DE2740483A1

DE2740483A1 - Merkmal-detektor

Info

Publication number: DE2740483A1
Application number: DE19772740483
Authority: DE
Inventors: John Philip Riganati; Visvaldis Alberts Vitols
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: De la Rue International Ltd
Priority date: 1976-09-10
Filing date: 1977-09-08
Publication date: 1978-03-16
Also published as: JPS5335344A; BR7706015A; DE2740483C2; GB1565115A; US4083035A; FR2364511B1; CH627571A5; AU2872377A; AU510995B2; FR2364511A1; JPS5727496B2; NL7709631A; CA1087315A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Merkmal-Detektor nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Mustererkennung und hierbei wiederum auf die Feststellung von Merkmalen in einem Binärbild von beispielsweise einem Fingerabdruck.

Die Verbreitung der verschiedenen kriminellen Aktivitäten in der heutigen Gesellschaft hat die verschiedenen, die Gesetze überwachenden Behörden in den Vereinigten Staaten ebenso wie in anderen Ländern der Welt dazu gezwungen, die Entwicklung von automatischen Fingerabdruck -Lesegeräten zu ermutigen. Aufgrund dieses Erfordernisses wurden bislang verschieden Arten von automatischen Fingerabdruck-Lesegeräten vorgeschlagen. Viele der automatischen Fingerabdruck-Lesegeräte, die in der jüngsten Vergangenheit vorgeschlagen wurden, basieren auf der Feststellung und Ortung von Erhebungsenden und Furchen in dem Fingerabdruck. Dieser Erhebungsenden und Furchen, die die feinen Merkmale eines Fingerabdruckes definieren, werden als Einzelheiten oder Merkmale bezeichnet. Es wird von vielen Fingerabdruck-Experten angenommen, dass solche auf diesen Merkmalen basierende Fingerabdruck-Lesegeräte das beste Mittel darstellen, um eine positive Identifikation zu gewährleisten.

Da die automatische Feststellung bestimmter Merkmale grundsätzlich ein Problem bei der Mustererkennung darstellt, wäre es am einfachsten, ein automatisches System für die Feststellung solcher Merkmale zu schaffen. Die Feststellung dieser Merkmale wird jedoch durch verschiedene Faktoren erschwert, so beispielsweise durch: 1) das bestimmte Merkmal tritt unter beliebigen Orientierungen auf; 2) es gibt Veränderungen in der Breite der Erhebung und in der Entfernung zwischen den ErhebungsZentren; 3) es gibt verschiedene anhaftende Fehler in allen Fingerabdrücken, wie beispielsweise

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Narben, Warzen usw.; 4) es treten falsche Erhebungsenden an den übergängen zwischen Fingerabdrücken und Narben auf; und 5) die Qualität der Fingerabdrücke variiert in grossem Umfang im Hinblick auf den Kontrast und die Klarheit. Infolgedessen sind in fast allen Fällen die vorgeschlagenen Fingerabdruck-Lesegeräte entweder zu komplex, zu wenig wirksam oder nicht betriebstauglich.

Beispielsweise ist vorgeschlagen, einen Grossrechner zur Steuerung der Abtastung eines Fingerabdruckes entlang eines vorgegebenen Musters zu benutzen und das sich ergebende komplexe elektrische Signal zu speichern. Demgemäss muss der Fingerabdruck zwecks Identifikation abgetastet werden, und es muss das sich ergebende komplexe elektrische Signal mit Jenen Signalen im Speicher eines Computers verglichen werden. Obgleich diese Lösung gut arbeiten mag, weist sie den allen grossen Datenverarbeitungssystemen anhaftenden Nachteil auf, der in dem enormen Aufwand an komplexer und kostspieliger Ausrüstung besteht.

Eine andere vorgeschlagene Lösung sieht die Verwendung holographischer Verfahren vor, wobei zwei Fingerabdrücke aneinander angepasst werden können oder der Ort bestimmter Merkmale auf Fingerabdrücken durch gleichzeitige Beleuchtung eines unbekannten Fingerabdruckes und einer bekannten Maske mit kohärentem Laserlicht und Feststellung der Übereinstimmungsstellen identifiziert werden kann. Aufgrund der Komplexität und der genauen, in typischen Fingerabdrücken vorliegenden Einzelheiten ist es jedoch nicht möglich gewesen, ein solches System zu schaffen, das zuverlässig arbeitet.

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Eine Anordnung gemäss der US-PS 3 o5o 711 benutzt eine Kathodenstrahlabtastung und legt Wandlerelemente über mehrere Kreise. Es ist jedoch schwierig und kostspielig, mit dieser Lösung Abtastungen mit hinreichend kleiner Umlaufbahn an irgend einem Ort eines Wandlerelementes zu erhalten und eine Zeichenerkennung derart zu bewirken, wie sie bei der Analyse von Fingerabdrücken erforderlich ist. Wenn man in Betracht zieht, dass der Durchmesser eines Kathodenstrahles in der Grössenordnung von o,o25 mm liegt, so wird verständlich, warum es mühsam ist, Hell- und Dunkelstellen an irgend einem Ort eines Wandlerelementes auszuwerten. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die wirtschaftlich realisierbare Abmessung des Wandlerelementes selbst grosser als die zu erkennenden Einzelheiten ist, die in den Bereichsgrenzen eines Wandlerelementes liegen.

Eine Anordnung gemäss der US-PS 3 859 633 betrifft ein System zur Feststellung von Merkmalen (Furchen und Erhebungsenden) in einem Fingerabdruckmuster. Ein Fingerabdruck wird durch eine Fernsehkamera abgetastet, um ein entsprechendes Video-Signal zu erzeugen. Das Videosignal wird in einen Verbesserungsschaltkreis eingespeist, der der Verbesserung des Kontrastes zwischen den Erhebungen und Vertiefungen des Fingerabdruckmusters dient. Es ist kein spezieller Schaltkreis für den Verbesserungsschaltkreis dargestellt, und es ist festzustellen, dass der Verbesserungsschaltkreis keinen Teil der vorstehend genannten Erfindung bildet. Die verbesserten Video-Signale werden in Binärsignale durch einen Digitalisierer umgewandelt, der das verbesserte Video-Signal mit einer Frequenz von 1 MHz abtastet, was zu einer Matrix von 35ο χ abgetasteten Punkten entsprechend dem abgetasteten Fingerabdruck führt. Die Binärsignale des Digitalisierers werden parallelen, logischen Kontinuitätsschaltkreisen zugeführt,

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- 1ο -

welche überwacht werden, um das Vorhandensein und die Koordinaten von Merkmalen festzustellen. Diese logischen Kontinuitätsschaltkreise bilden "Leitungspfade entsprechend dem Kontrast zwischen den Erhebungen und Vertiefungen". Jeder logische Kont±uitätsschaltkreis weist eine Potentialquelle (+V) im Zentrum einer 12 χ 12-Matrix auf. Die Quelle +V arbeitet als Kontinuitätssignal. Jeder Matrixpuntk ist ein logischer Schaltkreis, der ein Ausgangssignal bei einer Koinzidenz eines Signales seines entsprechenden Speicherplatzes in einem zugeordneten Schieberegister und eines Signales von einem der vier Matrixpunkte senkrecht darüber erzeugt. Dac vorgenannte System erfordert eine spezielle Hardware für Jode Position und ist sehr komplex, aufwendig und teuer.

Eine Anordnung gemäss der US-PS 3 611 29o betrifft eine Fingerabdruck-Merkmal-Leseeinrichtung, die automatisch den Ort von Erhebungsenden und Furchen feststellt und diese entsprechend in X> Y-und O-Koordinaten kodiert. Eine Abtastung mit fliegendem Lichtfleck wird verwendet, um der Reihe nach kleine Teile des Fingerabdruckmusters abzutasten und um ein elektrisches Analog-Signal abzuleiten, das dem Muster des abgetasteten Teiles des Fingerabdruckes entspricht. Die Abtastung mit fliegendem Lichtfleck umfasst einen Fotomultiplier, der das elektrische Analogsignal erzeugt. Ein Quantisierer ist an den Ausgang des Fotomultipliers angeschlossen, um das elektrische Analog-Signal in ein Digital-Signal umzuwandeln. Mehrere Schieberegister nehmen das Digital-Signal am Ausgang des Quantisierers auf, um jeden abgetasteten Teil des Fingerabdruckes temporär zu speichern. Diese Digitaldarstellung des abgetasteten Teiles des Fingerabdruckes wird durch die Schieberegister hindurchgeschoben und zu einem logischen Entscheidungsschaltkreis übertragen.Wenn der logische Entscheidungsschaltkreis feststellt, dass der abgetastete Teil einem Merkmal (Erhebungsende oder Furche) ent-

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spricht, so erzeugt er ein Signal, das die Feststellung eines Merkmales anzeigt, und er kodiert dementsprechend das festgestellte Merkmal in X-> Y-und Θ-Koordinaten.

Eine Anordnung gemäss der US-PS 3 699 519 dient der Abtastung von Fingerabdrücken mit einem fliegenden Lichtfleck und der Feststellung des X-, Y-Ortes eines jeden Merkmals (Erhebungsende oder Furche) und seiner Q-Orientierung. Der logische Schaltkreis zur Feststellung des Ortes und der Orientierung eines jeden Merkmals ist der gleiche wie in der zuvor erwähnten US-PS 3 611 29o. Die Beschreibung und die¹ Ansprüche der US-PS 3 699 519 sind speziell auf eine Einrichtung zur Feststellung der Charakteristik eines Fingerabdruckmusters unter Benutzung einer Kathodenstrahlröhre-Lichtfleckabtastung gerichtet, wobei das Abtastmuster an jedem Koordinatenort mehrere aufeinanderfolgende polare Abtastungen mit Polarradien verschiedener Grosse für die Abtastung mehrerer Teile eines jeden Koordinatenortes umfasst.

Gemäss der US-PS 3 537 o7o ist ein Abtaster bekannt, mit dem aufeinanderfolgende Teile eines Musters, wie beispielsweise eines Fingerabdruckes, abgetastet werden können. Während jeder Abtastung des (Fingerabdruck-)Musters wird die Entfernung zwischen benachbarten Segmenten (Erhebungen) des (Fingerabdruck- )Musters überwacht, und es wird ein Signal erzeugt, wenn diese Entfernung entweder um einen vorbestimmten Faktor grosser als ein Normalwert ist oder unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. In gleicher Weise wird eine überwachung hinsichtlich der Breite eines jeden Segmentes (Erhebung) durchgeführt, und es wird ein Signal erzeugt, wenn die Breite eines Segmentes um einen vorbestimmten Faktor grosser als ein Normalwert ist, oder wenn sie einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Die abgeleiteten Signale werden einem Schaltkreis zugeführt, der die Signale von verschiede-

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nen aufeinander folgenden Abtastungen analysiert und verschiedene vorbestimmte Charakteristiken (Erhebungen) des (Fingerabdruck-)Musters erkennt.

Keines der vorstehend beschriebenen Systeme gibt eine Vorrichtung an, die umfasst: Einen ersten Schaltkreis zur Verbesserung zweidimensionaler Binärdaten mit verschiedenen Porenauffüll- und Linienverdünnungs-Operationen, einen zweiten, auf die verbesserten Binärdaten ansprechenden Schaltkreis zur Feststellung von Merkmalen und zur Erzeugung von X- und Y-Koordinaten des festgestellten Merkmals durch Verarbeitung vorbestimmter Merkmalsmuster, die in einem ersten vorgewählten Fenster des zweiten Schaltkreises festgestellt werden; und einen dritten, auf die verbesserten Binärdaten ansprechenden Schaltkreis zur Erzeugung des Orientierungswinkels des festgestellten Merkmals durch Verarbeitung von Linienmustern, die in einem zweiten vorgewählten Fenster festgestellt werden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Merkmal-Detektor für ein Binärbild vorzusehen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Merkmal-Detektor für ein Binärbild vorzusehen, der sowohl einfach als auch iterativ arbeitet. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein automatisches Merkmal-Lesegerät zu schaffen, welches überall dort verwendet werden kann, wo Merkmale durch Charakteristiken entsprechend von Merkmalen dargestellt sind. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät vorzusehen, das der Feststellung bestimmter Muster in einem Binärbild dient. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Merkmal-Lesegerät für Fingerabdrücke zu schaffen. Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Binärbild-Merkmal-Detektors, der fortwährend

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und wiederholt die Merkmalwinkel eines Musters, wie beispielsweise eines Fingerabdruckes, bei verschiedenen Abdrücken des gleichen Fingers feststellt. Schliesslich ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zur Feststellung der Position und der Orientierung eines bestimmten Merkmals in einem Muster, wie beispielsweise einem Fingerabdruck , anzugeben.

Die Lösung der vorstehend genannten Ziele und Aufgaben gelingt gemäss der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Gemäss der Erfindung wird ein Gerät angegeben, das der Feststellung der Positionen (X und YO) und des Orientierungswinkels (θ) von Merkmalen in einer zweidimensionalen binären Daten-Bit-Folge eines Bildes dient. Die binäre Daten-Bit-Folge des Bildes wird in einem Verbesserungsschaltkreis durch verschiedene vorgewählte Porenauffüll- und Linienverdünnungs-Operationen verbessert. Die verbesserte binäre Daten-Bit-Folge wird parallel' einem Merkmal-Positionsdetektor und einem Merkmal-Orientierungsdetektor zugeführt. Der MerkmäL-Positionsdetektor stellt ein Merkmal fest und entwickelt die zugeordneten X- und Y-Koordinaten dieses Merkmals immer dann, wenn irgend ein vorgewähltes Merkmalmuster in einem ersten 3x3-Bit-Fenster erfasst wird, welches in v/irksamer Weise das verbesserte Binärbild abtastet. Der Merkmal-Orientierungsdetektor bildet Daten für den örtlichen Erhebungswinkel immer dann, wenn irgend ein vorgewähltes örtliches Winkelmuster in einem zweiten 3 x 3-Bit-Fenster erfasst wird, welches in wirksamer Weise das verbesserte Binärbild abtastet. Der Merkmal-Orientierungsdetektor erhält den mittleren Vektor aller lokaler Winkel zugeführt, die in jedem von mehreren 8x8-Bit-Fenstern über dem Bild vorliegt. Dieser mittlere Vektor

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aller lokalen Winkel innerhalb eines vorgegebenen 8x8-Bit-Fensters bildet den Orientierungswinkel θ für Jedes Merkmal, das innerhalb des vorgegebenen 8 χ 8-Bit-Fensters angeordnet ist.

Obwohl die Einrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ein Gerät zur Feststellung von Merkmalen in Mustern, wie beispielsweise in Fingerabdrücken, betrifft, liegt es auf der Hand, dass gleiche Charakteristiken oder Merkmale aus anderen Arten von Mustern ermittelt werden können. Beispielsweise können ähnliche Charakteristiken oder Merkmale aus optischen Zeichen (Buchstaben und Zahlen), aus Sprach- und Klangmus tern und aus vielen Arten von konturierten Mustern entnommen werden, wo beispielsweise an geographische Landkarten, Strukturanalysen und Wellenstudien gedacht ist.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Erfindung im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsoeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Zeitgeber- und Steuerschaltkreises gemäss Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Merkmal-Positionsdetektors gemäss Fig. 1,

Fig. 4 Beispiele von Adressmustern bei der Feststellung des Merkmals in dem 3 x 3-Bit-Fenster gemäss Fig. 3,

Fig. 5A, 5B und 5C ein Blockdiagramm des Merkmal-Orientierungsdetektors gemäss Fig. 1,

Fig. 6 verschiedene Adressmuster entsprechend den Erhebungs-

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Fliessrichtungen, die in dem 3 x 3-Bit-Fenster gemäss Fig. 5A festgestellt werden.

In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des Binärbild-Merkmal-Detektors gemäss der Erfindung. Ein Bildmuster 11 von beispielsweise einem Fingerabdruck oder einem anderen optischen Zeichen wird einer Abtasteinheit 13 zugeführt. Ein Zeitsteuer- und Steuerschaltkreis 15 gibt der Reihe nach verschiedene X- und Y-Adressen oder Adressenzählstände der Abtasteinheit 13 vor. Aufgrund dieser verschMenen X- und Y-Adressenzählstände tastet die Abtasteinheit 13 schrittweise Positionen des Fingerabdruckbildes 11 in einem typischen Abtastmuster ab. Ein solches Abtastmuster kann beispielsweise 2¹⁶ (oder 65 526) Schrittstellen mit 2⁸ (oder 256) Schritten entlang der X-Richtung und der Y-Richtung umfassen. Die Schrittpositionen der X- und Y-Koordinaten der Abtastung werden durch die X- und Y-Adressenzählstände des Zeitsteuer- und Steuerschaltkreises 15 gebildet.

Aus der Raster-Abtastung der 2 -Schrittpositionen des Bildes 11 bildet die Abtasteinheit 13 der Reihe nach an ihrem Ausgang eine Reihe von abgetasteten Datensignalen. Diese abgetasteten Datensignale sind jedoch in Wirklichkeit analoge Datensignale, die von einem reinen Schwarz-Signal (entsprechend einer binären "1") bis zu einem reinem Weiss-Signal (entsprechend einer binären "0") variieren können. Es sei darauf verwiesen, dass ein reines Weiss-Signal gewöhnlich nur in dem hellen Hintergrundbereich auftreten kann, der das Fingerabdruckmuster gemäss dem Bild 11 umgibt. Die abgetasteten Datensignale werden der Reihe nach einem Schwellwertschaltkreis 17 zugeführt, der jedes der abgetasteten Datensignale entweder in eine binäre "1" oder in eine binäre ⁿ0^w quantisiert. Alle Datensignale, die ein vorgewähltes Schwellwert-

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signal T erreichen oder dieses überschreiten, werden in binäre "1"-Signale quantisiert, während alle anderen Datensignale in binäre "O"-Signale quantisiert werden. Der Ausgang des Schwellwertschaltkreises 17 gibt somit eine binäre Datenbitfolge ab, wobei Jedes binäre ¹M "-Signal einem Schwarzsignal und Jedes binäre "O"-Signal einem Weißsignal entspricht. Diese binäre Datenbitfolge besteht somit aus zweidimensionalen Binärdaten, die von dem zweidimensionalen Bildmuster 11 abgeleitet werden.

Die binäre Datenbitfolge des Schwellwertschaltkreises 17 wird durch einen Verbesserungsschaltkreis 19 verbessert, der mit den Daten Porenauffüll- und Linienverdünnungsoperationen ausführt, um unerwünschte Variationen des Musters zu entfernen, ohne daß der Inhalt des zu verarbeitenden Musters verändert wird. Der Verbesserungsschaltkreis 19 füllt Poren und Löcher auf, die in dem Erhebungsmuster auftreten können und Diskontinuitäten verursachen können. Der Verbesserungsschaltkreis 19 verdünnt ferner die Erhebungen des Musters, bis keine weiteren Änderungen in dem Muster auftreten, d.h. bis die Breite der Erhebungen nicht mehr breiter als ein Bit sind. In einem verwirklichten Beispiel des Verbesserungsschaltkreises 19 können ein Porenauffüll- und fünf Linienverdünnungsschaltkreise verwendet werden, um diese Auffüll- und Verdünnungsoperationen hinsichtlich der Binärdaten durchzuführen. Der Schaltkreis zur Durchführung dieser Auffüll- und Verdünnungsoperationen hinsichtlich der Binärdaten entspricht demjenigen, wie er in der US-Patentanmeldung mit der Ser.No. 621 724 vom 14. Oktober 1975 dargestellt und beschrieben ist.

Diese verbesserte Datenbitfolge des Verbesserungsschaltkreises 19 besteht weiterhin aus zweidimensionalen Binärdaten, da jedes

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der Bits in der Bitfolge immer noch auf das Gesamtmuster der anderen Bits in der Datenfolge bezogen ist. Die verbesserte binäre Datenbitfolge wird einem Merkmal-Orientierungsdetektor 21 und einem Merkmal-Positionsdetektor 23 zugeführt. Die X- und Y-Adressenzählstände des Zeitsteuer- und Steuerschaltkreises 15 werden ebenfalls dem Merkmal-Positionsdetektor 23 zugeführt. Der Detektor 23 analysiert jedes Muster der verbesserten binären Datenbitfolge, die in einem Fenster erscheint, um festzustellen, ob ein Merkmal in dem Fenster vorhanden ist oder nicht. Immer wenn der Detektor 23 das Vorhandensein eines Merkmalmusters in dem Fenster feststellt, so erzeugt er ein Signal "Merkmal festgestellt". Dieses festgestellte Merkmalsignal versetzt intern den Detektor 23 in die Lage, X- und Y-Adressen an seinem Ausgang als Xw-und Yw-Koordinaten des festgestellten Merkmals auszugeben, wobei die Adressen zu diesem Zeitpunkt durch den Schaltkreis entwickelt werden. Zusätzlich versetzt das festgestellte Merkmalsignal den Merkmal-Orientierungsdetektor 21 in die Lage, an seinem Ausgang den Orientierungswinkel Gw auszugeben, der den Xw- und Yw-Koordinaten des festgestellten Merkmals zugeordnet ist. Die Signale Xw, Yw und Qw bilden zusammen die Merkmalkoordinaten für jedes festgestellte Merkmal.

Gemäß Fig. 2 ist ein detailliertes Blockdiagramm des Zeit- und Steuerschaltkreises 15 gemäß Fig. 1 dargestellt. Ein Abtast-Startsignal, beispielsweise von einer externen nicht dargestellten Quelle, wie z.B. einem Druckknopf, löst die Operation des Schaltkreises 15 und somit der Einrichtung gemäß Fig. 1 aus. Insbesondere setzt dieses Abtast-Startsignal ein Flip-Flop 31 und stellt hintereinander angeordnete Abwärtszählschaltkreise 33» 35» 37, 39 und '+1 an ihrem Ausgang auf Null zurück, wobei diese Zählschaltkreise durch 2, durch 8, durch 32, durch 8 und

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durch 32 dividieren.

Wenn in Betrieb, versetzt der Ausgang des Flip-Flops 31 ein UND-Gatter 43 in die Lage, Taktimpulse C von einem Taktgenerator 45 passieren zu lassen, wobei diese Taktirapulse der Folge von Abwärtszählschaltkreisen 33, 35, 37, 39 und 41 zugeleitet werden, um die verschiedenen Taktimpulse und Taktsignale zur Steuerung der Operation der Einrichtung gemäß Fig. 1 zu erzeugen. Die Taktimpulse C, C₁, Cp, C, und C, werden entsprechend an den Ausgängen des UND-Gatters 43 und der Abwärtszählschaltkreise 33, 35, 37 und 39 gebildet. Der Taktimpuls C₅ wird durch UND-Verknüpfung in einem UND-Gatter 47 des Taktes C, mit den drei Taktsignalen des Abwärtsschaltkreises 39 gebildet.

Ein 3-Bit-Signal F, das sich aus den Taktsignalen F_Q, F₁ und F₂ zusammensetzt, wird durch den Abwärtszählschaltkreis 35 gebildet. In gleicher Weise wird ein 5-Bit-Signal D, das sich aus den Taktsignalen D^, D/, D₁-, Dg und D~ zusammensetzt, durch den Abwärtszählschaltkreis 37 gebildet. Die Abwärtszählschaltkreise 35 und 37 bilden zusammen einen 8-Bit-Zähler zur Zählung von 256 Takten C₁ und zur Entwicklung der 256 X-Adressen oder Schrittpositionen entlang Jeder durch die Abtasteinheit 13 abgetasteten Linie. Mit anderen Worten werden die 256 verschiedenen X-Adressen für jede Linienabtastung durch Erhöhung der Kombination der F- und D-Signale mit den Takten C₁ gebildet. Nachdem die 256 Adressen oder Adresoenzählstände für jede Linie gebildet sind, wird ein Übertragsbit oder ein Takt C, am Ausgang des Abwärtszählschaltkreises 37 gebildet und dem Eingang des Abwärtszählschaltkreises 39 zugeführt. Die Abwärtszählschaltkreise 39 und 41 bilden zusammen einen 8-Bit-Zähler zur Zählung dieser Takte C*, um die 256 Y-Adressen oder Linien in

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der Rasterabtastung der Abtasteinheit 13 (Fig. 1) zu bilden. Die 256 X-Positionen in einer neuen Linie werden somit abgetastet, nachdem der Zählstand der Zählschaltkreise 39 und 41 durch einen Taktimpuls C, um Eins erhöht worden ist. Nachdem 256 verschiedene Y-Adressenzählstände oder vollständige Linien entlang der Y-Achse abgetastet worden sind, ruft der aus den Schaltkreisen 39 und 41 bestehende Zähler ein Abtast-Stopsignal am Ausgang des Abwärtszählschaltkreises 41 hervor. Dieses Abtast-Stopsignal stellt das Flip-Flop 31 zurück, um die Rasterabtastung des Bildes 11 durch Sperrung des UND-Gatters 43 zu beenden und dadurch zu verhindern, daß irgendwelche weiteren Takte C durch die Schaltkreise 33, 35, 37, 39 und 41 gezählt werden.

Der Merkmal-Positionsdetektorschaltkreis 23 gemäß Fig. 1 soll nunmehr in näheren Einzelheiten durch Bezugnahme auf sein Blockdiagramm gemäß Fig. 3 erläutert werden. Grundsätzlich ist es die Funktion des Merkmal-Positionsdetektors 23 anzuzeigen, wenn ein Merkmal festgestellt worden ist (durch Erzeugung eines Signales "Merkmal festgestellt") und die Koordinaten X und Y dieses festgestellten Merkmals auszugeben.

Gemäß Fig. 3 wird die verbesserte binäre Datenbitfolge von dem Verbesserungsschaltkreis 19 (Fig. 1) durch ein Verzögerungsregister 51 mit 2040 Bit verzögert, bevor sie gewöhnlich einem Verzögerungsregister 53 mit 256 Bit und einem ersten Serien/ Parallel-Register 55 mit drei Bit zugeführt wird. Die Verzögerung des Registers 51 um 2040 Bit entspricht einer Verzögerung von 8 Linien (mit 256 Bits pro Linie) minus 8 Bit. Eine solche Verzögerung um 2040Bit wird in dem Merkmal-Positions-

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detektor 23 benutzt, da der Merkmal-Orientierungsdetektor 21 (Fig. 1) zur Bildung seines Ausgangssignales Θ_Μ eine Zeit von 20A0 Bit mehr benötigt als der Merkmal-Positionsdetektor 23 bei der Bildung seiner Ausgangssignale X_M und Y^. Durch diese Verzögerungskompensation werden die einander zugeordneten Merkmal-Koordinaten Θ_Μ, X_M und Y_M für ein festgestelltes Merkmal gleichzeitig durch die Detektoren 21 und 23 gebildet.

Der Ausgang des Registers 53 wird einem Verzögerungsregister mit 256 Bit und einem zweiten Serien/Parallel-Register 59 mit drei Bit zugeführt. Der Ausgang des Registers 57 wird einem dritten Serien/Parallel-Register 61 mit drei Bit zugeführt. Die drei Register 55, 59 und 61 mit drei Bit bilden ein 3x3 Bit-Abtastfenster 63, welches durch neun Bit abgetastete Bereiche der verzögerten verbesserten Binärdaten am Ausgang des Verzögenxngsregisters 51 bitweise abtastet. Das Fenster 63 enthält deshalb eine Bitfolgeinformation entsprechend einer 9-Bit-Abtastimg von drei benachbarten Bits pro Linie auf drei benachbarten Linien. In zeitlicher Übereinstimmung mit den Taktimpul-

wirkungsvoll sen C₁ tastet das 3 x 3-Bit-Fenster 63/üas Fingerabdruckmuster Bit für Bit bis zum Ende der Linie ab, verschiebt die Abtastung sodann auf die nächste Linie und tastet entlang dieser Linie.

Die neun parallelen Ausgangs-Adressignale B₁ - Bg vom Fenster 63 werden einem Enden- und Knoten-Detektor 65 zugeführt, der als ein 512 Bit χ 1 Bit-Festwertspeicher (ROM) dargestellt ist. Der Festwertspeicher ROM 65 ist intern so programmiert, daß er Erhebungsendungen (Enden) und Furchen (Knoten) als Merkmale feststellen kann. Es sei Jedoch darauf verwiesen, daß gewünschtenfalls der Festwertspeicher ROM 65 so programmiert werden kann, daß er andere Merkmale als Erhebungsendungen und Furchen

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feststellt. Im vorliegenden Fall ist der Festwertspeicher ROM so programmiert, daß er bei vorhandenem Merkmal dieses in dem 3x3 Bit-Fenster 63 zentriert und daß die Adressignale B₁ - Bg einer Merkmaladresse entsprechen. Jede mögliche Adresse, die einem festgestellten Merkmal in irgendeiner Position entspricht, veranlaßt den Speicher ROM 65 zur Bildung eines binären "1"-Signales "Merkmal festgestellt", wobei dieses Signal benutzt wird, um die X- und Y-Koordinaten dieses festgestellten Merkmals in den Registern 67 und 69 zu speichern. Es sei in Erinnerung gerufen, daß diese X- und Y-Koordinaten oder Adressen durch den Zeit- und Steuerschaltkreis 15 (Fig. 2) erzeugt werden.

In Fig. 4 sind 24 verschiedene Muster dargestellt, wobei jedes Muster das Vorhandensein eines Merkmals anzeigt, wenn dieses Muster in dem 3 x 3-Bit-Fenster 63, v/elches durch die Register 55» 59 und 61 gemäß Fig. 3 gebildet wird, erscheint. Insbesondere zeigt jedes der acht oberen Muster an, daß eine Erhebungsendung in dem Fenster 63 vorliegt, während jedes der unteren 16 Muster anzeigt, daß eine Furche in dem Fenster 63 vorliegt. Ferner ist in allen 24 Mustern gemäß Fig. 4 ersichtlich, daß immer dann ein binäres "1"-Signal an der zentralen Bitposition Bc des Registers 59 abgelegt ist, wenn entweder eine Erhebungsendung oder eine Furche in dem 3x3 Bit-Fenster 63 zentriert ist. Durch das das binäre "1 "-Signal am Speicherplatz B,- umgebende Muster wird festgelegt, ob eine Erhebungsendung oder eine Furche in dem Fenster 63 vorliegt oder nicht.

Eine entsprechende Adresse wird von jedem der 24 Muster in Fig. 4 abgeleitet. Jede Adresse, die die Form Bq B_q B- Bg Bc B^ B, B₂ B₁ aufweist, ist direkt unterhalb des zugeordneten Musters in Fig. 4 dargestellt. Jede dieser 24 Adressen versetzt den

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Speicher ROM 65 in die Lage, ein binäres "1"-Signal "Merkmal festgestellt" aus einem der zugeordneten 512 Adressspeicherplätze des Speichers ROM 65 auszulesen. Die verbleibenden 488 der 512 Adressspeicherplätze in dem Speicher ROM 65 speichern binäre "O"-Signale_f um anzuzeigen, daß die zugeordneten Muster keine Erhebungsendungen oder Furchen enthalten.

Das detaillierte Blockdiagramm des Merkmal-Orientierungsdetektors 21 gemäß Fig. 1 ist in den Fig. 5A, 5B und 5C dargestellt. Fig. 5A zeigt einen Grob-Erhebungswinkel-Datenschaltkreis 71, der auf die verbesserte binäre Datenbitfolge zwecks Bildung grober Erhebungswinkel-Datensignale D_Q D^ Dp und ebenso auf ein Freigabebit oder Signal E anspricht. Die verbesserte binäre Datenbitfolge von dem Verbesserungsschaltkreis 19 (Fig. 1) wird einem Verzögerungsregister 73 mit 256 Bit und einem ersten Serien/Parallel-Register 75 mit drei Bit zugeführt. Der Ausgang des Registers 73 wird auf ein Verzögerungsregister 77 mit 256 Bit und auf ein zweites Serien/Parallel-Register 79 mit drei Bit gegeben. Der Ausgang des Registers 77 wird einem dritten Serien/ Parallel-Register 81 mit drei Bit zugeführt. Die drei Register 75, 79 und 81 mit drei Bit bilden ein 3x3 Bit-Fenster 83, welches mit 9 Bit abgetastete Bereiche der verbesserten Binärdaten Bit für Bit abtastet. Das Fenster 83 enthält daher eine Bitfolgeinformation entsprechend einer 9 Bit-Abtastung von drei benachbarten Bits pro Linie auf drei benachbarten Linien. Die Takte C₁ werden den Registern 73, 75, 77, 79 und 81 zugeführt, um das 3x3 Bit-Fenster 83 in die Lage zu versetzen, in wirksamer Weise eine Abtastung entlang des Fingerabdruckmusters Bit für Bit bis zum Ende einer Linie durchzuführen und sodann auf die nächste Linie weiterzugehen und die Abtastung entlang dieser Linie vorzunehmen.

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Die Register 73, 75, 77, 79 und 81 gemäß Fig. 5A entsprechen den Registern 53, 55, 57, 59 und 61 gemäß Fig. 3 in Aufbau und Wirkungsweise. Die verbesserte binäre Datenbitfolge wird jedoch direkt den Registern 73 und 75 in Fig. 5A zugeführt, während die verbesserte binäre Datenbitfolge in Fig. 3 um 2040 Bit verzögert wird, bevor sie den Registern 53 und 55 zugeführt wird.

Die neun parallelen Ausgangs-Adressignale A-. - Aq des 3x3 Bit-Fensters 83 werden einem 512 χ 4 Bit-Festwertspeicher ROM 85 für die Erhebungsrichtung zugeführt. Der Festwertspeicher ROM 85 ist so programmiert, daß er einen bestimmten lokalen Winkel in Übereinstimmung mit einer von 12 verschiedenen Adressen ausliest,

Die 12 verschiedenen Adressen, die die verschiedenen Erhebungs-Fließlinien durch das 3x3 Bit-Fenster 83 symbolisieren, sind in Fig. 6 dargestellt. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, erstrecken sich 12 verschiedene Muster einer einzigen Linie durch das 3x3 Bit-Fenster 83, woraus 12 verschiedene Adressen resultieren. Jede Linie wird durch die Position von Binärwerten "1" in dem Muster gebildet, und stellt entweder eine gerade Linie oder eine leicht gebogene Linie dar, die durch die zentrale Bitposition A,- des Fensters 83 verläuft. Jede Adresse, die die Form Ag A_Q A~ Ag A^ A^ A, A₂ A₁ aufweist, ist dem zugeordneten Muster benachbart in Fig. 6 dargestellt.

Obgleich die 12 dargestellten Muster alle verschieden sind, kann der gleiche Winkelwert aus vier Paaren dieser Muster abgeleitet werden. Infolgedessen lesen die lokalen Winkelwerte aus dem Speicher ROM 85 insgesamt nur 8 verschiedene Winkelanzeigen aus. Irgendwelche anderen Muster, die in dem 3x3 3it-

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Fenster 83 auftreten können, werden bei der Identifizierung der Erhebungsflußinformation außer Acht gelassen und es werden dementsprechend binäre "O^M-Werte aus diesen nicht programmierten Adressspeicherplätzen des Speichers ROM 85 ausgelesen. Die 12 ausgewählten Winkelwerte entsprechend den 12 Adressen des Speichers ROM 85 führen zu 8 kodierten Winkelwerten (D_Q D₁ D₂).

Ein Ausgangs-Freigabebit oder Signal E wird von dem Speicher ROM 85 zusammen mit einem von 8 lokalen Winkelwerten (entsprechend dem Binärzustand der Bits D_Q, D₁ und D₂) immer dann gebildet, wenn der Speicher ROM 85 durch eine der 12 in Fig. 6 dargestellten Adressen adressiert wird. Das Freigabesignal E zeigt an, daß eine Linie durch die zentrale Bitposition Ac des Fensters 83 verläuft, während der zugeordnete kodierte Winkelwert D_Q D₁ D₂ anzeigt, in welcher von 8 verschiedenen Richtungen diese Linie durch diese Position verläuft.

Gemäß Fig. 5B ist ein Blockdiagramm eines Erhebungsrichtungs-Mittelwertbildners 101 des Merkmal-Orientierungsdetektors 21 (Fig. 1) dargestellt. Die Taktimpulse C, C₂, C^ und Cc und die Taktsignale F_Q - F₂ (F) und D₃ - D₇ (D) gemäß Fig. 2 ebenso wie der lokale 3 Bit-Winkel D_Q - D₂ des Speichers ROM gemäß Fig. 5A werden zum Betrieb des Schaltkreises gemäß Fig. 5B verwendet.

Die lokalen Winkelsignale D_Q - D₂ und die Taktsignale D, - D₇ ergeben zusammen eine 8 Bit-Adresse für einen Eingangsmultiplexer MUX 103» der alternativ diese 8 Bit-Adresse D_Q - D₇ entweder an einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 105 mit 256 Byte oder an einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM 107 mit Byte während abwechselnder Taktimpulsintervalle C^ anlegt. Hier-

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durch werden - wie weiter unten noch näher erläutert wird Daten selektiv aus adressierten Speicherbereichen eines Speichers RAM ausgelesen, durch ein zugeordnetes Freigabebit E vorgeschrieben und erneut in den Speicher RAM an dem adressierten Speicherplatz gespeichert bzw. zurückgeschrieben.

Ein Ausgangsmultiplexer MUX 109 arbeitet in abwechselnden Zeitrahmen mit dem Eingangsmultiplexer 103 so zusammen, daß Daten in Bezug auf den Speicher RAM 105 durch den Multiplexer 103 ausgelesen, vorgeschrieben und zurückgeschrieben werden, während Daten aus dem Speicher RAM 107 durch den Multiplexer 109 für die Verarbeitung ausgelesen werden. In gleicher Weise werden in Bezug auf den Speicher RAM 107 Daten ausgelesen, vorgeschrieben und zurückgeschrieben, während die in dem Speicher RAM 105 gespeicherten Daten ausgelesen und verarbeitet werden. Diese Multiplextechnik wird benutzt, da die Verarbeitungsgeschwindigkeit sehr viel höher alc die Geschwindigkeit ist, mit der die Datenspeicherung in den Speichern RAM 105 und 107 erfolgt. Somit steht die geeignete Zeit zur Verfügung für die abwechselnd durch die Multiplexer 103 und 109 hervorgerufenen Funktionen.

Es sei darauf verwiesen, daß 8 vollständige Linien des Bildes zu diesem Zeitpunkt während jedes Taktimpulsintervalles C^ abgetastet worden sind. Infolgedessen ist jeder Speicher RAM 105 und 107 so aufgebaut, daß er 256 Bytes (8 Bit/Byte) an Information über 8 abgetastete Linien speichern kann bzw. 32 8 χ 8 Bit-Fenster entlang einer vorgegebenen Linienabtastung (256 Bit) des Bildes 11. Jedes 8x8 Bit-Fenster wird durch 8 Worte repräsentiert, wobei jedes Wort eine Länge vcn 8 Bit aufweist und wobei jedes der 8 Worte eines der 8 möglichen lokalen Winkel

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(D₀ - Dp) repräsentiert, die durch den Speicher ROM 85 ( Fig.5A) gebildet werden können. Die Teile D, - Dy der Adresse D_Q - D₇ für den Eingangsmultiplexer 103 legen fest, welche dieser 32 8x8 Bit-Fenster entlang einer vorgegebenen Abtastlinie (256 Bit) des Bildes 11 adressiert werden.

Es sei angenommen, daß im Betrieb der Eingangsmultiplexer 103 die Adresse D_Q - Dy an den Speicher RAM 105 während eines vorgegebenen Taktimpulsintervalles C^ anlegt. Immer wenn ein lokaler Winkel (D_Q - D₂) durch den Speicher ROM 85 gebildet wird, um den ersten Teil der Adresse Dq - Dy zu bilden, wird das binäre Freigabebit E mit dem Wert ^M1" an den Addierer 111 angelegt. Zur gleichen Zeit wird die 8 Bit-Adresse D_Q - Dy über den Eingangsmultiplexer 103 angelegt, um den Speicher RAM 105 zu veranlassen, den Dateninhalt in seinem adressierten Speicherplatz dem Addierer 111 zuzuführen. Der Addierer 111 addiert den Binärwert ⁿ1" des Freigabebits E zu dem adressierten Dateninhalt und legt den erhöhten Dateninhalt über den Eingangsmultiplexer 103 an den Eingang des Speichers RAM 105. Der erhöhte Dateninhalt am Eingang wird sodann in den adressierten Speicherplatz des Speichers RAM 105 zurückgeschrieben. Wenn umgekehrt kein lokaler Winkel durch den Speicher ROM 85 gebildet wird, so weist das Freigabebit E den Binärwert "0" auf und die Werte D_Q, P₁ und D₂ weisen ebenfalls den Wert "0" auf. Infolgedessen bleibt der Dateninhalt am Speicherplatz 000 D, D^ Dc Dg Dy des Speichers RAM 105 unverändert. Auf diese Weise wird die Summe aller Freigabebits mit dem Binärwert "1", die innerhalb des gleichen 8x8 Bit-Fensters auftreten und den gleichen lokalen Winkel besitzen, am gleichen Speicherplatz in dem Speicher RAM 105 gespeichert.

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Jeder der Speicher RAM 105 und 107 speichert, wenn er vollständig mit Daten von dem Eingangsmultiplexer 103 geladen ist, höchstens einen Zählstandwert entsprechend der Anzahl von Auftritten eines jeden der lokalen Winkel (D_Q - D₂), die durch den Ausgang des Speichers ROM 85 für die Erhebungsrichtung für jedes der 32 8x8 Bit-Fenster definiert sind. Wie zuvor erwähnt, bilden diese 8x8 Bit-Fenster feste Fenster, die vorbestimmte 8x8 Bit-Teile entlang der 8 horizontalen Linien der gesamten Abtastanordnung belegen. Dies steht im Gegensatz zu dem 3x3 Bit-Fenster 83 gemäß Fig. 5A (oder auch zu dem 3x3 Bit-Fenster 63 gemäß Fig. 3), welches über das gesamte Bild eine Abtastung Bit für Bit durchführt. Es ist daher letztlich das Ziel des Merkmal-Orientierungsdetektors 21 (Fig. 1), die lokale Winkelinformation zu lesen, die durch die Abtastung des 3x3 Bit-Fensters 83 hergeleitet wird, und diese zu verarbeiten, um einen einzigen W.lnkelwert zu erzeugen, der ein Mittel der in dem 8x8 Bit-Fenster vorliegenden Erhebungslinien darstellt. Die Speicherung der Anzahl von Auftritten eines jeden der 8 möglichen lokalen Winkel innerhalb des 8x8 Bit-Fensters bildet die Grundlage zur Bildung eines gewichteten Mittels jener lokalen Winkel bei der Herleitung des Orientierungswinkels θ für dieses spezielle 8x8 Bit-Fenster. Während jedes 3x3 Bit-Fenster gemäß Fig. 6 den lokalen Winkel einer einzigen abgetasteten Erhebungslinie darstellt, stellt das 8x8 Bit-Fenster einen Orientierungswinkelwert dar, der das vektorielle Mittel einer Anzahl von Erhebungslinien umfaßt, die in diesem 8x8 Bit-Fenster vorliegen können, wie weiter unten beschrieben wird.

Der Inhalt eines jeden der Speicher RAM 105 und 107 repräsentiert zweiunddreißig 8x8 Bit-Fenster, wobei jedes 8x8 Bit-Fenster durch 8 Worte mit einer Länge von 8 Bit repräsentiert

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wird, welche ihrerseits Rechteckzählstände der 8 möglichen lokalen Winkel in einem jeden Fenster repräsentieren. Zur Verarbeitung des Inhalts eines dieser Speicher RAM werden die Signale F (F₀ F₁ F₂) und D (D, D^ D^ Dg Dy) miteinander kombiniert, um die Adresse X zu bilden. Diese Adresse X wird dem Ausgangsmultiplexer 109 zugeführt, um auf jede Gruppe von acht Winkeln für jedes der 32 Fenster der Reihe nach Zugriff zu nehmen. Für jedes 8x8 Bit-Fenster (wie es durch den Zustand der Signale D festgelegt wird) wird auf die entsprechenden acht Winkel Zugriff genommen, indem eine Erhöhung durch die Signale F erfolgt, und es werden die Ergebnisse in den Registern 113 und 115 der Akkumulatoren 117 und 119 entsprechend gespeichert. Der Akkumulator 117 besteht aus dem Register 113 und einem Addier/Subtrahier-Schaltkreis 121 und der Akkumulator 119 besteht aus dem Register 115 und einem Addier/Substrahier-Schaltkreis 123.

Die Aufgabe der Akkumulatoren 117 und 119 besteht in der Bildung eines ungefähren Mittelwertes der Sinus- und Kosinus-Projektion der mittleren Vektorrichtung aller lokaler Winkel, die in einem 8x8 Bit-Fenster festgestellt werden. Die Mittelwertbildung erfolgt unter Steuerung eines Prozessor-Steuerspeichers ROM 125 gemäß Fig. 5C Der Speicher ROM 125 wird durch die Taktsignale Fq, F^ und Fp adressiert, die die Adressen für die acht möglichen lokalen Winkel (D_Q - D₂) jeweils fortschalten. Aufgrund dieser durch die Taktsignale F_Q, F₁ und F₂ erzeugten Adressen entwickelt der Prozessor-Steuerspeicher ROM 125 die in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellten Ausgangssignale G₁, G₂, G, und G^:

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- 29 Tabelle 1

Adresse	^F1	^Fo
^F2	O	O
O	O	1
O	1	O
O	1	1
O	O	O
1	O	1
1	1	O
1	1	1
1

Prozessor-Steuerspeicher ROM 125

Ausgangssignale

^G1	^G2	^G3	^G4
O	1	O	1
1	1	1	1
1	O	1	O
1	1	1	O
O	1	O	O
1	1	O	O
1	O	O	O
1	1	O	1

Die Bits der Ausgangssignale G, und G/ steuern die Addier/ Subtrahier-Schaltkreise 121 und 123 entsprechend. Wenn G, den Binärwert "1" aufweist, so führt der Addier/Subtrahier-Schaltkreis 121 eine Addition durch; wenn G-, den Binärwert "O" aufweist, so subtrahiert der Schaltkreis 121. In gleicher Weise steuert das Bit G^ den Addier/Subtrahier-Schaltkreis 123. Die Ausgangsbits G₁ und Gp werden mit dem Taktimpuls C. in den UND-Gattern 127 und 129 einer Verknüpfung unterzogen, um die Tastsignale S₁ und S₂ zu bilden, welche den Addier/Subtrahier-Schaltkreisen 121 und 123 entsprechend zugeführt werden. Diese Tastsignale veranlassen die Addier/Subtrahier-Schaltkreise 121 und 123 zur Addition oder Subtraktion der Daten vom Ausgangsmultiplexer 109 von dem Inhalt der zugeordneten Register 113 und 115, wobei dies aufgrund des Binärzustandes der Steuerbits G-, und G/ in der zuvor erläuterten Weise erfolgt. Wenn daher

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einer oder beide Tastimpulse S₁ bzw. S₂ nicht vorliegen (z.B. S₁ =0), so wird das Ausgangssignal des Multiplexers 109 von dem zugeordneten Addier/Subtrahier-Schaltkreis (z.B.121) außer Acht gelassen.

Wenn die acht Winkel eines 8x8 Bit-Fensters in den Registern 113 und 115 gespeichert worden sind, so versetzt der Takt C₂ jedes der Register 113 und 115 in die Lage, die fünf signifikantesten Bits des gespeicherten Dateninhalts in jedem Register auszugeben. Die fünf signifikantesten Bits eines jeden der Register 113 und 115 werden zu einer 10 Bit-Adresse zusammengesetzt, die dem Speicher ROM 131 zugeführt wird. Der Speicher ROM 131 speichert aufgrund seiner Programmierung 1024 Worte mit acht Bit. Die grundlegende Funktion des Speichers ROM 131 besteht in der Ausführung einer Tabellenabsuche für eine angenäherte arc-tg-Berechnung. Der Inhalt eines bestimmten Speicherplatzes in dem Speicher ROM 131 umfaßt den Erhebungs-Fließwinkel, der der 10 Bit-Adresse zugeordnet ist, die durch die 5 Bit-Sinus- und die 5 Bit-Kosinus-Projektion definiert ist, wie sie an dem Ausgang der Register 113 und 115 ansteht. Der Takt C₂, der die Register 113 und 115 zur Entwicklung der 10 Bit-Adresse für den Speicher ROM 131 veranlaßte, wird ebenfalls benutzt, um die Register 113 und 115 zurückzustellen, so daß sie für die Verarbeitung der Daten in dem nächsten 8x8 Bit-Fenster bereit sind.

Die 8 Bit-Fließwinkeldaten des Speichers ROM 131 werden in einem 8 Bit-Speicherregister 133 gespeichert, welches seinerseits die 8 Bit-Fließwinkeldaten an den Eingang einc3 32 χ 8 Bit-Speichers RAM 135 für die Erhebungsrichtung anlegt. Die D-Signale (D, - D^), die festlegen, welches der zweiunddreißig 8x8 Bit-Fenster zu diesem Zeitpunkt verarbeitet wird, werden

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zur Adressierung des Speichers RAM 135 benutzt. Wenn die Taktsignale C₂ und C₅ beide den Binärwert "1" aufweisen, so gibt ein UND-Gatter 137 ein Signal ab, das den Speicher RAM in die Lage versetzt, die 8 Bit-Fließwinkeldaten unter dem durch die Adresse D vorgegebenen Speicherplatz zu speichern.

Das zugeordnete Signal "Merkmal festgestellt" (von dem Merkmal-Positionsdetektor 23 gemäß Fig. 1) ermöglicht das Auslesen der Fließwinkeldaten, die unter der Adresse D im Speicher RAM 135 gespeichert sind, und die Verriegelung dieser Daten in einem Θ-Register 139. Der Ausgang des Θ-Registers 139 bildet den Orientierungswinkel G^ des festgestellten Merkmals. Die X_M, Y_M und Gw-Koordinaten eines festgestellten Merkmals werden somit an den Ausgängen der Register 67 und 69 (Fig. 3) und 139 (Fig. 5B) entsprechend ausgegeben.

Die Erfindung gibt somit einen Binärbild-Merkmaldetektor an, wobei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine zweidimensionale binäre Datenbitfolge eines Bildes in einem Verbesserungsschaltkreis durch Porenauffüll- und Linienverdünnungsoperationen verbessert wird. Die verbesserte binäre Datenbitfolge wird sodann parallel ersten und zweiten Detektoren zugeführt, welche Merkmale feststellen und die X, Y und Θ-Koordinaten eines jeden festgestellten Merkmals in der verbesserten binären Datenbitfolge herausziehen.

Während die bevorzugten Merkmale an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, liegt es für den Fachmann ohne weiteres auf der Hand, daß vielerlei Änderungen und Modifikationen an dem bevorzugten Aus-

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führungsbeispiel vorgenommen werden können, ohne daß hierbei der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Es ist daher die Absicht, alljene Änderungen und Modifikationen der Erfindung zu umfassen, die in den Rahmen der Erfindung fallen, wie sie durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

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Claims

7. September 1977 GzHz/Os./Ra.

Rockwell International Corporation, El Segundo, California 90245

Merkmal - Detektor

Patentansprüche

1.' Merkmal-Detektor, gekennzeichnet durch:

Eine auf eine binäre Daten-Bit-Folge eines zweidimensionalen Bildes ansprechende erste Einrichtung zur Verbesserung der binären Daten-Bit-Folge durch Auffüll- und Verdünnungsoperationen;

eine selektiv auf mehrere erste und zweite vorgewählte Datenmuster in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge ansprechende zweite Einrichtung zur Entwicklung der Koordinaten des in der verbesserten Daten-Bit-Folge festgestellten Merkmals.

2. Einrichtung zur Feststellung von Einzelmerkmalen in einem zweidimensionalen binären Datenbild, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Verbesserung der binären Daten; auf erste vorgewählte Datenmuster in den verbesserten binären Daten ansprechende Mittel zur Feststellung von Merkmalen und der relativen Positionen der festgestellten Merkmale; und

auf zweite vorgewählte Datenmuster in den verbesserten Binärdaten ansprechende Mittel zur Feststellung der

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Orientierungswinkel der festgestellten Merkmale in den verbesserten Binärdaten.

3. Einrichtung zur Feststellung von Merkmalen in einem Fingerabdruck, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Umwandlung des Fingerabdruckes in eine binäre Daten-Bit-Folge;

Mittel zur Verbesserung der binären Daten-Bit-Folge; und Mittel zur Feststellung der Positionen und Orientierungen von Merkmalen in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge, wobei die erhaltenen relativen Orientierungen im wesentlichen invariant beim Abdruck des gleichen Fingers sind, wenn Tusche- oder Druckschwankungen festgestellt werden.

A. Merkmal-Detektor, gekennzeichnet durch:

Einen ersten auf eine zweidimensionale binäre Daten-Bit-Folge eines Bildes ansprechenden Schaltkreis zur Entwicklung einer verbesserten binären Daten-Bit-Folge; erste Mittel zur Erzeugung eines ersten Signales, um die Feststellung eines Merkmals anzuzeigen, wenn irgend eines von mehreren ersten vorgewählten Mustern in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge vorliegt; zweite, auf das erste Signal ansprechende Mittel zur Erzeugung einer Positionsinformation, die die relative Position des festgestellten Merkmals angibt; dritte Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signales, um die Feststellung irgend eines von mehreren zweiten vorgewählten Mustern in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge anzuzeigen; und

vierte, auf die zweiten Signale ansprechende Mittel zur Erzeugung einer Orientierungsinformation, die die Orien-

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tierungswinkel der festgestellten Merkmale angibt.

5. Einrichtung zur Feststellung von Merkmalen im Bild eines Fingerabdruckes, gekennzeichnet durch:

Erste Mittel zur Umwandlung des Fingerabdruckbildes in eine zweidimensional binäre Daten-Bit-Folge; zweite Mittel zur Verbesserung der binären Daten-Bit-Folge;

dritte, auf das Vorhandensein von ersten vorgewählten Datenmustern in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge ansprechende Mittel zur Feststellung von Merkmalen und der relativen Positionen der festgestellten Merkmale; und vierte, auf das Vorhandensein von zweiten vorgewählten Datenmustern in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge ansprechende Mittel zur Feststellung der relativen Orientierungswinkel des festgestellten Merkmals in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Mittel umfassen:

Vierte Mittel zur Erzeugung eines ersten Signales zum Anzeigen der Feststellung eines Merkmales, wenn eines der ersten vorgewählten Muster in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge festgestellt wird; und fünfte, auf das erste Signal ansprechende Mittel zur Erzeugung einer Positionsinformation zur Anzeige der relativen Position eines zugeordneten festgestellten Merkmals.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten Mittel umfassen:

Sechste Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signales zum Anzeigen der Feststellung eines der zweiten vorgewählten

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Muster in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge; und siebente, auf die zweiten Signale ansprechende Mittel zur Erzeugung einer Orientierungsinformation zur Anzeige der relativen Orientierungswinkel des festgestellten Merkmals.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vierten Mittel umfassen:

Sechste Mittel zur Erzeugung eines zweiten Signales zur Anzeige der Feststellung eines der zweiten vorgewählten Muster in der verbesserten binären Daten-Bit-Folge; und siebents, auf die zweiten Signale ansprechende Mittel zur Erzeugung einer Orientierungsinformation zur Anzeige der rebtiven Orientierungswinkel des festgestellten Merkmals.

9. Gerät, gekennzeichnet durch:

Mittel zur Umwandlung eines zweidimensionalen Bildes in zweidimensionale binäre Daten;
Mittel zur Verbesserung der binären Daten; Mittel zur Feststellung der relativen Positionen von Merkmalen in den verbesserten binären Daten als Funktion der relativen Positionen von ersten vorgewählten Datenmustern in den verbesserten Binärdaten; Mittel zur Identifizierung des Winkels der Erhebungsfliesslinien in den verbesserten Binärdaten als Funktion der Feststellung von zweiten vorgewählten Datenmustern in den verbesserten Binärdaten;

Mittel zur automatischen Feststellung des mittleren Vektors des Winkels der Erhebungsfliesslinien für Jeden Bereich innerhalb mehrerer vorbestimmter Bereiche der zweidimensionelen, verbesserten Binärdaten; und Mittel zur Korrelation des mittleren Vektors des Winkels der Erhebungsfliesslinien mit den festgestellten relati-

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ven Positionen der Merkmale in jedem entsprechenden vorbestimmten Bereich, um den gleichen relativen Orientierungswinkel für jede der festgestellten relativen Positionen des Merkmals in diesem entsprechenden vorbestimmten Bereich abzuleiten.

10. Ein maschinelles Verfahren zur Feststellung von Merkmalen in den verbesserten zweidimensionalen Binärdaten eines Bildes, gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:

Entwicklung der Koordinaten eines festgestellten Merkmals in den verbesserten Binärdaten als zusammengesetzte Funktion der selektiven Feststellung mehrerer erster und zweiter vorgewählter Datenmuster in den verbesserten Binärdaten.

11. Ein maschinelles Verfahren zur Feststellung von Merkmalen in den verbesserten zweidimensionalen Binärdaten eines Bildes, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Bildung der relativen Positionen eines Merkmals in den verbesserten B^närdaten in Funktion der relativen Positionen von ersten vorgewählten Datenmustern in den verbesserten Binärdaten; und

Feststellung der mit den relativen Positionen eines Merkmals korrelierenden Merkmal-Orientierungswinkel in Abhängigkeit von der Feststellung von zweiten vorgewählten Mustern in den verbesserten Binärdaten.

12. Eia maschinelles Verfahren zur Merkmal-Feststellung in zweidimensionalen Binärdaten, die von einem Bildmuster hergeleitet werden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Verbesserung der Binärdaten;

Bildung der relativen Positionen eines festgestellten Merkmals in Abhängigkeit von den relativen Positionen von

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ersten vorgewählten Datenmustern in den verbesserten ^v Binärdaten; und

Feststellung der Orientierungswinkel von festgestellten Merkmalen in Abhängigkeit von der Feststellung von zweiten vorgewählten Mustern in den verbesserten Binärdaten.

13. Ein maschinelles Verfahren zur Merkmal-Feststellung in einem Fingerabdruck, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Umwandlung des Fingerabdruckes in zweidimensionale binäre Daten;

Verbesserung der binären Daten;

Feststellung der relativen Positionen eines Merkmals in den verbesserten Binärdaten in Abhängigkeit von den relativen Positionen erster vorgewählter Datenmuster in den verbesserten Binärdaten; und

Bestimmung der Orientierungswinkel eines Merkmals in Abhängigkeit von der Feststellung zweiter vorgewählter Muster in den verbesserten Binärdaten.

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