DE102006041645B4

DE102006041645B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung in einem Bild

Info

Publication number: DE102006041645B4
Application number: DE102006041645A
Authority: DE
Inventors: Won-Churl Jang; Dong-Jae Lee; Deok-Soo Park
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: GB2431762A8; GB0616736D0; KR20070023217A; US7876933B2; GB2431762B; KR100825773B1; US20070047785A1; GB2431762A; GB2431762B8; DE102006041645A1

Abstract

Verfahren zur Orientierungsbestimmung in einem Bild, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
– Aufteilen des Bildes in erste partielle Bereiche, Messen von Gradienten von Pixeln des Bildes und Bestimmen repräsentativer Orientierungen der ersten partiellen Bereiche,
– Filtern des Bildes unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters (3553, 3555), um ein verbessertes Bild zu erzeugen, und Neumessen der repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche durch Neumessen der Gradienten der Pixel des verbesserten Bildes und
– Aufteilen der ersten partiellen Bereiche in zweite partielle Bereiche und Bestimmen von repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche in Bezug auf eine Krümmung der ersten partiellen Bereiche in Reaktion auf die neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche und der neu gemessenen Gradienten der Pixel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung in einem Bild, wie einem Fingerabdruckbild oder einem anderen Bild mit Richtungsauszeichnung.
Das Orientierungsfeld oder die Orientierung eines Bildes kann als wichtige Information verwendet werden, um das Bild zu analysieren. Beispielsweise wird im Bereich der Bildsuche, in der viele Bilder nach wichtigen Bildern durchsucht werden, und im Bereich der Bildverfolgung, in dem ein bestimmtes Objekt, wie eine Person oder ein Fahrzeug, auf bewegten Bildern verfolgt wird, das Orientierungsfeld des Bildes intensiv verwendet. Aus diesem Grund sind Technologien zur genauen Analyse des Orientierungsfeldes eines Bildes in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten aktiv erforscht worden.
Insbesondere sind, da im Bereich der Fingerabdruckerkennung eine Fingerabdruckerkennung unter Verwendung der Form von Erhebungen (ridges) und Vertiefungen (valleys) eines Fingerabdrucks ausgeführt wird, Technologien für eine genaue Bestimmung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks und insbesondere der Orientierung der Erhebungen eines Fingerabdruckbildes wichtig. Aufgrund dieser Wichtigkeit wurden viele Forschungsaktivitäten für Technologien zur schnellen und genauen Messung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks durchgeführt.
Repräsentative unter diesen Technologien umfassen eine Technologie zur Messung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks unter Verwendung einer neuronalen Netztheorie, eine Technologie zur Messung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks unter Verwendung eines Bildes und eine Technologie zur Messung des Orientierungsfeldes unter Verwendung von Gradienteninformation, die aus der Helligkeit von Pixeln in einem Fingerabdruckbild berechnet wird. Unter diesen Technologien ist insbesondere die Technologie zur Messung des Orientierungsfeldes unter Verwendung der Gradienteninformation weit verbreitet.
Die Offenlegungsschriften DE 100 27 657 A1 , DE 102 39 342 A1 , DE 102 60 642 A1 und EP 1 288 856 A1 sowie die Patentschrift US 5.717.786 offenbaren diverse herkömmliche Fingerabdruck-Erkennungstechniken mit Bestimmung eines Fingerabdruck-Orientierungsfeldes.
Ein Fingerabdruckerkennungssystem ist ein System zur Identifizierung eines Individuums durch Verwendung von Eigenschaften eines Fingerabdrucks, der für jedes Individuum verschieden ist, und insbesondere durch Verwendung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks. 1 zeigt die Struktur eines gewöhnlichen Fingerabdruckerkennungssystems. Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das Fingerabdruckerkennungssystem eine Fingerabdruckbilderfassungseinheit 110, eine Fingerabdruckbereichsextraktionseinheit 130, eine Orientierungsbestimmungseinheit 150, eine Fingerabdruckcharakteristikextraktionseinheit 170, eine Fingerabdruckerkennungseinheit 190 und eine Fingerabdruckcharakteristikspeichereinheit 195.
Die Fingerabdruckbilderfassungseinheit 110 gewinnt ein Fingerabdruckbild und kann einen Fingerabdruckerkennungssensor, der nur ein Fingerabdruckbild aufnimmt, und/oder zudem eine digitale Kamera oder in ein Mobiltelefon eingebettete Kamera umfassen.
Die Fingerabdruckbereichsextraktionseinheit 130 extrahiert nur einen Fingerabdruckbereich ohne einen Hintergrund in einem aufgenommenen Fingerabdruckbild. Die Fingerabdruckorientierungsbestimmungseinheit 150 berechnet das Orientierungsfeld eines Fingerabdrucks unter Verwendung der Struktur der Erhebungen und Vertiefungen des Fingerabdrucks im extrahierten Fingerabdruckbereich. Um das Orientierungsfeld des Fingerabdrucks zu bestimmen, wurden die oben angeführten Orientierungsmessungstechnologien verwendet.
Die Fingerabdruckcharakteristikextraktionseinheit 170 extrahiert die Fingerabdruckcharakteristika unter Verwendung des Orientierungsfeldes des Fingerabdrucks. Die extrahierten Fingerabdruckcharakteristika werden zur Fingerabdruckerkennung in der Fingerabdruckcharakteristikspeichereinheit gespeichert. Wenn die Fingerabdruckerkennung ausgeführt wird, führt die Fingerabdruckerkennungseinheit 190 eine Fingerabdruckerkennung durch Vergleichen der in der Fingerabdruckcharakteristikextraktionseinheit 170 extrahierten Fingerabdruckcharakteristika mit den Fingerabdruckcharakteristika aus, die in der Fingerabdruckcharakteristikspeichereinheit 195 gespeichert sind.
Wie oben ausgeführt ist, werden die Fingerabdruckcharakteristika unter Verwendung des Orientierungsfeldes des Fingerabdrucks extrahiert und entsprechend ist eine genaue und schnelle Berechnung des Orientierungsfeldes des Fingerabdrucks einer der Hauptgegenstände im Bereich der Fingerabdruckerkennung. Allgemein kann, wenn ein klares Fingerabdruckbild, wie bei einem Fingerabdrucksensor, erhalten werden kann, die Orientierung des Fingerabdrucks leicht und genau gemessen werden. Wenn jedoch kein klares Fingerabdruckbild erhalten werden kann, beispielsweise wenn ein Fingerabdruckbild unter Verwendung einer Bildaufnahmevorrichtung wie einer digitalen Kamera und/oder einer Kamera eines Mobiltelefons aufgenommen wird, kann die Orientierung des Fingerabdrucks eventuell nicht genau gemessen werden. Insbesondere kann, wenn ein Fingerabdruckbild durch starkes externes Licht, Kamerarauschen oder verschiedene Faktoren verzerrt wird (wie beispielsweise durch eine zu weiche Haut, wie der von Kindern oder Frauen, einen feuchten Finger und einen Finger mit einer Wunde), eine falsche Orientierung des Fingerabdrucks detektiert werden.
2 zeigt Kuppenformverzerrungen, die auftreten können, wenn ein Fingerabdruckbild unter Verwendung einer Kamera aufgenommen wird. Allgemein ausgedrückt, können fünf Arten von Verzerrungen in einem Fingerabdruckbild auftreten, das unter Verwendung einer Kamera bei Beleuchtung z. B. durch Sonnenlicht und/oder Blitzlicht aufgenommen wird.
Die erste Verzerrung wird durch die gekrümmte kurvige Umfangsform eines Fingers verursacht. Wie in Bereichen 1 und 1' von 2 dargestellt, ist das Intervall zwischen einer Erhebung und einer Vertiefung eines Fingerabdrucks in einem Bereich (Bereich 1) gleichmäßig, der in Bezug auf die Richtung einer Kameralinse eben ist, während beide Seiten des Fingers in Bezug auf die Richtung der Kameralinse geneigt sind und sich das Intervall zwischen Erhebungen und Vertiefungen graduell verengt (siehe Bereich 1').
Die zweite Verzerrung tritt aufgrund eines vorspringenden Teils des Zentrums der Fingerspitze auf. Wie im Bereich 2 von 2 dargestellt, ist die Form der Erhebung im mittleren Teil des Fingers klar, der seitliche Teil des Fingers weist jedoch einen Schatten auf, so dass die Form der Erhebung unklar wird.
Die dritte Verzerrung tritt aufgrund von Wunden, wie Narben und/oder Verbrennungen auf der Haut des Fingers auf. Wie im Bereich 3 von 2 dargestellt, wird eine künstliche Vertiefung geformt, wenn eine Wunde auf der Haut des Fingers vorhanden ist, wodurch, wenn die Orientierung des Fingerabdrucks gemessen wird, eine Erhebungsorientierung gemessen werden kann, die von der tatsächlichen Erhebungsorientierung vollständig verschieden ist.
Die vierte Verzerrung wird ebenfalls von dem vorspringenden Teil des Zentrums der Fingerspitze verursacht. Wie im Bereich 4 von 2 dargestellt, tritt ein Unschärfephänomen auf, in dem aufgrund des vorspringenden Teils der Fingerspitze eine Fokussierung partiell falsch ist, was das Bild unscharf macht.
Die fünfte Verzerrung tritt durch die existierende Ausleuchtung auf, wenn ein Fingerabdruckbild von einer Kamera gemacht wird. Das bedeutet, dass, wenn ein Fingerabdruckbild von einer Kamera gemacht wird, eine Beleuchtung wie ein Kamerablitzlicht und/oder Sonnenlicht auf den Finger angewendet wird. Wie im Bereich 5 von 2 dargestellt ist, kann, wenn die Beleuchtung angewendet wird, ein Phänomen auftreten, in dem ein bestimmter Bereich des Fingerabdruckbild zu hell ist.
Außerdem kann, wenn die Haut des Fingers zu weich ist, wie die von Kindern und Frauen, oder wenn der Finger zu feucht ist, eine Verzerrung im Fingerabdruckbild auftreten.
Entsprechend der herkömmlichen Orientierungsmesstechnologien wird, wenn kein klares Fingerabdruckbild erhalten werden kann, wie wenn ein Fingerabdruckbild unter Verwendung einer Bildaufnahmevorrichtung wie einer digitalen Kamera und/oder einer Kamera eines Mobiltelefons aufgenommen wird, die Orientierung des Fingerabdrucks eventuell nicht genau gemessen und es kann, insbesondere wenn eine Verzerrung im Fingerabdruckbild vorhanden ist, ein falsches Orientierungsfeld des Fingerabdrucks erhalten werden.
Als technisches Problem liegt der Erfindung die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung in einem Bild zugrunde, die in der Lage sind, die oben genannten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu reduzieren oder zu vermeiden und insbesondere eine verlässliche Bestimmung der Orientierung in einem Fingerabdruckbild ermöglichen, auch wenn das Fingerabdruckbild eine schlechte Qualität aufweist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 37. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Bestimmung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks zur Verfügung, indem ein Prozess wiederholt ausgeführt wird, bei dem ein Fingerabdruckbild in partielle Bereiche aufteilt und die repräsentative Orientierung dieser partiellen Bereiche gemessen wird und die partiellen Bereiche entsprechend ihrer Krümmung in kleinere partielle Bereiche aufteilt und die repräsentativen Orientierungen der kleineren partiellen Bereiche gemessen werden.
Vorteilhafte, nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung sowie das zu deren besserem Verständnis oben erläuterte, herkömmliche Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm der Struktur eines gewöhnlichen Fingerabdruckerkennungssystems,
2 eine Darstellung einer Verzerrung, die auftreten kann, wenn ein Fingerabdruckbild unter Verwendung einer Kamera gewonnen wird,
3 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Orientierung,
4 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Orientierung,
5 ein Blockdiagramm einer Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit, die gemäß der Erfindung zur Verwendung in der Vorrichtung von 3 geeignet ist,
6 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur gleichmäßigen Einstellung eines Fingerabdruckmusters in der Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit von 5,
7A und 7B Diagramme zur Darstellung eines Operators zur erfindungsgemäßen Messung eines Gradienten in y- und x-Orientierung,
8 ein Blockdiagramm einer repräsentativen Orientierungsbestimmungseinheit, die gemäß der Erfindung zur Verwendung in der Vorrichtung von 3 geeignet ist,
9 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der repräsentativen Orientierung eines jeden von ersten partiellen Bereichen in der repräsentativen Orientierungsbestimmungseinheit von 8,
10 eine Darstellung von Beispielen von ersten partiellen Bereichen eines Fingerabdruckbildes, in denen eine Orientierung klar oder unklar ist,
11 ein Blockdiagramm einer Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit, die gemäß der Erfindung zur Verwendung in der Vorrichtung von 3 geeignet ist,
12 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Gewinnung eines Fingerabdruckbildes, das in der Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit von 11 verbessert wird,
13 eine Darstellung von Unterscheidungskoeffizienten und Singularitätskoeffizienten gemäß der Erfindung,
14A und 14B Diagramme zur Darstellung eines ersten Orientierungsfilters und eines zweiten Orientierungsfilters gemäß der Erfindung,
15A und 15B Beispiele von verbesserten Fingerabdruckbildern, die erfindungsgemäß unter Verwendung eines ersten Orientierungsfilters und eines zweiten Orientierungsfilters erhalten werden,
16 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Prozesses zur Verbesserung der Fingerabdruckstruktur eines ersten partiellen Bereichs, in dem die Orientierung unklar ist,
17 ein Blockdiagramm einer Nachverarbeitungseinheit, die gemäß der Erfindung zur Verwendung in der Vorrichtung von 3 geeignet ist,
18 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Korrektur eines Orientierungsfehlers in der Nachverarbeitungseinheit von 17,
19 ein Flussdiagramm zur Darstellung eines detaillierten erfindungsgemäßen Prozesses zur Korrektur eines Orientierungsfehlers,
20 eine Beispieldarstellung der Bestimmung einer falschen Orientierung gemäß einer Krümmung,
21 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung eines Bereichs einer größeren Krümmung oder einer kleineren Krümmung,
22 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Prozesses zur Einschränkung von Rauschen durch Bestimmen einer repräsentativen Orientierung für partielle Bereiche, in denen Orientierungsfehler aufgrund einer Krümmung existieren, und
23 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Prozesses zur Zuordnung einer Orientierung zu einem zweiten partiellen Bereich, der eine Orientierungsidentität aufweist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden 3 bis 23 ausführlicher beschrieben, die erfindungsgemäße Ausführungsformen zeigen.
Wie dem Fachmann klar ist, kann die Erfindung als Verfahren, Datenverarbeitungssystem und/oder als Computerprogrammprodukt ausgeführt werden. Entsprechend kann die Erfindung vollständig als Hardwareausführungsform, vollständig als Softwareausführungsform oder als Ausführungskombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden. Zudem kann die Erfindung in Form eines Computerprogrammprodukts auf einem computernutzbaren Speichermedium mit im Speichermedium verkörpertem computernutzbarem Programmcode ausgeführt werden. Es können beliebige geeignete computerlesbare Medien benutzt werden, einschließlich Festplatten, CD-ROMs, optische Speicherbauelemente, Übertragungsmedien wie solche, die das Internet oder ein Intranet unterstützen, oder magnetische Speicherbauelemente.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Systemen und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Selbstverständlich können jeder Block der Flussdiagrammdarstellungen und/oder der Blockdiagramme und Kombinationen von Blöcken in den Flussdiagrammdarstellungen und/oder Blockdiagrammen als Computerprogrammanweisungen implementiert werden. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines allgemeinen Rechners, eines speziellen Rechners oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, um eine Maschine zu erzeugen, so dass die Anweisungen, welche über den Prozessor des Rechners oder der anderen programmierbaren Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, Mittel zum Implementieren der Funktionen/Aktionen erzeugen, welche in dem oder den Blöcken eines Flussdiagramms und/oder Blockdiagramms spezifiziert werden.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Speicher gespeichert werden, der einen Rechner oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung anleitet, auf eine vorgegebene Weise zu funktionieren, so dass die im computerlesbaren Speicher gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsartikel produzieren, der Anweisungsmittel umfasst, welche die Funktionen/Aktionen implementieren, die in dem oder den Blöcken der Flussdiagramme und/oder Blockdiagramme spezifiziert werden.
Die Computerprogrammanweisungen können auch in einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung geladen werden, um eine Ausführung einer Reihe von Betriebsschritten im Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung zu bewirken und so einen computerimplementierten Prozess zu erzeugen, so dass die Anweisungen, welche auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Vorrichtung ausgeführt werden, Schritte zum Implementieren der Funktionen/Aktionen zur Verfügung stellen, welche durch den oder die Blöcke der Flussdiagramme und/oder Blockdiagramme spezifiziert werden.
Selbstverständlich können die Funktionen/Aktionen, die in den Blöcken angegeben sind, in einer anderen Reihenfolge als in den Funktionsdarstellungen ausgeführt werden. So können beispielsweise zwei nacheinander angeordnete Blöcke in Abhängigkeit von den betroffenen Funktionalitäten/Aktionen in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Obwohl einige Diagramme Pfeile auf Kommunikationspfaden umfassen, die eine primäre Richtung der Kommunikation darstellen, kann die Kommunikation selbstverständlich auch in der umgekehrten Richtung zum dargestellten Pfeil erfolgen.
Einige Ausführungsformen der Erfindung stellen Verfahren und/oder Vorrichtungen zur genauen Messung des Orientierungsfeldes eines Fingerabdrucks in einem unklaren Fingerabdruckbild und/oder in einem Fingerabdruckbild mit Verzerrung zur Verfügung. Ein Prozess zur Bestimmung der Orientierung gemäß einiger erfindungsgemäßer Ausführungsformen wird nun kurz beschrieben.
Zuerst wird ein Fingerabdruck in erste partielle Bereiche (mit einer Abmessung von N×N Pixeln, N kann z. B. eine Abmessung sein, die viermal größer als die Dicke einer Erhebung ist, um eine korrekte Bestimmung einer Orientierung zu unterstützen, und in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann N gleich 32 Pixel sein) aufgeteilt und dann wird eine repräsentative Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs gemessen.
Hierbei kann, wenn ein erster partieller Bereich mit einer unklaren Struktur von Erhebungen und Vertiefungen vorhanden ist, die Qualität des Fingerabdruckbildes durch Filtern des Fingerabdruckbildes unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters verbessert werden, und dann kann durch eine neue Messung der repräsentativen Orientierung des verbesserten Fingerabdruckbildes die Bestimmung einer genaueren Orientierung ermöglicht werden.
Dann werden die ersten partiellen Bereiche in zweite partielle Bereiche (mit einer Abmessung von M×M Pixeln, wobei beispielsweise M = N/2 ist) aufgeteilt. Dann werden unter Verwendung der repräsentativen Orientierungen der partiellen Bereiche die repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche gemessen.
Danach werden, wenn Bereiche mit großen Krümmungen unter den zweiten partiellen Bereichen vorhanden sind, die zweiten partiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit einer kleineren Abmessung aufgeteilt (wobei die subpartiellen Bereiche beispielsweise durch Aufteilen der vorherigen partiellen Bereiche derart gewonnen werden, dass ihre Größe gleich einem Viertel der Größe der vorherigen Bereiche ist). Dann kann durch sequentielle Messung der repräsentativen Orientierungen der aufgeteilten kleineren Unterbereiche das Orientierungsfeld des Fingerabdrucks schnell und genau bestimmt werden.
3 zeigt eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Orientierungsfeldes gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung, und 4 zeigt erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Orientierung. Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 wird nun ein Prozess zur Ausgabe von Orientierungsinformationen eines Fingerabdruckbildes in einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Orientierungsfeldes gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Die Vorrichtung 300 zur Bestimmung eines Orientierungsfeldes umfasst in diesem Beispiel eine Partialbereichsaufteilungseinheit 310, eine Orientierungsbestimmungseinheit 350 und eine Orientierungsneubestimmungseinheit 390 und kann weiter eine Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit 330 und eine Nachverarbeitungseinheit 370 umfassen.
Die Partialbereichsaufteilungseinheit 310 teilt in einem Vorgang S401 ein Fingerabdruckbild, das von einer Fingerabdruckbilderfassungseinheit (nicht dargestellt) wie einem Fingerabdruckerkennungssensor, einer Kamera und/oder einer Mobiltelefonkamera aufgenommen wird, in erste partielle Bereiche auf. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist der erste Teilbereich eine Abmessung von N×N Pixeln auf und N kann eine Größe von 32 Pixeln haben, die viermal größer als die Dicke einer Erhebung ist.
Unter Verwendung der Helligkeitscharakteristika des Fingerabdruckbildes verarbeitet in einem Vorgang S402 die Vergleichmäßigungseinheit 330 die Helligkeitscharakteristika jeweiliger erster partieller Bereiche, so dass die Helligkeit gleichmäßig gemacht werden kann und das Fingerabdruckmuster so eingestellt werden kann, dass es gleichmäßig ist.
Die Orientierungsbestimmungseinheit 350 misst den Gradienten eines jeden Pixels des Fingerabdruckbildes und bestimmt zuerst die repräsentative Orientierung eines jeden der ersten partiellen Bereiche in einem Vorgang S405 und verbessert entsprechend den ermittelten repräsentativen Orientierungen die Qualität des Fingerabdruckbildes durch Filtern des Bildes unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters, so dass in einem Vorgang S407 ein verbessertes Fingerabdruckbild erhalten werden kann. Dann bestimmt die Orientierungsbestimmungseinheit 350 in einem Vorgang S409 durch erneute Messung des Gradienten eines jeden Pixels des verbesserten Fingerabdruckbildes die repräsentative Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs neu.
Die Nachverarbeitungseinheit 370 misst die Gesamtorientierung der ersten partiellen Bereiche, die zu jedem ersten partiellen Bereich benachbart angeordnet sind, und korrigiert in Reaktion auf die Differenz zwischen der Gesamtorientierung und der neu gemessenen repräsentativen Orientierung eines jeden der ersten partiellen Bereiche den Fehler der neu gemessenen repräsentativen Orientierung für jeden der ersten partiellen Bereiche.
Die Orientierungsneubestimmungseinheit 390 teilt jeden der ersten partiellen Bereiche in einem Vorgang S411 in zweite partielle Bereiche auf und bestimmt in Reaktion auf die repräsentative Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs, die in der Orientierungsbestimmungseinheit 350 neu bestimmt wurde, und den neu gemessenen Gradienten für jedes Pixel in einem Vorgang S413 die repräsentative Orientierung von jedem der zweiten partiellen Bereiche gemäß der Krümmung eines jeden der ersten partiellen Bereiche neu.
Die Orientierungsneubestimmungseinheit 390 bestimmt dann in einem Vorgang S415, ob in der repräsentativen Orientierung des zweiten partiellen Bereichs ein Fehler existiert oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass kein Fehler existiert, gibt die Orientierungsneubestimmungseinheit 390 die ermittelten repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche als die Orientierungsinformation des Fingerabdruckbildes aus.
Wenn bestimmt wird, dass ein Fehler existiert, teilt die Orientierungsneubestimmungseinheit 390 in einem Vorgang S417 die zweiten partiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleinerer Abmessung auf und bestimmt in einem Vorgang S419 die repräsentative Orientierung eines jeden der subpartiellen Bereiche.
Auf die gleiche Weise wie bei der Bestimmung der repräsentativen Orientierung von jedem der partiellen Bereiche misst die Orientierungsneubestimmungseinheit 390 die Krümmung eines jeden subpartiellen Bereichs, bestimmt im Vorgang S415, ob ein Fehler in den repräsentativen Orientierungen der subpartiellen Bereiche existiert oder nicht und gibt die repräsentative Orientierung eines jeden der subpartiellen Bereiche als die Orientierungsinformation des Fingerabdruckbildes aus oder wiederholt den Prozess der Aufteilung eines jeden der subpartiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleinerer Abmessung im Vorgang S417 und der Bestimmung der repräsentativen Orientierung im Vorgang S419.
Wie oben ausgeführt ist, wird in Reaktion auf die Krümmung der partiellen Bereiche in der Orientierungsneubestimmungseinheit 390 bestimmt, ob ein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung der partiel len Bereiche existiert oder nicht, und wenn ein Fehler existiert, können einige Ausführungsformen der Erfindung durch Wiederholen des Prozesses der Aufteilung der partiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleinerer Abmessung und der Bestimmung der repräsentativen Orientierung die Orientierung des Fingerabdrucks genau bestimmen, auch in einem Fingerabdruckbild mit merklichem Rauschen.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung weist der zweite partielle Bereich eine Abmessung von M×M Pixel auf, und M kann eine Größe von 16 Pixel haben, was zweimal so groß wie die Dicke einer Erhebung ist. Zudem kann in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung der subpartielle Bereich vor der Aufteilung durch Aufteilen eines partiellen Bereichs in vier Bereiche mit identischer Abmessung erhalten werden. Wenn beispielsweise jeder der zweiten partiellen Bereiche in vier subpartielle Bereiche aufgeteilt wird, weist der subpartielle Bereich eine Abmessung von 8 Pixel oder ungefähr die gleiche Abmessung wie die Dicke einer Erhebung auf.
Nachfolgend werden die detaillierten Strukturen und Funktionsweisen der Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit 330, der Orientierungsbestimmungseinheit 350, der Nachverarbeitungseinheit 370 und der Orientierungsneubestimmungseinheit 390 unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
5 zeigt eine mögliche Realisierung der Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit 330 von 5, und 6 zeigt ein Verfahren zur gleichmäßigen Einstellung eines Fingerabdrucks in der Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit 330 von 5 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Für den Fall, dass ein Fingerabdruckbild von einer gewöhnlichen Kamera oder einer Mobiltelefonkamera aufgenommen wird, bei der es sich nicht um einen Fingerabdruckerkennungssensor handelt, ist es sehr wahrscheinlich, dass aufgrund des negativen Effekts einer starken externen Beleuchtung eine Verzerrung im Fingerabdruckbild auftreten kann. Wenn aufgrund des Effektes der starken externen Beleuchtung eine Verzerrung auftritt, kann ein Teil, der die Charakteristik einer Fingerabdruckvertiefung aufweist, in einem Bereich einer Fingerabdruckerhebung existieren. Zudem kann im Gegensatz ein Teil, der die Charakteristik einer Fingerabdruckerhebung aufweist, in einem Bereich einer Fingerabdruckvertiefung existieren. Auch wenn dieser Verzerrungstyp auftritt, stellt die Vergleichmäßigungseinheit 330 das Fingerabdruckmuster so ein, dass das Fingerabdruckmuster gleichmäßig werden kann.
Die Vergleichmäßigungseinheit 330 umfasst eine Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgradbestimmungseinheit 331 und eine Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit 333. Die Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgradbestimmungseinheit 331 misst in einem Vorgang S4031 in Reaktion auf den Absolutwert der Helligkeitsdifferenz zwischen Pixeln in jedem der ersten partiellen Bereiche den Gleichmäßigkeitsgrad des Fingerabdruckmusters. Wenn der Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgrad kleiner als ein vorbestimmter Gleichmäßigkeitsgradschwellwert ist, bestimmt die Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgradbestimmungseinheit 331, dass der Bereich ein gleichmäßiges Fingerabdruckmuster aufweist, und anderenfalls bestimmt sie, dass das Fingerabdruckmuster des Bereichs nicht gleichmäßig ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Gleichmäßigkeitsgrad eines Fingerabdruckmusters unter Verwendung der folgenden Gleichung 1 gemessen werden.
wobei Vnoise(m, n) den Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgrad eines ersten partiellen Bereichs an einem Ort bezeichnet, der einem m-ten partiellen Bereich in der x-Orientierung und einem n-ten partiellen Bereich in der y-Orientierung entspricht, und x(x, y) die Helligkeit eines Pixels an den Koordinaten (x, y) bezeichnet. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Gleichmäßigkeitsgradschwellwert in Bezug auf die Charakteristika einer Vorrichtung zur Gewinnung eines Fingerabdruckbildes experimentell bestimmt.
Die Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit 333 vergleichmässigt das Fingerabdruckmuster des ersten partiellen Bereichs, von dem bestimmt wurde, dass er ein nicht gleichmäßiges Fingerabdruckmuster aufweist, beispielsweise durch eine Tiefpassfilterung des ersten partiellen Bereichs. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Tiefpassfilterung unter Verwendung eines Gauß-Filters ausgeführt werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 umfasst die Orientierungsbestimmungseinheit 350 eine Gradientenmesseinheit 351 und eine Einheit 353 zur Bestimmung einer repräsentativen Orientierung 353 und kann weiter eine Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 umfassen. Bei Betrachtung eines Pixels, dessen Gradient gemessen wird, als zentrales Pixel, führt die Gradientenmesseinheit 351 Faltungsoperationen von bestimmten benachbarten Pixeln mit Gradientenmessoperatoren der ersten Orientierung und der zweiten Orientierung aus, die zueinander senkrecht sind, und dadurch misst sie die Gradienten der ersten Orientierung und der zweiten Orientierung. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung ist die erste Orientierung die x-Orientierung und die zweite Orientierung ist die y-Orientierung.
Wenn die Dicke der Erhebung einer Fingerabdruckbildes betrachtet wird, ist die Bildcharakteristik eines beliebigen Pixels des Fingerabdruckbildes der Bildcharakteristik eines zum herausgegriffenen Pixel übernächsten Pixels ähnlicher als die Bildcharakteristik eines dem herausgegriffenen Pixel direkt benachbarten Pixels. Durch Beachtung dieser Charakteristik sind in jedem der Gradientenmessoperationen für die x- und y-Orientierung die Absolutwerte von Gewichten des zum zentralen Pixel übernächsten Pixels in der x- und y-Orientierung größer als die Absolutwerte von Gewichten des zum zentralen Pixel benachbarten Pixels in der x- und y-Orientierung.
Die 7A und 7B zeigen einen Operator zur Messung eines Gradienten in y- und x-Orientierung im Detail gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. 7A zeigt den Gradientenmessoperator in der y-Orientierung und 7B zeigt den Gradientenmessoperator in der x-Orientierung. Wie hier dargestellt ist, weist der Operator in y-Orientierung bei diesen Ausführungsformen der Erfindung eine Größe von 3×5 Pixel auf und der Operator in x-Orientierung weist eine Größe von 5×3 Pixel auf. Wie hier ebenfalls ersichtlich, ist der Absolutwert des Gewichts eines jeden Pixels, das dem zentralen Pixel benachbart ist, in der x- und y-Orientierung gleich 1, und der Absolutwert des Gewichts eines jeden zum zentralen Pixel übernächsten Pixels ist in der x- und y-Orientierung gleich 2. Zudem ist das Gewicht des zentralen Pixels und der zum zentralen Pixel in einer zur Richtung des Operators transversalen Richtung benachbarten Pixel jeweils gleich 0.
Die Gradienten eines jeden Pixels des Fingerabdruckbildes in der x- und y-Orientierung werden unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen 2-1 und 2-2 gemessen.
wobei xGradient(x, y) und yGradient(x, y) die Gradienten eines Pixels an den Koordinaten (x, y) in x-Orientierung bzw. in y-Orientierung bezeichnen, p(x, y) den Grauskalenwert eines Pixels an den Koordinaten (x, y) bezeichnet und Ox(x, y) und Oy(x, y) Gradientenmessoperatoren in der x- Orientierung bzw. in der y-Orientierung mit einem Pixel an den Koordinaten (x, y) als zentrales Pixel bezeichnen.
Die Struktur und detaillierten Funktionsweisen der repräsentativen Orientierungsbestimmungseinheit 353 werden nun unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt eine mögliche Realisierung der repräsentativen Orientierungsbestimmungseinheit 353 gemäß 3, und 9 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der repräsentativen Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs in der repräsentativen Orientierungsbestimmungseinheit 353 von 8.
Unter Bezugnahme auf die 8 und 9 misst die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit 353, nachdem die Gradientenmesseinheit 351 in einem Vorgang S4051 den Gradienten eines jeden Pixels gemessen hat, in einem Vorgang S4053 die Orientierung eines jeden Pixels unter Verwendung des Pixelgradienten. Die gemessene Orientierung eines jeden Pixels wird in einem Vorgang S4055 quantisiert, das Histogramm für jeden ersten Bereich wird gewonnen und eine Orientierung, in welcher das Histogramm einen maximalen Wert hat, wird in einem Vorgang S4057 als repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs bestimmt.
Die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit 353 umfasst eine Orientierungsinformationsmesseinheit 3531, eine Quantisierungseinheit 3533 und eine Einheit 3535 zur Ermittlung einer repräsentativen Orientierung. Die Orientierungsinformationsmesseinheit 3531 misst im Vorgang S4053 die Orientierung eines jeden Pixels in Reaktion auf das Verhältnis des Gradienten der ersten Orientierung (d. h. der x-Orientierung) zum Gradienten der zweiten Orientierung (d. h. der y-Orientierung). Das bedeutet, dass die Orientierung eines jeden Pixels unter Verwendung der folgenden Gleichung 3 gemessen wird.
wobei O(x, y) die Orientierung eines Pixels an den Koordinaten (x, y) bezeichnet und xGradient(x, y) und yGradient(x, y) die Gradienten eines Pixels an den Koordinaten (x, y) in der x-Orientierung bzw. in der y-Orientierung bezeichnen.
Die Quantisierungseinheit 3533 quantisiert die Orientierung eines jeden Pixels im Vorgang S4055 in einer vorbestimmten Winkeleinheit. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Orientierung eines jeden Pixels in 180 Grad/Z-Einheiten quantisiert, wobei Z gleich 180 ist. Entsprechend wird die Orientierung eines jeden Pixels in 1 Gradeinheiten und in 180 Schritten quantisiert.
Die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit 3535 ermittelt im Vorgang S4057 ein Histogramm für den quantisierten Wert und bestimmt eine Orientierung, die mit einem quantisierten Wert korrespondiert, an dem das Histogramm einen maximalen Wert aufweist, als repräsentative Orientierung. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird ein Histogramm durch die nachfolgende Gleichung 4 ausgedrückt.
wobei Hmn das Histogramm eines ersten partiellen Bereichs an einem Ort bezeichnet, der einem m-ten partiellen Bereich in der x-Orientierung und einem n-ten partiellen Bereich in der y-Orientierung entspricht, und K(1) = 1 ist und 1 ein Wert ist, der durch Quantisieren der Orientierung eines jeden Pixels ermittelt wird. Wie in der Gleichung 4 dargestellt ist, zeigt das Histogramm eines jeden ersten partiellen Bereichs die Verteilung der Anzahl von identischen Quantisierungswerten an.
Das bedeutet, dass der Ort an dem das Histogramm einen maximalen Wert aufweist, ein Ort ist, an dem die Anzahl von identischen Quantisierungswerten einen maximalen Wert hat. Daher ist in jedem ersten partiellen Bereich die Anzahl von Pixeln, die eine Orientierung aufweisen, die mit dem Quantisierungswert korrespondiert, an dem das Histogramm einen maximalen Wert aufweist, am größten. Entsprechend bestimmt die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit 3535 die Orientierung, die mit dem quantisierten Wert eines Ortes korrespondiert, an dem das Histogramm einen maximalen Wert aufweist, als repräsentative Orientierung.
Auch wenn ein Fingerabdruckbereich im Fingerabdruckbild vorhanden ist, der eine ernste Verzerrung aufweist, kann eine genaue Orientierung gemessen werden. 10 zeigt Beispiele von ersten partiellen Bereichen eines Fingerabdruckbildes, in denen eine Orientierung klar oder unklar ist. Mit der Annahme, dass der Gradient in der x-Orientierung auf der x-Achse basiert, und der Gradient in der y-Orientierung auf der y-Achse basiert, zeigt die Verteilung von Punkten in 10 die Verteilung des Gradienten für jedes Pixel im ersten partiellen Bereich an und jeder Pfeil ist eine repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs, der unter Verwendung der Gradientenverteilung erhalten wird.
Wie in 10 dargestellt, ist die Fingerabdruckstruktur klar und die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs kann klar bestimmt werden, wenn keine Verzerrung im Fingerabdruckbild vorhanden ist. Wenn aber eine Verzerrung im Fingerabdruckbild vorhanden ist, ist die Fingerabdruckstruktur nicht klar und die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs kann nicht klar bestimmt werden. Entsprechend ist es erforderlich, die Struktur von Erhebung und Vertiefung des Fingerabdrucks für ein besseres Fingerabdruckbild zu verbessern, wenn eine ernste Verzerrung vorhanden ist, und dann die Fingerabdruckorientierung nochmals zu bestimmen.
Um die Fingerabdruckstruktur zu verbessern, kann die Orientierungsbestimmungseinheit 350 zudem eine Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 umfassen. Die Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 bestimmt, ob das Fingerabdruckbild eines jeden ersten partiellen Bereichs klar ist oder nicht, und verbessert unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters das Fingerabdruckbild für jeden ersten partiellen Bereich, so dass ein verbessertes Fingerabdruckbild erhalten werden kann.
Nun wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 ein Verfahren zur Gewinnung eines verbesserten Fingerabdruckbildes in der Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 beschrieben. 11 zeigt eine mögliche Realisierung der Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 aus 3, und 12 zeigt ein Verfahren zur Gewinnung eines Fingerabdruckbildes, das in der Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 verbessert wurde. Die Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit 355 umfasst in diesem Beispiel eine Fingerabdruckklarheitsbestimmungseinheit 3551, einen ersten Orientierungsfilter 3553, einen zweiten Orientierungsfilter 3555 und eine Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557.
Die Fingerabdruckstrukturklarheitsbestimmungseinheit 3551 misst im Vorgang S4031 den Unterscheidungskoeffizienten und Klarheitskoeffizienten in jedem ersten partiellen Bereich und bestimmt dadurch, ob die Fingerabdruckstruktur im ersten partiellen Bereich klar ist oder nicht. Der Unterscheidungskoeffizient ist ein Koeffizient, der eine Wahrscheinlichkeit anzeigt, dass eine Erhebung und eine Vertiefung existiert, d. h. den Grad, mit dem sich die Erhebung und Vertiefung eines Fingerabdruckbildes klar unterscheiden, und kann unter Verwendung der folgenden Gleichung 5 gemessen werden.
wobei Ch1 einen Unterscheidungskoeffizienten bezeichnet.
Ein Einfachorientierungskoeffizient ist ein Koeffizient, der den Grad anzeigt, dass die Struktur der Erhebung und Vertiefung eines Fingerabdruckbildes eine einzige Orientierung bildet und kann unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen 6, 7-1 und 7-2 gemessen werden.
wobei Ch2 einen Einfachorientierungskoeffizienten bezeichnet und θ die ermittelte repräsentative Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs bezeichnet.
Der Unterscheidungskoeffizient und der Einfachorientierungskoeffizient werden nun unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 zeigt Unterscheidungskoeffizienten und Singularitätskoeffizienten, wobei die 13(a)-1 und 13(a)-2 die Unterscheidungskoeffizienten zeigen und die 13(b)-1 und 13(b)-2 die Einfachorientierungskoeffizienten zeigen.
Wie in 13(a)-1 dargestellt ist, zeigt die Verteilung des Gradienten eine Konzentration im Zentrum, wenn die Erhebung und Vertiefung nicht klar unterschieden werden. Wie in 13(a)-2 dargestellt ist, weist der Gradient eine vorgegebene Orientierung und eine breitere Verteilung auf, wenn die Erhebung und Vertiefung klar unterschieden werden. Der Unterscheidungskoeffizient ist ein Koeffizient, der diese Charakteristik anzeigt. Wenn die Erhebung und Vertiefung klar unterschieden werden und der Gradient eine vorgegebene Orientierung mit einer breiteren Verteilung aufweist, weist die Unterscheidung einen größeren Wert auf.
Um die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs genau zu bestimmen, sollte der Gradient eine Verteilung mit einer vorgegebenen Einfachorientierung aufweisen. Wie in 13(b)-2 dargestellt ist, weist der Gradient eine breite Verteilung in alle Orientierungen auf, wenn die Fingerabdruckerhebung eine Verteilung ohne vorgegebene Einfachorientierung aufweist. Der Einfachorientierungskoeffizient ist ein Koeffizient, der diese Charakteristik anzeigt. Wenn die Fingerabdruckerhebung eine vorgegebene Einfachorientierung aufweist und der Gradient eine engere Verteilung aufweist, hat der Einfachorientierungskoeffizient einen größeren Wert.
Entsprechend bestimmt die Fingerabdruckklarheitsbestimmungseinheit 3551 im Vorgang S4073, ob der in jedem ersten partiellen Bereich gemessene Unterscheidungskoeffizient größer als ein vorbestimmter Unterscheidungsschwellwert ist oder nicht und ob der Einfachorientierungskoeffizient größer als ein vorbestimmter Einfachorientierungsschwellwert ist. Wenn der Unterscheidungskoeffizient und der Einfachorientierungskoeffizient größer sind, wird bestimmt, dass die Fingerabdruckstruktur des ersten partiellen Bereichs klar ist, sonst wird bestimmt, dass die Fingerabdruckstruktur des ersten partiellen Bereichs nicht klar ist.
Nach der Bestimmung, ob die Fingerabdruckstruktur eines jeden ersten partiellen Bereichs klar ist oder nicht, wird die Fingerabdruckstruktur entsprechend dem Bestimmungsergebnis verbessert. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird nach der ersten Bestimmung der Orientierung des ersten partiellen Bereichs das Fingerabdruckbild unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters entsprechend der ermittelten Orientierung verbessert.
Der doppelte Orientierungsfilter umfasst den ersten Orientierungsfilter 3553 und den zweiten Orientierungsfilter 3555. Der doppelte Orientierungsfilter wird nun unter Bezugnahme auf die 14A und 14B beschrieben.
Die 14A und 14B zeigen den ersten Orientierungsfilter und den zweiten Orientierungsfilter gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung, wobei 14A den ersten Orientierungsfilter zeigt und 14B den zweiten Orientierungsfilter zeigt. Wie hier dargestellt ist, sind der erste Orientierungsfilter 3553 und der zweite Orientierungsfilter 3555 beide eindimensionale Filter für 4 vorbestimmte Orientierungen. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die 4 Orientierungen 0, 45, 90 und 135 Grad.
Der erste Orientierungsfilter 3553 weist eine Charakteristik zur Betonung der Grenze einer Erhebung und einer Vertiefung einer Orientierung auf, die mit der Orientierung eines zentralen Pixels korrespondiert. Der zweite Orientierungsfilter 3555 weist eine Charakteristik zur Entfernung von Rauschen in einer Erhebung und einer Vertiefung einer Orientierung auf, die mit der Orientierung des zentralen Pixels korrespondiert.
Wie in 14A dargestellt ist, wird im ersten Orientierungsfilter 3553 ein Pixel, in dem die Grenze zwischen einer Erhebung und einer Vertiefung betont werden soll, als ein zentrales Pixel genommen und das Gewicht in jedem der Pixel, die dem zentralen Pixel direkt benachbart sind, ist gleich dem Gewicht des zentralen Pixels. Das Gewicht in jedem zum zentralen Pixel übernächsten Pixel weist ein zum Gewicht des zentralen Pixels entgegengesetztes Vorzeichen und einen kleineren Absolutwert als das Gewicht des zentralen Pixels auf. Zudem weist das Gewicht in jedem zum zentralen Pixel drittnächsten Pixel ein zum Gewicht des zentralen Pixels entgegengesetztes Vorzeichen und den gleichen Absolutwert wie das Gewicht des zentralen Pixels auf.
Im ersten Orientierungsfilter 3553 gemäß einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Gewicht des zentralen Pixels und das Gewicht von jedem dem zentralen Pixel direkt benachbarten Pixel gleich 2, das Gewicht von jedem zum zentralen Pixel übernächsten Pixel ist gleich –1 und das Gewicht von jedem zum zentralen Pixel drittnächsten Pixel ist gleich –2.
Wie in 14B dargestellt ist, wird im zweiten Orientierungsfilter 3555 ein Pixel, in dem Rauschen in der Erhebung und Vertiefung beseitigt werden soll, als ein zentrales Pixel genommen und das Gewicht des zentralen Pixels weist ein Maximum auf. Das Gewicht in jedem Pixel, das dem zentralen Pixel direkt benachbart ist, und das Gewicht in jedem zum zentralen Pixel übernächsten Pixel sind niedriger als das Gewicht des zentralen Pixels. Das Gewicht in jedem zum zentralen Pixel drittnächsten Pixel ist niedriger als das Gewicht in jedem zum zentralen Pixel zweitnächsten Pixel.
Im zweiten Orientierungsfilter 3555 gemäß einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das Gewicht des zentralen Pixels gleich 3, das Gewicht von jedem dem zentralen Pixel direkt benachbarten Pixel und das Gewicht von jedem zum zentralen Pixel übernächsten Pixel sind gleich 2 und das Gewicht von jedem zum zentralen Pixel drittnächsten Pixel ist gleich 1.
Die 15A und 15B zeigen Beispiele von verbesserten Fingerabdruckbildern, die unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters 3553 und des zweiten Orientierungsfilters 3555 erhalten werden. 15A zeigt ein Fingerabdruckbild, in dem die Grenze zwischen einer Erhebung und einer Vertiefung unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters 3553 verstärkt ist, und es ist ersichtlich, dass die Grenze zwischen Erhebung und Vertiefung nach der Filterung mit dem ersten Orientierungsfilter 3553 klarer wird. 15B zeigt ein Fingerabdruckbild, in dem Rauschen in der Erhebung unter Verwendung des zweiten Orientierungsfilters 3555 entfernt ist, und es ist ersichtlich, dass das Rauschen nach der Filterung mit dem zweiten Orientierungsfilter 3555 aus der Erhebung entfernt ist, so dass die Gleichmäßigkeit der Erhebungsstruktur verbessert ist.
Die Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557 verbessert ein Fingerabdruckbild durch Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters, und es sollte ein doppelter Orientierungsfilter mit einer Orientierung verwendet werden, die für ein Fingerabdruckbild geeignet ist. Die Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557 verbessert das Fingerabdruckbild eines jeden ersten partiellen Bereichs durch ein Differenzverfahren abhängig davon, ob die Fingerabdruckstruktur des ersten partiellen Bereichs klar ist oder nicht.
Zuerst führt, wenn bestimmt wird, dass die ersten partiellen Bereiche klare Fingerabdruckstrukturen aufweisen, die Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557 im Vorgang S4075 unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters und des zweiten Orientierungsfilters der repräsentativen Orientierung jedes der ersten partiellen Bereiche eine Filterung jedes ersten partiellen Bereichs aus.
In Bezug auf die ersten partiellen Bereiche, die bestimmt werden, dass sie unklare Fingerabdruckstrukturen aufweisen, führt die Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557 im Vorgang S4079 unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters und des zweiten Orientierungsfilters für jede der vier Orientierungen eine Filterung für jeden der ersten partiellen Bereiche durch und misst für jede der vier Orientierungen des gefilterten Fingerabdruckbildes eines jeden ersten partiellen Bereichs die Klarheit.
Die Klarheit einer jeden der vier Orientierungen eines jeden ersten partiellen Bereichs wird in Reaktion auf die Leistung einer jeden Orientierung nach der Filterung unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters gemessen und der Einfachorientierungskoeffizient einer jeden Orientierung wird nach der Filterung unter Verwendung des zweiten Orientierungsfilters gewonnen. Die Klarheit wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen 8 bis 10 gemessen.
wobei Creactivity i den Klarheitsgrad in der i-ten Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs bezeichnet, CRSi die Leistung in der i-ten Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs nach der Filterung unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters bezeichnet, CRNRi den Einfachorientierungskoeffizienten in der i-ten Orientierung eines jeden ersten Bereichs nach der Filterung unter Verwendung des zweiten Orientierungsfilters bezeichnet und α und β vorbestimmte Konstanten bezeichnen, die mit Bedingungen korrespondieren, unter denen das Fingerabdruckbild aufgenommen wurde. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung werden α und β durch die Charakteristik einer Fingerabdruckerfassungsvorrichtung und durch externe Bedingungen bestimmt, unter denen der Fingerabdruck erhalten wird. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Klarheitsgrad höher, wenn die Fingerabdruckstruktur eines Fingerabdruckbildes klarer wird.
Die Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557 wählt im Vorgang S4079 von dem Bild, das den ersten und zweiten Orientierungsfilter durchläuft, ein Bild aus, das mit einer Orientierung korrespondiert, in der die Klarheit maximal wird, wodurch das Fingerabdruckbild der ersten partiellen Bereiche verbessert werden kann, die als unklar bestimmt wurden.
16 zeigt einen Prozess zur Verbesserung der Fingerabdruckstruktur eines ersten partiellen Bereichs, in dem die Orientierung unklar ist. 16(a) zeigt das Fingerabdruckbild des ersten partiellen Bereichs, der als unklar bestimmt ist, und die Gradientenverteilung. Die 16(b) bis 16(e) zeigen Fingerabdruckbilder, die jeweils durch Verwendung doppelter Orientierungsfilter mit 0, 45, 90 bzw. 135 Grad für das Fingerabdruckbild von 16(a) gefiltert sind. Wie in 16 dargestellt ist, weist das Fingerabdruckbild, das durch Verwendung des doppelten Orientierungsfilters mit 45 Grad gefiltert ist, das klarste Fingerabdruckbild auf. Entsprechend wählt die Fingerabdruckbildverbesserungseinheit 3557 das Fingerabdruckbild von 16(c) aus und ersetzt das Fingerabdruckbild von 16(a), so dass das Fingerabdruckbild verbessert werden kann.
Nach der Verbesserung des Fingerabdruckbildes jedes ersten partiellen Bereichs misst die Gradientenmesseinheit 351 den Gradienten eines jeden Pixels des verbesserten Fingerabdruckbildes neu und die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit 353 bestimmt unter Verwendung des neu gemessenen Gradienten die repräsentative Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs neu. Das Verfahren der Neumessung des Gradienten und der Neubestimmung der repräsentativen Orientierung wird auf die gleiche Weise durchgeführt wie die erste Messung der repräsentativen Orientierung, so dass auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Obwohl das Fingerabdruckbild verbessert ist und die repräsentative Orientierung eines jeden ersten Bereichs bestimmt ist, ist es immer noch möglich, dass die Orientierung nicht genau bestimmt werden kann, wenn das Fingerabdruckbild zu stark verzerrt ist. Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zur Korrektur eines Fehlers der Orientierung jedes ersten partiellen Bereichs in Abhängigkeit von den Orientierungen benachbarter erster partieller Bereiche verwendet.
Die Orientierungsbestimmungsvorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zudem die Nachverarbeitungseinheit 370 umfassen, um den Orientierungsfehler zu korrigieren. Die Nachverarbeitungseinheit 370 misst die Gesamtorientierung der benachbarten ersten partiellen Bereiche und korrigiert den Fehler der repräsentativen Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs in Reaktion auf die Differenz der Gesamtorientierung und der neu gemessenen repräsentativen Orientierung jedes ersten partiellen Bereichs. Der Vorgang der Korrektur des Orientierungsfehlers wird nun unter Bezugnahme auf die 17 bis 19 beschrieben. 17 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der Nachverarbeitungseinheit 370 aus 3, 18 zeigt ein Verfahren zur Korrektur eines Orientierungsfehlers in der Nachverarbeitungseinheit 370 von 17 und 19 zeigt einen detaillierten Prozess zur Korrektur eines Orientierungsfehlers gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Die Nachverarbeitungseinheit 370 umfasst bei diesem Beispiel eine Nachbarbereichorientierungsermittlungseinheit 371, eine Orientierungsdifferenzmesseinheit 373, eine Orientierungsfehlerbestimmungseinheit 375 und eine Orientierungsfehlerkorrektureinheit 379.
In Bezug auf jeden ersten partiellen Bereich (der als „aktueller Bereich” bezeichnet wird) misst die Nachbarbereichorientierungsermittlungseinheit 371 die Differenz der neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der benachbarten ersten partiellen Bereiche, die dem aktuellen partiellen Bereich benachbart sind, und vorgegebene Winkel und ermittelt im Vorgang S1801 in Reaktion auf den Mittelwert der Differenzen die Gesamtorientierung der benachbarten ersten partiellen Bereiche.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung entspricht der vorbestimmte Winkel 90 Grad und die Nachbarbereichorientierungsermittlungseinheit 371 misst den Mittelwert der Differenzen (|θi – 90 Grad|) der vier ersten partiellen Bereiche, die benachbart zum aktuellen Bereich liegen (der vier ersten zum aktuellen Bereich benachbarten ersten partiellen Bereiche in den vertikalen und horizontalen Richtungen). Hierbei ermittelt die Nachbarbereichorientierungsermittlungseinheit 371 die Gesamtorientierung der benachbarten Fingerabdruckbereiche als vertikal, wenn der Mittelwert größer als 45 Grad ist, und ermittelt, wenn der Mittelwert kleiner als 45 Grad ist, die Gesamtorientierung der benachbarten Fingerabdruckbereiche als horizontal.
In Bezug auf jeden ersten partiellen Bereich misst die Orientierungsdifferenzmesseinheit 373 die Orientierungsdifferenz der Gesamtorientierung und der repräsentativen Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs. Die Orientierungsdifferenzmesseinheit 373 misst die Orientierungsdifferenz im Vorgang S1803 durch ein Differenzverfahren abhängig davon, ob die Gesamtorientierung vertikal oder horizontal ist.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird, wenn die Gesamtorientierung vertikal ist, die Differenz unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 11 gemessen, und, wenn die Gesamtorientierung horizontal ist, wird die Differenz unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 12 gemessen.
wobei Δθ'₉₀ die Orientierungsdifferenz bezeichnet, wenn die Gesamtorientierung vertikal ist, Δθ'₉₀ die Orientierungsdifferenz bezeichnet, wenn die Gesamtorientierung horizontal ist, Δθ die Orientierung eines aktuellen Bereichs bezeichnet, w_i und v_i Gewichte mit den Werten {1, 1, 2, 2} bzw. {2, 2, 1, 1} sind, wenn i = 1, 2, 3 und 4 ist, und θi die repräsentative Orientierung eines benachbarten ersten partiellen Bereichs links neben bzw. rechts neben bzw. unter bzw. über dem aktuellen Bereich bezeichnet, wenn i = 1, 2, 3 und 4 ist.
Die Orientierungsfehlerbestimmungseinheit 375 vergleicht im Vorgang S1805 die Orientierungsdifferenz, die in Bezug auf jeden ersten partiellen Bereich gemessen wird, mit einem vorbestimmten Orientierungsdifferenzschwellwert, um zu bestimmen, ob ein Fehler in der repräsentativen Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs aufgetreten ist oder nicht. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestimmt die Orientierungsfehlerbestimmungseinheit 375, dass ein Fehler in der repräsentativen Orientierung aufgetreten ist, wenn die Orientierungsdifferenz gleich oder kleiner als der Orientierungsdifferenzschwellwert ist.
Die Orientierungsfehlerkorrektureinheit 377 korrigiert im Vorgang S1807 den Orientierungsfehler für die ersten partiellen Bereiche, in denen Fehler aufgetreten sind. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung misst die Orientierungsfehlerkorrektureinheit 377 unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 13 zuerst einen vertikalen Orientierungsidentifizierungskoeffizienten der ersten partiellen Bereiche, die vertikal benachbart sind. ΔOriΘ[x][y] = (Θ[x][y-1] – 90) × (Θ[x][y+1] – 90) (13)wobei ΔOriθ[x][y] einen vertikalen Orientierungsidentifizierungskoeffizienten im aktuellen Bereich bezeichnet, θ[x][y – 1] die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs benachbart und unter dem aktuellen Bereich bezeichnet und θ[x][y + 1] die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs benachbart und über dem aktuellen Bereich bezeichnet.
Wenn der vertikale Orientierungsidentifizierungskoeffizient größer als ein vorbestimmter vertikaler Orientierungsidentifizierungsschwellwert ist, bestimmt die Orientierungsfehlerkorrektureinheit 377, dass der aktuelle Bereich und die in der horizontalen Richtung direkt benachbarten ersten partiellen Bereiche die gleiche Orientierung aufweisen und korrigiert im Vorgang S1905 den Orientierungsfehler des aktuellen Bereichs unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 14 in Reaktion auf den Mittelwert der repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche, die dem aktuellen Bereich in horizontaler Richtung direkt benachbart sind. Θ[x][y] = 12 {Θ[y][x-1] + Θ[y][x+1]} (14) wobei θ[x][y] die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs bezeichnet, in dem der Orientierungsfehler korrigiert ist.
Wenn der vertikale Orientierungsidentifizierungskoeffizient niedriger als der vorbestimmte vertikale Orientierungsidentifizierungsschwellwert ist, bestimmt die Orientierungsfehlerkorrektureinheit 377, dass der aktuelle Bereich und die in horizontaler Richtung direkt benachbarten ersten partiellen Bereiche entgegengesetzte Orientierungen aufweisen, und misst dann im Vorgang S1907 einen ersten horizontalen Orientierungsidentifizierungskoeffizienten und einen zweiten horizontalen Orientierungskoeffizienten unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen 15 und 16. ΔΘ[y][x-1] = |Θ[y][x-1] – 90| (15) ΔΘ[y][x+1] = |Θ[y][x+1] – 90| (16)wobei Δθ[y][x – 1] den ersten horizontalen Orientierungsidentifizierungskoeffizienten bezeichnet und Δθ[y][x + 1] den zweiten horizontalen Orientierungsidentifizierungskoeffizienten bezeichnet.
Wenn der erste und zweite horizontale Orientierungsidentifizierungskoeffizient kleiner als ein vorbestimmter erster bzw. zweiter horizontaler Orientierungsidentifizierungsschwellwert sind, bestimmt die Orientierungsfehlerkorrektureinheit 377, dass die Orientierungen des aktuellen Bereichs und der in horizontaler Richtung direkt benachbarten ersten partiellen Bereiche horizontal sind, und korrigiert im Vorgang S1905 den Orientierungsfehler des aktuellen Bereichs in Reaktion auf den Mittelwert der repräsentativen Orientierungen der benachbarten ersten partiellen Bereiche in horizontaler Richtung.
Wenn der erste und zweite horizontale Orientierungsidentifizierungskoeffizient nicht niedriger als der vorbestimmte erste bzw. zweite horizontale Orientierungsidentifizierungsschwellwert sind, bestimmt die Orientierungsfehlerkorrektureinheit 377, dass die Orientierungen des aktuellen Bereichs und der in horizontaler Richtung direkt benachbarten ersten partiellen Bereiche vertikal sind, und korrigiert unter Verwendung einer Asymmetrie der benachbarten ersten partiellen Bereiche in horizontaler Richtung den Fehler. Bei einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wird die Fehlerkorrektur unter Verwendung von Asymmetrie entsprechend der nachfolgenden Gleichung 17 ausgeführt. Θ[x][y] = mod180{Θ[y][x – 1] + Θ[y][x + 1]} (17)wobei mod180{n} einen Operator bezeichnet, der einen Rest der Division von n durch 180 bezeichnet.
Obwohl die repräsentative Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs bestimmt wird, können zwei oder mehr Orientierungen im ersten partiellen Bereich existieren, wenn ein Bereich mit einer großen Krümmung, wie ein Kernpunkt und ein Deltapunkt, im Fingerabdruckbild des ersten partiellen Bereichs vorliegt.
20 zeigt ein Beispiel der Bestimmung einer falschen Orientierung entsprechend einer Krümmung. 20(b) zeigt eine Orientierung, die im ersten partiellen Bereich tatsächlich existiert, und 20(a) zeigt eine repräsentative Orientierung, die falsch berechnet wurde und sich von der tatsächlichen Orientierung im ersten partiellen Bereich unterscheidet, in dem die Krümmung hoch ist. Entsprechend ist es in einem Bereich mit einer großen Krümmung erforderlich, jeden ersten Bereich in kleinere zweite partielle Bereiche aufzuteilen und die repräsentative Orientierung zu bestimmen.
Die Orientierungsneuberechnungseinheit 390 teilt im Vorgang S411 jeden ersten partiellen Bereich in zweite partielle Bereiche auf und bestimmt entsprechend der Krümmung eines jeden ersten partiellen Bereichs im Vorgang S413 die repräsentative Orientierung eines jeden zweiten partiellen Bereichs in Reaktion auf die repräsentative Orientierung eines jeden ersten Bereichs, die in der Orientierungsbestimmungseinheit 350 neu berechnet wurde, und auf den neu gemessenen Gradienten eines jeden Pixels.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 umfasst die Orientierungsneubestimmungseinheit 390 eine Partialbereichsneueinteilungseinheit 393, eine Einheit zur Messung eines Fehlers einer repräsentativen Orientierung 391 und eine Einheit zur Neubestimmung einer repräsentativen Orientierung 395.
Die Partialbereichsneueinteilungseinheit 393 teilt jeden ersten partiellen Bereich in zweite partielle Bereiche auf. Das Verfahren zur Bestimmung eines Bereichs mit einer hohen Krümmung oder einer niedrigen Krümmung in der repräsentativen Orientierungsfehlermesseinheit 391 wird nun unter Bezugnahme auf 21 beschrieben.
In Bezug auf jeden ersten partiellen Bereich (der als „aktueller Bereich” bezeichnet wird) misst die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit 391 im Vorgang S2101 unter Verwendung der vertikalen Orientierungsdifferenz mit den repräsentativen Orientierungen der in vertikaler Richtung benachbarten ersten partiellen Bereiche und der horizontalen Orientierungsdifferenz mit den repräsentativen Orientierungen der in horizontaler Richtung benachbarten ersten partiellen Bereiche die Krümmung.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden die vertikale Orientierungsdifferenz und die horizontale Orientierungsdifferenz unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 18 bzw. 19 gemessen, und die Krümmung wird unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 20 gemessen. ΔvΘ = ||Θ[y-1][x] – Θ[y+1][x]| – 90| (18) ΔhΘ = ||Θ[y][x-1] – Θ[y][x+1]| – 90| (19) ΔCvΘ = αΔvΘ + βΔhΘ (20)wobei Δvθ und Δhθ die vertikale Orientierungsdifferenz bzw. die horizontale Orientierungsdifferenz bezeichnen, ΔCvθ die Krümmung bezeichnet und α und β Proportionalitätskonstanten bezeichnen, die entsprechend den Charakteristika einer Fingerabdruckerfassungsvorrichtung bestimmt werden.
Die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit 391 vergleicht im Vorgang S2103 die Krümmung mit einem vorbestimmten Krümmungsschwellwert. Wenn die Krümmung größer als der Krümmungsschwellwert ist, bestimmt die repräsentative Fehlermesseinheit 391 im Vorgang S2105, dass die Krümmung klein ist, und bestimmt im Vorgang S2107, dass die Krümmung groß ist, wenn die Krümmung kleiner als der Krümmungsschwellwert ist.
Wenn bestimmt wird, dass die Krümmung groß ist, kann es sein, dass ein Fehler in der repräsentativen Orientierung existiert. Entsprechend kann die Orientierungsfehlermesseinheit 391 bestimmen, dass ein Fehler in der repräsentativen Orientierung existiert. Der Fall, in dem bestimmt wird, dass ein Fehler in der repräsentativen Orientierung existiert, wird später beschrieben.
In Bezug auf jeden ersten partiellen Bereich berechnet die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 die repräsentative Orientierung eines jeden zweiten partiellen Bereichs abhängig davon, ob die Krümmung des Bereichs groß oder klein ist.
In Bezug auf jeden zweiten partiellen Bereich wählt, wenn bestimmt ist, dass die Krümmung des ersten partiellen Bereichs, zu dem jeder zweite partielle Bereich gehört, groß ist, die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 in Reaktion auf die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs, zu dem jeder der zweiten partiellen Bereiche gehört, nur die Gradienten unter den Gradienten der Pixel des ersten partiellen Bereichs aus, die vorbestimmte Auswahlbedingungen erfüllen, und bestimmt die repräsentative Orientierung eines jeden zweiten partiellen Bereichs in Reaktion auf den ausgewählten Gradienten.
Da der zweite partielle Bereich kleiner als der erste partielle Bereich ist, ist der zweite partielle Bereich empfindlicher gegenüber Rauschen. Entsprechend wird in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung der repräsentativen Orientierung eines jeden zweiten Bereichs Rauschen durch Verwendung der repräsentativen Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs beschränkt und dann die repräsentative Orientierung des zweiten partiellen Bereichs bestimmt.
22 zeigt einen Prozess zur Einschränkung von Rauschen durch Bestimmung einer repräsentativen Orientierung für partielle Bereiche, in denen Orientierungsfehler aufgrund einer Krümmung existieren, entsprechend einiger erfindungsgemäßer Ausführungsformen. Wie in 22 dargestellt ist, wird bei einigen Ausführungsformen der Erfindung ein vorbestimmter Passierbereich gesetzt (22(a)), der mit der repräsentativen Orientierung des ersten partiellen Bereichs korrespondiert, und durch ausschließliche Verwendung des Gradienten von Pixeln innerhalb des vorgegebenen Passierbereichs wird die repräsentative Orientierung des zweiten partiellen Bereichs so bestimmt, dass Rauschen beschränkt werden kann (22(b) und (c)).
Entsprechend wählt die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 unter Verwendung der repräsentativen Orientierung (θ) des ersten partiellen Bereichs nur die Gradienten unter den Pixelgradienten des ersten partiellen Bereichs aus, welche die Passivbereichsbedingungen erfüllen, und definiert einen Gradienten neu, um die repräsentative Orientierung eines jeden zweiten Bereichs zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Passivbereichsbedingungen durch die nachfolgenden Gleichungen 21 und 22 gegeben. Gy < tan(Θ + 90)Gx + βpb (21) Gy > tan(Θ + 90)Gx – βpb (22)wobei (Gx, Gy) den Gradienten des ersten partiellen Bereichs bezeichnet und β_pb eine Konstante bezeichnet, die entsprechend der Charakteristik einer Fingerabdruckerfassungsvorrichtung bestimmt wird.
In Bezug auf jeden zweiten partiellen Bereich ordnet, wenn bestimmt wird, dass die Krümmung des ersten partiellen Bereichs, zu dem jeder zweite partielle Bereich gehört, klein ist, die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 jedem der zweiten partiellen Bereiche, die zum ersten partiellen Bereich gehören, die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs als repräsentative Orientierung zu. Das Verfahren der Zuordnung der repräsentativen Orientierung durch die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 basiert auf der linearen Charakteristik einer Erhebung.
23 zeigt einen Prozess zur Zuordnung einer Orientierung zu einem zweiten partiellen Bereich, der eine Orientierungsidentität aufweist, entsprechend einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren der Zuordnung einer repräsentativen Orientierung durch die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 wird nun unter Bezugnahme auf 23 im Detail beschrieben. Wie oben ausgeführt, ist jeder erste partielle Bereich in vier zweite partielle Bereiche mit der gleichen Größe aufgeteilt, und jeder zweite partielle Bereich ist entsprechend der Darstellung in 23 definiert. Das bedeutet, dass, wenn der erste partielle Bereich in vier zweite partielle Bereiche aufgeteilt ist, Bereiche MM0, MM1, MM2 und MM3 in der xy-Ebene als Bereich zwischen (0, 0) und (N/2, N/2), als Bereich zwischen (N/2, 0) und (N, N/2), als Bereich zwischen (0, N/2) und (N/2, N) bzw. als Bereich zwischen (N/2, N/2) und (N, N) definiert sind.
Die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 misst die vertikale Orientierungsdifferenz mit den ersten partiellen Bereichen, die in vertikaler Richtung dem ersten partiellen Bereich benachbart sind, zu dem jeder der zweiten partiellen Bereiche gehört, und die horizontale Orientierungsdifferenz mit den ersten partiellen Bereichen, die in horizontaler Richtung dem ersten partiellen Bereich benachbart ist.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung werden die vertikale Orientierungsdifferenz und die horizontale Orientierungsdifferenz unter Verwendung der nachfolgenden Gleichungen 23-1 bis 24-4 gemessen. ΔΘh0[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y][x – 1]| (23-1) ΔΘn1[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y][x + 1]| (23-2) ΔΘh2[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y][x – 1]| (23-3) ΔΘh3[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y][x + 1]| (23-4) ΔΘv0[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y – 1][x]| (24-1) ΔΘv1[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y – 1][x]| (24-2) ΔΘv2[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y + 1][x]| (24-3) ΔΘv3[y][x] = |ΘNN[y][x] – ΘNN[y + 1][x]| (24-4)wobei Δθhi und Δθvi die horizontale Orientierungsdifferenz bzw. die vertikale Orientierungsdifferenz im Bereich MMi bezeichnen, θNN[y][x] die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs bezeichnet, zu dem der Bereich MMi gehört, und θNN[y + 1][x], θNN[y – 1][x], θNN[y][x – 1] und θNN[y][x + 1] die repräsentativen Orientierungen des benachbarten ersten partiellen Bereichs über, unter, links von bzw. rechts von dem ersten partiellen Bereich bezeichnen, zu dem der Bereich MMi gehört.
Wenn die horizontale Orientierungsdifferenz und die vertikale Orientierungsdifferenz beide größer als der vorbestimmte vertikale Orientierungsschwellwert und der horizontale Orientierungsschwellwert sind, ordnet die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 die repräsentative Orientierung eines jeden zweiten partiellen Bereichs unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung 25-4 zu, oder ordnet sonst ohne Veränderung die repräsentative Orientierung des ersten partiellen Bereichs, zu dem jeder zweite partielle Bereich gehört, dem zweiten partiellen Bereich als repräsentative Orientierung zu. ΘMM0[j][i] = 14 |2ΘNN[y][x] + ΘNN[y – 1][x] + ΘNN[y][x – 1]| (25-1) ΘMM1[j][i] = 14 |2ΘNN[y][x] + ΘNN[y – 1][x] + ΘNN[y][x + 1]| (25-2) ΘMM2[j][i] = 14 |2ΘNN[y][x] + ΘNN[y + 1][x] + ΘNN[y][x – 1]| (25-3) ΘMM3[j][i] = 14 |2ΘNN[y][x] + ΘNN[y + 1][x] + ΘNN[y][x + 1]| (25-4)
Wie oben ausgeführt ist, bestimmt die Orientierungsbestimmungsvorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Orientierung durch Aufteilen des ersten partiellen Bereichs in zweite partielle Bereiche mit kleineren Abmessungen, so dass die Fingerabdruckorientierung genau berechnet werden kann, auch wenn ein Bereich mit einer großen Krümmung im ersten partiellen Bereich existiert.
Wie oben ebenfalls ausgeführt ist, kann, wenn bestimmt wird, dass die Krümmung groß ist, die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit 391 bestimmen, dass ein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung existiert.
Entsprechend kann die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit 391 weiter bestimmen, ob ein Fehler in der repräsentativen Orientierung eines jeden zweiten partiellen Bereichs existiert oder nicht. Wenn kein Fehler existiert, gibt die repräsentative Orientierungsfehlerbestimmungseinheit 391 die berechnete repräsentative Orientierung als die Orientierungsinformation des Fingerabdruckbildes aus.
Wenn ein Fehler existiert, teilt die Partialbereichsneueinteilungseinheit 393 jeden der zweiten partiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen auf und die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 bestimmt die repräsentative Orientierung eines jeden der aufgeteilten subpartiellen Bereiche abhängig davon, ob ein Fehler existiert oder nicht.
Zudem kann die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit 391 weiter bestimmen, ob ein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert oder nicht, bis kein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert.
Wenn kein Fehler in der repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert, gibt die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit 391 die repräsentative Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs als die Orientierungsinformation des Fingerabdruckbildes aus.
Wenn ein Fehler in der repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert, teilt die Partialbereichsneueinteilungseinheit 393 jeden der subpartiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen auf, und die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit 395 berechnet die repräsentative Orientierung eines jeden der aufgeteilten subpartiellen Bereiche mit kleineren Abmessungen.
Wie oben ausgeführt ist, bestimmt die Orientierungsneubestimmungseinheit 390, ob ein Fehler in der repräsentativen Orientierung eines jeden partiellen Bereichs einer vorgegebenen Größe existiert oder nicht, und führt den Prozess der Aufteilung eines jeden partiellen Bereichs in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen und der Bestimmung der repräsentativen Orientierung wiederholend so lange aus, bis kein Fehler in der repräsentativen Orientierung existiert. Dadurch kann die Orientierungsinformation eines Fingerabdrucks genau extrahiert werden, selbst aus einem Fingerabdruckbild mit einer erheblichen Verzerrung.
Wie oben ausgeführt ist, können Verfahren zur Bestimmung einer Orientierung gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung den Vorteil aufweisen, dass die Orientierung des Fingerabdrucks genau gemessen werden kann, auch in Bereichen, in denen sich die Krümmung einer Erhebung stark verändert, wie in einem Kernpunkt und einem Deltapunkt.
Zudem können Verfahren zur Bestimmung einer Orientierung gemäß Ausführungsformen der Erfindung die Orientierung eines Fingerabdrucks aus einem Fingerabdruckbild genau messen, das durch verschiedene externe Faktoren verzerrt ist.
Außerdem können Verfahren zur Bestimmung einer Orientierung gemäß Ausführungsformen der Erfindung die Orientierung eines Fingerabdrucks genau messen, auch für den Fall, in dem kein klares Fingerabdruckbild ermittelt werden kann, wie wenn ein Fingerabdruckbild unter Verwendung einer digitalen Kamera oder einer Mobiltelefonkamera aufgenommen wird.

Claims

Verfahren zur Orientierungsbestimmung in einem Bild, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Aufteilen des Bildes in erste partielle Bereiche, Messen von Gradienten von Pixeln des Bildes und Bestimmen repräsentativer Orientierungen der ersten partiellen Bereiche, – Filtern des Bildes unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters (3553, 3555), um ein verbessertes Bild zu erzeugen, und Neumessen der repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche durch Neumessen der Gradienten der Pixel des verbesserten Bildes und – Aufteilen der ersten partiellen Bereiche in zweite partielle Bereiche und Bestimmen von repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche in Bezug auf eine Krümmung der ersten partiellen Bereiche in Reaktion auf die neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche und der neu gemessenen Gradienten der Pixel.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung der repräsentativen Orientierungen der ersten partielle Bereiche umfasst: – Aufteilen des Bildes in die ersten partiellen Bereiche, – Messen der Gradienten der Pixel der ersten partiellen Bereiche in Bezug auf eine erste Orientierung und eine zweite Orientierung unter Verwendung eines Gradientenmessoperators in der ersten Orientierung und der zweiten Orientierung, wobei die Gradientenmessoperatoren zueinander senkrecht sind, und – Messen der Orientierungen der Pixel der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung der gemessenen Gradienten der Pixel und Messen der repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung eines Histogramms in Bezug auf die gemessenen Orientierungen von Pixeln der ersten partiellen Bereiche.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei – im Gradientenmessoperator der ersten Orientierung ein Pixel, dessen Gradient gemessen wird, als zentrales Pixel genommen wird und Gewichte von Pixeln, die dem zentralen Pixel direkt benachbart sind, niedriger als Gewichte von Pixeln sind, die übernächste Nachbarn zum zentralen Pixel in der ersten Orientierung sind, und – im Gradientenmessoperator der zweiten Orientierung ein Pixel, dessen Gradient gemessen wird, als zentrales Pixel genommen wird und Gewichte von Pixeln, die dem zentralen Pixel direkt benachbart sind, niedriger als Gewichte von Pixeln sind, die übernächste Nachbarn zum zentralen Pixel in der zweiten Orientierung sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei – die erste Orientierung die x-Orientierung in einem rechtwinkligen Koordinatensystem ist und die zweite Orientierung die y-Orientierung im rechtwinkligen Koordinatensystem ist, – der Gradientenmessoperator (Ox(x, y)) in der ersten Orientierung eine Abmessung von 5×3 Pixel aufweist, die Koordinaten des zentralen Pixels gleich (2, 1) sind, Werte der Koordinaten des Gradientenmessoperators in der ersten Orientierung Ox(0, 0) = 1, Ox(1, 0) = 0, Ox(2, 0) = 0, Ox(3, 0) = 0, Ox(4, 0) = –1, Ox(0, 1) = 2, Ox(1, 1) = 1, Ox(2, 1) = 0, Ox(3, 1) = –1. Ox(4, 1) = –2, Ox(0, 2) = 1, Ox(1, 2) = 0, Ox(2, 2) = 0, Ox(3, 2) = 0, Ox(4, 2) = –1 sind und – der Gradientenmessoperator (Oy(x, y)) in der zweiten Orientierung eine Abmessung von 3×5 Pixel aufweist, die Koordinaten des zentralen Pixels gleich (1,2) sind und Werte der Koordinaten des Gradientenmessoperators in der zweiten Orientierung Oy(0, 0) = –1, Oy(0, 1) = 0, Oy(0, 2) = 0, Oy(0, 3) = 0, Oy(0, 4) = 1, Oy(1, 0) = –2, Oy(1, 1) = –1, Oy(1, 2) = 0, Oy(1, 3) = 1. Oy(1, 4) = 2, Oy(2, 0) = –1, Oy(2, 1) = 0, Oy(2, 2) = 0, Oy(2, 3) = 0, Oy(2, 4) = 1 sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Messen der Gradienten der Pixel ein Messen der Gradienten der ersten Orientierung und der zweiten Orientierung durch Ausführung von Faltungsoperationen von Gradientenmessoperatoren der ersten Orientierung und der zweiten Orientierung mit Pixeln umfasst, die einem Pixel benachbart sind, dessen Gradient gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – der Gradient der ersten Orientierung unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
– und der Gradient der zweiten Orientierung unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
– wobei xGradient(x, y) und yGradient(x, y) den ersten Orientierungsgradienten bzw. den zweiten Orientierungsgradienten eines Pixels an Koordinaten (x, y) bezeichnen, p(x, y) einen Grauskalenwert eines Pixels an Koordinaten (x, y) bezeichnet, Ox(x, y) und Oy(x, y) den ersten Gradientenmessoperator bzw. den zweiten Gradientenmessoperator mit einem Pixel an den Koordinaten (x, y) als zentrales Pixel bezeichnen und der erste Orientierungsgradientenmessoperator und der zweite Orientierungsgradientenmessoperator eine Größe von 5×3 Pixel bzw. 3×5 Pixel haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Orientierung von Pixeln in Reaktion auf ein Verhältnis des ersten Orientierungsgradienten und des zweiten Orientierungsgradienten gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Orientierung von Pixeln unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
wobei O(x, y) die Orientierung eines Pixels an Koordinaten (x, y) bezeichnet und Gx(x, y) und Gy(x, y) den ersten bzw. zweiten Orientierungsgradienten eines Pixels an den Koordinaten (x, y) bezeichnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Histogramm durch Quantisieren der Orientierungen in vorbestimmten Winkeleinheiten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Histogramm durch folgende Gleichung ausgedrückt wird:
wobei Hmn das Histogramm eines ersten partiellen Bereichs an einem Ort bezeichnet, der ein m-ter partieller Bereich in der x-Orientierung und ein n-ter partieller Bereich in der y-Orientierung ist, und K(1) = 1 ist und 1 ein Wert ist, der durch Quantisieren der Pixelorientierung erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei eine Orientierung, die mit einem Ort korrespondiert, an dem das Histogramm einen Maximalwert aufweist, als die repräsentative Orientierung eines ersten partiellen Bereichs genommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei das Messen der repräsentativen Orientierung der ersten partiellen Bereiche weiter ein Einstellen einer Helligkeitsgleichmäßigkeit des Bildes durch Verarbeiten einer Helligkeitscharakteristik der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung einer Helligkeitscharakteristik des Bildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bild ein Fingerabdruckbild umfasst und die Einstellung der Helligkeitsgleichmäßigkeit des Bildes umfasst: – Messen eines Bildgleichmäßigkeitsgrads in Reaktion auf einen Absolutwert eines Helligkeitsunterschieds zwischen Pixeln in einem ersten partiellen Bereich, – Bestimmen, dass ein Fingerabdruckmuster gleichmäßig ist, wenn der Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgrad niedriger als ein vorbestimmter Gleichmäßigkeitsgradschwellwert ist, oder andernfalls Bestimmen, dass das Fingerabdruckmuster des Bereichs nicht gleichmäßig ist, und – Vergleichmäßigen des Fingerabdruckmusters durch Tiefpassfiltern des Bereichs, der als nicht gleichmäßig bestimmt wurde.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgrad unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
wobei Vnoise(m, n) den Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgrad eines ersten partiellen Bereichs an einem Ort bezeichnet, der einem m-ten Bereich in der x-Orientierung und einem n-ten Bereich in der y-Orientierung entspricht, und x(x, y) die Helligkeit eines Pixels an den Koordinaten (x, y) bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Tiefpassfilterung unter Verwendung eines Gauß-Filters ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Bild ein Fingerabdruckbild umfasst und wobei die Neumessung der repräsentativen Orientierung umfasst: – Bestimmen, ob das Bild eines ersten partiellen Bereichs klar ist oder nicht, durch Messen von Koeffizienten, die anzeigen, ob eine Fingerabdruckerhebung und eine Fingerabdruckvertiefung klar unterschieden werden oder nicht, – Filtern von Bildern der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung des doppelten Orientierungsfilters in Reaktion darauf, ob das Bild als klar bestimmt wurde oder nicht, und – Neumessen der repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche durch Neumessen der Gradienten von Pixeln des gefilterten Bildes.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Bestimmung, ob das Bild klar ist oder nicht, umfasst: – Messen eines Unterscheidungskoeffizienten, der den Grad anzeigt, mit dem sich die Erhebungen und Vertiefungen des Bildes klar unterscheiden, und eines Einfachorientierungskoeffizienten, der den Grad anzeigt, dass die Struktur der Erhebung und der Vertiefung des Bildes eine Einfachorientierung bilden, und – Bestimmen, dass das Bild klar ist, wenn der Unterscheidungskoeffizient größer als ein vorbestimmter Unterscheidungsschwellwert ist und der Einfachorientierungskoeffizient größer als ein vorbestimmter Einfachorientierungsschwellwert ist, und Bestimmen, dass das Bild nicht klar ist, wenn der Unterscheidungskoeffizient nicht größer als der vorbestimmte Unterscheidungsschwellwert ist oder der Einfachorientierungs koeffizient nicht größer als der vorbestimmte Einfachorientierungsschwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei – der Unterscheidungskoeffizient unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
– und der Einfachorientierungskoeffizient unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
– wobei Ch1 den Unterscheidungskoeffizienten bezeichnet und Ch2 den Einfachorientierungskoeffizienten bezeichnet und der Unterscheidungskoeffizient anzeigt, ob die Gradienten der ersten und zweiten Orientierung eine konzentrierte Verteilung aufweisen, und der Einfachorientierungskoeffizient anzeigt, ob die Gradienten der ersten und zweiten Orientierung kreisförmig und/oder elliptisch verteilt angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das verbesserte Bild durch Entfernen von vorhandenem Rauschen in einer Erhebung und einer Vertiefung in den ersten partiellen Bereichen unter Verwendung eines ersten Orientierungsfilters des doppelten Orientierungsfilters, der die Grenze zwischen einer Erhebung und einer Vertiefung in Bezug auf vier vorbestimmte Orientierungen betont, und eines zweiten Orientierungsfilters des doppelten Orientierungsfilters erhalten wird, der innerhalb der Erhebung und der Vertiefung existierendes Rauschen in Bezug auf die vier Orientierungen entfernt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei im ersten Orientierungsfilter ein Pixel, in dem eine Grenze einer Erhebung und einer Vertiefung betont werden soll, als ein zentrales Pixel genommen wird und in Bezug auf jede der vier vorgegebenen Orientierungen Pixel, die dem zentralen Pixel direkt benachbart sind, das gleiche Gewicht wie das zentrale Pixel aufweisen und Pixel, die übernächste Nachbarn des zentralen Pixels sind, Gewichte aufweisen, deren Vorzeichen zum Vorzeichen des Gewichts des zentralen Pixels entgegengesetzt ist und deren Absolutwert kleiner als der Absolutwert des Gewichts des zentralen Pixels ist, und Pixel, die dem zentralen Pixel am drittnächsten benachbart sind, Gewichte aufweisen, deren Vorzeichen zum Vorzeichen des Gewichts des zentralen Pixels entgegengesetzt ist und deren Absolutwert gleich dem Absolutwert des Gewichts des zentralen Pixels ist.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei im ersten Orientierungsfilter das Gewicht des zentralen Pixels und das Gewicht von dem zentralen Pixel direkt benachbarten Pixeln gleich 2 sind, das Gewicht der übernächsten Nachbarpixel zum zentralen Pixel gleich –1 ist und das Gewicht von zum zentralen Pixel drittnächsten Pixeln gleich –2 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei im zweiten Orientierungsfilter ein Pixel, in dem Rauschen innerhalb einer Erhebung und einer Vertiefung entfernt werden soll, als ein zentrales Pixel genommen wird und das zentrale Pixel maximales Gewicht aufweist und Pixel, die dem zentralen Pixel direkt benachbart sind, und Pixel, die übernächste Nachbarn zum zentralen Pixel sind, ein Gewicht aufweisen, das kleiner als das Gewicht des zentralen Pixels ist, und Pixel, die dem zentralen Pixel am drittnächsten benachbart sind, ein Gewicht aufweisen, das kleiner als das Gewicht von übernächsten Nachbarpixeln des zentralen Pixels ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei im ersten Orientierungsfilter das Gewicht des zentralen Pixels gleich 3 ist, das Gewicht von dem zentralen Pixel direkt benachbarten Pixel und das Gewicht von übernächsten Nachbarpixeln des zentralen Pixels gleich 2 sind und das Gewicht von zum zentralen Pixel drittnächsten Pixeln gleich 1 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, wobei die Gewinnung des verbesserten Bildes umfasst: – Filtern der ersten partiellen Bereiche, die als klar bestimmt sind, mit einem ersten Orientierungsfilter und einem zweiten Orientierungsfilter für eine Orientierung, die mit der repräsentativen Orientierung des ersten partiellen Bereichs korrespondiert, und – Messen der Klarheit in vier Orientierungen von ersten partiellen Bereichen, die als unklar bestimmt sind, unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters und des zweiten Orientierungsfilters für jede der vier Orientierungen, Filtern der ersten partiellen Bereiche, die als unklar bestimmt sind, mit dem ersten Orientierungsfilter und dem zweiten Orientierungsfilter in einer Orientierung, in der die Klarheit maximal ist, Messen der Klarheit in jeder Orientierung des ersten partiellen Bereichs in Reaktion auf die Leistung einer jeden Orientierung des ersten partiellen Bereichs nach der Filterung unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters und Messen des Einfachorientierungskoeffi zienten für jede Orientierung des ersten partiellen Bereichs nach der Filterung unter Verwendung des zweiten Orientierungsfilters.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Klarheit unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird:
wobei Creactivity die Klarheit in der i-ten Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs bezeichnet, CRSi die Leistung in der i-ten Orientierung eines jeden ersten partiellen Bereichs nach der Filterung unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters bezeichnet, CRNRi den Einfachorientierungskoeffizienten in der i-ten Orientierung eines jeden ersten Bereichs nach der Filterung unter Verwendung des zweiten Orientierungsfilters bezeichnet und α und β vorbestimmte Konstanten bezeichnen, die mit Bedingungen korrespondieren, unter denen das Bild aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, das nach dem Neumessen der repräsentativen Orientierung weiter ein Messen der Gesamtorientierung von benachbarten ersten partiellen Bereichen und Korrigieren eines Fehlers der neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche in Reaktion auf eine Differenz der Gesamtorientierung und der neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Korrektur des Fehlers der ersten partiellen Bereiche umfasst: – Messen der Gesamtorientierung von benachbarten ersten partiellen Bereichen in Reaktion auf den Mittelwert einer Differenz der neu gemessenen repräsentativen Orientierung und eines vorbestimmten Winkels, – Bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist oder nicht, in Reaktion auf die Differenz der gemessenen Gesamtorientierung und der neu gemessenen repräsentativen Orientierung der ersten partiellen Bereiche und – für die ersten partiellen Bereiche, in denen ein Fehler auftritt, wenn eine vertikale Orientierungsidentifizierung oder eine horizontale Orientierungsidentifizierung mit den benachbarten ersten partiellen Bereichen über, unter, links von oder rechts von dem ersten partiellen Bereich vorhanden ist, Korrigieren des Fehlers in Reaktion auf den Mittelwert der benachbarten ersten partiellen Bereiche in der horizontalen Richtung und, wenn keine vertikale Orientierungsidentifizierung oder horizontale Orientierungsidentifizierung bei den benachbarten ersten partiellen Bereichen über, unter, links von oder rechts von dem ersten partiellen Bereich vorhanden ist, Korrigieren des Fehlers unter Verwendung einer asymmetrischen Charakteristik von benachbarten ersten partiellen Bereichen in der horizontalen Richtung.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei der vorbestimmte Winkel gleich 90 Grad ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Bestimmung der repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche umfasst: – Messen der Krümmung der ersten partiellen Bereiche durch Messen einer vertikalen Orientierungsdifferenz mit der repräsentativen Orientierung von benachbarten ersten partiellen Bereichen in der vertikalen Richtung und einer horizontalen Orientierungsdifferenz mit der repräsentativen Orientierung von benachbarten ersten partiellen Bereichen in der horizontalen Richtung und – Bestimmen repräsentativer Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche abhängig davon, ob der erste partielle Bereich eine große Krümmung oder eine kleine Krümmung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei – die vertikale Orientierungsdifferenz unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird: ΔvΘ = ||Θ[y-1][x] – Θ[y+1][x]| – 90| – und die horizontale Orientierungsdifferenz unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird: ΔhΘ = ||Θ[y][x-1] – Θ[y][x+1]| – 90| – und die Krümmung unter Verwendung der folgenden Gleichung gemessen wird: ΔCvΘ = αΔvΘ + βΔhΘ – wobei Δvθ und Δhθ die vertikale Orientierungsdifferenz bzw. die horizontale Orientierungsdifferenz bezeichnen, ΔCvθ die Krümmung bezeichnet und α und β Proportionalitätskonstanten bezeichnen, die entsprechend Charakteristika einer Bildaufnahmevorrichtung bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, wobei bestimmt wird, dass die Krümmung klein ist, wenn die Krümmung kleiner als ein vorbestimmter Krümmungsschwellwert ist, und bestimmt wird, dass die Krümmung groß ist, wenn die Krümmung größer als der vorbestimmte Krümmungsschwellwert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 31, wobei die Bestimmung repräsentativer Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche umfasst: – Zuordnen der repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche als die repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche, wenn die Krümmung eines ersten Bereichs, zu dem die zweiten partiellen Bereiche gehören, als klein bestimmt wird, und – ausschließliches Auswählen von Gradienten, die eine vorbestimmte Zulassungsbedingung erfüllen, aus den Gradienten von Pixeln des ersten partiellen Bereichs und Bestimmen der repräsentativen Orientierung der zweiten partiellen Bereiche in Reaktion auf den ausgewählten Gradienten, wenn die Krümmung eines ersten Bereichs, zu dem die zweiten partiellen Bereiche gehören, als groß bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei bei der Zuordnung der repräsentativen Orientierung des ersten partiellen Bereichs als die repräsentative Orientierung der zweiten partiellen Bereiche die repräsentative Orientierung der zweiten partiellen Bereiche in Reaktion auf eine vertikale Orientierungsdifferenz mit benachbarten ersten partiellen Bereichen in der vertikalen Richtung und einer horizontalen Orientierungsdifferenz mit benachbarten ersten partiellen Bereichen in der horizontalen Richtung zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, weiter umfassend, dass nach dem Bestimmen der repräsentativen Orientierung der zweiten partiellen Bereiche – bestimmt wird, ob ein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung der zweiten partiellen Bereiche existiert oder nicht, – und, wenn ein Fehler existiert, der zweite partielle Bereich, für den der Fehler existiert, in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen aufgeteilt wird und dann repräsentative Orientierungen der subpartiellen Bereiche bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 34, weiter umfassend, dass die subpartiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen aufgeteilt werden, bis kein Fehler mehr in der ermittelten repräsentativen Orientierung der subpartiellen Bereiche existiert.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, wobei bei der Bestimmung, ob ein Fehler existiert oder nicht, die Krümmung der zweiten partiellen Bereiche gemessen wird und, wenn die Krümmung kleiner als ein vorbestimmter Krümmungsschwellwert ist, bestimmt wird, dass ein Fehler existiert.
Vorrichtung zur Orientierungsbestimmung in einem Bild mit – einer Partialbereichsaufteilungseinheit (310), die konfiguriert ist, das Bild in erste partielle Bereiche aufzuteilen, – einer Orientierungsbestimmungseinheit (350), die konfiguriert ist, eine repräsentative Orientierung der ersten partiellen Bereiche durch Messen von Gradienten von Pixeln des Bildes zu bestimmen, konfiguriert ist, das Bild unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters entsprechend der ermittelten repräsentativen Orientierung zu filtern, und konfiguriert ist, die repräsentative Orientierung der ersten partiellen Bereiche durch Neumessen der Gradienten der Pixel des verbesserten Bildes neu zu berechnen, und – einer Orientierungsneubestimmungseinheit (390), die konfiguriert ist, die ersten partiellen Bereiche in zweite partielle Bereiche aufzuteilen, und konfiguriert ist, die repräsentativen Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche in Bezug auf Krümmungen der ersten partiellen Bereiche in Reaktion auf die neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche und der neu gemessenen Gradienten der Pixel zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 37, weiter eine Vergleichmäßigungseinheit (330) umfassend, die konfiguriert ist, eine Helligkeit des Bildes durch Verarbeiten von Helligkeitscharakteristika der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung einer Helligkeitscharakteristik des Bildes einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei das Bild ein Fingerabdruckbild umfasst und die Vergleichmäßigungseinheit umfasst: – eine Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgradbestimmungseinheit (331), die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Fingerabdruckmuster des Bereichs gleichmäßig ist, oder ansonsten zu bestimmen, dass das Fingerabdruckmuster des Bereichs nicht gleichmäßig ist, wenn ein in Reaktion auf einen Absolutwert eines Helligkeitsunterschieds zwischen Pixeln in einem ersten partiellen Bereich gemessener Fingerabdruckmustergleichmäßigkeitsgrad kleiner als ein vorbestimmter Gleichmäßigkeitsgradschwellwert ist, und – eine Fingerabdruckmustervergleichmäßigungseinheit (333), die konfiguriert ist, einen Bereich durch eine Tiefpassfilterung zu filtern, der als nicht gleichmäßig bestimmt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 39, wobei die Orientierungsbestimmungseinheit umfasst: – eine Gradientenmesseinheit (351), die konfiguriert ist, um Faltungsoperationen mit vorgegebenen benachbarten Pixeln eines Pixels auszuführen, dessen Gradient mit Gradientenmessoperatoren einer ersten Orientierung und einer zweiten Orientierung gemessen wird, um den ersten und zweiten Gradienten zu messen, und – eine Einheit zur Bestimmung einer repräsentativen Orientierung (353), die konfiguriert ist, die Orientierung von Pixeln unter Verwendung der gemessenen Gradienten der Pixel zu messen und die repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung eines Histogramms der gemessenen Orientierung für jedes Pixel zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit umfasst: – eine Orientierungsinformationsmesseinheit (3531), die konfiguriert ist, die Orientierung eines jeden Pixels in Reaktion auf ein Verhältnis des ersten Orientierungsgradienten und des zweiten Orientierungsgradienten zu messen, – eine Quantisierungseinheit (3533), die konfiguriert ist, Pixel in vorbestimmten Winkeleinheiten zu quantisieren, und – eine Einheit zur Ermittlung einer repräsentativen Orientierung (3535), die konfiguriert ist, das Histogramm der quantisierten Orientierung zu gewinnen und eine Orientierung, die mit einem Ort korrespondiert, an dem das Histogramm einen Maximalwert aufweist, als die repräsentative Orientierung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 40 oder 41, wobei die Orientierungsbestimmungseinheit weiter eine Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, zu bestimmen, ob das Bild in den ersten partiellen Bereichen klar ist oder nicht, und um Bilder der ersten partiellen Bereiche in Abhängigkeit davon, ob das Bild klar ist oder nicht, unter Verwendung eines doppelten Orientierungsfilters zu filtern, wobei die Gradientenmesseinheit weiter konfiguriert ist, die Gradienten von Pixeln des verbesserten Bildes neu zu messen, und die repräsentative Orientierungsbestimmungseinheit weiter konfiguriert ist, die repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche unter Verwendung der neu gemessenen Gradienten neu zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei die Fingerabdruckstrukturverbesserungseinheit umfasst: – eine Fingerabdruckstrukturklarheitsbestimmungseinheit (3551), die konfiguriert ist, einen Unterscheidungskoeffizienten und einen Einfachorientierungskoeffizienten in den ersten partiellen Bereichen zu messen, und konfiguriert ist, durch Vergleichen des Unterscheidungskoeffizienten und des Einfachorientierungskoeffizienten mit einem vorbestimmten Unterscheidungsschwellwert bzw. einem vorbestimmten Einfachorientierungsschwellwert zu bestimmen, ob das Bild in den ersten partiellen Bereichen klar ist oder nicht, – einem ersten Orientierungsfilter (3553), der konfiguriert ist, eine Grenze zwischen Erhebungen und Vertiefungen in den ersten partiellen Bereichen in Bezug auf vier vorbestimmte Orientierungen zu betonen, – einen zweiten Orientierungsfilter (3555), der konfiguriert ist, innerhalb der Erhebungen und Vertiefungen existierendes Rauschen in Bezug auf die vier Orientierungen zu reduzieren, und – eine Bildverbesserungseinheit (3557), die konfiguriert ist, die Bildqualität eines ersten partiellen Bereichs, der als klar bestimmt wurde, durch Filtern des ersten, als klar bestimmten partiellen Bereichs mit einem ersten Orientierungsfilter und einem zweiten Orientierungsfilter in einer Orientierung, die mit der repräsentativen Orientierung des ersten partiellen Bereichs korrespondiert, zu verbessern, und die konfiguriert ist, die Bildqualität des ersten partiellen Bereichs, der als unklar bestimmt ist, durch Messen der Klarheit in den vier Orientierungen unter Verwendung des ersten Orientierungsfilters und des zwei ten Orientierungsfilters für jede der vier Orientierungen und durch Filtern des ersten, als unklar bestimmten partiellen Bereichs mit dem ersten Orientierungsfilter und dem zweiten Orientierungsfilter in einer Orientierung, in der sich die Klarheit erhöht, zu verbessern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 43, weiter umfassend eine Nachverarbeitungseinheit (370), die konfiguriert ist, eine Gesamtorientierung von benachbarten ersten partiellen Bereichen zu messen, und konfiguriert ist, einen Fehler der neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche in Reaktion auf eine Differenz der Gesamtorientierungen und der neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche zu korrigieren.
Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei die Nachverarbeitungseinheit umfasst: – eine Nachbarbereichsorientierungsbestimmungseinheit (371), die konfiguriert ist, die Gesamtorientierung der benachbarten ersten partiellen Bereiche in Reaktion auf einen Mittelwert einer Differenz der neu gemessenen repräsentativen Orientierung und einem vorbestimmten Winkel zu messen, – eine Orientierungsdifferenzmesseinheit (373), die konfiguriert ist, eine Differenz zwischen den gemessenen Gesamtorientierungen und den neu gemessenen repräsentativen Orientierungen der ersten partiellen Bereiche zu messen, – einer Orientierungsfehlerbestimmungseinheit (375), die konfiguriert ist, durch einen Vergleich der Differenz zwischen der gemessenen Gesamtorientierung und der neu gemessenen repräsentativen Orientierung des ersten partiellen Bereichs mit einem vorgegebenen Orientierungsdifferenzschwellwert zu bestimmen, ob ein Fehler auftritt oder nicht, und – einer Orientierungsfehlerkorrektureinheit (379), die konfiguriert ist, in Reaktion auf den Mittelwert benachbarter erster partieller Bereiche in der horizontalen Richtung in Bezug auf jeden ersten partiellen Bereich, in dem ein Fehler auftritt, den Fehler zu korrigieren, wenn eine vertikale Orientierungsidentifizierung oder ein horizontale Orientierungsidentifizierung mit den benachbarten ersten partiellen Bereichen über, unter, links von oder rechts von dem ersten partiellen Bereich vorhanden ist, und konfiguriert ist, den Fehler unter Verwendung einer asymmetrischen Charakteristik der benachbarten ersten partiellen Bereiche in der horizontalen Richtung zu korrigieren, wenn keine vertikale Orientierungsidentifizierung oder horizontale Orientierungsidentifizierung mit den benachbarten ersten partiellen Bereichen über, unter, links von oder rechts von dem ersten partiellen Bereich vorhanden ist, in dem der Fehler auftritt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 37 bis 45, wobei die Orientierungsneubestimmungseinheit umfasst: – eine Partialbereichsneuaufteilungseinheit (393), die konfiguriert ist, die ersten partiellen Bereiche in zweite partielle Bereiche aufzuteilen, – eine Einheit zur Messung eines Fehlers in der repräsentativen Orientierung (391), die konfiguriert ist, eine Krümmung der ersten partiellen Bereiche durch Messen der vertikalen Orientierungsdifferenz mit der repräsentativen Orientierung der benachbarten ersten partiellen Bereiche in der vertikalen Richtung und der horizontalen Orientierungsdifferenz mit der repräsentativen Orientierung der benachbarten ersten partiellen Bereiche in der horizontalen Richtung zu messen, und konfiguriert ist, in Reaktion auf die gemessene Krümmung den Fehler der repräsentativen Orientierung durch Bestimmen, ob der erste partielle Bereich ein Bereich mit einer großen Krümmung oder einer kleinen Krümmung ist, zu messen, und – einer Einheit zur Neubestimmung der repräsentativen Orientierung (395), die konfiguriert ist, repräsentative Orientierungen der zweiten partiellen Bereiche abhängig davon zu bestimmen, ob der erste partielle Bereich eine große Krümmung oder eine kleine Krümmung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 46, wobei – die repräsentative Orientierungsfehlerbestimmungseinheit (395) weiter konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Fehler in der repräsentativen Orientierung der zweiten partiellen Bereiche existiert oder nicht, und die ermittelte repräsentative Orientierung als Fingerabdruckinformation des Bildes auszugeben, wenn kein Fehler existiert, und – die Partialbereichsneuaufteilungseinheit konfiguriert ist, den zweiten partiellen Bereich in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen aufzuteilen, wenn ein Fehler vorliegt, und die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit konfiguriert ist, die repräsentative Orientierung der aufgeteilten subpartiellen Bereiche abhängig davon zu berechnen, ob ein Fehler existiert oder nicht.
Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit weiter konfiguriert ist, zu bestimmen, ob ein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert oder nicht, bis kein Fehler in der ermittelten repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert, und – wenn kein Fehler in der repräsentativen Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs existiert, die repräsentative Orientierungsfehlermesseinheit konfiguriert ist, die repräsentative Orientierung eines jeden subpartiellen Bereichs als die Orientierungsinformation des Bildes auszugeben, und – wenn ein Fehler in der repräsentativen Orientierung der subpartiellen Bereichs existiert, die Partialbereichsneuaufteilungseinheit konfiguriert ist, die subpartiellen Bereiche in subpartielle Bereiche mit kleineren Abmessungen aufzuteilen, und die repräsentative Orientierungsneubestimmungseinheit konfiguriert ist, die repräsentative Orientierung der aufgeteilten subpartiellen Bereiche mit kleineren Abmessungen zu bestimmen.