CN1054225C - 包含指纹对比方法和装置的自动指纹识别系统 - Google Patents

Abstract

一种自动鉴别指纹的方法和有关装置，通过把指纹数据库中每个指纹的细节与待鉴别指纹细节的预先计算的矢量图象中选出的一个相比较，以确定档案指纹细节与预选的待查指纹细节图象在位置和角度方面是否存在相互之间的符合。这种比较结果是一种对比分数，表示待查指纹与一个或几个档案指纹之间相符合的概率。选择这种矢量图象的基础是档案指纹细节的角度与待查指纹细节矢量图象的角度之间的一致性。

Description

包含指纹对比方法和装置的自动指纹识别系统

指纹是由对应手指、手掌和脚掌上出现的隆起和凹处的线条组成的一种特殊的图形。自从柏提隆(Bertillon)于本世纪初开始研究指纹起，我们就知道指纹中包含一些称之为“细节”的特殊特征，这些特征是唯一的，依靠这些指纹特征我们就能识别人。我们给“细节”一词下个定义，即细节定(1)分叉点，即一根线分成二根不同线的地方(见图4)；或者是(2)隆起纹尾，即某一条纹线中止的地方(见图5)。记录细节通常用三个座标值，其中两个座标值x、y用于记录细节相对于一个座标系统的位置，另一个座标值“a”用于表示该细节点周围线条的平均方向的一个角度(见图4、5)。

在通用计算机控制下进行的自动指纹对比“matching”是一种比较两个不同的指纹以确定它们是否出自同一手指(也就是同一人)的方法。两个指纹进行自动对比后用一个称之为“对比值”的数值来表示两个给定指纹的相似程度。这个值越大，两个指纹出自同一手指的概率也就越大。

在通用计算机控制下进行的指纹自动“识别”的过程为：把某一给定指纹(称之为“检索指纹”)与一个包含许多指纹(“档案指纹”)的数据库加以比较，以便确定该数据库中是否包括与检索指纹出自同一人的档案指纹。如果数据库中包含N个档案指纹，一次识别就等于N次对比。检索指纹和N个档案指纹进行比较，从而产生按数值递减排列的N个对比值。典型情况下，识别将产生一小列“候选者”，这些候选者是那些产生出最佳对比值的档案指纹。一个自动指纹对比及识适系统的精确度是用它把正确指纹归入最佳候选者表的能力来衡量的。

上面所说的那种数据库中指纹数据的基本来源有(1)“十指指纹卡”，它通常包含某人所有十个手指的手印，(2)潜指纹，它们可能是在(比方说)犯罪现场留下的指纹的一部分或几部分，(3)使用光学装置直接从人手读取的所谓“活”指纹图象。

十指指纹卡一般包括字母数字数据，如姓名、年龄和十个用墨水滚印出的指纹。这些指纹被编为两组，一个手为一组。每张卡片上的指纹的大致取向都是已知的，这是因为同一只手在按五个指纹时手指之间的连接部分应该与卡片的基底线平行。

相反，潜指纹的取向一般是未知的，因为得到的只有指纹的一部分。此外，潜指纹的图象质量常常是非常差的。因此，精确地对比和识别潜指纹这一问题长期以来一直是自动指纹识别系统领域中的主要难题。

I.2对比器

对比操作若以指纹细节为基础而不是以指纹本身的整个图象为基础时，操作可以很方便地进行，这在指纹自动识别系统技术中是众所周知的。这样，一个基本对比操作就包括对两组细节(即两组点，每个点分别具有三个座标值x、y和a )进行比较。基本对比器试图将这两组点迭加在一起，以便计算出两个指纹中相同的细节数目。

韦格斯汀(wegstein)在1970年出版的“国家标准局第538号技术手册”中就描述了几个这种类型的基本对比码。这些取名为M19、M27和M32的对比器通过计算在Dx-Dy空间中点簇的密度来判定两个指纹是否出自同一手指，这里Dx和Dy是两个指纹细节分别对应于x和y座标的差值。该技术手册中提到的实验性结果表明，在Dx-Dy空间中，如果是出自不同的指纹，这些点的分布趋向于随机性；而出自同一手指的若干指纹时，这些点趋向于形成一个点簇。

M19对比器中作了这样的假定：即将二套细节点迭加所需的转换仅仅是由平移形成的。M27对比器是在M19对比器基础上配备一种新的计值函数功能的对比器，旨在于能计算更大的平移错位。M32对比器以下列方式计入了两个指纹间的微小转动：首先，在两个指纹间进行M27比较；接着，二个指纹中的一个从它的原始位置旋转一个角度“ν”，再进行一次新的M27比较，一次M32对比操作总共由七次M27比较所组成，它们分别对应于角度ν的下列值，即，ν＝-15°，-10°，-5°，0°，+5°，+10°，+15°。

I.3现有自动指纹识别系统在对比时的问题

一个自动指纹识别系统具有一个指纹数据数据库，一个对比器和一个适当结构的通用计算机。一般来说，十指指纹卡上的指纹能被自动编码并输进数据库中，这意味着细节点能用一个自动装置来检测。然而，有时候操作者却希望用手工对十指指纹卡的指纹数据进行编码。潜指纹的指纹数据虽然有时质量较好的潜指纹能被自动编成数据码，通常是用手工编码编入数据库的，这是因为指纹图象的质量较差。

由于在不同的操作者对细节编码之间、或者一个操作者对细节的编码与细节的自动编码之间存在编码精度的差异，识别系统中的对比器必须考虑对表示一个细节点的三个编码座标中的一个或多个坐标上存在一定程度的误差。然而，现有的自动指纹识别系统未能提供一种考虑到这种细节编码不准确程度的补偿措施。

对比器通过把一套细节点叠加在另一套细节点上来试图叠加或对比二套细节点。考虑到用上面描述的现有对比器对潜指纹进行的对比和识别的方式，还存在另一个识别精度的问题，这是因为潜指纹的取向和位置相对于档案指纹的取向和位置通常是未知的。并且，潜指纹和档案指纹间在距离和角度上的差别对成功进行识别是极其重要的，特别是当潜指纹是一个未知指纹的很小一部分或未知指纹的图案呈对称形时更是如此，此种情况下，潜指纹甚至可被上下倒置地编码并进入数据库中。

有关取向和位置的同类问题虽然没有那么严重，但在对比十指指纹卡的指纹时也会发生，因为唯一能得到的信息是：与潜指纹的取向(与档案指纹相比可以是180°)相比较，来自两张卡片的指纹之间在角度上的差别可假设很小。

现有系统在进行自动指纹识别时没有提到的另外一个问题是：检索指纹细节与档案指纹细节的精确对比依赖于被检测指纹的质重。在现有技术的系统中则没有任何补偿措施：既没有考虑到调整对比值或其他类似数据这一因素，也没有指示出高质量指纹比较时所增加的对比相似性，或指示出在两个指纹质量都较差时对比相似性的下降。

同样，现有系统在对比过程中也没有考虑到被比较细节的类型。因为降起纹终端与隆起纹终端相比，或分叉点与分叉点相比的真正对比，相对于隆起纹终端与分叉点相比来说，具有更大的相似性，因此，考虑到这个因素将会改进自动识别系统的可靠性。

I.4。本发明的目的

本发明的目的是提出一种不考虑潜指纹的取向是否已知便可对潜指纹进行自动识别的一种方法和装置。

此外，本发明的一个目的是使用有关潜指纹的所有能得到的角度信息，同时又限制对一个潜指纹与数据库中多个档案指纹进行对比时所需进行的计算次数。

本发明的另一目的是给出对细节由计算机装置所确定的指纹与细节由人工确定(不管这些细节的三个座标是否正确地确定)的指纹进行对比的一种方法和装置。

此外，本发明的另一目的是把在对比过程中对使用的变量进行数字化而引起的差错减到最小程度。

本发明的再一个目的是给出一种能将被比较指纹的质量考虑在内的指纹对比方法。

此外，本发明还有一个目的是提出一种将被比较细节的类型考虑在内的指纹对比方法。

本发明还有一个目的是提出一种经改进的指纹选配方法，其中只有一个档案指纹的细节和一个检索指纹的细节套准后该档案指纹的细节才能与对比这些细节有关的那些相相比较。

本发明的另一个目的是提出一种可靠性高于现有系统的自动指纹对比方法。

II。本发明的描述

根据本发明，我们提出了一种自动指纹识别方法，其中要识别的一个检索指纹中相对其所在位置的座标和角度的细节与在一个指纹数据库中的多个档案指纹细节的位置座标和角度进行对比，以判定上述检索指纹与一个或多个上述档案指纹之间是否存在有吻合的情况，其中，我们所作的改进包括下列步骤：通过改变上述检索指纹的至少一个位置座标和角度，复制出其至少一个检索指纹细节，由此可以得到在所述座标的至少一个座标上、和包括与所述档案指纹细节进行比较的、处于检索指纹细节组中的所述复制细节有差别的至少一个附加细节。

根据本发明，我们还提出了一种自动指纹识别方法，其中待识别的一个检索指纹的细节的将在其细节对应位置座标和角度上与一个指纹数据库中的多个档案指纹的位置座标和角度进行对比，以便得到一个表示上述检索指纹与一个或多个档案指纹之间的对比值，其中所作的改进包括下列步骤：对上述检索指纹中的多个细节，在整个预旋转角度范围内分别计算出这些细节各自的位置座标和角度，这样可得到每个所述检索指纹细节的许多矢量图像；把上述多个档案指纹中预定数目的多个档案指纹细节分别只与上述多个矢量图像中那些经预旋转后具有一角度并与被比较的档案细节的角度相等的那些细节相比较。

根据本发明，我们还提出了一种指纹自动识别方法，其中，待识别的检索指纹各细节的位置座标和角度与一个指纹数据库中的多个档案指纹细节的位置座标和角度相对比，以便得到一个表示上述检索指纹和一个或多个上述档案指纹之间在匹配程度上的匹配值，其中我们所作的改进包括下述步骤：(1)给一个档案指纹或与该档案指纹相比较的检索指纹的至少一个细节赋予一个指示该细节质量的值，(2)对一个文件指纹细节与一个检索指纹细节至少进行一次比较，当两个细节中任一个细节具有一预定数值的质量因数时，通过一个预定的量以增加上述选配值。

图1。显示了根据本发明构成的自动指纹识别系统的总概况。

图2。显示出结合在图1中的对比子系统的总概况。

图3。显示出结合在图2中的一个对比器的总概况。

图4.显示出一个分叉细节的三个座标。

图5.显示出一个隆起纹终端的三个座标。

图6.显示出相对于一个任意座标系统的一个检索指纹的五个细节。

图7.显示出图6中的文件指纹相对于另一个任意座标系统的五个细节。

图8.显示出图6中描述的检索指纹细节相对其参考轴旋转π/6后的情况。

图9.显示出图6中描述的检索指纹细节相对其参考轴旋转π/4后的情况。

图10.显示出档案指纹细节叠加在图8的检索指纹细节再经过π/6旋转后的检索指纹细节上。

图11.显示出叠加在图9中的细节再经π/4旋转后的检索文件细节上的档案指纹细节。

图12。显示出本发明中预旋转角度是如何被编码。

图13和14。显示出根据本发明在对要编码的检索指纹细节预旋转角度加上一个误差“t”后，相对于检索指纹细节Si和Sj的数据排列的两个相关的表达式。

图15。示出了根据本发明增加了误差“t”之后，与两个不同的检索指纹细节Si和Sj相对应的一个优选数据排列。

图16.表示根据本发明产生的虚构细节。

图17.给出本发明在产生图16中的那种虚构细节后利用图15中的数据排列，或者下述表格A-D，所制成的一个通用检索缓冲器概况。

图18.是在图3中所述的并根据本发明构成的硬件对比器的一个优选实施例方框图。

图19.是如图18中所示并根据本发明构成的文件数据管理单元的一个优选实施例方框图。

图20.是如图18中所示并根据本发明构成检索数据管理单元的一个优选实施例方框图。

图21.是如图18所示并根据本发明构成的平移计算单元的一个优选实施例方框图。

图22.是如图18所示并根据本发明构成的地址与基值计算单元的一个优选实施例方框图。

图23.是如图18所示并根据本发明构成的计算表格管理单元的方框图。

图24.示出了细节对比结果的另几种投影，这对解释根据本发明对一个连续函数进行取样从而确定最高密度的点的效果很有用。

图25.示出了本发明用于产生对比值的函数“f(n)”。

II.2优选实施例的描述

II.2.1对比器及其环境的描述

参照图1，根据本发明构成的自动指反识别系统包括经一个高速网络进行通讯的多个不同的子系统。这个网络是这样建立的，即任何网络结点均可以和其他任何网络结点通讯，每个子系统就是一个网络结点。

图1中的识别系统包括一个十指指纹卡输入子系统。该子系统包括能够从每张卡片上获得十个指纹图象的照像设备；这些图象随后被适当的电路用电子方法由模拟表示(转变成)数字表示，以便使用一台通用计算机对得到的数据进行处理。

图1所示的识别系统包括一个编码子系统，该子系统通过适当的电路装置使用从十指指纹卡输入子系统输出的每个指纹的数字化图象，以便检测每个指纹中的那些细节并计算出它们的x、y、a坐标。

图1所示的识别系统还包括一个潜指纹输入子系统，利用该输子子系统通过适当的电路装置，可同时得到某一给定潜指纹的图象和细节数据。由于潜指纹的图象质量一般较差，潜指纹通常是由人工处理的；随后，操作员使用一种交互式问答装置，如老鼠式跟踪球，一个键盘和一台高分辨率图象监视器就能把该细节编码并编入数据库中。

图1的识别系统包括一个图像存贮子系统，该子系统用于存贮数据库中所有指纹的图像；在核实过程中可恢复这些图像，以确实对此器输出的对比指纹候选者名单。

图1的识别系统包括一个对比子系统，该子系统在其细节数据库中执行几种操作，例如，插入指纹，删除指纹，及检索对比指纹。在“检索”时，对比子系统的输入通常包括用于检索指纹的细节数据，如果有的话，还加上用于减少与检索指纹相比较的档案指纹数目的一些分类信息，对比子系统的输出是一个对比档案指纹的名单，即一个用对比得分算法排列的候选者名单。

图1的识别系统包括一个核实子系统，该子系统用可使指纹检验员能在高分辨率图像监视器上对检索指纹的图像和细节与通过对比子系统列在候选人名单上的多个档案指纹的图像和细节进行比较。如果在档案指纹数据库中未发现检索指纹，则由对比子系统报检索指纹“插入”到数据库中。

图1的识别系统包括一个中央计算机子系统，该子系统调节和控制所有其它子系统的工作，特别是去处理排队或暂时缓冲时，这点下面将特别加以说明。

参照图2，根据本发明构造的对比子系统包括至少一个对比器(详见图3)，最好是多个这种对比器。多个对比器连接至一个网络，这个网络可以是图1所示的网络，也可以是对比子系统专用的特定网络。所有对比器的工作都被一个对比控制器控制，该控制器最好包括一个通用计算机和一个存贮装置，对比控制器是介于每个对比器与图1的识别系统的所有其它部分之间的中间体。当图1所示的中央计算机给出检索时，对比控制器将检索指纹数据发送给所有与其相连的对比器，然后再恢复由每个相联对比器返回的检索结果，以将此结果送回中央计算机。

参照图3，根据本发明构成的对比器包括一个用于控制硬件对比器的通用计算机(详见图18)和一个大容量存储装置，通用计算机用来处理检索，大容量存储装置用来存储由该指定对比器管理的那部分细节数据库。II.2.2.对比原则的描述

本发明的对比过程是比较两套叫作细节点的三维座标点，每个点可被看作为一个矢量图像。图4和5定义了用于所遇到的两类细节(分叉和隆起纹尾)的三维坐标，字母x和y表示位置或叫地点坐标，字母a代表第三个坐标，即x轴与绕细节点的那些纹线的方向之间的角度。

图6示出一个带有细节的检索指纹(为解释的比较清楚，只画出了1至5五个细节)。每个细节部标有一个限定其x、y位置的园圈和代表角度a的短线(或尾巴)参照坐标系表示为(_s，x_s，y_s)。

图7示出一个与图6所示检索指纹进行对比的档案指纹。每个细节以一个具有x，y位置的叉号和一个代表角度a的短线(或尾巴)表示。细节标号从I到V；检索细节1对应于档案细节I，检索细节2对应于档案细节II，等等。参考坐标系表示为(_s；x_s，y_s)。

图8示出图6中检索指纹的细节绕检索指纹轴旋转一个π/6的角度之后的情况。新的参考坐标表示为(′_s，x ′_s，y ′_s)。图9示出图6中检索指纹绕检索指纹轴旋转π/4角度之后的情况。新的坐标参考系为(″_s，x″_s，y″_s)。

图10表示图7的档案指纹细节和如图8所示的旋转π/6之后的检索指纹细节的叠加。这意味着我们选择了：(_f，x_f，y_f)＝(′_s，x ′_s，y′_s )。图10中点划线箭头的长度表示为将检索细节1叠加在5个档案指纹细节(I-V)上，以使它们处在适合位置上所需的那些平移。分别对检索细节2，3，4和5相对于5个档案指纹细节的每个细节作相同的计算，由此看出这些平移都是不同的，因此，计算表示出一个对比不相似的情况。

图11表示图7的档案指纹细节和如图9所示旋转π/4之后的检索指纹细节的叠加。这意味着我们选择了：(_f，x_f，y_f)＝(″_s，x″_s，y″_s)。很明显，在可以画出的代表可能平移的25个点划线箭头中(一个用于一对档案指纹细节和检索指纹细节)，有5个在长度和方向上都相同。进而，可以验证使检索指纹细节与档案指纹细节在位置上相一致的共同平移，也使它们在角度上相符合。这样，可以确定在图6的检索指纹和图7的档案指纹之间有5个相符的细节点。

这个在图11中用点划线箭头表示的共同平移是旋转π/4后的平移，它使检索指纹最好地适合于档案指纹并给出了5个检索细节和5个档案细节在位置和角度上的叠加。II.2.3检索指纹数据的组成

因为在对一个包括N个档案指纹的数据库进行检索时，检索指纹数据是恒定的，所以我们发现，为了简化对比器的工作和/或加速对比器，从这些数据中预先计算出一些有用值是有利的。例如，可预先计算出检索指纹细节对于每个指定预旋转的新坐标系。在这种预先计算中，最好将预旋转角度“A”的可能数值选定为一个由一基本量阿尔法的n次倍数组成的有限数值。使得n乘以阿尔法等于一个完整的360°旋转，参考图12可很容易地理解这一点。

这样，角度A_k可取值(0，1，2……，(n-1))，这些值对应于；(0，阿尔法，2乘阿尔法，……，(n-1)乘阿尔法法)，其中A的最大值为Am：Am＝(n-1)乘阿尔法＝(n-1)。

图13示出用于Si和Sj的预计算数据表格，Sⁱ和S^j表示第i个和第j个检索细节。对于Sⁱ的表格是这样安排的，它包括绕参考轴预旋转值为A_k的一个角度之后Sⁱ在线A_k处的三个坐标(x，y，a)。若Sⁱ相对前一转轴的坐标是(x，y，a)，相对新轴的坐标是(x′，y′，a′)，则(x，y，a)和(x′，y′，a′，)之间的下列关系是已知的：

x′＝xCosA_k+ySinA_k

y′＝-xSinA_k+yCosA_k

a′＝a-A_k

为方便起见，有时对检索指纹和档案指纹之间和角度差(假设存在)加上一个限制。即一个“误差”；参考图12可以看到，通过在小于360°并且绕零值对称的范围内，选择预旋转角度，角度值A_k，便可做到这一点。这就是说，若“t”代表角度误差，则范围便是A_t2≤A_k≤A_t1，其中A_t1＝t度，A_t2＝-t度，在角度大于A_t1或小于A_t1时A_k不选值。

回过头来；参考图13，该表格示出对于t度误差的预计算数据。这样，在参考误差t所定义角度范围之外的那些相对于角度A_k值的非计算值，在表格中以符号“空”表示，并且在参考轴预旋转A_k后细节Sⁱ，S^j的三个新坐标表示为：RA_k(Sⁱ)，RA_k(s^j)。

应该强调的是，对应角度A_k的范围给出一个误差t在本发明的过程和装置中是完全不需要的。但是，这是一个很容易实施并且可以加速对比过程的技术。当对角度A_k的范围不给出误差t时，在图13的表格中就不出现“空”值(例如，参见后面的表A)。

根据本发明，如果和如果只有平移能使两个被考虑细节的角度相同时，才考虑使一个检索细节位置相对于一个档案细节位置的平移。这样，给定一个档案细节(x_f，y_f，a_f)，则只考虑那些相对于某一个检索的细节预计算过的平移，在经过给定的预旋转之后，该检索细节的角度等于给定档案的细节的角度(a_f)。本发明的这一点导致预先计算的检索指纹数据的重新组成，如图14所示。

参考图14，很明显，细节Sⁱ和S^j的表格被重新排列，因此k行包括旋转后细节角度等于k的若干元素。参考下面的例子可以理解本发明的这个重要的方面。

表A示出用于细节Sⁱ。S^j和S^l的一个表格，这些细节具有下列坐标。

Sⁱ＝(x₀，y₀，3)

S^j＝(x′₀，y′₀5)

S^l＝(x″₀，y″₀6)

通过选择n＝64(图12)，产生了64个预旋转角度，并且表格的行数等于细节的预旋转角度，例如，在第二行，细节坐标R₂(S^j)＝(x′₂，y′₂3)是坐标轴预旋转由n＝2定义的角度后S^j细节的三维坐标。在预计算表A的数据时，没有使用误差t。这样，表A除了不包括“空”行之外与图13中的预计算数据的表达相似，因为没有任何误差。表A

               sⁱ                                s^j                             s^l行  0  R₀(sⁱ)：(x₀，y₀，3)    R₀(s^j)：(x′₀，y′₀，5)    R₀(s^l)：(x″₀，y″₀，6)行  1  R₁(sⁱ)：(x₁，y₁，2)    R₁(s^j)：(x′₁，y′₁，4)    R₁(s^l)：(x″₁，y″₁，5)行  2  R₂(sⁱ)：(x₂，y₂，1)    R₂(s^j)：(x′₂，y′₂，3)    R₂(s^l)：(x″₂，y″₂，4)行  3  R₃(sⁱ)：(x₃，y₃，0)    R₃(s^j)：(x′₃，y′₃，2)    R₃(s^l)：(x″₃，y″₃，3)行  4  R₄(sⁱ)：(x₄，y₄，63)   R₄(s^j)：(x′₄，y′₄，1)    R₄(s^l)：(x″₄，y″₄，2).           .                       .                           ..           .                       .                           ..           .                       .                           .行  61  R₆₁(sⁱ)：(x₆₁，y₆₁，6)  R₆₁(s^j)：(x′₆₁，y′₆₁，8)  R₆₁(s^l)：(x″₆₁，y″₆₁，9)行  62  R₆₂(sⁱ)：(x₆₂，y₆₂，5)  R₆₂(s^j)：(x′₆₂，y′₆₂，7)  R₆₂(s^l)：(x″₆₂，y″₆₂，8)行  63  R₆₃(sⁱ)：(x₆₃，y₆₃，4)  R₆₃(s^j)：(x′₆₃，y′₆₃，6)  R₆₃(s^l)：(x″₆₃，y″₆₃，7)

表B示出一种对表A数据的较佳重新排列，在预旋转之后，所有在同一行(行数等于预旋转后的细节角度)的Sⁱ、S^j、S^l的坐标值具有相同的角度，即由行数标明了角度。这样，表B与图14和17中预计算数据的表达相似。表B

              sⁱ                            s^j                        s^l行0  R₃(sⁱ)：(x₃，y₃，0)    R₅(s^j)：(x′₅，y′₅，0)    R₆(s^l)：(x″₆，y″₆，0)行1  R₂(sⁱ)：(x₂，y₂，1)    R₄(s^j)：(x′₄，y′₄，1)    R₅(s^l)：(x″₅，y″₅，1)行2  R₁(sⁱ)：(x₁，y₁，2)    R₃(s^j)：(x′₃，y′₃，2)    R₄(s^l)：(x″₄，y″₄，2)行3  R₀(sⁱ)：(x₀，y₀，3)    R₂(s^j)：(x′₂，y′₂，3)    R₃(s^l)：(x″₃，y″₃，3)

        .                     .                          .

        .                     .                          .

        .                     .                          .行62  R₅(sⁱ)：(x₅，y₅，62)  R₇(sⁱ)：(x′₇，y′₇，6：)  R₈(s^l)：(x″₈，y″₈，62)行63  R₄(sⁱ)：(x₄，y₄，63)  R₆(s^j)：(x′₆，y′₆，6：)  R₇(s^l)：(x″₇，y″₇，63)

表C示出一个用于Sⁱ，S^j和S^l的表格，其中误差t加在为表A所选择的那些预旋转角度上，例如，t＝2，使得只有预旋转角度A_k的5个值“有效，即0，1，2，62和63，其中62和63分别相应于图12中的n-2和n-1，分别是预旋转矢量在1和2的镜象。在表C中，“无效”预旋转角度产生由虚线表示的“空”值，这样，表C与图13，14中的预计算数据的表达相似。另外，表C的预计算数据已经沿表B的各行重新组织过。表C

      sⁱ        s^j       s^l行0    ------       ------    ------行1    R₂(sⁱ)     ------    ------行2    R₁(sⁱ)     ------    ------行3    R₀(sⁱ)     R₂(s^j)  ------行4    R₆₃(sⁱ)    R₁(s^j)  R₂(s^l)行5    R₆₂(sⁱ)    R₀(s^j)  R₁(s^l)行6    ------       R₆₃(s^j) R₀(s^l)行7    ------       R₆₂(s^j) R₆₃(s^l)行8    ------       ------    R₆₂(s^l)行9    ------       ------    ------.        .            .          ..        .            .          ..        .            .          .行63   ------       ------    ------

表C中“空值”的位置取决于检索细节角度的初始值。这样，任何一行都可包括有效值及无效值，所有这些值都要与每个档索指纹细节的坐标数据相比较，从而不必要地延长了对比操作的时间，而没有带来任何好处，为大大改善操作速度，对表C的预计算数据重新组织成如表D所示那样。表D

     sⁱ        s^j       s^l行0    ------     ------    ------行1    R₂(sⁱ)   ------    ------行2    R₁(sⁱ)   ------    ------行3    R₀(sⁱ)   R₂(s^j)  ------行4    R₆₃(sⁱ)  R₁(s^j)  R₂(s^l)行5    R₆₂(sⁱ)  R₀(s^j)  R₁(s^l)行6    R₆₃(s^j)  R₀(s^l)  ------行7    R₆₂(s^j)  R₆₃(s^l) ------行8    R₆₂(s^l)    ------    ------行9    ------     ------    ------

     .           .         .

     .           .         .

     .           .         .行63   ------     ------    ------

表D与图14、15和17中预计算数据的表达相似。特别是，表D所示的预计算数据的重新组织包括，在每个可能的行中，将非“空”值推向左边。结果，每行在无效数据之后(或在其右边)都不能包含有效数据。因此，只要在任一行中遇到无效数据，相对于该行的对比操作就终止。

图B和D所例示数据的新组成非常有利于加速对比过程，给出一个档案细节f，不再需要将细节f与检索细节S的表格中包含的全部值进行比较，以划出可能的符合对比。只将档案细节f与细节S的表格的某些行的内容相比较即足够了，这些行的角度数等于档案细节f的角度值。这个单元或者包含一个“空”值并且不可能有关联，或者包含有效数据并且必须计算平移。然而，可以肯定这个平移在位置和角度上都能适合细节f和细节S。

现在参考图15，参考表D讨论的改进为：包含检索细节Sⁱ和S^j数据的两个以前的列，利用下述原理合并为一个表：对于一个给定行，将非“空”值推到左边，这意味着在使用右边项目之前填满表的左边项目。图14和15的区别在于包含Sⁱ的“空”值和S^j的有效值的那些行上。相对于表B、C和D及图14，15，对全部检索细节重复此操作会导出图17所示的检索缓冲的排列(表格)，其中行A_k包括：(1)左边：在一给定预旋转(贮存在表中)后，来自检索细节的值是作为对所有具有角度A_k的档案细节进行对比的候选者；(2)右边：一“空”值单。现在应该强调指出；(1)存在一个给定列中的非“空”值不是来自相同的检索细节，(2)对于不同的行，“空”值的数目是不同的。

图16有助于说明本发明的另一方面，即细节的所谓“重复”或“复制”。本发明这方面的主要目的是对存在干自动编码并编入数据库中的细节与手工编码到数据库中的细节之间，固有的不一致性进行处理，这是因为对于手动编码，尤其是对图象质量较差的指纹(如潜指纹编码时，编码错误的概率较高。

根据本发明的这个方面，每一个具有坐标(x，y，a)的检索细节，通过产生“虚构”或“假”的细节，在该检索指纹所在的区域被重复或复制。由检索细节产生假细节的方法是，对其坐标增加(或减除)一些代表在编码过程中遇到错误程度的增量常数x₀、y₀和a₀。对于典型的指纹，二条依次纹线之间的距离范圈在0.3至0.5mm之间。在自动编码过程中遇到的典型错误是对一个细节点被编码时忽略了一条线，即对干x和y坐标，一个约0.4mm的错误被编码。对干预旋转角的情况(此时阿尔法等干5.6度，即n＝64)，角度编码的典型错误可以是阿尔法的2倍。因此，对于这些范围中的典型错误，可以复制一个或多个“假”细节，其方法是，由一个操作员用手工把它们编码到数据库中，利用一个相互作用装置，如一个鼠标器，一键盘和一台高分辨率图象监测器。通过这种坐标的改变，具有一种重大可能性，即由此产生的“假”细节会包括“真”或“实”细节，或包括一个坐标比检索细节的编码坐标更接近“真”或“实”的细节。

各16举例说明了二种有趣的情况，此时，依靠改动角度而不是改动位置(点P)，并依靠改动x-y坐标而不是改动角度(点M)，产生了“假”细节。很明显，对于同一细节可以同时采用二种改动技术。

根据本发明，就细节的对比过程和设备，而言，在“真”、“假”和“实际”细节之间没有界线，下文把它们皆称为“广义检索细节”。再参照图17，其中所描述的列表或检索缓冲称为“广义检索缓冲器”，应把它正确地理解为由若干行组成，这些行包括：(1)在左边：有自广义检索细节的值，这些值在已知旋转后是对比具有给定角度的档案细节的候选者)，(2)在右边是一列不用处理的空值。

II.2.4.图18硬件对比器的工作

参考图3和图18，通用计算机通过控制线12和控制装置11给硬件对比器提供指令；计算机通过线13接收来自控制单元装置11的信息(特别是运行结束指令)。硬件对比器包括有一档案数据管理单元31、一检索数据管理单元41、一平移计算单元51和二个计数管理单元阵列71a和71b，71a与71b的操作由二个地址及其值计算单元61a和61b来控制。

在硬件对比器的操作中，首先启动线28，以使所有计数装置回到零值。然后，利用控制线22和数据线42，给包括随机存取存储装置的检索数据管理单元41装入广义检索细节数据。然后，利用控制线14和数据线32a给档案缓冲器装置83a装入与几个档案指纹有关的数据。最后，在利用控制线14和数据线32b使档案缓冲装置83b装入的同时，能使存在检索数据管理单元41中的检索指纹数据与存在档案缓冲装置83a中的档案指纹数据进行对比的所有必要的控制线也被启动，以便完成对存在档案指纹缓冲装置83a中每一档案指纹的下述操作；

(a)对正处理的具有档案指纹坐标(x_f，y_f，a_f)的各细节f，

(b)对位于检索缓冲器线a_f中坐标为(x_s，y_s)和预旋转角为A_k的每一各广义检索细节：

1)计算将(x_s，y_s)移到(x_f，y_f)上所需的平移(x，y)；

2)相应于(i)预旋转A_k和(ii)平移(X，Y)给二个计数器装置(图23中的装置131)增值；

3)对计数装置(131)二个阵列中的每个阵列，(如果需要的话)更换在另一计数器装置(图2中的装置135)中的最大值及其相应“坐标”(A，X，Y)如遇到最频繁变换时；

b2)启动“运行结束”信号。

每次当一个档案指纹经过这样处理后，都要启动“运行结束”信号。“运行结束”信号使计算机可以读取存储在计数装置表格及其坐标(Amex，Xmex，Ymex)中的最大值，以便计算一个值，该值取决于存储在相似转换(即坐标(A，X，Y)轻微不同)的计数器装置中的那些数值。在档案指纹缓冲器装置83a的所有档案指纹被处理之后，档案指纹缓冲器装置83b中的数据与检索指纹缓冲器中的数据开始对比，以便启动和完成上述操作，同时档案缓冲器装置83a被装入新的档案指纹等。

参照图19和13，通过对下述硬件对比器部件的描述就可以了解所有这些操作，图18所示为对比器的总体概观。

II.2.5.

参阅图19，档案数据管理单元31包括以二种不同方式工作的档案指纹缓冲装置83a和83b，83a及83b可以是随机存取存储装置。由“装入”控制线14驱动的档案缓冲器装置83b是通过数据线32b装入。同时，由“运行”控制线16驱动的档案指纹缓冲装置83a工作在“对比”状态。应该注意到，尽管信号线是一套对档案指纹缓冲装置83a，另一套对档案指纹缓冲装置83b，但为使附图清楚起见，未重复示出信号线。数据(假如有的话)可从工作在“运行”状态的档案指纹缓冲器装置的线35-39上输出。

档案数据管理单元31的主要目的是图向18的平移计算单元51提供档案细节的坐标。换句话说，它是一个档案指纹数据的地址发生装置，它响应于控制线16、17、33和18。

典型的情况是，128个不同档案指纹的细节数据从大容量存储器件装入广义档案指纹缓冲装置83a。控制线18发生作用，提供给档案指纹84的第一细节的地址，档案指纹现正在与检索指纹进行对比。

从一个档案指纹细节到下一个档案指纹细节的进程是通过对计数器装置81增值来完成。将代表增值结果(通过线87)和启动地址(通过线18)的控制信号供给加法器装置82，加法器装置82通过线88为在广义档案缓冲器装置83a中的现行细节提供地址。

依靠、增值，线86上的控制信号，可使档案指纹细节计数器装置81改变其值(线87)。线86上的控制信号由逻辑电路装置80产生，逻辑电路装置80由线三根控制线16、17和33控制。控制线16是“运行”线。控制线17是用于使硬件对比器不同部分进行同步计算的时钟。控制线33是从线43(图18)分出的，线43是检索数据管理单元41的输出。控制线33用于指出现行广义检索细节表是否包含“空”值。如果是，则意味着现行档案细节已经与所有来自检索数据管理单元41的现行列的广义检索细节的非““空”值进行了比较。因此，当且仅当控制线16、17和33上的控制信号分别在检索数据管理单元41上同时出现运行状态和时钟脉冲和列的结束时，档案指纹细节计数装置81才有增值。

档案指纹细节计数器装置81(图19)也响应于控制线15，该线提供用于使计数器装置回复至零的“复位”信号。在现行检索指纹与现行档案指纹进行对比之前这种复位功能动作一次，这样，加法电路装置82的输出88等于启动-地址加零。线88的第一个值便等于现行档案指纹第一细节的地址。

在线88指出的地址处，档案缓冲器装置83a的内容输出到线35、36、37、38、39和90上，这些线传输可用于现行档案指纹细节的数据。线35、36和37载有前述的三个坐标(a_f，x_f，y_f)，同时线38和39载有“类型”(t_f)和“质量”(q_f)。“类型”是一个二进制信息信号，它表示现有细节是一个分叉型或隆起纹尾，而“质量”是代表细节所在位置处指纹清晰度的一个数字。因此，质量与已编码的细节是否为一真实细节的概率有关。代表细节质量的数字位于O至N的范围之内，其中“q_f”的质量等于O，并且代表最高清晰度；q_f的值越大，被考虑细节位置处的指纹清晰度就越差，已编码的细节为真或实细节的概率就越小。我们倾向于选择N＝63，即质量信息q_f具有64个不同的可能值。

再参考图19，线90传送一旗点以指示现行档案指纹细节是否为最后一个细节。在现行档案指纹细节数据出现结束(通过线90)和检索指纹数据管理单元的列也同时出现结束(通过线89)时，逻辑电路装置85通过线34向控制装置11(图18)输出一个“现时运行结束”信号。当且仅当线89和90上的控制信号分别表示行和最后档案细节已同时结束时，“运行结束”信号线才动作。

II.2.6检索指纹数据管理单元

现在参考图20，检索指纹数据管理单元41包括广义检索缓冲器装置103(如参考图17所述)和地址、发生器装置，广义检索缓冲器装置103包括随机存取存储器装置，和一个包括逻辑电路装置100、101和列计数器装置102在内的地址发生装置。地址发生器装置由控制线19，20和21、数据线35(如图18所示，该数据线是文件数据管理单元31的输出)和内控制线109控制。

地址发生器装置的主要目的是用于产生所有广义检索细节的地址，这些广义检索细节位于广义检索缓冲器装置103的一个行中，行数字等于现行档案指纹细节的角度a_f。可依靠把由数据线35和列计数器装置102提供的角度值连接在一起(以给出全部地址108)。

与上述档案数据管理单元31中的档案指纹细节记数器装置81(图19)的结构相似，列计数器装置102受控于二根控制线105、106。线105是“增值”控制线，它使计数器装置在其输出107增加1，而线106是复位控制线、它能使输出107置零。

依靠逻辑电路装置100对控制线19和20上信号的响应，使“增量”线105动作。控制线19是“运行”控制线，它等于档案数据管理单元31的“运行”控制线16，控制线20是“时钟”控制线。“时钟”控制线20与前述单元31的“时钟”控制线17具有相同的周期；但是，考虑到信号35是档案数据管理单元31的输出，而控制线19和20载有直接来自控制装置11(图18)的输出信号，这二个时钟信号之间必须有一延迟。当且仅当控制信号分别通过线19和20同时指示运行方式和时钟脉冲时，列计数器装置102才通过增值线105被增值。

“复位”线106是由逻辑电路装置101通过控制线21和109来启动。控制线21与单元31的控制线15相似，是一“运行开始”控制线。在检索指纹与任何档案指纹的每次比较前，由控制装置11启动一次线21。线109载有由“无效值”检测装置104(下面要详细描述)产生并处在检索指纹数据管理单元41之内的控制信号。线109上的控制信号是“行结束”指示。当且仅当控制信号通过线21和109发出运行开始或行结束指示，到计数器装置102才复位。

在档案细节计数器装置81(用于档案数据管理单元31)和列计数器装置(用干检索数据管理单元)上的“行结束”指示的不同作用如下文所述。因为“行结束”指示意味着现行档案指纹细节已与所有可能对比符合的检索指纹细节进行了比较，行结束信号意指档案细节计数器装置81的增量需求，以便输出下面档案指纹细节的数据(a，x，y，t，q)，还意指到计数器装置102的复位需求，以便产生相对于广义检索指纹缓冲装置103第一列的地址108，并由此重复相对于下面档案指纹细节和在行数字处缓冲器装置103中含有的检索数据的对比过程，该行数字等于下一个档案指纹细节的角度af。

广义检索指纹缓冲器装置103在由线108指示地址处产生的内容被输送到线44、45、46、47和48上，这些线传输能用于现行广义检索细节的数据。线45和46载有“类型”t_s和“质量”q_s。线44载有角度值A，通过该角度检索指纹的参考座标轴可旋转以便获得现行广义细节的新坐标(x′_s，y′_s)。为了减化平移计算单元51(图18)的硬件结构，这些坐标的负坐标(-x′_s，-y′_s)可以替代(x′_s，y′_s)而存储在广义检索指纹缓冲装置103中。所存储的值由数据线47和48输送。如图18所示，数据线47和48输入到平移计算单元51，就象载有来自档案数据管管理单元31的x_f和y_f数据的输出线36和37一样。来自单元31的数据线45和46、38和39分别载有检索和档案指纹细节的“类型”和“质量”数据，并接到地址和基值单元61a和61b上，载有角度A数据的数据线44也连接到61a和61b上。

在开始描述无效值检测器104之前，观察到如果一个矢量的坐标(x，y)被存在x和y值的给定范围内，则在给定旋转后，同一矢量的图象坐标(x′，y′)必须存在x和y值更宽的范围内，例如，如果原坐标(x，y)位于〔-100，+100〕范围内，即-100≤x≤100，-100≤y≤100，则在预旋转之后的坐标(x′，y′)便落在范围〔-100，+100〕的外面。例如，选择x＝y＝+100并使该矢量经过π/4的预旋转，则得到x′＝141，y′＝0。可以说这是最坏的情况，即当x和y位于范围〔-100，+100〕时，无论是什么预旋转角，都是以代表所有可能值(x′，y′)。例如，对于x和Y在范围(-100，+100〕之内时，不可能得到x′＝y′＝200。

最好把检索细节坐标值(-x′_s，-y′_s)(载在数据线47和48上)存贮在至少是档案指纹坐标值(x_f，y_f)范围2倍大小的范围内，(x_f，y_f)由是由数据线36和37载有的。在本发明的一个实施例中，档案指纹缓冲器装置83a和83b中的坐标以8比较存储，以便实现256个不同的值，同时，检索指纹缓冲器103的x-y坐标以9比较存贮，以便实现512个不同的值。如前所述，这512个值中的某些值是“不可能”或“无效”值。用这一特点来代表前面(如上述表C，D)的所谓“空”值。

参照图20，数据线47和48耦合到无效值检测器装置104，104的输出43(“运行结束”指示)通过线33送到档案数据管理单元31，并通过线63送到地址和基值计算单元61a和61b，还通过线109送到检索缓冲器管理单元41的逻辑电路装置101。

应该注意到，图20所示的检索数据管理单元41正按运行功能方式工作。在运行前，广义检索指纹缓冲器装置103在启动检索前已装入来自计算机存储器的检索指纹记数据。这是通过启动控制线22(所谓的“负载”线)来完成，同时数据线42用于传送要装入广义检索指纹缓冲器装置103的数据。

II.2.7.平移计算单元的描述

图21描绘了平移计算单元51，它包括二个具有四根数据输入线和二根数据输出线的加法器电路装置110和111。二根输入线36、37是档案数据管理单元31(图19)的数据输出线，二根输入线47和48是检索数据管理单元41(图20)的数据输出线。

具体地说，数据线36、37载有现行档案细节的坐标(x_f，y_f)，同时数据线47和48载有现行预旋转广义检索细节的负坐标值(-x′_s，-y′_s)。把检索细节(x′_s，y′_s)叠加到档案细节(x_f，y_f)上所需的平移具有坐标(X，Y)，坐标(X，Y)是将四根数据线分别供给二个加法器、x-加法器电路装置110和y-加法器电路装置111面得到的。加法器电路装置110的线52上载有二根输入线47和36的和x。y-加法器电路装置111的输出线53上载有二根输入线48和37的和Y。

为了避免在这些计算中溢流，由数据输出线52和53载有的x和Y值处在一个比用于存储四个输入值的范围要宽的范围内。在检索数据计算单元41中，线36和37具有典型的8比特宽度(可允许256个不同值)，而线47和48是9比特宽(可允许512个不同值)；输出数据线52和53安排为10比特宽(可允许1024个不同值)。

II.2.8地址和基值计算单元的描述

图18示出了二个相同的地址和基值单元61a和61b，它们由共同的控制线23、24、62和63驱动，并且由共同的数据输入线44、45、46、52、53、38和39输送数据。单元61(a)、61(b)中的每个单元分别驱动一根控制线64(a)、64(b)和分别驱动四根数据线65a-68a和65b-68b65a-68a和65b-68b则分别是计数表管理单元71a、71b的输入线(下面要详述)。每个地址和基值计算单元61a、61b都配有其自己的计数表管理单元71a、71b。单元61a和61b的输入线具有相同的输入，而来自单元61a和61b的相似的输出线却具有不同的输出，其原因下面作更详细描述。

现在参考图22，图中示出了两个单元61a之中的一个。由于范围常常是存贮档案指纹细节和待查指纹细节的坐标，所以能由变换计算单元51输出的不同变换的数目是很大的。单元61a的一个目的是把预旋转角的值A和变换的值(X、Y)投射到较小范围内，以便减小相关的计数表管理单元71a中所需要计数器的数目。这是由X的变换表装置120，Y的变换表装置121，以及A的变换表装置122来完成的。这些变换表可以存在可编程只读存贮器(PROM)中。

X表装置120接收两个输入线：数据线52，它从变换计算单元51输出，带有现行档案指纹细节和待查指纹细节的变换的X坐标；数据线24，它从控制装置11输出，是“xy方式”线。“xy方式”线允许从存贮在X变换表120中的不同功能中选取。这种功能包括选择用来存贮数据线65a上的输出值X的位数(在预定值范围客)。具有代表性的是选择4或5位，即16个或32个不同的值。这种功能还包括确定某些输入值，例如大于指纹图象的一半尺寸的变换，是否无效。这个“溢出”条件是由“x-溢出”线125传送的。

Y-表装置121具有与X-表装置120同样的结构和同样的运行方式。它的输入是“xy方式”线24和从变换计算单元51传送Y值输出的线53。Y表121从这些输入产生变换的第二个坐标y，并由数据线66a和“y溢出”线126传送。

“A”表装置122与X表装置120和Y表装置121非常相似。它在数据线67a上输出由数据线44和控制线23(它是“a方式”线)传送的由值A来的输出预旋转角“a”(“a”＝Ak)。“a方式”线允许用5或6位，即32个或64个不同的值，表示角度。A表装置122没有“溢出”线，因为与无效的预旋转角值对应的被概括的指纹细节不存贮在被概括的待查指纹缓冲器装置103中。更确切地说，它们被“空”值代替，避免了无益的比较，以便加快对比器的运行速度。

为了不计入无效的变换，单元61a在线64a上输出一个“无效值”信号，这个信号是由逻辑线路装置124从两个外部控制线62和63以及两个内部控制线125和126产生的。参考图18，线63是由待查指纹数据管理单元41来的“行结束”信号。这个信号表示现行被概括的待查指纹细节是一个“空”值，即无效值。线62是由档案数据管理单元31产生的“运行结束”信号。线125和线126是来自变换表装置120和121的“溢出”线。当且仅当线62，125和126上的控制信号表示：运行结束或行结束或X溢出或Y溢出时，逻辑线路装置124产生“无效值”信号64a。

图22表示单元61a除了驱动表示现行预旋转和变换的线65a，66a和67a以外，还驱动另一个输出线68a。这条线传送与现行预旋转和变换相关的基值“C”，它由“C”表装置123根据数据输入线45，46，38和39所传送数值输出的值。线45和46是待查指纹管理单元41的输出，传送现行待查指纹细节的“类型”和“质量”。线38和38是档案数据管理单元31的输出，传送现行档案指纹纳节的同样的数据。

指纹鉴定技术人员都知道，对于相同指纹的印痕，由于墨的过量或不足，其细节类型的表达可能发生变化；但是大多数相同指纹的细节表达保持它们的类型(分叉或隆起纹尾)不变。因此，可以说，当两个指纹细节在位置、角度和类型上都相符时，这两个指纹是同一指纹的概率大于它们只在细节的位置和角度相符时的概率。

因此，“C”表装置123包括这样的数据：两个相同类型的指纹细节的“基值”大于两个不同类型的指纹细节的“基值”。类似地，当两个指纹中的一个具有好的“质量”时，“基值”被附加了一个额外值。当两个指纹细节的质量都差时，没有额外值。

正如上面所详细叙述的，质量是由在O到N范围内的一个数来代表。在较佳实施例中，N等于63，并且当某一细节相关的质量数q≤7时，该细节被视为好的细节。这样，如果qs和q分别表示现行待查指纹细节和现行档案指纹细节的质量数，可根据下面的规则计算出好质量的额外值，并在好质量上加上该额外值：

(1)如果qs＜8或qf＜8，则额外值为1；

(2)如果qs≥8与qf≥8，则额外值为0。

综上所述，“C”表装置123的构成和安排应为：对于好质量(例如1)，基值“C”等于标准值(例如5)加上额外值，普通类型(例如1)加上额外值。II.2.9.计数表管理单元(图18中的单元71a，71b)的描述

示于图23中的计数表管理单元71的目的是给出对变换的快速取存，该变换与给定的预旋转相联系，并经常可使待查指纹细节和档案指纹细节之间的对比相符。因此，在对包括一个待查指纹细节和一个档案指纹细节的每个指纹细节对进行处理后，单元71对两个表进行更新。这两个表是计数器表装置131和包括随机存取存贮器的“极大值”表装置135。

计数器表装置131包含一个计数器线路装置，以便执行每个不同的变换，如预旋转和变换。正如上面已经叙述，该变换由数据65，66和67所传送的一组值(x、y、a)所表示，值(x、y、a)是从相关的地址和基值计算单元输出的。每个计数器线路单元与一组值(x、y、a)相联系。

“极大值”表装置135包含与计数器表装置131的现行极大值内容(即对于已经处理过的全部待查指纹细节和档案指纹细节对)有关的数据。“极大值”表装置135在运行结束时包含计数器表装置131的极大值内容。

计数器表装置131由具有不同功能方式的3条不同的控制线27，28和136来驱动。控制线28是“复位”线，它允许在所有不同的计数器线路装置中建立零初始值。在启动运行之前触发这条线一次。控制线27是“读出”线，在运行结束以后用它使计算机能经过数据线72读出计数器表131的内容，以便计算对此得分。控制线136是由逻辑线器装置130根据控制线25，26和64上的控制信号驱动的“允许修改”线。由控制装置11驱动的线25和26(图18)分别是“运行”线和“时钟”线，它们与参照档案数据管理单元31(图19)和待查数据管理单元41(图20)描述过的“运行”线和“时钟”线是一样的。线64是相关的地址和基数计算单元61a，61b(图18)的输出，它表示输入线65，66和67传送的数据是有效的还是无效的。当且仅当控制线25，26和64上的控制信号同时表示：运行方式与时钟脉冲与无效数据时，控制线136允许修改计数器表装置131。

在运行方式中，计数器表装置131在其“数据输出”线139上输出与一组值(x、y、a)相联系的计数器装置的现行内容。通过把这些值连接起来并把它们视为计数器表装置131的地址便做到这一点。用加法器线路装置132计算现行计数器装置值139与数提线68提供的现行基值“C”的和140。这个和“送到线141上，线141是计数器表装置131的“数据输入”线。如果控制线136允许，则现行计数器装置的内容被线141传送来的数值所修改。

加法器132的输出140提供给比较器线路装置133，装置133还经过线146接收存在“极大值”表装置135中的现行极大值。比较器线路装置133的输出147和控制计数器表装置131的“允许修改”线136的分支线137被接到逻辑线路装置134上，以便产生只供“极大值”表装置135使用的另一个“允许修改”信号。当且仅当线137和147上的控制信号同时表示：允许计数器表装置131修改与比较器133的输入线140传送的值大于输入线146传送的值，这时才允许修改“极大值”表装置135。

如果“允许修改”线148允许，则构成极大值表装置135的4个存贮器单元被同时由线142，143，144和145传送来的数据所修改，其中线142是从加法器线路装置132的输出140(计数器表装置131的极大值内容的新值)转接过来的，而线143，144和145是从输入数据线65，66和67〔表示现行预旋转和变换的一组值(x，y，a)〕转接过来的。

“极大值”表装置135还响应于控制线138和29。控制线138是“复位”控制线，它是从计数器表装置131的“复位”控制线28转接过来的，用来重新使包含在“极大值”表装置135中的所有数据归零。控制线29是“读出”控制线，它允许计算机(图3)通过4条数据线731-734读出“极大值”表装置135的内容。为方便起见，在图18中将两套4条数据线731，732，733，734合併成了两条唯一的输出数据线73a，73b。

正如先前指出的，在图18的对比器中有两个地址和基值计算单元61a和61b，以及两个计算表管理单元71a和71b。这是为了避免由计算表管理单元里用的对预旋转和变换编码的方式所引起的不需要的潜在影响。

应该记住，坐标(A、X、Y)是从宽范围投射到较小范围内的。当对连续函数取样时，即只对变量有限数目的不同值取函数值，已知，所取值的数目越小，则从这有限数目的取值中能够得出的信息量越小。

图24表示对从被取样函数所取之值的密度进行分析的结果。小竖条(以下称为记号)代表由给定函数所取的精确值。在把这些值投射到10个相同的单元中(总的称为“投射A”)以后，可以充到单元1包含1个记号，单元2是空的，单元3包含3个记号，等等。如果通过选择落入最多记号的单元来估算所考虑函数的密度，则单元3，4和6(它们都包含3个记号)是候选者。但是，单元3和4里的记号密度大于单元6里的记号密度。而且真正的密集点，即最大密度靠近两个单元3和4之间的边界。

当把这些真正的值投射到较小范围内(如“投射B”所示)时，可以使用稍微不同的规则改正这种对密度的估算；对“投射A”和“投射B”的比较表明不同的单元已经被等于一个单元的一半宽度的量变换了。

结果，10个单元的内容完全被修改了，特别是在单元3中现在包含6个记号，这更好地表示了记号的密度。简单地比较投射A和投射B中包含最多记号的单元的内容就足以选择对密度的最好的表示。

因为在本发明的比较技术中投射3个独立的坐标(A、X、Y)，所以应该有2×2×2(＝2³)即8个不同的计数器表装置131，以便适当地计入先前叙述的影响。但是，我们已经发现，在从这种改进所得到的利益与实现它所需的硬件成本之间存在一种折衷方案。实验表明只要使用两个不同的计数器表装置131就足够了。而且通过用与该坐标有关单元的一半大小的量来同时变换所有3个坐标，而从第一计数器表导出第二计数器表。这样，从地址和基值计算单元61a和61b来的输出线(控制线64和数据线65-68)不需要提供相同的信息。确实正如我们所发现的，它们不提供同样的信息是有利的。例如，一个单元可存在溢出而其它单元则不存在溢出，落入投射A的单元1中的记号在投射B中溢出。如前所述，单元61a和61b的所有其它控制线(线23，24，62和63)对这两个单元是共同的。

如上面已叙述的，图2中的对比器包含一个通用计算机(图3)，它的功能之一是计算对比分数。一般情况下，较佳的对比分数考虑了被比较的两个指纹细节(一个待查指纹细节和一个档案指纹细节)的基数，即计数器装置131增加的数量和该分数函数本身的特性，即对于给定的至少一个而最好是几个计数器表装置131，具体的对比分数函数应该计算一个值，这个值在待查指纹和档案指纹来自同一手指时应尽可能地大。

我们更乐于使用如图25所示的函数“f(n)”，这里“n”是档案指纹细节的数目。如图25所示，对于1≤n≤50，f(n)＝1.3；对于50≤n≤100，f(n)＝1+(80-n)/100；对于110≤n≤112，f(n)＝0.7.对于每一次待查指纹与档案指纹的比较，我们选择无论哪一个计数器表装置131a，131b，都给出最好的极大值，并且从所选的计数器表装置131a，131b的极大值内容周围的26个单元来计算对比分数。如果“b”表示极大值，“d”表示周围26个单元中的第二个极大值，则对比分数由下式计算：

M＝(b²+d²)·W·f(n)其中W表示周围26个单元的值的平方和。II.2.10.结论

在根据本发明构成的，并且参考图18-23描述的指纹自动鉴别系统的具体实施例中包含的具体线路，可以用分离元件构成，也可以更便利地用集成电路构成。下面的表列出了这种元件的实例。

           表    E元件             数量和型号80，81，82      2-AM 2940(AMD公司生产)83a             4-M5M5256(三菱公司生产)83b             4-M5M5256(三菱公司生产)102             3-74F161(Fairchild公司生产)103             1-MS 62256(Mosel公司生产)110             3-74F283(Fairchild公司生产)111             3-74F283(Fairchild公司生产)120             1-932667(Fairchild公司生产)121             1-932667(Faichild公司生产)122             1-932667(Fairchild公司生产)123             1-MB7111/2L(富士公司生产)

                       Integrated Device131             8-IDT 7165

                       Technology公司生产)132，133，134   1-AM29 501(

                          Integrated Device135：                         Technology公司生产)“极大值”      1-74F174(Fairchild公司生产)“x极大”       1-74F374(Fairchild公司生产)“y极大”       1-74F374(Fairchild公司生产)“a极大”       1-74F374(Fairchild公司生产)

参考附图叙述的所有逻辑单元都包含标准的TTL或PAL元件。

上面详细地叙述了本发明的自动鉴别指纹的新颖方法和执行自动鉴别指纹所需功能的新颖的装置。

尽管公开了本发明的具体实施例，但是可以考虑在本发明权项的范围内改变程度上或结构上的细节，例如，用“负”逻辑电路而不用“正”逻辑电路。所以不存在对本发明在这里的精确披露进行限制的意图。

Claims (20)

1.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以便确定所述待检索指纹和一个或多个所述档案指纹之间是否存在相符的情况，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)通过改变一个检索指纹的至少一个位置和角度座标，复制出至少一个检索指纹的细节，从而获得所述的检索指纹至少在所述座标的一个座标上不同于所述的检索指纹细节的至少一个附加细节，和

(2)将所述复制细节包括在用于与所述档案指纹细节进行比较的整套待查的检索指纹细节中。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的复制细节步骤改变两个位置座标。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的复制细节步骤改变角度座标。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述的复制细节步骤改变位置和角度座标中的每一个座标。

5.根据权利要求1或2或3或4的方法，其特征在于，有关所述待查的检索指纹至少一个细节的复制步骤要进行多次，以便产生多个细节。

6.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以便得到一个表示所述的指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程序上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对所述的检索指纹中的多个细节，在一预旋转角度范围内，分别计算其相应的位置和角度座标，从而获得每个所述的检索指纹细节的多个矢量图像，和

(2)将所述多个档案指纹中的预选定数目的档案指纹的多个细节分别只与那些预旋转后具有与所述的被比较的档案指纹细节角度相等的多个矢量图像的细节分别进行比较。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述的预旋转角度范围是360°。

8.根据权利要求6的方法，其特征在于，所述的预旋转角度范围对称于所述的检索指纹座标系的原点并且是所述的检索指纹座标系与所述档案指纹座标系之间，在取向上所假设的偏差的两倍。

9.根据权利要求6或7或8的方法，其特征在于，所述的范围被划分成相等的增量。

10.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹中每一个档案指纹细节的位置和角度座标相对比以获得表示所述检索与一个或多个所述档案指纹的相符程度的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对所述的检索指纹中至少一个细节鉴定其是隆纹尾还是分叉；

(2)对所述的档案指纹中每一个指纹的至少一个细节分别鉴定其是隆纹尾还是分叉；和

(3)对于每一个档案指纹与所述检索指纹比较而言，利用与这对进行比较的档案指纹细节和检索指纹细节是隆纹尾还是分叉有关的一个预定量，来增加所述相符分数的值。

11.在一种指纹自动鉴别方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对所述的检索指纹中的多个细节，分别计算它们在一预旋转角度范围内相应的位置和角度座标，以获得每个所述的检索指纹细节的多个矢量图像，

(2)对所述检索指纹中至少一个细节，分别鉴定它是隆纹尾还是分叉；

(3)对所述档案指纹中每一档案指纹的至少一个细节，分别鉴定它是隆纹尾还是分叉；和

(4)将所述多个档案指纹中预选定数目的档案指纹中的多个细节，分别只与那些预旋转后其角度与所述档案指纹细节角度相符的多个矢量图像的细节进行对比；

(5)对于每个档案指纹与所述检索指纹比较而言，利用进行比较的档案指纹细节和检索指纹细节对是否被鉴定为同是隆纹尾或同是分叉有关的一个预定量，来增加所述相符分数的值。

12.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对于所述的检索指纹中的多个细节，分别计算它们在预旋转角度范围内相应的位置和角度座标，以获得每个所述的检索指纹细节的多个矢量图像，

(2)收集在预旋转后具有相同角度的所有检索指纹细节的所有矢量图像；和

(3)将所述多个档案指纹中预选定数目的档案指纹的多个细节，分别只与那些在预旋转后其角度与所述档案指纹细节角度相等的多个矢量图像的细节进行比较。

13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所有所述的检索指纹细节的所述矢量图像是按照预旋转后的角度被编排在随机存取存储装置中的一个表内。

14.在一个指纹自动鉴别装置中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括下述各组成部分：

(1)计算装置，用于计算所述的检索指纹中的多个细节、在预旋转角度范围内的相应的位置和角度座标，

(2)随机存取存储装置，用于存储所述的多个矢量图像；

(3)比较装置，用于将所述多个档案指纹中预选定数目档案指纹中的多个细节分别只与那些在预旋转后其角度与所述档案指纹细节角度相等的多个矢量图像的细节进行比较；

(4)推导装置，根据所述的比较装置执行的比较结果，推导出一个表示所述检索指纹与一个或多个所述预选定的档案指纹之间在相符程度上的相符分数。

15.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对于一个档案指纹或待比较的检索指纹的多个细节中至少一个细节，赋予一个表示该细节质量的值；和

(2)对于一个档案指纹细节与一检索指纹细节的至少一个比较结果而言，当这两个细节中的一个细节具有一个预选定值的质量因子时，利用一个预定的量对所述的相符分数增值。

16.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对所述的检索指纹中的多个细节，分别计算它们在预旋转角度范围内相应的位置和角度座标，以获得所述的待查检索指纹细节中每一细节的多个矢量图像，

(2)对于一个档案指纹或待比较的检索指纹的多个细节中至少一个细节，赋予一个表示该细节质量的值；

(3)将所述多个档案指纹中预定数目的档案指纹的多个细节，分别只与那些在预旋转后其角度与所述档案指纹细节角度相等的多个矢量图像的细节进行比较；

(4)对于与所述检索指纹相比较的每个档案指纹，利用与该档案指纹细节或者相比较的检索指纹细节是否具有一预选值的质量因子有关的预定量，对所述相符分数增值。

17.根据权利要求10或11的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

(1)对于一个档案指纹或待比较的检索指纹的多个细节中至少一个细节，赋予一个表示该细节质量的值，和

(2)对于一个档案指纹细节与一个检索指纹的至少一个比较结果而言，当两个细节中的一个具有一预选值的质量因子时，利用一个预定的量对所述相符分数增值。

18.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标进行对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所做的改进包括如下步骤：

(1)对于一个档案指纹或待比较的所述检索指纹多个细节的至少一个细节，赋予一个表示该细节质量的值，和

(2)对于一个档案指纹细节与一个检索指纹细节的至少一个比较结果而言，利用一个同时依赖于该检索指纹细节质量和该档案指经纹细节质量的预定量，对所述的相符分数增值。

19.在一种指纹自动鉴别的方法中，一个待查的检索指纹中若干细节的位置和角度座标与一个指纹数据库中多个档案指纹细节的位置和角度座标相对比，以获得一个表示所述检索指纹与一个或多个所述档案指纹之间在相符程度上的相符分数，其特征在于，所作的改进包括如下步骤：

(1)对所述检索指纹中的多个细节，分别计算在预旋转角度范围内相应的位置和角度座标，以获得每个所述的检索指纹细节的多个矢量图像，

(2)对于一个档案指纹待比较的所述检索指纹多个细节的至少一个细节，赋予一个表示该细节质量的值；

(3)将所述多个档案指纹中预定数目的档案指纹的多个细节，分别只与那些在预旋转后其角度与所述档案指纹细节角度相等的多个矢量图像的细节相对比；

(4)对于与所述检索指纹相比较的每个档案指纹，利用一个同时取决于检索指纹细节质量和档案指纹细节质量的预定量，来增加所述相符分数的值。

20.根据权利要求10或11的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

(1)对于一个档案指纹或待比较的检索指纹的多个细节中至少一个细节，赋予一个表示该细节质量的值，和

(2)对一个档案指纹细节与一个检索指纹的至少一个比较结果而言，利用一个即取决于该检索指纹细节的质量也取决于该档案指纹细节质量的预定量，增加所述相符分数值。

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