DE2831582A1

DE2831582A1 - Vorrichtung und verfahren zur identifizierung eines erkennungsbildmusters

Info

Publication number: DE2831582A1
Application number: DE19782831582
Authority: DE
Inventors: Clifford H Moulton
Original assignee: PALMGUARD Inc
Current assignee: PALMGUARD Inc
Priority date: 1977-07-21
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1979-02-01
Also published as: DE2831582C2; US4186378A; CA1121914A; FR2398351B1; GB1601987A; JPS5452428A; NL7806835A; FR2398351A1

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. JOACHIM STRASSE

«45 HANAU · RÖMERSTR.19 · POSTFACH 793 · TEL. (06181) 2080Ϊ/Ϊ0740 · TELEX: < 18,4782 pat · TELEC/RAMME: HANAUPATENT

PALMGUARD, Inc.

12810 S.W. Canyon Road

Beaverton, Oregon 97005 _{17 Ju|}. _]giQ

U.S.A. e-ml 11 668

Vorrichtung und Verfahren zur Identifizierung eines Erkennungsbildmusters

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur fdentifiζierung eines Erkennungsbildmusters.

Elektronische Identifiziersysteme werden in einer Reihe von Anwendungsfällen eingesetzt, wo der Nachweis der Identität benötigt wird, z. B; zur Erleichterung van Bankgeschäften oder zur Gestattung des Zugangs zu Gebieten, für die Geheimhaltungsvorschriften gelten. Einige dieser Systeme lesen nur kodierte Informationen, die magnetisch auf einer plastischen, brieftaschenartigen Karte gespeichert sind. Kompliziertere Systeme sind so ausgelegt, daß sie eine positive Identifizierung ermöglichen, indem sie ein wirkliches physikalisches Erkennungsbildmuster, das für ein Individuum einmalig ist, lesen und die daraus abgeleiteten Daten mit bereits vorher gespeicherten Daten vergleichen, die von dem gleichen Bildmuster gewonnen worden sind.

Weil durch Fingerabdrücke eine positive Identifizierung möglich ist, wurden eine Anzahl von Systemen zur Abtastung von Fingerabdrucken mit elektronischen Mitteln und zur Abgabe von auf die Fingerabdrücke bezogenen Erkennungsdaten entwickelt.

809885/0964

PALMGUARD,- Inc.
(11 668)

Fingerabdruckidentifiζieranordnungen sind jedoch wegen des Widerstrebens der Allgemeinheit, eine Aufzeichnung ihrer Fingerabdrücke dauernd in einer entfernten und unzugänglichen Datei speichern zu lassen nicht populär geworden, obwohl in den meisten Fällen nicht der Fingerabdruck selbst, sondern eine dem Fingerabdruck zugeordnete Kodezahl abgespeichert ist.

Es ist anerkannt, daß ein Handflächenabdruck einmalig ist. Wenigstens ein dem Stand der Technik angehörendes Identifizierungssystem, das in der US-PS 3 581 282 durch Altman erläutert ist, benutzt diese Information, um Erkennungsdaten für die richtige Identifizierung verfügbar zu machen.

Eine Schwierigkeit einiger dem Stand der Technik angehöriger Systeme besteht darin, daß sie den Nachweis der Identität durch einen Eins-zu-Eίns-VergIeicn von gespeicherten und neuen Daten versuchen.. Daraus ergeben sich eine große Zahl von Identifizierfehlern-Diese Fehler können entweder in einer Bestätigung eines falschen Erkennungsbildmusters oder der Zurückweisung eines richtigen Bildmusters liegen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Identifizierungssysteme im allgemeinen und im besonderen auf ein automatisches elektronisches Identifizierungssystem für die Erkennung eines Bildmusters, wie z. B. des Handflächenabdrucks einer Hand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein automatisches elektronisches Identifizierungssystem zu schaffen, das eine neue Art der Erkennung eines Identitätsbildmusters, z. B. eines Handflächenabdrucks, mit einem hohen"Grad an Genauigkeit verwendet.

Weiterhin besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Entwicklung eines I dentifiζierungssystems, in dem nur eine vorher

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

festgelegte Zahl von Sch IüsseIerkennungsdaten von hervorstechenden Charakteristiken gespeichert werden.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist in der Schaffung eines genauen fdentifiζierungssystems zu sehen, mit dem nur Schlüsselerkennungsdaten der Korrelation mit einem Identitätsbildmuster, das der Erkennung zugeführt wird, unterworfen sind.

Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines neuen Verfahrens für die Analysierung eines Identitätsbildmusters für die Erkennungsdaten und in der Sortierung und Ordnung solcher Daten von den Hervorstechendsten bis zu deri am wenigsten hervorstechenden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Einrichtung zur Erfassung von digitalen Bilddaten vorgesehen ist, die im wesentlichen ein vollständiges Bild des Erkennungsbildmusters darstellen, daß an die Erfassungseinrichtung eine Analysiereinrichtung für die Analysierung der Bilddaten angeschlossen ist, mit der aus den Bilddaten Erkennungsdaten auswählbar sind, die hervorstechenden Charakteristiken des Erkennungsbildmusters entsprechen, und daß eine Speichereinrichtung vorhanden Ist, In der die Erkennungsdaten speicherbar sind, die für die Identifizierung sorgen.

Ein Verfahren zur Befähigung der Identifizierung eines Erkennungsbildmusters, das insbesondere mit der vorstehend erläuterten Vorrichtung ausübbar ist, weist folgende Schritte auf:

a) Erfassung digitaler Bi Iddaten, die für ein i.mwesentlichen vollständlges Bild des Erkennungsbildmusters typisch sind,

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

b) Analysierung der Bilddaten und Auswahl von Erkennungsdaten, die hervorstechenden Charakteristiken dieses Erkennungsbildmusters entsprechen,

c) Speicherung der Erkennungsdaten, um die Identifizierung zu er Iaüben.

Bei der Erzeugung von Erkennungsdaten wird die Handfläche einer Hand einer Person in einer vorher festgelegten Weise von einer Kamera, z. B. einem Vidicon oder einem ladungsgekoppelten Festkörperbildsensor, abgetastet, um ein Analogsignal herzustellen, das den Lichtstärkewerten proportional ist, die bei der Abtastung der Rücken und Furchen des Handflächenabdrucks entstehen. Das Analogsignal wird differenziert, um die abgetasteten Rücken und Furchen zu verstärken. Auf diese Weise wird eine höhere Trennschärfe der Bildmusterfragmente erzielt. Das verstärkte Analogsignal wird mit einem herkömmlichen Analog-Digital-Wandler quantisiert, um numerische Digitaldaten verfügbar zu machen, die den versch i edenen Lichtstärkewerten der Bildmusterfragmente entsprechen. Anschließend werden diese Rohdaten gespeichert.

In einer kommerziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Rohdaten durch Rasterabtastung und Digitalisierung erhalten. Dann werden die Daten in einer 100 χ 100 Speichermatrix gespeichert und bilden ein vollständiges Abbild eines Identitätsbildmusters einer Handfläche. Die gespeicherten Daten können auf besondere Welse Zeile für Zeile analysiert werden, um Daten zu entwickeln, die sich auf die hervorstechenderen Rücken oder Furchen, ihre Richtungen im Handflächenmuster und die Lage oder X-Y-KoodInaten dieser Daten im HandfIächenmuster beziehen. Diese Daten körinen anschließend sortiert und in der Reihenfolge der hervorstechendsten bis zu den am wenigsten hervorstechendsten geordnet und danach in einer getrennten Matrix gespeichert werden.

- 10 -

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

- 10 -

Daher kann eine vorher festgelegte Anzahl der hervorstechendsten Einzelheiten der Information vom Bild als Erkennungsdaten ausgewählt werden, die als Auszug aus den Rohdaten für schnelle Wiedergewinnung und Korrelation verfügbar sind, wenn die Origina IhandfIäche für die Bestätigung der Identität vor Ii egt.

Für Bestätigungszwecke wird das Handflächenmuster in gleicher Weise gelesen und abgespeichert, wie die ursprünglichen Roh-' daten erhalten wurden, so daß ein Korrelationsverfahren stattfinden kann, wobei die verdichteten Erkennungsdaten mit den Rohdaten an den im wesentlichen gleichen X-Y-Koordinaten verglichen werden, von denen die Erkennungsdaten erhalten wurden. Auf der Grundlage dieser Korrelation wird eine Entscheidung getroffen, ob das Identitätsbildmuster bestätigt werden kann.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird In der folgenden Beschreibung im Einzelnen dargelegt und deutlich beansprucht. Am besten kann die Erfindung sowohl ihrem Aufbau als auch ihrer Betriebsweise nach ebenso wie weitere Vorteile und Aufgaben Im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung verstanden werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

'Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Identifizierungssystems,

Fig. 2A ein Flußdiagramm des mit "SINCH" bezeichneten

Analysierverfahrens, das mit dem Erkennungsdatenana I ysatorte i I des in Fig. 1 dargestellten Systems ausgeübt werden kann,

- .1 1 -

809885/0964

.PALMGUARD," Inc.

-11-

FLg. 3A bis 3G Muster von Bildelementen, die zur

Festlegung von Detai I eigenschaften erfaßt werden,

Fig. 4A bis 4C ein vollständiges Flußdiagramm des mi.t

"LNCH" bezeichneten Analysierverfahrens, das durch den Erkennungsdatenana Iysator-

. teil des in Fig. 1 dargestel I ten Systems

ausgeübt werden kann,

Fig. 5 ein. Flu&diag ramm des mit "BATON" be

zeichneten Ana Iysferverfahrens,

Fig. 6A und 6B ein FIußdiagramm des mit "SCAN" bezeichneten P ruf ve rfah rens,

Fig. 7 ein FIußdiagramm des mit "CORRELATE" be

zeichneten Prüfverfahrens.

Der Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines voI I standigen 1 dentifizierungssystems gemäß einer kommerziellen AusfUhrungsform der vorliegenden Erfindung zu entnehmen. Dieses besondere System ist so ausgelegt, daß eine genaue Bestätigung der Personenidentitat durch Erkennung des Rücken* Furchen-Musters der Fläche einer menschlichen Hand erreichbar ist. Das System ist im Hinblick auf die Erzeugung dieser Information optimiert.

Im allgemeinen enthält das System eine Erfassungseinheit 10 für die Erkennungsdaten, eine Speichereinheit 20, einen Erkennungsdatenana I ysator 25, Datenspeicher 50, eine zweite Erfassungseinheit 60 für Erkennungsdaten, eine zweite Speichereinheit 70,

809 8 8 5/0964

PALMGUARD, Inc. (11 668)

- 12 -

eine Testeinheit 75, ein Ausnutzgerät 85, eine logische Steuer- und Überwachungseinheit 90 und eine Tastatur 95.

Eine geeignete, nicht dargestellte Ausrichteinrichtung kann für die Auflage der Hand vorgesehen werden, um die richtige Registrierung des Handflächenabdrucks bei der ursprünglichen Aufzeichnung des ErkennungsbiIdmustens durch die Erfassungseinheit und jeder nachfolgenden Darbietung der Handfläche zur Identitätsfeststellung mittels der Erfassungseinheit 60 sicherzustellen. Eine Benutzer-Identitätskodenummer ist jeder Person zugeordnet. Diese Nummer wird zusammen mit ihren Erkennungsdaten gespeichert, um deren Wiedergewinnung zu ei— leichtern. Sie kann auch dazu verwendet werden die Ausrichteinrichtung für die richtige Registrierung einzustellen, da die Handgrößen unterschiedlich sind.

Die Erfassungseinheit 10 für die Erkennungsdaten enthält eine Kamera 12, eine Verstärkungsschaltung 14 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 16. Eine passende Kamera 12 kann eine Fernseh-Vidicon oder ein ladungsgekoppelter Festkörpet— bildsensor, wie z. B. die Fairchild-Type CCD 202, sein. Diese Kamera tastet ein Bild rasterförmfg ab und gibt ein analoges Spannungssignal aus, das den Llchtstärkewerten entspricht, die von dem Bild bei jeder horizontalen Abtastung erhalten werden, wobei eine positive Spitze einer Erhöhung Im Handflächenmuster und eine negative Spitze einer Vertiefung Im Handflächenmuster entspricht. Die Verstärkungsschaltung 14 verstärkt die positiven und negativen Spitzen des Analogsignals, um die hellen und dunklen Pegel stärker zu betonen. Eine herkömmliche Differenzial— schaltung, wie ein Reihenkondensator und ein Para I IeIwIderstand erzeugen die gewünschte Verstärkung. Das verstärkte analoge Signal wird anschließend durch den A/D-Wandler 16 quantisiert, um numerische digitale Daten verfügbar zu machen, die den verschiedenen

- 13 -

8098 85/0964

PALMGUARD, Inc.

- 13 -

quant i.s ierten Spannungspegeln entsprechen. Es sind viele herkömmliche Analog-Digital-Wandler für diesen Zweck benutzbar.

Das quantisierte oder "digitalisierte" Signal wird dann Zeile für Zeile in einem 10.000-EIementen-Speieher 20 abgespeichert, so daß im wesentlichen ein 100-EIemente mal 100-EIemente-BiId des HandfIächenbiIdmusters im Speicher enthalten ist. Wenn dieses Bild ausgelesen und auf einem X-Y-Anzeigegerät sichtbar gemacht würde, könnte festgestellt werden, daß die vertikal orientierten Bildmusterkomponenten bzw. Rücken- und Fur-chenlinien, hervorstechender sind als die horizontal orientierten Linien, weil der VerstärkungsVorgang stattfindet, wenn jede horizontale Linie aufgezeichnet wird. Auf diese Weise wird ein optimiertes Bild für die Analyse und das Testverfahren hergestellt, das später noch beschrieben wird.

Ein Erkennungsdatenana Iysator 25 umfaßt eine Anzahl Nur-Lese-Speicher (ROM's), -die spezifische logische Schritte enthalten (eingebrannte Programmbefehle). Sie dienen zur Element- für Element-Analyse des in der Bildspeichereinheit 20 gespeicherten Musterabbilds. Die Nur-Lese-Speieher umfassen das SINCH ROM 28, das INCH ROM 30, das SEGMENTS ROM 32 und das BATON ROM 34. Ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff 36 (RAM) Ist mit den ROM's 28, 30, 32 und 34 verbunden, um temporär Daten zu speichern, die während d«s Analyslervorganga erzeugt werden. Kurz gesagt, erfaßt das SINCH ROM 28 Jedes BI I delement In einer horizontalen Zelle mit der untersten Zeile zu Anfang, um mögliche Startpunkte festzustellen, die zur Erzeugung hervorstechender BMdmusterIiηien dienen. Die X-Y-Lagen von möglichen Startpunkten, die entweder positive oder negative Spitzen sein können, werden temporär Im RAM 36 gespeichert. Das INCH ROM 30 versucht danach, hervorstechende Musterlinien zu entwickeln, indem Im allgemeinen das Bild In Richtung nach oben erfaßt wird, um festzustellen, ob die Information über Spitzen, die einer Erhöhung oder einer Vertiefung entsprechen, sich über eine Strecke fortsetzt. Die X-Y-Positionen

809885/0964 - 14 -

BAD ORIGINAL

PALMGUARD, Inc.

- 14 -

dieser Daten werden anschließend in Matrizen ins RAM 36 eingegeben. Das SEGMENTS ROM 32 teilt die vom INCH ROM 30 entwickelten Matrizen von Daten in eine Anzahl Segmente auf, die sich am besten den erwarteten E i-nze I he iten der Information des gespeicherten Erkennungsbildmusters anpassen lassen. Das BATON ROM 34 prüft danach jedes Segment, um diejenigen .Segmente mit dem besten Informationsinhalt zu bestimmen. Damit werden Erkennung ,daten in Form bidirektionaler Vektoren erzeugt, die Haupterhöhungen und Hauptvertiefungen des HandfIächenbiIdmusters entsprechen. Die unsortierten Erkennungsdaten werden in eine Matrix des RAM 36 eingegeben. In diesem Stadium enthalten die Erkennungsdaten die X-Y-Position des Mittelpunkts jedes bidirektionalen Vektors oder BATONS, die Vektorrichtung, einen Gütefaktor, der von DurchschnittsIichtstärkewerten in der Nähe abhängt, und die Polarität. Das RANK ROM 38 enthält einen Satz von logischen Schritten über Programmbefehle, mit denen die unsortierten Ei— kennungsdaten nach ihrer Güte geordnet werden, so daß die auf die hervorstechendsten Einzelheiten des ErkennungsbiIdmusters bezogenen Erkennungsdaten gespeichert und für die nachfolgende Bestätigung der Identität verwendet werden können.

Es ist ersichtlich, daß das SINCH- und INCH-Verfahren methodische und. geordnete Mittel zur Analyse der Bi Idinformation darstellen. Entweder das eine oder das andere oder beide dieser Verfahren können jedoch auch ausgelassen werden, um eine weniger vei— feinerte, schnellere Analyse vorzusehen, was wiederum eine verminderte Genauigkeit ergeben kann. Dies hängt von den Einzelheiten des verfügbaren Bildes ab. Das System wurde beispielsweise nur unter Verwendung des BATON-Verfahrens auf systematische Weise geprüft, nach der ein vorher festgelegtes Muster öder eine Anzahl Bildelemente geprüft und daraus Erkentiungsdaten abgeschieden werden. Die Analyse wird so schneller ausgeführt, jedoch kann sie wichtige Bildeinzelheiten verfehlen. In ähnlicher Weise kann entweder das SINCH- oder INCH-Verfahren

- 15 -

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

-15-

in Verbindung mi.t dem BATON-Verfahren benutzt werden, um die Wahrscheinlichkeit der Ortung von Haupterkennungsdaten zu erhöhen. Bis zu einem gewissen Punkt ist die Sicherheit einer genauen Identifizierung unmittelbar proportional der Zahl der Hauptinformationsdafen, die aus dem Bild gewonnen werden, über diesen Punkt hinaus sind zusatz I ich entnommene Daten nicht notwend ig.

Erkennungsdaten, die von dem Erkennungsdatenanalysator 25 erhalten werden, werden gemeinsam mit der ίdentitätskodenummer des Benutzers in Datei spei ehern 50 gespeichert. Als Dateispeicher eignen sich Speichermedien für die permanente Speicherung wie Magnetplatten, Magnetbänder, Magnetkassetten oder Magnetkarten. Die Daten können auf einen späteren Befehl hin zur Bestätigung der identität wiedergewonnen werden.

Die zweite Erf assungse i nhe i.t 60 für die Erkennungsdaten wird zur Bestätigung der Identität verwendet. Die Kamera 62, die Verstärkungsschaltung 64 und der A/D-Wandler 66 sind mit denjenigen Teilen gleich, die oben in Verbindung mit der Erfassungseinheit 10.für die Erkennungsdaten beschrieben worden sind. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß tatsächlich In einigen Systemen die Erfassungseinheit 10 sowohl für die Gewinnung der ursprünglichen Erkennungsdaten als auch für die nächfolgende Bestätigung der Identität verwendet werden katin. Dadurch wird die Notwendigkeit einer zweiten Erfassungseinhelt 60 ausgeschlossen. Das gleiche gilt für die Bildspeichereinheit 70, die gleich der Bildspeichereinheit 20 1st.

Zur'Bestätigung der Identität tastet der Benutzer seine Identifizierungskodenummer auf der Tastatur 95 ein. Begreiflicherwelse könnte die.Tastatur 95 durch einen Kartenleser ersetzt werden, der zur Ablesung." von . I nformationen in plastischen, bri ef taschen-

-16-

809885/0 964

PALMGUARD, Inc.
( 1 1 668)

- 16 -

förmigen Karten bestimmt ist, auf denen ein magnetischer Streifen angeordnet ist. Als eine weitere Alternative kann eine Tastatur-Karten Ieser-Kombination verwendet werden. Zusätzlich kann die Tastatur "Bereitschafts"-Leuchten oder hörbare Signale aufweisen, um den Benutzer durch eine Reihe von Maßnahmen zu führen. Der Benutzer legt seine Hand in die Ausrichte i nrfchtung , die oben erwähnt wurde, worauf die logische Steuer- und Überwachungseinheit 90 die Kamera 62 einschaltet, um das Handflächenabdruckmuster zu lesen. DTe logische Steuei— und Überwachungseinheit kann eine passende Minicomputeroder Microprocessor-Hardware sein. Beide wurden für die Entwicklung von Prototypen der vorliegenden Erfindung erfolgreich benutzt. Die kommerzielle Ausführungsform verwendet einen Zi log Z 80 M i krop rocessor. Das verstärkte Handflächenabdruckmuster wird in einem 10 000-EIementen-Speieher 70 Zeile für Zeile in gleicher Weise gespeichert, wie es oben in Vei— bindung mit der Speichereinheit 20 beschrieben wurde.

Die Testeinheit 75 vergleicht die in den Dateispeichern 50 enthaltenen Erkennungsdaten mit der neu erhaltenen Bildinformation in der Bildspeichereinheit 70. Die Identitätskodenummer des Benutzers gewährleistet die WfedergewInnung korrekter Daten aus. den Speichern. Die Testeinheit 75 enthält ein CORRELATE ROM 78,ein COUNT ERRORS RQM 80 und eine Entscheidungssignalschaltung 82. Kurz gesagt, enthält das CORRELATE BOM 78 einen Satz logischer Schritte (Programmbefehle) für die Bestimmung der numerischen Übereinstimmung oder des Grads an Übereinstimmung mit Bl I de I nzeI hetten, die den X-Y-PosItbnen des neu gespeicherten Handflächenbilds in der Bildspeichereinheit 70 entnommen sind. Zusätzliche Schritte können zur Übersetzung oder Schrägverzerrung oder Drehung der früher gespeicherten Erkennungsdaten eingefügt werden, damit eine Anpassung der neuen Bildeinzelheiten zur Korrektur von translator! sehen CX-Y-Verschlebung) oder rotatorisehen Registrierfehlern

- 17 -

809885/0964

PALMGUARD, Inc.
(11 668)

erfolgt.. Das COUNT ERRORS ROM 80 enthält einen Satz logischer Schritte (Programmbefehle) zur Fehlerzählung, jedes Mal dann, wenn die Erkennungsdaten aus den Speichern 50 von denjenigen in der Bildspeichereinheit 70 in verschiedener Hinsicht abweichen, wobei größere Abweichungen einen größeren numerischen Fehlerwert erhalten. Eine laufende Liste der Anpassungsfehler wird der Entscheidungssignaischa Itung 82 vorgegeben, für die einer oder mehrere vorher festgelegte Entscheidungsniveaus vorgesehen sind. Dies hängt von der gewünschten Qualität der Korrelation zwischen den gespeicherten und den neuen Daten ab. Die Entscheidungssignälschaltung 82 kann in geeigneter Weise Digita Ikomparatoren oder Zähler aufweisen, die auf einen bestimmten Zähl inhalt voreingestellt sind. Auch Ana Iogkomparatoren, die voreingestellte Schwellenwerte haben, sind geeignet. In jedem Fall wird dadurch eine Entscheidung getroffen, ob eine vei— nünftige Übereinstimmung zwischen den gespeicherten Erkennungsdaten und dem neuen Erkennungsbildmuster vorliegt. Ein Ausgangssignal wird dem Ausnutzgerät 85 zugeführt, wobei das Signal die BeslUHgung oder Verwerfung des neuen Erkennungsbildmusters anzeigt. Daher kann das Ausnutzgerät 85 in geeigneter Weise ein elektromechan1sches Türöffnungsgerät, Anzeigelampen, einen Alarmgeber usw. enthalten. Das vollständige Prüfverfahren wird später im Einzelnen beschrieben.

Anal yseverfahren

Für die folgende Erörterung wird immer vorausgesetzt, daß ein vollständiges Bild einer Handfläche In der 100 χ 100-Elementen-BiIdspeichereinheit, die oben beschrieben ist, enthalten ist. Dies bedeutet, daß jedes Element numerische Daten gespeichert hat, die sich auf einen von dem Handflächenabdruck erhaltenen Lichtstärkewert beziehen. Wenn solche Daten ausgelesen und auf einem X-Y-Anzeigegerät sichtbar gemacht wurden,

- 18 -

80988 5/0964

PALMGUARD, Inc.

- 18 -

würde ein Bild des Handflächenabdrucks augenscheinlich, in dem die vertikal orientierten Linien verstärkt sind.

Die Fig. 2A und 2B enthalten ein vollständiges Flußdiagramm der logischen Schritte (Programmbefehle) für das SINCH-Verfahren. Diese Schritte sind im ROM 28 permanent gespeichert. Wie bereits oben erwähnt,· erfaßt das SENCH ROM 28 jedes Bildelement in einer horizontalen Zeile mit dem Anfang in der untersten Zeile, um mögliche Startpunkte festzustellen, mit denen die hervorstechenden, verstärkten, vertikal orientierten Musterlinien entwickelt werden. Statt der Analyse nur eines Elements während einer Zeiteinheit und der Ableitung der Information hieraus wird ein Block von 9 _x 5 Bildelementen analysiert, wobei das untere Mittelpunktselement das "Ausgangselement" ist, um das herum Information gesucht wird. Innerhalb des 9x5 Blocks werden, wie in den Fig. 3A 3G gezeigt, sieben Berechnungen ausgeführt. Die gespeicherten mathematischen Werte der 45 Elemente innerhalb des Blocks werden in den gezeigten Kombinationen aufaddiert» Aus diesen Berechnungen werden fünf resultierende Messungen entwickelt, um eine Linie in einer der fünf Richtungen zu bestimmen, die durch die Fig. 3B bis 3 F dargestellt sind. Wie z. B. aus der FIg. 3D ersichtlich Ist, die eine nach oben gerade verlaufende Linie andeutet, wird der gesamte numerische Wert der gezeigten Elemente verdreifacht. Davon werden die gesamten numerischen Werte der Elemente der Fig. 3C und 3E subtrahiert. Daraus ergibt sich eine Tendenz zur Verstärkung des gesamten Werts der Berechnung gemäß Fig. 3D, wenn ein solcher Wert ursprünglich größer als die benachbarten Gesamtwerte war. Wenn die Richtung gemäß Fig. 3D In der Tat eine helle Linie ist, während die benachbarten Richtungen gemäß Fig. 3C und 3E dunkle Gebiete sind, wird nicht viel subtrahiert, wodurch ein starkes Ausgangssignal für die Messung gemäß Fig. 3 verfügbar ist. Wenn die Berechnung gemäß FIg. 3D andererseits gleich oder kleiner als die gemäß Fig. 3C und 3D berechneten Werte ist, würde das Nettoergebnis Null

- 19 -

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

- 19 -

oder negativ sein. Auf diese Weise wird eine der fünf in den Fig. 3B, 3C, 3D, 3E oder 3F gezeigten Richtungen als stärkere Wahrscheinlichkeit für eine Linie ausgewählt. Die Elemente nach Fig. 3A und 3G werden bei der Berechnung von benachbarten Richtungen, die jeweils von den Fig. 3B und 3F dargestellt werden, benutzt und daher nicht als Möglichkeiten für ein Ausgangssignal verwendet. Wenn das numerische Ausgangssignal des stärksten erfaßten Meßwerts einen vorher festgelegten Wert überschreitet, wird ihm eine ausreichende Güte zugesprochen, so daß es der Startpunkt einer Linie sein kann. Diese Information wird jedoch noch nicht gespeichert, bis das SINCH ROM 28 die nächsten wenigen benachbarten "Ausgangs"-Elemente und ihre zugehörigen 9x5 Blöcke von Elementen in gleicher Weise, wie gerade erläutert, prüft. D. h., das SINCH-Verfahren schreifet Iängs der horizontalen Bildlinie vorwärts und prüft jedes "Ausgangs"-EIement und seinen zugeordneten 9x5 Block von Elementen auf entweder positive oder negative Spitzenwerte, die jeweils den Beginn einer hellen oder dunklen Linie anzeigen. Die Spitzenwerte mit ausreichender Güte werden mit den X-Y-Koordinaten und der vorausermittelten Richtung gespeichert. Diese Werte können durch eine Zahl von 1 bis 5 In einer Matrix im RAM 36 als mögliche Startpunkte dargestellt sein, die von dem INCH ROM 30 zu untersuchen sind.

Es soll noch erwähnt werden, daß nicht jede Zeile oder jedes Element von dem SINCH ROM 28 erfaßt werden muß. Nachdem beispielsweise das SINCH ROM 28 alle Startmöglichkeiten längs einer Zeile ermittelt hat, übernimmt das INCH ROM und versucht eine Linie zu entwickeln. Wenn dieser Schritt vollendet ist, kann das SINCH ROM 28' eine oder mehrere Zeilen überspringen, um nach neuen Möglichkeiten zu sehen. Hinzu kommt, daß, nachdem ein Element als Teil einer Linie entwickelt wurde, die X-Y-Koordinate des Elements von der weiteren Erfassung ausgeschlossen oder "markiert" wird, weil bereits bekannt ist, daß eine Linie durch die Koordinate ve r I ä uf t.

• - 20 -

809885/096A

PALMGUARD, Inc.
(11 668)

- 20 -

Die Fig. 4A bis 4C umfassen ein vollständiges Flußdiagramm der logischen Schritte des tNCH-Verfahrens (Programmbefehle), die ständig im INCH ROM 30 gespeichert werden. Das INCH ROM 30 nimmt die Reihe der X-Y-Positionen und der zugehörigen Informationen wahr, die vom SfNCH ROM 28 angegeben und im RAM 36 als mögI iche Startpunkte abgespeichert sind, und versucht, hervorstechende Handflächen-Musterlinien zu entwickeln.

Vom ersten möglichen Startpunkt ausgehend, der von SlNCH ROM angegeben ist, prüft das INCH ROM im allgemeinen im Bild in Richtung nach oben, um festzustellen, ob die einer Erhöhung oder einer Vertiefung entsprechende Spitzeninformation sich über eine Weglänge fortsetzt. Dies wird mit einem Erfassungsverfahren erreicht, das demjenigen ähnlich ist, das in Verbindung mit dem SINCH RQM 28 und den Fig. 3A bis 3G beschrieben wurde. Tatsächlich teilen sich in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die SINCH- als auch die INCH-R0M^rs einen Satz logischer Schritte, die "EVAL" genannt sind. Das INCH-Verfahren schreitet aufwärts in das Bild Element für Element iη. derjenigen Richtung fort, die von jeder vorhergehenden Erfassung angegeben ist. Jedes "Ausgangs"-Element und sein zugehöriger 9x5 Block von Elementen wird zur Festlegung der Liniengüte und Linien" richtung geprüft. Jeder für gut befundene Punkt der neu entwickelten Linie, deren für gut befundene Punkte Informationen in bezug auf die X-Y-PosItion, Richtung, Güte und Polarität umfassen, wird in einer Matrix im RAM 36 gespeichert.

Während des Aufwärtsschreltens längs der entwickelten Linie werden die horizontal benachbarten Elemente zu beiden Seiten des vorherbestimmten Elements ebenfalls geprüft, um die günstigste Fortsetzung der Linie zu bestimmen. Alle neun für gut befundenen angrenzenden Elemente werden in einer gesonderten Matrix im RAM 36 durch das SEGMENTS ROM 32 eingespeichert, um durch das BATON-Verfahren bearbeitet zu werden. Wie zuvor werden Elemente, die als annehmbare Linienpunkte ausgewählt wurden, "markiert " um eine erneute Prüfung von bereits angenommenen Daten auszuschI i eßen.

809885/0964

- 21 -

PALMGUARD, Inc.
(11 668)

- 21 -

Es gibt drei Bedingungen, bei denen das INCH-Verfahren die Entwicklung einer besonderen Linie aufgibt und stattdessen einen neuen Startpunkt aufnimmt, wie er durch das SINCH ROM 28 angegeben ist. Diese Bedingungen umfassen einen ungenügenden Qualitätspegel für die Aufrechterhaltung einer klaren Linie, das Erreichen eines Bildrandelements oder das Erreichen eines "markierten" Elements. Wenn alle Startmöglichkeiten auf einer horizontalen Zeile erschöpft sind, s re I I+ das SINCH ROM-Verfahren neue Startpunkte auf einer neuen Zeile fest. Es läßt sich somit erkennen, daß die SINCH- und INCH ROMS zur Entwicklung des gesamten Bilds zusammenarbeiten, in dem sie vom Boden -beginnen und nach aufwärts arbeiten.

Der nächste Schritt im Analysierverfahren obliegt dem BATON ROM 34, das jedes vom SEGMENT ROM 32 gespeicherte Segment prüft, um diejenigen mit dem geeignetesten Informationsgehalt festzustellen. Damit werden Erkennungsdateh, die am besten den erwarteten Informationseinzelheiten des in der Bildspeichereinheit 20 gespeicherten Handflächenabdrucks entsprechen, zur Verfügung gestellt. Ein Flußdiagramm des "BATON"-Verfahrens ist in Fig. dargestellt. Das BATON-Verfahren ist so eingerichtet, daß es auf das Mittelpunktselement jedes neun Elemente umfassen.den Zeilensegments zugeht und insgesamt elf Erfassungen um diesen Punkt durchführt, um eine mögliche durch diesen Punkt verlaufende Linie zu analysieren. Mit anderen Worten umfaßt die Analyse die Drehung um diesen Punkt in elf Richtungen* um die Festlegung zu erhalten. Graphisch würde die Analyse als Drehung eines Vektors erscheinen. Das BATÖN ROM 34 führt zusätzlich ein Anpassverfahren zur Einstellung durch, um die beste Vektorlage festzustellen. Di'es wird erreicht, Indem jedes horizontal dem vom SEGMENTS ROM 32 ausgewählten Mittelpunktsbildelement benachbarte Biidelement analysiert wird, um festzustellen, ob eine bessere Einfügung erhalten werden kann.

- 22 -

809885/0964

PALMGUARD, Inc.
(Π 668)

- 22 -

Nachdem das BATON-Verfahren die beste Linienrichtung und Linieneinfügung der Liniensegmente gefunden hat, werden die Baton-Vektoren als Ausgänge in eine Matrix im RAM 36 eingegeben. Die Baton-1 η format ion umfaßt die X-Y-Position des Mittelpunktselements jedes baton oder Vektors, die Richtung (die eine Zahl zwischen null und elf ist), die Güte und die Polarität. Während 100 oder mehr Vektoren als charakteristisch von einem Bild oder einem Handflächenabdruck abgeleitet werden können, werden eine vorher festgelegte minimale Zahl, die in dieser Ausführungsform gerade 49 ist, benötigt, um einen hohen Grad an Identifiziergenauigkeit zu gewährleisten.

Die unsortierten Baton-Vektoren werden anschließend nach ihrer Güte durch das RANK ROM 38 geordnet. Alle Baton-Vektoren in der Reihe im RAM 38 werden geprüft und eine neue Matrix wird daraus entwickelt. Zuerst stellt das RANK ROM 38 den Baton-Vektor, der die höchste Güte hat, in der ersten Matrix fest und speichert den Index dieser Matrixlage in der ersten Position der zweiten Matrix. Dann wird der Baton-Vektor mit der zweithöchsten Güte ausgewählt und der Index dieser besonderen Matrixlage wird in der zweiten Position der zweiten Matrix gespeichert. Dies wird entsprechend fortgesetzt. Es ist leicht zu ersehen, daß die Baton-Vektoren in der richtigen Reihenfolge mit fallender Qualität geordnet werden, so daß nur die besten als Erkennungsdaten gewählt werden. Das Ordnungsverfahren hört auf, nachdem 49 Baton-Vektoren gewählt sind, weil dies die vorher festgelegte Zahl zur Erreichung des Grads der Identifiziergenauigkeit in diesem besonderen System ist.

Dje auf die oben erwähnte Weise erhaltenen Erkennungsdaten werden kodiert und im AusgangsdateIspeieher 50 zusammen mit der Identifiziernummer des Benutzers gespeichert. Dies vollendet das Analysierverfahren des Datenerkennungsana Iysators 25.

- 23

809885/0964

PALMGUARD, Inc. (1 1 668)

- 23 -

Prüfverfahren

Für die nachfοfgende Beschreibung wird angenommen, daß die auf das HandfIächenbiIdmuster einer bestimmten Person bezogenen Erkennungsdaten in den Dateispeichern 50 abgespeichert sind und daß ein neues Bild durch die Erfassungseinheit 60 festgestellt und in der Bi Idspeichereinheif 70 abgespeichert ist. Auf die Eingabe des Identitätskodes des Benutzers, beispielsweise durch Drücken von Tasten oder Einfügung einer magnetisierten Karte, findet die logische Steuer- und Überwachungseinheit 90 die Erkennungsdaten in den Date i spe i ehern 50 für di.e Prüfung durch die Testeinheit 75 wieder auf.

Die Fig. 6A und 6B umfassen efn vollständiges FIußdiagramm eines Testverfahrens, das "SCAN" genannt wird. Die Fig. 7 umfaßtein Flußdiagramm der logischen "CORRELATE"-Schritte (Programmbefehie), die ständig im CORRELATE ROM 78 gespeichert werden. "CORRELATE" kann zusätzlich "BATON" abrufen, das oben in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben wurde» Wie bereits erwähnt, prüft das Korre[at ionsverfahren die Datei der X—Y-Positionen und der damit zusammenhängenden Charakteristiken der gespeicherten Erkennungsdaten der Baton-Vektoren gegenüber Daten an den gleichen X-Y-Positionen im neuen Bild, um die numerische Übereinstimmung oder den Grad an Übereinstimmung zwischen den gespeicherten und den neuen Daten zu bestimmen. So wird beispielsweise jede X-Y'-Pos i t ion der 49 gespeicherten Baton-Vektoren nacheinander im neuen Bild geprüft, um festzustellen, ob der gleiche Baton-Vektor aus dem neuen Bild gewonnen werden kann oder nicht. Um die Fehlerzählung zu mi πimisieren, bewegt das "CORRELATE"-Verfahren die Prüfposit ionen umher, um die am besten geeignete Registerposition zwischen den älteren Speicherdaten und dem neuen Bild zu finden. Dies bedeutet, daß eine X-Y-Posi11 on zuerst auf die erwartete Korrelation hin geprüft wird. Feh IerzähIungen, die vorher festgelegte Gewichte oder Werte haben, werden vorgenommen,

- 24 -

809 88 5/0964

PALMGUARD, Inc.
(11 668)

- 24 -

wenn die geprüfte Richtung und Güte sich von den Erkennungsdaten unterscheidet. Eine Fehlerfiste wird zu der geprüften X-Y-Pc ition erstellt. Dann werden für benachbarte Bildelemente zuerst für die vertikalen und dann die horizontalen Richtungen Prüfungen durchgeführt, um den Punkt mit der geringsten Fehlcrzahl zu bestimmen. Am Punkt mit der geringsten Fehlerzahl, natürlich zeigen null Fehler eine vollkommene Datenübere inst i rpmung an, liegt für das Bild RegrsterhaItigkeit vor und die verbleibenden Positionen der Erkennungsdaten können geprüft werden.

im Verfahren der Prüfung der erwarteten Datenpositionen können bestimmte Verfahren vom Erkennungsdatenana Iysator 25, wie BATON und die Qua Iitätserfassungsverfahren, abgerufen werden, um die Anpassung der Daten zu erhalten.

Eine zweite Verfeinerung für die Registerübereinstimmung besteht in der Drehung oder Schrägverzerrung der früher positionierten Daten durch das CORRELATE ROM 78, um die rotatorisehen Registerfehler zu mi ηimisieren.

Das COUNT ERROR ROM 80 hält eine laufende Liste der Unstimmigkeiten zwischen den früheren Speicherdaten und dem neuen Bild aufrecht. Größere Abweichungen zwischen den früheren Speicherdaten und den neuen Daten erhalten einen größeren numerischen Fehlerwert. Diese Abweichungen umfassen sowohl Richtung als auch Güte, und der Grad, um den sie voneinander abweichen, bestimmt den numerischen Fehler, der der Feh I anpassung zugeordnet wird. Das Baton-Verfahren umfaßt z. B* elf Richtungserfassungen, wie oben erwähnt, und jeder Baton-VektoTj der vom ursprünglichen Bild gewonnen ist.» erhält eine Zahl von eins bis elf in Übereinstimmung mit seiner besonderen Richtung. Wenn daher das CORRELATE ROM 78 eine besondere

- 25 -

809885/0964

PALMGUARD, Inc. (11 668)

- 25 -

X-Y-Pos11lon auf dem neuen Bild prüft und die Vektorrichtung als neun bestimmt, wenn eine Sieben zu erwarten ist, dann ist der Fehler die numerische Differenz, also zwei.

Die laufende Liste der Abweichungsfehler wird der Entscheidungssi gnaI schaltung 82 vorgegeben, die eine Identitätsbestätigung auf der Grundlage der Zahl der Fehler ab.gibt.

8 0 9885/0964

ab .

Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-INQ. JOACHIM STRASSE

HANAU · RÖMERSTR.19 · POSTFACH 793 · TEL. (06181) 20805/20740 · TELEXj 4184782 pat ■ TELEQRAMME: HANAUPATENT

PALMGUARD, Inc.

12810 S.W. Canyon Road

Beaverton, Oregon 97005 17. Juli 1978

U.S.A. ' ^e-^{ml 11 668}

Vorrichtung und Verfahren zur Identifizierung eines Erkennungsbildmusters

Patentansprüche:

(JJ Vorrichtung zur Identifizierung eines Erkennungsb i I dmusters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (10) zur Erfassung von digitalen Bilddaten vorgesehen ist, die im wesentlichen ein vollständiges Bild des Erkennungsbildmusters darstellen, daß an die Erfassungseinrichtung (10) eine Analysiereinrichtung (25) für die Analysierung der Bilddaten angeschlossen Ist, mit der aus den Bilddaten Erkennungsdaten auswählbar sind, die hervorstehenden Charakteristiken des Erkennungsbildmusters entsprechen, und daß eine Speichereinrichtung (50) vorhanden ist, in der die Erkennungsdaten speicherbar sind, die für die Identifizierung sorgen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze Ichnet, daß die ErfassungseinrIchturtg (10) eine Einrichtung (12) zur Abtastung des ErkennungsbI Idmusters In einer vorher festgelegten Weise aufweist, daß diese Einrichtung (12) ein Analogsignal des ErkennungsbI Idmusters erzeugt, daß eine Einrichtung (16) zur Umwandlung des Analogsignals in die digitalen Bilddaten vorgesehen ist und daß diese digitalen Bilddaten in einen Speicher (20) einspeicherbar sind.

809885/0964

ORIGINAL INSPECTED

PALMGUARD, Inc.
(11 668)
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze i chnet, daß die Erfassungseinrichtung (10) eine Einrichtung (14) zur Vergrößerung von Details des Erkennungsbildmusters aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiereinrichtung (25) eine Einrichtung (28, 30, 32, 38, 34, 36) zur Auswertung von Punkten des Bildes aufweist, um Erkennungsdaten aus dem Bildmuster zu bestimmen, wobei diese Erkennungsdaten die Punktlage, die Linienqualität und die Linenrichtung des Musters enthaI ten.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennze i chnet., daß die Analysiereinrichtung (25) eine Einrichtung (38) zur Ordnung der Erkennungsdaten in der Reihenfolge von der höchsten zur niedrigsten Qua Ii tat aufwe i st.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (10) eine Bildspeichermatrix (20) aufweist, die Bildelemente umfaßt, daß die Analysiereinrichtung (25) eine Einrichtung (28) zur sequentiellen Untersuchung der Bildelemente enthält, um die Startpunkte für die Auswerteinrichtung zu bestimmen, und daß die Auswerteinrichtung (30, 32, 34, 36, 38) eine Vielzahl benachbarter Bildelemente auswertet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Testeinrichtung (75) vorgesehen ist, mit der die

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

registrierten Erkennungsdaten mit den Bilddaten geprüft werden, um eine Korrelation zwischen beiden festzustellen, und daß eine auf die Korrelation ansprechende Ausnutzeinrichtung (85) vorhanden ist, mit der die Bestätigung und die Verwerfung der Identifizierung anzeigbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Testeinrichtung (75) eine

: Korrelationseinrichtung (78) zur Feststellung der Korrelation zwischen den Erkennungsdaten und den Bilddaten enthält, daß weiterhin eine Einrichtung (80) zur Zählung der Korrelat ionsanpassungsfeh-l er vorgesehen ist und daß eine auf die Zähleinrichtung (80) ansprechende Entscheidungseinrichtung (82) vorhanden ist, die eine Identifizierentscheidung abgibt.
9. Verfahren zur Befähigung, der Identifizierung eines Erkennungs· biIdmusters, insbesondere zur Ausführung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Erfassung digitaler Bilddaten, die für ein im wesentlichen vollständiges Bild des Erkennungsbildmusters typisch sind,

b) Ana Iysierung der Bilddaten und Auswahl von Erkennungsdaten, die hervorsiechenden Charakteristiken dieses Erkennungsbildmusters entsprechen,

c) Speicherung der Erkennungsdaten, um die Identifizierung ■ zu erl auben .

-A-

80988.5/0964

PALMGUARD, Inc.
10. Verfahren nach Anspruch 9 , dadurch g e kennze i chnet, daß der Schritt der Erfassung der Bilddaten das Abtasten des Erkennungsbildmusters in vorher festgelegter Reihenfolge, die Erzeugung eines Analogsignals durch die Abtastung, die Umwandlung des Analogsignals in digitale Bilddaten und die Speicherung der digitalen Bilddaten in einem Bildspeicher umfaßt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e kennze i chnet, daß der Schritt der Erfassung digitaler Bilddaten weiterhin die Differenzierung des Analogsignals umfaßt, um Details des Erkennungsbildmusters zu vergrößern.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch g e kennze i chnet, daß der Schritt der Analysierung der Bilddaten die Erfassung von Punkten des Bilds einschließt, um daraus Erkennungsdaten zu erhalten, die die Punktlage, Li η ienqual rrät und Richtung der Linien des Musters beinhalten.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennze Ϊ chnet, daß der Schritt zur Analysierung der Bilddaten weiterhin die Ordnung der Erkennungsdaten in der Reihenfolge von der höchsten zur niedrigsten Qualität umfaßt.
14. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte der Prüfung der

809885/0964

PALMGUARD, Inc.

Erkennungsdaten auf RegisterhaItigkeit mit den Bilddaten, um eine Korrelation zwischen ihnen festzustellen, die Zählung der Korrelationsanpassungsfehler und die Erzeugung eines Entscheidungssignals für eine Ausnutze i nri chtung.

■ - 6 -

809885/0964