DE69614958T2

DE69614958T2 - Gerät und Verfahren zur Detektion von Fingerabdruckmerkmalen

Info

Publication number: DE69614958T2
Application number: DE69614958T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Sato
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2016-10-16
Also published as: JP2735098B2; DE69614958D1; CA2187840C; CA2187840A1; JPH09114978A; US6002784A; EP0768616B1; AU706175B2; AU6818296A; EP0768616A2; EP0768616A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Klassifizieren und Extrahieren von Merkmalen eines Fingerabdrucks oder Handflächenabdrucks und insbesondere eine Fingerabdruckmerkmal-Feststellvorrichtung und ein Verfahren zum Feststellen von Merkmalen eines Fingerabdrucks.

Beschreibung des Standes der Technik

Beispiele eines Verfahrens zum Feststellen von Merkmalen eines Fingerabdrucks nach dem Stand der Technik unter Benutzung eines Computers ist in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Automated Fingerprint Classifier" von F. Noda, S. Ohteru, H. Kobayashi und T. Kato offenbart, publiziert in den Proceedings of the 2nd International Pattern Recognition Conference, August 1974, und in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Fingerprint Classification by Directional Distribution Patterns" von O. Nakamura, K. Goto und T. Minami, publiziert in Transaction of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, Band J65-D, Nr. 10, Oktober 1982, S. 1286-1293.
Im ersten Beispiel, das als Verfahren nach Noda et al. bezeichnet wird, wird ein Fingerabdruck als ein Vektorfeld angesehen, und ein Merkmal davon wird festgestellt, indem in einem lokalen Bereich davon ein Oberflächen-Divergenzintegral durchgeführt wird, und im anderen Beispiel, das als Verfahren nach Nakamura et al. bezeichnet wird, wird ein Fingerabdruckmerkmal festgestellt, indem eine Richtungsverteilung von Furchen als Muster abgebildet wird und ein sich so ergebendes Muster mit einem vorher vorbereiteten Standardmuster abgeglichen wird.
Das Verfahren nach Nakamura et al., das der vorliegenden Erfindung näher liegt als das Verfahren nach Noda et al., wird mit Bezug zu Fig. 17 beschrieben.
Im Verfahren nach Nakamura et al. erzeugt eine Richtungsverteilungsmuster- Erzeugungseinheit 302 in einem Bereich um einen bestimmten Markierungspunkt auf einem Fingerabdruck, wie in Fig. 18 gezeigt, ein Richtungsverteilungsmuster von Furchen, eine Abstanderrechnungseinheit 303 errechnet einen Abstand zwischen dem so erzeugten Richtungsverteilungsmuster und einem vorher erzeugten Standardmuster, und eine Abstandsbestimmungseinheit 304 bestimmt eine Kategorie, die dem Standardmuster entspricht, das den minimalen Abstand zum erzeugten Muster aufweist.
Zunächst wird der Arbeitsablauf in der Richtungsverteilungsmuster-Erzeugungseinheit 302 beschrieben. Wie in Fig. 19 gezeigt, wird ein kreisförmiger Bereich des Fingerabdrucks, der den Markierungspunkt als Mittelpunkt aufweist, in 16 Abschnitte aufgeteilt, und unter Winkeln von Furchenrichtungen j bezogen auf eine Mittellinie Li in einem Abschnittsbereich Wi werden kleine Winkel (nicht größer als 90º) durch rji bezeichnet. Ein Mittelwert Ci, von rji für N Furchenrichtungen, die im Abschnittsbereich Wi enthalten sind, wird nach der folgenden Gleichung (1) erhalten:

Gleichung (1)

Ci = 1/N· Rji
und ein zweidimensionales Richtungsverteilungsmuster aller 16 Abschnittsbereiche durch Wiederholen dieses Arbeitsablaufes für alle Abschnitte.
Das Richtungsmuster der Furchen ist in vier Kategorien eingeteilt, wobei die erste bis dritte Kategorie Merkmalsmuster umfassen, "Wirbel", "Schleife" bzw. "Delta", und die vierte Kategorie Nichtmerkmalsmuster umfaßt, die "Peripherie" genannt werden. Die entsprechenden Wirbel und Schleife werden "Kern" genannt. Die Richtungsverteilungsmuster von Wirbel, Schleife, Delta und Peripherie sind zweidimensionale Muster, die spezifisch für die in Fig. 20 gezeigten entsprechenden Kategorien sind.
Als nächstes wird ein Arbeitsablauf beschrieben, der in der Abstandserrechnungseinheit 303 durchgeführt wird. Um diese zweidimensionalen Muster zu klassifizieren, ist es notwendig, vorher Merkmalspunkte und periphere Abschnitte eines Richtungsmusters der Furchen mittels Auge auszuwählen und Standardmuster Ct für die jeweiligen Kategorien vorzubereiten. Die Abstandserrechnungseinheit 303 errechnet einen Abstand D zwischen dem Standardmuster und dem Richtungsmuster der Furchen gemäß der folgenden Gleichung (2):

Gleichung (2)

D = min D(s); s = 0, 1, 2, ..., 15
D(S) = 1/16 Ci - Ct1+(i+s)mod16
wobei der Buchstabe S einen Rotationsbetrag des Standardmusters beim Errechnen des Abstands darstellt. Das bedeutet, daß sich der minimale Abstand D unter einer Mehrzahl von Abständen, die durch Vergleichen erhalten werden, während das Standardmuster für jeden konstanten Winkel rotiert wird, verschiebt.
Die Abstandsbestimmungseinheit 304 vergleicht die minimalen Abstände für diese Kategorien miteinander, um ein Fingerabdruckmerkmal Wirbel, Schleife oder Delta zu bestimmen, zu dem das Standardmuster mit dem minimalen Abstand gehört, und gibt das so erhaltene Merkmal als ein Ergebnis 305 der Feststellung aus.
Im herkömmlichen Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruckmerkmalen ist es jedoch notwendig, vorher mittels Auge einen Merkmalspunkt auszuwählen und das Standardmuster durch Verwendung des Richtungsverteilungsmusters in der Umgebung des Merkmalspunktes vorzubereiten, was eine zeitaufwendige Prozedur ist. Da die Abstandserrechnung zwischen quantisierten Mustern ausgeführt wird, hängt der Abstandswert weiterhin von der Rotation des Richtungsmusters der Furchen ab, und daher wird die Feststellungsgenauigkeit verringert.
Diese Tatsache wird mit bezug zu Fig. 21 und 22 beschrieben, indem ein Fall von Delta als Merkmal verwendet wird. Eine Richtungsverteilung des Deltamusters umfaßt drei Vorsprünge und drei Täler, jeweils zwischen benachbarten Vorsprüngen, wie in Fig. 21 durch eine dicke durchgezogene Linie gezeigt. Das Richtungsverteilungsmuster wird auf die 16 Abschnittsbereiche gelegt, und Proben des Richtungsverteilungsmusters werden an den durch schwarze Quadrate bezeichneten Punkten aufgenommen. Andererseits wird, wenn das gleiche Richtungsverteilungsmuster gegen den Uhrzeigersinn um (360/32) Grad rotiert wird, ein in Fig. 22 gezeigtes Richtungsverteilungsmuster erhalten. Wenn das so erhaltene Richtungsverteilungsmuster auf einen in 16 Abschnitte aufgeteilten Bereich gelegt wird, werden Proben des Musters an durch schwarze Quadrate bezeichneten Punkten aufgenommen. Obwohl die in Fig. 21 und 22 gezeigten Richtungsverteilungsmuster ursprünglich gleich sind, wird wegen der Differenz im Probennahmepunkt zwischen den Mustern der Abstand auch dann nicht null, wenn der Abgleich durchgeführt wird, während das eine bezogen auf das andere schrittweise um einen konstanten Winkel rotiert wird. Daher hängt der Abstandswert von der Rotation des Fingerabdrucks ab, und die Feststellungsgenauigkeit wird damit verringert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruckmerkmalen sowie ein entsprechendes Verfahren zum Feststellen eines Fingerabdruckmerkmals bereitzustellen, die keine vorherige Vorbereitung eines Standardmusters erfordert, nicht von der Rotation des Richtungsmusters der Furchen abhängt und in der Lage ist, eine hohe Feststellungsgenauigkeit beizubehalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist im beigefügten Vorrichtungsanspruch 1 und Verfahrensanspruch 9 dargelegt, wohingegen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung durch die von diesen Ansprüchen abhängigen Unteransprüche wiedergegeben werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlicher, in denen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Diagramm zur Darstellung einer Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein weiteres Diagramm zur Darstellung einer Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 Richtungsmuster der Landlinien von Fingerabdrücken zeigt;
Fig. 6 ein Flußdiagramm ist, das Funktionsprinzipien einer Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ein Flußdiagramm ist, das das Funktionsprinzip einer Fourier-Entwicklungseinheit 103 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 8 ein Flußdiagramm ist, das das Funktionsprinzip einer Potenzerrechnungseinheit 104 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 ein Flußdiagramm ist, das das Funktionsprinzip einer Potenzbestimmungseinheit 105 der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 10 eine Tabelle zum Erklären der Funktionsprinzipien und Auswirkungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 11 eine weitere Tabelle zum Erklären der Funktionsprinzipien und Auswirkungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 12 eine weitere Tabelle zum Erklären der Funktionsprinzipien und Auswirkungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 13 eine weitere Tabelle zum Erklären der Funktionsprinzipien und Auswirkungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 14 ein Flußdiagramm ist, das das Funktionsprinzip einer Glättungseinheit 203 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 15 ein Flußdiagramm ist, das das Funktionsprinzip einer Nulldurchgangs-Feststelleinheit 204 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 16 ein Diagramm zum Erklären der Auswirkungen der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 17 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 18 ein Richtungsmuster der Landlinien eines Fingerabdrucks zeigt;
Fig. 19 ein Diagramm zum Erklären der Funktionsprinzipien der Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 20 ein Beispiel eines Richtungsverteilungsmusters zeigt, das durch die Vorrichtung nach dem Stand der Technik erhalten werden kann;
Fig. 21 ein Diagramm zum Erklären von dem Stand der Technik innewohnenden Problemen ist; und
Fig. 22 ein weiteres Diagramm zum Erklären von dem Stand der Technik innewohnenden Problemen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben.
Mit Bezug zu Fig. 1 besteht eine Fingerabdruckmerkmal-Feststellungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausführen eines Verfahrens zum Feststellen von Fingerabdruckmerkmalen zum Beispiel aus einem Allzweck-Computer und Programmen. Die Vorrichtung 1 stellt Fingerabdruckmerkmale (Kern, Delta) aus einem Richtungsmuster 101 der Furchen fest. Das heißt, daß die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Feststellen von Fingerabdruckmerkmalen eine Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 zum Auswählen einer Mehrzahl von Punkten auf einem Kreis, der einen Markierungspunkt auf dem Richtungsmuster 101 der Furchen als einen Mittelpunkt aufweist, zum Erhalten innerer Produkte von Tangentenvektoren an der Mehrzahl der Punkte und Furchenvektoren an den gleichen Punkten und zum Ausgeben einer Verteilung der inneren Produkte an den Punkten auf dem Kreis als eine Richtungsverteilung der Furchen und eine Fingerabdruckmerkmal-Feststellungseinheit zum Feststellen des Fingerabdruckmerkmals auf Basis der Richtungsverteilung der Furchen umfaßt. Die Einheit 102 wird zum Beispiel durch ein Programm realisiert.
Die Fingerabdruckmerkmal-Feststellungseinheit umfaßt eine Fourier-Entwicklungseinheit 103 zum Fourierentwickeln der Richtungsverteilung der Furchen und zum Ausgeben eines Ergebnisses der Fourierentwicklung bei jeder Frequenzkomponente, eine Potenzerrechnungseinheit 104 zum Errechnen der Potenz der Fourier-entwickelten Richtungsverteilung jeder Frequenzkomponente und eine Potenzbestimmungseinheit 105 zum Feststellen des Fingerabdruckmerkmals aus der errechneten Potenz für jede Frequenzkomponente und zum Ausgeben des festgestellten Fingerabdruckmerkmals als ein Feststellungsergebnis 106.
Das heißt, daß die Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 einen Punkt auf einen Kreis setzt, der einen Markierungspunkt als seinen Mittelpunkt aufweist, und eine Richtungsverteilung der Furchen erzeugt, indem sie innere Produkte von Tangentenrichtungen an dem Punkt und Furchen am gleichen Punkt erhält, während sie den Punkt in Schritten rotiert. Die Potenzerrechnungseinheit 104 erhält die Potenz der Fourier-entwickelten Richtungsverteilung jeder Frequenzkomponente. Die Potenzbestimmungseinheit 105 stellt das Fingerabdruckmerkmal (Kern, Delta) fest, indem sie die Potenz für die jeweiligen Frequenzkomponenten vergleicht. Jede der Einheiten 103, 104 und 105 ist zum Beispiel durch ein Programm realisiert.
Mit Bezug zu Fig. 2 besteht eine Fingerabdruckmerkmal-Feststellungsvorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Ausführen des Verfahrens zum Feststellen vom Fingerabdruckmerkmalen zum Beispiel aus einem Allzweck-Computer und Programmen. Die Vorrichtung 2 umfaßt eine Richtungsverteilungs- Erzeugungseinheit 202, die auf eine ähnliche Weise wie die in Fig. 1 gezeigte Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 arbeitet. Das heißt, daß die Richtungsverteilungs- Erzeugungseinheit 202 eine Mehrzahl von Punkten auf einem Kreis, der einen Markierungspunkt auf dem Richtungsmuster 201 der Furchen als einen Mittelpunkt aufweist, auswählt, innere Produkte von Tangentenvektoren an der Mehrzahl der Punkte und Furchenvektoren an den gleichen Punkten erhält und eine Verteilung der inneren Produkte an den Punkten auf dem Kreis als eine Richtungsverteilung der Furchen ausgibt. Die Einheit 202 wird zum Beispiel durch ein Programm realisiert.
Die in Fig. 2 gezeigte Fingerabdruckmerkmal-Feststellungsvorrichtung umfaßt eine Fingerabdruckmerkmal-Feststellungseinheit zum Feststellen des Fingerabdruckmerkmals (Kern, Delta) auf Basis der Richtungsverteilung der Furchen. Die Fingerabdruckmerkmal- Feststellungseinheit umfaßt eine Glättungseinheit 203 zum Glätten der entsprechenden Teilverteilungen und eine Nulldurchgangs-Feststelleinheit 204 zum Feststellen der Anzahl von Änderungen der Werte der geglätteten Teilverteilungen von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv als die Anzahl der Nulldurchgänge, wobei das Fingerabdruckmerkmal aus der Anzahl der Nulldurchgänge festgestellt und das Fingerabdruckmerkmal als ein Ergebnis der Feststellung 205 ausgegeben wird. Jede der Einheiten 203, 204 und 205 wird zum Beispiel durch ein Programm realisiert.
Nun wird ein Funktionsprinzip der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, wobei der Winkel zwischen einer Tangentenrichtung und der horizontalen Richtung an einem bestimmten Punkt auf einem Kreis, der einen Markierungspunkt als seinen Mittelpunkt aufweist, als θ&sub1; definiert ist, der Winkel zwischen einer Furchenrichtung und den horizontalen Richtungen am selben Punkt θ&sub2; ist, ein die Tangentenlinie repräsentierender Vektor (R&sub1;cos2θ&sub1;, R&sub1;sin2θ&sub1;) und ein die Furche repräsentierender Vektor (R&sub2;cos2θ&sub2;, R&sub2;sin2θ&sub2;) ist, wobei R&sub1; und R&sub2; willkürliche Konstanten sind und θ&sub1; und θ&sub2; jeweils im Bereich von 0 bis π liegen. Das innere Produkt dieser zwei Vektoren lautet dann wie folgt:
R&sub1;R&sub2;(cos2θ&sub1;cos2θ&sub2; + sin2θ&sub1;sin2θ&sub2;) = R&sub1;R&sub2;cos(θ&sub2; - θ&sub1;)
Aus dieser Gleichung ist klar, daß das innere Produkt zweier Vektoren den maximalen Wert R&sub1;R&sub2; hat, wenn die Tangentenlinie und die Furche in der selben Richtung liegen, und den minimalen Wert -R&sub1;R&sub2;, wenn die Tangentenlinie orthogonal zur Furche liegt. Wenn man den Winkel φ des Radius des Kreises bezogen auf die horizontale Linie auf eine Abszisse und das innere Produkt auf eine Ordinate legt, werden daher Richtungsverteilungen von Fingerabdruckmerkmalen erhalten, die jeweils Wirbel, Schleife, Peripherie und Delta entsprechen, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Richtungsverteilung der Furchen wird hier durch f(h) wiedergegeben, wobei h eine ganze Zahl im Bereich von 0 bis (m-1) ist, m eine ganze Zahl größer als 1 ist und der Winkel θ daher als θ = 2πh/m wiedergegeben werden kann. Die Richtungsverteilung des Fingerabdrucks f(h) wird am nullten Punkt bis (m-1)ten Punkt probenmäßig aufgenommen und danach diskret Fourier-entwickelt, um Fourierkoeffizienten zu erhalten, die durch die folgenden Gleichung (3) wiedergegeben werden.

Gleichung (3)

a(k) = 2/m (h)cos2πkh/m
b(k) = 2/m (h)sin2πkh/m
Die Potenz des Fingerabdruckmerkmals für jeweilige Frequenzkomponenten k kann durch Errechnung von a(k)² + b(k)² unter Verwendung der Fourierkoeffizienten a(k) und b(k) erhalten werden. In dem Fall, in dem k = 0 ist, ist die Potenz a(0)²/4.
Da in der Nähe von Wirbel, Schleife, Peripherie und Delta die Potenzwerte für k = 0, 1, 2, 3 groß werden, ist es möglich, diese Merkmale durch Vergleich der Potenzwerte festzustellen.
Die Richtungsverteilung der Furchen in der Nähe des Merkmalspunktes wird durch die folgende Gleichung angenähert:
f(h) = A(k)sin(2πkh/m + ø) = A(k)sinøcos(2πkh/m) + A(k)cosøsin(2πkh/m)
und die Potenz der Frequenzkomponente k nach Fourierentwicklung wird folgendermaßen modifiziert:
a(k)² + b(k)² = {A(k)sinφ}² + {A(k)cosφ}² = A(k)²
Daher enthält die Potenz nicht die Phase φ, die die Rotation des Richtungsmusters der Furchen repräsentiert, und somit ist das Ergebnis der Feststellung des Fingerabdruckmerkmals gemäß der vorliegenden Erfindung nicht durch die Rotation des Richtungsmusters des Fingerabdrucks beeinflußt.
Als nächstes wird das Funktionsprinzip der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform beschrieben. Eine Richtungsverteilung f(h) eines wie in der ersten Ausführungsform erhaltenen Fingerabdrucks wird geglättet, indem ein Mittelwert von f(h) für zum Beispiel drei aufeinanderfolgende Werte von herhalten und dann die Anzahl von Nulldurchgängen erhalten wird. Der Nulldurchgang bedeutet einen Wechsel des Wertes von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv. Da die Anzahl von Nulldurchgängen im Fall eines Wirbels 0 ist, im Fall einer Schleife 1 und im Fall von Delta 3, ist es möglich, die jeweiligen Fingerabdruckmerkmale festzustellen, indem die Anzahl von Nulldurchgängen verwendet wird. Da die. Anzahl von Nulldurchgängen nicht verändert wird, selbst wenn das Richtungsmuster des Fingerabdrucks rotiert wird, wird die Feststellung des Merkmalspunktes gemäß der vorliegenden Erfindung nicht durch die Rotation des Richtungsmusters des Fingerabdrucks beeinflußt.
Übrigens ist es bei der in Fig. 1 gezeigten Fingerabdruckmerkmal-Feststellungsvorrichtung möglich, eine der in Fig. 2 gezeigten Glättungseinheit 203 ähnliche Glättungseinheit zwischen der Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 und der Fourier-Entwicklungseinheit 103 vorzusehen. In einem solchen Fall teilt die Glättungseinheit die von der Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 gelieferte Richtungsverteilung der Furchen in eine Mehrzahl von Teilverteilungen, glättet oder mittelt die jeweiligen Teilverteilungen und sendet die geglätteten Teilverteilungen an die Fourier-Entwicklungseinheit 103, wie im Fall der in Fig. 2 gezeigten Glättungseinheit 203. Wenn keine solche Glättungseinheit vorgesehen ist und wenn die Richtungsverteilung der Furchen Rauschen enthält, wird das gleiche Rauschen so, wie es ist, an die Fourier-Entwicklungseinheit 103 gegeben, so daß das Ergebnis der Fourierentwicklung einen Fehler enthält. Dagegen ist es mit einer solchen Glättungseinheit möglich, die Auswirkung des Rauschens auf das Ergebnis der durch die Fourier-Entwicklungseinheit 103 durchgeführten Fourierentwicklung zu reduzieren, um dadurch das im Ergebnis der Fourierentwicklung enthaltene Rauschen zu reduzieren.
Nun werden die Funktionsprinzipien der in Fig. 1 und 2 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsformen in größerem Detail beschrieben.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es notwendig, aus dem in Fig. 18 gezeigten Richtungsmuster der Furchen ein am Markierungspunkt zentriertes 7 · 7- Richtungsmuster auszuschneiden. Typische Richtungsmuster der Furchen in der Nähe der entsprechenden Merkmalspunkte, Wirbel, Schleife und Delta genannt, und ein Peripherie genannter Bereich sind in Fig. 5 gezeigt.
Zuerst wird die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform mit Bezug zu den in Fig. 6 bis 9 gezeigten Flußdiagrammen beschrieben.
Mit Bezug zu Fig. 6 setzt die Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 102 in Schritt S1602 i, eine Position auf dem 7 · 7-Richtungsmuster des Fingerabdrucks bezeichnend, auf 1. In Schritt S603 wird ein Vektor (u(i), v(i)) erhalten, indem Winkel θ(i) zwischen einer Furchenrichtung an der Position i und einer horizontalen Richtung verwendet wird.
u(i) = cos2θ(i)
v(i) = sin2θ(i)
In Schritt S604 wird Vektor (x(i), y(i)) erhalten, indem Winkel φ(i) zwischen einem Liniensegment in einer Position i eines in Fig. 10 gezeigten konzentrischen Filters und einer horizontalen Richtung verwendet wird.
x(i) = cos2φ(i)
y(i) = sin2φ(i)
Da die Werte von x(i) und y(i), wie in Fig. 11 bzw. 12 gezeigt, vorausberechnet werden können, ist es ausreichend, auf diese Werte in Schritt S604 zu verweisen. In Schritt S605 wird ein inneres Produkt s(i) der Vektoren (u(i), v(i)) und (x(i), y(i)) an der Position 1 gemäß der folgenden Gleichung erhalten:
s(i) = u(i)x(i) + v(i)y(i)
In Schritt S606 wird entschieden, ob die inneren Produkte s(i) für den gesamten Bereich des 7 · 7-Bereichs errechnet werden. Wenn ja, d.h. wenn die Position i = 49 ist, wird das Verarbeiten auf Schritt S608 geschoben. Anderenfalls wird der Wert von i im Schritt S607 um 1 inkrementiert, und dann wird das Verarbeiten zu Schritt 1603 zurückgeführt.
In den Schritten S608 bis 1611 wird der Wert von f(h) für h = 0-15 auf 0 gesetzt.
In Schritt S612 wird i, die Position auf dem 7 · 7-Richtungsmuster bezeichnend, auf 1 gesetzt. In den Schritten S613 bis S615 wird eine Summe der inneren Produktwerte s(i) für jede der quantisierten 16 Richtungen h = 0-15 erhalten. Das heißt, daß die Richtungsverteilung f(h) der Furchen erhalten wird, indem eine Gesamtsumme der inneren Produktwerte s(i) erhalten wird.
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das das Funktionsprinzip der Fourier-Entwicklungseinheit 103 zeigt. In Schritt S702 wird die Frequenzkomponente k auf 0 gesetzt. In Schritt S703 werden die Fourierkoeffizienten a(k) und b(k) auf 0 gesetzt. In Schritten S 1704 bis S707 werden die Fourierkoeffizienten a(k) und b(k) errechnet, indem die Richtungsverteilung f(h) für die quantisierten 16 Richtungen gemäß der folgenden Gleichung (4) verwendet wird:

Gleichung (4)

a(k) = 1/16 (h)cos2πkh/16
b(k) = 1/16 (h)sin2πkh/16
In Schritt S1708 wird entschieden, ob Fourierkoeffizienten bis zur Frequenzkomponente k = 3 sind. Wenn k < 3 ist, nachdem k in Schritt S1709 um 1 inkrementiert wurde, wird das Verarbeiten zu Schritt S1703 zurückgeführt. Wenn k = 3 ist, wird das Verarbeiten vervollständigt.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das das Funktionsprinzip der Potenzerrechnungseinheit 104 zeigt. In Schritt S1802 wird die Potenz P(0) bei k = 0 errechnet, indem der Fourierkoeffizient a(0) verwendet wird. In Schritten S1803 bis S1806 wird Potenz P(k) bei k = 1-3 errechnet, indem die Fourierkoeffizienten a(k) und b(k) verwendet werden.
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das das Funktionsprinzip der Potenzbestimmungseinheit 105 zeigt. In Schritt S1902 wird T, das das Feststellungsergebnis bezeichnet, zu 0 und M zur Potenz P(0) bei k = 0 gemacht. In den Schritten S1903 bis S1907 wird die Potenz P(k) für die Frequenzkomponente k mit M verglichen, und letztendlich wird der maximale Wert der Potenz P(k) für k = 0-3 als M und der Wert von k bei dieser Zeit als T gesetzt. Zu der Zeit, wenn die Verarbeitung vollständig ist, wird Wirbel als das Fingerabdruckmerkmal festgestellt, wenn der Wert von T 0 ist, Schleife, wenn er 1 und Delta, wenn er 3 ist. Wenn T = 2 ist, wird es als kein festgestelltes Merkmal erachtet.
Das Funktionsprinzip der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug zu den in Fig. 14 und 15 gezeigten Flußdiagrammen beschrieben. Das Flußdiagramm, das das Funktionsprinzip der Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 202 zeigt, ist der in Fig. 6 gezeigten gleich, und die Richtungsverteilungs-Erzeugungseinheit 202 gibt die Richtungsverteilung f(h) (h = 0-15) der Furchen für die quantisierten 16 Richtungen aus.
Fig. 14 ist ein Flußdiagramm, das das Funktionsprinzip der Glättungseinheit 203 zeigt. In Schritt S2002 werden geglättete Richtungsverteilungen g(0) und g(15) erhalten. In Schritten S2003 bis S2006 werden g(h) für h = 1-14 erhalten.
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das das Funktionsprinzip der Nulldurchgangs-Feststelleinheit 204 zeigt. In Schritt S2102 wird c, einen Nulldurchgangspunkt bezeichnend, auf 0 gesetzt. In Schritten S2103 bis 2104 wird der Wert von c um 1 inkrementiert, wenn g(15) positiv und g(0) negativ ist. In Schritten S2105 bis S2109 werden Vorzeichenänderungen von g(h) und g(h + 1) für h = 0-14 und der Wert von c um 1 inkrementiert, wenn g(h) positiv und g(h + 1) negativ ist. Wirbel wird als Fingerabdruckmerkmal festgestellt, wenn der Wert von c nach Vervollständigung der Verarbeitung 0 ist, Schleife, wenn er 1 und Delta, wenn er 3 ist. Wenn c = 2 ist, wird es als kein festgestelltes Merkmal erachtet.
Obwohl in der obigen Ausführungsform die vorliegende Erfindung unter Verwendung des 7 · 7-konzentrischen Mustern beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung für andere Muster von verschiedener Größe ebenso wirksam. Obwohl die Potenzbestimmungseinheit 105 k, bei der die Potenz P(k) maximal ist, unter den Frequenzkomponenten k = 0-3 feststellt, ist es weiterhin möglich, einen geeigneten Schwellenwert für jedes k zu setzen und ein Fingerabdruckmerkmal festzustellen, das der Potenz P(k) entspricht, wenn die Potenz P(k) größer als der Schwellenwert ist. Weiterhin ist es bei der Verarbeitung der Nulldurchgangs-Feststelleinheit 204 leicht vorherzusagen, daß die vorliegende Erfindung selbst dann wirksam ist, wenn die Zahl der Vorsprünge und Täler anstelle der Zahl der Nulldurchgänge verwendet wird.
Nun werden Wirkungsweisen der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen beschrieben.
Da in Fig. 3 der Winkel φ zwischen einer normalen Linienrichtung eines Kreises und einer horizontalen Richtung als θ = θ&sub1; - π/2 gegeben ist, wobei θ&sub1; der Winkel zwischen Tangentenlinienrichtung und der horizontalen Richtung ist, wird ein Vektor in der normalen Richtung zu folgendem Ausdruck:
(R&sub1;cos2θ&sub1;, R&sub1;sin2θ) = -(R&sub1;cos2θ&sub1;, R&sub1;sin2θ&sub1;) Das heißt, daß, da die durch Verwendung des Vektors in der normalen Linien des Kreises erhaltene Richtungsverteilung gleich der durch Verwendung des Vektors in der Tangentenlinie des Kreises ist, wobei das Vorzeichen umgekehrt wird, der Potenzwert nach Fourierentwicklung gleich dem im Fall, in dem der Tangentenvektor benutzt wird, ist. Das heißt, daß das gleiche Ergebnis der Fingerabdruckmerkmal-Feststellung wie das durch das konzentrische Muster erhaltene durch Verwendung eines in Fig. 16 gezeigten Radialmusters, das orthogonal zu dem in Fig. 10 gezeigten konzentrischen Muster ist, erhalten werden kann. Daher ist die vorliegenden Erfindung auch in dem Fall wirksam, in dem das radiale Muster verwendet wird.
Das äußere Produkt der Tangentenrichtung eines Kreises und der Richtung der Furchen wird zu
R&sub1;R&sub2;(cos2θ&sub1;sin2θ&sub2; + sin2θ&sub1;cos2θ&sub2;) = R&sub1;R&sub2;sin(θ&sub2; - θ&sub1;)
Das heißt, daß dieser Wert 0 wird, wenn die Tangentenlinie und die Furche in der gleichen Richtung oder orthogonal zueinander sind, und R&sub1;R&sub2; oder -R&sub1;R&sub2; wird, wenn der Winkel zwischen der Tangentenlinie und der Furche ±45º ist. Daher wird die Richtungsverteilung von Wirbel immer 0. Da jedoch eine Richtungsverteilung, die der durch das innere Produkt erhaltene ähnlich ist, für Schleife, Delta und Peripherie erhalten werden kann, ist es möglich, andere Merkmale als Wirbel festzustellen, indem man sie Fourier-entwickelt und eine Potenz für jede Frequenzkomponente oder die Anzahl an Nulldurchgängen erhält. Daher ist die vorliegende Erfindung auch in einem solchen Fall wirksam. Die vorliegende Erfindung ist natürlich in dem Fall wirksam, in dem die Richtungsverteilung durch das äußere Produkt der normalen Richtung von Kreis und Furchenrichtung erhalten wird.
Die Vorrichtung und das Verfahren zum Feststellen von Finderabdruckmerkmalen der vorliegenden Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung eines Fingerabdruckmerkmals auf der Basis einer Richtungsverteilung des Fingerabdrucks durchgeführt wird, die erhalten wird, indem eine Mehrzahl von Punkten auf einem Kreis mit einem Mittelpunkt entsprechend einem Markierungspunkt auf einem Richtungsmuster von Furchen gesetzt wird, innere Produkte von Vektoren, die Tangentenlinien bezeichnen, und Vektoren, die Furchen bezeichnen, an den jeweiligen Punkten erhalten werden und eine Verteilung der inneren Produkte als eine Richtungsverteilung der Furchen auf die folgende Art vorgesehen wird. Das heißt, daß als erstes Verfahren das Fourier-Entwicklungsmittel die Richtungsverteilung der Furchen Fourier-entwickelt und den Fourierkoeffizienten jeder Frequenzkomponente ausgibt, das Potenzerrechnungsmittel die Potenz jeder Frequenzkomponente auf der Basis der Fourierkoeffizienten errechnet und das Potenzbestimmungsmittel das Fingerabdruckmerkmal auf der Basis der Potenz jeder Frequenzkomponente feststellt. Als ein zweites Verfahren teilt das Glättungsmittel die Richtungsverteilung der Furchen in eine Mehrzahl von Teilverteilungen und glättet die entsprechenden Teilverteilungen, und das Nulldurchgangs-Feststellmittel stellt die Anzahl von Änderungen des Wertes der Mehrzahl der geglätteten Teilverteilungen von positiv zu negativ oder negativ zu positiv als die Anzahl an Nulldurchgängen fest und stellt das Fingerabdruckmerkmal auf der Basis der Anzahl an Nulldurchgängen fest.
Die Vorrichtung und das Verfahren zum Feststellen von Finderabdruckmerkmalen der vorliegenden Erfindung, die wie beschrieben gestaltet sind, erfordern keine vorherige Vorbereitung eines Standardmusters, hängen nicht von der Rotation eines Richtungsmusters der Furchen ab und können eine hohe Feststellungsgenauigkeit beibehalten.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben im Zusammenhang mit ihren verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen im Detail beschrieben wurde, ist es für Fachleute verständlich, daß diese Ausführungsformen allein zum Zweck der Veranschaulichung vorgesehen wurden und keinesfalls als die Erfindung begrenzend angesehen werden sollen. Statt dessen werden Fachleuten verschiedene Modifikationen und Substitutionen von äquivalenten Techniken nach Lesen dieser Beschreibung leicht offensichtlich sein.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, umfassend:

erste Mittel zum Setzen einer Mehrzahl Punkte auf einem Kreis mit einem Mittelpunkt entsprechend einem Markierungspunkt auf einem Richtungsmuster von Furchen, zum Erhalten innerer Produkte von Vektoren entlang Tangentenlinien des Kreises und Vektoren entlang der Richtung der Furchen in Bezug auf die Horizontalrichtung an den jeweiligen Punkten und zum Ausgeben der Verteilung dieser inneren Produkte als die Richtungsverteilung von Furchen und

zweite Mittel zum Feststellen des Fingerabdruck-Merkmals auf der Basis dieser Richtungsverteilung von Furchen.

2. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bei der die Vektoren entlang Tangentenlinien von einer Tabelle abgeleitet sind, die zuvor errechnete Vektoren entlang Tangentenlinien des Kreises an den jeweiligen Punkten speichert.

3. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bei der die zweiten Mittel umfassen:

Fourier-Entwicklungsmittel zum Fourier-Entwickeln der Richtungsverteilung von Furchen und zum Ausgeben eines Fourierkoeffizienten für jede Frequenzkomponente,

Potenzerrechnungsmittel zum Errechnen der Potenz jeder Frequenzkomponente auf der Basis der Fourierkoeffizienten und

Potenzbestimmungsmittel zum Feststellen des Fingerabdruck-Merkmals auf der Basis der Potenz jeder Frequenzkomponente.

4. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bei der die zweiten Mittel umfassen:

Fourier-Entwicklungsmittel zum Fourierentwickeln der Richtungsverteilung von Furchen und zum Ausgeben eines Fourierkoeffizienten für jede Frequenzkomponente,

Potenzbestimmungsmittel zum Feststellen von Wirbeln als das Fingerabdruck- Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente Null ein Maximum ist, zum Feststellen einer Schleife als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenz 1 ein Maximum ist, zum Feststellen keines Merkmals, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 2 ein Maximum ist, und zum Feststellen von Delta als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 3 ein Maximum ist.

5. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht; bei der die zweiten Mittel umfassen:

Glättungsmittel zum Aufteilen der Richtungsverteilung von Furchen in eine Mehrzahl Teilverteilungen und zum Glätten der jeweiligen Teilverteilungen,

Potenzbestimmungsmittel zum Feststellen eines Fingerabdruck-Merkmals auf der Basis der Potenz jeder Frequenzkomponente.

6. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bei der die zweiten Mittel umfassen:

Potenzbestimmungsmittel zum Feststellen von Wirbeln als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente Null ein Maximum ist, zum Feststellen von Schleifen als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenz von 1 ein Maximum ist, zum Feststellen keines Merkmals, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 2 ein Maximum ist, und zum Feststellen von Delta als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 3 ein Maximum ist.

7. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bei der die zweiten Mittel umfassen:

Glättungsmittel zum Aufteilen der Richtungsverteilung von Furchen in eine Mehrzahl Teilverteilungen und zum Glätten der jeweiligen Teilverteilungen und

Nulldurchgangs-Feststellmittel zum Feststellen der Anzahl von Änderungen des Wertes der Mehrzahl der geglätteten Teilverteilungen von positiv zu negativ oder negativ zu positiv als die Anzahl von Nulldurchgängen und zum Feststellen des Fingerabdruck-Merkmals auf der Basis der Anzahl von Nulldurchgängen.

8. Eine Vorrichtung zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 1 beansprucht, bei der die zweiten Mittel umfassen:

Nulldurchgangs-Feststellmittel zum Feststellen der Anzahl von Änderungen eines Wertes der Mehrzahl geglätteter Teilverteilungen von positiv zu negativ oder negativ zu positiv als die Anzahl von Nulldurchgängen und zum Feststellen von Wirbeln als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Anzahl von Nulldurchgängen 0 ist, zum Feststellen von Schleifen als das Fingerabdruck- Merkmal, wenn die Anzahl von Nulldurchgängen 1 ist, zum Feststellen keines Merkmals, wenn die Anzahl von Nulldurchgängen 2 ist, und zum Feststellen von Delta als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Anzahl von Nulldurchgängen 3 ist.

9. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, umfassend:

einen ersten Schritt des Setzens einer Mehrzahl Punkte auf einem Kreis mit einem Mittelpunkt entsprechend einem Markierungspunkt auf einem Richtungsmuster von Furchen, des Erhaltens innerer Produkte von Vektoren entlang Tangentenlinien des Kreises und Vektoren entlang der Richtung der Furchen in Bezug auf die Horizontalrichtung an den jeweiligen Punkten und des Ausgebens der Verteilung der inneren Produkte als die Richtungsverteilung von Furchen und

einen zweiten Schritt des Feststellens des Fingerabdruck-Merkmals auf der Basis besagter Richtungsverteilung von Furchen.

10. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem die Vektoren entlang Tangentenlinien von einer Tabelle abgeleitet sind, die zuvor errechnete Vektoren entlang Tangentenlinien des Kreises an den jeweiligen Punkten speichert.

11. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem der zweite Schritt umfaßt:

einen Fourier-Entwicklungsschritt eines Fourierentwickelns der Richtungsverteilung von Furchen und des Ausgebens eines Fourierkoeffizienten für jede Frequenzkomponente,

einen Potenzerrechnungsschritt des Errechnens der Potenz jeder Frequenzkomponente auf der Basis der Fourierkoeffizienten und

einen Potenzbestimmungsschritt des Feststellens des Fingerabdruck- Merkmals auf der Basis der Potenz jeder Frequenzkomponente.

12. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem der zweite Schritt umfaßt:

einen Fourier-Entwicklungsschritt des Fourierentwickelns der Richtungsverteilung von Furchen und des Ausgebens eines Fourierkoeffizienten für jede Frequenzkomponente,

einen Potenzbestimmungsschritt des Feststellens von Wirbeln als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz einer Frequenzkomponente Null ein Maximum ist, des Feststellens von Schleifen als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenz 1 ein Maximum ist, des Feststellens keines Merkmals, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 2 ein Maximum ist, und des Feststellens von Delta als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 3 ein Maximum ist.

13. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem der zweite Schritt umfaßt:

einen Glättungsschritt des Aufteilens der Richtungsverteilung von Furchen in eine Mehrzahl von Teilverteilungen und des Glättens der jeweiligen Teilverteilungen,

einen Potenzbestimmungsschritt des Feststellens eines Fingerabdruck- Merkmals auf der Basis der Potenz jeder Frequenzkomponente.

14. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem der zweite Schritt umfaßt:

einen Fourier-Entwicklungsschritt des Fourierentwickelns der Richtungsverteilung von Erhebungs- oder (Haut)Leistenlinien und des Ausgebens eines Fourierkoeffizienten für jede Frequenzkomponente,

einen Potenzbestimmungsschritt des Feststellens von Wirbeln als das Fingerabdruck-Merkmaa, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente Null ein Maximum ist, des Feststellens von Schleife als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenz 1 ein Maximum ist, des Feststellens keines Merkmals, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 2 ein Maximum ist, und des Feststellens von Delta als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Potenz bei der Frequenzkomponente 3 ein Maximum ist.

15. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem der zweite Schritt umfaßt:

einen Glättungsschritt des Aufteilens der Richtungsverteilung von Furchen in eine Mehrzahl Teilverteilungen und des Glättens der jeweiligen Teilverteilungen und

einen Nulldurchgangs-Feststellschritt des Feststellens der Anzahl von Änderungen des Wertes der Mehrzahl der geglätteten Teilverteilungen von positiv zu negativ oder negativ zu positiv als die Anzahl von Nulldurchgängen und des Feststellens des Fingerabdruck-Merkmals auf der Basis der Anzahl an Nulldurchgängen.

16. Ein Verfahren zum Feststellen von Fingerabdruck-Merkmalen, wie in Anspruch 9 beansprucht, bei dem der zweite Schritt umfaßt:

einen Nulldurchgangs-Feststellschritt des Feststellens der Anzahl an Änderungen des Wertes der Mehrzahl der geglätteten Teilverteilungen von positiv zu negativ oder negativ zu positiv als die Anzahl an Nulldurchgängen und des Feststellens von Wirbeln als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Anzahl an Nulldurchgängen Null ist, des Feststellens von Schleifen als das Fingerabdruck-Merkmal, wenn die Anzahl an Nulldurchgängen 1 ist, des Feststellens keines Merkmals, wenn die Anzahl an Nulldurchgängen 2 ist, und des Feststellens von Delta als das Fingerabdruck- Merkmal, wenn die Anzahl an Nulldurchgängen 3 ist.