DE10038873A1 - Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes und Fingerabdruck-Sensor - Google Patents
Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes und Fingerabdruck-SensorInfo
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Abstract
Ein Fingerabdruck-Bild wird einer ersten Filterung unterzogen und anschließend in Bildbereiche unterteilt, für die jeweils eine Vorzugsrichtung der in dem Bildbereich verlaufenden Linien des Fingerabdrucks ermittelt wird. Die Vorzugsrichtung wird dem Bildbereich zugeordnet. Eine zweite gerichtete Filterung wird jeweils abhängig von der dem Bildbereich zugeordneten Vorzugsrichtung durchgeführt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines
Fingerabdruck-Bildes sowie einen Fingerabdruck-Sensor.
Ein solches Verfahren und ein solcher Fingerabdruck-Sensor
sind aus [1] bekannt.
Der in [1] beschriebene Fingerabdruck-Sensor weist eine
Vielzahl von Sensor-Elementen einer Sensorschaltung auf.
Mittels der Sensorelemente, die als kapazitive Sensorelemente
ausgestaltet sind, wird ein Fingerabdruck-Bild eines
Fingerabdrucks eines zu identifizierenden Menschen erfasst.
Das erfasste Fingerabdruck-Bild wird einer
Bildvorverarbeitung, einer Merkmalsabstraktion sowie einer
Mustererkennung unterzogen, in deren Rahmen ein Vergleich der
extrahierten Merkmale mit zuvor gespeicherten
Referenzvektoren, die Referenzmerkmale von Referenz-
Fingerabdrücken aufweisen, durchgeführt wird.
Ergebnis der Mustererkennung, die insbesondere in dem
Vergleich unterschiedlicher Parameter, die eine Vielzahl
ermittelter Minutien beschreiben, zu sehen ist, ist die
Ausgabe eines Erkennungsergebnisses, beispielsweise die
Ausgabe der wahrscheinlichen Identität der zu
identifizierenden Person, wenn eine ausreichend genaue
Übereinstimmung des zu identifizierenden Merkmalsvektors mit
einem Referenzmerkmalsvektor ermittelt wurde.
Die in [1] beschriebene Vorgehensweise zum Bearbeiten eines
Fingerabdruck-Bildes weist die folgenden Schritte auf:
- - das Fingerabdruck-Bild wird einer ungerichteten Tiefpassfilterung unterzogen,
- - es wird ein tiefpass-gefiltertes Fingerabdruck-Bild ermittelt unter Verwendung der Tiefpassfilterung,
- - das tiefpass-gefilterte Fingerabdruck-Bild wird durch Vergleich mit dem ungefilterten Fingerabdruck-Bild binarisiert und mittels unterschiedlicher Bildverarbeitungsverfahren werden Linien, die den Verlauf des Fingerabdrucks innerhalb des erfassten Bildbereichs beschreiben, ausgedünnt,
- - in einem weiteren Schritt werden die Minutien im ausgedünnten binarisierten Fingerabdruck-Bild ermittelt und die die einzelnen Minutien jeweils charakterisierenden Parameter, beispielsweise die Koordinaten der Endpunkte einer Fingerabdruck-Linie oder auch Verzweigungspunkte einer oder mehrerer Fingerabdruck-Linien, sowie der Rotationswinkel der jeweiligen Minutie, wodurch für jede Minutie jeweils ein Merkmalsvektor gebildet wird, der mit einem entsprechenden Referenzmerkmalsvektor einer autorisierten Person verglichen wird, und
- - es erfolgt ein Mustervergleich der ermittelten Merkmalsvektoren mit den gespeicherten Referenzmerkmalsvektoren.
Der in [1] beschrieben Fingerabdruck-Sensor weist
hexagonalförmige Sensorelemente auf.
Die einzelnen Sensorelemente, die jeweils einen Pixel (Picture
Element, Bildpunkt) des Fingerabdruck-Sensors repräsentieren,
sind jeweils nebeneinander angeordnet.
Mit jedem Pixel ist eine unter dem Sensorelement angeordnete
Verarbeitungseinheit, beispielsweise ein Prozessorelement,
vorgesehen, das mit dem jeweiligen Sensorelement gekoppelt
ist. Die Prozessorelemente sind während der Bildverarbeitung
jeweils mit ihren unmittelbar benachbart angeordneten
Prozessorelementen verbunden, so dass nur Daten mit den
jeweils unmittelbar benachbarten Prozessorelementen
ausgetauscht werden können.
Verunreinigungen des Fingerabdruck-Sensors sowie erhebliche
laterale Schwankungen der Bildqualität des erfassten
Fingerabdruck-Bildes verursachen oftmals eine große Anzahl
durch morphologische Operatoren während der Bildbearbeitung
nicht korrigierbarer Fehler in dem erzeugten binären
Fingerabdruck-Bild.
Weiterhin ist ein Verfahren zum Ausdünnen von Strukturlinien
eines Fingerabdruck-Bildes unter Verwendung binärer Operatoren
aus [1] bekannt.
Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren
zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes sowie einen
Fingerabdruck-Sensor anzugeben, welches bzw. welcher sehr
einfach durchführbar ist bzw. einfach aufgebaut ist, so dass
das Verfahren und der Fingerabdruck-Sensor kostengünstiger
durchführbar bzw. herstellbar sind.
Das Problem wird durch das Verfahren zum Bearbeiten eines
Fingerabdruck-Bildes sowie durch den Fingerabdruck-Sensor mit
den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Bei einem Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes,
das einen Fingerabdruck enthält, wird das Fingerabdruck-Bild
einer ungerichteten ersten Tiefpassfilterung unterzogen. Unter
Verwendung des Fingerabdruck-Bildes und der ungerichteten
ersten Tiefpassfilterung wird ein erstes tiefpass-gefiltertes
Fingerabdruck-Bild erzeugt und vorzugsweise durch Vergleich
mit dem ungefilterten Fingerabdruck-Bild binarisiert. Der
gesamte Bildbereich wird in eine Mehrzahl von Bildbereichen
gruppiert, die beispielsweise eine im wesentlichen hexagonale
Form aufweisen.
Durch die hexagonale Form der Bildbereiche wird die Effizienz
des Verfahrens bzw. des im Weiteren beschriebenen
Fingerabdruck-Sensors bezüglich einer möglichst einfachen
Hardware-Realisierung weiter verbessert.
Für zumindest einen Teil der Bildbereiche, vorzugsweise für
jeden Bildbereich wird jeweils eine Vorzugsrichtung des
Verlaufs der Linien des Fingerabdrucks in dem jeweiligen
Bildbereich ermittelt.
Unter einer Vorzugsrichtung ist in diesem Zusammenhang eine
Richtung zu verstehen, entlang der die in dem Bildbereich
enthaltenen Linien des Fingerabdruck-Bildes, die den
Fingerabdruck repräsentieren, gemäß einem vorgebbaren
Kriterium im wesentlichen verlaufen.
Wird eine Vorzugsrichtung für den jeweiligen Bildbereich
ermittelt, so wird diese dem jeweiligen Bildbereich
zugeordnet.
In einem weiteren Schritt wird das Fingerabdruck-Bild oder ein
weiteres erfasstes Fingerabdruck-Bild des gleichen Fingers in
im wesentlichen gleicher Aufnahmeposition wie bei der Aufnahme
des ersten Fingerabdruck-Bildes, einer gerichteten zweiten
Tiefpassfilterung unterzogen. Die gerichtete zweite
Tiefpassfilterung ist abhängig von der ermittelten
Vorzugsrichtung des jeweiligen Bildbereichs.
In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass jeder
Bildbereich unterschiedlich gefiltert wird abhängig von der
jeweiligen Vorzugsrichtung der ermittelten Bildbereiche für
das erste tiefpass-gefilterte Fingerabdruck-Bild.
Unter Verwendung des zweiten gerichtet tiefpass-gefilterten
Bildes und des Fingerabdruck-Bildes bzw. des weiteren
Fingerabdruck-Bildes wird ein zweites binarisiertes
Fingerabdruck-Bild erzeugt, welches die Struktur des
Fingerabdruckmusters repräsentiert und welches in weiteren
Schritten im Rahmen einer vorgesehenen Fingerabdruckerkennung
weiter verarbeitet werden kann.
So können beispielsweise anschließend unter Einsatz von
Bildverarbeitungsmitteln mit Hilfe morphologischer Operatoren
die entsprechenden Minutien des Fingerabdrucks ermittelt
werden und die zugehörigen Parameter, die für einen
Mustervergleich mit zuvor gespeicherten
Referenzmerkmalsvektoren erforderlich sind.
Im Rahmen der Erfindung kann, wie oben dargestellt wurde, für
die erste Tiefpassfilterung und die zweite Tiefpassfilterung
jeweils das gleiche Originalbild, das heißt das Fingerabdruck-
Bild verwendet werden, es kann jedoch auch vorgesehen sein,
dass das Verfahren mittels des Fingerabdruck-Sensors innerhalb
einer sehr kurzen Zeitdauer durchgeführt wird, so dass zwar
unterschiedliche Fingerabdruck-Bilder ermittelt werden, jedoch
in einem so kurzen Zeitabstand voneinander, dass sich das
erfasste Fingerabdruck-Bild praktisch nicht verändert.
Es wird in diesem Zusammenhang in der Regel vorausgesetzt,
dass der Finger während der beiden aufeinander folgenden
Sensorvorgänge in der gleichen Position auf dem Fingerabdruck-
Sensor aufliegt.
Dieses ist in der Regel erfüllt, wenn die Auswertung des
Linienverlaufs der Linien in dem Fingerabdruck-Bild und die
Einstellung des Filters für die zweite gerichtete
Tiefpassfilterung nicht länger als etwa 10 msec dauert.
Ein Fingerabdruck-Sensor weist eine Sensorschaltung zum
Erfassen eines Fingerabdruck-Bildes sowie eine Filterschaltung
zum Filtern des erfassten Fingerabdruck-Bildes auf.
Mit der Filterschaltung verbunden ist eine
Richtungsermittlungs-Einheit zum Ermitteln einer
Vorzugsrichtung des Verlaufs der Linien des Fingerabdruck-
Bildes in einem oder in mehreren Bildbereichen des
Fingerabdruck-Bildes.
Die Filterschaltung ist derart eingerichtet, dass sie eine
gerichtete Tiefpassfilterung eines Fingerabdruck-Bildes
abhängig von einer ermittelten Vorzugsrichtung für einen
Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes durchführen kann, welchem
Bildbereich diese Vorzugsrichtung zugeordnet ist.
Durch die Erfindung wird es aufgrund des sehr einfachen
zweistufigen Vorgehens möglich, eine kostengünstige, robuste
und somit störungsunanfällige Auswertung eines Fingerabdrucks
mittels eines Fingerabdruck-Sensors anzugeben, wobei es
insbesondere nunmehr möglich ist, den Fingerabdruck-Sensor in
einem Stück, d. h. auf einem Chip, zu integrieren.
Somit ist es nicht mehr erforderlich, komplexe Software
Algorithmen zur Bildverarbeitung und Bildvorverarbeitung
vorzusehen, um überhaupt eine ausreichend genaue
Fingerabdruck-Erkennung zu gewährleisten.
Damit wird der Einsatz eines Fingerabdruck-Sensors als Single-
Chip Fingerabdruck-Erkennungssystems ermöglicht, wodurch
erreicht wird, dass ein biometrisches System vollständig in
den Fingerabdruck-Sensor integriert ist, so dass eine
Erweiterung des Einsatzbereiches eines solchen Fingerabdruck-
Sensors auf leistungssparende, platzsparende und
kostensparende Anwendungen ermöglicht wird, wie zum Beispiel
in portablen zugangsbeschränkten Geräten wie einem
Mobiltelephon, einem Notebook oder auch einer Chipkarte.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das
Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild zu
Beginn des Verfahrens beispielsweise mittels des
Fingerabdruck-Sensors erfasst.
Das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild
kann zu Beginn des Verfahrens beispielsweise mittels eines
kapazitiven Verfahrens, das heißt einem Fingerabdruck-Sensor
mit kapazitiven Sensorelementen erfasst werden, wodurch eine
sehr einfache Erfassung des Fingerabdruck-Bildes erreicht
wird.
Weiterhin kann zur Verbesserung des Erkennungsergebnisses das
Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild
einer Bildvorverarbeitung unterzogen werden, bevor die
jeweilige Mustererkennung durchgeführt wird.
Im Rahmen der Bildvorverarbeitung kann beispielweise eine
Ausdünnung des Linienverlaufs der Linie des Fingerabdrucks in
dem Fingerabdruck-Bild und/oder dem weiteren Fingerabdruck-
Bild durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, zumindest für einen Teil der Bildbereiche die
Bildqualität gemäß einem vorgegebenen Kriterium zu ermitteln
und den jeweiligen Bildbereich im weiteren Verfahren nur zu
berücksichtigen, wenn die Bildqualität hinsichtlich des
Kriteriums besser ist als ein vorgebbarer Qualitätswert.
Aus dem zweiten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bild können
Minutien ermittelt werden, unter deren Verwendung die
Mustererkennung, das heißt die Identifikation des zu
identifizierenden Fingerabdrucks im Vergleich mit vorgegebenen
Referenzmerkmalsvektoren ermöglicht wird.
Die Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem
jeweiligen Bildbereich kann ermittelt werden, indem der
Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich mit
vorgegebenen möglichen Vorzugsrichtungen verglichen wird und
die vorgegebene Vorzugsrichtung als Vorzugsrichtung für den
Bildbereich bestimmt wird, die gemäß einem vorgegebenen
Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen
Bildbereich in ausreichender Genauigkeit übereinstimmt.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine vorgegebene
Mindestanzahl vorgegebener Vorzugsrichtungen nur in einem Maße
mit dem Verlauf der Linien des Fingerabdrucks in dem
jeweiligen Bildbereich übereinstimmt, welches unterhalb einer
vorgegebenen Mindestschwelle liegt.
Für den Fall, dass keine vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem
Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich
ausreichend genau übereinstimmt, kann es vorgesehen sein, dass
dieser Bildbereich im Rahmen der zweiten Tiefpassfilterung als
ungerichtete Tiefpassfilterung durchgeführt wird.
Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass für einen
Bildbereich, bei dem nicht mit ausreichender Genauigkeit
erkannt werden kann, dass eine Vorzugsrichtung tatsächlich
existiert, entsprechend auch keine diese Vorzugsrichtung
bevorzugende gerichtete Tiefpassfilterung durchgeführt wird,
sondern lediglich eine ungerichtete Tiefpassfilterung.
Die Sensorschaltung kann eine Mehrzahl von Sensorelementen zum
Erfassen jeweils eines Bildbereichs eines Fingerabdruck-Bildes
aufweisen.
Für zumindest einen Teil der Sensorelemente kann jeweils eine
Verarbeitungseinheit vorgesehen sein zum Verarbeiten des von
dem jeweiligen Sensor-Element erfassten Bildbereichs.
Jede Verarbeitungseinheit kann jeweils mit den ihr unmittelbar
benachbart angeordneten Bearbeitungseinheiten verbunden sein,
so dass zwischen den verbundenen Verarbeitungseinheiten Daten
ausgetauscht werden können.
Grundsätzlich ist es in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass
die Verarbeitungseinheit selbstverständlich auch mit weiter
entfernt benachbart angeordneten Verarbeitungseinheiten
verbunden sein kann, wenn dies gewünscht ist.
Durch die Kopplung der unmittelbar benachbart angeordneten
Verarbeitungseinheiten wird eine weitere Vereinfachung des
Fingerabdruck-Sensors erreicht, ohne eine zu große relevante
Einbuße in der Bildqualität und des damit verbundenen
Erkennungsergebnisses hinnehmen zu müssen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es
vorgesehen, dass jeweils mehrere Sensorelemente in
Sensorelementegruppen sortiert sind und dass zumindest für
einen Teil der Sensorelementegruppen jeweils eine
Richtungsermittlungs-Einheit vorgesehen ist.
Ferner kann eine Logikschaltung vorgesehen sein, die derart
eingerichtet ist, dass vorgegebene Vorzugsrichtungen durch
diese ermittelbar sind. Die Richtungsermittlungs-Einheit kann
einen Richtungsdemultiplexer aufweisen, mit der die
Logikschaltung entsprechend vorgegebener Vorzugsrichtungen
angesteuert wird, so dass mittels der Logikschaltung ermittelt
werden kann, ob die angesteuerte vorgegebene Vorzugsrichtung
im Verlauf der Linien des Fingerabdrucks in dem entsprechenden
Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.
Die Verarbeitungseinheiten einer Sensorelementegruppe können
über eine Schieberegisterkette in Serie miteinander verbunden
sein.
Die oben beschriebene Architektur des Fingerabdruck-Sensors
ermöglicht eine sehr einfache und damit kostengünstige
Herstellung des Sensors aufgrund seiner Einfachheit und klaren
Strukturierung.
Die Filterschaltung kann als Diffusionsnetzwerk ausgestaltet
sein beispielsweise derart, dass für jedes Sensorelement eine
Parallelschaltung mit mindestens zwei Serienschaltungen
vorgesehen ist, wobei die Serienschaltung jeweils in Serie
geschaltete Widerstände und/oder Kapazitäten aufweist.
In diesem Fall sind jeweils zwei Parallelschaltungen
unterschiedlicher Elemente miteinander verbunden über einen
Zwischenknoten, der jeweils zwischen zwei der in Serie
geschalteten Widerstände und/oder Kapazitäten liegt.
Durch diese Weiterbildung wird ein Diffusionsnetzwerk mit
einer verstärkten Rückwirkung der jeweiligen Sensorelemente
erreicht als bei einem herkömmlichen aus dem Stand der Technik
bekannten und im Weiteren näher erläuterten sogenannten Pi-
Diffusionsnetzwerk.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren
dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm, in dem die einzelnen
Verfahrensschritte des Ausführungsbeispiels der
Erfindung dargestellt sind;
Fig. 2a bis 2f ein ermitteltes digitalisiertes
Fingerabdruck-Bild zu unterschiedlichen Zeitpunkten
während des Verfahrens;
Fig. 3a bis 3f Diagramme, die vorgegebene gespeicherte
lokale Vorzugsrichtungen, die gemäß dem
Ausführungsbeispiel der Erfindung berücksichtigt
werden, dargestellt sind;
Fig. 4a und 4b eine Skizze von Linienverläufen innerhalb
eines Bildbereichs (Fig. 4a) und ein Histogramm
ermittelter Vorzugsrichtungen für den jeweiligen
Bildbereich (Fig. 4b);
Fig. 5 eine Skizze einer elektronischen Schaltung für eine
Richtungsermittlungs-Einheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 ein Strukturdiagramm einer elektrischen Schaltung
eines Sensorelements gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 7 eine Skizze in Serie geschalteter Sensorelemente, die
zu einer Sensorelementegruppe gruppiert sind;
Fig. 8 ein Schaltdiagramm für eine zentrale
Richtungsermittlungs-Einheit für eine
Sensorelementegruppe mit einer Vielzahl von
Sensorelementen;
Fig. 9a und 9b ein Beispiel eines Fingerabdruck-Bildes mit
schlechter Bildqualität (Fig. 9a) und aufgrund der
schlechten Bildqualität nicht berücksichtigter
Bildbereiche (Fig. 9b);
Fig. 10 eine Skizze einer elektrischen Schaltung eines Pi-
Diffusionsnetzwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
Fig. 11 eine Skizze eines Diffusionsnetzwerks mit
Zwischenknoten als alternatives Diffusionsnetzwerk
gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
Fig. 12 eine Skizze einer elektrischen Schaltung für eine
alternative Ausführungsform des Diffusionsnetzwerks
und die Referenzbilderzeugung für den jeweiligen
Bildbereich, das heißt für das jeweilige
Sensorelement;
Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Fingerabdruck-Sensor gemäß
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt aus einer Sensorschaltung eines
Fingerabdruck-Sensors 1300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung.
Die Sensorschaltung des Fingerabdruck-Sensors 1300 weist eine
Vielzahl von Sensorelementegruppen 1301 auf, die jeweils eine
im Wesentlichen hexagonale Form aufweisen.
Die Sensorelementegruppen 1301 sind bis auf die im Weiteren
dargelegten Unterschiede gemäß dem Sensorelement und dem
Fingerabdruck-Sensor ausgestaltet, wie er in [1] beschrieben
ist. Jede Sensorelementegruppe 1301 weist eine grundsätzlich
beliebige Anzahl, vorzugsweise sieben Sensorelemente 1302 auf,
welche jeweils vorzugsweise hexagonalförmig ausgestaltet sind.
In dem Fingerabdruck-Sensor 1300 ist eine grundsätzlich frei
wählbare Anzahl von Sensorelementegruppen 1301 enthalten,
abhängig von der Größe der Fläche, mit der ein Fingerabdruck
eines Benutzers des Fingerabdruck-Sensors 1300 erfasst werden
soll.
Dies bedeutet beispielsweise, dass das Sensorelement 1302 als
kapazitives Sensorelement ausgestaltet ist.
Fig. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms 100 den
Verarbeitungsfluss eines durch die Sensorelemente 1302
erfassten Fingerabdruck-Bilder eines Fingers, der auf die
Sensorfläche, gebildet durch die Gesamtheit der Sensorelemente
1302, das heißt durch die Sensorschaltung des Fingerabdruck-
Sensors 1300, gelegt worden ist.
In dem Blockdiagramm 100 ist dargestellt, dass das
Fingerabdruck-Bild 101 als Eingangsdaten, das heißt, anders
ausgedrückt, als hexagonales Sensorbild nach dessen Erfassung
einer Tiefpass-Filterung 102, gemäß diesem Ausführungsbeispiel
einer ungerichteten ersten Tiefpass-Filterung, unterzogen
wird.
Fig. 2a zeigt ein Beispiel eines solchen Fingerabdruck-Bildes
200 mit einem darin enthaltenen Fingerabdruck 201, der
gebildet wird durch eine Vielzahl von Strukturlinien 202, die
in ihrer Gesamtheit den Fingerabdruck 201 eindeutig
charakterisieren.
Das Fingerabdruck-Bild 200 wird gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel erzeugt, indem mittels der Sensorelemente
1302 der Fingerabdruck des aufliegenden Fingers abgetastet
wird, vorzugsweise durch ein kapazitives Messverfahren.
Die in diesem Fall analogen Eingangsdaten in Form allgemeiner
Grauwerte, das heißt grundsätzlich allgemeiner
Helligkeitsinformation, ergeben sich aus der
Sensorcharakteristik, welche den jeweiligen Kapazitätswert,
der an einem Sensorelement 1302 anliegt, in eine elektrische
Spannung umwandelt.
Aus dem Fingerabdruck-Bild 200 wird durch ungerichtete globale
erste Tiefpass-Filterung ein Referenz-Fingerabdruck-Bild 210
erzeugt (Schritt 102).
In einem weiteren Schritt (Schritt 103) wird durch direkten
Vergleich des Fingerabdruck-Bildes 200 und des Referenz-
Fingerabdruck-Bildes 210, das heißt durch Differenzbildung der
jeweiligen Helligkeitswerte der Bildpunkte, ein erstes
binarisiertes Fingerabdruck-Bild 220 erzeugt (vgl. Fig. 2c).
Das erste binarisierte Fingerabdruck-Bild 220 weist noch eine
relativ schlechte Bildqualität auf, das heißt eine relativ
hohe Anzahl fehlerhafter Linienendungen, Verzweigungen der
Strukturlinien, etc.
Die Strukturlinien in dem ersten binarisierten Fingerabdruck-
Bild 220 werden in einem weiteren Schritt (Schritt 104)
ausgedünnt und einem Korrekturverfahren unterzogen, in dessen
Rahmen lokale Korrekturen der Strukturlinien in dem
ausgedünnten ersten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bild
220 durchgeführt werden.
In einem weiteren Schritt (vgl. Fig. 2d) wird das ausgedünnte
lokal korrigierte erste binarisierte Fingerabdruck-Bild 230 in
im wesentlichen hexagonale Bildbereiche 231 (im Weiteren auch
als Kacheln bezeichnet) unterteilt, die jeweils eine
vorgebbare Anzahl hexagonaler Bildpunkte, in Form von
Helligkeitsinformationen, die von den Sensorelementen 1202
geliefert worden sind, enthalten.
Für jeden Bildbereich 231 des ausgedünnten lokal korrigierten
ersten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 230 wird eine
Richtungsdetektion (Schritt 105) durchgeführt, wie sie im
Weiteren noch näher erläutert wird.
Ergebnis der Richtungsdetektion ist für den Fall, dass eine
Vorzugsrichtung mit ausreichender Genauigkeit bestimmt worden
ist, eine Vorzugsrichtung, mit der für den jeweiligen
Bildbereich eine Richtung angegeben wird, in der sich die
Linienstrukturen des Fingerabdrucks innerhalb des jeweiligen
Bildbereichs vorzugsweise erstrecken.
Es wird somit für jeden Bildbereich 231 jeweils eine
Vorzugsrichtung 232 ermittelt oder die Angabe, dass keine
Vorzugsrichtung 232 ermittelt werden konnte.
Die Vorzugsrichtung 232 beziehungsweise die Angabe, dass keine
Vorzugsrichtung 232 ermittelt werden konnte, wird dem
jeweiligen Bildbereich 231 zugeordnet, wodurch ein
Richtungsfeld 106 mit den jeweiligen Vorzugsrichtungen 232
beziehungsweise Angaben über nicht bestehende
Vorzugsrichtungen 232 für den jeweiligen Bildbereich 231
erzeugt.
Die Vorzugsrichtungen 232 sind in Fig. 2d als Linien
symbolisiert.
Mittels der jeweiligen Angabe der Vorzugsrichtung 232, in
Fig. 1 symbolisiert durch das Richtungsfeld 106, wird ein
gerichteter Tiefpassfilter 107 gesteuert, der für jeden
Bildbereich 231 entsprechend der dem jeweiligen Bildbereich
231 zugeordneten Vorzugsrichtung 232 eine gerichtete
Tiefpassfilterung auf der dem Richtungsfilter 107 zugeführten
Bildinformation ausführt.
Das Fingerabdruck-Bild 200 wird ebenfalls in Bildbereiche, das
heißt in die entsprechenden Bildbereiche gemäß der
Unterteilung des ausgedünnten lokal korrigierten ersten
tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bildes 230 unterteilt und
die jeweiligen Bildbereiche werden einer gerichteten zweiten
Tiefpassfilterung unter Verwendung des Richtungsfilters 107
unterzogen, wobei die gerichtete zweite Tiefpassfilterung für
einen Bildbereich jeweils abhängig ist von der dem jeweiligen
Bildbereich zugeordneten Vorzugsrichtung 232 gemäß dem
Richtungsfeld 106.
Ziel der oben beschriebenen Bildvorverarbeitung, insbesondere
der gerichteten Tiefpassfilterung liegt in einer
Interpretation der Strukturlinien in dem Fingerabdruck-Bild
200 derart, dass fehlerhafte Unterbrechungen von
Fingerabdruck-Rillen geschlossen und fälschliche Verbindungen
zwischen diesen Fingerabdruck-Rillen aufgetrennt werden. Um
dieses zu erreichen wird das Fingerabdruck-Bild 200 in
geeigneter Weise auf die oben beschriebene Weise
interpretiert.
In diesem Zusammenhang wird anschaulich eine Aussage darüber
getroffen, wo die Strukturlinien 202 des Fingerabdrucks 201
hinführen sollen, indem eine lokale Detektion der Richtung
stattfindet, der die Strukturlinien 202 in den jeweiligen
Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes 200 folgen.
Anschaulich wird somit eine lokale Ermittlung der Richtung
durchgeführt, entlang der sich die Strukturlinien des
Fingerabdrucks 201 in jeweils einem Bildbereich vorzugsweise
erstrecken.
Ist diese Vorzugsrichtung ermittelt, so wird das zweite
tiefpass-gefilterte binarisierte Fingerabdruck-Bild 240
(vgl. Fig. 2e) gebildet, indem das Fingerabdruck-Bild 200 in
der jeweiligen Vorzugsrichtung für diesen Bildbereich
gefiltert wird und daraufhin mit bekannten Verfahren
ausgewertet wird.
Zusätzlich findet, wie im weiteren noch näher erläutert wird,
eine Bewertung der Bildqualität statt, mittels der entschieden
wird, welche Bildbereiche für die Auswertung gültig bzw.
ungültig sind, das heißt welche Bildbereiche eine für die
Auswertung ausreichend hohe Bildqualität aufweisen und welche
nicht.
So können stark gestörte Bildinformationen und vor allem auch
Randbereiche des Fingerabdruck-Bildes 200 für die weitere
Verarbeitung ausgeschlossen werden, wodurch die Anzahl
ermittelter fehlerhafter Minutien reduziert werden kann.
Das auf diese Weise gebildete korrigierte tiefpass-gefilterte
Fingerabdruck-Bild 240 wird mit dem Referenz-Fingerabdruck-
Bild 210 wiederum direkt verglichen, das heißt es werden die
Helligkeitsinformationen der einzelnen Bilder 210, 240
voneinander subtrahiert (Schritt 108) und es wird aufgrund der
Differenzbildung das zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild
250 erzeugt, wie in Fig. 2f dargestellt ist.
Das zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild 250 wird weiteren
Bildverarbeitungsschritten, insbesondere einer Invertierung
(Schritt 109) unterzogen und die Strukturlinien 111 in dem
zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bild 250 werden ausgedünnt
(Schritt 110), so dass ein ausgedünntes invertiertes zweites
Fingerabdruck-Bild 112 erzeugt wird.
Weiterhin wird das zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild 250
in nicht invertierter Form in seinen Strukturlinien ausgedünnt
und anschließend einem lokalen Korrekturverfahren unterzogen
(Schritt 113), wobei der Ausdünnungs-Algorithmus und das
lokale Korrekturverfahren in beiden Schritten für das
invertierte und nicht-invertierte zweite binarisierte
Fingerabdruck-Bild (Schritte 110 und 113) üblicherweise,
jedoch nicht zwingend, gleich sind.
Das somit gebildete ausgedünnte zweite binarisierte
Fingerabdruck-Bild 114 wird herangezogen zur
Minutienextraktion, wobei die Minutienextraktion (Schritt 115)
erfolgt unter Berücksichtigung sowohl des ausgedünnten zweiten
binarisierten Fingerabdruck-Bildes 114 auch des invertierten
zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 112.
Die extrahierten Minutien 116 werden einer Auswertungseinheit
(Block 117) zugeführt ebenso wie eine
Qualitätsbewertungsangabe 118 mit der angegeben wird, ob der
entsprechende Bildbereich, aus dem die Minutien 116 ermittelt
worden sind, überhaupt aufgrund seiner Bildqualität
berücksichtigt werden soll.
In der Auswertungseinheit 117 erfolgt in bekannter Weise eine
Mustererkennung, das heißt der Vergleich der durch die
Minutien 116 und deren Richtungsparameter bzw.
Krümmungsparameter gebildeten Merkmalsvektoren mit
gespeicherten Referenzmerkmalsvektoren, um somit eine
Identifikation des Benutzers des Fingerabdruck-Sensors 1200 zu
gewährleisten.
Wie oben erläutert worden ist, wird für die Ermittlung, das
heißt die Abtastung des Fingerabdruck-Bildes 200 und für eine
schnelle Verarbeitung des Fingerabdruck-Bildes 200 das Konzept
einer sogenannten Pixel-Parallelenprozessierung aus [1]
übernommen.
Unter jedem Sensorelement 1302 ist jeweils eine
Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) vorgesehen, die mit
dem jeweiligen Sensorelement 1302 und mit den ihr direkt, das
heißt unmittelbar benachbart angeordneten
Verarbeitungseinheiten kommunizieren, das heißt Daten
austauschen, kann.
Die Linienrichtung, das heißt die zu ermittelnde
Vorzugsrichtung für einen Bildbereich wird gemäß diesem
Ausführungsbeispiel mit einer niedrigeren Abtastrate erfasst
als das Fingerabdruck-Bild 200 selbst.
In diesem Zusammenhang wird das Fingerabdruck-Bild 200 in
mehrere regelmäßige Bereiche, die oben beschriebenen
Bildbereiche, aufgeteilt, die jeweils für einen abgetasteten
Richtungswinkel stehen, das heißt die entsprechende Richtung,
im weiteren als Vorzugsrichtung bezeichnet, repräsentiert.
Jedem Bildbereich, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine
Vielzahl von Sensorelementen 1302 und somit eine Vielzahl von
Verarbeitungseinheiten aufweist, ist eine zentrale
Richtungsermittlungs-Einheit zugeordnet, die die Richtung, das
heißt die Vorzugsrichtung, unter Berücksichtigung aller in
diesem Bereich enthaltenen Bildpunkte, das heißt
Sensorelementen 1302 ermittelt.
Dafür werden zwei Datenübertragungssysteme vorgesehen:
- - ein erstes vorgesehenes Datenübertragungssystem zur Übermittlung der Bildinformationen von der Verarbeitungseinheiten an die zentrale Übertragungsvermittlungseinheit, sowie
- - ein zweites Datenübertragungssystem zur Übermittlung der bestimmten Vorzugsrichtung von der zentralen Richtungsermittlungs-Einheit zurück an die Verarbeitungseinheit für die Einstellung der oben dargestellten Richtungsfilter 107 in jedem Sensorelement 1302 des entsprechenden Bildbereichs.
Innerhalb jedes Bildbereichs wird die Vorzugsrichtung der sich
darin erstreckenden Strukturlinien 202 des Fingerabdrucks 201
bestimmt.
Der Bildbereich kann beispielsweise bei der oben
angesprochenen Geometrie aus einer quasi hexagonalen
Pixelmatrix bestehen.
Die Bestimmung der Vorzugsrichtung einer Strukturlinie
innerhalb eines Bildbereichs erfolgt aus dem binarisierten
ersten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bild 230.
Die Verarbeitungseinheit jedes Pixels, das heißt jedes
Sensorelements 1302 wertet die Zustände, das heißt die
Helligkeitsinformationen seiner nächsten Nachbar-
Sensorelemente 1302 aus und, falls er selbst Teil einer
Strukturlinie des Fingerabdrucks ist, ordnet er sich selbst
einer Richtung zu.
Diese Vorgehensweise funktioniert insbesondere dann sehr
fehlerrobust, wenn die Strukturlinien nur eine Breite von
einem Pixel aufweisen.
Sie werden aus diesem Grund aus dem [1] beschriebenen
Verfahren, das heißt unter Verwendung der [1] beschriebenen
binären Operatoren ausgedünnt.
Die Vorzugsrichtung in jedem auf dem ausgedünnten
Fingerabdruckmuster liegenden Bildpunkt wird dann aus der
Konfiguration der Nachbarpixel mit den in den Fig. 3a bis
Fig. 3f dargestellten vorgegebenen und gespeicherten möglichen
Vorzugsrichtungen verglichen, wobei jeweils in den Fig. 3a bis
Fig. 3f schwarz gezeichnete hexagonale Elemente als
Sensorelemente 301 symbolisieren, dass sie Sensorelemente 301
repräsentieren, durch die eine Strukturlinie 202 des
Fingerabdrucks 201 verläuft.
Wie in Fig. 3a dargestellt ist, wird für eine erste
Vorzugsrichtung 310 von 0E überprüft, ob der untersuchte Pixel
zu der Strukturlinie gehört, und ob die Nachbarn, das heißt
die Nachbarpixel links und rechts von dem betrachteten Pixel,
der jeweils in der Mitte der in den Fig. 3a bis Fig. 3f
dargestellten Pixel 311 als Zentral-Pixel 311 dargestellt ist,
ebenfalls auf der Strukturlinie des Fingerabdrucks 201 liegen.
Eine zweite mögliche Vorzugsrichtung 320 ist in seinen zwei
möglichen Varianten 321, 322 in Fig. 3b dargestellt. Die zweite
Vorzugsrichtung 320 beschreibt eine Vorzugsrichtung von 30E
bezogen auf eine horizontale Bezugsachse.
Anschaulich wird durch die zweite Vorzugsrichtung 320 aufgrund
der hexagonalen Struktur der sieben jeweils lokal betrachteten
Sensorelemente 1302 eine in im wesentlichen 30E-Richtung
verkaufende Zickzack-Linie erfasst.
Um den zweiten möglichen Vorzugswinkel 320 von 30E zu
erfassen, sind zwei Vergleichsmuster 321, 322 vorgesehen,
wobei zur Detektion der zweiten Vorzugsrichtung 320 die
Deckungsgleichheit mit einem der beiden Vergleichsmuster 321,
322 genügt, das heißt die beiden Vergleichsmuster 321, 322
werden im Rahmen der Auswertung in einer im weiteren
dargestellten Logikschaltung logisch "ODER" verknüpft.
Eine dritte Vorzugsrichtung 330 von 60E bezüglich der
horizontalen Bezugsrichtung ist in Fig. 3c dargestellt.
Fig. 3d zeigt für eine vierte mögliche Vorzugsrichtung 340 von
90E bezüglich der horizontalen Bezugsrichtung zwei
Vergleichsmuster 341, 342, die in entsprechender Anwendung der
zweiten Vorzugsrichtung 320 jeweils zu deren Klassifikation
logisch "ODER" in der Logikschaltung miteinander verknüpft
werden.
Eine fünfte Vorzugsrichtung 350, die eine Richtung von 120E
bezogen auf die horizontale Bezugsachse beschreibt, ist in
Fig. 3e dargestellt.
Eine sechste Vorzugsrichtung 360 von 150E bezüglich der
horizontalen Bezugsrichtung zeigt Fig. 3f jeweils mit wiederum
zwei Vergleichsmustern 361, 362 die zur Klassifikation in der
Logikschaltung logisch "ODER" miteinander verknüpft sind.
Für jede der sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350,
360 wird gemäß einem im Weiteren beschriebenen Verfahren
jeweils die Anzahl von Pixeln innerhalb eines Bildbereichs
ermittelt und gespeichert, die diese Vorzugsrichtung für sich
bestimmt haben.
Fig. 4a zeigt beispielhaft eine Messung einer Konfiguration
eines Bildbereichs mit Kantenlänge k = 10 Sensorelementen
1302, das heißt Pixeln.
Fig. 4b zeigt ein akkumuliertes Zählergebnis als Balken 411,
413, 414, 415 für alle sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330,
340, 350, 360 für die in Fig. 4a dargestellten Strukturlinien
401, 402, 403, 404 in einem Histogramm 410.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird diejenige
Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, oder 360 ausgewählt
und dem Bildbereich 400 als letztendlich "abgetastete"
Vorzugsrichtung zugeordnet, die die höchste Anzahl ermittelter
Vorzugsrichtungen der jeweiligen Sensorelemente 1302 in dem
Bildbereich 400 aufweist, gemäß dem in Fig. 4a und Fig. 4b
dargestellten Beispiel die sechste Vorzugsrichtung 360 mit
150E bezogen auf die horizontale Bezugsachse, symbolisiert
durch einen Balken 411 in dem Histogramm 410.
Ferner zeigt das Histogramm 410 einen Mittelwert 412, der
einen statistischen Mittelwert der ermittelten Vorzugsrichtung
über alle möglichen Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350,
360 beschreibt.
Im Weiteren wird ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel
für eine Realisierung der Richtungsermittlungs-Einheit für
einen Bildbereich 400 näher erläutert.
Unter der Voraussetzung, dass die zu untersuchenden
ausgedünnten Strukturlinien des Fingerabdrucks in dem
Bildbereich 400 nur einen Pixel breit sind, genügt es, für
jede zu detektierende mögliche Vorzugsrichtung 310, 320, 330,
340, 350, 360 die Zustände, das heißt die jeweilige
Helligkeitsinformation von genau zwei dem jeweils abgefragten,
das heißt aktuell berücksichtigten Pixel unmittelbar
benachbart angeordneten Nachbarpixeln zu ermitteln.
Die in Fig. 5 dargestellte Logikschaltung 500 zur Realisierung
der Richtungsermittlungs-Einheit weist insbesondere den
Vorteil einer leistungssparenden und platzsparenden
Schalterlogik auf.
Die Logikschaltung 500 zur Richtungsermittlung weist für jede
berücksichtigte mögliche Vorzugsrichtung (i = 1, . . ., 6) einen
Eingang R1 auf, den er bei der entsprechenden
Nachbarkonstellation, das heißt bei entsprechender Existenz
von auf einer Strukturlinie sich befindenden Bildpunkten der
jeweiligen Nachbarpixel gemäß den berücksichtigten möglichen
Vorzugsrichtungen auf einem gemeinsamen Ausgang 501
durchschaltet.
Die Logikschaltung 500 weist einen Demultiplexer 502 auf sowie
eine Vielzahl von MOS-Feldeffekttransistoren 503.
Durch die Eingabe eines Richtungscodes RC 504 in den
Demultiplexer 502, wobei der Richtungscode RC 504 eine
Wortbreite von 3 Bit, wie in der Tabelle 1 dargestellt ist,
aufweist, legt der Demultiplexer 502 entsprechend dem
Richtungscode RC 504 jeweils einen der sechs verschiedenen
Eingängen Ri auf ein vorgegebenes elektrisches Potential,
welches, wenn es durch die Transistorschaltung 505
durchgeschaltet wird, ausreicht, um ein an den Ausgang 501 der
Logikschaltung 500 angeschlossenes Register (nicht
dargestellt) umzuschalten.
Die Vorzugsrichtungen 320, 340, 360, die jeweils zwei
alternative Vergleichsmuster enthalten, werden durch zwei
parallele Pfade repräsentiert, die in logischer "ODER"
Verknüpfung ansteuerbar sind.
In der Logikschaltung 500 kann es grundsätzlich vorkommen, das
beispielsweise bei Verzweigungen einer Strukturlinie innerhalb
eines betrachteten lokalen Bereichs von sieben Pixeln mehrere
Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 aktiviert
werden und verschiedene Eingänge Ri miteinander verbunden
werden.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, dass der Demultiplexer 502
diese Eingänge Ri entweder auf einen gemeinsames definiertes
Bezugspotential legt oder hochohmig abtrennt.
Wird der Demultiplexer 502, wie gemäß diesem
Ausführungsbeispiel, ebenfalls in einer Schalterlogik
realisiert, so ist diese Anforderung erfüllt.
Tabelle 1 zeigt die unterschiedlichen Ansteuerungen der in
Fig. 5 dargestellten Transistoren 503 abhängig von dem dem
Demultiplexer 502 zugeführten Richtungscode RC 504.
An mit den Gates der jeweiligen MOS-Feldeffekttransistoren 503
verbundenen Nachbar-Pixel-Eingängen 506, 507, 508, 509, 510,
511 ist entsprechend der zu erkennenden Vorzugsrichtungen 310,
320, 330, 340, 350, 360 das Helligkeitsinformations-Signal Ni
des jeweiligen benachbarten Pixels angelegt, wobei mit N1 die
Helligkeitsinformation des jeweiligen "rechten" Nachbarpixels
312 bezeichnet wird (liegt der erste Bildpunkt 312 auf einer
Strukturlinie, so wird ein High-Pegel als Ansteuerungssignal
an den entsprechenden Eingang N1 gelegt).
An einen zweiten Nachbar-Pixel-Eingang 507 wird die
Helligkeitsinformation N2 des jeweils zweiten Nachbarpixels
313 angelegt.
An einen dritten Nachbar-Pixel-Eingang 508 wird die
Helligkeitsinformation N3 des dritten Nachbar-Pixels 314
angelegt.
An einen vierten Nachbar-Pixel-Eingang 509 wird die
Helligkeitsinformation N4 des vierten Nachbar-Pixels 315
angelegt.
An einen fünften Nachbar-Pixel-Eingang 510 wird die
Helligkeitsinformation N5 des fünften Nachbar-Pixels 316
angelegt.
An einen sechsten Nachbar-Pixel-Eingang 511 wird das
Helligkeitsinformationssignal N6 des sechsten Nachbar-Pixels
317 angelegt.
Der Demultiplexer 502 wählt gemäß der in Tabelle 1
dargestellten Steuerungstabelle einen seiner sechs Ausgänge
die mit den Eingängen der Transistorschaltung 505 verbunden
sind, für die sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350,
360 durch den entsprechenden Richtungscode RC 504 aus.
Wird wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel für den
Richtungscode RC 504 eine Bit-Länge von 3 Bit gewählt, so
verbleiben noch zwei freie Bit-Kombinationen, so dass gemäß
diesem Ausführungsbeispiel eine erste Bitkombination RC = 000
die Richtungserkennung deaktiviert.
Ein Generator des Richtungscodes RC 504 wird durch einen von
außen getakteten Zähler (nicht dargestellt) in dem Pixel-
Element, das heißt Sensorelement 1302, realisiert.
Dieser erzeugt als Voreinstellung die erste Bitkombination
RC = 000 und zählt sukzessive zur Richtungserkennung von dem
Zählerstand RC = 001 bis zu dem Zählerstand RC = 110 durch
gemäß Tabelle 1.
Bei dem Zählerstand, das heißt bei den Richtungscode, RC = 111
erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Auswertung der
Logikschaltung 500.
Fig. 6 zeigt schematisch die Struktur der Schaltungsanordnung
in einem Pixel-Element, das heißt in einen Sensorelement 1302.
Das Pixel-Element 600 gemäß Fig. 6 weist eine Sensorschaltung
für die binäre Bildverarbeitung 601 auf, wie in [1]
beschrieben.
Die Sensorschaltung 601 wird über einen Steuer- und
Takteingang 602 mittels Steuersignalen und Taktsignalen
gesteuert und getaktet.
Ein binäres Bildsignal 602 als Ausgangssignal der
Sensorschaltung 601 stellt eine Pixelinformation, das heißt
die Helligkeitsinformation des jeweiligen Sensorelements 1302
in dem Fingerabdruck-Bild 200 dar.
Wenn der Pixel nach dem Ausdünnen der Strukturlinien selbst
noch zu einer Strukturlinie gehört, wird der Demultiplexer 502
aktiviert.
In diesem Fall werden die Helligkeitsinformations-Signale N1,
N2, N3, N4, N5, N6 der Nachbarpixel-Eingänge 506, 507, 508,
509, 510, 511 gemäß Fig. 5 interpretiert und das binäre
Ergebnis, ob der Pixel zu der durch den Richtungscode RC 504
vorgegebenen möglichen Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340,
350, 360 gehört oder nicht, wird in einem Richtungs-
Schieberegister 603 übernommen.
Das Richtungs-Schieberegister 603 hat eine Schieberegister-
Funktion und ist mit den Richtungs-Schieberegistern
benachbarter Pixel, das heißt benachbarter Sensorelemente 1302
in eindimensionaler Weise verbunden, so dass die Information
an die Auswertungseinheit 117 jeweils weitergeleitet wird.
Fig. 7 zeigt die Implementierung des Richtungs-Schieberegisters
603 für einen Bildbereich 400 gemäß dem Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das heißt für alle Sensorelemente 1302
innerhalb eines Bildbereichs 400.
Die Verarbeitungseinheiten der Sensorelemente 1302 in einem
Bildbereich 400 sind in einer Schieberegister-Kette 701
seriell miteinander verbunden.
Die Ergebnisse für jede der berücksichtigten möglichen sechs
Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 werden von
einem Zähler 702 ermittelt, wie im Folgenden näher erläutert
wird.
Nach dem Ausdünnen der Strukturlinien in dem Fingerabdruck-
Bild 200 wird ein erstes Richtungstaktsignal 604 global an die
Pixel des Bildbereichs 400 angelegt.
Ein Richtungszähler 605 schaltet den Richtungscode RC 504 von
einem ersten Richtungscode-Wert RC = 000 auf einen zweiten
Richtungscode-Wert RC = 001 entsprechend der ersten
Vorzugsrichtung 310 von OE.
Die Ausgangs-Schieberegister der Pixel übernehmen jeweils die
individuell Richtungszugehörigkeit des jeweiligen Pixels 1302
(logisch "1" oder "0") und werden anschließend in einen
Schieberegister-Modus umgeschaltet.
Die Schieberegister der Pixel 1302 innerhalb eines
Bildbereichs 400 sind seriell miteinander gemäß der
Darstellung in Fig. 7 in der Schieberegister-Kette 701
verbunden, so dass bei einer anschließenden Zählertaktung
durch ein Zählertaktsignal 606 die Informationen in einem
gemeinsamen Pixel-Zähler 702 geschoben werden.
Der Pixel-Zähler 702 zeigt nach dem vollständigen Schiebe-
Vorgang für eine Vorzugsrichtung, die dem Richtungscode
entspricht, die Anzahl der zu dieser Vorzugsrichtung jeweils
gehörenden Pixel 1302 an, das heißt derjenigen Pixel, für die
diese Vorzugsrichtung ermittelt worden ist.
Eine Auswerteschaltung 800 der zentralen Richtungsermittlungs-
Einheit ist in Fig. 8 dargestellt.
Die Auswerteschaltung 800 weist
- - das Richtungsschieberegister 603 des jeweiligen Bildbereichs,
- - den Richtungszähler 605,
- - den Pixelzähler 702,
- - ein Richtungscode-Register 801,
- - ein Maximum-Register 802,
- - ein logisches UND-Gatter 803,
- - eine Additionseinheit 804,
- - ein Summenregister 805, sowie
- - einen Komparator 806 und
- - einen Schalter 817 auf.
Der Richtungszähler 605 und das Richtungs-Schieberegister 603
werden von dem Richtungstaktsignal 604 angesteuert.
Der Richtungszähler 605 erzeugt den Richtungscode RC 504
entsprechend dem Richtungstakt-Signal 604 und führt den
Richtungscode RC 504 dem Richtungscode-Register 801 zu, in
welchem der Richtungscode RC 504 gespeichert wird.
Das Richtungs-Schieberegister 603 sowie der Pixelzähler 702
werden beide von dem Zählertaktsignal 606 getaktet.
Das Maximum-Register 802, welches jeweils den Wert des
maximalen Zählerstandes des Richtungs-Zählers 702 für eine
mögliche Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360
gespeichert hat, ist zu Beginn des Verfahrens auf den Wert "0"
initialisiert.
Wurden für die erste Vorzugsrichtung 310 Pixel mit darin sich
befindenden Strukturlinien gezählt, so ist zu diesem Zeitpunkt
der Wert des Pixelzählers 702 für die erste Vorzugsrichtung
310 von 0° größer als der Ausgang des Maximum-Registers 802
und der Wert g des Ausgangs 807 des Komparators 806 weist
einen High-Pegel, das heißt einen logischen Wert "1" auf.
Ist der erste der sechs Zählvorgänge, das heißt die
Überprüfung der ersten Vorzugsrichtung 310 abgeschlossen, so
erfolgt ein Impuls des Register-Taktsignals 808, mittels dem
sowohl das Richtungscode-Register 801 als auch das Maximum-
Register 802 und das Summenregister 805 angesteuert werden.
Mit dem zu diesem Zeitpunkt noch anliegenden Ergebnis an dem
Komparator 806 sind der Freischaltungs-Eingang (Enable-
Eingang) 809 des Maximum-Registers 802 und der Freischaltungs-
Eingang 810 des Richtungscode-Registers 801 aktiviert, so dass
das Maximum-Register 802 den neuen, das heißt aktuell
anliegenden Wert übernimmt.
Das Richtungscode-Register 801 übernimmt ferner den aktuellen
Wert des Richtungscodes RC 504.
Anschließend folgt ein neuer Impuls des Richtungs-Taktsignals
604 und es wird ein neuer Wert des Richtungscodes RC 504
angelegt.
Daraufhin wird der Pixelzähler 702 auf den Wert "0"
zurückgesetzt.
Die Zählung, gesteuert durch das Zählertaktsignal 606 wird
erneut durchgeführt.
Wenn der neue Zählerstand des Pixelzählers 702 größer ist als
der zuletzt in dem Maximum-Register 802 gespeicherte Wert, so
wird er zusammen mit dem neuen Wert des jeweiligen
Richtungscodes RC 504 bei einem Registertakt-Impuls 808 in das
Maximum-Register 802 beziehungsweise das Richtungscode-
Register 801 übernommen.
So bleibt nach Überprüfung, das heißt Durchlaufen aller
berücksichtigten möglichen Vorzugsrichtungen 310, 320, 330,
340, 350, 360 schließlich der Richtungscode RC 504 der
ausgewählten Vorzugsrichtung und sein zugehöriger Zählerstand
des Pixelzählers 702 in den Richtungscode-Register 801 bzw.
dem Maximum-Register 802 gespeichert.
Währenddessen werden für eine Krümmungsbewertung der
Pixelzählerstände des Pixelzählers 702 für alle sechs
Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 in dem
Summenregister 805 aufsummiert.
Nach erfolgter Zählung aller möglichen Vorzugsrichtungen 310,
320, 330, 340, 350, 360 wird der Schalter 817 von einer ersten
Schalterposition 811 in eine zweite Schalterposition 812
umgeschaltet und das um einen Bit zum Least Significant Bit
(LSB) hin verschobene Ergebnis des Gesamtzählerstandes des
Summenregisters 805 wird an einen zweiten Eingang 813 des
Komparators 806 angelegt, wobei an dem ersten Eingang 814 des
Komparators das Ausgangssignal des in dem Maximum-Register 802
gespeicherten Werts angelegt ist.
Somit wird der durch den Faktor zwei dividierte
Gesamtzählerstand mit dem Zählerstand der entsprechenden
Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 aus dem Maximum-
Register 802 mittels des Komparators 806 verglichen.
Ist der Zählerstand der ausgewählten Vorzugsrichtung 310, 320,
330, 340, 350, 360, wie er in dem Maximum-Register 802
gespeichert ist, größer als der in dem Summenregister 805
gespeicherte Wert, so gelangt der Richtungscode 815 der
ausgewählten Vorzugsrichtung aus dem Richtungscode-Register
801 an einen Richtungscode-Eingang 607 eines adaptiven
Diffusionsnetzwerks 608.
In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der
Richtungscode-Wert 815 durch das UND-Gatter 803
durchgeschaltet wird, wobei der Ausgang 816 des UND-Gatters
803 mit dem Richtungscode-Eingang 607 des adaptiven
Diffusionsnetzwerks 608 verbunden ist.
Ist dies nicht der Fall, so liegt an dem Ausgang des UND-
Gatters 816 der logische Wert "000" an und damit an dem
Richtungscode-Eingang 607 des adaptiven Diffusionsnetzwerks
608 der Richtungscode RCFilter = 000.
Von dem Richtungscode-Eingang 607 des adaptiven
Diffusionsnetzwerks 608 wird dem adaptiven Diffusionsnetzwerk
der Richtungscode zur eigentlichen Richtungsfilterung 816
übermittelt.
Ist der Wert des Richtungscodes RCFilter = 000, so findet in
dem entsprechenden Bildbereich 400 keine Filterung statt;
alternativ wird eine ungerichtete Tiefpass-Filterung des
jeweiligen Bildbereichs durchgeführt.
Im Rahmen der Detektion der Vorzugsrichtung 310, 320, 330,
340, 350, 360 sollte insbesondere ein geeignetes Abtasttheorem
eingehalten werden.
Dies bedeutet, dass eine Möglichkeit gefunden werden sollte,
eine zu hohe Krümmung der Strukturlinien innerhalb eines
Bildbereichs 400 zu erfassen, um in diesem Fall eine
gerichtete Tiefpassfilterung zu vermeiden.
Es hat sich herausgestellt, dass der Wert des Zählerstands des
Pixel-Zählers 702 für die Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340,
350, 360 mindestens 50% von dem Gesamtzählerstand, der in dem
Summenregister 805 gespeichert ist, betragen sollte, damit die
Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 eindeutig und
robust erkannt wird.
Wenn die Linienkrümmung einer Strukturlinie in dem Bildbereich
400 des Fingerabdrucks zu groß ist, so ist das Maximum in der
Richtungsverteilung nicht ausreichend ausgeprägt, was mit
einfachen Regeln für die sechs Zählerstände des jeweiligen
Pixel-Zählers 702 erkannt wird.
Im folgenden wird ein Ansatz zur lokalen Bewertung der
Bildqualität erläutert.
Die Bildqualität eines Bildbereichs 400 schwankt in einem
üblichen Fingerabdruck-Bild 200 erheblich zwischen
unterschiedlichen Bildregionen.
Zunächst wird ein Randbereich des betrachteten gesamten
Bildbereichs ermittelt, da ein Finger üblicherweise den
Fingerabdruck-Sensor 1300 nicht vollständig bedeckt.
In den Randbereichen werden in dem Binär-Bild häufig Rauschen
und stochastische Muster zu erkennen sein, die durch
Verunreinigungen des Sensors verursacht werden.
Das Rauschen und die stochastischen Muster sind in dem Binär-
Bild durch eine annähernd gleichmäßige Verteilung schwarzer
wie weißer Pixel und Pixelgruppen ermittelbar, wodurch sich
auch eine gleichmäßige Richtungsverteilung ergibt, wenn nach
dem Ausdünnen der entsprechenden Pixelgruppen noch
Strukturlinien vorhanden sind.
Solche Strukturlinien sind üblicherweise sehr kurz und die
Gesamtzahl der gezählten Pixel als Elemente der Strukturlinien
pro Bildbereich, die eine Vorzugsrichtung beschreiben, wird
somit relativ klein sein.
In diesem Fall ist die Richtungsverteilung, das heißt die
Verteilung der Vorzugsrichtungen, insbesondere deren
Zählerstände, relativ gleichmäßig, so dass das Kriterium des
Abtasttheorems in diesem Fall oftmals nicht erfüllt ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist aus diesem Grund ein
Schwellenwert für einen Zählerstand vorgesehen, ab dem die
Vorzugsrichtung in der Größenordnung des Rauschens liegt und
somit nur ein verrauschter Bildbereich erkennbar ist.
Zur Ermittlung der Bildrandbereiche wird die
Krümmungserkennung berücksichtigt.
Das Ziel der Krümmungserkennung der Strukturlinien innerhalb
eines Bildbereichs 400 ist, die Dominanz einer Vorzugsrichtung
310, 320, 330, 340, 350, 360 in der Richtungsverteilung zu
bewerten.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass für den Fall, dass eine
Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 in der
Richtungsverteilung sehr dominant ist, dann die Anteile
anderer Vorzugsrichtungen entsprechend gering ausfallen
müssen.
Aus diesem Grund wird eine zusätzliche Bewertung der kleineren
Zählerstände anderer Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340,
350, 360 als der ausgewählten Vorzugsrichtung mit
berücksichtigt.
Ein Rückweisungskriterium, welches gemäß diesem
Ausführungsbeispiel für ein Nicht-berücksichtigen eines
Bildbereichs aufgrund zu geringer Bildqualität eingesetzt
wird, ist, dass, wenn in einem Bildbereich 400 nicht
mindestens zwei Vorzugsrichtungs-Zähler-Werte die Grenze von
3/8 des statistischen Mittelwerts und damit 1/16 der Gesamtanzahl
ermittelter Bildpunkte einer Strukturlinie in dem jeweiligen
Bildbereich 400 unterschreiten, der entsprechende Bildbereich
400 als zu stark verrauscht angesehen wird und somit im Rahmen
des weiteren Verfahrens bei der Betrachtung von Minutien in
diesen Bildbereichen nicht berücksichtigt wird.
Diese Bildbereiche werden zwar in der Bildfilterung selbst mit
berücksichtigt, aber alle in diesem Bildbereich in weiteren
Verarbeitungsschritten ermittelten Minutien werden als
ungültig deklariert und somit nicht berücksichtigt.
Die Filterung der Bildbereiche 400, deren Minutien später
nicht berücksichtigt werden, ist erforderlich, um an den
Randbereichen der Bildbereiche 400 insbesondere an denen zu
gültigen Bildbereichen 400, den Strukturlinienverlauf stetig
zu interpolieren.
Ein Ausbleiben der Richtungsfilterung in ungültigen
Bildbereichen, das heißt in Bildbereichen mit zu geringer
Bildqualität, würde an den Übergängen zu gültigen
Bildbereichen 400 zu einer erhöhten Fehlerrate führen.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dies dadurch
gewährleistet, dass die Gesamtzahl der ermittelten Pixel, die
je einer Linie zugehören, um vier Bit in Richtung des Least
Significant Bit verschoben werden, was einer Division durch
den Wert 16 entspricht.
Anschließend wird dieser Wert mit den jeweils einzeln
gespeicherten Zählerständen der weiteren Vorzugsrichtungen
310, 320, 330, 340, 350, 360 verglichen.
Fig. 9a zeigt ein weiteres Fingerabdruck-Bild 900 mit relativ
schlechter Bildqualität insbesondere in den Randbereichen 901,
902, 903, 904.
Fig. 9b zeigt die Bildbereiche 910 des zweiten tiefpass
gefilterten Fingerabdruck-Bildes 905 als dunkel markiert, die
hinsichtlich der Ermittlung der Minutien nicht berücksichtigt
werden.
Anschaulich wird durch den nicht ausgeblendeten Teil des
zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 905 der Bereich
repräsentiert, in dem der Finger des zu identifizierenden
Benutzers des Fingerabdruck-Sensors 1200 vollständig aufliegt
und in dem die Linien des Fingerabdrucks auch sinnvoll mit
ausreichender Genauigkeit voneinander zu unterscheiden sind
und somit ausreichend verlässlich verwertbare Informationen
enthalten.
Die Interpolation der Strukturlinien des Fingerabdrucks findet
durch eine eindimensionale Tiefpassfilterung statt und zwar
jeweils in der durch das oben beschriebene Verfahren
ermittelten Vorzugsrichtung, die dem jeweiligen Bildbereich
zugeordnet ist.
Für diese gerichtete zweite Tiefpassfilterung sind
unterschiedliche Impulsantworten als Realisierungsansatz
denkbar, beispielsweise eine gaussförmige Impulsantwort oder
eine rechteckförmige Impulsantwort.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein analoges resistives
Diffusionsnetzwerk 1000 gewählt, wie in Fig. 10 dargestellt.
Alternativ kann auch ein analoges kapazitives
Diffusionsnetzwerk mit Kapazitäten anstelle von elektrischen
Widerständen eingesetzt werden.
Das in Fig. 10 dargestellte herkömmliche Pi-Diffusionsnetzwerk
100 weist eine Vielzahl lateraler Widerstände R und vertikaler
Leitwerte G auf, wodurch das Pi-Diffusionsnetzwerk 1000 eine
exponentiell abfallende Impulsantwort aufweist bei Anlegen
einer Spannung U0 mittels einer Spannungsquelle 1001.
Für die Strukturlinien-Interpolation kann jedoch gemäß einer
alternativen Ausführungsform ein Diffusionsnetzwerk 1100 mit
Zwischenknoten, wie in Fig. 11 dargestellt, eingesetzt werden,
mit dem eine gaussähnliche Impulsantwort implementiert wird.
Fig. 11 zeigt für jedes Pixel 1101, 1102, 1103, für das jeweils
eine eigene Spannungsquelle 1104, 1105, 1106 angenommen wird,
jeweils eine Parallelschaltung 1107, 1108, 1109 auf.
Jede Parallelschaltung 1107, 1108, 1109 weist jeweils zwei
Serienschaltungen 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, jeweils
zweier elektrischer Widerstände R1, R2, alternativ zweier
elektrischer Kapazitäten, auf.
Jeweils über einen Zwischenknoten 1116, 1117, der zwischen den
zwei elektrischen Widerständen R1, R2 angeordnet ist, sind
zwei Parallelschaltungen 1107, 1108, 1109 zweier benachbarter
Pixel 1101, 1102, 1103 miteinander verbunden.
Die in Fig. 11 dargestellten Spannungsquellen 1104, 1105, 1106
können beispielsweise mittels der in [1] dargestellten
Sensorschaltung beschrieben werden, die die lokale
Fingerkapazität in einen Wert einer elektrischen Spannung
umwandelt.
An einem Ausgang 1118, 1119, 1120 einer Parallelschaltung
liegt jeweils über einem weiteren elektrischen Widerstand R3
eine Ausgangsspannung U-1aut, U0,aut, U1,aut, an.
Das für die Binär-Bild-Gewinnung durch Vergleich mit dem
Sensorsignal erforderliche Referenzsignal wird sowohl an den
Absolut-Wert als auch an den globalen Helligkeitsverlauf des
Verlaufs des Sensorsignals angepasst.
Aus diesem Grund wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine
Tiefpass-Filterung des Original-Signals, das heißt des
Fingerabdruck-Bildes 200, wie in Fig. 2c beispielhaft
dargestellt, durchgeführt.
Als Alternative zu einer Tiefpass-Filterung ist gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, einen
Mittelwert der Werte der Pixel innerhalb des Bildbereichs zu
ermitteln.
Die Bildbereiche 400, in denen die Mittelwertbildung
vorgenommen wird, müssen nicht die gleiche Größe oder Form
aufweisen wie die zur Richtungsdetektion verwendeten
Bildbereiche.
Im Rahmen einer schaltungstechnischen Realisierung der
Binarisierung ist es erforderlich, dass das Ausgangssignal
eines Tiefpass-Filters den gleichen Mittelwert besitzt wie das
des zu binarisierenden Sensorsignals.
Im Falle des Einsatzes eines resistiven Maschen-Netzwerks ist
es gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, dass das Maschen-Netzwerk in mehrfacher
Ausfertigung zu implementieren, wie in Fig. 12 dargestellt, so
dass eines für die Tiefpass-Filterung des Fingerabdruck-Bildes
und damit zur Referenzbild-Gewinnung, das heißt zur Erzeugung
des Referenz-Fingerabdruck-Bildes dient, während das andere
wahlweise bei Trennung der Maschen von den Nachbarpixeln das
ungefilterte Fingerabdruck-Bild oder bei Verbindung der
Maschen mit den entsprechenden Nachbarpixeln das
richtungsgefilterte Signal liefert, wie aus Fig. 12
ersichtlich.
In diesem Dokument ist folgende Veröffentlichung zitiert:
[1] S. Jung, Capacitive CMOS Fingerprint Sensor with On-Chip Parallel Signal Processing, Forschungs-Report, VDE- Verlag, ISBN 3-8007-2533-9, 2000.
[1] S. Jung, Capacitive CMOS Fingerprint Sensor with On-Chip Parallel Signal Processing, Forschungs-Report, VDE- Verlag, ISBN 3-8007-2533-9, 2000.
100
Blockdiagramm
101
Eingangsdaten
102
Erste Tiefpass-Filterung
103
Vergleich Fingerabdruck-Bild mit Referenz-Fingerabdruck-
Bild
104
Ausdünnen
105
Richtungsdetektion
106
Richtungsfeld
107
Richtungsfilter
108
Vergleich richtungs-gefiltertes Bild mit Referenz-
Fingerabdruck-Bild
109
Invertierung
110
Ausdünnen
111
Invertiertes zweites Fingerabdruck-Bild
113
Ausdünnen
114
Zweites binarisiertes ausgedünntes Fingerabdruck-Bild
115
Minutien-Extraktion
116
Minutien
117
Auswertereinheit
200
Fingerabdruck-Bild
201
Fingerabdruck
202
Strukturlinien Fingerabdruck
210
Referenz-Fingerabdruck-Bild
220
Erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild
230
Ausgedünntes lokal korrigiertes erstes binarisiertes
Fingerabdruck-Bild
231
Bildbereich
232
Vorzugsrichtung Bildbereich
240
Zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild
250
Korrigiertes zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild
301
Auf Linie sich befindende Bildbereich
310
Erste Vorzugsrichtung
311
Zentral-Pixel
312
Erstes Nachbar-Pixel
313
Zweites Nachbar-Pixel
314
Drittes Nachbar-Pixel
315
Viertes Nachbar-Pixel
316
Fünftes Nachbar-Pixel
317
Sechstes Nachbar-Pixel
320
Zweite Vorzugsrichtung
321
Erstes Vergleichsmuster erste Vorzugsrichtung
322
Zweites Vergleichsmuster erste Vorzugsrichtung
330
Dritte Vorzugsrichtung
340
Vierte Vorzugsrichtung
341
Erstes Vergleichsmuster vierte Vorzugsrichtung
342
Zweites Vergleichsmuster vierte Vorzugsrichtung
350
Fünfte Vorzugsrichtung
360
Sechste Vorzugsrichtung
361
Erstes Vergleichsmuster sechste Vorzugsrichtung
362
Zweites Vergleichsmuster sechste Vorzugsrichtung
400
Bildbereich
401
Strukturlinie
402
Strukturlinie
403
Strukturlinie
404
Strukturlinie
410
Histogramm
411
Balken
412
Mittelwert aller Zählerstände
413
Balken
414
Balken
415
Balken
500
Richtungsermittlungs-Einheit
501
Ausgang
502
Demultiplexer
503
MOS-Feldeffekttransistor
504
Richtungscode
505
Transistorschaltung
506
Nachbar-Pixel Eingang
507
Nachbar-Pixel Eingang
508
Nachbar-Pixel Eingang
509
Nachbar-Pixel Eingang
510
Nachbar-Pixel Eingang
511
Nachbar-Pixel Eingang
R1 Eingang Transistorschaltung
R2 Eingang Transistorschaltung
R3 Eingang Transistorschaltung
R4 Eingang Transistorschaltung
R5 Eingang Transistorschaltung
R6 Eingang Transistorschaltung
N1 Helligkeitsinformations-Signal
N2 Helligkeitsinformations-Signal
N3 Helligkeitsinformations-Signal
N4 Helligkeitsinformations-Signal
N5 Helligkeitsinformations-Signal
N6 Helligkeitsinformations-Signal
R1 Eingang Transistorschaltung
R2 Eingang Transistorschaltung
R3 Eingang Transistorschaltung
R4 Eingang Transistorschaltung
R5 Eingang Transistorschaltung
R6 Eingang Transistorschaltung
N1 Helligkeitsinformations-Signal
N2 Helligkeitsinformations-Signal
N3 Helligkeitsinformations-Signal
N4 Helligkeitsinformations-Signal
N5 Helligkeitsinformations-Signal
N6 Helligkeitsinformations-Signal
600
Schaltung Pixel-Einheit
601
Sensorschaltung
602
Steuereingang und Takteingang Sensorschaltung
602
Binäres Bildsignal
603
Richtungs-Schieberegister
604
Richtungstaktsignal
605
Richtungszähler
606
Zählertaktsignal
607
Ein Richtungseingang adaptives Diffusionsnetzwerk
608
Adaptives Diffusionsnetzwerk
701
Schieberegisterkette
702
Pixel-Zähler
800
Zentrale-Ermittlungs-Einheit
801
Richtungscode-Register
802
Maximum-Register
803
UND-Gatter
804
Addierer
805
Summen-Register
806
Komparator
807
Ausgang Komparator
808
Registertakt-Puls
809
Enable-Eingang Maximum-Register
810
Enable-Eingang Richtungscode-Register
811
Erste Schalterposition
812
Zweite Schalterposition
813
Erster Eingang Komparator
814
Zweiter Eingang Komparator
815
Gespeicherter Wert Richtungscode-Register
816
Ausgang und -Gatter
817
Schalter
900
Fingerabdruck-Bild
901
Randbereich Fingerabdruck-Bild
902
Randbereich Fingerabdruck-Bild
903
Randbereich Fingerabdruck-Bild
904
Randbereich Fingerabdruck-Bild
905
Zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild
910
Nicht berücksichtigter Bildbereich bei Minutien-Ermittlung
1000
Pi-Diffusionsnetzwerk
1001
Spannungsquelle
R lateraler elektrischer Widerstand
G vertikaler elektrischer Leitwert
R lateraler elektrischer Widerstand
G vertikaler elektrischer Leitwert
1100
Diffusionsnetzwerk mit Zwischenknoten
1101
Pixel
1102
Pixel
1103
Pixel
1104
Spannungsquelle
1105
Spannungsquelle
1106
Spannungsquelle
1107
Parallelschaltung
1108
Parallelschaltung
1109
Parallelschaltung
1110
Serienschaltung
1111
Serienschaltung
1112
Serienschaltung
1113
Serienschaltung
1114
Serienschaltung
1115
Serienschaltung
1116
Zwischenknoten
1117
Zwischenknoten
1118
Ausgangsknoten
1119
Ausgangsknotenparallelschaltung
1120
Ausgang Parallelschaltung
U-1,aut
U-1,aut
Ausgangsspannung Parallelschaltung
U0,aut
U0,aut
Ausgangsspannung Parallelschaltung
U1,aut
U1,aut
Ausgangsspannung Parallelschaltung
R1
R1
elektrischer Widerstand Serienschaltung
R2
R2
elektrischer Widerstand Serienschaltung
R3
R3
elektrischer Widerstand Ausgang Parallelschaltung
1200
Vielfach-Maschen-Netzwerk
1300
Sensorschaltung
1301
Sensorelementegruppe
1302
Sensorelement
Claims (23)
1. Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes, das
einen Fingerabdruck enthält,
bei dem das Fingerabdruck-Bild einer ungerichteten ersten Tiefpassfilterung unterzogen wird, wodurch ein erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild gebildet wird,
bei dem das erste binarisierte Fingerabdruck-Bild in eine Mehrzahl von Bildbereichen gruppiert wird,
bei dem für zumindest einen Teil der Bildbereiche jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird,
bei dem die ermittelte Vorzugsrichtung dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet wird,
bei dem das Fingerabdruck-Bild oder ein weiteres Fingerabdruck-Bild, das ebenfalls einen Fingerabdruck enthält, einer gerichteten zweiten Tiefpassfilterung unterzogen wird, wodurch ein zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild gebildet wird,
wobei die zweite Tiefpassfilterung für einen Bildbereich jeweils abhängig von der diesem Bildbereich zugeordneten Vorzugsrichtung erfolgt.
bei dem das Fingerabdruck-Bild einer ungerichteten ersten Tiefpassfilterung unterzogen wird, wodurch ein erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild gebildet wird,
bei dem das erste binarisierte Fingerabdruck-Bild in eine Mehrzahl von Bildbereichen gruppiert wird,
bei dem für zumindest einen Teil der Bildbereiche jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird,
bei dem die ermittelte Vorzugsrichtung dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet wird,
bei dem das Fingerabdruck-Bild oder ein weiteres Fingerabdruck-Bild, das ebenfalls einen Fingerabdruck enthält, einer gerichteten zweiten Tiefpassfilterung unterzogen wird, wodurch ein zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild gebildet wird,
wobei die zweite Tiefpassfilterung für einen Bildbereich jeweils abhängig von der diesem Bildbereich zugeordneten Vorzugsrichtung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere
Fingerabdruck-Bild zu Beginn des Verfahrens erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
bei dem das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere
Fingerabdruck-Bild zu Beginn des Verfahrens mittels eines
kapazitiven Verfahrens erfasst werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei dem das Fingerabdruck-Bild einer Bildvorverarbeitung
unterzogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
bei dem im Rahmen der Vorverarbeitung zumindest Linien, die
den Verlauf des Fingerabdrucks beschreiben, ausgedünnt
werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
bei dem Bildbereiche mit im wesentlichen hexagonaler Form
verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem für jeden Bildbereich jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird, und
bei dem die ermittelte Vorzugsrichtung dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet wird.
bei dem für jeden Bildbereich jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird, und
bei dem die ermittelte Vorzugsrichtung dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem zumindest für einen Teil der Bildbereiche die Bildqualität gemäß einem vorgegebenen Kriterium ermittelt wird, und
bei dem der Bildbereich im weiteren Verfahren zur Ermittlung von Minutien nur berücksichtigt wird, wenn die Bildqualität hinsichtlich des Kriteriums besser ist als ein vorgegebener Qualitätswert.
bei dem zumindest für einen Teil der Bildbereiche die Bildqualität gemäß einem vorgegebenen Kriterium ermittelt wird, und
bei dem der Bildbereich im weiteren Verfahren zur Ermittlung von Minutien nur berücksichtigt wird, wenn die Bildqualität hinsichtlich des Kriteriums besser ist als ein vorgegebener Qualitätswert.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
bei dem in dem zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bild
Minutien ermittelt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem in dem zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bild
zumindest Linien, die den Verlauf des Fingerabdrucks
beschreiben, ausgedünnt werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei dem die Vorzugsrichtung des Verlaufs des
Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt
wird, indem der Verlauf des Fingerabdrucks in dem
jeweiligen Bildbereich mit vorgegebenen möglichen
Vorzugsrichtungen verglichen wird, und
bei dem die vorgegebene Vorzugsrichtung als Vorzugsrichtung für den Bildbereich bestimmt wird, die gemäß einem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.
bei dem die vorgegebene Vorzugsrichtung als Vorzugsrichtung für den Bildbereich bestimmt wird, die gemäß einem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem einem Bildbereich nur dann eine Vorzugsrichtung zugeordnet wird, wenn eine vorgegebene Vorzugsrichtung gemäß dem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt, und
bei dem für den Fall, dass eine vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich nicht ausreichend genau übereinstimmt, die zweite Tiefpassfilterung für diesen Bildbereich als ungerichtete Tiefpassfilterung durchgeführt wird.
bei dem einem Bildbereich nur dann eine Vorzugsrichtung zugeordnet wird, wenn eine vorgegebene Vorzugsrichtung gemäß dem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt, und
bei dem für den Fall, dass eine vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich nicht ausreichend genau übereinstimmt, die zweite Tiefpassfilterung für diesen Bildbereich als ungerichtete Tiefpassfilterung durchgeführt wird.
13. Fingerabdruck-Sensor,
mit einer Sensorschaltung zum Erfassen eines Fingerabdruck-Bildes,
mit einer Filterschaltung zum Filtern eines erfassten Fingerabdruck-Bildes,
mit einer Richtungsermittlungs-Einheit zum Ermitteln einer Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in einem Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes,
bei dem die Filterschaltung derart eingerichtet ist, dass sie eine gerichtete Tiefpassfilterung eines Fingerabdruck-Bildes abhängig von einer ermittelten Vorzugsrichtung für einen Bildbereich des Fingerabdruck- Bildes durchführen kann, welchem Bildbereich diese Vorzugsrichtung zugeordnet ist.
mit einer Sensorschaltung zum Erfassen eines Fingerabdruck-Bildes,
mit einer Filterschaltung zum Filtern eines erfassten Fingerabdruck-Bildes,
mit einer Richtungsermittlungs-Einheit zum Ermitteln einer Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in einem Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes,
bei dem die Filterschaltung derart eingerichtet ist, dass sie eine gerichtete Tiefpassfilterung eines Fingerabdruck-Bildes abhängig von einer ermittelten Vorzugsrichtung für einen Bildbereich des Fingerabdruck- Bildes durchführen kann, welchem Bildbereich diese Vorzugsrichtung zugeordnet ist.
14. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 13,
bei dem die Sensorschaltung eine Mehrzahl von Sensorelementen
zum Erfassen jeweils eines Bildbereichs eines Fingerabdruck-
Bildes aufweist.
15. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 13 oder 14,
bei dem für zumindest einen Teil der Sensorelemente jeweils
eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist zum Verarbeiten des
von dem jeweiligen Sensorelement erfassten Bildbereichs.
16. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 15,
bei dem für jedes Sensorelement jeweils eine
Verarbeitungseinheit vorgesehen ist zum Verarbeiten des von
dem jeweiligen Sensorelement erfassten Bildbereichs.
17. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 15 oder 16,
bei dem jede Verarbeitungseinheit jeweils mit den ihr
unmittelbar benachbart angeordneten Verarbeitungseinheiten
verbunden ist, so dass zwischen den verbundenen
Verarbeitungseinheiten Daten ausgetauscht werden können.
18. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
bei dem jeweils mehrere Sensorelemente in Sensorelementegruppen gruppiert sind, und
bei dem zumindest für einen Teil der Sensorelementegruppen jeweils eine Richtungsermittlungs- Einheit vorgesehen ist.
bei dem jeweils mehrere Sensorelemente in Sensorelementegruppen gruppiert sind, und
bei dem zumindest für einen Teil der Sensorelementegruppen jeweils eine Richtungsermittlungs- Einheit vorgesehen ist.
19. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
mit einer Logikschaltung, die derart eingerichtet ist, dass vorgegebene Vorzugsrichtungen durch diese ermittelbar sind,
bei dem die Richtungsermittlungs-Einheit einen Richtungsdemultiplexer aufweist, mit der die Logikschaltung entsprechend den vorgegebenen Vorzugsrichtungen angesteuert wird, so dass ermittelt wird, ob die angesteuerte vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem entsprechenden Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.
mit einer Logikschaltung, die derart eingerichtet ist, dass vorgegebene Vorzugsrichtungen durch diese ermittelbar sind,
bei dem die Richtungsermittlungs-Einheit einen Richtungsdemultiplexer aufweist, mit der die Logikschaltung entsprechend den vorgegebenen Vorzugsrichtungen angesteuert wird, so dass ermittelt wird, ob die angesteuerte vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem entsprechenden Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.
20. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 18 oder 19,
bei dem die Verarbeitungseinheiten einer Sensorelementegruppe
über eine Schieberegisterkette seriell miteinander verbunden
sind.
21. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 20,
bei dem die Filterschaltung als Diffusionsnetzwerk
ausgestaltet ist.
22. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 21,
bei dem das Diffusionsnetzwerk für jedes Sensorelement eine Parallelschaltung mit mindestens zwei Serienschaltungen mit in Serie geschalteten Widerständen und/oder Kapazitäten aufweist,
wobei jeweils zwei Parallelschaltungen unterschiedlicher Sensorelemente miteinander über einen Zwischenknoten, der zwischen zwei der in Serie geschalteten Widerständen und/oder Kapazitäten liegt, verbunden sind.
bei dem das Diffusionsnetzwerk für jedes Sensorelement eine Parallelschaltung mit mindestens zwei Serienschaltungen mit in Serie geschalteten Widerständen und/oder Kapazitäten aufweist,
wobei jeweils zwei Parallelschaltungen unterschiedlicher Sensorelemente miteinander über einen Zwischenknoten, der zwischen zwei der in Serie geschalteten Widerständen und/oder Kapazitäten liegt, verbunden sind.
23. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 22,
bei dem die einzelnen Komponenten des Fingerabdruck-Sensors
in einem Chip integriert sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10038873A DE10038873C2 (de) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes und Fingerabdruck-Sensor |
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---|---|---|---|
DE10038873A DE10038873C2 (de) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes und Fingerabdruck-Sensor |
Publications (2)
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---|---|
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- 2000-08-09 DE DE10038873A patent/DE10038873C2/de not_active Expired - Fee Related
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---|---|
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