CN101076810A - 基于指纹验证方法和系统的压力图 - Google Patents

基于指纹验证方法和系统的压力图 Download PDF

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Abstract

一种实施根据多个控制指纹图像(CFI)对用户指纹图像(UFI)进行验证的指纹验证方法(20、60)的指纹系统(80)。该方法包括：将每一控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数；将每一转换控制指纹图像(TCFI)与该用户指纹图像(UFI)匹配；和将具有与该用户指纹图像(UFI)最佳匹配的第一转换指纹图像(TCFI)验证作为识别的指纹图像(IFI)。

Description

基于指纹验证方法和系统的压力图
技术领域
本发明通常涉及指纹验证方法和系统。本发明具体地涉及进行指纹验证的系统，其实施一种包含使用测量压力的压力传感器阵列来在指纹的脊和谷之间进行区分的方法。
背景技术
如本领域中所熟知的指纹系统采用用于将登记者和他们的指纹登记到系统数据库中的指纹登记模块，和用于根据存储在该系统数据库中的指纹对该系统的特定用户的身份进行验证的指纹验证模块。当该用户在用户验证期间将他或她的手指放在指纹传感器上的方式与该用户在用户登记期间将他或她的手指放在指纹传感器上的方式相同的时候，这些指纹系统工作良好。相反地，如果该用户在用户验证期间将他或她的手指放在指纹传感器上的方式与该用户在用户登记期间将他或她的手指放在指纹传感器上的方式并不相同，该指纹系统的性能显著地降低。这一点对于测量压力以区分指纹的脊和谷的压力传感器尤其明显，诸如在2003年6月17日公布的标题为“Method and Apparatus for PressureSensing”的美国专利US6578436B1中所公开的该压力传感器，其全部内容在此引作参考。
发明内容
本发明提供一种全新并且独特的基于压力的指纹识别方法和系统，其用于将由于用户在用户验证期间将他或她的手指放在指纹传感器上的方式不同于该用户在用户登记期间将他或她的手指放在指纹传感器上而产生的任何性能降低最小化，如果不能消除的话。
本发明的一种形式是一种指纹验证方法，包含：将每一控制指纹图像转换成为转换控制指纹图像作为与该用户指纹图像关联的压力图的函数；将每一转换控制指纹图像与该用户指纹图像匹配；和将具有与该用户指纹图像最佳匹配的第一转换指纹图像验证作为识别的指纹图像。
本发明的第二种形式是一种指纹验证设备，其采用：用于将每一控制指纹图像转换成为转换控制指纹图像作为与该用户指纹图像关联的压力图的函数的装置；用于将每一转换控制指纹图像与该用户指纹图像匹配的装置；和用于将具有与该用户指纹图像最佳匹配的第一转换指纹图像验证作为识别的指纹图像的装置。
本发明的第三种形式是一种指纹验证系统，其采用用于存储多个控制指纹图像的数据库。该系统采用用于检索控制图像，从而将其中一个控制指纹图像与用户指纹图像进行验证的指纹验证模块。因此，该指纹验证模块进一步用于将每一控制指纹图像转换成为转换控制指纹图像，作为与该用户指纹图像关联的压力图的函数；用于将每一转换控制指纹图像与该用户指纹图像匹配；和用于将具有与该用户指纹图像最佳匹配的第一转换指纹图像验证作为识别的指纹图像。
该术语“模块”在这里定义为处理硬件和/或编程软件的结构配置。
附图说明
结合对附图的阅读，从下面对当前优选实施例的详细描述可以进一步清楚前面所述本发明的这些形式以及其它形式、特征和优点。该详细描述和附图对本发明仅仅只是说明，而不是对所附权利要求书所限定的本发明的范围及其等同物进行限制。
图1所述的流程图表示根据本发明的指纹登记方法的一个实施例；
图2所述的流程图表示根据本发明的指纹验证方法的一个实施例；
图3所述为根据本发明的指纹登记系统的一个实施例，用于实施图1中所述的该指纹登记方法；
图4所述为根据本发明，来自第一实施例的压力传感器的第一示范脉冲响应；
图5所述为根据本发明，来自第二实施例的压力传感器的第二示范脉冲响应；
图6所述为根据本发明的指纹验证系统的一个实施例，用于实施图2中所述的该指纹验证方法；
图7所述的流程图表示根据本发明的指纹转换方法的一个实施例；
图8所述为根据本发明的指纹转换模块的一个实施例，用于实施图7中所述的该指纹转换方法；和
图9所述为根据本发明的指纹识别模块的一个实施例，用于分别实施图1、2和7中所述的该指纹登记方法、该指纹验证方法以及该指纹转换方法。
具体实施方式
图1中所述的流程图10表示本发明的指纹登记方法。在流程图10的S12阶段期间，获取登记者的控制指纹图像。实际上，为了获取登记者的该控制指纹图像所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在一个示范实施例中，采用具有传感器阵列31的常规压力传感器30(例如美国专利US6578436B1中所公开的压力传感器)来获取该登记者的常规压力图PM1，如图3中示范所述，其是基于如图4中示范所述的常规脉冲响应，用于在通过数字“1”表示的脊R与通过数字“0”表示的谷V之间进行区分。下文中通常采用如图3中所述的指纹登记模块(FEM)40来从登记者的压力图PM1中获得控制指纹图像CFI。
在第二个示范实施例中，采用压力传感器30来获取登记者的压力图PM2，如图3中所述，其是基于如图4中示范所述的脉冲响应，用于在通过数字“1”表示的脊R的尖峰、通过数字“0.5”表示的脊R的非尖峰与通过数字“0”表示的谷V之间进行区分。本领域的普通技术人员会意识到对美国专利US6578436B1中所公开的该传感器进行结构修改，其能够获取压力图PM2等。下文中通常采用指纹登记模块40来从登记者的压力图PM2中获得控制指纹图像CFI。
在第三示范实施例中，采用任何类型的数字输入装置来获取预先产生的压力图PM1或者预先产生的压力图PM2，诸如图3中所述的盘驱动32、读卡器和扫描器。下文中通常采用指纹登记模块40来从登记者的该预先产生的压力图PM1或该预先产生的压力图PM2中获得控制指纹图像CFI。
在流程图10的S14阶段期间，存储控制指纹图像。实际上，为了存储该控制指纹图像所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。在一个示范实施例中，指纹登记模块40负责将控制指纹图像CFI的文件存储到数据库50中，如图3中示范所述，其中该文件包括登记者的名字、一个或多个构成控制指纹图像CFI的常规模板、以及用于包含该控制指纹图像CFI的未来验证所需要的任何其它信息。
当完成S14阶段时，流程图10结束，并且对新登记重新执行该流程。为了便于理解本发明的该指纹验证方法，这里接下来对图2、和6-8的描述是基于从三(3)个登记者获取任何类型的三(3)个压力图，以及存储该三(3)个登记者的三(3)个控制指纹图。然而，本领域的普通技术人员会意识到将本发明应用于任何数目的登记者。另外，本领域的普通技术人员会意识到，登记者的最大数目取决于用于存储所有登记者的控制指纹图像的该数据库或多个数据库的大小。
图2中所述的流程图20表示本发明的指纹验证方法。在流程图20的S22阶段期间，获取用户指纹图像。实际上，为了获取该用户指纹图像所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在一个示范实施例中，采用如图6中所述的压力传感器30或数字输入装置32来获取压力图PM3或压力图PM4，并且通常采用如图6中所述的指纹登记模块(FAM)41来从压力图PM3或压力图PM4中获得如图3中所述的用户指纹图像UFI。本领域的普通技术人员会理解，当从压力图PM3中获得用户指纹图像UFI时，其构成为黑和白指纹图像，并且当从压力图PM4中获得用户指纹图像UFI时，其构成为灰度级指纹图像。
在流程图20的S24阶段，转换两个或多个所登记的控制指纹图像作为与用户指纹图像关联的压力图的函数。实际上，为了转换两个或多个所登记的控制指纹图像作为与用户指纹图像关联的压力图的函数所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在一个示范实施例中，采用如图6中所述的指纹验证模块41来对从数据库50中检索的三(3)个控制指纹图像CFI应用压力图PM3或压力图PM4，从而产生三(3)个转换控制指纹图像TCFI。实际上，在对三(3)个控制指纹图像CFI应用压力图PM3或图PM5中所实施的方法取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。在一个示范实施例中，在流程图20的S24阶段期间实施如图7中所述的流程图60。
在流程图60的S62阶段，常规地计算控制指纹图像内的控制点(例如核心点、三角点、脊断点、脊分叉点等)。实际上，为了计算控制指纹图像内的控制点所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。在一个示范实施例中，指纹验证模块41(图6)采用如图8中所述的指纹转换模块(FTM)42来计算控制指纹图像CFI(图6)内的控制点，从而产生如图8中示范所述的控制点指纹图像CPFI。通过指纹转换模块42进行的这些控制点计算根据学术出版社，2000年，图像处理手册，A.Bovik(ed)，第821至835页中Anil K.Jain和SharathPankanti发表的标题为“Fingerprint Matching andClassifications”的论文来完成，其全部内容在此引作参考。
在流程图60的S64阶段期间，常规地注册控制点指纹图像的控制点并将其叠合到与该用户指纹图像关联的压力图上。实际上，为了将该控制点图像的控制点叠合到与该用户关联的压力图上所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在一个示范实施例中，采用如图8中所述的指纹转换模块42来常规地注册控制点指纹图像CPFI内的控制点，并将其叠合到压力图PM3或压力图PM4上，反之亦然，如图8中所述。注册控制点指纹图像CPFI内的控制点，并将其叠合到压力图PM3或压力图PM4上或者反之亦然，这可以根据IEEE汇编(生物统计学专刊出版)，第85卷，1365-1388页，1997年9月，由Anil K.Jain，L.Hong，Sharath Pankanti和R.Bolle发表的标题为“On-Line Identity-Authentication System UsingFingerprints”的论文来完成，其全部内容在此引作参考。另外，注册控制点指纹图像CPFI内的控制点，并将其叠合到压力图PM3或压力图PM4上或者反之亦然可以在预定的公差参数和/或滤波参数范围内完成，其中参数设计成便于合理地将控制点指纹图像CPFI内的控制点叠合到压力图PM3或压力图PM4上或者反之亦然。任何预定的公差参数和滤波参数的设计驱动都是根据本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在流程图60的S66阶段期间，常规地计算压力图像素的强度和像素在相邻控制点周围的方向。实际上，为了计算压力图像素的强度和它们在相邻控制点周围的方向所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。在一个示范实施例中，采用如图8中所述的指纹转换模块42来常规地计算压力图像素的强度以及它们在相邻控制点周围的方向。
在流程图60的S68阶段期间，将如S66阶段所计算的该压力图像素的强度映射到将该像素强度与需要移动的控制点的距离关联的查找表，从而转换该控制指纹图像，作为该压力图强度的函数，以试图最大可能程度地将该控制指纹图像与该用户指纹图像匹配。实际上，映射该压力图像素的像素强度所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。在一个示范实施例中，采用如图8中所述的指纹转换模块42来产生如图8中所述的查找表LT，用于映射像素强度PI和相应的控制点距离CPD。
在流程图60的S70阶段期间，常规地卷曲控制指纹图像作为该映射的像素强度的函数，从而产生转换控制指纹图像。实际上，卷曲控制指纹图像作为映射的像素强度的函数所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。在一个示范实施例中，采用如图8中所述的指纹转换模块42来常规地卷曲控制指纹图像CFI(图6)作为映射的像素强度的函数，从而产生转换控制指纹图像TCFI，作为试图最大可能程度地将该控制指纹图像CFI与该用户指纹图像UFI匹配的表示。
在S70阶段之后，流程图60结束，并且其对于每一控制指纹图像根据流程图60重复。当获得所有需要的转换控制指纹图像(例如如图6中所述的三个转换控制指纹图像)时，实施流程图20的S24阶段。
再参照图2，在S24阶段期间，用户指纹图像与每一转换控制指纹图像匹配。实际上，将用户指纹图像与每一转换控制指纹图像匹配所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在一个示范实施例中，根据2001年2月6日公布的标题为“SystemAnd Method For Matching(Fingerprint)Images An AlignedRepresentation”的美国专利US6185318B1，其全部内容在此引作参考，采用如图6中所述的指纹验证模块41来常规地将用户指纹图像UFI与所有三个转换控制指纹图像TCFI匹配。该结果是对与用户指纹图像UFI配的每一转换控制指纹图像TCFI归一化或未归一化的匹配记分。
在流程图20的S28阶段期间，根据具有最佳匹配的用户指纹图像和转换控制指纹图像对，选择识别的指纹图像。实际上，选择具有最佳匹配的用户指纹图像和转换控制指纹图像对所采用的技术类型取决于本发明的商业实施，因此其并不受限制。
在一个示范实施例中，根据美国专利US6185318B1，采用如图6中所述的指纹验证模块41来从具有归一化或未归一化的最高匹配记分的转换控制指纹图像TCFI中选择转换控制指纹图像TCFI。相应地，通过指纹验证模块41选择对应于具有最高匹配记分的转换控制指纹图像TCFI的控制指纹图像CFI，成为识别的指纹图像IFI，并且从存储在数据库50中对应于该控制指纹图像CFI的用户文件标识该用户。
当完成S28阶段时，流程图20结束，并且当需要验证新用户时，重新实施该流程。
虽然这里按照顺序执行的阶段描述了该流程图10(图1)、流程图20(图2)和流程图60(图7)的实施，但是实际上阶段的实施顺序并不受限制。
实际上，本领域的普通技术人员会意识到，根据实现本发明的装置或系统的具体实施，模块40(图3)、模块41(图6)和模块42(图8)的结构实施会有变化。因此，用于结构性地实施模块40-42的实际硬件平台和软件环境的变化并不受限制。
在一个示范实施例中，如图9中所述本发明的指纹识别模块(FIM)80采用部分或全部包括模块40-42的处理硬件的任何类型(例如数字信号处理器)的常规处理器(μP)81。指纹识别模块80也采用任何类型(例如硬件驱动等)的常规计算机可读媒体82，用于存储指纹登记程序(FER)83中按照常规或相反所编程的包括流程图10(图1)的计算机指令、和用于存储指纹识别程序(FIR)84中按照常规或相反所编程的包括流程图20(图2)和流程图60(图7)的计算机指令。因此，可以操作处理器81来执行常规的操作系统，以控制程序83和84的计算机指令的程序执行，并且在本地或通过网络与压力传感器30、盘驱动32和数据库50进行交互。
虽然当前优选这里所公开的本发明的实施例，但是不脱离本发明的精神和范围可以做出各种改变和修改。在所附的权利要求书中表示本发明的范围，并且这里意欲包括落入其等同物的意义和范围内的所有改变。

Claims (21)

1.一种根据多个控制指纹图像(CFI)对用户指纹图像(UFI)进行验证的指纹验证方法(20)，该方法包括：
(S24)将每一控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)，作为与该用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数；
(S 26)将每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)进行匹配；和
(S28)对具有与用户指纹图像(UFI)最佳匹配的第一转换指纹图像(TCFI)验证作为识别的指纹图像(IFI)。
2.权利要求1的指纹验证方法(20)，进一步包括：
(S22)从压力图(PM)中得到用户指纹图像(UFI)，其中该用户指纹图像(UFI)是黑白指纹图像。
3.权利要求1的指纹验证方法(20)，进一步包括：
(S22)从压力图(PM)中得到用户指纹图像(UFI)，其中该用户指纹图像(UFI)是灰度级指纹图像。
4.权利要求1的指纹验证方法(20)，其中(S24)将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数包括：
(S62)计算第一控制指纹图像(CFI)内的至少一个控制点，以产生控制点指纹图像(CPFI)；
(S64)将该至少一个控制点叠合到压力图(PM)上；和
(S66)从该压力图(PM)计算像素强度和至少一个控制点邻近周围的方向。
5.权利要求4的指纹验证方法(20)，其中(S24)将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数进一步包括：
(S68)映射像素强度和用于最大可能程度地将第一控制指纹图像(CFI)匹配到用户指纹图像(UFI)中的对应控制点距离；和
(S70)根据该映射的像素强度和控制点距离卷曲第一控制指纹图像(CFI)，从而产生第一转换控制指纹图像(TCFI)。
6.权利要求1的指纹验证方法(20)，其中(S24)将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数包括：
(S62)计算第一控制指纹图像(CFI)内的至少一个控制点，以产生控制点指纹图像(CPFI)；
(S64)将该压力图叠合到该至少一个控制点上；和
(S66)从该压力图(PM)计算像素强度和该至少一个控制点的邻近周围的方向。
7.权利要求6的指纹验证方法(20)，其中(S24)将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数进一步包括：
(S68)映射像素强度和用于最大可能程度地将第一控制指纹图像(CFI)匹配到用户指纹图像(UFI)中的对应控制点距离；和
(S70)根据该映射的像素强度和控制点距离卷曲第一控制指纹图像(CFI)，从而产生第一转换控制指纹图像(TCFI)。
8.权利要求1的指纹验证方法(20)，其中(S26)将每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)匹配包括：
计算每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)的匹配记分。
9.权利要求1的指纹验证方法(20)，其中(S28)将具有与用户指纹图像(UFI)最佳匹配的第一转换指纹图像(TCFI)验证作为识别的指纹图像(IFI)包括：
根据具有所有匹配记分中最高匹配记分的第一转换控制指纹图像(TCFI)选择第一转换控制指纹图像(TCFI)。
10.一种根据多个控制指纹图像(CFI)对用户指纹图像(UFI)进行验证的指纹验证模块(80)，包括：
用于将每一控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数的装置(81-83)；
用于将每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)进行匹配的装置(81-83)；和
用于将具有与用户指纹图像(UFI)最佳匹配的第一转换指纹图像(TCFI)验证作为识别的指纹图像(IFI)的装置(81-83)。
11.权利要求10的指纹验证装置(80)，进一步包括：
用于从压力图(PM)中得到用户指纹图像(UFI)的装置(81-83)，其中该用户指纹图像(UFI)是黑白指纹图像。
12.权利要求10的指纹验证装置(80)，进一步包括：
用于从压力图(PM)中得到用户指纹图像(UFI)的装置(81-83)，其中该用户指纹图像(UFI)是灰度级指纹图像。
13.一种指纹验证系统，包括：
用于存储多个控制指纹图像(CFI)的数据库(50)；和
用于从该数据库(50)中检索多个控制指纹图像(CFI)从而将其中一个控制指纹图像(CFI)与用户指纹图像(UFI)进行验证的指纹模块(41和80)；
其中该指纹模块(41和80)进一步用于将每一控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数；
其中该指纹模块(41和80)进一步用于将每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)进行匹配；和
其中该指纹模块(41和80)进一步用于将具有与用户指纹图像(UFI)最佳匹配的第一转换指纹图像(TCFI)验证作为识别的指纹图像(IFI)。
14.权利要求13的指纹验证系统，其中该指纹模块(41和80)进一步用于：从压力图(PM)中得到用户指纹图像(UFI)，其中该用户指纹图像(UFI)是黑白指纹图像。
15.权利要求13的指纹验证系统，其中该指纹模块(41和80)进一步用于：从压力图(PM)中得到用户指纹图像(UFI)，其中该用户指纹图像(UFI)是灰度级指纹图像。
16.权利要求13的指纹验证系统，其中在将每一控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数期间，该指纹模块(41和80)进一步用于：计算第一控制指纹图像(CFI)内的至少一个控制点，以产生控制点指纹图像(CPFI)；将该至少一个控制点叠合到压力图(PM)上；和从该压力图(PM)计算像素强度和至少一个控制点邻近周围的方向。
18.权利要求16的指纹验证系统，其中在将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数期间，该指纹模块(41和80)进一步用于：映射像素强度和用于最大可能程度地将第一控制指纹图像(CFI)匹配到用户指纹图像(UFI)中的对应控制点距离；和根据该映射的像素强度和控制点距离卷曲第一控制指纹图像(CFI)，从而产生第一转换控制指纹图像(TCFI)。
18.权利要求13的指纹验证系统，其中在将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数期间，该指纹模块(41和80)进一步用于：计算第一控制指纹图像(CFI)内的至少一个控制点，以产生控制点指纹图像(CPFI)；将压力图(PM)叠合到该至少一个控制点上；和从该压力图(PM)计算像素强度和该至少一个控制点邻近周围的方向。
19.权利要求18的指纹验证系统，其中在将每两个控制指纹图像(CFI)转换成为转换控制指纹图像(TCFI)作为与用户指纹图像(UFI)关联的压力图(PM)的函数期间，该指纹模块(41和80)进一步用于：映射像素强度和用于最大可能程度地将第一控制指纹图像(CFI)匹配到用户指纹图像(UFI)中的对应控制点距离；和根据该映射的像素强度和控制点距离卷曲第一控制指纹图像(CFI)，从而产生第一转换控制指纹图像(TCFI)。
20.权利要求13的指纹验证系统，其中在将每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)进行匹配期间，该指纹模块(41和80)进一步用于：计算每一转换控制指纹图像(TCFI)与用户指纹图像(UFI)的匹配记分。
21.权利要求13的指纹验证系统，其中在将具有与用户指纹图像(UFI)最佳匹配的第一转换指纹图像(TCFI)验证作为识别的指纹图像(IFI)期间，该指纹模块(41和80)进一步用于：根据具有所有匹配记分中最高匹配记分的第一转换控制指纹图像(TCFI)选择第一转换控制指纹图像(TCFI)。
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