RU2310910C1 - Method for verification and identification of imprints of papillary patterns - Google Patents

Method for verification and identification of imprints of papillary patterns Download PDF

Info

Publication number
RU2310910C1
RU2310910C1 RU2006116875/09A RU2006116875A RU2310910C1 RU 2310910 C1 RU2310910 C1 RU 2310910C1 RU 2006116875/09 A RU2006116875/09 A RU 2006116875/09A RU 2006116875 A RU2006116875 A RU 2006116875A RU 2310910 C1 RU2310910 C1 RU 2310910C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fingerprints
papillary
fingerprint
minutes
presented
Prior art date
Application number
RU2006116875/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Анатольевич Борейшо (RU)
Алексей Анатольевич Борейшо
Дмитрий Александрович Фокин (RU)
Дмитрий Александрович Фокин
Сергей Яковлевич Чакчир (RU)
Сергей Яковлевич Чакчир
Алексей Юрьевич Хозин (RU)
Алексей Юрьевич Хозин
Евгений Михайлович Орлов (RU)
Евгений Михайлович Орлов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Лазерные системы"
Priority to RU2006116875/09A priority Critical patent/RU2310910C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2310910C1 publication Critical patent/RU2310910C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Collating Specific Patterns (AREA)

Abstract

FIELD: biometry, namely, methods for recognizing and encoding imprints of papillary patterns, possible use in various areas of informational technologies.
SUBSTANCE: in accordance to the invention, passports of fingerprints are formed, standard fingerprint passports are compared with provided passport by comparison of minute parts. Simultaneously with generation of fingerprint passports, filtration encoding of images of fingerprints is performed, which includes repeated mathematical processing of image of papillary pattern. Gabor filter may be used during filtration of the image.
EFFECT: increased speed of operation when comparing and identifying imprints of papillary patterns while preserving high trustworthiness of recognition results.
3 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области биометрии, а именно к способам распознавания и кодирования отпечатков папиллярных узоров, и может быть использовано для верификации и идентификации изображений отпечатков пальцев в различных областях информационных технологий, таких как системы идентификации личности человека, информационная безопасность, системы регламентированного управления доступом, а также в области судебной медицины и криминалистики.The present invention relates to the field of biometrics, namely to methods for recognizing and encoding fingerprints of papillary patterns, and can be used to verify and identify fingerprint images in various fields of information technology, such as human identification systems, information security, systems of regulated access control, as well as in the field of forensic medicine and forensics.

Идентификация личности с помощью биометрических технологий является в настоящее время одним из перспективных, бурно развивающихся направлений, среди которых методы и средства, использующие отпечатки пальцев, занимают одно из ведущих мест.Personal identification using biometric technologies is currently one of the most promising, rapidly developing areas, among which methods and tools using fingerprints occupy one of the leading places.

Известен способ определения высоты дугового узора, предназначенный для распознавания папиллярных узоров отпечатков пальцев (см. патент РФ №2204941, МПК 7 А61В 5/117, опубл. 27.05.2003). Способ заключается в выявлении наиболее изогнутой папиллярной линии дугового узора, разметке этой линии, измерении угла ее изгиба и отнесении полученного значения угла изгиба к общепринятой в дерматоглифике категории высоты папиллярного узора. Способ позволяет косвенным путем определить высоту дугового папиллярного узора через измерение угла изгиба наиболее изогнутой папиллярной линии и использовать этот показатель в качестве характеристики данного типа папиллярных узоров.A known method for determining the height of the arc pattern, designed to recognize papillary patterns of fingerprints (see RF patent No. 2204941, IPC 7 AB 5/117, publ. 05.27.2003). The method consists in identifying the most curved papillary line of the arc pattern, marking this line, measuring the angle of its bend and assigning the obtained value of the angle of bending to the category of height of the papillary pattern generally accepted in dermatoglyphics. The method allows to indirectly determine the height of the arc papillary pattern by measuring the bending angle of the most curved papillary line and use this indicator as a characteristic of this type of papillary patterns.

Достоинством рассмотренного способа является высокая скорость кодирования. Однако существенным недостатком известного технического решения является невысокая точность кодирования, основанного на косвенном методе, а следовательно, и ненадежность распознавания, особенно при плохом качестве сравниваемых отпечатков.The advantage of the considered method is its high coding rate. However, a significant drawback of the known technical solution is the low accuracy of coding based on the indirect method, and hence the unreliability of recognition, especially when the quality of the compared fingerprints is poor.

Известен способ распознавания и кодирования отпечатков папиллярных узоров (см. патент РФ №2059979, МПК 6 G06K 9/00, опубл. 10.05.1996), заключающийся в сканировании изображения папиллярного узора, выделении характерных признаков изображения с последующим их кодированием, формировании массива выделенных характерных признаков и сравнении их кодов с кодами выделенных характерных признаков сравниваемых отпечатков папиллярных линий. Отличительной особенностью известного способа является то, что при формировании массива выделенных характерных признаков определяют направление потока папиллярных линий в окрестности точки, соизмеримой с межгребневым расстоянием, производят сглаживание картины потоков заменой значения направления потока на среднее из значений направлений потоков соседних точек, определяют вероятное положение характерных признаков папиллярного узора, определяют функции характерных признаков папиллярного узора и производят последовательное вычленение характерных признаков папиллярного узора, начиная с признака с максимальным значением весовой функции. Таким образом, в известном способе успешно решается не только задача определения положения особенностей, но и задача определения вероятности того, что определена именно особенность, а не точка шума. Это дает возможность использовать только те особенности, которые удовлетворяют определенному критерию точности при заданном уровне вероятности, а не использовать сомнительные особенности. Способ характеризуется сравнительно высоким быстродействием. Однако недостатком известного способа является невысокая точность кодирования, а следовательно, и распознавания отпечатков папиллярных узоров, что обусловлено большими погрешностями, вызванными разбросом положения пальца пользователя при снятии отпечатка. Это может привести к недостаточному количеству точек, необходимых для кодирования. Кроме того, существуют папиллярные узоры, в которых характерные точки вообще отсутствуют.A known method for the recognition and encoding of fingerprints of papillary patterns (see RF patent No. 2059979, IPC 6 G06K 9/00, publ. 05/10/1996), which consists in scanning the image of the papillary pattern, highlighting the characteristic features of the image with their subsequent encoding, forming an array of selected characteristic signs and comparing their codes with the codes of the selected characteristic features of the compared fingerprints of papillary lines. A distinctive feature of the known method is that when forming an array of distinguished characteristic features, the flow direction of papillary lines is determined in the vicinity of a point commensurate with the intercostal distance, the flow pattern is smoothed out by replacing the flow direction value with the average of the flow direction values of neighboring points, and the probable position of characteristic features papillary pattern, determine the function of the characteristic features of the papillary pattern and produce sequential calculation The reduction of the characteristic features of the papillary pattern, starting with the sign with the maximum value of the weight function. Thus, in the known method, it is successfully solved not only the problem of determining the position of the features, but also the problem of determining the probability that it is a feature that is defined, and not a noise point. This makes it possible to use only those features that satisfy a certain accuracy criterion for a given level of probability, and not to use dubious features. The method is characterized by a relatively high speed. However, the disadvantage of this method is the low accuracy of coding, and hence the recognition of fingerprints of papillary patterns, due to large errors caused by the spread of the position of the user's finger when taking the print. This may result in insufficient points needed for coding. In addition, there are papillary patterns in which characteristic points are generally absent.

Известен способ сравнения папиллярных узоров пальцев (см. заявку РФ №94039018, МПК 6 G06К 9/00, 9/68, опубл. 10.09.1996), который заключается в том, что при сравнении папиллярных узоров регистрируют отпечатки с определением их координат и угла направления папиллярной линии в месте образования особенности. После формирования списка пар особенностей формируют матрицу совместности пар особенностей, из которой по заданным критериям выбирают наиболее идентичные пары и определяют итоговую однозначную комбинацию идентичных особенностей запросного и архивного отпечатков. При сравнении запросного и архивного отпечатков пальцев строят дифференциальную плоскость, на которую наносят точки, координаты которых определяют как разность между характеристиками особенностей запросного и архивного отпечатков пальцев. Для идентичных отпечатков пальцев эти точки образуют компактное множество. При нарушении компактности производят первичную отбраковку архивных отпечатков и дальнейшее их детальное исследование исключают. Очевидно, что при эластичной деформации запросного отпечатка пальца компактность множества точек на дифференциальной плоскости нарушается. Кроме того, для построения дифференциальной плоскости необходимо определить центр координат запросного и архивного отпечатков пальцев. Центр координат определяет характеристики особенностей. При смещении одного из центров координат компактность множества точек на дифференциальной плоскости тоже нарушается.A known method of comparing papillary finger patterns (see RF application No. 94039018, IPC 6 G06K 9/00, 9/68, publ. 09/10/1996), which consists in the fact that when comparing papillary patterns, fingerprints are recorded with the determination of their coordinates and angle directions of the papillary line at the site of formation of the feature. After the list of feature pairs is generated, a compatibility matrix of feature pairs is formed, from which, according to the specified criteria, the most identical pairs are selected and the final unique combination of identical features of the request and archive prints is determined. When comparing the request and archive fingerprints, a differential plane is built on which points are applied, the coordinates of which are defined as the difference between the characteristics of the features of the request and archive fingerprints. For identical fingerprints, these points form a compact set. In case of violation of compactness, primary rejection of archival prints is carried out and their further detailed study is excluded. Obviously, with elastic deformation of the request fingerprint, the compactness of the set of points on the differential plane is violated. In addition, to construct a differential plane, it is necessary to determine the center of coordinates of the request and archive fingerprints. The center of coordinates determines the characteristics of features. When one of the coordinate centers is shifted, the compactness of the set of points on the differential plane is also violated.

Таким образом, из-за деформации или смещения центров координат могут быть ложно забракованы идентичные отпечатки пальцев, что является существенным недостатком способа, так как снижает его надежность.Thus, due to deformation or displacement of the coordinate centers, identical fingerprints can be falsely rejected, which is a significant drawback of the method, as it reduces its reliability.

Указанный недостаток устранен в известном способе сравнения папиллярных узоров пальцев (см. патент РФ №2185661, МПК 7 G06К 9/62, опубл. 20.07.2002), который заключается в регистрации в области ясного отпечатка нумерованных особенностей с определением координат, угла направления и гребневого счета между особенностями запросного и архивного отпечатков пальцев. Для каждой особенности строят гнездо, в которое входит не менее двух особенностей, сравнивают все гнезда запросного и находящегося в базе архивного отпечатка пальцев и формируют не менее одной лучшей пары гнезд, содержащей гнездо запросного и гнездо архивного отпечатков пальцев. От каждой выделенной пары гнезд развивают параллельно фрагменты запросного и архивного отпечатков пальцев методом перехода от одной пары гнезд к другой по пути наилучшего сравнения гнезд. Накапливают оценки сравнения гнезд для каждого пути развития фрагментов и выбирают лучший путь. Сравнение гнезд запросного и архивного отпечатков пальцев производят после их геометрической привязки к петлям, дельтам и завиткам.This drawback is eliminated in the known method for comparing papillary finger patterns (see RF patent No. 2185661, IPC 7 G06K 9/62, published July 20, 2002), which consists in registering numbered features in the area of a clear imprint with determining coordinates, direction angle and crest accounts between the features of the request and archive fingerprints. For each feature, a nest is built, which includes at least two features, all the nests of the request and archive fingerprints located in the database are compared, and at least one of the best pairs of nests containing the request and the archive fingerprint nests is formed. From each selected pair of nests, fragments of the request and archive fingerprints are developed in parallel by the method of transition from one pair of nests to another along the path of the best comparison of nests. Accumulate nest comparison estimates for each fragment development path and select the best path. Comparison of request and archive fingerprint nests is made after their geometrical binding to loops, deltas and curls.

Использование описанного способа сравнения отпечатков папиллярных узоров при идентификации человека по отпечаткам пальцев позволяет решить поставленную авторами задачу, которая заключается в повышении достоверности сравнения папиллярных узоров пальцев, что является несомненным достоинством способа.Using the described method for comparing fingerprints of papillary patterns in identifying a person by fingerprints allows us to solve the problem posed by the authors, which is to increase the reliability of comparison of papillary patterns of fingers, which is an undoubted advantage of the method.

Однако к недостаткам описанного выше технического решения следует отнести невысокую скорость сравнения папиллярных узоров, а следовательно, и недостаточное быстродействие распознавания, свойственное всем способам, основанным на выделении и сопоставлении минуций. Это объясняется большим объемом вычислительных операций в процессе выявления наиболее близких папиллярных узоров.However, the disadvantages of the technical solution described above include the low comparison speed of papillary patterns, and, consequently, the lack of recognition speed, which is characteristic of all methods based on the allocation and comparison of minutes. This is due to the large volume of computational operations in the process of identifying the closest papillary patterns.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ сравнения папиллярных узоров пальцев (см. Кухарев Г.А. Биометрические системы: Методы и средства идентификации личности человека. - СПб.: Политехника, 2001, стр.27-33), выбранный в качестве прототипа. Способ основан на выделении и сопоставлении минуций и включает следующие этапы:Closest to the claimed method is a method for comparing papillary finger patterns (see Kukharev GA Biometric systems: Methods and means of identifying a person’s personality. - St. Petersburg: Polytechnic, 2001, p. 27-33), selected as a prototype. The method is based on the allocation and comparison of minutes and includes the following steps:

- улучшение качества исходного изображения отпечатка;- improving the quality of the original image of the fingerprint;

- вычисление поля ориентации папиллярных линий исходного отпечатка;- calculation of the orientation field of the papillary lines of the original fingerprint;

- бинаризация изображения отпечатка;- binarization of the fingerprint image;

- утончение линий изображения отпечатка;- thinning of the lines of the image of the print;

- выделение минуций и запись их параметров в вектор;- allocation of minutes and recording their parameters in the vector;

- сопоставление минуций.- comparison of minutes.

Процесс сопоставления минуций состоит из трех частей:The matchmaking process consists of three parts:

- регистрация данных;- data registration;

- поиск пар соответствующих друг другу минуций;- search for pairs of matching minutes;

- оценка меры согласования двух сопоставляемых отпечатков.- An assessment of the alignment measure of the two matched fingerprints.

В процессе выделения минуций, определения их типа и угла ориентации, координаты обнаруженных минуций, а также углы их ориентации записываются в вектор минуций. При этом в реальной ситуации два отпечатка одного и того же пальца, полученные один за другим на одном и том же сканере, будут отличаться друг от друга поворотом относительно одной из осей, смещением узора отпечатка относительно осей Х и Y, несколько различной деформацией узора (или нелинейными искажениями) узора, возможными изменениями масштаба представления отпечатков и, наконец, разными периферийными участками реального пальца. В связи с этим процесс сопоставления минуций должен быть реализован не за одну итерацию комплектно для всей их совокупности, а итерационно для каждой отдельной минуции. Этим обусловлена высокая достоверность идентификации, присущая описанному способу. Однако это же самое обстоятельство является причиной невысокого быстродействия способа, выбранного в качестве прототипа. Быстродействие способов, основанных на распознавании отпечатков путем сопоставления минуций, находится в диапазоне (300÷2000) сравнений/сек, что является существенным недостатком известного способа, так как ограничивает возможности его использования при работе с большими базами данных.In the process of extracting the minutes, determining their type and orientation angle, the coordinates of the detected minutes, as well as the angles of their orientation, are recorded in the vector of minutes. Moreover, in a real situation, two fingerprints of the same finger, obtained one after the other on the same scanner, will differ from each other by rotation relative to one of the axes, offset of the fingerprint pattern relative to the X and Y axes, slightly different deformation of the pattern (or nonlinear distortions) of the pattern, possible changes in the scale of presentation of the prints, and finally, different peripheral areas of the real finger. In this regard, the process of comparing the minutes should not be implemented in one iteration in a complete manner for the whole set, but iteratively for each individual minute. This is due to the high reliability of identification inherent in the described method. However, this same circumstance is the reason for the low speed of the method selected as a prototype. The performance of methods based on fingerprint recognition by comparing minutes is in the range (300 ÷ 2000) comparisons / sec, which is a significant disadvantage of the known method, since it limits the possibilities of its use when working with large databases.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия сравнения и идентификации отпечатков папиллярных узоров при сохранении высокой достоверности результатов распознавания за счет процедуры дополнительного фильтрационного кодирования изображения отпечатка пальца, заключающейся в многократной математической обработке изображения папиллярного узора.The objective of the invention is to increase the speed of comparison and identification of fingerprints of papillary patterns while maintaining high reliability of recognition results due to the procedure of additional filtering encoding of the fingerprint image, which consists in multiple mathematical processing of the image of the papillary pattern.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ верификации и идентификации отпечатков папиллярных узоров, который, как и наиболее близкий к нему способ, выбранный в качестве прототипа, заключается в регистрации данных эталонного и предъявленного отпечатков папиллярных узоров. Регистрация данных состоит из формирования паспортов отпечатков пальцев путем выделения минуций, определения их типа, координат, углов ориентации и их записи в виде эталонного и предъявленного векторов минуций. Затем осуществляется сравнение эталонных паспортов отпечатков пальцев и предъявленного паспорта путем сопоставления минуций, заключающегося в поиске пар соответствующих друг другу минуций, оценки меры схожести сопоставляемых отпечатков и сравнения ее с порогом.To achieve the indicated technical result, a method for verification and identification of fingerprints of papillary patterns is proposed, which, like the method closest to it, chosen as a prototype, consists in recording the data of the reference and presented fingerprints of papillary patterns. Data recording consists of the formation of fingerprint passports by highlighting the minutes, determining their type, coordinates, orientation angles and recording them in the form of the reference and presented vectors of the minutes. Then, reference fingerprint passports are compared with the presented passport by comparing the minutes, which consists in searching for pairs of matching minutes, evaluating the measure of similarity of the fingerprints being compared and comparing it with a threshold.

Особенностью предлагаемого способа, отличающей его от известного способа, выбранного в качестве прототипа, является то, что одновременно с формированием паспортов эталонного и предъявленного отпечатков пальцев осуществляют дополнительное фильтрационное кодирование, заключающееся в построении поля направлений папиллярных линий путем многократной математической обработки изображения отпечатка пальца проекционно-дисперсионным фильтром с последующей обработкой модернизированным медианным фильтром, поиске характерных точек, определении их типов и координат, фильтрации изображения в окрестностях каждой найденной характерной точки путем многократной обработки пространственно-волновым фильтром с плавающим окном и сохранении закодированных данных каждого отпечатка папиллярного узора вместе с данными, полученными на этапе формирования паспортов. При сравнении предъявленного и эталонного отпечатков папиллярных узоров перед процедурой сопоставления минуций осуществляют сравнение дополнительного кода предъявленного папиллярного узора с дополнительными кодами всех эталонных папиллярных узоров, полученными путем дополнительного фильтрационного кодирования и хранящимися в базе данных. Это сравнение осуществляют путем определения дистанции между двумя изображениями, представленными векторами минуций, полученными при дополнительном фильтрационном кодировании для всех возможных углов, принятия минимальной дистанции в качестве результата, соответствующего максимальной схожести изображений папиллярных узоров, формирования списка отпечатков-кандидатов, то есть эталонных паспортов, имеющих наиболее близкую степень совпадения с предъявленным отпечатком. После этого осуществляют сравнение каждого отпечатка-кандидата с предъявленным отпечатком методом, основанным на сопоставлении минуций.A feature of the proposed method, distinguishing it from the known method selected as a prototype, is that simultaneously with the formation of passports of the reference and presented fingerprints, additional filtering coding is carried out, which consists in constructing the field of directions of papillary lines by multiple mathematical processing of the image of the fingerprint by projection-dispersive filter followed by processing the modernized median filter, search for characteristic points, determine lenii their types and coordinates, filtering the image in the vicinity of each matched feature point by processing multiple spatially-wave filter with a floating window and retaining the coded data of each fingerprint with fingerprint data obtained in the step of forming passports. When comparing the presented and reference prints of papillary patterns before the minute comparison procedure, an additional code of the presented papillary pattern is compared with additional codes of all standard papillary patterns obtained by additional filtration coding and stored in the database. This comparison is carried out by determining the distance between the two images represented by the vectors of minutes obtained by additional filtering coding for all possible angles, taking the minimum distance as the result corresponding to the maximum similarity of the images of papillary patterns, forming a list of candidate prints, i.e. reference passports having the closest degree of coincidence with the presented fingerprint. After that, each candidate fingerprint is compared with the presented fingerprint by a method based on a comparison of the minutes.

При фильтрации изображения может быть использован фильтр Габора.When filtering the image, the Gabor filter can be used.

Для формирования списка отпечатков-кандидатов их количество задается в зависимости от размера базы эталонных отпечатков.To form a list of candidate fingerprints, their number is set depending on the size of the base of reference fingerprints.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Из патентной и научной литературы (см. Кухарев Г.А. Биометрические системы: Методы и средства идентификации личности человека. - СПб.: Политехника, 2001, стр.19-20) известно, что в каждом отпечатке можно определить признаки двух типов, используемые при их идентификации: глобальные и локальные. К первому типу относятся признаки, которые можно разглядеть и/или различить на отпечатках пальцев невооруженным глазом: папиллярные узоры, область образа, "ядро", пункты "дельта", тип папиллярных линий и их число. Ко второму типу относятся локальные признаки, называемые минуциями: это уникальные для каждого отпечатка признаки, определяющие пункты изменения структуры папиллярных линий (например, разрыв, окончание, раздвоение и т.д.), ориентацию папиллярных линий и координаты Х и Y в этих пунктах. Каждый отпечаток может быть представлен 50-70 минуциями. Исследования и практика подтверждают, что в отпечатках пальцев разных людей могут встречаться идентичные глобальные признаки, но при этом вероятность наличия в этих же отпечатках одинаковых микроузоров минуций очень мала. Как правило, глобальные признаки используют при больших базах отпечатков пальцев на этапах предварительной классификации. А затем, на втором этапе распознавания используют уже локальные признаки.From patent and scientific literature (see Kukharev G.A. Biometric systems: Methods and means of identifying a person’s personality. - St. Petersburg: Polytechnic, 2001, pp. 19-20), it is known that in each print it is possible to identify the signs of two types used in their identification: global and local. The first type includes signs that can be seen and / or distinguished on the fingerprints with the naked eye: papillary patterns, image area, “core”, “delta” items, type of papillary lines and their number. The second type includes local features called minutes: these are features that are unique to each print and define points of change in the structure of papillary lines (for example, breaking, ending, bifurcation, etc.), the orientation of the papillary lines, and the X and Y coordinates at these points. Each print can be presented in 50-70 minutes. Research and practice confirm that identical global signs can be found in the fingerprints of different people, but the likelihood of the presence of the same micro-blocking minutes in the same fingerprints is very small. As a rule, global features are used for large fingerprint databases at the stages of preliminary classification. And then, at the second stage of recognition, local features are already used.

Процедуру идентификации условно можно разделить на следующие основные этапы:The identification procedure can conditionally be divided into the following main stages:

- получение отпечатка пальца пользователя;- receiving a fingerprint of the user;

- регистрация данных папиллярного узора отпечатка пальца (формирование паспорта папиллярного узора) и их сохранение для последующей идентификации;- registration of data of the papillary pattern of the fingerprint (formation of the passport of the papillary pattern) and their storage for subsequent identification;

- собственно идентификация или верификация, то есть сравнение предъявленного отпечатка пальца конкретного пользователя с паспортом (эталоном), полученным на этапе регистрации данных;- the actual identification or verification, that is, a comparison of the presented fingerprint of a particular user with the passport (standard) obtained at the data registration stage;

- оценка уровня подобия сопоставляемых отпечатков папиллярных узоров и сравнение его с порогом.- assessment of the level of similarity of the compared prints of papillary patterns and its comparison with the threshold.

Скорость и достоверность процедуры идентификации существенным образом зависит от того, каким путем осуществляется формирование паспортов отпечатков папиллярных узоров. В зависимости от поставленных задач эта процедура, называемая кодированием изображения отпечатка пальца, может осуществляться либо на основе характерных точек (глобальных признаков), либо на основе минуций (локальных признаков). При этом каждому способу присущи свои достоинства и недостатки, описанные в разделе "Уровень техники" предлагаемой заявки. Общие выводы, которые можно сделать на основании изучения уровня техники, следующие:The speed and reliability of the identification procedure substantially depends on the way in which passport prints of papillary patterns are generated. Depending on the tasks set, this procedure, called encoding of the fingerprint image, can be carried out either on the basis of characteristic points (global features), or on the basis of minutes (local features). Moreover, each method has its own advantages and disadvantages described in the section "Prior art" of the proposed application. The general conclusions that can be drawn from a study of the prior art are as follows:

- способам идентификации, основанным на кодировании характерных точек, свойственна невысокая точность при высокой скорости процесса кодирования и дальнейшей идентификации;- identification methods based on the encoding of characteristic points are characterized by low accuracy at a high speed of the encoding process and further identification;

- способы идентификации, использующие методы кодирования и сравнения на основе минуций и их сопоставления, отличаются высокой точностью и достоверностью при сравнительно невысокой скорости процесса сравнения и идентификации отпечатков папиллярных узоров.- identification methods that use coding and comparison methods based on minutes and their comparison are highly accurate and reliable with a relatively low speed of the process of comparison and identification of fingerprints of papillary patterns.

Способ идентификации, выбранный в качестве ближайшего аналога (см. Кухарев Г.А. Биометрические системы: Методы и средства идентификации личности человека. - СПб.: Политехника, 2001, стр.27-33), основан на кодировании и сопоставлении минуций и имеет предел по скорости при сравнении наборов особенностей, который составляет (300÷2000) сравнений в секунду. Это принципиальное ограничение объясняется большими временными затратами, обусловленными многократными вычислениями наименьших дистанций между минуциями с целью установления наиболее схожих отпечатков. Естественно, что скорость сравнения и идентификации папиллярных узоров, закодированных методом, описанным в прототипе, будет также невысокая.The identification method chosen as the closest analogue (see Kukharev G.A. Biometric systems: Methods and means of identifying a person’s personality. - St. Petersburg: Polytechnic, 2001, p. 27-33), is based on coding and comparison of minutes and has a limit in speed when comparing feature sets, which is (300 ÷ 2000) comparisons per second. This fundamental limitation is due to the large time costs associated with multiple calculations of the smallest distances between the minutes in order to establish the most similar fingerprints. Naturally, the speed of comparison and identification of papillary patterns encoded by the method described in the prototype will also be low.

В отличие от указанного технического решения, заявляемый способ идентификации отпечатков папиллярных узоров, обладая, как прототип, высокой точностью, а следовательно, достоверностью результатов распознавания, имеет высокое быстродействие сравнения и идентификации, что является его существенной отличительной особенностью.In contrast to the indicated technical solution, the claimed method for identifying fingerprints of papillary patterns, possessing, as a prototype, high accuracy and, therefore, reliability of recognition results, has high speed of comparison and identification, which is its significant distinguishing feature.

Эта особенность заявляемого способа обеспечена за счет того, что в отличительную часть формулы введен новый существенный признак - дополнительное фильтрационное кодирование, заключающееся в математической обработке изображения папиллярного узора отпечатка пальца, полученного на этапе регистрации пользователя. Эта высокоскоростная процедура производится одновременно с основным кодированием, которое осуществляется в процессе формирования паспорта папиллярного узора. Указанное дополнительное кодирование осуществляется путем пространственно-волновой фильтрации в области характерных точек с очень высокой скоростью. Осуществляется дополнительное кодирование в следующей последовательности, приведенной в формуле заявляемого изобретения, а именно:This feature of the proposed method is provided due to the fact that a new essential feature is introduced into the distinctive part of the formula — additional filtering coding, which consists in the mathematical processing of the image of the papillary fingerprint pattern obtained at the user registration stage. This high-speed procedure is performed simultaneously with the main coding, which is carried out in the process of forming a passport of a papillary pattern. The specified additional coding is carried out by space-wave filtering in the region of characteristic points with a very high speed. Additional coding is carried out in the following sequence given in the claims of the claimed invention, namely:

- построении поля направлений папиллярных линий путем многократной математической обработки изображения отпечатка пальца проекционно-дисперсионным фильтром;- construction of the direction field of papillary lines by multiple mathematical processing of the fingerprint image by the projection-dispersion filter;

- последующей обработки модернизированным медианным фильтром;- subsequent processing of the modernized median filter;

- поиске характерных точек, определении их типов и координат;- search for characteristic points, determination of their types and coordinates;

- фильтрации изображения в окрестностях каждой найденной характерной точки путем многократной обработки пространственно-волновым фильтром с плавающим окном;- filtering the image in the vicinity of each characteristic point found by repeatedly processing the space-wave filter with a floating window;

- сохранении закодированных данных отпечатка папиллярного узора для последующего распознавания совместно с данными, полученными при формировании паспорта отпечатка пальца пользователя.- saving encoded data of the fingerprint of the papillary pattern for subsequent recognition together with the data obtained during the formation of the passport of the user's fingerprint.

Важной особенностью заявляемого способа верификации и идентификации отпечатка папиллярного узора является то, что дополнительное кодирование отпечатка пальца фильтром пространственно-волнового резонанса может быть проведено и при отсутствии на отпечатке пальца характерных точек ("ядер", "дельт") (такие отпечатки встречаются).An important feature of the proposed method for verifying and identifying a fingerprint of a papillary pattern is that additional fingerprint encoding with a spatial wave resonance filter can also be carried out if there are no characteristic points on the fingerprint (“cores”, “deltas”) (such fingerprints occur).

Таким образом, в результате обработки отпечатка папиллярного узора пальца описанным способом к основному набору данных, полученных в результате очень точного кодирования путем выделения минуций (основного кодирования), добавляется дополнительный набор данных, полученных путем многократной высокоскоростной математической обработки изображения отпечатка пальца сначала проекционно-дисперсионным фильтром, затем модернизированным медианным фильтром и, наконец, - фильтром пространственно-волнового резонанса.Thus, as a result of processing the fingerprint of the papillary pattern in the described manner, the additional data set obtained by multiple high-speed mathematical processing of the fingerprint image first by a projection-dispersion filter is added to the main set of data obtained as a result of very accurate coding by highlighting the minutes (basic coding) , then with a modernized median filter and, finally, with a spatially wave resonance filter.

Существенными признаками, относящимися к сравнению дополнительных кодов предъявленного и эталонного папиллярных узоров, являются признаки, отражающие последовательность проведения этой процедуры, а именно:The essential features related to the comparison of additional codes of the presented and reference papillary patterns are signs that reflect the sequence of this procedure, namely:

- определение дистанции между двумя изображениями, представленными векторами минуций, полученными при дополнительном фильтрационном кодировании для всех возможных углов;- determination of the distance between two images represented by vectors of minutes obtained with additional filtering coding for all possible angles;

- принятие минимальной дистанции в качестве результата, соответствующего максимальной схожести изображений папиллярных узоров;- adoption of the minimum distance as a result corresponding to the maximum similarity of images of papillary patterns;

- формирование списка отпечатков-кандидатов, то есть эталонных паспортов, имеющих наиболее близкую степень совпадения с предъявленным отпечатком.- the formation of a list of candidate fingerprints, that is, reference passports having the closest degree of coincidence with the presented fingerprint.

Указанная процедура является высокоскоростной и оказывает существенное влияние на повышение быстродействия заявляемого способа в целом, способствуя тем самым решению поставленной задачи.The specified procedure is high-speed and has a significant impact on improving the speed of the proposed method as a whole, thereby contributing to the solution of the problem.

Рассмотрим теперь, каким образом происходит идентификация предъявленного отпечатка пальца при его сравнении с эталонным отпечатком, закодированным с помощью заявляемого способа.Let us now consider how the identification of the presented fingerprint occurs when comparing it with a reference fingerprint encoded using the proposed method.

В процессе сравнения предъявленного и эталонного отпечатков первым шагом является высокоскоростное сравнение дополнительного кода предъявленного папиллярного узора с кодами всех папиллярных узоров, находящимися в базе данных, полученными путем дополнительного фильтрационного кодирования.In the process of comparing the presented and reference prints, the first step is a high-speed comparison of the additional code of the presented papillary pattern with the codes of all papillary patterns in the database obtained by additional filtering coding.

Скорость этого сравнения, составляющая от 3000 до 60000 сравнений/сек, на несколько порядков выше, чем скорость сравнения отпечатков пальцев, основанного на сопоставлении минуций, которая составляет всего (300÷2000) сравнений/сек. В результате получается сравнительно небольшой список отпечатков - претендентов, имеющих наиболее близкую степень совпадения с предъявленным отпечатком (их количество зависит от размера базы эталонных отпечатков). Следующим шагом является более длительное, но очень точное сравнение, в ходе которого предъявленный отпечаток сравнивается уже только с отобранными отпечатками методом сопоставления минуций. Таким образом, происходит существенное увеличение скорости сравнения, а следовательно, и идентификации. Это обусловлено тем, что отпадает необходимость сравнения предъявленного отпечатка с каждым из хранящихся в базе данных отпечатком, закодированным точным, но сравнительно медленным способом - способом, основанным на кодировании и сопоставлении минуций, выбранным в качестве прототипа.The speed of this comparison, ranging from 3000 to 60,000 comparisons / sec, is several orders of magnitude higher than the speed of fingerprint comparisons based on the comparison of minutes, which is only (300 ÷ 2000) comparisons / sec. The result is a relatively small list of fingerprints - applicants who have the closest degree of coincidence with the submitted fingerprint (their number depends on the size of the base of reference fingerprints). The next step is a longer, but very accurate comparison, during which the presented fingerprint is compared only with the selected fingerprints by the method of matching minutes. Thus, there is a significant increase in the speed of comparison, and therefore identification. This is due to the fact that there is no need to compare the presented fingerprint with each fingerprint stored in the database encoded in an accurate but relatively slow way - a method based on coding and comparison of the minutes selected as a prototype.

В признаках, включенных в зависимые пункты формулы, представлены конкретные примеры:The features included in the dependent claims provide specific examples:

- выполнения процедуры фильтрации изображения, например, с использованием фильтра Габора (см. пункт 2 формулы);- performing the image filtering procedure, for example, using the Gabor filter (see paragraph 2 of the formula);

- формирования списка отпечатков-кандидатов, задавая количество отпечатков-кандидатов в зависимости от размера базы эталонных отпечатков (см. пункт 3 формулы).- forming a list of candidate fingerprints by setting the number of candidate fingerprints depending on the size of the reference fingerprint database (see paragraph 3 of the formula).

Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.Thus, the combination of the above features allows us to solve the tasks.

Предлагаемый способ верификации и идентификации отпечатков папиллярных узоров иллюстрируется чертежами, на которых представлено:The proposed method for verification and identification of prints of papillary patterns is illustrated by drawings, which show:

на фиг.1 - поле направлений папиллярных линий, в котором каждому из четырех направлений соответствует свой цвет;figure 1 is a field of directions of papillary lines, in which each of the four directions corresponds to its own color;

на фиг.2 - поле направлений папиллярных линий, в котором каждое направление изображено линиями, соответствующими одному из четырех основных направлений: 0°, 45°, 90°, 135° после обработки изображения отпечатка пальца проекционно-дисперсионным фильтром;figure 2 - field directions of papillary lines, in which each direction is depicted by lines corresponding to one of four main directions: 0 °, 45 °, 90 °, 135 ° after processing the image of the fingerprint projection-dispersion filter;

на фиг.3 - поле направлений папиллярных линий после обработки (фильтрации, сглаживания) изображения отпечатка пальца модернизированным медианным фильтром;figure 3 is a field of directions of papillary lines after processing (filtering, smoothing) of a fingerprint image with a modernized median filter;

на фиг.4 - определение наличия "ядра" по комбинации полей направлений (изменение поля направлений папиллярных линий вокруг "ядра");figure 4 - determination of the presence of the "core" by a combination of direction fields (changing the direction field of papillary lines around the "core");

на фиг.5 - определение наличия "дельты" по комбинации полей направлений (изменение поля направлений папиллярных линий вокруг "дельты");figure 5 - determination of the presence of "delta" by a combination of direction fields (changing the direction field of papillary lines around the "delta");

на фиг.6 - изображение папиллярных линий отпечатка пальца после обработки изображения пространственно-волновым фильтром в диапазоне [0°-180°);figure 6 - image of the papillary lines of the fingerprint after processing the image with a space-wave filter in the range [0 ° -180 °);

на фиг.7 - фильтрованное изображение папиллярных линий отпечатка пальца, разбитое на (m×2n) кольцевых сектора.Fig.7 is a filtered image of the papillary lines of the fingerprint, divided into (m × 2n) ring sectors.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.The proposed method is as follows.

На первом этапе осуществления способа каждый пользователь должен быть зарегистрирован. Для этого на контактной поверхности устройства для регистрации отпечатков пальцев (оптического, емкостного или другого типа) необходимо получить отпечаток пальца каждого пользователя. В качестве устройства для регистрации отпечатков пальцев может быть использован любой из перечисленных ниже приборов:In the first step of the method, each user must be registered. To do this, on the contact surface of the device for recording fingerprints (optical, capacitive or other type), it is necessary to obtain a fingerprint of each user. As a device for recording fingerprints, any of the following devices can be used:

- модели BS1620, BS2024 (Россия), технические решения запатентованы заявителем предлагаемого изобретения (см. патент РФ на полезную модель №46914, МПК 7 А61В 5/053, А61В 5/117, опубл. 10.08.2005);- models BS1620, BS2024 (Russia), technical solutions are patented by the applicant of the present invention (see RF patent for utility model No. 46914, IPC 7 A61B 5/053, A61B 5/117, publ. 10.08.2005);

- модель Fingkey Hamster, фирма Nitgen (Корея, Сеул),- model Fingkey Hamster, Nitgen company (Korea, Seoul),

- модели TCR42C, TCRUK, TCEBB1C, фирма UPEK (США), а также другие модели, выпускаемые за рубежом и в России.- models TCR42C, TCRUK, TCEBB1C, UPEK (USA), as well as other models manufactured abroad and in Russia.

Полученное изображение отпечатка папиллярного узора пальца оцифровывается и преобразуется в уникальный цифровой код, который является эталонным паспортом регистрируемого пользователя и заносится в базу данных системы для его сохранения и последующего сравнения с предъявленным папиллярным узором. Этот процесс, который назовем условно основным кодированием, должен быть основан на кодировании (экстракции) минуций - самом высокоточном и достоверном способе, известном на сегодняшний день из уровня техники.The resulting image of the fingerprint of the papillary pattern of the finger is digitized and converted into a unique digital code, which is the reference passport of the registered user and is entered into the database of the system for its storage and subsequent comparison with the presented papillary pattern. This process, which we call conditionally the main coding, should be based on the coding (extraction) of minutes - the most high-precision and reliable method known to date from the prior art.

Основное кодирование состоит из нескольких процедур и производится в следующей последовательности.The main coding consists of several procedures and is performed in the following sequence.

- Улучшение качества исходного изображения отпечатка. Для этого реализуется либо низкочастотная фильтрация, либо нормализация, назначением которых является исправление структуры гребней папиллярных линий и улучшение резкости их границ.- Improving the quality of the original image of the fingerprint. To do this, either low-pass filtering or normalization is implemented, the purpose of which is to correct the structure of the ridges of papillary lines and improve the sharpness of their boundaries.

- Вычисление поля ориентации папиллярных линий. При этом все изображение разбивается на блоки, например, В×В пикселей (В≥5, целое) и для каждого блока (по градиентам яркости в блоке) вычисляется один угол ориентации θ папиллярных линий.- Calculation of the orientation field of papillary lines. Moreover, the whole image is divided into blocks, for example, B × B pixels (B≥5, integer) and for each block (according to the brightness gradients in the block), one orientation angle θ of the papillary lines is calculated.

- Бинаризация изображения отпечатка. Процедура реализуется пороговой обработкой.- Binarization of the fingerprint image. The procedure is implemented by threshold processing.

- Утончение линий изображения отпечатка. Выполняется процедурой утончения линий бинарного образа до тех пор, пока эти линии не станут равными одному пикселю.- Thinning of the lines of the image of the print. It is performed by the process of thinning the lines of a binary image until these lines become equal to one pixel.

- Выделение минуций и запись их параметров в вектор. Указанная процедура реализуется локальной обработкой всего изображения отпечатка пальца с помощью маски и подсчетом числа пикселей, находящихся вокруг центра маски и имеющих ненулевые значения. Пиксель в центре маски принимается за минуцию, если он сам имеет ненулевое значение и если число "соседей" также ненулевое и равно 1 или 2. При этом определяется тип обнаруженной минуций ("окончание" гребня или "раздвоение" гребня), а также координаты и угол ориентации минуций. Найденные координаты и углы их ориентации записываются в вектор минуций.- Selecting the minutes and recording their parameters in the vector. This procedure is implemented by local processing of the entire fingerprint image using a mask and counting the number of pixels located around the center of the mask and having nonzero values. The pixel in the center of the mask is taken as a minute if it itself has a non-zero value and if the number of “neighbors” is also non-zero and equal to 1 or 2. In this case, the type of detected minutes (“end” of the ridge or “bifurcation” of the ridge), as well as the coordinates and angle of orientation of the minutes. The found coordinates and their orientation angles are recorded in the vector of minutes.

Описанные процедуры называются в патентной и технической литературе формированием паспорта отпечатка пальца (см., например, заявку на изобретение РФ №2003124350, МПК 7 G06K 19/073, G07C 9/00, G06F 1/00, опубл. 10.02.2005) или определением эталона отпечатка пальца (см. Кухарев Г.А. Биометрические системы: Методы и средства идентификации личности человека. - СПб.: Политехника, 2001, стр.233). Таким образом, в результате формирования паспорта отпечатка пальца его папиллярный узор преобразуется в уникальный цифровой код, который является эталонным паспортом регистрируемого пользователя и заносится в базу данных системы для его сохранения и последующего использования при сравнении с предъявляемым папиллярным узором.The described procedures are called in the patent and technical literature the formation of a fingerprint passport (see, for example, application for invention of the Russian Federation No. 2003124350, IPC 7 G06K 19/073, G07C 9/00, G06F 1/00, publ. 02/10/2005) or definition fingerprint standard (see G. Kuharev. Biometric systems: Methods and means of identifying a person’s personality. - St. Petersburg: Polytechnic, 2001, p. 233). Thus, as a result of the formation of the fingerprint passport, its papillary pattern is converted into a unique digital code, which is the reference passport of the registered user and is entered into the system database for its storage and subsequent use when compared with the presented papillary pattern.

Вторым этапом осуществления заявляемого способа является дополнительное кодирование эталонного отпечатка папиллярного узора, которое производится путем математической обработки оцифрованного изображения папиллярного узора регистрируемого отпечатка пальца. Второй этап осуществляется одновременно с цифровым (основным) кодированием, производимым на первом этапе при формировании эталонного паспорта папиллярного узора, и заключается в следующем.The second stage of the implementation of the proposed method is the additional coding of the reference fingerprint of the papillary pattern, which is performed by mathematical processing of the digitized image of the papillary pattern of the registered fingerprint. The second stage is carried out simultaneously with the digital (main) coding performed at the first stage when forming the reference passport of the papillary pattern, and consists in the following.

Сначала путем многократной математической обработки изображения отпечатка пальца проекционно-дисперсионным фильтром определяют поле направлений папиллярных линий.First, by multiple mathematical processing of the fingerprint image, a projection-dispersion filter determines the direction field of the papillary lines.

Для этого задаются размером плавающего окна nsws более одного шага папиллярных линий и имеющем в пиксельном представлении нечетный размер. Размер плавающего окна определяется шагом папиллярных линий отпечатка, что в свою очередь зависит от разрешения исходного изображения.To do this, set the size of the floating window n sws more than one step of papillary lines and having an odd size in the pixel representation. The size of the floating window is determined by the step of the papillary lines of the print, which in turn depends on the resolution of the original image.

Разрешение, dpiResolution dpi Размер окна, пиксельWindow size, pixel 500-600500-600 21-2521-25 250-300250-300 11-1311-13

Данный фильтр является крайне трудоемким. Для каждой точки исходного изображения размером W×H производится следующее количество операций, не считая операций сравнения и присваивания.This filter is extremely time consuming. For each point of the original image of size W × H, the following number of operations is performed, not counting the operations of comparison and assignment.

ОперацияOperation КодThe code Число операций на точкуThe number of operations per point ++++ incinc 2n2+6n-22n 2 + 6n-2 ++ addadd 6n2+10n+16n 2 + 10n + 1 -- subsub 2n2+6n-22n 2 + 6n-2 ** imulimul 2n+112n + 11 // idividiv 4n+94n + 9 == movmov 5n2+18n+205n 2 + 18n + 20 ifif cmp+jmpcmp + jmp 6n2+9n+96n 2 + 9n + 9 memsetmemset lodsblodsb 24n-824n-8

Например, для изображения размером 456×548 точек выбирается окно размером 25×25 точек, следовательно, получаем следующее число вычислений:For example, for an image of 456 × 548 pixels, a window of 25 × 25 pixels is selected, therefore, we obtain the following number of calculations:

ОперацияOperation КодThe code Число операций на точкуThe number of operations per point Число операций на изображениеNumber of operations per image ++++ incinc 13981398 349343424349343424 ++ addadd 40014001 999 801888999 801888 -- subsub 13981398 349343424349343424 ** imulimul 6161 1524316815243168 // idividiv 109109 2723779227237792 == movmov 35953595 898347360898347360 ifif cmp+jmpcmp + jmp 39843984 995553792995553792 memsetmemset lodsblodsb 592592 147933696147933696 ИТОГОTOTAL 37828045443782804544

На компьютере с процессором Intel Pentium с частотой 2 ГГц и системной шиной на 266 МГц данная операция будет выполняться более 21 с, при этом необходимо еще выполнять операции сравнения и присваивания, а также изменение и контроль счетчиков циклов, которые по вложенности имеют четвертый порядок. Время необходимое на операцию рассчитывается исходя из того, что для чтения/записи результата требуется один такт системный шины и определенное число тактов процессора на саму операцию:On a computer with an Intel Pentium processor with a frequency of 2 GHz and a 266 MHz system bus, this operation will be performed for more than 21 s, while it is also necessary to carry out comparison and assignment operations, as well as changing and monitoring cycle counters, which are fourth order by nesting. The time required for the operation is calculated on the basis that reading / writing the result requires one clock of the system bus and a certain number of clock cycles of the processor per operation:

ОперацияOperation КодThe code Число тактов на операциюThe number of measures per operation Число тактов на изображениеThe number of measures per image Время, сTime s ++++ incinc 33 10480302721048030272 1.8373362791.837336279 ++ addadd 33 29994056642999405664 5.2583565465.258356546 -- subsub 33 10480302721048030272 1.8373362791.837336279 ** imulimul 1010 152431680152431680 0.1335209830.133520983 // idividiv 4646 12529384321252938432 0.728866930.72886693 == movmov 1one 898347360898347360 3.8264193943.826419394 IfIf cmp+jmpcmp + jmp 4four 39822151683982215168 5.7337910135.733791013 memsetmemset lodsblodsb 22 295867392295867392 0.704075410.70407541 ИТОГОTOTAL 1167726624011677266240 20.0606/20

Увеличения производительности можно добиться путем некоторого снижения точности получаемого результата. Для этого необходимо задаться некоторым шагом ssws плавающего окна, т.е. перебирать не все точки исходного изображения, а через ssws точек по горизонтали и вертикали.Increased productivity can be achieved by slightly reducing the accuracy of the result. To do this, you need to set some step s sws of the floating window, i.e. iterate over not all points of the original image, but through s sws points horizontally and vertically.

Если выбирать ssws<nsws, то происходит перекрытие плавающих окон, и результат работы фильтра ухудшается незначительно. При ssws≥nsws картина проекционно-дисперсионного фильтра начинает достаточно сильно деградировать, и результат получается крайне неточным. Очевидно, что при такой организации работы фильтра мы получаем в

Figure 00000002
раз выигрыш по производительности.If you select s sws <n sws , then the floating windows overlap, and the filter operation result deteriorates slightly. For s sws ≥n sws, the picture of the projection dispersion filter begins to degrade quite strongly, and the result is extremely inaccurate. Obviously, with this organization of the filter, we get in
Figure 00000002
times performance gain.

Практически для всех видов изображений сканированных отпечатков параметр ssws можно выбирать в пределах 4...16.For almost all types of images of scanned prints, the parameter s sws can be selected within 4 ... 16.

После определения шага и размера плавающего окна вокруг некоторой точки изображения с координатами (x, y) в пределах размера плавающего окна вычисляем дисперсии значений в четырех основных направлениях - 0°, 45°, 90°, 135°. Каждое направление кодируется своим числом, в результате работы фильтра получается отображение поля направлении размера

Figure 00000003
состоящее из пяти значении.After determining the step and size of the floating window around a certain point of the image with coordinates (x, y) within the size of the floating window, we calculate the variance of the values in four main directions - 0 °, 45 °, 90 °, 135 °. Each direction is encoded by its number, as a result of the filter, a field is displayed in the size direction
Figure 00000003
consisting of five meanings.

После этого, зададимся следующей кодировкой направлений и фона:After that, let's ask ourselves the following encoding of directions and background:

gbg - индекс для фона,g bg is the index for the background,

g0 - индекс для направления 0°,g 0 - index for the direction 0 °,

g45 - индекс для направления 45°,g 45 - index for the direction of 45 °,

g90 - индекс для направления 90°,g 90 - index for the direction of 90 °,

g135 - индекс для направления 135°,g 135 - index for the direction of 135 °,

При этом должно выполняться следующее неравенство:In this case, the following inequality must be satisfied:

gbg<g0<g45<g90<g135.g bg <g 0 <g 45 <g 90 <g 135 .

Далее делаем следующие вычисления:Next, we do the following calculations:

- вычисление среднего значения по плавающему окну:- calculation of the average value for a floating window:

среднее значение яркости в пределах плавающего окна вокруг точки (x, y):average brightness value within a floating window around a point (x, y):

Figure 00000004
Figure 00000004

Если среднее значение превысит порог яркости для фона, то принимаем в данной точке результат, равный индексу фона:If the average value exceeds the brightness threshold for the background, then we accept at this point a result equal to the background index:

g(x,y)=gbg, при μ≥fbg.g (x, y) = g bg , with μ≥f bg .

- вычисление дисперсии в направлении 0°:- calculation of variance in the direction of 0 °:

Вычисляем средние значения по строчкам плавающего окна:We calculate the average values for the lines of the floating window:

Figure 00000005
Figure 00000005

где k=i.where k = i.

Вычисляем дисперсию значений

Figure 00000006
:We calculate the variance of the values
Figure 00000006
:

Figure 00000007
Figure 00000007

- вычисление дисперсии в направлении 45°:- calculation of variance in the direction of 45 °:

Вычисляем средние значения по линиям плавающего окна расположенным под углом 45°:We calculate the average values along the lines of a floating window located at an angle of 45 °:

Figure 00000008
Figure 00000008

где k=(i+j)-1.where k = (i + j) -1.

Вычисляем дисперсию значений

Figure 00000009
:We calculate the variance of the values
Figure 00000009
:

Figure 00000010
Figure 00000010

- вычисление дисперсии в направлении 90°:- calculation of variance in the direction of 90 °:

Вычисляем средние значения по столбцам плавающего окна:We calculate the average values for the columns of the floating window:

Figure 00000011
Figure 00000011

где k=j.where k = j.

Вычисляем дисперсию значений

Figure 00000012
:We calculate the variance of the values
Figure 00000012
:

Figure 00000013
Figure 00000013

- вычисление дисперсии в направлении 135°:- calculation of dispersion in the direction of 135 °:

Вычисляем средние значения по линиям плавающего окна расположенным под углом 135°:We calculate the average values along the lines of a floating window located at an angle of 135 °:

Figure 00000014
Figure 00000014

где k=(n-1)+(i-j)+1.where k = (n-1) + (i-j) +1.

Вычисляем дисперсию значений

Figure 00000015
:We calculate the variance of the values
Figure 00000015
:

Figure 00000016
Figure 00000016

Далее проводится оценка направления, которая заключается в следующем. Так как дисперсии, вычисленные по углам 45° и 135°, имеют заведомо завышенные значения, то перед сравнением их необходимо скорректировать. Для этого определяется максимальная дисперсия, которая и характеризует преобладающее направление папиллярных линий в заданной точке изображения:Next, an assessment of the direction is carried out, which is as follows. Since the variances calculated from the angles of 45 ° and 135 ° have obviously overestimated values, they must be corrected before comparison. For this, the maximum dispersion is determined, which characterizes the predominant direction of papillary lines at a given point in the image:

Figure 00000017
Figure 00000017

где С - поправочный коэффициент для направлений 0° и 90°, который для большинства изображений отпечатка пальца можно выбирать в пределах от 1,5...2.where C is the correction factor for the directions 0 ° and 90 °, which for most fingerprint images can be selected in the range from 1.5 ... 2.

Картина поля направлений, полученная после применения проекционно-дисперсионного фильтра, представленная на фиг.2 и фиг.3, будет иметь помехи и неточности. Для построения более "гладкого" поля направлений необходимо удалить появившиеся случайные шумы. Для этой цели используется специальный модифицированный медианный фильтр.The picture of the direction field obtained after applying the projection-dispersion filter, presented in figure 2 and figure 3, will have interference and inaccuracies. To build a smoother directional field, you need to remove the random noise that appears. For this purpose, a special modified median filter is used.

Обработка изображения отпечатка пальца медианным фильтром осуществляется следующим образом.Processing a fingerprint image with a median filter is as follows.

Задаемся нечетным размером плавающего окна nsws медианного фильтра. Вокруг некоторой точки изображения с координатами (х, y) в пределах размера плавающего окна вычисляем число повторений каждого значения с учетом коэффициентов, заданных матрицей фильтра размером [nsws×nsws]. Значение, которое имеет большее значение счетчика, выбирается в качестве результата фильтрации. Подсчитываем число повторений некоторого значения с учетом коэффициентов матрицы фильтра:We set the odd size of the floating window n sws of the median filter. Around a certain point of the image with coordinates (x, y) within the size of the floating window, we calculate the number of repetitions of each value taking into account the coefficients specified by the filter matrix of size [n sws × n sws ]. The value that has a larger counter value is selected as a filter result. We count the number of repetitions of a certain value, taking into account the coefficients of the filter matrix:

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
, для всего отображения поля направлений;Where
Figure 00000019
, for the entire display of the direction field;

сij - образуют матрицу коэффициентов фильтра:with ij - form a matrix of filter coefficients:

Figure 00000020
Figure 00000020

Для отображения поля направлений, полученного проекционно-дисперсионным фильтром с указанными выше значениями размера и шага плавающего окна, можно принять в качестве размера плавающего окна и матрицы nsws=3, а в качестве значений элементов матрицы - единицу сij=1.To display the direction field obtained by the projection-dispersion filter with the above values of the size and step of the floating window, one can take n sws = 3 as the size of the floating window and matrix, and one with ij = 1 as the values of the matrix elements.

Далее в векторе счетчиков находим максимальное значение и в качестве результата фильтрации в данной точке (х, y) выбираем значение, которое соответствовало этому счетчику:Next, in the vector of counters, we find the maximum value and as the result of filtering at a given point (x, y), select the value that corresponded to this counter:

Figure 00000021
Figure 00000022
.
Figure 00000021
Figure 00000022
.

После медианной фильтрации на картине поля направлений будут удалены случайные выпады значений из общего числа, тем самым картина поля направлений приобретает более "гладкий" вид (см. фиг.4). Данный фильтр является сходящимся и для полноценной картины необходимо выполнять фильтрацию до тех пор, пока отображение поля направлений не перестанет изменяться, т.е. g(x, y)=f(x, y), для всех х и y. Обычно число итераций не превышает 10-ти.After median filtering in the picture of the direction field, random outfalls of the values from the total number will be removed, thereby the picture of the direction field takes on a more “smooth” form (see figure 4). This filter is convergent and for a complete picture it is necessary to perform filtering until the display of the direction field ceases to change, i.e. g (x, y) = f (x, y), for all x and y. Usually the number of iterations does not exceed 10.

После обработки изображения отпечатка пальца модернизированным медианным фильтром осуществляется поиск глобальных особенностей (характерных точек), определяется тип характерных точек (ядро, дельта и т.д.) и их координаты. Под глобальными особенностями понимаются такие особенности папиллярного рисунка, которые сохраняются от изображения к изображению и в пределах допустимого шума могут быть однозначно определены. Например, точки типа "ядро" или "дельта".After processing the fingerprint image with the modernized median filter, global features (characteristic points) are searched for, the type of characteristic points (core, delta, etc.) and their coordinates are determined. Under global features are understood such features of the papillary pattern, which are stored from image to image and within the allowable noise can be uniquely determined. For example, points like "core" or "delta".

Глобальные особенности характеризуются изменением поля направлений, которое вокруг таких особенностей как "ядро" или "дельта" последовательно изменяет свое значение в диапазоне от 0° до 360°. Найденные точки используют затем в качестве центров для осуществления дополнительной пространственно-волновой фильтрации Габора.Global features are characterized by a change in the direction field, which around such features as the “core” or “delta” successively changes its value in the range from 0 ° to 360 °. The found points are then used as centers for additional Gabor spatial-wave filtering.

Вокруг такой характерной точки папиллярного рисунка, как "ядро" направления линий изменяется от 0° до 360° против часовой стрелки. Т.е. если рассмотреть построенное нами поле направлений вокруг этой точки, то мы увидим, как оно последовательно против часовой стрелки изменяет значения в сторону увеличения угла - 0°, 45°, 90° и 135° (см. фиг.5).Around such a characteristic point of the papillary pattern as the "core" of the direction of the lines changes from 0 ° to 360 ° counterclockwise. Those. if we consider the direction field we constructed around this point, we will see how it successively counterclockwise changes the values in the direction of increasing the angle - 0 °, 45 °, 90 ° and 135 ° (see figure 5).

Вокруг такой характерной точки папиллярного рисунка как "дельта" направления линий изменяется от 0° до 360° по часовой стрелке. Т.е. если рассмотреть построенное нами поле направлений вокруг этой точки, то мы увидим, как оно последовательно по часовой стрелке изменяет значения в сторону увеличения угла - 0°, 45°, 90° и 135° (см. фиг.6).Around such a characteristic point of the papillary pattern as the "delta" of the direction of the lines changes from 0 ° to 360 ° clockwise. Those. if we consider the direction field we constructed around this point, we will see how it successively clockwise changes the values in the direction of increasing the angle - 0 °, 45 °, 90 ° and 135 ° (see Fig.6).

После определения глобальных особенностей (характерных точек), их типа и координат осуществляют поиск точек интереса и вычисление центров особенностей.After determining global features (characteristic points), their type and coordinates, they search for points of interest and calculate the centers of features.

Первый этап поиска глобальных особенностей - это составление списка точек интереса, т.е. таких точек, в районе которых поле направлений ведет себя характерным для глобальной особенности образом.The first stage of the search for global features is the compilation of a list of points of interest, i.e. such points in the region of which the direction field behaves in a manner characteristic of a global feature.

Данный поиск осуществляется плавающим окном размера 2×2. Окно строится относительно своего верхнего левого угла, т.е. в рассмотрение попадают, кроме точки с координатами (х, y), также точки с координатами (х+1, y), (х, y+1) и (х+1, y+1).This search is performed by a 2 × 2 floating window. The window is being built relative to its upper left corner, i.e. except points with coordinates (x, y), also points with coordinates (x + 1, y), (x, y + 1) and (x + 1, y + 1) fall into consideration.

Если среди четырех значений есть значение gbg, то точка не рассматривается. Аналогично когда в пределах окна всего одно или два значения, то точка также не рассматривается.If among four values there is a value of g bg , then the point is not considered. Similarly, when there is only one or two values within the window, the point is also not considered.

Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000025
Figure 00000026
Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000025
Figure 00000026

На рассмотрение попадают точки, вокруг которых имеется три или четыре разных направления. В этом случае анализируется последовательность изменения направлений. Начиная с минимального, они должны последовательно возрастать либо по часовой стрелке - для "дельты", либо против часовой стрелки - для "ядра". Такие точки запоминаются в массивы предполагаемых точек типа "дельта" и "ядро".Points for consideration are around which there are three or four different directions. In this case, the sequence of direction changes is analyzed. Starting from the minimum, they must sequentially increase either clockwise - for the "delta", or counterclockwise - for the "core". Such points are stored in arrays of alleged points such as "delta" and "core".

Figure 00000027
Figure 00000028
Figure 00000027
Figure 00000028

Если в окне присутствуют сразу все четыре направления и их последовательность соответствует "дельте" или "ядру", то данная точка принимается за центр данной особенности. Если же в окне присутствуют только три направления, то такая точка требует уточнения.If all four directions are present in the window at once and their sequence corresponds to the "delta" or "core", then this point is taken as the center of this feature. If the window contains only three directions, then this point requires clarification.

Уточнение начинается с построения массива дистанций между предполагаемыми точками одного типа, которые дополняют друг друга по не хватающим направлениям. То есть вычисляются дистанции между всеми парами точек одного типа, в которых в сумме присутствуют все четыре направления. Из такого массива выбираются такие пары, дистанция между которыми, во-первых, минимальна, во-вторых, не превышает некоторого предельного значения [D] (обычно квадрат предельной дистанции не превышает 9...40).The refinement begins with the construction of an array of distances between prospective points of the same type, which complement each other in not enough directions. That is, the distances between all pairs of points of the same type are calculated, in which all four directions are present in total. Such pairs are selected from such an array, the distance between which, firstly, is minimal, and secondly, does not exceed a certain limit value [D] (usually the square of the limit distance does not exceed 9 ... 40).

Для пар, удовлетворяющих этим условиям, вычисляются координаты среднего положения между ними и принимаются за координаты центра особенности.For pairs satisfying these conditions, the coordinates of the middle position between them are calculated and taken as the coordinates of the center of the singularity.

Далее изображение обрабатывается плавающим окном нечетного размера nsws несколько раз для различных направлений распространия волны. Коэффициенты окна вычисляются по формуле и зависят от угла распространения волны. Исходная волна распространяется вдоль оси х с симметричным экспоненциальным затуханием амплитуды:Further, the image is processed several times by a floating window of odd size n sws for different directions of wave propagation. The window coefficients are calculated by the formula and depend on the wave propagation angle. The initial wave propagates along the x axis with symmetric exponential decay of the amplitude:

Figure 00000029
при
Figure 00000030
Figure 00000031
Figure 00000029
at
Figure 00000030
Figure 00000031

где

Figure 00000032
- частота волн, обратно пропорциональная разрешению;Where
Figure 00000032
- wave frequency inversely proportional to resolution;

σ~dpi - обратный коэффициент затухания.σ ~ dpi is the inverse attenuation coefficient.

Для распространения волны в произвольном направлении под углом φ, имеем следующую зависимость:For wave propagation in an arbitrary direction at an angle φ, we have the following dependence:

Figure 00000033
Figure 00000033

где χ=xcosφ-ysinφ, для

Figure 00000030
и
Figure 00000034
where χ = xcosφ-ysinφ, for
Figure 00000030
and
Figure 00000034

Для дискретной сетки плавающего окна получим следующее выражение:For a discrete grid of a floating window, we obtain the following expression:

Figure 00000035
Figure 00000035

где

Figure 00000036
,
Figure 00000037
, при
Figure 00000038
и
Figure 00000039
Where
Figure 00000036
,
Figure 00000037
at
Figure 00000038
and
Figure 00000039

χij=xjcosφ-yisinφ.χ ij = x j cosφ-y i sinφ.

Результирующее отображение вычисляется следующим образом:The resulting mapping is calculated as follows:

Figure 00000040
Figure 00000040

Расчет ведется по n направлениям в диапазоне [0,180), пронумерованным для определенности против часовой стрелки. В результате получаем n фильтрованных изображений (см. фиг.7).The calculation is carried out in n directions in the range [0,180), numbered for definiteness counterclockwise. As a result, we obtain n filtered images (see Fig. 7).

В окрестностях каждой найденной характерной точки путем пространственно-волновой фильтрации Габора вычисляют характерные числовые особенности изображения отпечатка пальца (минуции).In the vicinity of each characteristic point found, by means of Gabor spatial-wave filtration, the characteristic numerical features of the fingerprint image (minutes) are calculated.

Для вычисления характерных числовых особенностей изображения - минуций фильтрованные изображения разбиваются на m колец, пронумерованных для определенности, начиная от центра, и 2n секторов вокруг геометрического центра глобальных особенностей, которые для определенности пронумерованы против часовой стрелки. Таким образом, на каждом из n фильтрованных изображений мы получаем m×2n областей (см. фиг.8), в каждой из которых вычисляем среднее значение:To calculate the characteristic numerical features of the image - the minutes, the filtered images are divided into m rings, numbered for definiteness, starting from the center, and 2n sectors around the geometric center of global features, which for definiteness are numbered counterclockwise. Thus, on each of the n filtered images, we get m × 2n areas (see Fig. 8), in each of which we calculate the average value:

Figure 00000041
, при
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044
Figure 00000041
at
Figure 00000042
Figure 00000043
Figure 00000044

где Оkij - область k-го изображения, i-го кольца и j-го сектора;where O kij is the region of the k-th image, the i-th ring and the j-th sector;

Figure 00000045
- число отсчетов изображения находящихся в области Okij.
Figure 00000045
- the number of samples of the image located in the region O kij .

Далее для каждой такой области вычисляется абсолютное среднее отклонение:Next, for each such region, the absolute mean deviation is calculated:

Figure 00000046
, при
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000049
Figure 00000046
at
Figure 00000047
Figure 00000048
Figure 00000049

В результате вычислений получаем вектор минуций М, состоящий из n×m×2n=2n2m чисел, который внутри разбит на n матриц размером m×2n.As a result of the calculations, we obtain the vector of minutes M, consisting of n × m × 2n = 2n 2 m numbers, which is internally divided into n matrices of size m × 2n.

В случае, если элемент сетки выходит за границы изображения или на исходном изображении в этом месте проекцонно-дисперсионным фильтром был определен фон, то в качестве значения записывается -1. И далее в функции сравнения оно не участвует.If the grid element goes beyond the boundaries of the image or the background was determined on the original image at this place by the projection-dispersion filter, then -1 is written as the value. And then it does not participate in the comparison function.

Таким образом, описанная выше процедура кодирования состоит из двух параллельно проходящих этапов: основного и дополнительного кодирования и может быть названа комбинированным кодированием.Thus, the encoding procedure described above consists of two parallel steps: primary and secondary encoding and can be called combined encoding.

Закодированные таким образом данные отпечатка папиллярного узора сохраняются для последующей идентификации вместе с эталонными данными, полученными на первом этапе формирования паспорта отпечатка пальца.The fingerprint pattern data encoded in this manner is stored for subsequent identification along with the reference data obtained in the first step of generating the fingerprint passport.

Рассмотрим теперь, каким образом происходит идентификация предъявленного отпечатка пальца при его сравнении с эталонным отпечатком, закодированным с помощью комбинированного метода, включающего основное и дополнительное фильтрационное кодирование. Предъявленный отпечаток кодируется высокоточным способом, основанным на кодировании минуций (основное кодирование), и параллельно проводится дополнительное фильтрационное кодирование (дополнительное кодирование). Результатом кодирования является паспорт предъявленного папиллярного узора, который должен быть идентифицирован по эталонным паспортам, хранящимся в базе данных.Let us now examine how the presented fingerprint is identified when comparing it with a reference fingerprint encoded using the combined method, which includes primary and secondary filtering coding. The presented fingerprint is encoded in a high-precision way, based on the coding of the minutes (main coding), and additional filtering coding (additional coding) is carried out in parallel. The coding result is a passport of the presented papillary pattern, which should be identified by reference passports stored in the database.

Все этапы процедуры кодирования (основного и дополнительного) осуществляются идентично и в той же самой последовательности, что и описанные выше процедуры, проводимые при формировании эталонного паспорта папиллярного узора, подробно описанные в начале раздела "Осуществление способа" на стр.13-26 предлагаемой заявки.All stages of the encoding procedure (primary and secondary) are carried out identically and in the same sequence as the procedures described above, carried out during the formation of the reference passport of the papillary pattern, described in detail at the beginning of the section "Implementation of the method" on pages 13-26 of the proposed application.

Следующим этапом осуществления заявляемого способа является сравнение предъявленного и эталонного паспортов отпечатков папиллярных узоров, при этом первый шаг заключается в высокоскоростном сравнении дополнительного кода предъявленного папиллярного узора с кодами всех папиллярных узоров, находящимися в базе данных, полученными путем дополнительного фильтрационного кодирования.The next step in the implementation of the proposed method is the comparison of the presented and reference passports of fingerprints of papillary patterns, with the first step being a high-speed comparison of the additional code of the presented papillary pattern with the codes of all papillary patterns in the database obtained by additional filtering coding.

Сравнение изображений основано на использовании глобальных особенностей, что позволяет при сравнении изображений избавиться от степеней свободы, связанных со смещением. Кроме того, благодаря построению минуций вокруг базовой точки в полярных координатах поворот вокруг центра заменяется сдвигом.Image comparison is based on the use of global features, which allows you to get rid of the degrees of freedom associated with displacement when comparing images. In addition, by plotting the minutes around the base point in polar coordinates, the rotation around the center is replaced by a shift.

Дистанция Ω между двумя изображениями, представленными векторами минуций M1 и M2, вычисляется по формуле:The distance Ω between the two images represented by the vectors of the minutes M 1 and M 2 is calculated by the formula:

Figure 00000050
Figure 00000050

где Δ - абсолютное среднее отклонение яркости сектора;where Δ is the absolute average deviation of the sector brightness;

2n - число секторов вокруг геометрического центра глобальных особенностей;2n is the number of sectors around the geometric center of global features;

m - число колец.m is the number of rings.

Так как мы не знаем, на какой угол одно изображение повернуто относительно другого, то необходимо просчитать дистанцию между изображениями для всех возможных 2n углов и выбрать в качестве результирующего значения минимальное. Для этого последовательно выполняется круговой сдвиг матриц m×2n внутри одного из сравниваемых векторов, например, вектора M2, таким образом, что последний становится первым - это соответствует выбранной нумерации направлений фильтраций против часовой стрелки. Необходимо также внутри каждой из n матриц сдвигаемого вектора произвести циклический сдвиг столбцов, таким образом, чтобы последний становился первым, что соответствует выбранной нумерации секторов против часовой стрелки.Since we do not know at what angle one image is rotated relative to another, it is necessary to calculate the distance between the images for all possible 2n angles and select the minimum as the resulting value. To do this, a circular shift of the m × 2n matrices is performed sequentially inside one of the compared vectors, for example, the vector M 2 , so that the latter becomes the first - this corresponds to the selected numbering of the filtration directions counterclockwise. It is also necessary to rotate the columns inside each of the n matrices of the shifted vector so that the latter becomes the first, which corresponds to the selected sector numbering counterclockwise.

Получив таким образом "2n" дистанций, необходимо принять в качестве результата минимальную, что соответствует предположению о максимальной схожести изображений. Нормированный результат в пределах (0,1], где ноль соответствует абсолютной непохожести изображений, а единица полному соответствию, получается из выражения:Having thus obtained “2n” distances, it is necessary to take the minimum as the result, which corresponds to the assumption of maximum image similarity. The normalized result in the range (0,1], where zero corresponds to the absolute dissimilarity of the images, and the unit to full correspondence, is obtained from the expression:

Figure 00000051
Figure 00000051

где ρ - степень непохожести изображений,where ρ is the degree of dissimilarity of the images,

Figure 00000052
Figure 00000052

(х, y) принадлежат изображению.(x, y) belong to the image.

Двойка в знаменателе получается из соображений, что фильтр Габора имеет значения коэффициентов в пределах [-1, 1], следовательно, фильтрованное изображение g[x, y) может имеет значения в пределах [-fmax, fmax]. Далее среднее значение μkij также попадает в диапазон [fmax, fmax]. А вот абсолютное среднее отклонение Δkij может изменяться в диапазоне [0,2fmax].The two in the denominator is obtained from considerations that the Gabor filter has coefficient values within [-1, 1], therefore, the filtered image g [x, y) can have values within [-f max , f max ]. Further, the average value of μ kij also falls into the range [f max , f max ]. But the absolute average deviation Δ kij can vary in the range [0.2f max ].

Скорость этого сравнения, которая составляет от 3000 до 60000 сравнений/сек, на несколько порядков выше, чем скорость сравнения отпечатков пальцев при кодировании, основанном на сопоставлении минуций. В результате получается сравнительно небольшой список, например, несколько десятков отпечатков - претендентов, прошедших порог и имеющих наиболее близкую степень совпадения с предъявленным отпечатком. Порог задается из расчета оптимального соотношения вероятности пропуска "чужих" и не пропуска "своих" и зависит от размера базы эталонных отпечатков.The speed of this comparison, which ranges from 3,000 to 60,000 comparisons / sec, is several orders of magnitude higher than the speed of comparing fingerprints in coding based on the comparison of minutes. The result is a relatively small list, for example, several dozen prints - applicants who have passed the threshold and have the closest degree of coincidence with the presented print. The threshold is set based on the calculation of the optimal ratio of the probability of skipping "strangers" and not skipping "friends" and depends on the size of the base of reference prints.

Следующим шагом является более длительное, но очень точное сравнение, основанное на сопоставлении минуций. В ходе этого сравнения предъявленный (текущий) отпечаток, прошедший регистрацию, сравнивается только с отобранными на предыдущем этапе отпечатками методом сопоставления минуций, который заключается в следующем.The next step is a longer, but very accurate comparison based on the comparison of the minutes. During this comparison, the presented (current) fingerprint that has been registered is compared only with fingerprints selected at the previous stage by the method of matching minutes, which is as follows.

Как было указано выше, на этапе регистрации пользователей и формировании базы эталонных отпечатков координаты обнаруженных минуций, а также углы их ориентации записываются в вектор минуций, который может быть представлен в следующей форме:As mentioned above, at the stage of user registration and the formation of a reference fingerprint database, the coordinates of the detected minutes, as well as the angles of their orientation, are recorded in the vector of minutes, which can be represented in the following form:

W(р)=[(x1, y1, θ1), (x2, y2, θ1), (х3, y3, θ3), ..., (хр, yр, θр)],W (p) = [(x 1 , y 1 , θ 1 ), (x 2 , y 2 , θ 1 ), (x 3 , y 3 , θ 3 ), ..., (x p , y p , θ p )],

где параметр "р" определяет число минуций.where the parameter "p" determines the number of minutes.

На этапе регистрации пользователей указанный вектор определяет эталон Е(p), который записывается в базу эталонов. На этапе распознавания вектор определяет текущий (предъявленный) отпечаток O(q) и его параметры. Далее необходимо определить такие параметры аффинных преобразований, как угол поворота, масштаб и сдвиги (Δх и Δу), при которых некоторая минуция вектора О(q) будет согласована с некоторой минуцией вектора Е(p). Для того чтобы решить эту задачу (при условии q≠р), необходимо выполнить пересчет координат каждой минуций из вектора О(q) для всех возможных значений изменений параметров поворота, масштаба и сдвигов. Общее число пересчетов координат только одной минуций составит 2Ф MNL,At the stage of user registration, this vector defines the standard E (p) , which is recorded in the database of standards. At the recognition stage, the vector determines the current (presented) fingerprint O (q) and its parameters. Next, it is necessary to determine such parameters of affine transformations as the angle of rotation, scale, and shifts (Δx and Δy) at which some minute of the vector O (q) will be consistent with some minute of the vector E (p) . In order to solve this problem (under the condition q ≠ p), it is necessary to recalculate the coordinates of each minute from the vector O (q) for all possible values of the rotation, scale and shift parameters. The total number of coordinates recalculations of only one minute will be 2F MNL,

где Ф - угол поворота, на который могут быть повернуты относительно друг друга два отпечатка пальца;where f is the angle of rotation at which two fingerprints can be rotated relative to each other;

М - максимальный сдвиг по оси х;M is the maximum shift along the x axis;

N - максимальный сдвиг по оси y;N is the maximum shift along the y axis;

L - максимальное изменение масштаба отпечатка.L is the maximum zoom of the print.

Затем осуществляется поиск пар соответствующих друг другу минуций, для чего на каждом шаге (из 2Ф MNL возможных) координаты минуций из вектора О(q) подвергаются аффинным преобразованиям, и полученные новые координаты сопоставляются с каждой из координат минуций вектора Е(p). Согласованные пары минуций в дальнейших итерациях не участвуют (если речь не идет о новом эталоне). После этого проводится оценка меры соответствия двух сопоставляемых отпечатков. В процессе поиска пар минуций в памяти сохраняется информация о параметрах {Δх, Δy, Δk, Δφ}, при которых найдена пара, а также подсчитывается число найденных пар минуций. Если одинаковая информация о параметрах {Δx, Δy, Δk, Δφ} повторяется довольно часто, то это свидетельствует о высоком качестве соответствия отпечатков и определении истинных параметров аффинных преобразований, связывающих два отпечатка между собой.Then, pairs of matching minutes are searched for, for which at each step (of 2 M MNL possible) the coordinates of the minutes from the vector O (q) undergo affine transformations, and the new coordinates obtained are compared with each of the minute coordinates of the vector E (p) . Agreed pairs of minutes are not involved in further iterations (if we are not talking about a new standard). After that, the conformity assessment of the two matched fingerprints is evaluated. In the process of searching for pairs of minutes, the information on the parameters {Δх, Δy, Δk, Δφ}, at which a pair is found, is stored in the memory, and the number of found pairs of minutes is also calculated. If the same information on the parameters {Δx, Δy, Δk, Δφ} is repeated quite often, then this indicates a high quality of correspondence of the fingerprints and determination of the true parameters of affine transformations connecting the two fingerprints with each other.

Если сопоставление выполнялось в задаче верификации отпечатков, то на этом весь процесс заканчивается. Если же поставленной задачей была идентификация отпечатков, то описанный процесс необходимо повторять, но не для всех отпечатков, как в прототипе, а только для отпечатков - кандидатов, прошедших порог и имеющих наиболее близкую степень совпадения с предъявленным отпечатком.If the comparison was performed in the task of fingerprint verification, then the whole process ends. If the task was to identify the fingerprints, then the described process must be repeated, but not for all fingerprints, as in the prototype, but only for fingerprints - candidates who have passed the threshold and have the closest degree of coincidence with the presented fingerprint.

Таким образом, происходит существенное увеличение скорости сравнения, так как отпадает необходимость сравнения предъявленного отпечатка с каждым из хранящихся в базе данных эталонным отпечатком, закодированным точным, но сравнительно медленным способом - способом кодирования на основе минуций, выбранным в качестве прототипа.Thus, there is a significant increase in the speed of comparison, since there is no need to compare the presented fingerprint with each of the reference fingerprints encoded in the exact, but relatively slow way - the encoding method based on the minutes, selected as a prototype.

В заключение следует также отметить, что использование в предложенном способе верификации и идентификации отпечатков папиллярных узоров дополнительного фильтрационного кодирования, реализованного на уровне программного или аппаратного обеспечения, позволяет по сравнению с прототипом существенно повысить быстродействие процесса идентификации предъявленного отпечатка пальца, сохранив при этом высокую достоверность способа, выбранного в качестве прототипа.In conclusion, it should also be noted that the use in the proposed method for verification and identification of fingerprints of papillary patterns of additional filtering coding, implemented at the level of software or hardware, can significantly increase the speed of the identification process of the presented fingerprint compared to the prototype, while maintaining high reliability of the method, selected as a prototype.

Claims (3)

1. Способ верификации и идентификации отпечатков папиллярных узоров, заключающийся в регистрации данных эталонного и предъявленного отпечатков папиллярных узоров, состоящей из формирования паспортов отпечатков пальцев путем выделения минуций, определения их типа, координат, углов ориентации и их записи в виде эталонного и предъявленного векторов минуций соответственно, сравнении эталонных паспортов отпечатков пальцев и предъявленного паспорта путем сопоставления минуций, заключающегося в поиске пар соответствующих друг другу минуций, оценки меры схожести сопоставляемых отпечатков и сравнения ее с порогом, отличающийся тем, что одновременно с формированием паспортов эталонного и предъявленного отпечатков пальцев осуществляют дополнительное фильтрационное кодирование, заключающееся в построении поля направлений папиллярных линий путем многократной математической обработки изображения отпечатка пальца проекционно-дисперсионным фильтром с последующей обработкой модернизированным медианным фильтром, поиске характерных точек, определении их типов и координат, фильтрации изображения в окрестностях каждой найденной характерной точки путем многократной обработки пространственно-волновым фильтром с плавающим окном и сохранении закодированных данных каждого отпечатка папиллярного узора вместе с данными, полученными на этапе формирования паспортов, причем при сравнении предъявленного и эталонного отпечатков папиллярных узоров перед процедурой сопоставления минуций осуществляют сравнение дополнительного кода предъявленного папиллярного узора с дополнительными кодами всех эталонных папиллярных узоров, полученными путем дополнительного фильтрационного кодирования и хранящимися в базе данных, путем определения дистанции между двумя изображениями, представленными векторами минуций, полученными при дополнительном фильтрационном кодировании для всех возможных углов, принятия минимальной дистанции в качестве результата, соответствующего максимальной схожести изображений папиллярных узоров, формирования списка отпечатков-кандидатов, то есть эталонных паспортов, имеющих наиболее близкую степень совпадения с предъявленным отпечатком, и последующего сравнения каждого отпечатка-кандидата с предъявленным отпечатком методом, основанным на сопоставлении минуций.1. The method of verification and identification of fingerprints of papillary patterns, which consists in recording the data of the reference and presented fingerprints of papillary patterns, consisting of generating passports of fingerprints by extracting the minutes, determining their type, coordinates, orientation angles and recording them in the form of the reference and presented vectors of minutes, respectively , comparing the reference passports of fingerprints and the presented passport by comparing the minutes, consisting in the search for pairs of matching mine assessing the similarity measure of the compared fingerprints and comparing it with a threshold, characterized in that simultaneously with the formation of passports of the reference and presented fingerprints, additional filtering coding is carried out, which consists in constructing the directions field of papillary lines by multiple mathematical processing of the fingerprint image by a projection-dispersion filter with subsequent processing of the modernized median filter, the search for characteristic points, determining their types and coordination t, filtering the image in the vicinity of each characteristic point found by repeatedly processing the space-wave filter with a floating window and storing the encoded data of each fingerprint of the papillary pattern along with the data obtained at the stage of forming the passports, moreover, when comparing the presented and reference fingerprints of papillary patterns before the matching procedure minutes perform a comparison of the additional code of the presented papillary pattern with additional codes of all the reference pops illary patterns obtained by additional filtration coding and stored in the database by determining the distance between two images represented by vectors of minutes obtained by additional filtration coding for all possible angles, taking the minimum distance as the result corresponding to the maximum similarity of images of papillary patterns, forming list of fingerprints of candidates, that is, reference passports having the closest degree of coincidence with presenting ennym print, and then comparing the presented fingerprint with each fingerprint of a candidate by a method based on a comparison of Minucius. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при фильтрации изображения используется фильтр Габора.2. The method according to claim 1, characterized in that when filtering the image, a Gabor filter is used. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для формирования списка отпечатков-кандидатов их количество задается в зависимости от размера базы эталонных отпечатков.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for forming a list of candidate fingerprints, their number is set depending on the size of the reference fingerprint database.
RU2006116875/09A 2006-05-16 2006-05-16 Method for verification and identification of imprints of papillary patterns RU2310910C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116875/09A RU2310910C1 (en) 2006-05-16 2006-05-16 Method for verification and identification of imprints of papillary patterns

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006116875/09A RU2310910C1 (en) 2006-05-16 2006-05-16 Method for verification and identification of imprints of papillary patterns

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2310910C1 true RU2310910C1 (en) 2007-11-20

Family

ID=38959540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006116875/09A RU2310910C1 (en) 2006-05-16 2006-05-16 Method for verification and identification of imprints of papillary patterns

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2310910C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486590C1 (en) * 2012-04-06 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) Method and device of invariant identification of fingerprints by key points

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2486590C1 (en) * 2012-04-06 2013-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) Method and device of invariant identification of fingerprints by key points

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11113505B2 (en) Palm print image matching techniques
US10127432B2 (en) Derived virtual quality parameters for fingerprint matching
Liu et al. A coarse to fine minutiae-based latent palmprint matching
Alshehri et al. Cross-sensor fingerprint matching method based on orientation, gradient, and gabor-hog descriptors with score level fusion
US7970186B2 (en) System, method and computer program product for fingerprint verification
US10255477B2 (en) Feature-based matcher for distorted fingerprint matching
US20090169072A1 (en) Method and system for comparing prints using a reconstructed direction image
CN110942076B (en) Method and system for generating anti-counterfeiting mark of ceramic product
Uz et al. Minutiae-based template synthesis and matching for fingerprint authentication
Rodríguez-Ruiz et al. A survey on minutiae-based palmprint feature representations, and a full analysis of palmprint feature representation role in latent identification performance
Libert et al. Interoperability assessment 2019: Contactless-to-contact fingerprint capture
Appati et al. Implementation of a Transform‐Minutiae Fusion‐Based Model for Fingerprint Recognition
AlShehri et al. Alignment-free cross-sensor fingerprint matching based on the co-occurrence of ridge orientations and Gabor-HoG descriptor
RU2310910C1 (en) Method for verification and identification of imprints of papillary patterns
Surajkanta et al. A digital geometry-based fingerprint matching technique
Zanganeh et al. Partial fingerprint alignment and matching through region-based approach
Jain Automatic Fingerprint Matching Using Extended Feature Set
RU2306601C1 (en) Method for encoding papillary pattern imprint data
Saleh et al. Fingerprint recognition
AlShehri et al. Fingerprint verification system for cross-sensor matching based on lbp and sift descriptors and score level fusion
Adjimi et al. Mutual information based feature selection for fingerprint identification
Wu et al. Meticulous Alignment for On-Display Fingerprint Sensor on Smartphone
Cao et al. Fingerprint matching based on neighboring information and penalized logistic regression
Appati et al. Research Article Implementation of a Transform-Minutiae Fusion-Based Model for Fingerprint Recognition
RU2305317C2 (en) Method of comparison of papillary patterns

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090517