專利名稱：用于存儲生物統(tǒng)計信息的二維印刷碼和讀取該印刷碼的設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高密度印刷碼，更具體地說，涉及抗損性增強的高密度印刷碼。另外，本發(fā)明還涉及能夠存儲用于可靠身份識別的多個生物統(tǒng)計信息和文本的高密度印刷碼。此外，本發(fā)明還涉及能夠配合存儲多個生物統(tǒng)計信息的高密度印刷碼工作的離線可靠身份識別設備。
背景技術：
在過去的二十年內(nèi)，開發(fā)了能夠在較小的緊致空間(幾平方英寸或更小)中存儲大量數(shù)據(jù)(約為一千字節(jié)或更多)的多種技術。這些技術包括所謂的“智能卡”；基于CD-ROM的光學存儲介質(zhì)；磁條卡；和二維高容量印刷條形碼和矩陣碼。根據(jù)介質(zhì)的總信息容量，這些技術中的每種技術適用于存儲供可靠身份驗證應用的生物統(tǒng)計信息。在該具體應用中和其它應用中，這些技術中的每種技術都具有各自的優(yōu)點和缺點。
二維高容量印刷條形碼和矩陣碼的主要優(yōu)點之一起因于可利用常規(guī)的印刷技術(包括激光打印機)產(chǎn)生這些條形碼和矩陣碼。這些代碼的應用之一是用在可靠身份驗證程序中，在這種程序中，這種代碼被用于識別個人。由于在可靠身份驗證程序中產(chǎn)生的識別文件的數(shù)據(jù)通常很大，因此和“智能卡”，基于CD-ROM的光學存儲介質(zhì)及磁條卡相比，借助常規(guī)的印刷技術形成二維印刷碼可帶來顯著的成本優(yōu)勢。此外，糾錯的二維印刷碼在抗電磁場，抗輻射和抗機械應力的能力方面，遠遠優(yōu)于智能卡，在抗磨損和擦傷能力方面，遠遠優(yōu)于基于CD-ROM的光學存儲介質(zhì)。“智能卡”含有卡彎曲時會受到損壞的電路和芯片，限制了智能卡對于低成本應用的適用性。
在印刷碼領域內(nèi)，在過去十年內(nèi)，提出了各種二維紙質(zhì)印刷碼。和以前的一維條形碼相比，這些印刷碼在許多領域表現(xiàn)出顯著的提高。更重要的是，這些印刷碼能夠在幾平方英寸內(nèi)存儲幾百字節(jié)，接近一千字節(jié)的信息。相反，現(xiàn)有的一維條形碼在近似相同的空間內(nèi)只能存儲約10-12左右的幾個字符。
這種代碼還表現(xiàn)出改進的錯誤檢測和糾正能力。例如，在美國專利No.5304786中公開的一種這樣的代碼，PDF417采用里德-索羅門糾錯方法來提高代碼的抗損性。
通過利用里德-索羅門糾錯方法，另外的代碼字被附加到出現(xiàn)于PDF417符號中的數(shù)據(jù)代碼字的末端。如果代碼的相當大的鄰近部分受到損壞或者變成不可讀(很可能是由這些代碼經(jīng)常遭遇的粗糙條件，例如小件包裹外側或者裝配線上一部分上的粗糙條件引起的)，通過讀取包含在符號中的里德-索羅門糾錯代碼字，仍可恢復數(shù)字代碼字中表示的數(shù)據(jù)。
PDF417的缺點之一是它采用了基于929個代碼字的(n，k)條形碼編碼方法。其結果是，每個PDF417代碼字的數(shù)據(jù)容量為9.25位。在給定的代碼字長度(17位)的情況下，這將導致相當大的額外開銷(代碼的冗余部分)。另外，在糾錯水平最低的情況下，PDF417只能存儲約1500字節(jié)的信息，在糾錯水平可接受的情況下，能存儲的信息量更少。
另一種代碼是在美國專利No.4782221中公開并要求保護的數(shù)據(jù)條形碼。專利No.4782221中公開并要求保護的數(shù)據(jù)條形碼能夠在較小的空間中，存儲高達一千字節(jié)或者更多的信息，但是其缺點是在大面積損壞的情況下，由于該代碼的糾錯能力相當有限，易于丟失數(shù)據(jù)。
其它的二維印刷碼包括已用于小型部件識別和包裹分類的矩陣碼，例如Datamatrix，或者UPS Maxicode。這些代碼具有便于區(qū)分代碼和當放置在傳送帶上的讀取裝置正在掃描該代碼時特別有用的背景的特征，所述部件或小包在所述傳送帶上移動。盡管這些代碼特別適用于這種應用，但是并不適用于試圖在相當小的空間中對大量信息編碼的情況。
克服這些現(xiàn)有印刷碼的局限特別重要，因為這種代碼的一種主要應用是離線可靠身份驗證。在這種應用中，在二給代碼中，對提供可靠身份驗證能力的生物統(tǒng)計信息進行編碼。當配合能夠譯解所述代碼的設備工作時，這種代碼允許獨立于存儲這種身份驗證信息的中央數(shù)據(jù)庫，進行可靠身份驗證。在政府使用臨時設施的情況下，例如在選舉中，這可帶來顯著的靈活性；可在不具有固定的身份驗證設備或者與中央身份數(shù)據(jù)庫的連接的設施中，進行選舉。如果具有印刷碼編碼的身份信息，則可在不具有安裝就位的永久的可靠身份驗證設備的情況下，進行可靠身份驗證。
為了在這種離線可靠身份驗證應用中有效地發(fā)揮作用，二維印刷碼必須能夠存儲可靠身份驗證中使用的生物統(tǒng)計信息。另外，存儲生物統(tǒng)計信息的代碼必須適合于安裝到標準大小的身份驗證紙件，例如常規(guī)大小的ISO卡或護照上。在標題為機讀旅行文件9303第1-4部分的國際民用航空組織文件中，陳述了這些標準。文件9303第1-4部分確定了眾多的標準大小的旅行文件，包括機讀公務旅行文件1(MROTD1)卡(普遍存在的ISO CR-80信用卡大小的卡，其尺寸為2.125×3.375英寸，并且在MRTOD1應用中，把0.98×3.13英寸的空間分配給二維印刷碼)；加大的身份證(命名為MROTD2，并且為二維印刷碼分配0.72×2.52英寸的空間)；以及常規(guī)的護照頁(它為二維印刷碼分配0.72×3.14英寸的空間)。
這些標準說明即使出現(xiàn)了機讀碼，標準組織仍不愿意所有或絕大多數(shù)文件只使用機讀碼，而是規(guī)定了保留在其中印刷人類可讀信息的較大區(qū)域的標準。從而，這種文件上的real estate是寶貴的，并且得到最高效的使用，表示出對更高密度的二維印刷碼的希求。
由于用于壓縮保存生物統(tǒng)計信息的文件的已知壓強技術的需要，在可靠身份驗證依賴于保存多個生物統(tǒng)計信息的情況下，已知的二維代碼提供高度準確的可靠身份驗證的能力相當有限。例如，已知的數(shù)據(jù)壓縮技術產(chǎn)生每個指紋樣板約為500-750字節(jié)(未壓縮)，以及對于個人照片來說，約為900-1100字節(jié)(壓縮)的文件。這樣，對根據(jù)對三種指紋樣板；一幅照片；和文本編碼，建立可靠身份驗證程序感興趣的政府機構或私人公司應試圖在已知的二維代碼中，保存2800字節(jié)左右的信息。在糾錯水平可提供良好的抗損性的情況下，已知的二維印刷碼都不能夠在單個代碼符號中保存這么多的信息。
從而，這種應用會需要在線能力，即，為了實現(xiàn)高度準確的可靠識別，一些生物統(tǒng)計信息必須保存在中央數(shù)據(jù)庫中。這會限制系統(tǒng)的靈活性，因為只要他們正在進行身份驗證，則對可靠地識別各個個人感興趣的人員就需要與數(shù)據(jù)庫的專用連接。
另外，已知的能夠配合所需的二維高密度抗損印刷碼工作的離線驗證設備相當笨重，并且依賴于執(zhí)行可靠驗證身份所必需的各種操作，例如指紋掃描；指紋細節(jié)提?。恢讣y細節(jié)與印刷碼中保存的指紋記錄的比較；以及照片和存儲的照片的比較的多個獨立部件。
于是，希望得到信息容量提高的二維印刷碼。
還希望得到抗損性改進的二維印刷碼。
另外還希望得到能夠存儲多個高質(zhì)量生物統(tǒng)計信息的二維、高密度、抗損印刷碼。
還希望得到帶有存儲多個高質(zhì)量生物統(tǒng)計信息的二維、高密度、抗損印刷碼的常規(guī)大小的ISO卡或其它常規(guī)識別證件。
另外還希望得到帶有二維的、高密度、抗損印刷碼的常規(guī)大小的ISO卡或其它常規(guī)識別證件，所述二維的、高密度的、抗損印刷碼存儲有供離線可靠身份驗證應用使用的多個高質(zhì)量生物統(tǒng)計信息。
還希望得到一種完全集成的緊致的離線可靠身份驗證設備，所述設備能夠配合帶有對多個高質(zhì)量生物統(tǒng)計信息編碼的二維印刷碼的常規(guī)大小的身份驗證證件進行工作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種信息容量提高的二維印刷碼。
本發(fā)明的另一目的是提供一種抗損性改進的二維印刷碼。
本發(fā)明的又一目的是提供一種能夠存儲多個高質(zhì)量生物統(tǒng)計信息的二維、高密度、抗損印刷碼。
本發(fā)明的又一目的是提供一種能夠帶有二維高密度抗損印刷碼的常規(guī)大小的ISO卡或其它身份驗證證件，所述二維高密度抗損印刷碼對供離線可靠身份驗證應用使用的多個高質(zhì)量生物統(tǒng)計信息編碼。
本發(fā)明的又一目的是提供一種完全集成的、緊致的、手持式離線可靠身份驗證設備，所述設備能夠通過恢復二維高密度抗損印刷碼中編碼的生物統(tǒng)計信息，高度準確地提供身份驗證上述發(fā)明目的是由本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼實現(xiàn)的，所述印刷碼適于對用于離線可靠身份驗證的多個生物統(tǒng)計信息和文本編碼。在一個優(yōu)選實施例中，這種印刷碼包括一個水平頭部區(qū)；一個垂直頭部區(qū)；一個開始模式；一個左行地址模式；和一個編碼用戶數(shù)據(jù)部分；一個右行地址模式；以及一個停止模式。水平頭部區(qū)對編碼信息部分的一行中的位區(qū)數(shù)目進行編碼；垂直頭部區(qū)對各個位區(qū)的垂直高度編碼。印刷碼的開始和停止模式把印刷碼的橫向范圍(即起點和終點)和相鄰的靜止(quiet)區(qū)區(qū)分開。信息以位區(qū)的形式被編碼寫入編碼信息部分中，所述位區(qū)可被印刷，或者是空白的。在編碼用戶數(shù)據(jù)部分中，從編碼信息的頂部，沿著位區(qū)的每個橫行，到達下一行位區(qū)，直到到達編碼信息部分的末端為止，順序印刷編碼用戶數(shù)據(jù)。
在優(yōu)選實施例中，在編碼之前，要被編碼加入信息部分中的用戶信息被分成代表信息的順序子單元的若干個信息包。選擇每個包的一個子單元(例如包含每個包的最高有效位的字節(jié))，并且隨后將其組合成糾錯包，以便糾錯。隨后對用于糾錯的該第一糾錯包應用常規(guī)的糾錯算法。產(chǎn)生若干糾錯位，把這些糾錯位附加到用戶信息部分的末端。隨后通過從每個包中選擇次高有效位，并將其組合成用于糾錯的糾錯包，重復該過程。隨后對該第二糾錯包應用糾錯算法，以便產(chǎn)生若干糾錯位。隨后把這些糾錯位附加到用戶信息和第一批糾錯位之后。重復該過程，直到每個包中的所有信息已被糾錯為止。隨后把該信息格式化成當印刷時，將構成二維高密度抗損印刷碼的文件。
在本發(fā)明的另一實施例中，在計算機存儲器中，把要編碼加入二維印刷碼中的用戶信息，按照將在二維高密度抗損印刷碼中印刷的行-列順序進行排列。隨后把按行-列組織的信息分成代表將在二維印刷碼中印刷的相連二進制位的若干(n，m)尺寸的二維區(qū)域，從每個所述(n，m)尺寸的二維區(qū)域中選擇一個二進制位子單元，并將其組合成第一糾錯包，以便糾錯。隨后對所述第一糾錯包應用糾錯算法。接下來使在第一步驟中這樣產(chǎn)生的糾錯位形成為將在用戶數(shù)據(jù)之后印刷的一批二維二進制位。繼續(xù)該過程，直到產(chǎn)生了所有用戶信息的糾錯信息為止。
在本發(fā)明的另一實施例中，分別對指出二維印刷碼中編碼文件的長度，以及糾錯水平和方式的控制數(shù)據(jù)糾錯，以便產(chǎn)生供在對控制數(shù)據(jù)編碼的印刷碼受到災難性損壞的情況下使用的若干糾錯位。在固定長度和固定糾錯格式的印刷碼中，該信息散布在整個印刷碼內(nèi)的已知位置處，以便提供較高的抗損壞性。在可變長度和可變糾錯格式的印刷碼中，通過對對應于若干選項中的某一選項的數(shù)目編碼，頭部可存儲控制數(shù)據(jù)糾錯位的位置。這可指示出在印刷碼的控制數(shù)據(jù)部分受到災難性損壞的情況下，閱讀機應在什么地方查找對應于控制數(shù)據(jù)的糾錯位。
根據(jù)前述實施例產(chǎn)生的二維高密度抗損印刷碼能夠對2800字節(jié)的信息(足以滿足多個生物統(tǒng)計信息(指紋和肖像)及文本)編碼，同時具有較高的糾錯水平，其結果是總的消息長度為3400字節(jié)。該信息可被印刷在具有0.84英寸×2.87英寸(最小細節(jié)的尺寸為0.0066×0.010英寸)的編碼用戶數(shù)據(jù)部分的印刷碼中。這種印刷碼易于安裝到常規(guī)的2.125×3.375英寸卡的一面的一部分上，從而在該卡的剩余部分上，為人類可讀的信息留下足夠的空間。
在本發(fā)明的另一實施例中，對多個生物統(tǒng)計信息和文本編碼的二維高密度抗損印刷碼被印到供離線可靠身份驗證應用之用的常規(guī)大小的ISO卡或者其它識別證件(例如護照)上。
本發(fā)明的另一實施例包括完全集成的小型手持式離線可靠身份驗證設備(該設備也可安裝在柜臺或墻壁上)，所述設備具有用于恢復二維高密度抗損印刷碼中保存的生物統(tǒng)計信息的掃描一維電荷耦合器件(1DCCD)；CMOS接觸式圖象傳感器或者其它1D傳感器；或者二維電荷耦合器件(2D CCD)；實時生物統(tǒng)計信息獲取能力(例如，用于獲取指紋)；比較從試圖驗證其身份的個人獲得的實時生物統(tǒng)計信息和從二維印刷碼恢復的生物統(tǒng)計信息的微處理器和相關程序；以及根據(jù)生物統(tǒng)計信息的比較結果，指示所述個人的身份是否真實的指示裝置。
本發(fā)明的另一實施例包括二維高密度抗損印刷碼和完全集成的小型手持式離線可靠身份驗證設備(該設備也可安裝在柜臺或墻壁上)的組合。所述完全集成的小型手持式離線可靠身份驗證具有用于從二維高密度抗損印刷碼恢復生物統(tǒng)計信息的掃描儀，以及從試圖驗證其身份的個人獲得生物統(tǒng)計信息的實時生物統(tǒng)計信息捕捉能力?？煽可矸蒡炞C設備隨后比較生物統(tǒng)計信息，以便確定所述個人的身份是否真實。
根據(jù)上述說明，本發(fā)明的許多優(yōu)點是顯而易見的。首先，本發(fā)明提供了具有改進的總信息容量和改進的高信息密度性能的二維抗損印刷碼。這是借助在較小的空間中，提供高的信息容量和加強的糾錯水平的代碼格式來實現(xiàn)的。其次，本發(fā)明提供了一種能夠存儲多個生物統(tǒng)計信息的二維高密度抗損印刷碼，通過比較實時取自試圖驗證的個人的生物統(tǒng)計信息和從印刷碼恢復的生物統(tǒng)計信息，所述印刷碼能夠實現(xiàn)高度準確的離線可靠身份驗證。第三，本發(fā)明提供一種完全集成的小型手持式離線可靠身份驗證設備，所述設備通過身份驗證信息(保存在智能卡中)和身份驗證設備(完全集成并且手持的)高度可移動，從而極大地提高了可靠身份驗證操作的靈活性。對建立可靠身份驗證程序感興趣的政府機構或私人企業(yè)不必再把這種信息存入中央數(shù)據(jù)庫中，所述中央數(shù)據(jù)庫通常只能通過固定位置的專用可靠身份驗證設施訪問。


結合附圖，根據(jù)下述詳細說明，本發(fā)明的上述及其它目的將是顯而易見的，附圖中，相同的附圖標記代表相同的部件，其中圖1A是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)條碼的平面圖；圖1B是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)條碼的分解圖；圖2A是本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼的平面圖；圖2B是本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼的分解圖；圖3是本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼的另一視圖；圖4描述了本發(fā)明的印刷碼的編數(shù)據(jù)部分的一部分，還描述了被成組糾錯的那些非相連二進制位；圖5描述了本發(fā)明的印刷碼的編數(shù)據(jù)部分的一部分，還描述了被成組糾錯的那些非相連二進制位；
圖6描述了本發(fā)明的印刷碼的編數(shù)據(jù)部分的一部分，還表示了控制數(shù)據(jù)糾錯位可被插入用戶數(shù)據(jù)中的哪些地方；圖7A描述了如圖6中所示的多個部分，還描述了可插入控制數(shù)據(jù)糾錯位的那些位位置；圖7B描述了如圖6中所示的多個部分，還描述了可插入控制數(shù)據(jù)糾錯位的那些位位置；圖7C描述了如圖6中所示的多個部分，還描述了可插入控制數(shù)據(jù)糾錯位的那些位位置；圖7D描述了如圖6中所示的多個部分，還描述了可插入控制數(shù)據(jù)糾錯位的那些位位置；圖8描述了把控制數(shù)據(jù)糾錯位分布到整個印刷碼中，是如何提高印刷碼的抗損壞性的；圖9描述了常規(guī)大小的，帶有本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼的ISO卡；圖10是本發(fā)明的完全集成的小型手持式可靠身份驗證設備的前透視圖；圖11是本發(fā)明的完全集成的小型手持式可靠身份驗證設備的后透視圖；圖12是表示本發(fā)明的完全集成的小型手持式可靠身份驗證設備的功能部件的功能方框圖。
具體實施例方式
A.背景本發(fā)明部分涉及二維印刷條形碼或矩陣碼，其中可在密度變化的代碼中印刷相同的用戶消息。用于對信息編碼的基本單元被稱為“位區(qū)”，所述位區(qū)可被印刷或者空白?？衫帽绢I域中眾所周知的各種編碼方法對信息編碼，包括(n，k)條形碼；雙位碼；其它游程長度受限碼；以及直接二進制編碼。
本發(fā)明的二維的高密度抗損印刷碼是美國專利No.4782221中公開的，并參考美國專利No.4692603的數(shù)據(jù)條印刷碼的改進。這兩件專利作為參考整體包含于此。
圖1A-B中描繪了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)條10的結構，所述結構包含水平頭部區(qū)；垂直頭部區(qū)12；左導引條13；齒條14；編碼數(shù)據(jù)部分15；擋板16和右導引條17。
和美國專利No.4782221中公開的數(shù)據(jù)條相比，本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼具有若干改進。首先，在一個優(yōu)選實施例中，利用直接二進制編碼方法，在代碼中對信息編碼，其中印刷碼中的一個位區(qū)可代表一位用戶數(shù)據(jù)。和美國專利No.4782221中使用的雙位編碼方法相比，在信息密度方面有顯著的提高。本發(fā)明的范圍內(nèi)的變化應包括在糾錯信息的編碼之前，或者提供計時信息的開始/停止位的插入之前，使用數(shù)據(jù)壓縮的直接二進制位編碼方法。
B.印刷碼的優(yōu)選實施例圖2A-B描繪了根據(jù)本發(fā)明得到的第一優(yōu)選實施例。二維高密度抗損印刷碼100包含左成幀部分120；水平頭部區(qū)140；垂直頭部區(qū)160；右成幀部分180和編碼用戶數(shù)據(jù)部分200。
圖2A-B中，以印刷在紙件上的形式描述了該二維高密度抗損印刷碼100，但是該印刷碼也可印刷，蝕刻或者以照相方式形成于透明和不透明的各種基體上，包括透明塑料；膠片；不透明的乙烯樹脂；不透明塑料；金屬；及半導體材料上。
左成幀部分；水平頭部區(qū)140；垂直頭部區(qū)160和右成幀部分180共同向能夠配合印刷碼100工作的光學掃描儀提供信息，以便大大方便數(shù)據(jù)恢復。在優(yōu)選實施例中，左成幀部分120和右成幀部分180又由開始模式125；左行地址模式130；右行地址模式；及停止模式185組成。在光柵掃描裝置的情況下，開始模式125和停止模式185用于把印刷碼100和圍繞印刷碼100的相鄰靜止區(qū)80區(qū)分開。在區(qū)域捕捉裝置，例如二維電荷耦合器件(2D CCD)的情況下，開始模式125和停止模式185，以及頭部區(qū)140，160用于向區(qū)域捕捉裝置提供圖象取向信息，以便簡化印刷碼100的解碼。
左行地址模式130和右行地址模式190由4位(16種狀態(tài))葛萊碼組成。在印刷碼100的局部區(qū)域內(nèi)，行地址模式130，190提供唯一的行地址信息，所述唯一的行地址信息可由飛點掃描儀使用，以便在解碼操作中跟蹤行位置，或者可由2D CCD使用，以便簡化對印刷碼的編碼用戶數(shù)據(jù)部分200的解碼。
每條線上表示的模式是一個4位(16種狀態(tài))反射葛萊碼。下面表示了每種狀態(tài)的模式

正如任意葛萊碼的情況一樣，可對所有4個二進制位進行異或運算，以便得到當從一行數(shù)據(jù)轉到下一行數(shù)據(jù)時變化的時鐘信號。
二維高密度抗損印刷碼100的中心部分是編碼用戶數(shù)據(jù)部分200。借助位區(qū)，在編碼用戶數(shù)據(jù)部分200中對用戶數(shù)據(jù)編碼，在不透明介質(zhì)的情況下，位區(qū)可被印刷或者空白的，在透明介質(zhì)的情況下，位區(qū)可以是透明的或者不透明的。這些位區(qū)構成規(guī)則的矩形格子。所述格子的寬度由在水平頭部140中編碼的數(shù)值確定。所述格子的長度從前端的垂直頭部延伸到印刷碼100的末端。該格子上的數(shù)據(jù)被保存在矩形塊中，可在垂直頭部160中編碼的數(shù)值中確定所述矩形塊的尺寸。
從編碼用戶數(shù)據(jù)部分200的最右上部分開始，逐行地到達編碼用戶數(shù)據(jù)部分200的底部，按順序每次一個二進制位地把用戶數(shù)據(jù)編入位區(qū)中。跟在數(shù)據(jù)部分200中編碼的用戶數(shù)據(jù)之后的是糾錯信息。
在優(yōu)選實施例中，通過利用里德-索羅門糾錯算法，實現(xiàn)錯誤檢測和糾正。在數(shù)學上，里德-索羅門碼以有限域的算術為基礎。事實上，1960年的論文1從把代碼定義為“從有限域K上的m維矢量空間到同一域上的維數(shù)更高的矢量空間的映射”開始。從“消息”$(a_0，a_1，…a{m-1})$開始，這里每個$a_k$是域K的一個元素，里德-索羅門碼產(chǎn)生$(P(0)，P(g)，P(g^2)，…，P(g^{N-1}))$，這里N是K中的元素的數(shù)目，g是K中的非零元素(循環(huán))組的生成元，P(x)是多項式$a_0+a_1x+…+a_{m-1}x^{m-1}$。如果N大于m，則P的值超定(over determine)該多項式，并且有限域的性質(zhì)確?？筛鶕?jù)任意m個數(shù)值，恢復P的系數(shù)，即初始消息。
原理上，里德-索羅門碼通過標繪大量的點，確定多項式。并且如同眼睛能夠識別并校正一對“壞”點in what otherwise clearly a smoothparabola一樣，里德-索羅門碼可發(fā)現(xiàn)不正確的P值，并且仍可恢復初始的消息。組合推論(及線性代數(shù))證實只要消息長度m嚴格小于N-2s，則這種方法可應付高達s個錯誤。
本領域的技術人員已知的詳細描述里德-索羅門碼的糾錯特性的編碼理論教科書有許多種。下面是在該象征學中實現(xiàn)的標準(非擴展)里德-索羅門碼的特性的簡要總結MM-以二進制位表示的代碼符號大小KK-每個塊的數(shù)據(jù)符號的數(shù)目，KK＜NNNN-符號中的塊大小，始終為(2**MM-1)JJ-塊中的實際數(shù)據(jù)值的數(shù)目里德-索羅門碼的糾錯能力取決于NN-KK，塊中的奇偶符號的數(shù)目。在純糾錯模式下，解碼器也只可糾正最多每個塊(NN-KK)/2個符號錯誤。
如果調(diào)用程序可估計至少一些錯誤存在的地方，則解碼器可糾正多于(NN-KK)/2的錯誤。這些已知的錯誤位置被稱為“疑符”。(注意知道錯誤的位置并不足以獨立糾正錯誤，因為代碼是非二進制碼，我們不知道符號中的哪些二進制位出錯)。如果事先已知所有的錯誤位置，則解碼器可糾正多達NN-KK個錯誤，即代碼塊中的奇偶符號的數(shù)目。(注1工業(yè)和應用數(shù)學協(xié)會1960期刊，“Polynomial Codes over Certain Finite Fields”，Irving S.Reed和Gustave Solornon。這是描述該糾錯方法的基本論文。意當確定了這么多的疑符時，沒有保留用于檢測其它不可糾正錯誤的冗余，從而解碼器可能產(chǎn)生不可糾正的錯誤)。
在大多數(shù)情況下，既存在錯誤又存在疑符。每個錯誤計數(shù)為兩個疑符，即疑符的數(shù)目和非擦除錯誤的數(shù)目的2倍值之和不能超過NN-KK。例如，作用于8位符號的(255，223)里德-索羅門碼可處理多達16個錯誤OR32個疑符OR諸如8個錯誤和16個疑符之類的各種組合。
可按照圖4中描述的方式，把上述里德-索羅門糾錯原理應用在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中。圖4以原理圖的形式描述了當印刷時，將出現(xiàn)在印刷碼100的編碼用戶數(shù)據(jù)部分200中的用戶數(shù)據(jù)位的排列結構。糾錯方法考慮最后的印刷排列結構。圖4描述了16個8位×8位的區(qū)域。從四個8位×8位區(qū)域210，212，214和216選擇一個8位子單元(例如包含各個8位×8位區(qū)域的最高有效位的一個字節(jié))，并且將其組合成用于糾錯目的的糾錯包。隨后對用于糾錯目的的該第一糾錯包應用常規(guī)的糾錯算法(例如Reed Solomon，不過也可用其它算法替代ReedSolomon)。產(chǎn)生大量的糾錯位，并把這些糾錯位附加到用戶信息部分的末端。隨后通過從各個8位×8位區(qū)域中選擇次高有效位，并把這些次高有效位組合成用于糾錯目的的糾錯包，重復該過程。隨后對該第二糾錯包應用糾錯算法，產(chǎn)生大量的糾錯位。隨后把這些糾錯位附加到用戶信息和第一組糾錯位之后。重復該過程，直到第一組4個8位×8位區(qū)域中的所有信息已被糾錯為止。隨后通過選擇4個新的8位×8位區(qū)域，并重復該過程，繼續(xù)上述過程。當所有用戶數(shù)據(jù)已被糾錯時，把組合后用戶數(shù)據(jù)和糾錯信息格式化成當印刷時，將構成二維高密度抗損印刷碼的文件。
另一優(yōu)選實施例按照圖5中描述的方式，應用前述糾錯原理。類似于圖4，圖5以原理圖的形式描述了當印刷時，將出現(xiàn)在印刷碼100的編碼用戶數(shù)據(jù)部分200中的用戶數(shù)據(jù)位的排列結構。糾錯方法考慮最后的印刷排列結構。圖5描述了16個8位×8位區(qū)域。從四個8位×8位區(qū)域220，222，224和226中選擇一個二維(4×4)16位子單元(即兩個字節(jié))，并且隨后把所述16位子單元組合成用于糾錯目的的糾錯包。隨后對用于糾錯目的的該第一糾錯包應用常規(guī)的糾錯算法(例如Reed Solomon，不過也可用其它算法替代Reed Solomon)。產(chǎn)生大量的糾錯位，并把這些糾錯位附加到用戶信息部分的末端。接下來，通過從這4個8位×8位區(qū)域的每個區(qū)域中選擇另一組16個鄰接位，組合這16個鄰接位，并且隨后對其進行糾錯，產(chǎn)生糾錯位。重復該過程，直到產(chǎn)生了第一組4個8位×8位區(qū)域中的所有用戶數(shù)據(jù)的糾錯信息為止。通過對接下來的4個8位×8位區(qū)域進行相同的操作，繼續(xù)上述過程，當產(chǎn)生了所有用戶數(shù)據(jù)的糾錯信息時，結束該過程。
可以下述方式歸納該過程。首先按照將在二維高密度抗損印刷碼中印刷用戶數(shù)據(jù)的行-列順序，把用戶數(shù)據(jù)排列在計算機存儲器中。隨后，把按照行-列順序組織的信息分成若干(n，m)尺寸的二維區(qū)域，所述若干(n，m)尺寸的二維區(qū)域代表將在二維印刷碼中印刷的鄰接位。從每個所述(n，m)尺寸的二維區(qū)域選擇一個子單元的二進制位，并將其組合成第一糾錯包以便糾錯。隨后對該第一糾錯包應用糾錯算法。隨后把在第一步驟中這樣產(chǎn)生的糾錯位格式化成將在用戶數(shù)據(jù)之后連續(xù)印刷的二進制位的二維集合。重復該過程，直到產(chǎn)生所有用戶信息的糾錯信息為止。
選擇非相連二進制位并且對這些二進制位進行糾錯，仍可提供代碼字或位之間的最小距離的其它方法在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，所述其它方法可包括每隔n個二進制位選擇m個二進制位，例如按順序選擇二進制位1，9，17，25…，并把它們組合起來以便糾錯，隨后選擇二進制位2，10，18，26…，并把它們組合起來以便糾錯，重復該順序，直到到達二進制位8，16，24…為止。
根據(jù)上面的說明，顯然糾錯是對非相連的數(shù)據(jù)部分進行的。這使印刷碼的抗損性更好。為了實現(xiàn)這些操作，必須把用戶數(shù)據(jù)長度和糾錯水平及方式編碼加入印刷碼的控制數(shù)據(jù)部分中，在一個優(yōu)選實施例中，所述控制數(shù)據(jù)部分通常位于編碼用戶數(shù)據(jù)部分200中的用戶數(shù)據(jù)的前面。由于本發(fā)明中，應用糾錯的方式相對較復雜，在對控制數(shù)據(jù)編碼的印刷碼部分發(fā)生損壞的情況下，可能難以恢復用戶信息。于是，在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，獨立于剩余的用戶數(shù)據(jù)，對該信息糾錯，并且該信息散布在整個印刷內(nèi)。
圖6和圖7A-D中描述了本發(fā)明這方面的操作。圖6以原理圖的形式描述了將構成印刷碼100的編碼用戶數(shù)據(jù)部分200的一部分的若干8位×8位區(qū)域中的一個8位×8位區(qū)域。根據(jù)控制數(shù)據(jù)所需的糾錯水平信息，可在標記為1，2，3和4的位位置插入與控制數(shù)據(jù)相關的一部分糾錯信息。例如，如果要選擇相對較低的糾錯水平，則在標記為“1”的位位置，可對單個糾錯位編碼。當把這種散布方法應用于該印刷碼的所有8位×8位區(qū)域時，與控制數(shù)據(jù)相關的糾錯信息按照圖7A中描述的方法分散到整個印刷碼內(nèi)。如果要選擇相對較高的控制數(shù)據(jù)的糾錯水平，則會如圖7D中描述的那樣，在印刷碼的各個8位×8位區(qū)域中分布4個糾錯位。圖7B和7C中描述了中間情況。
在固定長度格式印刷碼中，該信息可散布在整個代碼字內(nèi)的各個已知位置，以提供堅固的抗損性。在可變長度和糾錯印刷碼中，通過對對應于從若干選項中選擇的一個選項的數(shù)字進行編碼，頭部可存儲控制數(shù)據(jù)糾錯位的位置。這指出在印刷碼的控制數(shù)據(jù)部分發(fā)生災難性損壞的情況下，閱讀機應在什么地方查找對應于控制數(shù)據(jù)的糾錯位。
根據(jù)前述實施例產(chǎn)生的二維高密度抗損印刷碼能夠對2800字節(jié)的信息(足以滿足多個生物統(tǒng)計信息(指紋和肖像)及文本)編碼，同時具有較高的糾錯水平，其結果是總的消息長度為3400字節(jié)。該信息可被印刷在具有0.84英寸×2.87英寸(最小細節(jié)的尺寸為0.0066×0.010英寸)的編碼用戶數(shù)據(jù)部分的印刷碼中。這種印刷碼易于安裝到常規(guī)的2.125×3.375英寸卡的一面的一部分上，從而在該卡的剩余部分上，為人類可讀的信息留下足夠的空間?？蛇x擇落入本發(fā)明范圍內(nèi)的其它最小細節(jié)尺寸，以便獲得相對更小或更大的密度。
C.識別證件的優(yōu)選實施例圖9中描述了證明本發(fā)明在可靠身份驗證應用中的用途的一個優(yōu)選實施例。常規(guī)尺寸的ISO卡帶有一個二維印刷碼100，并且包括照片區(qū)310和文本區(qū)320。由于本發(fā)明的二維高密度抗損印刷碼的信息容量的增大，印刷碼100可存儲多個指紋樣板，照片信息和文本。
D.完全集成的離線身份驗證設備的優(yōu)選實施例本發(fā)明的另一實施例包含一個完全集成的小型離線身份驗證設備，所述設備是便攜式的或者是固定式的，所述設備具有捕捉二維高密度抗損印刷碼的圖象的裝置；實時生物統(tǒng)計信息捕捉能力(例如指紋)；微處理器和相關的程序，所述程序用于比較取自試圖驗證其身份的個人的實時生物統(tǒng)計信息和和從二維印刷碼恢復的生物統(tǒng)計信息；以及根據(jù)生物統(tǒng)計信息比較過程的結果，指出所述個人已被證明是真實可靠或者不可信的指示裝置。
捕捉二維高密度抗損印刷碼的圖象的裝置可包括，例如，二維電荷耦合器件(CCD)圖象傳感器，二維CMOS圖象傳感器或者聚焦于帶有所述二維印刷碼的基體的表面上的其它適宜的二維成像裝置。另一方面，可使線性傳感器，例如線性CCD，線性CMOS圖象傳感器，線性接觸式圖象傳感器(CIS)或者其它適宜的線性圖象傳感器聚焦于基體上，以便捕捉二維印刷碼，并掃過表面基體，以便捕捉其二維圖象。按照常規(guī)的傳真機或者平板掃描儀的方式，通過相對于線性圖象傳感器移動基體，或者相對于基體移動線性圖象傳感器，可完成所述“掃描”動作。
本領域中已知的適于捕捉二維印刷碼的二維圖象的另一種技術包括利用二維圖象傳感器，捕捉二維印刷碼的二維圖象的多個圖象(其中這樣捕捉的每個圖象只代表二維印刷碼的一部分)，并把所述多個圖象“接合”成足以代表整個二維印刷碼的單個圖象。這可通過使二維印刷碼掃過不能用單個圖象捕捉整個二維印刷碼的二維圖象傳感器來實現(xiàn)。當使二維印刷碼掃過時，借助所述二維圖象傳感器，捕捉多個重疊的“快照”圖象。用軟件分析圖象-圖象重疊(邊界相關性)，合并所述多個圖象，得到單一的清晰圖象。諸如“Logitech ScanMan”之類的“手工掃描儀”已采用了這種技術。
圖10是完全集成的小型手持式可靠身份驗證設備400的一個實施例的前視圖，所述設備400包括指紋圖象掃描儀410(實時生物統(tǒng)計信息捕捉裝置)，音頻轉換器420，顯示器430，小鍵盤輸入裝置440和二維圖象傳感器450。
圖11是同一個完全集成的小型手持式可靠身份驗證設備400的后視圖，圖11還表示了PCMCIA卡460。
在該優(yōu)選實施例中，二維圖象掃描儀450包括掃描接觸式圖象傳感器(CIS)，所述掃描接觸式圖象傳感器具有足以可靠地分辨和區(qū)分任意尺寸范圍內(nèi)小至0.0066英寸的細節(jié)的分辨率(最好400dpi或者更大)。
在該優(yōu)選實施例中，指紋圖象掃描儀410是市場上買得到的微型裝置，例如由CA，San Bruno，1150 Bayhill Dr.，Identicator Technology生產(chǎn)的DFR-200。本領域的技術人員易于認識到，作為代用品或者作為增加物，也可容易地采用其它指紋掃描裝置和/或其它生物統(tǒng)計信息捕捉裝置(例如用于虹膜掃描和/或面部識別的照相裝置)。
顯示器430是能夠顯示彩色照片的全色有效矩陣顯示器。但是，在其它實施例中，根據(jù)具體應用的顯示要求，可用單色顯示器，只顯示文本的顯示器或者簡單的指示代替全色有效矩陣顯示器。例如，在訪問控制應用中，只需要指出簡單的“通過”或“失敗”情形，因此只需要不多于一個或兩個的指示燈。
音頻轉換器420是配置的用于向身份驗證設備400添加用戶接口非必需部件。
小鍵盤輸入裝置440向用戶提供文本輸入和功能選擇能力，在存在多種操作模式的應用中，或者在可以預料需要輸入與身份驗證相關的其它文本信息的應用(例如車票，選民登記，邊境控制應用等)中，小鍵盤輸入裝置是有用的。在幾乎不需要額外的文本信息的其它應用中，可用一組較少的功能鍵替代小鍵盤輸入裝置440，或者完全消除小鍵盤輸入裝置440。
圖11中所示的PCMCIA卡460代表身份驗證設備的多種可能的外部接口之一。例如，PCMCIA卡可用于增加網(wǎng)絡連接性，以便記錄交易，或者用于增加外圍設備，例如打印機，大容量存儲器，磁條閱讀機等。本發(fā)明所屬領域中的技術人員易于認識到其它接口，例如串行通信接口，并行打印機端口，IrDA通信接口，以太網(wǎng)等的類似有效性和適用性，并且可馬上懂得如何實現(xiàn)這樣的接口。
圖12是圖10和11中描繪的優(yōu)選實施例的功能方框圖500，表示了該優(yōu)選實施例的主要功能部件。處理器510，例如Intel SA1100StrongARM微處理器通過微處理器總線512與系統(tǒng)的其它部件相連。程序存儲器520最好是快擦編程只讀存儲器，并且用于存儲管理身份驗證設備(500)的操作的程序和算法。這些程序和算法包括處理生物統(tǒng)計信息(例如，指紋細節(jié)提取)的軟件，生物統(tǒng)計信息匹配(例如，指紋匹配)的軟件，譯解二維印刷碼的軟件，和操作軟件(例如，用于機器控制的操作系統(tǒng)和代碼)。數(shù)據(jù)存儲器530是隨機存取存儲器(RAM)，最好是DO或SDRAM類型的隨機存取存儲器，并且用于存儲捕捉的圖象，生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及用于存儲計算的中間結果。在一個優(yōu)選實施例中，通過把所有程序復制到RAM中，以供執(zhí)行，程序存儲器520和數(shù)據(jù)存儲器530被有效地結合成單個存儲器。這樣，可使用速度較慢，并且費用較低的程序存儲器存儲程序和算法。當從通常比快擦編程只讀存儲器快得多的RAM執(zhí)行時，使用相同的數(shù)據(jù)存儲器530存儲程序和數(shù)據(jù)較為經(jīng)濟。非易失性存儲器535被用于保存長期信息，例如交易記錄，配置信息，授權名單等。非易失性存儲器535最好是快擦編程只讀存儲器，磁盤存儲器，或者其它非易失性介質(zhì)。在使用快擦編程只讀存儲器的情況下，可把非易失性存儲器535的程序存儲器520結合成單個存儲器。
光學掃描儀540提供用于捕捉二維印刷碼，例如上面說明的高密度糾錯抗損印刷碼的二維圖象的手段。在優(yōu)選實施例中，光學圖象傳感器540包括具有傳送機構的線性接觸式圖象傳感器(CIS)，所述傳送機構用于使所述線性接觸式圖象傳感器(以線性接觸的方式)掃過帶有上面提及的二維印刷碼的基體的表面。掃描儀接口550處理來自于光學掃描儀540的信號，并所述信號轉換為適于存儲到數(shù)據(jù)存儲器530中，以便進行軟件解碼的數(shù)字信號。
生物統(tǒng)計信息捕捉裝置560提供取自于要驗證的目標人員的當前生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在優(yōu)選實施例中，生物統(tǒng)計信息捕捉裝置560是指紋圖象掃描儀。生物統(tǒng)計信息捕捉裝置560捕捉的數(shù)據(jù)最后被保存在數(shù)據(jù)存儲器530中，并在數(shù)據(jù)存儲器530中被分析。
顯示器570向身份驗證設備400的使用者提供可視信息。在優(yōu)選實施例，顯示器是全色有效矩陣圖形顯示器，它能夠顯示諸如彩色照片和相關描述文本之類的彩色文本和圖形信息。
為了與外部設備或計算機通信，提供了通信接口580。在優(yōu)選實施例中，通信接口580包括一個串行端口，一個并行端口(均為通常可在個人計算機上找到的那種類型的串行、并行端口)，IrDA(紅外數(shù)據(jù)存取)端口和PCMCIA端口。從而看出提供了一種二維高密度抗損印刷碼。本領域中的技術人員將理解可借助除所述優(yōu)選實施例之外的其它實施例實踐本發(fā)明，上面描述的優(yōu)選實施例只是用于舉例說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制，因此，本發(fā)明只由下述權利要求限定。
權利要求
1.一種對由光學掃描儀掃描和譯解的信息編碼的二維高密度抗損印刷碼，包括對將被光學掃描儀用于幫助讀取和譯解所述印刷碼的信息編碼的譯解信息部分；區(qū)分印刷碼的橫向范圍和基體的鄰接部分的區(qū)分部分；對將被光學掃描儀用于幫助讀取和譯解所述印刷碼的行地址信息編碼的行地址部分；其中信息被編碼寫入位區(qū)中的編碼信息部分，編碼寫入所述位區(qū)中的所述信息可被印刷或者是空白的，并且其中糾錯信息被附加到所述信息部分上；所述糾錯信息包括根據(jù)在所述編碼信息部分中編碼的信息子單元，計算得到的糾錯代碼字。
2.按照權利要求1所述的二維高密度抗損印刷碼，其中通過利用面向塊的糾錯算法，計算附加到所述信息部分上的所述糾錯信息。
3.按照權利要求2所述的二維高密度抗損印刷碼，其中所述糾錯算法是里德-索羅門方法。
4.按照權利要求1所述的二維高密度抗損印刷碼，其中利用常規(guī)的代碼，計算附加到所述信息部分上的所述糾錯信息。
5.一種二維高密度抗損印刷碼，所述二維高密度抗損印刷碼對由光學掃描儀掃描和譯解，從而幫助讀取和譯解所述印刷碼的信息進行編碼；帶有所述印刷碼的基體；對將被光學掃描儀用于幫助讀取和譯解所述印刷碼的信息編碼的譯解信息部分；區(qū)分印刷碼的橫向范圍和基體的鄰接部分的區(qū)分部分；對將被光學掃描儀用于幫助讀取和譯解所述印刷碼的行地址信息編碼的行地址部分；信息被編碼寫入位區(qū)中的編碼信息部分，所述位區(qū)可被印刷或者是空白的，并且其中糾錯信息被附加到所述信息部分上，所述位區(qū)形成多個橫向數(shù)據(jù)行，從所述編碼信息部分的起點開始，逐行地把所述信息順序編碼寫入所述信息部分中，直到到達最后的數(shù)據(jù)行為止，所述糾錯信息接在所述用戶信息之后；通過選擇將編碼寫入所述信息部分中的信息子單元，對每個所述子單元應用糾錯算法，計算所述糾錯信息，以便在出錯的情況下，糾正所述信息。
6.按照權利要求5所述的二維高密度抗損印刷碼，其中通過把順序編碼的用戶信息分成若干個信息包，選擇將被糾錯的所述信息子單元；選擇每個信息包的一部分；組合來自各個信息包的信息；并對選自所述多個信息包的信息應用糾錯算法；把糾錯信息附加到所述數(shù)據(jù)消息上；通過從各個所述信息包選擇新的信息，繼續(xù)糾錯過程；對該信息應用糾錯算法；把糾錯信息附加到編碼信息部分上；并繼續(xù)該過程，直到每個所述信息包中的所有信息已被選擇，組合和糾錯為止。
7.按照權利要求6所述的二維高密度抗損印刷碼，其中所述糾錯算法是里德-索羅門方法。
8.按照權利要求6所述的二維高密度抗損印刷碼，其中利用常規(guī)的代碼，計算附加到所述信息部分上的所述糾錯信息。
9.一種提供可靠離線身份驗證的系統(tǒng)，包括下述組件身份證明；所述身份證明是對多個生物統(tǒng)計信息編碼的二維高密度抗損印刷碼，所述印刷碼還包括對將被光學掃描儀用于幫助讀取和譯解所述印刷碼的信息編碼的譯解信息部分；區(qū)分印刷碼的橫向范圍和基體的鄰接部分的區(qū)分部分；對將被光學掃描儀用于幫助讀取和譯解所述印刷碼的行地址信息編碼的行地址部分；其中信息被編碼寫入位區(qū)中的編碼信息部分，編碼寫入所述位區(qū)中的所述信息可被印刷或者是空白的，并且其中糾錯信息被附加到所述信息部分上；所述糾錯信息包括根據(jù)在所述編碼信息部分中編碼的信息子單元，計算得到的糾錯代碼字；集成的離線可靠身份驗證設備，所述設備還包括讀取身份證明中所含的二維高密度抗損印刷碼的掃描儀；存儲從印刷碼恢復的多個生物統(tǒng)計信息和文本的存儲器；從將驗證其身份的個人獲取生物統(tǒng)計信息的實時生物統(tǒng)計信息獲取裝置；比較從二維高密度抗損印刷碼恢復的生物統(tǒng)計信息和所述實時生物統(tǒng)計信息獲取裝置獲得的實時生物統(tǒng)計信息，以便確定實時生物統(tǒng)計信息是否與從二維高密度抗損印刷還原的生物統(tǒng)計信息相符的處理裝置；用于指示從將被驗證身份的個人獲得的實時生物統(tǒng)計信息是否與從二維高密度抗損印刷碼還原的生物統(tǒng)計信息相符的身份驗證結果通知裝置。
全文摘要
一種對用于離線身份驗證的多個生物統(tǒng)計信息和文本編碼的二維印刷圖案,包括對編碼數(shù)據(jù)部分的橫行中的位區(qū)數(shù)目編碼的水平頭部區(qū);對每個位區(qū)的垂直高度編碼的垂直頭部區(qū)。印刷碼的開始和停止模式把印刷碼的起點和終點和相鄰的靜止區(qū)區(qū)分開。信息被編碼寫入位區(qū)中的信息部分中,所述位區(qū)可被印刷,或者可以是空白的。對信息子單元進行糾錯。該圖案可被印刷在用來驗證身份的常規(guī)大小的ISO卡上。這種卡可和能夠譯解取自試圖驗證其身份的個人的圖象和指紋樣本。
文檔編號G06K19/06GK1344399SQ00805329
公開日2002年4月10日 申請日期2000年2月18日 優(yōu)先權日1999年2月24日
發(fā)明者尤金·P·格雷蒂, 理查德·A·斯特里帕斯基, 斯蒂芬·G·薩蒂 申請人:數(shù)字帶(Iom)有限公司