungen, die für ein erwartetes Muster von
Fingerabdruck-Kanten
charakteristisch bzw. repräsentativ
ist. In einem Fingerabdruck-Bild werden Kanten als benachbarte dunkle Gebiete
gezeigt, getrennt voneinander durch dazwischen liegende helle Gebiete,
die für
Täler repräsentativ
sind. Somit weist eine Linie von Pixeln eine Anzahl von Fingerabdruck-Kanten
auf, die eine im Wesentlichen kontinuierliche Gruppe von vergleichsweise
dunklen Pixeln umfasst, gefolgt durch eine im Wesentlichen kontinuierliche
Gruppe von vergleichsweise hellen Pixeln. Ob ein Pixel vergleichsweise
dunkel oder hell eingeschätzt
wird, kann bestimmt werden durch Auswählen eines mittelwertigen Helligkeits-Pegels. Der mittelwertige
Helligkeits-Pegel kann ein einzelnen Lichtpegel oder ein Bereich
von Lichtpegeln sein. Ein vergleichsweise dunkler Pixel ist einer,
der auf der dunklen Seite des mittbereichigen Lichtpegels ist, während ein
relativ heller Pegel einer ist, der auf der helleren Seite dieses
mittbereichigen hellen Pegels ist. Somit kann eine Kante bestimmt
werden durch die Anwesenheit beispielsweise von drei oder mehr kontinuierlichen
vergleichsweise dunklen Pixeln, die gebunden sind beispielsweise
durch drei oder mehr vergleichsweise helle Pixel. Auf diese Weise
kann der Anteil der Kanten innerhalb einer Bild-Schärfe-Testlinie
bestimmt werden in Schritt 502 durch Zählen von Gruppen von vergleichsweise dunklen
Pixeln, getrennt durch Gruppen von vergleichsweise hellen Pixeln.
Die aktuelle Anzahl von vergleichsweise dunklen Pixeln, notwendig
zur Definition einer Kante, könnte
bestimmt werden durch einen Fachmann auf diesem Gebiet unter Beachtung dieser
Offenbarung.
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In
einem Abschluss-Schritt 503 werden die Kantenzahlen der
in Schritt 502 bestimmten Bild-Schärfe-Testlinien
verwendet, um die Bild-Schärfe-Akzeptanz
zu überprüfen. Dies
kann geschehen beispielsweise durch Überprüfen, dass die Kantenzahl für jede Bild-Schärfe-Test
größer ist als
ein Grenzwert der Kantenzahl, der mit jeder Bild-Schärfe-Testlinie
verknüpft
ist. Die besonderen Schwellenwerte der Kantenzahl, die verwendet
werden, sind nicht kritisch und könnten bestimmt werden durch
einen Fachmann auf diesem Gebiet unter Beachtung dieser Offenbarung.
Anstatt einen Schwellenwert der Kantenzahl für jede Bild-Schärfe-Testlinie zu
haben, könnte
ein einzelner Schwellenwert der Kantenzahl verwendet werden für alle Bild-Schärfe-Testlinien.
Wie bei akzeptabler Bild-Dunkelheit kann der akzeptable Bild-Schärfe-Wert
beruhen auf der spezifischen Umgebung, in der der Fingerabdruck-Scanner
benutzt wird, ebenso wie den Erfordernissen, die mit dem Feld verbunden
sind, in dem der Fingerabdruck-Scanner verwendet wird und kann somit
durch den Hersteller oder Verwender oder Benutzer, je nach Eignung
eingestellt werden.
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Zusammenfassung
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Obwohl
verschiedene Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben wurden, sollte beachtet
werden, dass diese als Beispiel genannt wurden und nicht als Beschränkung. Es
wird durch die Fachleute auf diesem Gebiet zu verstehen sein, dass
verschiedene Veränderungen
in Form und Details darin gemacht werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden
Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist. Somit sollte
die Breite und der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht begrenzt
sein durch irgendeine der oben beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen
sondern sollte nur definiert sein gemäß den folgenden Ansprüchen.