TWI222030B - Method for acquiring fingerprints by the linear fingerprint sensor - Google Patents

Description

1222030 A7 __B7___ 五、發明說明（/ ) 發明背景 1、 發明頜域 本發明係相關於一種藉由一線性指紋感測器以獲取指 紋之方法，尤其相關於一種藉由一線性指紋感測器以獲取 指紋之方法，藉由此種線性指紋感測器，由線性感測器所 攫取之指紋影像係能夠藉由指紋影像之估算與重建而獲得 〇 2、 相關技藝之描述 如同一般所知者，自從最新指紋摘取方法爲Edward R. Henry所建立後，指紋在最近係已適用於許多領域。特 別的是，指紋係被廣泛地使用在付款、人事、銀行、犯罪 調查、保全等領域中以作爲強而有力的個人辨證方式。 大量使用指紋之個人辯證程序係包括有一個藉由形狀 來對大量不同指紋進行分類之分類程序，以及一個用於驗 明個人之比對程序。 此時，在藉由形狀以將指紋分類之前，一個指紋影像 係被擷取，並接著係檢查此指紋影像是否爲一已登記影像 ，以從而認證該指紋。 在習知技藝中使用一線性感測器來作爲辨認指紋之方 法的情況中，複數個影像條（image strip)係被擷取，並 因此需要一種用於合成所擷取之該等影像條的方法。 美國專利第6,002,815號係揭示了一種用於合成影像 片段的方法。影像合成方法係爲一種使用一連串由線性感 測器所獲得之影像條，而藉由垂直地補償一手指、一物體 ______4 ________ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I------訂------I —線· 1222030 B7 五、發明說明（i ) 之移動速度差來重建完整影像的方法。 然而，揭示於美國專利第6,002,815號中之影像重建 方法亦具有一個問題，亦即其無法建議一種補償手指對於 感測器之壓力差、以及水平及旋轉方向的方法。 發明槪要 因此，本發明之目的係爲提供一種藉由線性指紋感測 器以獲取指紋之方法，其係可以藉由將一指紋影像劃分爲 複數個區域、估算每一劃分區域之最佳比對點、以及補償 以比對點爲基礎所變形之指紋影像，而重建一精確的指紋 影像。 爲了達成本發明之上述目的，藉由使用一線性指紋感 測器以獲取指紋之方法係包括有以下步驟··經由指紋感測 器以連續地擷取一指紋影像條；將所掃描之指紋影像條劃 分爲一預定之片段；藉由將每一影像條及其片段與下一影 像條進行比較以偵測最佳重疊區域；經由重疊區域以計算 平均影像轉變數値；以及藉由將平均影像轉變數値運用至 每一影像條以混合整個影像。 較佳的情況是，所擷取之指紋影像係被劃分爲複數個 片段，而其中每一個片段的寬度係爲與每一個影像條之高 度相同。 較佳的情況是，計算影像變化數値之步驟更包括有以 下步驟：..將一個單一影像條與下一個影像條進行比較；以 及估算指紋影像之垂直移動數値。 較佳的情況是，計算影像變化數値之步驟更包括有以 _______^_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） --------------------tr.---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222030 A7 ____B7 —___ 五、發明說明（）） 下步驟：將一個單一影像條之一片段與下一個影像條之一 片段進行比較；以及藉由使用一重疊區域以估算一水平變 化數値。 較佳的情況是，爲了達成每一影像條之重疊率爲大約 50%，則每一參數係具有如下所示之最佳數値：

較佳的情況是，在擷取指紋影像的步驟中，依據指紋 移動速度之擷取率係藉由使用以下所示被應用每一參數之 限制數値之速度改變方程式所控制： vi+1 =maxi V Μ Ν Ν ) 較佳的情況是，影像變化之傾斜度係在重疊的指紋影 像之下藉由使用以下方程式來加以計算： tan(岭」：*加(，) W + M * tan(c^) 較佳的情況是，混合整個影像之步驟更包括有以下步 驟：經由下列方程式而針對從參考影像條起之局部座標（ 水平、垂直、傾斜度）的變化數値進行總計；以及估算一 個總體座標，其中之方程式係爲： ____6__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------IT.---------^ i^w— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 1222030 _— B7___ 五、發明說明（十） 4+1 =為 + Δα χ.+ι Ax*cos(Ai+l)- Ay *sin(4+1) 乃+1 = ^ + Δχ * sin(4+i)+ Ay * cos(4.+i) 频示簡單說li 本發明之上述目的、特點、以及優點將由以下詳細插 述並聯同伴隨圖示一起而將變得更爲顯明’其中之圖示係 爲·· 第一圖係爲一流程圖，其係說明了根據本發明第一實 施例、藉由一線性偵測感測器以獲取指紋之方法； 第二圖係爲一流程圖，其係說明了根據本發明第一實 施例、藉由一線性指紋感測器以建構出一已獲取指紋影像 的方法； 第三圖係說明了藉由根據本發明之線性偵測感測器所 感應到的感應區域； 第四圖係說明了一個影像條之一變化數値； 第五圖係說明了被劃分成諸特定條的一個感應區域； 第六a圖以及第六b圖係說明了根據一影像條之移動 的傾斜度； 第七圖係說明了根據第六a圖以及第六b圖之近似函 數的結果數値； 第八a圖至第八e圖係爲說明指紋變化數値之類型的 圖不；·_ 第九a圖至第九e圖係爲諸圖示說明根據指紋變化數 値之類型的感應狀態；以及 ______ _2_ 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^---------^ Γ清先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222030 A7 ____B7_ —_ 五、發明說明（夕） 第十圖、第十一 a圖以及第十一 b圖係爲說明了藉由 根據本發明之指紋辨識系統之一影像重建狀態之狀態圖° fiH圭實施例之詳細描述 本發明之一較佳實施例現在將參照伴隨圖示來加以描 述。 第一圖係爲一流程圖，其係說明了根據本發明第一實 施例、藉由一線性偵測感測器以獲取指紋之方法。 在下文中，根據本發明藉由一線性指紋感測器以獲取 指紋之方法將參照伴隨圖示來加以描述。 第二圖係爲一流程圖，其係說明了一種根據本發明第 一實施例、藉由一線性指紋感測器以建構出一已獲取之指 紋影像的方法。 第三圖係說明了藉由根據本發明之線性偵測感測器所 感應到的一個感應區域。第四圖係說明了一個影像條之一 變化數値觀看圖。第五圖係說明了被劃分成諸特定條的一 個感應區域。第六a圖以及第六b圖係說明了根據一影像 條之移動的傾斜度之觀看圖。第七圖係說明了根據第六a 圖以及第六b圖之近似函數的結果數値之觀看圖。 首先，指紋感測器係產生連續的影像條，並且藉由使 用介於二連續條之間的重疊區域以估算介於諸條之間的變 化數値。每一條係具有至少兩個由離散點及像素所構成的 排。透過.由感測器所獲得的影像條，介於諸條之間的距離 係被估算，並且該等影像條係被組合以產生一合成影像。 一旦使用者將其手指接觸至指紋感測器，掃描以及影 ____§__._ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱) --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222030 A7 ^_B7_____ 五、發明說明（) 像重建係於ST_210中開始進行。 在此時，指紋感測器係於ST-220中依據所規定之掃描 率而對一指紋影像進行掃描。 更特別的是，假設手指（其係爲在指紋感測器之上表 面上移動的物體）的移動方向以及由手指施予在指紋感測 器上的壓力爲彼此不同者’所產生的影像係會受到手指移 動特徵的影響。 因此，在本發明之獲取指紋的方法中，連續獲得的影 像條係被擷取以使其得以被組合，並且針對每一影像的一 組座標變數（x ’ y座標）係被產生。 在本發明之中，當每一個影像片段係被組合以被產生 爲完整影像之時，座標組係提供了相應影像條之正確位置 。另外，在本發明之獲取指紋的方法中，相關於指紋影像 之組合的附加資訊（例如是影像之起始位置及結束位置、 同步化之耗損狀態等）係被獲取，並且適合的擷取率係藉 由每一影像條之移動量而被計算並產生。 爲此目的，在本發明之獲取指紋的方法中， 係被使用於介於所擷取指紋影像之兩相鄰條之間的局部座 標系統，並且（Χ，Υ，Α)係被使用於針對完整影像之整體 座標系統。局部座標系統之座標差係被表示爲（紅々，△« ) 〇 在此時，一個感應器區域係由N行以及Μ列所構成， 如同在第三圖中所說明者。由於感測器係爲一線性感測器 ，吾人係假設VkM2。藉由此一感測器所獲得的諸影像條 ___2___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------1T----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222030 A7 _ B7 ___ 五、發明說明（7 ) 係具有與感應器區域相同之尺寸。 易言之，根據本發明而藉由影像之組合以獲取影像的 方法係包括有一系列用於獲得影像條之程序。爲了依據相 對座標之移動數値而估算影像之移動量’如同在第四圖中 所說明者，諸影像條之中央移動量及其旋轉移動數値係藉 由對諸影像條進行比較而被計算。 在此時，爲了比較複數個影像條’諸影像條所重疊之 一重疊區域的出現係爲吾人所需者。因此，指紋感測器之 擷取率係依據手指之速度改變來加以控制’以使得該等影 像條係彼此重疊。 條Si以及Si+1係於ST-230中於時間ti及ti+1時、以及 速度乂「及Vi+1下所擷取。 易言之，如同在第五圖中所說明者，影像條係被劃分 爲Μ個片段，該等片段係與每一影像條之高度相同，用以 偵測影像條之轉變數値。 接著，以所有影像條中之第一影像條的片段爲基礎 ，下一影像條S2在片段區域中之最佳重疊區域係於ST_240 中加以偵測。 另外，旋轉角度以及水平/垂直變形度係被估算介於 第一影像條S!與下一影像條S2之間，並且在同時平均加權 數値（mean weight value)係被至每一個變數値，從而組 合該等影.像條。易言之，Μ以及係基於最佳比對點而被 加以計算，並且Si之心,.、从、以及係在ST-250中藉由 帶有一加權因素之平方根線性近似法而被加以獲得。 ____10_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） --------^---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222030 A7 __B7____ 五、發明說明（《 ) 換句話說，如同在第五圖中所說明者，影像係被擷取 以使得複數個影像條能夠適合於計算一個垂直及水平位移 數値。 藉此，如同在第六a圖以及第六b圖中所說明者，諸 影像條之重疊區域係在總體座標系統中形成一個近似數値 。局部（x，y)移動數値^^^以及Μ係指示出相應片段之不 同函數之最小數値的位置。帶有一加權値之平方根線性近 似法係被使用於估算斜率△“、切線位移知、以及平行位移 Αχ ° 在此時，如同在第六a圖以及第六b圖中所說明者， 等角近似係適合於獲取傾斜度Μ=Δχ(/)，Ayy=Ay(/)，Δχ以及 △y的傾斜度。Δχ以及知之位移係藉由在第一影像條之中央 處的近似函數數値而被獲取。 因此，當重疊區域係被劃分爲複數個片段的影像條（ 在手指移動時所擷取者）所估算之時，如同在第七圖中所 說明者，影像位移係被表示出來，此係相同於帶有一常數 斜率邊之每一片段的位移。 針對片段之影像位移的傾斜度將藉由數學方程式1所 表示。 〔數學方程式1〕 N*t3n(ax) 當在第六a圖中外)=▲)以及在第六b圖中 _ __ _jh____—_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂------------線. 1222030 B7 五、發明說明（？） ，並且兩個方程式對η進行微分之時’數學 、’ Α/" 七狀办 + Ο、·、狀-一+ 史= ^ + tan(办）、以及 方程式1係可從i = i = tan(办）、忑-从办μ ^L =芋:手所解出。 dX dn an 如同在第七圖中所說明者，針對指紋移動量的三個參 數係存在於複數個重疊影像條之片段間。這些參數係包括 有切線、平行位移量、以及旋轉角度。藉由使用如此計算 所得之參數組於局部座標系統中，諸影像條係彼此進行比 較，並接著被組合於總體座標系統中’用以從而獲取一完 整的影像。 易言之，影像條Si+1 (局部座標）在ST-260中係藉由 使用鈎、从、以及△%，而被聚集在完整影像緩衝器（總 體座標系統）之適當位置中.。當緩衝完成之時，相應的完 整影像係於ST-270中被加以儲存。 在此時，吾人係判斷掃描是否在ST-280中完成。 如果掃描並未完成，吾人係需要依據手指之移動速度 的改變以控制擷取率，以使得影像條之確切區域係得以重 疊。爲了改變擷取率，至少一個座標參數係必須被分隔一 個預定邊界數値一般長的間隔。 〔數學方程式2〕 Μ/ 盖备 描述在數學方程式2中每一個參數之臨界數値係適合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) t 訂----------線. 1222030 A7 _ B7_____ 五、發明說明（P ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 於使得大略有50%之影像條能夠彼此重疊。在此時，感測 器之擷取率Δν/+1係可以藉由數學方程式2之類推而被加以計 算。 易言之，假設~/+1收斂至|，當近似於常數並且 近似於常數之時，之y的位移係可 V Μ ) 以被加以計算。同樣地，如果X以及α係以相同方式被加 以計算，以下擷取率係可被獲得。 〔數學方程式3〕

(2ν·Δν. IMv.diX： 2MvAai ，1 ^ Μ N N J 在本發明中，數學方程式3係適合在步驟ST-220中用 於擷取一指紋影像，以從而在ST-290中控制擷取率。 第八a圖至第八e圖係爲說明指紋變化數値之諸類型 的圖示。第九a圖至第九e圖係爲諸圖示說明根據指紋變 化數値之類型的受感應狀態。 藉此，指紋影像係顯示出根據每一移動之變數値的不 同類型，如同在第八a圖至第八e圖中所說明者。相應參 數之數値依據每一種類型而爲不同。舉例而言，第八圖係 說明了手指並未進行X座標移動及旋轉之垂直平行位移，X 及a指不爲零。 再者，第八b圖係說明了感測器及手指之移動方向並 未正交，而具有一側向移動分量Λχ的狀況。第八c圖係說 _____12___ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1222030 A7 ___B7___ 五、發明說明（I丨） 明了垂直移動與旋轉之組合。第八d圖係相似於第八c圖 ，除了在影像座標心上之水平移動係由在中央位置的旋轉 差量產生於影像座標心上。在第八e圖中，由於手指之所 有部分係脫離了感應區域，因此不可能產生相應合成影像 〇 在此時，由於X、Y、以及A係完全地界定了目前影 像條在總體影像座標上的位置，總體座標（影像座標）係 藉由例如以下方程式之遞迴程序而被施行於局部座標（感 測器之座標）上。 〔數學方程式4〕

Ai+l = + Δχ * cos(4+l) - Ay * sin(4.+1) ^+l = + Δχ * sin(4+l )-l· Ay* cos(Am ) 亦即，如同在數學方程式4中所表不者’ Ai+i、xi+1、 Υμ係可以藉由總和先前影像條之參數Ai、Xi、Yi以及其 變數値，而計算總體座標並且產生合成影像。 第十圖、第i^一 a圖以及第^^一 b圖係爲說明了藉由 根據本發明之指紋辨識系統之一影像重建狀態之狀態圖。 藉此，第十圖係說明了藉由施予一壓力於指紋感測器 上而擷取一個在水平或垂直方向上變形之指紋影像的圖示 。本發明之指紋辨識系統係藉由影像估算與重建演算法而 得以重建一個所掃描之指紋影像，如同在第八圖中所說明 者。 ____14 ------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1222030 A7 _ B7____ 五、發明說明（C) 在此時，在本發明中，如同在第十一 a圖中所顯示者 ，所掃描之影像係被分成數階段之影像條，並且接著影像 條之旋轉値以及影像變形値係依據影像條之重疊區域藉由 將一影像條與下一影像條進行比較而加以計算。依據所計 算之數値，原始影像係被重建，如同在第十一b圖中所說 明者。在此時，根據本發明用以藉由一線性指紋感測器以 獲取指紋之方法係可以被使用作爲一種針對存取控制或是 在使用PC前用以識別一使用者的方法，或者被使用作爲 識別行動電話之使用者的方法。易言之，此一方法係可以 被廣泛地使用作爲一種用於正確地辨識不同個人電子裝備 之使用者的方法，並且係可適用於改善指紋辨識之正確辨 識率的每一種方法，包括犯罪調查。 雖然本發明係已參照特定較佳實施例而被顯示及描述 ，將爲熟習此技者所了解的是，在形式上以及細節上之不 同變化係可於不背離本發明於所附申請專利範圍所界定之 精神與範疇的情況下完成。 如同可於上文中爲吾人所見者，根據本發明用以藉由 一線性指紋感測器以獲取指紋之方法係可以藉由對指紋感 測器所掃描之影像進行估算及補償，並且將所掃描之影像 正確地回復爲原始影像，而大大地改善正確辨識率。 ___15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · I I I I I I I « I--I I I I I ·

Claims (1)

1222030 頜 C8 D8 六、申請專利範圍 1、 一種藉由使用一線性指紋感測器以獲取指紋之方 法，其係包括有以下步驟： 經由指紋感測器以連續地擷取一指紋影像條； 將所掃描之指紋影像條劃分爲預定之片段； 藉由將每一影像條及其片段與下一影像條進行比較以 偵測最佳重疊區域； 經由重疊區域以計算平均影像轉變數値；以及 藉由將平均影像轉變數値運用至每一影像條以混合整 個影像。 2、 根據申請專利範圍第1項所述之方法’其中’所 擷取之指紋影像係被劃分爲複數個片段，而其中每一個片 段的寬度係爲與每一個影像條之高度相同。 3、 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中’計 算影像變化數値之步驟更包括有以下步驟：. <將一個單一影像條與下一個影像條進行比較；以及 估算指紋影像之垂直移動數値。 4、 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其中’計 算影像變化數値之步驟更包括有以下步驟： 將一個單一影像條之一片段與下一個影像條之一片段 進行比較；以及 藉由使用一重疊區域以估算一水平變化數値。 5、 4艮據申請專利範圍第1項所述之方法’其中’爲 了達成每一影像條之重疊率爲大約50%，則每一參數係具 有如下所示之最佳數値： 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210 χ 297公釐) .......................ΦΜ----------!訂----------------^9. (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)