SE516860C2 - Anordning och förfarande för fingeravtryckskontroll, genom kontroll av särdrag i delbilder - Google Patents

Description

20 25 30 35 o.. n. 516 860 2 detta. Signalen kan i förekommande fall styra åtkomsten av exempelvis en lokal, en dator eller information.

Kontrollen av om ett aktuellt registrerat finger- avtryck överensstämmer med ett tidigare registrerat fingeravtryck görs med hjälp av hårdvara eller mjukvara och pà basis av digitala representationer av finger- avtrycken. Representationen av fingeravtrycket måste åstadkommas med hög upplösning eftersom det är små detal- jer som skiljer olika fingeravtryck från varandra. Det innebär dels att det är en stor mängd information som skall lagras för varje fingeravtryck, dels att det är mycket information som skall jämföras för att fastställa om två fingeravtryck härrör från samma person.

Ett sätt att minska mängden information som lagras och jämförs är att utnyttja s k ”feature extraction”. Man registrerar då fingeravtrycket från den person som skall ges behörighet till det som skyddas av systemet, letar upp speciella kännetecken (”features”) i fingeravtrycket, såsom punkter där åsarna delar sig och punkter där àsar slutar, och bestämmer läget för dessa speciella känne- tecken. Endast lägesinformationen och kategoriseringen av de speciella kännetecknen sparas i systemets minne. När man skall kontrollera behörigheten hos en person, regist- rerar man återigen dennes fingeravtryck och kontrollerar därefter om samma speciella kännetecknen återfinns på samma platser i det aktuella registrerade fingeravtrycket som i det tidigare lagrade fingeravtrycket.

Sensorerna som används i fingeravtryckssystem bygger på olika avkänningstekniker. Det finns optiska sensorer, som väsentligen innehåller en transparent yta, mot vilken användaren håller sitt finger, ett linspaket och den egentliga sensorn som har en ljuskänslig yta. Linspaketet projicerar en förminskad bild av fingeravtrycket på sen- sorn. De optiska sensorerna har nackdelen att konstruk- tionen blir klumpig till följd av linspaketet.

Det finns vidare s k kiselsensorer där användarens finger är i direktkontakt med sensorns aktiva yta. De 10 15 20 25 30 35 516 860 3 idag vanligaste kiselsensorerna är kapacitiva. De har en sensoryta av minst 100 mmz. De kapacitiva kiselsensorerna är relativt dyra för de kräver en stor kiselarea.

Atmel tillhandahåller vidare en termisk sensor med namnet FingerChip TM. Denna sensor har måtten 1,5 mm x 14 mm. När ett fingeravtryck skall läsas in, drar använ- daren sitt finger över sensorn som med hög frekvens och med termisk avkänning registrerar ”bilder” av den del av fingret som för ögonblicket befinner sig över sensorn.

”Bilderna” pusslas därefter ihop till en enda ”bild” av hela fingeravtrycket. Den hela bilden jämförs därefter på sedvanligt sätt med en tidigare registrerad bild. Denna sensor kräver en mindre kiselyta än de sensorer som registrerar ett helt fingeravtryck från ett finger som hålls stilla, men å andra sidan är den svårare att han- tera för användaren som måste dra fingret med en relativt jämn hastighet över sensorn för att bilden skall bli tydlig. Om användaren drar långsamt eller t o m stoppar upp försämras resultatet eftersom sensorn bygger på tem- peraturskillnader som jämnas ut direkt om fingret hålls stilla.

I PCT-ansökan SEOO/00268 beskrivs en anordning vilken möjliggör att en liten sensor kan användas. Istäl- let för att pussla ihop flera delbilder till en stor bild jämförs den lilla bilden som erhålls från den lilla sen- sorn med olika delar av en stor bild. Genom att använda den fullständiga bilden av fingeravtrycket istället för enbart kännetecken i bilden får man god tillförlitlighet utan att sensorn behöver vara stor.

I vissa fall kan det dock vara önskvärt att inte behöva lagra ett helt fingeravtryck med tanke pá den stora minnesmängd som krävs.

Det finns således ett behov av en alternativ anord- ning för kontroll av fingeravtryck som är förhållandevis enkel och billig. 10 15 20 25 30 35 516 860 4 Sammanfattning av uppfinningen Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning som är avsedd att användas i ett system för kontroll av fingeravtryck, vilken anordning är ekonomisk att tillverka. _ Ett ytterligare ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande som möjliggör en enklare och billigare anordning för kontroll av finger- avtryck.

Dessa ändamål uppnås med en anordning och ett för- farande enligt de självständiga patentkraven.

Uppfinningens närmare kännetecken framgår av de efterföljande patentkraven.

Uppfinnarna har kommit till insikt om att det är möjligt att åstadkomma god säkerhet samtidigt som en liten sensor och ett litet minne används genom att suc- cessivt jämföra små registrerade bilder med ett referens- fingeravtryck.

Ett förfarande för kontroll av fingeravtryck enligt uppfinningen utmärkes av att åtminstone två digitala bilder av fingerområden successivt registreras. Var och en av de registrerade bilderna jämförs med en referens- bild som representerar minst ett i förväg registrerat referensfingeravtryck från ett referensfingeromràde som är väsentligt större än vart och ett av fingerområdena.

Genom att lagra referensfingeravtrycket i form av en referensbild som representerar ett referensfingeravtryck behövs endast ett litet minnesutrymme för lagringen av referensfingeravtrycket om man omvandlar den registrerade bilden till en bild utan gràskala, dvs som är binär.

Genom att successivt jämföra de registrerade bilderna med referensbilden behöver man endast lagra den senast re- gistrerade bilden i ett tillfälligt minne. Detta gör att man kan genomföra jämförelsen i hårdvara som kan fram- ställas relativt billigt samtidigt som säkerheten vid kontrollen blir relativt god eftersom flera registrerade bilder jämförs med referensbilden. lO 15 20 25 30 35 516 860 5 Med fördel görs jämförelsen mellan de registrerade bilderna och referensbilden mellan jämförelsebilder, som alstras utgående från de registrerade digitala bilderna, och referensbilden, varvid varje jämförelsebild represen- terar åtminstone en del av en registrerad bild.

Genom att jämförelsebilderna utgör åtminstone en del av de registrerade bilderna tar de mindre minnesutrymme än de registrerade bilderna.

Jämförelsebilderna utgörs enligt en utföringsform av de registrerade bilderna.

Det är föredraget att åtminstone ett basområde till- handahålls, varvid jämförelsebilden jämförs med jämfö- relseområden i referensbilden i närheten av nämnda åt- minstone ett basområde. Således jämförs den först alst- rade jämförelsebilden med referensbilden för att hitta åtminstone ett basområde som har åtminstone en förut- bestämd överensstämmelse med jämförelseområdet. Nästa alstrade jämförelsebild jämförs därefter med jämförelse- omràden i närheten av basområdet för att undersöka om jämförelsebilden passar in i referensbilden. Om man inte hittar något jämförelseområde i närheten av ett basområde som har tillräckligt god överensstämmelse med jämförelse- bilden raderas detta basområde utan att något nytt bas- område väljs. Man får således en kedja jämförelser som baserar sig på vart och ett av de ursprungliga basområ- dena. Efter ett fåtal steg återstår endast ett basområde.

Kedjan med basområden som föregått det återstående bas- området i referensbilden motsvarar den väg man har rört fingret vid registreringen av bilderna.

Ett föredraget förfarande enligt uppfinningen inne- fattar stegen (i) att tillhandahålla åtminstone ett bas- område i referensbilden, (ii) att registrera en bild av ett fingerområde, (iii) att omvandla den registrerade bilden till en jämförelsebild vilken representerar en del av den registrerade bilden. Det föredragna förfarandet enligt uppfinningen innefattar även stegen (iv) att jämföra jämförelsebilden med åtminstone ett jämförelse- 10 15 20 25 30 35 516 860 6 område i referensbilden i närheten av vart och ett av nämnda åtminstone ett basomràde och (V) att välja ett av nämnda jämförelseomràden som basomràde om jämförelse- bilden och jämförelseomràdet har åtminstone en förut- bestämd grad av överensstämmelse. Stegen (ii) till (v) àterupprepas tills ett slutvillkor uppfyllts.

Slutvillkoret är företrädesvis att bilder registre- ras tills en kombinerad överensstämmelse erhàlls mellan vart och ett av basomràdena och motsvarande jämförelse- bild. Enligt ett förfarande med det här slutvillkoret erhåller varje jämförelse ett jämförelsevärde. Dà det sammanlagda jämförelsevärdet för ett flertal jämförelser överstiger ett förutbestämt jämförelsevärde så anses det registrerade fingeravtrycket överensstämma med referens- fingeravtrycket.

Slutvillkoret är alternativt att ett förutbestämt antal jämförelsebilder jämförts med referensbilden.

En anordning för fingeravtryckskontroll enligt upp- finningen, innefattar en sensor som är anordnad att re- gistrera digitala bilder av fingeromràden fràn den yttersta leden av ett finger. Anordningen utmärkes av att den även innefattar ett jämförelseorgan vilket är anord- nat att fràn registrerade bilder successivt alstra jäm- förelsebilder vilka representerar kännetecken i var och en av de registrerade bilderna. Anordningen är vidare anordnad att successivt jämföra var och en av jämförelse- bilderna med en referensbild som representerar känne- tecken i minst ett i förväg registrerat referensfinger- avtryck som representerar ett referensfingeromräde som är väsentligt större än vart och ett av fingeromràdena.

En anordning enligt uppfinningen möjliggör ett litet minne eftersom de registrerade bilderna är relativt smà.

Till skillnad frán tidigare kända sätt att genomföra fingeravtryckskontroll behöver alltsà inte hela det re- gistrerade fingeravtrycket lagras pà en gäng i anord- ningen eftersom de registrerade bilderna inte pusslas 10 15 20 25 30 35 516 860 7 ihop utan jämförs successivt och eftersom varje regist- rerad bild är liten.

Jämförelseorganet är med fördel implementerat i hårdvara eftersom det är den överlägset snabbaste lös- ningen. Eftersom man i en anordning enligt uppfinningen endast behöver ett litet minnesutrymme kan ett snabbt sådant minne implementeras i hårdvara till lågt pris.

Eftersom man inte jämför endast en registrerad bild med referensbilden kan referensbilden vara en förenklad bild av referensfingeravtrycket. Detta medför att minnes- behovet för referensbilden är litet.

Företrädesvis är anordningen enligt uppfinningen anordnad att successivt välja ut basområden i referens- bilden genom att jämföra den senast alstrade jämförelse- bilden med referensbilden, varvid jämförelsebilderna jämförs med jämförelseområden i referensbilden i närheten av nämnda åtminstone ett basområde. Genom att successivt välja ut basområden erhålls en kedja med basområden som jämförts med jämförelsebilder. Jämförelsen mellan jäm- förelsebilderna och jämförelseområdena kan göras på ett flertal välkända sätt.

Det är föredraget att jämförelsebilden alstras ut- gående från endast en del av den registrerade bilden, vilken del är den del av den registrerade bilden som innehåller flest kännetecken.

Genom att använda endast en del av den registrerade bilden kan jämförelsen göras snabbare samtidigt som till- räckligt god noggrannhet kan erhållas genom att man väl- jer ut den optimala delen av den registrerade bilden i vilken del det finns maximalt många kännetecken.

Anordningen är med fördel anordnad att registrera bilder tills en kombinerad överensstämmelse erhålls mellan vart och ett av basområdena och motsvarande jäm- förelsebild. Enligt ett förfarande med det här slutvill- koret erhåller varje jämförelse ett jämförelsevärde. Då det sammanlagda jämförelsevärdet för ett flertal jämfö- relser överstiger en förutbestämd poängsumma så anses det 10 15 20 25 30 35 516 860 8 registrerade fingeravtrycket överensstämma med referens- fingeravtrycket.

Alternativt är anordningen anordnad att registrera bilder tills ett förutbestämt antal bilder registrerats och jämförts.

Anordning har med fördel en sensor som har en längd i intervallet 5-25 mm, företrädesvis 10-20 mm, och en bredd i intervallet 0,1-5 mm, företrädesvis 0,3-3 mm.

Sensorn kan vara av godtycklig typ. Exempelvis kan den vara optisk eller kapacitiv.

Givetvis kan de olika särdragen av uppfinningen som hänför sig till förfarandet även implementeras i anord- ningen enligt uppfinningen och vice versa.

Kort beskrivning av ritninqarna Föreliggande uppfinning skall nu beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka: Fig 1 visar en anordning enligt uppfinningen för kontroll av fingeravtryck.

Fig 2 visar en referensbild som används vid kontroll av fingeravtryck enligt uppfinningen.

Fig 3 schematiskt visar hur registrerade bilder av ett fingeravtryck jämförs med referensbilden.

Fig 4 visar hur en jämförelsebild alstras frán en registrerad bild.

Beskrivning av föredragna utförinqsformer Fig l visar en anordning 1 enligt uppfinningen för kontroll av fingeravtryck. Anordningen innefattar en làngsmal kiselsensor, som är l mm hög och 10 mm bred, samt en jämförelseanordning 3 för jämförelse av en med kiselsensorn registrerad bild och en referensbild som lagrats i anordningen tidigare. Anordningen har en utgång 4 pà vilken en utsignal kan skickas om fingeravtrycket överensstämmer med referensfingeravtrycket. Anordningen är utformad som en fristående enhet som är kopplad till en dator 5 som läses upp för användaren om referensbilden överensstämmer med det fingeravtryck som registreras med kiselsensorn. lO 15 20 25 30 35 516 860 9 Fig 2 visar en referensbild 6 av ett fingeravtryck.

De svarta linjerna 7 motsvarar fördjupningar i finger- avtrycket. Referensbilden har registrerats med samma sensor 2 som används vid kontrollen av fingeravtryck.

I fig 3 visas schematiskt referensbilden 6 från fig 2. Med hänvisning till fig 3 kommer nu funktionen hos anordningen att beskrivas. När ett finger dras över sen- sorn 2 kommer bilder av fingret att börja registreras med sensorn 2. Den först registrerade bilden omvandlas till en jämförelsebild 8, 9, vilken jämförs med olika delar av referensbilden 6. Jämförelsen mellan bilderna kan göras pá ett flertal välkända sätt. Jämförelsebilden har ät- minstone en förutbestämd grad av överensstämmelse med referensbilden 6 i ett första jämförelseomräde respektive ett andra jämförelseomràde betecknade med hänvisningsbe- teckningarna 8 respektive 9. Det första jämförelseomrädet 8 och det andra jämförelseomrädet 9 kommer därefter att användas som ett första basomráde respektive ett andra basomráde för den fortsatta jämförelsen. Den andra bilden som registreras med sensorn 2 används för att alstra en andra jämförelsebild vilken jämförs med ett flertal jäm- förelseomràden 10, ll under basomràdet 8. I figuren visas för àskàdlighetens skull endast ett tredje jämförelseom- ràde 10 och ett fjärde jämförelseomräde 11. I själva ver- ket jämförs den andra jämförelsebilden med ett stort an- tal jämförelseomràden på olika lägen vertikalt och hori- sontellt, och vridna i olika vinklar i förhållande till referensbilden. Emellertid ligger alla jämförelseomràden nedanför basomràdet 8 eftersom det motsvarar den förvän- tade riktningen för fingrets rörelse. Jämförelsen resul- terar i att det tredje jämförelseomrädet används som nytt första basomráde. Pâ samma sätt àstadkommes ett nytt andra basomráde 12. En tredje alstrad jämförelsebild överensstämmer dock inte tillräckligt bra med något jäm- förelseomràde under det nya andra basomràdet 12 varför det andra basomràdet 9 förkastas. Alstrade tredje och fjärde jämförelsebilder överensstämmer emellertid till- 10 15 20 25 30 - - 516 860 lO räckligt bra med ett femte jämförelseomräde 13 och ett sjätte jämförelseomràde 14. Vid varje alstring av ett nytt basomràde beräknas ett jämförelsevärde som anger hur väl jämförelsebilden överensstämmer med jämförelseområ- det. När det sammanlagda jämförelsevärdet för jämförelser i samma kedja överstiger ett förutbestämt värde anses det fingeravtryck som successivt registrerats med sensorn 2 överensstämma med referensfingeravtrycket som represen- teras av referensbilden 6. Genom att man jämför jämförel- sebilden med jämförelseområden som är förskjutna i sidled tar man hänsyn till eventuella sidförflyttningar av fing- ret över sensorn.

Med hänvisning till fig 4 kommer nu alstringen av en jämförelsebild från en registrerad bild att beskrivas. I fig 4 visas ett fingeravtryck 15 i vilket en registrerad bild 16 visas. Den registrerade bilden 16 innehåller 8 gånger 200 bildpunkter. För att göra jämförelsen med ett referensområde tillräckligt snabb alstras en jämförelse- bild med storleken 8 gånger 50 bildpunkter genom att den del av den registrerade bilden som har flest kännetecken väljs ut. Samtidigt som man väljer ut nämnda del omvand- las bilden så att gråskalan tas bort. Därigenom minimeras jämförelsetiden samtidigt som säkerheten i jämförelsen bibehålls.

De ovan beskrivna utföringsformerna skall endast ses som exempel.

En fackman inom området inser att ovanstående utfö- ringsformer kan varieras på ett antal sätt utan att frán- gå uppfinningstanken. Exempelvis kan den registrerade bilden direkt användas som jämförelsebild.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 516 860 ll PATENTKRAV

1. Förfarande för kontroll av fingeravtryck, k ä n n e t e c k n a t av stegen att successivt regi- strera åtminstone två digitala bilder av fingerområden och att jämföra var och en av de registrerade bilderna, med en referensbild (6) som representerar minst ett i förväg registrerat referensfingeravtryck från ett refe- rensfingerområde som är väsentligt större än vart och ett av fingerområdena i syfte att kontrollera om fingerav- trycket som motsvarar de registrerade bilderna överens- stämmer med referensfingeravtrycket.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, varvid jämförel- sen mellan de registrerade digitala bilderna (16) och referensbilden (6) görs mellan jämförelsebilder (17), som alstras utgående från de registrerade digitala bilderna, och referensbilden, varvid varje jämförelsebild (17) rep- resenterar åtminstone en del av en registrerad bild (16).

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, varvid åtminstone ett basområde (8, 9, 10, 13, 14) tillhanda- hålls, varvid jämförelserna med referensbilden (6) görs med jämförelseomràden (10, 11) i referensbilden (6) i närheten av nämnda åtminstone ett basområde (8, 9, 10, 13, 14). _

4. Förfarande enligt patentkrav 1, 2 eller 3, vilket innefattar stegen (i) att tillhandahålla åtminstone ett basområde (8, 9, 10, 13, 14) i referensbilden, (ii) att registrera en bild av ett fingerområde, (iii) att alstra en jämförelsebild (17) baserat på den registrerade bilden, (iv) att jämföra jämförelsebilden (iv) med åtmin- stone ett jämförelseomràde (10, ll) i referensbilden (6) i närheten av vart och ett av nämnda åtminstone ett bas- område (8, 9, 10, 13, 14), lO 15 20 25 30 35 516 860 12 (v) att välja ett av nämnda jämförelseomràden som basomràde om jämförelsebilden (17) och jämförelseomràdet (10, ll) stämmelse, har àtminstone en förutbestämd grad av överens- och att àterupprepa stegen (ii) till (v) tills ett slut- villkor uppfyllts.

5. Förfarande enligt patentkrav 4, varvid slutvill- koret är att ett förutbestämt antal jämförelsebilder jäm- förts med referensbilden.

6. Förfarande enligt patentkrav 4, varvid\slutvill- koret är att en kombinerad överensstämmelse erhållits mellan vart och ett av basomràdena och motsvarande jäm- förelsebild.

7. Förfarande enligt något av patentkraven 2-6, varvid jämförelsebilden (17) alstras från en del av en registrerad bild (16), vilken del är den del av den registrerade bilden (16) som innehåller flest känne- tecken.

8. Anordning för fingeravtryckskontroll, innefat- tande en sensor som är anordnad att registrera digitala bilder av fingeromràden från den yttersta leden av ett finger, k ä n n e t e c k n a d av att den även inne- fattar ett jämförelseorgan vilket är anordnat att succes- (17), som representerar minst ett i sivt jämföra var och en av de registrerade bilderna med en referensbild (6) förväg registrerat referensfingeravtryck från ett refe- rensfingeromràde som är väsentligt större än vart och ett av fingeromràdena.

9. Anordning enligt patentkrav 8, vilken är anordnad (17) minstone en del av var och en av de registrerade bilderna (16) bilderna att alstra jämförelsebilder som är baserade på àt- och vilken är anordnad att jämföra de registrerade (16) med referensbilden (6) genom att jämföra jämförelsebilderna med referensbilden.

10. Anordning enligt patentkrav 9, vilken är anord- nad att successivt välja ut basomràden (8, 9, 10, 13, 14) i referensbilden (6) genom att jämföra den senast alst- 10 15 20 516 860 13 (17) jämförelsebilderna (17) jämförs med jämförelseomràden (10, ett basomràde (8, 9, 10, 13, rade jämförelsebilden med referensbilden (6), varvid 11) i referensbilden i närheten av nämnda åtminstone 14), varvid ett flertal bas- områden som alla baserar sig pà ett gemensamt basomràde bildar en basomràdeskedja.

11. Anordning enligt patentkrav 9 eller 10, vilken är anordnad att registrera bilder tills ett förutbestämt antal bilder registrerats och jämförts.

12. Anordning enligt patentkrav 10, vilken är anord- nad att registrera bilder tills en kombinerad överens- stämmelse erhàllits mellan vart och ett av basomràdena och motsvarande jämförelsebild.

13. Anordning enligt patentkrav 9, 10, 11 eller 12, vilken är anordnad att alstra jämförelsebilden (17) ut- gående från en del av den registrerade bilden (16), vil- ken del är den del av den registrerade bilden (16) som innehåller flest kännetecken.

14. Anordning enligt nàgot av patentkraven 8-13, vilken har en sensor (2) 5-25 mm, vallet 0,1-5 mm, som har en längd i intervallet företrädesvis 10-20 mm, och en bredd i inter- företrädesvis 0,3-3 mm.