DE68918724T2

DE68918724T2 - Fingerabdruck-Prüfungsverfahren mit Verwendung mehrerer Korrelierungsentscheidungspegel und aufeinanderfolgenden Entscheidungsstufen.

Info

Publication number: DE68918724T2
Application number: DE68918724T
Authority: DE
Inventors: Osamu Eguchi; Toshiharu Kamiya; Kazuyori Kawai; Kouzi Kawasaki; Michinaga Nagura
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1988-02-17
Filing date: 1989-02-17
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2009-02-18
Also published as: EP0329166B1; EP0329166A2; DE68918724D1; EP0329166A3; US5040223A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der anwendbaren Technologie

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren, welches beispielsweise zum Steuern eines tastenlosen Eintrittssystems oder zum Steuern des Eintritts in einen besonderen Raum wie einen Computerraum verwendet werden kann.

Technologie nach dem Stand der Technik

Es sind verschiedene Typen von Vorrichtungen nach dem Stand der Technik zum Prüfen von Fingerabdrücken in Aussicht gestellt worden, bei welchen Einzelpersonen jeweils identifiziert werden können. Eine derartige Vorrichtung kann beispielsweise verwendet werden, um den Eintritt durch eine Tür auf eine oder mehrere autorisierte Einzelpersonen zu beschränken, deren Fingerabdrücke vorregistriert worden sind und welche einen Fingerabdruck liefern müssen, um von der Vorrichtung erkannt zu werden, wenn der Eintritt begehrt wird.
Ein Eintrittssteuerungssystem auf der Grundlage einer Identifizierungsvorrichtung, welches Fingerabdrücke verwendet, muß eine Speichervorrichtung enthalten, in welcher eine oder mehrere registrierte Fingerabdrücke gespeichert sind, d.h. die jeweiligen Fingerabdruckmuster der autorisierten Einzelpersonen, welche vorher registriert worden sind. Wenn der Zutritt zu einem derartigen System begehrt wird, wird ein registriertes Fingerabdruckmuster aus der Speichervorrichtung ausgelesen, und das registrierte Fingerabdruckmuster wird mit dem eingegebenen Fingerabdruchmuster verglichen (d.h. von der Einzelperson, welche den Zutritt begehrt), und es wird beurteilt, ob der registrierte Fingerabdruck mit dem eingegebenen Fingerabdruck übereinstimmt oder nicht. Bei einem System mit einer Mehrzahl von registrierten Einzelpersonen muß sich üblicherweise jede dieser Personen beim Begehren des Zutritts zuerst selbst identifizieren (z.B. durch Eingeben einer speziellen Codenummer), worauf ein entsprechend registriertes Fingerabdruckmuster aus der Speichervorrichtung ausgelesen wird, um mit dem eingegebenen Fingerabdruck verglichen zu werden.
Entsprechend dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Ausführen einer Vorrichtung zur Fingerabdruckprüfung vorgestellt worden. Ein Beispiel enthält die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 56-24675. Mit der Vorrichtung werden Bestimmungspunkte und Gabelungen von Kämmen in der Fingerabdruckstruktur als besondere Punkte innerhalb des Fingerabdrucks erfaßt. Diese Punkte werden im folgenden als Einzelheiten bezeichnet. Die wechselseitigen Positionsbeziehungen der Einzelheiten eines registrierten Fingerabdrucks und die Einzelheiten eines eingegebenen Fingerabdrucks werden miteinander verglichen, oder der registrierte Fingerabdruck und der eingegebene Fingerabdruck werden auf der Grundlage der Anzahl von Kämmen, die zwischen den Einzelheiten existieren, miteinander verglichen. Dadurch wird die Prüfung ausgeführt und angezeigt, ob der eingegebene Fingerabdruck derselbe ist wie der registrierte Fingerabdruck oder nicht.
In der japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 58- 176781 oder dem Communications Institute Research Paper PRU87-31 sind ein Verfahren der Strukturübereinstimmung zur Fingerabdruckprüfung vorgeschlagen worden, welches auf Teile der Fingerabdruckstruktur in der Nähe der Einzelheiten gerichtet ist.
Da bei einem derartigen Fingerabdruck-Prüfungsverfahren jedoch der Betrieb auf das Erfassen der Einzelheiten im voraus und auf das Ausführen der Prüfung mit diesen Einzelheiten als Bezugspunkte gegründet ist, treten Probleme auf, wenn der eingegebene Fingerabdruck eine schlechte Qualität besitzt, d.h. wenn die Oberfläche des die Eingabe betreffenden Fingers rauh ist oder ein Teil der Fingeroberfläche eine konkave Form besitzt. In diesem Fall werden Brüche in den Fingerabdruck-Kämmen erzeugt, die auf dem Bild des eingegebenen Fingerabdrucks erscheinen und es schwierig machen, die Einzelheiten verläßlich zu erfassen. Somit wird lediglich ein niedriger Grad der Zuverlässigkeit der Prüfung erzielt.
Ein anderes Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach dem Stand der Technik ist in dem US-Patent Nr. 4,581,760 offenbart. Bei dem Verfahren wird ein Paar kleiner Segmente eines registrierten Fingerabdrucks in einem Speicher gehalten und mit den jeweiligen Teilen eines Bildes eines eingegebenen Fingerabdrucks verglichen, wenn eine Prüfung verlangt wird. Die registrierten Fingerabdrucksegmente und die Teile des eingegebenen Fingerabdrucks werden in der Form von Anordnungen von Pixeln in zwei Zuständen (Bildelementen) verarbeitet. Es wird ein Vergleich ausgeführt durch Finden von vier Positionen der registrierten Fingerabdrucksegmente relativ zu den Teilen des eingegebenen Fingerabdrucks, d.h. von Positionen, bei welchen eine maximale Korrolation zwischen Pixeln mit dem Zustand schwarz eines registrierten Fingerabdrucksegments und einem der Teile des eingegebenen Fingerabdrucks, zwischen Pixeln mit dem Zustand weiß des Segments des registrierten Fingerabdrucks und einem Teil eines eingegebenen Fingerabdrucks, zwischen Pixeln mit dem Zustand schwarz des anderen Segments des registrierten Fingerabdrucks und dem anderen Teil des eingegebenen Fingerabdrucks und zwischen den Pixeln mit dem Zustand weiß des Segments des registrierten Fingerabdrucks und dem Teil des eingegebenen Fingerabdrucks auftritt. Die Kriterien zum Akzeptieren oder Zurückweisen eines eingegebenen Fingerabdrucks gründen sich im wesentlichen auf die wechselseitigen Beziehungen zwischen den vier Positionen, es werden jedoch von dem Erfinder auch noch andere zusätzliche Überprüfungskriterien benannt.
Der Grund zum Verwenden einer Anzahl von unterschiedlichen Kriterien zum Prüfen eines eingegebenen Fingerabdrucks mit der Vorrichtung nach dem letztgenannten Patent liegt eher als eine Vereinfachung einer Entscheidung auf der Grundlage darauf, ob eine Anzahl von wechselseitig übereinstimmenden Pixeln (d.h. ein Korrelationswert) oberhalb eines bestimmten Schwellwertpegels liegt, in dem Erhöhen der Rate von richtigen Identifizierungen, während die Rate der unrichtigen Identifizierungen und unrichtigen Zurückweisungen reduziert wird. Es zeigt sich jedoch, daß die Erfindung nicht tatsächlich eine Lösung des Problems selbst vorsieht, da der Erfinder erklärt, daß "wesentliche Verbesserungen" bei Identifizierungsfehlern erzielt werden können, wenn ein Cascadieren von zwei unterschiedlichen Fingerabdrücken (d.h. durch den Anforderungszugriff einer Person) verwendet wird und wenn die Person an das sorgfältige Plazieren ihres Fingers auf die Platte (des Eingabephotorezeptors) gewöhnt ist.
In dieser Hinsicht verwendet die Vorrichtung des obigen Patents einen Vergleich der Segmente des registrierten Fingerabdrucks mit lediglich den oben erwähnten kleinen Teilen (die als "Domänen" bezeichnet werden) des eingegebenen Fingerabdrucks eher als ein Vergleich der Segmente des registrierten Fingerabdrucks mit dem vollständigen eingegebenen Fingerabdruck. Dies wird durchgeführt, um die für die Prüfung benötigte Zeit zu reduzieren, da ein Vergleich zwischen jedem Segment des registrierten Fingerabdrucks und einer Domäne des eingegebenen Fingerabdrucks ausgeführt wird durch sequentielles Bewegen eines Segments des registrierten Fingerabdrucks - ein Pixel zur Zeit - innerhalb der Grenzen der Domäne, und es wird somit eine Berechnung des Korrelationswerts an jeder Position erzielt. Jede Position der maximalen Korrelation kann danach berechnet werden.
Somit ergibt sich bei einem Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach dem Stand der Technik, bei welchem eine Überprüfung der Einzelheiten des Fingerabdrucks durchgeführt wird, der Nachteil, daß ein hinreichender Betrieb nicht erzielt wird, wenn ein zu prüfender Fingerabdruck eine schlechte Qualität besitzt. Demgegenüber ergibt sich bei einem Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach dem Stand der Technik, bei welchem jeder Fingerabdruck in kleine Pixel unterteilt wird und durch Bewegen eines registrierten Fingerabdrucks relativ zu einem eingegebenen Fingerabdruck in Schritten von Pixeleinheiten ein Vergleich durchgeführt wird, der Nachteil, daß übermäßig Zeit benötigt wird, die Prüfung auszuführen, unabhängig davon, ob der eingegebenen Fingerabdruck eine schlechte oder eine gute Qualität besitzt und unabhängig davon, ob der eingegebenen Fingerabdruck sich sehr von dem registrierten Fingerabdruck unterscheidet und Bereiche ähnlich zu denen des registrierten Fingerabdrucks enthält.
In der Druckschrift von 1985 Carnahan Conference on Security Technology vom 15. Mai 1985, Lexington USA, ist ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren beschrieben, bei welchem zu der Zeit der Prüfung zwei Schwellenwerte Tu und T1 bezüglich des Grads der Korrelation festgesetzt werden. Mit diesem Verfahren werden bestimmte Einzelheiten eines Fingerabdrucks zur Registrierung ausgewählt, eher als das eine Vereinfachung unter Verwendung der Kämme und Täler des Fingerabdrucks selbst bezüglich der Korrelationsprüfung auftritt. Wenn bei der Prüfung der Grad der Korrelation zwischen einem eingegebenen Fingerabdruck und einem registrierten Fingerabdruck größer ist als Tu, wird der eingegebene Fingerabdruck akzeptiert, wenn der Grad der Korrelation niedriger als T1 ist, wird der eingegebene Fingerabdruck zurückgewiesen, und wenn der Grad der Korrelation zwischen Tu und T1 liegt, wird das Prüfungsverfahren wiederholt, d.h. es wird mit dem selben Finger oder mit einem anderen Finger eine erneute Prüfung durchgeführt. Dies geschieht, um den Grad einer fehlerhaften Prüfung zu reduzieren.
Darüber hinaus ist bei allen Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach dem Stand der Technik das Erzielen einer hohen Gesamtprüfungsrate (mit einer niedrigen Rate von unrichtigen Zurückweisungen von eingegebenen Fingerabdrücken) inkompatibel mit einem Erzielen einer niedrigen Rate einer unrichtigen Akzeptanz.

Übersicht über die Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bei dem Stand der Technik auftretenden Schwierigkeiten wie oben beschrieben durch Vorsehen eines Fingerabdruck-Prüfungsverfahren mittels einer Vorrichtung zum Überwinden, bei welchem es nicht nötig ist, eine Erfassung von Einzelheiten eines Fingerabdrucks auszuführen, so daß sogar in dem Fall eines Bilds eines eingegebenen Fingerabdrucks mit niedriger Qualität (bei welchem eine große Anzahl von Abtrennungen oder anderen Beschädigungen der Fingerabdruck-Kämme vorliegt) ein hinreichender Grad von Zuverlässigkeit der Prüfung erzielt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren vorzusehen, bei welchem eine hohe Gesamtprüfungsrate und eine niedrige Rate von unrichtigen Zurückweisungen der eingegebenen Fingerabdrücke zusammen mit einer vernachlässigbar kleinen Rate von unrichtigen Identifizierungen erzielt werden kann.
Des weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren vorzusehen, bei welchem die Durchschnittsgeschwindigkeit der Prüfung durch Sicherstellen, daß ein unrichtig eingegebener Fingerabdruck, welcher bereits als unrichtig beurteilt worden ist, schnell in einer frühen Stufe der Prüfung zurückgewiesen wird, auf einen hohen Wert bestimmt wird, und bei welchem ein detailliertes Überprüfen eines eingegebenen Fingerabdrucks lediglich ausgeführt wird, wenn die Beurteilung schwierig ist, beispielsweise wenn der eingegebene Fingerabdruck eine schlechte Qualität besitzt und/oder Bereiche ähnlich denen eines registrierten Fingerabdrucks enthält.
Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitet wie folgt. Vor der Verwendung der Vorrichtung zur Fingerabdruck-Prüfung wird ein primäres Fenstergebiet (d.h. ein rechteckiges Segment) und wenigstens ein sekundäres Fenstergebiet (das an einer Seite des primären Fenstergebiets positioniert ist) eines Fingerabdrucks einer autorisierten Person in entsprechende Anordnungen von Pixel umgewandelt, wobei jeder der Pixel einen Zustand weiß oder schwarz (der im folgenden als Zustand "1" bzw. "0" bezeichnet wird) entsprechend Gebieten eines Fingerabdruck-Kamms bzw. Fingerabdruck-Tals annehmen kann, und werden in dieser Form in einem Speicher gespeichert. Wenn eine Prüfung verlangt wird, wird der eingegebene Fingerabdruck zuerst in eine Anordnung bzw. Matrix von Pixeln umgewandelt und zwischenzeitlich in einem Speicher gespeichert. Danach werden Datenoperationen ausgeführt, bei welchen das primäre Fenstergebiet des registrierten Fingerabdrucks relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruck durch aufeinanderfolgende Positionsverschiebungen ersetzt wird, bis eine Position gefunden wird, bei welcher eine optimale Übereinstimmung (d.h. eine maximale Korrelation) zwischen dem primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdrucks und des eingegebenen Fingerabdrucks vorliegt. Der Grad der Korrelation wird darauf als Zahl von wechselseitig sich nicht entsprechenden Pixeln gemessen. Danach wird eine Beurteilung dahingehend durchgeführt, ob der Grad der Korrelation innerhalb eines ersten Bereichs liegt, wodurch angezeigt wird, daß der eingegebene Fingerabdruck zweifellos als zu dem registrierten Fingerabdruck identisch akzeptiert wird, innerhalb eines zweiten Bereichs, wodurch angezeigt wird, daß der eingegebene Fingerabdruck zweifellos als zu dem registrierten Fingerabdruck unterschiedlich zurückgewiesen wird, oder innerhalb eines dritten Bereichs, wodurch angezeigt wird, daß eine zweifelsfreie Beurteilung in dieser Stufe nicht möglich ist. Wenn der Grad der Korrelation in dem dritten Bereich liegt, wird eine zweite Stufe einer Positionsübereinstimmung und einer Messung der Korrelation unter Verwendung (wenigstens) eines sekundären Fenstergebiets auf ähnliche Weise wie derjenigen, die bezüglich des ersten Fenstergebiets beschrieben wurde, ausgeführt. Wenn der Grad der in der zweiten Stufe gefundenen Korrelation oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegt, wird der eingegebene Fingerabdruck akzeptiert, während der eingegebene Fingerabdruck zurückgewiesen wird, wenn der Grad unter dem Schwellenwert liegt.
Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren vor, bei welchem Fingerabdruck-Gebiete als Daten verarbeitet werden, welche Pixelmatrizen darstellen, wobei jedes Pixel einen ersten Zustand entsprechend einem Fingerabdruck-Kamm oder einen zweiten Zustand entsprechend einem Fingerabdruck-Tal annimmt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(a) Bereitstellen eines primären Fenstergebiets eines registrierten Fingerabdruckbilds einer registrierten Einzelperson, wobei das primäre Fenstergebiet in einem Gebiet des registrierten Fingerabdruckbilds gelegen ist, und wenigstens eines sekundären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds, wobei das sekundäre Fenstergebiet wenigstens teilweise außerhalb des primären Fenstergebiets gelegen ist;
(b) Bereitstellen eines Eingangsfingerabdruckbilds, welches bezüglich einer Übereinstimmung mit dem registrierten Fingerabdruckbild überprüft werden soll;
(c) Ausführen des Prüfungsverfahrens in einer ersten Stufe mittels Finden eines Gebiets des Eingangsfingerabdruckbilds, welches die maximale Korrelation mit dem primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds besitzt, wobei das Gebiet des Eingangsfingerabdruckbilds in Übereinstimmung mit dem primären Fenstergebiet gebildet ist, und Messen eines Grads der Korrelation;
(d) Beurteilen des Grads der Korrelation auf der Grundlage von vorherbestimmten Parametern und, wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines vorbestimmten niederen Bereiches befindlich beurteilt wird, Akzeptieren des Eingangsfingerdruckbilds als übereinstimmend mit dem registrierten Fingerabdruckbild und Beenden des Verfahren, und, wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines vorbestimmten hohen Bereiches befindlich beurteilt wird, Zurückweisen des Eingangsfingerabdruckbilds und Beenden des Verfahrens, und, wenn der Grad der Korrelation als in einem Bereich befindlich beurteilt wird, bei welchem eine endgültige Entscheidung bezüglich der Akzeptanz oder Zurückweisung des Eingangsfingerbilds schwer zu erzielen ist, Durchführen eines Prüfungsverfahrens in einer zweiten Stufe;
(e) Ausführen der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens durch Finden eines zweiten Gebiets des Eingangsfingerabdruckbilds, welches in Übereinstimmung damit gebildet ist und eine maximale Korrelation mit dem sekundären Fenstergebiet des registierten Fingerabdruckbilds besitzt, und Messen eines Grads der Korrelation; und
(f) Treffen einer Entscheidung bezüglich der Akzeptanz oder Zurückweisung des Eingangsfingerabdruckbilds auf der (Fiie:ANM\NDO499B1.doc] Beschreibung, 11.01.95 Grundlage des in dem Schritt (e) erlangten Grads der Korrelation.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Photorezeptors bezüglich einer Vorrichtung zur Fingerabdruckprüfung zum Ausführen des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein allgemeines Blockdiagramm eines Beispiels einer Vorrichtung zur Fingerabdruckprüfung zum Ausführen des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm, welches Details des Speichers und der Datenverarbeitungsschaltungen der Vorrichtung von Fig. 2 darstellt;
Fig. 4 veranschaulicht graphisch Beziehungen zwischen den Korrelationswert-Entscheidungsschwellenwerten, einer Gesamtrate der Prüfung und einer Rate von fehlerhaften Prüfungen;
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm zum Unterstützen der Beschreibung des Betriebs einer ersten Ausführungsform eines Fingerabdruck-Prüfungsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 veranschaulicht ein Beispiel einer Fingerabdruck-Struktur innerhalb eines ersten Fenstergebiets, welches in eine Anordnung von Fenstersegmenten unterteilt ist, zur Unterstützung der Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figuren 7(a) und 7(b) zeigen Diagramme von vereinfachten Beispielen von Fenstergebieten eines registrierten Fingerabdrucks und eines eingegebenen Fingerabdrucks zur Un-
terstützung der Beschreibung der zweiten Ausführungsform; und
Fig. 8 zeigt ein Flußdiagramm zum Beschreiben einer Prüfungsoperation einer ersten Stufe der zweiten Ausführungs form.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Vorrichtung zur Fingerabdruckprüfung zur Ausführung einer ersten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Photorezeptors, welcher für die Eingabe eines Fingerabdrucks in die Vorrichtung geeignet ist. Von einer Lichtquelle 13 emittiertes Licht 15 wird innerhalb eines Prismas 11 von einer Oberfläche des Prismas 11 reflektiert, auf welche eine Oberfläche eines Fingers 12 plaziert wird. Das resultierende Licht, welches aus dem Prisma 11 herauskommt, wird von einem Bildsensor 14 empfangen, wobei Kämme und Täler (zwischen den Kämmen) des Fingerabdrucks des Fingers 12 als dunkle und helle Gebiete von dem Sensor 14 empfangen werden, und es wird ein entsprechendes Bildsignal von dem Bildsensor 14 erzeugt.
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm, welches die allgemeine Struktur der Vorrichtung darstellt. Eine bildverarbeitende Schaltung 25 führt Prüfungs- bzw. Verifikationsverarbeitungsoperationen durch. Eine Bildeingangsschaltung 22, ein Bildspeicher 24 und die Bildverarbeitungsschaltung 25, usw. sind über einen Steuerbus 26 an einen Mikrocomputer 27 angeschlossen, der diese Schaltungen steuert. Verarbeitungsergebnisse werden von der Bildverarbeitungsschaltung 25 ausgegeben und dem Mikrocomputer 27 zugeführt, der durch Ausgeben von geeigneten Steuersignalen auf externe Einrichtungen anspricht. Beispielsweise könnte bei einem Steuerungssystem des Eintretens in einen Raum der Mikrocomputer 27 einen Befehl zum Aufsperren einer Tür erteilen, wenn die von der Bildverarbeitungsschaltung 25 zugeführten Verarbeitungsergebnisse anzeigen, daß ein eingegebener Fingerabdruck als mit einem registrierten Fingerabdruck übereinstimmend akzeptiert worden ist.
Der Steuerbus 26 (der sowohl Befehle als auch Daten übertragen kann) ist ebenso mittels einer Disk-Ansteuerungseinrichtung 28 an eine Floppy-Disk 29 angeschlossen, welche als externe Speichervorrichtung arbeitet. Die Floppy-Disk 29 wird zur Speicherung von registrierten Fingerabdruckdaten bezüglich der Prüfungs- bzw. Verifikationsverarbeitung, von Ergebnissen der Prüfungsverarbeitung, eines Steuerprogramms, usw. verwendet. Die Bildeingangsschaltung 22, die Bildverarbeitungsschaltung 25 und der Bildspeicher 24 können ebenso Daten über einen Bildbus 23 austauschen.
Ein Fingerabdruck, der, wie oben beschrieben, als Bildsignal von dem Sensor 14 eingegeben wird, wird einer Bildeingangsschaltung 22 zugeführt und in Daten umgewandelt, bei welchen das Fingerabdruckbild als Anordnung bzw. Matrix von Pixeln (d.h. von Bildelementen) dargestellt wird, wobei jedes Pixel entweder einen Zustand "1" (weiß) oder einen Zustand "0" (schwarz) in Übereinstimmung damit annimmt, ob der entsprechende Teil des Fingerabdruckbilds ein Teil eines Tals oder ein Teil eines Kamms in der Fingerabdruckstruktur darstellt. Vor der Anwendung der Vorrichtung werden die Fingerabdruckdaten von wenigstens einer autorisierten Person, wie oben beschrieben, erlangt und als Bildausgangssignal entsprechend dem Bild des eingegebenen Fingerabdrucks von der Bildeingangsschaltung 22 über den Steuerbus 26 durch die Floppy-Disk Ansteuerungseinrichtung 28 übertragen, um als registriertes Fingerabdruckbild auf der Floppy-Disk 29 gespeichert zu werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung bezieht sich die folgende Beschreibung lediglich auf ein einziges registriertes Fingerabdruckbild, obwohl natürlich eine Vielzahl davon auf der Floppy-Disk 29 gespeichert sein kann.
Mit dieser Ausführungsform der Erfindung extrahiert der Mikrocomputer 27 aus dem registrierten Fingerabdruckbild Daten entsprechend einer Mehrzahl von Abschnitten des Fingerabdruckbilds, wobei die Abschnitte im folgenden als Fenstergebiete bezeichnet werden. Die Fenstergebiete umfassen ein primäres Fenstergebiet, welches in dem zentralen Hauptgebiet des Fingerabdruckbilds gelegen ist, und wenigstens ein sekundäres Fenstergebiet, welches an der Seite des primären Fenstergebiets gelegen ist. Der hier verwendete Ausdruck "zentrales Hauptgebiet" bezeichnet beispielsweise ein Gebiet, welches die Mitte der Windungen bzw. Spiralen eines Fingerabdrucks umgibt. Es wird in der Beschreibung dieser Ausführungsform angenommen, daß ein primäres Fenstergebiet und zwei sekundäre Fenstergebiete verwendet werden, wie detailliert hiernach beschrieben wird. Die Gebiete werden als das oben erwähnte registrierte Fingerabdruckbild auf der Floppy-Disk 29 gespeichert.
Wenn eine Fingerabdruckprüfung ausgeführt werden soll, wird aufeinanderfolgend ein Bild eines eingegebenen Fingerabdrucks der Bildeingangsschaltung 22 zugeführt und in Daten entsprechend einer Pixelmatrix umgewandelt. Die Daten werden als Bildsignal über den Bildbus 23 dem Bildspeicher 24 übertragen und darin zwischenzeitlich gespeichert. Darüber hinaus werden das primäre Fenstergebiet und die sekundären Fenstergebiete des registrierten Fingerabdruckbilds aus der Floppy-Disk 29 ausgelesen und in einem Abschnitt des Bildspeichers 24 gespeichert. Die auf diese Weise in dem Bildspeicher 24 gespeicherten Fingerabdruckdaten werden, wenn benötigt, aufeinanderfolgend über den Bildbus 23 der Bildverarbeitungsschaltung 25 übertragen.
Fig. 3 zeigt Details der Ausbildung der Bildverarbeitungsschaltung 25 und des Bildspeichers 24 dieser Vorrichtung zur Fingerabdruckprüfung. Der Bildspeicher 24 beinhaltet einen ersten Bildspeicherabschnitt 31, der zum Speichern des primären Fenstergebiets und der sekundären Fenstergebiete eines registrierten Fingerabdruckbilds verwendet wird (das von der Floppy-Disk 29 übertragen wird), einen zweiten Bildspeicherabschnitt 32, der zum Speichern eines während der Ausführung einer Prüfungoperation verwendet wird, und einen dritten Bildspeicherabschnitt 33 zum Speichern von während der Prüfungsverarbeitung erlangten Ergebnissen.
Wie oben erwähnt, speichert der erste Bildspeicherabschnitt 31 Fingerabdruckbilddaten bezüglich eines primären Fenstergebiets, welches als Fenstergebiet a bezeichnet wird, das ein zentrales Hauptgebiet des registrierten Fingerabdruckbilds darstellt. Der erste Bildspeicherabschnitt 31 besitzt ebenfalls darin gespeicherte Daten entsprechend den zwei sekundären Fenstergebieten, die als Fenstergebiete b bzw. c bezeichnet werden, welche auf beiden Seiten des primären Fenstergebiets a positioniert sind, wie in Fig. 3 veranschaulicht ist.
Zur Zeit der Ausführung der Prüfung werden Daten bezüglich eines Gebiets des eingegebenen Fingerabdruckbilds entsprechend der Größe und der Form des primären Fenstergebiets a aus dem eingegebenen Fingerabdruckbild, welches in dem zweiten Bildspeicherabschnitt 32 gespeichert ist, extrahiert und der Übereinstimmungsschaltung 35 bzw. Anpassungsschaltung zugeführt. Diese Extrahierung von Daten des primären Fenstergebiets des eingegebenen Fingerabdruckbilds wird im Ansprechen auf von einer Datenextraktionschaltung 34 erteilten Befehlen ausgeführt. Darüber hinaus werden Daten bezüglich des ersten Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds aus dem ersten Bildspeicherabschnitt 31 erlangt und der Übereinstimmungsschaltung 35 zugeführt. Danach wird die Prüfung bezüglich einer Übereinstimmung ausgeführt, d.h. eine Messung der Korrelation zwischen dem Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds und des extrahierten Fenstergebiets des eingegebenen Fingerabdruckbilds. Dieses Verfahren wird von der Übereinstimmungsschaltung 35 durchgeführt, welches die logische Operation des Antivalenzbildens (exclusive-OR-logic sum) jedes Paars von entsprechend positionierten Pixeln der zwei zugeführten Fenstergebiete ableitet. Die Zahl der Pixelpaare, die sich nicht gegenseitig bezüglich ihres Zustands entsprechen (d.h. bezüglich des Zustands "1" oder "0") wird danach von der Pixelmeßschaltung 36 gezählt, und der resultierende Zahlenwert der logischen Operation des Antivalenzbildens wird in dem dritten Bildspeicherabschnitt 33 gespeichert.
Danach extrahiert die Datenextraktionsschaltung 34 ein unterschiedlich positioniertes Fenstergebiet aus dem eingegebenen Fingerabdruckbild, das in einem Speicherabschnitt 32 gehalten wird, durch einen Schritt einer Positionsverschiebung einer festen Größe, und das obige Verfahren wird wiederholt. Derartige aufeinanderfolgende Datenextrahierungsoperationen sind äquivalent dem Schritt von Positionsänderungen des Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild und werden zur Vereinfachung der Beschreibung wie folgt dargestellt.
Die aufeinanderfolgenden Schritte des Vergleichsverfahrens werden durchgeführt, bis ein vorherbestimmtes Gebiet des eingegebenen Fingerabdruckbilds mit dem primären Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdrucksbilds verglichen ist. Eine Position des primären Fenstergebiets a des registierten Fingerabdruckbilds innerhalb des eingegebenen Fingerabdruckbilds wird dabei gefunden, bei welcher eine optimale Korrelation erzielt ist. Diese wird als Position erkannt, so daß irgendeine Stufen- bzw. Schrittverschiebung von der Position zu einer größeren Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden erzeugten Pixeln als der Zahl von sich gegenseitig nicht entsprechenden Pixeln führt, die an der derzeitigen Position erzeugt wurden.
Der Betrag der Positionsverschiebung des primären Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild, welcher nötig ist, um die optimale Position zu erreichen, wird danach erlangt und in einem RAM des Mikrocomputers 27 gespeichert. Wenn die Position der maximalen Korrelation für das primäre Fenstergebiet a somit gefunden worden ist, ist die Zahl der sich gegenseitig nicht entsprechenden Pixel an der Position des primären Fenstergebiets a relativ zu den eingegebenen Fingerabdruckbild natürlich von der Pixelmeßschaltung 36 gezählt worden und in dem RAM des Mikrocomputers gespeichert worden.
Wenn auf diese Weise die Überprüfung der Fingerabdruckstruktur ausgeführt wird, wird die Rate einer fehlerhaften Akzeptanz um so niedriger, d.h. die Rate einer fehlerhaften Beurteilung eines Übereinstimmungszustands wird um so niedriger, je größer das Gebiet der Bilder ist, welche übereinstimmen sollen. Wenn ein Fingerabdruckbild eingegeben wird, ist es jedoch schwierig einzurichten, daß die Position des eingegebenen Fingerabdruckbilds und die Position des registrierten Fingerabdruckbilds gegenseitig ausgerichtet ist. Da die Fingerspitze mit dem zu prüfenden Fingerabdruck weich und flexibel ist, gibt es darüberhinaus eine Verzerrung der Form des eingegebenen Fingerabdruckbilds. Wenn eine Reduzierung der Rate einer fehlerhaften Akzeptanz lediglich durch Erhöhen der Größe der zu übereinstimmenden Gebiete versucht wird, beispielsweise durch Erhöhen der Größe des oben beschriebenen Fenstergebiets a, wird aus diesem Grund danach die Gesamtrate der Prüfung nicht verbessert, d.h. es gibt keine Verbesserung der Rate einer unrichtigen Zurückweisung von eingegebenen Fingerabdrücken. Hierin liegt die wesentliche Grundlage für die Verbesserung der von dem Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehenen Prüfungszuverlässigkeit im Vergleich zu einem Verfahren nach dem Stand der Technik, bei welchem eine Mehrzahl von Fenstergebieten des eingegebenen und des registrierten Fingerabdrucks parallel verglichen wird.
Aus diesem Grund wird bei dem Fingerabdruck-Prüfungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die Überprüfung in wenigstens zwei Stufen ausgeführt. Bei der ersten Ausführungsform umfaßt die erste Stufe die oben beschriebenen Verarbeitungsoperationen, wobei das primäre Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdrucks bezüglich des eingegebenen Fingerabdrucks auf eine Position maximaler Korrelation durch die oben beschriebene aufeinanderfolgende Stufen- bzw. Schrittoperation bewegt wird, worauf der Grad der Korrelation durch Zählen der Zahl von sich gegenseitig nicht entsprechenden Pixeln gemessen wird. Die Zahl wird danach mit zwei unterschiedlichen Entscheidungsschwellenwerten verglichen. Wenn die Zahl von sich gegenseitig nicht entsprechenden Pixeln als in einem hohen Korrelationsbereich befindlich bestimmt wird, welcher unterhalb des niedrigeren der Schwellenwerte liegt, wird entschieden, daß der eingegebene Fingerabdruck mit dem registrierten Fingerabdruck übereinstimmt, d.h. daß ein positives Prüfungsergebnis erzielt wird, und es findet keine weitere Verarbeitung statt. Wenn herausgefunden wird, daß die Zahl von sich gegenseitig nicht entsprechenden Pixeln in einem niedrigen Korrelationsbereich liegt, der größer ist als der größere der zwei Schwellenwerte, dann wird entschieden, daß der eingegebene Fingerabdruck nicht mit dem registrierten Fingerabdruck übereinstimmt, d.h. die Anwendung bzw. Anlegung wird zurückgewiesen und es wird keine weitere Verarbeitung durchgeführt. Wenn sich jedoch die Zahl der sich gegenseitig nicht entsprechenden Pixeln innerhalb eines Bereiches zwischen diesen zwei Schwellenwerten befindet, wird damit angezeigt, daß in dieser Stufe eine endgültige Beurteilung nicht erzielt werden kann, und es wird unter Verwendung der sekundären Fenstergebiete danach eine zweite Stufe des Prüfungsverfahrens begonnen. Die zweite Stufe der Verarbeitung wird jedoch damit begonnen, daß das primäre Fenstergebiet a des registierten Fingerabdruckbilds auf die oben erwähnte Position maximaler Korrelation geschoben wird. Das ist ein grundlegendes Merkmal des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung, wodurch die Rate einer fehlerhaften Akzeptanz reduziert wird (infolge der für die Prüfung verwendeten wirksam erhöhten Gesamtfläche, d.h. der Summe der Flächen des primären Fenstergebiets a und der zwei sekundären Fenstergebiete b und c), zusammen mit einem Erhöhen der Gesamtrate der Akzeptanz infolge der Repositionierung der Fenstergebiete auf eine Art, die in der ersten Stufe der Verarbeitung bestimmt wurde). Die Repositionierung führt zu einer verbesserten Ausrichtung eines richtig eingegebenen Fingerabdrucks und daher zu einer verbesserten Wahrscheinlichkeit der Akzeptanz, sie hat jedoch keinen Einfluß auf die Wahrscheinlichkeit der Akzeptanz eines unkorrekt eingegebenen Fingerabdrucks.
Die obigen Punkte werden unter Bezugnahme auf Fig. 4 detailliert beschrieben, welche graphisch die Beziehungen zwischen der Gesamtrate der Akzeptanz (d.h. dem Verhältnis der Zahl von Versuchen einer Prüfung zu der Zahl von erfolgreichen Prüfungen), der Rate einer fehlerhaften Akzeptanz und der vorher erwähnten Zahl von gegenseitig sich nicht ersprechenden Pixeln veranschaulicht. Kurve A zeigt die Art der Änderung der Gesamtrate der Akzeptanz bezüglich der Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln, während Kurve B die entsprechende Beziehung bezüglich der Rate einer fehlerhaften Akzeptanz darstellt. Wenn wie nach dem Stand der Technik ein einziger Beurteilungsschwellenwert N2 verwendet wird, würde tatsächlich eine wesentliche Zahl von Fällen einer fehlerhaften Prüfung auftreten, d.h. einer fehlerhaften Akzeptanz eines unkorrekten Fingerabdrucks, obwohl die Gesamtrate der Akzeptanz recht hoch gemacht werden könnte. Dies liegt daran, daß eine Zahl von Faktoren verursachen kann, daß der Grad der Korrelation (der in diesem Fall durch die Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln angezeigt ist) in einen gewissen Umfang nicht korrekt beurteilt wird. Wenn der Beurteilungsschwellenwert auf einen Wert unterhalb des Werts N1 verringert wird, wird die Rate einer unkorrekten Prüfung reduziert, jedoch nimmt die Gesamtrate der Akzeptanz einen unzureichenden Wert an (d.h. in vielen Fällen wird ein eingegebener Fingerabdruck fehlerhaft zurückgewiesen). Umgekehrt führt ein Erhöhen des Wertes von N3 natürlich zu einem Erhöhen der Gesamtrate der Akzeptanz, es würde jedoch ebenso die Rate der fehlerhaften Akzeptanz erhöht werden, so daß die Zuverlässigkeit der Identifizierung gering wäre. Somit ist ein Erhöhen der Identifizierungsrate und ein Verringern der fehlerhaften Prüfungsrate invers miteinander verknüpft, so daß sich das Problem nicht lediglich durch Festlegen eines einzigen Beurteilungsschwellenwerts lösen läßt.
Bei dem Fingerabdruck-Prüfungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird, wie oben erwähnt, eine zweistufige Prüfung verwendet, um zu ermöglichen, daß die Identifizierungsrate erhöht wird, während gleichzeitig die Rate einer fehlerhaften Identifizierung verringert wird. Anstelle einer Verwendung von lediglich einem einzigen registrierten Fingerabdruckbild entsprechend dem primären Fenstergebiet a wie bei dem Stand der Technik werden bei dieser Ausführungsform des weiteren sekundäre Fenstergebiete b und c des registrierten Fingerabdruckbilds verwendet, die auf jeder Seite des primären Fenstergebiets a positioniert sind.
Bei der vorliegenden Erfindung werden beide der in Fig. 4 dargestellten Beurteilungsschwellenwerte N1 und N3 verwendet. Unter Bezeichnung der Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln, die in der ersten Stufe des oben beschriebenen Prüfungsverfahrens bestimmt wurden, mit NA, wird beurteilt, wenn NA niedriger als der Beurteilungsschwellenwert N1 ist, daß der eingegebene Fingerabdruck mit dem registrierten Fingerabdruck übereinstimmt (d.h. es liegt ein positives Prüfungsergebnis vor), und es wird keine weitere Handlung vorgenommen. Wenn die Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln NA größer ist als der Beurteilungsschwellenwert N3, wird beurteilt, daß der eingegebene Fingerabdruck und der registrierte Fingerabdruck nicht übereinstimmen (d.h. es liegt ein negatives Prüfungsergebnis vor). Wenn die Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln NA zwischen den Beurteilungsschwellenwerten N1 und N3 liegt, wird jedoch angezeigt, daß in der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens keine Beurteilung möglich ist, und es wird darauf eine zweite Stufe des Prüfungsverfahren ausgeführt. Dies geschieht unter Verwendung der registrierten Fingerabdruckbilder für die sekundären Fenstergebiete b und c. Insbesondere werden die sekundären Fenstergebiete b und c des registrierten Fingerabdruckbilds aus dem ersten Bildspeicherabschnitt 31 ausgelesen, während zwei Fenstergebiete (d.h. in jeweiligen Positionen innerhalb des eingegebenen Fingerabdruckbilds) entsprechend diesen sekundären Fenstergebieten b und c aus dem eingegebenen Fingerabdruckbild von der Datenextrahierungsschaltung 34 extrahiert werden. Anfänglich werden die jeweiligen Positionen der sekundären Fenstergebiete b und c in Übereinstimmung mit der vorher erwähnten Repositionierung des primären Fenstergebiets a bezüglich einer optimalen Korrelation durch einen Betrag und eine Richtung, die in dem oben beschriebenen Verfahren der ersten Stufe errichtet wurde, bestimmt, d.h. wobei jedes der sekundären Fenstergebiete b und c um denselben Betrag und in dieselbe Richtung wie die auf das primäre Fenstergebiet a angewandte Verschiebung verschoben sind, um die Position der im wesentlichen optimalen Korrelation zu erreichen. Die oben beschriebenen Operationen bezüglich des Verfahrens der ersten Stufe unter Verwendung des primären Fenstergebiets a werden danach für die sekundären Fenstergebiete b und c wiederholt. D.h. es wird eine erste Position des sekundären Fenstergebiets b relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild gesucht (ausgehend von der oben erwähnten anfänglich verschobenen Position), bei welcher eine maximale Korrelation gefunden wurde, und die Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln für das sekundäre Fenstergebiet b an der Position der maximalen Korrelation wird von der Pixelmeßschaltung 36 gezählt, um einen Zählwert NB zu erlangen. Diese Operationen werden danach für das sekundäre Fenstergebiet c wiederholt, und es wird die Zahl der gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixel für das zweite Fenstergebiet c gezählt, um einen Zählwert NC zu erlangen. Danach wird eine endgültige Entscheidung darüber, ob der eingegebene Fingerabdruck akzeptiert oder zurückgewiesen wird, durch Vergleichen der für die sekundären Fenstergebiete b und c erlangten Zählwerte mit einem Beurteilungsschwellenwert N4 erhoben, welcher sich von den Beurteilungsschwellenwerten N1 und N3 unterscheidet, die in dem vorher beschriebenen Prüfungsverfahren der ersten Stufe verwendet werden. Wenn bestimmt wird, daß sowohl NB als auch NC unter dem Beurteilungsschwellenwert N4 liegen, wird insbesondere beurteilt, daß der eingegebene Fingerabdruck identisch zu dem registrierten Fingerabdruck ist.
Die registrierten Fingerabdruckbilder bezüglich der sekundären Fenstergebiete b und c werden gegenseitig von dem primären Fenstergebiet a (welches im allgemeinen nach dem Stand der Technik verwendet wird) um eine vorbestimmte Entfernung verschoben. Wie oben dargelegt, ist die Verwendung derartiger sekundärer Fenstergebiete auf diese Weise äquivalent zu einem Ausdehnen der Fläche, welche für die Fingerabdruckbildprüfung verwendet wird. Wenn der eingegebene Fingerabdruck identisch zu dem registrierten Fingerabdruck ist, führt das Prüfungsverfahren der ersten Stufe dazu, daß das registrierte Fingerabdruckbild in einer möglichst großen Übereinstimmung zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild positioniert wird, sogar wenn das eingegebene Fingerabdruckbild bezüglich seiner Form in einem bestimmten Umfang verzerrt ist. In diesem Fall wird im allgemeinen der Zählwert NA auf einen Wert unterhalb des Beurteilungsschwellenwerts N1 bestimmt, so daß der eingegebene Fingerabdruck als geprüft akzeptiert wird, und das Verfahren wird darauf beendet. Wenn jedoch das eingegebene Fingerabdruckbild eine schlecht Qualität besitzt, kann der Zählwert NA als in dem Bereich zwischen den Beurteilungsschwellenwerten N1 und N3 befindlich bestimmt werden. Danach wird die zweite Stufe des Prüfungsverfahrens in dem Fall durchgeführt, bei welchem die sekundären Fenstergebiete b und c jeweils anfänglich bezüglich engster Übereinstimmung mit dem eingegebenen Fingerabdruck ausgerichtet sind, was durch die Ergebnisse des Verfahrens der ersten Stufe bestimmt wurde.
Wenn der eingegebene Fingerabdruck tatsächlich derjenige einer Person ist, der nicht dem registrierten Fingerabdruckbild entspricht, wird in der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens entschieden, daß die Fingerabdrücke nicht übereinstimmen, sogar wenn das Gebiet des eingegebenen Fingerabdruckbilds für übereinstimmend mit dem primären Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdrucks befunden wird, so daß während der ersten Stufe der Prüfung befunden wird, daß die Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln NA innerhalb des Bereiches zwischen den Beurteilungsschwellenwerten N1 und N3 liegt. Dies liegt daran, daß, obwohl es eine Möglichkeit einer übereinstimmenden Ähnlichkeit eines kleinen Gebiets eines unkorrekt eingegebenen Fingerabdrucks bezüglich des primären Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdrucks gibt, es eine vernachlässigbare Möglichkeit gibt, daß es eine derartige Ähnlichkeit zwischen jedem der sekundären Fenstergebiete b und c des registrierten Fingerabdruckbilds und von zwei Gebieten des eingegebenen Fingerabdruckbilds gibt. Somit ist die Möglichkeit einer fehlerhaften Identifizierung sehr klein, d.h. wiederum auf Fig. 4 bezogen, die Rate der fehlerhaften Akzeptanz ist im wesentlichen äquivalent zu derjenigen Rate, welche unter Verwendung eines Beurteilungs- bzw. Entscheidungsschwellenwerts unterhalb von N1 erzielbar ist, wohingegen die Gesamtrate der Akzeptanz derjenigen entspricht, die mit einem Entscheidungsschwellenwert erzielbar wäre, der größer als N3 ist.
So ist es zu verstehen, daß die zweistufige, Dreifachentscheidungsschwellenwertgrundlage des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sowohl eine hohe Rate einer Gesamtakzeptanz (mit einem geringen Anteil von unkorrekten Zurückweisungen) als auch eine niedrige Rate einer fehlerhaften Akzeptanz ermöglicht, die zu erzielen sind.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des oben beschriebenen Prüfungsbetriebs. Wenn mit der Prüfung begonnen wird, wird zuerst ein Schritt 101 ausgeführt, bei welchem eine grobe Übereinstimmung der Fingerabdruckbilder bezüglich des ersten Fenstergebiets a durchgeführt wird. Dieser Schritt wird durchgeführt, um die Geschwindigkeit des Prüfungsverfahrens zu erhöhen; da es nötig ist, ein großes Gebiet des eingegebenen Fingerabdruckbilds zu suchen (da das Bild im wesentlichen fehlpositioniert sein kann), wodurch übermäßige Zeit benötigt wird, wenn ein schrittweiser Vergleich in Einheiten von Pixeln ausgeführt werden würde. In dem Schritt 101 wird daher anstelle eines aufeinanderfolgenden Vergleichens des primären Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds mit dem eingegebenen Fingerabdruckbild durch Schieben des primären Fenstergebiets a in Schritten von Pixeleinheiten das Fenster in Schritten eines wesentlich größeren Betrags bewegt, so daß im wesentlichen die ganze Fläche des eingegebenen Fingerabdruckbilds schnell abgetastet werden kann, um eine ungefähre Position einer optimalen Korrelation zwischen dem primären Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds und dem eingegebenen Fingerabdruckbild zu finden. Insbesondere wird in dem Schritt 101 das erste Fenstergebiet a bezüglich des eingegebenen Fingerabdruckbilds in aufeinanderfolgenden Schritten einer spezifisch groben Teilung bzw. eines Rasterabstand bewegt, welcher im wesentlichen größer als der Abstand der Pixel ist, durch schrittweise Bewegung nach oben, nach unten, nach links oder nach rechts, wie es verlangt wird. Die Ausdrücke "nach oben", "nach unten", "nach links" und "nach rechts" werden hier verwendet, um Richtungen parallel zu rechteckigen Achsen der Pixelmatrix anzuzeigen, die ein Fenstergebiet bilden. Die grobe Teilung wird vorzugsweise auf etwa 1/2 des Abstands der Fingerabdruck-Kämme bestimmt. Mit der Operation wird fortgefahren, bis im wesentlichen das gesamte Gebiet des eingegebenen Fingerabdruckbilds mit dem primären Fenstergebiet a verglichen ist, wobei eine Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln gezählt worden ist, wie oben beschrieben wurde, worauf jede der Positionsschiebungen grober Teilung folgt. Danach wird die Verarbeitung des so erlangten Satzes von Zählwerten ausgeführt, um eine optimale Korrelationsposition des Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild zu finden, bei welcher die Zahl von sich nicht entsprechenden Pixelelementen am kleinsten ist. Dieser Vorgang ist natürlich äquivalent zu demjenigen des Findens eines Gebiets des eingegebenen Fingerabdruckbilds, das identisch der Struktur des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdrucksbilds ist und eine maximale Korrelation zu dem Fenstergebiet besitzt.
Der Betrag der Verschiebung des Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds, der benötigt wird, um das Fenster von seiner anfänglichen Position relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild (vor dem Beginn des groben Prüfungsverfahrens) zu der Position der optimalen Korrelation zu schieben, wird somit erlangt.
Mit diesem Betrag der Positionsverschiebung, die in dem Schritt 101 angewendet worden ist, rückt die Operation zu einem Schritt 102 vor, bei welchem ein feines Prüfungsverfahren ausgeführt wird. In dem Schritt 102 wird ebenso wie in dem Schritt 101 das primäre Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds um einen Schritt zur Zeit von einer anfänglichen Position (d.h. von der vorher erwähnten Position einer optimalen Korrelation) nach oben und unten und nach links und nach rechts bewegt, wobei die Teilung der Verschiebungsschritte in diesem Fall gleich dem Abstand der Pixel ist. Bei jedem Schritt wird die Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln zwischen dem primären Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds und des eingegebenen Fingerabdruckbilds bestimmt. D.h. es wird beispielsweise das primäre Fenstergebiet zuerst in aufeinanderfolgenden Schritten einer Teilung nach oben bewegt, bis eine Stufe erreicht ist, bei welcher ein weiterer Schritt nach oben zu einer größeren Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln gegenüber der derzeitigen Position des Fenstergebiets führen würde. Das Fenstergebiet könnte danach auf ähnliche Weise nach rechts abgeschritten werden, bis eine Stufe erreicht ist, bei welcher ein weiterer Schritt nach rechts zu einer größeren Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln gegenüber der derzeitigen Position ergeben würde. Dieses Verfahren würde danach für ein Abschreiten nach unten und ein Abschreiten nach links wiederholt werden und es würde mit dem Verfahren fortgefahren werden, bis eine optimale Korrelationsposition des registrierten Fingerabdruckbilds relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild erzielt wäre. Damit ist eine Position erreicht, bei welcher irgendeine schrittweise Bewegung des primären Fenstergebiets a von der Position nach links oder rechts, nach oben oder unten zu einer größeren Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln führen würde, die zwischen dem eingegebenen Fingerabdruckbild und dem Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds gegenüber der Zahl von gegenseitig sich nicht entsprechenden Pixeln an der derzeitigen Position vorliegen. Der Betrag der Positionsverschiebung, der bezüglich des primären Fenstergebiets a des registrierten Fingerabdruckbilds relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild angewandt worden ist, um den Zustand zu erreichen, von der anfänglichen Position des registrierten Fingerabdruckbilds (vor dem Schritt 101) wird darauf erzielt und in dem Speicher des Mikrocomputers 27 abgespeichert.
Die grundliegenden Prinzipien des oben beschriebenen Verfahrens des Übereinstimmens bzw. Anpassens einer Fingerabdruckstuktur zu einer anderen durch aufeinanderfolgende Schritte einer Struktur relativ zu einer anderen in Einheiten von Pixeln sind aus dem Stand der Technik bekannt, wie er in dem US-Patent 4,581,760 beschrieben ist.
Obwohl das feine Prüfungsverfahren durch Verschieben des Fentergebiets a in Einheiten einer Pixelgröße durchgeführt wird, kann die vorbestimmte Fläche des registrierten Fingerabdruckbilds, innerhalb derer die Verschiebung des Fenstergebiets a stattfindet, wesentlich kleiner gemacht werden als die in dem groben Prüfungsschritt 101 verwendete Suchfläche, so daß das feine Prüfungsverfahren schnell ausgeführt werden kann. Dies ist möglich, da eine ungefähre Position einer optimalen Korrelation zwischen dem registrierten Fingerabdruckbild und dem eingegebenen Fingerabdruckbild in dem groben Prüfungsschritt 101 gefunden worden ist, wodurch eine wesentliche Verschiebung des eingegebenen Fingerabdruckbilds infolge einer unkorrekten Plazierung der Fingerspitze auf dem Bildsensor 14 kompensiert wird.
In dem darauffolgenden Schritt 103 wird die Zahl von gegenseitig nicht übereinstimmenden Pixeln bezüglich der derzeitigen Position des primären Fenstergebiets a, welche mit NA bezeichnet ist, erlangt.
In dem nächsten Schritt 104 wird die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln NA, die in dem Schritt 103 erlangt worden ist, mit einem ersten Entscheidungsschwellenwert N1 (dargestellt in Fig. 3) als eine erste Entscheidungsverfahrensoperation verglichen. Wenn in dem Schritt 104 festgestellt wird, daß N1 < NA < N3 gilt, dann rückt die Operation zu einem Schritt 105 der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens vor. Wenn festgestellt wird, daß NA ≤ N1 gilt, dann wird entschieden, daß eine Fingerabdruckübereinstimmung gefunden worden ist, d.h. ein positives Prüfungsergebnis wird ausgegeben, und die Verarbeitung wird beendet. Wenn NA ≥ N3 gilt, wird entschieden, daß die Fingerabdrücke nicht übereinstimmen, d.h. es wird ein negatives Prüfungsergebnis erhalten, und das Verfahren wird beendet.
Die oben beschriebenen Reihen von Operationsschritten 101 bis 103 (die zusammen als Verfahrensstufe 100 bezeichnet werden) bilden die erste Stufe des Prüfungsverfahrens. Wenn in dem Beurteilungsschritt 104 herausgefunden wurde, daß eine endgültige Entscheidung in der ersten Stufe des Verfahrens nicht erzielt werden kann (d.h. die Zahl der gegenseitig nicht zueinander passenden Pixel liegt innerhalb des Bereiches zwischen N1 und N3, wie in Fig. 4 dargestellt), dann wird die zweite Stufe des Überprüfungsverfahrens begonnen, welche im folgenden beschrieben wird.
In einem Schritt 105 wird unter Verwendung des sekundären Fenstergebiets b des registrierten Fingerabdruckbilds die feine Prüfung ausgeführt. Dieses Prüfungsverfahren beginnt mit dem sekundären Fenstergebiet b, welches relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild um den letzten Betrag der in dem Schritt 102 erlangten Positionsverschiebung, wie oben beschrieben ist, verschoben worden ist. Eine Position einer optimalen Korrelation zwischen dem sekundären Fenstergebiet b und dem eingegebenen Fingerabdruckbild wird wie in dem Schritt 102 durch Verschiebung des sekundären Fenstergebiets b in aufeinanderfolgenden Schritten von Pixeleinheiten gefunden, wie oben bezüglich des Schrittes 102 beschrieben, um eine Position einer optimalen Korrelation zwischen dem sekundären Fenstergebiet b des registrierten Fingerabdruckbilds und des eingegebenen Fingerabdruckbilds zu finden. In einem Schritt 106 wird die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln als Ergebnis des feinen Prüfungsverfahrens erlangt. Als nächstes wird in einem Schritt 107 wie in dem oben beschriebenen Schritt 105 eine feine Prüfung des sekundären Fenstergebiets c des registrierten Fingerabdruckbilds bezüglich des eingegebenen Fingerabdruckbilds durchgeführt, und in einem Schritt 108 wird die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln NC an der optimalen Korrelationsposition gezählt, die für das Fenstergebiet c so erlangt wurde.
Danach wird eine zweite Entscheidungsoperation in einem Schritt 109 ausgeführt, bei welchem die Zahlen von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln NB und NC jeweils mit einem Entscheidungsschwellenwert N4 verglichen werden. Wenn herausgefunden wird, daß NB ≥ N4 oder daß NC ≥ N4 gilt, wird ein negatives Prüfungsergebnis ausgegeben. Wenn herausgefunden wird, daß NB < N4 und ebenso NC < N4 gilt, wird ein positives Prüfungsergebnis ausgegeben, d.h. der eingegebene Fingerabdruck wird akzeptiert.
Die Schritte 105 bis 108 bilden somit die zweite Stufe des Prüfungsverfahrens, auf welches oben Bezug genommen worden ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform werden während der zweiten Stufe des im Prüfungsverfahren zwei sekundäre Fenstergebiete b und c verwendet, die an jeder Seite des primären Fenstergebiets a angeordnet sind, das das Hauptgebiet der Prüfungsoperation darstellt. Zahlen von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln werden für jedes der sekundären Fenstergebiete b bzw. c gezählt. Es ist jedoch nicht wesentlich, beide sekundäre Fenstergebiete b und c zu verwenden, und es wäre gleichfalls möglich, lediglich eins der Gebiete zu verwenden, während ein hinreichend hoher Grad von Verläßlichkeit bezüglich der Prüfungsergebnisse erzielt wird.

(Zweite Ausführungsform)

Vor dem Ausführen der Prüfung eines eingegebenen Fingerabdruckbilds durch Vergleichen des Bildes mit Gebieten eines registrierten Fingerabdruckbilds ist es nötig, die relativen Positionen des registrierten Fingerabdruckbilds und des eingegebenen Fingerabdruckbilds einzustellen, um eine positionelle Fehlausrichtung des eingegebenen Fingerabdruckbilds zu kompensieren. Sogar wenn das eingegebene Fingerabdruckbild identisch zu dem registrierten Fingerabdruckbild ist, kann die Person, welche Prüfung verlangt, ihre Fingerspitze auf den Bildsensor an einer Position plazieren, die unterschiedlich zu der zur Zeit der Registrierung des Fingerabdrucks verwendeten Position ist. In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird die Positionierungseinstellung schnell durchgeführt durch Ausführen einer ersten Verschiebung des primären Fenstergebiets a in dem Schritt 101 der groben Prüfung, auf welchen eine weitere Verschiebung in dem Schritt 102 der feinen Prüfung folgt. Es wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei welcher diese Positionierungseinstellung zwischen dem eingegebenen Fingerabdruckbild und dem registrierten Fingerabdruckbild mit größerer Genauigkeit und Schnelligkeit ausgeführt werden kann, wobei auf Fig. 6 Bezug genommen wird. Mit dieser Ausführungsform, die in Fig. 6 veranschaulicht ist, wird das registrierte Fingerabdruckbild (welches in bzw. als Daten entsprechend einer Pixelmatrix verarbeitet worden ist) in eine Anordnung bzw. Matrix kleiner Gebiete unterteilt, welche im folgenden als Fenstersegmente bezeichnet werden, wobei die horizontale und die vertikale Koordinatenachse der Anordnung als i- bzw. j- Achse bezeichnet wird. Das Fingerabdruckbild wird entlang der i-Achse in (n + 1) Fenstersegmente unterteilt und entlang der j-Achse in (m + 1) Fenstersegmente. Jedes der Fenstersegmente besitzt eine Breite Δi und eine Höhe Δj, wobei jedes Fenstersegment einer ganzen Zahl von Pixeln entspricht. Ein eingegebenes Fingerabdruckbild wird auf ähnliche Weise in eine derartige Anordnung von Fenstersegmenten unterteilt.
In einem anfänglichen Schritt des Positionierens und Überprüfens werden die Zahlen von Pixeln, die sich in dem Zustand weiß (d.h. in dem Zustand "1") innerhalb der jeweiligen Fenstersegmente des eingegebenen Fingerabdruckbilds befinden, gezählt. Auf ähnliche Weise wird die Zahl von Pixeln gezählt, welche sich in dem Zustand weiß innerhalb der jeweiligen Fenstersegmente des registrierten Fingerabdruckbilds befinden. Unter Bezeichnung der Zahl der Pixel, die sich in dem Zustand weiß innerhalb der Fenstersegmente des registrierten Fingerabdruckbilds befinden, als numerische Matrix PR(i, j), d.h. einem Satz von Werten PR(i&sub0;, j&sub0;), ... PR(in, jm), und der Zahl von Pixeln, welche sich in dem Zustand weiß innerhalb der Fenstergebiete des eingegebenen Fingerabdruckbilds befinden, als numerische Matrix PV(i, j), wird der Betrag der Positionsverschiebung zwischen dem registrierten Fingerabdruckbild und dem eingegebenen Fingerabdruckbild durch Ableiten von jeweiligen Werten (i&sub0;, j&sub0;) berechnet, welche zu einem minimalen Wert führen, der bezüglich einer Positionsverschiebungsfunktion S(i&sub0;, j&sub0;) erzielt wird. Diese Positionsverschiebungsfunktion wird durch die unten beschriebene Gleichung (1) dargestellt.
S(i&sub0;, j&sub0;) = Σ PV(i, j) - PR(i + i&sub0;, j + j&sub0;) /N ......(1)
wobei N = ΣΔi . Δj .......(2) gilt
Die Grenzen der Summe werden wie folgt festgelegt:
i = min (n, n+i&sub0;)
(wobei -n ≤ i&sub0; ≤ n und -m ≤ j&sub0; ≤ m gilt)
Der Betrag der Positionsverschiebung (Si, Sj) bezüglich der i- und j-Achsen zwischen dem eingegebenen Fingerabdruckbild und dem registrierten Fingerabdruckbild (eine Vektorpositionsverschiebung ausdrückend) wird danach aus folgenden Gleichungen erlangt:
Si = - i&sub0; x Δi ...........(4)
Sj = - j&sub0; x Δj ...........(5)
Die obigen Ausführungen werden im folgenden detailliert beschrieben. Zur Vereinfachung der Erklärung wird angenommen, daß das registrierte Fingerabdruckbild wie in Fig. 7(A) dargestellt strukturiert ist, mit lediglich einem einzigen dunklen Gebiet (d.h. einem Zustand "0"), das in der Mitte des Fingerabdruckbilds wie durch das schraffierte Gebiet angezeigt erscheint, wobei der Rest des Fingerabdruckbilds weiß ist (d.h. den Zustand "1" besitzt). Ebenso wird angenommen, daß zur Zeit einer aufeinanderfolgenden Prüfungsoperation das eingegebene Fingerabdruckbild die in Fig. 7(B) dargestellte Form besitzt. Entsprechend der Darstellung ist jedes Fingerabdruckbild in fünf Inkremente entlang der j-Achse bzw. entlang der i-Achse unterteilt, woraus sich 25 Fenstersegmente ergeben. Es wird angenommen, daß jedes der Inkremente Δj und Δi 10 Pixeln entspricht, d.h. jedes Fenstersegment enthält 100 Pixel. Die numerische Matrix PV(i, j) und PR(i, j) werden daher jeweils wie folgt erlangt:
Wenn keine Positionsverschiebung des registrierten Fingerabdruckbilds relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild ausgeführt würde, d.h. wenn Werte von Null in die Gleichung (1) für jedes i&sub0; und j&sub0; eingesetzt werden würden, würde sich die entsprechende Positionsverschiebungsfunktion S(0, 0) wie folgt ergeben:
S(0, 0) = 25 - 100 + 50 - 100 + ......../10 x 10 x 5 x 5
= 700 / 2500 = 0.28
Wenn jedoch jeder Wert von i&sub0; und j&sub0; gleich eins ist, wird bezüglich der Positionsverschiebungsfunktion ein minimaler Wert wie folgt erlangt
S(1, 1) = 25 - 25 + ......../10 x 10 x 4 x 4
= 0/1600 = 0
Somit werden mit i&sub0; = 1 und j&sub0; = 1, d.h. den Werten, welche die Positionsverschiebungsfunktion S(i, j) minimieren, die horizontalen und vertikalen Komponenten Si und Sj der Positionsverschiebung zwischen dem eingegebenen Fingerabdruckbild und dem registrierten Fingerabdruckbild jeweils wie folgt erlangt:
Si = - i&sub0; x Δi = -1 x 10 = -10
Sj = - j&sub0; x Δj = -1 x 10 = -10
Somit wird entschieden, daß der Betrag der Positionsverschiebung des eingegebenen Fingerabdruckbilds relativ zu dem registrierten Fingerabdruckbild -10 Pixel in Richtung der i-Achse und -10 Pixel in Richtung der j-Achse beträgt.
Die obige Gleichung 1 ist äquivalent dem Ausführen des zweidimensionalen Dichteverteilungsvergleichs. Sogar in dem Fall eines Fingerabdruckbilds, welches infolge Faktoren wie Brüchen in den Kämmen des Abdruckes nicht klar ist, ist die Dichteverteilung des eingegebenen Fingerabdruckbilds identisch derjenigen des registrierten Fingerabdruckbilds (wenn das eingegebene Fingerabdruckbild von der registrierten Person stammt). Der Betrag der Positionsverschiebung zwischen dem angegebenen Fingerabdruckbild und dem registrierten Fingerabdruckbild kann dadurch mit einem hohen Grad von Genauigkeit berechnet werden. Darüber hinaus kann das Zählen der Pixel innerhalb jedem der Fenstersegmente, in welche ein Fingerabdruckbild unterteilt ist, durch die in Fig. 2 dargestellte Bildverarbeitungsschaltung 25 ausgeführt werden, so daß es nicht nötig ist, zu diesem Zweck eine spezielle Schaltung hinzuzufügen. Des weiteren drückt der minimale Wert Smin der Positionsverschiebungsfunktion S(i&sub0;, j&sub0;) einen Grad einer Annäherung an eine Dichteverteilung aus, und wenn dieser minimale Wert Smin oberhalb eines festen Schwellenwerts liegt, kann entschieden werden, daß das eingegebene Fingerabdruckbild nicht dasjenige der registrierten Person ist, und die Prüfungsanforderung wird sofort zurückgewiesen, ohne daß eine weitere Verarbeitung erfordert wird. Wenn umgekehrt der minimale Wert Smin unterhalb des Schwellenwerts liegt, wird dadurch angezeigt, daß es nicht möglich ist, in dieser Stufe eine endgültige Entscheidung zu treffen, und es muß darauf nachfolgend ein Prüfungsverfahren der bezüglich der ersten Ausführungsform beschriebenen Art ausgeführt werden. Jedoch zum Beginn eines derartigen nachfolgenden Prüfungsverfahrens wird das registrierte Fingerabdruckbild anfänglich verschoben, um den Betrag der Positionsverschiebung (Si, Sj) zu kompensieren, der wie oben beschrieben erlangt worden ist. Auf diese Weise wird irgendeine Verschiebung des eingegebenen Fingerabdruckbilds infolge einer Fehlpositionierung der Fingerspitze des Anwenders im wesentlichen kompensiert. Somit kann das "Suchgebiet" des nachfolgenden Prüfungsverfahrens auf einen sehr kleinen Bereich einer Verschiebung des registrierten Fingerabdruckbildfensters relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild begrenzt werden, so daß die dafür benötigte Verarbeitungszeit durch einen Vergleich mit einem Verfahren verkürzt werden kann, bei welchem ein großes Gebiet des eingegebenen Fingerabdruckbilds anfänglich abgetastet werden muß, um ein Gebiet zu finden, das zu dem primären Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds paßt.
Fig. 8 zeigt den Operationsfluß der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens dieser Ausführungsform. Zu Anfang wird ein Schritt 200 ausgeführt, bei welchem aus dem eingegebenen Fingerabdruckbild die oben beschriebene numerische Matrix PV(i, j) erlangt wird. Vor diesem Verfahren, d.h. zu der ursprünglichen Zeit der Registrierung des registrierten Fingerabdruckbilds, ist die numerische Matrix PR(i, j) aus dem registrierten Fingerabdruck erlangt und gespeichert worden, und wird nun aus der Floppy-Disk 29 ausgelesen. In dem nächsten Schritt 201 werden die Werte Si und Sj berechnet, welche den Betrag der Verschiebung des eingegebenen Fingerabdrucksbilds bezüglich des registrierten Fingerabdruckbilds darstellen, d.h. die Werte, welche die Positionsverschiebungsfunktion S(i&sub0;, j&sub0;) minimieren. Darüber hinaus wird der minimale Wert der Positionsverschiebungsfunktion berechnet, der sich aus diesen Werten Si, Sj ergibt. Der minimale Wert wird im folgenden mit Smin bezeichnet.
Als nächstes wird in einem Schritt 202 dieser Wert Smin mit einem Entscheidungsschwellenwert S0 verglichen, und es wird eine Entscheidung getroffen, ob Smin größer als S&sub0; ist. Wenn Smin größer ist, wird entschieden, anzuzeigen, daß das eingegebene Fingerabdruckbild nicht mit dem registrierten Fingerabdruckbild übereinstimmt, und die Verifikationsanforderung wird zurückgewiesen, worauf kein weiteres Verfahren ausgeführt wird. Wenn andererseits Smin nicht größer als S0 ist, zeigt dies an, daß eine endgültige Entscheidung in jener Stufe nicht getroffen werden kann, und die Operation rückt zu einem Schritt 203 vor.
Wenn es eine Mehrzahl von Paaren von Werten bezüglich i&sub0; und j&sub0; gibt, bezüglich derer S(i&sub0;, j&sub0;) unter den Schwellenwert S0 fällt, d.h. Paare von Werten, die jeweilige unterschiedliche Beträge von Positionsverschiebungen darstellen, dann werden diese unterschiedlichen Beträge von Positionsverschiebungen erlangt und darauffolgend, wie nachher beschrieben wird, als "Kandidaten"-Positionsverschiebungswerte bezüglich von darauffolgenden kleineren Werten von S(i&sub0;, j&sub0;) verwendet.
In einem Schritt 203 wird das grobe Prüfungsverfahren bezüglich des Fenstergebiets a ausgeführt, wobei das registrierte Fingerabdruckbildfenster a anfänglich relativ zu dem eingegebenen Fingerabdruckbild in Übereinstimmung mit den Ergebnissen des vorausgehenden Verfahrens positioniert wird, d.h. verschoben wird, um eine Fehlausrichtung des eingegebenen Fingerabdruckbilds zu kompensieren. (Wenn eine Mehrzahl von "Kandidaten"-Verschiebungen, wie oben beschrieben, gefunden worden sind, wird zuerst die Verschiebung verwendet, welche den kleinsten Wert von S(i&sub0;, j) besitzt.) Danach wird das grobe Prüfungsverfahren ausgeführt, welches oben bezüglich Schritt 101 der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, durch Bewegen des registrierten Fingerabdruckbildfensters a in aufeinanderfolgenden Schritten einer Größe, die im wesentlichen gleich der Hälfte des Abstand zwischen den Fingerabdruck-Kämmen ist. In einem Schritt 204 wird eine Entscheidung bezüglich des Ergebnissses dieses Prüfungsverfahrens auf der Grundlage der Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln getroffen, d.h. in Übereinstimmung damit, ob die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln zwischen dem primären Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds und des eingegebenen Fingerabdruckbilds, welche im folgenden mit ND bezeichnet wird, größer ist als ein Entscheidungsschwellenwert N5. Wenn die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln größer als N5 ist, wird das eingegebene Fingerabdruckbild zurückgewiesen. Wenn es lediglich einen einzigen "Kandidaten"-Verschiebungswert gibt, wie oben beschrieben, wird danach das Verfahren beendet. Wenn jedoch eine Zurückweisung erfolgt und es eine Mehrzahl von Kandidaten-Verschiebungswerten des registrierten Fingerabdruckbildfensters a gibt, wird das Fenstergebiet a des registrierten Fingerabdruckbilds auf die Position zu bewegt, welche durch die nächste Eins dieser "Kandidatenwerte" bestimmt ist, und der oben beschriebene Schritt 203 des groben Prüfungsverfahrens wird wiederholt.
Wenn unter Verwendung aller "Kandidatenwerte" bezüglich des Positionsverschiebungsbetrags das grobe Prüfungsverfahren durchgeführt worden ist und herausgefunden wird, daß in jedem Fall ND > N5 gilt, wird entschieden, daß der eingegebene Fingerabdruck nicht übereinstimmt, d.h. er wird zurückgewiesen, und das Verfahren wird daraufhin beendet.
Wenn in dem Schritt 204 nach dem Durchführen des oben beschriebenen groben Prüfungsverfahrens herausgefunden wird, daß die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln ND unterhalb von N&sub5; liegt, rückt das Verfahren zu einem Schritt 205 bezüglich eines feinen Prüfungsverfahrens vor. In dem Schritt 205 wird mit dem registrierten Fingerabdruckbildfenstergebiet a, welches auf eine anfängliche Position festgelegt ist, die durch den Betrag der in den vorausgehenden Schritten gefundenen Positionsverschiebungen bestimmt ist, d.h. mit dem registrierten Fingerabdruckbildfenster a in einem Zustand höchster Korrelation bezüglich des eingegebenen Fingerabdruckbilds, das feine Prüfungsverfahren in Schritten von Pixeln auf dieselbe Art ausgeführt, welche oben bezüglich Schritt 102 von Fig. 5 der ersten Ausführungsform beschrieben ist, um ein Position optimaler Korrelation des primären Fenstergebiets a des eingegebenen Fingerabdruckbilds bezüglich des eingegebenen Fingerabdruckbilds zu finden. Der Betrag der Positionsverschiebung, der auf das registrierte Fingerabdruckbildfenster a angewandt worden ist, um den Zustand bzw. die Bedingung zu erreichen, wird danach erlangt und gespeichert, und in dem nächsten Schritt 206 wird die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln NA an der optimalen Position gezählt.
Das darauffolgende Verfahren ist identisch zu demjenigen, welches bezüglich der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wobei einem Entscheidungsschritt 104 die Schritte 105 bis 108 der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens folgen, wenn eine endgültige Entscheidung in dem Schritt 104 nicht erfolgen kann, d.h. wenn die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln NA innerhalb des in Fig. 4 dargestellten Bereiches N1 bis N3 liegt.
Die oben beschriebene zweite Ausführungsform besitzt folgende Vorteile. Zuerst einmal kann der Betrag der Positionfehlausrichtung zwischen dem eingegebenen Fingerabdruckbild und dem registrierten Fingerabdruckbild durch Berechnen der numerischen Matrixwerte Si, Sj, wie oben beschrieben, sehr schnell und genau kompensiert werden, sogar wenn das eingegebene Fingerabdruckbild eine schlechte Qualität besitzt. Darüber hinaus wird, wenn das eingegebene Fingerabdruckbild eine Struktur besitzt, die sich wesentlich von derjenigen des registrierten Fingerabdrucksbilds unterscheidet, in vielen Fällen der eingegebene Fingerabdruck sofort in dem Schritt 202 zurückgewiesen, und es wird das Verfahren beendet, so daß ein schnellerer Betrieb erzielt werden kann. Wenn des weiteren ein grobes und ein feines Prüfungsverfahren erfordert wird, muß darüber hinaus die Überprüfung lediglich in einem kleinen "Suchgebiet" des eingegebenen Fingerabdruckbilds infolge der genauen Positionierung des primären Fenstergebiets a durchgeführt werden, das durch die anfänglichen Verarbeitungsoperationen der Schritte 200, 201 erzielt wird. Somit kann dieses Prüfungsverfahren schneller beendet werden, als es bei der ersten Ausführungsform möglich ist. Wenn die Zahl von gegenseitig nicht zueinander passenden Pixeln, die nach dem Schritt 203 des groben Prüfungsverfahrens gefunden wurden, übermäßig hoch ist, wird des weiteren das eingegebene Fingerabdruckbild sofort zurückgewiesen und das Verfahren wird beendet, so daß wiederum eine Reduzierung der Prüfungszeit erzielt wird.
In den Ausführungsformen der oben beschriebenen Erfindung werden ein primäres Fenstergebiet a und sekundäre Fenstergebiete b und c des registrierten Fingerabdrucks gespeichert und jeweils in der ersten und der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens verwendet. Es wäre gleichfalls möglich, die Zuverlässigkeit der Prüfung durch Speichern von primären, sekundären und tertiären Fenstergebieten eines registrierten Fingerabdrucks zu erhöhen und die erste, zweite und dritte Stufe des Verfahrens jeweils unter Verwendung dieser Fenstergebiete auszuführen. Wenn nötig, könnten natürlich sogar größere Zahlen von Fenstergebieten und entsprechend erhöhte Stufen des Verfahrens verwendet werden.
Da die Prüfungsverarbeitungszeit in Übereinstimmung mit einem Anwachsen der Zahl von Stufen des Prüfungsverfahrens sich erhöht, sollte jedoch die Zahl von Stufen in Übereinstimmung mit den spezifischen Typen der Anwendung bestimmt werden.

Claims

1. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren, bei welchem Fingerabdruck-Gebiete als Daten verarbeitet werden, welche Pixelmatrizen darstellen, wobei jedes Pixel einen ersten Zustand entsprechend einem Fingerabdruck-Kamm und einen zweiten Zustand entsprechend einem Fingerabdruck-Tal annimmt, mit den Schritten:

(a) Bereitstellen eines primären Fenstergebiets (a) eines registrierten Fingerabdruckbilds einer registrierten Einzelperson, wobei das primäre Fenstergebiet in einem Gebiet des registrierten Fingerabdruckbilds gelegen ist, und wenigstens eines sekundären Fenstergebiets (b, c) des registrierten Fingerabdruckbilds, wobei das sekundäre Fenstergebiet wenigstens teilweise außerhalb des primären Fenstergebiets gelegen ist;

(b) Bereitstellen eines Eingangsfingerabdruckbilds, welches bezüglich einer Übereinstimmung mit dem registrierten Fingerabdruckbild überprüft werden soll;

(c) Ausführen des Prüfungsverfahrens in einer ersten Stufe mittels Finden eines Gebiets des Eingangsfingerabdruckbilds, welches in Übereinstimmung damit gebildet ist und die maximale Korrelation mit dem primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds besitzt, und Messen eines Grads der Korrelation;

(d) Beurteilen des Grads der Korrelation auf der Grundlage von vorbestimmten Parametern und, wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines vorbestimmten hohen Bereiches befindlich beurteilt wird, Akzeptieren des Eingangsfingerbilds als übereinstimmend mit dem registrierten Fingerabdruckbild und Beenden des Verfahrens, und, wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines vorbestimmten niederen Bereichs befindlich beurteilt wird, Zurückweisen des Eingangsfingerbilds und Beenden des Verfahrens, und, wenn der Grad der Korrelation als in einem Bereich befindlich beurteilt wird, bei welchem eine endgültige Entscheidung bezüglich der Akzeptanz oder Zurückweisung des Eingangsfingerbilds schwer zu erzielen ist, Durchführen eines Prüfungsverfahrens in einer zweiten Stufe;

(e) Ausführen der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens durch Finden eines zweiten Gebiets des Eingangsfingerabdruckbilds, welches in Übereinstimmung damit gebildet ist und eine maximale Korrelation mit dem sekundären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds besitzt, und Messen eines Grads der Korrelation; und

(f) Treffen einer Entscheidung bezüglich der Akzeptanz oder Zurückweisung des Eingangsfingerabdruckbilds auf der Grundlage des in dem Schritt (e) erlangten Grads der Korrelation.

2. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens ein Vergleichen des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds mit aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Gebieten des Eingangsfingerabdruckbilds mittels aufeinanderfolgenden Positionsverschiebungen von vorbestimmter Größe aufweist, um ein primäres Fenstergebiet des Eingangsfingerabdruckbilds zu finden, welches eine maximale Korrelation mit dem primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds besitzt.

3. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt (b) der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens die Schritte aufweist:

(a) Ausführen der aufeinanderfolgenden Positionsverschiebungen in Schritten von vergleichsweise starker Größe, um einen ersten Betrag einer Verschiebung des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds zu finden, welches eine maximale Korrelation mit einem primären Fenstergebiet des Eingangsfingerabdruckbilds ergibt; und

(b) Ausführen der aufeinanderfolgenden Positionsverschiebungen in Schritten von vergleichsweise kleiner Größe mit einem Zustand des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds beginnend, welches um den ersten Verschiebungsbetrag verschoben ist, um einen zweiten Betrag der Verschiebung des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds zu finden, welches eine maximale Korrelation mit einem primären Fenstergebiet des Eingangsfingerabdruckbilds ergibt.

4. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 3, bei dem der zweite Betrag der Verschiebung des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds als eine Verschiebung zu einer Position relativ zu dem Eingangsfingerabdruckbild erzielt wird, so daß irgendeine Bewegung von der Position in jede der zwei wechselseitigen senkrechten Pixelmatrixrichtungen eine größere Zahl von wechselseitig nicht übereinstimmenden Pixeln ergibt als eine Zahl von wechselseitig nicht übereinstimmenden Pixeln zwischen dem primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds und dem Eingangsfingerabdruckbild, welche an der betreffenden Position des primären Fenstergebiets existiert.

5. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 3, bei dem die Schritte von vergleichsweise starker Größe im wesentlichen eine höhere Größe besitzen als eine Matrixzeichendichte der Pixel und die Schritte der vergleichsweise kleinen Größe im wesentlichen identisch mit der Größe der Pixelzeichendichte sind.

6. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Entscheidung, ob die Korrelation sich innerhalb des hohen Bereichs befindet, durch Zählen einer Anzahl von wechselseitig nicht übereinstimmenden Pixeln zwischen dem primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds und des Eingangsfingerabdruckbilds und durch Beurteilen, ob die Zahl unterhalb eines ersten Entscheidungsschwellenwerts liegt, ausgeführt wird, wobei die Entscheidung, ob die Korrelation innerhalb des niederen Bereichs liegt, durch Beurteilen, ob die Zahl von wechselseitig nicht übereinstimmenden Pixeln über einem zweiten Entscheidungsschwellenwert liegt, welcher größer als der erste Entscheidungsschwellenwert ist, ausgeführt wird, und wobei die Entscheidung, ob die Korrelation in einem Bereich liegt, welcher eine endgültige Entscheidung schwierig macht, durch Beurteilen ausgeführt wird, ob die Zahl von wechselseitig nicht übereinstimmenden Pixeln zwischen den ersten und zweiten Entscheidungsschwellenwerten liegt.

7. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt (b) der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens die Schritte aufweist:

(a) Darstellen des registrierten Fingerabdruckbilds und des Eingangsfingerabdruckbilds als jeweilige Muster einer Dichteverteilung von Pixeln, welche sich in einem vorbestimmten Zustand eines ersten und eines zweiten Zustands befinden, und

(b) Berechnen des Betrags der Verschiebung des registrierten Fingerabdruckbilds basierend auf Unterschieden zwischen den jeweiligen Mustern der Dichteverteilung.

8. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens die Schritte aufweist:

(a) Teilen des registrierten Fingerabdruckbilds und des Eingangsfingerabdruckbilds in jeweilige rechteckige Matrizen von Fenstersegmenten unter Verwendung rechtwinkliger Koordinatenachsen i und j, wobei jedes der Fenstersegmente eine rechteckige Matrix von Δi Pixeln entlang der Richtung der i-Achse gegenüber Δj Pixeln entlang der Richtung der j- Achse aufweist; und

(b) Zählen der jeweiligen Anzahl von Pixeln, welche sich in dem einen vorbestimmten Zustand der ersten und zweiten Zustände innerhalb der Fenstersegmente des registrierten Fingerabdruckbilds und des Eingangsfingerabdruckbilds befinden, um die Dichteverteilungsmuster als jeweilige numerische Matrizen PR(i, j) und PV(i, j) von Werten der Anzahl von Pixeln zu erzielen; und Berechnen der jeweiligen Werte i&sub0; und j&sub0; für eine Positionsverschiebungsfunktion S(i&sub0;, j&sub0;), welche einen minimalen Wert der Positionsverschiebungsfunktion erzeugt, wobei die Positionsverschiebungsfunktion ausgedrückt wird durch:

S(i&sub0;, j&sub0;) = f{PV(i, j) - PR(i + i&sub0;, j + j&sub0;)}

und wobei der Betrag der Verschiebung als jeweilige Beträge der Verschiebungen Si und Sj entlang der i- und j-Achsen erlangt wird, welche dargestellt werden durch

Si = - i&sub0; x Δi, und

Sj = - j&sub0; x Δj.

9. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Grad der Korrelation des Schrittes (c) der Anzahl von wechselseitig nicht übereinstimmenden Abdrücken entspricht.

10. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem sich der Schritt (d) des Beurteilens des Grads der Korrelation auf zwei vorbestimmte Schwellenwerte (N&sub1;, N&sub3;) gründet, wobei eine Aufteilung eines Bereiches von möglichen Korrelationswerten in drei Intervallen auftritt, und wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines ersten Intervalls befindlich beurteilt wird, wird das Eingangsfingerabdruckbild als mit dem registrierten Fingerabdruckbild übereinstimmend akzeptiert und das Verfahren wird beendet, und wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines zweiten Intervalls befindlich beurteilt wird, wird das Eingangsfingerabdruckbild zurückgewiesen und das Verfahren beendet, und wenn der Grad der Korrelation als innerhalb eines dritten Intervalls befindlich beurteilt wird, so daß eine endgültige Entscheidung bezüglich einer Akzeptanz oder Zurückweisung des Eingangsfingerabdruckbilds schwierig zu erzielen ist, wird die zweite Stufe des Prüfungsverfahrens durchgeführt;

und bei dem sich der Schritt (f) eines Beurteilens des Grads der Korrelation in dem Schritt (e) auf einen anderen Schwellenwert (N&sub4;) gründet, welcher den Bereich von möglichen Korrelationswerten in vier und fünf Intervalle aufteilt, wobei das Eingangsfingerabdruckbild als mit dem registrierten Fingerabdruckbild übereinstimmend akzeptiert wird, wenn sich der Grad der Korrelation des Schrittes (e) innerhalb des vierten Intervalls befindet, und das Eingangsfingerabdruckbild zurückgewiesen wird, wenn sich der Grad der Korrelation innerhalb des fünften Intervalls befindet.

11. Ein Fingerabdruck-Prüfungsverfahren nach Anspruch 10, bei dem der Schritt (c) des Ausführens der ersten Stufe des Prüfungsverfahrens ein Vergleichen des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds mit dem Eingangsfingerabdruckbild aufweist, um einen Betrag der Verschiebung des primären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds von einer anfänglichen Position zu finden, wodurch sich ein maximaler Grad der Korrelation mit einem übereinstimmend positionierten primären Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds ergibt; und

bei dem der Schritt (e) des Ausführens der zweiten Stufe des Prüfungsverfahrens ein Anwenden des Betrags der gefundenen Verschiebung aufweist, um das sekundäre Fenstergebiet des registrierten Fingerabdruckbilds auf eine anfängliche verschobene Position zu verschieben, danach Vergleichen des sekundären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds mit dem Eingangsfingerabdruckbild, um einen Betrag der Verschiebung des sekundären Fenstergebiets des registrierten Fingerabdruckbilds von seiner anfänglichen verschobenen Position zu bestimmen, wodurch sich ein maximaler Grad der Korrelation mit dem Eingangsfingerabdruckbild ergibt.