WO2007006923A1 - Automatic methods for orienting a fingerprint, for automatically recognizing fingerprints and for correcting a fingerprint database - Google Patents

Automatic methods for orienting a fingerprint, for automatically recognizing fingerprints and for correcting a fingerprint database Download PDF

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WO2007006923A1
WO2007006923A1 PCT/FR2006/001612 FR2006001612W WO2007006923A1 WO 2007006923 A1 WO2007006923 A1 WO 2007006923A1 FR 2006001612 W FR2006001612 W FR 2006001612W WO 2007006923 A1 WO2007006923 A1 WO 2007006923A1
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WO
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matrix
imprint
directions
fingerprint
orientation
Prior art date
Application number
PCT/FR2006/001612
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French (fr)
Inventor
Florence Guillemot
Jean-Christophe Fondeur
Original Assignee
Sagem Securite
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/1365—Matching; Classification
    • G06V40/1376—Matching features related to ridge properties or fingerprint texture

Definitions

  • Procéziersautomatiques orientation of a footprint, of an automatic fingerprint recognition and correction of a fingerprint database
  • the present invention relates to an automatic fingerprint orientation method, an automatic fingerprint recognition method and a method of automatically correcting a fingerprint database. These methods are particularly useful in the field of the identification of people from the fingerprints thereof for example to control the access of these people to a place.
  • An identification method is known by automatic fingerprint recognition, comprising the steps of capturing on the person to identify a fingerprint and comparing this fingerprint with fingerprints stored in a database. in relation to identifying elements of the individuals listed in this database.
  • the automatic fingerprint recognition methods have rotational tolerance which allows them to accommodate an angular offset between the stored fingerprints and the captured fingerprint.
  • the duration of the recognition is even longer than the rotational tolerance is important so that the tolerance is generally reduced to a few tens of degrees or less if the recognition must be performed in a relatively short time.
  • An angular offset between the stored fingerprints and the detected fingerprint greater than this tolerance does not allow recognition of the fingerprint.
  • the fingerprints are stored in the database with an orientation along a reference axis and indications are provided to the person to be identified so that it correctly directs his finger during the capture of the fingerprint.
  • a method of automatically orienting a footprint along a reference axis comprising the steps of:
  • representation and comparison comprising the steps of placing in the representation space the rotations of the matrix of directions of the fingerprint and of seeking the rotation of the matrix of directions of the fingerprint and the reference model closest to it in the space of representation,
  • Fingerprints have general forms belonging to a limited number of different classes (looped, spiral, arched, etc.) so that all fingerprints can be attached to a reference model representative of one or the other of these classes.
  • each reference model is a matrix of directions representative of one of the classes such that all classes are represented and the reference models are oriented along the reference axis.
  • a comparison of different rotations of the fingerprint and correctly oriented reference models is thus made to find the correct orientation of the fingerprint by using a representation space to discriminate the matrices of correctly oriented directions. the direction matrices incorrectly oriented so that the correctly oriented direction matrix of one of the reference models can be brought closer together.
  • the implementation of the method of the invention by computer is then particularly simple and effective.
  • the method comprises the step of establishing an index of the reliability of the comparison as a function of a distance separating the oriented sensed footprint and the closest reference model and, preferably, if the distance is greater than a predetermined threshold, the method comprises the step of issuing a reliability alert.
  • the invention also relates to a method of automatic recognition of fingerprints compared to stored impressions with a reference orientation in a database, the method comprising the steps of: - capturing a fingerprint,
  • the automatic orientation method above, comparing the fingerprint thus oriented to the stored fingerprints.
  • the automatic recognition method works even if the captured fingerprint is not oriented correctly.
  • the orientation method comprises the step of establishing a reliability index of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix from the oriented imprint and the matrix of directions of the model.
  • the reliability index is used to parameterize a rotational tolerance threshold of the recognition process. It is thus possible to set the tolerance threshold according to the risk of error on the orientation of the captured impression.
  • the invention further relates to a method of automatically correcting a fingerprint database, the method comprising the steps of:
  • the correction method comprising the step of establishing an index of the reliability of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix of the oriented imprint and the matrix of directions of the reference model. the nearest, if a fingerprint recognition method is implemented from the corrected database, the reliability index is used to set a rotational tolerance threshold of the recognition method.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the recognition method according to the invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating in a simplified manner a representation space used during the implementation of the method of the invention.
  • the invention is here described in application to an automatic fingerprint recognition method in order to identify a person who comes to an access control or identity for example.
  • the automatic recognition method is based on the comparison of characteristics of a fingerprint of the person to be identified with fingerprint characteristics stored in a database in relation to the identity information of the individuals referenced in the database. .
  • the imprints are here stored in the database 10 as a sequence of characteristic points 11 (coordinates of the bifurcation and end points of the lines of the imprint with an angle of the lines at these points) with a reference orientation (the long axis of the footprint is here aligned with a vertical direction constituting the reference axis).
  • the automatic recognition method begins with the step of capturing a fingerprint on the person to be identified. This detection is carried out in a manner known per se for example by means of an optical sensor 12 on which the person to be identified is asked to apply a finger to obtain an image 1 of the fingerprint of this finger (this image is re- shown in enlarged view in a double dotted box).
  • a matrix of directions 2 is then developed from the image 1 in a manner known per se (the matrix of directions is shown in enlarged view in a double dashed box). This development is performed during an operation 13 implemented by a computer 14 connected to the optical sensor.
  • the orientation of the direction matrix 2 is detected during an orientation process which will be described hereinafter and which results in an orientation of the image 1 of the imprint in accordance with the reference orientation.
  • the orientation method is implemented during an operation performed by the computer 14.
  • the characteristic points are then extracted from the imprint thus oriented and compared to the characteristic points 11 of the imprints stored during an operation 16.
  • the person is identified when the characteristic points of the captured fingerprint correspond to the characteristic points 11 of a fingerprint stored in the database.
  • the orientation method according to the invention is made from a representation space generally designated at 3 and shown schematically in FIG. 2.
  • the representation space is constructed by extracting discriminant parameters from reference models oriented according to FIG. Reference and rotational orientation of the reference models at predetermined angles (eg 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 ° and 315 ° to the reference axis).
  • Reference models are matrices of directions representative of the possible general forms of fingerprints.
  • the representation space is here obtained by means of a neural network by learning from the reference models and rotations of these in the different These guidelines are designed to ensure that the neural network establishes a coordinate system capable of distinguishing the reference models oriented along the reference axis and the rotations of the reference models according to the other orientations.
  • the representation space shown in Figure 3 is extremely simplified and has only one explanatory value: the representation space is actually more than three dimensions.
  • the reference models oriented along the reference axis (only four are represented here with the numerical references 4, 5, 6, 7) are placed (or projected) in the representation space by calculating their coordinates.
  • the orientation method comprises the step of realizing rotations of the matrix of directions 2 resulting from the image 1 here at the angles 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 ° and to place (or project) the matrices of directions thus obtained in the representation space by calculating their coordinates (only five orientations are shown in Figure 2 with the references 2. a, 2.b, 2. c, 2.d, 2.e).
  • the matrix is then searched. of directions 2. a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e closest to one of the reference models 4, 5, 6, 7 in the representation space by comparing the distances separating the matrices of directions 2. a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e and the matrices of directions 4, 5, 6, 7 (these distances are calculated from the coordinates of the matrices of directions and are schematized as a dotted line illustration between reference model 4 and the matrices of directions 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e).
  • the matrix of directions 2.a and the reference model 4 are the closest.
  • the matrix of directions 2. a corresponds to a rotation of 0 ° of the matrix of directions 2, it follows that the captured imprint is correctly oriented. On the contrary, if the nearest direction matrix corresponds to a rotation of 90 ° for example, a rotation of 90 ° is performed on the captured fingerprint to obtain the oriented fingerprint from which the characteristic points used for recognition proper.
  • the method further comprises the step of establishing an index of the reliability of the orientation thus produced, as a function of the distance separating the matrix of directions 2.a and the reference model 4. Moreover, if this distance is greater than a predetermined threshold, the method comprises the step of issuing a reliability alert.
  • the greater the distance the less the orientation of the matrix of directions 2.a is similar to the orientation of the matrix of directions 4 so that the risk of an orientation error increases with this distance.
  • the alert threshold is determined based on the risk of error acceptable for the intended application. It is also possible to set a recognition tolerance threshold in rotation according to this distance. The threshold of tolerance in rotation increases with the distance. Assuming that all or some of the characteristic points of the imprints are not stored in the database 10 with an orientation along the reference axis, it is possible to correct the database using the orientation method of 1 'invention to redirect the footprints along the reference axis.
  • the correction method begins with the step of developing a matrix of directions from the characteristic points 11 of the imprint stored in the database. 10.
  • This elaboration known per se, consists in locally extrapolating a line direction for each characteristic point.
  • the automatic orientation method described above is then implemented on the developed direction matrix to determine correction information for correctly orienting the stored fingerprint.
  • Rotations of the scaled direction matrix are then performed at predetermined angles and are projected into the representation space to identify the rotation of the nearest direction matrix of one of the reference patterns.
  • the orientation angle of the direction matrix is thus determined and, if the distance between the rotation of the direction matrix and the nearest reference model is less than a threshold, the coordinates of the characteristic points are recalculated. as a function of the orientation angle of the matrix of directions and are stored in the database 10 in place of the previous coordinates.
  • the correction information that is to say the orientation angle of the stored fingerprint or the corresponding correction rotation for correctly orienting the stored fingerprint ( more precisely, to calculate the coordinates of the characteristic points of the impression in the correct orientation).
  • the correction of the impression can then be carried out differently, for example before a comparison with a captured impression.
  • the reliability index is used to parameterize the threshold of the reliability of the recognition process.
  • the representation space can be obtained by a principal component analysis of characteristics of the reference models.
  • the number of reference models and the number of discriminant parameters used for the development of the representation space may be different from those mentioned for the embodiment described.
  • the number of rotations made on the tracks to be orientated may be different from that described and depends, for example, on the desired orientation accuracy.
  • the automatic recognition method and the automatic correction method can be implemented independently of one another.

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Abstract

The invention relates to an automatic method for orienting a fingerprint along a reference axis, comprising the following steps: carrying out rotations of the fingerprint (2) along predetermined angles (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e); comparing the rotations of the fingerprints to reference models (4, 5, 6, 7) representative of classes of fingerprints and oriented along the reference axis for identifying the rotation and reference model that are the most similar. The invention also relates to a method for automatically recognizing fingerprints by comparing them to fingerprints stored with a reference orientation in a database and to an automatic method for correcting a fingerprint stored in a database.

Description

Procédésautomatiques d'orientation d'une empreinte, de reconnaissance automatique d'empreintes et de correction d'une base de données d'empreintes.Procédésautomatiques orientation of a footprint, of an automatic fingerprint recognition and correction of a fingerprint database.
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 1 ' identification de personnes à partir des empreintes digitales de celles-ci en vue par exemple de contrôler l'accès de ces personnes à un lieu.The present invention relates to an automatic fingerprint orientation method, an automatic fingerprint recognition method and a method of automatically correcting a fingerprint database. These methods are particularly useful in the field of the identification of people from the fingerprints thereof for example to control the access of these people to a place.
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 degrés 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 1 ' empreinte .BACKGROUND OF THE INVENTION An identification method is known by automatic fingerprint recognition, comprising the steps of capturing on the person to identify a fingerprint and comparing this fingerprint with fingerprints stored in a database. in relation to identifying elements of the individuals listed in this database. The automatic fingerprint recognition methods have rotational tolerance which allows them to accommodate an angular offset between the stored fingerprints and the captured fingerprint. However, the duration of the recognition is even longer than the rotational tolerance is important so that the tolerance is generally reduced to a few tens of degrees or less if the recognition must be performed in a relatively short time. An angular offset between the stored fingerprints and the detected fingerprint greater than this tolerance does not allow recognition of the fingerprint.
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.The fingerprints are stored in the database with an orientation along a reference axis and indications are provided to the person to be identified so that it correctly directs his finger during the capture of the fingerprint.
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.However, there is a risk that, despite the information provided, the person to be identified misplaced his finger so that this person can not be identified if the angular offset is greater than the rotational tolerance of the process.
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.On the other hand, there is a risk that a fingerprint is stored in the database with incorrect orientation. This imprint is then unusable and the person to whom this imprint belongs can not be identified.
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.An operator can easily identify and correct an incorrect orientation. This is not the case when the fingerprint is automatically processed in a computer manner without the intervention of an operator.
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. II 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 direction 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'INVENTIONTo obviate this disadvantage, one could obviously increase the rotation tolerance of the recognition but the comparison is then extremely long and requires to have important computing resources so that it can be considered only with databases small size or for applications that can accommodate such a duration. It is also known from US-A-5,848,176 a fingerprint orientation method of raising on the fingerprint to direct the direction of the furrows intersecting a virtual circle centered on the fingerprint to form a curve compared to standard fingerprint curves of known orientation to identify a phase shift between the curves and deduce the orientation of the footprint. This method has the disadvantage that it is difficult to center the circle on the footprint. OBJECT OF THE INVENTION
II serait donc intéressant de disposer d'un moyen permettant de s'affranchir des problèmes d'orientation des empreintes .It would therefore be advantageous to have a means for overcoming the problems of orientation of fingerprints.
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 :BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION For this purpose, it is provided, according to the invention, a method of automatically orienting a footprint along a reference axis, comprising the steps of:
- 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,performing rotations of a matrix of directions of the impression according to predetermined angles; comparing the rotations thus obtained with reference models which are representative of classes of matrixes of directions of impressions and which are oriented along the axis; reference, the comparison being carried out by means of a representation space constructed by extracting discriminant parameters from the reference and rotational models according to predetermined angles of the reference models, the reference models being placed in the reference space. representation and comparison comprising the steps of placing in the representation space the rotations of the matrix of directions of the fingerprint and of seeking the rotation of the matrix of directions of the fingerprint and the reference model closest to it in the space of representation,
- orienter l'empreinte conformément à la rotation de la matrice de directions identifiée.- Orient the footprint according to the rotation of the identified matrix of directions.
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 1 ' 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 œuvre du procédé de l'invention par voie informa- tique est alors particulièrement simple et efficace.Fingerprints have general forms belonging to a limited number of different classes (looped, spiral, arched, etc.) so that all fingerprints can be attached to a reference model representative of one or the other of these classes. In the method of the invention, each reference model is a matrix of directions representative of one of the classes such that all classes are represented and the reference models are oriented along the reference axis. A comparison of different rotations of the fingerprint and correctly oriented reference models is thus made to find the correct orientation of the fingerprint by using a representation space to discriminate the matrices of correctly oriented directions. the direction matrices incorrectly oriented so that the correctly oriented direction matrix of one of the reference models can be brought closer together. The implementation of the method of the invention by computer is then particularly simple and effective.
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.Advantageously, the method comprises the step of establishing an index of the reliability of the comparison as a function of a distance separating the oriented sensed footprint and the closest reference model and, preferably, if the distance is greater than a predetermined threshold, the method comprises the step of issuing a reliability alert.
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,It is thus possible to assess the risk of error resulting from the orientation operation. The invention also relates to a method of automatic recognition of fingerprints compared to stored impressions with a reference orientation in a database, the method comprising the steps of: - capturing a fingerprint,
- mettre en œuvre sur 1 ' 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 .to implement on the captured fingerprint the automatic orientation method above, comparing the fingerprint thus oriented to the stored fingerprints. Thus, the automatic recognition method works even if the captured fingerprint is not oriented correctly.
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. II est ainsi possible de paramétrer le seuil de tolérance en fonction du risque d'erreur sur l'orientation de l'empreinte capturée.Preferably, the orientation method comprises the step of establishing a reliability index of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix from the oriented imprint and the matrix of directions of the model. The reliability index is used to parameterize a rotational tolerance threshold of the recognition process. It is thus possible to set the tolerance threshold according to the risk of error on the orientation of the captured impression.
L'invention concerne en outre un procédé de cor- rection automatique d'une base de données d'empreintes, le procédé comprenant les étapes de :The invention further relates to a method of automatically correcting a fingerprint database, the method comprising the steps of:
- mettre en œuvre sur au moins une empreinte initiale de la base de données le procédé automatique d'ori'entation conforme à la revendications 1 pour déter- miner une information de correction à appliquer à l'empreinte initiale,implementing on at least one initial imprint of the database the automatic method of presentation according to claim 1 for determining correction information to be applied to the initial imprint,
- 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.orienting the initial impression in accordance with this correction information and storing in the database the imprint thus oriented in place of the initial imprint or storing the correction information in the database in relation to the initial impression.
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 œuvre à partir de la base de données corrigée, l'indice de fiabilité est utilisé pour paramétrer un seuil de tolérance en rotation du procédé de reconnaissance.It is then possible to automatically orient the imprints that would have been stored without particular orientation or with a wrong orientation. Preferably, the correction method comprising the step of establishing an index of the reliability of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix of the oriented imprint and the matrix of directions of the reference model. the nearest, if a fingerprint recognition method is implemented from the corrected database, the reliability index is used to set a rotational tolerance threshold of the recognition method.
Il est ainsi possible de paramétrer le seuil de tolérance en fonction du risque d'erreur sur l'orientation des empreintes mémorisées.It is thus possible to set the tolerance threshold according to the risk of error on the orientation of the stored impressions.
D'autres caractéristiques et avantages de l ' in- vention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l'invention.Other features and advantages of the invention will be apparent from reading the description which follows a particular non-limiting embodiment of the invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :Reference will be made to the appended drawings, among which:
- la figure 1 est un schéma illustrant le procédé de reconnaissance conforme à l'invention,FIG. 1 is a diagram illustrating the recognition method according to the invention,
- la figure 2 est un schéma illustrant de façon simplifiée un espace de représentation utilisé lors de la mise en œuvre du procédé de l'invention.FIG. 2 is a diagram illustrating in a simplified manner a representation space used during the implementation of the method of the 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 personne 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 .DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention is here described in application to an automatic fingerprint recognition method in order to identify a person who comes to an access control or identity for example. The automatic recognition method is based on the comparison of characteristics of a fingerprint of the person to be identified with fingerprint characteristics stored in a database in relation to the identity information of the individuals referenced in the database. .
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) .The imprints are here stored in the database 10 as a sequence of characteristic points 11 (coordinates of the bifurcation and end points of the lines of the imprint with an angle of the lines at these points) with a reference orientation (the long axis of the footprint is here aligned with a vertical direction constituting the reference axis).
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 personne 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) .The automatic recognition method begins with the step of capturing a fingerprint on the person to be identified. This detection is carried out in a manner known per se for example by means of an optical sensor 12 on which the person to be identified is asked to apply a finger to obtain an image 1 of the fingerprint of this finger (this image is re- shown in enlarged view in a double dotted box).
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 œuvre par un ordinateur 14 relié au capteur optique.A matrix of directions 2 is then developed from the image 1 in a manner known per se (the matrix of directions is shown in enlarged view in a double dashed box). This development is performed during an operation 13 implemented by a computer 14 connected to the optical sensor.
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 œuvre 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 corres- pondent aux points caractéristiques 11 d'une empreinte mémorisée dans la base de données.The orientation of the direction matrix 2 is detected during an orientation process which will be described hereinafter and which results in an orientation of the image 1 of the imprint in accordance with the reference orientation. The orientation method is implemented during an operation performed by the computer 14. The characteristic points are then extracted from the imprint thus oriented and compared to the characteristic points 11 of the imprints stored during an operation 16. The person is identified when the characteristic points of the captured fingerprint correspond to the characteristic points 11 of a fingerprint stored in the database.
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 extrayant 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.The orientation method according to the invention is made from a representation space generally designated at 3 and shown schematically in FIG. 2. The representation space is constructed by extracting discriminant parameters from reference models oriented according to FIG. Reference and rotational orientation of the reference models at predetermined angles (eg 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 ° and 315 ° to the reference axis). Reference models are matrices of directions representative of the possible general forms of fingerprints. The representation space is here obtained by means of a neural network by learning from the reference models and rotations of these in the different These guidelines are designed to ensure that the neural network establishes a coordinate system capable of distinguishing the reference models oriented along the reference axis and the rotations of the reference models according to the other orientations. The representation space shown in Figure 3 is extremely simplified and has only one explanatory value: the representation space is actually more than three 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 .The reference models oriented along the reference axis (only four are represented here with the numerical references 4, 5, 6, 7) are placed (or projected) in the representation space by calculating their coordinates.
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 0°, 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).The orientation method comprises the step of realizing rotations of the matrix of directions 2 resulting from the image 1 here at the angles 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 ° and to place (or project) the matrices of directions thus obtained in the representation space by calculating their coordinates (only five orientations are shown in Figure 2 with the references 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.From the coordinates of reference models 4, 5, 6, 7 and matrices of directions 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e, the matrix is then searched. of directions 2. a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e closest to one of the reference models 4, 5, 6, 7 in the representation space by comparing the distances separating the matrices of directions 2. a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e and the matrices of directions 4, 5, 6, 7 (these distances are calculated from the coordinates of the matrices of directions and are schematized as a dotted line illustration between reference model 4 and the matrices of directions 2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e). In this case, the matrix of directions 2.a and the reference model 4 are the closest. Like, the matrix of directions 2. a corresponds to a rotation of 0 ° of the matrix of directions 2, it follows that the captured imprint is correctly oriented. On the contrary, if the nearest direction matrix corresponds to a rotation of 90 ° for example, a rotation of 90 ° is performed on the captured fingerprint to obtain the oriented fingerprint from which the characteristic points used for recognition proper.
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 procédé 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 1 ' in- vention pour réorienter les empreintes selon l'axe de référence.The method further comprises the step of establishing an index of the reliability of the orientation thus produced, as a function of the distance separating the matrix of directions 2.a and the reference model 4. Moreover, if this distance is greater than a predetermined threshold, the method comprises the step of issuing a reliability alert. The greater the distance, the less the orientation of the matrix of directions 2.a is similar to the orientation of the matrix of directions 4 so that the risk of an orientation error increases with this distance. The alert threshold is determined based on the risk of error acceptable for the intended application. It is also possible to set a recognition tolerance threshold in rotation according to this distance. The threshold of tolerance in rotation increases with the distance. Assuming that all or some of the characteristic points of the imprints are not stored in the database 10 with an orientation along the reference axis, it is possible to correct the database using the orientation method of 1 'invention to redirect the footprints along the reference axis.
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 .In this case, for each imprint to be orientated, the correction method begins with the step of developing a matrix of directions from the characteristic points 11 of the imprint stored in the database. 10. This elaboration, known per se, consists in locally extrapolating a line direction for each characteristic point.
Le procédé automatique d'orientation décrit ci- dessus est ensuite mis en œuvre sur la matrice de directions élaborée pour déterminer une information de correction permettant d'orienter correctement l'empreinte mémorisée.The automatic orientation method described above is then implemented on the developed direction matrix to determine correction information for correctly orienting the stored fingerprint.
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 dê- 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 .Rotations of the scaled direction matrix are then performed at predetermined angles and are projected into the representation space to identify the rotation of the nearest direction matrix of one of the reference patterns. The orientation angle of the direction matrix is thus determined and, if the distance between the rotation of the direction matrix and the nearest reference model is less than a threshold, the coordinates of the characteristic points are recalculated. as a function of the orientation angle of the matrix of directions and are stored in the database 10 in place of the previous coordinates.
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 correctement 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 .Alternatively, in the database is stored the correction information, that is to say the orientation angle of the stored fingerprint or the corresponding correction rotation for correctly orienting the stored fingerprint ( more precisely, to calculate the coordinates of the characteristic points of the impression in the correct orientation). The correction of the impression can then be carried out differently, for example before a comparison with a captured impression.
Lorsqu'un procédé de reconnaissance d'empreintes à seuil de tolérance en rotation paramétrable est mis en œuvre 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.When a process for recognizing fingerprints with a configurable rotational tolerance threshold is implemented from the corrected database, the reliability index is used to parameterize the threshold of the reliability of the recognition process.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de mise en œuvre décrit mais englobe toutes les variantes entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications.Of course, the invention is not limited to the embodiment described but encompasses all the variants within the scope of the invention as defined by the claims.
En particulier, l'espace de représentation peut être obtenu par une analyse en composantes principales de caractéristiques des modèles de référence.In particular, the representation space can be obtained by a principal component analysis of characteristics of the reference models.
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 .In addition, the number of reference models and the number of discriminant parameters used for the development of the representation space may be different from those mentioned for the embodiment described.
Le nombre de rotations réalisées sur les emprein- tes à orienter peut être différent de celui décrit et dépend par exemple de la précision d'orientation recherchée .The number of rotations made on the tracks to be orientated may be different from that described and depends, for example, on the desired orientation accuracy.
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.Rather than a distance between one of the rotations of the direction matrix and the nearest reference model, it is possible to use the average of the distances between neighboring rotations and the nearest reference model.
Le procédé de reconnaissance automatique et le procédé de correction automatique peuvent être mis en œu- vre indépendamment l'un de l'autre.The automatic recognition method and the automatic correction method can be implemented independently of one another.
L'élaboration d'un indice de fiabilité est facultative . The development of a reliability index is optional.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'orientation automatique d'une empreinte selon un axe de référence, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de :1. A method of automatically orienting an impression along a reference axis, characterized in that it comprises the steps of:
- 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,performing rotations (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) of a matrix of directions (2) of the cavity (1) according to predetermined angles,
- 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,compare the rotations thus obtained with reference models (4, 5, 6, 7) which are representative of classes of imprint direction matrices and which are oriented along the reference axis, the comparison being carried out at means of a representation space (3) constructed by extracting discriminant parameters from the reference models and rotations according to predetermined angles of the reference models, the reference models being placed in the representation space and the comparison comprising the phases to place in the representation space the rotations of the matrix of directions of the imprint and to seek at least the rotation of the matrix of directions of the imprint (2.a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) and the nearest reference model in the representation space,
- orienter l'empreinte conformément à la rotation de la matrice de directions identifiée.- Orient the footprint according to the rotation of the identified matrix of directions.
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'em- preinte orientée (2. a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) et la matrice de directions du modèle de référence les plus proches.2. Method according to claim 1, characterized in that it comprises the step of establishing an index of reliability of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix from the oriented imprint ( 2. a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) and the matrix of directions of the nearest reference model.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, si la distance est supérieure à un seuil prédéterminé, le procédé comprend l'étape d'émettre une alerte de fiabilité. 3. Method according to claim 2, characterized in that, if the distance is greater than a predetermined threshold, the method comprises the step of issuing a reliability alert.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace de représentation est obtenu au moyen d'un réseau de neurones.4. Method according to claim 1, characterized in that the representation space is obtained by means of a neural network.
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.5. Method according to claim 1, characterized in that the representation space is obtained by a principal component analysis of characteristics of the reference models.
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 :A method of automatic fingerprint recognition by comparison with stored fingerprints (11) with a reference axis orientation in a database (10), characterized in that it comprises the steps of:
- capturer une empreinte (1) ,to capture an impression (1),
- mettre en œuvre sur l'empreinte (1) le procédé automatique d'orientation conforme à la revendication 1,implementing on the impression (1) the automatic orientation method according to claim 1,
- comparer l ' empreinte ainsi orientée aux empreintes mémorisées (11) .- Compare the impression thus oriented to the stored impressions (11).
7. 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 procédé de reconnaissance.The method of claim 6, the orientation method comprising the step of establishing a reliability index of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix from the oriented imprint (2.a. , 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) and the matrix of directions of the closest reference model, characterized in that the reliability index is used to parameterize a tolerance threshold in rotation of the recognition process.
8. Procédé de correction automatique d'une base de données (10) d'empreintes (11), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - mettre en œuvre 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 1 ' information de correction dans la base de données en relation avec l'empreinte ini- tiale.8. A method of automatically correcting a database (10) of fingerprints (11), characterized in that it comprises the steps of: - implementing on at least one initial imprint (11) of the base of the automatic orientation method according to claim 1 for determining correction information to be applied to the initial impression, - orienting the initial impression according to this correction information and store in the database the imprint thus oriented in place of the initial imprint or store the correction information in the database in relation to the initial imprint.
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'em- preinte 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 œuvre à partir de la base de données corrigée, l'indice de fiabilité est utilisé pour pa- ramétrer un seuil de tolérance en rotation du procédé de reconnaissance .The method of claim 8, the orientation method comprising the step of establishing a reliability index of the comparison as a function of a distance separating the rotation of the direction matrix from the oriented imprint (2). a, 2.b, 2.c, 2.d, 2.e) and the matrix of directions of the closest reference model, characterized in that, if a fingerprint recognition method is implemented at From the corrected database, the reliability index is used to set a rotational tolerance threshold for the recognition process.
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. 10. The method of claim 8, characterized in that, the fingerprint being stored in the database in the form of characteristic points, the method comprises, prior to the orientation of the print, the step of developing a matrix of directions from the characteristic points, the orientation of the imprint comprising the step of calculating the characteristic points according to the angle of rotation identified.
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