AT519052B1 - Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage zweier Abbildungen eines biometrischen Musters zueinander - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage zweier Abbildungen (1, 2) eines biometrischen Musters zueinander beschrieben, wobei aus den beiden Abbildungen (1, 2) transformationsinvariante Merkmale (5, 6) extrahiert und mögliche lineare Transformationen zwischen den beiden Abbildungen (1, 2) bestimmt werden. Um auch bei einer geringen Anzahl ermittelter transformationsinvarianter Merkmale die relative Lage der beiden Abbildungen (1, 2) zueinander zuverlässig bestimmen zu können, wird vorgeschlagen, dass aus der ersten (1) und der zweiten (2) Abbildung an örtlich vorgegebenen Stützpunkten (7a-d, 8a-d) zusätzliche Merkmale des biometrischen Musters extrahiert werden, worauf anhand der bestimmten zusätzlichen Merkmale einer Abbildung (1) Referenzmerkmale an der Stelle der rücktransformierten Stützpunkte (8a-d) der anderen Abbildung (2) ermittelt werden und dass für die relative Lage der beiden Abbildungen (1, 2) zueinander jene mögliche lineare Transformation gewählt wird, bei der die Referenzmerkmale zu den tatsächlich ermittelten zusätzlichen Merkmalen die geringsten Abweichungen aufweisen.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage zweier Abbildungen eines biometrischen Musters zueinander, wobei aus den beiden Abbildungen transformationsinvariante Merkmale extrahiert und mögliche lineare Transformationen zwischen den beiden Abbildungen bestimmt werden.

[0002] Zur Ermittlung, ob zwei Abbildungen biometrischer Muster, beispielsweise zwei Fingerlinienbilder, dem gleichen biometrischen Muster zugeordnet werden können, ist es erforderlich, zunächst die relative Lage der beiden Abbildungen zueinander zu bestimmen. Hierzu ist es bekannt, in beiden Abbildungen transformationsinvariante Merkmale zu extrahieren (US 2016042516 A1, EP 2921994 A2). Als transformationsinvariant sollen in diesem Kontext jene Merkmale verstanden werden, die in unterschiedlichen Abbildungen des biometrischen Musters hinreichend übereinstimmen, um sie als jeweils dasselbe Merkmal identifizieren zu können. Solche zumindest gegenüber linearen Transformationen invariante Merkmale können im Falle eines Fingerabdruckes Eigenschaften von biometrischen Mustern sein, die aus ausgezeichneten Punkten im Fingerlinienbild, sogenannten Minutien, also charakteristische Endungen, Verzweigungen oder Inseln des Fingerlinienbildes gebildet werden. Zu diesen zumindest gegenüber linearen Transformationen invarianten Eigenschaften zählen beispielsweise Art und Abstand der Minutien, Winkel zwischen Verbindungsgeraden zwischen Minutien im Muster, Winkel zwischen diesen Verbindungsgeraden und Fingerlinien im Bereich der Minutien oder Frequenz, Krümmung bzw. Rauschen der Fingerlinien im Bereich der identifizierten Minutien. Aus diesen zumindest gegenüber linearen Transformationen invarianten Merkmalen der beiden Abbildungen können sodann mögliche lineare Transformationen zwischen den beiden Abbildungen bestimmt werden, beispielsweise durch Verfahren zur Minimierung des Fehlerquadrates. Zudem ist es bekannt, dass die Berechnungsprozesse derartiger Verfahren beispielsweise über anwendungsspezifische VLSISchaltkreise beschleunigt werden können oder dass die dabei aufgenommenen biometrischen Daten in Zeichenketten konvertiert werden, um die Anwendung kryptografischer Verfahren zu ermöglichen und dadurch die Datensicherheit zu erhöhen. Nachteilig ist daran allerdings, dass eine zuverlässige Bestimmung der tatsächlichen relativen Lage der beiden Abbildungen zueinander nur dann möglich ist, wenn eine ausreichende Anzahl transformationsinvarianter Merkmale ermittelt werden konnte und wenn diese Merkmale entsprechend über die Abbildungsfläche verteilt sind. Werden diese Bedingungen nicht erfüllt, kommt es zu Mehrdeutigkeiten und die relative Lage der beiden Abbildungen zueinander kann nicht mehr glaubwürdig ermittelt werden. Dient die Bestimmung der relativen Lage zweier Abbildungen eines biometrischen Musters zueinander deren Vergleich, so kann es zudem vorkommen, dass zwar anhand der Eigenschaften und Anzahl der aufgefundenen Merkmale die relative Lage der Abbildungen bestimmt werden kann, dass aber die Merkmale für einen zuverlässigen Vergleich im Rahmen einer Identitätsprüfung nicht mehr ausreichen. Das ist regelmäßig vor allem deshalb der Fall, weil die Abbildungen der biometrischen Muster sich nur in einem Teilbereich überschneiden, sodass nur ein sehr begrenzter Teil der Abbildung zur Ermittlung von Merkmalen verwendet werden kann.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass auch bei einer geringen Anzahl ermittelter transformationsinvarianter Merkmale die relative Lage der beiden Abbildungen zueinander zuverlässig bestimmt und für einen nachfolgenden Vergleich zusätzliche Merkmale ermittelt werden können.

[0004] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass aus der ersten und der zweiten Abbildung an örtlich vorgegebenen Stützpunkten zusätzliche Merkmale des biometrischen Musters extrahiert werden, worauf anhand der bestimmten zusätzlichen Merkmale einer Abbildung Referenzmerkmale an der Stelle der rücktransformierten Stützpunkte der anderen Abbildung ermittelt werden und dass für die relative Lage der beiden Abbildungen zueinander jene mögliche lineare Transformation gewählt wird, bei der die Referenzmerkmale zu den tatsächlich ermittelten zusätzlichen Merkmalen die geringsten Abweichungen aufweisen.

[0005] Durch diese Maßnahmen können zur Bestimmung der relativen Lage der beiden Abbil-

dungen zueinander nicht nur die im ersten Schritt ermittelten transformationsinvarianten Merkmale, sondern auch an sich nicht transformationsinvariante zusätzliche Merkmale der biometrischen Muster an den, unabhängig von der Lage des biometrischen Musters in der Abbildung vorgegebenen Stützpunkten herangezogen werden. Diese zusätzlichen Merkmale im Bereich der Stützpunkte können beispielsweise die Richtung der Fingerlinien oder weitere globale Merkmale, wie Wirbel im Linienbild sein. Dadurch, dass die Referenzmerkmale an der Stelle der rücktransformierten Stützpunkte der anderen Abbildungen anhand der bestimmten zusätzlichen Merkmale der ersten Abbildung, beispielsweise durch bilineare Interpolation ermittelt werden, müssen zur Durchführung des Verfahrens lediglich die gemäß dem Stand der Technik ermittelten Merkmale sowie die ermittelten zusätzlichen Merkmale an den vorgegebenen Stützpunkten einer Abbildung, nicht aber die vollständige Abbildung bekannt sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine erste Abbildung als Referenz zur Identifikation einer Person anhand eines biometrischen Musters erfasst und für einen späteren Vergleich mit weiteren Abbildungen biometrischer Muster herangezogen wird. In diesem Fall muss nämlich nicht die gesamte Referenzabbildung, sondern wie beschrieben lediglich die transformationsinvarianten Merkmale und die zusätzlichen Merkmale an den Stützpunkten abgespeichert werden. Darüber hinaus können die an den Stützpunkten ermittelten zusätzlichen Merkmale auch für einen Vergleich der beiden Abbildungen im Rahmen einer Identitätsprüfung herangezogen werden, sodass das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die Bestimmung der relativen Lage der beiden Abbildungen zueinander, sondern auch den Vergleich dieser beiden Abbildungen im Rahmen einer Identitätsprüfung erleichtert, weil eine zuverlässige Identitätsprüfung durch die zusätzlich gewonnenen Merkmale auch mit einer geringen Anzahl von ursprünglich in den Abbildungen enthaltenen zumindest gegenüber linearen Transformationen invarianten Merkmalen ermöglicht wird.

[0006] Ein besonders einfaches Ermittlungsverfahren ergibt sich, wenn die vorgegebenen Stützpunkte durch Kreuzungspunkte eines regelmäßigen Gitters gebildet werden. Bei einer Rücktransformation der durch solche Gitterkreuzungspunkte gebildeten Stützpunkte ergibt sich der Vorteil, dass die Position eines rücktransformierten Stützpunktes immer im Bereich von wenigstens vier umliegenden Stützpunkten liegt, sodass die Ermittlung von Referenzmerkmalen einfach möglich ist.

[0007] Um die Referenzmerkmale einfach gewinnen zu können, wird vorgeschlagen, die Referenzmerkmale an der Stelle der rücktransformierten Stützpunkte der anderen Abbildung durch eine bilineare Interpolation der umliegenden zusätzlichen Merkmale der einen Abbildung zu bilden. Wird als zusätzliches Merkmal beispielsweise die Richtung einer Fingerlinie bei einem bestimmten Stützpunkt bestimmt, so kann als Referenzmerkmal eine Referenzrichtung aus den an den umliegenden Stützpunkten vorherrschenden Fingerlinienrichtungen interpoliert werden. Neben der Fingerlinienrichtung kann wie oben erwähnt aber auch beispielsweise der Abstand der Fingerlinien zueinander, Frequenz, Krümmung und oder Rauschen der Fingerlinien im Bereich der Stützpunkte zur Ermittlung zusätzlicher Merkmale herangezogen werden.

[0008] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

[0009] Fig. 1 zwei schematische Abbildungen biometrischer Muster mit einem transformationsinvarianten Muster,

[0010] Fig. 2 die biometrischen Muster der Fig. 2 mit einem überlagerten Raster zur Ermittlung der vorgegebenen Stützpunkte und

[0011] Fig. 3 die Stützpunkte der ersten Abbildung überlagert mit den rücktransformierten Stützpunkten der zweiten Abbildung.

[0012] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst zwei Abbildungen eines biometrischen Musters, beispielsweise zwei Abbildungen der Fingerlinien einer Fingerkuppe erfasst. Beispielsweise kann eine Referenzabbildung für eine spätere Identitätsprüfung über einen Fingerabdruckscanner erfasst werden, die später zum Vergleich mit nachfolgenden, über den Fingerabdruckscanner aufgenommenen Abbildungen der Fingerlinien herangezogen wird.

[0013] In der Fig. 1 ist beispielsweise eine erste Abbildung 1 eines biometrischen Musters in

Form eines Fingerabdruckes und eine zweite Abbildung 2 dieses biometrischen Musters dargestellt. Diese beiden Abbildungen 1 und 2 können beispielsweise 2 aufeinanderfolgende Scanergebnisse eines Fingerabdruckscanners darstellen. In einem ersten Schritt werden aus den beiden Abbildungen Minutien 3 aus der ersten Abbildung und 4 aus der zweiten Abbildung mittels bekannter Verfahren extrahiert. Solche Minutien können beispielsweise charakteristische Änderungen, Verzweigungen oder Inseln der Fingerlinienbilder sein. In einem weiteren Schritt werden aus diesen Minutien 3 und 4 jeweils für die Abbildungen 1 und 2 transformationsinvariante Merkmale 5 und 6 gebildet, die beispielsweise aus den Winkeln zwischen den Verbindungsgeraden zwischen den Minutien bestehen. Selbstverständlich können auch andere Eigenschaften der Minutien als transformationsinvariante Merkmale 5 und 6 herangezogen werden, wie in der Beschreibungseinleitung näher ausgeführt wird.

[0014] Aus den solcher Art bestimmten transformationsinvarianten Merkmalen 5 und 6 werden nun beispielsweise anhand der Minimierung des quadratischen Fehlers mögliche lineare Transformationen zwischen der Abbildung 1 und der Abbildung 2 bestimmt. Aufgrund der Eigenschaften der Merkmale 5 und 6 sowie aufgrund möglicher Erfassungsfehler oder Veränderungen des zugrunde liegenden biometrischen Musters ist dabei zu erwarten, dass mehrere mögliche Transformationen mit zum Teil unterschiedlichen Fehlerwerten ermittelt werden können.

[0015] Um aus den ermittelten möglichen Transformationen die tatsächliche relative Lage zwischen den Abbildungen 1 und 2 des biometrischen Musters zu bestimmen, werden zunächst in den Abbildungen 1 und 2 vorgegebene Stützpunkte 7a, 7b, 7c und 7d sowie 8a, 8b, 8c und 8d bestimmt. Diese Stützpunkte 7a-d und 8a-d können beispielsweise auf den Kreuzungspunkten des Gitters 9 beziehungsweise 10 liegen.

[0016] Daraufhin werden an den Stützpunkten 7a-d und 8a-d zusätzliche Merkmale des biometrischen Musters extrahiert. Diese zusätzlichen Merkmale können wie oben ausgeführt beispielsweise die Richtung, Abstand, Frequenz und/oder Rauschen der Fingerlinien an diesen Stützpunkten 7a-d und 8a-d sein.

[0017] In einem weiteren Schritt werden die Stützpunkte einer Abbildung 1 oder 2, beispielsweise die Stützpunkte 8a-d der Abbildung 2 entsprechend der aufgefundenen möglichen linearen Transformationen zwischen den Abbildungen 1 und 2 rücktransformiert. In der Fig. 3 ist beispielsweise die Position der Stützpunkte 7a-d und die Position der rücktransformierten Stützpunkte 8ad gemeinsam mit den erzeugenden Gittern 9 und 10 überlagert dargestellt. Es zeigt sich, dass in diesem Beispiel der Stützpunkt 8a der Abbildung 2 zwischen den Stützpunkten 7a-d der Abbildung 1 zu liegen kommt. Daher kann für diesen Stützpunkt 8a ein Referenzmerkmal aus den für die Stützpunkte 7a-d ermittelten zusätzlichen Merkmalen interpoliert werden. Beispielsweise kann die Ermittlung des Referenzmerkmales durch eine bilineare Interpretation zwischen den zusätzlichen Merkmalen der Stützpunkte 7a-d der Abbildung 1 erfolgen.

[0018] Durch einen Vergleich des interpolierten Referenzmerkmales mit dem tatsächlich an des Stützpunktes 8a der Abbildung 2 ermitteltem zusätzlichen Merkmal kann eine Abweichung für die betrachtete mögliche lineare Transformation zwischen der Abbildung 1 und der Abbildung 2 bestimmt werden. Wird das beschriebene Verfahren für alle möglichen linearen Transformationen wiederholt, so ist jene mögliche lineare Transformation zur Beschreibung der tatsächlichen relativen Lage der Abbildungen 1 und 2 zueinander auszuwählen, für die die Abweichung am geringsten ist.

[0019] Selbstverständlich kann das vorbeschriebene Verfahren auch nicht nur für die genannten Stützpunkte 7a-d und 8a-d, sondern für eine beliebige Anzahl von Stützpunkten, beispielsweise für sämtliche Kreuzungspunkte der Gitter 9 und 10 durchgeführt werden.

Claims (3)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung der relativen Lage zweier Abbildungen (1, 2) eines biometrischen Musters zueinander, wobei aus den beiden Abbildungen (1, 2) transformationsinvariante Merkmale (5, 6) extrahiert und mögliche lineare Transformationen zwischen den beiden Abbildungen (1, 2) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ersten (1) und der zweiten (2) Abbildung an örtlich vorgegebenen Stützpunkten (7a-d, 8a-d) zusätzliche Merkmale des biometrischen Musters extrahiert werden, worauf anhand der bestimmten zusätzlichen Merkmale einer Abbildung (1) Referenzmerkmale an der Stelle der rücktransformierten Stützpunkte (8a-d) der anderen Abbildung (2) ermittelt werden und dass für die relative Lage der beiden Abbildungen (1, 2) zueinander jene mögliche lineare Transformation gewählt wird, bei der die Referenzmerkmale zu den tatsächlich ermittelten zusätzlichen Merkmalen die geringsten Abweichungen aufweisen.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Stützpunkten (7a-d, 8a-d) durch Kreuzungspunkte eines regelmäßigen Gitters (9, 10) gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmerkmale an der Stelle der rücktransformierten Stützpunkte (8a-d) der anderen Abbildung (2) durch eine bilineare Interpolation der umliegenden zusätzlichen Merkmale der einen Abbildung (1) gebildet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen