FR2888366A1 - Procedes automatiques d'orientation d'une empreinte, de reconnaissance automatique d'empreintes et de correction d'une base de donnees d'empreintes - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé d'orientation automatique d'une empreinte selon un axe de référence, le procédé comprenant les étapes de :- réaliser des rotations de l'empreinte (2) selon des angles prédéterminés (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e),- comparer les rotations des empreintes à des modèles de référence (4, 5, 6, 7) représentatifs de classes d'empreintes et orientés selon l'axe de référence pour identifier la rotation et le modèle de référence les plus similaires.L'invention a également pour objet un procédé de reconnaissance automatique d'empreintes par comparaison à des empreintes mémorisées avec une orientation de référence dans une base de données et un procédé de correction automatique d'une empreinte mémorisée dans une base de données.

Description

La présente invention concerne un procédé d'orientation automatique d'une

empreinte, un procédé de reconnaissance automatique d'empreintes et un procédé de correction automatique d'une base de données d'emprein-

tes. Ces procédés sont notamment utilisables dans le domaine de l'identification de personnes à partir des empreintes digitales de cellesci en vue par exemple de contrôler l'accès de ces personnes à un lieu.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION On connaît un procédé d'identification par reconnaissance automatique d'empreintes digitales, comprenant les étapes de capturer sur la personne à identifier une empreinte digitale et de comparer cette empreinte digitale à des empreintes digitales mémorisées dans une base de données en relation avec des éléments d'identification des individus répertoriés dans cette base de données. Les procédés de reconnaissance automatique d'empreinte possède une tolérance en rotation qui leur permettent de s'accommoder d'un décalage angulaire entre les empreintes mémorisées et l'empreinte capturée. Toutefois, la durée de la reconnaissance est d'autant plus longue que la tolérance en rotation est importante de sorte que la tolérance est généralement réduite à quelques dizaines de de-grés ou moins si la reconnaissance doit être réalisée dans un temps relativement court. Un décalage angulaire entre les empreintes mémorisées et l'empreinte détectée supérieure à cette tolérance ne permet pas une reconnaissance de l'empreinte.

Les empreintes sont donc mémorisées dans la base de données avec une orientation selon un axe de référence et des indications sont fournies à la personne à identifier pour qu'elle oriente correctement son doigt lors de la capture de l'empreinte digitale.

Toutefois, il existe un risque que malgré les in- dications qui lui sont fournies la personne à identifier positionne mal son doigt de sorte que cette personne ne peut être identifiée si le décalage angulaire est supérieur à la tolérance en rotation du procédé.

Par ailleurs, il existe un risque qu'une em- preinte soit mémorisée dans la base de données avec une orientation incorrecte. Cette empreinte est alors inutilisable et la personne à qui appartient cette empreinte ne peut être identifiée.

Un opérateur peut facilement identifier une orientation incorrecte et y remédier. Tel n'est pas le cas lorsque l'empreinte est traitée automatiquement de manière informatique sans l'intervention d'un opérateur.

Pour obvier à cet inconvénient, on pourrait évidemment augmenter la tolérance en rotation de la recon- naissance mais la comparaison est alors extrêmement longue et nécessite de disposer de ressources informatiques importantes de sorte qu'elle ne peut être envisageable qu'avec des bases de données de petite taille ou pour des applications pouvant s'accommoder d'une telle durée.

Il est également connu du document US-A-5 848 176 un procédé d'orientation des empreintes digitales consistant à relever sur l'empreinte digitale à orienter la di-rection des sillons coupant un cercle virtuel centré sur l'empreinte digitale afin de constituer une courbe compa- rée à des courbes d'empreintes digitales standards d'orientation connue pour identifier un déphasage entre les courbes et en déduire l'orientation de l'empreinte. Cette méthode a notamment comme inconvénient qu'il est difficile de centrer le cercle sur l'empreinte.

OBJET DE L'INVENTION Il serait donc intéressant de disposer d'un moyen permettant de s'affranchir des problèmes d'orientation des empreintes.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé d'orientation automatique d'une empreinte selon un axe de référence, comprenant les étapes de: - réaliser des rotations d'une matrice de directions de l'empreinte selon des angles prédéterminés, - comparer les rotations ainsi obtenues à des modèles de référence qui sont représentatifs de classes de matrices de directions d'empreintes et qui sont orientés selon l'axe de référence, la comparaison étant réalisée au moyen d'un espace de représentation construit en ex- trayant des paramètres discriminants des modèles de référence et de rotations selon des angles prédéterminés des modèles de référence, les modèles de référence étant placés dans l'espace de représentation et la comparaison comprenant les phases de placer dans l'espace de repré- sentation les rotations de la matrice de directions de l'empreinte et de rechercher la rotation de la matrice de directions de l'empreinte et le modèle de référence les plus proches dans l'espace de représentation, - orienter l'empreinte conformément à la rotation de la matrice de directions identifiée.

Les empreintes digitales ont des formes générales appartenant à un nombre restreint de classes différentes (formes en boucle, en spirale, en arche.. .) de sorte que toutes les empreintes digitales peuvent être rattachées à un modèle de référence représentatif de l'une ou l'autre de ces classes. Dans le procédé de l'invention, chaque modèle de référence est une matrice de directions représentative d'une des classes de telle manière que toutes les classes sont représentées et les modèles de référen- ces sont orientés selon l'axe de référence. Il est ainsi réalisé une comparaison de différentes rotations de l'empreinte et des modèles de référence correctement orientés pour retrouver l'orientation correcte de l'empreinte en utilisant un espace de représentation permettant de dis- criminer les matrices de directions correctement orien- tées des matrices de directions incorrectement orientées de manière à pouvoir rapprocher la matrice de directions correctement orientée d'un des modèles de référence. La mise en uvre du procédé de l'invention par voie informa- s tique est alors particulièrement simple et efficace.

Avantageusement, le procédé comprend l'étape d'établir un indice de la fiabilité de la comparaison en fonction d'une distance séparant l'empreinte détectée orientée et le modèle de référence les plus proches et, de préférence, si la distance est supérieure à un seuil prédéterminé, le procédé comprend l'étape d'émettre une alerte de fiabilité.

Il est ainsi possible d'apprécier le risque d'erreur résultant de l'opération d'orientation.

L'invention a également pour objet un procédé de reconnaissance automatique d'empreintes par comparaison à des empreintes mémorisées avec une orientation de référence dans une base de données, le procédé comprenant les étapes de: - capturer une empreinte, - mettre en oeuvre sur l'empreinte capturée le procédé d'orientation automatique ci-dessus, comparer l'empreinte ainsi orientée aux empreintes mémorisées.

Ainsi, le procédé de reconnaissance automatique fonctionne même si l'empreinte capturée n'est pas orientée correctement.

De préférence, le procédé d'orientation comprend l'étape d'établir un indice de fiabilité de la comparai- son en fonction d'une distance séparant la rotation de la matrice de direction de l'empreinte orientée et la matrice de directions du modèle de référence les plus proches, l'indice de fiabilité étant utilisé pour paramétrer un seuil de tolérance en rotation du procédé de recon- naissance.

Il est ainsi possible de paramétrer le seuil de tolérance en fonction du risque d'erreur sur l'orientation de l'empreinte capturée.

L'invention concerne en outre un procédé de cor- rection automatique d'une base de données d'empreintes, le procédé comprenant les étapes de: mettre en uvre sur au moins une empreinte initiale de la base de données le procédé automatique d'orientation conforme à la revendications 1 pour déter- miner une information de correction à appliquer à l'empreinte initiale, - orienter l'empreinte initiale conformément à cette information de correction et mémoriser dans la base de données l'empreinte ainsi orientée à la place de l'em- preinte initiale ou mémoriser l'information de correction dans la base de données en relation avec l'empreinte initiale.

Il est alors possible d'orienter de façon automatique les empreintes qui auraient été mémorisées sans orientation particulière ou avec une orientation erronée.

De préférence, le procédé de correction comprenant l'étape d'établir un indice de la fiabilité de la comparaison en fonction d'une distance séparant la rotation de la matrice de direction de l'empreinte orientée et la matrice de directions du modèle de référence les plus proches, si un procédé de reconnaissance d'empreintes est mis en uvre à partir de la base de don-nées corrigée, l'indice de fiabilité est utilisé pour paramétrer un seuil de tolérance en rotation du procédé de reconnaissance.

Il est ainsi possible de paramétrer le seuil de tolérance en fonction du risque d'erreur sur l'orientation des empreintes mémorisées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en uvre particulier non limitatif de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant le procédé de reconnaissance conforme à l'invention, - la figure 2 est un schéma illustrant de façon simplifiée un espace de représentation utilisé lors de la mise en uvre du procédé de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

L'invention est ici décrite en application à un procédé de reconnaissance automatique d'empreinte digitale en vue d'identifier une personne qui se présente à un contrôle d'accès ou d'identité par exemple. Le procédé de reconnaissance automatique repose sur la comparaison de caractéristiques d'une empreinte digitale de la per-sonne à identifier avec des caractéristiques d'empreintes digitales mémorisées dans une base de données en relation avec des informations d'identité des individus référencés dans la base de données.

Les empreintes sont ici mémorisées dans la base de données 10 sous forme de suite de points caractéristiques 11 (coordonnées des points de bifurcation et de fin des lignes de l'empreinte avec un angle des lignes en ces points) avec une orientation de référence (le grand axe de l'empreinte est ici aligné avec une direction verticale constituant l'axe de référence).

Le procédé de reconnaissance automatique débute par l'étape de capturer une empreinte digitale sur la personne à identifier. Cette détection est réalisée de manière connue en elle-même par exemple au moyen d'un capteur optique 12 sur lequel il est demandé à la per-sonne à identifier d'appliquer un doigt pour obtenir une image 1 de l'empreinte de ce doigt (cette image est re- présentée en vue agrandie dans un cadre en trait mixte double).

Une matrice de directions 2 est ensuite élaborée à partir de l'image 1 de façon connue en soi (la matrice de directions est représentée en vue agrandie dans un cadre en trait mixte double). Cette élaboration est réalisée lors d'une opération 13 mise en oeuvre par un ordinateur 14 relié au capteur optique.

L'orientation de la matrice de directions 2 est détectée lors d'un procédé d'orientation qui sera décrit ci-après et qui aboutit à une orientation de l'image 1 de l'empreinte conformément à l'orientation de référence. Le procédé d'orientation est mis en oeuvre lors d'une opération 15 exécutée par l'ordinateur 14.

Les points caractéristiques sont alors extraits de l'empreinte ainsi orientée et comparés aux points caractéristiques 11 des empreintes mémorisées lors d'une opération 16. La personne est identifiée lorsque les points caractéristiques de l'empreinte capturée carres- pondent aux points caractéristiques 11 d'une empreinte mémorisée dans la base de données.

Le procédé d'orientation conforme à l'invention est réalisé à partir d'un espace de représentations généralement désigné en 3 et schématisé à la figure 2.

L'espace de représentation est construit en ex-trayant des paramètres discriminants de modèles de référence orientés selon l'orientation de référence et de rotations des modèles de référence selon des angles prédéterminés (par exemple à 45 , 90 , 135 , 180 , 225 , 270 et 315 par rapport à l'axe de référence). Les modèles de référence sont des matrices de directions représentatives des formes générales possibles des empreintes digitales. L'espace de représentation est ici obtenu au moyen d'un réseau de neurones par apprentissage à partir des modèles de référence et des rotations de ceux-ci dans les diffé- rentes orientations afin que le réseau de neurones établisse un système de coordonnées à même de distinguer les modèles de référence orientés selon l'axe de référence et les rotations des modèles de référence selon les autres orientations. L'espace de représentation illustré à la figure 3 est extrêmement simplifié et n'a qu'une valeur explicative: l'espace de représentation a en réalité plus de trois dimensions.

Les modèles de référence orientés selon l'axe de référence (seuls quatre sont ici représentés avec les références numériques 4, 5, 6, 7) sont placés (ou projetés) dans l'espace de représentation en calculant leurs coordonnées.

Le procédé d'orientation comprend l'étape de réa- liser des rotations de la matrice de directions 2 issue de l'image 1 ici selon les angles 00, 45 , 90 , 135 , 180 , 225 , 270 , 315 et de placer (ou projeter) les matrices de directions ainsi obtenues dans l'espace de représentation en calculant leurs coordonnées (seules cinq orientations sont représentées à la figure 2 avec les références 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e).

A partir des coordonnées des modèles de références 4, 5, 6, 7 et des matrices de directions 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e, il est ensuite procédé à une recherche de la matrice de directions 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e la plus proche d'un des modèles de référence 4, 5, 6, 7 dans l'espace de représentation en comparant les distances séparant les matrices de directions 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e et les matrices de directions 4, 5, 6, 7 (ces distances sont calculées à partir des coordonnées des matrices de directions et sont schématisées à titre d'illustration en trait pointillé entre le modèle de référence 4 et les matrices de directions 2.a, 2.b, 2. c, 2.d, 2.e). En l'occurrence, la matrice de directions 2.a et le modèle de référence 4 sont les plus proches. Comme la matrice de directions 2.a correspond à une rotation de 0 de la matrice de directions 2, on en déduit que l'empreinte capturée est correctement orientée. Au contraire, si la matrice de directions la plus proche correspond à une rota- tion de 90 par exemple, une rotation de 90 est effectuée sur l'empreinte capturée pour obtenir l'empreinte orientée dont seront extraits les points caractéristiques utilisés pour la reconnaissance proprement dite.

Le procédé comprend en outre l'étape d'établir un indice de la fiabilité de l'orientation ainsi réalisée, en fonction de la distance séparant la matrice de directions 2.a et le modèle de référence 4. De plus, si cette distance est supérieure à un seuil prédéterminé, le pro-cédé comprend l'étape d'émettre une alerte de fiabilité.

Plus la distance est importante et moins l'orientation de la matrice de directions 2.a est semblable à l'orientation de la matrice de directions 4 de sorte que le risque d'une erreur d'orientation croît avec cette distance. Le seuil d'alerte est déterminé en fonction du risque d'erreur acceptable pour l'application envisagée. Il est en outre possible de paramétrer un seuil de tolérance en rotation de la reconnaissance en fonction de cette distance. Le seuil de tolérance en rotation augmente avec la distance.

Dans l'hypothèse où tout ou partie des points caractéristiques des empreintes ne seraient pas mémorisées dans la base de données 10 avec une orientation selon l'axe de référence, il est possible de corriger la base de données en utilisant le procédé d'orientation de l'in- vention pour réorienter les empreintes selon l'axe de ré- férence.

Dans ce cas, pour chaque empreinte à orienter, le procédé de correction débute par l'étape d'élaborer une matrice de directions à partir des points caractéristi- ques 11 de l'empreinte mémorisée dans la base de données 10. Cette élaboration, connue en soi, consiste à extrapoler localement une directions de lignes pour chaque point caractéristique.

Le procédé automatique d'orientation décrit ci- dessus est ensuite mis en uvre sur la matrice de directions élaborée pour déterminer une information de correction permettant d'orienter correctement l'empreinte mémo-risée.

Des rotations de la matrice de directions élabo- rée sont ensuite réalisées selon des angles prédéterminés et sont projetées dans l'espace de représentation afin d'identifier la rotation de la matrice de directions la plus proche d'un des modèles de référence. L'angle d'orientation de la matrice de directions est ainsi dé- terminé et, si la distance entre la rotation de la matrice de directions et le modèle de référence les plus proches est inférieure à un seuil, les coordonnées des points caractéristiques sont recalculées en fonction de l'angle d'orientation de la matrice de directions et sont mémorisées dans la base de données 10 à la place des précédentes coordonnées.

En variante, dans la base de données est mémorisée l'information de correction, c'est-à-dire l'angle d'orientation de l'empreinte mémorisée ou la rotation de correction correspondante permettant d'orienter correcte-ment l'empreinte mémorisée (plus exactement permettant de calculer les coordonnées des points caractéristiques de l'empreinte dans l'orientation correcte). La correction de l'empreinte peut alors être réalisée de façon diffé- rée, par exemple avant une comparaison avec une empreinte capturée.

Lorsqu'un procédé de reconnaissance d'empreintes à seuil de tolérance en rotation paramétrable est mis en uvre à partir de la base de données corrigée, l'indice de fiabilité est utilisé pour paramétrer le seuil de to- lérance du procédé de reconnaissance.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en uvre décrit mais englobe toutes les va-riantes entrant dans le cadre de l'invention telle que

définie par les revendications.

En particulier, l'espace de représentation peut être obtenu par une analyse en composantes principales de caractéristiques des modèles de référence.

En outre, le nombre de modèles de référence et le nombre de paramètres discriminants utilisés pour l'élaboration de l'espace de représentations peuvent être différents de ceux mentionnés pour le mode de réalisation décrit.

Le nombre de rotations réalisées sur les emprein- tes à orienter peut être différent de celui décrit et dé-pend par exemple de la précision d'orientation recherchée.

Plutôt qu'une distance entre une des rotations de la matrice de directions et le modèle de référence le plus proche, il est possible d'utiliser la moyenne des distances entre des rotations voisines et le modèle de référence le plus proche.

Le procédé de reconnaissance automatique et le procédé de correction automatique peuvent être mis en u- vre indépendamment l'un de l'autre.

L'élaboration d'un indice de fiabilité est facul-tative.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'orientation automatique d'une empreinte selon un axe de référence, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - réaliser des rotations (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) d'une matrice de directions (2) de l'empreinte (1) selon des angles prédéterminés, - comparer les rotations ainsi obtenues à des mo- dèles de référence (4, 5, 6, 7) qui sont représentatifs de classes de matrices de directions d'empreintes et qui sont orientés selon l'axe de référence, la comparaison étant réalisée au moyen d'un espace de représentation (3) construit en extrayant des paramètres discriminants des modèles de référence et de rotations selon des angles prédéterminés des modèles de référence, les modèles de référence étant placés dans l'espace de représentation et la comparaison comprenant les phases de placer dans l'espace de représentation les rotations de la matrice de di- rections de l'empreinte et de rechercher au moins la rotation de la matrice de directions de l'empreinte (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) et le modèle de référence les plus proches dans l'espace de représentation, - orienter l'empreinte conformément à la rotation de la matrice de directions identifiée.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape d'établir un indice de fiabilité de la comparaison en fonction d'une distance séparant la rotation de la matrice de direction de l'empreinte orientée (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) et la matrice de directions du modèle de référence les plus proches.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, si la distance est supérieure à un seuil pré-déterminé, le procédé comprend l'étape d'émettre une alerte de fiabilité.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace de représentation est obtenu au moyen d'un réseau de neurones.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace de représentation est obtenu par une analyse en composantes principales de caractéristiques des modèles de référence.

6. Procédé de reconnaissance automatique d'empreintes par comparaison à des empreintes mémorisées (11) avec une orientation selon un axe de référence dans une base de données (10), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - capturer une empreinte (1), - mettre en oeuvre sur l'empreinte (1) le procédé automatique d'orientation conforme à la revendication 1, - comparer l'empreinte ainsi orientée aux em- preintes mémorisées (11).

10. Procédé selon la revendication 6, le procédé d'orientation comprenant l'étape d'établir un indice de fiabilité de la comparaison en fonction d'une distance séparant la rotation de la matrice de directions de l'empreinte orientée (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) et la matrice de directions du modèle de référence les plus proches, caractérisé en ce que l'indice de fiabilité est utilisé pour paramétrer un seuil de tolérance en rotation du pro- cédé de reconnaissance.

11. Procédé de correction automatique d'une base de données (10) d'empreintes (11), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: mettre en oeuvre sur au moins une empreinte initiale (11) de la base de données le procédé automatique d'orientation conforme à la revendications 1 pour déterminer une information de correction à appliquer à l'empreinte initiale, - orienter l'empreinte initiale conformément à cette information de correction et mémoriser dans la base de données l'empreinte ainsi orientée à la place de l'empreinte initiale ou mémoriser l'information de correction dans la base de données en relation avec l'empreinte ini-tiale.

9. Procédé selon la revendication 8, le procédé d'orientation comprenant l'étape d'établir un indice de fiabilité de la comparaison en fonction d'une distance séparant la rotation de la matrice de direction de l'empreinte orientée (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) et la matrice de directions du modèle de référence les plus proches, caractérisé en ce que, si un procédé de reconnaissance d'empreintes est mis en uvre à partir de la base de don-nées corrigée, l'indice de fiabilité est utilisé pour pa- ramétrer un seuil de tolérance en rotation du procédé de reconnaissance.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que, l'empreinte étant mémorisée dans la base de données sous forme de points caractéristiques, le procédé comprend, préalablement à l'orientation de l'empreinte, l'étape d'élaborer une matrice de directions à partir des points caractéristiques, l'orientation de l'empreinte comprenant l'étape de calculer les points caractéristiques en fonction de l'angle de la rotation identifiée.