DE3855759T2

DE3855759T2 - Automatisches Fingerabdruckidentifizierungsverfahren

Info

Publication number: DE3855759T2
Application number: DE3855759T
Authority: DE
Inventors: Bernard Didier; Francois Irigoin-Guichandut; Philippe Larcher; Michel Lenci; Patrick Longepierre; Daniel Vassy
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-10-18
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2008-10-19
Also published as: CN1054225C; DE3856539T2; EP0715275B1; ES2181813T3; EP0680004B1; EP0680004A1; CN1043580A; EP0685815A1; EP0715275A2; DE3856485D1; EP0685815B1; DE3856482T2; ES2161800T3; DE3856485T2; ES2096550T3; EP0715275A3; ES2161250T3; EP0366850A1; DE3856539D1; DE3856482D1

Description

I. Hintergrund der Erfindung.

I.1. Definitionen.

Ein Fingerabdruck ist ein spezielles Muster, bestehend aus Linien, die den auf den Fingern, Handflächen und Sohlen erscheinenden Kammlinien und Tälern entsprechen. Seit Bertillon's Untersuchungen zu Beginn dieses Jahrhunderts ist gut bekannt, daß Fingerabdrücke spezielle spezifische Merkmale (Minutiae) aufweisen, die einzigartig sind und die Identifikation von Menschen über ihre Fingerabdrücke ermöglichen. Definitionsgemäß ist ein derartiges spezifisches Merkmal entweder (1) eine Verzweigung, d.h. der Ort, wo eine gegebene Linie sich in zwei unterschiedliche Linien aufgabelt (Fig. 4) oder (2) das Ende einer Kammlinie, d.h. der Ort, wo eine gegebene Linie endet (Fig. 5). Spezifische Merkmale werden gewöhnlicherweise mit drei Koordinaten aufgezeichnet: zwei Koordinaten "x" Lind "y" für die Position des spezifischen Merkmales relativ zu einem Koordinatensystem und eine Koordinate "a", die einen Winkel angibt, der der durchschnittlichen Richtung der Linien um den Punkt des spezifischen Merkmales entspricht. (Siehe Fig. 4, 5).
Das automatische "Vergleichen" von Fingerabdrücken unter Steuerung eines Allzweckcomputers ist ein Verfahren, in dem zwei unterschiedliche Fingerabdrücke verglichen werden, um zu ermitteln, ob sie vom selben Finger stammen und damit von derselben Person. Der automatische Vergleich von zwei Fingerabdrücken verwendet eine Zahl, bekannt als die "Vergleichszahl", um den Grad anzugeben, nach dem zwei gegebene Fingerabdrücke ähnlich aussehen; je größer die Zahl ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß die beiden Fingerabdrücke von demselben Finger stammen.
Die automatische "Identifizierung" eines Fingerabdruckes unter der Steuerung eines Allzweckcomputers ist das Verfahren, einen gegebenen Fingerabdruck, einen sogenannten "Suchabdruck", mit einer Datenbank zu vergleichen, die ein Set von Fingerabdrücken enthält, "abgelegte Fingerabdrücke" genannt, um zu bestimmen, ob die Datenbank einen abgelegten Fingerabdruck enthält, der vom selben Individuum stammt wie der Suchfingerabdruck. Wenn daher die Datenbank N abgelegte Fingerabdrücke enthält, entspricht eine Identifizierung N Vergleichen. Der Vergleich des Suchabdruckes mit jedem der N abgelegten Fingerabdrücke erzeugt N Vergleichszahlen, die nach abnehmendem Wert sortiert werden. Die Identifizierung resultiert typischerweise in einer kurzen Liste von "Kandidaten", die die abgelegten Fingerabdrücke sind, die die besten Vergleichszahlen erzielt haben. Die Genauigkeit eines automatischen Systems zum Vergleich und zur Identifizierung von Fingerabdrücken wird in Abhängigkeit von seiner Eignung gemessen, den richtigen Abdruck in der Liste der Topkandidaten einzuordnen.
Die generellen Quellen von Fingerabdruckdaten für solch eine Datenbank sind (1) "Zehn-Abdruckkarten", die typischerweise die gefärbten Abdrücke von allen zehn Fingern eines gegebenen Individuums aufweisen, (2) latente Abdrücke, die ein oder mehrere Teile von hinterlassenen Fingerabdrücken sind, z.b. an einem Tatort und (3) Fingerabdruckbilder, die "live" mit einem optischen Fingerabdrucklesegerät zum direkten Ablesen von Fingerabdrücken von der Hand erhalten werden.
Eine Zehn-Abdruckkarte enthält prinzipiell alphanumerische Daten, wie Name und Alter, und zehn nach Einfärbung mit Tinte abgerollte Fingerabdrücke. Die Fingerabdrücke werden in zwei Sets gruppiert, eines für jede Hand. Eine ungefähre Orientierung der Abdrücke auf jeder Karte ist bekannt, da die Fingerverbindungslinie in der Regel parallel zu der Basislinie der Karte für die fünf Fingerabdrücke derselben Hand ist.
Im Gegensatz dazu ist die Ausrichtung latenter Abdrücke generell nicht bekannt, da nur ein Teil des Fingerabdruckes erhältlich ist. Weiterhin weisen latente Abdrücke häufig eine sehr schlechte Bildqualität auf. Als Ergebnis wurde das Problem eines akuraten Vergleiches von einer akuraten Identifizierung von latenten Abdrücken lage Zeit als Hauptproblem bei herkömmlichen automatischen Fingerabdruckidentifizierungssystemen betrachtet.

I.2. Einrichtungen zum Durchführen der Vergleichsfunktion (Matcher).

Im Stand der Technik zu automatischen Fingerabdruckidentifizierungssystemen ist gut bekannt, daß die Vergleichsoperation vorzugsweise anhand der spezifischen Merkmale des Fingerabdruckes vorgenommen wird und nicht anhand des gesamten Abbildes von dem Fingerabdruck. Daher weist eine elementare Vergleichsoperation den Vergleich von zwei Sets von spezifischen Merkmalen auf, d.h. von zwei Punktesets, wobei jeder Punkt drei Koordinaten "x", "y" und "a" aufweist. Eine elementare Vergleichseinrichtung (Matcher) zielt darauf ab, die beiden Sets von Punkten übereinanderzulegen, um die Anzahl der spezifischen Merkmale, die bei beiden Fingerabdrücken übereinstimmen, zu zählen.
Wegstein beschreibt eine Reihe von elementaren Matchern dieser Art in Technical Note 538, National Bureau of Standards, Publ. 1970. Diese Matcher, M19, M27 und M32 genannt, bestimmen, ob zwei Fingerabdrücke vom selben Finger kommen oder nicht, durch Messung der Dichte von Punktgruppen im Dx-Dy-Raum, wobei Dx und Dy die jeweiligen Unterschiede in x- und y-Koordinaten der spezifischen Merkmale von zwei Fingerabdrücken sind. In dieser Technical Note angegebene experimentelle Ergebnisse zeigen, daß Punkte im Dx-Dy-Raum dazu neigen, am Rand angeordnet zu sein, wenn sie von unterschiedlichen Fingerabdrücken kommen, während Punkte von Fingerabdrücken desselben Fingers dazu neigen, Gruppen zu bilden.
Bei dem M19 Matcher wird davon ausgegangen, daß die zur Überlagerung der beiden Sets von Punkten der spezifischen Merkmale erforderliche Transformation lediglich eine Translation ist. Der M27 Matcher ist ein M19 Matcher mit einer neuen Zählfunktion, darauf ausgelegt, auch größere Translationsverschiebungen zu berücksichtigen. Der M32 Matcher berücksichtigt geringfügige Rotationen zwischen zwei Fingerabdrücken auf die folgende Weise: Zunächst wird ein M27 Vergleich zwischen den beiden Fingerabdrücken gemacht; daun wird einer der beiden Abdrücke um "V" Grad aus seiner ursprünglichen Position verdreht und ein neuer M27 Vergleich wird durchgeführt. Alles in allem besteht eine M32 Vergleichsoperation aus sieben M27 Vergleichen, die folgenden Werten für den Winkel V entsprechen, d.h. V = -15, -10, -5, 0, +5, +10, +15 Grad.

I.3. Probleme beim Vergleichen in früheren automatischen Fingerabdruckidentifizierungssystemen.

Ein automatisches Fingerabdruckidentifizierungssystem verwendet eine Fingerabdruckdaten enthaltende Datenbank, eine Vergleichseinrichtung und einen entsprechend ausgestatteten Allzweckcomputer. In der Regel werden Fingerabdrücke von Zehn-Abdruckkarten automatisch in der Datenbank kodiert, was bedeutet, daß die Punkte der spezifischen Merkmale von einer automatischen Einrichtung ermittelt werden. Trotzdem ist es manchmal wünschenswert, daß ein Bediener die Zehn-Abdruckkartenfingerabdruckdaten manuell kodiert. Fingerabdruckdaten von latenten Abdrücken werden in der Regel manuell in der Datenbank kodiert wegen der schlechten Qualität des Fingerabdruckbildes, obwohl es manchmal möglich ist, Daten von einem latenten Abdruck automatisch zu kodieren, wenn der Abdruck von guter Qualität ist.
Da Genauigkeitsunterschiede bei der Kodierung zwischen den spezifischen Merkmalen, die von unterschiedlichen Bedienern kodiert werden, auftreten können oder zwischen den spezifischen Merkmalen, die von einem Bediener und denen, die automatisch eingegeben werden, muß die Vergleichseinrichtung in dem Identifizierungssystem das Vorliegen einer gewissen Ungenauigkeit im Hinblick auf eine oder mehrere der drei kodierten Koordinaten, die den Punkt des spezifischen Merkmales repräsentieren, berücksichtigen. Die bekannten automatischen Fingerabdruckidentifizierungssysteme scheitern jedoch daran, Kompensationsmaßnahmen bereitzustellen, die diesen Grad von Ungenauigkeit bei der Kodierung der spezifischen Merkmale zu berücksichtigen.
Eine Vergleichseinrichtung versucht, zwei Sets von spezifischen Merkmalspunkten aneinanderanzupassen oder übereinander zu legen durch Überlagerung des eineil Sets auf das andere. Im Hinblick auf den Versuch, einen latenten Abdruck zu vergleichen und zu identifizieren, existiert in den bekannten, zuvor beschriebenen Vergleichseinrichtungen ein weiteres Genauigkeitsproblem bei der Identifizierung, da die Orientierung und die Position des latenten Abdruckes im Verhältnis zu der Orientierung und der Position eines abgelegten Abdruckes generell nicht bekannt sind. Weiterhin können die Unterschiede zwischen einem latenten Abdruck und abgelegten Abdrücken im Hinblick auf Abstand und Winkel eine kritische Bedeutung bei der erfolgreichen Identifizierung darstellen, insbesondere wenn der latente Abdruck ein sehr kleiner Teil des unbekannten Fingerabdruckes darstellt oder wenn das Muster des latenten Abdruckes symmetrisch ist, wobei in diesem Fall der latente Abdruck sogar mit der oberen Seite nach unten in der Datenbank kodiert werden kann.
Die gleichen Probleme in Verbindung mit Orientierung und Position treten auf, wenn Fingerabdrücke von Zehn-Abdruckkarten verglichen werden, allerdings nicht mit der gleichen Schwere, da die einzig erhältliche Information die ist, daß die Winkelunterschiede zwischen den Fingerabdrücken von den beiden Karten als klein angenommen werden können im Vergleich zu der Orientierung eines latenten Abdruckes, der 180º im Vergleich zu den abgelegten Abdrücken betragen kann.
Ein weiteres, nicht von bekannten Systemen gelöstes Problem bei der automatischen Fingerabdruckidentifizierung ist die Abhängigkeit von der Qualität der zu berücksichtigenden Abdrücke bei einem korrekten Vergleich von spezifischen Merkmalen eines Suchabdruckes mit denen eines abgelegten Abdruckes. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen wird zur Berücksichtigung dieser Tatsache keine Kompensation vorgenommen, weder durch Anpassung der Vergleichszahlen oder auf andere Weise, um entweder die erhöhte Wahrscheinlichkeit einer Übereinstimmung anzuzeigen, wenn qualitativ hochwertige Abdrücke verglichen werden, oder aber um eine verringerte Wahrscheinlichkeit anzuzeigen, wenn einer der Abdrücke von schlechterer Qualität ist.
Gleichermaßen scheitern die gattungsgemäßen Systeme bei der Berücksichtiguiig des Typs von spezifischen Merkmalen, die während des Vergleichsprozesses verglichen werden. Da eine größere Wahrscheinlichkeit eines zutreffenden Vergleiches besteht, wenn Kammlinienenden mit Kaminlinienenden verglichen werden oder Verzweigungen mit Verzweigungen als beim Vergleich von Kammlinienendungen mit Verzweigungen, stellt eine Berücksichtigung dieses Faktors eine Verbesserung der Verläßlichkeit des automatischen Identifizierungssystemes dar.

II. Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß haben wir ein Verfahren zur automatischen Identifizierung von Fingerabdrücken geschaffen, bei dem die spezifischen Merkmale eines zu identifizierenden gesuchten Abdruckes bezüglich ihrer Orts- und Winkelkoordinaten, d.h. der Richtung, mit den Orts- und Winkelkoordinaten von spezifischen Merkmalen mehrerer in einer Fingerabdruckdatenbank abgelegter Abdrücke verglichen werden, um das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Übereinstimmung des gesuchten Abdruckes mit einem oder mehreren der abgelegten Abdrücke zu bestimmen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Kopieren mindestens eines spezifischen Merkmals des gesuchten Abdruckes unter individueller Abänderung mindestens einer der Orts- oder Winkelkoordinaten des spezifischen Merkmals im Hinblick auf den Rest des Fingerabdruckbildes, wodurch mindestens ein zusätzliches spezifisches Merkmal erhalten wird, das sich von der erwähnten Suchabdruckeinzelheit in mindestens einer seiner Koordinaten unterscheidet und Einfügen der kopierten spezifische Merkmale in das Set von suchabdruckspezifischen Merkmalen, die mit den spezifischen Merkmalen der abgelegten Abdrucke verglichen werden.

II.1. Kurzbeschreibung der Abbildungen.

Fig. 1 ist eine generelle Darstellung eines Fingerabdruckidentifiziertingssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt in einer generellen Darstellung ein in Fig. 1 inkorporiertes Vergleichssubsystem.
Fig. 3 zeigt eine generelle Darstellung einer in Fig. 2 inkorporierten Vergleichseinrichtung.
Fig. 4 zeigt die drei Koordinaten eines spezifischen Merkmales in Form einer Verzweigung.
Fig. 5 zeigt die drei Koordinaten eines spezifischen Merkmales in Form eines Endes einer Kammlinie.
Fig. 6 zeigt fünf spezifische Merkmale eines Suchabdruckes, relativ zu einem beliebigen Koordinatensystem.
Fig. 7 zeigt fünf spezifische Merkmale des abgelegten Abdruckes entsprechend Fig. 6, relativ zu einem weiteren beliebigen Koordinatensystem.
Fig. 8 zeigt die spezifischen Merkmale des in Fig. 6 dargestellten Suchabdruckes nach Rotation der Bezugsachsen um einen Winkel von PI/6.
Fig. 9 zeigt die spezifischen Merkmale des in Fig. 6 angegebenen Suchabdruckes nach Rotation der Bezugsachsen um einen Winkel von PI/4.
Fig. 10 zeigt die spezifischen Merkmale des abgelegten Abdruckes über die spezifischen Merkmale des Suchabdruckes überlagert nach der PI/6-Rotation von Fig. 8.
Fig. 11 zeigt die spezifischen Merkmale des abgelegten Abdruckes, überlagert auf die spezifischen Merkmale des Suchabdruckes nach der PI/4-Rotation von Fig. 9.
Fig. 12 zeigt, wie Pre-Rotationswinkel kodiert werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 und 14 zeigen zwei übereinstimmende Darstellungen der Anordnung von Daten in Verbindung mit spezifischen Merkmalen si und sj von Suchabdrücken in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wenn eine Toleranz "t" auf die Pre-Rotationswinkel angelegt wird, die ihrerseits auf die kodierten spezifischen Merkmale des Suchabdruckes angewandt werden.
Fig. 15 zeigt eine bevorzugte Datenanordnung in bezug auf zwei unterschiedliche spezifische Merkmale Si und sj eilles Suchabdruckes m Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wobei eine Toleranz "t" angewendet wird.
Fig. 16 zeigt die Erzeugung von fiktiven spezifischen Merkmalen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 zeigt die Ausgestaltung eines generalisierten Suchpuffers, konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Datenanordnung von Fig. 15 oder der unten angegebenen Tabellen A-D nach Erzeugung von fiktiven spezifischen Merkmalen, falls vorhanden, in Übereinstimmung mit Fig. 16.
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung der Hardwarevergleichseinrichtung (Hardwarematcher), dargestellt in Fig. 3 und konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 19 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung einer Datenablegemanagementeinheit, dargestellt in Fig. 18 und konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung einer Suchdalenmanagementeinheit, dargestellt in Fig. 18 und konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung einer Translationsverarbeitungseinheit, dargestellt in Fig. 18 und konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenen Erfindung.
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm einer bevorztigten Ausführung einer Adressen- und Zuordnungsverarbeitungseinheit, dargestellt in Fig. 18 und konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 23 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführung einer Zahlentafelmanagementeinheit, dargestellt in Fig. 18 und konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 24 zeigt alternative Projektionen von Resultaten aus Vergleichen spezifischer Merkmale und ist nützlich zur Erläuterung des Effektes bei Abfragung einer kontinuierlichen Funktion in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, um den Punkt der größten Dichte zu bestimmen.
Fig. 25 zeigt eine Funktion "f(n)", verwendet in Übereinstimmung mit der Erfindung, um eine Vergleichszahl zu erzeugen.

II.2.1. Beschreibung einer Vergleichseinrichtung (Matcher) und ihrer Umgebung.

Fig. 1 zeigt, daß ein automatisches Fingerabdruckidentifizierungssystem nach der Erfindung eine Reihe von unterschiedlichen Subsystemen enthält, die untereinander über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk kommunizieren. Das Netzwerk ist so aufgebaut, daß jeder Netzwerksknoten mit jedem anderen Netzwerkknoten kommunizieren kann; jedes Subsystem ist ein Netzwerkknoten.
Das Identifizierungssystem nach Fig. 1 enthält ein Zehn-Abdruckkarteneingabesubsystem mit Kameraeinrichtungen zur Erstellung von Bildern von den zehn Fingerabdriicken auf jeder Karte; diese Bilder werden dann elektronisch über geeignete Schaltkreiseinrichtungen von einer analogen in eine digitale Darstellung umgewandelt, um es einem Allzweckcomputer zu ermöglichen, die resultierenden Daten zu verarbeiten.
Das Identifizierungssystem von Fig. 1 weist ein Kodiersubsystem auf, das elektronisch über geeignete Schaltkreiseinrichtungen das als Ausgabe des Zehn-Abdruckkarteneingabesubsystems erhaltene digitale Bild jedes Fingerabdruckes verwendet, um die spezifischen Merkmale in jedem Fingerabdruck zu ermitteln und ihre "x"-, "y "- und "a"-Koordinaten zu berechnen.
Das Identifizierungssystem von Fig. 1 weist ein Subsystem zur Eingabe latenter Abdrücke auf, das verwendet wird, um gleichermaßen Bild- und spezifische Merkmalsdaten für einen gegebenen latenten Abdruck mittels geeigneter Schaltkreiseinrichtungen zu erhalten.
Wegen der üblicherweise schlechten Qualität von latenten Abdrücken werden solche Abdrucke üblicherweise manuell verarbeitet; die spezifischen Merkmale werden dann in der Datenbank von einem Bediener kodiert unter Verwendung einer interaktiven Einrichtung, wie z.B. einer Maus, einem Trackball, einer Tastatur und einem hochauflösenden Videomonitor.
Das Identifizierungssystem nach Fig. 1 weist ein Bildspeichersubsystem auf, das zur Speicherung der Bilder von allen Fingerabdrücken in der Datenbank verwendet wird; diese Bilder können während des Verifizierungsprozesses zur Bestätigung der von der Vergleichseinrichtung erstellten Kandidatenliste von übereinstimmenden Fingerabdrücken aufgerufen werden.
Das Identifizierungssystem von Fig. 1 weist ein Vergleichssubsystem auf, das eine Reihe von Operationen in seiner spezifischen Merkmaldatenbank durchführt, z.B. Einfügung von Abdrücken, Entfernung von Abdrücken und Suche nach passenden Abdrücken. Im Falle der "Suche" ist die Eingabe für das Vergleichssubsystem in der Regel die spezifischen Merkmalsdaten des Suchabdruckes zuzüglich einiger Klassifizierungsinformation, die erforderlich ist, um, falls erforderlich, die Anzahl der abgelegteii, mit dem Suchabdruck zu vergleichenden Abdrücke zu reduzieren. Die Ausgabe des Vergleichssubsystems ist eine Liste von passenden abgelegten Fingerabdrücken, d.h. eine Kandidatenliste, sortiert unter Verwendung eines Vergleichszahlenalgorithmus.
Das Identifizierungssystem nach Fig. 1 weist ein Verifizierungssubsystem auf, das es einem Fingerabdrucktechniker ermöglicht, auf einem hochauflösenden Videomonitor sowohl Bild als auch spezifische Merkmale des Suchabdruckes mit denen der abgelegten, in der Kandidatenliste von dem Vergleichssubsystem vorgeschlagenen Abdrücke zu vergleichen. Wenn der Suchabdruck nicht in der Datenbank mit den abgelegten Abdrücken auffindbar ist, kanu eine Einfügung des Suchabdruckes in die Datenbank durch das Vergleichssubsystem veranlaßt werden.
Das Identifiziertingssystem nach Fig. 1 weist ein zentrales Computersubsystem auf, das die Operationen aller weiteren Subsysteme reguliert und steuert, insbesondere wenn Schlaugen oder zeitweilige Puffer bearbeitet werden, wie es weiter unten beschrieben wird.
In Fig. 2 erkennt man, daß ein erfindungsgemäß konstruiertes Vergleichssubsystem mindestens eine Vergleichseinrichtung (dargestellt im Detail in Fig. 3) und vorzugsweise eine Mehrzahl von solchen Vergleichseinrichtungen aufweist. Die Mehrzahl von Vergleichseinrichtungen ist an ein Netzwerk augeschlossen, das entweder das unter Fig. 1 angegebene Netzwerk oder ein spezifisches, dem Vergleichssubsystem zugeordnetes Netzwerk sein kann. Die Operation aller Vergleichseinrichtungen wird durch eine Vergleichssteuereinrichtung gesteuert, die vorzugsweise einen Allzweckeomputer und eine Speichereinrichtung aufweist. Die Vergleichssteuereinrichtung ist ein Zwischenglied zwischen jeder der Vergleichseinrichtungen und aller weiteren Komponenten des Identifizierungssystemes nach Fig. 1. Wenn eine Suche von dem in Fig. 1 dargestellten Zentralcomputer gestartet wird, leitet die Vergleichssteuereinrichtung die Suchabdruckdaten an alle verbundenen Vergleichseinrichtungen weiter und holt sich dann die Suchergebnisse jeder verbundenen Vergleichseinrichtung zurück, um diese au den Zentralcomputer weiterzuleiten.
In Fig. 3 erkennt man, daß eine erfindungsgemäße Vergleichseinrichtung einen Allzweckcomputer aufweist, der eine Hardwarevergleichseinrichtung steuert (dargestellt im Detail in Fig. 18), die zur Durchführung der Suchen verwendet wird, und eine Massenspeichereinrichtung, die verwendet wird, um den Teil der spezifische Merkmaledatenbank zu speichern, der von dieser gegebenen Vergleichseinrichtung gemanagt wird.

II.2.2. Beschreibung der Vergleichsprinzipien.

Der Vergleichsprozeß gemäß der vorliegenden Erfindung stützt sich auf den Vergleich von zwei Sets von Drei-Koordinatenpunkten, spezifische Merkmalspunkte genannt, von denen jeder als Vektorabbildung visualisiert werden kann. Fig. 4 und 5 definieren die drei Koordinaten für die zwei Typen von spezifschen Merkmalen (Verzweigung und Ende einer Kammlinie respektive), die in Betracht gezogen werden. Die Buchstaben 'x' und 'y' bezeichnen die Positions- oder Ortskoordinaten, und der Buchstabe 'a' gibt die dritte Koordinate an, d.h. der Winkel zwischen der x-Achse und der Richtung der Linien um den Punkt des spezifischen Merkmales.
Fig. 6 gibt einen Suchabdruck mit seinen spezifischen Merkmalen wieder (um die Erklärung übersichtlicher zu machen, wurden lediglich fünf spezifische Merkmale, gekennzeichnet mit den Zahlen 1 bis 5, abgebildet). Jedes spezifische Merkmal ist durch einen Kreis gekennzeichnet, der seine x- y-Position definiert und eine kurze Linie (oder Schwanz), die den Winkel a wiedergibt. Das Referenzkoordinatensystem ist mit folgenden Symbolen bezeichnet (φs, xs, ys).
Fig. 7 zeigt einen abgelegten Abdruck, der mit dem in Fig. 6 dargestellten Suchabdruck übereinstimmt. Jedes spezifische Merkmal ist durch ein Kreuz, das die x-, y-Position definiert, und eine kurze Linie (oder Schwanz), die den Winkel a wiedergibt, symbolisiert. Die spezifischen Merkmale sind von 1 bis V durchnumeriert; das spezifische Suchmerkmal 1 entspricht dcin abgelegten spezifischen Merkmal 1, das spezifische Suchmerkmal 2 entspricht dem abgelegten spezifischen Merkmal II, etc. Das Referenzkoordinatensystem ist mit folgenden Symbolen bezeichnet (φf, xf, yf).
Fig. 8 zeigt die spezifischen Merkmale des Suchabdruckes in Fig. 6 nach Rotation der Suchabdruckachsen um einen Winkel von PI/6. Das neue Referenzkoordinatensystem ist bezeichnet mit (φ's, x's, y's). Fig. 9 zeigt die spezifischen Merkmale des Suchabdruckes von Fig. 6 nach Rotation der Suchabdruckachsen um einen Winkel von PI/4. Das neue Referenzkoordinatensystem ist bezeichet mit x"s, y"s).
Fig. 10 zeigt die Überlagerung der spezifischen Merkmale des abgelegten Abdruckes nach Fig. 7 und der spezifischen Merkmale des Suchabdruckes nach Rotation von PI/6, wie in Fig. 8 angegeben. Dies bedeutet, daß wir wählten: (φf, xf, yf) = (φ's, x's, y's). Die Länge der gestrichelten Pfeile in Fig. 10 zeigt die erforderlichen Translationen, um das spezifische Suchmerkmal 1 mit jedem der fünf spezifischen abgelegten Merkmale (I-V) zu überlagern, um sie passend zur Positionierung zu machen. Führt man die gleichen Berechnungen für die spezifischen Suchmerkmale 2, 3, 4 und 5 separat im Hinblick auf jedes der fünf spezifischen abgelegten Abdrucksmerkmale durch, so erkennt man, daß diese Translationen alle unterschiedlich sind und daher die Berechnungen einen Fehlvergleich anzeigen.
Fig. 11 zeigt die Überlagerung der spezifischen Merkmale eines abgelegten Abdruckes gemäß Fig. 7 und die spezifischen Suchabdruckmerkmale nach Rotation von PI/4, wie in Fig. 9 angegeben. Dies bedeutet, daß wir wählen: (φf, xf, yf) = (φ"s, x"s, y"s). Es zeigt sich, daß von den 25 möglichen, die Translation angebenden gestrichelten Pfeilen, die gezogen werden können (eine für jedes Paar spezifischer Merkmale von abgelegtem Abdruck und Suchabdruck) fünf identisch in Länge und Richtung sind. Weiterhin kann man feststellen, daß diese gemeinsame Translation, die (definitionsgemäß) die spezifischen Suchabdruckmerkmale mit den spezifischen Merkmalen des abgelegten Abdruckes im Hinblick auf die Positionen übereinstimmen läßt, sie ebenfalls im Hinblick auf die Winkel übereinstimmen läßt. Daher wird festgestellt, daß fünf übereinstimmende spezifische Merkmalpunkte zwischen dem Suchabddruck von Fig. 6 und dem abgelegten Abdruck von Fig. 7 existieren.
Diese gemeinsame Translation, die mit gestrichelten Pfeilen in Fig. 1 dargestellt wurde, ist "DIE" Translation, die nach "DER" Rotation um PI/4 am besten den Suchabdruck zu dem abgelegten Abdruck passend macht und eine Überlagerung der fünf spezifischen Suchmerkmale und der fünf abgelegten Merkmale in bezug auf Position und Winkel erzeugt.

II.2.3. Organisation der Daten für den Suchabdruck.

Da die Suchabdruckdaten während einer Suche in einer Datenbank mit N abgelegten Abdrücken konstant bleiben, haben wir entdeckt, daß es vorteilhaft ist, einige nutzliche Werte aus diesen Daten vorauszuberechnen, um die Arbeit in der Vergleichseinrichtung zu vereinfachen und/oder die Vergleichseinrichtung schneller zu machen. Beispielsweise ist es vorteilhaft, die neuen Koordinaten der spezifischen Merkmale des Suchabdruckes für jede vorgegebene Pre-Rotation im voraus zu berechnen. Bei der Durchführung einer solchen vorherigen Berechnung ist es vorteilhaft, die möglichen Werte für den Rotationswinkel "A" in einem endlichen Set zu wählen, das n- Vielfache einer elementaren Größe alpha enthält, so daß n multipliziert mit alpha gleich einer vollständigen Rotation um 360º entspricht, was unter Betrachtung der Fig. 12 leicht verstanden werden kann.
Der Winkel Ak kann daher die Werte (0, 1, 2, ..., (n-1)) einnehmen, entsprechend (0, alpha, 2 mal alpha, ..., (n-1) mal alpha), wobei der Maximalwert für A definiert ist als:
Am: Am = (n-1) mal alpha = (n-1)
Fig. 13 zeigt vorausberechnete Daten-Spalten-Tabellen für si und sj, die die spezifischen Suchmerkmale ith und jth betreffen. Die Spalten-Tabelle für si ist so organisiert, daß sie an der Linie Ak die drei Koordinaten (x, y, a) für si enthält, nachdem die Referenzachsen um einen Winkel mit dem Wert Ak rotiert worden sind. Wenn die Koordinaten für si relativ zu den vorherigen Achsen (x, y, a) und die Koordinaten für si relativ zu den neuen Achsen (x', y', a') sind, so sind die folgenden Beziehungen zwischen (x, y, a) und (x', y', a') gut bekannt:
x' = xcosAk + ysinAk
y' = -xsinAk + ycosAk
a' = a - Ak
Es ist manchmal vorteilhaft, eine Begrenzung der möglicherweise existierenden Winkeldifferenzen vorzugeben zwischen dem Suchabdruck und dem abgelegten Abdruck, d.h. eine in "Toleranz"; wie sich aus Fig. 12 ergibt, kann dies erfolgen durch Wahl des Pre-Rotationswinkels Ak in einem Bereich, der kleiner als 360º ist und der symmetrisch um den Nullwert ist, das bedeutet, wenn "t" die Toleranz in Grad wiedergibt, ist der Bereich At2 ≤ Ak ≤ At1, wobei At1 = t Grad und At2 = -t Grad und für Ak keine Werte selektiert für Winkel größer als At1 oder kleiner als At2 werden.
Geht man nun noch einmal zurück zu Fig. 13, so zeigt die Spalten- Tabelle vorausberechnete Daten für eine Toleranz von t Grad. Dies bedeutet, die nicht berechneten Werte, die Werten des Winkels Ak entsprechen, die außerhalb des im Hinblick auf die Toleranz t definierten Winkelbereichs liegen, sind in der Spalten-Tabelle durch die Legende "leer" wiedergegeben, und die drei neuen Koordinaten für die spezifischen Merkmale si, sj nach Pre-Rotation der Referenzachsen um Ak sind bezeichnet mit: RAk(si), RAk(sj).
Es sollte hervorgehoben werden, daß die Anwendung einer Toleranz t auf den Bereich von Winkel Ak nicht zwingend erforderlich ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Es handelt sich jedoch um eine leicht implementierbare Technik, die zur Beschleunigung des Vergleichsprozesses eingesetzt werden kann. Wenn eine Toleranz t nicht in dem Bereich um Winkel Ak angewendet wird, erscheinen keine "leer"-Werte in der Spalten-Tabelle nach Fig. 13 (z.B. siehe Tabelle A, unten).
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird die erzielte Translation, die den Ort eines spezifischen Suchmerkmales korrespondierend macht zu dem Ort eines spezifischen abgelegten Merkmales, berücksichtigt, wenn und nur, wenn diese Translation auch die Winkel der zwei betrachteten spezifischen Merkmale identisch macht. Daher sind bei einem angenommenen abgelegten spezifischen Merkmal (xf, yf, af), die einzigen Translationen, die berücksichtigt werden, die, die im Hinblick auf ein abgelegtes Merkmal vorausberechnet wurden, dessen Winkel "NACH" einer bestimmten Pre-Rotation dem Winkel (af) für das gegebene spezifische abgelegte Merkmal entspricht. Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung führt zu einer Reorganisation der vorausberechneten Suchabdrucksdaten, wie in Fig. 14 dargestellt.
Unter Bezug auf Fig. 14 wird deutlich, daß die Spalten-Tabellen für die spezifischen Merkmale si und sj so sortiert wurden, daß die Reihe k Elemente enthält dergestalt, daß der Winkel für ihr spezifisches Merkmal gleich k ist. Dieser wichtige Aspekt der vorliegenden Erfindung wird deutlich unter Bezug auf die folgenden Beispiele:
Tabelle A ist eine Spalten-Tabelle für die spezifischen Merkmale si, sj und sl, die die folgenden Koordinaten haben:
si = (x&sub0;, y&sub0;, 3)
sj = (x'&sub0;, y'&sub0;, 5)
sl = (x"&sub0;, y"&sub0;, 6)
Durch Auswahl von in = 64 (Fig. 12) kommen vierundsechzig Pre- Rotationswinkel zum Einsatz und die Reihennummer der Spalten- Tabelle entspricht dem Pre-Rotationswinkel des spezifischen Merkmales, z.B. in Reihe 2 sind die Koordinaten R&sub2;(sj) = (x'&sub2;, y'&sub2;, 3) des spezifischen Merkmals die drei Koordinaten des spezifischen sj-Merkmals nach Pre-Rolation der Koordinatenachsen um einen Winkel definiert durch n=2. Bei der Vorausberechnung der Daten von Tabelle A wurde keine Toleranz t angewendet. Daher ist Tabelle A analog zu der Darstellung der vorausberechneten Daten in Fig. 13, bis darauf, daß Tabelle A keine "leer"-Werte enthält, da keine Toleranz angelegt wurde. Tabelle A
Tabelle B zeigt eine bevorzugte Sortierung der Daten von Tabelle A dergestalt, daß nach Pre-Rotation alle Koordinatenwerte für si, sj, sl einer Reihe, deren Reihennummer dem Winkel des spezifischen Merkmales nach Pre-Rotation entspricht, denselben Winkel aufweisen, d.h. den Winkel vorgegeben durch die Reihennummer. Dementsprechend ist Tabelle B analog zu der Darstellung der vorausberechneten Daten in Fig. 14 und 17. Tabelle B
Tabelle C zeigt eine Spalten-Tabelle für die spezifischen Merkmale si, sj und sl, bei der eine Toleranz t an die Pre-Rotationswinkel der Spalten-Tabelle A angelegt wurde, z.B. t = 2, so daß lediglich fünf Pre-Rotationswinkelwerte, Ak, "gultig" sind, d.h. 0, 1, 2, 62 und 63, wobei 62 und 63 n-2 und n-1 respektive in Fig. 12 entsprechen und damit Spiegelbilder der Pre-Rotationsvektoren bei 1 und 2 respektive sind. In Tabelle C erzeugen "ungültige" Pre-Rotationswinkel "leer"-Werte, die durch gestrichelte Linien angegeben sind. Damit ist Tabelle C analog zu der Darstellung der vorausberechneten Daten in Fig. 13, 14. Zusätzlich wurden die berechneten Daten von Tabelle C gemäß den Reihen von Tabelle B sortiert. Tabelle C
Die Positionen der "leer"-Werte in Tabelle C hängen von dem Ausgangswert des Winkels des spezifischen Suchmerkmales ab. Damit kann jede Reihe gültige und auch ungültige Daten enthalten, die alle mit den Koordinatendaten jedes spezifischen abgelegten Abdrucksmerkmales verglichen werden müßten, wodurch die Dauer der Vergleichsoperation in ungewünschter Weise vergrößert würde, ohne daß damit ein Vorteil einhergeht. Um die Operationsgeschwindigkeit dramatisch zu verbessern, werden die berechneten Daten von Tabelle C, wie in Tabelle D gezeigt, sortiert. Tabelle D
Tabelle D ist analog zu der Darstellung der berechneten Daten in den Fig. 14, 15 und 17. Insbesondere beinhaltet die Reorganisation der berechneten Daten in Tabelle D ein Verschieben der nicht- "leer"-Werte zur Linken in jeder Reihe, wo dies möglich ist. Als Ergebnis kann keine Reihe gültige Daten aufweisen, die nach (oder rechts davon) ungültigen Daten auftreten. Daher ist der Vergleichsprozeß, so bald in einer Reihe uiigültige Daten auftreten, im Hinblick auf diese Reihe beendet.
Die Neuorganisation der Daten, beispielhaft in den Tabellen B und D angegeben, ist sehr vorteilhaft bei der Erhöhung der Geschwindigkeit des Vergleichsprozesses: Bei einem gegebenen spezifischen abgelegten Merkmal f besteht nicht länger die Notwendigkeit, das spezifische Merkmal f mit allen in einer Spalten-Tabelle für ein spezifisches Suchmerkmal s abgelegten Werten zu vergleichen, um eine mögliche Übereinstimmung festzustellen. Es reicht aus, das abgelegte spezifische Merkmal f mit dem Inhalt der Spalten-Tabelle für das spezifische Merkmal s in der Reihe zu vergleichen, deren Nummer gleich dem Wert des Winkels für das abgelegte spezifische Merkmal f ist. Entweder enthält dieses Feld einen "leer"-Wert, und keine Verknüpfting ist möglich, oder das Feld enthält gültige Daten, und eine Translation muß berechnet werden. Weiterhin ist es sicher, daß diese Translation das spezifische Merkmal f und das spezifische Merkmal s für sowohl den Ort als auch den Winkel übereinstimmend machen kann.
Betrachtet man nun Fig. 15, so ist dort die in Verbindung mit Tabelle D diskutierte Verbesserung dargestellt: Die zwei ursprünglichen Spalten mit Daten für spezifische Suchmerkmale si und sj wurden in einer einzigen Tabelle zusammengefaßt unter Verwendung der folgenden Regel: Für eine gegebene Reihe werden die nicht-"leer"-Werte nach links verschoben, was bedeutet, daß man den linken Eingang der Tabelle füllt vor dem rechten Eingang. Fig. 14 und Fig. 15 unterscheiden sich in den Reihen, die einen "leer"- Wert für si und einen gültigen Wert für sj enthalten. Eine Wiederholung dieser Operation für alle spezifischen Suchmerkmale im Hinblick auf die Tabellen B, C und D und die Fig. 14 und 15 führt zu einer Organisation des Suchpuffers (Spalten-Tabelle), dargestellt in Fig. 17, bei der die Reihe Ak enthält: (1) auf der Linken: Werte von spezifischen Suchmerkmalen, die nach einer gegebenen Pre- Rotation (die in der Tabelle gespeichert ist) Kandidaten sind, die mit allen abgelegten spezifischen Merkmalen mit einem Winkel von Ak übereinstimmen und (2) zur Rechten: eine Liste von "leer"- Werten. Es sollte hervorgehoben werden, daß nun: (1) nicht-"leer"- Werte, gespeichert in einer gegebenen Spalte, NICHT von demselben spezifischen Suchmerkmal stammen und (2) die Anzahl von "leer"-Werten nicht dieselbe ist für unterschiedliche Reihen.
Fig. 16 ist hilfreich bei der Erläuterung eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung, der sogenannten "Replikation" oder "Duplikation" von spezifischen Merkmalen. Hauptaufgabe dieses Aspektes der Erfindung ist, mit der inherenten Inkonsistenz zwischen spezifischen Merkmalen umzugehen, die automatisch in der Datenbank und den spezifischen Merkmalen, die manuell in der Datenbank kodiert werden, da bei der mantiellen Eingabe eine höhere Fehlerwahrscheinlichkeit gegeben ist, insbesondere wenn Abdrücke von schlechter Bildqualität, wie z.B. latente Abdrucke, kodiert werden.
Bei diesem Aspekt der Erfindting wird jedes spezifische Suchmerkmal mit Koordinaten (x, y, a) in seinem lokalen Bereich des Suchabdruckes repliziert oder dupliziert durch davon ausgehende Erzeugung von "fiktiven" oder "falschen" spezifischen Merkmalen. Die falschen spezifischen Merkmale werden, ausgehend von dem spezifischen Suchmerkmal, durch Hinzufügen zu seinen Koordinaten (oder durch Subtraktion davon) von inkrementalen Konstanten x&sub0;, y&sub0; und a&sub0;, die repräsentativ für den bei dem Kodierungsprozeß zu erwartenden Fehlergrad sind. Bei einem typischen Fingerabdruck liegt der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Linien im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm. Ein typischer Fehler beim automatischen Eingabeprozeß ist, daß eine Linie übersprungen wird, wenn ein Punkt eines spezifischen Merkmales kodiert wird, d.h. ein Fehler von ungefähr 0,4 mm für die kodierten x- und y-Koordinaten. Für den Fall des Pre-Rotationswinkels, wo alpha gleich 5,6 Grad entspricht, d.h. n = 64, kanu ein typischer Fehler bei der Kodierung des Winkels das Zweifache des Wertes von alpha einnehmen. Damit können im hinblick auf typische Fehler in diesen Bereichen eine oder mehr "falsche" spezifische Merkmale von einem Bediener repliziert werden, der sie manuell in der Datenbank kodiert unter Verwendung einer interaktiven Einrichtung, wie einer Maus mit einem Trackball, mit einer Tastatur und einem hochauflösenden Videomonitor. Durch eine solche Modifizierung der Koordinaten ergibt sich eine signifikante Wahrscheinlichkeit, daß die so erzeugten "falschen" spezifischen Merkmale das "tatsächliche" oder "richtige" spezifische Merkmal einschließen oder ein spezifisches Merkmal, dessen Koordinaten dichter au das "tatsächliche" oder "richtige" spezifische Merkmal kommen, als die für das spezifische Suchmerkmal kodierten Koordinaten.
Fig. 16 zeigt beispielhaft zwei interessante Fälle, bei denen die "falschen" spezifischen Merkmale durch Modifizierung des Winkels ohne Modifizierung des Ortes (Punkt P) erzeugt wurden und durch Modifizierung der x-y-Koordinaten, aber nicht des Winkels (Punkt M). Es wird deutlich, daß beide Modifizierungstechniken gleichzeitig für dasselbe spezifische Merkmal eingesetzt werden können.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Verfahren und den Apparat zum Vergleich der spezifischen Merkmale wird kein Unterschied zwischen "richtigen", "falschen" uiid "tatsächlichen" spezifischen Merkmalen gemacht. Alle werden hiernach als "generalisierte spezifische Suchmerkmale" bezeichnet. Zurückkommend auf Fig. 16 wird die dargestellte Spalten-Tabelle oder der Suchpuffer als "generalisierter Suchpuffer" bezeichnet. Zweckmäßigerweise weist dieser Reihen mit folgendem Inhalt auf: (1) zur Linken: Werte, stammend aus generalisierten spezifischen Suchmerkmalen, die nach bekannter Rotation Kandidaten sind für eine Übereinstimmung mit spezifischen abgelegten Merkmalen eines gegebenen Winkels und (2) zur Rechten: eine Liste von leer-Werten, die nicht verarbeitet werden sollen.

II.2.4. Operation der Hardwarevergleichseinrichtung nach Fig. 18.

Unter Bezug auf die Fig. 3 und 18 versieht der Allzweckcomputer die Hardwarevergleichseinrichtung mit Befehlen über Steuerleitungen 12 und Steuereinrichtungen 11; der Computer empfängt Botschaften (typischerweise die Angabe über das Ende des Laufese) von Steuereinheiteinrichtungen 11 über Leitung 13. Die Hardwarevergleichseinrichtung enthält eine Managementeinheit 31 für abgelegte Daten, eine Managementeinheit 41 für die Suchdaten, eine Translationsberechnungseinheit 51 und zwei Reihen von Zähltabellenmanagementeinheiten 71 a und 71b, deren Operation durch die beiden Adress- und Hilfsberechnungseinheiten 61a und 61b gesteuert werden.
Bei Betrieb der Hardwarevergleichseinrichtung wird zunächst die Leitung 28 aktiviert, um alle Fehleinrichtungen auf Null zu setzen. Dann wird die Suchdatenmanagementeinheit 41, die Speichereinheiten mit direktem Zugriff atifweist, mit generalisierten spezifischen Suchmerkmalsdaten geladen unter Verwendung der Steuerleitung 22 und der Datenleitung 42. Ablagepuffereinrichtungen 83a der Managementeinheit 31 für abgelegte Daten werden dann unter Verwendung der Steuerleitung 14 und der Datenleitung 32a mit Daten geladen, die unterschiedliche abgelegte Fingerabdrücke betreffen. Schließlich, während die Ablagepuffereinrichtung 83b über Steuerleitung 14 und Datenleitung 32b geladen wird, werden die zum Start des Vergleiches der in der Managementeinbeit 41 für Suchdaten abgelegten Suchabdruckdaten mit den in der Ablagepuffereinrichtung 83a gespeicherten Daten für abgelegte Abdrücke erforderlichen Steuerleitungen aktiviert, um die folgenden Operationen für jeden abgelegten Fingerabdruck in der Puffereinrichtung 83a für abgelegte Abdrücke durchzuführen:
(a) Für jedes spezifische Merkmal f mit den Koordinaten (xf, yf, af) für den gerade verarbeiteten abgelegten Fingerabdruck und
(b) für jedes generalisierte spezifische Suchmerkmal s mit den Koordinaten (xs, ys) und dem Pre-Rotationswinkel Ak, das in der Reihe af des Suchpuffers lokalisiert ist:
1) Berechnen der Translation (X, Y), die erforderlich ist, (xs, ys) auf (xf, yf) zu überlagern;
2) Inkrementieren von zwei Zählereinrichtungen (Einrichtungen 131 in Fig. 23) entsprechend:
(i) dem Pre-Rotationswinkel Ak und (ii) der Translation (X, Y);
3) falls erforderlich, Nachstellen des Maximalwerts in anderen Zählereinrichtungen (Einrichtungeil 135 in Fig. 23) und seiner entsprechenden 'Koordinaten' (A, X, Y) für die häufigste vorgenommene Transformation für jede der zwei Reihen von Zählereinrichtungen (131);

(b2) Aktivieren des Signales für das "Laufende".

Das 'Laufende'-Signal wird aktiviert jedesmal, wenn ein abgelegter Abdrdruck auf diese Weise verarbeitet wird. Das 'Laufende'-Signal ermöglicht es dem Computer, die in den Zähleinrichtungstabellen abgelegten Maximalwerte und ihre Koordinaten (Amax, Xmas, Ymas) zu lesen, um eine Zahl zu berechnen, die von den in den Zähleinrichtungen für ähnliche Transformationen abgelegten Werten abhängt, d.h. für Koordinaten (A, X, Y), die geringfügig voneinander abweichen. Nachdem alle abgelegten Abdrücke oder Ablageabdruckpuffereinrichtungen 83a verarbeitet worden sind, wird der Vergleich der Suchabdruckpufferdaten mit den Daten der Ablageabdruckpuffereinrichtting 83b begonnen, um die vorhergehen den Operationen zu initiieren und zu vervollständigen, während die Ablageabdruckpuffereinrichtung 83a mit neuen abgelegten Fingerabdrücken geladen wird, usw.
Alle diese Operationen werden verständlich aus den folgenden Beschreibungen der Komponenten der Hardwarevergleichseinrichtung, unter Zugrundelegung der Fig. 19 bis 23, während Fig. 18 einen generellen Überblick über die Vergleichseinrichtung gibt.

II.2.5. Beschieibung der Ablagedatenmanagementeinheit.

Fig. 19 zeigt, daß die Ablagedatenmanagementeinheit 31 Ablageabdruckpuffereinrichtungen 83a und 83b aufweist, bei denen es sich um Speichereinrichtungen mit direktem Zugriff handeln kann, die in zwei unterschiedlichen Weisen operieren. Die über 'Ladungs'- Steuerleitung 14 getriebene Ablageabdruckpuffereinrichtung 83b wird über Datenleitung 32b geladen. Zur gleichen Zeit wird die Ablageabdruckpuffereinrichtung 83a, gesteuert über 'Lauf'-Steuerlinie 16, wird in) "Vergleichs"-Modus betrieben. Es soll festgehalten werden, daß aus Übersichtlichkeitsgründen in der Zeichnung Signalleitungen nicht doppelt dargestellt sind, obwohl sie alle aufweisen: ein Set für Ablageabdruckpuffereinrichtung 83a und ein Set für Ablageabdruckpuffereinrichtung 83b. Falls vorhanden, erfolgt die Datenausgabe über Leitungen 35-39 von der Ablageabdruckpuffereinrichtung, die im "Run"-Modus ist.
Eine grundsätzliche Aufgabe der Ablagedatenmanagementeinheit 31 ist, die Translationsberechnungseinheit 51 in Fig. 18 mit den Koordinaten der abgelegten spezifischen Merkmale zu versorgen. Mit anderen Worten handelt es sich um eine adressenerzeugende Einrichtung für Ablageabdruckdaten, die von Steuerleitungen 16, 17, 33 und 18 angesprochen wird.
Typischerweise werden Daten spezifischer Merkmale von 128 unterschiedlichen abgelegten Fingerabdrücken von einer Massenspeichereinrichtung in generalisierte Ablageabdruckpuffereinrichtungen 83a geladen. Die Steuerleitung 18 arbeitet, um die Adressierung des ersten spezifischen Merkmales des abgelegten Fingerabdruckes 8, zu erzeugen, der gerade mit dem Suchfingerabdruck verglichen wird.
Der Übergang von einem spezifischen Merkmal eines abgelegten Abdruckes zu dem nächsten wird über Inkrementalzählereinrichtungen 81 bewerkstelligt. Für das Ergebnis des Inkrementierungsvorganges (über Leitung 87) und der Start-Adresse (über Leitung 18) representative Steuersignale werden zu Addiereinrichtungen 82 geleitet, die auf Leitung 88 die Adressierung des gegenwärtigen spezifischen Merkmales in der generalisierten Ablagepuffereinrichtung 83a erzeugt.
Der Zähleinrichtung 81 für spezifische Merkmale abgelegter Abdrücke wird ein Wertwechsel (Leitung 87) über ein Steuersignal auf der "Inkremental"-Leitung 86 gestattet. Das Steuersignal auf Leitung 86 wird über eine logische Schaltkreiseinrichtung 80 erzeugt, die über drei Steuerleitungen 16, 17 und 33 versorgt wird. Steuerleitung 16 ist die 'Run'-Leitung. Steuerleitung 17 ist eine Uhr, die zur Synchronisation der Berechnungen der unterschiedlichen Teile der Hardwarevergleichseinrichtung verwendet wird. Steuerleitung 33 ist von Leitung 43 (Fig. 18) abgeleitet, die ein Ausgang der Suchdatenmanagementeinheit 41 ist. Die Steuerleitung 33 wird zur Angabe verwendet, ob oder ob nicht die aktuelle generalisierte Tabelle für spezifische Suchmerkmale einen 'leer'-Wert enthält. Falls "ja", bedeutet dies, daß das akt tielle abgelegte spezifische Merkmal mit allen nicht 'leer'-Werten der generalisierten spezifischen Suchmerkmale aus der aktuellen Reihe der Suchdateninanagementeinheit 41 verglichen wurde. Daher wird die Zähleinrichtung 81 für spezifische Merkmale abgelegter Abdrücke nur dann verstellt, wenn und nur wenn die Steuersignale auf Steuerleitungen 16, 17 und 33 gleichzeitig angeben: Laufmodus und Uhrpuls und Ende einer Reihe auf der Suchdatenmanagementeinheit 41, respektive.
Die Zählereinrichtung 81 (Fig. 19) für spezifische Merkmale abgelegter Abdrücke wird auch durch Steuerleitung 15 angesprochen; diese Leitung erzeugt ein "Reset"-Signal (Fig. 19), das dazu dient, die Zählereinrichtung auf Null zu setzen. Die Resetfunktion wird einmal durchgeführt vor der Inituerung des Vergleiches des aktuellen abgelegten Fingerabdruckes gegen den aktuellen Suchfingerabdruck, dergestalt, daß die Ausgabe 88 der Addierschaltkreiseinrichtung 82 gleich ist einer Start-Adresse plus Null. Der erste Wert von Leitung 88 ist daher gleich der Adresse des ersten spezifischen Merkmales für den aktuellen abgelegten Abdruck.
Der Inhalt der Ablageabdruckpuffereinrichtung 83a bei der durch Leitung 88 angegebenen Adresse wird über Leitungen 35, 36, 37, 38, 39 und 90 ausgegeben, die die für das spezifische Merkmal des aktuellen abgelegten Abdruckes vorhandenen Daten übermitteln. Leitungen 35, 36 und 37 transportieren die drei Koordinaten (af, xf, yf), wie weiter oben beschrieben, während die Leitungen 38 und 39 den "Typ" tf und die "Qualität" qf transportieren. Der "Typ" ist ein binäres Informationssignal, das angibt, ob das spezifische Merkmal an der Hand entweder eine Verzweigung oder das Ende einer Kammlinie ist, während die "Qualität" eine Zahl ist, die die Deutlichkeit des Fingerabdruckes in dem Bereich, in dem das spezifische Merkmal lokalisiert ist, repräsentiert. Die Qualität ist damit verknüpft mit der Wahrscheinlichkeit, daß das kodierte spezifische Merkmal ein richtiges spezifisches Merkmal ist oder nicht. Die Zahl, die die Qualität des spezifischen Merkmales angibt, liegt in einem Bereich zwischen 0 und N, wobei eine Qualität von "qf" gleich 0 die höchste Klarheit bedeutet; je größer der Wert von qf wird, desto schlechter wird die Klarheit des Fingerabdruckes in dem Bereich des zu betrachtenden spezifischen Merkmales und desto kleiner wird die Wahrscheinlichkeit, daß das kodierte spezifische Merkmal ein richtiges oder aktuelles spezifisches Merkmal ist. Bevorzugt wird N = 63 gewählt, d.h. die Information über die Qualität qf hat 64 unterscliiedliche mögliche Werte.
Wieder zurückkommend zu Fig. 19, übermittelt die Leitung 90 einen Flagbit, der angibt, ob das aktuelle spezifische Merkmal des Ablageabdruckes das letzte ist oder nicht. Bei gleichzeitiger Angabe des Endes der aktuellen Daten (über Leitung 90) der spezifischen Ablageabdruckmerkmale und Angabe des Endes einer Reihe aus der Suchabdruckdatenmanagementeinheit (über Leitung 89), gibt die logische Schaltkreiseinrichtung 85 ein "Ende des aktuellen Laufs"-Signal über Leitung 34, um Einrichtung 11 zu steuern (Fig. 18). Das 'Laufende'-Signal wird aktiviert, wenn und nur wenn die Steuersignale auf Leitungen 89 und 90 gleichzeitig jeweils das Ende einer Reihe und letztes spezifisches Ablagemerkmal anzeigen.

II.2.6. Beschreibung der Suchabdruckdatenmanagementeinheit.

Bezugnehmend auf Fig. 20, weist die Suchabdruckdatenmanagementeinheit 41 eine generalisierte Suchabdruckpuffereinrichtung 103 auf, wie sie unter Bezug auf Fig. 17 beschrieben wurde, die eine Speichereinrichtung mit direktem Zugriff aufweist und eine adressenerzeugende Einrichtung, die logische Schaltkreiseinrichtungen 100, 101 und Spaltenzählereinrichtungen 102 aufweist. Die adressenerzeugende Einrichtung wird durch Steuerleitungen 19, 20 und 21, Datenleitung 35 (die ein Atisgang der Ablagedatenmanagementeinheit 31, wie in Fig. 18 gezeigt ist) und eine interne Steuerleitung 109 gesteuert.
Eine grundsätzliche Aufgabe der adressenerzeugenden Einrichtung ist, die Adressen für alle generalisierten spezifischen Suchmerkmale zu erzeugen, die in einer Reihe einer generalisierten Suchpuffereinrichtung 103 angeordnet sind, wobei die Reihennummer gleich dem Winkel af des aktuellen spezifischen Ablageabdruckmerkmals ist. Dies wird erreicht über Verknüpfung des über Datenleitung 35 gelieferten Winkelwertes und der Atisgabe 107 der Spaltenzählereinrichtung 102 und ergibt die volle Adresse 108.
Ähnlich im Aufbau zu der zuvor beschriebenen Zählereinrichtung 81 für spezifische Ablageabdrucktnerkniale (Fig. 19) wird in der Ablagedatenmanagementeinheit 31 eine Spaltenzählereinrichtung 102 von zwei Steuerleitungen 105, 106 angesprochen. Leitung 105 ist die "Inkrement"-Steuerleitung, die es der Zählereinrichtung ermöglicht, zu ihrer Ausgabe 107 eins dazuzuzählen, während die Leitung 106 die "Reset"-Steuerleitung ist, die die Ausgabe 107 auf einen Nullwert einstellt.
Die "Inkrement"-Leitung 105 wird über die Antwort der logischen Schaltkreiseinrichtung 100 auf Signale der Steuerleitungen 19 und 20 versorgt. Steuerleitung 19 ist die "Run"-Steuerleitung, entsprechend der "Run"-Steuerleitung 16 für die Ablagedatenmanagementeinheit 31, während die Steuerleitung 20 eine "Uhr"-Steuerleitung ist. Die "Uhr"-Steuerleitung 20 hat die gleiche Periode wie "Uhr"-Steuerleitung 17, weiter oben beschrieben in Verbindung mit Einheit 31; zwischen den beiden Uhrsignalen ist jedoch ein Abstand erforderlich, um die Tatsache zu berücksichtigen, daß das Signal 35 eine Ausgabe der Ablagedatenmanagementheinheit 31 ist, während Steuerleitungen 19 und 20 Ausgabesignale direkt von der Steuereinleitung 11 transportieren (Fig. 18). Die Spaltenzählereinrichtung 102 wird über die Inkrementleitung 105 schrittweise verstellt, wenn und nur wenn die Steuersignale über die Leitungen 19 und 20 gleichzeitig jeweils den Run-Modus und Uhrpuls anzeigen.
Die 'Reset'-Leitung 106 wird erzeugt über logische Schaltkreiseinrichtungen 101 von Steuerleitungen 21 und 109. Steuerleitung 21 ist eine "Beginn des Laufes"-Steuerleitung, ähnlich der Steuerleitung 15 der Einheit 31. Die Leitung 21 wird durch Steuereinrichtungen 11 einmal vor jedem Vergleich des Suchabdruckes und jedes der abgelegten Abdrücke aktiviert. Die Leitung 109 transportiert ein Steuersignal, das innerhalb der Suchabdruckdatenmanagementeinheit 41 durch eine "ungültige Werte"-Detektiereinrichtung 104 erzeugt wird, wie weiter unten im Detail beschrieben ist. Das Steuersignal auf Leitung 109 ist die 'Ende einer Reihe'-Anzeige. Spaltenzählereinrichtung 102 wird resettet, wenn und nur wenn die Steuersignale über Leitungen 21 und 109 anzeigen: Beginn eines Laufes oder Ende einer Reihe.
Die unterschiedlichen Effekte der 'Ende einer Reihe'-Anzeige auf die Zähleinrichtung 81 (verwendet in der Ablagedatenmanagementeinheit 31) für abgelegte spezifische Merkmale und Spaltenzählereinrichtung 102 (verwendet in der Suchdatenmanagementeinheit 41) sind wie folgt. Da die 'Ende einer Reihe'-Anzeige bedeutet, daß das spezifische Merkmal des aktuellen abgelegten Abdruckes mit allen eventuell übereinstimmenden spezifischen Merkmalen des Suchabdruckes verglichen worden ist, impliziert das Ende einer Reihe-Signal die Notwendigkeit für die Inkrementierung der Zähleinrichtung 81 für spezifische Ablagemerkmale, um die Daten (a, x, y, t, q) für das spezifische Merkmal des nächsten abgelegten Abdruckes auszugeben, während weiterhin die Notwendigkeit für ein Reset der Spaltenzähleinrichtung 102 impliziert wird, um eine Adresse 108 entspreclieiid der ersten Spalte der generalisierten Suchabdruckpuffereinrichtung 103 zu erzeugen und dabei den Vergleichsprozeß im Hinblick auf die spezifischen Merkmale des nächsten Ablageabdruckes mit den Suchabdruckdaten in der Puffereinrichtung 103 bei der Reihennummer, die gleich dem Winkel af des nächsten spezifischen Ablageabdruckmerkmales ist, zu wiederholen.
Der Inhalt der generalisierten Suchabdruckpuffereinrichtung 103 bei der durch Leitung 108 angezeigten Adresse wird über Leitungen 44, 45, 46, 47 und 48 ausgegeben, die die für das aktuelle generalisierte spezifische Suchmerkmal erhältlichen Daten übermitteln. Die Leitungen 45 und 46 transportieren den "Typ" ts und die "Qualität" qs. Die Leitung 44 transportiert den Wert A des Winkels, um den die Referenzachsen des Suchabdruckes rotiert wurden, um die neuen Koordinaten (x's, y's) des aktuellen generalisierten spezifischen Merkmales zu erhalten. Um den "Hardware"-Aufbau der Translationsberechnungseinheit 51 (Fig. 18) zu vereinfachen, können die negativen Werte (-x's, -y's) dieser Koordinaten in einer generalisierten Suchabdruckpuffereinrichtung 103 anstelle voll (x's, y's) gespeichert werden. Die gespeicherten Werte werden über Datenleitungen 47 und 48 transportiert. Wie in Fig. 18 dargestellt, stellen Datenleitungen 47 und 48 eine Eingabe für die Translationsberechnungseinheit 51 dar, wie es auch die Ausgaheleitungen 36 und 37 sind, die xf- und yf-Daten von der Ablagedatenmanagementeinheit 31 transportieren. Die Datenleitungen 45 und 46 und 38 und 39 von der Einheit 31, die die "Typ"- und "Qualitäts"-Daten der jeweiligen spezifischen Merkmale des Such- und abgelegten Abdruckes transportieren, sind an Adressier- und Kontributionseinheiten 61a und 61b angeschlossen, mit denen Datenleitung 44, die die Winkeldaten A transportiert, auch verknüpft ist.
Bevor man sich nun der Beschreibung der Detektiereinrichtung 104 für ungültige Werte zuwendet, wird hervorgehoben, daß, wenn die Koordinaten (x, y) eines Vektors innerhalb eines gegebenen Bereiches von x- und y-Werten gespeichert werden, die Koordinaten (x', y') der Abbildung desselben Vektors dann nach einer gegebenen Rotation in einem größeren Bereich von x- und y-Werten gespeichert werden müssen, z.B. wenn die ursprünglichen Koordinaten (x, y) in dem Bereich [-100, + 100] liegen, d.h. -100 ≤ x ≤ 100 -100 ≤ y ≤ 100, dann können die Koordinaten (x', y') nach einer Pre-Rotation außerhalb des Bereiches [-100, + 100] fallen. Zum Beispiel, wenn man x = y = +100 wählt und den Vektor um PI/4 verdreht, so erhält man x' = 141, y' = 0. Es zeigt sich, daß dies der schlimmste Fall ist, d.h. der Bereich [-141, + 141] ist ausreichend, um alle möglichen Werte (x', y') abzudecken, wie auch immer der Pre-Rotationswinkel gewählt wird, wenn x und y in dem Bereich [-100, + 100] liegen. Beispielsweise ist es unmöglich, x' = y' = 200 zu erhalten für x, y in einem Bereich [-100, + 100].
Bevorzugt werden die Koordinatenwerte (-x's, -y's) der spezifischen Suchmerkmale, die über Datenleitungen 47 und 48 transportiert werden, in einem Bereich abgespeichertn, der mindestens zweimal so groß ist, wie der Bereich, in dem die Koordinatenwerte (xf, yf) von abgelegten Abdrücken, die über Datenleitungen 36 und 37 transportiert werden, gespeichert sind. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Koordinaten in der Ablagepuffereinrichtung 83a und 83b in 8 Bits gespeichert werden, um 256 unterschiedliche Werte zu ermöglichen, während die x-y-Koordinaten für den Suchabdruckpuffer 103 auf 9 Bits gespeichert werden können, um 512 uuterschiedliche Werte zu ermöglichen. Wie bereits erwähnt, sind einige dieser 512 Werte "unmögliche" oder "ungültige" Werte. Dieses Merkmal wird verwendet, um das, was zuvor (z.B. Tabellen C, D supra) als "leer"-Werte bezeichnet wurde, zu repräsentieren.
Nimmt man nun Bezug auf Fig. 20, so sind Datenleitungen 47 und 48 mit einer Detektiereinrichtung 104 für ungültige Werte verbunden, deren Ausgabe 43 (die "Reihenende"-Anzeige) zu der Ablagedatenmanagementeinheit 31 (über Leitung 33) geschickt wird zu den Adressier- und Kontributionsberechnungseinheiten 61a und 61b (über Leitung 63) und zu der logischen Schaltkreiseinrichtung 101 der Suchpuffermanagementeinlieit 41 (über Leitung 109).
Es soll festgehalten werden, daß Fig. 20 die Suchdatenmanagementeinheit 41 in ihrem Betriebsinodus zeigt. Vor Start des Laufes wird die generalisierte Suchabdruckpuffereinrichtung 103 mit Suchabdruckdaten aus dem Computerspeicher geladen, bevor die Suche begonnen wird. Dies wird erreicht durch Aktivierung der Steuerleitung 22, genannt die "Ladungs"-Steuerleitung, während die Datenleitung 42 dazu verwendet wird, die zu ladenden Daten in die generalisierte Suchabdruckpuffereinrichtung 103 zu transportieren.

II.2.7. Beschreibung der Translationsberechnungseinheit.

Fig. 21 zeigt eine Translationsberechnungseinheit 51 mit zwei Addierschaltkreiseinrichtungen 110, 111 mit vier Dateneingabeleitungen und zwei Datenausgabeleitungen. Zwei Eingabeleitungen 37, 37 sind Datenausgaben von der Ablagedatenmanagementeinheit 31 (Fig. 19), während zwei Eingabeleitungen 47 und 48 Datenausgaben von der Suchdatenmanagementeinheit 41 (Fig. 20) sind.
Insbesondere die Datenleitungen 36, 37 transportieren die Koordinaten (sf, yf) für das aktuelle spezifische abgelegte Merkmal, während die Datenleitungen 47 und 48 die negativen Werte (-x's, -y's) der Koordinaten für das aktuelle pre-rotierte generalisierte spezielle Suchmerkmal tragen. Die zur Überlagerung des spezifischen Suchmerkmals (x's, y's) auf das spezifische Ablagemerkmal (xf, yf) erforderliche Translation weist die Koordinaten (X, Y) auf, die erhalten werden durch Anlegen der vier Datenleitungen an jeweils zwei Addiereinrichtungen, x-Addierschaltkreiseinrichtung 110 und y-Addierschaltkreiseinrichtung 111. Die Addierschaltkreiseinrichtung 110, Leitung 52, transportiert die Summe X der zwei Eingabeleitungen 47 und 36. Die Ausgabe der y-Addierschaltkreiseinrichtung 111, Leitung 53, transportiert die Summe Y der beiden Eingabeleitungen 48 und 37.
Um einen Überlauf bei den Berechnungen zu vermeiden, bewegen sich die von den Ausgabedatenleitungen 52 und 53 transportierten X- und Y-Werte in einem größeren Bereich als die zur Speicherung der vier Eingabewerte verwendeten. In der Suchdatenberechnungseinheit 41 sind die Leitungen 36 und 37 typischerweise 8 Bit groß (was 256 unterschiedliche Werte erlaubt), während die Leitungen 47 und 48 9 Bits groß sind (was 512 unterschiedliche Werte ermöglicht); die Ausgabedatenleitungen 52 und 53 sind mit 10 Bits ausgelegt (was 1024 unterschiedliche Werte ermöglicht).

II.2.8. Beschreibung der Adressier- und Kontributionsberechnungseinheiten.

Fig. 18 zeigt zwei identische Adressier- und Kontributionseinheiten 61a und 61b, die durch dieselben Steuerleitungen 23, 24, 62 und 63 betrieben werden und über dieselben Dateneingabeleitungen 44, 45, 46, 52, 53, 38 und 39 versorgt werden. Jede der Einheiten 61(a), 61(b) erzeugt jeweils eine Steuerleitung 64(a), 64(b) und vier Datenleitungen 65a-68a, 65b-68b, die jeweils Eingabeleitungen für Tabellenzählmanagementeinheiten 71a, 71b sind, wie weiter unten im Detail beschrieben. Jeder Adressier- und Kontributionsberechnungseinheit 61a, 61b ist eine eigene Tabellenzählmanagementeinheit 71a, 71b zugeordnet. Die Eingabeleitungen für die Einheiten 61a und 61b haben dieselben Eingaben, während ähnliche Ausgabeleitungen von den Einheiten 61a und 61b unterschiedliche Ausgaben haben, wie mehr im Detail weiter unten beschrieben wird.
Geht man nun über zu Fig. 22, so ist dort eine der beiden Einheiten 61a dargestellt. Wegen der zur Speicherung der Koordinaten für die spezifischen Such- und Ablagemerkmale verwendeten Bereiche ist die Anzahl der unterschiedlichen Translationen, die von der Translationsberechnungseinheit 51 ausgegeben werden können, sehr groß. Eine der Aufgaben der Einheit 61a ist, den Wert A des Pre- Rotationswinkels und die Werte (X, Y) der Translation in kleineren Bereichen zu projezieren, um die Anzahl der erlörderlichen Zähler in der zugeordneten Tabellenzählmanagementeinheit 71a zu reduzieren. Dies wird erreicht mittels Translationstabelleneinrichtungen 120 für X, 121 für Y und 122 for A. Diese Translationstabellen können in PROMs (Programmable Read Only Memory) gespeichert werden.
X-Tabelleneinrichtung 120 empfängt zwei Eingabeleitungen, Datenleitung 52, die die X-Koordinate der Translation für die aktuellen spezifischen Ablage- und Suchmerkmale transportiert, die eine Ausgabe der Translationsberechnungseinheit 51 ist und Datenleitung 24 von Steuereinrielitung 11, die die "xy-Modus"-Leitung ist. Die "xy-Modus"-Leitung ermöglicht die Selektierung unterschiedlicher, in der X-Translationstabelle 120 abgelegter Funktionen. Diese Funktionen schließen die Auswahl der Anzahl von Bits (innerhalb vordefinierter Werte) ein, die verwendet werden können, um den von der Datenleitung 65a transportierten Ausgabewert x zu speichern. Typischerweise werden 4 oder 5 Bits, das entspricht 16 oder 32 unterschiedlichen Werten, gewählt. Diese Funktionen schließen weiterhin die Bestimmung ein, ob oder ob nicht einige Eingabewerte ungültig sind, z.B. Translationen größer als die halbe Größe des Fingerabdruckabbildes. Diese "Überlauf"-Bedingung wird durch eine x-Überlauf"-Leitung 125 transportiert.
Y-Tabelleneinrichtung 121 hat denselben Aufbau und dieselbe Funktionsweise wie die X-Tabelleneinrichtung 120. Ihre Eingaben sind "xy-Modus"-Leitung 24 und Leitung 53, die den von der Translationsberechnungseinheit 51 ausgegebenen X-Wert transportieren. Aus diesen Eingaben erzeugt die y-Tabelle 121 die zweite Koordinate y für die Translation, transportiert über Datenleitung 66a, und die 'y-Überlauf'-Leitung 126.
"A"-Tabelleneinrichtung 122 ist sehr ähnlich zu den X-Tabellen- 120 und Y-Tabelleneinrichtungen 121. Sie gibt über Datenleitung 67a den Pre-Rotationswinkel "a" ("a" = Ak) des Wertes A aus, transportiert über Datenleitung 44 und Steuerleitung 23, die die 'a- Modus'-Leitung ist. Die 'a-Modus'-Leitung ermöglicht die Wiedergabe der Winkel auf 5 oder 6 Bits, was 32 oder 64 unterschiedlichen Werten entspricht. Für die A-Tabelleneinrichtung 122 ist keine säberlauf'-Leitung vorgesehen, da generalisierte spezifische Merkmale entsprechend der ung~ltigen Pre-Rotationswinkelwerte nicht in der generalisierten Suchabdruckpuffereinrichtung 103 gespeichert sind. Sie wurden vielmehr durch "leer"-Werte ersetzt, um unnötige Vergleiche zu vermeiden und dadurch die Geschwindigkeit der Operation der Vergleichseinrichtung zu erhöhen.
Um nicht ungültige Translationen berücksichtigen zu müssen, gibt Einheit 61a auf Leitung 64a ein 'ungültiges Wert'-Signal aus, das durch eine logische Schaltkreiseinrichtung 124 von zwei externen Steuerleitungen 62 und 63 und zwei internen Steuerleitungen 125 und 126 erzeugt wird. Unter Bezug auf Fig. 18 ist Leitung 63 das "Reihenende"-Signal der Suchdatenmanagementeinheit 41. Dieses Signal zeigt ah, daß die aktuellen generalisierten spezifischen Suchmerkmale ein 'leer'-Wert ist, d.h. ungültige Daten. Leitung 62 ist das 'Laufende'-Signal, das durch Ablagedatenmanagekmenteinheit 31 erzeugt wird. Die Leitungen 125 und 126 sind säberlauf'-Leio tungen, die von Translationstabelleneinrichtungen 120 und 121 kommen. Die logische Schaltkreiseinrichtung 124 gestattet das 'ungültige Wert'-Signal 64a, wenn und nur, wenn die Steuersignale auf den Leitungen 62, 63, 125 und 126 anzeigen: Laufende oder Ende einer Reihe oder x-Überlauf oder y-Überlauf.
Fig. 22 zeigt, daß zusätzlich zu den Leitungen 65a, 66a und 67a, die die aktuelle Pre-Rotation und Translation repräsentieren, die Einheit 61a eine weitere Ausgabeleitung 68a erzeugt. Diese Leitung transportiert die Kontribution, bezeichnet mit "c" in Verbindung mit der aktuellen Pre-Rotation und Translation. Die Kontribution ist eine Ausgabe von "c" -Tabelleneinrichtungen 123 entsprechend der von den Dateneingabeleitungen 45, 46, 38 und 39 transportierten Werte. Die Leitungen 45 und 46 sind Ausgaben der Suchdatenmanagementeinheit 41 und tragen den "Typ" und die "Qualität" für die aktuellen spezifischen Suchmerkmale. Die Leitungen 38 und 39 sind Ausgaben der Datenmanagementeinheit 31 und transportieren die gleichen Daten für die aktuellen spezifischen Ablagemerkmale.
Es ist unter Fingerabdrucktechnikern gut bekannt, daß infolge von Über- oder Unterfärbung der Typ eines spezifischen Merkmales in demselben Fingerabdruck von einem Abdruck zu dem nächsten wechseln kann; die meisten der spezifischen Merkmale in demselben Fingerabdruck behalten jedoch ihren Typ (Verzweigung oder Ende einer Linie) von einem Abdruck zu dem nächsten. Daher kann gesagt werden, daß, wenn zwei spezifische Merkmale bezüglich Lokalisierung, Winkel und Typ übereinstimmen, die Wahrscheinlichkeit, daß sie dieselben Abdrücke sind, größer ist, als wenn sie lediglich bezüglich Lokalisierung und Winkel übereinstimmen.
Die "c"-Tabelleneinrichtung 123 enthält folgendermaßen Daten dergestalt, daß die "Kontribution" für zwei spezifische Merkmale desselben Types größer ist als die "Kontribution" bei zwei spezifischen Merkmalen von unterschiedlidien Typen. Ähnlich wird der "Kontribution" ein Bonuswert gegeben, wenn eines der beiden spezifischen Merkmale von guter "Qualität" ist. Kein solcher Bonus wird gegeben, wenn beide spezifische Merkmale von schlechter Qualität sind.
Wie oben im Detail beschrieben, wird die Qualität durch eine Zahl in einem Bereich von 0 bis N wiedergegeben. In der bevorzugten Ausgestaltung entspricht N gleich 63 und ein spezifisches Merkmal wird als gutes spezifisches Merkmal behandelt, wenn ihm eine Qualitätszahl q ≤ 7 zugeordnet wird. Somit, wenn qs und qf die Zahlen für die Qualitäten des aktuellen Suchabdruckmerkmales und des aktuellen spezifischen Ablageabdruckmerkmales respektive sind, wird der Bonus für gute Qualität nach folgenden Regeln berechnet, die einen Bonus für gute Qualität hinzufügen:
(1) wenn qs < 8 oder qs < 8, dann ist der Bonus 1 und
(2) wenn qs > 8 und qf > 8, dann ist der Bonus 0.
Zusammenfassend ist die "c"-Tabelleneinrichtung 123 so aufgebaut und ausgelegt, daß die Kontribution "c" einem Standardwert entspricht (z.B. 5) plus einem Bonuswert, falls vorhanden, für gewöhnliche Typen (z.B. 1) plus einem Bonuswert, falls vorhanden, für gute Qualität (z.B. 1).

II.2.9. Beschreibung der Tabellenzählmanagementeinheiten (Einheiten 71a, 71b in Fig. 18).

Die Aufgabe einer Tabellenzählmanagementeinheit 71, dargestellt in Fig. 23, ist, einen raschen Zugriff auf die Translation zu ermöglichen, die in Verbindung mit einer vorgegebenen Pre-Rotation am häufigsten in einer Übereinstimmung zwischen einem spezifischen Suchmerkmal und einem spezifischen abgelegten Merkmal resultiert. Dementsprechend erfolgt ein Updaten von zwei Tabellen durch die Einheit 71 nach jedem verarbeiteten Paar spezifischer Merkmale, das ein spezifisches Such- und ein spezifisches Ablagemerkmal aufweist. Diese Tabellen sind Zählertabelleneinrichtungen 131 und "max"-Tabelleneinrichtungen 135, die einen Speicher mit direktem Zugriff aufweisen.
Die Zählertabelleneinrichtung 131 enthält eine Zählerschaltkreiseinrichtung für jede unterschiedliche durchgeführte Transformation, z.B. Pre-Rotation und Translation, wie zuvor beschrieben, wiedergegeben durch das Wertetriplet (x, y, a), transportiert durch Datenleitungen 65, 66 tind 67 und Ausgabe von der zugeordneten Adressier- und Kontributionsberechnungseinheit; jede Zählerschaltkreiseinrichtung ist mit einem Triplet (x, y, a) verbunden.
"Max"-Tabelleneinrichtung 135 enthält die Daten in Verbindung mit dem aktuellen Maximalgehalt der Zählertabelleneinrichtung 131, d.h. für alle Paare von spezifischen Such- und Ablagemerkmalen, die bereits verarbeitet worden sind. Die "Max"-Tabelleneinrichtung 135 enthält am Ende des Laufes den Maximalgehalt der Zählertabelleneinrichtung 131.
Die Zählertabelleneinrichtung 131 wird durch drei unterschiedliche Steuerleitungen 27, 28 und 136 betrieben, die unterschiedlichen Funktionsmodi aufweisen. Die Steuerleitung 28 ist eine "Reset"- Leitung, die die Einstellung eines Ausgangs 0-Wertes in allen unterschiedlichen Zählerschaltkreiseinrichtungen erlaubt. Diese Leitung wird einmal aktiviert vor der Initiierung eines Laufes. Die Steuerleitung 27 ist die "Lese"-Leitung, die nach dem Ende des Laufes verwendet wird, um es dem Computer zu ermöglichen, die Inhalte der Zählertabellen 131 über Datenleitungen 72 zu lesen, um die Vergleichszahlen zu berechnen. Die Steuerleitung 136 ist die "Updateermöglichungs"-Leitung, die von der logischen Schaltkreiseinrichtung 130 generiert wird als Aufwort zu Steuersignalen der Steuerleitungen 25, 26 und 64. Die Leitungen 25 und 26, erzeugt durch Steuereinrichtung 11 (Fig. 18), sind jeweils die "Run"-Leitung und die "Uhr"-Leitung, die dieselben sind wie die "Run" und "Uhr"-Leitungen, bereits beschrieben unter Bezug auf die Ablagedatenmanagementeinheit 31 (Fig. 19) und Suchdatenmanagementeinheit 41 (Fig. 20). Die Leitung 64, die eine Ausgabe der verbundenen Adressier- und Kontributionsberechnungseinheiten 61(a), 61(b) (Fig. 18) ist, zeigt an, ob die von den Eingabeleitungen 65, 66 und 67 transportierten Daten gültig sind oder nicht. Die Steuerleitung 136 ermöglicht das Updaten der Zählertabelleneinrichtung 131, wenn und nur wenn die Steuersignale auf den Steuerleitungen 25, 26 und 64 gleichzeitig anzeigen: Laufmodus und Uhrpuls und gültige Daten.
In dem Run-Modus gibt die Zählertabelleneinrichtung 131 auf ihre "Daten aus"-Leitung 139 den aktuellen Inhalt der Zählereinrichtung, verknüpft mit dem Wertetriplet (x, y, a) aus. Dies wird erreicht über Verknüpfung dieser Werte und Behandlung von ihnen als eine Adresse für die Zählertabelleneinrichtung 131. Die Addierschaltkreiseinrichtung 132 wird eingesetzt, um die Summe 140 des aktuellen Zählereinrichtungswertes 139 zu berechnen und die aktueile Kontribution "c", geliefert über Datenleitung 68. Die Summe wird abgeleitet zu Leitung 141, die die 'Daten in'-Leitung für Zählertabelleneinrichtung 131 ist. Wenn die Steuerleitung 136 es ermöglicht, erfolgt ein Updaten des Inhalts der aktuellen Zählereinrichtung mit dem von Leitung 149 transportierten Wert.
Die Ausgabe 140 der Addiereinrichtung 132 wird zu einer Vergleichsschaltkreiseinrichtung 133 geleitet, die auch über Leitung 146 den aktuellen Maximumwert gespeichert in der "max"-Tabelleneinrichtung 135 erhält. Die Ausgabe 147 der Vergleichsschaltkreiseinrichtung 133 und eine Ableitung 137 von der 'Updateermöglichungs'-Leitung 136, die das Updaten der Zählertabelleneinrichtung 131 steuert, werden zu einer logischen Schaltkreiseinrichtung 134 geleitet, um ein weiteres 'Updateermöglichungs'- Signal zur ausschließlichen Verwendung durch die "max"-Tabelleneinrichtung 135 zu generieren. Das Updaten der "max"- Tabelleneinrichtung 135 wird ermöglicht, wenn und nur wenn die Steuersignale auf den Leitungen 137 tind 147 gleichzeitig anzeigen: Ermögliche ein Updaten der Zählertabelleneinrichtung 131, und der Wert transportiert auf der Eingabeleitung 140 des Komparators 133 ist größer als der Wert, der auf der Eingabeleitung 146 transportiert wird.
Wenn die "Updateermöglichungs"-Leitung 148 es erlaubt, erfolgt ein gleichtzeitiges Updaten der vier Speicherzellen, die die max- Tabelleneinrichtung 135 darstellen, mit den Daten auf der Leitung 142, abgeleitet von der Ausgabe 140 der Addierschaltkreiseinrichtung 132 (der nette Wert des Maximuminhaltes der Zählertabelleneinrichtung 131) und Leitungen 143, 144 und 145, erhalten von den Eingabedatenleitungen 65, 66 und 67 (das Triplet der Werte (x, y, a), die die aktuelle Pre-Rotation und Translation repräsentieren).
Die "Max"-Tabelleneinrichtung 135 spricht auch auf Steuerleitungen 138 und 29 an. Steuerleitung 138 ist eine "Reset"-Steuerleitung, die von "Reset"-Steuerleitung 28 für Zählerrtabelleneinrichtung 131 abgeht; sie wird verwendet, um alle Daten in der "max"- Tabelleneinrichtung 135 auf Null zu setzen. Steuerleitung 29 ist eine "Lese"-Steuerleitung, die es dem Computer (Fig. 3) ermöglicht, über vier Datenleituitgen 731 bis 734 den Inhalt der "max"- Tabelleneinrichtung 135 zu lesen. Zur Erhöhung der Bequemlichkeit wurden zwei Sets der vier Datenleitungen 731, 732, 733, 734 in zwei einzelnen Ausgabedatenleitungen 37a, 73b in Fig. 18 zusammengefaßt.
Wie zuvor angegeben, sind zwei Adressier- und Kontributionsberechnungseinheiten 61a und 61b uiid zwei Tabellenzählmanagementeinheiten 71a und 71b in der in Fig. 18 dargestellten Vergleichseinrichtung vorhanden. Dies ist, um potentiell unerwünschte Effekte zu vermeiden, die durch die Weise entstehen, in der Pre- Rotationen und Translationen zur Verwendung in der Tabellenzählmanagementeinheit kodiert werden.
Es sollte erinnert werden, daß die Koordinaten (A, X, Y) aus großen Bereichen in kleinere Bereiche projiziert werden. Bei Abfrage einer kontinuierlichen Funktion, d.h. wenn die Werte der Funktion nur für eine begrenzte Anzahl von unterschiedlichen Werten der Variable eingesetzt werden, ist bekannt, daß, je kleiner die Anzahl der genommenen Werte ist, desto geringer der Informationsgehalt ist, der aus der begreitzten Anzahl von Werten abgeleitet werden kann.
Weiterhin zeigt Fig. 24 die Analyseergebnisse der Dichte von Werten, die von der abgefragten Funktion geliefert werden. Die exakten Werte, die von einer gegebenen Funktion genommen werden, sind mit kleinen vertikalen Balken wiedergegeben, auf die als Marken Bezug genommen wird. Nach Projizierung dieser Werte in 10 gleichwertige Felder bezeichnet als 'Projektion A", erkennt man, daß Feld 1 eine Marke aufweist, Feld 2 leer ist, Feld 3 Marken aufweist, usw. Wenn die Dichte der betrachteten Funktion geschätzt wird durch Auswahl des Feldes, in dem die meisten Marken gefallen sind, dann sind die Felder 3, 4 und 6, die alle 3 Marken enthalten, Kandidaten.
Die Dichte der Marken innerhalb der Felder 3 und 4 ist jedoch größer als die Dichte innerhalb des Fedes 6. Weiterhin ist der wahre Akkumulationspunkt, d.h. der Punkt der größten Dichte, dichter an der Grenze zwischen den beiden Feldern 3 und 4.
Diese Abschätzung der Dichte kann korrigiert werden unter Verwendung einer geringfügig abgeänderten Regel, wenn die richtigen Werte in einen schmaleren Bereich projiziert werden, wie in 'Projektion B' dargestellt; ein Vergleich von 'Projektion A' und 'Projektion B' zeigt, daß die unterschiedlichen Felder um einen Weg entsprechend der Hälfte der Größe eines Feldes verschoben wurden.
Als Ergebnis wurden die Inhalte der zehn Felder vollständig verändert, insbesondere enthält nun Feld 3 sechs Marken, was eine bessere Anzeige für die Dichte der Marken ist. Ein einfacher Vergleich der Inhalte der Felder, die die meisten Marken in den Projektionen A und B enthalten, reicht aus, um die beste Dichteanzeige auszuwählen.
Da drei unabhängige Koordinaten (A, X, Y) in den Vergleichtechniken in der vorliegenden Erfuidung projiziert werden, sollten 2x2x2 (=2³) oder acht unterschiedliche Zählertabelleneinrichtungen 131 vorhanden sein, um die zuvor beschdriebenen Effekte zweckmäßig berücksichtigen zu können. Wir haben jedoch entdeckt, daß sich zwischen dem Vorteil, den man mit dieser Verbesserung erzielt, und den Kosten der zu ihrer Realisierung erforderlichen Hardware ein Kompromiß herstellen läßt. Experimente haben gezeigt, daß es ausreicht, wenn lediglich zwei unterschiedliche Zählertabelleneinrichtungen 131 eingesetzt werden. Darüberhinaus wird die zweite Zählertabelle voll der ersten Zählertabelle abgeleitet durch gleichzeitige Translation aller drei Koordinaten um einen Wert, der der halben Größe des Feldes relativ zu dieser Koordinate entspricht. Somit müssen die Ausgabeleitungen (Steuerleitung 64 und Datenleitung 65 bis 68) der Adressier- und Kontributionsberechnungseinheiten 61a und 61b nicht zwingendermaßen die gleiche Information bereitstellen. Es ist vielmehr vorteilhaft, wie wir entdeckt haben, daß diese nicht die gleiche Information bereitstellen. Z.B. kanu ein Überlauf für eine Einheit und nicht für die andere Einheit existieren, wie man in Fig. 24 erkennt, bei der die Marke, die in Projektion A in Zelle 1 fällt, in Projektion B überläuft. Wie zuvor beschrieben, sind alle weiteren Steuerleitungen für die Einheiten 61a und 61b (Leitungen 23, 24, 62 und 63) gleich für diese beiden Einheiten.
Wie zuvor beschrieben, enthält die Vergleichseinrichtung nach Fig. 2 einen Allzweckcomputer (Fig. 3), dessen eine Funktion ist, eine Vergleichszahl zu berechnen. Grundsätzlich berücksichtigt die bevorzugte Vergleichszahl die Kontribution von zwei spezifischen Merkmalen (einem spezifischen Suchabdruckmerkmal und einem spezifischen Ablageabdruckmerkmal), die verglichen werden, d.h. die Größe, um die die Zählereinrichtung 131 inkrementiert wird, und die Natur der Zahlenfunktion selbst, d.h. bei mindestens einer und vorzugsweise mehreren Zählertabelleneinrichtungen 131 sollte die spezielle Vergleichszahlenfunktion einen Wert berechnen, der so groß wie möglich ist, wenn der Suchabdruck und der abgelegte Abdruck von demselben Finger stammen.
Wir ziehen es vor, eine Funktion "f(n)" zu verwenden, in der "n" die Auzahl der spezifischen Ablageabdruckmerkmale ist, wie in Fig. 25 dargestellt. Wie in Fig. 25 dargestellt, für 1 ≤ n ≤ 50, f(n) = 1.3; für n in dem Bereich von 50 ≤ n ≤ 110, f(n) = 1 + (80-n)/100; für 110 ≤ n ≤ 112, f(n) = 0.7. Für jeden Vergleich des Suchabdruckes gegen einen abgelegten Abdruck selektieren wir, welche der Zählertabelleneinrichtung 131a, 131b das beste Maximum gibt, und berechnen die Vergleichszahl von den 26 Feldern, um den Maximalgehalt der ausgewählten Zählertabelleneinrichtung 131a, 131b. Wenn "b" den Wert dieses Maximums bezeichnet und "d" den Wert des zweiten Maximums in den 26 umgebenden Feldern bezeichnet, wird die Vergleichszahl "M" nach der folgendell Formel berechnet:
M = (b² + d²)x(W)x(f(n)),
in der W die Stimme der Quadrate der Werte der umgebenden 26 Felder bezeichnet.

II.2.10. Schlußfolgerung

Die speziellen Schaltkreise in der spezifischen Ausgestaltung eines automatischen Fingerabdruckidentifikationssystems, konstruiert in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und beschrieben unter Bezug auf die Fig. 18 bis 23, kann aus diskreten Elementen oder vorzugsweise integrierten Schaltkreisen gebaut werden. Die nachfolgende Tabelle gibt Beispiele für solche Komponenten an. Tabelle E
Alle logischen Einheiten, beschrieben unter Bezug auf die Abbildungen enthalten Standard-TTL- oder -PAL-Komponenten.
Somit sind in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung neue Methoden für die automatische Identifizierung von Fingerabdrücken und neue Apparate zur Durchführung der automatischen Identifizierung von Fingerabdrücken weiter oben im Detail beschrieben worden.
Während spezifische Ausgestaltungen der Erfindung offenbart worden sind, so bleiben Abwandlungen im Verfahren und strukturellen Details innerhalb des Bereiches der anhängenden Ansprüche, z.B. die Verwendung von "negativen" logischen Schaltkreisen anstelle von "positiven" logischen Schaltkreisen ist möglich und auch beabsichtigt. Es besteht daher keine Absicht einer Limitierung auf die Zusammenfassung oder die exakte hier präsentierte Offenbarung.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Identifizierung von Fingerabdrücken, bei dem spezifische Merkniale eines zu identifizierenden gesuchten Abdruckes bezüglich ihrer Orts- und Winkelkoordinaten, d.h. der Richtung, mit den Orts- und Winkelkoordinaten von spezifischen Merkmalen mehrerer in einer Fingerabdruckdatenbank abgelegter Abdrücke verglichen werden, um das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Übereinstimmung des gesuchten Abdruckes mit einem oder mehreren der abgelegten Abdrücke zu bestimmen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(1) Kopieren mindestens eines spezifischen Merkmales des gesuchten Abdruckes unter individueller Abänderung mindestens einer der Orts- oder Winkelkoordinaten des Merkmals im Hinblick auf den Rest des Fingerabdruckbildes, wodurch mindestens ein zusätzliches spezifisches Merkmal erhalten wird, die sich voll dem erwähnten spezifischen Merkmals des Suchabdruck in mindestens einer ihrer Koordinaten unterscheidet und

(2) Einfügen des kopierten spezifischen Merkmals in das Set von suchabdruckspezifischen Merkmalen, die mit den spezifischen Merkmalen der abgelegten Abdrücke verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Kombination mit dem das Kopieren des spezifischen Merkmals betreffenden Schritt weiter gekennzeichnet ist durch einen Schritt, in dem zwei der Ortskoordinaten des spezifischen Merkmals abgeändert werden.

3. Verfahren nach Auspruch 1, in dem der das Kopieren des spezifischen Merkmals betrefteude Schritt weiterhin gekennzeichnet ist durch einen Schritt, in dem die Winkelkoordinate des spezifischen Merkmals abgeändert wird.

4. Verfahren nach Auspruch 1, in dem der das Kopieren des spezifischen Merkmals betreffende Schritt weiterhin gekennzeichnet ist durch einen Schritt, in dem jede der Orts- und Winkelkoordinaten des spezi fischen Merkmals abgeändert werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopierschritt merfach im Hinblick auf die Koordinaten von mindestens eines der spezifischen Merkmale des Suchabdruckes ausgeführt wird, um eine Mehrzahl von spezifischen Merkmalen zu erzeugen.