DE3788085T2 - Verfahren und Gerät zur Identitätsprüfung mittels Bildkorrelation. - Google Patents
Verfahren und Gerät zur Identitätsprüfung mittels Bildkorrelation.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Verifizierung einer Objektidentität durch Bildkorrelationsverfahren und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verifizieren von Personenidentität durch Korrelation von Fingerabdruckbildern
- Fingerabdruckvergleich ist ein allgemein verwendetes und weit verbreitetes biometrisches Verfahren zur Personenidentifizierung. Jeder Fingerabdruck hat ein unterscheidungskräftiges Muster von Stegen und Rillen, das den Fingerabdruck einzigartig macht. Die gesamten Stegmuster von Fingerabdrücken können gemäß ihrer unterscheidungskräftigen Gestalt in mehrere morphologische Klassen, umfassend Schleifen, Bögen und Wirbel klassifiziert werden. Die einzelnen Stege der Fingerabdrücke haben unterscheidungskräftige Orientierungen, Abstände, Enden und Gabelungen. Fingerabdruckvergleichsverfahren basieren auf dem Grundsatz, daß die Kombination dieser Merkmale in jeden einzelnen Fingerabdruck einzigartig ist.
- Eine Verwendung der Fingerabdruckvergleichstechnik besteht in der Zugangskontrolle, bei der Personen der Zugang zu einem kontrollierten Bereich erlaubt oder verboten wird auf der Grundlage von Vergleichen mit einer Datenbank aus Fingerabdrücken. Der kontrollierte Bereich kann ein physikalischer Bereich sein, wobei in diesem Fall der Zugang durch eine physikalische Sperre kontrolliert wird, oder ein virtueller Bereich, z. B. ein Computerprogramm oder eine Datenbank, wobei in diesem Fall der Zugang durch eine elektronische Sperre kontrolliert wird. Die Datenbank aus Fingerabdrücken wird während des Erfassungsverfahrens aufgebaut, da auf dem Aufzeichnen der Fingerabdrücke der Personen, denen ein Zugang zu erlauben ist in einer Form aufgezeichnet wird. Wenn die Datenbank aufgebaut worden ist, erhält eine Einzelperson nur dann Zugang durch ein Verifizierungsverfahren, falls der zur Verifizierung dargebotene Fingerabdruck mit den abgespeicherten Fingerabdruckdaten einer bestimmten erfaßten Einzelperson übereinstimmt.
- Da manuelle Verfahren der Fingerabdruckbestimmung mühselig sind, ist ein automatisiertes Verfahren zur Personenverifizierung zur Zugangskontrolle wünschenswert. Um verwendbar zu sein, muß ein derartiges automatisiertes Verfahren erfaßte Personen genau verifizieren und muß ebenfalls nicht erfaßte Personen genau zurückweisen. Ungenauigkeiten in den Verifizierungsverfahren wurden in zwei Gruppen aufgespalten; ein Fehler vom ersten Typ ist eine falsche Zurückweisung einer erfaßten Einzelperson, während ein Fehler vom zweiten Typ eine falsche Verifizierung einer nicht erfaßten Einzelperson ist. Idealerweise sollten sowohl Fehler vom ersten als auch Fehler vom zweiten Typ minimiert werden, allerdings sollte in Abhängigkeit von Anwendung, eine erhöhte Rate eines Fehlers vom ersten Typ toleriert werden, um die Rate der Fehler von dem anderen Typ zu minimieren. Falls beispielsweise das automatisierte Verfahren verwendet wird, um den Zugang zu einem Tresor zu kontrollieren, der hoch sensitive Dokumente enthält, sollte die Fehlerverifizierungsrate sehr nahe, falls nicht gleich Null sein, um gegen unbefugten Zugang zu schützen, während die Unannehmlichkeiten, die mit einer relativen Zurückweisungsrate verbunden sind, toleriert werden können. Falls andererseits die Kosten einer fehlerhaften Zurückweisung hoch sind und die Strafe einer fehlerhaften Verifizierung niedrig ist, dann kann eine relativ hohe fehlerhafte Verifizierungsrate toleriert werden, um die fehlerhafte Zurückweisungsrate zu minimieren.
- Ein Faktor, der die Genauigkeit der automatisierten Verfahren zur Zugangskontrolle beeinflußt, ist die Wiederholbarkeit des Verfahrens der Abbildung des zu erfassenden oder zu verifizierenden Fingerabdrucks. Wie vorstehend angegeben, setzt die Verwendung von Fingerabdruckübereinstimmung in der Zugangskontrolle die beiden unterschiedlichen Verfahren ein, Erfassung und Verifizierung. In einem typischen automatisierten Verfahren der Zugangskontrolle, benötigen das Erfassungsverfahren und das Verifizierungsverfahren das Ausbilden eines optischen Bildes des Fingerabdrucks der zu erfassenden oder zu verifzierenden Einzelperson. Das Verfahren der Abbildung eines Fingerabdrucks erfordert normalerweise das Erfassen von durch den Fingerabdruck reflektierten Lichtes, wobei die Stege und Rillen des Fingerabdrucks das Licht unterschiedlich reflektieren. Ungenauigkeiten können von dem Abbildungsverfahren selbst herrühren aufgrund von Verzerrungen des durch die Abbildungsvorrichtung hervorgerufenen Fingerabdruckbildes, und können auch von Unbeständigkeiten in der Ausrichtung des Fingers mit der Abbildungsvorrichtung oder in Veränderungen des Feuchtigkeitspegels an der Fingeroberfläche herrühren. Ein anderer Faktor, der die Genauigkeit von automatisierten Verfahren der Fingerabdrucksübereinstimmung beeinflußt ist, daß sich der Finger selbst seine Größe aufgrund physiologischer oder temperaturbedingter Gründe verändern kann.
- Zusätzlich zur Genauigkeit umfassen andere Faktoren, die die Verwendbarkeit von automatisierten Verfahren zur Fingerabdrucksübereinstimmung beeinträchtigen, die Kosten der automatischen Vorrichtung und die Geschwindigkeit der Erfassungs- und Verifizierungsverfahren, und die Beständigkeit des Verfahrens gegen unbefugtes Eindringen und Mißbrauch. Kosten und Geschwindigkeit sind direkt durch die Wirksamkeit des Erfassungsverfahrens beeinflußt, Fingerabdrücke durch Manipulieren und Abspeichern einer minimalen Datenmenge genau zu charakterisieren.
- Der Artikel "Automatic Template selection technigues for the local pattern matching method" von Kashioka et al, Systems and Computers in Japan vol. 17, No. 5, 1986, Seiten 25-35 beschreibt ein Musterbestimmungsverfahren, das mit dem Oberbegriff von Anspruch 1 übereinstimmt. Es gibt auch ein korrespondierendes US-Patent, US-A-4783 831.
- EP-A-0125 532 beschreibt ein Bestimmen von Fingerabdruckbildern in denen zwei relativ kleine Referenzsegmente, die Unterfelder des Originalfingerabdruckbildes sind, mit zwei im wesentlichen größeren Domänen-Unterfeldern des Abdrucks für den eine Übereinstimmung gesucht wird. Jedes Segment wird abgetastet, um die Positionen der maximalen 1-Korrelation und maximalen 0-Korrelationen zwischen den Segmenten und entsprechenden domänen Unterfeldern zu bestimmen. Es werden dann unterschiedliche Kriterien angelegt, um zu versuchen, eine positive oder eine negative Verifizierung abzuleiten.
- IBM Technical Disclosure Bulletin vol. 16, No. 8, Seiten 2688-2690 beschreibt eine Technik zum Digitalisieren von Pixel eines Fingerabdruckbildes in Einsen und Nullen, wobei ein Referenzpegel durch Vergleichen des Graupegels eines Pixel mit dem durchschnittlichen Graupegel eines ihn umgebenden rechteckigen Bereiches abgeleitet wird.
- Die vorliegenden Erfindung strebt danach, eine verbesserte Technik zu Verifizierung der Identität eines Objektes bereitzustellen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Bildkorrelationsverfahren zum Verifizieren der Identität eines Objektes bereitgestellt, wobei das Verfahren das Ausbilden eines Referenzbildes eines Referenzobjektes, Identifizieren einer Vielzahl von Referenzabschnitten von dem Referenzbild, die das Objekt charakterisieren, und späteres Verifizieren der Identität durch Vergleichen der Referenzabschnitte mit einem Bestätigungsbild eines Objektes, dessen Identität zu verifizieren ist, und Verifizieren der Identität des Objektes nach dem Maß der Ähnlichkeit zwischen dem Referenzbild und dem zu verifizierenden Bild, enthält, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Identifizieren einer Vielzahl von Referenzabschnitten von dem Referenzbild durch:
- Partitionieren des Referenzbildes in eine Vielzahl von Anwärterreferenzabschnitten, aus denen die Referenzabschnitte gewählt werden, Ausführen einer Autokorrelationsberechnung für jeden Anwärterreferenzabschnitt, um das Maß der Unterscheidbarkeit des Anwärterreferenzabschnittes bezüglich eines lokalen Bereiches des Referenzbildes zu bestimmen, der den Anwärterreferenzabschnitt umgibt, in dem Pixel der Referenzdaten des Anwärterreferenzabschnittes mit entsprechenden Pixel der Bilddaten gleich bemaßter Flächen über den gesamten lokalen Bereich verglichen werden, wobei der lokale Bereich größer als der Anwärterreferenzabschnitt und kleiner als die Referenzbilder ist, und Auswählen der Referenzabschnitte aus den am meisten unterscheidbaren Anwärterreferenzabschnitten unter Zugrundelegung der Ergebnisse der Autokorrelationsberechnungen; und dann
- Bilden eines Verifizierungsbildes eines Objektes, dessen Identität zu verifizieren ist, wobei das Verifizierungsbild eine Vielzahl von Verifizierungsbereichen aufweist, die in ihrer Position einem der Referenzabschnitte entsprechen und in ihrer Abmessung jeweils größer als ihr entsprechender Referenzabschnitt sind;
- Bestimmen einer am besten übereinstimmenden Stelle in jedem Verifizierungsbereich, an der die Bilddaten den Bilddaten seines zugehörigen Referenzabschnittes am meisten ähnlich sind;
- Bestimmen der relativen Positionierungen der am besten übereinstimmenden Stellen relativ zueinander und Vergleichen der relativen Positionierung der Referenzabschnitte relativ zueinander; und
- Verifizieren der Identität des Objektes gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten der am besten übereinstimmenden Stellen mit den zugehörigen Referenzabschnitten und gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen der relativen Positionierung der am besten übereinstimmenden Stellen und der relativen Positionierung der zugehörigen Referenzabschnitte.
- Die Erfindung stellt auch eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer Person bereit, durch Erhalten eines Bildes eines Fingerabdrucks und Abspeichern von Referenzbilddaten, die den Fingerabdruck des Aufzunehmenden charakterisieren, und zum Verifizieren der Identität einer Person, die beansprucht, der Aufzunehmende zu sein, durch Vergleichen eines Bildes des Fingerabdrucks dieser Person mit Referenzbilddaten des Aufzunehmenden, wobei die Vorrichtung Bildmittel zum Ausbilden von Bildern von Fingerabdrücken, Mittel zum Auswählen und Speichern von Referenzbilddaten, die den Fingerabdruck des Aufzunehmenden charakterisieren, Mittel zum Wiederauffinden der Referenzbilddaten eines Aufzunehmenden und zum Vergleichen mit dem Fingerabdruckbild der zu verifizierenden Person, und Mittel zum Verifizieren der Identität nach dem Maß der Ähnlichkeit zwischen den Referenzbilddaten des Aufzunehmenden und dem Fingerabdruckbild der zu verifizierenden Person aufweist, gekennzeichnet durch:
- Mittel zum Partitionieren eines Fingerabdruckbildes, das von einem Fingerabdruck eines Aufzunehmenden während eines Aufnahmeverfahrens erzielt wurde, in eine Vielzahl von Anwärterreferenzabschnitte;
- Mittel zum Ausführen einer Autokorrelationsberechnung für jeden Anwärterreferenzabschnitt, um das Maß an Unterscheidungsfähigkeit des Anwärterreferenzabschnittes bezüglich eines örtlichen Bereiches des Referenzbildes zu bestimmen, das den Anwärterreferenzabschnitt umgibt, wobei der örtliche Bereich größer ist als der Anwärterreferenzabschnitt und kleiner als das gesamte Referenzbild;
- Mittel zum Auswählen von Referenzdaten, die den Fingerabdruck des Aufzunehmenden charakterisieren, wobei die Referenzdaten die Bilddaten und relative Positionierung der am unterscheidungsfähigsten Anwärterreferenzabschnitte aufweisen;
- Mittel zum Definieren einer Vielzahl von Verifizierungsbereichen in dem Fingerabdruckbild der Person, die Verifizierung sucht, wobei jeder Verifizierungsbereich in seiner Position einem der Referenzabschnitte zugeordnet ist, und wobei jeder Verifizierungsbereich in seinen Abmessungen größer als sein zugehöriger Referenzabschnitt ist;
- Mittel zum Bestimmen eines Ortes bestmöglicher Übereinstimmung in jedem Verifizierungsbereich, an dem die Bilddaten des Verifizierungsbereiches der Bilddaten des zugehörigen Referenzabschnittes am ähnlichsten sind; und
- Mittel zum Verifizieren der Identität der Person, die beansprucht, aufgenommen zu werden, gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten der Orte mit bester Übereinstimmung und den Bilddaten der zugehörigen Referenzabschnitte und auch nach dem Maß der Ähnlichkeit zwischen der relativen Anordnung der Orte mit bester Übereinstimmung und der relativen Anordnung der zugehörigen Referenzabschnitte.
- Allgemein gesagt, umfaßt die Impliminierung der vorliegenden Erfindung ein Bildkorrelationsverfahren zur Verwendung beim Verifizieren der Identität eines Objektes. Ein Aspekt des Verfahrens betrifft ein Aufnahmeverfahren und ein anderer Aspekt des Verfahrens betrifft ein Verifizierungsverfahren. Genauer gesagt, umfaßt das Aufnahmeverfahren des Verfahrens die Schritte:
- Ausbilden eines Referenzbildes eines Referenzobjektes;
- Identifizieren einer Vielzahl von Referenzabschnitten des Referenzbildes, wobei die in jeder der Referenzabschnitte enthaltenen Bilddaten unterscheidungskräftig bezüglich der Bilddaten angrenzend an und den Referenzabschnitt umgebend sind; und
- Abspeichern der Bilddaten jeder der Referenzabschnitte für spätere Verwendungen in dem Verifizierungsverfahren. Nach dem Ausführen des Aufnahmeverfahrens, kann das Verifizierungsverfahren ausgeführt werden. Das Verifizierungsverfahren umfaßt die Schritte:
- Ausbilden eines Verifizierungsbildes eines Objektes, dessen Identität zu verifizieren ist, wobei das Verifizierungsbild eine Vielzahl von Verifizierungsbereichen aufweist, die in ihrer Position einer der Referenzabschnitte entsprechen und jeweils in ihren Abmessungen größer als ihr zugehöriger Referenzabschnitt sind;
- Bestimmen eines Ortes bester Übereinstimmung in jedem Verifizierungsbereich an dem die Bilddaten den Bilddaten des korrespondierenden Referenzabschnittes am ähnlichsten sind; und
- Verifizieren der Identität des Objektes gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten der Orte bester Übereinstimmung und den zugehörigen Referenzabschnitten und gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen der relativen Positionierung der Orte bester Übereinstimmung und den zugehörigen Referenzabschnitten.
- Genauer gesagt und in Übereinstimmung mit den erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispielen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verifizieren einer Personenidentität durch Korrelieren von Fingerabdruckbildern bereit. Das Verfahren umfaßt die Schritte:
- Zuerst Erfassen einer Person durch die Schritte Ausbilden eines Referenzabschnittes eines Fingerabdrucks der Person, Identifizieren einer Vielzahl von Referenzabschnitten in dem Referenzbild, wobei die in jedem der Referenzabschnitte enthaltenen Bilddaten örtlich einzigartig sind, und Abspeichern der Bilddaten jedes der Referenzabschnitte; und dann Verifizieren der Identität von jemand, der beansprucht, eine erfaßte zu sein, durch die Schritte Wiederauffinden der Bilddaten der Referenzabschnitte der erfaßten Person, Ausbilden eines Verifizierungsbildes des Fingerabdrucks der Person, die beansprucht, erfaßt zu sein, wobei das Verifizierungsbild eine Vielzahl von Verifizierungsbereichen aufweist, die jeweils in ihrer Relativposition mit einem der Referenzabschnitte korrespondieren und jeweils in ihren Abmessungen größer als ihr korrespondierender Referenzabschnitt sind, bestimmen eines Ortes bester Übereinstimmung in jedem Verifizierungsbereich an dem die Bilddaten den Bilddaten des korrespondierenden Referenzabschnittes am ähnlichsten sind, und Verifizieren der Identität der Person, die beansprucht, erfaßt zu sein, gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten der Orte bester Übereinstimmung und den zugehörigen Referenzabschnitten und gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen der relativen Positionierung der Orte bester Übereinstimmung und der korrespondierenden Referenzabschnitte.
- Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht in erster Linie aus einer Abbildungsvorrichtung zum Ausbilden der Bilder der Fingerabdrücke und einem programmierten Computer und geeigneten Verbindungsschaltkreisen, um die Aufgaben auszuführen, die Referenzabschnitte auswählen, Abspeichern und Wiederauffinden der in den Referenzabschnitten enthaltenen Bilddaten, Ausrichten der Referenzabschnitte auf einem Fingerabdruckbild, um durch Berechnen der Orte des zur Übereinstimmung verifiziert zu werden, und Verifizieren der Identität unter Zugrundlegung der Ergebnisse der Ausrichtungsaufgabe. In der bevorzugten Ausführungsform bildet die Abbildungsvorrichtung ein Grauwertbild des Fingerabdrucks, das aus einem rechteckigen Feld von Pixel (Bildelementen) besteht, wobei jedes Pixel einen Digitalwert hat, der von einem Wert reicht, der Weiß darstellt bis zu einem anderen Wert, der Schwarz darstellt, wobei dazwischenliegende Werte Grauschattierungen darstellen. In dem Computer werden zur erleichterten Verarbeitung die Fingerabdruckbilder vorzugsweise in binärer Form dargestellt, nämlich als schwarze und weiße Pixel, wobei die Umwandlung von Grauskalenwerten in binäre Form, entweder durch bezüglich des Computers externe Hardware oder durch den Computer selbst ausgeführt wird.
- Ein Aspekt des Verfahrens zur Verifizierung der Identität durch Korrelation von Fingerabdruckbildern umfaßt die Definition der Referenzabschnitte, die den Fingerabdruck einer erfaßten Person charakterisieren. Während des Erfassungsverfahrens wird das Referenzfingerabdruckbild der zu erfassenden Person zum Zwecke der Identifizierung unterscheidungskräftiger Bereiche des Fingerabdruckbildes analysiert. Meistens entsprechen diese unterscheidungskräftigen Bereiche Fingerabdruckeigenschaften, wie z. B. Stegenden oder -gabelungen, Steginseln, Kernen, Dreiecken oder anderen unterscheidungsfähige Eigenschaften, die in Fingerabdrücken weit verbreitet sind.
- Das Referenz-Fingerabdruckbild wird in wirksamer Weise in eine Serie relativ kleiner Kandidatenreferenzabschnitte unterteilt, wobei jeder analysiert wird, um zu bestimmen, ob er unterscheidungskräftig genug ist, als einer der Referenzabschnitte ausgewählt zu werden. In der bevorzugten Ausführungsform, wird zu Qualitätskontrollzwecken eine anfängliche Bewertung an den Grauwertbilddaten jedes Kandidatenreferenzabschnittes ausgeführt. Falls der Kandidatenreferenzabschnitt zu hell ist, wird der Kandidatenreferenzabschnitt zurückgewiesen, da er außerhalb der Grenzen des nützlichen Fingerabdruckbildes ist. Falls der Kontrast unter den einzelnen Pixel des Kandidatenreferenzabschnittes zu gering ist, wird er ebenfalls zurückgewiesen. Ebenfalls wird der Kandidatenreferenzabschnitt zurückgewiesen, falls er zu nahe an der physikalischen Kante des Fingerabdruckbildes ist, oder falls er zu dunkel ist.
- Nach der anfänglichen Bewertung von Kandidatenreferenzabschnitten wird eine Serie von Berechnungen in der bevorzugten Ausführungsform ausgeführt, um die Einzigartigkeit oder Unterscheidungsfähigkeit jedes der verbleibenden Referenzabschnitte verglichen mit einer Fläche des Referenzfingerabdruckbildes ausgeführt, das den Kandidatenreferenzabsschnitt unmittelbar umgibt. Aus Gründen der Berechnungsgeschwindigkeit, werden diese Berechnungen an vorzugsweise binären (schwarz und weiß) Bilden ausgeführt, anstatt sie an den Grauskalenbildern auszuführen. Die den Kandidatenreferenzabschnitt umgebende Fläche wird in ein Binärbild entsprechend dem mittleren Grauwert in dieser Fläche umgewandelt. In anderen Worten werden alle Pixel, die Werte haben, die dunkler sind als der mittlere Grauwertpegel in Schwarzpixel umgewandelt und alle Pixel, die Werte haben, die heller sind als der mittlere Grauwertpegel, werden in weiße Pixel umgewandelt. Gleichzeitig wird ein Filter- oder Glättungsvorgang ausgeführt, um Rauschen zu entfernen und Kanten zu glätten.
- Jeder Kandidatenreferenzabschnitt wird auch in ein binäres Äquivalent des Graubildes umgewandelt, aber durch ein Verfahren, das hierin als Ternärisierung bezeichnet wird. Um die Unsicherheit und die Veränderbarkeit von Kantenbestimmungen in einem Verfahren auszuschalten, das Graubilder in binäre Bilder gemäß dem Graupegelmittelwert umwandelt, teilt die Ternärisierungstechnik alle Pixel in einen von drei Pegeln, schwarz, grau und weiß ein. Ein Histogramm von Grauwerten des Grauskalenbildes wird bestimmt und Schwarz-Grau- und Grau-Weiß-Schwellenwerte werden gemäß gleicher ein Drittel-Verteilungen eingeführt. Alle Pixel, die Grauwerte haben, die dunkler sind als der Schwarz-Grauschwellwert werden in schwarze Pixel umgewandelt; alle Pixel, die Grauwerte haben, die heller als der Grau-Weißschwellenwert sind, werden in weiße Pixel umgewandelt; alle anderen Pixel werden in nachfolgenden Korrelationsberechnungen ignoriert. Auf diese Weise geben die schwarzen und weißen Pixel die Stege und Rillenbereich des Fingerabdruckbildes mit hoher Zuverlässigkeit wieder, während die Graupixel die Übergangsbereiche zwischen den Stegen und Rillen wiedergeben.
- Nachdem ein Kandidatenreferenzabschnitt ternärisiert wurde und der umgebende Bereich binärisiert wurde, wird eine Autokorrelationsberechnung in der bevorzugten Ausführungsform ausgeführt, bei der die örtliche Unterscheidbarkeit des Kandidatenreferenzabschnittes bezüglich des zugrundeliegenden Referenzfingerabdruckbildes bestimmt wird. Der Begriff "Autokorrelation" wird hierin verwendet, um eine Reihe von einzelnen Korrelationsberechnungen zu bezeichnen, die jeweils zwischen den ternärisierten Bilddaten des Kandidatenreferenzabschnittes und den binarisierten Bilddaten eines Unterfeldes der umgebenden Fläche ausgeführt werden, die jeweils gleich groß sind wie der Kandidatenreferenzabschnitt und in dem umgebenden Bereich um verändernde Maße versetzt sind. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung trifft die Annahme, daß hohe Korrelationen zwischen dem Kandidatenreferenzabschnitt und anderen Orten in dem Umgebungsbereich bedeutet, daß der Kandidatenreferenzabschnitt nicht für unterscheidungsfähig ist und daher nicht geeignet ist, um zur Charakterisierung des Fingerabdruckbildes verwendet zu werden. Eine derartige hohe Korrelation tritt z. B. in Fällen auf, in denen das Kandidatenreferenzabschnittsbild nur parallele Rillen ohne unterscheidungsfähige Fingerabdruckbildmerkmale aufweist. Man würde eine hohe Korrelation zwischen einem derartigen Kandidatenreferenzabschnitt und Orten in seinem Umgebungsbereich erwarten, wenn der Kandidatenreferenzabschnitt in einer Richtung parallel zu den Rillen verschoben oder um Vielfache eines Rillenabstandes in einer Richtung rechtwinklig zu den Rillen verschoben wird. Andererseits kann ein Kandidatenreferenzabschnitt, das ein Rillenende aufweist, in dem Umgebungsbereich einzigartig sein, so daß in diesem Fall nur niedrige Korrelationen gefunden werden. Da hohe Korrelationen an Orten erhalten werden, die an oder nahe dem Originalort des Kandidatenreferenzabschnittes liegen, werden derartige Orte in Autokorrelationsberechnung ausgeschlossen. Das Autokorrelationsmaß jedes Kandidatenreferenzabschnittes ist der höchste Korrelationswert, der in dem umgebungsbereich auftritt, also für den ausgeschlossenen Bereich nahe der Mitte des umgebenden Bereiches.
- Sobald die Autokorrelationsberechnung zwischen jedem Kandidatenreferenzabschnitt und seinem zugehörigen Umgebungsbereich des Referenzfingerabdruckbildes ausgeführt worden ist, werden die Kandidatenreferenzabschnitte in der bevorzugten Ausführungsform gemäß ihrer Autokorrelationswerte eingestuft, wobei niedrige Korrelationswerte am wünschenwertesten sind, da derartige Werte örtlich einzigartige oder unterscheidungsfähige Kandidatenreferenzabschnitte bezeichnen. Eine vorbestimmte Anzahl der am unterscheidungskräftigsten Kandidatenreferenzabschnitte werden dann gegen zusätzliche Referenzfingerabdruckbilder der gleichen Person getestet, um die Wiederholbarkeit von genauer Übereinstimmung von Kandidatenreferenzabschnitten gegenüber nachfolgenden Fingerabdruckbildern zu bestimmen. Der am meisten unterscheidungsfähige und wiederholbare Kandidatenreferenzabschnitt wird als der Hauptreferenzabschnitt bezeichnet, der während des Verifizierungsverfahrens verwendet wird, um die Referenzabschnitte des Musters bezüglich nachfolgender Fingerabdruckbilder auszurichten. Am Ende dieses Referenzabschnitts- Identifizierungs- und Auswahlverfahren wurde ein Satz unterscheidungskräftiger Referenzabschnitte als ein "Muster" ausgewählt, das das Referenzfingerabdruckbild am besten wiedergibt. Die in den Referenzabschnitten des Musters enthaltenen ternärisierten Bilddaten zusammen mit Daten, die ihre Relativpositionen charakterisieren, wird dann gespeichert, wodurch das Erfassungsverfahren beendet ist.
- Ein weiterer Aspekt des Verfahrens zur Verifizierung der Identität durch Korrelation von Fingerabdruckbildern umfaßt das Verifizierungsverfahren, in dem eine Person, die Zutritt sucht und beansprucht, erfaßt worden zu sein, einen Fingerabdruck bereitstellt, um mit dem Muster der erfaßten Person verglichen zu werden. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird ein Verifizierungsabdruckbild von der Zugang suchenden Person erhalten und gefiltert und binarisiert. Die durch das Muster der erfaßten Person definierten Bilddaten werden von dem Speicher geholt und mit dem Verifizierungsfingerabdruckbild verglichen.
- Als ein Anfangsschritt in dem Verifizierungsverfahren gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird das Muster bezüglich des Verifzierungsfingerabdruckbildes ausgerichtet, um eine fehlerhafte translatorische Verschiebung des Fingers der Person in der Abbildungsvorrichtung auszuschalten. Um das Muster auf das Verifizierungsfingerabdruckbild auszurichten, wird der erste Referenzabschnitt zuerst an dem Verifizierungsabdruckbild angeordnet durch Bestimmung eines Ortes "bester Übereinstimmung" in dem Suchbereich, an dem die Korrelation zwischen dem ersten Referenzabschnitt und dem zugrundeliegenden Verfizierungsfingerabdruckbild am größten ist.
- Sobald der erste Referenzabschnitt an dem Verifizierungsfingerabdruckbild angeordnet ist, werden dann die verbleibenden Referenzabschnitte relativ zu dem Ort bester Übereinstimmung des ersten Referenzabschnittes lokalisiert. Eine zweidimensionale Verschiebungskorrektur wird gemäß dem Ort bester Übereinstimmung des ersten Referenzabschnittes bestimmt und wird verwendet, um nachfolgend die erwarteten Orte der verbleibenden Referenzabschnitte zu lokalisieren. Für jeden der verbleibende Referenzabschnitte wird ein Verifizierungsbereich definiert, der an dem erwarteten Ort des Referenzabschnittes zentriert wird. Der Verifizierungsbereich ist in seinen Abmessungen größer als der Referenzabschnitt, um eine rotatorische Fehlausrichtung und Abmessungsveränderungen des Fingers zuzulassen. Ein Ort bester Übereinstimmung wird in jedem Verifizierungsbereich an dem Ort in dem Verifizierungsbereich bestimmt, an dem die Korrelation zwischen den ternärisierten Bilddaten des Referenzabschnittes in den binärisierten Bilddaten des Verifizierungsfingerabdruckbildes am höchsten ist. Der Ort bester Übereinstimmung jedes Referenzabschnittes kann der Mitte des Verifzierungsbereichs auftreten oder kann an einem davon beabstandeten Ort auftreten. Als nächstes wird eine Drehkorrektur ausgeführt, um die Verschiebungen der Orte bester Übereinstimmung von ihren jeweiligen erwarteten Positionen zu minimieren, um die fehlerhafte Drehausrichtung des Verifizierungsfingerabdruckbildes bezüglich des Referenzabdruckbildes auszulöschen, daß während des Erfassungsverfahrens erhalten worden ist.
- Sobald alle Referenzabschitte auf das Fingerabdruckbild angeglichen worden sind und ihre Korrelationen berechnet worden sind, wird eine Bewertung der Korrelationswerte und der korrigierten Verschiebungen ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Zugang als die erfaßte Person suchende Person zu verifizieren oder zurückzuweisen ist. Jeder Referenzabschnitt wird als ein "Treffer" oder als "Versager" gemäß seinem Korrelationswert und seiner korrigierten Verschiebung klassifiziert. Ein relativ hoher Korrelationswert und ein relativ niedriger Verschiebungswert sind erforderlich, um als ein Treffer klassifiziert zu werden. Falls schließlich die Anzahl oder die Prozentzahl von Treffern eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, ist die Person verifiziert; falls nicht, wird die Person zurückgewiesen.
- Einige Merkmale der vorliegenden Erfindung wirken zusammen, um ein Verifizierungsverfahren mit deutlichen Vorteilen gegenüber anderen derartigen im Stand der Technik bekannten Verfahren bereitzustellen. Ein Merkmal ist die Sorgfalt bei der Auswahl der Referenzabschnitte des Musters, um eine genaue und wiederholbare Charakterisierung jedes zu Erfassung dargebotenen Fingerabdrucks sicherzustellen. Ein weiteres Merkmal ist die kompakte Größe der Bilddaten der Referenzabschnitte, was ermöglicht, daß derartige Daten leicht und effizient gespeichert werden. Ein anderes Merkmal ist das aufgrund der Wirksamkeit des Verfahrens und der Kompaktheit der Musterdaten eine Fingerabdrucksverifizierungsvorrichtung kompakt und preiswert konstruiert werden kann. Ein weiteres Merkmal ist die Robustheit des Verifizierungsverfahrens, das unvollständige Fingerabdrucksbilddaten toleriert, die durch Fehlausrichtung' teilweise Abbildung und andere Faktoren hervorgerufen werden. Ein weiteres Merkmal ist die Geschwindigkeit und die Genauigkeit des Verifizierungsverfahrens, das die Nützlichkeit der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruierten Verifizierungsvorrichtung erhöht. Ein weiteres Merkmal ist, daß das zugrundeliegende Verfahren der Objektidentifizierung nicht nur auf Fingerabdruckbildidentifzierung beschränkt ist; Andere nützliche Anwendungen für das Verfahren der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute im Bereich der Objektidentifizierung offensichtlich sein.
- Die Merkmale und Vorteile, die in der Beschreibung beschrieben sind, sind nicht alles umfassend, und insbesondere können viele zusätzliche Merkmale und Vorteile für einen Fachmann auf dem Gebiet angesichts der Zeichnungen, der Beschreibungen und ihrer Ansprüche deutlich werden. Darüberhinaus sei bemerkt, daß die in der Beschreibung verwendeten Begriffe grundsätzlich für eine gute Lesbarkeit und für erläuterte Zwecke gewählt wurde und nicht gewählt sein wollte, um den Erfindungsgegenstand abzugrenzen oder zu umschreiben, vielmehr ist es notwendig, die Ansprüche zu lesen, um den Erfindungsgegenstand zu bestimmen.
- Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fingerabdruckverifizierungsendgerätes, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
- Fig. 2 ist eine perspektivische schematische Ansicht einer Fingerabdruckbildvorrichtung des Fingerabdruckverifizierungsendgerätes.
- Fig. 3 ist eine schematische Erläuterung eines beispielhaften Lichtpfades durch ein optisches Element der Fingerabdruckbildvorrichtung.
- Fig. 4 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts von Fig. 3.
- Fig. 5 ist ein Blockdiagramm des Fingerabdruckverifizierungsendgerätes, das die Fingerabdruckbildvorrichtung, einen Computer und zugehörige Verbindungsschaltkreise aufweist.
- Fig. 6 ist ein vereinfachtes Flußdiagramm des Fingerabdruckverifizierungsverfahrens der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 7a und 7b sind detaillierte Flußdiagramme eines Erfassungsverfahrens des Fingerabdruckverifizierungsverfahrens.
- Fig. 8 ist eine schematische Erläuterung eines Verfahrens zum Auswählen von Referenzabschnitten während des Erfassungsverfahrens.
- Fig. 9 ist eine schematische Erläuterung eines Verfahrens zur Ternärisierung der Bilddaten eines Referenzabschnittes.
- Fig. 10 ist eine schematische Erläuterung des Verfahrens zur Binärisierung von Fingerabdruckbilddaten.
- Fig. 11 ist eine schematische Erläuterung eines Referenzabschnittes und eines den Referenzabschnitt umgebenden Bereiches, in dem eine Autokorrelationsberechnung ausgeführt wird.
- Fig. 12a und 12b sind schematische Erläuterungen der Ergebnisse der Autokorrelationsberechnung.
- Fig. 13 ist eine schematische Erläuterung eines exemplarischen Referenzfingerabdruckbildes, das ausgewählte Referenzabschnitte aufweist.
- Fig. 14 ist ein detailliertes Flußdiagramm eines Verifizierungsverfahrens des Fingerabdruckverifizierungsverfahrens.
- Fig. 15 ist eine schematische Erläuterung eines Fingerabdruckbildes, dem ein erster Referenzabschnitt und zwei zweite Referenzabschnitte angepaßt werden.
- Fig. 16a bis 16c sind schematische Erläuterungen einer Drehkorrektur, die während des Verifizierungsverfahrens ausgeführt wird.
- Fig. 17 ist eine schematische Grafik von Korrelationswerten gegen korrigierte Verschiebungswerte, die während Verifizierungsverfahrens bestimmt werden und als Kriterium für Verifizierung und Zurückweisung verwendet wird.
- Fig. 1 bis 17 der Zeichnungen stellen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausschließlich zum Zwecke der Erläuterung dar. Ein Fachmann wird unmittelbar aus der nachstehenden Diskussion erkennen, daß alternative Ausführungsformen der hierin erläuterten Strukturen und Verfahren verwendet werden können, ohne von den Grundlagen der hierin beschriebenen Erfindung abzuweichen.
- Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verifizierung der Personenidentität durch Korrelation von Fingerabdruckbildern. Wie in Fig. 1 gezeigt, verkörpert ein Fingerabdruckverifizierungsendgerät 10 das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Das Verifizierungsendgerät 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das die Fingerabdrucksverifizierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einschließt. Das Gehäuse 12 umfaßt eine geneigte Frontplatte 14, an der eine Tastatur 16 und eine Anzeige 18 angeordnet sind. Die Frontplatte 14 umfaßt desweiteren eine Ausnehmung, in der ein optisches Element 20 einer Abbildungsvorrichtung angeordnet ist. Die bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verkörpert bestimmte Aspekte der Bildeinrichtung wie sie in U.S. Patent No. 4,537,484 veröffentlicht am 27. August 1985 für Fowler, et al. beschrieben ist, die hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
- Das Verifizierungsendgerät 10 wird sowohl zur Erfassung als auch zur Verifizierung verwendet. Falls die Einzelperson vorher erfaßt worden ist, wird die Einzelperson gebeten, ihre persönliche Identifikationsnummer, ihren Namen oder eine andere Form der Identifizierung einzugeben. Dann plaziert die Einzelperson einen Finger 22 oder Daumen in der Ausnehmung, die durch das optische Element 20 definiert ist. Der Erfassungsschaltkreis des Verifizierungsendgerätes 10 erfaßt das Vorhandensein der auf dem Element, was eine Abfolge von Antworten und Mitteilungen auslöst, die auf der Anzeige 18 dargestellt werden. Der Finger 22 wird dann unter Verwendung der Bildvorrichtung abgetastet, um ein Bild bereitzustellen, das den Fingerabdruck der Einzelperson entspricht. Als nächstes wird ein Vergleich zwischen dem vorliegenden Fingerabdruckbild und Fingerabdruckbilddaten ausgefüllt, die vorher definiert und während der Erfassung gespeichert worden sind. Falls der Vergleich positiv ist, wird die Identität der Einzelperson bestätigt und ihm wird Zugang gewährt. Falls der Vergleich negativ ist, wird der Einzelperson kein Zugang gewährt.
- Das Erfassungsverfahren ist dem Verifizierungsverfahren in soweit ähnlich, als der Finger der Einzelperson optisch abgetastet wird und die dem Fingerabdruckbild entsprechenden Bilddaten verarbeitet und in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt werden. Im weiteren wird die Identifizierungsinformation, z. B. der Name der Einzelperson oder ihre persönliche Identifizierungsnummer in das Endgerät 10 über die Tastatur 16 eingegeben. Üblicherweise ist sicherheitspersonal während des Erfassungsvorgangs anwesend, um die Identität der Einzelperson zu verifizieren. Sobald die Einzelperson erfaß worden ist, kann physischer oder virtueller Zugang durch die Einzelperson erhalten werden, indem sie das vorstehend beschriebene Verifizierungsverfahren verwendet, wobei während dieser Zeit kein Sicherheitspersonal anwesend zu sein braucht.
- Details der Bildeinrichtung 52 sind in Fig. 2 veranschaulicht, und umfassen das optische Element 20, eine Lichtquelle 24, Spiegel 26 und 28, Linse 30 und einen Lichtsensor 32. Die Elemente 24 bis 32 sind auf einem Wagen 34 angeordnet, der um eine Achse 36 durch einen Schrittmotor 38 drehbar angeordnet ist. Das optische Element 20 ist ortsfest und seine gekrümmten Oberflächen sind poliert, um so das hindurchgehende Licht nicht zu zerstreuen. Vorzugsweise haben die gekrümmten Oberflächen des optischen Elementes 20 Achsen, die mit der Wagendrehachse 36 zusammenfallen.
- Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, treten Lichtstrahlen von der Lichtquelle 24 in das optische Element 20 ein, einige von ihnen werden von der oberen gekrümmten Oberfläche 40 davon zurück zu dem Sensor 32 durch die Spiegel 26 und 28 und die Linse 30 zurückreflektiert. An der Stellen auf der Oberfläche 40, an denen der Finger aufgrund des Vorhandenseins einer Rille 42 in dem Fingerabdruck nicht in Berührung ist, wird das auftreffende Licht 44 vollständig zu dem Sensor 32 reflektiert. An Stellen an der Oberfläche 40, an denen Stege 46 des Fingerabdrucks in Berührung mit der Oberfläche 40 sind, wird jedoch das meiste des auftreffenden Lichtes 48 durch den den Finger 22 absorbiert, anstatt vollständig zu dem Sensor 32 reflektiert zu werden.
- In jeder beliebigen Drehorientierung des Wagens wird der Sensor 32 abgetastet, um ein eindimensionales Bild eines Abschnitts des Fingerabdrucks parallel zu der Achse 36 herzustellen. Um ein zweidimensionales Bild des Fingerabdrucks zu erzielen, wird der Wagen 34 um einen Bogen gedreht und der Sensor 32 wird periodisch abgetastet, bis das Fingerabdruckbild vollständig ausgeformt ist.
- Die Hardware des Fingerabdruckverifizierungsendgerätes 10 ist in Fig. 10 veranschaulicht und umfaßt einen programmierten Computer 50, der als das Steuer- und Datenverarbeitungsherz des Endgerätes verwendet wird. Aufgrund der Einfachheit der durch das Verifizierungsverfahren erforderten Berechnungen, kann der Computer 50 ein Computer auf der Basis eines Mikroprozesses sein. Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Elementen umfaßt die Einrichtung 52 auch einen Positionsdetektor 54, der mit dem Schrittmotor 38 gekoppelt ist, um die Drehposition des Schrittmotors und des Wagens 34 zu erfassen. Die Bildeinrichtung 52 umfaßt eine Lampe, einen Motor und einen Detektor mit Steuerschaltkreis 56, der fit dem Computer 50 durch einen Steuerschaltkreis 58 verbunden ist. Der Steuerschaltkreis 56 schaltet computergesteuert die Lichtquelle 24 ein und betätigt den Schrittmotor 38, um den Wagen zu drehen, wenn ein Fingerabdruckbild benötigt wird. Der Positionsdetektor 54 informiert den Computer 50 von der Drehstellung des Motors 38 und des Wagens 34, so daß der Lichtsensor zu den geeigneten Zeiten abgetastet werden kann, um ein zweidimensionales Videobild des Fingerabdrucks zu erzeugen. Der Computer 50 empfängt die Fingerabdruckbilder von dem Lichtsensor 32 durch den Videoverbindungsschaltkreis 60, der die durch den Lichtsensor erzeugten Analogsignale digitalisiert. Alternativ dazu kann Videosignal von dem Videoverbindungsschaltkreis 60 zu dem Computer 50 durch einen Filterschaltkreis 62 und einen Binärisierungsschaltkreis 64 geleitet werden. Der Filterschaltkreis 62 verwendet vorzugsweise eine Laplace-Filtertechnik, um die Kanten zu glätten und um Rauschen aus den Bilddaten zu entfernen. Der Binärisierungsschaltkreis 64 wandelt die Grauwertbilddaten, die durch den Videoverbindungsschaltkreis 60 bereitgestellt werden, Pixel für Pixel in binäre Bilddaten, schwarz und weiß um, vorzugsweise entsprechend dem örtlichen Mittelgrauwertpegel der eintreffenden Pixel.
- Zusätzlich zu der Bildeinrichtung 52 sind andere Peripheriegeräte mit dem Computer 50 verbunden. Ein Speicher 66 ist mit dem Computer 50 verbunden und als Zwischenspeicher während der Erfassungs- und Verifizierungsverfahren verwendet. Der Speicher 66 kann auch einen nichtflüchtigen Anteil haben, um das durch den Computer 50 ausgeführte Programm abzuspeichern und auch um die Fingerabdruckerfassungsdaten zu speichern, die während des Erfassungsverfahrens erzeugt werden und die während des Verifizierungsverfahrens ausgelesen werden. Aufandere Speichereinrichtungen zur Speicherung der Fingerabdruckerfassungsdaten kann durch eine Eingabe/Ausgabeverbindungsschaltkreis 68 zugegriffen werden. Sogenannte Smartcards, die kreditkartengroße Karten sind, auf denen sich Datenverarbeitungs- und Datenspeichereinrichtungen befinden, können durch einen sog.
- Smartcard-Verbindungsschaltkreis 70 zur Verwendung beim Abspeichern der Fingerabdruckerfassungsdaten jeder beliebigen Einzelperson zugegriffen werden. In einem derartigen Fall kann die Einzelperson mit sich stets die jeweiligen Erfassungsdaten mitführen, auf die zugegriffen werden kann, um durch die Verifizierungsendgeräte Zugriff zu erhalten, ohne einen ortsfesten Datenspeicher dort vorzusehen. Aufandere Speichereinrichtungen, z. B. Plattenspeicher oder andere Rechner kann durch eine RS-232-Schnittstelle 72 oder einen Netzwerkansteuerschaltkreis 74 Zugriff bestehen.
- Der Computer ist auch mit anderen Eingabe- und Ausgabegeräten verbunden, inklusive der Tastatur 16 und der Anzeige 18, die an der Oberfläche des Fingerabdrucksverifizierungsendgerätes 10 angeordnet sind und verwendet werden, um mit dem Benutzer des Endgerätes zu kommunizieren. Ein Türrelais 76 kann durch den Computer 50 durch den Eingabe/Ausgabeverbindungsschaltkreis 68 angesteuert werden, um eine Möglichkeit bereitzustellen, um einer Einzelperson physikalischen Zugang aufgrund der erfolgreichen Beendigung eines Verifizerierungsverfahrens zu erlauben.
- Nachdem so die Fingerabdruckverifizierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 6-17 das Fingerabdruckverifizierungsverfahren der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann das Fingerabdruckverifizierungsverfahren in zwei Verfahren aufgeteilt werden, Erfassung und Verifizierung. Der Zweck des Erfassungsverfahrens besteht darin, den Fingerabdruck einer zu erfassenden Eerson zu charakterisieren und bestimmte Informationen über den Fingerabdruck für spätere Verwendung in dem Verifizierungsverfahren zu speichern. Als ein erster Schritt in dem Erfassungsverfahren legt die Erfassung suchende Person ihren Finger 21 auf das optische Element 20 und instruiert das Fingerabdruckverifizierungsendgerät 10 den Erfassungsvorgang zu beginnen. Die Bildeinrichtung 52 des Fingerabdruckverifizierungsendgerätes 10 erfaßt zuerst ein Bild des Fingerabdrucks der Einzelperson, in Fig. 6 als ein Referenzbild bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, besteht das Referenzfingerabdruckbild aus einem zweidimensionalen Feld von Pixel (Bildelementen), das durch die Bildeinrichtung 52 erzeugt wird. Der Computer unterteilt programmgesteuert das Bild in relativ kleine Bereiche, die hierin Kandidatenreferenzabschnitte bezeichnet sind. Jeder Kandidatenreferenzabschitt wird analysiert, um das Maß seiner örtlichen Unterscheidungsfähigkeit und Wiederholbarkeit zu bestimmen, und die am meisten unterscheidungskräftigen und wiederholbaren Referenzabschnitte werden ausgewählt, um zur Charakterisierung des Fingerabdrucks verwendet zu werden. Diese Gruppe von Referenzabschnitten, hierin als Muster bezeichnet, enthält kleine Stücke der Bilddaten des Referenzfingerabdruckbildes, wobei jedes ein örtlich einzigartiges Oberflächenmerkmal enthält. Am Ende des Erfassungsverfahrens wird das Muster in einer bestimmten Form in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt, z. B. in einer Smartcard 78.
- Die zweite Hälfte des Fingerabdruckverifizierungsverfahrens verwendet das Verifizierungsverfahren, dessen Zweck es ist, eine Zugang suchende Person auf der Grundlage eines Vergleiches des Fingerabdrucks dieser Person mit dem Muster, dessen die Person behauptet zu sein, zu verifizieren oder zurückzuweisen. Während des Verifizierungsverfahrens identifiziert die Zugang suchende Person sich selbst durch Eingeben ihres Namens oder ihrer persönlichen Identifizierungsnummer oder einer anderen Identifizierung ihrer Identität. Der Computer holt programmgesteuert das Muster des Eingetragenen, das durch die Zugang suchende Person zur Verwendung beim Verifizieren angegeben wurde, ob die Person die Eingetragene ist oder nicht. Der Computer steuert auch die Abbildungseinrichtung 52, um ein Verifizierungsfingerabdruckbild von der Zugang suchenden Person zu erhalten. Sobald das Verifizierungsfingerabdruckbild erhalten wurde, ist der nächste Schritt des Verfahrens, das Muster bezüglich des Verifizierungsfingerabdruckbildes zu registrieren und zu bestimmen, wie weitgehend die in dem Muster enthaltenen Bilddaten mit den entsprechenden Bilddaten des Verifizierungsfingerabdruckes übereinstimmen. Unter Zugrundelegung der Ergebnisse dieser Bestimmung, wird dann eine Entscheidung getroffen, ob oder ob nicht die Zugang suchende Person die gleiche Person wie die eingetragene ist. Falls die Identität der Person verifiziert wird, wird Zugang gestattet, falls nicht, wird der Zugang verweigert.
- Mit der vorstehenden abgekürzten Beschreibung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung im Gedächtnis, wird nun das Verfahren detaillierter beschrieben. Die Fig. 7a und 7b erläutern das Flußdiagramm des Programms, das durch den Computer 50 während des Erfassungsverfahrens ausgeführt wird, während die Fig. 8 das Erfassungsverfahren schematisch erläutert. Der erste Schritt beim Erfassen einer Einzelperson besteht darin, einen Fingerabdruck aufzunehmen, das erste Referenzfingerabdruckbild. Um dies zu tun, instruiert der Computer die Bildeinrichtung 52, den Finger 22 der Einzelperson zu beleuchten, den Wagen 34 und die daran angeordnete Bildeinrichtung zu rotieren und in Grautönen ein zweidimensionales Pixelbild von dem Fingerabdruck der Einzelperson zu erzeugen. Während der Anfangsstufen des Erfassungsverfahrens, verwendet der Computer 50 die tatsächlichen Grauwerte anstelle ihrer binären Äquivalente, so daß in diesem Fall die Videodaten dem Computer direkt unter Umgebung des Filters und der Binärisierungsschaltkreise 62 und 64 zugeführt werden.
- Sobald das Referenzfingerabdruckbild 80 (Fig. 8) ausgenommen worden ist, wird das Fingerabdruckbild in Kandidatenreferenzabschnitte 82 aufgeteilt, von denen jeder hinsichtlich seiner möglichen Aufnahme in das Muster bewertet wird. Jeder Kandidatenreferenzabschnitt 82 hat eine Fläche die klein ist, verglichen mit dem gesamten Referenzfingerabdruckbild. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Größe der Bildbereiche 384·384 Pixel, während die Größe jedes Kandidatenreferenzabschnittes 32·32 Pixel ist. Um sicherzustellen, daß unterscheidungskräftige Bereiche des Referenzfingerabdruckbildes nicht ausgelassen werden, überlappen sich einander angrenzende Kandidatenreferenzabschnitte um 16 Pixel.
- Jeder der Kandidatenreferenzabschnitte wird einer nach dem anderen entsprechend mehrerer Kriterien bewertet. Am Anfang einer Programmschleife wird eine Laplace-Filterberechnung ausgeführt, um Rauschen zu entfernen und Kanten zu glätten. Dann werden die Graupegelwerte eines Kandidatenreferenzabschnittes in einen Arbeitsbereich des Speichers kopiert und unterschiedliche statistische Parameter berechnet. Ein Histogramm der Grauwertverteilung der Pixel des Kandidatenreferenzabschnittes wird erzeugt und die Mittel-Ein-Drittel und -Zwei-Drittel-Grauschwellenwerte werden bestimmt. Falls der Mittelgraupegel zu hell oder dunkel ist, dann wird der Kandidatenreferenzabschnitt zurückgewiesen. Die unterste Reihe vom Kandidatenreferenzabschnitt in dem Referenzfingerabdruckbild 80 wurde durch diesen Test zurückgewiesen. Falls der Bereich zwischen den Ein-Dritte- 1- und Zwei-Drittel-Schwellenwerten zu schmal ist, dann ist der Kontrast zu gering und der Kandidatenreferenzabschnitt wird zurückgewiesen. Der Kandidatenreferenzabschnitt wird nicht weiter betrachtet, falls er zu nahe am Rand des physikalischen Fingerabdruckbildes ist.
- Falls der Kandidatenreferenzabschnitt diese Anfangstests übersteht, dann werden die Grauskalenbilddaten "ternärisiert", um von vorhergehenden Berechnungen die Pixel zu eleminieren, die Grauskalenwerte im mittleren Drittel der Verteilung haben. Dieser Ternärisierungsvorgang erlaubt, daß die nachfolgenden Korrelationsberechnungen unter Verwendung von binärer Arithmetik ausgeführt werden, während die Unsicherheit und Variabilität eleminiert wird, die durch Randplazierungen beim Umwandeln der Grauskalenbilddaten in binäre Bilddaten hervorgerufen wird.
- Wie in Fig. 9 gezeigt, können die Pixel des Kandidatenreferenzabschnittes 84 als entweder einen schwarzen Wert, einen grauen Wert oder einen weißen Wert habend gedacht werden, in Abhängigkeit von ihren Grauskalenwerten bezüglich der ein-Drittel- und zwei-Drittel-Schwellen. Während des Ternärisierungsvorgangs werden nur weiße und schwarze Pixel des Kandidatenreferenzabschnittes 84 in nachfolgenden Berechnungen verwendet; die Graupixel werden wirksam verworfen. Zwei neue Bilder, ein Stegabschnitt 86 und ein Rillenabschnitt 88 werden durch den Ternärisierungsvorgang erzeugt. Unter der Annahme, daß schwarze Pixel Stege des Fingerabdrucks wiedergeben, erhalten alle Pixel in dem schwarzen Drittel der Grauskalenverteilung Schwarzwerte (l oder wahr) in dem Stegabschnitt 66 und alle anderen erhalten Weißwerte (0 oder falsch). Ebenso erhalten alle Pixel in dem weißen Drittel der Grauskalenverteilung (Rillen) schwarze Werte (1 oder wahr) in dem Rillenabschnitt 88 und alle anderen erhalten Weißwerte (0 oder falsch). So geben die schwarzen (wahren) Pixel des Stegabschnittes 86 Stege und die schwarzen (wahren) Pixel des Rillenabschnittes 88 Rillen wieder. Die resultierenden Binärdaten, die in den Steg- und Rillenabschnitten 86 und 88 enthalten sind, geben die Bereiche des Referenzfingerabdruckbildes wieder, in denen Stege und Rillen durchgehend gefunden werden, unabhängig von der Randvariabilität.
- Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 7a ist der nächste Schritt nach der Ternärisierung, zu überprüfen, ob die nun ternärisierten Steg- und Rillenabschnittbilder 86 und 88 genügend schwarze Pixel enthalten. Idealerweise sollte jedes etwa ein Drittel schwarzer Pixel enthalten, aber falls die Anzahl unterhalb einer Schwelle von z. B. 20% ist, wird der Kandidatenreferenzabschnitt zurückgewiesen und die Schleife geht weiter mit dem nächsten angrenzenden Kandidatenreferenzabschnitt. Falls der Kandidatenreferenzabschnitt diesen Test besteht, dann wird der Ort des Kandidatenreferenzabschnittes abgespeichert und ein Bereich des den Ort des Kandidatenreferenzabschnittes umgebenden Referenzfingerabdruckbildes wird binärisiert. Während dieser Binarisierung durch den programmierten Computer wird ein Bereich des Referenzfingerabdruckbildes, das den Kandidatenreferenzabschnitt umgibt, in ein binäres Bild entsprechend dem mittleren Graupegel in dem Bereich umgewandelt. Mit anderen Worten werden alle Pixel, die Werte haben, die dunkler sind als der örtliche mittlere Graupegel, in schwarze Pixel umgewandelt und alle Pixel mit Werten, die heller sind als der mittlere Graupegel werden in weiße Pixel umgewandelt. Fig. 10 erläutert schematisch die Umwandlung durch Binärisierung eines Graupegelbildes 90 in ein binäres Bild 92.
- Der binärisierte Bereich ist größer als der Kandidatenreferenzabschnitt, da der Schritt nächste darin besteht, die örtliche Einzigartigkeit des Kandidatenreferenzabschnittes innerhalb des ihn umgebenden Bereiches zu bestimmen. In der bevorzugten Ausführungsform, wie in Fig. 11 veranschaulicht, hat der Kandidatenreferenzabschnitt eine Größe von 32·32 Pixel und der umgebende Bereich 96 hat eine Größe von 64·64 Pixel. Sobald ein Kandidatenreferenzabschnitt ternärisiert worden ist und der umgebende Bereich binärisiert worden ist, wird eine Autokorrelationsberechnung ausgeführt, in der Unterscheidungsfähigkeit des Kandidatenreferenzabschnitts innerhalb seines ihn umgebenden Bereichs bestimmt wird. Der Begriff "Autokorrelation" wird hierin als Bezug auf eine Reihe von einzelnen Korrelationsberechnungen verwendet, die jeweils zwischen den ternärisierten Bilddaten des Kandidatenreferenzabschnittes und den binärisierten Bilddaten eines Unterfeldes des umgebenden Bereiches ausgeführt werden, der gleichgroß ist wie der Kandidatenreferenzabschnitt und innerhalb des umgebenden Bereiches um verändernde Abstände versetzt ist. Diese Berechnung wird mit "Auto-" bezeichnet, da sie Korrelationen zwischen Abständen der gleichen Bilddaten betrifft.
- Jede Korrelationsberechnung ergibt ein Autokorrelationsmaß, das den Grad der Ähnlichkeit zwischen dem Kandidatenreferenzabschnitt und dem Unterfeld des Referenzfingerabdruckbildes angibt. Da die Bilddaten sowohl des ternärisierten Kandidatenreferenzabschnittes als auch des binärisierten Unterfeldes binäre Werte sind, ist die Korrelationsberechnung relativ einfach, woraus eine schnelle Bestimmung des Maßes der Einzigartigkeit resultiert. Die Formel ist:
- CV = Sum[(R und S) oder (V und nicht S)] / Sum[R oder V]; wobei CV der Korrelationswert ist, Sum eine Summierung über alle Pixel des Kandidatenreferenzabschnittes (z. B. 32·32), R ist der Binärwert (1 oder 0) des ternärisierten Stegabschnittes 86 des Kandidatenreferenzabschnitte, V ist der Binärwert (l oder 0) des ternärisierten Rillenabschnittes 88 des Kandidatenreferenzabschnittes, und S ist der Binärwert (1 oder 0) des Unterfeldes des umgebenden Bereiches 96. Als Ergebnis zählt diese Berechnung die Anzahl der Ereignisse, daß ein Steg (R=1 und S=1) sowohl in dem Kandidatenreferenzabschnitt als auch in dem Unterfeld auftritt plus die Anzahl der Ereignisse, daß eine Rille sowohl in dem Kandidatenreferenzabschnitt als auch in dem Unterfeld (V=1 und S=0) auftritt, dividiert durch die gesamte Anzahl der Steg- und Rillenpixel in dem Kandidatenreferenzabschnitt. Falls der Korrelationswert gleich eins ist, dann besteht eine vollständige Übereinstimmung zwischen den Bilddaten des Kandidatenreferenzabschnittes und dem Unterfeld; falls der Korrelationswert gleich null ist, dann besteht keine Beziehung zwischen dem Bilddaten des Kandidatenreferenzabschnittes und dem Unterfeld.
- Die Autokorrelationsroutine versucht zu bestimmen, wie einzigartig der Kandidatenreferenzabschnitt bezüglich des ihn umgebenden Bereiches ist. Ein Korrelationswert wird für nahezu jeden beliebigen möglichen Ort des Kandidatenreferenzabschnittes in dem ihn umgebenden Bereich berechnet. Je höher der Korrelationswert ist, desto ähnlicher ist der Kandidatenreferenzabschnitt dem Ort des umgebenden Bereiches. Ungeachtet des Inhaltes des Kandidatenreferenzabschnitts ist der Korrelationswert mit dem Unterfeld, das in der Mitte des umgebenden Bereiches sich befindet, per Definition gleich 1. Hohe Korrelationswerte werden ebenfalls in einem Abstand von wenigen Pixel von dem Mittelpunkt erhalten, aufgrund der Eliminierung der mittleren Graupixel von den Steg- und Rillenabschnitten 86 und 88 während des Ternärisierungsvorgangs. Dementsprechend werden die Orte, an denen hohe Korrelationswerte erwartet werden, von der Autokorrelationsberechnung durch Ausführen einer Korrelationsberechnung nur an Orten außerhalb eines kleinen Radius von dem Mittelpunkt ausgeschlossen. In der bevorzugten Ausführungsform mit 32·32 Referenzabschnitten und 64·64 umgebenden Bereichen, wird ein Bereich mit einem Radius von 6 Pixel als Ausschlußbereich verwendet.
- Die Einzigartigkeit oder Unterscheidungsfähigkeit eines Kandidatenreferenzabschnittes ist eine Funktion des maximalen Korrelationswertes außerhalb des mittleren Ausschlußbereichs. Ein sehr unterscheidungskräftiger oder einzigartiger Kandidatenreferenzabschnitt hat z. B. einen gegabelten Steg, etwa so wie der Kandidatenreferenzabschnitt 94 in Fig. 11, der hohe Korrelationswerte nur in der Nähe des Mittelpunktes des umgebenden Bereichs 96 und innerhalb des Ausschlußbereichs haben wird. Dieses Ergebnis ist in Fig. 12a veranschaulicht, in dem die einzigen hohen Korrelationswerte im Mittelbereich des umgebenden Bereichs 96 zu finden sind und niedrige Korrelationwerte an den übrigen Stellen zu finden sind. Der Grund dafür, daß der Kandidatenreferenzabschnitt einen niedrigen Korrelationswert außerhalb des mittleren Ausschlußbereiches hat, besteht darin, daß keine weiteren gabelförmigen Stege innerhalb des umgebenden Bereiches vorhanden sind.
- Falls andererseits der Kandidatenreferenzabschnitt nur parallele Stege und Rillen aufweist, wäre das Ergebnis des Autokorrelationsvorgangs eine Karte von Korrelationswerten, wie sie Fig. 12 veranschaulicht sind. Es sei bemerkt, daß relativ hohe Korrelationswerte an Vielfachen des Stegabstandes von den Mittelpunkten auftreten, da die Stege des Kandidatenreferenzabschnittes in dem Umgebungsbereich nicht sehr einzigartig sind.
- Somit stellen Kandidatenreferenzabschnitte mit hohen Korrelationswerte außerhalb des mittleren Ausschlußbereiches eine schlechte Wahl für das Muster dar, während Kandidatenreferenzabschnitte mit durchgehend niedrigen Korrelationswerten außerhalb des mittleren Ausschlußbereiches eine gute Wahl für das Muster darstellt.
- Das Ergebnis des Autokorrelationsschrittes ist eine Zahl, das Autokorrelationsmaß, welche gleich des höchsten Korrelationswertes ist, der außerhalb des mittleren Ausschlußbereiches gefunden wurde. Ein niedriger Autokorrelationswert zeigt einen örtlich einzigartigen Referenzabschnitt an, während ein hoher Autokorrelationswert einen Kandidatenreferenzabschnitt bezeichnet, der nicht besonders einzigartig ist.
- Nun sei auf Fig. 7a Bezug genommen, wonach der nächste Schritt in dem Verfahren nach der Autokorrelationsberechnung darin besteht, zurückzuspringen und die gleiche Abfolge von Schritten für den nächsten angrenzenden Kandidatenreferenzabschnitt auszuführen. Sobald alle der Kandidatenreferenzabschnitte bewertet wurden, wird die Anzahl der Kandidatenreferenzabschnitte überprüft, die weiter betrachtet werden, um zu bestimmen, ob genügend verbleiben. Falls nicht, wird das Erfassungsverfahren beendet, wobei der Erfassung suchenden Person eine negative Erfassung mitgeteilt wird. Falls genügend Kandidatenreferenzabschnitt verbleiben, dann werden sie entsprechend ihren Autokorrelationswerten sortiert, wobei niedrige Autokorrelationswerte, die am unterscheidungskräftigsten und wünschenswertesten Kandidatenreferenzabschnitte bezeichnen. Als nächstes wird die Liste der Kandidatenreferenzabschnitte abgesucht, um zu bestimmen, ob zwei beliebige aneinander angrenzenden Kandidatenreferenzabschnitte in der Liste verbleiben, und falls dies der Fall ist, wird der weniger unterscheidungskräftige Kandidatenreferenzabschnitt entfernt. Eine Überlappung von 50% (einander angrenzender Kandidatenreferenzabschnitte) ist nicht zugelassen, während ein Überlappen von 25% (diagonale Kandidatenreferenzabschnitte) zugelassen ist. An diesem Punkt können Kandidatenreferenzabschnitte ebenfalls zurückgewiesen werden, wenn sie zu nahe an einem zu weißen (zu hellen) oder zu grauen (schwacher Kontrast) Bereich des Referenzfingerabdruckbildes sind. Falls der Kandidatenreferenzabschnitt einen unterscheidungskräftigeren angrenzenden Kandidatenreferenzabschnitt nicht überlappt, dann würden die Bilddaten für diesen Kandidatenreferenzabschnitt im Speicher abgelegt. Sobald die ternärisierten Bilddaten und Positionskoordinaten aller akzeptierter Kandidatenreferenzabschnitte gespeichert worden sind, dann wird die Anzahl erneut überprüft. Falls genügend akzeptierbare Kandidatenreferenzabschnitte verbleiben, z. B. 25, wird das Erfassungsverfahren fortgesetzt, wie in Fig. 7b gezeigt. An diesem Punkt verbleiben einige Kandidatenreferenzabschnitte 98 unter Betrachtung, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Der am meisten unterscheidungskräftige Kandidatenreferenzabschnitt, nämlich der Kandidatenreferenzabschnitt mit dem niedrigsten Autokorrelationswert wird nachstehend als der erste Kandidatenreferenzabschnitt bezeichnet und alle anderen Kandidatenreferenzabschnitte als zweite Kandidatenreferenzabschnitte.
- Bis zu diesem Punkt hat sich das Erfassungsverfahren mit der Auswahl unterscheidungskräftiger Referenzabschnitte des ersten Referenzfingerabdruckbildes befaßt. Der nächste Schritt besteht darin, die Wiederholbarkeit der Kandidatenreferenzabschnitte zu untersuchen, die aus dem ersten Referenzabdruckbild ausgewählt worden sind, indem zusätzliche Referenzfingerabdruckbilder betrachtet werden. Dem gemäß wird die Erfassung suchende Einzelperson instruiert, den gleichen Finger darzustellen, so daß ein weiteres Referenzfingerabdruckbild erhalten werden kann. Sobald das zweite Referenzfingerabdruckbild erfaßt worden ist, werden die Bilddaten gefiltert und binärisiert, dieses Mal durch den Filter- und den Binarisierungsschaltkreis 62 und 64. Vorzugsweise führen das Filter 62 und der Binärisierer 64 ihre jeweiligen Aufgaben an den eintreffenden Bilddaten in der gleichen Weise aus, in der der programmierte Computer 50 das erste Referenzfingerabdruckbild während des ersten Abschnitts des Erfassungsverfahrens intern filtert bzw. binärisiert. Als nächstes wird der erste Kandidatenreferenzabschnitt von dem Speicher ausgelesen und verwendet, um die zweiten Kandidatenreferenzabschnitte mit dem zweiten Referenzfingerabdruckbild 100 (Fig. 8) auszurichten. An diesem Punkt wird eine suche ausgeführt, um den Ort bester Übereinstimmung für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt 2 in einem suchbereich 104 zu finden. Der Suchbereich ist an den Koordinaten des ersten Kandidatenreferenzabschnittes 102 zentriert, wie dies von dem ersten Referenzfingerabdruckbild bestimmt worden ist. Die Größe des Suchbereichs 104 ist groß genug, um einen bestimmten Anteil von Fehlüberdeckung des Fingers 22 bezüglich des optischen Elementes 20 auszugleichen. In dem gesamten suchbereich werden Korrelationsberechnungen ausgeführt und der Ort bester Übereinstimmung des ersten Kandidatenreferenzabschnittes 102 in dem Suchbereich 104 definiert eine Ausrichtungskorrektur, die anzuwenden ist, um die zweiten Kandidatenreferenzabschnitte zu lokalisieren.
- Vorzugsweise wird der Ort bester Übereinstimmung durch einen zweistufigen Vorgang bestimmt, in dem zuerst grobes Gitter verwendet wird und dann ein feines Gitter verwendet wird. Anfänglich wird der gesamte suchbereich überdeckt, wobei z. B. an jedem dritten Ort Korrelationswerte errechnet werden. Dann wird die Korrelationsberechnung für jeden Ort ausgeführt, der die einigen besten Orten umgibt, die anfänglich gefunden worden sind. Auf diese Weise wird die Zeit zum Finden des Ortes bester Übereinstimmung verringert.
- Wie Fig. 8 gezeigt, ist das zweite Referenzfingerabdruckbild 100 relativ gut mit dem ersten Referenzfingerabdruckbild 80 ausgerichtet, und als Ergebnis hiervon befindet sich der Ort bester Übereinstimmung für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt 102 in der Mitte der suchbereiches 104. Das dritte Referenzfingerabdruckbild 106 ist jedoch geringfügig nach rechts bezüglich des ersten Referenzfingerabdruckbildes 80 verschoben, und als Ergebnis hiervon ist auch der Ort bester Übereinstimmung für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt 102 geringfügig zur rechten Seite des Suchbereiches 104 verschoben. Das vierte Referenzfingerabdruckbild 108 ist geringfügig nach unten bezüglich des ersten Referenzfingerabdruckbildes 80 verschoben, so daß der Ort bester Übereinstimmung für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt 102 ebenfalls nach unten verschoben ist.
- Sobald der Ort bester Übereinstimmung und sein zugehöriger Korrelationswert für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt bestimmt worden ist, werden alle zweiten Kandidatenreferenzabschnitte an das Referenzfingerabdruckbild angepaßt. Jeder suchbereich 106 für die zweiten Kandidatenreferenzabschnitte 108 wird relativ zu dem Ort bester Übereinstimmung des ersten Kandidatenreferenzabschnittes 102 gemäß der bekannten Relativposition zwischen dem zweiten Kandidatenreferenzabschnitt und dem ersten Kandidatenreferenzabschnitt lokalisiert. Auf diese Weise wird die durch den ersten Kandidatenreferenzabschnitt bestimmte Ausrichtungskorrektur verwendet, um die Suchbereiche für die zweiten Kandidatenreferenzabschnitte nahe den erwarteten Orten bester Übereinstimmung zu zentrieren. Die Suchbereiche für die zweiten Kandidatenreferenzabschnitte können in der Größe kleiner sein, als die Suchbereiche für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt als ein Ergebnis der Ausrichtungskorrektur. In der bevorzugten Ausführungsform ist z. B. der Suchbereich für den ersten Kandidatenreferenzabschnitt 160·192 Pixel, während die Suchbereiche für die zweiten Kandidatenreferenzabschnitte 64·64 Pixel sind. Für jeden zweiten Kandidatenreferenzabschnitt wird ein Korrelationswert an seinem Ort bester Übereinstimmung in seinem entsprechenden suchbereich berechnet, und dieser Wert wird für eine spätere Verwendung gespeichert.
- Sobald die Orte bester Übereinstimmung und die zugehörigen besten Korrelationswerte für alle Kandidatenreferenzabschnitte berechnet worden sind, wird ein weiteres Fingerabdruckbild von der Erfassung suchenden Einzelperson erhalten, und die Korrelationsschleife wird wiederholt. Nachdem die Korrelationsschleife für alle der zusätzlichen Referenzfingerabdruckbilder wiederholt worden ist, insgesamt drei in dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel, wird eine Bewertung der Kandidatenreferenzabschnitte ausgeführt. Jeder Kandidatenreferenzabschnitt wird entsprechend dem Mittelwert seiner besten Korrelationswerte wie sie durch den oben beschriebenen Wiedererkennungsprozeß erfaßt worden sind, bewertet. Falls z. B. drei Referenzfingerabdruckbilder zusätzlich zu dem ursprünglichen Referenzfingerabdruckbild erhalten worden sind, dann würde jeder Kandidatenreferenzabschnitt drei zugehörige beste Korrelationswerte haben, die zu mitteln sind. Die am höchsten bewerteten Kandidatenreferenzabschnitte an diesem Punkt werden dann als die Referenzabschnitte 109 ausgewählt, die in das Muster aufzunehmen sind, das das Endergebnis des Erfassungsverfahrens darstellt. In der bevorzugten Ausführungsform bilden die neuen am höchsten bewerteten Kandidatenreferenzabschnitte 109 das Muster. Der Referenzabschnitt mit dem höchsten Wiedererkennungswert, nachstehend als der erste Referenzabschnitt bezeichnet, wird während des Verifizierungsverfahrens in sehr ähnlicher Weise verwendet wie der ersten Kandidatenreferenzabschnitt in dem Wiedererkennungsverfahren verwendet wird.
- Ein zusätzlicher Test wird ausgeführt, um sicherzustellen, daß die Korrelationswerte wenigstens gleich einem vorbestimmten Minimalwert sind. Dieser Test stellt sicher, daß der zu Erfassende nicht die Finger vertauscht, nachdem das ursprüngliche Referenzfingerabdruckbild erhalten worden ist. An diesem Punkt sollten die ausgewählten Referenzabschnitt relativ wiedererkennbar sein, so daß eine Schwelle von vielleicht 80% durchschnittlicher Korrelation sinnvoll zu verwenden wäre. Sobald dieser Test ausgeführt worden ist, werden die ternärisierten Bilddaten der ausgewählten Referenzabschnitte zusammen mit Daten, die ihre relativen Positionen angeben in einem nichtflüchtigen Speicher zur späteren Verwendung in dem Verifizierungsverfahren abgespeichert. Fig. 13 stellt ein exemplarisches Fingerabdruckbild mit neuen Referenzabschnitten dar, die das Muster dieses Fingerabdrucks bilden. Das vorstehend beschriebene Erfassungsverfahren wählt so auf der Grundlage einer breiten Überdeckung und nicht vorgespannten Orten einen Satz örtlich einzigartiger Referenzabschnitte zum Charakterisieren des Fingerabdrucks der Einzelperson aus. Diese Referenzabschnitte sind auch wiederholbar wie durch die Wiederauffindungsroutine sichergestellt worden ist, die den tatsächlichen Verifizierungsvorgang wie nachstehend beschrieben simuliert. Da nun die Einzelperson erfaßt worden ist, dann sie zu einem späteren Zeitpunkt Zugang suchen, indem sie an dem Verifizierungsverfahren der vorliegenden Erfindung teilnimmt. Das Verifizierungsverfahren, wie in Fig. 14 erläutert, beginnt damit, daß die Einzelperson sich selbst gegenüber dem Endgerät durch Eingabe eines Namens oder einer persönlichen Identifizierungsnummer oder vielleicht durch Einführen einer die gespeicherten Musterdaten enthaltenden Smartcard in die Smartcardverbindungsschaltung 70 identifiziert.
- Auf der Grundlage der von der Einzelperson beanspruchten Identität holt das Endgerät die Musterdaten zur Verwendung bei der Verifizierung. Die Einzelperson plaziert dann ihren Finger 22 auf dem optischen Element 20 des Fingerabdruckverifizierungsgerätes 10 und instruiert das Endgerät, ihre Identität zu verifizieren. Der Computer 50 steuert die Bildeinrichtung 52 so an, daß diese ein Verifizierungsfingerabdruckbild der Verifizierung suchenden Person aufnimmt. Das Verifizierungsabdruckbild wird durch die Filter- und Binärisierungschaltkreise 62 und 64 gefiltert und binärisiert bevor sie zu dem Computer 50 gelangen.
- Sobald der Computer 50 das Verifizierungsfingerabdruckbild erhalten hat und die Musterdaten ausgelesen hat, wird das Muster bezüglich des Verifizierungsfingerabruckbildes ausgerichtet, um fehlerhafte Ausrichtungsverschiebung des Fingers der Einzelperson in der Abbildungseinrichtung auszugleichen. Um das Muster an das Fingerabdruckbild anzugleichen, wird der erste Referenzabschnitt 110 (Fig. 15) zuerst auf dem Verifizierungsfingerabdruckbild lokalisiert, indem der Ort bester Übereinstimmung in einem relativ großen Suchbereich 112 bestimmt wird, an dem die Korrelation zwischen dem ersten Referenzabschnitt und dem zugrundeliegenden Verifizierungsfingerabdruckbild am größten ist. Wie vorstehend beschrieben, wird der Ort bester Übereinstimmung bestimmt, indem die ternärisierten Steg- und Rillenabschnittsbilddaten des ersten Referenzabschnittes und die binärisierten Bilddaten des Verifizierungsfingerabdruckbildes verwendet werden, wobei die oben beschriebene Formel für den Korrelationswert, und vorzugsweise eine Grob/- Fein-Gitterlokalisierungsroutine wie vorstehend beschrieben, verwendet wird.
- Sobald der Ort bester Übereinstimmung des ersten Referenzabschnittes bestimmt worden ist, werden dann die verbleibenden Referenzabschnitte des Musters auf dem Verifizierungsfingerabdruckbild lokalisiert. Eine zweidimensionale Ausrichtungskorrektur wird bestimmt und verwendet, um die Suchbereiche für die verbleibenden Referenzabschnitte zu lokalisieren. Für jeden der verbleibenden Referenzabschnitt 114 wird ein Verifzierungsbereich 116 definiert, der an der erwarteten Position des Referenzabschnittes relativ zu der Position des ersten Referenzabschnittes zentriert ist. Der Verifizierungsbereich ist größer in seinen Abmessungen als sein zugehöriger Referenzabschnitt, um eine Dreh-Fehlausrichtung und Abmessungsveränderungen des Fingers aufgrund von Schwellungen oder Schrumpfungen zuzulassen. Ein Ort bester Übereinstimmung wird in dem Verifizierungsbereich bestimmt, der die ausgerichtete Position des Referenzabschnittes umgibt. Der Ort bester Übereinstimmung wird als der Ort in dem Verifizierungsbereich definiert, an dem der Korrelationswert zwischen den ternärisierten Bilddaten des Referenzabschnittes und dem binärisierten Bilddaten des Verifizierungsfingerabdruckbildes am höchsten ist. Der Ort bester Übereinstimmung jedes Referenzabschnittes kann an der Mitte des Verifizierungsbereiches auftreten oder kann an einem davon verschiedenen Ort auftreten. Für jeden Referenzabschnitt werden zwei Werte gespeichert: der Korrelationswert, der an dem Ort bester Übereinstimmung errechnet worden ist und die Verschiebung des Ortes bester Übereinstimmung von der erwarteten Position des Referenzabschnittes.
- Sobald alle die Referenzabschnitte des Musters auf das Verifizierungsfingerabdruckbild angeglichen sind, wird eine Drehkorrektur ausgeführt, um Dreh-Fehlausrichtungen des Verifizierungsfingerabdruckbildes relativ zu dem Referenzfingerabdruckbild auszugleichen, das während des Erfassungsvorgangs erhalten worden ist. Vorzugsweise wird eine kleinste-Quadrate-Anpassungsroutine ausgeführt, um eine Drehung der Referenzabschnitte zu bestimmen, die in einem minimierten Satz von Verschiebungen von ihren erwarteten Orten resultiert.
- Der Drehungskorrekturvorgang ist in Fig. 16 erläutert. Ein erster Referenzabschnitt 120 wurde in seinem suchbereich lokalisiert und die Verifizierungsbereiche 124 der verbleibenden Referenzabschnitte 122 wurden definiert. Falls das Verifizierungsfingerabdruckbild vollständig mit dem Referenzfingerabdruckbild in Ausrichtung sein sollte, dann ist keine Drehkorrektur erforderlich und die Orte bester Übereinstimmung für die Referenzabschnitt 121 wären wie in Fig. 16a lokalisiert. Falls andererseits das Verifizierungsabdruckbild bezüglich des Referenzfingerabdruckbildes verdreht ist, dann ist eine Drehkorrektur erforderlich, wie in Fig. 16b veranschaulicht. Auch wenn alle Referenzabschnitte 122 von Fig. 16b aus ihren erwarteten Positionen in den Mitten der jeweiligen Verifizierungsbereiche 122 verschoben werden, würde die Drehkorrektur die scheinbare Fehlausrichtung auslöschen.
- Während die Fig. 16a und 16b annehmen, daß die Verifizierung suchende Person die gleiche ist wie die Person, die erfaßt worden ist, erläutert fig. 16c das erwartete Ergebnis von einem Eindringling. Sobald der erste Referenzabschnitt 120 an seinem Ort bester Übereinstimmung lokalisiert worden ist, sind die verbleibenden Referenzabschnitte 122 an ihren jeweiligen Orten bester Übereinstimmung lokalisiert. Da das Personen-Verifizierungsfingerabdruckbild von einem Eindringlich stammt, werden die Orte bester Übereinstimmung der Referenzabschnitte 122 an wahlfreien Verschiebungen von den erwarteten Orten in den Mitten der Verifizierungsbereiche 124 auftreten. In diesem Fall würde eine Drehkorrektur, die akkumulierten Verschiebungsfehler nicht wesentlich verringern.
- Sobald alle der Referenzabschnitte lokalisiert und dreh-korrigiert wurden und ihre Korrelationswerte berechnet wurden, wird eine Bewertung der Korrelationswerte und der korrigierten Verschiebungen ausgeführt, um zu bestimmen, ob die Zugang suchende Person als die erfaßte Person zu verifizieren oder zurückzuweisen ist. Jeder Referenzabschnitt wird als ein "Treffer" oder als ein "Versager" entsprechend seinem Korrelationswert und der seiner korrigierten Verschiebung bewertet. Ein relativ hoher Korrelationswert und ein relativ niedriger Verschiebungswert sind erforderlich, um den Referenzabschnitt als Treffer zu klassifizieren. Falls die Verifizierung suchende Person die gleiche ist wie die erfaßte, dann würden hohe Korrelationswerte und niedrige Verschiebungswerte erwartet. Wie in Fig. 17 gezeigt, kann eine Gerade 126 als eine Funktion des Korrelationswertes und der korrigierten Verschiebung gezogen werden, um Versagen oberhalb der Linie und Treffer unterhalb der Linie zu definieren. Falls die Anzahl der Treffer eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, z. B. eine Hälfte der Anzahl von Referenzabschnitten in dem Muster, dann ist die Verifizierung vorzugsweise erfolgreich, falls nicht, dann wird die Person zurückgewiesen.
- Wie in Fig. 17 gezeigt, kann eine geringfügige Überlappung zwischen der einhüllenden, der richtigen Fälle und der einhüllenden von Eindringlingen bestehen. Falls Typ 2-Fehler unter allen Umständen zu vermeiden sind (fehlerhafte Verifizierungen) dann kann die Gerade 126 auf einen Punkt außerhalb der Eindringlings-Einhüllenden abgesenkt werden, indem die erforderlichen Korrelations- und Verschiebungswerte für einen "Treffer" erhöht oder indem die Prozentzahl von Treffern erhöht wird, die zur Verifizierung erforderlich ist. Durch richtige Wahl der Treffer-Fehler-Kriterien kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Typ 2-Fehler auf annähernd Null reduzieren. Typ 1-Fehler (falsche Zurückweisungen) können minimiert werden, indem die Finger der Benutzer in dem Fingerabdruckverifizierungsendgerät 10 durch die Benutzer richtig aufgelegt werden. Es sei bemerkt, daß die Einhüllenden von Fig. 17 nicht die Wahrscheinlichkeitsverteilung des wahren Falles angeben, die stark in Richtung hohe Korrelationen und niedrige Verschiebungen verschoben sind. Es ist unwahrscheinlich, daß eine Mehrzahl der Referenzabschnitte eines wahren Falles in dem überlappungsbereich auftreten würde.
- Eine Alternative zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren für die Bestimmung des Ortes bester Übereinstimmung, des ersten Referenzabschnittes, betrifft die Verwendung eines ausdehnbaren Suchbereiches, um den Verifizierungsvorgang für die Einzelpersonen zu beschleunigen, die ihre Finger in dem Fingerabdruckverifizierungsendgerät 10 genau positionieren. Gemäß dieser Alternative wird die Suche des zur Übereinstimmung zuerst in einem wesentlich verkleinerten Bereich ausgeführt, der die erwartete Position des ersten Referenzabschnittes umgibt. Falls in diesem verkleinerten Bereich ein sehr hoher Korrelationswert berechnet wird, dann wird angenommen, daß dieser Ort der Ort bester Übereinstimmung ist, ohne, daß der gesamte suchbereich abgesucht wird. Falls der beste Korrelationswert nicht hoch genug ist, dann kann der Suchbereich in Stufen ausgedehnt werden, bis der Ort bester Übereinstimmung gefunden ist. Der Vorteil dieser Alternative besteht darin, daß die genaue Fingerplazierung durch Beschleunigung des Verifizierungsprozesses belohnt wird.
- Es gibt andere Alternativen, die in unterschiedlichen Weisen von der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform abweichen. Anstelle der Festlegung der Referenzabschnitte auf einem festen Gitter, können z. B. lokal bessere Referenzabschnitte erhalten werden, indem die Bereiche untersucht werden, die die Referenzabschnitte unter Bestimmung von einem festen Gitter untersucht werden. In der Auswahl der Anzahl von verwendeten Referenzabschnitten gibt es Abwägungen zwischen höherer Genauigkeit mit einer erhöhten Anzahl gegen eine angestiegene Berechnungsdauer. Eine andere Alternative besteht darin, Drehkorrekturen auf der Grundlage einer Untermenge der Referenzabschnitte auszuführen, so daß ein einzelner oder einige wenige schlecht lokalisierte Referenzabschnitte die gesamte Korrektur nicht verschlechtern. Desweiteren könnten auch die Bilddaten der Referenzabschnitt binärisiert werden, während die Bilddaten der Referenz- und Verifizierungsfingerabdruckbilder ternärisiert werden könnten. Zusätzlich könnten andere Korrelationsformeln zur Bemessung des Vergleiches zwischen den Datenmengen verwendet werden.
- Aus vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die beschriebene Erfindung eine neue und vorteilhafte Vorgehensweise und Vorrichtung zur Verifizierung von Objektidentität durch Bildkorrelation bereitstellt, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verifizieren von Personenidentitäten durch Korrelation von Fingerabdruckbildern bereitstellt. Die vorstehende Diskussion erläutert und beschreibt nur exemplarische Verfahren und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie von Fachleuten dieser Technik verstanden werden wird, kann die Erfindung in andere spezielle Ausgestaltungen verkörpert sein. Z.B. könnte die Objektidentifikation verwendet werden, um andere Objekte als Fingerabdrücke zu identifizieren. Dementsprechend ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindung nur erläuternd aber nicht beschränkend hinsichtlich des Schutzumfangs der Erfindung, der in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist.
Claims (49)
1. Bildkorrelationsverfahren zum Verifizieren der Identität
eines Objektes, wobei das Verfahren das Ausbilden eines
Referenzbildes eines Referenzobjektes, Identifizieren einer
Vielzahl von Referenzabschnitten von dem Referenzbild, die das
Objekt charakterisieren, und späteres Verifizieren der
Identität durch Vergleichen der Referenzabschnitte mit einem
Bestätigungsbild eines Objektes, dessen Identität zu verifizieren
ist, und Verifizieren der Identität des Objektes nach dem Maß
der Ähnlichkeit zwischen dem Referenzbild und dem zu
verifizierenden Bild, enthält,
gekennzeichnet durch die Schritte:
Identifizieren einer Vielzahl von Referenzabschnitten von dem
Referenzbild durch:
Partitionieren des Referenzbildes in eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitten, aus denen die Referenzabschnitte gewählt
werden, Ausführen einer Autokorrelationsberechnung für jeden
Anwärterreferenzabschnitt, um das Maß der Unterscheidbarkeit
des Anwärterreferenzabschnittes bezüglich eines lokalen
Bereiches des Referenzbildes zu bestimmen, der den
Anwärterreferenzabschnitt umgibt, in dem Pixel der Referenzdaten des
Anwärterreferenzabschnittes mit entsprechenden Pixel der
Bilddaten gleich bemaßter Flächen über den gesamten lokalen
Bereich verglichen werden, wobei der lokale Bereich größer als
der Anwärterreferenzabschnitt und kleiner als die
Referenzbilder
ist, und Auswählen der Referenzabschnitte aus den am
meisten unterscheidbaren Anwärterreferenzabschnitten unter
Zugrundelegung der Ergebnisse der
Autokorrelationsberechnungen; und dann
Bilden eines Verifizierungsbildes eines Objektes, dessen
Identität zu verifizieren ist, wobei das Verifizierungsbild
eine Vielzahl von Verifizierungsbereichen aufweist, die in
ihrer Position einem der Referenzabschnitte entsprechen und in
ihrer Abmessung jeweils größer als ihr entsprechender
Referenzabschnitt sind;
Bestimmen einer am besten übereinstimmenden Stelle in jedem
Verifizierungsbereich, an der die Bilddaten den Bilddaten
seines zugehörigen Referenzabschnittes am meisten ähnlich
sind;
Bestimmen der relativen Positionierungen der am besten
übereinstimmenden Stellen relativ zueinander und Vergleichen
der relativen Positionierung der Referenzabschnitte relativ
zueinander; und
Verifizieren der Identität des Objektes gemäß dem Maß der
Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten der am besten
übereinstimmenden Stellen mit den zugehörigen Referenzabschnitten und
gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen der relativen
Positionierung der am besten übereinstimmenden Stellen und der
relativen Positionierung der zugehörigen Referenzabschnitte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bildens
eines Referenzbildes eines Referenzobjektes die Schritte:
Zuerst Ausbilden eines Bildes, das aus Grauwertpixel besteht,
die eine Vielzahl von Helligkeitswerten auf einer zwischen
schwarz und weiß verlaufenden Grauskala haben, und dann
Umsetzen der Graupixel in binäre Pixel, die Helligkeitswerte
von schwarz oder weiß haben.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des
Umsetzens der Graupixel in binäre Pixel die Schritte umfaßt:
Zuerst Bestimmen eines lokalen Graumittelwertes eines
Unterfeldes des Referenzbildes und dann Umsetzen jedes Graupixel in
dem Unterfeld in ein binäres Pixel gemäß seinem
Grauskalenhelligkeitswert relativ zu dem Graumittelwert.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des
Identifizierens einer Vielzahl von Referenzabschnitten die Schritte
umfaßt Unterteilen des Referenzbildes in eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitten, von denen die Referenzabschnitte
ausgewählt werden, Ausführen einer Autokorrelationsberechnung
für jeden Anwärterreferenzabschnitt, um das Maß der
Unterscheidungsfähigkeit des Anwärterreferenzabschnittes relativ zu
einem lokalen Bereich zu bestimmen, der den
Anwärterreferenzabschnitt umgibt, und Auswählen der Referenzabschnitte aus den
am meisten unterscheidbaren der Anwärterreferenzabschnitte auf
der Grundlage der Ergebnisse der Autokorrelationsberechnungen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des
Ausführens einer Autokorrelationsberechnung für jeden
Anwärterreferenzabschnitt die Schritte umfaßt: Berechnen einer Vielzahl
von Korrelationswerten, wobei jeder Korrelationswert auf einem
Vergleich der Bilddaten des Anwärterreferenzabschnittes mit
den Bilddaten einer gleich großen Fläche des örtlichen
Bereiches basiert, und Berechnen einer Autokorrelationsbewertung
unter Zugrundelegung des höchsten Korrelationswertes, der in
dem örtlichen Bereich, aber außerhalb eines Bereiches nahe der
Stelle des Anwärterreferenzabschnittes, berechnet wird, wobei
eine hohe Autokorrelationsbewertung einen lokal nicht
unterscheidungsfähigen Anwärterreferenzabschnitt bezeichnet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des
Berechnens eines Korrelationswertes den Schritt eines Pixel-für-
Pixel-Vergleiches zwischen den Bilddaten des
Anwärterreferenzabschnittes und den Bilddaten der gleich großen Fläche des
örtlichen Bereiches umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des
Ausbildens eines Referenzbildes eines Referenzobjektes den
Schritt des Ausbildens eines Bildes umfaßt, das aus Graupixel
besteht, die eine Vielzahl von Helligkeitswerten auf einer
zwischen schwarz und weiß verlaufenden Grauskala haben, und
bei dem der Schritt des Ausführens einer
Autokorrelationsberechnung den Schritt des Umwandelns der Graupixel des
Anwärterreferenzabschnittes des örtlichen Bereiches in binäre Pixel
umfaßt, die vor dem Ausführen des Schrittes der Berechnung der
Korrelationswerte Helligkeitswerte von schwarz oder weiß
haben.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des
Umsetzens der Grauwerte des örtlichen Bereiches in binäre Pixel die
Schritte umfaßt: Zuerst Bestimmen eines Graumittelwertes in
dem örtlichen Bereich und dann Umwandeln jedes Graupixel des
lokalen Bereiches in ein binäres Pixel gemäß seinem
Grauskalenhelligkeitswert relativ zu dem Graumittelwert.
9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Schritt des
Umsetzens der Graupixel des Anwärterreferenzabschnittes in binäre
Pixel den Schritt umfaßt, die Bilddaten des
Anwärterreferenzabschnittes in ternäre Daten umzuwandeln, indem zuerst ein
schwarz-Grau-Schwellenwert und ein Grau-Weiß-Schwellenwert
unter Zugrundelegung der Verteilung der
Grauskalenhelligkeitswerte in dem Anwärterreferenzabschnitt bestimmt wird und dann
die Grauskalenpixel des Anwärterreferenzabschnittes in
schwarze, graue und weiße Pixel gemäß ihren
Grauskalenhelligkeitswerten relativ zu den Schwarz-Grau- und
Grau-Weiß-Schwellenwerten.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Schritt des
Berechnens eines Korrelationswertes den Schritt des Vergleichens der
schwarzen Pixel und der weißen Pixel des
Anwärterreferenzabschnittes mit den schwarzen Pixel und weißen Pixel des
örtlichen Bereiches, Addieren der Anzahl von Übereinstimmungen
zwischen schwarzen oder weißen Pixel des
Anwärterreferenzabschnittes und der schwarzen oder weißen Pixel des örtlichen
Bereiches, und Dividieren durch die Anzahl von schwarzen und
weißen Pixel des Anwärterreferenzabschnittes, wobei der
Ergebniswert gleich dem Korrelationswert ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Schwarz-Grau- und
Grau-Weiß-Schwellenwerte so gewählt sind, daß etwa ein Drittel
der Grauskalenpixel des Anwärterreferenzabschnittes in
schwarze Pixel und etwa ein Drittel der Grauskalenpixel des
Anwärterreferenzabschnittes in weiße Pixel umgesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des
Partitionierens des Referenzbildes eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitten definiert' die angrenzende
Anwärterreferenzabschnitte überlagern, und bei dem der Schritt des Auswählens
der Referenzabschnitte aus den am meisten
unterscheidungsfähigen der Anwärterreferenzabschnitte den Schritt des
Zurückweisens von Anwärterreferenzabschnitten umfaßt, die um mehr als
einen geringfügigen Betrag andere Anwärterreferenzabschnitte
mit höheren Maßen örtlicher Unterscheidungsfähigkeit
überlappen.
13. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des
Ausbildens eines Referenzbildes eines Referenzobjektes den
Schritt umfaßt: Ausbilden eines Bildes, das aus Graupixel
besteht, die eine Vielzahl von Helligkeitswerten auf einer
zwischen schwarz und weiß verlaufenden Grauskala haben, und
bei dem das Verfahren des weiteren den Schritt des
Zurückweisens bestimmter Anwärterreferenzabschnitte, basierend auf den
Grauskalenwerten der Pixel, in den Anwärterreferenzabschnitten
umfaßt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des
Zurückweisens der Anwärterreferenzabschnitte den Schritt des
Zurückweisens eines Anwärterreferenzabschnittes umfaßt, falls
der Graumittelwert in dem Anwärterreferenzabschnitt entweder
zu hell oder zu dunkel ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des
Zurückweisens eines Anwärterreferenzabschnittes, falls der
Graumittelwert zu hell ist, Anwärterreferenzabschnitte an der
Kante des Referenzbildes eliminiert, und bei dem der Schritt
des Zurückweisens von Anwärterreferenzabschnitten den Schritt
des Zurückweisens eines Anwärterreferenzabschnittes umfaßt,
falls dieser Anwärterreferenzabschnitt zu dicht an einem
Anwärterreferenzabschnitt liegt, der als zu hell
zurückgewiesen worden ist.
16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des
Zurückweisens von Anwärterreferenzabschnitten die Schritte
umfaßt: Zuerst Bestimmen eines Schwarz-Grau-Schwellenwertes
und eines Grau-Weiß-Schwellenwertes unter Zugrundelegung der
Verteilung der Grauskalenhelligkeitswerte in einem
Anwärterreferenzabschnitt, wobei im wesentlichen ein Drittel der Pixel
der Anwärterreferenzabschnitte dunkler als die Schwarz-Grau-
Schwelle und im wesentlichen ein Drittel der Pixel heller als
die Grau-Weiß-Schwelle sind, und dann Zurückweisen des
Anwärterreferenzabschnittes, falls die Schwarz-Grau- und Grau-
Weiß-Schwellen wertmäßig zu dicht beieinander liegen.
17. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des
Identifizierens einer Vielzahl von Referenzabschnitten die
Schritte umfaßt: Partitionieren des Referenzbildes in eine
Vielzahl von Anwärterreferenzabschnitten, von denen die
Referenzabschnitte ausgewählt werden, Durchführen einer
Autokorrelationsberechnung für jeden verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitt, um das Maß der Unterscheidungsfähigkeit des
Anwärterreferenzabschnittes relativ zu einem örtlichen Bereich
zu bestimmen, der den Anwärterreferenzabschnitt umgibt,
Auswählen einer Anzahl der am meisten unterscheidungsfähigen
der Anwärterreferenzabschnitte unter Zugrundelegung der
Ergebnisse der Autokorrelationsberechnungen, Messen der
Wiedererkennbarkeit jedes der verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitte bezüglich eines oder mehrerer aufeinanderfolgender
Bilder des Referenzobjektes, und Auswählen der
Referenzabschnitte gemäß dem Maß an Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten
der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte und der Bilddaten
eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Bilder.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des
Messens der Wiedererkennbarkeit jedes der verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitte die Schritte umfaßt Ausbilden
eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Bilder des
Referenzobjektes und Bestimmen des Maßes der Ähnlichkeit zwischen den
Bilddaten jedes der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte
und der Bilddaten eines oder mehrerer aufeinanderfolgender
Bilder.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des
Bestimmens des Maßes der Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten
jedes der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte und der
Bilddaten eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Bilder für
jedes der aufeinanderfolgenden Bilder den Schritt des
Bestimmens von Orten mit bester Übereinstimmung für die
verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte in entsprechenden Suchflächen
des nachfolgenden Bildes umfaßt, wobei jede Suchfläche ein
Bereich des nachfolgenden Bildes ist, der den erwarteten Ort
eines zugehörigen Anwärterreferenzabschnittes umgibt, wobei
jeder Bereich mit bester Übereinstimmung der Ort in einer
Suchfläche ist, an dem die Korrelation zwischen den Bilddaten
eines zugehörigen Anwärterreferenzabschnittes und den
Bilddaten des nachfolgenden Bildes am höchsten ist, und bei dem der
an jedem Ort mit bester Übereinstimmung errechnete
Korrelationswert ein Maß für den Grad an Ähnlichkeit ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des
Bestimmens der Orte mit bester Übereinstimmung für die
verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte in zugehörigen
Suchflächen des nachfolgenden Bildes die Schritte umfaßt: Zuerst
Bestimmen des Ortes mit bester Übereinstimmung von einem der
verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte in einem ersten
suchbereich des aufeinanderfolgenden Bildes, wobei die
Abweichung des Ortes mit bester Übereinstimmung des einen
Anwärterreferenzabschnittes von dem erwarteten Ort davon einen
Ortsfehler des nachfolgenden Bildes bezüglich des Referenzbildes
definiert, und dann Bestimmen der Orte mit bester
Übereinstimmung von dem Rest der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte
bezüglich des nachfolgenden Bildes durch Suchen innerhalb
Zweitsuchbereiche für Orte mit bester Übereinstimmung, wobei
die zweiten Suchbereiche in bezug auf den Ortsfehler
angeordnet sind, und wobei die zweiten Suchbereiche in ihrer Größe
kleiner als der erste suchbereich ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Schritt des
Auswählens der Referenzabschnitte aus den verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitten gemäß dem Maß an Ähnlichkeit zwischen den
Bilddaten der Referenzabschnitte und der Bilddaten eines oder
mehrerer aufeinanderfolgender Bilder den Schritt umfaßt:
Auswerten der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte gemäß
des Durchschnitts der Korrelationswerte, die an den Orten
bester Übereinstimmung für jedes der aufeinanderfolgenden
Bilder errechnet wurden, und dann Auswählen einer Anzahl der
am höchsten bewerteten Anwärterreferenzabschnitte als die
Referenzabschnitte.
22. Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren den Schritt
des Speicherns der Bilder und relativen Ortsdaten jedes der
Referenzabschnitte nach dem Schritt des Identifizierens einer
Vielzahl von Referenzabschnitten für eine spätere Verwendung
beim Verifizieren der Identität von Objekten aufweist.
23. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des
Ausbildens eines Überprüfungsbildes die Schritte umfaßt: Zuerst
Ausbilden eines Bildes, das aus Graupixeln besteht, die eine
Vielzahl von Helligkeitswerten auf einer zwischen schwarz und
weiß gehenden Grauskala haben, und dann Umwandeln dieser
Graupixel in binäre Pixel, die Helligkeitswerte von schwarz
oder weiß haben.
24. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des
Bestimmens eines Ortes mit bester Übereinstimmung in jedem
Verifizierungsbereich die Schritte umfaßt: Zuerst Bestimmen
des Ortes mit bester Übereinstimmung von einem der
Referenzabschnitte in einem ersten Verifizierungsbereich des
Verifizierungsbildes, wobei die Abweichung des Ortes mit bester
Übereinstimmung des einen Referenzabschnittes von dem erwarteten
Ort einen Positionsfehler des Verifizierungsbildes bezüglich
des Referenzbildes definiert, und dann Bestimmen der Orte mit
bester Übereinstimmung der übrigen Referenzabschnitte
bezüglich des Verifizierungsbildes durch Suchen in den zweiten
Verifizierungsbereichen nach Orten mit bester Übereinstimmung,
wobei die zweiten Verifizierungsbereiche mit Bezug auf den
Positionsfehler angeordnet sind.
25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die zweiten
Verifizierungsbereiche in der Größe kleiner als der erste
Verifizierungsbereich sind.
26. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Schritt des ersten
Bestimmens des Ortes mit bester Übereinstimmung des einen der
Referenzabschnitte in dem ersten Verifizierungsbereichs die
Schritte aufweist: Finden des höchsten Korrelationswertes
innerhalb eines Unterfeldes des ersten Verifizierungsbereiches
und Bestimmen des Ortes mit bester Übereinstimmung, wenn der
Ort in dem Unterfeld, an dem der Korrelationswert am höchsten
ist, falls dieser höchste Korrelationswert einen vorbestimmten
Wert überschreitet, und falls nicht, Finden des höchsten
Korrelationswertes in dem gesamten ersten
Verifizierungsbereich und Bestimmen des Ortes mit bester Übereinstimmung als
den Ort in dem gesamten ersten Verifizierungsbereich, an dem
der Korrelationswert am höchsten ist, wobei jeder
Korrelationswert ein Maß für die Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten von
dem einen Referenzbereich und den Bilddaten einer gleich
großen Fläche des Verifizierungsbereiches ist.
27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem sich das Unterfeld in
dem ersten Verifizierungsbereich an einem Ort befindet, der
den erwarteten Ort des einen Referenzabschnittes umgibt.
28. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des
Bestimmens eines Ortes mit bester Übereinstimmung die Schritte
umfaßt: Berechnen von Korrelationswerten über den gesamten
Verifizierungsbereich, wobei jeder Korrelationswert ein Maß
für die Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten eines
Referenzabschnittes und den Bilddaten einer gleich großen Fläche des
entsprechenden Verifizierungsbereiches ist, und Bestimmen des
Ortes mit bester Übereinstimmung als den Ort in dem
Verifizierungsbereich, an dem der Korrelationswert am höchsten ist.
29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Schritt des
Berechnens eines Korrelationswertes den Schritt des
Pixelfür-Pixel-Vergleichens der Bilddaten des Referenzabschnittes
und der Bilddaten einer gleich großen Fläche des
Verifizierungsbereiches umfaßt.
30. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem der Schritt des
Bestimmens eines Ortes mit bester Übereinstimmung die Schritte
umfaßt: Zuerst Berechnen von Korrelationswerten an
ausgewählten Orten, die über den Verifizierungsbereich verteilt sind
und dann Berechnen von Korrelationswerten an allen möglichen
Orten nahe diesen Orten an den Orten, an denen relativ hohe
Korrelationswerte gefunden wurden.
31. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des
Ausbildens eines Referenzbildes von einem Referenzobjekt den
Schritt umfaßt: Ausbilden eines Bildes, das aus Graupixel
besteht, die eine Vielzahl von Helligkeitswerten auf einer von
schwarz bis weiß gehenden Grauskala haben, wobei der Schritt
des Identifizierens einer Vielzahl von Referenzbereichen den
Schritt des Umsetzens der Graupixel jedes Referenzabschnittes
in binäre Pixel mit Helligkeitswerten von schwarz oder weiß
umfaßt, wobei der Schritt des Ausbildens eines
Verifizierungsbildes die Schritte umfaßt: Zuerst Ausbilden eines
Bildes, das aus Graupixel besteht, die eine Vielzahl von
Helligkeitswerten auf einer von schwarz bis weiß gehenden
Grauskala haben, und dann Umsetzen der Graupixel in binäre
Pixel mit Helligkeitswerten von schwarz oder weiß, und wobei
der Schritt des Bestimmens eines Ortes mit bester
Übereinstimmung in jedem Verifizierungsbereich die Schritte umfaßt:
Berechnen von Korrelationswerten in dem gesamten
Verifizierungsbereich, wobei jeder Korrelationswert durch eine
Pixelfür-Pixel-Vergleich zwischen den binären Bilddaten des
Referenzbereiches und den binären Bilddaten einer gleich großen
Fläche des Verifizierungsbereiches ist, und Festlegen des
Ortes mit bester Übereinstimmung als den Ort in dem
Verifizierungsbereich, an dem der Korrelationswert am höchsten ist.
32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem der Schritt des
Umsetzens der Graupixel jedes Referenzbereiches in binäre
Pixel den Schritt umfaßt: Ternärumwandeln der Bilddaten eines
Referenzabschnittes durch zuerst Bestimmen eines Schwarz-
Grau-Schwellenwertes und eines Grau-Weiß-Schwellenwertes unter
Zugrundelegung der Verteilung der Grauskalenhelligkeitswerte
in dem Referenzabschnitt, und dann Umsetzen der
Grauskalenpixel des Referenzabschnittes in schwarze, graue und weiße
Pixel gemäß ihren Grauskalenhelligkeitswerten relativ zu den
Schwarz-Grau- und Grau-Weiß-Schwellenwerten.
33. Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der Schritt des
Berechnens eines Korrelationswertes den Schritt umfaßt
Vergleichen der schwarzen Pixel und der weißen Pixel des
Referenzabschnittes mit den schwarzen Pixel und den weißen
Pixel des Verifizierungsbereiches, Addieren der Anzahl von
Übereinstimmungen zwischen schwarzen oder weiße Pixel des
Referenzabschnittes und der schwarzen oder weißen Pixel des
Verifizierungsbereiches und Dividieren durch die Anzahl der
schwarzen und weißen Pixel des Referenzabschnittes, wobei der
Ergebniswert gleich dem Korrelationswert ist.
34. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des
Bestimmens eines Ortes mit bester Übereinstimmung die Schritte
umfaßt: Berechnen von Korrelationswerten in dem gesamten
Verifizierungsbereich, wobei jeder Korrelationswert ein Maß
der Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten eines
Referenzabschnittes und den Bilddaten einer gleich großen Fläche des
entsprechenden Verifizierungsbereiches ist, und Bestimmen des Ortes
mit bester Übereinstimmung als den Ort in dem
Verifizierungsbereich, an dem der Korrelationswert am höchsten ist, und
wobei der Schritt des Verifizierens der Identität des Objektes
die Schritte umfaßt: Zuerst Bestimmen eines
Verschiebungswertes für jeden der Referenzabschnitte, wobei jeder
Verschiebungswert sich auf den Abstand zwischen dem Ort eines
Referenzabschnittes bezieht, in dem das Referenzbild und der Ort
des entsprechenden Ortes mit bester Übereinstimmung in dem
Verifizierungsbild sich beziehen, und Verifizieren, daß das
Objekt die gleiche Identität wie das Referenzobjekt hat, wenn
die Korrelationswerte relativ hoch und die Verschiebungswerte
relativ niedrig sind.
35. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem der Schritt des
Verifizierens der Identität des Objektes den Schritt umfaßt:
Anpassen der Verschiebungswerte, um translatorische und
rotatorische Fehlausrichtungen des Verifizierungsbildes in
bezug auf das Referenzbild zu korrigieren.
36. Verfahren nach Anspruch 34, bei dem der Schritt des
Verifizierens der Identität des Objektes den Schritt umfaßt:
Bereitstellen eines funktionalen Ausdruckes, der
Korrelationswerte und Verschiebungswerte so verwendet, daß jeder
Referenzabschnitt als zum Verifizieren oder nicht neigend
klassifiziert werden kann, in Abhängigkeit von seinen zugehörigen
Korrelations- und Verschiebungswerten bezüglich des
funktionalen Ausdrucks, und wobei die Identität des Objektes nur dann
verifiziert wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl der
Referenzabschnitte dazu neigt, Objektidentität zu verifizieren.
37. Verfahren nach Anspruch 36, bei dem die Identität des
Objektes verifiziert wird, wenn eine Mehrheit der
Referenzabschnitte dazu neigt, zu verifizieren.
38. Ein Fingerabdrucks-Verifizierungsverfahren zum
Verifizieren der Identität einer Person nach Anspruch 1, bei der der
Schritt des Bildens eines Referenzbildes eines
Referenzobjektes den Schritt umfaßt Ausbilden eines Bildes eines
Fingerabdrucks einer Person, die Zugang sucht, und bei dem
Schritt des Ausbildens eines Verifizierungsbildes eines
Objektes, dessen Identität zu verifizieren ist, den Schritt
umfaßt: Ausbilden eines Bildes eines Fingerabdrucks einer
Person, die Verifizierung sucht.
39. Vorrichtung zum Aufnehmen einer Person durch Erhalten
eines Bildes eines Fingerabdrucks und Abspeichern von
Referenzbilddaten, die den Fingerabdruck des Aufzunehmenden
charakterisieren, und zum Verifizieren der Identität einer
Person, die beansprucht, der Aufzunehmende zu sein, durch
Vergleichen eines Bildes des Fingerabdrucks dieser Person mit
Referenzbilddaten des Aufzunehmenden, wobei die Vorrichtung
Bildmittel (52) zum Ausbilden von Bildern von Fingerabdrücken,
Mittel (50, 66) zum Auswählen und Speichern von
Referenzbilddaten, die den Fingerabdruck des Aufzunehmenden
charakterisieren, Mittel (50) zum Wiederauffinden der Referenzbilddaten
eines Aufzunehmenden und zum Vergleichen mit dem
Fingerabdruckbild der zu verifizierenden Person, und Mittel (50) zum
Verifizieren der Identität nach dem Maß der Ähnlichkeit
zwischen den Referenzbilddaten des Aufzunehmenden und dem
Fingerabdruckbild der zu verifizierenden Person aufweist,
gekennzeichnet durch:
Mittel (50) zum Partitionieren eines Fingerabdruckbildes (80),
das von einem Fingerabdruck eines Aufzunehmenden während eines
Aufnahmeverfahrens erzielt wurde, in eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitte (94);
Mittel (50) zum Ausführen einer Autokorrelationsberechnung für
jeden Anwärterreferenzabschnitt (94), um das Maß an
Unterscheidungsfähigkeit des Anwärterreferenzabschnittes bezüglich
eines örtlichen Bereiches (96) des Referenzbildes zu
bestimmen, das den Anwärterreferenzabschnitt umgibt, wobei der
örtliche Bereich größer ist als der Anwärterreferenzabschnitt
und kleiner als das gesamte Referenzbild;
Mittel (50) zum Auswählen von Referenzdaten (109), die den
Fingerabdruck des Aufzunehmenden charakterisieren, wobei die
Referenzdaten die Bilddaten und relative Positionierung der am
unterscheidungsfähigsten Anwärterreferenzabschnitte aufweisen;
Mittel (50) zum Definieren einer Vielzahl von
Verifizierungsbereichen (112, 116) in dem Fingerabdruckbild der Person, die
Verifizierung sucht, wobei jeder Verifizierungsbereich in
seiner Position einem der Referenzabschnitte (110, 114)
zugeordnet ist, und wobei jeder Verifizierungsbereich in
seinen Abmessungen größer als sein zugehöriger
Referenzabschnitt ist;
Mittel (50) zum Bestimmen eines Ortes bestmöglicher
Übereinstimmung in jedem Verifizierungsbereich (112, 116), an dem die
Bilddaten des Verifizierungsbereiches der Bilddaten des
zugehörigen Referenzabschnittes (110, 114) am ähnlichsten
sind; und
Mittel (50) zum Verifizieren der Identität der Person, die
beansprucht, aufgenommen zu werden, gemäß dem Maß der
Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten der Orte mit bester
Übereinstimmung und den Bilddaten der zugehörigen Referenzabschnitte
(110, 114) und auch nach dem Maß der Ähnlichkeit zwischen der
relativen Anordnung der Orte mit bester Übereinstimmung und
der relativen Anordnung der zugehörigen Referenzabschnitte.
40. Fingerabdruckverifikationsverfahren zum Verifizieren der
Identität einer Person durch Vergleichen momentan erhaltener
Fingerabdruckdaten mit vorher erhaltenen Fingerabdruckdaten,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Zuerst Erfassen einer oder mehrerer Personen gemäß den
folgenden Schritten:
Ausbilden eines Referenzbildes eines Fingerabdrucks einer
Erfassung suchenden Person,
Unterteilen des Referenzbildes in eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitten,
Bestimmen des Maßes der Unterscheidbarkeit jedes
Anwärterreferenzabschnitts in einem lokalen Bereich, der den
Anwärterreferenzabschnitt umgibt;
Bestimmen der Wiedererkennbarkeit jedes
Anwärterreferenzabschnittes bezüglich eines oder mehrere nachfolgender Bilder des
Fingerabdrucks der Erfassung suchenden Person durch Bestimmen
des Grades an Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten des
Anwärterreferenzabschnittes und den Bilddaten eines oder mehrerer
nachfolgender Bilder, Auswählen einer Gruppe von
Referenzabschnitten von den Anwärterreferenzabschnitten gemäß dem Maß
der Unterscheidbarkeit und dem Maß der Wiedererkennbarkeit der
Anwärterreferenzabschnitte, und
Abspeichern der Bild- und relativen Positionierungsdaten jedes
der ausgewählten Referenzabschnitte als Fingerabdruckdaten zur
späteren Verwendung beim Verifizieren der Identität einer
Verifizierung suchenden Person;
und späteres Verifizieren der Identität einer Verifizierung
suchenden Person gemäß den Schritten:
Erhalten einer Angabe von der vorher erfaßten Person, die die
Verifizierung suchende Person zu sein beansprucht, Holen der
Bild- und relativen Positionierungsdaten der
Referenzabschnitte der vorher erfaßten Person,
Ausbilden eines Verifizierungsbildes des Fingerabdrucks der
Verifizierung suchenden Person, wobei das Verifizierungsbild
eine Vielzahl von Verifizierungsbereichen umfaßt, die in ihrer
Relativposition zu einem korrespondierenden der
Referenzabschnitte entsprechen und in ihren Abmessungen größer als diese
sind,
Bestimmen der Orte bester Übereinstimmung der
Referenzabschnitte innerhalb ihrer zugehörigen Verifizierungsbereiche, wobei
jeder Ort bester Übereinstimmung der Ort in einem
Verifizierungsbereich ist, an dem die Bilddaten den Bilddaten des
zugehörigen Referenzabschnittes am ähnlichsten sind,
Bestimmen eines Verschiebungswertes für jeden der
Referenzabschnitte, wobei jeder Verschiebungswert ein Maß des Abstandes
zwischen der Position des Ortes bester Übereinstimmung und
dessen erwarteter Position ist,
Anpassen eines oder mehrerer der Verschiebungswerte um
Fehlausrichtungen des Verifizierungsbildes bezüglich des
Referenzbildes zu korrigieren,
Klassifizieren jedes Referenzabschnittes, ob dieser dazu neigt
zu verifizieren oder nicht, unter Zugrundelegung seiner
zugehörigen Korrelations- und Verschiebungswerte, wobei
relativ hohe Korrelationswerte und relativ niedrige
Verschiebungswerte dazu neigen, zu verifizieren, und
Verifizieren der Identität der Verifizierung suchenden Person,
falls wenigstens eine vorbestimmte Anzahl der
Referenzabschnitte als zum Verifizieren neigend klassifiziert werden.
41. Fingerabdruckverifikationsverfahren zum Verifizieren der
Identität einer Person durch Vergleichen momentan erhaltener
Fingerabdrucksdaten mit vorher erhaltenen Fingerabdrucksdaten,
wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Zuerst erfassen eines oder mehrere Personen gemäß den folgenden
Schritten:
Ausbilden eines Referenzbildes eines Fingerabdrucks einer
Erfassung suchenden Person, wobei das Referenzbild aus
Graupixel besteht, die eine Vielzahl von Helligkeitswerten auf
einer von schwarz bis weiß gehenden Grauskala haben,
Positionieren des Referenzbildes in eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitten, von denen ein Satz von
Referenzabschnitten ausgewählt werden wird,
Zurückweisen bestimmter Anwärterreferenzabschnitte auf der
Grundlage der Grauskalenwerte der Pixel in den
Anwärterreferenzabschnitten,
Ausführen einer Autokorrelationsberechnung für jeden
verbleibenden Anwärterreferenzabschnitt um das Maß der
Unterscheidbarkeit des Anwärterreferenzabschnittes in einem örtlichen
Bereich zu bestimmen, der den Anwärterreferenzabschnitt
umgibt, wobei die Autokorrelationsberechnung die Schritte
aufweist:
Berechnen einer Vielzahl von Korrelationswerten in dem
örtlichen Bereich, wobei jeder Korrelationswert ein Maß der
Ähnlichkeit zwischen den Bilddaten des
Anwärterreferenzabschnittes mit den Bilddaten einer gleichgroßen Fläche des
örtlichen Bereiches ist, und Berechnen einer
Autokorrelationsbewertung auf der Grundlage des höchsten
Korrelationswertes, die in einem örtlichen Bereich aber außerhalb eines
Bereiches nahe dem Ort des Anwärterreferenzabschnittes
berechnet wurde, wobei eine hohe Autokorrelationsbewertung einen
örtlich nicht unterscheidungsfähigen Anwärterreferenzabschnitt
bedeutet,
Auswählen einer Anzahl der am unterscheidungsfähigsten der
Anwärterreferenzabschnitte auf der Grundlage der Ergebnisse
der Autokorrelationsberechnung,
Messen der Wiedererkennbarkeit jedes der verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitte bezüglich eines oder mehrerer
nachfolgender Bilder des Fingerabdrucks der Erfassung suchenden
Person durch Bestimmen des Maßes der Ähnlichkeit zwischen den
Bilddaten der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte und den
Bilddaten eines oder mehrerer nachfolgender Bilder,
Auswählen eines Musters von Anwärterreferenzabschnitten aus
dem Satz der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte gemäß
der Wiedererkennbarkeit der verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitte bezüglich eines oder mehrerer nachfolgender Bilder,
und
Abspeichern der Bild- und relativen Positionsdaten jedes des
ausgewählten Referenzabschnitte als Fingerabdrucksdaten für
spätere Verwendung beim Verifizieren der Identität einer
Verifizierung suchenden Person;
und später Verifizieren der Identität einer Verifikation
suchenden Person gemäß den Schritten:
Erhalten einer Angabe der Verifizierung suchenden Person
welche vorher erfaßte Person, die Verifizierung suchende
Person zu sein beansprucht,
Holen der Bild- und relativen Positionsdaten der
Referenzabschnitte der vorher erfaßten Person,
Ausbilden eines Verifizierungsbildes des Fingerabdrucks der
Verifizierung suchenden Person, wobei das Verifizierungsbild
eine Vielzahl von Verifizierungsbereichen aufweist, von denen
jedes in der Relativposition zu einem korrespondierenden der
Referenzabschnitte korrespondiert und in der Abmessung größer
ist als dieser, Bestimmen der Orte bester Übereinstimmung der
Referenzabschnitte in entsprechenden Verifizierungsbereichen
des Verifizierungsbildes, wobei der Ort bester Übereinstimmung
der Ort in einem Verifizierungsbereich ist, an dem die
Bilddaten den Bilddaten des entsprechenden Referenzabschnittes am
ähnlichsten sind, wobei der Ort bester Übereinstimmung durch
die Schritte bestimmt wird:
Berechnen von Korrelationswerten in dem Verifizierungsbereich,
wobei jeder Korrelationswert ein Maß der Ähnlichkeit zwischen
den Bilddaten des korrespondierenden Referenzabschnittes und
den Bilddaten einer gleichgroßen Fläche des
Verifizierungsbereiches sind, und
Bestimmen des Ortes bester Übereinstimmung als den Ort in dem
Verifizierungsbereich, an dem der Korrelationswert am höchsten
ist,
Bestimmen eines Verschiebungswertes für jeden der
Referenzabschnitte, wobei jeder Verschiebungswert ein Maß des Abstandes
zwischen der Position des Ortes bester Übereinstimmung und
dessen erwarteter Position ist,
Anpassen eines oder mehrerer der Verschiebungswerte, um
Fehlausrichtungen des Verifizierungsbildes bezüglich des
Referenzbildes zu korrigieren,
Klassifizieren jedes Referenzabschnittes als zum Verifizieren
neigend oder nicht, unter Zugrundelegung seiner entsprechenden
Korrelations- und Verschiebungswerte, wobei relativ hohe
Korrelationswerte und relativ niedrige Verschiebungswerte zum
Verifizieren neigen, und
Verifizieren der Identität der Verifizierung suchenden Person
falls wenigstens eine vorbestimmte Anzahl der
Referenzabschnitte als zum Verifizieren neigend klassifiziert werden.
42. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des
Ausführens einer Autokorrelationsberechnung die Schritte
umfaßt:
Umwandeln der Graupixel des lokalen Bereiches in binäre Pixel,
die Helligkeitswerte von schwarz und weiß haben, und Umwandeln
der Grauskalenpixel der Anwärterreferenzabschnitte in ternäre
Pixel, die Helligkeitswerte von schwarz, grau oder weiß haben
und bei dem der Schritt des Berechnens von Korrelationswerten
in dem örtlichen Bereich die grauen ternären Pixel der
Anwärterreferenzabschnitte unbeachtet läßt.
43. Verfahren nach Anspruch 42, bei dem jede Berechnung eines
Korrelationswertes in dem örtlichen Bereich den Schritt
aufweist, die schwarzen Pixel und die weißen Pixel der
Anwärterreferenzabschnitte
mit dem schwarzen Pixel und dem
schwarzen Pixel des örtlichen Bereiches zu vergleichen, Addieren der
Anzahl der Übereinstimmungen zwischen dem schwarzen und dem
weißen Pixel des Anwärterreferenzabschnitts und der jeweiligen
schwarzen und weißen Pixel des örtlichen Bereiches, und
Dividieren durch die Anzahl der schwarzen Pixel und der weißen
Pixel des Anwärterreferenzabschnittes, wobei der Ergebniswert
gleich dem Korrelationswert ist.
44. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem das Verfahren
desweiteren den Schritt umfaßt: Umwandeln der Grauskalenpixel der
Referenzabschnitte in ternäre Pixel mit Helligkeitswerten von
schwarz, grau oder weiß, wobei der Schritt des Ausbildens
eines Verifizierungsbildes des Schritt umfaßt: Ausbilden eines
Bildes mit binären Pixel mit Helligkeitswerten von schwarz
oder weiß, und bei dem der Schritt des Berechnens von
Korrelationswerten in den Verifizierungsbereich die grauen ternären
Pixel der Referenzabschnitte unbeachtet läßt.
45. Verfahren nach Anspruch 44, bei dem jede Berechnung eines
Korrelationswertes in dem Verifizierungsbereich den Schritt
umfaßt: Vergleichen der schwarzen Pixel und der weißen Pixel
des Referenzabschnittes mit dem schwarzen Pixel und dem weißen
Pixel des Verifizierungsbereiches, Addieren der Anzahl von
Übereinstimmungen zwischen schwarzen oder weißen Pixel des
Referenzabschnittes und der jeweiligen schwarzen oder weißen
Pixel des Verifizierungsbereiches, und Dividieren durch die
Anzahl von schwarzen Pixeln und weißen Pixeln des
Referenzabschnittes, wobei der Ergebniswert gleich dem Korrelationswert
ist.
46. Verfahren nach Anspruch 41, bei dem der Schritt des
Bestimmens der Orte mit bester Übereinstimmung der
Referenzabschnitte in den jeweiligen Verifizierungsbereichen des
Verifizierungsbildes die Schritte umfaßt: Bestimmen eines
ersten Ortes bester Übereinstimmung von einem der
Referenzabschnitte in dem zugehörigen ersten Verifzierungsbereich des
Verifizierungsbildes, und dann Bestimmen des Ortes des Restes
der Verifizierungsbereiche bezüglich des ersten Ortes mit
bester Übereinstimmung, und dann Bestimmen der Orte bester
Übereinstimmung des Restes der Referenzabschnitt.
47. Verfahren nach Anspruch 46, bei dem der Schritt des
Anpassens der Verschiebungswerte zum Korrigieren von
Fehlausrichtungen des Verifizierungsbildes den Schritt umfaßt:
Anpassen an Dreh-Fehlausrichtungen des Verifizierungsbildes
durch Finden einer gedrehten Position des Musters der
Referenzabschnitte bezüglich des Verifizierungsbildes, an der die
Summe der Quadrate der Verschiebungswerte minimal ist.
48. Fingerabdruckverifizierungsverfahren zum Verifizieren der
Identität einer Person durch Vergleich momentan erhaltener
Fingerabdruckdaten mit vorher erhaltenen Fingerabdruckdaten,
wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Zuerst Erfassen einer oder mehrere Personen gemäß den
Schritten:
Ausbilden eines Referenzbildes aus den Stegen und Rillen eines
Fingerabdruckes einer Erfassung suchenden Person, wobei das
Referenzbild aus Graupixel besteht, die eine Vielzahl von
Helligkeitswerten auf einer von weiß nach schwarz gehenden
Grauskala haben, und wobei die Fingerabdruck-Stege und -Rillen
durch Helligkeitswerte wiedergegeben sind, die nach schwarz
oder nach weiß tendieren,
Unterteilen des Referenzbildes in eine Vielzahl von
Anwärterreferenzabschnitten von denen ein Satz von Referenzabschnitten
ausgewählt würden,
Zurückweisen bestimmter Anwärterreferenzabschnitte auf der
Grundlage der Grauskalenwerte der Pixel in den
Anwärterreferenzabschnitten,
Ausführen einer Autokorrelationsberechnung für jeden
verbleibenden Anwärterreferenzabschnitt, um das Maß der
Unterscheidungsfähigkeit des Anwärterreferenzabschnittes in einem
örtlichen Bereich zu bestimmen, der den
Anwärterreferenzabschnitt umgibt, wobei die Autokorrelationsberechnung die
Schritte aufweist: Umwandeln der Graupixel des örtlichen
Bereiches in binäre Pixel mit Helligkeitswerten von schwarz
oder weiß, Umwandeln der Grauskalenpixel des
Anwärterreferenzabschnittes in ternäre Pixel mit Helligkeitswerten von
schwarz, grau oder weiß, Berechnen einer Vielzahl von
Korrelationswerten in dem örtlichen Bereich, wobei jeder
Korrelationswert ein Maß der Ähnlichkeit zwischen den schwarzen und
weißen ternären Pixel des Anwärterreferenzabschnittes mit den
schwarzen und weißen binären Pixel einer gleichgroßen Fläche
des örtlichen Bereiches ist, und Berechnen einer
Autokorrelationsbewertung auf der Grundlage des höchsten
Korrelationswertes, der in dem örtlichen Bereich berechnet wurde, aber
außerhalb eines Bereiches nahe des Ortes des
Anwärterreferenzabschnittes liegt, wobei eine hohe Autokorrelationsbewertung
einen örtlich nicht unterscheidungsfähigen
Anwärterreferenzabschnitt bezeichnet;
Auswählen einer Anzahl der am meisten unterscheidungsfähigen
Anwärterreferenzabschnitte auf der Grundlage der Ergebnisse
der Autokorrelationsberechnung,
Messen der Wiedererkennbarkeit jedes der verbleibenden
Anwärterreferenzabschnitte bezüglich eines oder mehrerer
nachfolgender Bilder des Fingerabdrucks der Erfassung suchenden
Person durch Bestimmen des Maßes der Ähnlichkeit zwischen den
Bilddaten der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte und den
Bilddaten des einen oder der mehreren nachfolgenden Bilder,
Auswählen eines Musters von Referenzabschnitten von dem Satz
verbleibender Anwärterreferenzabschnitte gemäß der
Wiedererkennbarkeit der verbleibenden Anwärterreferenzabschnitte
bezüglich des einen oder der mehreren nachfolgenden Bilder,
wobei die in jedem der Referenzabschnitte enthaltenen
Bilddaten örtlich einzigartig sind, und
Abspeichern der Bilddaten und relativen Positionierungsdaten
jedes der ausgewählten Referenzabschnitte als
Fingerabdruckdaten für spätere Verwendung beim Verifizieren der Identität
einer Verifizierung suchenden Person;
und später Verifizieren der Identität einer Verifizierung
suchenden Person gemäß den Schritten:
Erhalten einer Angabe von der Verifizierung suchenden Person,
welche vorher erfaßte Person die Verifizierung suchende Person
beansprucht zu sein,
Holen der Bild- und relativen Positionierungsdaten der
Referenzabschnitte der vorher erfaßten Person, Ausbilden eines
Verifizierungsbildes der Stege und Rillen des Fingerabdrucks
der Verifizierung suchenden Person, wobei das
Verifizierungsbild binäre Pixel aufweist, die Helligkeitswerte von schwarz
oder weiß haben, um die Stege und Rillen wiederzugeben, und
wobei das Verifizierungsbild eine Vielzahl von
Verifizierungsbereichen aufweist, von denen jede in relativer Position zu
einem entsprechenden der Referenzabschnitte korrespondiert und
jeweils größer in der Abmessung als dieser ist,
Bestimmen eines ersten Ortes bester Übereinstimmung eines der
Referenzabschnitte in einem ersten Verifizierungsbereichs des
Verifizierungsbildes, wobei jeder Ort bester Übereinstimmung
der Ort in einem Verifizierungsbereich ist, an dem die
Bilddaten den Bilddaten des zugehörigen Referenzabschnittes am
ähnlichsten sind, wobei jeder Ort bester Übereinstimmung durch
die Schritt bestimmt wird: Berechnen von Korrelationswerten in
dem Verifizierungsbereich und Bestimmen des ersten Ortes
bester Übereinstimmung als den Ort in dem
Verifizierungsbereich, an dem der Korrelationswert am höchsten ist, wobei
jeder Korrelationswert ein Maß der Ähnlichkeit zwischen den
schwarzen und weißen Pixel des Referenzabschnittes und den
schwarzen und weißen Pixel des zugehörigen
Verifizierungsbereiches mit gleichgroßer Fläche ist, und dann
mit Lokalisieren des Restes der Verifizierungsbereiche
bezüglich des ersten Ortes bester Übereinstimmung, und dann
Bestimmen der Orte bester Übereinstimmung des Restes der
Referenzabschnitte bezüglich des Verifizierungsbildes durch
Suchen in dem Rest der Verifizierungsbereiche für Ort bester
Übereinstimmung,
Bestimmen eines Verschiebungswertes für jeden der
Referenzabschnitte, wobei jeder Verschiebungswert ein Maß des
Abstandes zwischen der Position des Ortes bester Übereinstimmung
und dessen erwarteter Position ist,
Anpassen eines oder mehrerer der Verschiebungswerte, um die
Dreh-Fehlausrichtung des Verifizierungsbildes bezüglich des
Referenzbildes zu korrigieren,
Klassifizieren jedes Referenzabschnittes als zum Verifizieren
oder zum Nicht-Verifizieren neigend, in Abhängigkeit von
seinen zugehörigen Korrelations- und Verschiebungswerten,
wobei relativ hohe Korrelationswerte und relativ niedrige
Verschiebungswerte zum Verifizieren neigen, und
Verifizieren der Identität der Verifizierung suchenden Person,
falls wenigstens eine vorbestimmte Anzahl der
Referenzabschnitte als zum Verifizieren neigend klassifiziert werden.
49. Vorrichtung zum Verifizieren der Identität einer Person
durch Vergleichen eines Bildes des Fingerabdrucks dieser
Person mit Referenzdaten, ,die von einem Fingerabdruckbild
abgeleitet sind, das während eines früheren
Erfassungsverfahrens erhalten wurden, wobei die Vorrichtung aufweist:
Bildeinrichtungen zum Ausbilden eines Bildes eines
Fingerabdrucks sowohl während des Erfassungs- als auch während des
Verifizierungsverfahrens, Einrichtungen zum Erzeugen von
Referenzdaten von einem Fingerabdruckbild, das von einem
Fingerabdruck während eines Erfassungsverfahrens erhalten
wurde, wobei die Referenzdaten die Bilddaten und relative
Positionierungen einer Vielzahl von Referenzabschnitten der
Fingerabdruckdaten umfassen, und wobei die Bilddaten, die in
jeden der Referenzabschnitte enthalten sind,
unterscheidungsfähig bezüglich der Bilddaten neben dem und den
Referenzabschnitt umgebend sind, und wiedererkennbar aufgrund seiner
Ähnlichkeit mit den Bilddaten eines oder mehrerer
nachfolgender Bilder des Fingerabdrucks sind;
Einrichtungen zum Abspeichern der Referenzdaten für spätere
Verwendung währen des Verifizierungsverfahren;
Einrichtung zum Holen der einer erfaßten Person zugeordneten
Referenzdaten, wenn eine Verifizierung suchende Person
beansprucht, die erfaßt Person zu sein;
Einrichtungen zum Definieren einer Vielzahl von
Verifizierungsbereichen in dem Fingerabdrucksbild der Verifizierung
suchenden Person, wobei jeder Verifizierungsbereich in seiner
Position einem der Referenzabschnitte entspricht, und wobei
jeder Verifizierungsbereich in den Abmessungen größer als der
entsprechende Referenzabschnitt ist;
Einrichtungen zum Bestimmen eines Ortes bester Übereinstimmung
in jedem Verifizierungsbereich an dem die Bilddaten den
Bilddaten des zugehörigen Referenzabschnittes am ähnlichsten
sind; und
Einrichtungen zum Verifizieren der Identität der Erfassung
beanspruchenden Person gemäß dem Maß der Ähnlichkeit zwischen
den Bilddaten der Orte bester Übereinstimmung und den
zugehörigen Referenzabschnitten, und gemäß dem Maß der Ähnlichkeit
zwischen der relativen Positionierung der Orte bester
Übereinstimmung mit den zugehörigen Referenzabschnitten.
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