DE60215810T2

DE60215810T2 - Verfahren und gerät zur transformation eines bildes einer biologischen oberfläche

Info

Publication number: DE60215810T2
Application number: DE60215810T
Authority: DE
Inventors: Laurence Ottawa HAMID
Original assignee: ActivCard Ireland Ltd
Current assignee: ActivCard Ireland Ltd
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: US7356169B2; US20030007670A1; WO2003003279A1; DE60215810D1; EP1399874A1; ATE344504T1; EP1399874B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein biometrische Bildverarbeitungsgeräte zur bildgebenden Verarbeitung biologischer Strukturen und insbesondere Swipe-Bildverarbeitungsgeräte zur bildgebenden Verarbeitung biologischer Oberflächen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In der heutigen Welt der elektronischen Kommunikation und des Handels ist die Fähigkeit, eine Person bei Ferntransaktionen zu Sicherheitszwecken zu identifizieren, von größter Bedeutung. Eine übliche Form der Sicherheit ist ein einfaches Passwort, das zum Beispiel eingegeben wird, wenn ein Benutzer Zugang zu einem Computernetzwerk erhalten möchte, oder eine persönliche Identifikationskarte, die zum Beispiel in Geldautomaten von Banken häufig Anwendung findet. Eine andere Art, die Identität eines Benutzers sicherzustellen, besteht darin, biometrische Daten des Betreffenden zu erfassen und zu kodieren und das Ergebnis mit einem zuvor gespeicherten oder registrierten Ergebnis zu vergleichen, das zum Beispiel in einem entfernten Datenbanksystem gespeichert ist. Biometrische Daten sind für den hier gegebenen Zweck eine statistische oder quantitative Messung eines biologischen Merkmals einer Person. Bei robusten biometrischen Daten handelt es sich um solche, die zuverlässig und wiederholt verwendet werden können, um eine Person zu identifizieren.
Die bekanntesten robusten biometrischen Daten, die zu Identifikationszwecken verwendet werden, sind Fingerabdrücke. Die Analyse von Fingerabdrücken gehört zu den am häufigsten verwendeten und erforschten biometrischen Verfahren. Die zahlreichen neuen und interessanten Entwicklungen, die im Gebiet der Wissenschaft, die sich mit Fingerabdrücken beschäftigt, stattgefunden habe, sind zum Beispiel in der Monographie Advances in Fingerprint Technology, 2^nd ed. zusammengefasst, die von H. C. Lee und R. E. Gaensslen (CRC Press, 2001) herausgegeben wurde.
Beim elektronischen Fingerabdruckabgleich wird typischerweise ein Originalfingerabdruck gescannt und elektronisch digitalisiert. Die digitalisierten Daten enthalten im Allgemeinen Informationen, die sich auf charakteristische Merkmale des Fingerabdrucks beziehen, wie Enden von Rücken, Punkte der Rückenverzweigungen und den Kern eines Wirbels, d. h. Minuzien von Fingerabdrücken. Die digitalisierten Daten werden dann analysiert und mit gespeicherten Daten verglichen, die sich auf Fingerabdrücke beziehen, die zuvor von entsprechenden berechtigten Personen genommen wurden, das heißt Fingerabdruckmuster. Wenn eine Übereinstimmung innerhalb eines vorbestimmten Sicherheitsgrads in Form einer vorbestimmten Falschakzeptanzrate festgestellt wird, wird das Individuum identifiziert und eine entsprechende Aktion ausgeführt.
Es existieren viele verschiedene Geräte, die bei der Erfassung des Bilds eines menschlichen Fingerabdrucks verwendet werden, wie optische Systeme, wie zum Beispiel beschrieben in US-Patentschrift 5,109,427 von Yang, 28. April 1992, in US-Patentschrift 5,187,748 von Lee, 16. Februar 1933 oder in US-Patentschrift 5,233,404 von Lougheed et al., 3. August 1993, oder kapazitive Kontaktabbildungsgeräte, wie zum Beispiel beschrieben in US-Patentschrift 4,353,056 von Tsikos, 5. Oktober 1982, in US-Patentschrift 5,325,442 von Knapp, 28. Juni 1994, oder in US-Patentschrift 6,333,989 von Borza, 25. Dezember 2001.
Verschiedene Bildverarbeitungsgeräte stellen üblicherweise erfasste Bilddaten in verschiedenen Formaten bereit, wobei die Formate am geeignetsten für die besonderen Merkmale der Bildverarbeitungsgeräte sind. Andererseits setzen die verschiedenen Softwarelösungen, die für die Analyse von Fingerabdrücken entwickelt wurden, voraus, dass die zu analysierenden Daten bestimmten vordefinierten Formatspezifikationen entsprechen. In vielen Fällen sind bewährte Analyse- und Authentifizierungsprogramme auf den Gebrauch einer besonderen Hardware-Umsetzung eines biometrischen Sensors beschränkt. Auch arbeiten biometrische Sensoren oft nur mit einer spezifischen Software-Umsetzung eines Analyse- und Authentifizierungsverfahrens.
Es wäre höchst vorteilhaft, ein System bereitzustellen, das eine standardisierte, aber flexible Datenschnittstelle umfasst, sodass die Datenübertragung von dem biometrischen Bildverarbeitungsgerät zu der Analysesoftware gemäß benutzerspezifizierten Parametern verläuft. Auf diese Weise ist es möglich, dass viele verschiedene Typen von Analyse- und Authentifizierungs-Software ein gleiches biometrisches Erfassungsgerät verwenden können.
US-Patentschrift 6,324,297 offenbart ein Fingerabdruck-Bildverarbeitungsgerät, das ähnliche Transformationen ausführt (die die Veränderung der Größe und die Drehung des Bildes beinhalten), deren Parameter durch Mauseingabe durch einen Bediener empfangen werden, um die Sichtbarkeit von Rückenmerkmalen zu verbessern.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein System und ein Verfahren zur Transformation von Bilddaten bereitzustellen, die von einem biometrischen Erfassungsgerät gemäß benutzerspezifischen Transformationsparametern erfasst werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine standardisierte flexible Schnittstelle für die Datenkommunikation zwischen biometrischer Bildverarbeitungs-Hardware und Analyse- und Authentifizierungs-Software bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist in den nebengeordneten Ansprüchen 1, 15, 21 und 26 definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung wird in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen ähnliche Bezugszahlen ähnliche Elemente bezeichnen;
1a ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Erfassungsgeräts des Stands der Technik, das eine Erfassungsfläche zeigt, die eine lineare kapazitive Erfassungsanordnung zeigt;
1b ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines kapazitiven biometrischen Erfassungsgeräts, das eine Erfassungsfläche aufweist, die zwei lineare kapazitive Erfassungsanordnungen umfasst, die jeweils eine gleiche Auflösung haben;
2 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bildverarbeitung;
3 ist ein weiteres vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Transformation von Bilddaten in der Größe und Auflösung; und
4 ist ein weiteres vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Transformation von Bilddaten in Größe und Auflösung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Viele unterschiedliche Verfahren für die biometrische Identifizierung sind vorgeschlagen worden. Wie zuvor erwähnt ist die Fingerabdruckanalyse das bei weitem am besten erforschte und üblichste Verfahren. Aus verschiedenen Möglichkeiten ist jedoch auch die Verwendung von Merkmalen eines menschlichen Auges als robuste biometrische Daten zu Identifikationszwecken vorgeschlagen worden. US-Patentschrift 4,109,237 von Hill, 27. August 1978, beschreibt die Verwendung retinaler Gefäßanordnungsmuster und US-Patentschrift 5,291,560 von Daugman, 1. März 1994 beschreibt ein Verfahren zum Kodieren des Bildes einer Iris in einen 256 Byte umfassenden Iris-Kode. Es ist gezeigt worden, dass ein solcher Kode als ein sehr zuverlässiger persönlicher Identifikator verwendet werden kann. Auch Porenabdrücke, Handflächenabdrücke, Iriserkennung, Gesichtserkennung und so weiter sind erforscht und vorgeschlagen worden.
Die vorherrschenden Verfahren der Fingerabdruckauthentifizierung und -identifizierung basieren auf Minuzienmerkmalen. Die Systeme, die solche Merkmale verwenden, nutzen im Allgemeinen die Verarbeitung der Fingerabdruckbilder, um genaue und zuverlässige Minuzienmerkmale zu erhalten. Diese Merkmale bestimmen die Identität einer Person wirksam. Sobald der Scanvorgang abgeschlossen ist, wird ein Bild in einem Zwischenspeichergerät gewonnen und relevante Minuzienmerkmale werden extrahiert. Manche Verfahren, wie das kapazitive Lesen von Fingerabdruckbildern, umfassen als eine Voraussetzung für die Minuzienanalyse die Bildung eines zusammengesetzten Bildes aus einer Reihe Teilbilder. Die resultierenden zuverlässigen Merkmale, die aus der Minuzienanalyse gewonnen werden, werden dazu verwendet, um die Fingerabdruckbilder abzugleichen. In diesem Zusammenhang ist eine Vielzahl verschiedener Verfahren, die die Minuzienanalyse betreffen, beschrieben worden, wie ein System und ein Verfahren zum Bestimmen der Blockrichtung bei Fingerabdruckbildern, offenbart in US-Patentschrift 6,289,112 von Jain et al, 11. September 2001, ein System und Verfahren zum Bestimmen der Rückenanzahl bei der Verarbeitung von Fingerabdruckbildern, offenbart in US-Patentschrift 6,266,433 von Bolle et al, 24. Juli 2001, ein System und Verfahren zum Identifizieren von Vordergrund- und Hintergrundabschnitten digitalisierter Bilder, offenbart in US-Patentschrift 6,262,091 von Jain et al, 17. Juli 2001, oder ein System und Verfahren zum Bestimmen der Rückenanzahl bei der Verarbeitung von Fingerabdruckbildern, offenbart in US-Patentschrift 6,111,978 von Bolle et al, 29. August 2000.
Sobald die Minuzienanalyse durchgeführt worden ist, werden die resultierenden charakteristischen Daten mit Bezugsdaten verglichen. Bezugsdaten sind zum Beispiel Daten, die in einer Stammdatenbank gespeichert sind, oder Daten, die auf einer individuellen benutzerspezifischen persönlichen Identifikationskarte gespeichert sind. Im Allgemeinen ist eine Transformation erforderlich, bevor es möglich ist, die erfassten Daten mit den Bezugsdaten zu vergleichen. Die von dem Erfassungsgerät bereitgestellten Daten werden gemäß bestimmten charakteristischen Parametern transformiert, die wesentlich für den Vorgang der systematischen Datenanalyse und des Datenvergleichs sind. In Abhängigkeit von dem Typ des Bildverarbeitungsgeräts, das für die Erfassung eines biometrischen Merkmals verwendet wird, und außerdem in Abhängigkeit von den Identifikationsmerkmalen des Fingerabdruckmusters oder von der Software-Lösung, die bei der Minuzienanalyse verwendet wird, muss die Größe und die Orientierung des erfassten Bildes eingestellt werden, um einen adäquaten Vergleich zu ermöglichen.
Das Verfahren und das System der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf einen kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor zum Erfassen einer biologischen Fläche beschrieben. Natürlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Swipe-Bildsensoren oder einen kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor beschränkt, sondern wird optional mit optischen Bildsensoren, thermischen Bildsensoren und anderen Typen von bildverarbeitenden Geräten verwendet. Außerdem ist die Erfindung nicht auf die bildgebende Verarbeitung eines Fingerabdrucks oder einer biologischen Fläche beschränkt, sondern betrifft allgemein die bildgebende Verarbeitung jedes biologischen Merkmals.
Bei dem kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor wird eine biometrische Informationsquelle über eine Erfassungsfläche geführt und Daten werden während der Bewegung des Darüberführens aufgezeichnet. Die Erfassungsfläche umfasst mehrere kapazitive Erfassungselemente, die typischerweise in Anordnungen von Reihen und Säulen aufgebaut sind. Um ein Bild für die Analyse zu erstellen, ist ein kapazitives Erfassungselement vorzugsweise kleiner als die halbe kleinste Merkmalgröße, die erfasst werden soll. Empirische Studien haben gezeigt, dass eine quadratische Platte von ungefähr 50 μm Kantenlänge für die Fingerabdruckerfassung geeignet ist.
Die kapazitiven Erfassungselemente sind so aufgebaut, dass sie einzelne lineare kapazitive Erfassungsanordnungen innerhalb einer gleichen Erfassungsfläche bilden. Innerhalb jeder linearen Erfassungsanordnung sind die Reihen gleich um einen gegebenen Reihenabstand beabstandet und die Säulen sind gleich um einen gegebenen Säulenabstand beabstandet. Jede lineare kapazitive Erfassungsanordnung weist einen kapazitiven Erfassungsbereich und eine Auflösung auf, in Abhängigkeit von einem Bereich und einer Anzahl Reihen und Säulen, die die lineare kapazitive Erfassungsanordnung bilden. In der Praxis gibt es ungefähr zehn Reihen und 200 Säulen gleichmäßig beabstandeter Elemente, die einen Bereich von ungefähr 0,1 × 2 cm² einnehmen, in einer repräsentativen linearen kapazitiven Erfassungsanordnung. Die Dichte der kapazitiven Erfassungselemente der linearen kapazitiven Erfassungsanordnung, die umgekehrt proportional zu dem Reihenabstand und dem Säulenabstand der linearen kapazitiven Erfassungsanordnung ist, bestimmt die Auflösung der linearen kapazitiven Erfassungsanordnung.
Mit Bezug auf 1a ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensors gezeigt. Eine Erfassungsfläche 11 umfasst eine kapazitive Erfassungsanordnung 12. Die Erfassungsfläche weist einen Bereich von ungefähr 0,1 × 2 cm² zum Aufnehmen einer Fingerspitze auf, die über die Erfassungsfläche gezogen wird. In diesem Beispiel umfasst die lineare kapazitive Erfassungsfläche 12 zehn Reihen und 300 Säulen. Die lineare kapazitive Erfassungsfläche 12 ist über eine analoge Schaltmatrix angeschlossen, um das Lesen des Bildes einer biologischen Oberfläche zu erleichtern. Eine Zeitgeber- und Ablauflogik (nicht dargestellt) selektiert wiederum jedes Element in der Anordnung, um ein vollständiges Bild eines Fingerabdrucks zu erstellen, der dem Gerät zugeführt wird.
Während des Swipe-Vorgangs wird eine Serie von Teilaufnahmen des Fingerabdrucks aufgezeichnet. Die einzelnen Bilder weisen eine Erfassungszeitdifferenz
auf, die durch die Zeitgeber- und Ablauflogik bestimmt wird. Eine Rekonstruktion eines zusammengesetzten Bildes, das die gescannte biologische Fläche darstellt, basiert darauf, sich überlagernde Bereiche zwischen erfassten Teilbildern zu finden; die Rekonstruktion wird zum Beispiel in der Art eines Puzzles erreicht. Ein Prozessor (nicht dargestellt) wird verwendet, um Daten entsprechend den einzelnen Teilbildern miteinander und mit zuvor gespeicherten Probedaten zu korrelieren.
Der kapazitive Kontakt-Swipe-Bildsensor umfasst einen Sendeempfänger (nicht gezeigt) zum Übertragen von Daten von dem kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor. Die Daten werden zum Beispiel an einen Empfänger übertragen, der optional mit einem Host-Prozessor gekoppelt ist. Außerdem ist ein Speicher (nicht gezeigt) bereitgestellt, zum Beispiel in Form eines RAM-Speichers, der verwendet wird, um temporäre Bilder, Teilbilder, Zwischendaten und Ähnliches zu speichern. Optional wird der Speicher verwendet, um Informationen zu speichern, die von dem Benutzer bereitgestellt werden. In diesem Fall umfasst der kapazitive Kontakt-Swipe-Bildsensor einen Eingabeport (nicht dargestellt), der es dem Benutzer ermöglicht, auf den Speicher zuzugreifen. Optional ist der Eingabeport derselbe Sendeempfänger, der zum Übertragen des Signals in Abhängigkeit von den empfangenen Daten verwendet wird.
Mit Bezug auf 1b ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform des kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensors gezeigt. Die Erfassungsfläche 11 umfasst zwei lineare kapazitive Erfassungsanordnungen 12a und 12b. Der Reihenabstand der ersten linearen kapazitiven Erfassungsanordnung 12a ist als δ₁ gegeben. Die zweite lineare kapazitive Erfassungsanordnung 12b ist von der ersten Anordnung 12a um einen Abstand (N + 1/2)-δ₁ beabstandet, wobei N eine ganze Zahl ist. Beide linearen kapazitiven Erfassungsanordnungen 12a und 12b sind mit dem Prozessor verbunden. Ein Sendeempfänger ist ebenfalls bereitgestellt.
Indem ein anderer Abstand zwischen den linearen kapazitiven Erfassungsanordnungen als ein ganzzahliges Vielfaches des Reihenabstands δ₁, bereitgestellt wird, wird das reguläre Muster der Erfassung einer biologischen Fläche ebenfalls modifiziert, sodass bei der Bildrekonstruktion eine genaue Ausrichtung nun auf der Reihe und auf der halben Reihe möglich ist. Somit kann ein Bild der biologischen Oberfläche mit der zweifachen Auflösung rekonstruiert werden: einmal die Auflösung auf der Reihengrenze und einmal die Auflösung auf der halben Reihengrenze miteinander verschränkt stellt die zweifache Auflösung bereit.
Vor dem Schritt des Vergleichs und der Authentifizierung werden die Bilddaten, die von einem biometrischen Erfassungsgerät erhalten werden, auf ihre charakteristischen Merkmale analysiert. Typische Bildanalyseverfahren zum Analysieren von Fingerabdruckbildern beruhen auf einer bekannten Bildauflösung und einem bekannten Bildformat. Zum Beispiel transformieren die meisten Bildanalyseanwendungen ein erfasstes Bild, das bekannte Eigenschaften aufweist, in ein anderes Bild mit einer Reihe anderer bekannter Eigenschaften, wobei wohl bekannte Verfahren angewendet werden. Auf diese Weise wird eine gut getestete Bildanalyseanwendung auf Daten angewendet, die auf ihre besonderen Anforderungen umformatiert werden. Neue Datentransformationsverfahren werden eingeführt, wann immer das Bildverarbeitungsgerät gewechselt wird oder wenn mehrere verschiedene Bildverarbeitungsgeräte unterstützt werden.
Mit Bezug auf 2 ist ein Flussdiagramm zur bildgebenden Verarbeitung des Fingerabdrucks unter Verwendung des kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensors und für die Bereitstellung eines Bildes davon gezeigt. Eine Fingerspitze wird über die Erfassungsfläche des kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensors geführt, Schritt 201, und wird in separaten, sich überlagernden Abschnitten bildgebend verarbeitet, Schritt 202. Ein Speicherpuffer innerhalb des kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensors hält die bildgebend verarbeiteten Abschnitte aufrecht und ein Prozessor dient dazu, ein Bild der Fingerspitze aus zahlreichen gescannten Abschnitten zu konstruieren, Schritt 203. Das resultierende Bild ist nicht auf einen festgelegten Bereich der Fingerspitze beschränkt und der Puffer als solcher reicht in der Größe aus, um ein Fingerabdruckbild aufrechtzuerhalten, das größer als normal ist.
Sobald das Bild ganz oder teilweise rekonstruiert ist, transformiert der Prozessor das konstruierte Bild in Übereinstimmung mit einem Satz bekannter Parameter, Schritt 204. Typischerweise stellt die Transformation bei Fingerabdruckbildern eine bekannte Auflösung und eine bekannte Bildgröße bereit. Zum Beispiel wird ein 200 × 200-Pixel-Bild bereitgestellt, das einen Bereich von 1 cm² bedeckt. Natürlich ist es, in Abhängigkeit von dem bildgebend verarbeiteten Bereich und der Menge an Bilddaten, möglich, mit einer einzigen gleichen linearen kapazitiven Erfassungsanordnung und einem einzigen gleichen Prozessor mehrere verschiedene Bildverarbeitungsverfahren und -anwendungen zu unterstützen. Es ist auch möglich, zusätzliche Bilddaten von dem kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor bereitzustellen, um die Selektion eines Bereichs von Interesse durch die Bildanalyseanwendung zu ermöglichen. Durch Transformation der erfassten Daten führt der Prozessor die Transformationsfunktionen als eine Schnittstelle zwischen Erfassungs-Hardware und Analyse-Software aus. Sobald die Transformation ausgeführt ist, werden die transformierten Bilddaten als erfasste Bilddaten bereitgestellt, Schritt 205. Die erfassten Bilddaten werden optional gemäß Datenformaten nach Industrienorm, wie Kopfinhalt und Bildpixeltiefe, bereitgestellt.
Mit Bezug auf Tabelle 1 ist ein Satz relevanter Parameter und ihre Bedeutung gezeigt. Die Auflösung 101 bezieht sich auf eine Anzahl erfasster Datenpunkte entlang einer bestimmten Strecke. Zum Beispiel ist eine Auflösung von 100 Datenpunkten pro Zentimeter möglich. Alternativ ist die Auflösung entlang waagerechter und senkrechter Richtungen unterschiedlich, was mehr oder weniger Datenpunkte pro Zentimeter entlang jeder Dimension ermöglicht. Aus der zuvor gegebenen Beschreibung der Ausführungsformen kapazitiver Kontakt-Swipe-Bildsensoren geht klar hervor, dass die Auflösung des kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensors sich leicht durch die Wahl der Anzahl einzelner linearer Anordnungen und ihrer jeweiligen Eigenschaften modifizieren lässt, wie die Anzahl der Reihen, Reihenabstand oder Säulenabstand.
Der Bildbereich 102 bezieht sich auf eine Bilddimension in Datenpunkten wie 100 × 200 Datenpunkten. In diesem Beispiel befinden sich 20.000 Datenpunkte innerhalb des Bildbereichs. Wenn der Bildbereich in absoluten Bezeichnungen angegeben wird, wie 1 cm × 1 cm, ist die Umrechnung unkompliziert und basiert auf der Auflösung. Hier resultiert sie in 100 × 100 Datenpunkten bei einer Gesamtmenge von 10.000 Datenpunkten.
Die Datenpunkttiefe 103 bezieht sich auf eine Anzahl an Daten pro Datenpunkt – pro Pixel – und wird normalerweise in Bit angegeben. Eine Tiefe von 1 Bit stellt ein Schwarz-Weiß-Bild bereit. Eine Tiefe von 8 Bit stellt 254 Schattierungen von Grau, Schwarz und Weiß innerhalb des Bildes bereit.
Die Bilddrehung 104 bezieht sich auf die Bilddrehung im Verhältnis zu einem bekannten Identifikator innerhalb des Bildes oder im Verhältnis zu dem Bildsensor. Zum Beispiel kann ein Bildsensor, der eingerichtet ist, um Fingerabdruckbilder in einer gegebenen Orientierung zu erfassen, die Bilder umdrehen, bevor er Bilddaten für die Analyse bereitstellt.
Tabelle 1: Parameter für die Transformation von Fingerabdruckdaten
Mit Bezug auf 3 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Transformation der Daten gezeigt. Daten werden von einem biometrischen Erfassungsgerät bereitgestellt, wie dem kapazitiven Kontakt-Bildsensor 300a, einem optischen Erfassungssystem 300b, einem thermischen Sensor 300c oder einem Netzhaut-Scanner 300d. Im Beispiel des kapazitiven Kontakt-Bildsensors werden Teilbilder erfasst und ein einziges zusammengesetztes Bild gebildet, Schritt 301. Ein Bildbereich wird dann bestimmt, Schritt 302, wobei das Bild A_w Pixel in der waagerechten Ausdehnung und A_s Pixel in einer senkrechten Ausdehnung aufweist. Als nächstes wird eine Bildauflösung bestimmt, Schritt 303, wobei das Bild eine waagerechte Auflösung Auf_w und eine senkrechte Auflösung Auf_s aufweist. Außerdem wird eine Datenpunkttiefe D_bit festgelegt, Schritt 304. Im vorliegenden Beispiel weist das Bild die Datenpunkttiefe D_bit von 24 Bit auf. Außerdem wird ein Bereich von Interesse des gescannten Bildes definiert, Schritt 305. Die vom Benutzer benötigten Parameter werden in Schritt 306 gelesen, denen gemäß für ein transformiertes Bild eine waagerechte Auflösung auf_w, eine senkrechte Auflösung auf_s, eine waagerechte Pixeldimension, a_w, eine senkrechte Pixeldimension a_s und eine Datenpunkttiefe d_bit festgelegt werden. Im vorliegenden Beispiel ist die Datenpunkttiefe d_bit von 8 Bit gewünscht. Als nächstes werden die Anzahl der Datenpunkte und andere Parameter für das transformierte Bild bestimmt, Schritt 307, und ein bestimmter Bereich von Interesse wird in einen Bereich transformiert, der die gewünschte Anzahl Datenpunkte aufweist, Schritt 308. Wenn der Bereich von Interesse ein zentraler Bereich des zusammengesetzten Bildes ist, wird das zusammengesetzte Bild wie folgt transformiert:
Gemäß den Definitionen, die in Tabelle 1 gegeben werden, führt ein Verhältnis Bereich/Auflösung zu einer Strecke in cm. Daher bestimmt das Verhältnis A_w/auf_w die absolute waagerechte Strecke s_w über das transformierte Bild hinweg, und das Verhältnis A_w/Auf_w bestimmt die absolute waagerechte Strecke S_w über das zusammengesetzte Bild hinweg. Vorausgesetzt, dass S_w > s_w ist, beschreibt der Ausdruck Δ_w = (S_w – s_w)/2 eine zusätzliche waagerechte Strecke innerhalb des zusammengesetzten Bildes an jeder der waagerechten Seiten des Bildes, parallel zu einer senkrechten Verlängerung gemessen, beginnend an einer waagerechten Kante. Das Multiplizieren von Δ_w mit der Auflösung A_w führt zu einer Anzahl Pixel, die von beiden waagerechten Seiten des zusammengesetzten Bildes beschnitten werden. Ein gleichartiges Verfahren wird in der senkrechten Richtung angewandt, was zu einem beschnittenen Bild des angemessen großen physikalischen Bereichs führt. Das Bild wird dann transformiert, um eine Anzahl Datenpunkte entlang einer oder beider Richtungen zu verringern. Ein einfaches Verfahren, um dies zu erreichen, besteht darin, Datenpunkte im Verhältnis zu der Veränderung zu löschen – wenn zwei Drittel der Reihen gewünscht sind, wird jede dritte Reihe gelöscht – oder vorzugsweise Interpolationsverfahren anzuwenden, um die Daten genauer zu rekonstruieren, als sie erfasst worden wären, wenn sie in der gewünschten Auflösung erfasst würden. Zum Beispiel wird eine Funktion, die die Datenpunktwerte angibt, ungefähr bestimmt und dann verwendet, um die transformierten Daten zu generieren.
Ein ähnliches Verfahren wird verwendet, um die Anzahl der Datenpunkte zu erhöhen. Manche Datenpunkte werden dupliziert – um die Anzahl der Reihen auf das Doppelte der Reihenanzahl zu erhöhen, wird jede Reihe einfach dupliziert – oder es werden, wiederum vorzugsweise, mathematische Verfahren angewendet, um Daten besser einzufügen und um die erfassten Daten in Übereinstimmung mit der vorhergesagten Oberflächenform zu modifizieren. Mehrere Interpolationsverfahren sind im Gebiet der Bildverarbeitung gut bewährt.
Sobald der Bereich und die Auflösung wie gewünscht sind, werden die Datenpunkte auf eine gewünschte Tiefe abgeschnitten, Schritt 309, und das resultierende Bild wird als ein erfasstes Bild bereitgestellt. Auf diese Weise ist ein gleicher kapazitiver Kontakt-Swipe-Bildsensor mit vielen verschiedenen Anwendungen für Bildanalysen nützlich. Außerdem ist es optional möglich, wenn der kapazitive Kontakt-Swipe-Bildsensor sich der gewünschten Parameter bewusst ist, die Qualität der transformierten Daten zu erhöhen, indem das Rekonstruktionsverfahren für das zusammengesetzte Bild modifiziert wird, oder sogar, indem der Bilderfassungsvorgang modifiziert wird.
Das zuvor genannte Beispiel bezieht sich auf eine bildgebende Verarbeitung von Fingerabdrücken, die einen kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor verwendet, aber das System und das Verfahren sind auch auf andere kontaktbasierte biometrische bildgebende Verarbeitungen anwendbar, einschließlich Handflächen-Scanning und bildgebende Verarbeitung von Haut allgemein. Außerdem lassen sich das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung leicht auf jede Art der Bildanalyse eines biologischen Merkmals erweitern, bei der Gittermusterverfahren angewendet werden.
Mit Bezug auf 4 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zur Transformation der Daten gezeigt. Daten werden von einem biometrischen Erfassungsgerät bereitgestellt, wie dem kapazitiven Kontakt-Swipe-Bildsensor 400. Teilbilder werden erfasst und ein einziges zusammengesetztes Bild gebildet, Schritt 401. Das Bild wird dann analysiert, Schritt 402, um einen Merkmalstandort für ein bekanntes Merkmal zu bestimmen. Typischerweise ist das Merkmal der Kern des Fingerabdruckbilds, obwohl das Merkmal jedes reproduzierbar identifizierbare Merkmal oder Merkmale sein kann und nicht bei jedem Fingerabdruck oder Individuum ein gleiches Merkmal bleiben muss. Ein Bildbereich, der sich nach dem identifizierten Merkmal richtet, wird dann bestimmt, Schritt 403, wobei das Bild eine bekannte Menge an Informationen aufweist – ein Bild eines bekannten Bereiches. Wenn somit Änderungen der Auflösung an dem Bild vorgenommen werden, ist der Bildbereich nicht betroffen. Typischerweise ist der Bildbereich größer als der Bildbereich, der als Ausgangsbildbereich gewünscht wird, sodass während der Bilddrehung Bereiche des Bildes nicht unbesetzt werden. Als nächstes wird das Bild gedreht, im Verhältnis zu dem identifizierten Merkmal in Schritt 404. Eine Bildauflösung wird bestimmt, Schritt 405, wobei das Bild eine waagerechte Auflösung Auf_w und eine senkrechte Auflösung Auf_s aufweist. Die Bildauflösung wird dann in Schritt 406 transformiert, sodass eine Anzahl Pixel entlang jeder Achse mit der gewünschten Bildgröße übereinstimmt. Schließlich wird eine Datenpunkttiefe D_bit festgelegt, Schritt 407.
Sobald der Bereich, die Auflösung, die Tiefe, der Winkel und so weiter mit den Parametern übereinstimmen, wird das resultierende Bild als ein erfasstes Bild bereitgestellt. Auf diese Weise ist ein gleicher kapazitiver Kontakt-Swipe-Bildsensor mit vielen verschiedenen Anwendungen für Bildanalysen nützlich. Außerdem ist es optional möglich, wenn der kapazitive Kontakt-Swipe-Bildsensor sich der gewünschten Parameter bewusst ist, die Qualität der transformierten Daten zu verbessern, indem der Rekonstruktionsvorgang des zusammengesetztes Bildes modifiziert wird, oder sogar, indem der Bilderfassungsvorgang modifiziert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, werden verschiedene Änderungen und Modifizierungen optional von Fachleuten ausgeführt, ohne dass der Umfang der Erfindung verlassen wird. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Änderungen und Modifizierungen mit einschließt, die in den Umfang der anhängigen Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche zur Verwendung bei der Identifizierung einer Person, umfassend die folgenden Schritte: – Erfassen (201) der Topologie einer biometrischen Fläche unter Verwendung eines Kontaktabbildungsgeräts (11, 300a, 400), um erfasste biometrische Bilddaten bereitzustellen; – Speichern der erfassten biometrischen Bilddaten in einem Speicher, wobei die erfassten biometrischen Bilddaten in Übereinstimmung mit einem ersten vorbestimmten Format gespeichert werden; – Erhalten (306) von Ausgabeformatdaten, die sich auf mehrere bekannte Ausgabeformate beziehen, die von einer Bildanalyseanwendung erwartet werden. – Transformieren (204; 308; 406) der erfassten biometrischen Bilddaten in Übereinstimmung mit den erhaltenen Ausgabeformatdaten, um transformierte biometrische Bilddaten in Übereinstimmung mit dem bekannten Ausgabeformat bereitzustellen, die den Ausgabeformatdaten entsprechen, wobei das bekannte Ausgabeformat anders ist als das erste vorbestimmte Format ist; und – Bereitstellen (205) der transformierten biometrischen Bilddaten als Ausgabebilddaten, die das bekannte Ausgabeformat aufweisen.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 1, weiter umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen von Musterbilddaten einer vorbestimmten biometrischen Fläche und Vergleichen der Ausgabebilddaten mit den Musterbilddaten zum Identifizieren der Person.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 1 und 2, weiter umfassend die folgenden Schritte: – Erfassen mehrerer Teilbilder (202) unter Verwendung eines Kontakt-Swipe-Bildsensors; und – Erstellen eines zusammengesetzten Bildes (301, 401) aus den Teilbildern, um ein erfasstes biometrisches Bild bereitzustellen.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 3, weiter umfassend den Schritt des kapazitiven Erfassens biometrischer Bilddaten einer biometrischen Fläche.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die transformierten biometrischen Bilddaten ein Bildmerkmal der biometrischen Fläche darstellen.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal mindestens gemäß der Auflösung, der Ausrichtung oder einer kennzeichnenden Linienbreite des Kontakt-Swipe-Bildsensors transformiert (204; 308; 406) wird.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal gemäß seiner Auflösung transformiert (204; 308; 406) wird.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal gemäß seiner Ausrichtung transformiert (204; 308; 406) wird.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal gemäß der kennzeichnenden Linienbreite transformiert (204; 308; 406) wird.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die transformierten biometrischen Bilddaten gemäß ihrer Bildgröße transformiert (204; 308; 406) werden.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabebilddaten einer von mehreren verschiedenen kompatiblen Analyseanwendungen bereitgestellt (205) werden.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Transformierens (204; 308; 406) einen gleichen Transformationsvorgang für verschiedene der kompatiblen Analyseanwendungen beinhaltet, wobei das gleiche Transformationsvorgangs-Transformationsergebnis in Abhängigkeit von den Parametern veränderbar ist.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Bilddaten gemäß Datenformaten nach Industrienorm bereitgestellt (205) werden.
Verfahren zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die biometrische Fläche ein Fingerabdruck ist.
Biometrisches Bildverarbeitungsgerät zur bildgebenden Verarbeitung einer biometrischen Fläche zur Verwendung bei der Identifizierung einer Person, wobei das biometrische Bildverarbeitungsgerät umfasst: – einen Speicher zum Speichern mehrerer Transformationsparameter; – einen Sendeempfänger zum Empfangen von Transformationsparametern, die einem bekannten Datenausgabeformat aus Anspruch 1 entsprechen, wobei die Transformationsparameter für eine Bildanalyseanwendung bereitgestellt werden, den Sendeempfänger zum Bereitstellen der empfangenen Transformationsparameter zum Speichern in dem Speicher und zum Übermitteln eines Signals in Abhängigkeit von den empfangenen Daten, wobei das Signal, um an einen Empfänger übermittelt zu werden, an einen Host-Prozessor gekoppelt ist; – ein Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) zum Erfassen der Topologie der biometrischen Fläche und zum Bereitstellen erfasster Daten gemäß einem ersten vorbestimmten Format, wobei die erfassten Daten sich auf ein Bild der biometrischen Fläche beziehen; und – einen Prozessor zum Transformieren (204; 308; 406) der erfassten Daten in transformierte Daten zu einem transformierten Bild in Übereinstimmung mit den mehreren Transformationsparametern und zum Bereitstellen des transformierten Bildes von dem biometrischen Bildverarbeitungsgerät in Form von erfassten Bilddaten zu dem Sendeempfänger gemäß einem Format, wobei das erste vorbestimmte Format anders ist als das der mehreren bekannten Datenformate, das von den Transformationsparametern angegeben wird.
Biometrisches Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) ein Kontakt-Swipe-Bildsensor (11; 300a; 400) zum Erfassen von Daten in Form mehrerer Teilbilder ist.
Biometrisches Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 16, weiter umfassend einen Prozessor zum Aufbauen eines zusammengesetzten Bildes aus den mehreren Teilbildern.
Biometrisches Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor zum Transformieren der erfassten Daten derselbe Prozessor ist wie der Prozessor zum Aufbauen des zusammengesetzten Bildes.
Biometrisches Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) ein kapazitives Erfassungsgerät ist.
Biometrisches Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) ein Fingerabdrucksensor ist.
Biometrische Bildschnittstelle zum Bilden einer Schnittstelle zwischen einem biometrischen Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) und einem Bildanalysegerät, wobei die biometrische Bildschnittstelle umfasst: – einen Speicher zum Erhalten und Speichern mehrerer Transformationsparameter, die einem bekannten Datenformat aus Anspruch 1 entsprechen, das von dem Bildanalysegerät unterstützt wird, – einen Prozessor und einen Speicher zum Ausführen von Anweisungen für das biometrische Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) in Übereinstimmung mit den erhaltenen Transformationsparametern, zum Transformieren der biometrischen Daten von dem biometrischen Erfassungsgerät und zum Übermitteln von Ausgangsbilddaten an das Bildanalysegerät, die zu den biometrischen Daten gehören, die in Übereinstimmung mit den erhaltenen Transformationsdaten transformiert werden und in einem vorbestimmten Format bereitgestellt werden, das anders als das bekannte Datenformat ist.
Biometrische Bildschnittstelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor und der Speicher Anweisungen zum Bilden einer Schnittstelle zwischen dem Bildanalysegerät und einem biometrischen Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) in Form eines Kontakt-Swipe-Bildsensors ausführen, der Daten in Form mehrerer Teilbilder erfasst.
Biometrische Bildschnittstelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor und der Speicher Anweisungen zum Bilden einer Schnittstelle zwischen dem Bildanalysegerät und einem biometrischen Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) in Form eines kapazitiven Erfassungsgeräts ausführen.
Biometrische Bildschnittstelle nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor und der Speicher Anweisungen zum Bilden einer Schnittstelle zwischen dem Bildanalysegerät und einem biometrischen Erfassungsgerät (11; 300a, 300b, 300c, 300d; 400) in Form eines Fingerabdrucksensors ausführen.
Biometrische Bildschnittstelle nach Anspruch 21, wobei das biometrische Bildanalysegerät zum Vergleichen der übermittelten Ausgabebilddaten mit Musterbilddaten dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsparameter, die in dem Speicher gespeichert sind, über eine Bildanalyseanwendung bereitgestellt werden, die von dem biometrischen Bildanalysegerät ausgeführt wird.
Speicher zum Speichern von Daten, wobei in dem Speicher Daten enthalten sind, die Anweisungen zum Ausführen der Anweisungen zum Ausführen der folgenden Schritte auf einem Prozessor definieren: – Erhalten (306) von Ausgabeformatdaten, die sich auf eins von mehreren bekannten Ausgabeformaten aus Anspruch 1 beziehen, wobei die Ausgabeformatdaten von einem anderen Prozessor aus erhalten werden; – Transformieren (204; 308; 406) biometrischer Bilddaten, die in einem ersten vorbestimmten Format bereitgestellt werden, das anders ist als das der mehreren bekannten Ausgabeformate, in Übereinstimmung mit den erhaltenen Ausgabeformatdaten, um transformierte biometrische Bilddaten in einem Format bereitzustellen, das sich auf die empfangenen Ausgabeformatdaten bezieht; und – Bereitstellen (205) der transformierten biometrischen Bilddaten als Ausgabebilddaten, die eines der mehreren bekannten Ausgabeformate aufweisen.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 26, wobei die Daten Anweisungen zum Ausführen der folgenden Schritte aufweisen: – Erfassen (202) mehrerer Teilbilder unter Verwendung eines Kontakt-Swipe-Bildsensors, wobei der Kontakt-Swipe-Bildsensor eine kennzeichnenden Linienbreite aufweist; und – Aufbauen (203) eines zusammengesetzten Bildes aus den Teilbildern.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 26, wobei die Daten Anweisungen zum Ausführen des Schritts des kapazitiven Erfassens von Bilddaten einer biometrischen Fläche umfassen.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die transformierten biometrischen Bilddaten ein Bildmerkmal der biometrischen Fläche darstellen.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal mindestens gemäß der Auflösung, der Ausrichtung oder der kennzeichnenden Linienbreite transformiert (204; 308; 406) wird und die Ausgabeformatdaten über eine Bildanalyseanwendung bereitgestellt werden.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal gemäß seiner Auflösung transformiert (204; 308; 406) wird.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal gemäß seiner Ausrichtung transformiert (204; 308; 406) wird.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildmerkmal gemäß der kennzeichnenden Linienbreite transformiert (204; 308; 406) wird.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die transformierten biometrischen Daten gemäß ihrer Bildgröße transformiert (204; 308; 406) werden.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die transformierten biometrischen Daten gemäß einem Merkmal transformiert (204; 308; 406) werden, das in den Parametern angegeben ist.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabebilddaten einer von mehreren verschiedenen kompatiblen Analyseanwendungen bereitgestellt (205) werden.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Transformierens (204; 308; 406) einen gleichen Transformationsvorgang für verschiedene der kompatiblen Analyseanwendungen beinhaltet, wobei das gleiche Transformationsvorgangs-Transformationsergebnis in Abhängigkeit von den Parametern veränderbar ist.
Speicher zum Speichern von Daten nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Bilddaten gemäß Datenformaten nach Industrienorm bereitgestellt (205) werden.