CN1423790A - 生物统计识别的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用者的识别,特别是涉及借助于生物参数进行的人的识别。通过如下的方式可以得到简单、方便和可靠的使用者的识别过程:在使用者识别期间,使用与所选择的该使用者(例如,手指印痕)的生物参数的变化无关的应用于一生物锁的使用者的相同参数的图象。所述的生物锁是由所选中的光谱范围内的半透明的材料(例如,塑料卡)所制成的。储存在原始生物数据库中的数字码相应于每一个所选择的参数及其图象。通过将该代码或有关的生物参数或其图象与存储在上述数据库中的代码相比较而执行使用者的识别。生物参数的图象或生物参数本身用一光传感器同时或交替地被覆盖。

Description

生物统计识别的方法、装置和系统

                           技术领域

本发明涉及生物统计信息光学读出的生物统计识别，特别是涉及应用到必须实现使用者识别的任何领域中的包括防护和通信系统，不同的处理系统的使用个人信用卡的财务手续、居民身份证系统和驾驶证类型的个人化文件等使用的生物统计识别的方法、装置和系统。

                           背景技术

在已知的不与使用生物统计参数相关的使用者识别方法中，使用了直接记录在信用卡上的或是记录到位于信用卡中的接触式芯片或非接触式芯片或特种载体的含有个人识别号码的信息。记录在信用卡上的信息可以是一种不可重复的数字或是信息携带者同读出系统之间交换被译成密码对话所支持的信息(见US6068184，US5991749)。这些方法和系统比较简单，且工作可靠。但是在携带者遗失信用卡之后，可能被任何未经批准的人使用时，它却没有保护作用。

目前，已知一系列将生物统计指纹鉴别信息做为识别手段的使用者识别系统。大多数类似系统的工作原理是基于采用相应的读出装置，光学读出待识别使用者的生物统计信息。该读出装置将读出到的信息转换为数字电子码，并在存放电子码数据库内去寻找与该电子码相符合的电子码。如果相符合，则输出使用者识别结果是正确的信号。在US4933976，US4932776，US4785171，US4690554，US4582985中描述了类似的系统，实现的识别方法以及信息数据系统中采用的装置。

在实现该工作原理的已知系统中，包含有不同的生物统计参数的读出装置，包括不同类型的光接收器和照明器的结构。例如，在WO98/27509中，描述的使用者识别装置，允许实现高质量图象人的手指图象的输入。该装置还包括透过手指的光源和具有输入纤维光学表面的传感器，使用者的手指就置放在这个表面上。

光在手指中逸散，并以最小的损耗压紧在输入表面处穿过皮肤；而在槽内没压紧的地方，光的损耗大得多。利用这一特征，产生出光图象，再依据这一图象，产生出指纹的电子图象，接下来又将其转换为读出图象的电子码。考虑到光在人的真实指纹中的漫散，该装置的照明器结构已被优化，这就限制了该装置和方法的应用。因为在进行识别时，该方法是根据真实指纹同存贮在数据库的电子码进行比较的。

替代在数据库中存贮使用者生物统计参数代码，可以将这些参数代码存贮到生物统计锁上。锁本身是一个发给使用者的信用卡，并从这些卡上读出共同相应读出生物统计参数转换结果获得的信号进行比较。例如，在US4993086，US5598474和US6523552中，描述了这种方法。

已知的记录信息的方法，包括在信用卡上可以利用二维条码来记录信息(US5548110，US6062481)，但是记录指纹鉴别信息或指纹代码的存贮量约为1Kbit，而这种尺寸的二维条码将占据信用卡一半的容量。因此，在一张信用卡上记录使用者两个手指的信息，实际上是不可能的。因为除了指纹鉴别信息外，在信用卡上还应记录有使用者人口统计信息。此外，二维条码的读出也是相当复杂，且成本也高。尽管这种卡本身成本很低，但同样妨碍将这种条码应用到大量使用的信用卡中用于记录指纹鉴别信息。

使用非接触式芯片信用卡的已知信息记录系统的共同缺点是费用很高，特别是大量个人使用者更加感觉到费用高的问题，例如发放居民身份证、驾驶证等文件。这些证件的价格，基本上是由芯片信用卡的成本决定的。例如，向1亿居民发放每个价值15美元的芯片信用卡的身份证的价值约为15亿美元。

接触式芯片卡不可能用于身份证，尽管这种卡成本低得多(平均为3-5美元)，但因这种卡很容易受到损坏，故可靠性低。

由于有上面列举的缺点，这些装置和系统，暂时没有得到广泛应用。

还有另外一种将手指印痕、光学图象应用于生物统计锁中的信用卡信息系统(在US498036描述了这种系统)。在该指纹识别过程中，将指纹的光学图象通过信用卡上指纹图象同手指印痕光学投影反射光图象进行自动校正的方法，同真实手指印痕的光学图象进行比较，类似的比较方法工作量很大，而且不可靠。

                           发明内容

本发明的一个目的是提供在生物统计锁上形成的生物统计参数的光学图象，以保证能简单、方便和可靠地进行使用者生物统计指纹识别。

本发明的另一目的是提供在生物统计锁上形成生物统计参数的光学图象，以能简单、方便和可靠地进行使用者生物统计指纹识别，而无需使用检验电子码数据库。

本发明的再一个目的是共同使用至少一个在生物统计锁上形成的生物统计参数光学图象和用光学读出器或读出模块直接读出的类似生物统计参数获得的信息，以确保简单、方便和可靠地进行使用者生物统计识别。

本发明的又一个目的是确保使用者生物统计指纹识别能保证实现双重保护的可靠性。一重保护是基于检验用指纹鉴别信息，另一重保护是基于同一光学读出器和读出模块读出的来自生物统计锁和类似“真实”生物统计参数的至少一个光学图象。

本发明是以某些生物统计参数，首先是手指印痕光学图象读出可能性的实验确定为基础的。该光学图象是从采用具有在靠近手指吸收的一个确定光谱范围内光辐射累积吸收的塑料载体表面上获得的。相对应的是本发明是利用记录在一个塑料载体(以下称之为生物统计锁)中生物统计参数的光学图象为基础的。

为了实现本发明的上述目的，考虑了生物统计锁的制备阶段，以及准确进行识别的使用者生物统计检验用电子码数据库的形成，本发明提供的生物统计识别的方法包括有步骤：

(a)选取单个使用者的生物统计参数，例如他的手指印痕；

(b)从众多使用者中，形成使用者被选生物统计参数的光学图象；

(c)将形成的图象以等于或接近1的比例，记录在该使用者生物统计锁毛坯的图象区域中，该毛坯是用在选中光谱范围内是半透明的材料构成，并使用在指定光谱范围内不透明或反射辐射的印刷工具，例如颜料，进行印制；

(d)在选取的用于长期保存格式中，至少形成和存贮一个选取生物统计参数的检验用电子码，该检验用电子码是数字信号组合，并单值地同选取生物统计参数相对应；

(e)为了制备每个使用者的生物统计锁并形成选取生物统计参数的检验用电子码，应对于众多使用者中的其它使用者，重复步骤(b)、(c)、(d)。

本发明的使用者识别方法还包含有下列步骤：

(f)将选中的使用者个人的生物统计参数的图象，例如他的手指印痕，同读出传感器输入光学表面相重合，该传感器是由在选中的光谱范围内敏感的多元件光接收器构成，同时上述图象也成形在该使用者生物统计锁的指定区域内，该区域是用在选中的光谱范围内半透明材料制成，并用印刷工具，例如用在上述光谱范围内半透明的颜料或反射辐射的颜色印制出图象；

(g)利用带有形成图象电子码的读出传感器，读出上述图象；

(j)将选中的生物统计参数同读出传感器输入光学表面相重合，该传感器是由在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器构成；

(k)读出被识别使用者指定的生物统计参数，并在能确保这个电子码同指定的读出图象电子码可能进行比较的格式中，形成读出参数的电子码；

(l)寻找同读出生物统计参数电子码相重合的检验用电子码；

(m)将读出生物统计参数的电子码同读出图象的电子码进行比较；以及

(n)在读出生物统计参数的电子码同读出图象的电子码比较结果的基础上，输出识别的结果；

同时，步骤(i)应将步骤(l)结果的统计值补充进去。

在该识别方法的实施例中，在生物统计锁制备阶段还包括如下步骤：

(o)供长期保存的全部使用者所有被选中生物统计参数检验用电子码以数字信号组合形式的形成和存贮步骤，这些检验用电子码单值地同生物统计参数相对应，以确保选中生物统计参数电子码同检验用电子码可能进行比较中，形成被选中生物统计检验用电子码数据库；

同时步骤(m)是将读出到的生物统计参数电子码和读出到的图象同检验用电子码进行比较，一旦发现检验用电子码读出到的生物统计参数电子码或读出到的图象相重合，则给出识别是正确的结果。

特别适合于制做生物统计锁材料的例子是聚氯乙烯和聚酯，这些材料传统上都是用来制做信用卡的。同时，在选择的近红外(0.75-1.0μm)光谱范围内，在透射光均匀照射光条图象载体的情况下，获得了读出生物统计参数光谱图象的最佳结果。在这种情况下，光学图象载体的厚度约为0.8mm，即同信用卡标准厚度相符合。显然，信用卡的背面(也就是在载有生物统计参数的光条图象，例如手指印痕的背面)不应含有在选取光谱范围内是不透明的图象，因为这些图象的存在可以导致在读出的生物统计参数图象上，出现明显的干扰。

本发明人用实验方法查明，用标准打印机和信用卡印制系统Data Card(Image Card Express Photo ID Printer，DataCord 9000)和Fargo(Pro-L，Quatro)印制的任意彩色和半透明黑白印痕，在选中的光谱中都是透明的。同时，来自黑带上的印痕在上述光谱内都是不透明的。

保证高质量读出的另一个条件是在生物统计锁上制做生物统计参数图象中比例尺的确定。在分辨率方面，读出工具和制做图象工具是不同的。例如，通常信用卡热印制工具拥有的分辨率不大于300dpi，而图象读出工具的分辨率达3000dpi。分析了指纹识别图象大量资料后，发明人查明随着指纹识别扫描仪分辨率的提高，适合于识别的可见指纹识别特点也增加。例如，根据这个依存关系可以表明，同面积减小成比例的放大了的印痕或印痕图象的一部分，以恒定分辨率进行印刷时，可以在整个印痕或印痕的一部分上观察到相同数量的特殊点。因此，将印痕中央部分放大了的图象放置在信用卡上，乃是在识别过程中避免出错的补充措施。因为在使用者每次放置手指时，出现印痕中间部分的概率总是比边缘部分高。

在一个以信用卡形式完成的生物统计锁上，至少可以形成两个相应生物统计参数的图象。在一个信用卡上可以放置若干个印痕的图象，将提高正确识别的概率，同时印痕在信用卡上中央对称的放置方式，允许在识别装置的读出模块中不使用运动机械零件。

根据本发明的第二个方面，为了保证可以实现本方法所有上述步骤，在制做使用者识别系统时，事先考虑到它应包含如下部分：

至少应有在众多使用者中将某个使用者的一个生物统计参数光学图象，存贮在生物统计锁毛坯上的工具，锁的图象区域是用在选中光谱范围内半透明材料制成的，并利用在上述光谱范围内不透明或反射辐射的颜料等印制工具印制；

从众多使用者中每个使用者对每个上述生物统计参数检验用电子码数据库的形成和贮存子系统；

以及至少有一个使用者识别装置。

根据本发明的另一个方面，还事先考虑了建立使用者识别装置用的新装置，它应包括：

至少含有一个读出传感器的读出模块，并配有在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器，同时，读出模块可以从大量使用者的生物统计锁上读出图象；每个生物锁用来识别众多使用者中的一个使用者，锁上含有一个用在选中光谱范围内是透明的图象区域，在这个区域中采用选中的比例尺寸形成了指定使用人生物统计参数的图象；

能保证在选中光谱范围内，均匀照射读出传感器的照明器；

用于放置和固定众多生物统计锁中任何一个生物统计锁的支架，在支架上可以将读出传感器输入敏感表面和生物统计锁上的图象接触在一起；

联接到读出模块输出端的处理器模块，该模块配备有读出图象电子码形成工具和读出图象电子码同其它电子码相比较的工具，当读出图象的电子码同某一个电子码相重合时，将发出第一个信号，如果这种重合不出现，将发出第二个信号。

除了上述指出的以外，还有一个保证高质量读出的优先条件是应用具有输入光纤表面的读出传感器，被读出的图象就紧密地按压在这个表面上。在完成这一条件以及其它上述条件时，还可以利用同一个光学读出传感器来读出真实的生物统计参数(手指印痕，即立体的实物)，和信用卡上它的平面图象。

利用同一个传感器读出真实手指图象和信用卡上可见图象，允许简化识别装置的结构和简化使用者采用本发明实现识别方法使用的步骤。此外，还大大提高了系统工作的可靠性。因为同芯片式信用卡不同的是，手指印痕以真实可见的图象保存在用信用卡形式完成的生物统计锁内，它具有很强的抗干扰能力，对电磁场也不敏感。本系统的另一个优点是将来有可能进一步改型和兼容。这是因为图象识别的程序算法总是在不断的完善，同时主要变化只涉及将图象转换为压缩码。在一般芯片中保存的仅是压缩码，在将来不允许改变，很难使用新的软件。将信息以生物统计参数光学图象的形式保存起来，允许在将来实现各种软件的改进而无需很多花费，同时既可从生物统计参数本身的读出，也可从在生物统计锁的图象读出。

上述优点使得本发明具有广泛应用，它既可应用局部领域，也可以全方位的领域，例如身份证，进入因特网的许可或信用卡的附加保护。

                           附图说明

图1以框图形式示出了本发明的使用者识别系统的一优选实施例；

图2示出了信用卡正面图；

图3A用示意图方式示出了使用者输入生物统计锁的识别装置；

图3B是在与图3A同一识别装置中以使用者本人的手指指纹输入的输入方式；

图4示出了使用本发明一个优选方法的生物统计锁的制造作阶段的步骤；

图5A和5B示出未经处理和经过处理的同一个指纹图象；

图6、7和8分别示出实现本发明的二个优选方法的识别阶段的步骤。

                         具体实施方式

通过下面结合附图对本发明优选实施例的详细描述，将会对本发明的上述目的和特征有更清楚地了解。

下面，为了更加清楚地了解本发明的实质，在描述本发明时，主要是将本发明应用到一个或若干个指纹生物统计参数的使用中。但是，本发明涵盖了适于识别目的任何其它生物统计参数的使用，例如视网膜图象或使用者的签字图象等。

图1示出的用1标识的系统方案是供具有7810-85标准参数和尺寸符合CR80生物统计锁使用的。但是，它也供其它多种生物统计锁使用。如图1所示，该系统由若干个相互联系的部分或是子系统组成，其中主要子系统为制做生物统计锁20的子系统10，形成和存贮校验用电子码数据库子系统30和识别系统40。

制做生物统计锁子系统10包括了完成制做生物统计锁必要技术装置的各个部分。显然，该各个部分的组成和完成形式同被使用的识别生物统计锁的具体形式有密切关系。但是在任何一种方式中，子系统10是必不可少的，它将被选中的生物统计参数的光学图象记录在生物统计锁20上。上述存贮工具包括选中生物统计参数图象的形成装置12，它将该图象转换为图象的电子码，即转换为一组电(或其它)信号，并单值地同形成的图象相对应。装置12可以工作在任一波长范围内，和/或利用任何相应的形成工具和图象转换工具，但条件是所得到的电子拷贝的质量足以适合后面用来制做光学图象的生物统计锁，亦适合于完成使用者的识别功能。装置12可以是工作在某一波段的指纹鉴别扫描仪，以获得指纹图象，或是摄象机以获得使用者眼睛视网膜或面孔的图象。

另一个不是子系统10必备的组成，但是最常用的是电子拷贝处理装置14，在下面描述本发明识别方法时将会清楚说明该装置进行处理的特性。通常它是一个PC机，配有相应的处理图象的软件。PC机配有必要的外围设备，如键盘15，显示器16以及图中未示出的用于读出来自图象形成装置12输出端电子拷贝的接口。

将光学图象绘制到生物锁20上的装置18是存贮设备的第3个部件，通常装置18是专用于信用卡的打印机，它联接到装置14的输出端，用于打印从装置14得到的加工过的电子拷贝。

图2示意地给出生物统计锁的正面图象，其参数符合ISO7810-85符合CR80(85mm×54mm×0.8mm)，在生物统计锁20上有两个使用专用材料制做的区域，在近红外(0.75-1.0μm)范围内是半透明的，用于显示指纹图象。在生物统计锁20中，除了生物统计参数和若干类似图象(如双指纹)；还可以包括文字、数字、符号、图象、电子、磁或任何其他适当形式的信息。

利用同一个装置18可以在制做生物统计锁的任一阶段中，同时记录进生物统计参数和不同颜色的条码等辅助信息。由于本领域的技术人员对这些工具很熟悉，没有必要对它们进行详细的描述。利用薄的透明叠压涂覆可以提高信用卡的使用寿命，亦不妨碍在反射光和透射光中从信用卡上生物统计图象的读出。信用卡可以制做成具有更强保护和保密的形式，如同US4999065描述的那样。但是，使用者生物统计参数直接存在信用卡上，较之其他复杂的系统更能保证对信用卡的保护。因为实际上除使用者本人之外的其它人无法使用该信用卡。在生物统计锁20上，可以补充存贮编码信息，例如n位形式的条码。此时，编码信息记录区域的尺寸，选择为接近图象的尺寸。例如，编码信息可以包含关于使用者生物统计参数的数据。在这种情况下，光学图象和编码信息，优先用不同的印刷工具来记录，例如用在不同光谱范围内不透明和/或反射辐射的不同颜料来记录。最好是使用图象和编码信息放置在读出的统一区域中，这一区域的尺寸是由读出传感器光敏表面的尺寸所决定的，但是它们之间在空间上应是分开的，在这种情况下，图象最好放在读出区域的中央，而编码信息放在这一区域的边缘。

形成和贮存检验用电子码数据库子系统30的基本部件是处理器32，它备有相应的外围设备34，并同电子拷贝处理装置14的输出端相联，用于接收该装置形成的光学图象的电子拷贝，通常子系统30本身就是一台PC机，它用于将来自电子拷贝处理系统14的电子拷贝，转换成相应生物统计参数的校验用电子码，在实现子系统10和30可供选择的方案(图中未示出)中，可以将电子拷贝处理装置14放在子系统30中，但必须同18联系在一起。还可以用同一台PC机实现子系统30和电子拷贝处理装置14。

识别子系统40包括图3示出的识别装置42。它包括读出模块50和处理器模块60，以及能同子系统30数据库38交换数据库的模块44。读出模块42包括光源52，信用卡形式生物统计锁20，支架54和带有多个元件的光接收器58(矩阵式或线条式CCD)构成的读出传感器57，光接收器在被选中光谱范围内是敏感的。

在近红外光谱范围内，光接收器58是矩阵式接收器，光敏感表面不小于8×12mm，光敏象素不少于200×300，带有光纤垫圈59。光纤垫圈是读出传感器57的输入表面。Dactochip DC-21所用传感器表面的表面积是10(H)×15(V)mm，光敏元件是512(H)×576(V)，并配有商标为ИAШЮ200370002 Ty的光纤垫圈，光纤直径为6μm。当光接收器58是线条式CCD时，该装置要配备扫描机制，以保证光接收器在平行光接收垫圈59的平面上做往复位移。

光源52是脉冲式，不少于一个光电二极管，例如两个型号为ИPC-1-800/90的光电二极管，在选中光谱范围内(λ＝800nm，∠＝90°)发光。

以前曾经假设为了在透过手指的光中获得均匀的手指印痕图象应采用非均匀照射，即通过手指体积较大的部分应照射较强的光。因为，大家都知道光在任何介质，包括在手指中的散射，是同光通过的路程成比例的。

本发明人通过实验方法确认，当用狭束光进行局部照射时，这种扩散散射确实存在。但是，客观上它在本发明中并不存在，因为这种狭束光不适于照射薄(同手指相比较)的信用卡。同时，本发明的作者还用实验确认，在使用工作在近红外光谱范围的光源时，在对传感器表面进行初始均匀扩散照射时，在信用卡中和在手指内部都发生同样均匀透光。

支架54应紧密地将信用卡压在传感器57和输入表面59上。同时在支架54和传感器57表面之间机械移动信用卡时，不允许损伤信用卡20的表面。为了完成这一要求，支架54最好用金属(例如铝)制作，其内表面(同信用卡接触的表面)55粘有多绒材料层(光闩)。这种结构能保证轻便和精确地将信用卡安放在传感器57的上方，而无需在读出模块50的结构中应用运动的机械部分。

在上述方案中，读出模块50的最大特点是既能保证在传感器57输入表面59读出生物统计锁20的数据，又能直接从使用者任何手指读出数据，见图3b。因此，支架54将两个功能融合在一起：固定信用卡和固定使用者的手指。为此，在支架54的中央备有一个凹口，可以方便的将手指固定在传感器的输入表面，通常手指支架紧密压挤在指纹鉴别传感器(传感器57)上。本方面人提出的如图3所示的固定支架下表面的方法，相对于传感器输入表面有一个信用卡的高度，但又能保证使用者手指和传感器输入表面实现良好接触。显然，在该支架中，透过手指的照明是从手指和光接收器58之间接触的相反一侧来保证的。也可以从上方或侧向来实现。

处理器模块60可使PII-400水平的任一型号的PC机，并配有相应的外部设备(图中未示出)。这台计算机联接到读出模块50的输出端，例如利用相应电缆，联结到计算机的并行接口。处理器模块60应配有被读出图象或被读出生物统计参数电子码的形成装置。以及将图象电子码同被读出生物统计参数电子码或检验用电子码进行比较的装置。它通常是一个可编程的装置(利用指纹识别标准程序)，这个装置既可做为一个专用模块成为计算机的一部分，也可独立存在。

如果在生物统计锁上附加了编码信息，例如n位色条，读出模块50和处理器模块60应该有读出上述信息和编码的可能。由于用一个读出传感器57中读出图象和编码信息，所以将准备读出的图象和编码信息放置在同一区域内，将容易实现这一条件。

下面介绍一下采用本发明识别方法的主要阶段。

第一阶段是100，在本阶段制做生物统计锁和数据库，由子系统10和30来完成，见图1。如同图4所示的那样，完成该阶段是从步骤102选取供系统1使用的1个(或若干个)生物统计参数开始的。第2个步骤104包括从众多使用系统1的人员中找到一个使用者选中的生物统计参数，输入到子系统10图象形成装置12的视场中。

本发明的优选实施方案是使用者一个确定手指印痕。

步骤106是利用系统10相对应的装置12例如读出模块(类似于图3B中的模块50)(见图1)。形成该使用者选中生物统计参数的光学图象，即获得与该生物统计参数单值对应的光学信息，该模块还完成后续步骤108，即获得单值的与该生物统计参数对应的光学信息，该模块还完成后续步骤108，即将光学信息转换为电信息，并得到生物统计参数的电子拷贝，即得相对应的一组电信号，这些电信号同具体的生物统计参数是单值对照的。

随后的步骤110是编码，即将电子拷贝转换为被选中生物统计参数的数字码。如图1所示，完成这一步骤的是电子拷贝处理装置14，它联接到装置12的输出端。

利用装置14还可以完成步骤112，对电子拷贝进行处理，从中分离出用于生物统计参数识别用的必要和足够的信息。先将手指印痕黑白点图象转化成二元化电子相似物(见图5A)并得到加工过的指纹“轮廓”(见图5B)，该“轮廓”具有恒定厚度的线条，它仅反映出进行识别时要考虑图象的所有特征。利用子系统10中的显示器16监视这一过程。为了完成步骤114，将加工过的光学图象存贮到生物统计锁的毛坯上并获得生物统计锁。前面已经提到，存贮是在由选中光谱范围内半透明聚氯乙烯材料制做的图象区域中进行，比例是1∶1，即被存贮的加工过的手指印痕图象(见图5B)在尺寸上同真实手指印痕相等，但识别时要考虑的参数更为精确，即它反映出指纹图象。为了实现存贮，可以在利用指定光谱范围内不透明或反射辐射的颜料或其它印刷工具，例如Fargo公司生产的黑带打印机Pro-L。

经过处理的图象存贮步骤114事先还考虑到在生物统计锁20的毛坯上记录任何有关使用者的其它数据或其它必要的信息，其实例示在图2中。该信息可用借助于外部设备，例如键盘15或其它图1中未示出的外部设备输入到子系统10中。在另一个可供选择的方案中，任何其它信息(并非一定要将这种信息存贮在生物统计锁上)可以在完成步骤114之前或之后存贮在生物统计锁上。

然后，利用鉴别子系统40对制作好的生物统计锁20和选中的手指印痕进行使用者鉴别过程201(该鉴别方案的完成在下面将有详细描述，参见图6)。如果鉴别失败，该生物统计锁报废并重复完成上述步骤，制做出合格的锁。

在确认生物统计锁合格后可以向使用者发放(步骤116)。在这种情况下，在生物统计锁中为了存贮光学图象使用的数字信息还要送入鉴别用电子码数据库的形式和使用子系统30。在这里，在处理器32中完成对数字信息处理，即完成与被选中生物统计参数单值相对应的鉴别用电子码的形成步骤118，该码将送到数据库38中保存(步骤120)。

对所有人员均要完成上述步骤，这包括使用本发明识别系统的众多使用者。

为了便于理解起见，实现本方法的第一阶段采用了最简单的实施方案。显然，如果根据若干个生物统计参数进行识别，则对于每个参数来讲都应重复102-120步骤。对于每个被选中的生物统计参数来讲，为了提高系统工作的可靠性，在完成106步骤时，可以形成若干个光学图象。根据鉴别检验的结果，从中选中一个最好的最具概括性的图象印刷生物统计卡上，此时可以形成一个生物统计参数所有形成光学图象的鉴别用电子码，并进入数据库38中。

所有生物统计参数锁，起码是部分锁制成若干个，也可以达到提高识别系统可靠性的目的。

下面，参考图1、3和6，说明实现第2阶段的最佳方案，即利用生物统计锁进行使用者的识别。为了实现该方案，要求保证识别系统1检验码数据库38和识别装置42的处理器模块电子码相比较，如图1所示。可以将数据库38或其相应部分移到识别装置子系统40中，这时该装置可以独立使用。这种方法有时是很合理的。例如当在不同机构制做和使用生物统计锁，或是使用多个独立的识别装置，并放置在远离检验用电子码形成和贮存子系统30时，此法是相宜的。

由图6可以看出，在该方案中，识别阶段201包含有获得图象电子码的步骤210。为了完成该步骤，使用者应将自己的生物统计锁插入属于识别装置42的读出模块50的支架54内，即完成生物统计锁20上生物统计参数的图象和读出传感器57光学表面重合的步骤212。读出模块相继完成读出图象214步骤和图象电子码形成步骤216。完成步骤216时，使用步骤118形成检验用电子码相同电子码格式，或是使用任何一种能允许图象电子码同检验用电子码进行比较的其它格式。在步骤218中完成图象电子码的存贮之后，就完成了获取图象电子码的步骤210。

然后完成步骤230，实质上是在检验用电子码数据中寻找同读入图象电子码相符合的电子码(精度达到设定的符合阈值)。这种寻找的可靠性是很高的，因为在生物统计锁上存贮的图象，已经排除了多余的干扰信息(前面已介绍过)，同时生物统计锁制作工艺又保证了图象随时间稳定性，而实际的手指印痕可能出现受损伤或沾污的情况。此外，支架54能保证高度精确获取生物统计锁上的图象。而使用手指则达不到这样的精度，因为部分使用者手指在读出传感器上的有低的重复性，平均说来，10-20％的使用者进行指纹识别时，会遇到复杂情况。在这种情况下，使用生物统计锁的误差水平低的多。

如果寻找结果是理想的，则至少有一个检验用电子码同装置42读出的图象电子码相符合，并发放出相应的关于识别状态成立的信号(步骤260)。这个信号可以是视觉、声音或/和任何一种信号。在相反的情况下，将发放出识别结果不成立的信号。还可以并行输出信号到某一执行机构上或自动开启带有监控通行的房间门。

显然，当利用具有多个参数图象的生物统计锁时，对于所有图象都应重复本阶段的所有步骤。此时，在生物统计锁上相对于中心对称地放置生物统计参数的图象，采用生物统计锁20围绕通过与锁平面相垂直中心轴的旋转，可以减化上述图象同读出传感器54输入光学表面逐次重复工作。

尽管上述识别方案有很高的可靠性保证确认图象的真实性，目的是对使用者提交他本人的生物统计锁进行识别，但实质上该方案识别的不是使用者本人，而仅是他提交的生物锁，即不能预防提交锁的人并不是锁拥有者本人的危险。

本方法提出的另一个可供选择方案，可以完全排除这种危险。为了实现识别的目的，该方案是共同使用选中的生物统计参数和生物统计锁。首先将分析不使用数据库的使用方法。

在该方案中，识别的201阶段预先考虑了在任何次序中完成获取读出图象电子码的步骤210和生物统计参数电子码的获取步骤220(见图7)。

步骤220包括222-228步骤，类似于212-218中描述的步骤。但此时输入到读出模块50的带有被选中生物统计参数的使用者手指。为了保证完成识别方法本方案与其它可供选择的方案具有兼容性，在实现步骤216、226对使用的电子码格式应同形成检验用电子码(步骤218)的格式相同；或者是某一种其它能允许将读出图象电子码和读出的生物统计参数电子码同检验用电子码进行比较的格式。

完成步骤210和220后，识别装置42的处理器模块60将完成读出生物统计参数电子码和读出图象电子码的比较步骤240。根据这种比较结果，识别装置42将给出相应的(视觉、声音和/或任意一种其它方式)关于识别成立或被拒绝的信号。

图8示出了完成识别阶段的202的另一个方案。此方案使用了生物统计参数及其图象，还要使用数据库。该方案类似图6和7所示的201方案，包括获取电子码的步骤210和220，还要结合在步骤240中描述的这些电子码的比较，并补充在检验用电子码数据库中寻找同读出生物统计参数和/或读出图象电子码相重合电子码的步骤250。使用本方案时，正确识别概率得以提高不仅是因为对若干个生物统计参数或这些参数的图象进行识别，还因为利用了与每个或数个选取的生物统计参数相对应的若干个检验用电子码。这可以使识别概率接近100％，并相应地将识别误差概率减小为零。

应该指出的是，本发明描述的利用生物统计参数光学图象的识别方案，也可以同其它适合的识别方法相结合在一起来使用。例如嗓音、秘密识别号码、口令等。其中，最有效的识别方法是使用经本发明用实验方法确认过的高效识别方法。该方法在一组本发明公司(申请人的使用者)合作者中进行过检验，检验形式是利用信用卡形式的生物统计锁，在信用卡上载有经处理过的双指光学图象，这些图象对称于信用卡中心点排放在信用卡上。这些锁同“真实”手指印痕以及从识别装置42键盘上键入一组使用个人使用的码结合在一起来使用。

本领域的技术人员会很清楚地了解到在不超出本发明范围的情况下可以有多种改型。例如，替代手指印痕可能利用其它允许形成和记录其光学图象的生物统计参数。生物统计锁(图象区域除外)本身可以用任何一种耐用和安全的材料制成。同时可以将锁制成能保证图象同读出传感器输入表面实现紧密接触的任何一种形状。虽然这里所描述的能够从手指或生物统计锁直接读出信息传感器的结构是一种优先选用的结构；但是预定为不同形状生物统计锁使用的传感器，也适用于实施本发明的某些方案。

在生物统计锁制备子系统中，电子拷贝处理装置的功能，检验用电子码数据库的形成和贮存子系统，以及识别装置的处理器模块，均可在一个统一的中央计算机中完成，用导线或无线通讯方式同选中生物统计参数的图象形成装置、图象存贮装置以及所有识别子系统联系在一起，在识别装置中，可以事先考虑使用1个或2个读出传感器和1个或2个支架。其中1个用于安放生物统计锁，而另一个用于使用者手指的输入。

所描述的读出装置同样可以做为图象形成装置来使用。此外，读出装置可以配置有可以保证有把握地区分来自真实生物统计参数获得的电子码，以及在生物统计锁上光学图象获得的电子码，例如根据脉博(见US3639905和WO95/27509的描述)或根据其它生理特征(见US5719950的描述)进行区分。这些方法的存在，可以明显地减少伪造的概率，即促进识别可靠性进一步的提高。

Claims (35)

1.一种包含生物统计锁制作阶段、数据库形式阶段和识别阶段的使用者的识别方法，其中该生物统计锁制作阶段和数据库形成阶段包括以下步骤：

(a)选取单个使用者的生物统计参数，例如他的手指印痕；

(b)从众多使用者中，形成使用者被选生物统计参数的光学图象；

(c)将形成的图象以等于或接近1的比例，存贮在该使用者生物统计锁毛坯的图象区域中，该毛坯是用在选中光谱范围内是半透明的材料构成，并使用在指定光谱范围内不透明或反射辐射印刷工具，例如颜料，进行印制；

(d)在选取的用于长期保存格式中，至少形成和存贮一个选取生物统计参数的检验用电子码，该检验用电子码是数字信号组合，并单值地同选取生物统计参数相对应；

(e)为了制备每个使用者的生物统计锁并形成选取生物统计参数的检验用电子码，应对于众多使用者中的其它使用者，重复步骤(b)、(c)、(d)；

该识别阶段包括以下步骤：

(f)将众多使用者中选取任何待识别使用者生物统计锁的图象，同读出传感器输入光学表面相重合；这个传感器是基于多个元件光接收器制成，它在选中的光谱范围内是敏感的；

(g)利用读出传感器读出指定的图象并在能保证可以进行图象电子码同检验用电子码相比较的格式中形成图象的电子码；

(h)寻找同检验用电子码相重合的读出图象的电子码；以及

(i)依据寻找的结果，输出使用者的识别结果。

2.如权利要求1所述的方法，还包括有步骤：

(j)将选中的生物统计参数同读出传感器输入光学表面相重合，该传感器是由在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器构成；

(k)读出被识别使用者指定的生物统计参数，并在能确保这个电子码同指定的读出图象电子码可能进行比较的格式中，形成读出参数的电子码；

(l)寻找同检验用电子码相重合的读出生物统计参数的电子码；

同时，步骤(i)补充了步骤(l)考虑到的结果。

3.一种包含生物统计锁制作阶段、进行识别阶段的使用者识别方法，其中生物统计锁制作阶段包括以下步骤：

(a)选取单个使用者的生物统计参数，例如他的手指印痕；

(b)从众多使用者中，形成使用者被选生物统计参数的光学图象；

(c)将形成的图象以等于或接近1的比例，记录在该使用者生物统计锁毛坯的图象区域中。该毛坯是用在选中光谱范围内是半透明的材料构成，并使用在指定光谱范围内不透明或反射辐射印刷工具，例如颜料，进行印制；

(e)为了制备每个使用者的生物统计锁并形成选取生物统计参数的检验用电子码，应对于众多使用者中的其它使用者，重复步骤(b)、(c)、(d)；

进行识别阶段包含有步骤：

(f)将众多使用者中选取任何待识别使用者生物统计锁的图象，同读出传感器输入光学表面相重合；这个传感器是基于多个元件光接收器制成，它在选中的光谱范围内是敏感的；

(g)利用带有形成图象电子码的读出传感器，读出上述图象；

(j)将选中的生物统计参数同读出传感器输入光学表面相重合，该传感器是由在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器构成；

(k)读出被识别使用者指定的生物统计参数，并在能确保这个电子码同指定的读出图象电子码可能进行比较的格式中，形成读出参数的电子码；

(m)将读出生物统计参数为电子码同读出图电子码相比较；以及

(n)依据读出生物统计参数和读出图象电子码的比较结果，输出使用者的识别结果。

4.如权利要求3所述的方法，其中：

对于众多使用者，起码是部分分述众多使用者中的每一个人都选择了两个生物统计参数；

对于存贮使用者生物统计锁上的所有图象，都应重复步骤(b)、(e)、(f)、(g)；

对于同一个使用者所有选中的生物统计参数，都应重复步骤(j)和(k)；

对于所有读出的生物统计参数和所有读出的图象，都应重复步骤(m)；

在每个读出生物统计参数电子码同每个读出图象电子码比较结果的基础上，完成步骤(n)。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中该生物统计锁制作阶段还包括：

(o)供长期保存的全部使用者所有被选中生物统计参数检验用电子码，以数字信号组合形式的形成和存贮步骤。这些检验用电子码，单值地同生物统计参数相对应，该步骤在能确保选中生物统计参数电子码同检验用电子码可能进行比较的格式中，形成被选中生物统计检验用电子码数据库；

同时，步骤(m)是将读出到的生物统计参数电子码和读出到的图象同检验用电子码进行比较，一旦发现检验用电子码读出到的生物统计参数电子码或读出到的图象相重合，则给出识别是正确的结果。

6.如权利要求4或5所述的方法，其中，至少有部分指定的检验用电子码和图象是利用从起码是一个指定的读出传感器中形成的，该传感器用多种光接收器构成，它在选中的光谱范围内是敏感的，从众多使用者中的全部使用者中，选取生物统计参数和生物统计锁的检验用电子码和图象。

7.一种使用者识别方法，包括步骤：

(f)将选中的使用者个人的生物统计参数的图象，例如他的手指印痕，同读出传感器输入光学表面相重合，该传感器是由在选中的光谱范围内敏感的多元件光接触器构成，同时上述图象也形成在该使用者生物统计锁的指定区域内。该区域是用在选中的光谱范围内半透明材料制成，并用印刷工具，例如用在上述光谱范围内半透明的颜料或反射辐射的颜色印制出图象；

(g)利用带有形成图象电子码的读出传感器，读出上述图象；

(j)将选中的生物统计参数同读出传感器的输入光学表面相重合，该传感器是由在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器构成；

(k)读出被识别使用者指定的生物统计参数，并在能确保这个电子码同指定的读出图象电子码可能进行比较的格式中，形成读出参数的电子码；

(m)将读出生物统计参数的电子码同读出图象的电子码进行比较，并且

(n)在读出生物统计参数的电子码同读出图象的电子码比较结果的基础上，输出识别的结果。

8.如权利要求7所述的方法，其中：

起码在部分指定的众多生物统计锁中的每个生物统计锁，包含有至少两个同一使用者选中生物统计参数的图象，这些图象中心对称式摆放在生物统计锁上；

对于所有包含在指定生物锁上的图象，完成步骤(f)和(g)；

对于同一个使用者的所有指定生物统计参数，完成步骤(j)和(k)；

对于所有读出生物统计参数和所有读出图象的电子码，完成步骤(m)；

在对所有读出生物统计参数和所有读出图象电子码进行比较的基础上，完成步骤(n)。

9.如上所述任一权利要求所述的方法，其中所述指定的图象是二元黑白图象。

10.如上所述任一权利要求所述的方法，其中作为指定的生物统计参数，选择了手指印痕。

11.如权利要求10所述的方法，其中图象形成步骤(b)，补充了保证在执行读出图象电子码同检验用电子码进行比较时，提高结果可靠性的步骤(g)。

12.如权利要求11所述的方法，其中图象处理包含了具有恒定线宽手指印痕轮廓的形成，至少能将读出传感器的分辨率提高两倍。

13.如上所述任一权利要求所述的方法，其中选择信用卡做为指定的生物统计锁。

14.如上所述任一权利要求所述的方法，其中在读出指定图象时，从形成指定图象的背面照射图象区。

15.如上所述任一权利要求所述的方法，其中生物统计锁补充存贮了编码信息，例如n位条码，同时选取的存贮编码信息区域的尺寸大小同图象的尺寸大小相接近。

16.如权利要求2至6所述的任一权利要求的方法，其中步骤(b)、(f)、(g)、(j)和(k)是利用同一个读出传感器完成的。

17.一种使用者识别装置，包括：

至少含有一个读出传感器的读出模块，并配有在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器，读出模块可以从大量使用者的生物统计锁上读出图象，每个生物锁用来识别众多使用者中的一个使用者，锁上含有一个用在选中光谱范围内是透明的图象区域，在这个区域中采用选中的比例尺寸形成了指定使用者生物统计参数的图象；

能保证在选中光谱范围内均匀照射读出传感器的照明器；

用于放置和固定众多指纹锁中任何一个生物锁的支架，在支架上可以将读出传感器输入敏感表面和锁上的图象接触在一起；

联接到读出模块输出端的处理器模块，该模块配备有读出图象电子码形成工具和读出图象电子码同其它电子码相比较的工具，当读出图象的电子码同某一个电子码相重合时，将发出第一个信号，如果这种重合不出现，将发出第二个信号。

18.如权利要求17所述的识别装置，其中指定的图象是二元黑白图象。

19.如权利要求17或18所述的识别装置，其中图象比例尺系数等于或接近1。

20.如权利要求17至19所述的识别装置，其中指定的读出传感器输入光学表面是用光纤制作的。

21.如权利要求17至20所述的识别装置，其中手指印痕是指定的生物统计参数。

22.如权利要求21所述的识别装置，其中指定的图象是含有恒定线宽手指印痕轮廓，这至少可以将读出传感器的分辨率提高两倍。

23.如权利要求17至22所述的识别装置，其中选择信用卡为生物统计锁。

24.如权利要求17至23所述的识别装置，其中照明器可以从安置生物统计锁的背面进行照射，在锁的背面有指定的图象。

25.如权利要求17至24所述的识别装置，其中在指定的生物统计锁上补充存贮了编码信息，例如n位条码，同时，读出模块和处理器模块可以相应地读出指定的编码和译码信息。

26.如权利要求25所述的识别装置，其中编码信息包含有使用者生物统计参数的数据。

27.如权利要求25或26所述的识别装置，其中图象和编码信息放置在生物统计锁的统一读出区域内，读出区域的尺寸大小由读出传感器光敏表面尺寸大小所决定，并且图象和编码信息在空间应分开。

28.如权利要求25至27所述的识别装置，其中图象放置在读出区域的中央，而编码信息放置在读出区域的边缘。

29.如权利要求17至28所述的识别装置，其中在众多指定的生物统计锁中，起码有部分锁含有至少两个同一使用者选中的生物统计参数的图象，这两个图象对称于锁的中心摆放在指定的生物统计锁上，同时，该装置有可能通过围绕经锁中央与锁平面相垂直的轴旋转生物统计锁，使所有指定的图象相继同读出传感器的输入光学表面相重合。

30.如权利要求29所述的识别装置，其中借助于不同的印刷工具，例如在不同光谱范围内不透明和/或反射辐射的不同颜料存贮指定的图象和/或编码信息。

31.如权利要求17至30所述的识别装置，其中支架有附加可能保证实现生物统计参数同读出传感器指定输入表面的接触，而读出传感器有附加可能保证实现使用者指定生物统计参数的读出。

32.如权利要求31所述的识别装置，其中处理器模块有可能完成数字信号组形式选中生物统计参数检验用电子码的保存或接收，数字信号组中的每个信号单值地同众多使用者中的一个指定生物统计参数相对应，而该模块的比较工具可以完成读出图象电子码和读出生物统计参数电子码同指定检验用电子码的比较。

33.一种使用者的识别系统，包括：

至少应有在众多使用者中将某个使用者的一个生物统计参数光学图象，例如手指印痕存贮在生物统计锁毛坯上的工具，锁的图象区域是用在选中光谱范围内半透明材料制成的，并利用在上述光谱范围内不透明或反射辐射的颜料等印制工具印制；

从众多使用者中每个使用者每个上述生物统计参数检验用电子码数据库的形成和贮存子系统；以及

至少一个使用者识别装置，包括：

至少含有一个读出传感器的读出模块，并配有在选中光谱范围内敏感的多元件光接收器，同时，读出模块可以从大量使用者的生物统计锁上读出图象；每个生物锁用来识别众多使用者中的一个使用者，锁上含有一个用在选中光谱范围内是透明的图象区域，在这个区域中采用选中的比例尺寸形成了指定使用人生物统计参数的图象；

能保证在选中光谱范围内均匀照射读出传感器的照明器；

用于放置和固定众多指纹锁中任何一个生物锁的支架，在支架上可以将读出传感器输入敏感表面和锁上的图象接触在一起；和

联接到读出模块输出端的处理器模块，该模块配备有读出图象电子码形成工具和读出图象电子码同其它电子码相比较的工具，当读出图象的电子码同某一个电子码相重合时，将发出第一个信号，如果这种重合不出现，将发出第二个信号。

34.一种识别系统，包括：

存贮工具，它将众多使用者中个人使用者至少一个生物统计参数的图象，例如手指印痕以等于或接近1的比例存贮在生物统计锁毛坯的图象区域中，该区域是用在选中光谱范围内半透明的材料制成，并使用在指定光谱范围内不透明或反射辐射的印刷工具，例如颜料，进行印刷；以及

至少有一个在权利要求19至31中所述的任何一种识别装置。

35.如权利要求34所述的识别装置，其中附加包含众多使用者中每个使用者每个指定生物统计参数检验用电子码数据库的形成和存贮子系统，同时该识别装置同权利要求32中所述的识别装置相对应。

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