利用具有光電子速度傳感器的掃描型成像器的指紋檢測的製作方法
2023-06-09 23:54:16 1
專利名稱：利用具有光電子速度傳感器的掃描型成像器的指紋檢測的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測皮膚紋路、特別是指紋的方法和裝置。 此外，所提出的裝置特別適用於作為輸入設備。該輸入設備可以例如 在電子設備上執行操作功能、在顯示器上引導光標或者從菜單中作出 選擇。在記錄圖像期間可以檢測有意執行的移動序列，並且在後面的 評估中將其納入考慮。藉助於這個附加的特徵，可以想像得到的指紋 偽造問題大為緩解。
背景技術：
作為存在廉價計算機的結果，通過生物統計特徵對人進行自動識 別巳經變得可能。然而，用於記錄指紋圖像的部件(也稱為指紋傳感 器)的成本非常高。
通常使用的大多數指紋傳感器可以分為三組
1) 利用光學投影的傳感器
2) 平面傳感器
3) 帶狀傳感器。
在利用光學投影的傳感器的情況下，圖像取自承載指尖的清晰、 透明的表面，並且通過光學裝置以減小尺寸的方式在晶片攝影機中對 其進行成像。晶片攝影機的表面僅僅是承載面積大小的一部分。由半 導體材料導致的成本從而相對較低，但是光學裝置的成本很高。此外，
基於該原理的傳感器需要有幾釐米的大小。
最廣泛使用的是平面傳感器，其具有指尖大小的圖像記錄器，所 述圖像記錄器基於半導體襯底製造。其需要有大約14xl8mm到 22x25mm之間的面積。無論使用什麼成像原理(對局部電容效應的測 量、電場變化或者光學記錄)，成本的相當一部分是由作為對記錄元件 (像素)的支持的必要晶片表面單獨導致的。通過對於大量使用進行計算，這些成本例如比今天對於圖像評估微處理器所導致的成本要高 很多。
在第三組中，只需要小得多的記錄表面，因為指尖的圖像被順序 地按行記錄。用戶在記錄行傳感器上移動他的手指，該傳感器隨著移
動的進行逐行檢測指紋。這些傳感器只需要15xlmm到20x3mm的窄 帶狀晶片表面，也就是說僅僅需要一部分的半導體材料，從而可以獲 得高得多的經濟效益。然而，事實上它們具有顯著的缺點，即經常產 生不能使用的失真圖像。該問題的主要原因是手指的不均勻移動。結 果，這些傳感器實際上具有很多的缺點，因此使得它們經常無法使用。 因此，本發明的一個目的是，即使當手指移動不是恆速以及直線 方向的移動時，仍利用帶狀傳感器實現低失真的圖像記錄。從而試圖 獲得帶狀傳感器的優點(成本、空間)而基本上沒有其缺點。
發明內容
根據本發明實現了該目的，這是在於
a) 當指尖經過帶狀傳感器時，包括至少一個長窄傳感器行的至少 一個帶狀傳感器檢測指尖的結構；
b) 至少一個光電子速度傳感器連續確定手指的移動；
c) 指尖移動經過至少一個光電子速度傳感器和帶狀傳感器；以及
d) 所確定的手指移動被用於校正由於不均勻移動而失真的手指結 構的圖像。
所述校正可以被應用於失真圖像本身的所檢測圖像數據。然而， 在一個有利實施例中，可以節省計算複雜度，這是在於對從失真圖像 導出的生物統計數據記錄應用該校正。
在根據本發明的方法中，優選地規定由光電子速度傳感器來評估 在移動手指表面處反射的已調製雷射的調製的都卜勒偏移。可以特別 有利地用於上述目的的光電子速度傳感器已經由Philips研發，其名為 "Laser Beetle (雷射甲蟲)"，並且在例如WO 02/37410 Al中被描述。 作為"微型滑鼠"，其可以被用於計算機的光標引導。作為"跟蹤球"， 它也可以在沒有機械裝置的情況下被用於設備顯示器的菜單選擇。由於非常緊湊的組裝，該設備在設備表面上僅僅需要10到25mm2的空 間。提供了一個直徑為3到5mm的實施例，其與傳統發光二極體的 大小和結構類似。
該設備可以藉助於雷射來測量指尖的移動。指尖在設備表面上的 一個或多個方向上的瞬時速度被確定。指尖在由透明塑料或玻璃製成 的斜面上升區域的上側移動。藉助於該斜面區域，相對於底部或頂部 產生了小的移動分量，也就是說，在向著雷射源的方向上或者在遠離 雷射源的方向上產生小的移動分量。從下面用相干光照射指尖的皮膚。 反射光波受到與手指移動相關的都卜勒效應的影響，從而使得反射光 的頻率和相位位置相對於發射光發生輕微地偏移。如果光的發射和反 射分量被饋送入光記錄器，根據某些光學規律，在那裡將發生有利的 和有害的幹擾。
如果發射光被頻率調製為線性碼片，則該設備可以被加工成一定 尺寸，以便作為都卜勒效應和幹擾的結果產生在幾千赫茲的高度可檢 測範圍中的低頻率分量。這些頻率與手指在一個方向上的速度成正比。 為了檢測多個方向上的速度，多個檢測系統可以被結合在一個組件中。 例如，兩個正交雷射檢測系統例如提供一個速度矢量的各笛卡爾分量。
特別地，根據本發明的方法可以被設計成如下檢測手指移動。
a) 在第一移動階段中，首先只有指尖的部分區域經過帶狀傳感器 並且被檢測為圖像；
b) 在其中一個後續移動階段中，指尖的其他區域經過帶狀傳感器 並且被檢測為圖像；以及
c) 這些移動階段具有相當不同的方向和/或被具有相當不同方向 的中間移動階段所分離，圖像信息的至少一部分空間配置是在通過在 各移動階段中所檢測的手指移動來構造圖像時發生的。
根據本發明的方法的可靠性進一步提高，這是在於所確定的無 意識的手指移動被用作除了指尖的生物統計特徵之外的附加特徵以用 於識別個人。這些無意識的手指移動可能是一個人的典型特徵。
另一個變型同樣有助於提高可靠性，所述變型在於
a) —個移動序列發生，使得
6b)指尖的相同區域多次經過帶狀傳感器並且被檢測為圖像；以及 C)對於一個區域被多次檢測的圖像信息被納入考慮以用於圖像改
善的目的，圖像信息的至少一部分空間配置通過所檢測的移動序列而發生。
藉助於生物統計特徵進行自動識別的一個基本問題是，這種可以 容易地操縱的特徵幾乎不能被保密。理論上這種特徵可以被任何人獲 得。例如，稍作策劃就可以從日常物體上移走指紋而不被人注意。
使用該信息，稍作技術努力就有可能得到足夠好的仿製品，以便 利用大多數指紋記錄器產生可接受的圖象。眾所周知，可以用矽橡膠 或明膠製成仿製品，從而導致在自動檢測系統上能夠識別。
在所謂的"活人識別"的情況下，除了上表皮結構之外，附加特 徵應被包括在生物統計識別中，所述附加特徵用於區分仿製品和活人 的手指。然而，不能排除通過進一步的技術努力有可能拷貝大多數上 述附加特徵的情況，例如通過在活人的手指上套上別人的皮膚結構的 膜狀仿製品。
在另一個變型中排除了這些仿製可能性，這是在於由具有特性移 動序列的用戶來執行手指移動，並且將所確定的手指移動與所存儲的 手指移動相比較。這提供了可以以多種方式使用的輸入可能性。例如， 所存儲的手指移動可以是用戶特有的，從而可以識別該用戶。因此由 用戶執行移動特徵的輸入，並且通過實時地將其與所存儲的手指移動 相比較來進行檢査。該移動特徵不可能與由偽造者從任何表面移走的 指紋配套，這是特別有利的。
在另一個變型中，在對手指移動的檢測過程中，可以根據不同的 結果將檢測單元切換到各種操作狀態。
原則上，在根據本發明的方法中，可以完成通過帶狀傳感器對手 指的掃描以及對手指移動的確定，然後(在圖像處理之後需要的話) 執行校正。然而，在根據本發明的方法中，還可以由速度傳感器確定 經過可設置的移動距離，從而觸髮帶狀傳感器進行新一行的圖像檢測。 然後，可以根據所確定的手指移動至少關於在該行方向上發生的誤差 對新讀取的行進行校正。對於整個圖像或甚至是各單獨行進行幾何校正的一個有利的可能 性在於，用於將指紋圖像存儲在存儲介質中的圖像點的地址取決於所 確定的手指移動。
對於校正圖像的另一個有利的可能性在於，所確定的手指移動被 用於計算和/或選擇非對稱的、指向選擇性的空間濾波器的係數，並且 所述空間濾波器在圖像處理期間執行對移動方向的校正。
最後，為了校正圖像，可以將所確定的手指移動用於計算和/或選 擇空間濾波器的係數，並且所述空間濾波器在對手指圖像的處理期間 執行對不同移動距離的校正。
利用移動傳感器，可以確定手指的平移移動，其中由於被放置在 檢測系統上或者在檢測系統上移動而引起的手指變形在生物統計方法 的容差內可以被忽略。利用該方法的一種變型，可以檢測手指的旋轉 移動和變形，這是在於在指尖的不同部分表面上同時確定手指移動， 並且從中計算圖像記錄的平面中的成比例的旋轉移動(旋轉)；或者同 時確定來自指尖的不同部分表面的移動信息，並且對於各部分表面分 別考慮所述移動信息。
在這些變型中，還可以同時確定指尖的不同部分表面的手指移動， 並且當所確定的各部分表面的手指移動與那些可能由於具有似真參數
(plausible parameter)的旋轉和/或位移而產生的手指移動顯著不同 時，則識別出非常明顯的變形和/或測量誤差。 用於校正圖像的一個有利變換包括以下步驟
a) 根據具有低通效果的空間濾波，將圖象點的位置從由於非均勻 移動而不必是等距的表示法轉換到具有高空間解析度的表示法(過採 樣)；以及
b) 轉換成被再次縮小的、但是可靠地等距的表示法(重新採樣)。 根據本發明的方法的使用可能性的一種擴展在於，由速度傳感器
發射的雷射以及反射的雷射還被用於根據由手指反射的光分量的色線 光譜來確定化學屬性。因此，例如有可能通過確定血液中溶解和結合 的氣體的濃度(諸如血氧含量或二氧化碳含量)來區分活人的手指和 複製品。一種用於檢測皮膚紋路、特別是指紋的裝置的優點在於，至少一 個光電子速度傳感器被定位在帶狀傳感器的最多幾毫米的範圍內，並 且在用於檢測指紋的一點處被定位在一個表面上。優選地，至少一個 光電子速度傳感器和帶狀傳感器形成一個緊緻組件。
除了檢測皮膚紋路的功能之外，在根據本發明的裝置中，至少一 個光電子速度傳感器同時被用作用於操作功能的輸入設備，並且/或者 該光電子速度傳感器的光源同時是該速度傳感器的照明設備。
此外，根據本發明的裝置也可以被設計成使得光電子速度傳感器 的光源同時被用作向用戶輸出信號的設備。
最後，在根據本發明的裝置中，可以將光電子速度傳感器和帶狀 傳感器施加到彈性支撐材料，結果，由該支撐材料形成的手指承載表 面至少在橫穿帶狀傳感器的方向上是柔韌的。因此，根據本發明的裝 置適應於手指的曲率，從而在使用該裝置的過程中手指不會顯著變形。
在行動裝置的情況下，經常需要對合法用戶進行識別。而且，在 通信網絡中，在移動終端處進行對用戶的識別可能是很重要的。因此， 在根據本發明的裝置的一種變型中，該裝置可以是用於移動通信的設 備的一部分。
在許多應用中，優選地提供固定裝置，而手指在該固定裝置的表 面上移動。如果有利的話，根據本發明的裝置也可以被設計成使得可 以在身體各部分的表面上引導該裝置，以便檢測皮膚紋路。
以下的說明用於更好地理解本發明。如果考慮手指關於檢測行傳 感器的相對移動，則所述移動可以作為模型被分解為以下分量-
1) 整個指尖的平移，例如具有以下分量 -在X方向上(與行傳感器垂直)
-以及在y方向上(在行的方向上)
2) 整個指尖的旋轉，其在每種情況下可以被描述為 -旋轉速度(數值和方向)
-以及旋轉點，其在某些情況下可以被連續位移
3) 作為指尖彈性變形的結果的複雜的移動分量，其對於指尖的各 部分表面可能不同例如，所述複雜移動分量可能是以下各種情況的結果 -在平坦表面上按壓圓形手指形狀；或者 -在表面上的加速度和摩擦力 4)其他移動分量和測量誤差。
所述移動被檢測為在時間上分開的步驟序列，其中， 一個步驟可 以有利地等價於檢測一行所花費的時間。由於速度、時間和距離之間 的線性關係，根據速度測量結果確定每個步驟的移動的各部分距離是 比較平常的。用於行記錄的時間跨度以及在各記錄之間的時間是精確 地己知的。
手指在一個步驟期間在速度傳感器上進行的距離可以被計算，這 是通過將所測量的速度對一段時間進行積分而得到，其中該段時間從 對一行的檢測的末尾開始，到對下一行的檢測的末尾結束。
由於在上述光電子速度傳感器的情況下，速度是從一個正弦電信 號的頻率導出的，因此，當該信號的固定相位位置重複時，就總是行 進了特定的(非常小)的距離。可以容易地將過零檢測為所述相位位 置。如果該信號基本上不受幹擾，則可以直接對該信號的過零進行計 數。計數器狀態與行進的距離成正比。
所述移動的平移分量被描述為對應於每個記錄步驟(即每個圖像 行)的位移矢量。可以在其笛卡兒坐標系中直接檢測該矢量，在這種
情況下，x方向可以橫穿所述帶狀傳感器，而y方向則位於該帶狀傳
感器的行方向上。
作為掃描操作的理想設置，希望在圖像記錄期間將x方向上的速
度保持完全恆定。此外，對於每個圖像記錄希望每次重複相同的速度。
因此在X方向上產生等距離並且可重複的像素大小。
理想地，在y方向上應當沒有位移，也就是說，應當總是檢測到 具有零值的速度。然後，各個行像素的大小將被用作圖像單元的寬度， 並且在圖像存儲期間可以直接執行來自該行的排列。通過長按壓 (elongate depression)或者x方向上的引導來協助一些帶狀傳感器在 y方向上的穩定位置(=零移動)。由於手指的不同大小，這樣做可能 只有有限的效果。如上所述，人們只近似該均勻的理想移動往往是不夠的。
平移移動或者複雜的整體移動的平移分量的模型對於同時記錄的 每個圖像點的相同的平移矢量進行分類。也就是說，對於任何給定的 行，將要分配並且可能存儲一個矢量。該矢量將被附加地納入考慮以 用於校正。
然後，如果假設移動模型被簡化成平移，那麼X方向上的一個速
度測量結果和y方向上的一個速度測量結果就足夠了。在一個簡單的
變型中，甚至可以忽略兩個方向的其中之一。
由於測量技術的原因，可以將檢測的矢量分量設計成在理想移動 的情況下具有相同的數值。例如，正交分量可以被與行方向相反地旋
轉45到135度。斜角坐標系也是可能的，在每種情況下，它們具有與
行方向相反的相同的角度值，以便以更小的測量誤差檢測橫穿所述行 以及沿著所述行的不同大小的移動。
在一個簡單的掃描操作中，理想地，在圖像檢測期間不應當發生 旋轉移動。
作為移動的旋轉分量，只應當考慮位於帶狀傳感器以及設備表面 的平面內的那些分量。所有其他的旋轉分量被加到其他移動分量中， 因而通常被忽略。作為旋轉的結果，起點被假設為角移動。該角度的 數值和符號對於每一行可以發生改變。對於複雜的情況，假設旋轉點 (旋轉中心點)在傳感器平面上被連續位移。為了簡化，還假設對於 離散的時間步驟可以保持該旋轉點。
為了描述旋轉移動分量，每個被記錄的行可以被分配一對旋轉角 和旋轉中心點。另一種數學描述形式是旋轉矩陣和位移矢量。如果將 平移與旋轉一起考慮，則要提供至少兩個速度傳感器，每個速度傳感 器具有兩個方向分量。此外，應當設置假設和框架條件，例如，旋轉 角度和旋轉點位置的似真限制，或者假設移動首先主要包括平移分量 並且只有所測量數值的剩餘差值應被認為是旋轉。
如果有超過兩個速度傳感器，則考慮除平移之外的旋轉更為簡單。
然後根據旋轉矩陣和位移矢量來確定、甚至多重確定(overdetermine) 將要被求解的等式系統。然而，在多重確定的情況下，必須執行對帶有測量誤差的移動數值的誤差處理。
不應當以完全封閉的方式對所述變形的各移動分量進行建模。因 此，作為圓形指尖被按壓到平坦表面上的不同程度的結果，所述變形 可能導致在指尖邊緣處的移動，所述移動不同程度地朝上。
在低摩擦力的輕按壓的情況下，手指的平移使皮膚表面的運行相 對均勻。然而，在更明顯的按壓的情況下，首先，作為連續摩擦力的 結果，組織的彈性受到應力，也就是說，只有在整個手指的平移的一 定伸展之後所述組織才跟隨表皮。雖然作為不同按壓的結果的這些效 果在幾何結構上很小，但是他們確實超過了所檢測的圖像單元(像素) 的數量級。
加力按壓的手指的旋轉可能導致沿相反方向的切線的摩擦力，由 於該摩擦力，將會發生輕微的螺旋變形。考慮變形是很困難的。作為 到橢圓或雙曲線表面上的投影來確定校正是非常複雜的。可以通過投 影矩陣來計算所述校正，但是確定所述矩陣也很困難。
因此提出簡化對變形的處理，以便對於指尖的各部分區域假設不 同的平移移動(並且也可能有略微不同的旋轉移動)，這些移動是使用 多個速度傳感器相互獨立地檢測的，並且在各種情況下，在圖像校正 過程中將這些移動不同地納入考慮。
在實踐中，另一種程序可以省卻對變形的校正。相反，只確定總 體變形的程度位於一個閾值之上或之下。採用質量標準的方式，應當 區分可以接受和不可接受的檢測處理。當速度傳感器的對應於平移和/
或旋轉的參數達到不似真(implausible)的數值或者數值比率時，存
在對應於較大變形的指數。為此，需要至少兩個速度傳感器。
舉例來說，對於平移或者旋轉，兩個速度傳感器的彼此相向的較 大移動是相對不似真的。然而，測量誤差也可能導致變形之類的現象。 由於在上述兩種情況下的圖像質量很可能有問題，因此提出重複該檢 測處理。
在帶狀傳感器以及設備表面的平面之外的具有旋轉點的滾動或傾 斜移動同樣是由人類關節系統引起的。這是理想圖像記錄所不希望的。 滾動移動只能通過多個帶狀傳感器檢測，並且主要通過平移和旋轉分量來表示。移動參數本身基本上可以根據多個速度傳感器的數值來計 算和估計，但是這些數值通過改變由滾動導致的變形分量而被疊加， 而所述滾動檢測起來很困難。
此外還假設冷的、潮溼的或油膩的手指的移動和變形略微不同。 在移動模型中考慮這些其他原因通常是很困難的。例如在變形的情況 下建議了各種程序。然而，在平移矢量、旋轉參數以及(在考慮了這 些因素的情況下)可校正變形中都可以在相當程度上找到這些具有其 他原因的移動。
根據本發明改進了所述行傳感器或帶狀傳感器的適用性，這是在 於校正了不想要的、通常不均勻的移動分量。
該校正可以通過圖像檢測之後的處理步驟進行，或者可以作為檢 測處理的一部分進行。 一種特別節省計算能力的變型只有在確定了生 物統計特徵之後才應用各校正步驟，也就是說，在生物統計數據記錄 (模板)中的特徵的空間信息項目要少得多。在對原始圖像應用校正 和對所述生物統計數據記錄應用校正之間的中間階段是對指紋的矢量
表(vectorial representation)應用校正。所述矢量校正可以在對手指結 構的矢量化的處理階段發生。在幾種處理算法中提供所述矢量化。
首先，討論在對整個圖像的圖像檢測之後發生的校正。隨著在時 間上等距離地檢測的每一行，為每個速度傳感器檢測一個移動矢量。 可以相對於前一行定義該矢量，或者在所有先前行上積分該矢量。如 果只使用一個速度傳感器，則該矢量被加到該行的各圖像點的坐標上。 當將該矢量與前一行相關時，則包括對該行的校正。然而，需要預先 矢量地減去在理想記錄的圖像的情況下在x方向上行進的距離。
在有多個速度傳感器的情況下，除了上述平移矢量之外，還可以 確定旋轉矩陣。當加上該矢量時，預先執行該旋轉矩陣與圖像點的未 經校正的矢量之間的矩陣矢量乘法。該乘法和加法的結果是圖像點的 經校正的矢量。在這種情況下，相同的旋轉矩陣被用於整個行。 一個 平面內的旋轉矩陣具有2x2個數值的維度，所述各數值不是獨立的而 是依賴於旋轉角度和中心點。為了確定各旋轉矩陣以及平移矢量，使 用速度傳感器的各移動數值來求解一個等式系統。通過插值計算，有可能減輕對各移動分量的不均勻離散化的斷裂
效應(disruptive effect)。為此，提出對原始圖像使用過採樣、使用空 間濾波器以及在原始解析度中的所謂的重新採樣。對稱摺疊矩陣(或 者其他圖像濾波器矩陣)經常被用於空間濾波器。
此時，可以有利地使用具有不對稱的明顯係數的矩陣，該矩陣的 非對稱性以補償的方式對一個計算步驟中的移動進行校正和插值。
與專用投影矩陣相結合的、對於一行或一些行的通過乘法的投影 修正也是可能的。為此目的，總是需要來自不同位置的多個速度信息 項目。
所測量的移動也可以緊接在對行的檢測之後立即發生。這可以特 別被用於考慮平移。如果沿著帶狀傳感器的移動超過一個像素，那麼 例如該行的數據可以被位移，其位移量等於所述移動(以像素計)。這 可以通過對於該行的存儲器地址計算來實現，或者與用於讀取各行的 連續位移相結合地實現。
可以通過控制對於一行的檢測時間、特別是各行檢測之間的等待 時間來影響橫穿帶狀傳感器的方向。可以控制這些時間，從而使得所 述檢測以基本等距的方式發生。對移動的測量使得總是有可能在行進 了特定距離之後記錄新的一行。在這種情況下，(取決於移動速度的) 所需要的時間對於何時超出或者低於不似真時間不再有任何影響。
當通過行傳感器多次檢測指尖上的各位置時，採用非常精確地測 量的移動序列可以改進指紋的圖像。為此目的，將要執行不間斷的移 動，例如手指的多次前後移動。對於移動的精確跟蹤允許對幾何位置 的非常精確的配置並且還對應於對圖像的多次檢測，從而減小了各種 散射圖像誤差。當大而寬的指尖僅由狹窄的帶狀傳感器以傳統方式不 完整地成像時，可以以類似方式執行所述程序。在這種情況下，可以 通過多次移動來補充圖像。
雷射可以用於行傳感器的照明目的，該傳感器基於光學檢測原理。 散射光特別可以很好地照明指尖。在多個雷射二極體的情況下，這些 雷射二極體可以在時間多路復用操作中產生對手指的不同照射角度。 由於交替的陰影，圖像可以展現出良好的對比度。多個雷射二極體可以用於多色照明或者以特定的激發頻率進行照明，其結果是可以推斷 出所應用的材料的多種化學屬性。例如，可以確定血氧含量，而血氧 含量可以充當防止仿製品的受限制的指數。
在可見雷射的情況下， 一個人體工程學的優點是對輸入點的清晰 的光學標記，以及例如通過可見閃爍或者脈衝來發出信號。 為了說明大量應用前景，下面列舉了一些應用領域 與操作元件相結合的計算機使用是所提出的解決方案的一種顯而 易見的應用。對於具有多種附加功能和服務的未來行動電話、具有通 信和筆記本功能(PDA)的可攜式計算機獲得了特別的優點。其他應 用包括對機動車輛的使用和電子操作功能。也可以通過指紋激活和操 作電子汽車鑰匙或訪問令牌。可以通過所提出的該類系統控制付費功 能。
提款機、POS系統、保險箱、利用門鎖的訪問控制、轉門、上下 班計時終端和公共銀行終端都可以配備有根據本發明的解決方案。具 有重要操作處理的醫學設備需要一種安全機制，以便只有經過特別授 權的人員才能啟動這些重要處理。根據本發明的解決方案可以用於這 一目的。在某些情況下，上述解決方案在飛機和機動車輛、機器和系 統中也是有用的。不僅在操作方面，上述解決方案還適用於維護、校 準以及參數設置。利用輸入系統和手指檢測的組合，可以擬定利用對 操作人員的自動識別的特定操作功能。例如，股票市場計算機可以將 交易訂單與個人相聯繫以作為證據。針對運動和狩獵武器以及類似的
危險項目、工具和機器的與個人相關的安全措施是可能的。
在產品成本非常重要的情況下以及在空間條件極度受限制的情況 下，應用本發明特別有利。
下面將參考附圖中所示的示例性實施例進一步描述本發明，然而， 本發明並不限於此。
圖1示出了第一示例性實施例。
圖2示出了生物統計特徵的失真。圖3示出了具有不同分量安排的其他示例性實施例。 圖4示出了使用特性移動序列作為附加特徵來防止仿製品的可能性。
圖5示出了兩個應用例子。
具體實施例方式
圖1示出了包括行傳感器或帶狀傳感器(l)以及光電子速度傳感
器(2)的一個示例性實施例，這裡只能看到突出設備外殼(4)之外 的部分。手指(3)的指尖在輕微的按壓壓力下被放置在外殼(4)的 表面上，並且在速度傳感器(2)以及行傳感器或帶狀傳感器(1)上 拖動。
只有當橫穿帶狀傳感器發生具有可再現的恆定速度的直線移動 時，才產生具有正交等距圖像點的規則圖像。通過手指移動只能在有 限程度上逼近上述移動。相反地，略微彎曲的不均勻的變速移動(5) 是典型的。
圖2a到2c圖示出了由於不均勻移動而導致的圖像失真以及生物 統計特徵的失真。圖2a示出了沒有失真的指紋，例如利用很好的平面 傳感器可以提供該指紋。例如，從結構的中心(核心)開始的箭頭指 向幾個所選擇的特徵(細節(minutiae)),這些所選擇的特徵在生物 統計識別中是決定性的。
在圖2b中，這些特徵之間的幾何關係被顯示為相對於坐標系的矢 量箭頭。圖2c示出了與圖2a具有相同指向的同一指紋的圖像。然而， 圖2c的圖像現在受到嚴重的失真。這種失真是由於已經討論過的原因 而出現的，主要是由於在行傳感器的情況下手指的不均勻移動。其中 同樣通過箭頭示出所選擇的特徵(細節)。
圖2d用矢量箭頭示出了這些特徵之間的幾何關係。與圖2b相比，
可以看出各特徵的幾何位置顯著不同。只有用特別能夠容差的參數進 行設置時，檢測處理才可能將上述偏差接受為完全相同。然而，較高 的容差還會導致對其他人的錯誤識別。
圖3a到3i示出了帶狀傳感器(6)和速度傳感器(7)的分量安排的例子。具體來說
圖3a示出了只檢測橫穿帶狀傳感器(6)的速度分量(這裡表示 為x)的簡單速度傳感器(7)。因此，該速度分量是檢測期間的手指
移動的主要分量。利用這種安排，例如可以作為距離的函數來控制行 記錄的時間。
圖3b示出了只檢測沿著帶狀傳感器(6)的速度分量(這裡表示 為y)的速度傳感器(7)。在理想的檢測處理中，該速度分量應該接 近零。如果移動超過了帶狀傳感器(6)的像素寬度，則例如可以根據 移動對該行的數據進行位移，其位移量等於相應的像素數量。
圖3c示出了檢測橫穿(x)以及沿著(y)帶狀傳感器(6)的速 度分量的速度傳感器(7)。從而可以測量平移移動。
圖3d示出了檢測橫穿(x)以及沿著(y)帶狀傳感器(6)的速 度分量的速度傳感器(7)。利用速度傳感器(7)在兩個帶狀傳感器(6) 之間的中心處的位置，圖像和速度檢測從相對於手指的相同位置發生， 也就是說主要具有較小的誤差並且是在相同的接觸周期內發生的。
此外，通過上升區域或者下降，速度傳感器(7)可以形成對手指 定位的有形幫助。如果使用彼此相接的多個行傳感器，則在各種情況 下可以有利地把這些行傳感器設計得更小。通過使用多個帶狀傳感器 (6)，可以檢測大的指尖的更寬的區域。當通過帶狀傳感器之間的中 斷時，落在中間的圖像條只會導致忽略很少的幾個生物統計特徵，而 這些特徵本來就是冗餘的。
圖3e示出了檢測與圖像成對角並且與帶狀傳感器(6)成一定角 度的速度分量(x，和y')的速度傳感器(7)。在這種情況下，各速度 分量的角度被選擇為具有相同大小但是具有不同指向。
通常，生產具有正交記錄分量的速度傳感器，以便形成與帶狀傳 感器(6)的45度角。在這種情況下，決定性的優點在於，在給出實 際上理想的移動的情況下，速度分量和測量技術誤差範圍具有相同的 大小。從而可以檢測平移移動。
圖3f示出了兩個速度傳感器(7)的安排，其在各種情況下檢測 橫穿(Xl， x2)以及沿著(yi， y2)帶狀傳感器(6)的速度分量。從而可以通過速度傳感器的不同數值檢測平移移動和旋轉。如果所得到 的結果偏離似真數值，則存在測量誤差或者手指組織的較大變形。
圖3g的安排與圖3f類似，但是可以在接觸帶狀傳感器(6)之前 不久或者在接觸帶狀傳感器(6)之後不久通過至少一個速度傳感器測 量平移。因此連續地為所檢測的各行提供一個速度，即使在下部的圖 像起點和上部的圖像終點處也是如此。
圖3h的安排也與圖3f類似，但是在該例中，速度傳感器(7)位 於帶狀傳感器(6)的末端。這種安排的優點是帶狀傳感器和速度傳感 器在移動的主要方向上的相同位置。然而，在較短的帶狀傳感器(6) 的情況下，只能通過兩個速度傳感器(7)來檢測狹窄的指尖。在較大 的手指的情況下，較短的行傳感器輪流提供很少的信息。然而，這在 一定程度上可以通過本發明上下文中所提出的多次移動來補償。
圖3i還可以藉助於兩個以上的速度傳感器(7)來處理上面討論 的變形。在帶狀傳感器(6)上面和下面的偏移安排的優點在於，在對 於每個速度傳感器(7)給出實際上理想的移動的情況下，指尖的其他 部分經歷速度測量。
圖4a到4c示出了一個特性移動序列的例子，其可以被用作除了 生物統計識別之外的附加特徵。
圖4a示出了連續的部分移動的例子。在第一移動部分(9)中， 手指移動朝下，並且略微向右。然後是第二移動部分(10)。此時，手 指移動朝上，並且略微向右。最後是第三移動部分(ll)，手指不位移， 而是在逆時針方向上執行大約180度的手指旋轉。
圖4b示出了具有兩個速度傳感器(7)和一個行傳感器的設備上 部(8)。這裡示出了與圖4a和4c中所示的例子相對應的參考坐標系 (x， y， a)。
圖4c示出了在所述特性移動期間的矢量(x， y)以及旋轉角度a 的進程。其中用三個圖表將這些變量顯示為時間函數。通過x分量的 急劇下降、y分量的輕微上升以及旋轉角度不變來辨識出第一移動部 分(12)的周期。在第二移動部分(13)的周期中，觀察到x分量的 急劇上升、y分量的另一個輕微上升以及旋轉角度不變。通過x和y分量不變來表徵第三移動部分(14)的周期，但是旋轉角度急劇增大。
圖5a和5b示出了兩種應用。根據本發明的解決方案可以非常有 利地用在行動電話(15)中。在節省空間的單元中，速度傳感器(7) 和行傳感器(6)被放置在外殼的正面或側面。該單元同時是用於菜單 控制以及用於識別系統的輸入部件。
另一個例子是由相關的指紋激活的小型驗證設備。這裡示出了具 有USB接口的所謂的令牌(16)，其可以用於PC系統的訪問控制。
權利要求
1、一種檢測皮膚紋路、特別是指紋的方法，其中，包括至少一個長窄傳感器行的至少一個帶狀傳感器，當指尖經過該帶狀傳感器時，該帶狀傳感器檢測指尖的結構；至少一個光電子速度傳感器連續確定手指移動；指尖移動經過至少一個光電子速度傳感器和該帶狀傳感器，其特徵在於a)所確定的手指移動被用於校正由於不均勻移動而失真的手指結構的圖像，b)一個移動序列發生，使得c)指尖的相同區域多次經過所述帶狀傳感器並且被檢測為圖像；以及d)對於一個區域被多次檢測的圖像信息被納入考慮以用於圖像改善的目的，該圖像信息的至少一部分空間配置通過所檢測的移動序列而發生，其中由具有特性移動序列的用戶來執行手指移動，並且將所確定的手指移動與所存儲的手指移動相比較，以及所存儲的手指移動對於用戶是典型的，並且該用戶因此被識別。
2、 如權利要求l中所述的方法，其中，在對手指移動的檢測過程 中，根據不同的結果將檢測單元切換到各種操作狀態。
3、 一種用於檢測皮膚紋路、特別是指紋的裝置，其特徵在於至 少一個光電子速度傳感器(2)被定位在帶狀傳感器(1)的最多幾毫 米的範圍內，並且在用於檢測指紋的一點處被定位在一個表面(8)上，所述光電子速度傳感器(2)的光源同時是該速度傳感器(2)的 照明設備。
4、 如權利要求3中所述的裝置，其特徵在於至少一個光電子速 度傳感器(2)和所述帶狀傳感器(1)形成一個緊緻組件(4)。
5、 如權利要求3和4中的任何一個所述的裝置，其特徵在於至 少一個光電子速度傳感器(2)同時被用作用於操作功能的輸入設備。
6、 如權利要求3或4所述的裝置，其特徵在於將所述光電子速度傳感器(2)和帶狀傳感器(1)施加到彈性支撐材料，結果，由該 支撐材料形成的手指承載表面(8)至少在橫穿該帶狀傳感器(1)的方向上是柔韌的。
7、 如權利要求3或4所述的裝置，其特徵在於該裝置是用於移 動通信的設備(15)的一部分。
全文摘要
本發明涉及利用光電子速度傳感器的掃描型成像器的指紋檢測。在用於檢測皮膚紋路、特別是指紋的方法和裝置中，規定包括至少一個長窄傳感器行的至少一個帶狀傳感器，當指尖經過該帶狀傳感器時，檢測指尖的結構；至少一個光電子速度傳感器連續確定手指移動；指尖移動經過至少一個光電子速度傳感器和該帶狀傳感器；以及所確定的手指移動被用於校正由於不均勻移動而失真的手指結構的圖像。優選地，所述速度傳感器評估在移動的手指表面反射的已調製雷射的調製的都卜勒偏移。
文檔編號G06K9/00GK101458765SQ20081018472
公開日2009年6月17日 申請日期2004年8月30日 優先權日2003年9月11日
發明者K·-R·裡姆施奈德, R·杜伊維, S·德魯斯, T·哈澤 申請人:Nxp股份有限公司