專利名稱：生物特征信息獲取設(shè)備和使用生物特征信息的認(rèn)證設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于獲取生物特征信息(例如指紋、掌紋以及血管圖案)的設(shè)備。具體地，本發(fā)明涉及一種生物特征信息獲取設(shè)備，該生物特征信息獲取設(shè)備從多幅局部圖像(多幅指紋圖像)獲取用戶認(rèn)證所需要的信息，所述多幅局部圖像是當(dāng)手指相對于滑動(sweep)型指紋傳感器的傳感器表面(圖像捕獲表面)移動時(shí)連續(xù)獲取的。此外，本發(fā)明還涉及一種認(rèn)證設(shè)備，在該認(rèn)證設(shè)備上使用生物特征信息(例如指紋、掌紋以及血管圖案)來執(zhí)行用戶認(rèn)證。
背景技術(shù)：
隨著近來的功能改進(jìn)，諸如移動電話和PDA(個(gè)人數(shù)字助理)的小型信息設(shè)備也能夠連接到通信網(wǎng)絡(luò)并存儲大量個(gè)人信息，由此增加了提高設(shè)備安全性的需求。
為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的安全性，已將密碼和ID(標(biāo)識)卡用于用戶認(rèn)證。然而，由于這種密碼和ID卡很容易失竊，因此非?？释煽康挠脩粽J(rèn)證(對目標(biāo)用戶是已預(yù)先注冊的授權(quán)用戶進(jìn)行確認(rèn))。為了滿足這個(gè)需求，可以想到的是，使用在認(rèn)證中非?？煽康纳锾卣饔脩粽J(rèn)證。特別地，對用戶來說，指紋是非常方便的。
在將指紋用作用于用戶認(rèn)證的生物特征信息時(shí)，通常會使用靜電電容型或光學(xué)型的指紋傳感器，以從用戶的指梢獲取指紋(由接觸指紋傳感器的圖像捕獲表面的指紋脊線和不接觸圖像捕獲表面的谷線所構(gòu)成的圖案)的圖像信息。從指紋圖像的前景(例如，指紋脊線圖像)提取特征信息(例如，分叉點(diǎn)和端點(diǎn)的位置信息)，并將所提取的特征信息對照預(yù)先注冊的用戶特征信息進(jìn)行認(rèn)證，由此執(zhí)行對用戶的認(rèn)證。
常用的指紋傳感器具有大于人指梢的傳感器表面(圖像捕獲表面)。然而，近來的指紋傳感器具有小于人指梢的傳感器表面，以使得可以為小型信息設(shè)備(如移動電話和PDA)提供這種指紋傳感器。對通過這種小型傳感器表面連續(xù)獲取的多幅指紋局部圖像進(jìn)行組合，以獲取整個(gè)指紋圖像。
滑動型指紋傳感器是這種具有小型傳感器表面的指紋傳感器之一?；瑒有椭讣y傳感器具有小型的矩形圖像捕獲表面(傳感器表面/圖像捕獲表面)，該圖像捕獲表面與指梢相比在長度上短得多。當(dāng)目標(biāo)指紋相對于圖像捕獲表面移動時(shí)，或者當(dāng)圖像捕獲表面相對于指梢移動時(shí)，指紋傳感器連續(xù)地獲取多幅指紋局部圖像，并且，根據(jù)這些局部圖像再現(xiàn)完整的指紋圖像。在這里，這種手指相對于圖像捕獲表面的移動稱為“滑動”。從由此再現(xiàn)的指紋圖像提取/生成指紋細(xì)節(jié)(脊線分叉點(diǎn)和脊線端點(diǎn))，并基于該細(xì)節(jié)信息來執(zhí)行用戶認(rèn)證。
例如，在日本專利申請公報(bào)特開平8-263631以及日本專利申請公報(bào)特開2001-155137中公開了根據(jù)多幅指紋局部圖像再現(xiàn)完整指紋圖像的技術(shù)。在這些專利申請公開的技術(shù)中，獲取手指與傳感器之間在與傳感器縱向方向垂直的方向上的相對位置來再現(xiàn)完整的手指圖像。在美國專利No.USP 6,289,114和美國專利No.USP 6,317,508公開的技術(shù)中，對連續(xù)獲取的圖像之間的重疊進(jìn)行測量，并基于這種重疊來再現(xiàn)完整的手指圖像。
然而，因?yàn)橥ㄟ^這種滑動型指紋傳感器獲取并隨后再現(xiàn)的圖像會由于變化因素而出現(xiàn)失真，所以有時(shí)候難以對使用滑動型指紋傳感器獲取的指紋數(shù)據(jù)與預(yù)先注冊的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
例如，在手指接觸傳感器表面地在傳感器表面上移動時(shí)獲取指紋圖像的指紋傳感器具有以下問題。如稍后參照圖5至圖7以及圖27至圖31所述，由于柔軟且立體的手指壓在平面的傳感器表面上，所以手指出現(xiàn)變形，由此在指紋圖像中引起很大的失真。此外，由于手指的一部分有時(shí)因?yàn)閭鞲衅鞅砻媾c手指之間的摩擦力而粘至傳感器表面，所以手指出現(xiàn)變形，由此在得到的指紋圖像中引起很大的失真。這種變形還取決于手指滑動的方向。
此外，如圖19至圖26所示，如果獲取指紋圖像的圖像捕獲設(shè)備具有任何的檢測延遲，那么所捕獲的圖像會與手指本身的變形無關(guān)地出現(xiàn)失真。以使用一條掃描線來檢測信息并在經(jīng)過特定延遲之后使用相鄰掃描線來檢測信息的傳感器(參見圖25)為例，如果手指與傳感器之間的相對位置信息隨著時(shí)間發(fā)生了很大變化，那么所捕獲的指紋圖像的縱橫比(aspect ratio)將發(fā)生變化，由此引起伸/縮失真(參見圖21至圖24)。此外，在對每個(gè)單元都出現(xiàn)檢測延遲的傳感器中(參見圖26)，將出現(xiàn)偏斜失真(skew distortion)(參見圖25和圖26)。
這種失真使得再現(xiàn)圖像的可再現(xiàn)性劣化。此外，當(dāng)對按不同方式失真的多幅局部圖像進(jìn)行拼接時(shí)，可能出現(xiàn)指紋中實(shí)際并不存在的圖案(手指分泌的皮脂或汗的圖像、或者傳感器表面上的瑕疵的圖像、或者由于檢測器裝置中的缺陷而產(chǎn)生的圖像)。也就是說，由于上述的失真或者出現(xiàn)了指紋中不存在的圖案，所以，使用指紋傳感器從一用戶獲取的特征信息明顯不同于該用戶的注冊特征信息。這樣，即使要認(rèn)證的目標(biāo)用戶是授權(quán)用戶，也可能獲得錯(cuò)誤的認(rèn)證結(jié)果，從而使得認(rèn)證性能(即認(rèn)證可靠性)降低。
此外，在上述日本專利申請和上述美國專利所公開的技術(shù)中還會引起以下問題。為了根據(jù)獲取的多幅局部圖像再現(xiàn)完整的指紋圖像，需要提供容量足以存儲完整的手指圖像的存儲器，并且也增加了處理時(shí)間。因此，上述技術(shù)不適用于小型信息設(shè)備。
有鑒于此，本發(fā)明的目的是對從各局部圖像提取的特征信息進(jìn)行校正，從而使得可以使用小容量的存儲器來獲取無失真的特征信息。結(jié)果，用戶認(rèn)證是基于高質(zhì)量的特征信息來執(zhí)行的，由此可以改進(jìn)認(rèn)證性能(即認(rèn)證可靠性)，并且改善了用戶便利性。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種生物特征信息獲取設(shè)備，其包括圖像獲取裝置，其捕獲生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)的局部圖像；特征提取裝置，其從由圖像獲取裝置獲取的單幅局部圖像獲取包含在該單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置，其根據(jù)包含在圖像獲取裝置獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，對這兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測；以及校正裝置(第一校正裝置)，其根據(jù)相對位置信息檢測裝置檢測到的相對位置信息、以及單幅局部圖像中的特征的位置，計(jì)算特征的失真量，并且根據(jù)計(jì)算出的失真量對單幅局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正。
此外，本發(fā)明的生物特征信息獲取設(shè)備具有與上述相似的圖像獲取裝置、特征提取裝置以及相對位置信息檢測裝置，并且該生物特征信息獲取設(shè)備還具有校正裝置(第二校正裝置)，該校正裝置根據(jù)圖像獲取裝置獲取單幅局部圖像的時(shí)間間隔、圖像獲取裝置在捕獲單幅局部圖像過程中的延遲、以及相對位置信息檢測裝置檢測到的相對位置信息，對單幅局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于圖像獲取裝置捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正。
此外，本發(fā)明的生物特征信息獲取設(shè)備具有與上述相似的圖像獲取裝置、特征提取裝置以及相對位置信息檢測裝置，并且該生物特征信息獲取設(shè)備還具有校正裝置(第三校正裝置)，該校正裝置既具有第一校正裝置的功能又具有第二校正裝置的功能。
本發(fā)明的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備具有與上述類似的圖像獲取裝置、特征提取裝置以及相對位置信息檢測裝置，并且還具有第一校正裝置、第二校正裝置以及第三校正裝置中的一個(gè)。該生物特征信息認(rèn)證設(shè)備還包括生成裝置，其通過使用特征提取裝置提取的特征以及校正裝置獲取的經(jīng)校正的特征位置，生成用于用戶認(rèn)證的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)；以及認(rèn)證裝置，其使用生成裝置生成的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)來執(zhí)行認(rèn)證處理，以對用戶進(jìn)行認(rèn)證。
此外，上述的生物特征信息獲取設(shè)備和生物特征信息認(rèn)證設(shè)備可以具有如下構(gòu)造(1-1)到(1-15)。
(1-1)圖像獲取裝置從正在相對于圖像獲取裝置移動的物體捕獲多幅連續(xù)的局部圖像，并且生物特征信息獲取設(shè)備還包括去除裝置，該去除裝置在特征提取裝置提取特征之前去除包含在圖像獲取裝置所捕獲的多幅局部圖像中且不移動的圖案圖像。
(1-2)在上述(1-1)中，去除裝置根據(jù)恰在獲取物體局部圖像前已捕獲到的多幅局部圖像來計(jì)算加權(quán)平均圖像，并且去除裝置根據(jù)由此計(jì)算出的加權(quán)平均圖像來分離移動圖案和非移動圖案，并且去除非移動圖案。
(1-3)特征提取裝置提取各局部圖像的前景和前景的邊緣，作為上述特征。
(1-4)特征提取裝置提取通過細(xì)化(thinning)各局部圖像的前景而獲取的圖案中的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)，作為特征。
(1-5)相對位置信息檢測裝置根據(jù)恰在對圖像獲取裝置連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)，對所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測。
(1-6)相對位置信息檢測裝置根據(jù)預(yù)測的隨后要檢測的相對位置信息，對圖像獲取裝置連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測，其中預(yù)測的相對位置信息是根據(jù)恰在對所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)而估計(jì)的。
(1-7)相對位置信息檢測裝置將圖像獲取裝置連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像中的每一幅都劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中分別地檢測相對位置信息。
(1-8)相對位置信息檢測裝置將圖像獲取裝置連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像中的每一幅劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中獨(dú)立地檢測相對位置信息，并且，校正裝置對所述多個(gè)局部區(qū)域中的特征的位置分別地進(jìn)行校正，從而對由于圖像獲取裝置捕獲各局部圖像過程中的延遲而引起的各局部圖像的失真進(jìn)行校正。
(1-9)圖像獲取裝置從正在相對于圖像獲取裝置移動的物體捕獲多幅連續(xù)的局部圖像，并且生物特征信息獲取設(shè)備還包括移動物體檢測裝置，該移動物體檢測裝置基于圖像獲取裝置捕獲的多幅局部圖像來檢測是否存在正在相對于圖像獲取裝置移動的移動物體。
(1-10)在上述(1-9)中，移動物體檢測裝置根據(jù)恰在獲取物體局部圖像前已捕獲到的局部圖像，計(jì)算加權(quán)平均圖像，并且，移動物體檢測裝置根據(jù)由此計(jì)算出的加權(quán)平均圖像來檢測是否存在移動物體。
(1-11)在上述(1-10)中，移動物體檢測裝置在圖像獲取裝置獲取的最新局部圖像與計(jì)算出的加權(quán)平均圖像之間的差值超過一特定閾值時(shí)檢測到存在移動物體，其中所述閾值被設(shè)為大于噪聲引起的變化的值。
(1-12)在具有上述構(gòu)造(1-9)至(1-11)的認(rèn)證設(shè)備中，認(rèn)證裝置在移動物體檢測裝置沒有檢測到移動物體時(shí)不執(zhí)行認(rèn)證處理。
(1-13)在具有上述構(gòu)造(1-9)至(1-11)的認(rèn)證設(shè)備中，本實(shí)施例的認(rèn)證裝置優(yōu)先使用從較早捕獲的局部圖像獲取的特征以及這些特征的相對位置信息來執(zhí)行認(rèn)證處理。
(1-14)認(rèn)證裝置在用戶的認(rèn)證結(jié)果得到確認(rèn)時(shí)結(jié)束認(rèn)證處理。
(1-15)圖像獲取裝置從在與圖像獲取裝置接觸的同時(shí)還相對于圖像獲取裝置移動的物體捕獲多幅連續(xù)的局部圖像，并且，生物特征信息獲取設(shè)備還包括摩擦力減小裝置，該摩擦力減小裝置可以起作用以減小物體移動而引起的摩擦力。
此外，生物特征信息獲取設(shè)備包括圖像獲取裝置，其從在與圖像獲取裝置接觸的同時(shí)還相對于圖像獲取裝置移動的物體捕獲多幅連續(xù)的局部圖像；以及摩擦力減小裝置，其可以起作用以減小物體移動而引起的摩擦力。
上述生物特征信息獲取設(shè)備以及生物特征認(rèn)證設(shè)備實(shí)現(xiàn)了以下的效果和益處(2-1)至(2-16)。
(2-1)基于包含在兩幅或更多幅局部圖像重疊的區(qū)域(重疊區(qū)域)中的特征來對所述兩幅或更多幅局部圖像之間的相對位置信息進(jìn)行檢測。根據(jù)從相對位置信息以及各局部圖像中的特征的位置而估計(jì)的失真量，對各局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，由此去除由于捕獲指紋局部圖像時(shí)的手指變形而引起的失真。因此，使用高質(zhì)量的特征信息來進(jìn)行認(rèn)證，從而改進(jìn)了認(rèn)證性能(即認(rèn)證可靠性)。
(2-2)基于包含在兩幅或更多幅局部圖像重疊的區(qū)域(重疊區(qū)域)中的特征來對所述兩幅或更多幅局部圖像之間的相對位置信息進(jìn)行檢測，并基于該相對位置信息、圖像獲取裝置獲取各局部圖像的時(shí)間間隔、以及在圖像獲取裝置捕獲各局部圖像的過程中的延遲來對各局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于在圖像獲取裝置捕獲單幅局部圖像的過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正。這使得可以去除由于滑動型指紋傳感器中的檢測延遲而引起的特征信息的圖像失真(伸/縮失真和偏斜失真)。由此獲取了無失真的特征信息，因而使得在用戶認(rèn)證中可以使用高質(zhì)量的特征信息，從而改進(jìn)了認(rèn)證性能(即認(rèn)證可靠性)。
(2-3)通過既執(zhí)行校正(2-1)又執(zhí)行校正(2-2)，從特征信息中既去除了由于在獲取指紋局部圖像時(shí)手指自身的變形而引起的失真、又去除了由于滑動型指紋傳感器的檢測延遲而引起的圖像失真(伸/縮失真和偏斜失真)。這使得在用戶認(rèn)證中可以使用高質(zhì)量的特征信息，從而改進(jìn)了認(rèn)證性能(即認(rèn)證可靠性)。
(2-4)由于對從各局部圖像中提取的特征信息執(zhí)行了校正，所以不必照原樣存儲各局部圖像，由此可以使用少量的存儲容量而以高速獲取無失真的特征信息。
(2-5)按完成對特征位置的校正的順序來依次對單幅局部圖像執(zhí)行認(rèn)證處理。由此可以使用小型傳感器來執(zhí)行精確的生物特征信息認(rèn)證，從而可以實(shí)現(xiàn)一種對用戶很方便的用戶認(rèn)證系統(tǒng)。
(2-6)不需要獲取全部的生物特征信息分布，只使用小型傳感器就可以進(jìn)行用戶的生物特征認(rèn)證。這種小型生物特征信息傳感器可以配備給無法預(yù)備用于安裝傳感器的足夠空間的小型信息設(shè)備(如移動電話和PDA)，從而提高安全性能。
(2-7)如果圖像獲取裝置是滑動型生物特征信息傳感器，并且如果去除了各局部圖像中的非移動圖案，則從局部圖像中作為非移動圖案(背景)去除了附于傳感器表面的皮脂、汗或者水氣的圖像、傳感器表面上的瑕疵的圖像、以及構(gòu)成傳感器的檢測器設(shè)備的缺陷而產(chǎn)生的圖像。這防止了前述非移動圖像作為實(shí)際指紋圖像中不存在的圖案出現(xiàn)在局部圖像中，因此，不會提取到認(rèn)證不需要的特征信息，由此改進(jìn)了認(rèn)證性能。
(2-8)提取前景(例如，脊線圖像亮度)和前景的邊緣(例如亮度梯度)作為特征，并通過使用前景和邊緣二者來檢測相對位置信息，由此，即使多幅局部圖像包含有相似的脊線圖案，也可以準(zhǔn)確檢測出多幅局部圖像之間的相對位置信息，從而改進(jìn)了檢測相對位置信息的性能。
(2-9)提取通過細(xì)化各局部圖像的前景(例如脊線圖像)而獲取的圖案中的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)。根據(jù)由此提取的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)來檢測相對位置信息，從而，當(dāng)為了進(jìn)行用戶認(rèn)證而執(zhí)行(指紋端點(diǎn)和分叉點(diǎn)中的)特征信息認(rèn)證時(shí)，不必從整個(gè)指紋圖像中提取指紋細(xì)節(jié)，這將大大縮短處理時(shí)間。此外，由于不必將從其中曾經(jīng)提取過特征信息的局部圖像存儲在存儲器中，所以可以丟棄該局部圖像，從而減少使用的存儲量。
(2-10)根據(jù)恰在檢測兩幅或更多幅局部圖像前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)來檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息，由此減少了執(zhí)行用于檢測相對位置信息的操作的次數(shù)。換言之，對相關(guān)值進(jìn)行計(jì)算以檢測相對位置信息的范圍例如限于沿滑動方向延伸的范圍，并且縮短了檢測相對位置信息所需要的處理時(shí)間。這時(shí)，如果獲取局部圖像的時(shí)間間隔足夠短，則滑動方向決不會突然顛倒，此外還可以在不降低對相對位置信息的檢測性能的情況下限制搜索范圍。
(2-11)根據(jù)對隨后要檢測的預(yù)測相對位置信息來檢測兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息，所述預(yù)測相對位置信息是根據(jù)恰在檢測這兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)來估計(jì)的，由此，與前述(2-10)一樣，減少了執(zhí)行用于檢測相對位置信息的操作的次數(shù)。換言之，如果獲取局部圖像的時(shí)間間隔足夠短，則可以假定滑動方向與滑動速度決不會突然發(fā)生顯著變化，從而可以根據(jù)恰在檢測兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息前已獲取的相對位置信息來限制隨后的搜索范圍。由此，縮短了檢測相對位置信息所需要的時(shí)間，即使搜索范圍受限也不會降低對相對位置信息的檢測性能。
(2-12)將兩幅或更多幅局部圖像中的每一幅都劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中獨(dú)立檢測相對位置信息。結(jié)果，即使從其獲取局部指紋圖像的指梢明顯變形，仍然可以準(zhǔn)確地檢測指梢的每個(gè)部位的相對位置信息。
(2-13)當(dāng)使用滑動型生物特征信息傳感器來獲取連續(xù)的局部圖像時(shí)，根據(jù)生物特征信息傳感器獲取的局部圖像來檢測是否存在相對于生物特征信息傳感器移動的移動物體(例如手指)。這使得不必準(zhǔn)備單獨(dú)的用于檢測移動物體的傳感器，并且可以無需附加成本地對這種移動物體進(jìn)行檢測，由此提高了實(shí)用性。此時(shí)，計(jì)算恰在獲取當(dāng)前局部圖像前已獲取的局部圖像的加權(quán)平均圖像。如果加權(quán)平均圖像與最新的局部圖像之間的差值超出一特定的閾值，則判定檢測到了存在移動物體。這時(shí)，如果照原樣使用除去非移動圖像(背景)時(shí)計(jì)算出的加權(quán)平均圖像，則可以在不增加計(jì)算量的情況下檢測移動物體。此外，將上述的特定閾值設(shè)為大于由噪聲引起的變化的值，從而防止錯(cuò)誤地將這種噪聲檢測成移動物體，因此可以提高對移動物體的檢測性能。
(2-14)由于不必為非移動物體執(zhí)行認(rèn)證處理，所以當(dāng)沒有檢測到移動物體時(shí)不執(zhí)行認(rèn)證處理。也就是說，當(dāng)沒有檢測到移動物體時(shí)不啟動認(rèn)證處理，而只有當(dāng)檢測到任何移動物體時(shí)才執(zhí)行認(rèn)證處理。這使得可以減少計(jì)算所需要的時(shí)間和負(fù)載。此外，由于防止了將從噪聲中提取的特征信息用于認(rèn)證處理，所以不會降低認(rèn)證性能。
(2-15)優(yōu)先使用從早期捕獲的局部圖像中獲取的特征及相對位置信息來執(zhí)行認(rèn)證處理，并且當(dāng)確認(rèn)了認(rèn)證結(jié)果時(shí)結(jié)束認(rèn)證處理。結(jié)果，按滑動動作輸入多幅局部圖像的順序從所述多幅局部圖像依次產(chǎn)生特征，從而可以啟動認(rèn)證處理而無需等待獲取全部圖像的特征。此外，在確定認(rèn)證結(jié)果時(shí)可以在早期結(jié)束認(rèn)證。
(2-16)以傳感器為例，例如滑動型生物特征信息傳感器，該傳感器從在與傳感器表面接觸的同時(shí)還相對于傳感器表面移動的物體(待認(rèn)證用戶的身體部位)獲取多幅局部圖像，如果傳感器配備有用于減小物體移動所產(chǎn)生的摩擦力的摩擦力減小裝置，那么可以有助于身體部位的滑動動作，由此提高用戶便利性。此外，由于減小了身體部位的變形，所以可以獲取具有高可再現(xiàn)性的生物特征信息圖像，從而改進(jìn)了認(rèn)證性能。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的生物特征認(rèn)證設(shè)備的功能構(gòu)造的框圖；圖2是表示本實(shí)施例的生物特征認(rèn)證設(shè)備的具體構(gòu)造的框圖；圖3是用于說明使用滑動型指紋傳感器來捕獲指紋圖像的處理(滑動動作)的圖；圖4是用于說明滑動型指紋傳感器連續(xù)捕獲的多幅局部圖像的圖；圖5是表示典型指紋傳感器獲取的指紋圖像的示例的圖；圖6是表示根據(jù)滑動型指紋傳感器獲取的多幅局部圖像來再現(xiàn)的完整指紋圖像(它是(在用戶注冊時(shí))注冊指紋時(shí)捕獲的)的示例的圖；圖7是表示根據(jù)使用滑動型指紋傳感器獲取的多幅局部圖像來再現(xiàn)的完整指紋圖像(它是在用戶認(rèn)證時(shí)從目標(biāo)用戶捕獲的)的另一示例的圖；圖8是表示不執(zhí)行滑動(當(dāng)手指保持靜止時(shí))的情況下捕獲的局部圖像的示例的圖；圖9是表示在滑動動作期間捕獲的局部圖像的示例的圖；圖10是在表示傳感器表面上存在缺陷和污點(diǎn)時(shí)獲取的局部圖像的示例的圖；圖11是表示存在圖10的缺陷和污點(diǎn)時(shí)捕獲的平均局部圖像的圖；圖12是表示其中去除了非移動圖案(缺陷和污點(diǎn)的圖像)的局部圖像的示例的圖；圖13是表示只使用前景信息很難檢測相對位置信息的局部圖像示例的圖；圖14是表示只使用邊緣信息很難檢測相對位置信息的局部圖像示例的圖；圖15是表示應(yīng)從局部圖像中提取的示例細(xì)節(jié)的圖；圖16是用于說明可以根據(jù)恰在進(jìn)行當(dāng)前檢測前已檢測到的相對位置信息來確定(限定)下一搜索范圍的原因的圖；圖17和圖18是用于說明當(dāng)每幅局部圖像都被劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)域時(shí)的相對位置信息檢測方法的圖；圖19是表示能夠讀取所捕獲圖像數(shù)據(jù)的每行的傳感器的構(gòu)造示例的框圖；圖20是表示能夠讀取所捕獲圖像數(shù)據(jù)的每個(gè)像素的傳感器的構(gòu)造示例(需考慮各像素的延遲的示例)的框圖；圖21是表示靜止地位于圖19的傳感器上的手指的圖；圖22是表示在圖21的狀態(tài)下捕獲的局部圖像的示例的圖；圖23是表示手指在圖19的傳感器上滑動的圖；圖24是表示在圖22的狀態(tài)下捕獲的局部圖像的示例(由于伸/縮而引起失真)的圖；圖25是表示手指在圖20的傳感器上滑動的圖；圖26是用于說明在圖25的狀態(tài)下捕獲的局部圖像的失真(偏斜失真)的圖；圖27至圖29是用于說明局部圖像中的脊線圖像變化的圖；圖30A至圖30E是表示滑動動作期間的指紋變形的轉(zhuǎn)變的圖；圖31是表示本實(shí)施例的失真分布的示例的圖；圖32是示意性地表示本實(shí)施例的摩擦力減小裝置的示例的立體圖；圖33是示意性地表示本實(shí)施例的摩擦力減小裝置的另一示例的立體圖；圖34是表示用作本實(shí)施例的摩擦力減小裝置的凸起部分的第一變型例的圖；圖35是表示用作本實(shí)施例的摩擦力減小裝置的凸起部分的第二變型例的圖；以及圖36是用于說明本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述。
本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備圖1和圖2都表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的生物特征用戶認(rèn)證設(shè)備(生物特征信息獲取設(shè)備)的構(gòu)造。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的生物特征認(rèn)證設(shè)備的功能構(gòu)造(原理構(gòu)造)的框圖。圖2是表示生物特征認(rèn)證設(shè)備的具體構(gòu)造的框圖。在圖1和圖2中，相同的標(biāo)號和字符指示相同的部分或單元。
如圖1所示，本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備具有作為如下裝置的功能生物特征信息輸入裝置(圖像獲取裝置)10、特征提取裝置20、相對位置信息檢測裝置30、校正裝置40、移動物體檢測裝置(去除裝置)50、生成裝置60，以及認(rèn)證裝置70。
如圖2所示，通過附有靜電電容型的滑動型指紋傳感器10(生物特征信息輸入裝置(圖像獲取裝置))的普通個(gè)人計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)認(rèn)證設(shè)備，所述普通計(jì)算機(jī)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘80、易失性存儲器90、非易失性存儲器91，以及CPU(中央處理單元)100。這時(shí)，CPU100執(zhí)行特定的程序以用作特征提取單元(特征提取裝置)20、相對位置信息檢測單元(相對位置信息檢測裝置)30、校正單元(校正裝置)40、移動物體檢測單元(移動物體檢測裝置/去除裝置)50、注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元(生成裝置)60，以及認(rèn)證單元(認(rèn)證裝置)70(稍后詳細(xì)描述)。
靜電電容型的滑動型指紋傳感器10捕獲待認(rèn)證用戶的生物特征信息的連續(xù)局部圖像。更確切的說，滑動型指紋傳感器10在用戶的手指(目標(biāo)；參見圖3至圖7、圖32和圖33中的項(xiàng)200)正在相對于圖像捕獲表面(傳感器表面)11移動時(shí)捕獲手指的連續(xù)局部圖像。
“指紋”是待認(rèn)證用戶的手指皮膚上的圖案，這個(gè)圖案是由接觸傳感器表面11的脊線(接觸部分)和不接觸傳感器表面11的谷線(非接觸部分/間隙部分)構(gòu)成的。通過利用和傳感器表面11接觸的脊線與不和傳感器表面11接觸的谷線之間的檢測靈敏度的差異，捕獲指紋的局部圖像作為多級(multilevel)圖像。在這種多級圖像中，亮度取決于到傳感器的距離。一般來說，由于脊線接近傳感器，所以按較低亮度顯示脊線，而由于谷線離傳感器相對較遠(yuǎn)，所以按較高亮度顯示谷線。
在指紋認(rèn)證時(shí)，用戶使其手指在指紋傳感器10的傳感器表面11的上方經(jīng)過同時(shí)保持其手指與傳感器表面11接觸。用戶沿從其手指根側(cè)到手指梢側(cè)、或者從手指右側(cè)到手指左側(cè)的任意方向來移動手指。這里，如果指紋傳感器10可以相對于手指移動，那么用戶無需移動其手指?，F(xiàn)在將參照圖3、圖4、圖6以及圖7，對從靠近手指根部的一側(cè)朝著手指梢部來滑動手指200的情況進(jìn)行說明。稍后將參照圖19和圖20對指紋傳感器10的構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)時(shí)時(shí)鐘80用于向指紋傳感器10連續(xù)捕獲的多幅局部圖像添加時(shí)間戳(time stamp)。
易失性存儲器90存儲有指紋傳感器10獲取的連續(xù)局部圖像；CPU100獲取的特征、相對位置信息以及校正結(jié)果；以及實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備的功能所需要的各種參數(shù)(例如，用于校正單元40執(zhí)行的處理中的校正的參數(shù))。
非易失性存儲器91存儲有用戶注冊時(shí)從待認(rèn)證用戶獲取/注冊的指紋數(shù)據(jù)。非易失性存儲器91中的指紋數(shù)據(jù)可以是從常規(guī)型指紋傳感器(其傳感器表面的尺寸大于普通人手指的尺寸)所獲取的圖像中提取的數(shù)據(jù)，或者另選地，其可以是注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60生成的數(shù)據(jù)。
特征提取單元(特征提取裝置)20從指紋傳感器10捕獲的局部圖像中提取包含在所述局部圖像中的特征以及這些特征的位置。這里，這種特征可以是各局部圖像的前景(在本實(shí)施例中為脊線圖像的亮度值；參見圖13)以及該前景的邊緣(在本實(shí)施例中為亮度梯度值；參見圖14)，或者可以是在通過細(xì)化各局部圖像的前景(在本實(shí)施例中為脊線圖像)而獲取的圖案中提取的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)，稍后將參照圖15來對此進(jìn)行詳細(xì)描述。
相對位置信息檢測單元30根據(jù)包含在指紋傳感器10連續(xù)獲取的兩幅或更多幅局部圖像重疊的區(qū)域中的特征，對這兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測。這時(shí)，相對位置信息檢測單元30可以根據(jù)恰在檢測這兩幅或更多幅目標(biāo)圖像的相對位置信息前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)，對相對位置信息進(jìn)行檢測。另選地，如稍后參照圖16所詳細(xì)描述，可以根據(jù)對隨后即將檢測的預(yù)測相對位置信息來執(zhí)行所述檢測，其中該預(yù)測相對位置信息是根據(jù)恰在檢測這兩幅或更多幅物體局部圖像的相對位置信息前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)來估計(jì)的。此外，如稍后參照圖17和圖18所詳細(xì)描述，相對位置信息檢測單元30可以將指紋傳感器10連續(xù)捕獲的多幅局部圖像中的每一幅劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中獨(dú)立地檢測相對位置信息。
校正單元40對指紋傳感器10的檢測延遲而引起的圖像失真和手指的變形而引起的失真進(jìn)行校正。校正單元40具有以下兩種校正功能。如參照圖3至圖7和圖27至圖31所述，第一校正功能是根據(jù)相對位置信息檢測單元30檢測到的相對位置信息以及各局部圖像中包含的特征的位置來計(jì)算失真量(由手指的變形而引起的失真量)，并根據(jù)計(jì)算得到的失真量來校正特征的位置。第二校正功能是根據(jù)指紋傳感器10獲取各局部圖像的時(shí)間間隔、指紋傳感器10捕獲各局部圖像過程中的延遲、以及相對位置信息檢測單元30檢測到的相對位置信息，對各局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，由此，對由于指紋傳感器10捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的各局部圖像的失真(伸/縮失真和偏斜失真)進(jìn)行校正。
這里，如果相對位置信息檢測單元30將指紋傳感器10獲取的多幅連續(xù)局部圖像中的每一幅都劃分成共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域以檢測各個(gè)局部區(qū)域中的上述相對位置信息，那么，校正單元40在各個(gè)局部區(qū)域中對特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于指紋傳感器10在捕獲單幅局部圖像的過程中的延遲而引起的各局部區(qū)域的失真進(jìn)行校正。
移動物體檢測單元(移動物體檢測裝置/去除裝置)50根據(jù)指紋傳感器10捕獲的局部圖像來檢測是否存在正在相對于指紋傳感器10移動的移動物體(在本示例中為用戶的手指)。移動物體檢測單元50根據(jù)恰在獲取物體局部圖像前已捕獲到的局部圖像來計(jì)算加權(quán)平均圖像，并且根據(jù)由此計(jì)算出的加權(quán)平均圖像來檢測物體局部圖像中是否存在移動物體。更確切的說，移動物體檢測單元50在指紋傳感器10獲取的物體(最新)局部圖像與計(jì)算出的加權(quán)平均圖像之間的差值超出一特定閾值時(shí)檢測到存在這種移動物體，所述特定閾值大于噪聲引起的變化。此外，在本實(shí)施例中，除非移動物體檢測單元50檢測到任何移動物體，否則不執(zhí)行由認(rèn)證單元70執(zhí)行的認(rèn)證處理(稍后將會描述)。
此外，移動物體檢測單元50具有作為從指紋傳感器10獲取的局部圖像中去除不移動的圖案圖像的去除裝置的功能。如稍后參照圖8至圖12所述，利用這種功能，根據(jù)恰在獲取物體局部圖像前已捕獲到的局部圖像計(jì)算了加權(quán)平均圖像，并且根據(jù)計(jì)算出的加權(quán)平均圖像將非移動物體與移動物體分離，以去除非移動物體。
注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元(生成裝置)60使用特征提取裝置20提取的特征以及校正單元40進(jìn)行校正之后的位置信息，生成用戶認(rèn)證過程中要使用的指紋數(shù)據(jù)[要注冊的數(shù)據(jù)(注冊數(shù)據(jù))和要認(rèn)證的數(shù)據(jù)(認(rèn)證數(shù)據(jù))]。當(dāng)在注冊時(shí)對指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行注冊的時(shí)候，將注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60生成的指紋數(shù)據(jù)(公知信息，例如脊線分叉點(diǎn)和脊線端點(diǎn)的位置及其圖案)作為注冊數(shù)據(jù)存儲/注冊在非易失性存儲器91中。之后，在用戶認(rèn)證中，將注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60生成的指紋數(shù)據(jù)作為認(rèn)證數(shù)據(jù)發(fā)送到認(rèn)證單元70。
認(rèn)證單元(認(rèn)證裝置)70將注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60生成的認(rèn)證數(shù)據(jù)與存儲在非易失性存儲器91中的注冊數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以便執(zhí)行用于用戶認(rèn)證的認(rèn)證處理。這個(gè)認(rèn)證單元70優(yōu)先使用從指紋傳感器10早期(基于實(shí)時(shí)時(shí)鐘80給出的時(shí)間戳)捕獲的局部圖像中獲取的特征和相對位置信息來執(zhí)行認(rèn)證處理。認(rèn)證單元70在確定了認(rèn)證結(jié)果時(shí)結(jié)束認(rèn)證處理。
如稍后參照圖32至圖35所詳述，在指紋傳感器10的傳感器表面11的周圍設(shè)置有摩擦力減小裝置15至18，這些摩擦力減小裝置減小當(dāng)手指200與傳感器表面11接觸時(shí)由手指200的移動而引起的摩擦力。
認(rèn)證設(shè)備的詳細(xì)構(gòu)造及其操作和效果在下文中將參照圖3至圖35來描述本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備的更為詳細(xì)的構(gòu)造。
本實(shí)施例的滑動型指紋傳感器和認(rèn)證設(shè)備如下所述，本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備實(shí)現(xiàn)了如下功能不必根據(jù)滑動型指紋傳感器10獲取的多幅局部圖像來重構(gòu)完整的生物特征信息圖像(以下稱為“完整圖像”)，即可獲取在認(rèn)證中要使用的生物特征特征信息的分布(指紋細(xì)節(jié)分布)。
如先前所述，本實(shí)施例使用指紋作為用于認(rèn)證的生物特征信息，以下將參照圖3和圖4對滑動型指紋傳感器10的指紋圖像捕獲操作(滑動)以及滑動型指紋傳感器10連續(xù)捕獲的局部圖像進(jìn)行描述。
將其傳感器表面11遠(yuǎn)小于人類手指200的指紋傳感器10獲取的多幅局部指紋圖像(以下稱為“局部圖像”)拼在一起，以獲取完整指紋圖像的信息，為此目的，至少需要各單幅局部圖像之間的相對位置信息。
圖3和圖4表示指紋傳感器10如何隨時(shí)間從手指根側(cè)到手指梢側(cè)捕獲指紋的多幅局部圖像。例如，如果在時(shí)間T捕獲的局部圖像與在時(shí)間T+1捕獲的局部圖像共享著足夠大小的公共重疊區(qū)域，則在所述重疊區(qū)域中出現(xiàn)幾乎相同的圖案。也就是說，將局部圖像拼在一起，以使其中包含的相同圖案重疊，由此獲取較大區(qū)域的指紋圖像。這時(shí)，需要基于在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)獲取的局部圖像，對在該時(shí)間點(diǎn)之后獲取的多幅局部圖像之間的相對位置信息進(jìn)行檢測。在下文中，如圖3和圖4所示，在幾乎固定的方向上逐漸移動圖像捕獲位置的過程被稱為“滑動”。
在指紋傳感器10獲取的多幅局部圖像中將重復(fù)出現(xiàn)非常相似的圖案(例如指紋脊線圖案)。因此，為了準(zhǔn)確地檢測多幅局部圖像之間的相對位置信息，有必要提取各幅局部圖像中的更獨(dú)特部分。如稍后參照圖13至圖15所詳細(xì)描述，這種特征例如是亮度梯度、通過二進(jìn)制處理獲取的前景或前景輪廊。此外，從特征指紋圖案的觀點(diǎn)來看，脊線端點(diǎn)和脊線分叉點(diǎn)也是這種特征。
在本實(shí)施例中，特征提取單元20提取這種特征，并且相對位置信息檢測單元30使用由此提取的特征來檢測各局部圖像之間的相對位置信息。這時(shí)，如果從局部圖像中提取到認(rèn)證所需要的特征(指紋中的脊線端點(diǎn)和脊線分叉點(diǎn))，那么不必再現(xiàn)完整圖像即可容易地生成注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)。
這里，使用了一種公知方法作為相對位置信息檢測單元30用以檢測相對位置信息的方法。例如，當(dāng)重疊區(qū)域連續(xù)變化時(shí)計(jì)算表示相關(guān)性的值，并且對相關(guān)性表示值最優(yōu)的位置進(jìn)行檢測，作為相對位置信息。
正如已經(jīng)在背景技術(shù)部分所述，局部圖像經(jīng)常會因?yàn)橹讣y傳感器10的延遲屬性以及手指200的塑性而出現(xiàn)失真。此外，如果在手指200或指紋傳感器100移動的方向(以下稱為“滑動方向”)和速度(以下稱為“滑動速度”)上缺乏可再現(xiàn)性，那么手指注冊時(shí)的特征分布與指紋認(rèn)證時(shí)的特征分布不同。
其傳感器表面(指紋捕獲表面)大于人類手指的普通類型的指紋傳感器從相同的手指始終捕獲幾乎相同的指紋圖像(例如，圖5所示的圖像)。
另一方面，在使用指紋傳感器10時(shí)，手指200與傳感器表面11之間與滑動方向相反的方向上的摩擦力使得手指200發(fā)生變形。如圖6和圖7所示，如果通過滑動動作來使手指200相對于固定傳感器表面11移動，那么手指的皮膚在滑動方向上拉伸，由此將擴(kuò)大脊線間距，而皮膚在相反方向上收縮，由此將減小脊線間距。
圖6的指紋數(shù)據(jù)是在手指200相對于指紋傳感器10沿右下方向移動時(shí)的注冊指紋數(shù)據(jù)中獲取的，圖7的指紋數(shù)據(jù)是在手指200相對于指紋傳感器10沿左下方向移動時(shí)的認(rèn)證(用戶認(rèn)證)中獲取的。即使這些數(shù)據(jù)是從同一用戶獲取的，所述數(shù)據(jù)也顯示出大不相同的特征分布，并且在注冊數(shù)據(jù)與認(rèn)證數(shù)據(jù)之間特征位置不一致。因此，在捕獲指紋數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)的這種手指200的變形將降低認(rèn)證性能。
如稍后參照圖27至31所詳細(xì)描述，在本實(shí)施例中，校正單元40校正并且去除由于這種變形而引起的失真，以提高認(rèn)證性能。
此外，在本實(shí)施例中，校正單元40校正并且去除由于指紋傳感器10的延遲屬性而引起的失真(稍后將會參照圖19至26對其進(jìn)行詳細(xì)描述)，以提高認(rèn)證性能。
正如已經(jīng)描述的那樣，在本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備中，特征提取單元20根據(jù)包含在兩幅連續(xù)局部圖像所共享的公共重疊區(qū)域中的特征，檢測這兩幅局部圖像之間的相對位置信息，然后，如稍后將要詳細(xì)描述的那樣，校正單元40對各局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而去除由于手指變形和由于指紋傳感器的延遲屬性而引起的失真。此外，注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60根據(jù)經(jīng)校正的特征信息生成指紋數(shù)據(jù)，生成的數(shù)據(jù)作為注冊數(shù)據(jù)注冊在非易失性存儲器91中，并且在由認(rèn)證單元70執(zhí)行的認(rèn)證處理中用作認(rèn)證數(shù)據(jù)。通過使用這種方案，可以獲取減少失真的指紋數(shù)據(jù)，使用高質(zhì)量指紋數(shù)據(jù)來執(zhí)行用戶認(rèn)證，從而改進(jìn)了認(rèn)證性能，即認(rèn)證可靠性。
這時(shí)，由于校正是對特征提取單元20從各局部圖像提取的特征執(zhí)行的，所以不必照原樣存儲各局部圖像，從而利用小存儲容量就可以高速地獲取無失真指紋數(shù)據(jù)。此外，由于在認(rèn)證中使用所提取特征的相對位置信息，而不照原樣使用局部圖像和整體圖像，所以可以在大大減少所使用存儲量的同時(shí)執(zhí)行高可靠性的認(rèn)證。
此外，在本發(fā)明中，由校正單元40對其中的特征位置進(jìn)行了校正的各局部圖像順序地經(jīng)受由認(rèn)證單元70執(zhí)行的認(rèn)證處理。這使得可以用小型的滑動型指紋傳感器10來執(zhí)行準(zhǔn)確的指紋認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)非常方便的用戶認(rèn)證系統(tǒng)。
此外，由于不必同時(shí)獲得生物特征信息(在本實(shí)施例中是指紋細(xì)節(jié))的完整分布，所以用小型滑動型指紋傳感器10即可容易地實(shí)現(xiàn)指紋用戶認(rèn)證，其中所述小型滑動型指紋傳感器10可以裝配到小至難以在其中安裝傳感器的小型信息設(shè)備(如移動電話和PDA)，以便提高安全性。
背景去除功能接下來，在下文中將參照圖8至圖12對移動物體檢測單元50作為上述去除裝置的功能(去除功能)進(jìn)行描述。圖8是表示在不執(zhí)行滑動動作(手指200停止)的情況下獲取的局部圖像的示例的圖；圖9是表示在執(zhí)行滑動動作的過程中捕獲的局部圖像的示例的圖；圖10是表示當(dāng)傳感器表面上存在缺陷和污點(diǎn)時(shí)獲取的示例局部圖像的圖；圖11是表示當(dāng)存在圖10中的缺陷和污點(diǎn)時(shí)捕獲的平均局部圖像的圖；圖12是表示其中去除了不移動圖案(缺陷和污點(diǎn)的圖像)的局部圖像的示例的圖。
在本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備中，上述去除功能預(yù)先去除并非移動物體的圖案，從而不會從不反映生物特征信息的圖像信息中提取特征。
例如，大量汗腺通過手指200的表面(在脊線上)開口，通過所述汗腺，總是分泌汗、皮脂和水氣。由此，如果手指200在與傳感器表面11接觸的同時(shí)在指紋傳感器10的傳感器表面11上移動，那么來自汗腺的分泌物將附著至傳感器表面11。結(jié)果，滑動型指紋傳感器10捕獲這種分泌物的圖像以及指紋脊線的圖像，例如，如圖9所示，分泌物可能被捕獲為局部圖像中包含的低亮度圖案。
如圖8所示，在不執(zhí)行滑動動作的情況下(當(dāng)手指200停止時(shí))，附著于指紋脊線接觸傳感器的部分的皮脂和汗被檢測為脊線圖案。另一方面，在執(zhí)行滑動動作的情況下，汗沿著滑動方向曳伸，其圖像與脊線圖像一起被捕獲，如圖9所示。由于該汗圖像具有與脊線圖像相似的特征，所以可能從圖9的局部圖像中提取出指紋中實(shí)際并不存在的特征信息，從而降低認(rèn)證性能。在這里，如圖9所示附著于傳感器表面11的汗隨著手指200的滑動動作進(jìn)行將會逐漸模糊。
此外，除了這種汗圖像之外，脊線之間(也就是谷線上)的皮脂和水氣的圖像也可能降低指紋脊線與谷線之間的對比，由此降低認(rèn)證性能。
此外，如果在傳感器表面11上存在瑕疵，或者如果滑動型指紋傳感器10的檢測器裝置(單元)存在局部缺陷，或者如果在傳感器表面11上有污點(diǎn)，那么如圖10所示，根據(jù)指紋傳感器10的特性，這些瑕疵、缺陷和污點(diǎn)可能呈現(xiàn)與前景(脊線圖像)相似的亮度。在這種情況下，這些瑕疵、缺陷和污點(diǎn)圖像使得檢測相對位置信息的準(zhǔn)確度劣化，從而也影響了認(rèn)證性能。
因此，通過在特征提取單元20從局部圖像提取特征之前去除這種非移動圖案，提高了認(rèn)證性能。
為了去除作為背景而不移動的非移動圖案，本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備的移動物體檢測單元50使用加權(quán)平均圖像。
如圖10所示，由于移動物體(手指200；實(shí)際是脊線圖像)連續(xù)地改變其位置，所以相同脊線圖像在不同局部圖像中出現(xiàn)于相同位置的可能性極低。因此，在根據(jù)兩幅或更多幅局部圖像獲取的加權(quán)平均圖像(重疊圖像)中，對應(yīng)于脊線的圖像受到平均，而脊線圖像信息(圖像濃度)將會變得較淡。
與此相反，背景(其為不移動的圖案)將作為相同圖案出現(xiàn)在兩幅或更多幅局部圖像中的相同位置處。例如，如果如圖10所示，皮脂、汗或水氣的圖案隨著手指200掃過傳感器表面11而附著于傳感器表面11，那么，所述圖案隨著手指200繼續(xù)在傳感器表面11上掃過而被擦去，或者所述圖案在不同局部圖像中仍然處于相同位置。因此，如圖11所示，在根據(jù)兩幅或更多幅局部圖像獲得的加權(quán)平均圖像(重疊圖像)中，與周圍相比，與不移動的圖案對應(yīng)的圖像得到增強(qiáng)。
因此，移動物體檢測單元50計(jì)算兩幅或更多幅局部圖像的加權(quán)平均圖像，以檢測不像脊線圖像那樣移動的圖案，例如從生物特征部位(手指200)分泌并且附著于傳感器表面11的汗等，或者污點(diǎn)、缺陷或瑕疵。通過使用這種加權(quán)平均圖像，在指紋傳感器10捕獲的局部指紋圖像中，將指紋圖像(脊線圖像)與非移動圖案圖像分離，并且如圖12所示，從局部圖像中去除了非移動圖案圖像。
這時(shí)，如上所述，附著于傳感器表面11上的汗和皮脂隨著手指200的滑動動作隨時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行而被手指200擦去，或者蒸發(fā)。結(jié)果，它們不會被作為圖像而捕獲，從而其舊的圖像信息變得毫無意義。因此，為了始終使用最新的局部圖像來計(jì)算反映非移動圖案的加權(quán)平均圖像G(i，j，K)，使用了以下公式(1)
G(i，j，K)＝wF(i，j，K-k)+(1-w)G(i，j，K-1)(1)其中0＜w＜1。
通過使用公式(1)，將輸入圖像F(i，j，K-k)與權(quán)重w(k)相乘，由此獲得n幅局部圖像的加權(quán)平均圖像G(i，j，K)，其被認(rèn)為是非移動圖案(即，背景圖像)。這里，n可以是在特定時(shí)段內(nèi)或在特定距離內(nèi)獲得的圖像的數(shù)量。此外，越新(也就是k越小)的局部圖像具有越大的權(quán)重w(k)。
這時(shí)，為了縮短計(jì)算時(shí)間并減少使用的存儲量，在計(jì)算平均圖像G(i，j，K)的過程中可以使用以下公式(2)代替公式(1)。
G(i，j，K)＝∑{w(k)·F(i，j，K-1)+G(i，j，K-1)} (2)也可以使用與公式(1)和(2)一致的任何其它計(jì)算來計(jì)算加權(quán)平均圖像G(i，j，K)，很明顯，這種公式增強(qiáng)了由指紋傳感器10的局部缺陷所引起的作為背景的圖案。
為了去除作為背景的非移動圖案，使用以下公式(3)來獲得其中去除了背景的圖像F’(i，j)F’(i，j)＝F(i，j)+w(M-G(i，j))，或F’(i，j)＝F(i，j)+(M-w·G(i，j)) (3)其中0＜w＜1，M是最大量化級(quantization level)。
與公式(3)一致的任何其它計(jì)算都可以用于去除背景。使用這種計(jì)算，即使獲取了圖10的局部圖像，也可以使用圖11的平均圖像來去除非移動圖案(背景圖像)，從而獲取圖12的只包含移動圖像(即，指紋脊線圖像)的局部圖像。
作為另一種計(jì)算方法，使用閾值ThF’(i，j)＝F(I，j)(G(i，j)＜Th)N(N視為背景的亮度)(G(i，j)≥Th) (4)僅僅在其中以低亮度檢測脊線并以高亮度檢測谷線的傳感器中。
如公式(4)，使用G(i，j)作為掩模(mask)來計(jì)算其中去除了背景的局部圖像F’，也可以執(zhí)行與該計(jì)算一致的任何其它計(jì)算。
這樣，由于在提取特征之前去除了各局部圖像中包含的非移動圖案圖像(背景圖像)，所以從局部圖像中去除了諸如皮脂、汗以及水氣的圖像、傳感器表面11上的瑕疵的圖像，以及由形成指紋傳感器10的檢測器裝置(單元)的缺陷而引起的圖像。這將可靠地防止這種非移動圖像作為實(shí)際并不存在于手指200表面上的指紋圖案而出現(xiàn)在局部圖像中，由此防止提取認(rèn)證所不必要的特征信息。因此，進(jìn)一步提高了認(rèn)證性能。
特征提取單元提取的特征以下將參照圖13至圖15對本實(shí)施例的特征提取單元20提取的特征進(jìn)行描述。
特征提取單元20提取前景和前景的邊緣，或是作為前景的脊線的細(xì)節(jié)(端點(diǎn)和分叉點(diǎn))，作為用于檢測局部圖像之間的相對位置信息的特征。
首先，對特征提取單元20提取前景及其邊緣作為特征的情況進(jìn)行描述。
這里，前景表示作為局部圖像中的生物特征信息而被檢測的部分，在這種情況中為指紋中的脊線。前景可以照原樣是局部圖像中的亮度值，也可以是作為經(jīng)二值化前景的標(biāo)記值。前景邊緣是亮度梯度值，或者可以是作為前景輪廓的標(biāo)記值。
指紋局部圖像通常包含具有相似形狀的脊線圖像。因此，如果僅僅使用輸入局部圖像或其前景來檢測多幅局部圖像之間的相對位置信息，那么很可能將如圖13所示偏移了一條脊線的錯(cuò)誤位置檢測為相對位置信息，使得相對位置檢測的性能降低。更確切地說，在圖13中，f(T)是在時(shí)間T獲取的局部圖像；f(T+1)是在時(shí)間T+1獲取的局部圖像。如果僅僅使用前景信息來檢測局部圖像f(T)與f(T+1)之間的相對位置信息，則無法檢測局部圖像f(T)與f(T+1)之間的相對位置是偏移了一條脊線的位置還是偏移了兩條脊線的位置。
此外，如圖14所示，如果僅僅使用邊緣來檢測相對位置信息，那么排列成交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的脊線和谷線的位置可能出錯(cuò)，使得相對位置檢測的性能降低。這里，在圖14中，f(T)是在時(shí)間T獲取的局部圖像；f(T+1)是在時(shí)間T+1獲取的局部圖像。
因此，如果前景具有高于背景的特征，并且如果邊緣具有高于前景的特征，那么，即使多幅局部圖像包括相似形狀的脊線圖像，使用至少這兩個(gè)特征(前景和邊緣)來檢測相對位置信息也使得可以準(zhǔn)確檢測所述多幅局部圖像之間的相對位置信息，從而改進(jìn)了相對位置信息檢測的性能。在這里，公知的銳度加強(qiáng)濾波器(sharpness enhancing filter)可實(shí)現(xiàn)與由既使用前景又使用邊緣的相對位置檢測實(shí)現(xiàn)的作用和效果原理上相似的作用和效果。
同時(shí)，如圖15所示，前景(脊線圖像)經(jīng)受細(xì)化處理，特征提取單元20在經(jīng)細(xì)化的圖案中提取端點(diǎn)和分叉點(diǎn)作為特征。在這種情況下，由于這些特征(端點(diǎn)和分叉點(diǎn))代表局部形狀，所以不必總根據(jù)局部圖像再現(xiàn)完整的指紋圖像。一旦從輸入圖像提取了特征之后，就不必將輸入圖像本身存儲在易失性存儲器90中，因此在提取了特征之后丟棄局部圖像，從而大大減少了易失性存儲器90的使用量。
此外，如上所述，脊線的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)被提取為特征，所提取的特征被用于檢測相對位置信息。結(jié)果，在為了用戶認(rèn)證而對特征信息(在指紋中為端點(diǎn)和分叉點(diǎn))進(jìn)行認(rèn)證的時(shí)候，不必從完整的指紋圖像提取細(xì)節(jié)，從而大大地縮短了處理時(shí)間。這里，可以通過使用圖15的粗線方框大小的圖像來檢測諸如端點(diǎn)和分叉點(diǎn)的特征。
相對位置信息檢測接下來，在下文中將參照圖16至圖18對本實(shí)施例的相對位置信息檢測單元30進(jìn)行的檢測相對位置信息的處理進(jìn)行描述。
相對位置信息檢測單元30根據(jù)直到對多幅當(dāng)前局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)，來檢測多幅當(dāng)前局部圖像之間的相對位置信息，這將減少執(zhí)行計(jì)算的次數(shù)。也就是說，假定滑動方向不會劇烈變化，那么對表示用于檢測相對位置信息的相關(guān)性的值進(jìn)行計(jì)算的范圍(在下文中將其稱為“搜索范圍”)限于沿滑動方向延伸的范圍，由此減少了執(zhí)行計(jì)算的次數(shù)，并且縮短了用于檢測相對位置信息的處理時(shí)間。
這時(shí)，如果指紋傳感器10獲取各局部圖像的間隔足夠短，那么可以假定滑動方向決不會突然反轉(zhuǎn)。這是因?yàn)闆]有物體能夠違反慣性定律移動。因此，僅通過設(shè)置搜索范圍使之沿滑動方向延伸，就可以實(shí)現(xiàn)足夠的相對位置檢測性能。此外，如果圖像獲取間隔足夠短，那么，通過假定搜索范圍等于或小于一條脊線，進(jìn)一步減少了執(zhí)行計(jì)算的次數(shù)，也降低了錯(cuò)誤檢測相對位置信息的風(fēng)險(xiǎn)。
為了在相對位置信息檢測中限制搜索范圍，相對位置信息檢測裝置30根據(jù)接著要檢測的預(yù)測的相對位置信息，來檢測當(dāng)前局部圖像的相對位置信息，其中所述預(yù)測的相對位置信息是基于恰在對當(dāng)前相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)而估計(jì)的。這種方法還可以減少執(zhí)行計(jì)算的次數(shù)。也就是說，如果指紋傳感器10獲取各局部圖像的間隔足夠短，那么，可以假定滑動方向和滑動速度決不會如圖16中的箭頭A1和箭頭A2所示地突然改變。因此，如圖16所示，可以基于恰在當(dāng)前相對位置信息的檢測之前已檢測到的相對位置信息來預(yù)測/限定接下來的搜索范圍(滑動速度范圍d)。這使得可以減少檢測相對位置信息所需要的處理時(shí)間，并且即使搜索范圍受限也可以實(shí)現(xiàn)足夠的相對位置信息檢測性能。
很明顯，通過以下公式(5)獲得滑動速度VV(K)＝Pr(K)/I(K) (5)其中I(K)是局部圖像捕獲間隔，Pr(K)是相對位置信息。
間隔I(K)是從開始對一幅局部圖像進(jìn)行圖像捕獲到開始對下一幅局部圖像進(jìn)行圖像獲取的時(shí)間。
使用上述公式(5)，通過以下公式(6)來獲取被預(yù)測接下來要檢測的下一個(gè)相對位置信息Pr’(K)Pr’(K)＝V(K-1)×I(K)，K整數(shù)(6)如果圖像獲取間隔足夠短，那么，通過假定搜索范圍等于或小于一條脊線，進(jìn)一步減少了執(zhí)行計(jì)算的次數(shù)，也降低了錯(cuò)誤檢測相對位置信息的風(fēng)險(xiǎn)。
這里，如果局部圖像捕獲間隔I(K)是固定的，那么，如以下公式(7)所示，無論圖像獲取時(shí)間怎樣，都可以照原樣使用先前的相對位置信息Pr(K-1)，并實(shí)現(xiàn)與公式(6)的作用和益處相同的作用和益處。
Pr’(K)＝Pr(K-1) (7)
這個(gè)預(yù)測方法在滑動速度變化非常平緩以至于滑動速度可以被認(rèn)為固定的情況下是有效的。
如果局部圖像捕獲間隔I(K)是固定的，并且如果滑動速度變化顯著，那么可以通過以下公式(8)來預(yù)測相對位置信息Pr’(K)Pr’(K)＝Pr(K-1)+{Pr(K-1)-Pr(K-2)}(8)公式(8)在速度變化{Pr(K-1)-Pr(K-2)}固定的情況下(也就是說，在加速度被認(rèn)為固定的情況下)是有效的。例如，如果將公式(8)應(yīng)用于在滑動動作開始時(shí)滑動速度逐漸增大的情況，那么可以恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定搜索范圍。
即使不能將圖像捕獲間隔I(K)視為是固定的，如果以與上述描述相同的方式來對速度變化加以考慮，則也可以獲得對搜索范圍的恰當(dāng)設(shè)置。例如，通過利用最小二乘法將速度變化應(yīng)用于二次表達(dá)式，可以得到允許速度變化的估計(jì)。應(yīng)用了速度變化的表達(dá)式并不限于二次表達(dá)式，速度變化也可以應(yīng)用于多項(xiàng)式。如果速度變化應(yīng)用于多項(xiàng)式，則可以通過不同于最小二乘法的公知方法來進(jìn)行估計(jì)。
在相對位置信息檢測單元30檢測多幅局部圖像之間的相對位置信息時(shí)，如圖18所示，可以將各局部圖像劃分為共享公共重疊區(qū)域(重疊區(qū)域OW)的兩個(gè)或更多個(gè)的局部區(qū)域(圖18中的兩個(gè)搜索模板(template)TP1和TPr)。然后，相對位置信息檢測單元30在劃分的兩個(gè)或更多個(gè)的局部區(qū)域中獨(dú)立檢測相對位置信息。這樣，即使在捕獲局部圖像時(shí)手指如圖17所示地發(fā)生顯著變形，也可實(shí)現(xiàn)對相對位置信息的準(zhǔn)確檢測。
在圖17和圖18中，f(T)是在時(shí)間T獲取的局部圖像；f(T+1)是在時(shí)間T+1獲取的局部圖像。如圖18的上部圖像所示，兩個(gè)搜索模板TP1和TPr被設(shè)置為將局部圖像f(T)分成兩個(gè)(左和右)區(qū)域，并且模板TP1和TPr共享公共重疊區(qū)域OW。
左模板TP1中的圖像包含相對較少的在用戶認(rèn)證中可以用作一致性判定器的特征，而右模板TPr中的圖像包含在用戶認(rèn)證中可以用作一致性判定器的脊線分叉點(diǎn)和端點(diǎn)。
如圖17中所示，當(dāng)在緊接著局部圖像f(T)獲取的局部圖像(T+1)的左側(cè)中由于手指200與傳感器表面11之間的摩擦力而引起脊線圖像顯著失真時(shí)，分別使用搜索模板TP1和TPr來檢測相對位置信息，從而使得可以準(zhǔn)確檢測兩個(gè)分立區(qū)域的相對位置信息，如圖18的下部圖像所示。
在這種相對位置檢測中，兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域共享一公共重疊區(qū)域的原因是為了避免檢測準(zhǔn)確度降低如圖18所示，這種準(zhǔn)確度降低是當(dāng)多個(gè)局部區(qū)域中的一個(gè)未包含足夠用來檢測相對位置信息的特征時(shí)所引起的。
雖然在圖18的示例中將各局部圖像劃分為共享一公共重疊區(qū)域的兩個(gè)局部區(qū)域，但是也可以將單個(gè)局部圖像劃分為三個(gè)或更多個(gè)區(qū)域(模板)。以與上述描述相同的方式執(zhí)行相對位置信息的檢測。
由于指紋傳感器的延遲屬性而引起的圖像失真及對該失真的校正在下文中將參照圖19至圖26對由于指紋傳感器10的延遲屬性而引起的圖像失真、以及由本實(shí)施例的校正單元40進(jìn)行的失真校正進(jìn)行描述。
如果指紋傳感器10具有同時(shí)檢測整體圖像信息并將檢測到的信息存入緩沖器等的機(jī)構(gòu)，則永遠(yuǎn)不會導(dǎo)致由于延遲屬性而引起的圖像失真，因此不必執(zhí)行由校正單元40進(jìn)行的校正。
然而，如圖24所示，在其中通過各掃描線來捕獲圖像的指紋傳感器10(參見圖19)中，引起了其中改變所捕獲圖像的縱橫比的伸/縮失真。另一方面，如圖26所示，在其中通過各像素(單元)來捕獲圖像的指紋傳感器10(參見圖20)中，引起了偏斜失真。
因此，本實(shí)施例的校正單元40基于相對位置信息檢測單元30檢測到的相對位置信息、指紋傳感器10獲取各局部圖像的時(shí)間間隔、以及指紋傳感器10捕獲各局部圖像過程中的延遲，對各局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于指紋傳感器10進(jìn)行圖像捕獲過程中的延遲而引起的各局部圖像的失真進(jìn)行校正。結(jié)果，從特征信息中去除了上述的圖像失真(伸/縮失真和偏斜失真)。
在這里，圖19是表示能夠讀取所捕獲圖像數(shù)據(jù)的每一行的傳感器的構(gòu)成示例的框圖。如圖19所示，指紋傳感器10具有若干個(gè)行傳感器10a，每個(gè)行傳感器都沿著主掃描方向(圖中的橫向)延伸，在副掃描方向(圖中的縱向)平行排列。各行傳感器10a都包含排列在主掃描方向上的多個(gè)單元。選擇器10c順序地選擇多個(gè)行傳感器10a獲取的圖像信息，將其讀出到用于各行傳感器10a(各掃描線)的緩沖器10d，并且將其輸出到外部。
圖20是表示能夠讀取所捕獲圖像數(shù)據(jù)的每一個(gè)像素的傳感器的構(gòu)成示例(不能忽略各像素的延遲的示例)的框圖。如圖20所示，指紋傳感器10由排列為矩陣形式的多個(gè)單元10b組成。此外，兩級的選擇器10e和10f順序地選擇多個(gè)單元10b捕獲的圖像信息，并且針對各單元10b(各像素)將所述圖像信息讀出到外部。
圖19的指紋傳感器10通過各條掃描線(各個(gè)行傳感器10a)來讀取圖像信息，在一條掃描線與下一條掃描線之間將引發(fā)延遲(生物特征信息檢測延遲時(shí)間；由于生物特征信息輸入裝置(即指紋傳感器10)的屬性而引起的延遲)。
在這種指紋傳感器10中，如果局部圖像是當(dāng)如圖21所示地手指停止時(shí)獲取的，那么，如圖22所示，所獲取的局部圖像的縱橫比為“1”。
這里，在圖19的指紋傳感器10中，假定在一條掃描線上從各像素(單元10b)讀取信息所需的時(shí)間短至可以忽略，但是在目標(biāo)掃描線之間進(jìn)行切換所需的延遲Δt相對較大。在這種指紋傳感器10中，如果圖像是在手指200沿副掃描方向滑動時(shí)獲取的，那么縱橫比根據(jù)手指200的速度而變化，使得圖像失真。這是因?yàn)閽呙栝g隔d表觀上是d’(≠d)。如圖23所示，如果手指200沿副掃描方向移動，那么副掃描速度Vs表觀上為Vs’。這里，這種表觀掃描速率Vs’通過以下公式(9)給出Vs’＝Vs-Vf (9)副掃描速度Vs是如下公式獲得的Vs＝d/Δt (10)其中d是掃描間隔，Δt是延遲，表觀副掃描速度Vs’由如下公式給出Vs’＝d’/Δt (11)
當(dāng)副掃描方向上的伸縮率(expansion rate)為E時(shí)，d’＝Ed (12)E＝d’/d＝Vs’Δt/(VsΔt)＝(Vs-Vf)/Vs (13)因此，改變了縱橫比。上述公式(11)和(12)表示，手指200在副掃描方向上移動的速度越大，表觀掃描線間隔就越短。假定縱橫比不變，那么圖像看起來伸開了。另一方面，上述公式(11)和(12)表示，手指200在與副掃描方向相反的方向上移動的速度越大，表觀掃描線間隔d就越長。假定縱橫比不變，那么圖像看起來收縮了。
然而，由于不能直接從圖像獲得手指200的速度Vf，所以使用手指200的表觀速度Vf’來獲得速度Vf。這里，通過以下公式(14)獲得Vf’Vf’＝ΔY’/I (14)其中，ΔY’是相對位置信息檢測單元30獲取的相對位置信息，I是指紋傳感器10的輸入間隔。
這里，通過將d’作為d來計(jì)算ΔY’。通過以下公式(15)獲取利用伸縮率E校正的ΔY’與ΔY之間的關(guān)系ΔY’＝ΔY/E (15)根據(jù)Vf＝ΔY/I以及上述公式(13)，導(dǎo)出以下方程(16)Vf’＝ΔY’/I＝ΔY/(IE)＝Vf/E＝VsVf/(Vs-Vf) (16)由此，通過針對Vf解方程(16)，由以下等式(17)來計(jì)算VfVf＝VsVf’/(Vs+Vf’) (17)這樣，手指200的速度Vf由副掃描速度Vs和手指200的表觀速度Vf’表示。
此外，由于以下等式(18)成立，所以伸縮率E由以下等式(19)利用Vf’來表示。
ΔY/I＝(ΔY’/I)(Vs/(Vs+Vf’))ΔY＝(Vs/(Vs+Vf’))ΔY’ (18)E＝Vs/(Vs+Vf’) (19)也就是說，上述等式(17)表示在檢測到相對位置信息ΔY’的時(shí)候，將ΔY’與Vs/(Vs+Vf’)相乘，從而去除縱橫比變化的影響。由此，將圖像在副掃描方向上擴(kuò)展Vs/(Vs+Vf’)倍，以去除/校正圖像伸/縮失真。
接下來，如圖20所示，對從像素(單元10b)讀取信息所需時(shí)間Δtx以及切換掃描線時(shí)的延遲Δt不能被忽略的情況進(jìn)行描述。如圖25所示，假定一條掃描線包括X個(gè)像素(X個(gè)單元)。這時(shí)，假定手指200以速度Vf移動，那么，當(dāng)從掃描線的一端到另一端讀取像素信息時(shí)，手指200經(jīng)過Vf×Δtx個(gè)像素。假定手指200與副掃描線平行地移動，那么圖像按由以下公式(20)給出的偏斜角φ發(fā)生失真φb＝atan(VfΔtx) (20)這里，Vf是由上述公式(17)給出的，Vs＝d/(XΔtx+Δty)。通過對各像素位置都在副掃描方向給出偏移-Xatan(VfΔtx)來對偏斜失真進(jìn)行校正。
以下是對手指200沿傾斜方向移動的情況的描述。當(dāng)Vp為主掃描速度并且Vfp’是手指200在主掃描方向的表觀速度時(shí)，圖像在主掃描方向上需要擴(kuò)展Vfp’Vp/(Vp+Vfp’)倍，以校正失真。即，首先執(zhí)行副掃描方向上的校正，然后對偏斜失真進(jìn)行校正，接下來執(zhí)行主掃描方向上的校正。所有這些校正都是由利用仿射變換的圖像變形處理來實(shí)現(xiàn)的。
在為了演示而對圖像進(jìn)行再現(xiàn)時(shí)，如上所述，通過仿射變換來校正各局部圖像的失真，然后對局部圖像進(jìn)行連接。這里，如果圖像捕獲間隔足夠短，那么連續(xù)的局部圖像中的失真幾乎相同。因此，在連接了局部圖像之后，在有限的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行前述校正，由此縮短了處理時(shí)間。
如上所述，校正單元40對各局部圖像中包含的特征的位置進(jìn)行校正，以便對由于指紋傳感器10進(jìn)行圖像捕獲過程中的延遲而引起的各局部圖像的失真進(jìn)行校正。結(jié)果，獲取了特征的相對位置信息，從而從特征信息中去除了由于指紋傳感器10的檢測延遲而引起的圖像失真(伸/縮失真和偏斜失真)。這使得可以獲取無失真的特征信息，從而避免了認(rèn)證性能的劣化。此外，由于可以利用高質(zhì)量的特征信息來執(zhí)行用戶認(rèn)證，所以改進(jìn)了認(rèn)證性能，即認(rèn)證可靠性。
如上所述，參照圖17和圖18，如果將指紋傳感器10連續(xù)獲取的各個(gè)局部圖像劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)的區(qū)域，并且如果相對位置信息檢測單元30在每個(gè)所劃分區(qū)域中對相對位置信息進(jìn)行檢測，那么，校正單元40對各個(gè)區(qū)域中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于指紋傳感器10進(jìn)行圖像捕獲過程中的延遲而引起的失真進(jìn)行校正。也就是說，根據(jù)在各局部圖像中檢測到的相對位置信息來獲取校正系數(shù)，以校正圖像失真。這是因?yàn)槭种?00的速度取決于手指200的哪個(gè)部位接觸傳感器表面。例如，在指腹(finger cushion)的皮膚完全展開之前，指腹移動得慢于其周圍部分。在皮膚伸展到最大之后，指腹以與周圍部分相同的速度移動。如果皮膚在其這種展開之后快速收縮，那么指腹移動得快于周圍部分。因此，由于這種速度的不同將導(dǎo)致不同的失真，所以應(yīng)該在各個(gè)區(qū)域中進(jìn)行校正。在重疊區(qū)域中，根據(jù)從各個(gè)區(qū)域獲取的相對位置信息的平均值來獲取校正系數(shù)。這樣，即使手指200顯著變形，也可以準(zhǔn)確地檢測手指200的每個(gè)部位的相對位置信息。此外，即使指紋傳感器10具有任何檢測延遲，也可以獲取無失真(伸/縮失真)的特征信息(注冊指紋數(shù)據(jù)或認(rèn)證指紋數(shù)據(jù))。由此，改進(jìn)了認(rèn)證性能，即認(rèn)證可靠性。
由于手指變形而引起的失真以及對該失真的校正現(xiàn)在將參照圖27至圖31來對由于手指變形而引起的失真以及由校正單元40校正該失真的方法進(jìn)行描述。
圖27至圖29是用于說明局部圖像中的脊線圖像變化的圖；圖30A至圖30E是示出滑動動作過程中指紋形變的轉(zhuǎn)變的圖；圖31是示出本實(shí)施例的失真分布的示例的圖。
在圖27至圖29中，r(T)是在時(shí)間T獲取的脊線圖像，r(T+1)是在時(shí)間T+1獲取的脊線圖像，r(T+2)是在時(shí)間T+2獲取的脊線圖像。這些脊線圖像r(T)、r(T+1)、和r(T+2)是包含在指紋傳感器10連續(xù)獲取的三幅局部圖像中的同一脊線的圖像。
本實(shí)施例的校正單元40根據(jù)相對位置信息檢測單元30檢測到的相對位置信息以及各局部圖像中包含的特征的位置來估計(jì)失真量。根據(jù)估計(jì)的失真量，對各局部圖像中包含的特征的位置進(jìn)行校正，由此去除由于在捕獲指紋局部圖像時(shí)導(dǎo)致的手指自身的變形而引起的失真。
更具體地說，如果當(dāng)捕獲連續(xù)局部圖像時(shí)手指200本身以不同程度發(fā)生變形，那么，根據(jù)包含在連續(xù)局部圖像的重疊區(qū)域中的相同特征之間的相對距離來估計(jì)手指200的變形(失真量)。根據(jù)估計(jì)結(jié)果，對特征的位置進(jìn)行校正。
手指200與傳感器表面11之間的摩擦力隨著手指200滑動而作用于不同的部分上。因此，如圖27所示，在對連續(xù)的局部圖像進(jìn)行比較時(shí)，一個(gè)特征在連續(xù)局部圖像之間的距離不同于另一個(gè)特征在連續(xù)局部圖像之間的距離。在圖27中，左側(cè)分叉點(diǎn)之間的距離大于右側(cè)端點(diǎn)之間的距離。也就是說，由于摩擦力而引起的失真量在同一局部圖像內(nèi)并不一致，所述失真量取決于特征在該局部圖像中的位置。然而，與對整個(gè)局部圖像進(jìn)行一致校正的情況相比，對這種非一致失真的校正將增加校正處理所需要的時(shí)間。因此，校正單元40只對特征提取單元20提取的特征進(jìn)行校正，由此改進(jìn)了認(rèn)證性能，并且可以在短時(shí)間內(nèi)完成校正處理。
如圖28和29所示，沿著滑動方向產(chǎn)生摩擦力，由此引起指紋脊線發(fā)生變形。因此，在連續(xù)局部圖像的重疊區(qū)域內(nèi)沿滑動方向搜索相互匹配的特征。這里，由于出現(xiàn)變形的部分中的相關(guān)性低于沒有出現(xiàn)變形的部分中的相關(guān)性，所以相對位置信息檢測單元30檢測到的相對位置用作失真量測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。
這時(shí)，如圖30A至圖30E所示，由于變形而引起的手指200的失真在從滑動動作開始到滑動動作結(jié)束的時(shí)間里傳播。因此，使用失真量的總和來校正相互匹配的特征。使用這個(gè)總和，例如，到結(jié)束滑動動作時(shí)獲得圖31的失真分布。
在圖31的失真分布中，區(qū)域R1是滑動動作開始時(shí)獲取指紋圖像的區(qū)域，區(qū)域R1也是手指200的中間部分(指腹)的區(qū)域。由于這個(gè)中間部分相對較軟，所以在區(qū)域R1中失真量逐漸增大。區(qū)域R2是接著區(qū)域R1的區(qū)域。在區(qū)域R2中，滑動速度的變化小，并且失真量也小。區(qū)域R3是接著區(qū)域R2的區(qū)域，區(qū)域R3為手指梢。手指梢相對較少變形，因此區(qū)域R3中的失真相對較小。
根據(jù)由此估計(jì)的失真分布，校正單元40對各局部圖像中包含的特征的位置進(jìn)行校正，校正單元40還獲取特征的相對位置信息，從而去除由于獲取局部指紋圖像時(shí)導(dǎo)致的手指自身的變形而引起的失真。這使得可以獲取無失真的特征信息(注冊指紋數(shù)據(jù)和認(rèn)證指紋數(shù)據(jù))，并且可以使用高質(zhì)量的特征信息來執(zhí)行用戶認(rèn)證，從而改進(jìn)認(rèn)證性能，即認(rèn)證可靠性。
移動物體檢測單元接著，以下將對本實(shí)施例的移動物體檢測單元50進(jìn)行描述。
當(dāng)使用本實(shí)施例的滑動型指紋傳感器10來獲取連續(xù)局部圖像時(shí)，正如已在[2-2]節(jié)所述，基于指紋傳感器10獲取的局部圖像，可以將指紋圖像(指紋脊線圖像)與非移動物體的圖案圖像(背景圖像)分離。本實(shí)施例的移動物體檢測單元50使用了在[2-2]節(jié)中被描述為背景去除功能的功能，來檢測是否存在正相對于指紋傳感器10移動的移動物體(例如手指200；實(shí)際為脊線圖像)。這消除了單獨(dú)準(zhǔn)備用于檢測移動物體的傳感器的必要，并且無需增加任何成本即可對移動物體進(jìn)行，從而提高了實(shí)用性。
更確切地說，如[2-2]節(jié)所述，移動物體檢測單元50通過使用前述公式(1)和(2)，計(jì)算恰在獲取當(dāng)前局部圖像前指紋傳感器10已獲取的局部圖像的加權(quán)平均圖像G(i，j，K)。移動物體檢測單元50對如此計(jì)算的加權(quán)平均圖像G(i，j，K)與最新的局部圖像F(i，j，K)之間的差值進(jìn)行計(jì)算。如果該差值超出特定閾值，則判定檢測到移動物體(脊線圖像，即手指200)。
這時(shí)，當(dāng)去除了非移動圖案(背景)時(shí)，如果照原樣使用通過上述去除功能計(jì)算的上述加權(quán)平均圖像G(i，j，K)，則可以無需增加認(rèn)證設(shè)備(CPU 100)執(zhí)行的計(jì)算量地對移動物體進(jìn)行檢測。
此外，如果將用作對移動物體進(jìn)行檢測的標(biāo)準(zhǔn)的上述閾值設(shè)置為比由噪聲引起的變化值大的值，那么可靠地防止了將噪聲錯(cuò)誤地檢測為移動物體，從而改進(jìn)了移動物體檢測性能。
認(rèn)證單元進(jìn)行的認(rèn)證處理接下來將對本實(shí)施例的認(rèn)證單元70執(zhí)行的認(rèn)證處理進(jìn)行描述。
在本認(rèn)證設(shè)備中，隨著滑動動作，從局部圖像順序地提取/生成特征，因此，認(rèn)證單元70能夠在獲取整個(gè)指紋圖像之前就開始認(rèn)證處理。
本實(shí)施例的認(rèn)證單元70優(yōu)先使用從較早捕獲的局部圖像獲取的特征以及所述特征的相對位置信息，來執(zhí)行認(rèn)證處理，并且，認(rèn)證單元70在確定了認(rèn)證結(jié)果時(shí)結(jié)束認(rèn)證處理。
這樣，由于特征是從由滑動動作輸入的局部圖像中順序產(chǎn)生的，而無需等待捕獲到整個(gè)指紋圖像，所以可以在獲取整個(gè)指紋的特征之前就開始認(rèn)證處理。當(dāng)確定了認(rèn)證結(jié)果時(shí)(例如當(dāng)發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)用戶不是授權(quán)用戶時(shí))，在早期就中止認(rèn)證處理。
此外，由于認(rèn)證單元70無需為非移動物體執(zhí)行認(rèn)證處理，所以在移動物體檢測單元50沒有檢測到移動物體時(shí)認(rèn)證單元70不執(zhí)行認(rèn)證處理。也就是說，在沒有檢測到移動物體時(shí)認(rèn)證單元70不啟動認(rèn)證處理，只有在檢測到任一移動物體時(shí)認(rèn)證單元70才執(zhí)行認(rèn)證處理。
這使得可以減少計(jì)算所需的時(shí)間和負(fù)載。此外，由于防止了在認(rèn)證處理中使用從噪聲提取的特征信息，所以認(rèn)證性能不會下降。
這里，當(dāng)移動物體檢測單元50沒有檢測到任何移動物體時(shí)，校正單元40可以不執(zhí)行校正處理，相對位置信息檢測單元30可以不執(zhí)行檢測處理，從而減少了計(jì)算所需的時(shí)間和負(fù)載。
摩擦力減小裝置接下來，參照圖32至圖35，為了減小與傳感器表面11接觸的手指200的移動引起的摩擦力，在指紋傳感器10的傳感器表面11的周圍設(shè)置有摩擦力減小裝置15至18。圖32至圖35是示意性地示出本實(shí)施例的摩擦力減小裝置15至18的立體圖。
圖32的摩擦力減小裝置15被設(shè)置為小摩擦系數(shù)的材料(小摩擦系數(shù)材料)，例如TeflonTM，該材料布置在指紋傳感器10的殼體表面12上位于指梢側(cè)(圖32中的傳感器表面11的左側(cè))的手指接觸區(qū)域13中。
這樣，當(dāng)執(zhí)行滑動動作時(shí)，摩擦力減小裝置15處于手指200的梢部(指梢側(cè))與殼體表面12之間。即使滑動動作中向指梢施加壓力，也避免了由于摩擦力使得手指200伸展而導(dǎo)致的手指200的變形。
如果還在指紋傳感器10的殼體表面12上位于指根側(cè)(圖32的傳感器11的右側(cè))的手指接觸區(qū)域13處設(shè)置了由前述小摩擦系數(shù)材料制成的摩擦力減小裝置，那么更可靠地抑制了手指200的變形。此外，這種布置在手指200的滑動方向不受限制時(shí)也可靠地抑制手指200的變形。
圖33的摩擦力減小裝置16被設(shè)置為布置在指紋傳感器10的殼體表面12上的凸起部，所述指紋傳感器10具有與圖32的摩擦力減小裝置相同的摩擦力減小裝置15，所述凸起部設(shè)置在手指200的指根側(cè)(圖33中的傳感器表面11的右側(cè))。
該凸起部16是與傳感器表面11的縱向方向平行地延伸的長物體，并且凸起部16在離指紋捕獲對象區(qū)域14恰當(dāng)距離的位置處從殼體表面12凸出。凸起部16設(shè)置在當(dāng)開始進(jìn)行指紋圖像捕獲(滑動)時(shí)放置手指200的第一關(guān)節(jié)的位置處。例如，凸起部16被設(shè)置為與指紋捕獲對象區(qū)域14的端部(圖33中的左端)相距4～10mm之內(nèi)。
凸起部16的高度使得當(dāng)手指200的第一關(guān)節(jié)位于凸起部16上時(shí)傳感器表面11充分接觸手指200(例如0.2mm到1.0mm)，并且該凸起部的寬度與手指200的寬度大致相同(例如大約10mm)。與凸起部16的縱向正交的橫截面的形狀類似于倒字母U，以使手指平滑地接觸凸起部16。
由于手指200在滑動時(shí)受到凸起部16支撐，所以不會向傳感器表面11與手指200之間的接觸面施加壓力，從而防止了由手指根側(cè)與殼體表面12之間的摩擦力而引起的手指200的收縮變形。此外，當(dāng)手指200的滑動方向不受限制時(shí)，減小了由于即將進(jìn)行捕獲之前的部位與殼體表面12之間的摩擦力而引起的變形。
作為摩擦力減小裝置，也可以設(shè)置圖34的凸起部17和圖35的凸起部18，而不是圖33的凸起部16。
圖34的凸起部17的中間部分的高度低于凸起部17的兩端的高度。凸起部17的這種形狀防止了手指200滑到旁邊，從而可靠地獲取指紋數(shù)據(jù)(生物特征信息)并且可以進(jìn)行穩(wěn)定的認(rèn)證。此外，凸起部17拉伸指腹的皮膚，使得手指200與傳感器表面11更穩(wěn)定地接觸。
圖35的凸起部18的中間部分厚于其兩端部分，凸起部18的這種形狀比凸起部17的形狀更強(qiáng)地拉伸指腹的皮膚。
前述摩擦力減小裝置15和凸起部16至18還用作指示應(yīng)該開始手指200的滑動動作的位置的標(biāo)記，從而提高便利性。
如上所述，如果滑動型指紋傳感器10具有摩擦力減小裝置15至18(所述摩擦力減小裝置15至18減小手指200在傳感器表面11上的滑動運(yùn)動而產(chǎn)生的摩擦力)，則可以容易地執(zhí)行手指200的滑動動作，從而提高便利性。此外，由于減小了手指200的變形，所以得到了具有高可再現(xiàn)性的生物特征信息圖像，從而改進(jìn)了認(rèn)證性能。
本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備的操作以下參照圖36的流程圖(步驟S11至S22)對本實(shí)施例的認(rèn)證設(shè)備的(用戶鑒別的)操作進(jìn)行描述。
首先，執(zhí)行滑動型指紋傳感器10的初始調(diào)節(jié)(步驟S11)。在該初始調(diào)節(jié)中，例如執(zhí)行為了恰當(dāng)檢測指紋信息而進(jìn)行的增益調(diào)節(jié)。此外，為了防止移動物體檢測單元50在檢測移動物體時(shí)錯(cuò)誤地檢測噪聲，生成指紋傳感器10在初始條件下連續(xù)獲取的局部圖像的加權(quán)時(shí)間平均圖像。該平均圖像存儲在易失性存儲器90中，并且，根據(jù)該平均圖像，設(shè)置使得不會將噪聲檢測為移動物體的閾值。這時(shí)，如果沒有開始滑動動作并且手指保持靜止，則可以將手指200放在指紋傳感器10的傳感器表面11上。
在執(zhí)行了初始調(diào)節(jié)之后，將指紋傳感器10捕獲的局部圖像逐個(gè)存儲到易失性存儲器90中(步驟S12)。每當(dāng)捕獲到局部圖像時(shí)，都從實(shí)時(shí)時(shí)鐘80讀出圖像捕獲開始時(shí)間，并將該圖像捕獲開始時(shí)間與對應(yīng)的局部圖像相關(guān)聯(lián)地存儲在易失性存儲器90中。
移動物體檢測單元50生成連續(xù)輸入的局部圖像的加權(quán)時(shí)間平均圖像，并且對局部圖像執(zhí)行背景去除處理。特征提取單元20從已經(jīng)去除了背景的局部圖像提取前景和邊緣，作為圖像特征。特征提取單元20還提取端點(diǎn)和分叉點(diǎn)作為指紋特征，然后將其存儲在易失性存儲器90中(步驟S13)。
相對位置信息檢測單元30根據(jù)在步驟13提取的特征來檢測局部圖像之間的相對位置信息，并且將相對位置信息與局部圖像相關(guān)聯(lián)地存儲在易失性存儲器90中(步驟S14)。
校正單元40使用在步驟S14檢測到的相對位置信息以及在圖像獲取時(shí)存儲的時(shí)間來計(jì)算滑動速度，并根據(jù)指紋傳感器10的延遲屬性來校正特征的位置。校正單元40還對手指200的變形程度(失真分布)進(jìn)行估計(jì)/檢測，并且根據(jù)所述變形程度來校正特征的位置(步驟S15)。
同時(shí)，移動物體檢測單元50使用連續(xù)輸入的局部圖像的加權(quán)時(shí)間平均圖像來檢測移動物體(步驟S16)。這時(shí)，該加權(quán)時(shí)間平均圖像即為在步驟S13的背景去除處理中計(jì)算的加權(quán)時(shí)間平均圖像。如果移動物體檢測單元50檢測到任何移動物體(步驟S17處的“是”分支)，則注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60檢查在非易失性存儲器91中是否存儲有對應(yīng)于目標(biāo)用戶的注冊數(shù)據(jù)(步驟S18)。如果其中存儲有該注冊數(shù)據(jù)(步驟S18處的“是”分支)，則注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60根據(jù)與局部圖像相關(guān)聯(lián)地存儲在易失性存儲器90中的特征和相對位置信息、按局部圖像的輸入順序來生成用于認(rèn)證的數(shù)據(jù)，并且注冊/認(rèn)證數(shù)據(jù)生成單元60將生成的認(rèn)證數(shù)據(jù)發(fā)送到認(rèn)證單元70(步驟S19)。
一旦接收到認(rèn)證數(shù)據(jù)，認(rèn)證單元70按生成注冊數(shù)據(jù)時(shí)生成特征的順序從非易失性存儲器91讀出特征(步驟S20)，并比照注冊數(shù)據(jù)對認(rèn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)證(步驟S21)。針對注冊數(shù)據(jù)中的各項(xiàng)順序地執(zhí)行認(rèn)證單元70的這個(gè)認(rèn)證處理，直到讀出了所有注冊數(shù)據(jù)。
在從非易失性存儲器91中讀出了所有注冊數(shù)據(jù)時(shí)，如果注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)不包含任何匹配的特征，則認(rèn)為認(rèn)證結(jié)果是失敗的(失敗的用戶認(rèn)證)，并且處理結(jié)束(步驟S22處的“是”分支)。如果在結(jié)束認(rèn)證數(shù)據(jù)輸入時(shí)(在完成手指200的滑動動作時(shí))仍未獲得足夠量的認(rèn)證數(shù)據(jù)，則也認(rèn)為認(rèn)證是失敗的(失敗的用戶認(rèn)證)，并且處理結(jié)束(步驟S22處的“是”分支)。
如果沒有確定/完成認(rèn)證結(jié)果(步驟S22處的“否”分支)，則處理返回步驟S12，并且重復(fù)進(jìn)行相同的過程。此外，如果在步驟S17處判斷沒有檢測到移動物體(“否”分支)，或者如果在步驟S18處判斷沒有存儲注冊數(shù)據(jù)(“否”分支)，則處理轉(zhuǎn)移至步驟S22，并且評估是否完成認(rèn)證。此外，如果在從非易失性存儲器91中讀出所有注冊數(shù)據(jù)之前就由步驟S21中的認(rèn)證處理確定了認(rèn)證結(jié)果，則認(rèn)證處理在此時(shí)結(jié)束(步驟S22處的“是”分支)。
其他變型例本發(fā)明決不限于上述例示的實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下可以提出不同的變化或修改。
例如，在上述實(shí)施例中，為認(rèn)證而獲取的生物特征信息是從人手指獲取的指紋。本發(fā)明應(yīng)不限于此，本發(fā)明還適用于從人手掌獲取的掌紋和血管圖案，并且也可以實(shí)現(xiàn)與上述描述中相同的效果和作用。此外，本發(fā)明還適用于牛的鼻紋圖案，并且也可以實(shí)現(xiàn)與上述描述中相同的效果和作用。
此外，雖然上述實(shí)施例的指紋傳感器是靜電電容型的傳感器，但是光學(xué)型的傳感器也是適用的。
工業(yè)應(yīng)用性對兩幅或更多幅局部圖像之間的相對位置信息進(jìn)行了檢測，并且根據(jù)從相對位置信息及各局部圖像中包含的特征的位置而估計(jì)的失真量，對各局部圖像中包含的特征的位置進(jìn)行了校正。這使得可以獲取無失真的特征信息，從而可以在用戶認(rèn)證中使用高質(zhì)量的特征信息，由此改進(jìn)了認(rèn)證性能，即認(rèn)證可靠性。這時(shí)，由于校正是針對從各局部圖像提取的特征信息而執(zhí)行的，因此不必照原樣存儲單幅局部圖像，從而使用少量存儲器容量即可以以高速獲取無失真的特征信息。
因此，本發(fā)明適合用于其中在諸如小型信息設(shè)備(例如移動電話和PDA)的小至無法配備傳感器的設(shè)備上進(jìn)行用戶認(rèn)證的系統(tǒng)，因此，本發(fā)明是非常有用的。
權(quán)利要求
1.一種生物特征信息獲取設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；特征提取裝置(20)，其從所述圖像獲取裝置(10)獲取的單幅局部圖像中獲取包含在所述單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置(30)，其根據(jù)包含在所述圖像獲取裝置(10)所獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息；以及校正裝置(40)，其根據(jù)所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息以及單幅局部圖像中的特征的位置，計(jì)算特征的失真量，并且根據(jù)計(jì)算出的失真量來校正單幅局部圖像中的特征的位置。
2.一種生物特征信息獲取設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；特征提取裝置(20)，其從所述圖像獲取裝置(10)獲取的單幅局部圖像中獲取包含在所述單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置(30)，其根據(jù)包含在所述圖像獲取裝置(10)所獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息；以及校正裝置(40)，其根據(jù)所述圖像獲取裝置(10)獲取單幅局部圖像的時(shí)間間隔、所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲、以及所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息，對單幅局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正。
3.一種生物特征信息獲取設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；特征提取裝置(20)，其從所述圖像獲取裝置(10)獲取的單幅局部圖像中獲取包含在所述單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置(30)，其根據(jù)包含在所述圖像獲取裝置(10)所獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息；以及校正裝置(40)，所述校正裝置(40)根據(jù)所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息以及單幅局部圖像中的特征的位置，計(jì)算特征的失真量，并且根據(jù)計(jì)算出的失真量來校正單幅局部圖像中的特征的位置，并且所述校正裝置(40)根據(jù)所述圖像獲取裝置(10)獲取單幅局部圖像的時(shí)間間隔、所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲、以及所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息，對單幅局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正。
4.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述圖像獲取裝置(10)從正在相對于所述圖像獲取裝置(10)移動的被檢體(200)捕獲多幅連續(xù)局部圖像，并且其中，所述生物特征信息獲取設(shè)備還包括去除裝置(50)，該去除裝置(50)在所述特征提取裝置(20)提取特征之前去除包含在所述圖像獲取裝置(10)獲取的多幅局部圖像中并且不移動的圖案圖像。
5.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述特征提取裝置(20)提取單幅局部圖像的前景和該前景的邊緣作為所述特征。
6.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述特征提取裝置(20)提取通過細(xì)化單幅局部圖像的前景而獲取的圖案中的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)，作為所述特征。
7.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)根據(jù)恰在對所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)，對所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測。
8.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)根據(jù)隨后要檢測的預(yù)測相對位置信息，對所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測，所述預(yù)測相對位置信息是根據(jù)恰在對所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)而估計(jì)的。
9.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求3中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)將所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像中的每一幅都劃分為共享一公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中獨(dú)立地檢測相對位置信息。
10.如權(quán)利要求2所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)將所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像中的每一幅都劃分為共享一公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中獨(dú)立地檢測相對位置信息，其中，所述校正裝置(40)對多個(gè)局部區(qū)域中的特征的位置獨(dú)立地進(jìn)行校正，從而對由于所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正。
11.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求10中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述圖像獲取裝置(10)從正在相對于所述圖像獲取裝置(10)移動的被檢體(200)捕獲多幅連續(xù)局部圖像，并且其中，所述生物特征信息獲取設(shè)備還包括移動物體檢測裝置(50)，該移動物體檢測裝置(50)基于所述圖像獲取裝置(10)捕獲的多幅局部圖像來檢測是否存在正在相對于所述圖像獲取裝置(10)移動的移動物體。
12.如權(quán)利要求1至權(quán)利要求11中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息獲取設(shè)備，其中，所述圖像獲取裝置(10)從在與所述圖像獲取裝置(10)接觸的同時(shí)相對于所述圖像獲取裝置(10)移動的被檢體(200)捕獲多幅連續(xù)局部圖像，并且其中，所述生物特征信息獲取設(shè)備還包括摩擦力減小裝置(15-18)，所述摩擦力減小裝置(15-18)可以起作用以減小由被檢體(200)的移動而引起的摩擦力。
13.一種生物特征信息獲取設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲在與圖像捕獲表面(11)接觸的同時(shí)進(jìn)行移動的生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；以及摩擦力減小裝置(15-18)，其可以起作用以減小由被檢體(200)的移動而引起的摩擦力。
14.一種生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲待認(rèn)證用戶的生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；特征提取裝置(20)，其從所述圖像獲取裝置(10)獲取的單幅局部圖像獲取包含在所述單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置(30)，其根據(jù)包含在所述圖像獲取裝置(10)所獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息；校正裝置(40)，其根據(jù)所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息以及單幅局部圖像中的特征的位置，計(jì)算特征的失真量，并且根據(jù)計(jì)算出的失真量來校正單幅局部圖像中的特征的位置；生成裝置(60)，其通過使用所述特征提取裝置(20)提取的特征以及所述校正裝置(40)獲取的經(jīng)校正的特征位置，生成用于用戶認(rèn)證的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)；以及認(rèn)證裝置(70)，其使用所述生成裝置(60)生成的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)來執(zhí)行認(rèn)證處理，以對用戶進(jìn)行認(rèn)證。
15.一種生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲待認(rèn)證用戶的生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；特征提取裝置(20)，其從所述圖像獲取裝置(10)獲取的單幅局部圖像獲取包含在所述單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置(30)，其根據(jù)包含在所述圖像獲取裝置(10)所獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息；校正裝置(40)，其根據(jù)所述圖像獲取裝置(10)獲取單幅局部圖像的時(shí)間間隔、所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲、以及所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息，對單幅局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正；生成裝置(60)，其通過使用所述特征提取裝置(20)提取的特征以及所述校正裝置(40)獲取的經(jīng)校正的特征位置，生成用于用戶認(rèn)證的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)；以及認(rèn)證裝置(70)，其使用所述生成裝置(60)生成的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)來執(zhí)行認(rèn)證處理，以對用戶進(jìn)行認(rèn)證。
16.一種生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，包括圖像獲取裝置(10)，其捕獲待認(rèn)證用戶的生物特征信息的連續(xù)部分的多幅連續(xù)局部圖像；特征提取裝置(20)，其從所述圖像獲取裝置(10)獲取的單幅局部圖像獲取包含在所述單幅局部圖像中的特征以及該特征的位置；相對位置信息檢測裝置(30)，其根據(jù)包含在所述圖像獲取裝置(10)所獲取的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的區(qū)域中的特征，檢測所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息；校正裝置(40)，所述校正裝置(40)根據(jù)所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息以及單幅局部圖像中的特征的位置，計(jì)算特征的失真量，并且根據(jù)計(jì)算出的失真量來校正單幅局部圖像中的特征的位置，并且所述校正裝置(40)根據(jù)所述圖像獲取裝置(10)獲取單幅局部圖像的時(shí)間間隔、所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲、以及所述相對位置信息檢測裝置(30)檢測到的相對位置信息，對單幅局部圖像中的特征的位置進(jìn)行校正，從而對由于所述圖像獲取裝置(10)捕獲單幅局部圖像過程中的延遲而引起的單幅局部圖像的失真進(jìn)行校正；生成裝置(60)，其通過使用所述特征提取裝置(20)提取的特征以及所述校正裝置(40)獲取的經(jīng)校正的特征位置，生成用于用戶認(rèn)證的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)；以及認(rèn)證裝置(70)，其使用所述生成裝置(60)生成的注冊數(shù)據(jù)和認(rèn)證數(shù)據(jù)中的任何一個(gè)或全部兩個(gè)來執(zhí)行認(rèn)證處理，以對用戶進(jìn)行認(rèn)證。
17.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述圖像獲取裝置(10)從待認(rèn)證用戶的被檢體(200)捕獲多幅連續(xù)局部圖像，所述被檢體正在相對于所述圖像獲取裝置(10)移動，并且其中，所述生物特征信息獲取設(shè)備還包括去除裝置(50)，該去除裝置(50)在所述特征提取裝置(20)提取特征之前去除包含在所述圖像獲取裝置(10)捕獲的多幅局部圖像中并且不移動的圖案圖像。
18.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述特征提取裝置(20)提取單幅局部圖像的前景和該前景的邊緣作為所述特征。
19.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述特征提取裝置(20)提取通過細(xì)化單幅局部圖像的前景而獲取的圖案中的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)，作為所述特征。
20.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)根據(jù)恰在對所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)，對所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測。
21.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)根據(jù)隨后要檢測的預(yù)測相對位置信息，對所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測，所述預(yù)測相對位置信息是根據(jù)恰在對所述兩幅或更多幅局部圖像的相對位置信息進(jìn)行檢測前已檢測到的一個(gè)或更多個(gè)相對位置信息項(xiàng)而估計(jì)的。
22.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求16中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述相對位置信息檢測裝置(30)將所述圖像獲取裝置(10)連續(xù)捕獲的兩幅或更多幅局部圖像中的每一幅都劃分為共享公共重疊區(qū)域的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域，并在所劃分的兩個(gè)或更多個(gè)局部區(qū)域中獨(dú)立地檢測相對位置信息。
23.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求22中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述圖像獲取裝置(10)從待認(rèn)證用戶的被檢體(200)捕獲多幅連續(xù)局部圖像，所述被檢體正在相對于所述圖像獲取裝置(10)移動，并且其中，所述生物特征信息認(rèn)證設(shè)備還包括移動物體檢測裝置(50)，該移動物體檢測裝置(50)基于所述圖像獲取裝置(10)捕獲的多幅局部圖像來檢測是否存在正在相對于圖像獲取裝置(10)移動的移動物體。
24.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求23中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述認(rèn)證裝置(70)優(yōu)先使用從所述圖像獲取裝置(10)早先捕獲的局部圖像中獲取的特征和相對位置信息來執(zhí)行認(rèn)證處理。
25.如權(quán)利要求24所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述認(rèn)證裝置(70)在確認(rèn)了用戶的認(rèn)證結(jié)果時(shí)終止認(rèn)證處理。
26.如權(quán)利要求14至權(quán)利要求25中的任何一項(xiàng)所述的生物特征信息認(rèn)證設(shè)備，其中，所述圖像獲取裝置(10)從待認(rèn)證用戶的被檢體(200)捕獲多幅連續(xù)局部圖像，所述被檢體在與所述圖像獲取裝置(10)接觸的同時(shí)相對于所述圖像獲取裝置(10)移動，并且其中，所述生物特征信息認(rèn)證設(shè)備還包括摩擦力減小裝置(15-18)，所述摩擦力減小裝置(15-18)可以起作用以減小由被檢體(200)的移動而引起的摩擦力。
全文摘要
在其中手指沿傳感器表面移動同時(shí)連續(xù)獲取局部圖像以獲取個(gè)人認(rèn)證所需信息的設(shè)備如滑動型指紋傳感器中，可以利用小存儲容量并以高速獲取無失真的圖像，使得能夠以高質(zhì)量的特征信息進(jìn)行認(rèn)證。所述設(shè)備包括圖像獲取裝置(10)，用于生成生物特征信息的圖像并連續(xù)獲取多幅局部圖像；特征提取裝置(20)，用于從獲取的各局部圖像提取特征及其位置；相對位置信息檢測裝置(30)，用于根據(jù)獲取的多幅局部圖像中的兩幅或更多幅局部圖像相重疊的部分中存在的特征，來檢測兩幅或更多幅圖像的相對位置；以及校正裝置(40)，用于根據(jù)失真量來校正各局部圖像中的特征的位置、并獲取特征的相對位置，所述失真量是根據(jù)檢測到的相對位置和各局部圖像中的特征位置來計(jì)算的。
文檔編號G06K9/00GK1668244SQ02829600
公開日2005年9月14日 申請日期2002年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月17日
發(fā)明者安孫子幸弘, 藤井勇作, 森原隆 申請人:富士通株式會社