DE69529210T2

DE69529210T2 - Verfahren zum paaren von fingerabdrückminutiae mittels attribut-verhältnissgraphen

Info

Publication number: DE69529210T2
Application number: DE69529210T
Authority: DE
Inventors: A. Eshera; E. Sanders
Original assignee: Lockheed Corp; Lockheed Martin Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1995-10-05
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2015-10-06
Also published as: AU4002395A; DE69529210D1; CN1136848A; WO1996012246A1; KR960706662A; JPH09508739A; US5613014A; EP0733240B1; JP3065104B2; EP0733240A1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft die Identifikation von Fingerabdrücken und möglicherweise den Vergleich von anderen persönlichen Charakteristiken und insbesondere den Vergleich eines Satzes von Fingerabdrücken mit einem Referenzfile, der viele Fingerabdrücke enthält, und die Überprüfung, ob zwei oder mehr Fingerabdrücken von demselben Finger oder von unterschiedlichen Fingern sind.

Technischer Hintergrund der Erfindung

Mustervergleiche oder Vergleichsschemata haben viele Anwendungen, wie zum Beispiel die Identifizierung von Maschinenteilen in einem Herstellungskontext und das Lesen von Adressen in einem Briefsortierungskontext. Die oben erwähnten Anwendungen gehören zu den einfacheren Verwendungen solcher Vergleiche, da im Fall von Maschinenteilen die Anzahl von unterschiedlichen Teilen endlich ist und ihre Formen im wesentlichen relativ simpel sind; der Textlesekontext hat nur 26 Buchstaben und zehn Ziffern zu identifizieren, obgleich die Anzahl von Permutationen des Maschinendrucks groß ist.
Komplexere Typen von Vergleichen sind diejenigen, die die Differenzierung zwischen Elementen beinhalten, die ähnlich, jedoch nicht identisch sind, insbesondere, wenn die Bedingungen, unter denen die Abbildungen gebildet werden, nicht gleich sind. Wenn die Abbilder von biologischen Spezies stammen, kann die Variabilität sehr groß sein. Ein solcher Aspekt des Abbildvergleichs ist der des Vergleichs der Netzhautmuster von Subjekten für die Identifikation. Eine andere Verwendung ist. die Identifikation von Fingerabdrücken durch Vergleich mit Dateifingerabdrücken.
Fingerabdrücke sind reich in ihrem Informationsinhalt. Es gibt zwei Haupttypen von Information in einem Fingerabdruck. Die erste ist die Furchenverlaufsinformation und die zweite sind die spezifischen Merkmale oder Minutien (Details) des Fingerabdrucks. Der Begriff "Minutien" bzw. "Minutia", so wie er hier verwendet wird, wird gebraucht, um sowohl den Singular als auch den Plural zu bezeichnen. Fingerabdrücke, basierend auf ihrem Informationsinhalt, identifizieren ein Individuum eindeutig. Information wird in einem Fingerabdruck durch die Minutien und ihre relativen topologischen Verhältnisse dargestellt.
Die Anzahl von Minutien in einem Fingerabdruck variiert von einem Finger zu einem anderen, jedoch im Mittel gibt es etwa achtzig (80) bis einhundertundfünfzig (150) Minutien je Fingerabdruck. In dem Kontext des Fingerabdrucks gibt es einen großen Speicher von Fingerabdrücken in Strafverfolgungsbehörden im ganzen Land. Diese Fingerabdrücke beinhalten Dateien von Fingerabdrücken von bekannten Individuen, die in Verbindung mit ihrer Festnahme oder aus irgendwelchen anderen Gründen, wie zum Beispiel einer Sicherheitserklärungsuntersuchung oder bei dem Erhalt von Immigrationspapieren, meist durch Abrollen der in Tinte getauchten Finger auf Karten erhalten wurden und beinhalten ebenso Kopien von unbekannten bzw. latenten Fingerabdrücken, die an Tatorten durch verschiedene Verfahren extrahiert wurden.
Die erwähnten Fingerabdrücke weisen Mängel auf, wie zum Beispiel die Verwendung von zu viel Tinte, was dazu führt, daß die Täler bzw. Furchen in den Fingerabdrücken gefüllt werden, und die Verwendung von zu wenig Tinte, was dazu führt, falsche Furchenenden zu erzeugen, und möglicherweise sowohl die Verwendung von zu viel als auch von zu wenig Tinte in unterschiedlichen Regionen desselben Fingerabdruckbildes. Verschmutzen und Verschmieren tritt an verschiedenen Orten in dem Fingerabdruck auf aufgrund einer nicht gewünschten Bewegung des Fingers oder aufgrund ungleich ausgeübtem Druck auf die Finger während des Abrollprozesses. Die gespeicherten Fingerabdrücke sind ebenso der Qualitätsminderung ausgesetzt, während sie abgelegt sind, was auftreten kann beispielsweise aufgrund des Ausbleichens von älteren Abbildern oder aufgrund von Verfärbungen bzw. Verschmutzungen. Weiterhin erzeugt die große Variation in dem Erfahrungsniveau unter Fingerabdruckaufnehmern und die Bedingungen, unter denen der Fingerabdruck erhalten wird, eine große Variation in der Qualität der Fingerabdruckbilder. Ähnliche Effekte treten auf aufgrund der Variation der Abtastgeräte in Fällen des direkten Abtastens von Fingerabdrücken.
Der Vergleich von Fingerabdrücken in den meisten existierenden Systemen beruht hauptsächlich auf einem Vergleich von Kernen und Deltas als globale Registrierungspunkte, was dazu führt, daß die Vergleiche fehleranfällig werden aufgrund der vielen Quellen von Störungen und Variationen, die oben aufgelistet wurden, die nahezu jedesmal aufgrund des unterschiedlichen Färbens, der Speicherung und der Vorverarbeitungsbedingungen auftritt, auf die man treffen kann.
Wie auf den Seiten 164 bis 191 des Textbuches "Advances in Fingerprint Technology" von Henry C. Lee und R. E. Guenssten, veröffentlicht von Elsevier in 1991, beschrieben wurde, wurden lange Zeit Anstrengungen unternommen, die Fingerabdrucksidentifikation zu automatisieren, da die manuelle Suche nicht länger machbar ist aufgrund der großen Anzahl von Referenzdateien. Diese Anstrengungen, die Fingerabdruckidentifikation zu automatisieren, beinhaltet zwei unterschiedliche Gebiete, nämlich (a) diejenige der Fingerabdrucksabtastung und Minutienidentifizierung und (b) den Vergleich der Listen von Minutien, die mit verschiedenen Fingerabdrücken in Bezug stehen, um diejenigen zu identifizieren, die übereinstimmen. Große Daten von Referenzfingerabdrücken wurden abgetastet und es wurden Minutienlisten in digitaler Form hieraus erhalten, entweder durch völlig automatisiertes Equipment oder mit halbautomatisiertem Gerät, was die Hilfe von Menschen erforderte. Während nicht alle Probleme in der Abtastung von Fingerabdrücken und der Erfassung von Minutien gelöst wurden, erscheint es, daß das Vergleichsproblem zu dieser Zeit das drängendere ist.
Das Vergleichs- oder Suchuntersystem stellt die kritischste Komponente von jedem automatisierten Fingerabdrucksidentifikationssystem (AFIS) dar. Seine Leistung bestimmt die Gesamtzuverlässigkeit des Systemvergleichs (die Wahrscheinlichkeit der Meldung der korrekten Übereinstimmung, wenn in der Datenbank eine existiert), der Übereinstimmungsselektivität (der durchschnittlichen Anzahl von falschen Kandidaten, die in jedem Suchversuch gemeldet werden), der Durchsatz, der insbesondere in großen Datenbanksystemen wichtig ist. Die einzigartige Identifikation von Fingerabdrücken wird üblicherweise durchgeführt unter Verwendung des Satzes von Minutien, die in jedem Fingerabdruck enthalten sind. Für jeden Fingerabdruck bilden diese Minutien eine Minutienkarte.
Fig. 1a stellt einen bestimmten Nachdruck eines Fingerabdrucks als Gerüst dar, die Nummer F0048 04 von dem National Institute of Standards and Technology (NIST) Datenbank 4, der aus einer sauberen Färbeprozedur resultiert, während Fig. 1b denselben gerüstartigen Fingerabdruck darstellt, der aus der Verwendung von zu wenig Tinte resultiert und von manchen Verschmutzungen in dem unterlegenden Abdruck. Als ein Ergebnis der unterschiedlichen Bedingungen, unter denen die Abdrücken von Fig. 1a und 1b aufgenommen wurden, sind zumindest einige der Minutien, die durch Punkte in den Fig. 1a und 1b dargestellt sind, unterschiedlich und unterschiedlich lokalisiert. Diese Unterschiede machen es deutlich, daß ein Vergleichsschema entsprechend robust sein muß, wenn es zuverlässig einen unbekannten oder gesuchtem Fingerabdruck mit einem Referenzfingerabdruck ohne Erzeugung einer exzessiven Anzahl von falschen Positiven identifiziert.
Eine verbessertes Such- oder Vergleichssystem ist gewünscht, das eine hohe Vergleichszuverlässigkeit, eine geringe Übereinstimmungsselektivität und einen hohen Systemdurchsatz in einem großen Datenbankkontext zur Verfügung stellt.

Zusammenfassung der Erfindung

Abbilder, wie zum Beispiel Fingerabdrücke, werden mit Referenzfingerabdrücken verglichen durch zu Anfang Erzeugen einer Datei aus Referenzflngerabdrücken, Digitalisieren der Referenzfingerabdrücke, um digitale Darstellungen der Referenzfingerabdrücke zu erzeugen, und Ablegen der Information in einem digitalen Speicher, der ein Nur-Lesespeicher, ein Magnetband oder dergleichen sein kann. Solche Dateien existieren bereits und werden von Institutionen, wie zum Beispiel dem FBI, unterhalten und aktualisiert.
Die digitalisierten Referenzfingerabdruckdaten werden von einem elektronischen Berechnungsgerät in eine mit Attribut versehene relationale Graphikform (ARG) umgewandelt, die (a) Knoten und Knotenattribute und (b) Verzweigungen zwischen den Knoten und Knotenattributen, die aus extrahierten digitalen Minutientabellen der Sätze von Referenzfingerdrücken abgeleitet werden, beinhaltet. Der mit Attribut versehene relationale Graph beinhaltet verschiedene Knoten- und Verzweigungsattribute, einschließlich topologischer Information, wie zum Beispiel den Ort der Minutien und die Richtung.
Um einen Satz von nicht identifizierten Fingerabdrücken (wobei der Satz auch nur einen Fingerabdruck enthalten kann) zu identifizieren, muß dieser Satz von unidentifizierten Fingerabdrücken mit dem abgelegten Satz von Referenzfingerabdrücken verglichen werden. In diesem Kontext bedeutet der Begriff "nicht identifiziert", wie er an einen Satz von Fingerabdrücken angewendet wird, nicht notwendigerweise, daß die Fingerabdrücke von einer nicht identifizierten Person stammen, sondern vielmehr, daß sie nicht mit den Referenzfingerabdrücken verglichen wurden und der Vergleich des Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken wird durchgeführt durch zunächst Erzeugen eines mit Attribut versehenen relationalen Graphen von jedem Fingerabdruck des Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken, wobei jeder der mit Attribut versehenen relationalen Graphen (a) Knoten und Knotenattribute und (b) Verzweigungen zwischen den Knoten und Verzweigungsattribute beinhaltet, die alle aus einer extrahierten digitalen Minutientabelle des Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken abgeleitet werden, vieles von dem was ursprünglich für die Referenzflngerabdruckdateien durchgeführt wurde. Die Erzeugung der mit Attribut versehenen relationalen Graphen erzeugt implizit Sterne, die an jedem der Knoten zentriert sind; wobei ein Stern einen zentralen Knoten, seine Verzweigungen, die die Verzweigungen sind, die unmittelbar mit dem zentralen Knoten verbunden sind, und die Knoten an den Enden von seinen Verzweigungen beinhaltet. Der zweite Schritt in der Identifikation oder dem Vergleich eines nicht identifizierten Fingerabdrucksatzes verwendet ein elektronisches Berechnungsgerät, um eine Abstandsmatrix zwischen (a) den Sternen in dem ARG von einem der Fingerabdrücke des Satzes von unbekannten Fingerabdrücken und (b) der Sterne des ARG's von einem der Fingerabdrücke in einem der Sätze von Referenzfingerabdrücken zu erzeugen. Die Abstandsmatrix beinhaltet ein Matrixelement, das mit jedem zu vergleichenden Sternpaar verknüpft ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Elemente der Abstandsmatrix für jedes Fingerabdruckpaar gemäß dem Wert der Elemente sortiert, um eine Ordnung von Stempaarübereinstimmungen zu errichten. Ein Übereinstimmungskern von konsistenten Sternpaaren wird erzeugt unter Verwendung der Abstandsmatrix und des ARG für jeden zu vergleichenden Fingerabdruck. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Erzeugung des Übereinstimmungskerns in einer Ordnung durchgeführt, die von der sortierten Abstandsmatrix errichtet wird. Der Übereinstimmungskern für jedes Fingerabdruckpaar, das verglichen wird, wird erweitert durch das Hinzufügen von Sternpaaren, die mit dem Sternpaaren konsistent sind, die innerhalb des Übereinstimmungskerns aufgenommen sind, bis keine weiteren Sternpaare, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, für die Addition verfügbar sind. Dies kann auftreten, da es einen Mangel einer Übereinstimmung zwischen den zu vergleichenden Fingerabdrücken gibt, da alle verfügbaren Sternpaare des Fingerabdruckpaars verglichen wurden oder da eine vorbestimmte begrenzte Anzahl von übereinstimmenden Sternpaaren erreicht wurde. Das Verfahren wird wiederholt, wobei der nicht identifizierte Fingerabdruck nacheinander mit jedem Fingerabdruck der Referenzdatei verglichen wird. Wenn die Suche durch äußeres Wissen reduziert werden kann, wie zum Beispiel die Identifikation des bestimmten Fingers (zum Beispiel der Zeigefinger) oder der Hand (links oder rechts), kann die Suche oder der Vergleich auf entsprechende Fingerabdrücke der Referenzfingerabdruckdatei begrenzt werden. Der (die) Übereinstimmungskern(e), der die höchste Auswertung hat, identifiziert die engste Paarübereinstimmung zwischen dem nicht identifizierten Fingerabdruck und einem Fingerabdruck der Referenzflngerabdruckdateien. Das Dokument "NEC Research and Development", Nr. 96, März 1990 Tokyo, Japan, Seiten 143-159, "Exclusive use equipment" zeigt eine "Minutiendarstellung" und ein "Minutienextraktionsverfahren", in dem ein Suchabdruck mit einem Dateiabdruck in einer Datenbank verglichen wird, wobei alle Minutien von beiden Abdrücken durch einen Übereinstimmungsprozessor lokalisiert werden, wodurch eine Übereinstimmungspunktzahl für alle Dateiabdrücke berechnet wird und eine Kandidatenliste in absteigender Punktzahlordnung ausgegeben wird.
Der Schritt des Erzeugens einer Abstandsmatrix beinhaltet die Schritte des Bestimmens des euklidischen Abstandes zwischen Paaren der Minutien und des Teilens des euklidischen Abstandes zwischen den Paaren von Minutien durch den Mittelwert der lokalen Furchenbreite zwischen den Minutien der Paare, um normalisierte Furchenbreitenabstände für jedes der Paare zu erzeugen, wodurch die Liste von topologischen Verbindungen die normalisierten Furchenbreitenabstände beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet dec Schritt des Erzeugens eines attributierten relationalen Graphen die Schritte: (a) Zuweisen eines bestimmten Knotens der ARG's zu jeden Minutien der extrahierten digitalen Minutientabelle, (b) Zuweisen zu dem bestimmten Knoten des ARG's- den Ort seiner entsprechenden Minutien, (c) Zuweisen zu dem bestimmten des ARG's die Richtung seiner entsprechenden Minutien, (d) Konstruieren einer Verzweigung zwischen dem bestimmten Knoten und dem nahegelegensten anderen Knoten in jedem von vier Quadranten um den bestimmten Knoten herum, wie es durch die Richtung des bestimmten Knotens eingerichtet wurde, wobei der "nächstgelegene" durch den euklidischen Abstand zwischen den Knoten bestimmt wird, und (e) Zuweisen zu der Verzweigung zumindest der Attribute (i) des euklidischen Abstands und (ii) des Quadranten, innerhalb dessen der andere Knoten liegt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bzw. werden das Attribut des Minutientyps und/oder der lokalen Furchen- bzw. Stegbreite den Knoten des attributierten relationalen Graphen zugewiesen. Den Verzweigungen des attributierten relationalen Graphen werden die Attribute der Furchen- bzw. Stegzahl, des dem normalisierten Furchenbreitenabstands und/oder das "selbe Furche"- Attribut zugewiesen.
Gemäß der Erfindung wird die Erzeugung der Abstandsmatrix mittels zwei Stufen durchgeführt, wobei in der ersten Stufe die Werte der Attribute der Sterne der ARG-Darstellungen der unbekannten und Referenzfingerabdrücke verglichen werden. Dies beinhaltet einen Vergleich zwischen jeder Verzweigung eines Sterns des unbekannten Fingerabdrucks und jeder Verzweigung eines Sterns des Referenzfingerabdrucks. Eine Punktzahl wird erzeugt für jedes solche Paar von Verzweigungen. Der zweite Schritt in der Erzeugung eines Elementes der Abstandsmatrix wird durch Berechnen der maximalen Konsistenzsumme von Bewertungszahlen von Verzweigungspaaren für jedes Sternpaar berechnet.
Ein Übereinstimmungskern wird gebildet durch die Schritte des Auswählens eines Sternpaares, das mit einem Matrixelement mit größtem Abstandswert verknüpft ist oder diesem entspricht, das ein erstes Element eines Übereinstimmungskerns definiert; des Hinzufügens solch eines ersten Elements zu dem Übereinstimmungskern; des Löschens des Elements, das mit dem ersten Element des Übereinstimmungskerns verknüpft ist, aus der Abstandmatrix, um hierdurch eine reduzierte Abstandsmatrix zu erzeugen; des Auswählens aus den Kandidatenpaaren von Sternen, die auf benachbarten Knoten der zentralen Knoten des Sternpaares in dem ersten Element des Übereinstimmungskerns zentriert sind, das Kandidatensternpaar, das sowohl (a) mit dem Übereinstimmungskern konsistent ist als auch (b) unter allen solchen Sternpaaren, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, dasjenige ist, das mit einem größsten Distanzmatrixelement in der reduzierten Distanzmatrix verknüpft ist, um hierdurch ein zweites Element für den Übereinstimmungskern zu erzeugen; des Hinzufügens des zweiten Elements zu dem Übereinstimmungskern als ein weiteres Element; des Löschens desjenigen Elements der Elemente der Abstandsmatrix, das mit dem Kandidatensternpaar verknüpft ist, das als zweites Element zu dem Übereinstimmungskern hinzugefügt wurde, aus der reduzierten Abstandsmatrix, um eine noch weitere reduzierte Abstandsmatrix zu bilden, und des Wiederholens der Schritte des Auswählens des weiteren Sternpaares, des Addierens und Löschens von der reduzierten Abstandsmatrix zumindest bis keine weiteren Kandidatensternpaare, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, verbleiben. Wie oben erwähnt wurde, kann eine vorbestimmte Anzahl von Elementen in dem Übereinstimmungskern als ausreichend erachtet werden, um die weitere Erzeugung von Übereinstimmungskernen zu stoppen, die benannt ist und zusätzliche Elemente, die über diese Zahl hinausgehen, werden als "inkonsistent" bezeichnet.
Wenn die Anzahl von Elementen in dem Übereinstimmungskern geringer als eine bestimmte Zahl ist und keine Sternpaare, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, verbleiben, kann die Suchstrategie "sich zurückbewegen" und einen anderen Suchpfad versuchen durch Löschen des zuletzt hinzugefügten Elements aus dem Übereinstimmungskern, wobei das zweitletzte Element oder ein anderes Element das Element wird, das zuletzt zu dem Übereinstimmungskern hinzugefügt wurde. Ein anderes Kandidatensternpaar wird dann aus den Sternkandidatenpaaren ausgewählt, die auf benachbarten Knoten der Zentrumsknoten von irgendeinem Stern, der mit einem Element des Übereinstimmungsknotens verknüpft ist, zentriert sind. Dieses Sternpaar wird ausgewählt, so daß es sowohl (a) konsistent mit dem Übereinstimmungskern ist als auch (b) unter all den Kandidatensternpaaren, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, mit einem höchsten Abstandmatrixelement in der reduzierten Abstandsmatrix verknüpft ist. Dies erzeugt ein nächsten Kandidatenelement für den Übereinstimmungskern, was dann zu dem Übereinstimmungskern hinzugefügt wird. Dasjenige der Elemente der Abstandsmatrix, das mit dem Kandidatensternpaar verknüpft ist, wird gelöscht, um eine weiter reduzierte Abstandsmatrix zu bilden. Die Schritte des Auswählens des weiteren Sternpaares, des Hinzufügens und des Löschens von der reduzierten Abstandsmatrix werden wiederholt, zumindest bis kein weiteres Kandidatensternpaar, das mit dem Übereinstimmungskern konsistent ist, verbleibt.

Beschreibung der Figuren

Fig. 1a und 1b sind Darstellungen von skelettartigen Druckabbildern eines einzelnen Fingers, die die Effekte von verschiedenen Einfärbebedingungen des Abdrucks auf die resultierenden Minutien illustrieren.
Fig. 2 ist ein Gesamtdiagramm eines Fingerabdruckvergleichsgeräts oder -systems gemäß der Erfindung, das das Bildabtasten, die Merkmalsextraktion, die Speicherung der Referenzinformation in dem Speicher und einen Überblick der Allzweckprogrammierung oder Spezialzweckprogrammierung zeigt.
Fig. 3a ist eine attributierte relationale Graphdarstellung (ARG) der Minutien eines Fingerabdrucks.
Fig. 3b ist eine Darstellung einer möglichen Bitstruktur eines attributierten Knotenvektors und Fig. 3c ist eine mögliche Darstellung der Bitstruktur eines attributierten Verzweigungsvektors.
Fig. 4a stellt ein Sternpaar von einem attributierken relationalen Graph von zwei Fingerabdrücken dar, die verglichen werden, wobei jeder Stern aus einem zentralen Knoten, Verzweigungen von dem zentralen Knoten und benachbarten Knoten aufgebaut ist, und Fig. 4b stellt einen Abschnitt des Fingerabdrucks dar, der Minutien an den Enden einer Furche und an einer Verzweigung einer Furche zeigt und ebenso die Messung der Furchenzahl zwischen benachbarten Minutien zeigt.
Fig. 5a, 5b, 5c und 5d stellen das lokale Koordinatensystem über einer bestimmten Minutia dar, wobei die Koordinatensystemdefinition auf eine Minutia von den Minutien eines bestimmten Fingerabdrucks angewendet wird, stellen die Fuzzy-Quadrantdefinition ähnlich zu der von Fig. 5b mit den Koordinatensystem in Uhrzeigerrichtung gedreht dar und stellen die Fuzzy-Quadrantdefinition ähnlich der von Fig. 5b, die in der Gegenuhrzeigerrichtung gedreht ist, dar.
Fig. 6a und 6b bilden zusammen ein vereinfachtes Flußdiagramm, das einen Abstandsmatrixerzeugungsabschnitt eines Verfahrens darstellt für das Vergleichen eines bestimmten Fingerabdrucks mit einem anderen in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Fig. 7 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm, das den Abschnitt der Übereinstimmungskernerzeugung der Bestimmung der Ähnlichkeit von zwei Fingerabdrücken in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigt.
Fig. 8a und 8b bilden zusammen ein vereinfachtes Flußdiagramm, das die Details eines Kandidatenknotenauswahlschritts von Fig. 7 zeigt.

Beschreibung der Erfindung

In Fig. 2 wird eine Fingerabdruckkarte 10, die durch Einfärben und Abrollen der Finger eines Individuums hergestellt wurde, mittels eines optischen Scanners 12 abgetastet, um digitale Signale zu erzeugen, die das Bild mit einem ausreichenden Detailniveau darstellen, um zu ermöglichen, daß Minutien identifiziert werden. Wie oben erwähnt wurde, ist die Verwendung einer Direktabtastungseinrichtung, die die digitalen Signale direkt von der Abtastung eines Fingers, der auf einer Platte plaziert ist, erzeugt, eine Alternative zu der Verwendung des dargestellten Scanners. Der Begriff "Fingerabdruck" oder "Fingerabdruckbild", so wie er hier verwendet wird, wird verwendet, um ein digitales Bild zu bezeichnen, das von dem automatischen oder manuellen Abtasten einer gefärbten Abrollung eines Fingers oder des Einfangens eines Fingerabdrucks durch direkte Abtastungsgeräte erhalten wurde, sofern im Kontext nichts anderes angegeben wird. Die digitalen Signale werden an einen konventionellen Merkmalsextraktor 14 angelegt, der zumindest eine Liste von Minutienorten und -richtungen extrahiert und der ein Skelett des Bildes erzeugen kann. Es kann wünschenswert sein, andere Informationen zu extrahieren, wie zum Beispiel den Minutientyp und die lokale Furchenbreite. Ein Skelett ist ein Bild eines Abdrucks eines Fingerabdrucks, in dem der Kontrast erhöht würde, so daß binäre Informationen (Einsen und Nullen) verbleiben, die Skelettierung kann optisch durchgeführt werden, gefolgt durch das Abtasten und Digitalisieren oder das Abtasten des Bildes kann zu digitaler Information führen, die eine Grauskala darstellt, wobei hierauf folgend die digitale Information verarbeitet werden kann, um die Grauskala auf zwei Werte zu komprimieren. Das Skelett kann verwendet werden innerhalb des Merkmalsextraktors, um andere wünschenswerte Attribute zu extrahieren, nämlich die Furchenzahl, wie unten beschrieben wird. Der Merkmalsextraktor 14 koppelt die Minutienliste des Suchabdrucks mit einem Prozessor 16. Der Prozessor 16 führt die Umwandlung der digitalen Minutienliste in einen attributieren relationalen Graphen (ARG) durch, wie unten in Bezug auf Fig. 3a beschrieben ist. Im allgemeinen ist der ARG eine symbolische Darstellung des Fingerabdruckbildes, einschließlich der relevanten Information, wie zum Beispiel der Minutienort auf der Karte, die Minutienrichtung und andere Attribute, die verfügbar sein können. Die Minutienorte auf dem Bild variieren jedesmal, wenn ein Färbeabdruck oder eine direkte Abtastung durchgeführt wird, selbst von demselben Finger, aufgrund der Variationen in der Einstellung des Fingers auf dem Kartenfenster und selbst wenn die Orte durch Zufall dieselben wären, aufgrund des Abrollens des Fingers und der Variationen in dem aufgebrachten Druck würden sich die Orte von einigen der Minutien relativ zu anderen Minutien bewegen. Der ARG des unbekannten oder Suchfingerabdrucks wird über einen Pfad 18 mit einem Prozessor 20 verbunden. In dem vorliegenden Kontext können die Prozessoren 16 und 20 derselbe Allzweckprozessor sein unter Verwendung von ARG Erzeugungssoftware während eines Teils der Zeit und der Suchsoftware während der anderen Zeiten oder es können getrennte Hardwarevorrichtungen sein, die jeweils für eine spezifische Funktion programmiert sind.
Ein Speicher 22, der ein elektronischer Speicher, wie zum Beispiel ein Bandarchiv, ein optischer Plattenspeicher oder dergleichen sein kann, ist vorher mit attributierten relationalen Graphdarstellungen und Sätzen von Referenzfingerabdruckinformation geladen, die wie in Bezug auf den nicht identifizierten Fingerabdrucks ARG beschrieben wurde, hergestellt werden. Da der Speicher in einer bestimmten Art und Weise geladen wird, stellt ein weiterer Datenpfad 24, der durch gestrichelte Linien dargestellt wird, das Laden des Speichers 22 mit ARG-Darstellungen der Referenzflngerabdruckinformation von dem Prozessor 16 dar vor dem Zeitpunkt, an dem die Suche durchgeführt wird. Eine Leseanordnung, bezeichnet mit 23, liest die Information, die die Referenzfingerabdrücke betrifft unter der Steuerung eines Steuersignals, das hiermit verbunden ist.
Die Minutien, die verwendet werden in dem Vergleich gemäß der Erfindung, bestehen im allgemeinen aus zwei Grundtypen, nämlich a) gemeinsamen Punkten von Furchen (Bifurkationen bzw. Verzweigungen) und b) die Enden der Furchen ohne Verzweigungen oder Zusammenstoßungen (Furchenenden), sind jedoch nicht auf diese zwei Typen beschränkt. Die minimale Information, die verfügbar sein muß in Bezug auf jede Minutien ist der Ort, der im allgemeinen im kartesischen X-Y- Koordinaten zur Verfügung gestellt wird, der jedoch in Kreis- oder anderen Koordinaten zur Verfügung gestellt werden könnte, und die Richtung. Die Richtung einer Minutia wird definiert in dem erwähnten Lee und Guenssten Text, kann jedoch im allgemeinen als die Richtung der Furche in einer Furchenendsituation angesehen werden und eine Richtung Entgegengesetzt zu der Richtung des gemeinsamen Abschnitts einer Verzweigung in dem Bifurkationskontext.
Wenn der Speicher 22 der Fig. 2 mit attributierten relationalen Graphinformationen für den Referenzfingerabdruck geladen ist und der Prozessor 16 den ARG eines unbekannten Fingerabdrucks erzeugt hat, werden beide dem Prozessor 20 verfügbar gemacht, um zu erlauben, daß eine Suche durchgeführt wird. Die Identifizierung wird erzielt durch Vergleichen des zu identifizierenden Fingerabdrucks nacheinander mit jedem relevanten Fingerabdruck in dem Referenzfingerabdruckspeicher. Somit werden zwei Fingerabdrücke, die einen Satz bilden, immer verglichen, ein unbekannter oder Suchfingerabdruck und einer der Fingerabdrücke von dem Referenzspeicher. Im allgemeinen wird der Vergleich von jedem Abdruckpaar gestartet durch Erzeugen einer Abstandsmatrix durch Berechnungen auf sowohl dem ARG des unbekannten Fingerabdrucks als auch auf dem ARG von einem der Referenzfingerabdrücke. In Fig. 2 werden die Abstandsmatrixberechriungen in einem Modul 26 des Prozessors 20 durchgeführt. Der Prozessor 20 kann ein programmierter Allzweckcomputer sein, wobei in diesem Fall er selbst die Steuersignale erzeugt, die den Speicherleser 23 für das Lesen von dem Speicher 22 steuern und der die verschiedenen Module 26, 28 und 30 darin steuert, wenn der Prozessor 20 ein Spezialzweckprozessor ist, kann er einen Zeitcontroller oder Sortierer 39 erfordern für die Synchronisierung der Aktivitäten der verschiedenen Abschnitte. Die Abstandsmatrixberechnung wird durchgeführt durch Vergleichen der Sterne von einem Fingerabdruck ARG mit Sternen von anderen Fingerabdruck ARG's oder insbesondere zwischen Sternen des unbekannten Fingerabdrucks und den Sternen des gegenwärtigen der Referenzfingerabdrücke.
Ein Stern wird unten definiert. Die Abstandsmatrixberechnung, die in Modul 26 von Fig. 2 durchgeführt wird, führt zu einer Matrix mit einem Element für jedes Sternpaar der attributierten relationalen Graphen des unbekannten Fingerabdrucks und des Referenzfingerabdrucks. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abstandsmatrix von dem Modul 26 mit einem Block 28 gekoppelt, der eine Sortierung der Elemente der Abstandsmatrix in Übereinstimmung mit ihrer Größe oder ihrem Wert darstellt. Die Sortierung kann in irgendeiner Art und Weise durchgeführt werden. Der Block 30 des Prozessors 20 stellt ein Graphübereinstimmungsmodul dar, das alle möglichen Kombinationen von Übereinstimmungen der Sternpaare versucht, um Sternpaar für Sternpaar den größten konsistenten Satz von übereinstimmenden Sternpaaren aufzubauen. Um die Verarbeitungsmenge zu reduzieren, die unwahrscheinlich ist, um eine wesentliche Übereinstimmung zu erzeugen, wird die Verarbeitung vorzugsweise in dem Graphübereinstimmungsmodul 30 in einer Ordnung durchgeführt, die durch die Sortierung, die in dem Sortierungsmodel 28 durchgeführt wird, errichtet wird, beginnend mit den Sternpaaren, welche die größte Wahrscheinlichkeit aufweisen. Nachdem die Graphübereinstimmung im Modul 30 durchgeführt wird, wird das Ergebnis des Vergleichs in der Form eines Wertes über einen Pfad 32 zu einer temporären Ablage oder einem Speicher 34 übertragen, in dem der Wert von zumindest diesem Graph, in dem die größte Anzahl von übereinstimmenden Sternpaaren abgelegt ist, zusammen mit der Identität des Referenzfingerabdrucks, der mit dieser Übereinstimmung verknüpft ist, abgelegt wird. Wenn der unbekannte Fingerabdruck mit einem Referenzfingerabdruck verglichen wurde, sind sein Übereinstimmungswert aufgezeichnet wurde, wird Information, die den nächsten Referenzfingerabdruck betrifft, von dem Speicher 22 zu dem Abstandsmatrixgenerator 26 ausgelesen und die Vergleichs- bzw. Übereinstimmungsprozedur startet erneut. Diese Abfolge wird fortgesetzt zumindest bis eine Übereinstimmung gefunden wurde, die durch irgendein Grenzwertkriterium errichtet wurde, oder bis die Zuführung von relevanten Referenzflngerabdrücken erschöpft ist. Die Information, die in dem Speicher 34 abgelegt ist, stellt die beste Übereinstimmung dar oder, wenn mehr als eine Übereinstimmung abgelegt ist, die Werte oder vergleichbaren Qualitäten der Übereinstimmung zusammen mit der Identifikation der Referenzfingerabdrücke, mit denen die Übereinstimmung verknüpft ist. Der Block 36 stellt die Auswahl der besten Übereinstimmung von denjenigen, die abgelegt sind, dar und Block 40 stellt eine Anzeige dar, auf der die Identifizierung von zumindest demjenigen Referenzfingerabdrucksatz, was die beste Übereinstimmung mit dem unbekannten Fingerabdruck hatte, präsentiert wird.
Fig. 3a stellt einen vereinfachten attributierten relationalen Graph eines Fingerabdrucks dar. In Fig. 3a stellen Kreise oder Ovale Knoten dar, wobei jeder dieser mit einer Minutia der extrahierten Fingerabdruckinformation verknüpft ist. Ein solcher Knoten wird mit 310 bezeichnet und ein benachbarter Knoten ist mit 312 bezeichnet. Jeder Knoten ist, wie unten beschrieben wird, der zentrale Knoten eines Sternes. Eine Linie oder ein "Zweig" 340 erstreckt sich zwischen den Knoten 310 und 312 und ist mit der topologischen Verbindung der zwei Knoten attributiert oder "stellt diese dar". Jeder Knoten von Fig. 3a hat eine Mehrzahl von Zweigen, die sich hiervon erstrecken, jedoch die minimale Anzahl von Zweigen, die mit einem einzelnen Knoten verbunden ist, ist eins. Ein "Stern" besteht aus einem ausgewählten Zentralknoten zusammen mit den Zweigen, die an diesem enden und den "Nachbar"-Knoten an den anderen Enden dieser Zweige. Somit, wenn der Knoten 310 als der Zentralknoten des Stern ausgewählt wird, besteht dann der gesamte Stern aus dem Zentralknoten 310, den Zweigen 314, 324, 326, 328 und 330 zusammen mit den Knoten 312, 316, 318, 320 und 322. Der Begriff "Nachbarn" wird den Knoten 312, 316, 318, 320 und 322 zugewiesen, da sie mit dem Zentralknoten 310 in Beziehung stehen. In Fig. 3a ist jeder Knoten mit einer graphischen Darstellung des Minutientyps verknüpft. Beispielsweise ist der Knoten 310 mit einer Graphik, die mit 340 bezeichnet ist, verknüpft, die die Form einer Bifurkation hat, während der Knoten 312 mit einer Graphik 342 verknüpft ist, die ein Furchenendede repräsentiert. Die Orientierungen der Graphiken zeigen ebenso die Richtung der Minutien an. Der Minutientyp und die Minutienrichtungsinformation, die durch die Graphiken in Fig. 3a dargestellt werden, wird in den digitalen Worten, die mit dem Knoten verknüpft sind, verschlüsselt.
Fig. 3b stellt das Format eines digitalen Wortes dar, das einen Knoten von Fig. 3a definiert. In Fig. 3b sind achtzehn Bits des Wortes mit dem X-, Y-Ort der Minutia verknüpft, die von dem Knoten repräsentiert wird, der nächste Satz von acht Bits stellt die Richtung der Minutia dar, weitere acht Bits definieren die Furchenbreite an dem Ort der Minutia (sofern verfügbar) und ein oder zwei weitere Bits sind derart zugewiesen, daß sie den Minutientyp (sofern verfügbar) anzeigen. Während nur ein Bit tatsächlich benötigt wird, um die beiden oben definierten Minutientypen zu spezifizieren, ist ein zusätzliches Bit verfügbar, um die Information zu codieren, die zusätzliche Information betrifft, sofern solch ein Detail verfügbar sein sollte.
Fig. 3c stellt die Bitzuweisungen für die Zweigattribute oder -definitionen dar. In Fig. 3c identifizieren acht Bits jeden der zwei Knoten (NODE IDs), an denen der Zweig endet, was insgesamt sechzehn Bits ausmacht. Vier zusätzliche Bits definieren die Furchenzahl zwischen den zwei Minutien, die von den Knoten dargestellt werden. Acht zusätzliche Bits werden verwendet für die "Fuzzy Quadrantzuweisung"; vier Bits definieren den Ort eines ersten der Endknoten in einem Quadrant, der auf der Richtung der Minutien des zweiten Knotens basiert und zusätzliche vier Bits definieren den Ort des zweiten der Endknoten in einem Quadrant, der auf der Richtung der Minutien des ersten Knotens basiert. Der Grund, daß vier Bits erforderlich sind, um einen Quadranten zu identifizieren ist der, daß die Quadranten "fuzzy" bzw. "unscharf' sind derart, daß der Grundquadrant spezifiziert wird und der Ort in dem Grundquadranten, unterteilt in drei Regionen, ebenso spezifiziert wird; es ergeben daher in der Folge zwölf mögliche Fuzzy-Quadrantzuweisungen. Die Furchenzuweisungen erfordert zwei Bits in dem Wort von Fig. 3a. Die Furchenzuweisung etabliert für zwei benachbarte Knoten (die mit demselben Zweig verknüpft sind), die benachbarte Minutien darstellen, ob oder ob nicht sie auf derselben Furche liegen oder auf unterschiedlichen Furchen liegen; das "selbe Furche"- Attribut wird unten in Bezug auf Fig. 4b beschrieben. Soweit Fig. 3c bislang beschrieben wurde, sind die Zweigvektorbits diejenigen, von denen erwartet wird, daß sie als Teil des ARG in dem Speicher 22 von Fig. 2 abgelegt werden.
Zwei weitere Sätze von Bits werden in dem Abstandsmatrixmodul 26 von Fig. 2 berechnet, werden jedoch nicht notwendigerweise in dem Speicher 22 abgelegt. Dies ist der euklidische Abstand zwischen den zwei Minutien, die von den benachbarten Knoten dargestellt werden, und der normalisierte Furchenbreitenabstand zwischen diesen selben Minutien. Der euklidische Abstand ist ein Block von 32 Bits in der Bitzuweisung des Wortes von Fig. 3c, während die normalisierte Furchenbreite ein Block von 32 Bits ist. Der normalisierte Furchenbreitenabstand ist der euklidische Abstand geteilt durch die Hälfte der Summe der zwei Lokalfurchenbreiten der benachbarten Knoten. Die Furchen in den Fingern sind nicht notwendigerweise gleich beabstandet; die normalisierte Furchenbreitendistanz korrigiert die unterschiedlichen Furchenbreiten in dem Finger selbst und/oder in dem gefärbten Abdruck aufgrund der Elastizität des Fingers.
Fig. 4a stellt einen Stern 410 vom attributierten relationalen Graphen des unbekannten Fingerabdrucks und einen anderen Stern 430 von dem ARG des Referenzflngerabdrucks dar, mit dem dieser gegenwärtig verglichen wird. Der Stern 410 kann als ein Stern von denen des ARG's eines unbekannten Fingerabdrucks betrachtet werden, der gegenwärtig mit dem Distanzmatrixberechnungsmodul 26 von Fig. 2 von dem ARG-Extraktor 16 gekoppelt ist, während der Stern 430 als Stern betrachtet werden kann unter denjenigen des ARG's eines Referenzfingerabdrucks, der gegenwärtig mit dem Abstandsmatrixberechnungsmodul 26 von dem Speicher 22 für den Vergleich verbunden ist. Der Zentralknoten des Sternes 410 von Fig. 4a ist mit 412 bezeichnet und der Zentralknoten des Stern 430 ist mit 432 bezeichnet. Für den ersten Stern des bestimmten Satzes von Fingerabdrücken, die verglichen werden, wird angenommen, daß die knotenrichtung in irgendeiner Orientierung sein kann, d. h. innerhalb einer 360º-Drehung. Aus praktischen Gründen sind Finger im wesentlichen in derselben Richtung auf der Karte orientiert, wenn der gefärbte Finger abgerollt wird und selbst unbekannte Fingerabdrücke haben eine bevorzugte Orientierung, so daß es möglich ist, den Bereich von Winkelpositionen, die abgesucht werden müssen, zu beschränken. Insbesondere glaubt man, daß es ausreichend ist, den Vergleich der Minutienrichtungen auf innerhalb 120º zu beschränken, was einer 60º Drehung im Uhrzeigersinn und einer 60º-Drehung im Gegenuhrzeigersinn des Bildes entspricht. Wenn die Beschränkung der Übereinstimmung auf 361º verändert wird, wird der Test im wesentlichen aus der Verarbeitung eliminiert, was dazu führt, daß alle möglichen Drehungen bearbeitet werden, wodurch Drehinvarianzen in dem Übereinstimmungsprozeß erhalten werden, was den Vergleich erlaubt ungeachtet der Größe der relativen Drehung der Abdrücke.
Der erste Schritt der Erzeugung der Abstandsmatrix in dem Prozessor 26 von Fig. 2 für dieses bestimmte Paar von Sternen dieses Satzes von Fingerabdrücken (ein unbekannter Fingerabdruck und ein Referenzfingerabdruck) ist es, die Verarbeitung zu starten, wie von dem Startblock 610 des Flußdiagramms von Fig. 6 vorgeschlagen wird, den ARG des unbekannten Fingerabdrucks in den lokalen Speicher zu laden (Block 612) und den ARG des ersten der Referenzfingerabdrücke (Block 614) zu laden. Von dem Block 614 fährt die Logik der Fig. 6 mit Block 616 fort, der das Einstellen des Satzes von allen Sternen in den ARG des unbekannten Fingerabdrucks auf SU repräsentiert. Die Logik der Fig. 6a und 6b iteriert im Grunde genommen für diesen Fingerabdruck über alle Elemente von SU. Von Block 616 fließt die Logik weiter zu einem Entscheidungsblock 618, der den Satz SU untersucht, um zu bestimmen, ob er Elemente enthält, oder ob er leer ist. Wenn der Satz SU leer ist, sind die Abstandsmatrixberechnungen für dieses Fingerabdruckpaar beendet und die Logik verläßt das Flußdiagramm der Fig. 6a und 6b über einen Pfad 620 und fährt mit dem Sortiermodul 28 von Fig. 2 fort. Wenn die Abstandsmatrixberechnungen nicht fertiggestellt wurden, verläßt die Logik jedoch den Entscheidungsblock 618 über den NEIN-Pfad und erreicht einen Block 622. Der Block 622 stellt die Entfernung eines Sterns u von dem Satz SU dar, so daß er mit allen Sternen des Referenzfingerabdrucks verglichen werden kann. Der Block 624 weist alle Sterne des ARG des Referenzfingerabdrucks zu einem anderen Satz SV zu, wie dies der Block 616 im wesentlichen für die Sterne des unbekannten Fingerabdrucks macht. Von dem Block 624 fährt die Logik mit dem Entscheidungsblock 626 fort, der den Satz SV untersucht. Wenn der Satz SV leer ist, wurde das gegenwärtige u mit alten Sternen des Referenzfingerabdrucks verglichen und die Logik setzt über einen logischen Pfad 628 mit dem Entscheidungsblock 618 fort. Angenommen, daß SV nicht leer ist, verläßt die Logik den Entscheidungsblock 626 über den NEIN-Pfad und fließt zu einem Block 630, der das Entfernen von einem der Sterne v von dem Satz SV für den Vergleich mit u darstellt. Der Rest des Flußdiagramms von den Fig. 6a und 6b stellt den Vergleich des Sternes u mit dem Stern v dar.
Der Block 632 stellt die Identifizierung der zentralen Knoten von u und v als u~ und v~ dar. Die Logik fließt in der Abfolge durch die Entscheidungsblöcke 634, 636 und 638, die drei der möglichen attributierten Faktoren (Faktoren, die an das knotenbeschreibende Wort angehängt werden) der Zentralknoten vergleichen. Der erste dieser Faktoren ist ähnlich der Knotenrichtung (Block 634), der zweite ist ähnlich zu dem Minutientyp (Block 636) und der dritte ist ähnlich der Position der Minutien relativ zu dem Fingerabdruck in dem Abbild (638). Die Bestimmung des ersten der Faktoren, nämlich dem Faktor der Knotenrichtung, bei der Bewertung des Abstandsmatrixelementwertes für dieses Sternpaar ist mit einem Grenzwert zu vergleichen, der absolute Wert des Abstandes zwischen den Richtungen der Knoten. Dies wird in Block 634 durchgeführt gemäß
(dir 312) - (dir 332) ≤ Tθ, (1)
wobei die Grenze Tθ die oben erwähnten 120º sein können. Dies erlaubt ein Ja-Nein-Ergebnis. Wie oben erwähnt wurde, kann der Grenzwert auf 361º eingestellt werden, um die Drehinvarianz zu bewahren.
Die Bestimmung des zweiten der Faktoren in der Bewertung des Abstandsmatrixelementwertes für dieses Sternpaar, nämlich der Faktor der Ähnlichkeit des Minutientyps, ist die Bewertung der Gleichheit der Minutientypen. Ist der Minutientyp 412 gleich dem Typ 432? Dieser Vergleich wird durchgeführt in dem Entscheidungsblock 636 von Fig. 6 und liefert ein Ja-Nein-Ergebnis. Wenn die Minutientypinformation nicht verfügbar ist, ist das Ergebnis dieses Schrittes immer JA, so daß die Logik immer zu dem nächsten Logikblock fortschreitet.
Die Bestimmung des dritten der Faktoren in der Bewertung des Abstandsmatrixelementwertes für diesen Zentralknoten von diesem Sternpaar, nämlich die Ähnlichkeit der Position der Minutien relativ zu dem Fingerabdruck in dem Abbild, ist die Bewertung der normalisierten Positionen der Knoten 412 und 432 von Fig. 4a. Um eine Positionsnormalisierung durchzuführen, wird die Position des Fingerabdrucks in der Bildebene registriert. Genauer gesagt kann diese Registrierung erzielt werden durch Etablieren der Minimalwerte von X und Y, an denen Minutienorte in dem Bild auftreten, und Subtraktion dieses Minimalwertes von X und Y von den Orten von jedem zu bewertenden Knoten. Dies plaziert die Fingerabdrücke effektiv an demselben Ort in dem Bild. Nachdem die Positionen der Knoten 412 und 432 von Fig. 4a normalisiert wurden, wird der absolute Wert der Differenz zwischen den normalisierten Orten der Knoten mit einem Grenzwert in einem Block 638 von Fig. 6 verglichen. In einer bestimmten Ausführungsform mit 512 Pixeln auf einer Bildseite, wurde ein Grenzwert von etwa 150 Pixel in sowohl X als auch Y als gute Resultate liefernd gefunden.
(X312) - (X332) ≤ Tx (2a)
(Y312) - (Y332) (2b)
Wenn TX größer als die Breite des Bildes eingestellt ist und TY größer als die Höhe des Bildes eingestellt ist, wird translatorische Invarianz beibehalten und die Antwort des Blockes 638 ist immer JA. Die Bestimmung der ersten drei der Faktoren in der Bewertung des Abstandsmatrixelementwertes für dieses Sternenpaar wird vervollständigt durch Zuweisen von Werten zu den Resultaten der obigen drei Bestimmungen; ein Wert von Null wird als der Wert des Elementes der Abstands matrix für dieses Sternpaar von diesem Fingerabdruckpaar zugewiesen, wenn eine der drei Bedingungen nicht erfüllt ist, wobei, wenn alle Bedingungen erfüllt sind, kein Wert zugewiesen wird und eine weitere Bewertung durchgeführt wird, um einen Wert zu etablieren. Dieses Versagen in der Erfüllung all der Bedingungen, die von den Entscheidungsblöcken 634, 636 und 638 errichtet wurden, führt dazu, daß die Logik den Block 640 erreicht. Der Block 640 führt zurück zu dem Entscheidungsblock 626 und veranlaßt die Logik, ein anderes v für die Bewertung auszuwählen, wenn alle v nicht bewertet wurden.
Unter Bezug auf Fig. 4a und unter der Annahme, daß alle oben erwähnten drei Bedingungen erfüllt sind, wird der Vergleich der Sterne, die in den Knoten 412 und 432 zentriert sind, fortgesetzt und die Logik fließt von dem JA-Ausgang des Entscheidungsblocks 638 zu einem Knoten 602, der zu der Logik von Fig. 6b führt. Die Logik von Fig. 6b setzt mit dem Vergleich der Sterne, die an den Knoten 412 und 432 zentriert sind, fort durch Vergleichen eines Kombinationsvektors, der (a) den Zweigattributvektor und (b) den Attributvektor des Knotens an dem Ende des Zweiges von jedem der Zweige, die sich von dem Knoten 412 erstrecken, beinhalten in Abfolge mit jedem der Zweigattributvektoren (und den verknüpften Knotenattributvektoren), die sich von den Knoten 432 erstrecken. Alle Zweige, die mit dem gegenwärtigen Zentralknoten u~ verknüpft sind, werden in einen Satz BRU in einem Block 642 eingeschlossen. Ein Entscheidungsblock 644 bewertet den Satz BRU und, wenn der Satz leer ist, sendet die Logik über einen Knoten 604 zurück zu der Logik von Fig. 6a. Angenommen, daß der Satz BRU nicht leer ist, verläßt die Logik den Entscheidungsblock 644 über den NEIN-Pfad und kommt an einen Block 646 an. Der Block 646 stellt die Auswahl von einem Zweig bu von dem Satz BRU für die weitere Verarbeitung und seine Entfernung von dem Satz BRU dar. Ebenso in Block 646 wird der Knoten an dem anderen Ende des ausgewählten Zweiges bu von dem Zentralknoten uc als der "Nachbar"-Knoten uN bezeichnet. Der Block 648 stellt die Zuweisung von allen Zweigen des Referenzfingerabdrucksterns dar, um E3RV einzustellen. Der Entscheidungsblock 650 untersucht den Satz BRV und läßt die Logik zu Block 644 zurückkehren, wenn der Satz leer ist; dies stellt die Tatsache dar, daß alle Zweige in dem Satz BRV mit dem gegenwärtigen Zweig bu des Satzes BRU verglichen wurden. Wenn der Satz BRV nicht leer ist, verläßt die Logik den Block 650 über den NEIN-Pfad und erreicht einen Block 652. Der Block 652 stellt die Auswahl eines Zweiges bv eines Sternes v des Referenzfingerabdrucks für den Vergleich bu und die Entfernung des Zweiges bv von dem Satz BRV dar. Der Block 652 stellt ebenso die Designierung des Knotens an dem anderen Ende des ausgewählten Zweiges bu von dem Zentralknoten vc als den "Nachbar"- Knoten vN dar.
Der Rest der Logik von Fig. 6b stellt den Vergleich des gegenwärtigen Zweiges bv des Referenzsterns mit dem gegenwärtigen Zweig bu des unbekannten Sterns dar und den Vergleich des gegenwärtigen Nachbarknoten vN des Referenzsterns mit dem gegenwärtigen Nachbarknoten uN des unbekannten Sterns. Der Vergleich der Zweige und der Nachbarknoten kann beispielsweise in Fig. 4a verstanden werden, indem ein Vergleich zunächst durchgeführt wird zwischen (a) den kombinierten Vektoren, die den Zweig 414 und den Nachbarknoten 416 darstellen, und (b) den kombinierten Vektoren, die den Zweig 434 und den Nachbarknoten 436 darstellen. Der Vergleich kann über die fünf Zweigattribute durchgeführt werden, die da sind: (1) das Furchenanzahlattribut, (2) das Fuzzy- Quadrantattribut, (3) das Furchenzuweisungsattribut, (4) das euklidische Abstandsattribut und (5) das normalisierte Furchenbreitenabstandsattribut, die alle Informationsstücke sind, die in dem Wort von Fig. 3c zu finden sind. Ein Vergleich kann durchgeführt werden unter Verwendung von zwei der Nachbarknotenattributen, Richtung und Minutientyp, die in dem Wort von Fig. 3b zu finden sind. Diese Vergleiche werden unten detaillierter erörtert.
Um das Furchenzahlattribut zu verstehen, sei bemerkt, daß Fig. 4b einen vereinfachten Abschnitt eines skelettartigen Fingerabdruckabbildes zeigt. In Fig. 4b trennen eine Mehrzahl von Furchen 450, 452, 454 zwei Minutien 456 und 458. Eine begriffliche Linie, eine gestrichelte Linie 460, die sich zwischen den Minutien 456 und 458 erstreckt, kreuzt die drei Furchen, so daß die Furchenzahl in diesem speziellen Fall drei ist. Die Furchenzahlen der zwei Zweige bu und bv (einer von jedem Stern) muß gleich sein oder innerhalb eines Toleranzgrenzwertes. Die Furchenzahlattribute der zwei Zweige bu und bv werden verglichen in dem Entscheidungsblock 654 von Fig. 6b.
Angenommen, daß die Furchenzahlen für diese zwei Zweige das Gleichheitskriterium oder das "innerhalb der Toleranz"-Kriterium erfüllen, setzt die Logik von Fig. 6b von dem Block 654 über den JA-Ausgang zu einem weiteren Block 656 fort, indem der Fuzzy-Quadrant bewertet wird. Die Bewertung des Fuzzy-Quadranten erfordert ein Verständnis des lokalen Koordinatensystems. Die Fig. 5a, 5b, 5c und 5d helfen bei dem Verständnis der lokalen Koordinaten. In Fig. 5a hat eine zentrale Minutia 512 eine Minutiarichtung, die durch einen Pfeil 514 angezeigt wird. Der Pfeil 514 halbiert den ersten Quadranten, Quadrant I, und die anderen Quadranten II, III und IV sind nacheinander in Gegenuhrzeigersinn-Positionen um den Zentralknoten herum lokalisiert. Die Richtung des Pfeils 514 wird digital als die Minutiarichtung codiert und ist eines der Attribute, die mit dem Knoten verknüpft sind, der der Minutia in dem ARG entspricht. In Fig. 5b schneiden die Achsen 502 und 504 sich an einem Ort, der mit einer Minutia (dunkle Punkte) eines skelettierten Fingerabdruckbildes zusammenfällt und die Richtung der Minutia halbiert den ersten (I) Quadranten, der durch die Linien 502 und 504 definiert ist. In Bezug auf die Minutia bei 0,0 des Koordinatensystems von Fig. 5b werden die nächsten Minutien (sofern sie existieren) in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Quadranten als Nachbarn definiert. Falls gewünscht, können zusätzliche übernächste Minutien in jedem Quadranten in die Definition der Nachbarn aufgenommen werden. Wenn nur die nächsten Minutien in jedem Quadrant als Nachbarn definiert sind, kann es nicht mehr als vier Nachbarknoten eines Knotens, der als das Zentrum eines Sterns in dem attributierten relationalen Graphen ausgewählt wurde, geben. Wenn die zwei nächsten Minutien in jedem Quadrant als Nachbarn definiert sind, kann es nicht mehr als acht Nachbarknoten des Zentralknotens von jedem Stern geben; für drei Nachbarminutien in jedem Quadrant ist zwölf die maximale Zahl von Nachbarknoten.
Selbst wenn die Richtung einer Minutia perfekt etabliert werden könnte, könnte das Abrollen des Fingerabdrucks in derselben Minutia von übereinstimmenden Fingerabdrücken dazu führen, daß sie auf entgegengesetzten Seiten einer Achse zu liegen kommt, wie zum Beispiel die Achsen 502 oder 504 von Fig. 5b, in dem unbekannten und dem Referenzfingerabdruck. Es ist jedoch nicht möglich, die Minutiarichtung ohne einen gewissen Fehlergrad zu definieren, wodurch Minutien, die in die Nähe der Quadrantengrenzen fallen, zufällig auf irgendeine Seite in dem unbekannten und dem Referenzabdruck fallen können. Um die Suche widerstandsfähiger zu machen in der Anwesenheit von kleinen Unterschieden, die dazu führen würden, daß die benachbarten Minutien in unterschiedliche Quadranten in den zwei Fingerabdrücken fallen, wird ein "Fuzzy"-Quadrantansatz verwendet. In dem "Fuzzy"-Quadrantansatz wird jede benachbarte Minutia oder Knoten als "stark" in einem bestimmten Quadrant oder als "schwach" in zwei benachbarten Quadranten definiert.
Fig. 5c hat dasselbe Fingerabdruckbild wie Fig. 5b, jedoch die Achsen 502' und 504' gedreht um 15º im Uhrzeigersinn. Im Ergebnis ist die Minutia 550, die in Fig. 5b in dem ersten Quadranten ist, in Fig. 5c in dem zweiten Quadranten, während die Minutia 552, die in Fig. 5b in dem vierten Quadranten ist, in Fig. 5c in dem ersten Quadranten ist. Andere Minutien in anderen Quadranten können sich in ähnlicher Weise in einen benachbarten Quadranten bewegen. Fig. 5b ist ähnlich zu Fig. 5c, jedoch weist sie Achsen 502" und 504" auf, die um 15º im Gegenuhrzeigersinn gegenüber der ursprünglichen Position gedreht sind. Dies führt natürlich zu der Übertragung von einigen der Minutien in andere Quadranten von denen, die ursprünglich besetzt wurden.
Die Fuzzy-Quadrantattribute sind zwölfwertig, vier dieser Werte sind "stark" in einem Grundquadranten und die anderen acht hiervon sind "schwach" in zwei benachbarten Quadranten. Die Bewertung des Fuzzy-Quadrantwertes wird erreicht durch Beobachten für jede benachbarten Minutia eines zentralen Knotens, ob sie in einem Quadranten verbleibt ungeachtet der oben erwähnten Verschiebungen der Achsen im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn; wenn sie so verbleibt, wird sie als stark in diesem Quadranten bezeichnet. Ein numerischer Wert kann dieser Bedingung zugewiesen werden. Ein numerischer Wert, der als zufriedenstellend erachtet wurde, ist Null für den ersten Quadranten, Drei für den zweiten Quadranten und Sechs bzw. Neun für den dritten bzw. vierten Quadranten. Wenn während einer Verschiebung der Achsen im Uhrzeigersinn, wie in Fig. 5c dargestellt ist, eine benachbarte Minutia in einen anderen Quadranten fällt, wird sie als schwach in dem ursprünglichen Quadranten und schwach in dem Quadranten, in dem sie sich als Ergebnis der Achsendrehung bewegt, bezeichnet. Genauer gesagt, wenn sich eine Minutia von dem Quadranten 1 in den Quadranten II, von II zu III, von III zu IV oder von IV zu I bewegt, werden die Werte von Eins, Vier, Sieben bzw. Zehn zugewiesen. In gleicher Weise wird für eine Verschiebung der Achsen im Gegenuhrzeigersinn, wie in Fig. 5d angedeutet, wenn eine Minutia sich von dem Quadranten II zu dem Quadranten II, von III zu II, von IV zu III bzw. von I zu IV bewegt, die Werte Zwei, Fünf, Acht bzw. Elf zugewiesen. Dieser Wert wird als vier Bits verschlüsselt und ist Teil der Information, die in dem Speicher 22 von Fig. 1 abgelegt wird, in einem Abschnitt des acht Bit "Fuzzy-Quadrant" Wortabschnitts, der in Fig. 3c dargestellt ist. Es gibt einen anderen gleich wichtigen Quadranten, der mit dem Knotenpaar, das gegenwärtig bewertet wird, verknüpft wird, und das ist der Fuzzy- Quadrant des zentralen Knotens in dem Koordinatensystems des Nachbarknotens; dieser wird in den verbleibenden vier Bits des acht Bit Fuzzy-Quadrantwortabschnittes von Fig. 3c abgelegt.
Wenn der Fuzzy-Quadrant unter Verwendung der verfügbaren Information von dem Speicher, in dem Fall des Referenzflngerabdrucks und von dem neu erzeugten ARG in dem Fall des nicht identifizierten Fingerabdrucks für ein bestimmtes Sternpaar bewertet wird, werden beide vier Bit Fuzzy- Quadrantwerte verwendet, nämlich (a) derjenige, der den Ort des Nachbars in den Zentralknotenkoordinaten definiert, und (b) derjenige, der den Ort des Zentralknotens in dem Nachbarkoordinatensystem definiert. Wie zwischen den zwei Zweigen, die gegenwärtig bewertet werden, muß der Fuzzy-Quadrant des Nachbarknotens von einem Stern innerhalb eines numerischen Wertes von dem des zweiten Sterns sein; dies garantiert, daß die relativen Positionen der zwei Nachbarn in den zwei Sternen ähnlich sind. Um die Anforderung, den numerischen wert von Elf "innerhalb eines" des numerischen Wertes Null zu machen, zu erfüllen, wird die Bestimmung Modulo 12 durchgeführt. In gleicher Weise werden die Fuzzy-Quadranten der Zentralknoten in Bezug auf die Nachbarknoten Modulo 12 bewertet. Die Bewertung des Fuzzy-Quadranten wird in dem Entscheidungsblock 656 des logischen Flusses von Fig. 6b durchgeführt.
Der nächste Schritt bei der Bewertung der Zweigattribute der Zweige bu und bv wird in einem Entscheidungsblock 658 von Fig. 6b durchgeführt, indem der Wert des Vergleichs der Furchenzuweisung oder des "gleiche Furche"-Attributs gemacht wird. Unter Bezug auf Fig. 4b liegen die Minutia 456 und 462 auf derselben Furche 464, jedoch die Minuta 456 und 458 liegen nicht auf derselben Furche.
Angenommen, daß die zwei Zweige gemäß den drei vorherigen Bewertungen korrespondieren, verläßt die Logik von Figur b den Entscheidungsblock 658 über den JA-Pfad und erreicht die Entscheidungsblöcke 660 und 662, indem die nächsten für dieses Paar von Zweigen zu vergleichenden Attribute, nämlich das euklidische Abstandsattribut und das normalisierte Furchenbreitenabstandsattribut bewertet wird. Dies kann ausgedrückt werden als
1/α Ed&sub3;&sub1;&sub4; ≤ ED&sub3;&sub3;&sub4; ≤ αED&sub3;&sub1;&sub4; (3)
1/β NRWD&sub3;&sub1;&sub4; ≤ NRWD&sub3;&sub3;&sub4; ≤ βNRWD&sub3;&sub1;&sub4; (4)
wobei α und β numerische Zahlen sind, die erfolgreich zugewiesene Werte in dem Bereich von 1, 2 bis 1,3 haben. Diese numerischen Werte stellen mögliche Skälierungsfaktorvariationen dar; die Gleichungen nehmen an, daß in dem Fall von Fingerabdrücken, die als gleich erachtet werden, die Abstände zwischen Minutien um nicht mehr als 30% zwischen den zwei Abdrücken variieren. Natürlich können andere Werte verwendet werden, sofern geeignet. Dies gibt ebenso eine Toleranz für die Minutienortsvariationenwahl, die zu den Farbvariationen und/oder den Minutienextraktionsvariationen attributiert werden können.
Der logische Fluß in dem Blöcken 654 bis 662 von Fig. 6b vervollständigt die Bewertung des ersten Paares von Zweigen bu und bv, jedoch nicht von dem ersten Paar von verknüpften Nachbarknoten uN und vN, Angenommen, daß die Zweige selbst als korrespondierend erachtet werden, werden die verknüpften Knoten durch Vergleichen ihrer jeweiligen Richtungen und Minutientypen in den Blöcken 664, 666 und 668 bewertet. Der Minutientypvergleich wird zuerst in dem Entscheidungsblock 664 gemacht. Die Gleichheit des Minutientyps ist erforderlich, wenn die Daten verfügbar sind. Angenommen, daß die Minutientypen gleich sind, werden die Richtungen der Minutien, die mit den Nachbarknoten verknüpft sind, durch die logischen Blöcke 666 und 668 von Fig. 6b in zwei unterschiedlichen Arten in den Vergleich aufgenommen.
Wie bei dem Vergleich des Unterschiedes von Richtungen der Zentralknoten, kann die Drehbegrenzung der Unterschiede der Richtungen der Nachbarknoten definiert werden durch
dir&sub3;&sub1;&sub6; - dir&sub3;&sub3;&sub6; ≤ 120º. (5)
Einstellen des Wertes des Grenzwertes auf 361º eliminiert diesen Test im wesentlichen, wodurch erlaubt wird, daß Übereinstimmungen mit Drehinvarianzen gefunden werden. Der Vergleich wird in Block 666 von Fig. 6b durchgeführt.
Eine andere direktionale Begrenzung ist diejenige des Unterschiedes der Unterschiede von Richtungen, was konsistent mit der Drehinvarianz ist. Dieser Test wird in Block 668 durchgeführt und wird definiert durch
(dir&sub3;&sub1;&sub2; - dir&sub3;&sub1;&sub6;) - (dir&sub3;&sub3;&sub2; - dir&sub3;&sub3;&sub6;) ≤ 30º, (6)
was die Orientierung der Nachbarknotenrichtung relativ zu der Richtung des Zentralknotens identifiziert.
Wenn irgendeine der Überprüfungen, die durch die Entscheidungsblöcke 654-668 (wobei der Bindestrich das Wort "bis" beschreibt) versagt, kehrt der logische Fluß über den logischen Pfad 672 zu dem Entscheidungsblock 650 zurück, da die Attribute von bu und bv nicht übereinstimmen oder die Attribute von uN und vN nicht zueinander passen und ein anderes Paar von Zweigen und Nachbarknoten muß bewertet werden, sofern es existiert.
Angenommen, daß jedoch der Zweig/Nachbar alle Begrenzungen des Vergleichs, soweit im logischen Fluß von Fig. 6b beschrieben wurde, erfüllt, kann dies besser verstanden werden als äquivalent zu der Übereinstimmung des Zweiges 414 und des Nachbarknotens 416 des Sterns 410 von Fig. 4a mit dem Zweig 434 und dem Nachbarknoten 436 von Stern 430. Man muß sich erinnern, daß der Stern 410 ein Stern von dem unbekannten Fingerabdruck ist, während der Stern 430 von dem Referenzflngerabdruck stammt. Der logische Fluß setzt von Block 668 von Fig. 6b zu einem Block 670 fort, der das Hinzufügen des Zweigpaares bu und bv zu einem Satz, mit B bezeichnet, von übereinstimmenden Zweigen für das Sternpaar u und v darstellt. Dies vervollständigt die Bewertung für dieses Zweig-/Nachbarknotenpaar und die Logik kehrt zurück zu dem Entscheidungsblock 650, um mit der Bewertung fortzusetzen. Dieser Zweig-/Nachbarvergleichsprozeß wird für jede Paarung von Zweigen des Sternpaares, das gegenwärtig verglichen wird, durchgeführt. Somit wird jeder der Zweig/Nachbarknotenvektoren in dem Stern 410 von Fig. 4a mit allen Zweig-/Nachbarknotenvektoren des Sterns 430 verglichen. Es muß realisiert werden, daß irgendeiner oder einige der Zweig-/Nachbarknoten des Sterns 410 mit irgendeinem oder mehreren der entsprechenden Abschnitte des Sterns 430 übereinstimmen kann. Schließlich werden alle Zweig-/Nachbarknotenübereinstimmungen bewertet worden sein, der Satz BRU wird leer sein und die Logik verläßt den Entscheidungsblock 644 durch den JA-Pfad und fließt über einen Knoten 604 zurück zu dem Flußdiagramm von Fig. 6a.
In Fig. 6a fließt die Logik von dem Knoten 604 zu einem Block 674, der das Auswählen eines maximalen oder größten konsistenten Untersatzes von B darstellt, wobei der Satz von allen Zweig- /Nachbarknotenübereinstimmungen, die durch die Bewertung von allen Zweig-/Nachbarknotenpaarungen des Sternpaares u, v, das gegenwärtig verglichen wird, abgeleitet wird. Die Konsistenz erfordert, daß kein einzelner Zweig-/Nachbarknoten in mehr als einem Paar von Zweig-/Nachbarknoten in dem Untersatz erscheint. Dieses Erfordernis der Konsistenz verhindert das logische Problem der Zuweisung von zwei (oder mehreren) Zweigen in dem Referenzstern zu einem Zweig des unbekannten Sterns oder umgekehrt. Der Wert des Elements der Abstandsmatrix für dieses Sternpaar wird im Block 674 eingestellt auf
1 + [MCS] = Elementwert, (7)
wobei MCS der maximale konsistente Untersatz von allen verglichenen Paarungen der Zweig- /Nachbarknotenpaaren ist. Wenn somit drei einmalige Zweig-/Nachbarknoten von einem der Sterne des Sternpaanrergleiches zu drei einmaligen Zweig-/Nachbarknoten des anderen Sterns des Paares passen, wobei der Wert des Abstandsmatrixelements für dieses Sternpaar Eins plus Drei oder Vier ist. Von dem logischen Block 674 kehrt die Logik zurück zu dem Entscheidungsblock 626.
Soweit bislang beschrieben, wurde ein Stern des unbekannten Fingerabdrucks mit einem Stern des Referenzfingerabdrucks verglichen. Die Abstandsmatrixberechnung erfordert den Vergleich von jedem Stern des ARG des unbekannten Fingerabdrucks mit jedem Stern des ARG's des Referenzfingerabdrucks. Solange Sternpaare verbleiben, die nicht verglichen wurden, wie durch die Entscheidungsblöcke 618 und 626 bestimmt wird, kehrt die Logik zu dem Block 630 zurück, um die Bewertung der Sternpaare fortzusetzen. Die oben beschriebenen Schritte werden für alle solche Paarungen von Sternen durchgeführt, um dadurch die Elemente der Abstandsmatrix mit Werten zu füllen. Schließlich, wenn die nicht bewerteten Sternpaare er schöpft sind, verläßt die Logik den Entscheidungsblock 680 über den JA-Pfad und setzt über einen logischen Pfad 620 zu dem Modul oder Block 28 von Fig. 2 fort.
Die Anzahl der Elemente in der Abstandsmatrix hängt von der Anzahl der Sterne ab, die in dem Fingerabdruckpaar verglichen werden; wenn die Anzahl von Sternen in dem unbekannten Fingerabdruck M ist und die Anzahl von Sternen in dem Referenzfingerabdruck N ist, enthält die Abstandsmatrix M · N Elemente. Die Anzahl von Sternen ist gleich die Anzahl von Minutien in dem extrahierten Fingerabdruck, da der Zentralknoten von jedem Stern ein Knoten in dem ARG ist und jeder Knoten mit einer Minutie verknüpft ist.
Während der Bestimmung der Elemente der Abstandsmatrix, können bestimmte Tests ausgenommen werden aufgrund des Fehlens von Information, um bestimmte Invarianzen beizubehalten oder den Vergleichsprozeß zu beschleunigen. Der Minutientyp, die örtliche Furchenbreite, die Furchenzahl und/oder die Furchenzuweisungsinformation könnte nicht verfügbar sein und sie könnten außer Acht gelassen werden.
Nachdem die Elemente der Abstandsmatrix für ein Paar von Fingerabdrücken ausgefüllt wurden, wie durch die Logik der Fig. 6a und 6b dargestellt wird, werden die Elemente der Abstandsmatrix mit dem Modul 28 des Prozessors 20 in Fig. 2 gekoppelt und der logische Fluß (oder Sortierer 39) beginnt den Betrieb des Sortierprozessors 20. Der Prozessor 20 sortiert die Elemente der Abstandsmatrix für dieses Paar von Fingerabdrücken in Übereinstimmung mit ihren Werten. Jede Standardsortierroutine sollte zufriedenstellend sein. Das Ergebnis des Sortierens ist eine Abstandsliste, in der die Elementgrößen tabelliert sind. Die Erzeugung der Liste wird als Block 710 in dem Flußdiagramm von Fig. 7 dargestellt.
Die Abstandsliste, die durch das Sortiermodul 20 von Fig. 2 erzeugt wird, wird zu dem Graphvergleichsmodul 30 geleitet. Das Graphvergleichsmodul 30 nimmt die Sternpaare in der sortierten Abstandsmatrixelementliste als Startpunkte, "plaziert" entsprechende Sterne in einem Netzwerk oder Satz (unten als "Untergraph" bezeichnet) und versucht das Netzwerk oder den Satz von Vergleichssternen dahingehend zu erweitern, daß alle Sterne des Fingerabdruckpaars aufgenommen werden. Natürlich, wenn die Referenz- und unbekannten ARG's eine gleiche Anzahl von Sternen haben, können sie nicht alle völlig und vollständig verglichen werden. Es ist zu erwarten, daß aufgrund des Färbens und anderer Variablen, nicht notwendigerweise alle Sterne der ARGs von zwei gleichen Fingerabdrücken übereinstimmen. Folglich versucht der Prozessor 30 den größten Untergraph von konsistenten Sternpaaren zu bilden, wie in Verbindung mit dem Flußdiagramm von Fig. 7 beschrieben ist. Andere Beschränkungen werden unten beschrieben.
Die Logik für das Erzeugen des Untergraphen für das Übereinstimmen des Fingerabdruckpaares startet durch Auswahl des Sternpaares (einer von den unbekannten und einer von der Referenz), das die unten beschriebenen Kriterien erfüllt, und was den höchsten Wert oder einen höchsten Wert hat, wenn mehr als ein Paar unter der sortierten Liste der Elemente der Abstandsmatrix den höchsten Werte hat, der von dem Ausgang des logischen Blocks 710 von Fig. 7 ausgegeben wird. Die Auswahl des höchstwertigen Sternpaares (u&sub1;, v&sub1;) wird in Fig. 7 durch die Kombination eines Entscheidungsblocks 712 dargestellt, der bestimmt, ob solch ein Element der gegenwärtigen Abstandsmatrix existiert, und eines weiteren Blocks 714. Diese Auswahl benennt im wesentlichen das Paar, das am wahrscheinlichsten zueinander paßt als einen Startpunkt für die Konstruktion des Untergraphs von verknüpften Sternen, was wiederum dazu führt, Verarbeitung zu vermeiden, die mit geringer Wahrscheinlichkeit gute Resultate erzielt. Wie unten beschrieben wird, werden die Identitäten u, v dieser ersten zwei Sterne in Block 714 zu einem Satz zugefügt, der als "Übereinstimmungskern" bezeichnet wird, ebenso bekannt als "M", was einfach ein Satz ist, der den Untergraph beschreibt, der aus denjenigen Sternpaaren des Paares von Fingerabdrücken für das die Korrespondenz bestimmt wird, zusammengesetzt ist. Der Übereinstimmungskern ist somit einfach eine Definition des Untergraphen. Der Übereinstimmungskern M ist somit ursprünglich der Satz {(u&sub1;, v&sub1;)}. Das erste Paar von Sternen wird immer zu dem Übereinstimmungskern hinzugefügt, obgleich spätere Sternpaare nur hinzugefügt werden, wenn sie tatsächlich eine konsistente Korrespondenz bilden, was durch Erfüllen eines Satzes von Begrenzungen in Bezug auf den Übereinstimmungskern errichtet wird. Die Hinzufügung des ersten Satzes von Sternen wird durch den Block 714 dargestellt. Der Block 714 stellt ebenso das "Schieben" des gegenwärtigen Wertes der Abstandsmatrix auf den Stapel der Abstandsmatrizen dar.
Wie oben erwähnt wurde, muß die Auswahl des ursprünglichen Sternpaares für die Aufnahme in den Übereinstimmungskern bestimmte Kriterien erfüllen. Sein Abstandsmatrixwert muß oberhalb eines Grenzwertes liegen. In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung war der Schwellwert fünf. Zusätzlich werden die ursprünglichen Sternpaare in ihrer Zahl auf K begrenzt, was den Effekt des Begrenzens der Zahl, wie häufig das Flußdiagramm von Fig. 7 aufgerufen wird, hat. Verschiedene Werte wurden versucht und ein Wert von vier wurde für die weitere Verwendung ausgewählt.
Der gegenwärtige Wert oder die Übereinstimmungszahl 5 des Übereinstimmungskerns M wird definiert als
S = (Anzahl von Sternpaaren in M) * (mittlerer Wert genommen über alle Abstandsmatrixwerte von allen Sternpaaren in M) + (Anzahl von Zweigen in dem ARG des unbekannten Fingerabdrucks zwischen den Zentralknoten der Sterne in jedem Paar von Sternen in M) + (Anzahl von Zweigen in dem ARG des Referenzfingerabdrucks zwischen den Zentralknoten der Sterne in irgendeinem Paar von Sternen in M),
wobei * die Multiplikation ist.
Der Übereinstimmungskern M' stellt denjenigen Übereinstimmungskern dar, der den höchsten Wert der Übereinstimmungszahl hat, der bislang in Betracht gezogen wurde. Die Übereinstimmungszahl S des gegenwärtigen M wird mit der Übereinstimmungszahl S' von M' verglichen. Wenn S größer als S' ist, wird M' durch M ersetzt. Dieser Vergleich wird durchgeführt durch die Kombination eines Entscheidungsblocks 716 von Fig. 7 und dem weiteren Block 718, der die Substitution durchführt. Die Logik erreicht dann einen weiteren Entscheidungsblock 760.
Ein bestimmter Fingerabdruckvergleich wird als vollständig erachtet, wenn die Anzahl von Sternen, die als zu dem Übereinstimmungskern zugehörig identifiziert wurden, eine bestimmte Zahl erreicht, da angenommen wird, daß eine Übereinstimmung von dieser Anzahl von Sternen 7n einem Untergraph unzweifelhaft ein passendes Paar von Fingerabdrücken identifiziert. Der Entscheidungsblock 760 von Fig. 7 vergleicht die Größe des gegenwärtigen Übereinstimmungskerns M mit der ausgewählten Schwellwertzahl von Elementen. Eine Zahl, die erfolgreich verwendet wurde, ist fünfzehn. Wenn somit fünfzehn Sternpaare zu dem Übereinstimmungskern M zugefügt wurden, wird die Übereinstimmung von dem Block 760 angezeigt. Natürlich können statt dessen andere Schwellwertzahlen als fünfzehn verwendet werden. Die Logik setzt dann zu Block 720 fort.
Sobald das erste Element zum Übereinstimmungskern hinzugefügt ist, wird eine Kandidatenliste von Nachbarpaarungen erzeugt. Der Block 720 von Fig. 7 stellt die Erzeugung einer Kandidatenliste C dar. Details der Funktion des Blocks 720, um eine Kandidatenliste zu erzeugen, werden unten in Verbindung mit den Fig. 8a und 8b beschrieben. Von dem Block 720 fließt die Logik über einen Pfad 722 zu einem Entscheidungsblock 724, der die Kandidatenliste C untersucht, um zu bestimmen, ob sie leer ist oder noch weitere Kandidaten enthält. Wenn die Kandidatenliste Mitglieder enthält, verläßt die Logik den Entscheidungsblock 720 über den NEIN-Pfad und gelangt zu Block 726. Der Block 726 von Fig. 7 stellt das Herauspicken eines Sternpaares (u", v") aus C dar mit einem höchsten Abstandsmatrixwert und das Entfernen dieses Paares von der Kandidatenliste C. Die Logik fließt dann zurück zu Block 714, wo das Element, das gerade in Block 726 ausgewählt wurde, nämlich das höchstwertige Element (u", v") zu dem Übereinstimmungskern hinzugefügt wird. Der Übereinstimmungskern ist nun der Satz {(u&sub1;, v&sub1;) (u&sub2;, v&sub2;)}. Solange es weitere Kandidatenpaare gibt, fließt die Logik entlang des Pfades einschließlich der Blöcke 716, 718, 760, 720, 724, 726 und 714 und fügt mit jedem Iterationsschritt einen Kandidaten zu dem Übereinstimmungssatz hinzu. Der Übereinstimmungssatz ist {(u&sub1;, v&sub1;) (u&sub2;, v&sub2;)...(uN, vN)]. Da die Kandidaten für das Hinzufügen zu dem Übereinstimmungskern Abstandsmatrixelementwerte ungleich Null haben und da sie andere Beschränkungen in dem Block 720 erfüllt haben, wie unten beschrieben wird, kann das Kandidatensternpaar immer zu dem Übereinstimmungskern hinzugefügt werden. Folglich sollte die Schleife einschließlich der Blöcke 720, 724, 726 und 714 im Betrieb fortfahren, solange die Kandidaten verfügbar sind. Schließlich, wenn die Zuführung von Kandidaten erschöpft ist, verläßt die Logik den Block 724 über den JA-Pfad 728 und fließt zu Block 730.
Der Block 730 von Fig. 7 stellt die Entfernung des zuletzt hinzugefügten Elements (uN, VN) des Übereinstimmungskerns M dar. Dies stellt das "Zurücksetzen" oder das Zurückkehren dar, wenn ein "Sackgassen" Pfad eingeschlagen wurde, nämlich wenn der Übereinstimmungskern oder Untergraph einer bestimmten Konfiguration nicht weiter erweitert werden kann. Die Konfiguration des Übereinstimmungskerns wird verändert durch das Zurücksetzen und Starten eines neuen Suchpfades, beginnend mit dem Übereinstimmungskern {(u&sub1;, v&sub1;) (u&sub2;, v&sub2;)... (uN-1, vN-1)}. Wenn der Übereinstimmungskern leer ist, startet die Suche erneut mit einem neuen Sternpaar als Basis, wobei des nächste Sternpaar ausgewählt wird als das zweithöchste in der Abstandsmatrix oder ein anderes der höchstwertigen Paare, wenn mehr als eines denselben höchsten Wert hat. Der Block 730 stellt ebenso die Auswahl der Abstandsmatrix an der Oberseite des Stapels als die gegenwärtige Abstandsmatrix dar durch Entfernen (Herausholen) dieser aus dem Stapel. In der neuen Abstandsmatrix wird der Wert des Elements für das Sternpaar (uN, vN) auf Null eingestellt.
Von dem Block 730 fließt die Logik zu einem Entscheidungsblock 732, der die Inhalte des Übereinstimmungskerns bewertet, um zu sehen, ob der Übereinstimmungskern leer ist. Der Übereinstimmungskern kann leer sein, wenn nur das erste Element hierin enthalten war und keine weiteren Kandidaten für die Aufnahme gefunden wurden. Wenn die Suche, die durch die Blöcke 714-726 von Fig. 7 durchgeführt wird, nicht die ausgewählte Anzahl von übereinstimmenden Sternpaaren in dem Fingerabdruck findet, wird der Kern schließlich leer sein, da er zurückgegangen ist und jede Kombination von Nachbarsternen des Untergraphs basierend auf dem Übereinstimmungskern {(u&sub1;, v&sub1;)}, der den unten detailliert ausgeführten Beschränkungen unterliegt, erforschen. Wenn der Übereinstimmungskern M leer ist, verläßt die Logik den Block 732 über den JA-Pfad und fließt über einen Pfad 734 zurück zu dem Block 712, um eine andere Durchquerung der Logik für ein anderes Sternpaar zu beginnen. Wenn es ein anderes Sternpaar gibt, das einen anderen Übereinstimmungskern beginnen könnte, wie durch den Entscheidungsblock 712 errichtet wird, wird der Block 714 ein anderes Sternpaar (u&sub1;', v&sub1;') als das erste Mitglied eines neuen Übereinstimmungskern aus. Wenn auf der anderen Seite der Übereinstimmungskern nicht leer ist, fließt die Logik von dem Entscheidungsblock 732 über einen Pfad 736 zurück zu Block 720. Ein Kandidatensatz wird konstruiert für den reduzierten Übereinstimmungskern in Block 720 und Versuche werden durchgeführt, den Übereinstimmungskern erneut zu expandieren durch Durchqueren des logischen Pfades einschließlich des Pfades 722, der Blöcke 724, 730 und 732.
Schließlich wird die Anzahl von Sternpaaren in M entweder das vorbestimmte Maximum erreichen, wie in Verbindung mit Block 760 diskutiert wurde, oder keine Sternpaare werden verbleiben, die als Erstglieder eines Übereinstimmungskerns dienen können. In dem ersten Versuch wird der Entscheidungsblock 760 die Logik leiten, so daß sie das Flußdiagramm von Fig. 7 über die Blöcke 738 und 640 verläßt, während in dem zweiten Versuch der Entscheidungsblock 712 die Logik leitet, so daß sie über den Pfad 740 und dieselben Blöcke 738 und 614 verläßt. Der logische Block 738 berechnet erneut die Übereinstimmungszahl S' für den Übereinstimmungskern M'. Dieser Wert von S' ist das, was in dem Block 34 von Fig. 2 abgelegt wird. Der Block 614 von Fig. 7 stellt die Auswahl des nächsten Referenzflngerabdrucks dar entsprechend dem Block derselben Bezeichnung in Fig. 6a.
Die Fig. 8a und 8b bilden zusammen ein Flußdiagramm, das den logischen Fluß innerhalb des logischen Blocks 720 von Fig. 7 darstellt. Die Logik von Block 720, dies wird in Erinnerung gerufen, ist für den Zweck des Bestimmens von Paaren von Sternen für die Aufnahme in der Liste C von Kandidaten für die Aufnahme in den Übereinstimmungskern. In den Fig. 8a und 8b gelangt die Logik zu einem Block 810 von dem Block 760 von Fig. 7. Der Block 810 stellt die Auswahl eines Satzes X von allen Sternen dar, die auf benachbarten Knoten zentriert sind, die ein Teil der Sterne des ARGs des unbekannten Abdrucks in dem gegenwärtigen Untergraph, der durch M dargestellt wird, sind. Die Kandidatensterne müssen alle Nachbarn eines Knotens sein, der bereits Teil des Untergraphs ist, was in dem Beispiel bis zu vierzehn Sterne beinhalten kann. Der Satz X, der durch den Block 810 erzeugt wird, beinhaltet alle solche Sterne. Von dem logischen Block 810 fließt die Logik zu einem Entscheidungsblock 812, der die Anzahl von Elementen in X untersucht. Wenn X leer ist, wird die Erzeugung von C, der Satz von Kandidatensternpaaren, komplettiert und der Entscheidungsblock 812 leitet die Logik zu dem Block 724 von Fig. 7 über den Knoten 701. So lange X nicht leer ist, kann ein Stern u' von dem Satz X entfernt werden und die Logik verläßt den Entscheidungsblock 812 über den NEIN-Pfad und erreicht den Block 814, in dem ein Stern u' aus dem Satz X entfernt wird. Von dem Block 814 fließt die Logik zu einem Block 816, der die Auswahl eines Satzes Y von allen Sternen, die an benachbarten Knoten zentriert sind, die Teil der Sterne des ARGs des Referenzabdrucks in dem gegenwärtigen Untergraphen sind, der durch M dargestellt wird, darstellt. Die Kandidatensterne müssen alle Nachbarn eines Knotens sein, der bereits Teil des Untergraphen ist, der in dem Beispiel bis zu vierzehn Sterne beinhalten kann. Der Satz Y, der durch den Block 816 erzeugt wird, beinhaltet all solche Sterne. Von der Logik 816 fließt die Logik zu einem Entscheidungsblock 818, der die Anzahl von Elementen in Y untersucht. Wenn Y leer ist, ist die Erzeugung von C nicht vollständig und die Logik kehrt zurück zu Block 812. Solange Y nicht leer ist, kann ein Stern v' von dem Satz Y entfernt werden und die Logik verläßt den Entscheidungsblock 818 über den NEIN-Pfad und erreicht den Block 820, in dem ein Stern v' aus dem Satz Y entfernt wird.
Überprüfungen werden in dem Rest des Flußdiagramms der Fig. 8a und 8b durchgeführt, um zu bestimmen, ob das Sternpaar (u', v') zu dem Satz C der Kandidatensternpaare hinzugefügt werden kann. Genauer gesagt, bestimmen die Entscheidungsblöcke 822 und 824, ob (u', v') bereits in dem Übereinstimmungskern ist und ob der Abstandsmatrixwert für (u', v') gleich Null ist. Wenn diese beiden Bedingungen nicht erfüllt sind, fließt die Logik zu Fig. 8b als Antwort auf den Knoten 801. Wenn irgendeine der beiden Bedingungen erfüllt ist, dann kann (u', v') dem Satz C nicht hinzugefügt werden, und die Logik kehrt dann zu dem Block 818 zurück, um ein anderes Sternpaar zu untersuchen.
Von dem Knoten 801 von Fig. 8b fließt die Logik zu einem Block 826, der das Gleichsetzen des Satzes von allen Sternpaaren (u, v) in dem Übereinstimmungskern M auf Z darstellt, so daß u' ein Nachbar von u und v' ein Nachbar von v ist. Der Entscheidungsblock 828 untersucht Z und leitet den logischen Fluß zu Block 830, wenn Z nicht leer ist. Der Block 830 stellt die Entfernung von einem (u, v) aus Z dar, für die Verwendung in den folgenden Blöcken. Der Entscheidungsblock 832 bestimmt, ob der Quadrantwert von u in Bezug auf das Koordinatensystem von u' innerhalb eins liegt (Modulo 12) des Quadrantenwertes von v in Bezug auf das Koordinatensystem von v'. Der Entscheidungsblock 832 bestimmt ebenso, ob der Quadrantwert von u' in Bezug auf das Koordinatensystem von u innerhalb eins (Modulo 12) des Quadrantwertes von v' in Bezug auf das Koordinatensystem von v liegt. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, geht der Fluß zu dem Entscheidungsblock 834. Der Entscheidungsblock 834 stellt sicher, daß die Furchenzahl von u zu u' gleich zu der Furchenzahl von v zu v' ist oder innerhalb der Toleranz liegt. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, fließt die Logik zu dem Entscheidungsblock 836. Der Block 836 bestimmt, ab die Furchenzuweisungen von u und u' und von v und v' identisch sind. Wenn diese Bedingung erfüllt 'ist, fließt die Logik über den Pfad 838 zurück zu dem Entscheidungsblock 828. Die Schleife, die die Blöcke 828-836 und den Pfad 838 beinhaltet, bewertet das potentielle Kandidatensternpaar (u, v') in. Bezug auf alle Sternpaare in Z. Wenn irgendeine der Bedingungen, die durch die Blöcke 832, 834 und 836 aufgestellt werden, nicht erfüllt wird, wird das Sternpaar (u', v') nicht in den Kandidatensatz C hereingelassen und die Logik fließt zurück zu Block 818 von Fig. 8a in Antwort auf den Knoten 803.
Nachdem alle Elemente von Z durch die Entscheidungsblöcke 828-836 bewertet wurden, verläßt die Logik den Entscheidungsblock 828 in Antwort auf den Pfad 840 zu einem Block 842, der das Gleichmachen eines Satzes A zu dem Satz M darstellt. Dies erlaubt es, daß jedes Sternpaar in dem Übereinstimmungskern M in Bezug auf das potentielle Kandidatenstempaar (u', v') bewertet wird. Von dem Block 842 fließt die Logik zu einem Entscheidungsblock 844, der A bewertet. Wenn Elemente in A verbleiben, fließt die Logik zu einem Block 846, der die Entfernung eines Sternpaares (u, v) von A darstellt, für die Verwendung in nachfolgenden Entscheidungsblöcken. Entscheidungsblöcke 848, 850 und 852 bewerten das Sternpaar (u, v) mit dem potentiellen Kandidatenstempaar (u', v').
Der Entscheidungsblock 848 bewertet die Differenz der Differenzen der Richtungen der Minutien. Wenn der Wert innerhalb der Toleranz liegt, fährt der Fluß zu dem Entscheidungsblock 850 fort. Die Entscheidungsblöcke 850 und 852 vergleichen den euklidischen Abstand und den normalisierten Furchenbreitenabstand in einer Art und Weise ähnlich zu der, die in Verbindung mit den Blöcken 660 und 662 der Fig. 6b beschrieben wurde. Wenn eine der Bedingungen nicht erfüllt ist, fließt die Logik zu Block 818 von Fig. 8a in Antwort auf den Knoten 803 und das Sternpaar (u', v') wird nicht zu dem Kandidatensatz C hinzugefügt. Wenn andererseits die Bedingungen, die von den Entscheidungsblöcken 848, 850 und 852 ausgestellt wurden, erfüllt sind, fließt die Logik zurück zu dem Entscheidungsblock 844. Die Schleife, die die Blöcke 844-852 beinhaltet, stellt die Iteration über alle Sternpaare in dem Satz A dar. Wenn der Satz A erschöpft ist, wurde (u', v') erfolgreich mit allen Sternpaaren in dem Übereinstimmungskern M verglichen. Die Logik verläßt dann den Entscheidungsblock 844 über den JA-Pfad und gelangt an einem Block 854 an. Der Block 854 fügt (u', v') zu dem Kandidatensatz C hinzu. Von dem Block 854 verläßt die Logik dann das Flußdiagramm von Fig. 8 in Antwort auf den Knoten 803 und kehrt zu dem Entscheidungsblock 818 von Fig. 8a zurück, um ein anderes potentielles Kandidatensternpaar zu testen.
Zusammenfassend erfaßt dieses System die Minutientabelle und relative topologische Informationen eines Fingerabdrucks in der Form eines attributierten relationalen Graphen. Der Informationsinhalt der Fingerabdrucktabelle wird in sehr kompakter Form gespeichert unter Verwendung von weniger als 2000 Byte für eine Minutientabelle, die 110-130 Minutien enthält. Die Suche wird basierend auf der nicht exakten Übereinstimmung der Untergraphen der ARG Darstellungen des Fingerabdrucks durchgeführt. Die Suche ist effizient, da sie eine heuristisch bestimmte "clevere" Strategie für den Vergleich der Untergraphen der ARG Darstellungen verwendet. Die Technik jätet sich durch die in den Minutientabellen verfügbare Information, identifiziert einen Untersatz von passenden Minutien zusammen mit ihren entsprechenden topologischen Verknüpfungen. Die Suchstrategie ist die Drehung, die Translation, die Skalierung und die invariante Deformation, so daß sie mit Fingerabdrükken schlechter Qualität umgehen kann, die mit Rauschen, Verzerrung und anderen Formen von Unsicherheiten, wie zum Beispiel Verschmierungen, Verschmutzungen und teilweiser oder falscher Information belastet sind. Ein besonderer Vorteil des beschriebenen Systems ist der, daß kein globales Koordinatensystem erforderlich, wie in einigen Systemen des Standes der Technik, und die Erfassung von globalen Fingerabdruckcharakteristiken, wie zum Beispiel Kernen und Deltas, nicht erforderlich ist. Ein System gemäß der Erfindung wurde in vorläufiger Form implementiert in der Programmierhochsprache C, die auf kommerzieller plattformunabhängiger Hardware läuft, wie zum Beispiel in der Standard UNIX Workstation. Eine Übereinstimnnungsgenauigkeit von 96% wurde bei allen Abdrücken, allen Indizes und allen Mittelfingerabdrücken in der NIST Spezialdatenbank 4 erreicht.
Andere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich dem Fachmann. Beispielsweise kann der elektronische Berechnungsapparat, der den Vergleich zwischen den unbekannten und den Referenzabdrücken durchführt, an einem Ört sein, der von dem Speicher, in dem die Referenzfingerabdrücke abgelegt sind, entfernt sein, und die Daten können zwischen diesen mit Hilfe von digitalen Datenpfaden übertragen werden. Die Referenzfingerabdrücke können in dem elektronischen Speicher in der ARG Form oder in Bildform, wobei in diesem Fall die Umwandlung zu der ARG Form auf den Referenzflngerabdrücken vor dem Vergleich durchgeführt werden muß, abgelegt sein. Die Schritte gemäß der Erfindung können zu Zeiten durchgeführt werden, die voneinander getrennt sind, wobei die Daten während der Zwischenzeit in dem Speicher abgelegt werden. Während Fingerabdrücke als persönliche physikalische Merkmale beschrieben wurden, die verglichen werden können, können andere Merkmale einschließlich Handabdrücken, Zehenabdrücken und (Bar) Fußabdrücke, wie zum Beispiel diejenigen, die von Hospitälern verwendet werden, um Babies zu identifizieren, einschließen. Die beschriebene Anordnung ist für einen Fingerabdruckleser geeignet; wenn eine große Referenzfingerabdruckdatei verfügbar ist, kann es sein, daß ein größerer Durchsatz von nicht identifizierten Fingerabdrücken benötigt wird, wobei in diesem Fall eine Mehrzahl von Prozessoren ähnlich desjenigen, der beschrieben und beansprucht wurde, gleichzeitig von derselben Referenzfingerabdruckdatei betrieben werden können oder von unterschiedlichen, jedoch miteinander verknüpften Referenzfingerabdruckdateien; somit könnte ein Prozessor den unbekannten Fingerabdruck mit denjenigen Referenzflngerabdrücken mit Dateinummern, die von eins bis N&sub1; reichen, vergleichen, wobei der zweite Prozessor gleichzeitig denselben unbekannten Fingerabdruck mit denjenigen Referenzfingerabdrücken mit Dateinummern, die von N&sub2; bis N&sub3; reichen, vergleicht, wobei der dritte Prozessor gleichzeitig könnte ..... Die Prinzipien der Erfindung könnten in der Erkennung und/oder Identifizierung von Objekten/Zielen in Szenen oder Bilder Anwendung finden.

Claims

1. Verfahren zum Vergleichen eines Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken, wobei der Satz zumindest einen nicht identifizierten Fingerabdruck enthält, mit einer Mehrzahl von Sätzen von Referenzfingerabdrücken von einer Fingerabdruckdatei, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Erzeugen eines attributierten relationalen Graphen (ARG), der (a) Knoten und Knotenmerkmale und (b) Verzweigungen zwischen den Knoten und Knotenmerkmalen einschließt, aus einer extrahierten digitalen Minutientabelle des Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken, um hierdurch Sterne implizit zu erzeugen, die auf jedem der Knoten zentriert sind,

Erzeugen einer Abstandsmatrix zwischen (a) den Sternen in dem ARG von einem der Fingerdrücke des Satzes von unbekannten Fingerabdrücken und (b) den Sternen des ARG von einem der Fingerabdrücke in einem der Sätze von Referenzfingerabdrücken, wobei die Abstandsmatrix ein Matrixelement enthält, das mit jedem Sternpaar verknüpft ist, und Erzeugen eines Übereinstimmungskernes von konsistenten Sätzen von Sternpaaren aus der Abstandsmatrix und dem ARG,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugen einer Abstandsmatrix die Schritte aufweist:

Bestimmen des euklidischen Abstands zwischen Paaren der Minutien und

Teilen des euklidischen Abstand zwischen den Paaren von Minutien durch den Mittelwert der lokalen Furchenbreite zwischen den Minutien der Paare, um normalisierte Furchenbreitenabstände für jedes der Paare zu erzeugen, wobei der relationale Graph oder die Liste von topologischen Verbindungen die normalisierten Furchenbreitenabstände beinhaltet.

2. Verfahren für das Vergleichen eines Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens eines attributierten relationalen Graphs die Schritte aufweist:

(i) Zuweisen eines bestimmten Knotens des ARGs zu jeden Minutien der extrahierten digitalen Minutientabelle,

(ii) Zuweisen zu dem bestimmten Knoten des ARGs den Ort seiner entsprechenden Minutien,

(iii) Zuweisen zu dem bestimmten Knoten des ARGs die Richtung seiner entsprechenden Minutien,

(iv) Konstruieren einer Verzweigung zwischen dem bestimmten Knoten und dem nahegelegensten anderen Knoten in jedem von vier Quadranten um den bestimmten Knoten herum, wie durch die Richtung des bestimmten Knotens eingerichtet wurde, wobei der nächstgelegene durch den euklidischen Abstand zwischen den Knoten bestimmt wird, und

(v) Zuweisen zu der Verzweigung zumindest die Merkmale (a) des euklidischen Abstands und (b) des Quadranten, innerhalb dem der andere Knoten liegt, und das weiterhin zumindest einen der Schritte aufweist:

Zuweisen des Merkmals des normalisierten Furchenbritenabstands zu den Verzweigungen und

Zuweisen des Merkmals derselben Furchen zu den Verzweigungen.

3. Verfahren für das Vergleichen eines Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Erzeugen eines attributierten relationalen Graphen den Schritt aufweist: Zuweisen des Merkmals der lokalen Furchenbreite zu den Knoten.

4. Verfahren für das Vergleichen eines Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken gemäß Anspruch 2 oder 3, das weiterhin den Schritt des Zuweisens des Merkmals der Furchenzahl zu den Verzweigungen aufweist.

5. Verfahren für das Vergleichen eines Satzes von nicht identifizierten Fingerabdrücken nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiterhin die Schritte aufweist:

Sortieren der Elemente der Abstandsmatrix für jedes Paar von Fingerabdrücken entsprechend dem Wert der Elemente, um eine sortierte Abstandsmatrix zu bilden, die eine Ordnung von Sternpaarübereinstimmungen bildet,

Erzeugen eines Übereinstimmungskernes von konsistenten Sätzen von Sternpaaren aus der Abstandsmatrix und der ARG in einer Ordnung, die von der sortierten Abstandmatrix gebildet wurde,

wobei der Schritt des Erzeugens eines Übereinstimmungskernes die Schritte aufweist:

Auswählen eines Sternpaares, das mit einem größten Element der sortierten Abstandsmatrix verknüpft ist, um ein erstes Element eines Übereinstimmungskernes zu definieren,

Löschen des Elements, das mit dem ersten Element des Übereinstimmungskernes verknüpft ist, aus der Abstandsmatrix, um eine reduzierte Abstandsmatrix zu erzeugen,

Auswählen aus Anwärterpaaren von Sternen, die auf benachbarten Knoten des Zentrumsknotens des Sternpaares in dem ersten Element von dem Übereinstimmungskern zentriert sind, das Anwärtersternpaar, das sowohl (a) konsistent mit dem Übereinstimmungskern ist und (b) unter all den Anwärtersternpaaren, die konsistent mit dem Übereinstimmungskern sind, mit einem größten Abstandsmatrixelement in der reduzierten Abstandsmatrix verknüpft ist, um hierdurch ein zweites Element für den Übereinstimmungskern zu erzeugen,

Addieren des zweiten Elements zu dem Übereinstimmungskern als ein weiteres Element,

Löschen des einen der Elemente der Abstandsmatrix, das mit dem Anwärtersternpaar verknüpft ist, das zu dem Übereinstimmungskern addiert wurde, aus der reduzierten Abstandsmatrix, um eine weiter reduzierte Abstandsmatrix zu bilden,

Wiederholen der Schritte des Auswählens des weiteren Sternpaares, des Addierens und des Löschens aus der reduzierten Abstandsmatrix zumindest bis keine weiteren Sternpaaranwärter übrig bleiben, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Wiederholens bis keine weiteren Sternpaare, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, übrigbleiben, den Schritt des Erachtens einer bestimmten Anzahl von Elementen in dem Übereinstimmungskern als inkonsistent beinhaltet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, das weiterhin die Schritte aufweist:

wenn die Anzahl der Elemente in dem Übereinstimmungskern kleiner als eine bestimmte Anzahl ist und kein Sternpaar übrigbleibt, das mit dem Übereinstimmungskern konsistent ist, das Löschen des zuletzt zugefügten Elements aus dem Übereinstimmungskern, wodurch ein anderes Element das zuletzt dem Übereinstimmungskern zugefügte Element wird,

Auswählen aus Sternpaaranwärtern, die auf benachbarten Knoten der Zentrumsknoten von jedem Stern zentriert sind, der mit einem Element des Übereinstimmungskernes verknüpft ist, den Sternpaaranwärter, der sowohl (a) konsistent mit dem Übereinstimmungskern ist und (b) unter allen anderen Sternpaaranwärtern, die mit dem Übereinstimmungskern konsistent sind, derjenige ist, der mit dem größten Abstandsmatrixelement in der reduzierten Abstandsmatrix verknüpft ist, um hierdurch ein nächstes Element für den Übereinstimmungskern zu erzeugen,

Addieren des nächsten Elements zu dem Übereinstimmungskern und

Löschen des einen der Elemente der Abstandsmatrix, die mit diesem Sternpaaranwärter verknüpft ist, der als nächstes Element zu dem Übereinstimmungskern addiert wurde, aus der reduzierten Abstandsmatrix, um noch eine weiter reduzierte Abstandsmatrix zu bilden, Wiederholen der Schritte des Auswählens des weiteren Sternpaares, des Addierens und des Löschens von der reduzierten Abstandsmatrix zumindest bis keine weiteren Sternpaaranwärter verbleiben, die konsistent mit dem Übereinstimmungskern sind.