用於形成指紋表示的方法以及指紋感測系統與流程
2023-06-28 16:49:40 3
本發明總體上涉及一種用於使用指紋感測系統來形成指紋的方法，並且具體地涉及在指紋的僅分離部分可用的情況下使得形成指紋的可能性。本發明還涉及對應的指紋感測系統以及電腦程式產品。
背景技術：
為了提高用於訪問電子裝置的安全性從而增強用戶的便利性，各種類型的生物測定系統被使用得越來越多。特別地，歸功於指紋傳感器的小的形狀因子、高的性能以及用戶可接受性，在例如這樣的設備中成功集成了指紋傳感器。在各種可用的指紋感測原理中(例如，電容式、光學式、熱能式等)，電容式感測最為常用，尤其是在尺寸以及功耗為重要問題的應用中。
所有電容式指紋感測器皆提供表示幾個感測元件與放置在指紋傳感器表面上的手指之間的電容的度量。可以使用包括以二維方式布置的多個感測元件的指紋傳感器來執行局部指紋圖像的獲取，其中，該指紋傳感器被配置成在單個圖像中捕獲人的完整指紋的大部分。
作為替代，線傳感器——有時也稱為劃擦傳感器——可以用於獲取指紋圖像。線傳感器通常是被配置成在手指劃擦傳感器時獲得多個小的交疊圖像或快照的薄矩形形狀的裝置。通過處理這些快照以形成合成圖像來獲得完整的指紋圖像。將較小的圖像編輯成完整的指紋通常被稱為「拼接」圖像。
用於形成完整指紋的成功拼接需要大量的計算資源並且收集大量交疊圖像。需要強大的微處理器、大量的存儲器和相對長的處理時間來充分處理指紋。
在US 2007/0274575中公開了試圖改進該缺點的示例性實現方式。特別地，US 2007/0274575公開了用於根據來自指紋劃擦傳感器的一組圖像切片或幀來重建無縫指紋圖像的方法和系統。根據US 2007/0274575，可以對子部分而不是對整個或完整的指紋單獨地執行細節提取。
儘管US 2007/0274575引入了從完整指紋的部分提取指紋特徵的所關注的方法，但所公開的方法高度取決於使用指紋傳感器獲取的圖像切片的交疊，從而引起不太魯棒的系統。因此，在對指紋的高效且魯棒的處理方面，特別是關於當用戶在指紋傳感器上方劃擦他/她的手指時收集的指紋，存在進一步改進的空間。
技術實現要素：
鑑於現有技術的上面所提及的缺點和其他缺點，本發明的目的是提供一種用於使用指紋感測系統形成指紋的改進方法。特別地，本發明人已經發現期望確定使用指紋傳感器收集的單獨圖像部分之間的關係，以在指紋的僅分離部分可用的情況下改進指紋感測系統的魯棒性和效率。
根據本發明的一個方面，因此提供了一種形成使用指紋傳感器捕獲的手指的指紋圖案的指紋表示的方法，該方法包括以下步驟：使用指紋傳感器來獲取指紋圖案的對應第一部分的第一局部圖像；從第一局部圖像提取第一指紋特徵；使用指紋傳感器來獲取指紋圖案的對應第二部分的第二局部圖像，第二局部圖像與第一局部圖像不交疊；從第二局部圖像提取第二指紋特徵；確定第一指紋特徵和第二指紋特徵中的每一個的第一參數，第一參數是以下中的至少一個：相應指紋特徵的相對空間指紋位置的表示和指紋特徵與手指的關係的表示；以及通過使第一指紋特徵的第一參數與第二指紋特徵的第一參數關聯來形成指紋表示。
本發明基於以下認識，在某些情況下，期望的是，在形成指紋表示期間，例如在登記處理期間，可以放置較少的約束。特別地，在一些情況下，例如由於手指在傳感器上方以「錯誤的速度」進行的劃擦、圖像採集中的一些錯誤等，所以將在操作指紋傳感器時獲取不交疊的圖像部分。在這種情況下，仍然使得可以使用所收集的信息，而不是丟棄整個的指紋獲取並且重新開始(如同正常的現有技術手段)。然而，為了能夠利用所獲取的信息，需要確定與獲取的手指的局部圖像中的每個局部圖像之間的關係有關的信息的某種形式。應當理解，所公開的概念也適用於以下情況，例如不交疊的局部圖像與多個相互例如部分交疊的局部圖像關聯(即，至少一個圖像與所獲取的圖像的其餘部分不交疊)。
在一個實施例中，可以通過確定手指在傳感器上方劃擦的速度中的至少一個或通過確定對不同局部圖像的獲取之間的持續時間來估計局部圖像中的每一個的所提及的相對空間指紋位置。在另一實施例中，還可以使局部指紋圖像的特定指紋特徵與來自先前形成的指紋表示的信息(特徵)關聯。因此，例如可以確定第一指紋特徵和第二指紋特徵中的一個的「絕對」位置，從而確定第一指紋特徵和第二指紋特徵中的另一個的關係。如果第一指紋特徵和第二指紋特徵中僅一個被包括在先前形成的指紋表示中，則可以使該指紋表示附加有「不可用」的指紋特徵。因此，可以建立「隨時間」的完整指紋表示。
如上面所提及的，第一參數還可以是指紋特徵與手指本身——通常與(單個用戶)的同一手指——的關係的表示。因此，特徵可以不一定需要直接在空間上彼此相關，而是連接至單個用戶的特定手指。這將相應地使得將多個指紋特徵「連接」至特定手指，而不必依賴於指紋特徵彼此之間相互關聯的空間關係。
在實施例中，設置有指紋感測系統的電子裝置可以被布置成「登記模式」，其中，請求用戶使用指紋傳感器，以使得可以確定至少一對指紋特徵(例如，包括該至少一對指紋特徵的空間關係)。隨後，每次用戶觸摸/劃擦/接觸指紋傳感器，例如在電子裝置的正常非指紋感測相關的使用期間；可以向先前確定的指紋表示附加另外的指紋特徵。通常，先前確定的指紋表示僅在電子裝置確定(在可靠性的預定閾值以上)由正確的用戶操作電子裝置的情況下被附加。
本發明在正在發生採樣中斷例如在指紋感測系統被包括在電子裝置中並且指紋感測系統由主控制處理器控制的情況下也是有用的。雖然主控制處理器可以例如請求獲取多個局部指紋圖像，但然後可能潛在地進入主處理器不能完全處理所有接收到的指紋圖像的中斷模式(例如由於具有較高的執行優先級的另一個任務)。
替代丟棄數據即實際上收集的多個局部指紋圖像，仍可以使用該數據，但需要確定接收到的局部指紋圖像中的每個局部圖像之間的某種形式的關係。在這種情況下，例如可以在獲取局部指紋圖像期間對局部指紋圖像中的每一個進行「編號」即從1到N進行編號，並且知道對局部指紋圖像中的每一個進行的採樣之間的時間差。因此，例如可以確定對局部指紋圖像中的每一個以及相應地所確定的指紋特徵中的每一個之間的關係進行的估計。
因此，根據本發明可以在指紋的僅分離部分可用的情況下提高指紋感測系統的效率。應當理解，在本發明的範圍內，可以將所獲取的局部圖像之間的速度/持續時間和利用與先前確定的指紋表示的關聯的概念進行結合。
根據本發明的另一方面，提供了一種指紋感測系統，該指紋感測系統包括：指紋傳感器；存儲器；以及處理電路，該處理電路用於形成當在指紋傳感器上方劃擦時捕獲的手指的指紋圖案的指紋表示，該處理電路連接至指紋傳感器並且還被配置成：使用指紋傳感器來獲取指紋圖案的對應第一部分的第一局部圖像；從第一局部圖像提取第一指紋特徵；使用指紋傳感器來獲取指紋圖案的對應第二部分的第二局部圖像，第二局部圖像與第一局部圖像不交疊；從第二局部圖像提取第二指紋特徵；確定第一指紋特徵和第二指紋特徵中的每一個的第一參數，第一參數是以下中的至少一個：相應指紋特徵的相對空間指紋位置的表示和指紋特徵與手指的關係的表示；以及通過使第一指紋特徵的第一參數與第二指紋特徵的第一參數關聯來形成指紋表示。本發明的該方面提供了與上面關於本發明的前述方面所討論的優點類似的優點。
如上面所說明的，指紋傳感器可以使用包括例如電容式、光學式或熱能式感測技術的任何種類的當前或將來的指紋感測原理來實現。然而，目前電容式感測是最優選的。一維傳感器和二維傳感器皆是可能的並且在本發明的範圍內。
指紋感測系統優選地形成電子裝置的一部分，該電子裝置還包括裝置控制器，該裝置控制器用於向指紋感測系統提供所述手指的所述認證請求、從指紋感測系統接收所述認證信號並且僅在所述認證信號指示認證成功的情況下執行至少一個動作。這樣的動作可以例如是例如在可攜式裝置是行動電話的情況下用於解鎖鎖定的可攜式裝置。至少一個動作當然可以是在需要認證手指時適當使用的任何類型的動作。
根據本發明的另一方面，提供了一種包括計算機可讀介質的電腦程式產品，該計算機可讀介質容納有用於控制可攜式電子裝置的電腦程式裝置，可攜式電子裝置包括具有指紋傳感器和處理電路的指紋感測系統，該指紋感測系統適於形成當在指紋傳感器上方劃擦時捕獲的手指的指紋圖案的指紋表示，其中，電腦程式產品包括：用於使用指紋傳感器獲取指紋圖案的對應第一部分的第一局部圖像的代碼；用於從第一局部圖像提取第一指紋特徵的代碼；用於使用指紋傳感器獲取指紋圖案的對應第二部分的第二局部圖像的代碼，第二局部圖像與第一局部圖像不交疊；用於從第二局部圖像提取第二指紋特徵的代碼；用於確定第一指紋特徵和第二指紋特徵中的每一個的第一參數的代碼，第一參數是以下中的至少一個：相應指紋特徵的相對空間指紋位置的表示和指紋特徵與手指的關係的表示；以及用於通過使第一指紋特徵的第一參數與第二指紋特徵的第一參數關聯來形成指紋表示的代碼。此外，本發明的該方面提供了與上面關於本發明的前述方面所討論的優點類似的優點。
處理電路優選地包括ASIC、微處理器或任何其他類型的計算裝置。類似地，由用於操作本發明功能的處理電路執行的軟體可以存儲在計算機可讀介質上，該計算機可讀介質是包括可移除非易失性隨機存取存儲器、硬碟驅動器、軟盤、CD-ROM、DVD-ROM、USB存儲器、SD存儲卡或本領域已知的類似計算機可讀介質的任何類型的存儲器設備。
總之，本發明總體上涉及一種用於使用指紋感測系統形成指紋的方法，並且具體地涉及在指紋的僅分離部分可用的情況下使得形成指紋的可能性。本發明還涉及對應的電子裝置以及電腦程式產品。
特別地，通過指紋傳感器來獲取非交疊圖像部分。針對圖像部分中的每個圖像部分提取指紋特徵。針對每個指紋特徵，確定第一參數例如相對空間指紋位置(即，與手指有關)。在常見的使用情況下，指紋傳感器例如在用於驗證用戶的手指的驗證處理期間(連續地)捕獲指紋圖像數據。不幸地，在一些情況下，例如在被布置成接收圖像數據的主處理器需要處理別的事件例如電話呼叫的情況下，可能使得圖像數據的一些部分將不可用。
常見的現有技術手段是刪除(部分)捕獲的圖像數據中的全部並且請求用戶再次將他的手指放置在指紋傳感器處，使得可以獲取新的指紋圖像。藉助於本發明，第一參數(與「它的」指紋特徵具有特定關係)用於使(第一和第二)指紋特徵彼此關聯。因此，本發明還使得「部分完整」的指紋圖像用於確定用戶的手指的指紋表示。
本發明的優點包括在指紋的僅分離部分可用的情況下提高指紋感測系統的魯棒性和效率。根據本發明，這是通過確定並且使分離的圖像部分中的每個之間的關係關聯而實現的。
當研究所附權利要求和以下描述時，本發明的其他特徵和優點將變得明顯。本領域技術人員認識到的是，在不背離本發明的範圍的情況下，本發明的不同特徵可以進行組合以創建除下面描述的那些實施例之外的實施例。
附圖說明
根據以下詳細的描述和附圖將容易地理解包括本發明的特定特徵和優點的本發明的各方面，在附圖中：
圖1示意性地例示了包括集成指紋傳感器的行動電話的形式的根據本發明的電子裝置；
圖2示意性地示出了被包括在圖1的電子裝置中的指紋傳感器陣列；
圖3示出了使用指紋傳感器收集的非交疊局部指紋圖像的序列；
圖4概念性地示出了根據本發明的當前優選實施例的指紋感測系統；
圖5是公開典型地結合圖4的指紋感測系統執行的本發明的示例性步驟的流程圖。
具體實施方式
現在將在下文中參照附圖更全面地描述本發明，在附圖中示出了本發明的當前優選實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施並且不應被解釋為限於本文中所闡述的實施例；更確切地，提供這些實施例是為了完全性和完整性，並且將本發明的範圍完全傳達給本領域技術人員。類似的附圖標記貫穿全文指代類似的元件。
現在轉向附圖並且特別參照圖1，以具有集成指紋傳感器102以及包括觸控螢幕接口106的顯示單元104的行動電話100的形式示意性地示出了根據本發明的電子裝置。在本實施例中，指紋傳感器102和顯示單元104一起被布置在行動電話100的前面。指紋傳感器102例如可以用於解鎖行動電話100和/或用於授權使用行動電話100執行的交易等。指紋傳感器102當然也可以被放置在行動電話100的背面上。
優選地並且對於本領域技術人員而明顯的是，圖1所示的行動電話100還包括用於WLAN/Wi-Fi通信的第一天線、用於電信通信的第二天線、麥克風、揚聲器和電話控制單元。當然可以在行動電話中包括另外的硬體元件。還應當注意，本發明可以適用於任何其他類型的可攜式電子裝置，例如膝上型計算機、遙控裝置、平板電腦或任何其他類型的當前或未來類似配置的裝置。
參照圖2，概念性地示出了指紋傳感器102的稍微放大的視圖。在採用電容式感測技術的情況下，指紋傳感器102被配置成包括多個感測元件。單個感測元件(也表示為像素)在圖2中由附圖標記202來指示。
圖3概念性地例示了第一非交疊局部指紋圖像302和第二非交疊局部指紋圖像304的集合。在所示出的實施例中，例如由於指紋傳感器102進行收集圖像數據被中斷的情況，所以第一局部指紋圖像302和第二局部指紋圖像304被「空白」部分306分離。如上面所提及的，在現有技術的情況下，將包括部分302、304和306的完整圖像丟棄，並且需要用戶將他的手指放置到指紋傳感器102上或劃擦指紋傳感器102以用於捕獲新的(完整的)指紋圖像。然而，根據本發明，如將在下面關於圖5進一步詳細描述的那樣，第一局部指紋圖像302和第二局部指紋圖像304仍將在登記處理中被使用和/或用於驗證/認證用戶。
根據本發明，用於形成指紋表示的指紋傳感器102和操作是使用如圖4中示出的概念化的指紋傳感器系統400來實現的。指紋傳感器系統400通常進而形成如圖1中被例示的電子裝置/移動裝置的一部分。
指紋傳感器系統400包括指紋傳感器102和處理電路例如用於控制指紋傳感器102的控制單元402。指紋傳感器系統400還包括存儲器，例如資料庫406。在指紋傳感器系統400的操作期間，進一步參照圖5，操作指紋傳感器102以獲取第一局部指紋圖像302(S1)。然後，將第一局部指紋圖像302提供給控制單元402並且由控制單元402處理，以用於例如基於細節提取來提取第一指紋特徵(S2)。隨後，由指紋傳感器102獲取第二局部指紋圖像304(S3)，並且提取第二指紋特徵(S4)。當然應當理解，可以從第一局部指紋圖像302和第二局部指紋圖像304中的每個中提取多於一個的指紋特徵。此外，當然可以由指紋傳感器102獲取多於第一局部圖像302和第二局部圖像304的局部圖像。
當針對第一局部指紋圖像302和第二局部指紋圖像304中的每個已經提取第一指紋特徵時，針對相應的第一指紋特徵中的每個確定第一參數(S5)。如上面所討論的，第一參數是以下中的至少一個：相應指紋特徵的相對空間指紋位置的表示和指紋特徵與手指的關係的表示。
在本發明的可能實施例中，可以確定獲取第一局部指紋圖像302和第二局部指紋圖像304的時間，例如第一局部指紋圖像302和第二局部指紋圖像304中的每個的獲取時間戳。獲取時間戳可以進而用於確定相應的局部指紋圖像302、304之間的持續時間。因此，通過將所確定的持續時間與已知或估計的例如手指在指紋傳感器102(即，在指紋劃擦傳感器的情況下)上方劃擦的速度進行結合，可以對從相應的局部指紋圖像302、304提取的相應指紋特徵的相對空間指紋位置進行估計並且因此可以對與相應的局部指紋圖像302、304有關的指紋特徵之間的基本上絕對的空間關係進行估計。
相應地，即使局部指紋圖像302、304不交疊並且不可能將局部指紋圖像302、304彼此拼接，相對於每個局部指紋圖像302、304存在的固有信息仍可以用於形成指紋表示(S6)。
在本發明的可能實施例中，還可以基於用戶的特定手指與提取的特徵之間的已知關係來形成特定用戶的指紋表示。也就是說，替代地或此外，可以基於指紋特徵與特定手指的關係的表示來確定第一指紋特徵和第二指紋特徵中的每個的第一參數。在這種情況下，有必要確定至少在預定閾值之上特定用戶事實上正在對包括指紋傳感器102的指紋感測系統400進行處理並且操作。
在一個示例性實施例中，用戶的身份在一些情況下可以被預分配給包括指紋感測系統400的特定裝置。這種情況的一個示例是在指紋傳感器系統400被包括在行動電話100中時。在這種情況下，行動電話100通常是個人的，即僅由單個用戶使用。該類型的實現方式當然可以與其他類型的裝置例如膝上型計算機、桌上型計算機等有關或在指紋傳感器系統400與單個用戶桌上型計算機一起使用時。
因此，當例如使用所公開的用於登記用戶的方法時，可以使用輔助識別方法例如藉助於PIN碼來實現對用戶在預定閾值之上的確定性。在這樣的實施例中，例如可以在指紋傳感器102被布置在行動電話100的主按鈕「背部」的情況下「在後臺」獲取局部指紋圖像。只要確定識別出用戶，指紋傳感器102就可以被配置成「儘可能頻繁地」獲取指紋圖像。雖然所獲取的局部指紋圖像不一定完全在空間上彼此相關，但所提取的指紋特徵肯定與同一用戶有關。因此，可以在資料庫404內存儲隨時間提取的指紋特徵，其中，存儲的指紋特徵中的每個的第一參數將是與特定用戶的關係的知識。
因此，使得指紋表示隨時間例如從包括僅幾個相關的指紋特徵開始累積。當在資料庫404中存儲有足夠的/預定數量的指紋特徵時，也可以在驗證處理中使用這些(隨時間收集並且存儲的)指紋特徵。因此，在這種情況下，用戶已經使用指紋感測系統400「在後臺登記」，不必經歷有時耗時的登記處理。因此，在一段時間後，指紋感測系統400可以通知用戶也可以使用指紋感測系統400進行驗證、購物等。
通常也由控制單元402執行的這樣的驗證處理將再次將在驗證處理期間提取的指紋特徵與存儲在資料庫404中的登記指紋特徵進行比較。控制單元402輸出作為結果的指示比較結果的信號。在肯定比較的情況下，該信號可以用於解鎖行動電話100、用於使用郵件帳戶和/或銀行應用/客戶端來認證用戶。在否定比較的情況下，可以再次請求用戶經歷指紋驗證/認證的處理。
本公開的控制功能可以使用現有的計算機處理器、或通過出於該目的或另一目的納入適當系統的專用計算機處理器、或通過硬連線系統來實現。在本公開的範圍內的實施例包括：程序產品，包括用於承載或在其上存儲機器可執行指令或數據結構的機器可讀介質。這樣的機器可讀介質可以是可以由通用計算機或專用計算機或具有處理器的其他機器訪問的任何可用的介質。作為示例，這樣的機器可讀介質可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟存儲裝置、磁碟存儲裝置或其他磁性存儲裝置、或可以用於承載或存儲具有機器可執行指令或數據結構的形式的期望程序代碼並且可以由通用計算機或專用計算機或具有處理器的其他機器訪問的任何其他介質。當通過網絡或另一通信連接(硬連線、無線或硬連線或無線的組合)向機器傳送或提供信息時，機器將該連接適當地視為機器可讀介質。因此，任何這樣的連接被適當地稱為機器可讀介質。上述的組合也被包括在機器可讀介質的範圍內。機器可執行指令例如包括使通用計算機、專用計算機或專用處理機器執行某一功能或一組功能的指令和數據。
雖然附圖可以示出順序，但步驟的順序可以不同於所描繪的順序。此外，兩個或更多個步驟可以同時或部分同時執行。這樣的變體將取決於所選擇的軟體和硬體系統以及設計者的選擇。所有這樣的變體皆在本公開的範圍內。同樣地，可以使用具有基於規則的邏輯和其他邏輯的標準編程技術來完成軟體實現方式，以完成各種連接步驟、處理步驟、比較步驟和判定步驟。此外，儘管已經參照本發明的具體示例性實施例描述了本發明，但是對於本領域技術人員而言，許多不同的變更、修改等將變得顯而易見。
此外，本領域技術人員在實踐所要求保護的本發明時，可以通過研究附圖、公開內容和所附權利要求來理解並且實現所公開的實施例的變體。此外，在權利要求中，詞語「包括」不排除其他元件或步驟，並且不定冠詞「一(a)」或「一個(an)」不排除複數。