專利名稱：指紋讀取方法、指紋讀取系統(tǒng)和程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種獲取手指的指紋圖像并根據該圖像產生指紋的特征信息的指紋讀取方法。具體地，本發(fā)明涉及一種指紋讀取方法，利用所謂的掃描型指紋傳感器來連續(xù)從進行滑動操作的手指獲取表示指紋的一系列局部指紋圖像。
背景技術：
到目前為止，使用指紋的個人認證廣泛普及，不僅用于在警察和司法領域識別嫌疑人，而且在一般社區(qū)用作確定是否能夠允許一個人進入房間或一個人是否能夠使用設備的手段。最近，還試圖將利用指紋來進行這樣的個人認證的機構安裝在便攜式信息設備上。在該情況下，要求使認證機構的尺寸最大程度地小。
作為滿足上述要求的手段，從在具有等于手指寬度的橫向寬度的傳感表面上滑動的手指連續(xù)讀取指紋圖像的掃描型指紋傳感器是公知的。從該掃描型指紋傳感器中獲得的圖像只不過是與指紋的部分相對應的局部圖像。為了獲得指示在總體圖像中定位所獲取的局部圖像的信息，因此，采用了一種聯(lián)合由傳感器讀取的局部圖像并重構總體指紋圖像的方法。
在日本專利申請待審公開No.10-091769和2003-331269中已經公開了與該方法有關的技術。根據這些技術，通過連續(xù)地使讀取的局部指紋圖像彼此重疊來重構總體指紋圖像，并且所述總體指紋圖像用來登記和比對個人信息。
根據在日本專利申請待審公開No.10-091769和2003-331269中所公開的技術，能夠通過使所獲取的局部指紋圖像彼此重疊，來防止在總體指紋圖像中出現(xiàn)缺失位置。然而，根據這些技術，將由傳感器所讀取的所有局部指紋圖像存儲在緩沖存儲器中，然后重構總體指紋圖像。因此，需要大量存儲空間來進行緩沖。此外，存在以下不便之處在收集了所有局部指紋圖像并完成了總體指紋圖像之前，不能夠進行下一步的處理，即恢復產生指紋的特性信息。
發(fā)明內容
為了解決上述問題已經實現(xiàn)了本發(fā)明。本發(fā)明的目的是提出一種能夠有效地從由掃描型指紋傳感器讀取的指紋圖像中產生指紋的特性信息的指紋讀取方法。
根據本發(fā)明的指紋讀取方法是以下方法其中包括從滑動手指讀取表示指紋的一系列局部指紋圖像的掃描型指紋傳感器的系統(tǒng)執(zhí)行以下步驟圖像獲取處理，獲取由掃描型指紋傳感器所讀取的局部指紋圖像；位置計算處理，當在圖像獲取處理中已經獲得了局部指紋圖像時，找到所述局部指紋圖像的位置信息；圖像分割處理，當在位置計算處理中已經找到所述位置信息時，根據位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取處理，當已經在圖像分割處理中切出了單位圖像時，提取單位圖像的特征信息。
根據本發(fā)明的指紋讀取系統(tǒng)包括從滑動手指讀取表示指紋的一系列局部指紋圖像的掃描型指紋傳感器、用于存儲由傳感器所讀取的局部指紋圖像的存儲器、以及與掃描型指紋傳感器相連的處理器。所述處理器包括圖像獲取單元，連續(xù)獲取由掃描型指紋傳感器所讀取的局部指紋圖像；位置計算單元，用于找到由圖像獲取單元所獲取的局部指紋圖像的位置信息；圖像分割單元，用于根據由位置計算單元所找到的位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取單元，用于提取由圖像分割單元所切出的單位圖像的特征信息。
根據本發(fā)明的程序使與掃描型指紋傳感器相連的計算機執(zhí)行以下處理，其中所述掃描型指紋傳感器用于從滑動手指讀取表示指紋的一系列局部指紋圖像圖像獲取處理，獲取由掃描型指紋傳感器所讀取的局部指紋圖像；位置計算處理，當在圖像獲取處理中已經獲得了局部指紋圖像時，找到所述局部指紋圖像的位置信息；圖像分割處理，當在位置計算處理中已經找到所述位置信息時，根據位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取處理，當已經在圖像分割處理中切出了單位圖像時，提取單位圖像的特征信息。
根據本發(fā)明，當產生指紋的特征信息時，不需要獲得由掃描型指紋傳感器所讀取的所有局部指紋圖像。因此，范圍從指紋讀取到指紋比對處理的過程的處理效率得到提升。結果，可以縮短處理時間。
圖1是根據本發(fā)明的實施例中的指紋讀取系統(tǒng)的方框圖；圖2是示出了在該實施例中的掃描型指紋傳感器的圖；圖3是示出了在該實施例中的操作過程的流程圖；圖4是示出了在該實施例中變?yōu)樘幚韺ο蟮闹讣y的圖；圖5是示出了在該實施例中的局部指紋圖像的圖；圖6是示出了在該實施例中的連續(xù)局部指紋圖像的圖；圖7是示出了在該實施例中的單位區(qū)域的圖；圖8是示出了在該實施例中的單位區(qū)域的分配過程的圖；圖9是示出了在該實施例中的單位區(qū)域的分配過程的圖；圖10是示出了在該實施例中的針對指紋的單位圖像的圖；以及圖11是在本發(fā)明的另一實施例中的指紋讀取系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。圖1是示出了根據本發(fā)明的指紋讀取系統(tǒng)的實施例的配置的方框圖。在該實施例中的指紋讀取系統(tǒng)101實現(xiàn)了產生指紋的特征信息以便在個人數字助理中進行個人認證的功能。對于主要硬件配置，該指紋讀取系統(tǒng)101包括處理器10，用于執(zhí)行稍后所述的多個處理；掃描型指紋傳感器20，與處理器10相連；以及存儲設備30，包括用于存儲由傳感器20讀取的指紋的圖像數據的RAM和用于存儲執(zhí)行稍后所述的處理的程序的ROM，如圖1所示。
處理器10可以是順序執(zhí)行這些處理的處理器、以及并行地同時執(zhí)行這些處理的處理器。如果處理器10并行地同時執(zhí)行這些處理，則由操作系統(tǒng)來控制其執(zhí)行。
例如，如圖2所示，掃描型指紋傳感器20包括具有等于手指21的寬度的橫向寬度的矩形傳感表面20a。在手指21以縱向寬度方向在傳感表面上進行滑動操作(即，以圖中所示的箭頭的方向)的同時，掃描型指紋傳感器20在處理器10的控制下，連續(xù)讀取一系列的局部指紋圖像。掃描型指紋傳感器20、處理器10和其間的連接裝置應該具有以充分短于手指21的行進速度的時間間隔來讀取指紋的性能。
存儲設備30包括新圖像保留區(qū)30a和比較圖像保留區(qū)30b，可以從稍后描述的處理器10中的組件中對其進行存取。
如圖1所示，處理器10包括圖像獲取單元11，其利用掃描型指紋傳感器20連續(xù)獲取局部指紋圖像；位置計算單元12，獲得由圖像獲取單元11所獲得的局部指紋圖像的位置信息；圖像分割單元13，根據由位置計算單元12所獲得的位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；特征提取單元14，用于提取由圖像分割單元13所切出的單位圖像的特征信息。這些單元11到14實現(xiàn)了執(zhí)行圖像獲取處理、位置計算處理、圖像分割處理和特征提取處理的功能。
現(xiàn)在將參考圖3來描述指紋讀取系統(tǒng)101的操作過程。當試圖輸入指紋的操作者使掃描型指紋傳感器20如圖2所示讀取指紋時，指紋讀取系統(tǒng)101進行如下所述的操作。
首先，操作者的手指觸摸掃描型指紋傳感器20，并讀取局部指紋圖像(步驟A1)。此時，圖像獲取單元11將該局部指紋圖像放置在新圖像保留區(qū)30a中(步驟A2)，并向位置計算單元12通知該結果(步驟A3)。如果對象手指21的指紋具有諸如圖4所示的形狀，則局部指紋圖像提取如圖5中的局部指紋圖像51所示的條的形狀。每一次當獲取了新局部指紋圖像時(步驟A4)，圖像獲取單元11執(zhí)行步驟A1到A3的過程。
位置計算單元12等待將由掃描型指紋傳感器20讀取的局部指紋圖像放置在新圖像保留區(qū)30a中(步驟B1)。在接收到在步驟A3由圖像獲取單元11發(fā)出的通知時，位置計算單元12確定該局部指紋圖像是第一圖像(即，首先從掃描型指紋傳感器20中輸入的局部指紋圖像)還是第二或后來的局部指紋圖像(步驟B2)。結果，如果該局部指紋圖像是第一圖像，位置計算單元12提供其原始位置，將該局部指紋圖像識別為參考圖像(步驟B3)，并將該圖像的副本保留在比較圖像保留區(qū)30b中(步驟B4)。
如果該局部指紋圖像相對于圖6中的局部指紋圖像61并非諸如由局部指紋圖像62所表示的第一圖像，則位置計算單元12比較局部指紋圖像62與局部指紋圖像61的位置關系，其中所述局部指紋圖像61是已經保留在比較圖像保留區(qū)30b中的在先圖像，以及計算局部指紋圖像62相對于局部指紋圖像61的相對位置(步驟B5)。在完成該計算之后，位置計算單元12在比較圖像保留區(qū)30b中將局部指紋圖像62的副本覆寫在局部指紋圖像61上(步驟B4)。
此外，位置計算單元12向圖像分割單元13通知以下結果局部指紋圖像已經新保留在比較圖像保留區(qū)30b中。位置計算單元12還向圖像分割單元13通知所述原始位置或相對位置，充當圖像的位置信息(步驟B6)。
圖像分割單元13等待位置信息的通知(步驟C1)。在從位置計算單元12中接收到基于在步驟B5獲得的結果的通知時，圖像分割單元13計算稍后所述的單位圖像在局部指紋圖像中的位置(步驟C2)。該單位圖像是與局部指紋圖像中具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的圖像部分。特別地，單位圖像是在圖7所示的局部指紋圖像61中的諸如單位區(qū)域71等區(qū)域的圖像部分。該單位區(qū)域(71)是由幾乎等于局部指紋圖像(61)的寬度的單位寬度73a、以及短于連續(xù)的局部指紋圖像的最小重疊長度的單位長度73b定義的圖像區(qū)域。
現(xiàn)在將進一步描述單位長度73b。由X來表示兩個局部指紋圖像的重疊空間的最小長度值，例如所示的重疊長度63，用V來表示手指相對于掃描型指紋傳感器20的最大掃描速率，用D來表示與傳感表面的長度相對應的局部指紋圖像的長度64，并且用T來表示傳感器的讀取時間，則使用以下關系“X＝D-VT”可以找到重疊長度63的最小值。并且將小于最小值X的值預先設置為在圖7中由單位長度73b表示的單位長度。
針對圖7中所示的局部指紋圖像61，圖像分割單元13根據局部指紋圖像61的位置信息來計算與單位區(qū)域71相對應的單位圖像的位置，然后確定是否可以分配在單位區(qū)域71之后的新單位區(qū)域72，即新單位區(qū)域72是否落在局部指紋圖像61之內(步驟C3)。結果，如果在所示的示例中能夠分配新單位區(qū)域(72)，則圖像分割單元13返回到步驟C2并計算單位圖像的位置。如果新分配是不可能的，則圖像分割單元13從新圖像保留區(qū)30a中的局部指紋圖像61中切出單位區(qū)域的單位圖像(步驟C4)。
現(xiàn)在將描述在步驟C3處的確定標準。例如，假定圖7所示的局部指紋圖像61是從掃描型指紋傳感器中發(fā)出的第一局部指紋圖像，則圖像分割單元13以從局部指紋圖像61的底部開始的次序，首先分配單位區(qū)域71和單位區(qū)域72，然后試圖分配單位區(qū)域。在圖7所示的示例中，圖像分割單元13斷定在單位區(qū)域72之后的新單位區(qū)域并未落在局部指紋圖像61中，并且進一步的分配是不可能的。
如果在之后，從如圖8所示的掃描型指紋傳感器20中新輸入了局部指紋圖像62，則圖像分割單元13將單位區(qū)域72之后的單位區(qū)域81分配給局部指紋圖像62。除了單位區(qū)域81之外，此時，單位區(qū)域72還包括在局部指紋圖像62中。然而，由于已經將單位區(qū)域72分配給了局部指紋圖像61，在之后的局部指紋圖像62中并未采用單位區(qū)域72。因此，從所分配的單位區(qū)域(71、72和81)中所獲得的單位圖像變?yōu)榉謩e表示唯一指紋部分的連續(xù)圖像。
如果指紋的行進速度相對于掃描型指紋傳感器20變得較慢，則與作為在先圖像的局部指紋圖像61的差變得微小，如由圖9中的局部指紋圖像91所表示的。在這種情況下，在確定局部指紋圖像91不將充分容納新單位區(qū)域81時，并未將單位區(qū)域分配給局部指紋圖像91。
在確定局部指紋圖像是否容納了單位區(qū)域時，預先設置了與在何種程度上局部指紋圖像(91)容納了單位區(qū)域(81)有關的閾值。如果該值低于閾值，即單位區(qū)域(81)脫離指紋圖像(91)的程度為容許的范圍，則確定將單位區(qū)域(81)分配給局部指紋圖像(91)。對于處于容許范圍內且局部脫離容許范圍的位置，進行諸如以空白數據來覆蓋該位置的處理，并且單位圖像之間的位置關系完全匹配以保持單位圖像之間的連續(xù)性。
圖像分割單元13從局部指紋圖像中切出盡可能多的單位圖像，將其提供給特征提取單元14，并記錄被切出的單位圖像的最終行的位置(步驟C5)。例如，該最終行對應于圖8所示的單位區(qū)域81中的單位圖像。通過這樣記錄最終行的位置，可以快速地識別下一切出的起始位置。
特征提取單元14等待圖像分割單元13切出單位圖像(步驟D1)。在接收到切出的單位圖像時，特征提取單元14利用諸如快速傅立葉變換處理等使用頻率分析的圖像處理，計算單位圖像的元素圖像，例如指紋突變線和圖像定義的方向分量(步驟D2)。根據所計算出的元素信息和單位圖像的位置，該特征提取單元14產生特征信息，例如突變線的分支點和端點的位置(步驟D3)。在隨后的指紋比對處理中使用由特征提取單元14所產生的特征信息。
通過重復上述過程，獲得了圖4所示的手指指紋的連續(xù)單位圖像，如圖10所示，并未將一個放置在另一個之上。特征提取單元14直到獲得了所有單位圖像時才開始等待，但是每一次當其接收到每一個單位圖像時，執(zhí)行步驟D2和D3。
根據到目前為止所述實施例中的指紋讀取系統(tǒng)101，每一次當掃描型指紋傳感器20讀取其時，從局部指紋圖像中切出唯一單位圖像，并且根據切出的圖像，逐一地產生指紋的特征信息。因此，在產生特征信息時，直到保留了所有局部指紋圖像時，才需要等待。因此，可以縮短從指紋讀取到指紋比對處理的過程的處理時間。此外，要同時保留的局部指紋圖像只不過是保留在新圖像保留區(qū)30a和比較圖像保留區(qū)30b中的兩個指紋圖像。因此，在緩沖時，不需要大量的存儲空間。
(另一實施例)圖11是示出了指紋讀取系統(tǒng)的另一實施例的配置的方框圖。圖11所示的指紋讀取系統(tǒng)102與圖1所示的系統(tǒng)的不同在于包括與充當主處理器的處理器10共享存儲設備30的DSP(數字信號處理器)40且DSP40執(zhí)行指紋特征提取程序40A。DSP 40是一種傳統(tǒng)公知的處理器，設置用于以比充當主處理器的CPU更高的速度來執(zhí)行特定算數運算處理。在本實施例中，DSP 40實現(xiàn)了根據本發(fā)明的指紋讀取系統(tǒng)的特征提取單元的功能。
現(xiàn)在將主要針對與圖1所示的指紋讀取系統(tǒng)的差別來描述指紋讀取系統(tǒng)102的操作過程。每一次當圖像分割單元13接收到從局部指紋圖像中切出的單位圖像時，該特征提取單元14將其提供給DSP 40。DSP 40開始指紋特征提取程序40A，并通過對從圖像分割單元13中接收到的單位圖像執(zhí)行與參考圖3所述的步驟D2和D3類似的過程，來產生指紋的特征信息。
因此，根據圖11所示的指紋讀取系統(tǒng)102，能夠通過提供DSP 40，與充當主處理器的處理器10中的處理同時地、且以比處理器10中的處理更快的處理速度來產生指紋的特征信息。結果，能夠縮短處理時間。
在圖11所示的配置中，特征提取單元將要由指紋特征提取程序40A處理的單位圖像提供給DSP 40?？蛇x地，可以采用其中當圖像分割單元13已經切出了單位圖像時將其直接傳遞到DSP 40的配置，即，使得處理器10的特征提取單元14變得不必要的配置。
在上述實施例中，每一個單位區(qū)域采用了諸如由圖7中的單位區(qū)域71所表示的形狀。作為使其幾乎等于局部指紋圖像(61)的寬度的單位寬度(73a)的替代，可以使用通過將局部指紋圖像的寬度分割為多個相等部分所獲得的尺寸作為單位寬度。在該情況下，一個單位區(qū)域對應于通過諸如對圖7所示的單位區(qū)域71進行縱向分割所獲得的相等部分之一。
通過將用于使計算機執(zhí)行上述實施例的操作過程的程序安裝在具有掃描型指紋傳感器的各種個人數字助理上，例如個人計算機、其外圍設備、便攜式電話、調度終端設備等，可以按照與上述實施例的過程相同的方式來進行對設備用戶的個人認證。
權利要求
1.一種指紋讀取方法，其中包括從滑動手指讀取表示指紋的一系列局部指紋圖像的掃描型指紋傳感器的系統(tǒng)執(zhí)行以下步驟圖像獲取處理，獲取由掃描型指紋傳感器所讀取的局部指紋圖像；位置計算處理，當在圖像獲取處理中已經獲得了局部指紋圖像時，找到所述局部指紋圖像的位置信息；圖像分割處理，當在位置計算處理中已經找到所述位置信息時，根據位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取處理，當已經在圖像分割處理中切出了單位圖像時，提取單位圖像的特征信息。
2.根據權利要求1所述的指紋讀取方法，其特征在于在位置計算處理中，確定所述局部指紋圖像是否為從手指讀取的第一局部指紋圖像，并且當該確定為否定時，計算所述局部指紋圖像相對于在先圖像的相對位置，作為所述局部指紋圖像的位置信息。
3.根據權利要求2所述的指紋讀取方法，其特征在于在位置計算處理中，當所述局部指紋圖像是第一局部指紋圖像時，將原始位置設置為局部指紋圖像的位置信息。
4.根據權利要求1所述的指紋讀取方法，其特征在于在圖像分割處理中，記錄所切出的單位圖像的位置信息，并切出在所切出的單位圖像之后的新單位圖像。
5.一種指紋讀取系統(tǒng)，包括從滑動手指讀取表示指紋的一系列局部指紋圖像的掃描型指紋傳感器、用于存儲由傳感器所讀取的局部指紋圖像的存儲器、以及與掃描型指紋傳感器相連的處理器，其中所述處理器包括圖像獲取單元，連續(xù)獲取由掃描型指紋傳感器所讀取的局部指紋圖像；位置計算單元，用于找到由圖像獲取單元所獲取的局部指紋圖像的位置信息；圖像分割單元，用于根據由位置計算單元所找到的位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取單元，用于提取由圖像分割單元所切出的單位圖像的特征信息。
6.根據權利要求5所述的指紋讀取系統(tǒng)，其特征在于針對除了由掃描型指紋傳感器所讀取的第一局部指紋圖像之外的隨后的局部指紋圖像，所述位置計算單元計算所述局部指紋圖像相對于在先圖像的相對位置，作為所述局部指紋圖像的位置信息。
7.根據權利要求6所述的指紋讀取系統(tǒng)，其特征在于所述位置計算單元將原始位置設置為由掃描型指紋傳感器所讀取的第一局部指紋圖像的位置信息。
8.根據權利要求5所述的指紋讀取系統(tǒng)，其特征在于所述圖像分割單元記錄所切出的單位圖像的位置信息，并根據所記錄的位置信息，切出在所切出的單位圖像之后的新單位圖像。
9.根據權利要求5所述的指紋讀取系統(tǒng)，其特征在于所述處理器包括第一處理器部分，包括圖像獲取單元；以及第二處理器部分，能夠比第一處理器部分更快地進行算數運算處理且包括特征提取單元。
10.一種程序，使與掃描型指紋傳感器相連的計算機執(zhí)行以下處理，其中所述掃描型指紋傳感器用于從滑動手指讀取表示指紋的一系列局部指紋圖像圖像獲取處理，獲取由掃描型指紋傳感器所讀取的局部指紋圖像；位置計算處理，當在圖像獲取處理中已經獲得了局部指紋圖像時，找到所述局部指紋圖像的位置信息；圖像分割處理，當在位置計算處理中已經找到所述位置信息時，根據位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取處理，當已經在圖像分割處理中切出了單位圖像時，提取單位圖像的特征信息。
11.根據權利要求10所述的程序，其特征在于，在位置計算處理中，所述程序使計算機確定所述局部指紋圖像是否為從手指讀取的第一局部指紋圖像，并且當該確定為否定時，計算所述局部指紋圖像相對于在先圖像的相對位置，作為所述局部指紋圖像的位置信息。
12.根據權利要求11所述的程序，其特征在于，在位置計算處理中，當所述局部指紋圖像是第一局部指紋圖像時，所述程序使計算機將原始位置設置為局部指紋圖像的位置信息。
13.根據權利要求10所述的程序，其特征在于，在圖像分割處理中，所述程序記錄所切出的單位圖像的位置信息，并執(zhí)行對在所切出的單位圖像之后的新單位圖像的切出。
全文摘要
在產生指紋的特征信息時，不再需要能夠存儲由掃描型指紋傳感器所讀取的所有局部指紋圖像的大量緩沖存儲空間。指紋讀取系統(tǒng)包括掃描型指紋傳感器、用于存儲由傳感器所讀取的局部指紋圖像的存儲器、以及與傳感器相連的處理器。所述處理器包括圖像獲取單元，用于連續(xù)獲取由掃描型指紋傳感器讀取的局部指紋圖像并將其保留在存儲器中；位置計算單元，用于計算局部指紋圖像的位置信息；圖像分割單元，用于根據位置信息，從局部指紋圖像中切出與具有預定面積的圖像區(qū)域相對應的唯一單位圖像；以及特征提取單元，用于提取單位圖像的特征信息。
文檔編號G06K9/50GK1722152SQ20051008149
公開日2006年1月18日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權日2004年7月5日
發(fā)明者高橋暢生 申請人:日本電氣英富醍株式會社