人員指紋識別裝置的製作方法
2023-05-13 06:47:06
專利名稱：人員指紋識別裝置的製作方法
人員指紋識別裝置本發明涉及人員指紋識別或認證裝置，以及使用這種識別或認證裝置的識別或認證方法。本發明應用於生物檢測識別領域，尤其應用於分析人員指紋或掌紋的識別或認證領域。在生物檢測方面，存在兩個過程-識別，在識別過程中，根據生物檢測信息，檢索資料庫中人員的身份；以及-認證，在認證過程中，根據人員的自稱身份和生物檢測數據，證實身份。自稱身份可從胸卡或編碼獲得。生物檢測識別用於確保設施例如建築物或機器的安全，或用於發放費證，例如發放身份證，發放養老金等。該技術可不使用出入用編碼或特徵卡，因為其可能會被盜或偽造，或者可認證特徵卡的持有人或編碼的擁有者。該技術的使用可提高安全性，因為兩個人具有相同的兩種生物檢測結果的概率幾乎為零。下文中，用語「指紋」適用於指紋和掌紋。在現有技術中，人員指紋識別方法包括-用至少一個傳感器捕獲待識別指紋的圖像的步驟，-與通過提取圖像要點捕獲的圖像相關的模型生成步驟，以及-個人身份的核實步驟。個人身份的核實步驟例如包括-在基準模型資料庫中進行檢索的步驟，基準模型與捕獲的圖像的所述相關模型具有儘可能的相似性，-捕獲的圖像的所述相關模型與如此發現的所述基準模型之間相似性的測定步驟，以及-根據測定結果判斷人員身份的判斷步驟。在現有技術中，根據指紋認證人員的方法在於-用至少一個傳感器捕獲待識別指紋的圖像的步驟，-與通過提取圖像要點捕獲的圖像相關的模型生成步驟，以及-人員的認證步驟。人員的認證步驟例如包括-人員自稱身份的取得步驟，-與如此取得的自稱身份相關的基準模型的檢索步驟，-捕獲的圖像的所述相關模型與如此發現的所述基準模型之間相似性的測定步驟，以及-根據測定結果判斷人員身份的判斷步驟。基準模型的檢索步驟可包括取得在特徵卡上記錄的模型，或取得根據編碼在資料庫中發現的模型。在指紋的三維捕獲方面，這種識別方法是使用一識別裝置，所述識別裝置具有多個攝像機式傳感器或CCD型傳感器，其連接於照明裝置和處理裝置，所述處理裝置根據不同的傳感器捕獲的圖像，實施比較步驟、測定步驟和判斷步驟。基於三維捕獲的識別比基於二維捕獲的識別具有更好的效果。這種識別裝置在US-A-2006-120576中提出。在捕獲圖像時，要識別的人必須使其手在傳感器的前面保持不動，以使捕獲的圖像清楚得足以可利用。這種捕獲稱為無接觸捕
-M-犾。這種工作方式存在缺陷，因為人往往難以在捕獲步驟使其手完全保持不動。在指紋的二維捕獲方面，識別裝置具有剛性透明板、照明裝置、傳感器和處理器。 照明裝置和傳感器布置在人按手指的板的後面。如此捕獲的圖像隨後由處理器處理。使用這種識別裝置，當手指按壓在剛性板上時，導致手指緊壓，因而引起指紋變形。這些系統往往得不到與板接觸的手指部分(或手掌部分)的準確指紋(或掌紋)圖像，按照對板的按壓力或其它身體因素，指紋(或掌紋)多少會變形，成像面或大或小，會導致不確定的識別。 這種捕獲稱為無接觸捕獲。特別是對於手掌來說，手緊按在板上時，不可能舒適地採集到整個掌面的數據。三維捕獲指紋可增大分析面，因而增大指紋相關信息量，相對於接觸式二維捕獲， 則減少變形。本發明旨在提出人員指紋識別或認證裝置以及與相應的裝置相關的識別或認證方法，其沒有現有技術的缺陷，特別是，可捕獲大面積指紋，而保留使用接觸式傳感器的靈活性。為此，提出一種人員指紋識別或認證裝置，所述識別或認證裝置具有-按壓裝置，其具有透明底部和由所述底部支承的、具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件，具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件的表面具有測試圖，透明部件由撓性材料構成，當具有指紋的身體部位按壓在其上面時，其變形，且貼合具有指紋的身體部位的形狀，-通過所述按壓裝置捕獲所述指紋和測試圖的圖像的捕獲器，-分析變形的測試圖的圖像的分析器，-根據如此分析的測試圖的圖像建立指紋模型的裝置，-根據如此建立的模型核實人員身份的鑑定器或進行人員認證的認證器。有利地，按壓裝置具有剛性框架，其連接於底部，且與底部一起形成限制透明部件的接收器。有利地，測試圖對於某些波長是透明的，對於其它波長是不透明的。有利地，具有測試圖的透明部件的表面根據可識別的指紋類型預先成形。有利地，透明部件是含有矽膠或流體的矽樹脂外殼類型的。根據一特殊實施方式，捕獲器的瞄準軸正交於底部。根據另一特殊的實施方式，捕獲器的瞄準軸與底部的法線形成的角度大於透明部件的全反射極限角。根據一特殊實施方式，指紋模型建立裝置具有計算從變形的測試圖到不變形的測試圖的幾何變換的計算器、用於將如此計算出的所述幾何變換應用於捕獲的指紋圖像的幾何變換器、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的模型生成器。根據另一特殊的實施方式，指紋模型建立裝置具有測試圖的三維表面的近似計算器、捕獲的指紋圖像應用於如此近似計算的三維表面的應用器、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的模型生成器。本發明也提出人員指紋識別或認證方法，所述方法的特徵在於，其具有以下-待識別的指紋按壓在由透明底部支承的透明部件上，具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件的表面具有測試圖，透明部件由撓性材料構成，當具有指紋的身體部位按壓在其上面時，其變形，且貼合具有指紋的身體部位的形狀，-通過所述按壓裝置捕獲指紋和測試圖的圖像，-分析變形的測試圖的圖像，-根據如此分析的測試圖的圖像建立指紋模型，-根據如此建立的模型核實人員身份或進行人員認證。根據一特殊實施方式，指紋模型建立步驟包括計算從變形的測試圖到不變形的測試圖的幾何變換的計算步驟、如此計算出的所述幾何變換應用於捕獲的指紋圖像的步驟、 以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的步驟。根據另一特殊的實施方式，指紋模型建立步驟包括測試圖的三維表面的近似計算步驟、捕獲的指紋圖像應用於如此近似計算的三維表面的步驟、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的步驟。下面根據參照附圖對一實施例的說明，本發明的上述特徵和其它特徵將更為清楚，附圖如下
圖1是本發明的人員指紋識別或認證裝置的示意圖，以及圖2示出本發明的人員指紋識別或認證方法的算法。在下文中，主要介紹用於裝置或用於方法的識別。識別和認證之間的差別在於生成的模型的處理，其在識別時，與資料庫的一組基準模型比較，而在認證時，與例如根據胸卡或編碼獲得的基準模型比較。圖1示出人員指紋識別或認證裝置100，識別裝置100具有-按壓裝置102、130，其具有透明底部130和由底部130支承的、具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件102，具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件102的表面具有測試圖132，透明部件102由撓性材料構成，當具有指紋的身體部位按壓在其上面時， 其變形，且貼合具有指紋的身體部位的形狀，-通過所述按壓裝置102、130捕獲所述指紋和測試圖132的圖像的捕獲器106、 126，-測試圖132的圖像分析器108，測試圖132由於具有指紋的身體部位施壓而變形，-指紋模型建立裝置110，其根據如此捕獲的指紋圖像和如此分析的測試像， 建立指紋模型，-根據如此建立的模型核實人員身份的鑑定器114。具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件102的表面構成採集面。如果是認證裝置100，那麼，鑑定器114代之以認證器114，根據如此建立的模型進行人員認證。捕獲器106、126布置在按壓裝置102、130的下遊。
圖2示出人員指紋識別或認證方法200。識別方法200由本發明的識別裝置100 使用。識別方法200包括由識別裝置100實施的下述步驟-待識別的指紋按壓202在透明部件102上，-通過所述按壓裝置102、130捕獲206指紋和測試圖132的圖像，-根據如此捕獲的圖像分析208變形的測試圖132的圖像，-根據如此捕獲的指紋圖像和如此分析的測試圖132的圖像，建立210指紋模型，-根據如此建立的模型核實214人員身份。如果是認證方法200，那麼，核實步驟214代之以認證步驟214，根據如此建立的模型進行人員認證。因此，這種識別裝置100可捕獲待識別指紋的圖像，且將其變換成模型，在藉助於撓性透明部件102的配置捕獲圖像期間，指紋保持定位。實際上，在按壓步驟202和保持按壓的過程中，手或手指按壓在透明部件102上。因此，人的手避免移動，捕獲的圖像質量高， 完全可生成和比較待識別指紋的模型。透明部件102是含有矽膠或流體的矽樹脂外殼類型的。構成按壓裝置102、130的材料必須在光學上與通過底部130和透明部件102捕獲圖像兼容。因此，這些材料必須非常透明，不散射。底部130例如用透明塑料(有機玻璃 PMMA, PC)或玻璃製成。應當指出，當透明部件102在手指或手的壓力作用下貼合應識別其指紋或掌紋的手指或手的形狀時，透明部件102變形，貼合指紋或掌紋的形狀。具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件102的表面被選擇成有利於與皮膚進行光耦合。因此，構成透明部件102 的表面的材料必須具有足夠的撓性，以限制皮膚和透明部件102之間氣膜的存在。矽樹脂是一種特別適合的材料。手指或手施加的壓力應緊壓透明部件102，而手指或手的皮膚不像現有技術中那樣過分緊壓。如果是掌紋，手按下約1釐米。如果是指紋，手指按下約0. 4釐米。優選地，在捕獲步驟206中使用的捕獲器106、1 是攝像機式的，其各自的瞄準軸線X、X'朝底部130定向，以便通過底部130、透明部件102和測試圖132透視待識別指紋。為了提高待識別指紋的照明度，採用照明燈形式的照明裝置10 和104b布置在所用攝像機106、126的瞄準軸線兩側。照明裝置10 和104b可按不同的方式與捕獲器106、126配合。根據第一實施例，捕獲器106的軸線X可正交於採集面，這裡，採集面平行於底部 130，每個照明裝置l(Ma、104b的軸線可與採集面形成一個角度，其小於透明部件102的全反射極限角。根據第二實施例，捕獲器106的軸線X可正交於採集面，這裡，採集面平行於底部130，每個照明裝置l(Ma、104b的軸線可與採集面的法線形成一個角度，其大於透明部件 102的全反射極限角。因此，當透明部件102的採集面沒有與手指接觸時，照明在採集面上處於全反射狀態。根據第三實施例，捕獲器106的軸線X與這裡平行於底部130的採集面的法線形成一個角度，其大於透明部件102的全反射極限角，照明裝置104a、104b的軸線正交於採集面，這裡，採集面平行於底部130。因此，當透明部件102的採集面沒有與手指接觸時，照明在採集面上處於全反射狀態。根據第四實施例，捕獲器106的軸線X可與這裡平行於底部130的採集面的法線形成一個角度，其大於透明部件102的全反射極限角，照明裝置l(Ma、104b的軸線與這裡平行於底部130的採集面的法線也形成一個角度，其大於透明部件102的全反射極限角。因此，捕獲器106的軸線X和照明裝置104a、104b的軸線相對於採集面的法線基本上對稱(逆光照相法(ombroscopie)全反射成像的情況)。在分析步驟208中，分析器108分析變形地出現在捕獲的圖像上的測試圖132的圖像。在模型建立步驟210中，模型建立裝置110根據捕獲的指紋圖像以及通過提取指紋圖像的要點進行如此分析的測試圖132的圖像，重建指紋模型。例如，如果是二維處理，指紋模型建立步驟210則包括計算從變形的測試圖132到不變形的測試圖132的幾何變換的計算步驟、如此計算出的所述幾何變換應用於捕獲的指紋圖像的步驟、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的步驟。為此，指紋模型建立裝置110具有計算從變形的測試圖132到不變形的測試圖132 的幾何變換的計算器、用於將如此計算出的所述幾何變換應用於捕獲的指紋圖像的幾何變換器、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的模型生成器。因此，根據測試圖132的變形圖像，且通過其不變形形狀的識別，計算器產生幾何變換功能，其可將變形的測試圖132的圖像矯正為不變形的測試圖132的圖像。因此，幾何變換功能應用於捕獲的指紋圖像，以對其進行矯正。矯正之後，可生成模型。在計算和應用幾何變換的情況下，這種幾何變換可以是單應性的。例如，如果測試圖132以由單元構成的網格圖的形式表示，那麼，可使變形的網格圖的每個單元變成一合理單元和所需解析度的射影對應被計算出，且計算變形單元的狀態。因此，按小平面進行表面的三維近似計算(片段近似法)。另一種方法涉及使用三維模型，例如圓柱體，根據手指和觀察到的變形調整直徑。 一旦模型的特徵已知，就應用展開指紋的逆變換。單元的尺寸基本上大於峰值頻率，以便不存在這兩個信息之一的檢測問題。單元的邊長至少為3毫米。如果不使用這種近似法，那麼，在三維表面的近似計算步驟時，建立觀察的變形範圍，且將逆位移範圍應用於捕獲的圖像，逆位移可使網格圖恢復到具有理想解析度的所需的合理網格圖。在三維處理的情況下，指紋模型建立步驟包括測試圖132的三維表面的近似計算步驟、在如此近似計算的三維表面上應用捕獲的指紋圖像的步驟、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的步驟。為此，指紋模型建立裝置110具有測試圖132的三維表面的近似計算器、在如此近似計算的三維表面上應用捕獲的指紋圖像的應用器、以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的模型生成器。
因此，根據測試圖132的變形圖像，且通過其不變形形狀的識別，近似計算器確定具有指紋的身體部位的三維表面。應用器在該表面上應用捕獲的指紋圖像，以便在近似計算的表面上描捕獲的指紋圖像。在此之後，可生成模型。在這種情況下，生成的是三維指紋的相關模型。為了與一般由二維指紋的相關模型構成的資料庫保持兼容，應用於三維表面的指紋圖像的矯正步驟可在模型生成步驟之前預先進行。M. BR0NSTEIN等人撰寫的於2003年8月4日發表的標題為「自動校準高解析度結構光測掃描儀」的文獻，在表面分析方面具有測試圖的三維表面的近似計算步驟和在如此近似計算的三維表面上應用捕獲的表面圖像的步驟。測試圖132的輪廓從分析器108和模型建立器110識別。例如，可以是兩組正割直線形成網格圖，這些直線儘可能細，以限制指紋圖像失真，但保持足夠的清晰度，以便進行分析。優選地，測試圖132對於某些波長是透明的，而對於其它波長是不透明的，因此， 指紋通過線條可見，線條因而可以較寬。如同在現有技術的識別方法的情況下那樣，鑑定步驟214例如可包括-在基準模型資料庫124中進行檢索的步驟，基準模型與捕獲的圖像的所述相關模型具有儘可能的相似性，-捕獲的圖像的所述相關模型與如此發現的所述基準模型之間相似性的測定步驟，以及-根據測定結果判斷人員身份的判斷步驟。如同在現有技術的認證方法的情況下那樣，認證步驟214例如可包括-人員自稱身份的取得步驟，-與如此取得的自稱身份相關的基準模型的檢索步驟，-捕獲的圖像的所述相關模型與如此發現的所述基準模型之間相似性的測定步驟，以及-根據測定結果判斷人員身份的判斷步驟。在用三維指紋的相關模型識別方面，識別步驟214和認證步驟214實施類似的過程。通常來自採集方式的手指的局部曲率和指紋的定向這樣的信息，充實生物檢測指紋圖像。為了限制透明部件102，避免其在手指或手按壓時進行側向潛移，按壓裝置也具有剛性框架128，其連接於底部130，與之一起形成限制透明部件102的容器。框架128與底部130形成一個整體，用相同的材料製成。因此，透明部件102在手指或手的壓力作用下的膨脹僅僅由按壓區域以外的垂直膨脹引起。因此，測試圖132幾乎僅僅是垂直變形，很少水平變形，從而便於分析其圖像。為了避免丟失待識別指紋的相關信息，測試圖132是半透明的，從而透視待識別的指紋。為便於區分測試圖132和捕獲的圖像上的指紋，測試圖132採用與待識別指紋的顏色不同的顏色。因此，捕獲的圖像濾色，可濾除測試圖132，保留待識別指紋的相關信息。 因此，測試圖132對於某些波長是透明的，而對於其它波長是不透明的。例如，測試圖132吸收紅色，而讓綠色通過。在用彩色攝像機記錄測試圖132和指紋的圖像時，測試圖和指紋的圖像處於紅色波段上，不受測試圖132衰減的指紋圖像處於綠色波段上。為便於待識別的人員的手指或手定位，確保實際上在整個測試圖132上的均勻壓力，具有測試圖132的透明部件102的表面根據可能要識別的指紋類型預先成形。特別是， 在要識別掌紋的情況下，所述表面在手掌處具有隆起形狀，在指端處具有凹陷形狀。這種預成型可使使用者自然定位，限制透明部件102被緊壓。在第一實施方式中，捕獲器106的瞄準軸線X正交於採集面，這裡，採集面平行於底部130。在第二實施方式中，捕獲器1 的瞄準軸線X'與這裡平行於底部130的採集面的法線形成一個角度，其大於透明部件102的全反射極限角。如果透明部件102用矽樹脂製成，那麼，折射率約為1.46，全反射極限角約為43°。因此，成像裝置，特別是捕獲器106，處於受抑制的全反射狀態。如果手指接觸透明部件102的表面，捕獲器106會發現手指。否則，為全反射，捕獲器106不接收任何相關圖像。這種定位也可使測試圖的三維表面的近似計算步驟和模型建立步驟210具有良好的數字穩定性，即三維圖像恢復中發生的量值較大，近似計算步驟和模型建立步驟引起的誤差較小。因此，實際上可更準確地進行三維圖像恢復。當在三維表面上應用的指紋圖像在模型生成之前預先矯正時，其相對於在板上接觸採集來說，具有較小的變形和較大的表面。因此，如果三維信息識別沒有必要，那麼，在三維表面上顯示的指紋點再現為一平表面，且具有良好的解析度。因此，這可使用現有的底板或連接於現有的系統。顯然，本發明不局限於所述和所示的實施例和實施方式，而本發明可以有本領域技術人員可實施的許多其它實施例。
權利要求
1.人員指紋識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述識別或認證裝置(100)包括-按壓裝置(102，130)，其具有透明底部(130)和由所述底部(130)支承的、具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件(102)，具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件 (102)的表面具有測試圖(132)，所述透明部件(10 由撓性材料構成，其在按壓在上面時變形且貼合具有指紋的身體部位的形狀，-圖像捕獲器(106，1沈)，其通過所述按壓裝置(102，130)捕獲所述指紋和測試圖 (132)的圖像，-圖像分析器(108)，其分析變形的測試圖(132)的圖像，-指紋模型建立器(110)，其根據如此捕獲的指紋和如此分析的測試圖(13 的圖像建立指紋模型，-人員身份鑑定器(114)或人員認證器(114)，其根據如此建立的模型核實人員身份或進行人員認證。
2.根據權利要求1所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述按壓裝置(102， 130)具有剛性框架(1 )，其連接於所述底部(130)，且與之一起形成限制透明部件(102) 的容器。
3.根據權利要求1或2中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述測試圖 (132)對於某些波長是透明的，而對於其它波長是不透明的。
4.根據權利要求1至3中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，具有測試圖 (132)的透明部件(102)的表面根據可能要識別的指紋類型預先成形。
5.根據權利要求1至4中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述透明部件(10 是含有矽膠或流體的矽樹脂外殼式的。
6.根據權利要求1至5中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述捕獲器 (106)的瞄準軸線正交於所述底部(130)。
7.根據權利要求1至5中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述捕獲器 (126)的瞄準軸線與所述底部(130)的法線形成一個角度，該角度大於所述透明部件(102) 的全反射極限角。
8.根據權利要求1至7中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述指紋模型建立器(110)具有計算從變形的測試圖(13 到不變形的測試圖(13 的幾何變換的計算器，用於將如此計算出的幾何變換應用於捕獲的指紋圖像的幾何變換器，以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的模型生成器。
9.根據權利要求1至7中之一所述的識別或認證裝置(100)，其特徵在於，所述指紋模型建立器(110)具有測試圖(13 的三維表面的近似計算器，將捕獲的指紋圖像應用於如此近似計算的三維表面的應用器，以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的模型生成器。
10.人員指紋識別或認證方法000)，其特徵在於，其包括以下步驟-在由透明底部(130)支承的透明部件(10 上按壓(20 待識別的指紋，具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件(10 的表面具有測試圖(132)，所述透明部件(10 由撓性材料構成，其在按壓在上面時變形且貼合具有指紋的身體部位的形狀，-通過所述按壓裝置(102,130)捕獲(206)指紋和測試圖(132)的圖像，-分析(208)變形的測試圖(132)的圖像，-根據如此捕獲的指紋圖像和如此分析的測試圖(132)，建立(210)指紋模型，-根據如此建立的模型，核實(214)人員身份或進行人員認證014)。
11.根據權利要求10所述的識別或認證方法，其特徵在於，指紋模型建立步驟包括計算從變形的測試圖(13 到不變形的測試圖(13 的幾何變換的計算步驟，將如此計算出的所述幾何變換應用於捕獲的指紋圖像的步驟，以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的步驟。
12.根據權利要求10所述的識別或認證方法，其特徵在於，指紋模型建立步驟包括測試圖(13 的三維表面的近似計算步驟，在如此近似計算的三維表面上應用捕獲的指紋圖像的步驟，以及根據如此變換的指紋圖像生成模型的步驟。 全文摘要
本發明涉及人員指紋識別或認證裝置(100)，識別或認證裝置(100)具有按壓裝置(102，130)，其具有透明底部(130)和由所述底部(130)支承的、具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件(102)，具有指紋的身體部位按壓在其上的透明部件(102)的表面具有測試圖(132)，透明部件(102)由撓性材料構成，其在按壓在上面時變形，且貼合具有指紋的身體部位的形狀；圖像捕獲器(106，126)，其通過所述按壓裝置(102，130)，捕獲所述指紋和測試圖(132)的圖像；圖像分析器(108)，其分析變形的測試圖(132)的圖像；指紋模型建立器(110)，其根據如此捕獲的指紋和如此分析的測試圖(132)的圖像，建立指紋模型；人員身份鑑定器(114)或人員認證器(114)，其根據如此建立的模型核實人員身份或進行人員認證。
文檔編號G06K9/00GK102317953SQ201080007681
公開日2012年1月11日 申請日期2010年4月26日 優先權日2009年4月27日
發明者喬爾-揚妮·福雷, 西爾萬·皮卡德 申請人:茂福公司