DE10260639B4

DE10260639B4 - Fingerprint Matching with Limited Resources

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Publication number: DE10260639B4
Application number: DE10260639A
Authority: DE
Inventors: Frederik Östman
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: DE10260639A1

Abstract

Verfahren zur Überprüfung zweier Fingerprints auf Übereinstimmung mittels eines Minutienvergleichs, dadurch gekennzeichnet, dass aus Minutien (M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L) der beiden Fingerprints eine Liste (LI3) mit einer nach oben fest beschränkten Anzahl (i) potentiell übereinstimmender Minutienpaare gewonnen wird, aus welcher die Anzahl (M) tatsächlich übereinstimmender Minutienpaare der beiden Fingerprints ermittelt wird, wobei das Maß (S) für die Übereinstimmung der beiden Fingerprints nach der Formel S = 2M/((K+L)f(r))bestimmt wird, worin M die in der beschränkten Liste (LI3) gefundene Anzahl übereinstimmender Minutienpaare der beiden Fingerprints, K die Anzahl der Minutien des ersten, L die Anzahl der Minutien des zweiten Fingerprints und f(r) einen Skalierungsfaktor bedeuten, der sich nach 1 ≥ f(r) ≥ rmin > 0; r ∊ [0, 1]bestimmt, wobei r_min eine in dem Intervall von 0 bis 1 gelegene untere Schranke für den Skalierungsfaktor f(r) und r das Verhältnis von tatsächlich betrachteten, in der beschränkten Liste (LI3) enthaltenen Minutienpaaren...Method for checking two fingerprints for agreement by means of a minutiae comparison, characterized in that from minutiae (M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L) of the two fingerprints a list (LI3) with an upwardly limited number (i) potentially matching Minutia pairs is obtained, from which the number (M) actually matching pairs of minutiae of the two fingerprints is determined, wherein the measure (S) for the match of the two fingerprints according to the formula S = 2M / ((K + L) f (r)) where M is the number of matching minutiae pairs of the two fingerprints found in the bounded list (LI3), K is the number of minutiae of the first fingerprint, L is the number of minutiae of the second fingerprint, and f (r) is a scaling factor that differs 1 ≥ f (r) ≥ r min >0; r ε [0, 1] where r _{min is} a lower bound in the interval from 0 to 1 for the scaling factor f (r) and r is the ratio of actually considered minutiae pairs contained in the bounded list (LI3) ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung zweier Fingerprints auf Übereinstimmung mittels eines Minutienvergleichs.The The invention relates to a method for checking two fingerprints for agreement by means a minutiae comparison.

Neben der seit langer Zeit bestehenden Bedeutung der Fingerabdruckidentifizierung in der Kriminalistik erlangt die Identifikation von Fingerabdrücken auf maschineller Basis auch auf anderen Gebieten zunehmende Bedeutung, beispielsweise bei Kreditkarten- und Geldausgabeautomaten sowie bei der Zutrittskontrolle zu Gebäuden bzw. der Berechtigungskontrolle bei Computersystemen, Telekommunikationsgeräten, etc.Next the longstanding importance of fingerprint identification in criminalistics, the identification of fingerprints attains Machine-based also in other areas of increasing importance, for example, in credit card and ATMs as well in access control to buildings or the authorization control in computer systems, telecommunication devices, etc.

Im Gegensatz zur Erfassung und Überprüfung anderer personenbezogener Merkmale, wie z.B. der Struktur der Iris, der Länge und Form der Finger, der Stimme oder der Gesichtsmerkmale, bieten sich Fingerabdrücke als mit einfachen, rasch durchführbaren und für eine Person nicht unangenehmen Prozeduren erfassbar an. Einen Überblick über personenbezogene Merkmale gibt der Artikel „It had to be you" in IEEE Spectrum, Februar 1994. Dazu kommt, dass Fingerabdrücke und ihre Strukturen bestens erforscht sind. Sorgfältige Reihenuntersuchungen und Statistiken haben nachgewiesen, dass die Fingerabdrücke jedes Menschen individuell und selbst bei eineiigen Zwillingen unterschiedlich, wenngleich ähnlich sind.in the Unlike capturing and checking others personal characteristics, e.g. the structure of the iris, the Length and Finger, voice or facial features are fingerprints with simple, quick to carry out and for a person does not detect unpleasant procedures. An overview of personal Features is the article "It had to be you "in IEEE Spectrum, February 1994. In addition, there are fingerprints and their structures are well researched. Careful screening and statistics have proven that the fingerprints of each Individual and different even with identical twins, although similar.

Das Muster der Fingerabdrücke wird von den Papillarlinien, auch „Ridges" genannt, erzeugt, wobei für die Identifizierung vor allem als Minutien bezeichnete Merkmale von Bedeutung sind, nämlich Endpunkte, Verzweigungen, Inseln sowie andere singuläre Merkmale. Grundbegriffe sind ebenso wie kriminalistische Methoden in dem Standardwerk „The Science of Fingerprints", United States Department of Justice, FBI, U. S. Government Printing Office, Rev. 12–84, Catalog No. JI. 14/2. F49/12/977, enthalten. Nähere Einzelheiten zur automatischen Klassifizierung von Fingerabdrücken sind beispielsweise zu finden in „PCASYS-A Pattern-Level Classification Automatic System for Fingerprints", G.T. Candela et al., U.S. Department of Commerce, August 1995.The Pattern of fingerprints is generated by the papillary lines, also called "ridges", being used for identification especially features called minutia are of importance, namely Endpoints, branches, islands and other singular features. Basic concepts are just as criminal methods in the standard work "The Science of Fingerprints ", United States Department of Justice, FBI, U.S. Government Printing Office, Rev. 12-84, Catalog No. JI. 14.2. F49 / 12/977, included. More details about the automatic Classification of fingerprints can be found, for example, in "PCASYS-A Pattern-Level Classification Automatic System for Fingerprints, "G. T. Candela et al., U.S. Department of Commerce, August 1995.

Um die Lesbarkeit zu erleichtern und um Wiederholungen zu vermeiden werden nachstehend noch einige spezifische Fachausdrücke erläutert bzw. definiert. Fingerprint Das unbearbeitete Bild eines Fingerabdruckes in maschinell bearbeitbarer Form. Identität Ein Verweis auf eine bestimmte Person. Identität eines Fingerprints Die Verbindung eines Fingerprints mit einer Identität. Zusätzlich die Zusicherung, dass ein Fingerprint seinen Ursprung aus einem bestimmten Finger der Person hat. Encodierter Fingerprint Die Menge der aus einem Fingerprint extra hierten und für die Wiedererkennung relevanten Merkmale (Minutientypen, -koordinaten, -orientierungen, ...). Anfrage Fingerprint Ein Fingerprint, dessen Identität festge stellt bzw. geprüft werden soll. Referenz Die aus einer nicht-leeren Menge von Fingerprints bekannter Identität gewonnene Information, die als Basis für den Vergleich mit Anfrage Fingerprints dient. Matchfunktion Eine Bool'sche Funktion, die für jedes Paar aus einem Fingerprint und einer Referenz eine Zusicherung liefert, ob dem Fingerprint die gleiche Identität zukommt, wie der Referenz oder nicht (der Weg zur Iden tität führt immer über die Identität des Fingerprints.). Enrollment Ein Verfahren, nach dem aus einer Menge von Fingerprints bekannter Identität eine Referenz erzeugt wird Minutien Charakteristische Punkte eines Fingerabdruck-Bildes, wie Verzweigungs- und Endpunkte von Linien. In diesem Dokument wird unter einer Minutie jedoch nicht nur ein charakteristischer Punkt des Fingerprints, sondern auch dessen Lage, d. h. dessen Koordinaten in dem Fingerprint, verstanden To facilitate readability and to avoid repetition, some specific terms are explained below. fingerprint The unprocessed image of a fingerprint in machinable form. identity A reference to a specific person. Identity of a fingerprint The connection of a fingerprint with an identity. In addition, the assurance that a fingerprint has its origin in a particular person's finger. Encoded fingerprint The amount of features extracted from a fingerprint and relevant for recognition (types, coordinates, orientations, ...). Request fingerprint A fingerprint whose identity is to be determined or checked. reference The information obtained from a non-empty set of fingerprints of known identity, which serves as the basis for comparison with request fingerprints. Match function A Boolean function that provides an assurance to each fingerprint and reference pair whether the fingerprint has the same identity as the reference or not (the path to the id tivity always leads to the identity of the fingerprint.). Enrollment A method of generating a reference from a set of fingerprints of known identity minutiae Characteristic points of a fingerprint image, such as branching and end points of lines. However, in this document, a minutia is understood to mean not only a characteristic point of the fingerprint, but also its position, that is, its coordinates in the fingerprint

Üblicherweise erfolgt die Erfassung eines Fingerprints mittels eines geeigneten Sensor, beispielsweise auf optischer oder kapazitiver Basis. Das vom einem Sensor gelieferte Bild hat typischerweise eine Auflösung von 500 dpi und ist ein Graustufenbild, welches nach dem Scan in Abhängigkeit des Verfahrens unterschiedlich weiterverarbeitet wird.Usually the detection of a fingerprint by means of a suitable Sensor, for example on an optical or capacitive basis. The from the A picture provided to a sensor typically has a resolution of 500 dpi and is a grayscale image, which depends on the scan the process is processed differently.

Beim „Minutiae-Based Fingerprint Matching" werden charakteristische Punkte des Fingers wie Rillen, Kreuzungen, Verzweigungen und Enden erfasst. Die mathematischen Informationen zur Kodierung der Minutien werden mit entsprechenden Merkmals-Extraktions-Algorithmen aus den Daten eines Fingerprints extrahiert. Ein Individuum wird als Besitzer entsprechender Referenzdaten erkannt, wenn die aus seinem Fingerprint gewonnenen Anfragedaten in einer vordefinierten Anzahl von Minutien mit den Referenzdaten übereinstimmen. Zum Vergleich eines Anfragefingerprints mit einem Referenzfingerprint kann der Referenzfingerprint solange verschoben und gedreht werden, bis die Abweichungen der Minutien voneinander minimal ist.When "Minutiae-Based Fingerprint Matching " characteristic points of the finger such as grooves, crossings, ramifications and ends detected. The mathematical information for coding the Minutia are using appropriate feature extraction algorithms extracted from the data of a fingerprint. An individual becomes as owner of corresponding reference data recognized when the off his fingerprint obtained query data in a predefined Number of minutia to match the reference data. For comparison one Request fingerprints with a reference fingerprint may be the reference fingerprint as long as moved and rotated until the deviations of the minutiae is minimal from each other.

Üblicherweise wird zur Gewinnung der Minutien aus einem mittels eines Sensors erfassten Original-Graustufenbild des Fingerabdrucks ein Richtungs- bzw. Orientierungsfeld berechnet, aus welchem ein „Rillenmuster" bzw. Linienmuster des Fin gerprints ermittelt wird. Aus dem Rillenmuster können schließlich die Positionen der Minutien ermittelt werden, die mitsamt der lokalen Orientierung und anderen Merkmalen der Minutien in eine Minutienliste eingetragen werden können.Usually is used to extract the minutiae from one using a sensor captured the original grayscale image of the fingerprint or Orientation field calculated from which a "groove pattern" or line pattern of the fin gerprints is determined. From the groove pattern finally the Positions of the minutiae to be determined, together with the local Orientation and other features of the minutiae are listed in a list of minutiae can be.

Zum Vergleich der Minutien einer Minutienliste eines Anfragfingerprints und der Minutienliste eines Referenzfingerprints werden aus allen Minutien des Anfragfingerprints und allen Minutien des Referenzfingerprints Minutienpaare gebildet.To the Comparison of the minutiae of a minutia list of a request fingerprint and the minutia list of a reference fingerprint will be out of all Minutia of the request fingerprint and all minutia of the reference fingerprint Minutia couples formed.

Bei einer Größe von N Minutien pro Minutienliste ergibt sich eine Liste mit einer Anzahl von N² Paaren, die auf Übereinstimmung geprüft werden sollen. Da es bei der Verarbeitung von Datenmengen dieser Größenordnung bei im Hinblick auf ihren Speicherplatz und ihre Prozessorleistung limitierten Systemen, wie beispielsweise sogenannten „Smart Cards", zu Problemen kommen kann, sind die herkömmlichen Methoden für derartige limitierte Systeme nicht gut geeignet.With a size of N minutia per minutia list, the result is a list with a number of N ² pairs to check for match. Since problems can arise in the processing of data volumes of this magnitude in the case of systems limited in terms of their storage space and their processor performance, such as so-called "smart cards", the conventional methods for such limited systems are not well suited.

Gemäß der Veröffentlichung: Roddy, A.R.; Stosz, J. D. „Fingerprint features-statisticel analysis and systems performance etsimates" Proceedings of the IEEE, Vlume: 85, Issue: 9, Sept. 19997, S. 1390–1421 wird zur Überprüfung der Übereinstimmung zweier Fingerprints von der Anzahl miteinander übereinstimmender Poren der beiden Fingerprints die Anzahl der nicht miteinander übereinstimmenden Poren abgezogen. Der daraus resultierende Wert wird mit der Gesamtanzahl der Poren beider Fingerprints in Verhältnis gesetzt. Nachteilig an dem bekannten Verfahren ist vor allem, dass bei einer Anzahl von n Poren pro Fingerprint eine Anzahl von n² Paaren von miteinander auf Übereinstimmung zu vergleichenden Poren erhalten wird. Da es bei der Verarbeitung von Datenmengen dieser Größenordnung bei im Hinblick auf ihren Speicherplatz und ihre Prozessorleistung limitierten Systemen, wie beispielsweise Smart Cards, zu Problemen kommt, ist die bekannte Lösung für derartige limitierte Systeme nicht geeignet.According to the publication: Roddy, AR; Stosz, JD "Fingerprint features-statisticel analysis and systems performance etsimates" Proceedings of the IEEE, Volume: 85, Issue: 9, Sept. 19997, pp. 1390-1421 is used to check the match of two fingerprints to the number of matching pores of the The resulting value is set in relation to the total number of pores of both fingerprints A disadvantage of the known method is, above all, that, given a number of n pores per fingerprint, a number of n ² Since there are problems in processing data volumes of this size with limited systems in terms of their storage space and processor performance, such as smart cards, the known solution for such limited systems is not suitable.

Aus Takuji MAEDA, Masahito Matsushita, Koichi SASAKAW „Identification Algorithm Using a Matching Score Matrix" IECE Trans. Inf.&Syst., Vol. E84-D, No.7, July 2001, S. 819–824 ist ein weiteres Verfahren zur Identifikation eines Benutzers bekannt geworden. Bei dem bekannten Verfahren werden biometrische Daten des zu identifizierenden Benutzers mittels eines Sensors erfasst. Aus den erfassten Daten wird ein Datenvektor gebildet, der mit in einer Datenbank enthaltenen biometrischen Daten bekannter Benutzer verglichen wird. Als Resultat dieses Vergleichs werden erste Korrlationsvektoren y(u, m) erhalten, welche ein Mass für die Übereinstimmung der biometrischen Merkmale des zu identifizierenden Benutzers und den gespeicherten biometrischen Merkmalen bekannter Benutzer darstellen. Weiters werden aus den in der Datenbank gespeicherten biometrischen Merkmalen eines bekannten Benutzers Korrelationvektoren x(i, m) mit den biometrischen Merkmalen aller anderen in der Datenbank gespeicherten bekannten Benutzer gebildet. Als Maß für die Übereinstimmung der biometrischen Merkmale des zu identifizierenden Benutzers mit gespeicherten biometrischen Merkmalen bekannter Benutzer wird nun eine Korrelationsfunktion eines der ersten Korrelationsvektoren y(u, m) und einem weiteren Korrelationsvektor x(i, m) gebildet und durch die Summe der Autokorrelationsvektoren der beiden Vektoren y(u, m) und x(i, m) dividiert.From Takuji MAEDA, Masahito Matsushita, Koichi SASAKAW "Identification Algorithm Using a Matching Score Matrix" IECE Trans. Inf. & Syst., Vol. E84-D, No.7, July 2001, pp. 819-824 is another method of identification In the known method, biometric data of the user to be identified is acquired by means of a sensor and a data vector is formed from the acquired data, which is compared with known users' biometric data contained in a database y (u, m) which represent a measure of the correspondence of the biometric features of the user to be identified and the stored biometric features of known users Furthermore, correlation vectors x (i, m) are obtained from the biometric features of a known user stored in the database. with the biometric characteristics of all others stored in the database formed known users. As a measure of the conformity of the biometric features of the user to be identified with stored biometric features of known users will now a correlation function of one of the first correlation vectors y (u, m) and another correlation vector x (i, m) is formed and divided by the sum of the autocorrelation vectors of the two vectors y (u, m) and x (i, m).

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg zu schaffen, der es ermöglicht, auf einfache Weise einen Anfragefingerprint mit einem Referenzfingerprint in einem System mit geringer Rechenleistung und Speicherplatz mittels eines Minutienvergleichs auf Übereinstimmung zu überprüfen.It An object of the present invention is to provide a way which makes it possible in a simple way a request fingerprint with a reference fingerprint in a system with low computing power and storage space by means of of a minutia match for match to check.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus Minutien der beiden Fingerprints eine Liste mit einer nach oben fest beschränkten Anzahl potentiell übereinstimmender Minutienpaare gewonnen wird, aus welcher die Anzahl tatsächlich übereinstimmender Minutienpaare der beiden Fingerprints ermittelt wird, wobei das Maß für die Übereinstimmung der beiden Fingerprints nach der Formel S = 2M/((K+L)f(r))bestimmt wird, worin M die Anzahl der in der beschränkten Liste gefundenen übereinstimmenden Minutienpaare der beiden Fingerprints, K die Anzahl der Minutien des ersten, L die Anzahl der Minutien des zweiten Fingerprints und f(r) einen Skalierungsfaktor bedeuten, der sich nach 1 ≥ f(r) ≥ rmin > 0; r ∊ [0, 1]bestimmt, wobei r_min eine in dem Intervall von 0 bis 1 gelegene untere Schranke für den Skalierungsfaktor f(r) und r das Verhältnis von tatsächlich betrachteten, in der beschränkten Liste enthaltenen Minutienpaaren zur Gesamtanzahl aller Minutienpaare bedeuten.This object is achieved by a method of the type mentioned in the present invention that from minutiae of the two fingerprints a list is obtained with an upwardly limited fixed number of potentially matching Minutienpaare, from which the number of actual matching Minutienpaare the two fingerprints is determined, the Measure for the agreement of the two fingerprints according to the formula S = 2M / ((K + L) f (r)) where M is the number of matching minutiae pairs of the two fingerprints found in the restricted list, K is the number of minutiae of the first, L is the number of minutiae of the second fingerprint, and f (r) is a scaling factor that varies 1 ≥ f (r) ≥ r min >0; r ε [0, 1] where r _{min is} a lower bound in the interval from 0 to 1 for the scaling factor f (r) and r is the ratio of actually considered minutia pairs contained in the bounded list to the total number of all minutiae pairs.

Es ist ein Verdienst der Erfindung, dass auch bei einer deutlich reduzierten Menge an betrachteten Minutien, die Erkennung einer Übereinstimmung der beiden Fingerprints nicht unzuverlässiger wird, als bei Verwendung aller Minutienpaare.It is a merit of the invention that even at a significantly reduced Set of considered minutiae, the recognition of a match The two fingerprints do not become more unreliable than when used all minutiae pairs.

Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, die Minutien des ersten Fingerprints gegenüber den Minutien des zweiten Fingerprints in einer die Minutien enthaltenden Ebene um vorgebbare Rotationswinkel zu drehen, zu jedem Rotationswinkel, um den gedreht wird, aus gedrehten Minutien und innerhalb von Umgebungsbereichen vorgebbarer Größe um die gedrehten Minutien liegenden Minutien des zweiten Fingerprints Minutienpaare gebildet werden, und für jedes einem Rotations winkel zugeordnete Minutienpaar die Relativlage seiner Minutien zueinander in einer diesem Rotationswinkel eigens zugeordneten, beschränkten Liste aufgezeichnet wird.A advantageous variant of the invention provides, the minutiae of first fingerprints over the Minutia of the second fingerprint in one containing the minutiae Plane to rotate at predefinable angles of rotation, at each angle of rotation, is rotated around, from rotated minutiae and within surrounding areas specifiable size around the rotated minutiae minutiae of the second fingerprint minutiae pairs be formed, and for each rotation angle associated Minutienpaar the relative position of his minutiae to each other at a particular angle of rotation assigned, limited List is recorded.

Weitere Vorteile lassen sich dadurch erzielen, dass neben der Relativlage eines Minutienpaares auch der dazugehörige Rotationswinkel aufgezeichnet wird.Further Advantages can be achieved by the fact that in addition to the relative position a Minutienpaares also recorded the associated rotation angle becomes.

Zur Bestimmung übereinstimmender Minutien kann in dem durch den Wertebereich des Rotationswinkels und der durch die Größe des Umgebungsbereiches um eine gedrehte Minutie festgelegten Raum möglicher Rotationen und Translationen nach einem Cluster von Minutienpaaren gesucht werden, wobei die in dem Cluster enthaltene Menge von Minutienpaaren der Anzahl der übereinstimmenden Minutienpaare der beiden Fingerprints entspricht.to Determination consistent Minutia can be defined by the value range of the rotation angle and by the size of the surrounding area after a rotated minutia fixed space of possible rotations and translations a cluster of pairs of minutiae, the ones in the Cluster contained set of pairs of minutiae of the number of matching ones Minutia pairs of the two fingerprints corresponds.

Zur Ermittlung der Anzahl der übereinstimmenden Minutien kann aus den Relativlagen der Minutienpaare ein Histogramm gebildet werden.to Determine the number of matches Minutia can make a histogram of the relative positions of the pairs of minutiae be formed.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung erfolgt die Erstellung der Liste, die Ermittlung der Anzahl der übereinstimmenden Minutien und die Berechnung des Maßes der Übereinstimmung der beiden Fingerprints in einer Smart Card, wobei die Minutien des ersten oder des zweiten Fingerprints als Referenz in einem Speicher der Smart Card abgelegt sind.In A preferred variant of the invention is the creation the list, determining the number of matching minutiae and the calculation of the measure the match of the two fingerprints in a smart card, with the minutiae of the first or the second fingerprint as a reference in a memory the smart card are stored.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile wird im Folgenden anhand einiger nicht einschränkender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:The Invention including further advantages will be described below with reference to some non-limiting embodiments explains in more detail which are shown in the drawing. In this show schematically:

1 einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 a sequence of a method according to the invention;

2 gedrehte Minutien eines ersten Fingerprints in deren Umgebung Minutien eines zweiten Fingerprints liegen und 2 rotated minutiae of a first fingerprint in the vicinity of which lie minutiae of a second fingerprint and

3 ein Histogramm zur Ermittlung der Anzahl von Paaren übereinstimmender Minutien eines ersten und eines zweiten Fingerprints. 3 a histogram for determining the number of pairs of matching minutiae of a first and a second fingerprint.

Gemäß 1 wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vergleichen zweier Fingerprints aus jedem Fingerprint eine Minutienliste LI1, LI2 erstellt, welche den Ort, d.h. die Koordinaten x11, y11, x1k, y1k, x21, y21, x2l, y2l, x2L, y2L, und Orientierungen θ11, θ1k, θ1K, θ21, θ2l, θ2L der Minutien M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L enthält. Die beiden Listen LI1, LI2 enthalten hierbei je eine Anzahl von K oder L Minutien M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L.According to 1 In a method according to the present invention for comparing two fingerprints from each fingerprint, a list of minutiae LI1, LI2 is created which contains the location, ie the coordinates x11, y11, x1k, y1k, x21, y21, x2l, y2l, x2L, y2L, and orientations θ11, θ1k, θ1K, θ21, θ2l, θ2L of the minutia M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L. The two lists LI1, LI2 each contain a number of K or L minutia M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L.

Durch Drehung der in der ersten Minutienliste LI1, LI2 enthaltenen Minutien M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L um einen vorgebbaren Winkel an in einer Ebene E, in welcher die Minutien liegen, kann eine Liste LI1(αn)' gebildet werden.By Rotation of the minutia contained in the first list of minutia LI1, LI2 M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L by a predeterminable angle in one Level E, in which the minutia lie, a list LI1 (αn) 'can be formed.

Die gedrehte Liste LI1(αn)' wird nun mit der zweiten (ungedrehten) Liste LI2 verglichen, wobei untersucht wird, ob in einer Umgebung Δx, Δy um eine gedrehte Minutie M11(...)', M1k(..)' eine oder mehrere Minutien M22, M2l der zweiten Liste LI2 liegen. Aus den Minutien M22, M2l der zweiten Liste LI2, die in der Umgebung Δx, Δy einer Minutie M11', M1k' der gedrehten Liste LI1(αn)'liegen, werden mit der gedrehten Minutie M11', M1k' Minutienpaare gebildet. Somit besteht ein Minutienpaar aus einer gedrehten Minutie M11', M1k' und einer in dessen Umgebung Δx, Δy liegenden Minutie M21, M2l der zweiten Minutienliste. Die Anzahl der in dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigten Minutienpaare hängt jedoch von der nach oben beschränkten, vordefinierten Anzahl i der in eine dritte Liste LI3 eintragbaren Minutienpaare ab, wobei (k – 1)L + l ≤ i gilt, worin k den Index der letzten verwendeten Minutie der ersten und l den Index der letzten verwendeten Minutie der zweiten Minutienliste bedeuten.The rotated list LI1 (αn) 'is now with the second (unrotated) LI2 list, examining whether in an environment Δx, Δy by one turned minutia M11 (...) ', M1k (..) 'one or more Minutia M22, M2l the second list LI2 lie. From the minutiae M22, M2l of the second list LI2, those in the vicinity Δx, Δy a Minutie M11 ', M1k' of the rotated list LI1 (αn) ', are with the turned minutia M11 ', M1k 'Minutia pairs educated. Thus, a pair of minutiae consists of a rotated minutiae M11 ', M1k' and one in its Environment Δx, Δy lying Minutia M21, M2l of the second minutia list. The number of in the inventive method considered Minutia couple is hanging however, from the upper limit, predefined number i of the list that can be entered in a third list LI3 Minutia pairs, where (k - 1) L + l ≤ i, where k is the index of the last used minutia of the first and l is the index of the last used minutia of the second minutia list mean.

Gemäß 2 ist jedes dieser Minutienpaare M11'-M21, M11'-M26, M12'-M23, M12'-M28 durch seine relative Lage zueinander, d. h. durch die Parameter Δx1, Δy1, Δx2, Δy2, Δx3, Δy3, Δx4, Δy4 bestimmbar. Weiters entspricht jedes dieser Minutienpaare M11'-M21, M11'-M26, M12'-M23, M12'-M28 zwei potentiell miteinander übereinstimmenden Minutien, der ersten und der zweiten Minutienliste LI1, LI2.According to 2 Each of these pairs of minutia M11'-M21, M11'-M26, M12'-M23, M12'-M28 can be determined by its relative position to one another, ie by the parameters Δx1, Δy1, Δx2, Δy2, Δx3, Δy3, Δx4, Δy4. Further, each of these minutia pairs M11'-M21, M11'-M26, M12'-M23, M12'-M28 corresponds to two potentially matching minutiae, the first and second minutiae lists LI1, LI2.

Die potentiell übereinstimmenden Minutienpaare M11'-M21, M11'-M26, M12'-M23, M12'-M28 bzw. deren relative Koordinaten Δx1, Δy1, Δx2, Δy2, Δx3, Δy3, Δx4, Δy4 werden in die dritte Liste LI3 eingetragen. Weiters kann auch der zu einem potentiellen Minutienpaar zugehörige Rotationswinkel α1, α2, an bzw. eine Abweichung der Orientierungen θ11', θ22 der beiden Minutien des Paares voneinander in die dritte Liste LI3 eingetragen werden.The potentially coincidental Minutia pairs M11'-M21, M11'-M26, M12'-M23, M12'-M28 or their relative Coordinates Δx1, Δy1, Δx2, Δy2, Δx3, Δy3, Δx4, Δy4 entered in the third list LI3. Furthermore, the one to one associated with potential Minutienpaar Rotation angle α1, α2, on or a deviation of the orientations θ11 ', θ22 of the two minutiae of the couple from each other in the third list LI3 be registered.

Um die in der dritten Liste LI3 enthaltene Datenmenge gering zu halten, ist die Anzahl i der maximal in die Liste eingetragenen potentiell übereinstimmenden Minutienpaare bzw. der Relativlagen Δxi, Δyi, wie bereits oben erwähnt, nach oben beschränkt. Die Anzahl i der in die Liste maximal eintragbaren Werte kann in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden Speicher und der Prozessorleistung gewählt werden. Ein typischer Wert für die Anzahl i der in der Liste LI3 eintragbaren Minutienpaare liegt bei ca. 100 Paaren. Bei einer Anzahl von 40 Minutien pro Minutienliste aus, was einer Anzahl von 1600 möglichen Minutienpaaren entspricht, kann also vor der weitergehenden Berechnung der „Minutienmatches" eine Datenreduktion um ca. 94% erreicht werden.Around to keep the amount of data contained in the third list LI3 low, the number i is the maximum number of potentially matching ones in the list Minutienpaare or the relative positions .DELTA.xi, Δyi, as already mentioned above, after limited above. The number i of the maximum values that can be entered in the list can be set in dependence from the available standing memory and processor performance can be selected. A typical value for the number i the minutiae pair that can be entered in list LI3 is approx. 100 pairs. At a count of 40 minutia per minutia list, which is a number of 1600 possible Minutia pairs corresponds, so before the further calculation the "Minutienmatches" a data reduction be achieved by about 94%.

Durch die Beschränkung der Anzahl i der in der Liste LI3 enthaltenen Minutienpaare ist auch die Anzahl der aus den Listen LI1, LI2 verwendeten Minutien M11, M1K beschränkt, wobei (k – 1)L + l ≤ i gilt.By the restriction the number i is the minutiae pair included in the list LI3 also the number of minutiae used from lists LI1, LI2 M11, M1K limited, where (k-1) L + l ≤ i holds.

Aus den in der Liste LI3 enthaltenen potentiell übereinstimmenden Minutienpaaren kann die Anzahl M übereinstimmender Minutien bestimmt werden.Out the potentially coincident pairs of minutiae included in the LI3 list the number M can match Minutia be determined.

Hierzu können die Minutienpaare bzw. deren Relativkoordinaten Δx1, Δy1, Δxi, Δyi als Argumente in eine Minutienmatchfunktion MMF eingehen.For this can the minutia pairs or their relative coordinates Δx1, Δy1, Δxi, Δyi as arguments into a minutia match function Enter MMF.

Gemäß 3 kann hierzu der Raum möglicher Translationen Δx, Δy in Bereiche bzw. Elementarzellen EZE gleicher Form und Größe mit den Seitenlängen a, b unterteilt werden, beispielsweise Quadrate. Auf diese Weise entsteht ein Gitter mit Gitterkonstanten, welche durch die Seitenlängen, a, b der Elementarzellen bestimmt sind. In den so unterteilten Raum können die Relativkoordinaten, durch welche sich der Abstand der Minutien eines Minutienpaares voneinander bestimmt, eingetragen werden. Somit entspricht jedem Minutienpaar ein durch die Relativkoordinaten Δx1, Δy1, Δxi, Δyi bestimmter Punkt in dem Raum möglicher Translationen. In der hier dargestellten Variante der Erfindung sind die relativen Koordinaten Δx1, Δy1, Δxi, Δyi in Abhängigkeit von der Anzahl M der übereinstimmenden Minutienpaare aufgetragen, sodass sich ein Histogramm HIS ergibt.According to 3 For this purpose, the space of possible translations Δx, Δy can be subdivided into regions or unit cells EZE of the same shape and size with the side lengths a, b, for example squares. In this way, a lattice with lattice constants, which are determined by the side lengths, a, b of the unit cells. The relative coordinates, by which the distance of the minutiae of a pair of minutiae from each other determined, can be entered into the space thus subdivided. Thus, each minutiae pair corresponds to a point in the space of possible translations determined by the relative coordinates Δx1, Δy1, Δxi, Δyi. In the variant of the invention shown here, the relative coordinates Δx1, Δy1, Δxi, Δyi are plotted as a function of the number M of the matching minutia pairs, so that a histogram HIS results.

In einem weiteren Schritt kann nun jene Elementarzelle ermittelt werden, in welcher die größte Anzahl M von Punkten liegt. Hierauf kann die unmittelbare Umgebung dieser Elementarzelle auf weiter Häufungen von Punkten untersucht werden. Hierzu kann das Gitter derart verschoben werden, dass die Mittelpunkte verschobener Elementarzellen in Eckpunkten der ursprünglichen Elementarzellen liegen.In a further step can now be determined that unit cell, in which the largest number M of points lies. This can be the immediate environment of this Unit cell on further accumulations be examined by points. For this purpose, the grid can be shifted in this way be that the centers of shifted elementary cells in vertices the original one Elementary cells lie.

Die Elementarzelle, welche in ihrem jeweiligen Gitter die meisten Punkte enthält wird dann als diejenige identifiziert, welche die übereinstimmenden Minutienpaare enthält. Anhand der derart bestimmten Anzahl M von miteinander übereinstimmenden Minutienpaaren kann dann, wie weiter unten noch näher erläutert, das normalisierte Maß S für die Übereinstimmung der beiden Fingerprints berechnet werden.The Elementary cells, which have the most points in their respective lattice contains is then identified as having the matching minutiae pairs contains. Based on the thus determined number M of mutually matching Minutienpaaren can then, as explained in more detail below, the normalized measure S for the match the two fingerprints are calculated.

In einer weiteren Variante der Erfindung können neben den Relativkoordinaten auch die dazugehörigen Rotationswinkel an bzw. die Abweichungen der Orientierungen θ11', θ1k', θ21, θ2l voneinander aufgetragen werden, wodurch anstelle zweidimensionaler Elementarzellen EZE dreidimensionale Elementarzellen erhalten werden. Wie bei der oben genannten Variante wird der Raum möglicher Translationen und Rotationen in ein erstes Gitter unterteilt und eine erste Elementarzelle, in welcher sich die meisten Punkte befinden, bestimmt. Hierauf wird der Raum der möglichen Rotationen und Translationen in ein zweites Gitter unterteilt, dessen Elementarzellen die gleiche Form und das gleiche Volumen wie die Elementarzellen des ersten Gitters aufweisen, wobei der Mittelpunkt einer Elementarzelle des zweiten Gitters in einem Berührungspunkt von zumindest sechs Elementarzellen des ersten Gitters liegt und in dem zweiten Gitter ebenfalls die Elementarzelle ermittelt wird, in welcher sich die meisten Punkte befinden. Auch in dieser Variante der Erfindung kann ein Histogramm ermittelt werden, aus welchem die Anzahl der Punkte in einer durch die Seitenlänge a, b und an bestimmten Elementarzelle ermittelt werden kann.In a further variant of the invention, in addition to the relative coordinates, the associated rotation angles or the deviations of the orientations θ11 ', θ1k', θ21, θ2l from each other can be plotted, whereby instead of zweidimensi EZE three-dimensional unit cells are obtained. As in the above variant, the space of possible translations and rotations is divided into a first grid and a first unit cell in which most points are located is determined. Thereafter, the space of possible rotations and translations is divided into a second grid whose unit cells have the same shape and volume as the unit cells of the first grid, the center of a unit cell of the second grid being at a point of contact of at least six unit cells of the first grid and in the second grid also the unit cell is determined in which most points are located. Also in this variant of the invention, a histogram can be determined, from which the number of points in a can be determined by the side length a, b and at certain unit cell.

Wie bei der ersten Variante der Erfindung wird aus allen Elementarzellen des ersten Gitters und des zweiten Gitters jene Elementarzelle ermittelt, welche die meisten Punkte enthält. Die Anzahl M der Punkte dieser Elementarzelle entspricht, wie bei der oben genannten Ausführungsform, den miteinander übereinstimmenden Minutienpaaren.As in the first variant of the invention becomes from all unit cells of the first grid and the second grid determines that unit cell which contains the most points. The number M of points of this unit cell corresponds, as in the above embodiment, the one with each other Minutienpaaren.

Die Anzahl M übereinstimmender Minutienpaare der beiden Fingerprints ist ein Maß, dafür wie gut die beiden Fingerprints übereinstimmen. Um jedoch mit anderen Messungen vergleichbar zu sein, muss die Anzahl M übereinstimmender Minutienpaare gegen die Anzahl der insgesamt in den beiden Minutienlisten LI1, LI2 verfügbaren Minutien normalisiert werden.The Number M matching Minutiae pairs of the two fingerprints is a measure of how well the two fingerprints match. However, to be comparable to other measurements, the number must M more consistent Minutia pairs against the total number in the two minutia lists LI1, LI2 available Minutia be normalized.

Der „normalisierte" Grad der Übereinstimmung der beiden Fingerprints bestimmt sich erfindungsgemäß zu S = 2·M/(K+L)·f(r) (1)worin f(r) ein Skalierungsfaktor ist, der sich zu 1 ≥ f(r) ≥ rmin > 0; r ∊ [0, 1] (2)bestimmt, wobei r_min eine in dem Intervall von 0 bis 1 gelegene vorgebbare untere Schranke für den Skalierungsfaktor f(r) bedeutet und r = k/K – 1/K + l/K·L = ((k – 1)·L + l)/KL ist, wobei für große K und/oder L gilt: r ≈ k/K The "normalized" degree of agreement of the two fingerprints is determined according to the invention S = 2 * M / (K + L) * f (r) (1) where f (r) is a scaling factor that accords to 1 ≥ f (r) ≥ r min >0; r ε [0, 1] (2) where r _{min is} a predeterminable lower bound in the interval from 0 to 1 for the scaling factor f (r), and r = k / K - 1 / K + 1 / K · L = ((k - 1) · L + 1) / KL, where for large K and / or L: r ≈ k / K

Gemäß einer einfachen Variante der Erfindung kann f(r) so gewählt werden, dass beispielsweise

gilt, wobei jedoch f(r)auch eine beliebige andere Funktion sein kann.According to a simple variant of the invention, f (r) can be chosen such that, for example

but f (r) can also be any other function.

Durch (1) kann verhindert werden, dass durch das Weglassen von einer Anzahl von K–k und L–l Minutien bei der Berechnung das Ergebnis verfälscht wird, dadurch (3) bereits berücksichtigt wird, dass nur eine beschränkte Anzahl von Minutien bei der Berechnung verwendet wird.By (1) can be prevented by omitting a number from K-k and L-l Minutia in the calculation the result is falsified, thereby (3) already considered that will only be a limited one Number of minutia used in the calculation.

Der normalisierte Grad S der Übereinstimmung der beiden Fingerprints kann für unterschiedliche Drehwinkel α(n) der Liste LI1' berechnet werden. Hierbei wird für vorgebbare Winkel α(n) auf die oben beschriebene Weise je eine beschränkte Liste LI3 und daraus je ein Wert S_n berechnet. Aus den resultierenden Werten für S_n kann beispielsweise jener genommen werden, welcher der höchsten Übereinstimmung der beiden Fingerprints entspricht.The normalized degree S of the coincidence of the two fingerprints can be calculated for different rotation angles α (n) of the list LI1 '. Here, for predeterminable angles α (n), a restricted list LI3 is calculated in each case in the manner described above, and a value S _{n is derived} therefrom. From the resulting values for S _n , for example, one can be taken which corresponds to the highest match of the two fingerprints.

In einer anderen Variante der Erfindung kann überprüft werden, ob einer der für unterschiedliche Winkel α(n) berechneten Werte für S_n über einem vorgebbaren Schwellwert liegt. Ist dies der Fall, so können die beiden Fingerprints als identisch klassifiziert werden. In einer praktischen Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Überschreiten des Schwellwertes durch einen berechneten Wert S_n auch als Abbruchskriterium des Vergleich der beiden Fingerprints definiert werden.In another variant of the invention, it can be checked whether one of the values for S _n calculated for different angles α (n) lies above a predefinable threshold value. If this is the case, the two fingerprints can be classified as identical. In a practical implementation of the method according to the invention, the exceeding of the threshold value by a calculated value S _{n can} also be defined as a termination criterion of the comparison of the two fingerprints.

Bevorzugterweise ist die als Referenz dienende Minutienliste LI1, LI2 in einem Speicher einer hier nicht dargestellten Smart Card abgelegt. Die Gewinnung des ersten Fingerprints – des Anfragfingerprints – und der ersten Minutienliste LI1 kann mittels eines Sensors und eines mit dem Sensor und der Smart Card verbundenen externen Computers bewerkstelligt werden. Die erste Minutienliste kann dann an eine Steuerung der Smart Card, beispielsweise einen entsprechend programmierten Mikroprozessor übermittelt werden. Die Steuerung der Smart Card kann dann das oben beschriebene Verfahren zum Vergleich der beiden Fingerprints durchführen.preferably, is the reference minutia list LI1, LI2 in a memory filed a smart card, not shown here. The extraction of the first fingerprint - the Request fingerprints - and the first list of minutia LI1 can by means of a sensor and a external computer connected to the sensor and the smart card be accomplished. The first minutia list can then be sent to a Control the smart card, for example, a suitably programmed Microprocessor transmitted become. The control of the smart card can then be as described above Perform a procedure to compare the two fingerprints.

Claims

Method for checking two fingerprints for agreement by means of a minutiae comparison, characterized in that from minutiae (M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L) of the two fingerprints a list (LI3) with an upwardly limited number (i) potentially matching Minutia pairs is obtained, from which the number (M) actually matching pairs of minutiae of the two fingerprints is determined, wherein the measure (S) for the match of the two fingerprints according to the formula S = 2M / ((K + L) f (r)) where M is the number of matching minutiae pairs of the two fingerprints found in the bounded list (LI3), K is the number of minutiae of the first fingerprint, L is the number of minutiae of the second fingerprint, and f (r) is a scaling factor that differs 1 ≥ f (r) ≥ r min >0; r ε [0, 1] where r _{min is} a lower bound in the interval from 0 to 1 for the scaling factor f (r) and r is the ratio of actually considered minutia pairs contained in the bounded list (LI3) to the total number of minutiae pairs.

Method according to claim 1, characterized in that that it is provided, the minutiae (M11, M1k, M1K) of the first Fingerprints opposite the minutiae (M21, M2l, M2L) of the second fingerprint in one of the Minutia (M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L) containing plane (E) predefinable rotation angles (α1, α2, αn) to rotate, wherein at each angle of rotation (α1, α2, αn) to the is rotated, from rotated minutiae (M11 ', M1k') and within surrounding areas (Δx, Δy) specifiable Size around the rotated minutiae (M11 ', M1k ') lying minutiae (M21, M2l) of the second fingerprint minutiae pairs are formed, and for each minutia pair associated with a rotation angle (α1, α2, αn) Relative position (Δx1, Δy1, Δxi, Δyi) of his Minutia to each other in a rotation angle (α1, α2, αn) specifically assigned, limited List (LI3) is recorded.

Method according to claim 2, characterized in that in addition to the relative position (Δx1, Δy1, Δxi, Δyi) of a Minutienpaares also the associated rotation angle (α1, α2, αn) recorded becomes.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that by the value range of the rotation angle (α1, α2, αn) and the by the size of the surrounding area (Δx, Δy) by one turned minutia (M11 ', M1k ') fixed space potential Rotations and translations after a cluster of pairs of minutiae is searched, wherein the amount of pairs of minutiae contained in the cluster the number (M) of the matching Minutia pairs of the two fingerprints corresponds.

Method according to one of claims 2 to 4, characterized that to determine the number (M) of the matching minutia the relative positions (Δx1, Δy1, Δxi, Δyi) of the pairs of minutiae Histogram (HIS) is formed.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the creation of the list (LI3), the determination of the number (M) the matching one Minutia (M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L) and the calculation of the measure (S) the match the two fingerprints are done in a smart card, with the minutiae (M11, M1k, M1K, M21, M2l, M2L) of the first or the second fingerprint stored as a reference in a memory of the smart card.