CN1722152A

CN1722152A - 指纹读取方法、指纹读取系统和程序

Info

Publication number: CN1722152A
Application number: CNA2005100814918A
Authority: CN
Inventors: 高桥畅生
Original assignee: NEC Infrontia Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-29
Also published as: US7760922B2; JP4411152B2; CN100363939C; US20060002596A1; JP2006018754A; HK1085829A1

Abstract

在产生指纹的特征信息时，不再需要能够存储由扫描型指纹传感器所读取的所有局部指纹图像的大量缓冲存储空间。指纹读取系统包括扫描型指纹传感器、用于存储由传感器所读取的局部指纹图像的存储器、以及与传感器相连的处理器。所述处理器包括图像获取单元，用于连续获取由扫描型指纹传感器读取的局部指纹图像并将其保留在存储器中；位置计算单元，用于计算局部指纹图像的位置信息；图像分割单元，用于根据位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；以及特征提取单元，用于提取单位图像的特征信息。

Description

指纹读取方法、指纹读取系统和程序

技术领域

本发明涉及一种获取手指的指纹图像并根据该图像产生指纹的特征信息的指纹读取方法。具体地，本发明涉及一种指纹读取方法，利用所谓的扫描型指纹传感器来连续从进行滑动操作的手指获取表示指纹的一系列局部指纹图像。

背景技术

到目前为止，使用指纹的个人认证广泛普及，不仅用于在警察和司法领域识别嫌疑人，而且在一般社区用作确定是否能够允许一个人进入房间或一个人是否能够使用设备的手段。最近，还试图将利用指纹来进行这样的个人认证的机构安装在便携式信息设备上。在该情况下，要求使认证机构的尺寸最大程度地小。

作为满足上述要求的手段，从在具有等于手指宽度的横向宽度的传感表面上滑动的手指连续读取指纹图像的扫描型指纹传感器是公知的。从该扫描型指纹传感器中获得的图像只不过是与指纹的部分相对应的局部图像。为了获得指示在总体图像中定位所获取的局部图像的信息，因此，采用了一种联合由传感器读取的局部图像并重构总体指纹图像的方法。

在日本专利申请待审公开No.10-091769和2003-331269中已经公开了与该方法有关的技术。根据这些技术，通过连续地使读取的局部指纹图像彼此重叠来重构总体指纹图像，并且所述总体指纹图像用来登记和比对个人信息。

根据在日本专利申请待审公开No.10-091769和2003-331269中所公开的技术，能够通过使所获取的局部指纹图像彼此重叠，来防止在总体指纹图像中出现缺失位置。然而，根据这些技术，将由传感器所读取的所有局部指纹图像存储在缓冲存储器中，然后重构总体指纹图像。因此，需要大量存储空间来进行缓冲。此外，存在以下不便之处：在收集了所有局部指纹图像并完成了总体指纹图像之前，不能够进行下一步的处理，即恢复产生指纹的特性信息。

发明内容

为了解决上述问题已经实现了本发明。本发明的目的是提出一种能够有效地从由扫描型指纹传感器读取的指纹图像中产生指纹的特性信息的指纹读取方法。

根据本发明的指纹读取方法是以下方法：其中包括从滑动手指读取表示指纹的一系列局部指纹图像的扫描型指纹传感器的系统执行以下步骤：图像获取处理，获取由扫描型指纹传感器所读取的局部指纹图像；位置计算处理，当在图像获取处理中已经获得了局部指纹图像时，找到所述局部指纹图像的位置信息；图像分割处理，当在位置计算处理中已经找到所述位置信息时，根据位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；以及特征提取处理，当已经在图像分割处理中切出了单位图像时，提取单位图像的特征信息。

根据本发明的指纹读取系统包括：从滑动手指读取表示指纹的一系列局部指纹图像的扫描型指纹传感器、用于存储由传感器所读取的局部指纹图像的存储器、以及与扫描型指纹传感器相连的处理器。所述处理器包括：图像获取单元，连续获取由扫描型指纹传感器所读取的局部指纹图像；位置计算单元，用于找到由图像获取单元所获取的局部指纹图像的位置信息；图像分割单元，用于根据由位置计算单元所找到的位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；以及特征提取单元，用于提取由图像分割单元所切出的单位图像的特征信息。

根据本发明的程序使与扫描型指纹传感器相连的计算机执行以下处理，其中所述扫描型指纹传感器用于从滑动手指读取表示指纹的一系列局部指纹图像：图像获取处理，获取由扫描型指纹传感器所读取的局部指纹图像；位置计算处理，当在图像获取处理中已经获得了局部指纹图像时，找到所述局部指纹图像的位置信息；图像分割处理，当在位置计算处理中已经找到所述位置信息时，根据位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；以及特征提取处理，当已经在图像分割处理中切出了单位图像时，提取单位图像的特征信息。

根据本发明，当产生指纹的特征信息时，不需要获得由扫描型指纹传感器所读取的所有局部指纹图像。因此，范围从指纹读取到指纹比对处理的过程的处理效率得到提升。结果，可以缩短处理时间。

附图说明

图1是根据本发明的实施例中的指纹读取系统的方框图；

图2是示出了在该实施例中的扫描型指纹传感器的图；

图3是示出了在该实施例中的操作过程的流程图；

图4是示出了在该实施例中变为处理对象的指纹的图；

图5是示出了在该实施例中的局部指纹图像的图；

图6是示出了在该实施例中的连续局部指纹图像的图；

图7是示出了在该实施例中的单位区域的图；

图8是示出了在该实施例中的单位区域的分配过程的图；

图9是示出了在该实施例中的单位区域的分配过程的图；

图10是示出了在该实施例中的针对指纹的单位图像的图；以及

图11是在本发明的另一实施例中的指纹读取系统的方框图。

具体实施方式

下面将参考附图来详细描述本发明的实施例。图1是示出了根据本发明的指纹读取系统的实施例的配置的方框图。在该实施例中的指纹读取系统101实现了产生指纹的特征信息以便在个人数字助理中进行个人认证的功能。对于主要硬件配置，该指纹读取系统101包括：处理器10，用于执行稍后所述的多个处理；扫描型指纹传感器20，与处理器10相连；以及存储设备30，包括用于存储由传感器20读取的指纹的图像数据的RAM和用于存储执行稍后所述的处理的程序的ROM，如图1所示。

处理器10可以是顺序执行这些处理的处理器、以及并行地同时执行这些处理的处理器。如果处理器10并行地同时执行这些处理，则由操作系统来控制其执行。

例如，如图2所示，扫描型指纹传感器20包括具有等于手指21的宽度的横向宽度的矩形传感表面20a。在手指21以纵向宽度方向在传感表面上进行滑动操作(即，以图中所示的箭头的方向)的同时，扫描型指纹传感器20在处理器10的控制下，连续读取一系列的局部指纹图像。扫描型指纹传感器20、处理器10和其间的连接装置应该具有以充分短于手指21的行进速度的时间间隔来读取指纹的性能。

存储设备30包括新图像保留区30a和比较图像保留区30b，可以从稍后描述的处理器10中的组件中对其进行存取。

如图1所示，处理器10包括图像获取单元11，其利用扫描型指纹传感器20连续获取局部指纹图像；位置计算单元12，获得由图像获取单元11所获得的局部指纹图像的位置信息；图像分割单元13，根据由位置计算单元12所获得的位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；特征提取单元14，用于提取由图像分割单元13所切出的单位图像的特征信息。这些单元11到14实现了执行图像获取处理、位置计算处理、图像分割处理和特征提取处理的功能。

现在将参考图3来描述指纹读取系统101的操作过程。当试图输入指纹的操作者使扫描型指纹传感器20如图2所示读取指纹时，指纹读取系统101进行如下所述的操作。

首先，操作者的手指触摸扫描型指纹传感器20，并读取局部指纹图像(步骤A1)。此时，图像获取单元11将该局部指纹图像放置在新图像保留区30a中(步骤A2)，并向位置计算单元12通知该结果(步骤A3)。如果对象手指21的指纹具有诸如图4所示的形状，则局部指纹图像提取如图5中的局部指纹图像51所示的条的形状。每一次当获取了新局部指纹图像时(步骤A4)，图像获取单元11执行步骤A1到A3的过程。

位置计算单元12等待将由扫描型指纹传感器20读取的局部指纹图像放置在新图像保留区30a中(步骤B1)。在接收到在步骤A3由图像获取单元11发出的通知时，位置计算单元12确定该局部指纹图像是第一图像(即，首先从扫描型指纹传感器20中输入的局部指纹图像)还是第二或后来的局部指纹图像(步骤B2)。结果，如果该局部指纹图像是第一图像，位置计算单元12提供其原始位置，将该局部指纹图像识别为参考图像(步骤B3)，并将该图像的副本保留在比较图像保留区30b中(步骤B4)。

如果该局部指纹图像相对于图6中的局部指纹图像61并非诸如由局部指纹图像62所表示的第一图像，则位置计算单元12比较局部指纹图像62与局部指纹图像61的位置关系，其中所述局部指纹图像61是已经保留在比较图像保留区30b中的在先图像，以及计算局部指纹图像62相对于局部指纹图像61的相对位置(步骤B5)。在完成该计算之后，位置计算单元12在比较图像保留区30b中将局部指纹图像62的副本覆写在局部指纹图像61上(步骤B4)。

此外，位置计算单元12向图像分割单元13通知以下结果：局部指纹图像已经新保留在比较图像保留区30b中。位置计算单元12还向图像分割单元13通知所述原始位置或相对位置，充当图像的位置信息(步骤B6)。

图像分割单元13等待位置信息的通知(步骤C1)。在从位置计算单元12中接收到基于在步骤B5获得的结果的通知时，图像分割单元13计算稍后所述的单位图像在局部指纹图像中的位置(步骤C2)。该单位图像是与局部指纹图像中具有预定面积的图像区域相对应的图像部分。特别地，单位图像是在图7所示的局部指纹图像61中的诸如单位区域71等区域的图像部分。该单位区域(71)是由几乎等于局部指纹图像(61)的宽度的单位宽度73a、以及短于连续的局部指纹图像的最小重叠长度的单位长度73b定义的图像区域。

现在将进一步描述单位长度73b。由X来表示两个局部指纹图像的重叠空间的最小长度值，例如所示的重叠长度63，用V来表示手指相对于扫描型指纹传感器20的最大扫描速率，用D来表示与传感表面的长度相对应的局部指纹图像的长度64，并且用T来表示传感器的读取时间，则使用以下关系“X＝D-VT”可以找到重叠长度63的最小值。并且将小于最小值X的值预先设置为在图7中由单位长度73b表示的单位长度。

针对图7中所示的局部指纹图像61，图像分割单元13根据局部指纹图像61的位置信息来计算与单位区域71相对应的单位图像的位置，然后确定是否可以分配在单位区域71之后的新单位区域72，即新单位区域72是否落在局部指纹图像61之内(步骤C3)。结果，如果在所示的示例中能够分配新单位区域(72)，则图像分割单元13返回到步骤C2并计算单位图像的位置。如果新分配是不可能的，则图像分割单元13从新图像保留区30a中的局部指纹图像61中切出单位区域的单位图像(步骤C4)。

现在将描述在步骤C3处的确定标准。例如，假定图7所示的局部指纹图像61是从扫描型指纹传感器中发出的第一局部指纹图像，则图像分割单元13以从局部指纹图像61的底部开始的次序，首先分配单位区域71和单位区域72，然后试图分配单位区域。在图7所示的示例中，图像分割单元13断定在单位区域72之后的新单位区域并未落在局部指纹图像61中，并且进一步的分配是不可能的。

如果在之后，从如图8所示的扫描型指纹传感器20中新输入了局部指纹图像62，则图像分割单元13将单位区域72之后的单位区域81分配给局部指纹图像62。除了单位区域81之外，此时，单位区域72还包括在局部指纹图像62中。然而，由于已经将单位区域72分配给了局部指纹图像61，在之后的局部指纹图像62中并未采用单位区域72。因此，从所分配的单位区域(71、72和81)中所获得的单位图像变为分别表示唯一指纹部分的连续图像。

如果指纹的行进速度相对于扫描型指纹传感器20变得较慢，则与作为在先图像的局部指纹图像61的差变得微小，如由图9中的局部指纹图像91所表示的。在这种情况下，在确定局部指纹图像91不将充分容纳新单位区域81时，并未将单位区域分配给局部指纹图像91。

在确定局部指纹图像是否容纳了单位区域时，预先设置了与在何种程度上局部指纹图像(91)容纳了单位区域(81)有关的阈值。如果该值低于阈值，即单位区域(81)脱离指纹图像(91)的程度为容许的范围，则确定将单位区域(81)分配给局部指纹图像(91)。对于处于容许范围内且局部脱离容许范围的位置，进行诸如以空白数据来覆盖该位置的处理，并且单位图像之间的位置关系完全匹配以保持单位图像之间的连续性。

图像分割单元13从局部指纹图像中切出尽可能多的单位图像，将其提供给特征提取单元14，并记录被切出的单位图像的最终行的位置(步骤C5)。例如，该最终行对应于图8所示的单位区域81中的单位图像。通过这样记录最终行的位置，可以快速地识别下一切出的起始位置。

特征提取单元14等待图像分割单元13切出单位图像(步骤D1)。在接收到切出的单位图像时，特征提取单元14利用诸如快速傅立叶变换处理等使用频率分析的图像处理，计算单位图像的元素图像，例如指纹突变线和图像定义的方向分量(步骤D2)。根据所计算出的元素信息和单位图像的位置，该特征提取单元14产生特征信息，例如突变线的分支点和端点的位置(步骤D3)。在随后的指纹比对处理中使用由特征提取单元14所产生的特征信息。

通过重复上述过程，获得了图4所示的手指指纹的连续单位图像，如图10所示，并未将一个放置在另一个之上。特征提取单元14直到获得了所有单位图像时才开始等待，但是每一次当其接收到每一个单位图像时，执行步骤D2和D3。

根据到目前为止所述实施例中的指纹读取系统101，每一次当扫描型指纹传感器20读取其时，从局部指纹图像中切出唯一单位图像，并且根据切出的图像，逐一地产生指纹的特征信息。因此，在产生特征信息时，直到保留了所有局部指纹图像时，才需要等待。因此，可以缩短从指纹读取到指纹比对处理的过程的处理时间。此外，要同时保留的局部指纹图像只不过是保留在新图像保留区30a和比较图像保留区30b中的两个指纹图像。因此，在缓冲时，不需要大量的存储空间。

(另一实施例)

图11是示出了指纹读取系统的另一实施例的配置的方框图。图11所示的指纹读取系统102与图1所示的系统的不同在于：包括与充当主处理器的处理器10共享存储设备30的DSP(数字信号处理器)40且DSP40执行指纹特征提取程序40A。DSP 40是一种传统公知的处理器，设置用于以比充当主处理器的CPU更高的速度来执行特定算数运算处理。在本实施例中，DSP 40实现了根据本发明的指纹读取系统的特征提取单元的功能。

现在将主要针对与图1所示的指纹读取系统的差别来描述指纹读取系统102的操作过程。每一次当图像分割单元13接收到从局部指纹图像中切出的单位图像时，该特征提取单元14将其提供给DSP 40。DSP 40开始指纹特征提取程序40A，并通过对从图像分割单元13中接收到的单位图像执行与参考图3所述的步骤D2和D3类似的过程，来产生指纹的特征信息。

因此，根据图11所示的指纹读取系统102，能够通过提供DSP 40，与充当主处理器的处理器10中的处理同时地、且以比处理器10中的处理更快的处理速度来产生指纹的特征信息。结果，能够缩短处理时间。

在图11所示的配置中，特征提取单元将要由指纹特征提取程序40A处理的单位图像提供给DSP 40。可选地，可以采用其中当图像分割单元13已经切出了单位图像时将其直接传递到DSP 40的配置，即，使得处理器10的特征提取单元14变得不必要的配置。

在上述实施例中，每一个单位区域采用了诸如由图7中的单位区域71所表示的形状。作为使其几乎等于局部指纹图像(61)的宽度的单位宽度(73a)的替代，可以使用通过将局部指纹图像的宽度分割为多个相等部分所获得的尺寸作为单位宽度。在该情况下，一个单位区域对应于通过诸如对图7所示的单位区域71进行纵向分割所获得的相等部分之一。

通过将用于使计算机执行上述实施例的操作过程的程序安装在具有扫描型指纹传感器的各种个人数字助理上，例如个人计算机、其外围设备、便携式电话、调度终端设备等，可以按照与上述实施例的过程相同的方式来进行对设备用户的个人认证。

Claims

1、一种指纹读取方法，其中包括从滑动手指读取表示指纹的一系列局部指纹图像的扫描型指纹传感器的系统执行以下步骤：

图像获取处理，获取由扫描型指纹传感器所读取的局部指纹图像；

位置计算处理，当在图像获取处理中已经获得了局部指纹图像时，找到所述局部指纹图像的位置信息；

图像分割处理，当在位置计算处理中已经找到所述位置信息时，根据位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；以及

特征提取处理，当已经在图像分割处理中切出了单位图像时，提取单位图像的特征信息。

2、根据权利要求1所述的指纹读取方法，其特征在于在位置计算处理中，确定所述局部指纹图像是否为从手指读取的第一局部指纹图像，并且当该确定为否定时，计算所述局部指纹图像相对于在先图像的相对位置，作为所述局部指纹图像的位置信息。

3、根据权利要求2所述的指纹读取方法，其特征在于在位置计算处理中，当所述局部指纹图像是第一局部指纹图像时，将原始位置设置为局部指纹图像的位置信息。

4、根据权利要求1所述的指纹读取方法，其特征在于在图像分割处理中，记录所切出的单位图像的位置信息，并切出在所切出的单位图像之后的新单位图像。

5、一种指纹读取系统，包括从滑动手指读取表示指纹的一系列局部指纹图像的扫描型指纹传感器、用于存储由传感器所读取的局部指纹图像的存储器、以及与扫描型指纹传感器相连的处理器，其中

所述处理器包括：

图像获取单元，连续获取由扫描型指纹传感器所读取的局部指纹图像；

位置计算单元，用于找到由图像获取单元所获取的局部指纹图像的位置信息；

图像分割单元，用于根据由位置计算单元所找到的位置信息，从局部指纹图像中切出与具有预定面积的图像区域相对应的唯一单位图像；以及

特征提取单元，用于提取由图像分割单元所切出的单位图像的特征信息。

6、根据权利要求5所述的指纹读取系统，其特征在于针对除了由扫描型指纹传感器所读取的第一局部指纹图像之外的随后的局部指纹图像，所述位置计算单元计算所述局部指纹图像相对于在先图像的相对位置，作为所述局部指纹图像的位置信息。

7、根据权利要求6所述的指纹读取系统，其特征在于所述位置计算单元将原始位置设置为由扫描型指纹传感器所读取的第一局部指纹图像的位置信息。

8、根据权利要求5所述的指纹读取系统，其特征在于所述图像分割单元记录所切出的单位图像的位置信息，并根据所记录的位置信息，切出在所切出的单位图像之后的新单位图像。

9、根据权利要求5所述的指纹读取系统，其特征在于所述处理器包括：第一处理器部分，包括图像获取单元；以及第二处理器部分，能够比第一处理器部分更快地进行算数运算处理且包括特征提取单元。

10、一种程序，使与扫描型指纹传感器相连的计算机执行以下处理，其中所述扫描型指纹传感器用于从滑动手指读取表示指纹的一系列局部指纹图像：

11、根据权利要求10所述的程序，其特征在于，在位置计算处理中，所述程序使计算机确定所述局部指纹图像是否为从手指读取的第一局部指纹图像，并且当该确定为否定时，计算所述局部指纹图像相对于在先图像的相对位置，作为所述局部指纹图像的位置信息。

12、根据权利要求11所述的程序，其特征在于，在位置计算处理中，当所述局部指纹图像是第一局部指纹图像时，所述程序使计算机将原始位置设置为局部指纹图像的位置信息。

13、根据权利要求10所述的程序，其特征在于，在图像分割处理中，所述程序记录所切出的单位图像的位置信息，并执行对在所切出的单位图像之后的新单位图像的切出。