CN102799880A - 用于捕获滚动指纹图像的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于捕获滚动指纹图像的方法及装置。根据本发明的用于捕获滚动指纹图像的方法，包括以下步骤：从滚动触摸指纹输入窗口的指纹获取多个元素图像帧;通过移除相邻元素图像帧之间没有重叠的图像的预处理操作,获得多个改进的图像帧;提取出相邻的改进图像帧的主要数值,从而获得多个主要数值图像帧；以及，合并所述主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。根据本发明的用于捕获滚动指纹图像的装置，包括：指纹输入单元，用于从滚动触摸指纹输入窗口的指纹获取多个元素图像帧;预处理器，用于通过移除相邻元素图像帧之间没有重叠的图像的预处理操作,获得多个改进的图像帧;主要数值获取器，用于提取出相邻改进图像帧的主要数值,从而获得多个主要数值图像帧；以及，图像合并器，用于合并所述主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。

Description

用于捕获滚动指纹图像的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请主张2011年7月19日提交的韩国专利申请No.2011-0071273的优先权,该韩国专利的全文引入本申请作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于捕获滚动指纹图像的装置和方法，更具体地，涉及一种捕获滚动指纹图像的装置和方法，其能够快捷清楚地捕获比平面指纹更宽的指纹区域，从而获得更多的指纹信息。

背景技术

生物计量识别方法具有唯一性和高度不变性，所以得以广泛地用于用户识别。在这种生物计量识别方法中，指纹识别方法更加古老并且比其它生物计量识别领域更加普遍适用，这是因为它使用方便并且简单。

指纹识别装置正在应用于多个需要安全及官方解决系统验证的领域中，例如存取控制、电子商务、金融交易以及个人计算机中。作为一种指纹图像获取方法，与仅获取平面指纹图像的指纹识别装置相联系的仅获取指纹中央部分的方法目前被广泛使用。这种方法之所以能够得到广泛使用是因为指纹识别所必需的图像处理相对简单。但是，这种方法不能保证获得指纹的整个图像，从而减少了识别率，并且难以确定仿冒指纹。

为了克服这个缺陷，一种用于捕获滚动指纹图像的方法被提出。用于捕获滚动指纹图像的方法是这样一种方法，当用户在旋转手指时将用户的指纹与指纹输入窗口相接触，从而获得整个指纹的指纹图像。这种方法比仅生成指纹中央部分图像的方法具有更高的识别率。但是，用于捕获滚动指纹图像的方法没有得到广泛使用，这是因为图像处理相对复杂并且指纹可能会在图像处理操作中被丢失。

在现有的指纹获取方法中，存在一种基于硬件装置的方法（韩国专利公开号为No.1997-0017033），还有一种方法（韩国专利公开号为No.1999-013325）,其在帧单元中进行计算并将时序输入信息的方向性和特征点进行匹配。即使在这种传统的技术中，由于复杂的图像处理方法，处理速度变得更慢，或者由于指纹图像的特点难以获得清楚的图像。

发明内容

本发明涉及一种滚动指纹图像捕获装置和方法，其提高了捕获滚动指纹的数值处理速度，并能够计算清楚的指纹图像。

根据本发明的一个方面，提供一种用于捕获滚动指纹图像的方法,包括以下步骤:从滚动触摸指纹输入窗口的指纹获取多个元素图像帧;通过移除相邻元素图像帧之间没有重叠的图像的预处理操作,获得多个改进的图像帧;提取出相邻的改进图像帧的主要数值,从而获得多个主要数值图像帧；合并所述主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。

获得多个改进图像帧的步骤包括：对相邻元素图像帧中相同像素之间的多个数值执行OR操作，从而移除仅存在于一个像素中的黑色图像。

获得多个主要数值图像帧的步骤包括：对相邻改进图像帧中相同像素之间的多个数值执行算术相加运算,从而生成合成的主要数值图像帧。

合并图像的步骤包括：对相邻主要数值图像帧中相同像素之间的多个数值执行OR操作，从而合并图像。

根据本发明的另一方面,提供一种用于捕获滚动指纹图像的装置，包括：指纹输入单元，用于从滚动触摸指纹输入窗口的指纹获取多个元素图像帧;预处理器，用于通过移除相邻元素图像帧之间没有重叠的图像的预处理操作,获得多个改进的图像帧;主要数值获取器，用于提取出相邻改进图像帧的主要数值,从而获得多个主要数值图像帧；图像合并器，用于合并所述主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。

所述预处理器对相邻元素图像帧中相同像素之间的多个数值执行OR操作。

所述主要数值获取器对相邻改进图像帧中相同像素之间的多个数值执行算术相加运算。

所述图像合并器对相邻主要数值图像帧中相同像素之间的多个数值执行OR操作。

附图说明

图1为表示根据本发明示例性实施例的用于捕获滚动指纹图像的装置的示意性框图。

图2为表示根据本发明示例性实施例的用于捕获滚动指纹图像的方法的流程图。

图3为表示根据本发明示例性实施例的捕获滚动指纹图像的操作中的帧结构示意图。

图4为表示通过时序扫描方案获得的元素图像帧的一个例子的示意图。

图5A和图5B为表示根据本发明示例性实施例的预处理操作的示意图。

图6为表示通过预处理操作获得的改进的图像帧的示意图。

图7为表示通过提取主要数值获得的主要数值图像帧的示例的示意图。

图8A和图8B为表示根据本发明示例性实施例的图像合并操作的示意图。

图9为表示通过图像合并操作获得的图像合并帧的例子的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。虽然本发明对示例性实施例进行了显示和描述，但是本领域普通技术人员应当知道，可以对本发明进行各种修改，这些修改并不脱离本发明的精神和范围。

图1为表示根据本发明示例性实施例的用于捕获滚动指纹图像的装置的示意性框图。

参照图1，根据本发明示例性实施例的用于捕获滚动指纹图像的装置100包括指纹输入单元110和指纹图像处理单元130，并且从用户指纹获得滚动指纹。

指纹输入单元110获取多个帧的指纹图像，从而从滚动触摸指纹输入窗口111a的用户指纹中获取滚动指纹，并将指纹图像提供给指纹图像处理单元130。这里，滚动指纹（滚动指纹图像）是相对于平面指纹的术语，表示通过旋转用户手指的滚动类型从整个用户指纹中获得的一片指纹（图像）。

特别地，指纹输入单元110包括指纹传感器111、图像接收器113以及接收控制器115。指纹输入单元110根据时序扫描方案从滚动触摸指纹输入窗口111a的用户指纹获得多个帧的指纹图像。

指纹传感器111获取触摸指纹输入窗口111a的指纹的指纹图像，并且将指纹图像输出到图像接收器113。这里，指纹传感器111可以使用非光学类型，但是，在考虑形成有用于指纹滚动输入的指纹输入窗口的情况下，也可以使用光学类型的指纹传感器。

图像接收器113从指纹输入单元110获得多个帧的指纹图像，并根据接收控制器115的控制将指纹图像输出到指纹图像处理单元130。

接收控制器115根据从图像接收器113输入的图像自动判断指纹是否接触到指纹输入窗口111a，当确定指纹接触到指纹输入窗口111a时，接收控制器115控制图像接收器113,从而生成用于获取滚动指纹的多个帧的图像。

为了进行自动感应，接收控制器115将阈值（阈值范围）与在没有指纹触摸时获得的图像帧（背景帧）的特征值（例如，平均灰度值）相比较，当通过图像接收器113输入的图像的特征值不在阈值（阈值范围）中时，接收控制器115可以确定没有指纹触摸。

当图像的特征值不在阈值（阈值范围）中时，接收控制器115允许图像接收器113存储从指纹传感器111输出的图像，然后控制图像接收器113将存储的图像提供给指纹图像处理单元130。

指纹图像处理单元130从指纹输入单元110的图像接收器113接收多个帧的指纹图像（根据时序扫描方案而生成），并且通过图像预处理操作生成滚动指纹。

为此，指纹图像预处理单元130包括预处理器131、主要数值获取器133和图像合并器135。

根据通过指纹传感器111获得的多个元素图像帧，预处理器131生成没有噪音的多个改进的帧。在一个实施例中，预处理器131可以通过逻辑或（OR）运算去除相邻元素图像帧之间的噪音。

主要数值获取器133根据改进后的图像帧提取出主要数值。在一个实施例中，通过使用算术加运算，主要数值获取器133对相邻的改进后的图像帧之间相同像素的数值进行汇总，从而提取出主要数值。

图像合并器135可以根据主要数值的图像帧对图像进行合并，并且获得最终的滚动指纹图像。在一个实施例中，通过使用逻辑和（AND）运算，图像合并器135按顺序合并主要数值的图像帧，从而获得滚动指纹图像。

图2为表示根据本发明示例性实施例的用于捕获滚动指纹图像的方法的流程图。图3为表示根据本发明示例性实施例的捕获滚动指纹图像的操作中的帧结构示意图。

下面将参照图2和图3描述根据本发明的示例性实施例的用于捕获滚动指纹图像的方法。

<获取第一个至第n个元素图像帧：S201，S202>

为了获取滚动指纹图像，用于捕获滚动指纹图像的装置100首先获得多个元素图像帧。元素图像帧对应于滚动触摸指纹输入窗口111a的用户指纹，并且可以使用时序扫描方案来获取。图4为表示作为所获取的元素图像帧的对应于“n=12”的连续图像帧（第一到第十二个元素图像帧）的示意图。

<获取第一个至第n-1个主要转换图像帧：S203>

用于捕获滚动指纹图像的装置 100获取元素图像帧，然后获取在连续的元素图像帧之间没有噪声的多个改进和图像帧。

为此，预处理器131对相邻元素图像帧中相同像素的多个数值执行逻辑或（OR）运算。也就是说，预处理器131在第一个和第二个元素图像帧之间执行逻辑或(OR)运算从而获取第一个改进的图像帧，并且在第二个和第三个元素图像帧之间执行逻辑或(OR)运算从而获取第二个改进的图像帧。在这种方式中，预处理器131在第i个及第i+1个元素图像帧的多个数值上执行逻辑或(OR)运算，从而获取第i个改进的图像帧。因此，当生成了n个第一元素图像帧时，预处理器131获取n-1个改进的图像帧。

表1为预处理器131执行的逻辑或(OR)运算的真假数值表，图5A和图5B分别为表示部分第i个元素图像帧及部分第i+1个元素图像帧的示意图。现在参照表1及图5A和图5B描述预处理器131执行的改进图像获取操作。

[表1]

（A）	（B）	A AND B
			0	0	0
0	1	0
			1	0	0
1	1	1

图5A表示与一部分第i个元素图像帧具有相同座标的多个像素。图5B表示与一部分第i+1个元素图像帧具有相同座标的多个像素。图5A中的方框表示第i个元素图像帧的像素，图5B的方框表示第i+1个元素图像帧的像素。

在图5A和5B中，当每个像素由具有1比特灰度等级的数值时，黑色图像具有0数值，白色图像具有1数值。这里，黑色图像表示指示脊部和孔部中的一个，但是可能包括例如像素P’的噪声图像或者当指纹按下时生成的例如像素P”的模糊图像。

预处理器131在相同像素的第i个和第i+1个元素图像帧的数值上执行OR操作，从而产生其至少一个像素的数值为1的第i个改进的图像帧。因此，通过执行逻辑或(OR)运算，预处理器131允许第i个改进的图像帧的像素P’和P”具有数值1。

在这种方式中，预处理器131在第i个和第i+1个元素图像帧之间执行OR操作，从而将具有噪声的像素改进为白色图像，从而生成清楚的第i个改进的图像帧。

前面已经描述了作为例子具有1比特灰度等级的图5A和图5B，但是前面所述的方案也可以对具有1比特或更多比特灰度等级的图像进行预处理。

例如，在根据本发明的用于捕获滚动指纹图像的装置中使用的图像可以使用具有8比特（0到255）灰度等级的图像数值。

在每个像素具有8比特数值的元素图像中，当假设具有噪声的像素具有数值“13”而不具有噪声的像素具有数值“218”时，每个像素的二进制数值表示为“0000 1101”和“1101 1010”。预处理器131在两个数值上执行逻辑或(OR)运算，从而在表示为“1101 1111”的数值“222”的灰度等级中表示具有噪声的像素，从而生成没有噪声的改进的图像帧。

如前所述，根据图4所示的具有8比特灰度等级的元素图像帧，预处理器131可以获得第一个到第十一个改进的图像帧，如图6所示。

<获得主要数值图像帧：S204>

用于捕获滚动指纹图像的装置100获取改进的图像帧，然后基于改进的图像帧获取强化实际指纹图像的多个主要数值图像帧。

为此，主要数值获取器133在第i个和第i+1个元素图像帧中相同像素的数值上执行算术相加运算，从而将图像帧合成为第i个主要数值图像帧。

主要数值获取器133可以使用公式（1）中的方法来减少溢出，从而防止出现具有比算术相加运算中灰度等级限值更高数值的像素。

New Pixel=αPixel1+(1-α)Pixel2...(1)

主要数值获取器133在针对第i个及第i+1个元素图像帧执行算术相加运算中使用公式（1），从而能够通过为特定的改进的图像帧应用加权值来减少溢出。

在这种方式中，主要数值获取器133清楚地区分黑色和白色的相邻的改进的图像帧，从而能够清楚区分黑色图像和白色图像。

图7为表示已经使用图6中第一个至第十一个改进的图像帧获得的第一个至第十个主要数值图像帧。

<获取图像合并（滚动指纹图像）帧：S205>

用于捕获滚动指纹图像的装置获取主要数值图像帧，然后合并主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。

为了合并图像，图像合并器135在主要数值图像帧上按顺序执行逻辑和（AND）运算。也就是说，图像合并器135在第一个主要数值图像帧和第二个主要数值图像帧上执行逻辑和（AND）运算，从而获得第一个合并图像帧。图像合并器135在第一个合并图像帧和第三个主要数值图像帧上执行逻辑和（AND）运算，从而获得第二个合并图像帧。

也就是说，图像合并器135获得第一个合并图像帧，然后通过使用第i个合并图像帧和第i+2个主要数值图像帧来获取第i+1个合并图像帧。重复这个操作，直至图像合并器135合并第n-4个合并图像帧和第n-2个主要数值图像帧，从而获得最后一个滚动指纹图像帧。

下面将描述图像合并器135通过逻辑和（AND）运算合并图像的操作。

图8A为表示第一个主要数值图像帧的放大部分的示意图，图8B为表示第二个主要数值图像帧的放大部分的示意图。在图8A和图8B中，每个方框表示一个像素，黑色图像的像素表示一部分脊部或孔部图像。图9为表示通过图像合并操作获得的图像合并帧的例子。

在图8A和图8B中，当对应于座标（x3,y5）、（x4,y4）、（x5,y4）、（x6,y4） 和（x7,y5）的各个像素为第一个至第五个像素P1至P5时，第一个至第四个像素P1到P4在第一个主要数值图像帧中具有黑色图像，第二个至第五个像素P2至P5在第二个主要数值图像帧中具有黑色图像。

在这种情况下，如第五个像素P5，仅显示在第二个主要数值图像帧中的黑色图像对应于滚动指纹操作中最新输入的指纹。这是因为第一个至第十个主要数值图像帧通过按次序转换第一个至第十二个元素图像帧获得，而所述第一个至第十二个元素图像帧已经在滚动指纹的操作中按时间顺序获得。也就是说，与元素图像帧相类似，这是因为第一个至第十个主要数值图像帧显示出了通过滚动指纹按时间顺序获得的图像帧的特征。

图像合并器135执行如表2所示的逻辑和（AND）运算，从而合并主要数值图像帧的指纹图像。

表2

（A）	（B）	A AND B
			0	0	0
0	1	0
			1	0	0
1	1	1

当图8A和图8B中的像素具有1比特等级数值时，显示黑色（黑色图像）的第一个至第五个像素P1至P5具有数值“0”，而显示白色（白色图像）的像素则具有数值“1”。

如表2所示，图像合并器135在数值上执行逻辑和（AND）运算，从而输出数值“0”作为结果，例外是所有数值均为“1”的一个像素。也就是说，图像合并器135在第一个和第二个主要数值图像帧上执行逻辑和（AND）运算，从而生成第一个合并图像帧，其所有的第一个至第五个像素P1至P5均为“0”。因此，第一个合并图像帧的所有的第一至第五个像素P1至P5显示黑色图像。作为结果，第一个合并图像帧代表通过合并第一个和第二个主要数值图像帧图像的图像。

前面描述了作为例子的具有1比特像素数值的实施例。在用于捕获滚动指纹图像的装置100中使用的图像可以具有1比特或更多比特的灰度等级，例如8比特（0至255）的灰度等级。

甚至在具有8比特数值的图像中，图像合并器135也可以通过执行逻辑和（AND）运算来合并主要数值图像帧的图像。在具有8比特灰度等级的图像数值中，指纹图像具有数值“0”或接近“0”的数值，而其中没有指纹图像的像素则具有接近255的数值。甚至在两个8比特数值上执行AND操作，输出接近“0”的8比特数值。

因此，当在主要数值图像帧中存在显示黑色图像的像素时，图像合并器135生成具有其像素具有黑色图像的合并图像帧。

如前所述，根据本发明的用于捕获滚动指纹图像的方法通过使用逻辑操作和算术操作对数值进行处理，从而可以快速获取滚动指纹。根据本发明的用于捕获滚动指纹图像的方法在获取滚动指纹的操作中去除了噪声，并且清楚地区分指纹图像和背景图像，从而获取清楚的滚动指纹图像。

在前面的描述中，已经描述了本发明的实施例，但是本发明并不仅限于前面描述的特定实施例。例如，前面所描述的本发明的实施例基于1比特或8比特数值，但是本发明同样可以基于具有其它数值的灰度等级。同亲，根据本发明的用于捕获滚动指纹图像的方法可用于具有三个颜色数值的彩色图像而非灰色图像中。

根据本发明的滚动指纹图像捕获设备和方法，通过基于算术操作和逻辑操作处理图像的数值，可以快速获得滚动指纹图像。

另外，根据本发明的滚动指纹图像捕获设备和方法去除了图像噪声，并且指纹图像和其它图像变得清楚。

本领域普通技术人员清楚，可以对本发明的上述实施例进行各种修改，这并不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明覆盖所有落入所附权利要求书的这些修改方案及其等同的技术方案中。

Claims (8)

1.一种用于捕获滚动指纹图像的方法,包括以下步骤:

从滚动触摸指纹输入窗口的指纹获取多个元素图像帧;

通过移除相邻元素图像帧之间没有重叠的图像的预处理操作,获得多个改进的图像帧;

提取出相邻的改进图像帧的主要数值,从而获得多个主要数值图像帧；以及，

合并所述主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。

2.根据权利要求1所述的用于捕获滚动指纹图像的方法，其中，获得多个改进图像帧的步骤包括：对相邻元素图像帧中相同像素之间的多个数值执行逻辑或（OR）运算，从而移除仅存在于一个像素中的黑色图像。

3.根据权利要求1所述的用于捕获滚动指纹图像的方法，其中，获得多个主要数值图像帧的步骤包括：对相邻改进图像帧中相同像素之间的多个数值执行算术相加运算,从而生成合成的主要数值图像帧。

4.根据权利要求1所述的用于捕获滚动指纹图像的方法，其中，合并图像的步骤包括：对相邻主要数值图像帧中相同像素之间的多个数值执行逻辑或（OR）运算，从而合并图像。

5.一种用于捕获滚动指纹图像的装置，包括：

指纹输入单元，用于从滚动触摸指纹输入窗口的指纹获取多个元素图像帧;

预处理器，用于通过移除相邻元素图像帧之间没有重叠的图像的预处理操作,获得多个改进的图像帧;

主要数值获取器，用于提取出相邻改进图像帧的主要数值,从而获得多个主要数值图像帧；以及

图像合并器，用于合并所述主要数值图像帧的图像，从而获得滚动指纹图像。

6.根据权利要求5所述的用于捕获滚动指纹图像的装置，其中，所述预处理器对相邻元素图像帧中相同像素之间的数值执行逻辑或（OR）运算。

7.根据权利要求5所述的用于捕获滚动指纹图像的装置，其中，所述主要数值获取器对相邻改进图像帧中相同像素之间的数值执行算术相加运算。

8.根据权利要求5所述的用于捕获滚动指纹图像的装置，其中，所述图像合并器对相邻主要数值图像帧中相同像素之间的数值执行逻辑（OR）运算。

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