DE10038873C2 - Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes und Fingerabdruck-Sensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes sowie einen Fingerabdruck-Sensor.

Ein solches Verfahren und ein solcher Fingerabdruck-Sensor sind aus [1] bekannt.

Der in [1] beschriebene Fingerabdruck-Sensor weist eitle Vielzahl von Sensor-Elementen einer Sensorschaltung auf. Mittels der Sensorelemente, die als kapazitive Sensorelemente ausgestaltet sind, wird ein Fingerabdruck-Bild eines Fingerabdrucks eines zu identifizierenden Menschen erfasst. Das erfasste Fingerabdruck-Bild wird einer Bildvorverarbeitung, einer Merkmalsabstraktion sowie einer Mustererkennung unterzogen, in deren Rahmen ein Vergleich der extrahierten Merkmale mit zuvor gespeicherten Referenzvektoren, die Referenzmerkmale von Referenz- Fingerabdrücken aufweisen, durchgeführt wird.

Ergebnis der Mustererkennung, die insbesondere in dem Vergleich unterschiedlicher Parameter, die eine Vielzahl ermittelter Minutien beschreiben, zu sehen ist, ist die Ausgabe eines Erkennungsergebnisses, beispielsweise die Ausgabe der wahrscheinlichen Identität der zu identifizierenden. Person, wenn eine ausreichen genaue Übereinstimmung des zu identifizieren Merkmalsvektors mit einem Referenzmerkmalsvektor ermittelt wurde.

Die in [1] beschriebene Vergehensweise zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes weist die folgenden Schritte auf:

• - das Fingerabdruck Bild wird einer richtungsunabhängigen Tiefpassfilterung unterzogen,
• - es wird ein tiefpass-gefiltertes Fingerabdruck-Bild ermittelt unter Verwendung der Tiefpassfilterung,
• - das tiefpass-gefilterte Fingerabdruck-Bild wird durch Vergleich mit dem ungefilterten Fingerabdruck-Bild binarisiert und mittels unterschiedlicher Bildverarbeitungsverfahren werden Linien, die den Verlauf des Fingerabdrucks innerhalb des erfassten Bildbereichs beschreiben, ausgedünnt,
• - in einem weiteren Schritt werden die Minutien im ausgedünnten binarisierten Fingerabdruck-Bild ermittelt und die die einzelnen Minutien jeweils charakterisierenden Parameter, beispielsweise die Koordinaten der Endpunkte einer Fingerabdruck-Linie oder auch Verzweigungspunkte einer oder mehrerer Fingerabdruck-Linien, sowie der Rotationswinkel der jeweiligen Minutie, wodurch für jede Minutie jeweils ein Merkmalsvektor gebildet wird, der mit einem entsprechenden Referenzmerkmalsvektor einer autorisierten Person verglichen wird, und
• - es erfolgt ein Mustervergleich der ermittelten Merkmalsvektoren mit den gespeicherten Referenzmerkmalsvektoren.

Der in [1] beschrieben Fingerabdruck-Sensor weist hexagonalförmige Sensorelemente auf.

Die einzelnen Sensorelemente, die jeweils einen Pixel (Picture Element, Bildpunkt) des Fingerabdruck-Sensors repräsentieren, sind jeweils nebeneinander angeordnet.

Mit jedem Pixel ist eine unter dem Sensorelement angeordnete Verarbeitungseinheit, beispielsweise ein Prozessorelement, vorgesehen, das mit dem jeweiligen Sensorelement gekoppelt ist. Die Prozessorelemente sind während der Bildverarbeitung jeweils mit ihren unmittelbar benachbart angeordneten Prozessorelementen verbunden, so dass nur Daten mit den jeweils unmittelbar benachbarten Prozessorelementen ausgetauscht werden können.

Verunreinigungen des Fingerabdruck-Sensors sowie erhebliche laterale Schwankungen der Bildqualität des erfassten Fingerabdruck Bildes verursachen oftmals eine große Anzahl durch morphologische Operatoren während der Bildbearbeitung nicht korrigierbarer Fehler in dem erzeugten binären Fingerabdruck-Bild.

Weiterhin ist ein Verfahren zum Ausdünnen von Strukturlinien eines Fingerabdruck-Bildes unter Verwendung binärer Operatoren aus [1] bekannt.

Schließlich sind aus der Patentschrift EP 0 551 086 B1 ein Verfahren zum Glätten von Rippenrichtungsmustern und eine dazu verwendete Einrichtung sowie aus dem US-Patent 5,337,369 eine Einrichtung zur Klassifizierung von Fingerabdruckmustern bekannt.

Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes sowie einen Fingerabdruck-Sensor anzugeben, welches bzw. welcher sehr einfach durchführbar ist bzw. einfach aufgebaut ist, so dass das Verfahren und der Fingerabdruck-Sensor kostengünstiger durchführbar bzw. herstellbar sind.

Das Problem wird durch das Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes sowie durch den Fingerabdruck-Sensor mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Bei einem Vorfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes, das einen Fingerabdruck enthält, wird das Fingerabdruck-Bild einer richtungsunabhängigen ersten Tiefpassfilterung unterzogen. Unter Verwendung des Fingerabdruck-Bildes und der richtungsunabhängigen ersten Tiefpassfilterung wird ein erstes tiefpass-gefiltertes Fingerabdruck Bild erzeugt und wird pin erstes tiefpass-gefiltertes Fingerabdruck-Bild erzeugt und vorzugsweise durch Vergleich mit dem ungefilterten Fingerabdruck Bild binarisiert. Der gesamte Bildbereich wird in eine Mehrzahl von Bildbereichen gruppiert, die beispielsweise eine im wesentlichen hexagonale Form aufweisen.

Durch die hexagonale Form der Bildbereiche wird die Effizienz des Verfahrens bzw. des im Weiteren beschriebenen Fingerabdruck-Sensors bezüglich einer möglichst einfachen Hardware Realisierung weiter verbessert.

Für zumindest einen Teil der Bildbereiche, vorzugsweise für jeden Bildbereich wird jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs der Linien des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt.

Unter einer Vorzugsrichtung ist im diesem Zusammenhang eine Richtung zu verstehen, entlang der die in dem Bildbereich enthaltenen Linien des Fingerabdruck-Bildes, die den Fingerabdruck repräsentieren, gemäß einem vorgebbaren Kriterium im wesentlichen verlaufen.

Wird eine Vorzugsrichtung für den jeweiligen Bildbereich ermittelt, so wird diese dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet.

In einem weiteren Schritt wird das Fingerabdruck-Bild oder ein weiteres erfasstes Fingerabdruck Bild des gleichen Fingers in im wesentlichen gleicher Aufnahmeposition wie bei der Aufnahme des ersten Fingerabdruck-Bildes, einer richtungsabhängigen zweiten Tiefpassfilterung unterzogen. Die richtungsabhängige zweite Tiefpassfilterung ist abhängig von der ermittelten Vorzugsrichtung des jeweiligen Bildbereichs.

In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass jeder Bildbereich unterschiedlich gefiltert wird abhängig von der jeweiligen Vorzugsrichtung der ermittelten Bildbereiche für das erste Tiefpass-gefilterte Fingerabdruck Bild.

Unter Verwendung des zweiten richtungsabhängig tiefpass­ gefilterten Bildes und des Fingerabdruck-Bildes bzw. des weiteren Fingerabdruck-Bildes wird ein zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild erzeugt, welches die Struktur des Fingerabdruckmusters repräsentiert und welches in weiteren Schritten im Rahmen einer vorgesehenen Fingerabdruckerkennug weiter verarbeitet werden kann.

So können beispielsweise anschließend unter Einsatz von Bildverarbeitungsmitteln mit Hilfe morphologischer Operatoren die entsprechenden Minutien des Fingerabdrucks ermittelt werden und die zugehörigen Parameter, die für einen Mustervergleich mit zuvor gespeicherten Referenzmerkmalsvektoren erforderlich sind.

Im Rahmen der Erfindung kann, wie oben dargestellt wurde, für die erste Tiefpassfilterung und die zweite Tiefpassfilterung jeweils das gleiche Originalbild, das heißt das Fingerabdruck- Bild verwendet werden, es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Verfahren mittels des Fingerabdruck-Sensors innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer durchgeführt wird, so dass zwar unterschiedliche Fingerabdruck-Bilder ermittelt werden, jedoch in einem so kurzen Zeitabstand voneinander, dass sich das erfasste Fingerabdruck-Bild praktisch nicht verändert.

Es wird in diesem Zusammenhang in der Regel vorausgesetzt, dass der Finger während dar beiden aufeinander folgenden Sensorvorgänge in der gleichen Position auf dem Fingerabdruck- Sensor aufliegt.

Dieses ist in der Regel erfüllt, wenn die Auswertung des Linienverlaufs der Linien in dem Fingerabdruck-Bild und die Einstellung des Filters für die zweite richtungsabhängige Tiefpassfilterung nicht länger als etwa 10 msec dauert.

Ein Fingerabdruck-Sensor weist eine Sensorschaltung zum Erfassen eines Fingerabdruck-Bildes sowie eine Filterschaltung zum Filtern des erfassten Fingerabdruck-Bildes auf.

Mit der Filterschaltung verbunden ist eine Richtungsermittlungs-Einheit zum Ermitteln einer Vorzugsrichtung des Verlaufs der Linien des Fingerabdruck- Bildes in einem oder in mehreren Bildbereichen des Fingerabdruck-Bildes.

Die Filterschaltung ist derart eingerichtet, dass sie eine richtungsabhängige Tiefpassfilterung eines Fingerabdruck- Bildes abhängig von einer ermittelten Vorzugsrichtung für einen Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes durchführen kann, welchem Bildbereich diese Vorzugsrichtung zugeordnet ist.

Durch die Erfindung wird es aufgrund des sehr einfachen zweistufigen Vorgehens möglich, eine kostengünstige, robuste und somit störungsunanfällige Auswertung eines Fingerabdrucks mittels eines Fingerabdruck-Sensors anzugeben, wobei es insbesondere nunmehr möglich ist, den Fingerabdruck-Sensor in einem Stück, d. h. auf einem Chip, zu integrieren.

Somit ist es nicht mehr erforderlich, komplexe Software Algorithmen zur Bildverarbeitung und Bildvorverarbeitung vorzusehen, um überhaupt eine ausreichend genaue Fingerabdruck-Erkennung zu gewährleisten.

Damit wird der Einsatz eines Fingerabdruck-Sensors als Single- Chip Fingerabdruck-Erkennungssystems ermöglicht, wodurch erreicht wird, dass ein biometrisches System vollständig in den Fingerabdruck-Sensor integriert ist, so dass eine Erweiterung des Einsatzbereiches eines solchen Fingerabdruck- Sensors auf leistungssparende, platzsparende und kostensparende Anwendungen ermöglicht wird, wie zum Beispiel in portablen zugangsbeschränkten Geräten wie einem Mobiltelephon, einem Notebook oder auch einer Chipkarte.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild zu Beginn des Verfahrens beispielsweise mittels des Fingerabdruck-Sensors erfasst.

Das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild kann zu Beginn des Verfahrens beispielsweise mittels eines kapazitiven Verfahrens, das heißt einem Fingerabdruck-Sensor mit kapazitiven Sensorelementen erfasst werden, wodurch eine sehr einfache Erfassung des Fingerabdruck-Bildes erreicht wird.

Weiterhin kann zur Verbesserung des Erkennungsergebnisses das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild einer Bildvorverarbeitung unterzogen werden, bevor die jeweilige Mustererkennung durchgeführt wird.

Im Rahmen der Bildvorverarbeitung kann beispielweise eine Ausdünnung des Linienverlaufs der Linie des Fingerabdrucks in dem Fingerabdruck-Bild und/oder dem weiteren Fingerabdruck- Bild durchgeführt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, zumindest für einen Teil der Bildbereiche die Bildqualität gemäß einem vorgegebenen Kriterium zu ermitteln und den jeweiligen Bildbereich im weiteren Verfahren nur zu berücksichtigen, wenn die Bildqualität hinsichtlich des Kriteriums besser ist als ein vorgebbarer Qualitätswert.

Aus dem zweiten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bild können Minutien ermittelt werden, unter deren Verwendung die Mustererkennung, das heißt die Identifikation des zu identifizierenden Fingerabdrucks im Vergleich mit vorgegebenen Referenzmerkmalsvektoren ermöglicht wird.

Die Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich kann ermittelt werden, indem der Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich mit vorgegebenen möglichen Vorzugsrichtungen verglichen wird und die vorgegebene Vorzugsrichtung als Vorzugsrichtung für den Bildbereich bestimmt wird, die gemäß einem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich in ausreichender Genauigkeit übereinstimmt.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine vorgegebene Mindestanzahl vorgegebener Vorzugsrichtungen nur in einem Maße mit dem Verlauf der Linien des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich übereinstimmt, welches unterhalb einer vorgegebenen Mindestschwelle liegt.

Für den Fall, dass keine vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt kann es vorgesehen sein, dass dieser. Bildbereich im Rahmen der zweiten Tiefpassfilterung als richtungsunabhängige Tiefpassfilterung durchgeführt wird.

Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass für einen Bildbereich, bei dem nicht mit ausreichender Genauigkeit erkannt werden kann, dass eine Vorzugsrichtung tatsächlich existiert, entsprechend auch keine diese Vorzugsrichtung bevorzugende richtungsabhängige Tiefpassfilterung durchgeführt wird, sondern lediglich eine richtungsunabhängige Tiefpassfilterung.

Die Sensorschaltung kann eine Mehrzahl von Sensorelementen zum Erfassen jeweils eines Bildbereichs eines Fingerabdruck-Bildes aufweisen.

Für zumindest einen Teil der Sensorelemente kann jeweils eine Verarbeitungseinheit vorgesehen sein zum Verarbeiten des von dem jeweiligen Sensor-Element erfassten Bildbereichs.

Jede Verarbeitungseinheit kann jeweils mit den ihr unmittelbar benachbart angeordneten Bearbeitungseinheiten verbunden sein, so dass zwischen den verbundenen Verarbeitungseinheiten Daten ausgetauscht werden können.

Grundsätzlich ist es in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit selbstverständlich auch mit weiter entfernt benachbart angeordneten Verarbeitungseinheiten verbunden sein kann, wenn dies gewünscht ist.

Durch die Kopplung der unmittelbar benachbart angeordneten Verarbeitungseinheiten wird eine weitere Vereinfachung des Fingerabdruck-Sensors erreicht, ohne eine zu große relevante Einbuße in der Bildqualität und des damit verbundenen Erkennungsergebnisses hinnehmen zu müssen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass jeweils mehrere Sensorelemente in Sensorelementegruppen sortiert sind und dass zumindest für einen Teil der Sensorelementegruppen jeweils eine Richtungsermittlungs-Einheit vorgesehen ist.

Ferner kann eine Logikschaltung vorgesehen sein, die derart eingerichtet ist, dass vorgegebene Vorzugsrichtungen durch diese ermittelbar sind. Die Richtungsermittlungs-Einheit kann einen Richtungsdemultiplexer aufweisen, mit der die Logikschaltung entsprechend vorgegebener Vorzugsrichtungen angesteuert wird, so dass mittels der Logikschaltung ermittelt werden kann, ob die angesteuerte vorgegebene Vorzugsrichtung im Verlauf der Linien des Fingerabdrucks in dem entsprechenden Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.

Die Verarbeitungseinheiten einer Sensorelementegruppe können über eine Schiebregisterkette in Serie miteinander verbunden sein.

Die oben beschriebene Architektur des Fingerabdruck-Sensors ermöglicht eine sehr einfache und damit kostengünstige Herstellung des Sensors aufgrund seiner Einfachheit und klaren Strukturierung.

Die Filterschaltung kann als Diffusionsnetzwerk ausgestaltet sein beispielsweise derart, dass für jedes Sensorelement eine Parallelschaltung mit mindestens zwei Serienschaltungen vorgesehen ist, wobei die Serienschaltung jeweils in Serie geschaltete Widerstände und/oder Kapazitäten aufweist.

In diesem Fall sind jeweils zwei Parallelschaltungen unterschiedlicher Elemente miteinander verbunden über einen Zwischenknoten, der jeweils zwischen zwei der in Serie geschalteten Widerstände und/oder Kapazitäten liegt.

Durch diese Weiterbildung wird ein Diffusionsnetzwerk mit einer verstärkten Rückwirkung der jeweiligen Sensorelemente erreicht als bei einem herkömmlichen aus dem Stand der Technik bekannten und im Weiteren näher erläuterten sogenannten Pi- Diffusionsnetzwerk.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm, in dem die einzelnen Verfahrensschritte des Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt sind;

Fig. 2a bis 2f ein ermitteltes digitalisiertes Fingerabdruck-Bild zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Verfahrens;

Fig. 3a bis 3f Diagramme, die vorgegebene gespeicherte lokale Vorzugsrichtungen, die gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung berücksichtigt werden, dargestellt sind;

Fig. 4a und 4b eine Skizze von Linienverläufen innerhalb eines Bildbereichs (Fig. 4a) und ein Histogramm ermittelter Vorzugsrichtungen für den jeweiligen Bildbereich (Fig. 4b);

Fig. 5 eine Skizze einer elektronischen Schaltung für eine Richtungsermittlungs-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6 ein Strukturdiagramm einer elektrischen Schaltung eines Sensorelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 eine Skizze in Serie geschalteter Sensorelemente, die zu einer Sensorelementegruppe gruppiert sind;

Fig. 8 ein Schaltdiagramm für eine zentrale Richtungsermittlungs-Einheit für eine Sensorelementegruppe mit einer Vielzahl von Sensorelementen;

Fig. 9a und 9b ein Beispiel eines Fingerabdruck-Bildes mit schlechter Bildqualität (Fig. 9a) und aufgrund der schlechten Bildqualität nicht berücksichtigter Bildbereiche (Fig. 9b);

Fig. 10 eine Skizze einer elektrischen Schaltung eines Pi- Diffusionsnetzwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11 eine Skizze eines Diffusionsnetzwerks mit Zwischenknoten als alternatives Diffusionsnetzwerk gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 12 eine Skizze einer elektrischen Schaltung für eine alternative Ausführungsform des Diffusionsnetzwerks und die Referenzbilderzeugung für den jeweiligen Bildbereich, das heißt für das jeweilige Sensorelement;

Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Fingerabdruck-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt aus einer Sensorschaltung eines Fingerabdruck-Sensors 1300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Sensorschaltung des Fingerabdruck-Sensors 1300 weist eine Vielzahl von Sensorelementegruppen 1301 auf, die jeweils eine im Wesentlichen hexagonale Form aufweisen.

Die Sensorelementegruppen 1301 sind bis auf die im Weiteren dargelegten Unterschiede gemäß dem Sensorelement und dem Fingerabdruck-Sensor ausgestaltet, wie er in [1] beschrieben ist. Jede Sensorelementegruppe 1301 weist eine grundsätzlich beliebige Anzahl, vorzugsweise sieben Sensorelemente 1302 auf, welche jeweils vorzugsweise hexagonalförmig ausgestaltet sind.

In dem Fingerabdruck-Sensor 1300 ist eine grundsätzlich frei wählbare Anzahl von Sensorelementegruppen 1301 enthalten, abhängig von der Größe der Fläche, mit der ein Fingerabdruck eines Benutzers des Fingerabdruck-Sensors 1300 erfasst werden soll.

Dies bedeutet beispielsweise, dass das Sensorelement 1302 als kapazitives Sensorelement ausgestaltet ist.

Fig. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms 100 den Verarbeitungsfluss eines durch die Sensorelemente 1302 erfassten Fingerabdruck-Bilder eines Fingers, der auf die Sensorfläche, gebildet durch die Gesamtheit der Sensorelemente 1302, das heißt durch die Sensorschaltung des Fingerabdruck- Sensors 1300, gelegt worden ist.

In dem Blockdiagramm 100 ist dargestellt, dass das Fingerabdruck-Bild 101 als Eingangsdaten, das heißt, anders ausgedrückt, als hexagonales Sensorbild nach dessen Erfassung einer Tiefpass-Filterung 107, gemäß diesem Ausführungsbeispiel einer richtungsunabhängigen ersten Tiefpass-Filterung, unterzogen wird.

Fig. 2a zeigt ein Beispiel eines solchen Fingerabdruck-Bildes 200 mit einem darin enthaltenen Fingerabdruck 201, der gebildet wird durch eine Vielzahl von Strukturlinien 202, die im ihrer Gesamtheit den Fingerabdruck 201 eindeutig charakterisieren.

Das Fingerabdruck-Bild 200 wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt, indem mittels der Sensorelemente 1302 der Fingerabdruck des aufliegenden Fingers abgetastet wird, vorzugsweise durch ein kapazitives Messverfahren.

Die in diesem Fall analogen Eingangsdaten in Form allgemeiner Grauwerte, das heißt grundsätzlich allgemeiner Helligkeitsinformation, ergeben sich aus der Sensorcharakteristik, welche den jeweiligen Kapazitätswert, der an einem Sensorelement 1302 anliegt, in eine elektrische Spannung umwandelt.

Aus dem Fingerabdruck-Bild 200 wird durch richtungsunabhängige globale erste Tiefpass-Filterung ein Referenz-Fingerabdruck- Bild 210 erzeugt (Schritt 102).

In einem weiteren Schritt (Schritt 103) wird durch direkten Vergleich des Fingerabdruck-Bildes 200 und des Referenz- Fingerabdruck-Bildes 210, das heißt durch Differenzbildung der jeweiligen Helligkeitswerte der Bildpunkte, ein erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild 220 erzeugt (vgl. Fig. 2c).

Das erste binarisierte Fingerabdruck-Bild 220 weist noch eine relativ schlechte Bildqualität auf, das heißt eine relativ hohe Anzahl fehlerhafter Linienendungen, Verzweigungen der Strukturlinien, etc.

Die Strukturlinien in dem ersten binarisierten Fingerabdruck- Bild 220 werden in einem weiteren Schritt (Schritt 104) ausgedünnt und einem Korrekturverfahren unterzogen, in dessen Rahmen lokale Korrekturen der Strukturlinien in dem ausgedünnten ersten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bild 220 durchgeführt werden.

In einem weiteren Schritt (vgl. Fig. 2d) wird das ausgedünnte lokal korrigierte erste binarisierte Fingerabdruck-Bild 230 in im wesentlichen hexagonale Bildbereiche 231 (im Weiteren auch als Kacheln bezeichnet) unterteilt, die jeweils eine vorgebbare Anzahl hexagonaler Bildpunkte, in Form von Helligkeitsinformationen, die von den Sensorelementen 1202 geliefert worden sind, enthalten.

Für jeden Bildbereich 231 des ausgedünnten lokal korrigierten ersten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 230 wird eine Richtungsdetektion (Schritt 105) durchgeführt, wie sie im Weiteren noch näher erläutert wird.

Ergebnis der Richtungsdetektion ist für den Fall, dass eine Vorzugsrichtung mit ausreichender Genauigkeit bestimmt worden ist, eine Vorzugsrichtung, mit der für den jeweiligen Bildbereich eine Richtung angegeben wird, in der sich die Linienstrukturen des Fingerabdrucks innerhalb des jeweiligen Bildbereichs vorzugsweise erstrecken.

Es wird somit für jeden Bildbereich 231 jeweils eine Vorzugsrichtung 232 ermittelt oder die Angabe, dass keine Vorzugsrichtung 232 ermittelt werden konnte.

Die Vorzugsrichtung 232 beziehungsweise die Angabe, dass keine Vorzugsrichtung 232 ermittelt werden konnte, wird dem jeweiligen Bildbereich 231 zugeordnet, wodurch ein Richtungsfeld 106 mit den jeweiligen Vorzugsrichtungen 232 beziehungsweise Angaben über nicht bestehende Vorzugsrichtungen 232 für den jeweiligen Bildbereich 231 erzeugt.

Die Vorzugsrichtungen 232 sind in Fig. 2d als Linien symbolisiert.

Mittels der jeweiligen Angabe der Vorzugsrichtung 232, in Fig. 1 symbolisiert durch das Richtungsfeld 106, wird ein richtungsabhängiger Tiefpassfilter 107 gesteuert, der für jeden Bildbereich 231 entsprechend der dem jeweiligen Bildbereich 231 zugeordneten Vorzugsrichtung 232 eine richtungsbhängige Tiefpassfilterung auf der dem Richtungsfilter 107 zugeführten Bildinformation ausführt.

Das Fingerabdruck-Bild 200 wird ebenfalls in Bildbereiche, das heißt in die entsprechenden Bildbereiche gemäß der Unterteilung des ausgedünnten lokal korrigierten ersten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bildes 230 unterteil und die jeweiligen Bildbereiche werden einer richtungsabhängigen zweiten Tiefpassfilterung unter Verwendung des Richtungsfilters 107 unterzogen, wobei die richtungsabhängige zweite Tiefpassfilterung für einen Bildbereich jeweils abhängig ist von der dem jeweiligen Bildbereich zugeordneten Vorzugsrichtung 232 gemäß dem Richtungsfeld 106.

Ziel der oben beschriebenen Bildvorverarbeitung, insbesondere der richtungsabhängigen Tiefpassfilterung liegt in einer Interpretation der Strukturlinien in dem Fingerabdruck-Bild 200 derart, dass fehlerhafte Unterbrechungen von Fingerabdruck-Rillen geschlossen und fälschliche Verbindungen zwischen diesen Fingerabdruck Rillen aufgetrennt werden. Um dieses zu erreichen wird das Fingerabdruck-Bild 200 in geeigneter Weise auf die oben beschriebene Weise interpretiert.

In diesem Zusammenhang wird anschaulich eine Aussage darüber getroffen, wo die Strukturlinien 202 des Fingerabdrucks 201 hinführen sollen, indem eine lokale Detektion der Richtung stattfindet, der die Strukturlinien 202 in den jeweiligen Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes 200 folgen.

Anschaulich wird somit eine lokale Ermittlung der Richtung durchgeführt, entlang der sich die Strukturlinien des Fingerabdrucks 201 in jeweils einem Bildbereich vorzugsweise erstrecken.

Ist diese Vorzugsrichtung ermittelt, so wird das zweite tiefpass-gefilterte binarisierte Fingerabdruck-Bild 240 (vgl. Fig. 2e) gebildet, indem das Fingerabdruck-Bild 200 in der jeweiligen Vorzugsrichtung für diesen Bildbereich gefiltert wird und daraufhin mit bekannten Verfahren ausgewertet wird.

Zusätzlich findet, wie im weiteren noch näher erläutert wird, eine Bewertung der Bildqualität statt, mittels der entschieden wird, welche Bildbereiche für die Auswertung gültig bzw. ungültig sind, das heißt welche Bildbereiche eine für die Auswertung ausreichend hohe Bildqualität aufweisen und welche nicht.

So können stark gestörte Bildinformationen und vor allem auch Randbereiche des Fingerabdruck-Bildes 200 für die weitere Verarbeitung ausgeschlossen werden, wodurch die Anzahl ermittelter fehlerhafter Minutien reduziert werden kann.

Das auf diese Weise gebildete korrigierte tiefpass-gefilterte Fingerabdruck-Bild 240 wird mit dem Referenz-Fingerabdruck- Bild 210 wiederum direkt verglichen, das heißt es werden die Helligkeitsinformationen der einzelnen Bilder 210, 240 voneinander subtrahiert (Schritt 108) und es wird aufgrund der Differenzbildung das zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild 250 erzeugt, wie in Fig. 2f dargestellt ist.

Das zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild 250 wird weiteren Bildverarbeitungsschritten, insbesondere einer Invertierung (Schritt 109) unterzogen und die Strukturlinien 111 in dem zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bild 250 werden ausgedünnt (Schritt 110), so dass ein ausgedünntes invertiertes zweites Fingerabdruck-Bild 112 erzeugt wird.

Weiterhin wird das zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild 250 in nicht invertierter Form in seinen Strukturlinien ausgedünnt und anschließend einem lokalen Korrekturverfahren unterzogen (Schritt 113), wobei der Ausdünnungs-Algorithmus und das lokale Korrekturverfahren in beiden Schritten für das invertierte und nicht-invertierte zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild (Schritte 110 und 113) üblicherweise, jedoch nicht zwingend, gleich sind.

Das somit gebildete ausgedünnte zweite binarisierte Fingerabdruck-Bild 114 wird herangezogen zur Minutienextraktion, wobei die Minutienextraktion (Schritt 115) erfolgt unter Berücksichtigung sowohl des ausgedünnten zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 114 auch des invertierten zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 112.

Die extrahierten Minutien 116 werden einer Auswertungseinheit (Block 117) zugeführt ebenso wie eine Qualitätsbewertungsangabe 118 mit der angegeben wird, ob der entsprechende Bildbereich, aus dem die Minutien 116 ermittelt worden sind, überhaupt aufgrund seiner Bildqualität berücksichtigt werden soll.

In der Auswertungseinheit 117 erfolgt in bekannter Weise eine Mustererkennung, das heißt der Vergleich der durch die Minutien 116 und deren Richtungsparameter bzw. Krümmungsparameter gebildeten Merkmalsvektoren mit gespeicherten Referenzmerkmalsvektoren, um somit eine Identifikation des Benutzers des Fingerabdruck-Sensors 1200 zu gewährleisten.

Wie oben erläutert worden ist, wird für die Ermittlung, das heißt die Abtastung des Fingerabdruck-Bildes 200 und für eine schnelle Verarbeitung des Fingerabdruck-Bildes 200 das Konzept einer sogenannten Pixel-Parallelenprozessierung aus [1] übernommen.

Unter jedem Sensorelement 1302 ist jeweils eine Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) vorgesehen, die mit dem jeweiligen Sensorelement 1302 und mit den ihr direkt, das heißt unmittelbar benachbart angeordneten Verarbeitungseinheiten kommunizieren, das heißt Daten austauschen, kann.

Die Linienrichtung, das heißt die zu ermittelnde Vorzugsrichtung für einen Bildbereich wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer niedrigeren Abtastrate erfasst als das Fingerabdruck-Bild 200 selbst.

In diesem Zusammenhang wird das Fingerabdruck-Bild 200 in mehrere regelmäßige Bereiche, die oben beschriebenen Bildbereiche, aufgeteilt, die jeweils für einen abgetasteten Richtungswinkel stehen, das heißt die entsprechende Richtung, im weiteren als Vorzugsrichtung bezeichnet, repräsentiert.

Jedem Bildbereich, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Sensorelementen 1302 und somit eine Vielzahl von Verarbeitungseinheiten aufweist, ist eine zentrale Richtungsermittlungs-Einheit zugeordnet, die die Richtung, das heißt die Vorzugsrichtung, unter Berücksichtigung aller in diesem Bereich enthaltenen Bildpunkte, das heißt Sensorelementen 1302 ermittelt.

Dafür werden zwei Datenübertragungssysteme vorgesehen:

• - ein erstes vorgesehenes Datenübertragungssystem zur Übermittlung der Bildinformationen von der Verarbeitungseinheiten an die zentrale Übertragungsvermittlungseinheit, sowie
• - ein zweites Datenübertragungssystem zur Übermittlung der bestimmten Vorzugsrichtung von der zentralen Richtungsermittlungs-Einheit zurück an die Verarbeitungseinheit für die Einstellung der oben dargestellten Richtungsfilter 107 in jedem Sensorelement 1302 des entsprechenden Bildbereichs.

Innerhalb jedes Bildbereichs wird die Vorzugsrichtung der sich darin erstreckenden Strukturlinien 202 des Fingerabdrucks 201 bestimmt.

Der Bildbereich kann beispielsweise bei der oben angesprochenen Geometrie aus einer quasi hexagonalen Pixelmatrix bestehen.

Die Bestimmung der Vorzugsrichtung einer Strukturlinie innerhalb eines Bildbereichs erfolgt aus dem binarisierten ersten tiefpass-gefilterten Fingerabdruck-Bild 230.

Die Verarbeitungseinheit jedes Pixels, das heißt jedes Sensorelements 1302 wertet die Zustände, das heißt die Helligkeitsinformationen seiner nächsten Nachbar- Sensorelemente 1302 aus und, falls er selbst Teil einer Strukturlinie des Fingerabdrucks ist, ordnet er sich selbst einer Richtung zu.

Diese Vorgehensweise funktioniert insbesondere dann sehr fehlerrobust, wenn die Strukturlinien nur eine Breite von einem Pixel aufweisen.

Sie werden aus diesem Grund aus dem [1] beschriebenen Verfahren, das heißt unter Verwendung der [1] beschriebenen binären Operatoren ausgedünnt.

Die Vorzugsrichtung in jedem auf dem ausgedünnten Fingerabdruckmuster liegenden Bildpunkt wird dann aus der Konfiguration der Nachbarpixel mit den in den Fig. 3a bis Fig. 3f dargestellten vorgegebenen und gespeicherten möglichen Vorzugsrichtungen verglichen, wobei jeweils in den Fig. 3a bis Fig. 3f schwarz gezeichnete hexagonale Elemente als Sensorelemente 301 symbolisieren, dass sie Sensorelemente 301 repräsentieren, durch die eine Strukturlinie 202 des Fingerabdrucks 201 verläuft.

Wie in Fig. 3a dargestellt ist, wird für eine erste Vorzugsrichtung 310 von 0E überprüft, ob der untersuchte Pixel zu der Strukturlinie gehört, und ob die Nachbarn, das heißt die Nachbarpixel links und rechts von dem betrachteten Pixel, der jeweils in der Mitte der in den Fig. 3a bis Fig. 3f dargestellten Pixel 311 als Zentral-Pixel 311 dargestellt ist, ebenfalls auf der Strukturlinie des Fingerabdrucks 201 liegen.

Eine zweite mögliche Vorzugsrichtung 320 ist in seinen zwei möglichen Varianten 321, 322 in Fig. 3b dargestellt. Die zweite Vorzugsrichtung 320 beschreibt eine Vorzugsrichtung von 30E bezogen auf eine horizontale Bezugsachse.

Anschaulich wird durch die zweite Vorzugsrichtung 320 aufgrund der hexagonalen Struktur der sieben jeweils lokal betrachteten Sensorelemente 1302 eine in im wesentlichen 30E-Richtung verkaufende Zickzack-Linie erfasst.

Um den zweiten möglichen Vorzugswinkel 320 von 30E zu erfassen, sind zwei Vergleichsmuster 321, 322 vorgesehen, wobei zur Detektion der zweiten Vorzugsrichtung 320 die Deckungsgleichheit mit einem der beiden Vergleichmuster 321, 322 genügt, das heißt die beiden Vergleichsmuster 321, 322 werden im Rahmen der Auswertung in einer im weiteren dargestellten Logikschaltung logisch "ODER" verknüpft.

Eine dritte Vorzugsrichtung 330 von 60E bezüglich der horizontalen Bezugsrichtung ist in Fig. 3c dargestellt.

Fig. 3d zeigt für eine vierte mögliche Vorzugsrichtung 340 von 90E bezüglich der horizontalen Bezugsrichtung zwei Vergleichsmuster 341, 342, die in entsprechender Anwendung der zweiten Vorzugsrichtung 320 jeweils zu deren Klassifikation logisch "ODER" in der Logikschaltung miteinander verknüpft werden.

Eine fünfte Vorzugsrichtung 350, die eine Richtung von 120E bezogen auf die horizontale Bezugsachse beschreibt, ist in Fig. 3e dargestellt.

Eine sechste Vorzugsrichtung 360 von 150E bezüglich der horizontalen Bezugsrichtung zeigt Fig. 3f jeweils mit wiederum zwei Vergleichsmustern 361, 362 die zur Klassifikation in der Logikschaltung logisch "ODER" miteinander verknüpft sind.

Für jede der sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 wird gemäß einem im Weiteren beschriebenen Verfahren jeweils die Anzahl von Pixeln innerhalb eines Bildbereichs ermittelt und gespeichert, die diese Vorzugsrichtung für sich bestimmt haben.

Fig. 4a zeigt beispielhaft eine Messung einer Konfiguration eines Bildbereichs mit Kantenlänge k = 10 Sensorelementen 1302, das heißt Pixeln.

Fig. 4b zeigt ein akkumuliertes Zählergebnis als Balken 411, 413, 414, 415 für alle sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 für die in Fig. 4a dargestellten Strukturlinien 401, 402, 403, 404 in einem Histogramm 410.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird diejenige Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, oder 360 ausgewählt und dem Bildbereich 400 als letztendlich "abgetastete" Vorzugsrichtung zugeordnet, die die höchste Anzahl ermittelter Vorzugsrichtungen der jeweiligen Sensorelemente 1302 in dem Bildbereich 400 aufweist, gemäß dem in Fig. 4a und Fig. 4b dargestellten Beispiel die sechste Vorzugsrichtung 360 mit 150E bezogen auf die horizontale Bezugsachse, symbolisiert durch einen Balken 411 in dem Histogramm 410.

Ferner zeigt das Histogramm 410 einen Mittelwert 412, der einen statistischen Mittelwert der ermittelten Vorzugsrichtung über alle möglichen Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 beschreibt.

Im Weiteren wird ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel für eine Realisierung der Richtungsermittlungs-Einheit für einen Bildbereich 400 näher erläutert.

Unter der Voraussetzung, dass die zu untersuchenden ausgedünnten Strukturlinien des Fingerabdrucks in dem Bildbereich 400 nur einen Pixel breit sind, genügt es, für jede zu detektierende mögliche Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 die Zustände, das heißt die jeweilige Helligkeitsinformation von genau zwei dem jeweils abgefragten, das heißt aktuell berücksichtigten Pixel unmittelbar benachbart angeordneten Nachbarpixeln zu ermitteln.

Die in Fig. 5 dargestellte Logikschaltung 500 zur Realisierung der Richtungsermittlungs-Einheit weist insbesondere den Vorteil einer leistungssparenden und platzsparenden Schalterlogik auf.

Die Logikschaltung 500 zur Richtungsermittlung weist für jede berücksichtigte mögliche Vorzugsrichtung (i = 1, . . ., 6) einen Eingang Ri auf, den er bei der entsprechenden Nachbarkonstellation, das heißt bei entsprechender Existenz von auf einer Strukturlinie sich befindenden Bildpunkten der jeweiligen Nachbarpixel gemäß den berücksichtigten möglichen Vorzugsrichtungen auf einem gemeinsamen Ausgang 501 durchschaltet.

Die Logikschaltung 500 weist einen Demultiplexer 502 auf sowie eine Vielzahl von MOS-Feldeffekttransistoren 503.

Durch die Eingabe eines Richtungscodes RC 504 in den Demultiplexer 502, wobei der Richtungscode RC 504 eine Wortbreite von 3 Bit, wie in der Tabelle 1 dargestellt ist, aufweist, legt der Demultiplexer 502 entsprechend dem Richtungscode RC 504 jeweils einen der sechs verschiedenen Eingängen R1 auf ein vorgegebenes elektrisches Potential, welches, wenn es durch die Transistorschaltung 505 durchgeschaltet wird, ausreicht, um ein an den Ausgang 501 der Logikschaltung 500 angeschlossenes Register (nicht dargestellt) umzuschalten.

Die Vorzugsrichtungen 320, 340, 360, die jeweils zwei alternative Vergleichsmuster enthalten, werden durch zwei parallele Pfade repräsentiert, die in logischer "ODER" Verknüpfung ansteuerbar sind.

In der Logikschaltung 500 kann es grundsätzlich vorkommen, das beispielsweise bei Verzweigungen einer Strukturlinie innerhalb eines betrachteten lokalen Bereichs von sieben Pixeln mehrere Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 aktiviert werden und verschiedene Eingänge Ri miteinander verbunden werden.

Aus diesem Grund ist es vorgesehen, dass der Demultiplexer 502 diese Eingänge Ri entweder auf einen gemeinsames definiertes Bezugspotential legt oder hochohmig abtrennt.

Wird der Demultiplexer 502, wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel, ebenfalls in einer Schalterlogik realisiert, so ist diese Anforderung erfüllt.

Tabelle 1 zeigt die unterschiedlichen Ansteuerungen der in Fig. 5 dargestellten Transistoren 503 abhängig von dem dem Demultiplexer 502 zugeführten Richtungscode RC 504.

Tabelle 1

Ansteuerungs-Wertetabelle für Demultiplexer 502

An mit den Gates der jeweiligen MOS-Feldeffekttransistoren 503 verbundenen Nachbar-Pixel-Eingängen 506, 507, 508, 509, 510, 511 ist entsprechend der zu erkennenden Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 das Helligkeitsinformations-Signal N1 des jeweiligen benachbarten Pixels angelegt, wobei mit N1 die Helligkeitsinformation des jeweiligen "rechten" Nachbarpixels 312 bezeichnet wird (liegt der erste Bildpunkt 312 auf einer Strukturlinie, so wird ein High-Pegel als Ansteuerungssignal an den entsprechenden Eingang N1 gelegt).

An einen zweiten Nachbar-Pixel-Eingang 507 wird die Helligkeitsinformation N2 des jeweils zweiten Nachbarpixels 313 angelegt.

An einen dritten Nachbar-Pixel-Eingang 508 wird die Helligkeitsinformation N3 des dritten Nachbar-Pixels 314 angelegt.

An einen vierten Nachbar-Pixel-Eingang 509 wird die Helligkeitsinformation N4 des vierten Nachbar-Pixels 315 angelegt.

An einen fünften Nachbar-Pixel-Eingang 510 wird die Helligkeitsinformation N5 des fünften Nachbar-Pixels 316 angelegt.

An einen sechsten Nachbar-Pixel-Eingang 511 wird das Helligkeitsinformationssignal N6 des sechsten Nachbar-Pixels 317 angelegt.

Der Demultiplexer 502 wählt gemäß der in Tabelle 1 dargestellten Steuerungstabelle einen seiner sechs Ausgänge die mit den Eingängen der Transistorschaltung 505 verbunden sind, für die sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 durch den entsprechenden Richtungscode RC 504 aus.

Wird wie gemäß diesem Ausführungsbeispiel für den Richtungscode RC 504 eine Bit-Länge von 3 Bit gewählt, so verbleiben noch zwei freie Bit-Kombinationen, so dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine erste Bitkombination RC = 000 die Richtungserkennung deaktiviert.

Ein Generator des Richtungscodes RC 504 wird durch einen von außen getakteten Zähler (nicht dargestellt) in dem Pixel- Element, das heißt Sensorelement 1302, realisiert.

Dieser erzeugt als Voreinstellung die erste Bitkombination RC = 000 und zählt sukzessive zur Richtungserkennung von dem Zählerstand RC = 001 bis zu dem Zählerstand RC = 110 durch gemäß Tabelle 1.

Bei dem Zählerstand, das heißt bei den Richtungscode, RC = 111 erfolgt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Auswertung der Logikschaltung 500.

Fig. 6 zeigt schematisch die Struktur der Schaltungsanordnung in einem Pixel-Element, das heißt in einen Sensorelement 1302.

Das Pixel-Element 600 gemäß Fig. 6 weist eine Sensorschaltung für die binäre Bildverarbeitung 601 auf, wie in [1] beschrieben.

Die Sensorschaltung 601 wird über einen Steuer- und Takteingang 602 mittels Steuersignalen und Taktsignalen gesteuert und getaktet.

Ein binäres Bildsignal 602 als Ausgangssignal der Sensorschaltung 601 stellt eine Pixelinformation, das heißt die Helligkeitsinformation des jeweiligen Sensorelements 1302 in dem Fingerabdruck-Bild 200 dar.

Wenn der Pixel nach dem Ausdünnen der Strukturlinien selbst noch zu einer Strukturlinie gehört, wird der Demultiplexer 502 aktiviert.

In diesem Fall werden die Helligkeitsinformations-Signale N1, N2, N3, N4, N5, N6 der Nachbarpixel-Eingänge 506, 507, 508, 509, 510, 511 gemäß Fig. 5 interpretiert und das binäre Ergebnis, ob der Pixel zu der durch den Richtungscode RC 504 vorgegebenen möglichen Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 gehört oder nicht, wird in einem Richtungs- Schieberegister 603 übernommen.

Das Richtungs-Schieberegister 603 hat eine Schieberegister- Funktion und ist mit den Richtungs-Schieberegistern benachbarter Pixel, das heißt benachbarter Sensorelemente 1302 in eindimensionaler Weise verbunden, so dass die Information an die Auswertungseinheit 117 jeweils weitergeleitet wird.

Fig. 7 zeigt die Implementierung des Richtungs-Schieberegisters 603 für einen Bildbereich 400 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das heißt für alle Sensorelemente 1302 innerhalb eines Bildbereichs 400.

Die Verarbeitungseinheiten der Sensorelemente 1302 in einem Bildbereich 400 sind in einer Schieberegister-Kette 701 seriell miteinander verbunden.

Die Ergebnisse für jede der berücksichtigten möglichen sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 werden von einem Zähler 702 ermittelt, wie im Folgenden näher erläutert wird.

Nach dem Ausdünnen der Strukturlinien in dem Fingerabdruck- Bild 200 wird ein erstes Richtungstaktsignal 604 global an die Pixel des Bildbereichs 400 angelegt.

Ein Richtungszähler 605 schaltet den Richtungscode RC 504 von einem ersten Richtungscode-Wert RC = 000 auf einen zweiten Richtungscode-Wert RC = 001 entsprechend der ersten Vorzugsrichtung 310 von 0E.

Die Ausgangs-Schieberegister der Pixel übernehmen jeweils die individuell Richtungszugehörigkeit des jeweiligen Pixels 1302 (logisch "1" oder "0") und werden anschließend in einen Schieberegister-Modus umgeschaltet.

Die Schieberegister der Pixel 1302 innerhalb eines Bildbereichs 400 sind seriell miteinander gemäß der Darstellung in Fig. 7 in der Schieberegister-Kette 701 verbunden, so dass bei einer anschließenden Zählertaktung durch ein Zählertaktsignal 606 die Informationen in einem gemeinsamen Pixel-Zähler 702 geschoben werden.

Der Pixel-Zähler 702 zeigt nach dem vollständigen Schiebe- Vorgang für eine Vorzugsrichtung, die dem Richtungscode entspricht, die Anzahl der zu dieser Vorzugsrichtung jeweils gehörenden Pixel 1302 an, das heißt derjenigen Pixel, für die diese Vorzugsrichtung ermittelt worden ist.

Eine Auswerteschaltung 800 der zentralen Richtungsermittlungs- Einheit ist in Fig. 8 dargestellt.

Die Auswerteschaltung 800 weist

• - das Richtungsschieberegister 603 des jeweiligen Bildbereichs,
• - den Richtungszähler 605,
• - den Pixelzähler 702,
• - ein Richtungscode-Register 801,
• - ein Maximum-Register 802,
• - ein logisches UND-Gatter 803,
• - eine Additionseinheit 804,
• - ein Summenregister 805, sowie
• - einen Komparator 806 und
• - einen Schalter 817 auf.

Der Richtungszähler 605 und das Richtungs-Schieberegister 603 werden von dem Richtungstaktsignal 604 angesteuert.

Der Richtungszähler 605 erzeugt den Richtungscode RC 504 entsprechend dem Richtungstakt-Signal 604 und führt den Richtungscode RC 504 dem Richtungscode-Register 801 zu, in welchem der Richtungscode RC 504 gespeichert wird.

Das Richtungs-Schieberegister 603 sowie der Pixelzähler 702 werden beide von dem Zählertaktsignal 606 getaktet.

Das Maximum-Register 802, welches jeweils den Wert des maximalen Zählerstandes des Richtungs-Zählers 702 für eine mögliche Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 gespeichert hat, ist zu Beginn des Verfahrens auf den Wert "0" initialisiert.

Wurden für die erste Vorzugsrichtung 310 Pixel mit darin sich befindenden Strukturlinien gezählt, so ist zu diesem Zeitpunkt der Wert des Pixelzählers 702 für die erste Vorzugsrichtung 310 von 0° größer als der Ausgang des Maximum-Registers 802 und der Wert g des Ausgangs 807 des Komparators 806 weist einen High-Pegel, das heißt einen logischen Wert "1" auf.

Ist der erste der sechs Zählvorgänge, das heißt die Überprüfung der ersten Vorzugsrichtung 310 abgeschlossen, so erfolgt ein Impuls des Register-Taktsignals 808, mittels dem sowohl das Richtungscode-Register 801 als auch das Maximum- Register 802 und das Summenregister 805 angesteuert werden.

Mit dem zu diesem Zeitpunkt noch anliegenden Ergebnis an dem Komparator 806 sind der Freischaltungs-Eingang (Enable- Eingang) 809 des Maximum-Registers 802 und der Freischaltungs- Eingang 810 des Richtungscode-Registers 801 aktiviert, so dass das Maximum-Register 802 den neuen, das heißt aktuell anliegenden Wert übernimmt.

Das Richtungscode-Register 801 übernimmt ferner den aktuellen Wert des Richtungscodes RC 504.

Anschließend folgt ein neuer Impuls des Richtungs-Taktsignals 604 und es wird ein neuer Wert des Richtungscodes RC 504 angelegt.

Daraufhin wird der Pixelzähler 702 auf den Wert "0" zurückgesetzt.

Die Zählung, gesteuert durch das Zählertaktsignal 606 wird erneut durchgeführt.

Wenn der neue Zählerstand des Pixelzählers 702 größer ist als der zuletzt in dem Maximum-Register 802 gespeicherte Wert, so wird er zusammen mit dem neuen Wert des jeweiligen Richtungscodes RC 504 bei einem Registertakt-Impuls 808 in das Maximum-Register 802 beziehungsweise das Richtungscode- Register 801 übernommen.

So bleibt nach Überprüfung, das heißt Durchlaufen aller berücksichtigten möglichen Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 schließlich der Richtungscode RC 504 der ausgewählten Vorzugsrichtung und sein zugehöriger Zählerstand des Pixelzählers 702 in den Richtungscode-Register 801 bzw. dem Maximum-Register 802 gespeichert.

Währenddessen werden für eine Krümmungsbewertung der Pixelzählerstände des Pixelzählers 702 für alle sechs Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 in dem Summenregister 805 aufsummiert.

Nach erfolgter Zählung aller möglichen Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 wird der Schalter 817 von einer ersten Schalterposition 811 in eine zweite Schalterposition 812 umgeschaltet und das um einen Bit zum Least Significant Bit (LSB) hin verschobene Ergebnis des Gesamtzählerstandes des Summenregisters 805 wird an einen zweiten Eingang 813 des Komparators 806 angelegt, wobei an dem ersten Eingang 814 des Komparators das Ausgangssignal des in dem Maximum-Register 802 gespeicherten Werts angelegt ist.

Somit wird der durch den Faktor zwei dividierte Gesamtzählerstand mit dem Zählerstand der entsprechenden Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 aus dem Maximum- Register 802 mittels des Komparators 806 verglichen.

Ist der Zählerstand der ausgewählten Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360, wie er in dem Maximum-Register 802 gespeichert ist, größer als der in dem Summenregister 805 gespeicherte Wert, so gelangt der Richtungscode 815 der ausgewählten Vorzugsrichtung aus dem Richtungscode-Register 801 an einen Richtungscode-Eingang 607 eines adaptiven Diffusionsnetzwerks 608.

In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der Richtungscode-Wert 815 durch das UND-Gatter 803 durchgeschaltet wird, wobei der Ausgang 816 des UND-Gatters 803 mit dem Richtungscode-Eingang 607 des adaptiven Diffusionsnetzwerks 608 verbunden ist.

Ist dies nicht der Fall, so liegt an dem Ausgang des UND- Gatters 816 der logische Wert "000" an und damit an dem Richtungscode-Eingang 607 des adaptiven Diffusionsnetzwerks 608 der Richtungscode RC_Filter = 000.

Von dem Richtungscode-Eingang 607 des adaptiven Diffusionsnetzwerks 608 wird dem adaptiven Diffusionsnetzwerk der Richtungscode zur eigentlichen Richtungsfilterung 816 übermittelt.

Ist der Wert des Richtungscodes RC_Filter = 000, so findet in dem entsprechenden Bildbereich 400 keine Filterung statt; alternativ wird eine richtungsunabhängige Tiefpass-Filterung des jeweiligen Bildbereichs durchgeführt.

Im Rahmen der Detektion der Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 sollte insbesondere ein geeignetes Abtasttheorem eingehalten werden.

Dies bedeutet, dass eine Möglichkeit gefunden werden sollte, eine zu hohe Krümmung der Strukturlinien innerhalb eines Bildbereichs 400 zu erfassen, um in diesem Fall eine richtungsabhängige Tiefpassfilterung zu vermeiden.

Es hat sich herausgestellt, dass der Wert des Zählerstands des Pixel-Zählers 702 für die Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 mindestens 50% von dem Gesamtzählerstand, der in dem Summenregister 805 gespeichert ist, betragen sollte, damit die Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 eindeutig und robust erkannt wird.

Wenn die Linienkrümmung einer Strukturlinie in dem Bildbereich 400 des Fingerabdrucks zu groß ist, so ist das Maximum in der Richtungsverteilung nicht ausreichend ausgeprägt, was mit einfachen Regeln für die sechs Zählerstände des jeweiligen Pixel-Zählers 702 erkannt wird.

Im folgenden wird ein Ansatz zur lokalen Bewertung der Bildqualität erläutert.

Die Bildqualität eines Bildbereichs 400 schwankt in einem üblichen Fingerabdruck-Bild 200 erheblich zwischen unterschiedlichen Bildregionen.

Zunächst wird ein Randbereich des betrachteten gesamten Bildbereichs ermittelt, da ein Finger üblicherweise den Fingerabdruck-Sensor 1300 nicht vollständig bedeckt.

In den Randbereichen werden in dem Binär-Bild häufig Rauschen und stochastische Muster zu erkennen sein, die durch Verunreinigungen des Sensors verursacht werden.

Das Rauschen und die stochastischen Muster sind in dem Binär- Bild durch eine annähernd gleichmäßige Verteilung schwarzer wie weißer Pixel und Pixelgruppen ermittelbar, wodurch sich auch eine gleichmäßige Richtungsverteilung ergibt, wenn nach dem Ausdünnen der entsprechenden Pixelgruppen noch Strukturlinien vorhanden sind.

Solche Strukturlinien sind üblicherweise sehr kurz und die Gesamtzahl der gezählten Pixel als Elemente der Strukturlinien pro Bildbereich, die eine Vorzugsrichtung beschreiben, wird somit relativ klein sein.

In diesem Fall ist die Richtungsverteilung, das heißt die Verteilung der Vorzugsrichtungen, insbesondere deren Zählerstände, relativ gleichmäßig, so dass das Kriterium des Abtasttheorems in diesem Fall oftmals nicht erfüllt ist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist aus diesem Grund ein Schwellenwert für einen Zählerstand vorgesehen, ab dem die Vorzugsrichtung in der Größenordnung des Rauschens liegt und somit nur ein verrauschter Bildbereich erkennbar ist.

Zur Ermittlung der Bildrandbereiche wird die Krümmungserkennung berücksichtigt.

Das Ziel der Krümmungserkennung der Strukturlinien innerhalb eines Bildbereichs 400 ist, die Dominanz einer Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 in der Richtungsverteilung zu bewerten.

Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass für den Fall, dass eine Vorzugsrichtung 310, 320, 330, 340, 350, 360 in der Richtungsverteilung sehr dominant ist, dann die Anteile anderer Vorzugsrichtungen entsprechend gering ausfallen müssen.

Aus diesem Grund wird eine zusätzliche Bewertung der kleineren Zählerstände anderer Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 als der ausgewählten Vorzugsrichtung mit berücksichtigt.

Ein Rückweisungskriterium, welches gemäß diesem Ausführungsbeispiel für ein Nicht-berücksichtigen eines Bildbereichs aufgrund zu geringer Bildqualität eingesetzt wird, ist, dass, wenn in einem Bildbereich 400 nicht mindestens zwei Vorzugsrichtungs-Zähler-Werte die Grenze von 3/8 des statistischen Mittelwerts und damit 1/16 der Gesamtanzahl ermittelter Bildpunkte einer Strukturlinie in dem jeweiligen Bildbereich 400 unterschreiten, der entsprechende Bildbereich 400 als zu stark verrauscht angesehen wird und somit im Rahmen des weiteren Verfahrens bei der Betrachtung von Minutien in diesen Bildbereichen nicht berücksichtigt wird.

Diese Bildbereiche werden zwar in der Bildfilterung selbst mit berücksichtigt, aber alle in diesem Bildbereich in weiteren Verarbeitungsschritten ermittelten Minutien werden als ungültig deklariert und somit nicht berücksichtigt.

Die Filterung der Bildbereiche 400, deren Minutien später nicht berücksichtigt werden, ist erforderlich, um an den Randbereichen der Bildbereiche 400 insbesondere an denen zu gültigen Bildbereichen 400, den Strukturlinienverlauf stetig zu interpolieren.

Ein Ausbleiben der Richtungsfilterung in ungültigen Bildbereichen, das heißt in Bildbereichen mit zu geringer Bildqualität, würde an den Übergängen zu gültigen Bildbereichen 400 zu einer erhöhten Fehlerrate führen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dies dadurch gewährleistet, dass die Gesamtzahl der ermittelten Pixel, die je einer Linie zugehören, um vier Bit in Richtung des Least Significant Bit verschoben werden, was einer Division durch den Wert 16 entspricht.

Anschließend wird dieser Wert mit den jeweils einzeln gespeicherten Zählerständen der weiteren Vorzugsrichtungen 310, 320, 330, 340, 350, 360 verglichen.

Fig. 9a zeigt ein weiteres Fingerabdruck-Bild 900 mit relativ schlechter Bildqualität insbesondere in den Randbereichen 901, 902, 903, 904.

Fig. 9b zeigt die Bildbereiche 910 des zweiten tiefpass­ gefilterten Fingerabdruck-Bildes 905 als dunkel markiert, die hinsichtlich der Ermittlung der Minutien nicht berücksichtigt werden.

Anschaulich wird durch den nicht ausgeblendeten Teil des zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bildes 905 der Bereich repräsentiert, in dem der Finger des zu identifizierenden Benutzers des Fingerandruck-Sensors 1200 vollständig aufliegt und in dem die Linien des Fingerabdrucks auch sinnvoll mit ausreichender Genauigkeit voneinander zu unterscheiden sind und somit ausreichend verlässlich verwertbare Informationen enthalten.

Die Interpolation der Strukturlinien des Fingerabdrucks findet durch eine eindimensionale Tiefpassfilterung statt und zwar jeweils in der durch das oben beschriebene Verfahren ermittelten Vorzugsrichtung, die dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet ist.

Für diese gerichtete zweite Tiefpassfilterung sind unterschiedliche Impulsantworten als Realisierungsansatz denkbar, beispielsweise eine gaussförmige Impulsantwort oder eine rechteckförmige Impulsantwort.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein analoges resistives Diffusionsnetzwerk 1000 gewählt, wie in Fig. 10 dargestellt.

Alternativ kann auch ein analoges kapazitives Diffusionsnetzwerk mit Kapazitäten anstelle von elektrischen Widerständen eingesetzt werden.

Das in Fig. 10 dargestellte herkömmliche Pi-Diffusionsnetzwerk 100 weist eine Vielzahl lateraler Widerstände R und vertikaler Leitwerte G auf, wodurch das Pi-Diffusionsnetzwerk 1000 eine exponentiell abfallende Impulsantwort aufweist bei Anlegen einer Spannung U₀ mittels einer Spannungsquelle 1001.

Für die Strukturlinien-Interpolation kann jedoch gemäß einer alternativen Ausführungsform ein Diffusionsnetzwerk 1100 mit Zwischenknoten, wie in Fig. 11 dargestellt, eingesetzt werden, mit dem eine gaussähnliche Impulsantwort implementiert wird.

Fig. 11 zeigt für jedes Pixel 1101, 1102, 1103, für das jeweils eine eigene Spannungsquelle 1104, 1105, 1106 angenommen wird, jeweils eine Parallelschaltung 1107, 1108, 1109 auf.

Jede Parallelschaltung 1107, 1108, 1109 weist jeweils zwei Serienschaltungen 1110, 1111, 1112, 1113, 1114, 1115, jeweils zweier elektrischer Widerstände R₁, R₂, alternativ zweier elektrischer Kapazitäten, auf.

Jeweils über einen Zwischenknoten 1116, 1117, der zwischen den zwei elektrischen Widerständen R₁, R₂ angeordnet ist, sind zwei Parallelschaltungen 1107, 1108, 1109 zweier benachbarter Pixel 1101, 1102, 1103 miteinander verbunden.

Die in Fig. 11 dargestellten Spannungsquellen 1104, 1105, 1106 können beispielsweise mittels der in [1] dargestellten Sensorschaltung beschrieben werden, die die lokale Fingerkapazität in einen Wert einer elektrischen Spannung umwandelt.

An einem Ausgang 1118, 1119, 1120 einer Parallelschaltung liegt jeweils über einem weiteren elektrischen Widerstand R3 eine Ausgangsspannung U_-1,aut, U_0,aut, U_1,aut, an.

Das für die Binär-Bild-Gewinnung durch Vergleich mit dem Sensorsignal erforderliche Referenzsignal wird sowohl an den Absolut-Wert als auch an den globalen Helligkeitsverlauf des Verlaufs des Sensorsignals angepasst.

Aus diesem Grund wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Tiefpass-Filterung des Original-Signals, das heißt des Fingerabdruck-Bildes 200, wie in Fig. 2c beispielhaft dargestellt, durchgeführt.

Als Alternative zu einer Tiefpass-Filterung ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, einen Mittelwert der Werte der Pixel innerhalb des Bildbereichs zu ermitteln.

Die Bildbereiche 400, in denen die Mittelwertbildung vorgenommen wird, müssen nicht die gleiche Größe oder Form aufweisen wie die zur Richtungsdetektion verwendeten Bildbereiche.

Im Rahmen einer schaltungstechnischen Realisierung der Binarisierung ist es erforderlich, dass das Ausgangssignal eines Tiefpass-Filters den gleichen Mittelwert besitzt wie das des zu binarisierenden Sensorsignals.

Im Falle des Einsatzes eines resistiven Maschen-Netzwerks ist es gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Maschen-Netzwerk in mehrfacher Ausfertigung zu implementieren, wie in Fig. 12 dargestellt, so dass eines für die Tiefpass-Filterung des Fingerabdruck-Bildes und damit zur Referenzbild-Gewinnung, das heißt zur Erzeugung des Referenz-Fingerabdruck-Bildes dient, während das andere wahlweise bei Trennung der Maschen von den Nachbarpixeln das ungefilterte Fingerabdruck-Bild oder bei Verbindung der Maschen mit den entsprechenden Nachbarpixeln das richtungsgefilterte Signal liefert, wie aus Fig. 12 ersichtlich.

In diesem Dokument ist folgende Veröffentlichung zitiert:
[1] S. Jung, Capacitive CMOS Fingerprint Sensor with On-Chip Parallel Signal Processing, Forschungs-Report, VDE- Verlag, ISBN 3-8007-2533-9, 2000

Bezugszeichenliste

100

Blockdiagramm

101

Eingangsdaten

102

Erste Tiefpass-Filterung

103

Vergleich Fingerabdruck-Bild mit Referenz-Fingerabdruck- Bild

104

Ausdünnen

105

Richtungsdetektion

106

Richtungsfeld

107

Richtungsfilter

108

Vergleich richtungs-gefiltertes Bild mit Referenz- Fingerabdruck-Bild

109

Invertierung

110

Ausdünnen

111

Invertiertes zweites Fingerabdruck-Bild

113

Ausdünnen

114

Zweites binarisiertes ausgedünntes Fingerabdruck-Bild

115

Minutien-Extraktion

116

Minutien

117

Auswertereinheit

200

Fingerabdruck-Bild

201

Fingerabdruck

202

Strukturlinien Fingerabdruck

210

Referenz-Fingerabdruck-Bild

220

Erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild

230

Ausgedünntes lokal korrigiertes erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild

231

Bildbereich

232

Vorzugsrichtung Bildbereich

240

Zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild

250

Korrigiertes zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild

301

Auf Linie sich befindende Bildbereich

310

Erste Vorzugsrichtung

311

Zentral-Pixel

312

Erstes Nachbar-Pixel

313

Zweites Nachbar-Pixel

314

Drittes Nachbar-Pixel

315

Viertes Nachbar-Pixel

316

Fünftes Nachbar-Pixel

317

Sechstes Nachbar-Pixel

320

Zweite Vorzugsrichtung

321

Erstes Vergleichsmuster erste Vorzugsrichtung

322

Zweites Vergleichsmuster erste Vorzugsrichtung

330

Dritte Vorzugsrichtung

340

Vierte Vorzugsrichtung

341

Erstes Vergleichsmuster vierte Vorzugsrichtung

342

Zweites Vergleichsmuster vierte Vorzugsrichtung

350

Fünfte Vorzugsrichtung

360

Sechste Vorzugsrichtung

361

Erstes Vergleichsmuster sechste Vorzugsrichtung

362

Zweites Vergleichsmuster sechste Vorzugsrichtung

400

Bildbereich

401

Strukturlinie

402

Strukturlinie

403

Strukturlinie

404

Strukturlinie

410

Histogramm

411

Balken

412

Mittelwert aller Zählerstände

413

Balken

414

Balken

415

Balken

500

Richtungsermittlungs-Einheit

501

Ausgang

502

Demultiplexer

503

MOS-Feldeffekttransistor

504

Richtungscode

505

Transistorschaltung

506

Nachbar-Pixel Eingang

507

Nachbar-Pixel Eingang

508

Nachbar-Pixel Eingang

509

Nachbar-Pixel Eingang

510

Nachbar-Pixel Eingang

511

Nachbar-Pixel Eingang
R1 Eingang Transistorschaltung
R2 Eingang Transistorschaltung
R3 Eingang Transistorschaltung
R4 Eingang Transistorschaltung
R5 Eingang Transistorschaltung
R6 Eingang Transistorschaltung
N1 Helligkeitsinformations-Signal
N2 Helligkeitsinformations-Signal
N3 Helligkeitsinformations-Signal
N4 Helligkeitsinformations-Signal
N5 Helligkeitsinformations-Signal
N6 Helligkeitsinformations-Signal

600

Schaltung Pixel-Einheit

601

Sensorschaltung

602

Steuereingang und Takteingang Sensorschaltung

602

Binäres Bildsignal

603

Richtungs-Schieberegister

604

Richtungstaktsignal

605

Richtungszähler

606

Zählertaktsignal

607

Ein Richtungseingang adaptives Diffusionsnetzwerk

608

Adaptives Diffusionsnetzwerk

701

Schieberegisterkette

702

Pixel-Zähler

800

Zentrale-Ermittlungs-Einheit

801

Richtungscode-Register

802

Maximum-Register

803

UND-Gatter

804

Addierer

805

Summen-Register

806

Komparator

807

Ausgang Komparator

808

Registertakt-Puls

809

Enable-Eingang Maximum-Register

810

Enable-Eingang Richtungscode-Register

811

Erste Schalterposition

812

Zweite Schalterposition

813

Erster Eingang Komparator

814

Zweiter Eingang Komparator

815

Gespeicherter Wert Richtungscode-Register

816

Ausgang und -Gatter

817

Schalter

900

Fingerabdruck-Bild

901

Randbereich Fingerabdruck-Bild

902

Randbereich Fingerabdruck-Bild

903

Randbereich Fingerabdruck-Bild

904

Randbereich Fingerabdruck-Bild

905

Zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild

910

Nicht berücksichtigter Bildbereich bei Minutien-Ermittlung

1000

Pi-Diffusionsnetzwerk

1001

Spannungsquelle
R lateraler elektrischer Widerstand
G vertikaler elektrischer Leitwert

1100

Diffusionsnetzwerk mit Zwischenknoten

1101

Pixel

1102

Pixel

1103

Pixel

1104

Spannungsquelle

1105

Spannungsquelle

1106

Spannungsquelle

1107

Parallelschaltung

1108

Parallelschaltung

1109

Parallelschaltung

1110

Serienschaltung

1111

Serienschaltung

1112

Serienschaltung

1113

Serienschaltung

1114

Serienschaltung

1115

Serienschaltung

1116

Zwischenknoten

1117

Zwischenknoten

1118

Ausgangsknoten

1119

Ausgangsknotenparallelschaltung

1120

Ausgang Parallelschaltung
U_-1,aut

Ausgangsspannung Parallelschaltung
U_0,aut

Ausgangsspannung Parallelschaltung
U_1,aut

Ausgangsspannung Parallelschaltung
R₁

elektrischer Widerstand Serienschaltung
R₂

elektrischer Widerstand Serienschaltung
R₃

elektrischer Widerstand Ausgang Parallelschaltung

1200

Vielfach-Maschen-Netzwerk

1300

Sensorschaltung

1301

Sensorelementegruppe

1302

Sensorelement

Claims (23)

1. Verfahren zum Bearbeiten eines Fingerabdruck-Bildes, das einen Fingerabdruck enthält,
bei dem das Fingerabdruck-Bild einer richtungsunabhängigen ersten Tiefpassfilterung unterzogen wird, wodurch ein erstes binarisiertes Fingerabdruck-Bild gebildet wird,
bei dem das erste binarisierte Fingerabdruck-Bild in eine Mehrzahl von Bildbereichen gruppiert wird,
bei dem für zumindest einen Teil der Bildbereiche jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird,
bei dem die ermittelte Vorzugsrichtung dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet wird,
bei dem das Fingerabdruck-Bild oder ein weiteres Fingerabdruck-Bild, das ebenfalls einen Fingerabdruck enthält, einer richtungsabhängigen zweiten Tiefpassfilterung unterzogen wird, wodurch ein zweites binarisiertes Fingerabdruck-Bild gebildet wird,
wobei die zweite Tiefpassfilterung für einen Bildbereich jeweils abhängig von der diesem Bildbereich zugeordneten Vorzugsrichtung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild zu Beginn des Verfahrens erfasst werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Fingerabdruck-Bild und/oder das weitere Fingerabdruck-Bild zu Beginn des Verfahrens mittels eines kapazitiven Verfahrens erfasst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Fingerabdruck-Bild einer Bildvorverarbeitung unterzogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem im Rahmen der Vorverarbeitung zumindest Linien, die den Verlauf des Fingerabdrucks beschreiben, ausgedünnt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem Bildbereiche mit im wesentlichen hexagonaler Form verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei dem für jeden Bildbereich jeweils eine Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird, und
bei dem die ermittelte Vorzugsrichtung dem jeweiligen Bildbereich zugeordnet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem zumindest für einen Teil der Bildbereiche die Bildqualität gemäß einem vorgegebenen Kriterium ermittelt wird, und
bei dem der Bildbereich im weiteren Verfahren zur Ermittlung von Minutien nur berücksichtigt wird, wenn die Bildqualität hinsichtlich des Kriteriums besser ist als ein vorgegebener Qualitätswert.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem in dem zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bild Minutien ermittelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem in dem zweiten binarisierten Fingerabdruck-Bild zumindest Linien, die den Verlauf des Fingerabdrucks beschreiben, ausgedünnt werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
bei dem die Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ermittelt wird, indem der Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich mit vorgegebenen möglichen Vorzugsrichtungen verglichen wird, und
bei dem die vorgegebene Vorzugsrichtung als Vorzugsrichtung für den Bildbereich bestimmt wird, die gemäß einem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
bei dem einem Bildbereich nur dann eine Vorzugsrichtung zugeordnet wird, wenn eine vorgegebene Vorzugsrichtung gemäß dem vorgegebenen Kriterium mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem jeweiligen Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt, und
bei dem für den Fall, dass eine vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks irr dem jeweiligen Bildbereich nicht ausreichend genau übereinstimmt, die zweite Tiefpassfilterung für diesen Bildbereich als richtungsunabhängige Tiefpassfilterung durchgeführt wird.

13. Fingerabdruck-Sensor,
mit einer Sensorschaltung zum Erfassen eines Fingerabdruck-Bildes,
mit einer Filterschaltung zum Filtern eines erfassten Fingerabdruck-Bildes,
mit einer Richtungsermittlungs-Einheit zum Ermitteln einer Vorzugsrichtung des Verlaufs des Fingerabdrucks in einem Bildbereich des Fingerabdruck-Bildes,
bei dem die Filterschaltung derart eingerichtet ist, dass sie eine richtungsabhängige Tiefpassfilterung eines Fingerabdruck-Bildes abhängig von einer ermittelten Vorzugsrichtung für einen Bildbereich des Fingerabdruck- Bildes durchführen kann, welchem Bildbereich diese Vorzugsrichtung zugeordnet ist.

14. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 13, bei dem die Sensorschaltung eine Mehrzahl von Sensorelementen zum Erfassen jeweils eines Bildbereichs eines Fingerabdruck- Bildes aufweist.

15. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 13 oder 14, bei dem für zumindest einen Teil der Sensorelemente jeweils eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist zum Verarbeiten des von dem jeweiligen Sensorelement erfassten Bildbereichs.

16. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 15, bei dem für jedes Sensorelement jeweils eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist zum Verarbeiten des von dem jeweiligen Sensorelement erfassten Bildbereichs.

17. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 15 oder 16, bei dem jede Verarbeitungseinheit jeweils mit den ihr unmittelbar benachbart angeordneten Verarbeitungseinheiten verbunden ist, so dass zwischen den verbundenen Verarbeitungseinheiten Daten ausgetauscht werden können.

18. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 14 bis 17,
bei dem jeweils mehrere Sensorelemente in Sensorelementegruppen gruppiert sind, und
bei dem zumindest für einen Teil der Sensorelementegruppen jeweils eine Richtungsermittlungs- Einheit vorgesehen ist.

19. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 18,
mit einer Logikschaltung, die derart eingerichtet ist, dass vorgegebene Vorzugsrichtungen durch diese ermittelbar sind,
bei dem die Richtungsermittlungs-Einheit einen Richtungsdemultiplexer aufweist, mit der die Logikschaltung entsprechend den vorgegebenen Vorzugsrichtungen angesteuert wird, so dass ermittelt wird, ob die angesteuerte vorgegebene Vorzugsrichtung mit dem Verlauf des Fingerabdrucks in dem entsprechenden Bildbereich ausreichend genau übereinstimmt.

20. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die Verarbeitungseinheiten einer Sensorelementegruppe über eine Schieberegisterkette seriell miteinander verbunden sind.

21. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 20, bei dem die Filterschaltung als Diffusionsnetzwerk ausgestaltet ist.

22. Fingerabdruck-Sensor nach Anspruch 21,
bei dem das Diffusionsnetzwerk für jedes Sensorelement eine Parallelschaltung mit mindestens zwei Serienschaltungen mit in Serie geschalteten Widerständen und/oder Kapazitäten aufweist,
wobei jeweils zwei Parallelschaltungen unterschiedlicher Sensorelemente miteinander über einen Zwischenknoten, der zwischen zwei der in Serie geschalteten Widerständen und/oder Kapazitäten liegt, verbunden sind.

23. Fingerabdruck-Sensor nach einem der Ansprüche 13 bis 22, bei dem die einzelnen Komponenten des Fingerabdruck-Sensors in einem Chip integriert sind.