CN1344399A - 用于存储生物统计信息的二维印刷码和读取该印刷码的设备 - Google Patents
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Abstract
一种对用于离线身份验证的多个生物统计信息和文本编码的二维印刷图案,包括对编码数据部分的横行中的位区数目编码的水平头部区;对每个位区的垂直高度编码的垂直头部区。印刷码的开始和停止模式把印刷码的起点和终点和相邻的静止区区分开。信息被编码写入位区中的信息部分中,所述位区可被印刷,或者可以是空白的。对信息子单元进行纠错。该图案可被印刷在用来验证身份的常规大小的ISO卡上。这种卡可和能够译解取自试图验证其身份的个人的图象和指纹样本。
Description
技术领域
本发明涉及高密度印刷码,更具体地说,涉及抗损性增强的高密度印刷码。另外,本发明还涉及能够存储用于可靠身份识别的多个生物统计信息和文本的高密度印刷码。此外,本发明还涉及能够配合存储多个生物统计信息的高密度印刷码工作的离线可靠身份识别设备。
背景技术
在过去的二十年内,开发了能够在较小的紧致空间(几平方英寸或更小)中存储大量数据(约为一千字节或更多)的多种技术。这些技术包括所谓的“智能卡”;基于CD-ROM的光学存储介质;磁条卡;和二维高容量印刷条形码和矩阵码。根据介质的总信息容量,这些技术中的每种技术适用于存储供可靠身份验证应用的生物统计信息。在该具体应用中和其它应用中,这些技术中的每种技术都具有各自的优点和缺点。
二维高容量印刷条形码和矩阵码的主要优点之一起因于可利用常规的印刷技术(包括激光打印机)产生这些条形码和矩阵码。这些代码的应用之一是用在可靠身份验证程序中,在这种程序中,这种代码被用于识别个人。由于在可靠身份验证程序中产生的识别文件的数据通常很大,因此和“智能卡”,基于CD-ROM的光学存储介质及磁条卡相比,借助常规的印刷技术形成二维印刷码可带来显著的成本优势。此外,纠错的二维印刷码在抗电磁场,抗辐射和抗机械应力的能力方面,远远优于智能卡,在抗磨损和擦伤能力方面,远远优于基于CD-ROM的光学存储介质。“智能卡”含有卡弯曲时会受到损坏的电路和芯片,限制了智能卡对于低成本应用的适用性。
在印刷码领域内,在过去十年内,提出了各种二维纸质印刷码。和以前的一维条形码相比,这些印刷码在许多领域表现出显著的提高。更重要的是,这些印刷码能够在几平方英寸内存储几百字节,接近一千字节的信息。相反,现有的一维条形码在近似相同的空间内只能存储约10-12左右的几个字符。
这种代码还表现出改进的错误检测和纠正能力。例如,在美国专利No.5304786中公开的一种这样的代码,PDF417采用里德-索罗门纠错方法来提高代码的抗损性。
通过利用里德-索罗门纠错方法,另外的代码字被附加到出现于PDF417符号中的数据代码字的末端。如果代码的相当大的邻近部分受到损坏或者变成不可读(很可能是由这些代码经常遭遇的粗糙条件,例如小件包裹外侧或者装配线上一部分上的粗糙条件引起的),通过读取包含在符号中的里德-索罗门纠错代码字,仍可恢复数字代码字中表示的数据。
PDF417的缺点之一是它采用了基于929个代码字的(n,k)条形码编码方法。其结果是,每个PDF417代码字的数据容量为9.25位。在给定的代码字长度(17位)的情况下,这将导致相当大的额外开销(代码的冗余部分)。另外,在纠错水平最低的情况下,PDF417只能存储约1500字节的信息,在纠错水平可接受的情况下,能存储的信息量更少。
另一种代码是在美国专利No.4782221中公开并要求保护的数据条形码。专利No.4782221中公开并要求保护的数据条形码能够在较小的空间中,存储高达一千字节或者更多的信息,但是其缺点是在大面积损坏的情况下,由于该代码的纠错能力相当有限,易于丢失数据。
其它的二维印刷码包括已用于小型部件识别和包裹分类的矩阵码,例如Datamatrix,或者UPS Maxicode。这些代码具有便于区分代码和当放置在传送带上的读取装置正在扫描该代码时特别有用的背景的特征,所述部件或小包在所述传送带上移动。尽管这些代码特别适用于这种应用,但是并不适用于试图在相当小的空间中对大量信息编码的情况。
克服这些现有印刷码的局限特别重要,因为这种代码的一种主要应用是离线可靠身份验证。在这种应用中,在二给代码中,对提供可靠身份验证能力的生物统计信息进行编码。当配合能够译解所述代码的设备工作时,这种代码允许独立于存储这种身份验证信息的中央数据库,进行可靠身份验证。在政府使用临时设施的情况下,例如在选举中,这可带来显著的灵活性;可在不具有固定的身份验证设备或者与中央身份数据库的连接的设施中,进行选举。如果具有印刷码编码的身份信息,则可在不具有安装就位的永久的可靠身份验证设备的情况下,进行可靠身份验证。
为了在这种离线可靠身份验证应用中有效地发挥作用,二维印刷码必须能够存储可靠身份验证中使用的生物统计信息。另外,存储生物统计信息的代码必须适合于安装到标准大小的身份验证纸件,例如常规大小的ISO卡或护照上。在标题为机读旅行文件9303第1-4部分的国际民用航空组织文件中,陈述了这些标准。文件9303第1-4部分确定了众多的标准大小的旅行文件,包括机读公务旅行文件1(MROTD1)卡(普遍存在的ISO CR-80信用卡大小的卡,其尺寸为2.125×3.375英寸,并且在MRTOD1应用中,把0.98×3.13英寸的空间分配给二维印刷码);加大的身份证(命名为MROTD2,并且为二维印刷码分配0.72×2.52英寸的空间);以及常规的护照页(它为二维印刷码分配0.72×3.14英寸的空间)。
这些标准说明即使出现了机读码,标准组织仍不愿意所有或绝大多数文件只使用机读码,而是规定了保留在其中印刷人类可读信息的较大区域的标准。从而,这种文件上的real estate是宝贵的,并且得到最高效的使用,表示出对更高密度的二维印刷码的希求。
由于用于压缩保存生物统计信息的文件的已知压强技术的需要,在可靠身份验证依赖于保存多个生物统计信息的情况下,已知的二维代码提供高度准确的可靠身份验证的能力相当有限。例如,已知的数据压缩技术产生每个指纹样板约为500-750字节(未压缩),以及对于个人照片来说,约为900-1100字节(压缩)的文件。这样,对根据对三种指纹样板;一幅照片;和文本编码,建立可靠身份验证程序感兴趣的政府机构或私人公司应试图在已知的二维代码中,保存2800字节左右的信息。在纠错水平可提供良好的抗损性的情况下,已知的二维印刷码都不能够在单个代码符号中保存这么多的信息。
从而,这种应用会需要在线能力,即,为了实现高度准确的可靠识别,一些生物统计信息必须保存在中央数据库中。这会限制系统的灵活性,因为只要他们正在进行身份验证,则对可靠地识别各个个人感兴趣的人员就需要与数据库的专用连接。
另外,已知的能够配合所需的二维高密度抗损印刷码工作的离线验证设备相当笨重,并且依赖于执行可靠验证身份所必需的各种操作,例如指纹扫描;指纹细节提取;指纹细节与印刷码中保存的指纹记录的比较;以及照片和存储的照片的比较的多个独立部件。
于是,希望得到信息容量提高的二维印刷码。
还希望得到抗损性改进的二维印刷码。
另外还希望得到能够存储多个高质量生物统计信息的二维、高密度、抗损印刷码。
还希望得到带有存储多个高质量生物统计信息的二维、高密度、抗损印刷码的常规大小的ISO卡或其它常规识别证件。
另外还希望得到带有二维的、高密度、抗损印刷码的常规大小的ISO卡或其它常规识别证件,所述二维的、高密度的、抗损印刷码存储有供离线可靠身份验证应用使用的多个高质量生物统计信息。
还希望得到一种完全集成的紧致的离线可靠身份验证设备,所述设备能够配合带有对多个高质量生物统计信息编码的二维印刷码的常规大小的身份验证证件进行工作。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种信息容量提高的二维印刷码。
本发明的另一目的是提供一种抗损性改进的二维印刷码。
本发明的又一目的是提供一种能够存储多个高质量生物统计信息的二维、高密度、抗损印刷码。
本发明的又一目的是提供一种能够带有二维高密度抗损印刷码的常规大小的ISO卡或其它身份验证证件,所述二维高密度抗损印刷码对供离线可靠身份验证应用使用的多个高质量生物统计信息编码。
本发明的又一目的是提供一种完全集成的、紧致的、手持式离线可靠身份验证设备,所述设备能够通过恢复二维高密度抗损印刷码中编码的生物统计信息,高度准确地提供身份验证
上述发明目的是由本发明的二维高密度抗损印刷码实现的,所述印刷码适于对用于离线可靠身份验证的多个生物统计信息和文本编码。在一个优选实施例中,这种印刷码包括一个水平头部区;一个垂直头部区;一个开始模式;一个左行地址模式;和一个编码用户数据部分;一个右行地址模式;以及一个停止模式。水平头部区对编码信息部分的一行中的位区数目进行编码;垂直头部区对各个位区的垂直高度编码。印刷码的开始和停止模式把印刷码的横向范围(即起点和终点)和相邻的静止(quiet)区区分开。信息以位区的形式被编码写入编码信息部分中,所述位区可被印刷,或者是空白的。在编码用户数据部分中,从编码信息的顶部,沿着位区的每个横行,到达下一行位区,直到到达编码信息部分的末端为止,顺序印刷编码用户数据。
在优选实施例中,在编码之前,要被编码加入信息部分中的用户信息被分成代表信息的顺序子单元的若干个信息包。选择每个包的一个子单元(例如包含每个包的最高有效位的字节),并且随后将其组合成纠错包,以便纠错。随后对用于纠错的该第一纠错包应用常规的纠错算法。产生若干纠错位,把这些纠错位附加到用户信息部分的末端。随后通过从每个包中选择次高有效位,并将其组合成用于纠错的纠错包,重复该过程。随后对该第二纠错包应用纠错算法,以便产生若干纠错位。随后把这些纠错位附加到用户信息和第一批纠错位之后。重复该过程,直到每个包中的所有信息已被纠错为止。随后把该信息格式化成当印刷时,将构成二维高密度抗损印刷码的文件。
在本发明的另一实施例中,在计算机存储器中,把要编码加入二维印刷码中的用户信息,按照将在二维高密度抗损印刷码中印刷的行-列顺序进行排列。随后把按行-列组织的信息分成代表将在二维印刷码中印刷的相连二进制位的若干(n,m)尺寸的二维区域,从每个所述(n,m)尺寸的二维区域中选择一个二进制位子单元,并将其组合成第一纠错包,以便纠错。随后对所述第一纠错包应用纠错算法。接下来使在第一步骤中这样产生的纠错位形成为将在用户数据之后印刷的一批二维二进制位。继续该过程,直到产生了所有用户信息的纠错信息为止。
在本发明的另一实施例中,分别对指出二维印刷码中编码文件的长度,以及纠错水平和方式的控制数据纠错,以便产生供在对控制数据编码的印刷码受到灾难性损坏的情况下使用的若干纠错位。在固定长度和固定纠错格式的印刷码中,该信息散布在整个印刷码内的已知位置处,以便提供较高的抗损坏性。在可变长度和可变纠错格式的印刷码中,通过对对应于若干选项中的某一选项的数目编码,头部可存储控制数据纠错位的位置。这可指示出在印刷码的控制数据部分受到灾难性损坏的情况下,阅读机应在什么地方查找对应于控制数据的纠错位。
根据前述实施例产生的二维高密度抗损印刷码能够对2800字节的信息(足以满足多个生物统计信息(指纹和肖像)及文本)编码,同时具有较高的纠错水平,其结果是总的消息长度为3400字节。该信息可被印刷在具有0.84英寸×2.87英寸(最小细节的尺寸为0.0066×0.010英寸)的编码用户数据部分的印刷码中。这种印刷码易于安装到常规的2.125×3.375英寸卡的一面的一部分上,从而在该卡的剩余部分上,为人类可读的信息留下足够的空间。
在本发明的另一实施例中,对多个生物统计信息和文本编码的二维高密度抗损印刷码被印到供离线可靠身份验证应用之用的常规大小的ISO卡或者其它识别证件(例如护照)上。
本发明的另一实施例包括完全集成的小型手持式离线可靠身份验证设备(该设备也可安装在柜台或墙壁上),所述设备具有用于恢复二维高密度抗损印刷码中保存的生物统计信息的扫描一维电荷耦合器件(1DCCD);CMOS接触式图象传感器或者其它1D传感器;或者二维电荷耦合器件(2D CCD);实时生物统计信息获取能力(例如,用于获取指纹);比较从试图验证其身份的个人获得的实时生物统计信息和从二维印刷码恢复的生物统计信息的微处理器和相关程序;以及根据生物统计信息的比较结果,指示所述个人的身份是否真实的指示装置。
本发明的另一实施例包括二维高密度抗损印刷码和完全集成的小型手持式离线可靠身份验证设备(该设备也可安装在柜台或墙壁上)的组合。所述完全集成的小型手持式离线可靠身份验证具有用于从二维高密度抗损印刷码恢复生物统计信息的扫描仪,以及从试图验证其身份的个人获得生物统计信息的实时生物统计信息捕捉能力。可靠身份验证设备随后比较生物统计信息,以便确定所述个人的身份是否真实。
根据上述说明,本发明的许多优点是显而易见的。首先,本发明提供了具有改进的总信息容量和改进的高信息密度性能的二维抗损印刷码。这是借助在较小的空间中,提供高的信息容量和加强的纠错水平的代码格式来实现的。其次,本发明提供了一种能够存储多个生物统计信息的二维高密度抗损印刷码,通过比较实时取自试图验证的个人的生物统计信息和从印刷码恢复的生物统计信息,所述印刷码能够实现高度准确的离线可靠身份验证。第三,本发明提供一种完全集成的小型手持式离线可靠身份验证设备,所述设备通过身份验证信息(保存在智能卡中)和身份验证设备(完全集成并且手持的)高度可移动,从而极大地提高了可靠身份验证操作的灵活性。对建立可靠身份验证程序感兴趣的政府机构或私人企业不必再把这种信息存入中央数据库中,所述中央数据库通常只能通过固定位置的专用可靠身份验证设施访问。
附图说明
结合附图,根据下述详细说明,本发明的上述及其它目的将是显而易见的,附图中,相同的附图标记代表相同的部件,其中:
图1A是现有的数据条码的平面图;
图1B是现有的数据条码的分解图;
图2A是本发明的二维高密度抗损印刷码的平面图;
图2B是本发明的二维高密度抗损印刷码的分解图;
图3是本发明的二维高密度抗损印刷码的另一视图;
图4描述了本发明的印刷码的编数据部分的一部分,还描述了被成组纠错的那些非相连二进制位;
图5描述了本发明的印刷码的编数据部分的一部分,还描述了被成组纠错的那些非相连二进制位;
图6描述了本发明的印刷码的编数据部分的一部分,还表示了控制数据纠错位可被插入用户数据中的哪些地方;
图7A描述了如图6中所示的多个部分,还描述了可插入控制数据纠错位的那些位位置;
图7B描述了如图6中所示的多个部分,还描述了可插入控制数据纠错位的那些位位置;
图7C描述了如图6中所示的多个部分,还描述了可插入控制数据纠错位的那些位位置;
图7D描述了如图6中所示的多个部分,还描述了可插入控制数据纠错位的那些位位置;
图8描述了把控制数据纠错位分布到整个印刷码中,是如何提高印刷码的抗损坏性的;
图9描述了常规大小的,带有本发明的二维高密度抗损印刷码的ISO卡;
图10是本发明的完全集成的小型手持式可靠身份验证设备的前透视图;
图11是本发明的完全集成的小型手持式可靠身份验证设备的后透视图;
图12是表示本发明的完全集成的小型手持式可靠身份验证设备的功能部件的功能方框图。
具体实施方式
A.背景
本发明部分涉及二维印刷条形码或矩阵码,其中可在密度变化的代码中印刷相同的用户消息。用于对信息编码的基本单元被称为“位区”,所述位区可被印刷或者空白。可利用本领域中众所周知的各种编码方法对信息编码,包括(n,k)条形码;双位码;其它游程长度受限码;以及直接二进制编码。
本发明的二维的高密度抗损印刷码是美国专利No.4782221中公开的,并参考美国专利No.4692603的数据条印刷码的改进。这两件专利作为参考整体包含于此。
图1A-B中描绘了现有的数据条10的结构,所述结构包含水平头部区;垂直头部区12;左导引条13;齿条14;编码数据部分15;挡板16和右导引条17。
和美国专利No.4782221中公开的数据条相比,本发明的二维高密度抗损印刷码具有若干改进。首先,在一个优选实施例中,利用直接二进制编码方法,在代码中对信息编码,其中印刷码中的一个位区可代表一位用户数据。和美国专利No.4782221中使用的双位编码方法相比,在信息密度方面有显著的提高。本发明的范围内的变化应包括在纠错信息的编码之前,或者提供计时信息的开始/停止位的插入之前,使用数据压缩的直接二进制位编码方法。
B.印刷码的优选实施例
图2A-B描绘了根据本发明得到的第一优选实施例。二维高密度抗损印刷码100包含左成帧部分120;水平头部区140;垂直头部区160;右成帧部分180和编码用户数据部分200。
图2A-B中,以印刷在纸件上的形式描述了该二维高密度抗损印刷码100,但是该印刷码也可印刷,蚀刻或者以照相方式形成于透明和不透明的各种基体上,包括透明塑料;胶片;不透明的乙烯树脂;不透明塑料;金属;及半导体材料上。
左成帧部分;水平头部区140;垂直头部区160和右成帧部分180共同向能够配合印刷码100工作的光学扫描仪提供信息,以便大大方便数据恢复。在优选实施例中,左成帧部分120和右成帧部分180又由开始模式125;左行地址模式130;右行地址模式;及停止模式185组成。在光栅扫描装置的情况下,开始模式125和停止模式185用于把印刷码100和围绕印刷码100的相邻静止区80区分开。在区域捕捉装置,例如二维电荷耦合器件(2D CCD)的情况下,开始模式125和停止模式185,以及头部区140,160用于向区域捕捉装置提供图象取向信息,以便简化印刷码100的解码。
左行地址模式130和右行地址模式190由4位(16种状态)葛莱码组成。在印刷码100的局部区域内,行地址模式130,190提供唯一的行地址信息,所述唯一的行地址信息可由飞点扫描仪使用,以便在解码操作中跟踪行位置,或者可由2D CCD使用,以便简化对印刷码的编码用户数据部分200的解码。
每条线上表示的模式是一个4位(16种状态)反射葛莱码。下面表示了每种状态的模式:
序列号 | 位串 | 序列号 | 位串 |
0 | 0000 | 8 | 1100 |
1 | 0001 | 9 | 1101 |
2 | 0011 | 10 | 1111 |
3 | 0010 | 11 | 1110 |
4 | 0110 | 12 | 1010 |
5 | 0111 | 13 | 1011 |
6 | 0101 | 14 | 1001 |
7 | 0100 | 15 | 1000 |
正如任意葛莱码的情况一样,可对所有4个二进制位进行异或运算,以便得到当从一行数据转到下一行数据时变化的时钟信号。
二维高密度抗损印刷码100的中心部分是编码用户数据部分200。借助位区,在编码用户数据部分200中对用户数据编码,在不透明介质的情况下,位区可被印刷或者空白的,在透明介质的情况下,位区可以是透明的或者不透明的。这些位区构成规则的矩形格子。所述格子的宽度由在水平头部140中编码的数值确定。所述格子的长度从前端的垂直头部延伸到印刷码100的末端。该格子上的数据被保存在矩形块中,可在垂直头部160中编码的数值中确定所述矩形块的尺寸。
从编码用户数据部分200的最右上部分开始,逐行地到达编码用户数据部分200的底部,按顺序每次一个二进制位地把用户数据编入位区中。跟在数据部分200中编码的用户数据之后的是纠错信息。
在优选实施例中,通过利用里德-索罗门纠错算法,实现错误检测和纠正。在数学上,里德-索罗门码以有限域的算术为基础。事实上,1960年的论文1从把代码定义为“从有限域K上的m维矢量空间到同一域上的维数更高的矢量空间的映射”开始。从“消息”$(a_0,a_1,…a{m-1})$开始,这里每个$a_k$是域K的一个元素,里德-索罗门码产生$(P(0),P(g),P(g^2),…,P(g^{N-1}))$,这里N是K中的元素的数目,g是K中的非零元素(循环)组的生成元,P(x)是多项式$a_0+a_1x+…+a_{m-1}x^{m-1}$。如果N大于m,则P的值超定(over determine)该多项式,并且有限域的性质确保可根据任意m个数值,恢复P的系数,即初始消息。
原理上,里德-索罗门码通过标绘大量的点,确定多项式。并且如同眼睛能够识别并校正一对“坏”点in what otherwise clearly a smoothparabola一样,里德-索罗门码可发现不正确的P值,并且仍可恢复初始的消息。组合推论(及线性代数)证实只要消息长度m严格小于N-2s,则这种方法可应付高达s个错误。
本领域的技术人员已知的详细描述里德-索罗门码的纠错特性的编码理论教科书有许多种。下面是在该象征学中实现的标准(非扩展)里德-索罗门码的特性的简要总结:
MM-以二进制位表示的代码符号大小
KK-每个块的数据符号的数目,KK<NN
NN-符号中的块大小,始终为(2**MM-1)
JJ-块中的实际数据值的数目
里德-索罗门码的纠错能力取决于NN-KK,块中的奇偶符号的数目。在纯纠错模式下,解码器也只可纠正最多每个块(NN-KK)/2个符号错误。
如果调用程序可估计至少一些错误存在的地方,则解码器可纠正多于(NN-KK)/2的错误。这些已知的错误位置被称为“疑符”。(注意知道错误的位置并不足以独立纠正错误,因为代码是非二进制码,我们不知道符号中的哪些二进制位出错)。如果事先已知所有的错误位置,则解码器可纠正多达NN-KK个错误,即代码块中的奇偶符号的数目。(注1工业和应用数学协会1960期刊,“Polynomial Codes over Certain Finite Fields”,Irving S.Reed和Gustave Solornon。这是描述该纠错方法的基本论文。意当确定了这么多的疑符时,没有保留用于检测其它不可纠正错误的冗余,从而解码器可能产生不可纠正的错误)。
在大多数情况下,既存在错误又存在疑符。每个错误计数为两个疑符,即疑符的数目和非擦除错误的数目的2倍值之和不能超过NN-KK。例如,作用于8位符号的(255,223)里德-索罗门码可处理多达16个错误OR32个疑符OR诸如8个错误和16个疑符之类的各种组合。
可按照图4中描述的方式,把上述里德-索罗门纠错原理应用在本发明的一个优选实施例中。图4以原理图的形式描述了当印刷时,将出现在印刷码100的编码用户数据部分200中的用户数据位的排列结构。纠错方法考虑最后的印刷排列结构。图4描述了16个8位×8位的区域。从四个8位×8位区域210,212,214和216选择一个8位子单元(例如包含各个8位×8位区域的最高有效位的一个字节),并且将其组合成用于纠错目的的纠错包。随后对用于纠错目的的该第一纠错包应用常规的纠错算法(例如Reed Solomon,不过也可用其它算法替代ReedSolomon)。产生大量的纠错位,并把这些纠错位附加到用户信息部分的末端。随后通过从各个8位×8位区域中选择次高有效位,并把这些次高有效位组合成用于纠错目的的纠错包,重复该过程。随后对该第二纠错包应用纠错算法,产生大量的纠错位。随后把这些纠错位附加到用户信息和第一组纠错位之后。重复该过程,直到第一组4个8位×8位区域中的所有信息已被纠错为止。随后通过选择4个新的8位×8位区域,并重复该过程,继续上述过程。当所有用户数据已被纠错时,把组合后用户数据和纠错信息格式化成当印刷时,将构成二维高密度抗损印刷码的文件。
另一优选实施例按照图5中描述的方式,应用前述纠错原理。类似于图4,图5以原理图的形式描述了当印刷时,将出现在印刷码100的编码用户数据部分200中的用户数据位的排列结构。纠错方法考虑最后的印刷排列结构。图5描述了16个8位×8位区域。从四个8位×8位区域220,222,224和226中选择一个二维(4×4)16位子单元(即两个字节),并且随后把所述16位子单元组合成用于纠错目的的纠错包。随后对用于纠错目的的该第一纠错包应用常规的纠错算法(例如Reed Solomon,不过也可用其它算法替代Reed Solomon)。产生大量的纠错位,并把这些纠错位附加到用户信息部分的末端。接下来,通过从这4个8位×8位区域的每个区域中选择另一组16个邻接位,组合这16个邻接位,并且随后对其进行纠错,产生纠错位。重复该过程,直到产生了第一组4个8位×8位区域中的所有用户数据的纠错信息为止。通过对接下来的4个8位×8位区域进行相同的操作,继续上述过程,当产生了所有用户数据的纠错信息时,结束该过程。
可以下述方式归纳该过程。首先按照将在二维高密度抗损印刷码中印刷用户数据的行-列顺序,把用户数据排列在计算机存储器中。随后,把按照行-列顺序组织的信息分成若干(n,m)尺寸的二维区域,所述若干(n,m)尺寸的二维区域代表将在二维印刷码中印刷的邻接位。从每个所述(n,m)尺寸的二维区域选择一个子单元的二进制位,并将其组合成第一纠错包以便纠错。随后对该第一纠错包应用纠错算法。随后把在第一步骤中这样产生的纠错位格式化成将在用户数据之后连续印刷的二进制位的二维集合。重复该过程,直到产生所有用户信息的纠错信息为止。
选择非相连二进制位并且对这些二进制位进行纠错,仍可提供代码字或位之间的最小距离的其它方法在本发明的范围之内,所述其它方法可包括每隔n个二进制位选择m个二进制位,例如按顺序选择二进制位1,9,17,25…,并把它们组合起来以便纠错,随后选择二进制位2,10,18,26…,并把它们组合起来以便纠错,重复该顺序,直到到达二进制位8,16,24…为止。
根据上面的说明,显然纠错是对非相连的数据部分进行的。这使印刷码的抗损性更好。为了实现这些操作,必须把用户数据长度和纠错水平及方式编码加入印刷码的控制数据部分中,在一个优选实施例中,所述控制数据部分通常位于编码用户数据部分200中的用户数据的前面。由于本发明中,应用纠错的方式相对较复杂,在对控制数据编码的印刷码部分发生损坏的情况下,可能难以恢复用户信息。于是,在本发明的另一优选实施例中,独立于剩余的用户数据,对该信息纠错,并且该信息散布在整个印刷内。
图6和图7A-D中描述了本发明这方面的操作。图6以原理图的形式描述了将构成印刷码100的编码用户数据部分200的一部分的若干8位×8位区域中的一个8位×8位区域。根据控制数据所需的纠错水平信息,可在标记为1,2,3和4的位位置插入与控制数据相关的一部分纠错信息。例如,如果要选择相对较低的纠错水平,则在标记为“1”的位位置,可对单个纠错位编码。当把这种散布方法应用于该印刷码的所有8位×8位区域时,与控制数据相关的纠错信息按照图7A中描述的方法分散到整个印刷码内。如果要选择相对较高的控制数据的纠错水平,则会如图7D中描述的那样,在印刷码的各个8位×8位区域中分布4个纠错位。图7B和7C中描述了中间情况。
在固定长度格式印刷码中,该信息可散布在整个代码字内的各个已知位置,以提供坚固的抗损性。在可变长度和纠错印刷码中,通过对对应于从若干选项中选择的一个选项的数字进行编码,头部可存储控制数据纠错位的位置。这指出在印刷码的控制数据部分发生灾难性损坏的情况下,阅读机应在什么地方查找对应于控制数据的纠错位。
根据前述实施例产生的二维高密度抗损印刷码能够对2800字节的信息(足以满足多个生物统计信息(指纹和肖像)及文本)编码,同时具有较高的纠错水平,其结果是总的消息长度为3400字节。该信息可被印刷在具有0.84英寸×2.87英寸(最小细节的尺寸为0.0066×0.010英寸)的编码用户数据部分的印刷码中。这种印刷码易于安装到常规的2.125×3.375英寸卡的一面的一部分上,从而在该卡的剩余部分上,为人类可读的信息留下足够的空间。可选择落入本发明范围内的其它最小细节尺寸,以便获得相对更小或更大的密度。
C.识别证件的优选实施例
图9中描述了证明本发明在可靠身份验证应用中的用途的一个优选实施例。常规尺寸的ISO卡带有一个二维印刷码100,并且包括照片区310和文本区320。由于本发明的二维高密度抗损印刷码的信息容量的增大,印刷码100可存储多个指纹样板,照片信息和文本。
D.完全集成的离线身份验证设备的优选实施例
本发明的另一实施例包含一个完全集成的小型离线身份验证设备,所述设备是便携式的或者是固定式的,所述设备具有捕捉二维高密度抗损印刷码的图象的装置;实时生物统计信息捕捉能力(例如指纹);微处理器和相关的程序,所述程序用于比较取自试图验证其身份的个人的实时生物统计信息和和从二维印刷码恢复的生物统计信息;以及根据生物统计信息比较过程的结果,指出所述个人已被证明是真实可靠或者不可信的指示装置。
捕捉二维高密度抗损印刷码的图象的装置可包括,例如,二维电荷耦合器件(CCD)图象传感器,二维CMOS图象传感器或者聚焦于带有所述二维印刷码的基体的表面上的其它适宜的二维成像装置。另一方面,可使线性传感器,例如线性CCD,线性CMOS图象传感器,线性接触式图象传感器(CIS)或者其它适宜的线性图象传感器聚焦于基体上,以便捕捉二维印刷码,并扫过表面基体,以便捕捉其二维图象。按照常规的传真机或者平板扫描仪的方式,通过相对于线性图象传感器移动基体,或者相对于基体移动线性图象传感器,可完成所述“扫描”动作。
本领域中已知的适于捕捉二维印刷码的二维图象的另一种技术包括利用二维图象传感器,捕捉二维印刷码的二维图象的多个图象(其中这样捕捉的每个图象只代表二维印刷码的一部分),并把所述多个图象“接合”成足以代表整个二维印刷码的单个图象。这可通过使二维印刷码扫过不能用单个图象捕捉整个二维印刷码的二维图象传感器来实现。当使二维印刷码扫过时,借助所述二维图象传感器,捕捉多个重叠的“快照”图象。用软件分析图象-图象重叠(边界相关性),合并所述多个图象,得到单一的清晰图象。诸如“Logitech ScanMan”之类的“手工扫描仪”已采用了这种技术。
图10是完全集成的小型手持式可靠身份验证设备400的一个实施例的前视图,所述设备400包括指纹图象扫描仪410(实时生物统计信息捕捉装置),音频转换器420,显示器430,小键盘输入装置440和二维图象传感器450。
图11是同一个完全集成的小型手持式可靠身份验证设备400的后视图,图11还表示了PCMCIA卡460。
在该优选实施例中,二维图象扫描仪450包括扫描接触式图象传感器(CIS),所述扫描接触式图象传感器具有足以可靠地分辨和区分任意尺寸范围内小至0.0066英寸的细节的分辨率(最好400dpi或者更大)。
在该优选实施例中,指纹图象扫描仪410是市场上买得到的微型装置,例如由CA,San Bruno,1150 Bayhill Dr.,Identicator Technology生产的DFR-200。本领域的技术人员易于认识到,作为代用品或者作为增加物,也可容易地采用其它指纹扫描装置和/或其它生物统计信息捕捉装置(例如用于虹膜扫描和/或面部识别的照相装置)。
显示器430是能够显示彩色照片的全色有效矩阵显示器。但是,在其它实施例中,根据具体应用的显示要求,可用单色显示器,只显示文本的显示器或者简单的指示代替全色有效矩阵显示器。例如,在访问控制应用中,只需要指出简单的“通过”或“失败”情形,因此只需要不多于一个或两个的指示灯。
音频转换器420是配置的用于向身份验证设备400添加用户接口非必需部件。
小键盘输入装置440向用户提供文本输入和功能选择能力,在存在多种操作模式的应用中,或者在可以预料需要输入与身份验证相关的其它文本信息的应用(例如车票,选民登记,边境控制应用等)中,小键盘输入装置是有用的。在几乎不需要额外的文本信息的其它应用中,可用一组较少的功能键替代小键盘输入装置440,或者完全消除小键盘输入装置440。
图11中所示的PCMCIA卡460代表身份验证设备的多种可能的外部接口之一。例如,PCMCIA卡可用于增加网络连接性,以便记录交易,或者用于增加外围设备,例如打印机,大容量存储器,磁条阅读机等。本发明所属领域中的技术人员易于认识到其它接口,例如串行通信接口,并行打印机端口,IrDA通信接口,以太网等的类似有效性和适用性,并且可马上懂得如何实现这样的接口。
图12是图10和11中描绘的优选实施例的功能方框图500,表示了该优选实施例的主要功能部件。处理器510,例如Intel SA1100StrongARM微处理器通过微处理器总线512与系统的其它部件相连。程序存储器520最好是快擦编程只读存储器,并且用于存储管理身份验证设备(500)的操作的程序和算法。这些程序和算法包括:处理生物统计信息(例如,指纹细节提取)的软件,生物统计信息匹配(例如,指纹匹配)的软件,译解二维印刷码的软件,和操作软件(例如,用于机器控制的操作系统和代码)。数据存储器530是随机存取存储器(RAM),最好是DO或SDRAM类型的随机存取存储器,并且用于存储捕捉的图象,生物统计数据,以及用于存储计算的中间结果。在一个优选实施例中,通过把所有程序复制到RAM中,以供执行,程序存储器520和数据存储器530被有效地结合成单个存储器。这样,可使用速度较慢,并且费用较低的程序存储器存储程序和算法。当从通常比快擦编程只读存储器快得多的RAM执行时,使用相同的数据存储器530存储程序和数据较为经济。非易失性存储器535被用于保存长期信息,例如交易记录,配置信息,授权名单等。非易失性存储器535最好是快擦编程只读存储器,磁盘存储器,或者其它非易失性介质。在使用快擦编程只读存储器的情况下,可把非易失性存储器535的程序存储器520结合成单个存储器。
光学扫描仪540提供用于捕捉二维印刷码,例如上面说明的高密度纠错抗损印刷码的二维图象的手段。在优选实施例中,光学图象传感器540包括具有传送机构的线性接触式图象传感器(CIS),所述传送机构用于使所述线性接触式图象传感器(以线性接触的方式)扫过带有上面提及的二维印刷码的基体的表面。扫描仪接口550处理来自于光学扫描仪540的信号,并所述信号转换为适于存储到数据存储器530中,以便进行软件解码的数字信号。
生物统计信息捕捉装置560提供取自于要验证的目标人员的当前生物统计数据。在优选实施例中,生物统计信息捕捉装置560是指纹图象扫描仪。生物统计信息捕捉装置560捕捉的数据最后被保存在数据存储器530中,并在数据存储器530中被分析。
显示器570向身份验证设备400的使用者提供可视信息。在优选实施例,显示器是全色有效矩阵图形显示器,它能够显示诸如彩色照片和相关描述文本之类的彩色文本和图形信息。
为了与外部设备或计算机通信,提供了通信接口580。在优选实施例中,通信接口580包括一个串行端口,一个并行端口(均为通常可在个人计算机上找到的那种类型的串行、并行端口),IrDA(红外数据存取)端口和PCMCIA端口。从而看出提供了一种二维高密度抗损印刷码。本领域中的技术人员将理解可借助除所述优选实施例之外的其它实施例实践本发明,上面描述的优选实施例只是用于举例说明本发明,而不是对本发明的限制,因此,本发明只由下述权利要求限定。
Claims (9)
1.一种对由光学扫描仪扫描和译解的信息编码的二维高密度抗损印刷码,包括:
对将被光学扫描仪用于帮助读取和译解所述印刷码的信息编码的译解信息部分;
区分印刷码的横向范围和基体的邻接部分的区分部分;
对将被光学扫描仪用于帮助读取和译解所述印刷码的行地址信息编码的行地址部分;
其中信息被编码写入位区中的编码信息部分,编码写入所述位区中的所述信息可被印刷或者是空白的,并且其中纠错信息被附加到所述信息部分上;
所述纠错信息包括根据在所述编码信息部分中编码的信息子单元,计算得到的纠错代码字。
2.按照权利要求1所述的二维高密度抗损印刷码,其中:
通过利用面向块的纠错算法,计算附加到所述信息部分上的所述纠错信息。
3.按照权利要求2所述的二维高密度抗损印刷码,其中:
所述纠错算法是里德-索罗门方法。
4.按照权利要求1所述的二维高密度抗损印刷码,其中:
利用常规的代码,计算附加到所述信息部分上的所述纠错信息。
5.一种二维高密度抗损印刷码,所述二维高密度抗损印刷码对由光学扫描仪扫描和译解,从而帮助读取和译解所述印刷码的信息进行编码;
带有所述印刷码的基体;
对将被光学扫描仪用于帮助读取和译解所述印刷码的信息编码的译解信息部分;
区分印刷码的横向范围和基体的邻接部分的区分部分;
对将被光学扫描仪用于帮助读取和译解所述印刷码的行地址信息编码的行地址部分;
信息被编码写入位区中的编码信息部分,所述位区可被印刷或者是空白的,并且其中纠错信息被附加到所述信息部分上,所述位区形成多个横向数据行,从所述编码信息部分的起点开始,逐行地把所述信息顺序编码写入所述信息部分中,直到到达最后的数据行为止,所述纠错信息接在所述用户信息之后;
通过选择将编码写入所述信息部分中的信息子单元,对每个所述子单元应用纠错算法,计算所述纠错信息,以便在出错的情况下,纠正所述信息。
6.按照权利要求5所述的二维高密度抗损印刷码,其中:
通过把顺序编码的用户信息分成若干个信息包,选择将被纠错的所述信息子单元;选择每个信息包的一部分;组合来自各个信息包的信息;并对选自所述多个信息包的信息应用纠错算法;把纠错信息附加到所述数据消息上;通过从各个所述信息包选择新的信息,继续纠错过程;对该信息应用纠错算法;把纠错信息附加到编码信息部分上;并继续该过程,直到每个所述信息包中的所有信息已被选择,组合和纠错为止。
7.按照权利要求6所述的二维高密度抗损印刷码,其中:
所述纠错算法是里德-索罗门方法。
8.按照权利要求6所述的二维高密度抗损印刷码,其中:
利用常规的代码,计算附加到所述信息部分上的所述纠错信息。
9.一种提供可靠离线身份验证的系统,包括下述组件:
身份证明;
所述身份证明是对多个生物统计信息编码的二维高密度抗损印刷码,所述印刷码还包括:
对将被光学扫描仪用于帮助读取和译解所述印刷码的信息编码的译解信息部分;
区分印刷码的横向范围和基体的邻接部分的区分部分;
对将被光学扫描仪用于帮助读取和译解所述印刷码的行地址信息编码的行地址部分;
其中信息被编码写入位区中的编码信息部分,编码写入所述位区中的所述信息可被印刷或者是空白的,并且其中纠错信息被附加到所述信息部分上;
所述纠错信息包括根据在所述编码信息部分中编码的信息子单元,计算得到的纠错代码字;
集成的离线可靠身份验证设备,所述设备还包括:
读取身份证明中所含的二维高密度抗损印刷码的扫描仪;
存储从印刷码恢复的多个生物统计信息和文本的存储器;
从将验证其身份的个人获取生物统计信息的实时生物统计信息获取装置;
比较从二维高密度抗损印刷码恢复的生物统计信息和所述实时生物统计信息获取装置获得的实时生物统计信息,以便确定实时生物统计信息是否与从二维高密度抗损印刷还原的生物统计信息相符的处理装置;
用于指示从将被验证身份的个人获得的实时生物统计信息是否与从二维高密度抗损印刷码还原的生物统计信息相符的身份验证结果通知装置。
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