具有指紋圖像識別功能的定點設備、指紋圖像識別和定點方法以及使用它們來用於提供...的製作方法

2023-06-13 07:04:26

專利名稱：具有指紋圖像識別功能的定點設備、指紋圖像識別和定點方法以及使用它們來用於提供 ...的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種具有指紋圖像識別功能的定點設備及其指紋識別方法，更具體地說，涉及一種通過使用一種傳感器來執行用戶識別和點控制而不使用用戶識別傳感器和點控制傳感器的定點設備及其指紋圖像識別方法。
背景技術：
一般而言，作為定點設備的指針是指已在臺式計算機中廣泛使用的XY輸入板、跟蹤球和滑鼠，或者指已在諸如膝上型計算機的可攜式終端設備中廣泛使用的觸控螢幕面板或者觸摸板。最近，使用光的光滑鼠已得到使用。
試圖將生物統計學集成到電子設備和通訊設備及其外圍設備中的努力最近已提高了。生物統計學的最顯著的特徵是減輕在任何情況下由於外界因素而導致的損失、偷竊、遺忘或再現的麻煩，且這個特徵是最有利的。當使用該特徵時，完全執行審計功能來追蹤誰侵犯了安全。具體地說，使用指紋的用戶識別技術已得到積極的商業化，且訪問和支持這種用戶識別技術很容易，因為它通過使用人的特徵來識別用戶。結果，已進行了各種研究以及已在這個領域進行了很大的發展。
最近，已開發了將使用指紋的用戶識別引入定點設備的技術。在定點設備中，內部指紋識別設備通過預定窗口從手指表面識別指紋，和將先前登記的指紋與識別的指紋進行比較，當比較結果獨立於定點功能而相同時，證實該指紋。圖1示出了作為示例的指紋識別光滑鼠。如圖1所示，指紋識別光滑鼠1具有與一般滑鼠相同的形狀和相同的功能，但是在右拇指觸摸的部分中包括指紋識別窗口2。如果右拇指觸摸指紋識別窗口2，則內部指紋識別傳感器(未示出)識別拇指的指紋並將識別的指紋與先前登記的指紋進行比較，以確定對用戶的識別。
在傳統的指紋識別中，獲取用戶識別中所需的最小的指紋。也就是說，在圖1的指紋識別光滑鼠情況中，獲取大約100×100象素的指紋，用於指紋識別。現在，在市場上可購得用於一次探測96×96象素的指紋圖像的光滑鼠。
另外，指紋識別可以被引入使用指紋的定點設備中。換句話說，在當前的定點設備中已提供了控制使用指紋和同時用指紋識別用戶的指針的技術。然而，在現有技術中，用於指紋識別以獲取較大的指紋圖像用於用戶識別的指紋獲取傳感器和用於控制指針以獲取較小的指紋圖像的指紋獲取傳感器都包含在一個定點設備中。
圖2示出了包括兩個指紋獲取傳感器的可攜式終端設備。圖2(a)示出了可攜式計算機(膝上型計算機)的一部分和圖2(b)示出了PDA的一部分。在圖2(a)的情況中包含了識別用戶的指紋以證實該用戶的指紋的用於指紋識別的指紋獲取傳感器3和用於控制用手指顯示在膝上型計算機的監視器中的指針的指針控制傳感器4。然而，在膝上型計算機中的指針控制器不是使用指紋識別而是使用通過手指的壓力或觸筆而導致的電容變化。另外，在圖2(b)的情況中，分別包含了用於用戶識別指紋獲取傳感器5和指針控制器傳感器6。通常，在用於根據手指的移動信息來控制監視器上的光標的移動的膝上型計算機的情況中，大約20×20象素的指紋圖像足以獲得用於點控制的指紋的移動信息，但是，對於用戶識別，要求有超過大約100×100象素的指紋圖像。在實際的膝上型計算機的情況中，已可購得用大約5×5mm的指紋獲取傳感器來獲取大約100×100象素的圖像數據的產品。
雖然通過使用大約20×20象素的用於點控制的小數據來體現小功率高速度，但是，需要獲取和分析100×100象素的用於指紋識別的大指紋圖像。結果，需要用於用戶識別的指紋獲取傳感器3和5以及指針控制傳感器4和6。因為這兩種指紋獲取傳感器都包含在定點設備中，所以這種定點設備的外表顯得不好看且不能解決驅動這兩種指紋獲取傳感器的技術複雜性。因此，在現有技術中安裝了兩種指紋獲取傳感器，對於使電子器件和裝置變薄和變簡單的小型化產生不利影響。
因此，需要一種用於通過使用可攜式終端設備中的用於用戶識別的指紋獲取傳感器來執行用戶識別以及同時通過獲取多個小指紋圖像來執行點控制的方法。


圖1是用於指紋識別的傳統光滑鼠的透視圖。
圖2是示出了包括用於指紋識別的傳統指紋傳感器和用於指針控制的傳統導航板的可攜式終端設備的示例的視圖。
圖3是示出了根據本發明的第一實施例的定點設備的結構的視圖。
圖4是示出了根據本發明的計算位移數據的處理的視圖。
圖5是示出了根據本發明的映射指紋圖像的處理的視圖。
圖6是示出了根據本發明的第二實施例的定點設備的結構的視圖。
圖7是示出了映射從圖6所示的多個指紋獲取裝置獲得的指紋圖像的處理的視圖。
圖8是示出了根據本發明的第一或第二實施例的定點設備中的指紋識別處理的流程圖。
圖9是示出了在圖8中的虛像空間中映射指紋圖像的處理的詳細流程圖。
圖10是示出了根據本發明的控制定點設備中的指針的處理的流程圖。
圖11是示出了根據本發明的第三實施例的定點設備的結構的視圖。
圖12是示出了根據本發明的可安裝於細微空間中的3∶1縮象光學系統的設計示例的視圖。
圖13是示出了根據本發明的通過應用縮象光學系統而從指紋獲得裝置獲得的指紋圖像的示例的視圖。
圖14是示出了根據本發明的第四實施例的定點設備的視圖。
圖15是示出了一種用於從M×N象素的指紋圖像中提取出m×n象素的指紋圖像的方法的視圖。
圖16是示出了根據本發明的第三或第四實施例的用於執行用戶識別和同時執行定點控制的方法的流程圖。
圖17是示出了根據本發明的第五實施例的定點設備的結構的視圖。
圖18是示出了根據本發明的第五實施例的定點設備的操作的流程圖。
圖19是示出了根據本發明的一種用於通過使用指紋識別功能來限制取決於用戶的可攜式通信終端設備的使用的方法的流程圖。
圖20是示出了根據本發明的包括定點設備的可攜式終端設備的示例的視圖。

發明內容
技術主題本發明的目的是改善指紋識別方法，從而只使用一種傳感器就可同時執行用戶識別和指針控制，而不需要用於用戶識別和用於指針控制的各指紋識別傳感器。
技術解決方案在一個實施例中，一種具有指紋圖像識別功能的定點設備包括至少一個或多個指紋獲取裝置，用於根據預定周期獲取手指表面的指紋圖像；特徵點提取裝置，用於從獲得的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點；移動探測裝置，用於計算提取的指紋圖像的特徵點之間的位移數據，以探測指紋圖像的移動信息；映射裝置，用於根據移動信息在內部虛像空間中映射指紋圖像；識別裝置，當映射的指紋圖像的整體尺寸達到先前的設置尺寸時，將整個映射的指紋圖像與先前登記的指紋圖像進行比較，以及確定對指紋的識別；以及運算裝置，用於接收來自移動探測裝置的位移數據和用位移數據來計算指針將移動的方向和距離。
在一個實施例中，一種具有指紋識別功能的定點設備包括指紋獲取裝置(第一操作周期)，用於獲取手指表面的指紋圖像，通過僅一次的二維圖像獲取來控制指針；指紋識別單元(第二操作周期)，用於將獲得的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，以識別獲取的指紋圖像的用戶；以及定點控制單元(第三操作周期)，用於根據取決於第一操作周期而獲取的圖像的部分數據來探測移動信息，和根據移動信息來計算指紋圖像的位移數據，以計算指針的移動方向和距離。
在一個實施例中，一種用於識別用戶識別用的指紋的方法包括以下步驟使用預定的指紋獲取傳感器來根據設置的周期獲取至少一個或多個指紋圖像；從獲得的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點；在虛像空間的特定位置中映射第一指紋圖像；計算第一指紋圖像的特徵點與在已獲取第一指紋圖像的周期之後的下一周期中所獲取的第二指紋圖像的特徵點之間的位移數據；在虛像空間中用位移數據映射第二指紋圖像；以及當在虛像空間中映射的指紋圖像的整體尺寸達到先前設置的尺寸時，將整個映射的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，以及確定對指紋的識別。
在一個實施例中，提供了一種指針控制設備的定點方法，該指針控制設備具有尺寸比在指紋識別中所需的預定尺寸還小的圖像傳感器，該方法包括以下步驟使用控制可移動指針的預定指紋獲取傳感器，根據第一操作周期在指頭表面上獲取M×N象素的至少一個或多個指紋圖像；通過根據第二操作周期從獲得的指紋圖像中提取特徵點並將提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，確定對指紋圖像的用戶的識別；根據第三操作周期從獲得的指紋圖像中提取m×n象素的指紋圖像；通過計算所提取的m×n象素的指紋圖像的位移數據來探測各個指紋圖像的移動信息；以及使用位移數據計算和輸出指針將移動的方向和距離。
在一個實施例中，一種具有指紋圖像識別功能的定點設備包括至少一個或多個指紋獲取裝置，用於根據預定周期或偶爾的要求獲取手指表面的圖像；移動探測裝置，用於計算獲得的指紋圖像的位移數據，以探測每個指紋圖像的移動信息；運算裝置，用於接收來自移動探測裝置的位移數據，使用位移數據來計算指針將移動的方向和距離；存儲裝置，用於映射從指紋獲取裝置和運算裝置獲得的指紋圖像和指紋圖像的位移數據；CPU，用於分析和處理運算裝置和圖像存儲空間的數據。
具體實施例方式
參考附圖對本發明進行詳細的描述。
圖3是示出了根據本發明的第一實施例的定點設備的結構的視圖。
圖3的定點設備包括發光裝置22、聚光裝置23、指紋獲取裝置24、特徵點提取裝置25、存儲裝置26、移動探測裝置27、映射裝置28、虛像空間29、識別裝置30和運算裝置31。
參考圖3，當要獲取指紋圖像的手指20觸摸透明件21時，發光裝置22在作為觸摸對象的手指20的表面發光。發光裝置22包括至少一個或多個發光二極體。
聚光裝置23聚集通過從發光裝置22發射向接觸對象的光所產生的指紋圖像。可以使用光凸透鏡作為聚光裝置23。
指紋獲取裝置24探測由聚光裝置23聚集的模擬指紋圖像和將模擬指紋圖像轉換為數字指紋圖像。指紋獲取裝置24包括光學傳感器陣列，二維排列了多個CMOS圖像傳感器(縮寫為「CIS」)。這裡，指紋獲取裝置24在先前設置的周期中獲取多個指紋圖像。指紋獲取裝置24製造成適合於小型可攜式終端設備，從而獲取小指紋圖像。例如，適用於定點控制的用於獲取小於大約20×20象素的微傳感器被用作指紋獲取裝置24。這裡，本領域技術人員已公知的設備能被用作發光裝置22、透明件21、聚光裝置23和指紋獲取裝置24。
從發光裝置22射出的燈被射到手指20的表面並根據手指20的表面的圖形進行反射。從手指20的底表面反射的光通過聚光裝置23在指紋獲取裝置24中形成一個象(phase)。形成在指紋獲取裝置24中的象通過指紋獲取裝置24轉換為數字指紋圖像。指紋圖像的獲取在時間軸上快速地連續執行。
特徵點提取裝置25在預定周期中從由指紋獲取裝置24獲取的每個指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點。這些特徵點包括指紋圖像的紋路長度和方向和紋路分開或終結的位置數據。
存儲裝置26存儲從指紋獲取裝置24獲取的指紋圖像和從特徵點提取裝置25提取的關於特徵點的信息。
移動探測裝置27從存儲在存儲裝置26中的指紋圖像的特徵點探測每個指紋圖像的移動程度。在此，移動探測裝置27通過使用移動估計方法、根據指紋的移動計算特徵點的位移數據(方向和距離)來探測指紋的移動程度。通過這種方式，移動探測裝置27通過比較在先前設置的周期中獲取的指紋圖像的特徵點來探測指紋圖像的移動程度。指紋識別中的指紋圖像的移動信息和特徵點提取以及指紋圖像的獲取是重要的因素，因為指紋圖像的移動和指紋識別的可靠性根據特徵點如何可靠地提取而區別開來。
映射裝置28接收指紋圖像的特徵點的位移數據(方向和距離)，其是來自移動探測裝置27的取決於指紋圖像的移動的移動信息，且映射裝置28使用位移數據確定移動的指紋圖像將在虛像空間29中映射的位置。接下來，映射裝置28根據確定的位置來映射每個指紋圖像。當指紋圖像被映射裝置28映射時，在先前周期和當前周期中獲取的特徵點當中，相同的特徵點被優選地映射成重疊。通過這種方式，映射裝置28在虛像空間中二維排列每次獲取的指紋圖像。在此，虛像空間29具有在用戶識別中需要的指紋圖像的尺寸。也就是說，作為用於合成在用戶識別中所需的指紋圖像的存儲設備的虛像空間29優選地具有在用戶識別中所需的指紋圖像的尺寸。例如，虛像空間29具有小於大約100×100象素的尺寸。
識別裝置30探測在虛像空間29中映射的整體指紋圖像的尺寸是否等於虛像空間29的尺寸，然後如果尺寸相同，則將整個映射的指紋圖像與先前登記的指紋圖像進行比較，以證實用戶。
運算裝置31接收來自移動探測裝置27的位移數據，和使用位移數據計算指針將移動的方向、距離和移動程度。運算裝置30一般與定點設備或具有定點設備的裝置的處理器相結合。結果，處理器能夠控制指針在顯示設備的屏幕上以所需的方向和所需的距離進行移動。
在一個實施例中，指紋獲取裝置24能夠體現為各種方式。也就是說，指紋獲取裝置24能夠用半導體器件或用如上所述的光學系統體現。在此，使用這種光學系統的指紋獲取裝置24很長的時間就已商業化為驗證系統且在刮擦、溫度和耐用性上有優勢。然而，這種光學系統由於光學傳感器的尺寸而具有隻使用於小型可攜式終端設備的局限性和存在不能進行信息安全性和識別採用的問題。同時，使用半導體器件的指紋獲取裝置24在獲取指紋圖像時具有清晰的圖片圖像映像和快速的反應速度。另外，由於傳感器的小型化可行，使用半導體器件的指紋獲取裝置24具有各種應用範圍和在成本上具有高競爭力。
在一個實施例中，指紋圖像的獲取能夠用這種光學系統或這種半導體系統來執行。例如，當指紋圖像用半導體系統獲取時，不需上述的發光裝置22和聚光裝置23。結果，圖3示出了用於用光學系統獲取指紋圖像的定點設備的示例，且指紋圖像能夠用這種半導體系統獲取。由於本發明的特徵不在於指紋圖像的獲取而是在於獲取的指紋圖像的處理方法，所以指紋獲取方法能夠用任何系統執行。
在下文中，對具有指紋識別功能的定點設備的操作進行詳細描述。在本發明的一個實施例中，由於指紋識別功能和定點功能在定點設備中同時執行，所以對指紋識別功能和定點功能進行描述。
圖4是示出了根據本發明的計算位移數據的處理的視圖。圖4a示出了在第一周期中獲取的指紋圖像及其特徵點，和圖4b示出了在第二周期中獲取的指紋圖像及其特徵點。圖4a和4b的指紋圖像是形成在指紋獲取裝置24中的圖像。在一個實施例中，作為示例，示出了提取5個特徵點(表示為M)的指紋圖像。
圖4b的指紋圖像通過在預定周期內將圖4a的指紋圖像向右移動3個象素(ΔX＝3)和向下移動3個象素(ΔY＝-3)而獲得。移動探測裝置27通過計算提取的特徵點的位移數據(方向和距離)來獲取指紋圖像的移動。
映射裝置28使用移動探測裝27計算的特徵點位移數據，將每次獲取的指紋圖像在虛像空間29的對應位置中映射。參考圖5對映射處理進行詳細描述。
圖5是示出了根據本發明的映射指紋圖像的處理的視圖。
在一個實施例中，對使用用於獲取小於20×20象素的指紋圖像的微型化指紋獲取裝置24來獲取具有在用戶識別中所需的尺寸(即小於大約100×100象素)的指紋圖像的處理進行描述。
圖5a示出了使用小於20×20象素的微型化指紋獲取裝置24根據先前設置的周期獲取的指紋圖像，和圖5b示出了指紋圖像被映射的小於100×100象素的虛像空間29。在圖5中，為了說明的方便，假定預定的圖案不是指紋的形狀而是圖案的圖形。
當指紋獲取裝置24在時間T0獲取20×20象素的第一指紋圖像41時，特徵點提取裝置25從獲取的第一指紋圖像41中提取至少一個或多個特徵點且將特徵點存儲在存儲裝置26中。在圖5a中，在第一指紋圖像41上提取6個特徵點(表示為黑點)。映射裝置28在虛像空間29的預定位置上映射第一指紋圖像41。在此，映射裝置28優選地在虛像空間29的中心上映射獲取的指紋圖像。其後，當指紋獲取裝置24在時間T1獲取第二指紋圖像42時，特徵點點提取裝置25從第二指紋圖像42中提取至少一個或多個特徵點(數目8)且將特徵點存儲在存儲裝置26中。
移動探測裝置27使用第一指紋圖像41和第二指紋圖像42的移動信息來計算位移數據(方向和距離)。位移數據通過圖4中所描述的方法來計算。映射裝置28在對應於移動探測裝置27中的所計算的位移數據的虛像空間29的位置中映射第二指紋圖像42。然後，當指紋獲取裝置24在時間T2獲取第三指紋圖像43時，特徵點提取裝置25從第三指紋圖像43中提取至少一個或多個特徵點(數目9)。提取的特徵點存儲在存儲裝置26中，且關於第二指紋圖像42和第三指紋圖像43的位移數據使用提取的特徵點來計算。映射裝置28在對應於所計算的位移數據的虛像空間29的位置中映射第三指紋圖像43。如上所述，指紋圖像獲取、特徵點提取、位移數據計算和映射操作根據預定的周期重複地執行，直到映射的指紋圖像41、42、43、……、n的整體尺寸是在用戶識別中所需的尺寸，那就是說，虛像空間29的尺寸。通過這種方式，具有在用戶識別中所需的大尺寸的指紋圖像能夠通過每個具有小尺寸的多個指紋圖像來獲得。
在映射操作期間，當在當前周期中獲取的指紋圖像被在虛像空間29中映射時，優選映射特徵點，以便在先前周期中獲取的指紋圖像的特徵點的至少一部分可以與當前周期中獲取的指紋圖像的特徵點重疊。例如，當第二指紋圖像42在圖5b中的虛像空間29中映射時，第二指紋圖像42的至少一部分特徵點被映射成與第一指紋圖像41的特徵點的至少一部分重疊。同樣地，當第三指紋圖像43在虛像空間29中映射時，第三指紋圖像43的特徵點的至少一部分被映射成與第二指紋圖像42的特徵點的至少一部分重疊。在圖5b中，參考數目48表示第一指紋圖像41與第二指紋圖像42重疊的部分，且參考數目49表示第二指紋圖像42與第三指紋圖像43重疊的部分。
同時，第二指紋圖像42通過在獲取第一指紋圖像41之後將手指20移動預定時間(T1-T0)而獲得。在圖3中，當手指20在接觸透明件21時以任一方向移動任一距離時，根據設置的周期獲取指紋圖像。在這種情況下，手指20的移動方向與指紋圖像的移動方向相反。
如上所述，每次在設置的周期中獲取的指紋圖像被在虛像空間29中映射。當映射的指紋圖像的整體尺寸等於虛像空間29的尺寸時，識別裝置30將在虛像空間29中映射的整個指紋圖像與先前登記的指紋圖像進行比較，然後確定識別。在此，這種識別優選地通過指紋圖像的特徵點匹配來確定。如果兩個指紋圖像相同則識別裝置30證實用戶，但是如果不相同則拒絕證實用戶。結果，用戶能夠限制終端設備的使用，以便只有該用戶能夠使用或制止用戶意欲設備中被洩漏的信息。
圖6是示出了根據本發明的第二實施例的定點設備的結構的視圖。
圖6的定點設備包括比圖3多的多個發光裝置和指紋獲取裝置。在圖6中，多個指紋獲取裝置24-1，2，3在每次根據預定周期獲取多個指紋圖像。與圖3相比，當指紋獲取裝置24在圖3的定點設備中的每個周期中獲取一個指紋圖像時，多個指紋獲取裝置24-1，2，3中的每一個獲取指紋圖像，以便在圖6的定點設備中的每個周期內獲取多個指紋圖像。圖6示出了包括3個發光裝置23-1，2，3和3個指紋獲取裝置24-1，2，3的定點設備。
圖7是示出了映射從圖6所示的多個指紋獲取裝置24-1，2，3獲取的指紋圖像的處理的視圖。
圖7示出了使用3個微型化指紋獲取裝置獲取大約20×20象素的指紋圖像和使用大約20×20象素的指紋圖像獲取具有在用戶識別中所需的尺寸(大約100×100象素)的圖像的處理。圖7a示出了指紋獲取裝置24-1，2，3根據先前設置的周期所獲取的20×20象素的指紋圖像。圖7b示出了對應於100×100象素的虛像空間29的位置的映射圖7a所示的指紋圖像的處理。
當將圖7的映射處理與圖5的映射處理相比時，圖5的映射處理根據設置的周期將每次獲取的一個指紋圖像在虛像空間29中映射，而圖7的映射處理根據預定的周期將每次獲取的3個指紋圖像在虛像空間29中映射。
參考圖7a和7b，指紋獲取裝置24-1，2，3在時間T0同時獲取3個20×20象素的指紋圖像(第一指紋圖像集61)。接下來，特徵點提取裝置25從第一指紋圖像集61中提取至少一個或多個特徵點，和將提取的特徵點存儲在存儲裝置26中。圖7a中的第一指紋圖像集61的特徵點總共為12個(表示為黑點)。映射裝置28在虛像空間29的特定位置中映射第一指紋圖像集61。在此，第一指紋圖像集61優選地在虛像空間29的中心映射。其後，指紋獲取裝置24-1，2，3在下一時間T1獲取3個指紋圖像(第二指紋圖像集62)。特徵點提取裝置25從第二指紋圖像集62中提取至少一個或多個特徵點(數目9)，和將特徵點存儲在存儲裝置26中。移動探測裝置27使用第一指紋圖像集61和第二指紋圖像集62的移動信息來計算位移數據(方向和距離)。位移數據通過圖4中所描述的相同方法來計算。映射裝置28在對應於移動探測裝置27所計算的位移數據的位置中映射第二指紋圖像集62。映射操作重複地執行，直到映射的指紋圖像集61、62、……、n的整體尺寸變成用戶識別所需的尺寸，那就是說，虛像空間29的尺寸。結果，具有在用戶識別中所需的大尺寸的指紋圖像能夠通過每個具有小尺寸的多個指紋圖像來獲得。在此，第二指紋圖像集62包括在獲取第一指紋圖像集61之後將手指移動預定時間T1-T0從3個指紋獲取裝置24-1，2，3中獲得的指紋圖像。
在此，如圖5所描述，當在當前周期中獲取的指紋圖像集被在虛像空間29中映射時，優選映射特徵點，以便在當前周期中獲取的指紋圖像集的特徵點的一部分可以與先前周期中獲取的指紋圖像的特徵點的一部分重疊。
當指紋圖像集在整個虛像空間29中映射時，識別裝置30通過將在虛像空間29中映射的整個指紋圖像與先前登記的指紋圖像進行比較來確定識別。當兩個指紋圖像相同時，識別裝置30證實用戶，但是當不相同，識別裝置30拒絕證實用戶。
同時，根據本發明的實施例的定點設備通過從手指表面獲取的指紋圖像的移動來控制指針。定點設備中的定點處理如下所述。發光裝置22、聚光裝置23、指紋獲取裝置24、特徵點提取裝置25、存儲裝置26和移動探測裝置27的操作上面描述的相同。然而，當執行定點功能時，運算裝置31接收關於在移動探測裝置27中計算的指紋圖像或指紋圖像集的特徵點的位移數據，並使用位移數據計算指針將在監視器上移動的方向和距離。也就是說，如圖4所示，運算裝置31計算指針將移動的所需方向和所需距離。在此，雖然移動探測裝置27使用獲取的指紋圖像的特徵點來計算位移數據，但是位移數據能夠使用數字指紋圖像數據直接計算出。
圖8是示出了根據本發明的第一或第二實施例的定點設備中的指紋識別處理的流程圖。
如果在定點設備初始化之後n設置為1(S802)，則每一指紋獲取裝置24，24-1，2，3獲取n個(n＝1)20×20象素的指紋圖像(S803)。在此，當多個指紋獲取裝置24-1，2，3被用作如圖6所示時，定點設備能夠同時獲取多個指紋圖像(指紋圖像集)。結果，雖然每次從各指紋獲取裝置獲取的指紋圖像的尺寸為大約20×20象素，但是，每次獲取的指紋圖像的整體尺寸能夠通過控制指紋獲取裝置的數目來調節。
特徵點提取裝置25從由指紋獲取裝置24，24-1，2，3獲取的n個指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點，和將特徵點存儲在存儲裝置26中(S804)。
接下來，映射裝置28使用提取的特徵點在虛像空間29中映射n個指紋圖像(S805)。
識別裝置30識別在虛像空間29中映射的整體指紋圖像的尺寸是否變成先前設置的尺寸(S806)。在此，設置的尺寸表示在用戶識別中所需的最小尺寸。也就是說，雖然從各指紋獲取裝置24，24-1，2，3獲取的每個指紋圖像具有大約20×20象素的尺寸，但是指紋圖像的尺寸足以獲得指紋圖像的移動信息但是不足以獲得用於用戶識別的信息。也就是說，20×20象素的指紋圖像足以獲得指紋圖像的移動信息，但是通過指紋圖像進行用戶識別需要大約100×100象素的指紋圖像。結果，指紋圖像的設置尺寸為大約100×100象素，其是虛像空間29的尺寸。
如果在步驟S806中在虛像空間29中映射的整體指紋圖像的尺寸小於先前設置的尺寸，即，虛像空間29的尺寸，則變量n遞增1(S807)，然後繼續獲取指紋圖像(S803～S806)。指紋圖像獲取處理繼續進行，直到在虛像空間29中映射的整體指紋圖像的尺寸達到先前設置的尺寸。
當在步驟S806在虛像空間29中映射的整體指紋圖像的尺寸達到先前設置的尺寸時，識別裝置30從在虛像空間29中映射的整體指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點(S808)。
識別裝置30將在步驟S808中提取的整體指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較(S809)。
識別裝置30確定在步驟S808中比較的特徵點是否相同(S810)，且如果特徵點相同則識別裝置30證實用戶(S811)，但是如果不相同則拒絕證實用戶(S812)。
圖是9是示出了圖8中的在虛像空間(S805)中映射指紋圖像的處理的詳細流程圖。
首先，第一指紋圖像在虛像空間29的特定位置中映射(S901)。在此，第一指紋圖像(或指紋圖像集)優選地在虛像空間29的中心映射。
然後，當第二指紋圖像在下一周期中通過指紋獲取裝置24，24-1，2，3獲得時，移動探測裝置27接收第二指紋圖像(S902)，以計算第二指紋圖像與第一指紋圖像的位移數據(距離和方向)(S903)。在此，第二指紋圖像是根據指紋的移動在預定時間間隔內獲得的指紋圖像。步驟S903的位移數據使用第一指紋圖像和第二指紋圖像的特徵點的移動信息來計算。其後，映射裝置28根據移動探測裝置27所計算的位移數據將第二指紋圖像在虛像空間29的對應位置中映射(S904)。
指紋獲取、位移數據計算和映射操作連續地執行n次，直到整體指紋圖像的尺寸達到先前設置的尺寸，即，虛像空間29的尺寸(S905～S908)。
如圖8和9所示，根據設置的周期n次獲取的大約20×20象素的指紋圖像被合成一個大指紋圖像，以具有在用戶識別中所需的尺寸，例如大約100×100象素。具有在用戶識別中所需的尺寸的圖像能夠通過合成在每個位置上獲取的指紋圖像及其相對運動信息來獲得。
圖10是示出了根據本發明的控制定點設備中的指針的處理的流程圖。
如果手指20接觸透明件21(S1001)，則第n指紋圖像通過指紋獲取裝置24，24-1，2，3獲得(S1002)。然後，第(n+1)指紋圖像通過指紋獲取裝置24，24-1，2，3根據先前設置的周期獲得(S1003)。移動探測裝置27計算從第n指紋圖像到第(n+1)指紋圖像的移動的程度，即，位移數據(S1004)。運算裝置31使用位移數據運算指針的坐標值，即，移動的方向和距離(S1005)。接下來，對應於運算裝置31所計算的指針的坐標值，處理器(示出)同運算裝置31相結合移動該指針(S1006)。
通過這種方式，在圖3和6中，定點設備映射每個具有適用於指針控制的尺寸和通過指紋獲取裝置24，24-1，2，3獲取的多個指紋圖像，和將其延展到具有適用於用戶識別的尺寸。結果，用戶識別和指針控制能夠使用一種指紋識別傳感器同時執行。
圖11是示出了根據本發明的第三實施例的定點設備的結構的視圖。
圖11的定點設備包括發光裝置22、聚光裝置23、指紋獲取裝置34、指紋識別單元100和定點控制單元200。
指紋識別單元100包括特徵點提取裝置35和識別裝置36，且定點控制單元200包括指紋圖像提取裝置37、移動探測裝置38和運算裝置39。在此，根據本發明的實施例的定點設備可以進一步包含外殼(未示出)，外殼包括發光裝置22、聚光裝置23、指紋裝置34、特徵點提取裝置35、移動探測裝置38和運算裝置39，且包含透明件21，其中手指表面以預定的距離接觸指紋獲取裝置34。更加優選地，圖11的定點設備適當地安裝在可攜式終端設備中。
在圖11的定點設備中，當手指20接觸透明件21時，發光裝置22發射光至手指20的表面。發光裝置22包括至少一個或多個發光二極體(縮寫為「LED」)。
聚光裝置23聚集在光從發光裝置22射向手指20之後從手指20的表面反射的光。普通的光凸透鏡可作為聚光裝置23。
指紋獲取裝置34獲取手指表面的指紋圖像，用於使用通過聚光裝置23聚集的光來控制指針。指紋獲取裝置34將聚光裝置23聚集的模擬指紋圖像轉換成數字指紋圖像，以獲得M×N象素的指紋圖像。在此，指紋獲取裝置34獲取的M×N象素的尺寸表示用戶識別中所需的尺寸。也就是說，M×N象素的尺寸表示通過使用一次獲取的指紋圖像在指紋圖像上執行用戶識別的尺寸。指紋獲取裝34包括光學傳感器陣列，二維排列了多個CMOS圖像傳感器(縮寫為「CIS」)。在此，指紋獲取裝置34在先前設置的周期中獲取指紋圖像。指紋獲取裝置34製造成適合於小型可攜式設備，且使用用於獲取超過大約100×100象素的大指紋圖像的CIS。通過這種方式，如同用於用戶識別的指紋獲取裝置34，CIS能夠用於獲取具有各種尺寸的指紋圖像，一般從90×90象素到400×400象素的範圍。因此，本發明的第三實施例的指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像的尺寸與本發明的第一或第二實施例的指紋獲取裝置24獲取的指紋圖像的尺寸不同。
從發光裝置22產生的光被發射到手指20的表面並根據手指20的表面的圖形進行反射。從手指的底表面反射的光通過聚光裝置23在指紋獲取裝置34中形成一個象。形成在指紋獲取裝置34中的象被通過指紋獲取裝置34轉換為數字指紋圖像。這種指紋圖像獲取在時間軸上快速地連續執行。
指紋識別單元100在一個不同於指紋獲取裝置34的操作周期從指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像中提取特徵點，且通過將提取的特徵點與先前登記指紋圖像的特徵點進行比較來執行用戶識別。指紋識別單元100將提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較為一般每秒一次至三次。也就是說，通過每秒接收1-3個指紋圖像、從接收的指紋圖像提取特徵點和將提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較來執行用於證實用戶的指紋識別處理。更加優選地，每秒執行指紋識別的處理。指紋識別單元100包括用於從獲取的指紋圖像中提取特徵點的特徵點提取裝置35和用於將特徵點提取裝置35所提取的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較來執行用戶識別的識別裝置36。
定點控制單元200在不同於指紋識別單元100的操作周期內從指紋獲取裝置34所獲取的指紋圖像中提取m×n象素(M，N＞m，n)的指紋圖像，以探測指紋圖像的移動信息。定點控制單元200使用探測的移動信息來計算位移數據，和使用計算的位移數據來計算指針將移動的方向和距離。優選地，定點控制單元200探測指紋圖像的特徵點的移動信息，和根據移動信息計算特徵點的位移數據。對應於特徵點的位移數據，定點控制單元200計算指針的移動方向和距離。
定點控制單元200從在先前設置的周期中獲取的指紋圖像中提取大約20×20象素的指紋圖像，計算每個指紋圖像的位移數據和使用位移數據來計算二維坐標(ΔX，ΔY)，即，指針將移動的二維方向和距離。定點控制單元200大約每秒進行800～1200次的指紋圖像提取，和計算根據對應的周期所提取的每個指紋圖像的位移數據。
指紋識別單元100和定點控制單元200根據不同的操作周期分別進行操作，以執行用戶識別和指針控制操作。也就是說，在定點設備的用戶使用指紋圖像控制指針時，指紋識別單元100獨立於定點控制處理執行對用戶的指紋驗證。結果，在對指針控制的導航期間，指紋驗證周期地執行，而沒有另外的指紋識別處理。
在下文中，對指紋識別單元100和定點控制單元200的操作進行詳細描述。
特徵點提取裝置35從根據先前設置的周期每次所獲取的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點。這些特徵點包括指紋圖像的紋路長度和方向和紋路分開或終結的位置數據。
識別裝置36將從特徵點提取裝置35提取的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，以根據兩個指紋圖像的鑑定來執行用戶識別。在此，識別裝置36可以包括比較裝置(未示出)，用於組合獲取的指紋圖像和先前登記的指紋圖像全局信息和局部特徵信息或對兩個指紋圖像的特徵點匹配來比較這兩個指紋圖像。識別裝置36使用比較裝置來確定對兩個指紋圖像的鑑定。
如果先前登記的指紋圖像的特徵點與從特徵點提取裝置35提取的指紋圖像的特徵點相同，則識別裝置36執行用戶識別，或者如果沒有相同則拒絕該用戶識別。
指紋圖像提取裝置37從指紋獲取裝置34獲取的M×N象素的指紋圖像中提取m×n象素(在此M，N＞m，n)的指紋圖像。m×n象素的尺寸表示在指針控制中使用的尺寸。用於定點設備中的指針控制的20×20象素的尺寸足以實現一般提取小指紋圖像的指紋圖像。指紋圖像提取裝置37提取從大約15×15象素到大約80×80象素的指紋圖像。結果，指紋圖像提取裝置37從用於用戶識別的指紋獲取裝置34獲取的大約100×100象素的指紋圖像中提取大約20×20象素的指紋圖像用於指針控制。在此，所使用的指紋圖像的尺寸只是本發明的一個示例。也就是說，所獲取的M×N象素的尺寸優選地適用於用戶識別，且所提取的m×n象素的尺寸優選地適用於指針控制。
移動探測裝置38獲取根據設置的周期每次所獲取的每個指紋圖像的移動程度。在此，移動探測裝置38優選地通過計算與在設置的周期中獲取的指紋圖像的特徵點相關的位移數據(方向和距離)且使用移動估計方法來探測指紋的移動程度。更加優選地，移動探測裝置38通過計算關於在設置的周期中獲取的指紋圖像的特徵點的位移數據來探測指紋圖像的移動程度。在此，指紋圖像的位移數據優選地通過計算從在先前周期中獲取的指紋圖像的特徵點到在當前周期中獲取的指紋圖像的特徵點的移動距離和方向來計算出。指紋識別中的指紋圖像的移動信息和特徵點提取以及指紋獲取是重要的因素，因為指紋圖像的移動和指紋識別的可靠性根據特徵點如何能夠可靠地提取而區別開來。
運算裝置39從移動探測裝置38接收指紋圖像的移動程度，即位移數據，並使用接收的位移數據來計算二維坐標(ΔX，ΔY)，即指針將移動的方向和距離/移動程度。
運算裝置39一般與定點設備或具有定點設備的裝置的處理器相結合。結果，處理器能夠根據在運算裝置39中計算的坐標來控制在顯示器設備的屏幕上的指針的移動。
根據本發明的一個實施例的定點設備可以進一步包含用於顯示先前存儲的信息的顯示裝置(未示出)。通過這種方式，當定點設備進一步包括顯示裝置時，該顯示裝置根據指紋識別單元100的指紋識別來接收信號，以顯示識別結果。當對用戶的識別在指紋識別單元100中成功地執行時，用於執行對應終端的所有功能的信息顯示在該顯示裝置上。然而，當用戶識別被拒絕時，顯示限制性的信息，其僅能夠執行該終端的特定功能。
通過用戶識別限制性地允許對應終端的使用的技術將在稍後提到。
本發明的第三實施例中的指紋獲取裝置34能夠用如本發明的第一和第二實施例所示的半導體器件體現。
同時，當指紋獲取裝置34體現為光學系統時，能夠用小型指紋獲取裝置，即「縮象光學系統」獲得用於用戶識別的大指紋圖像。換句話說，指紋獲取裝置34的尺寸能夠通過將實際指紋的尺寸減小1/2～1/4和獲取減小的指紋圖像來小型化。
現在詳細描述使用縮象光學系統(reduced optical system)獲取指紋圖像的原理和處理。
圖12是示出了根據本發明的可安裝於細微空間中的3∶1縮象光學系統的設計示例的視圖。如圖12所示，非球面鏡42用來將光學器件安裝在微小空間中。如果光學系統配置為如圖12所示，則左箭頭41所代表的實際物體的尺寸降低為右箭頭43所代表的大約1/3尺寸。如果左箭頭41所代表的物體的圖像經過非球面鏡42，則在位於右側的指紋獲取裝置34中形成大約1/3尺寸的倒象。縮象光學系統通過應用上述的原理來體現，以便實際指紋的尺寸降低為1/n的尺寸(在此n為從1到5的實數)。
圖13是示出了通過應用圖12的縮象光學系統來從指紋獲取裝置獲得的指紋圖像的示例的視圖。圖13a示出了在光學系統為1∶1從指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像，和圖13b示出了在縮象光學系統為4∶1從指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像。
一般而言，在人的指紋中每1mm形成大約二個溝(valley)。結果，當使用20×20象素的指紋獲取裝置34時，指紋獲取裝置34的識別象素為0.5mm，且指紋獲取裝置34獲取的指紋數目為只是2個，如圖13a所示。通過這種方式，當所獲取的指紋圖像的溝的數目變小時，用戶識別的準確度下降，且指針控制的性能也下降。結果，傳感器的尺寸需要較大，以進行足夠的數據收集。
為了克服上述問題，能夠通過對指紋獲取裝置34應用縮象光學系統來獲得更多的數據，而無需增大傳感器的尺寸。也就是說，在本發明的實施例中，通過將指紋的尺寸縮小1/n(在此n為1到5的實數)來獲取具有間隔0.5mm的指紋的尺寸。更具體地說，指紋的尺寸降低為1/2～1/4的尺寸。結果，能夠使用具有與圖13a相同尺寸的指紋獲取裝置34來獲得比圖13a多的數據。如圖13b所示，當使用縮象光學系統使指紋的尺寸降低為1/4的尺寸時，0.5mm的指紋間隔能夠降低為大約0.125mm。因此，能夠使用具有與圖13a相同尺寸的指紋獲取裝置34獲得4～16倍的指紋信息。換句話說，當通過將具有平均間隔0.5mm的指紋降低至1/2～1/4尺寸來獲得指紋圖像時，指紋獲取裝置34的尺寸能夠被小型化至1/4～1/16。結果，可以使用低能耗和低成本的小型化指紋獲取裝置34來獲得用於用戶識別和指針控制的指紋圖像，且小型化指紋獲取裝置34在應用於小型可攜式終端設備時是有利的。
圖14是示出了根據本發明的第四實施例的具有指紋識別功能的定點設備的視圖。
與圖11相比，圖14的定點設備進一步包括存儲裝置60。存儲裝置60存儲從指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像。在圖14的定點設備中，如果根據先前設置的周期每次從指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像存儲在存儲裝置60中，則指紋識別單元100和定點控制單元200使用存儲在存儲裝置60中的指紋圖像來分別執行用戶識別和指針控制。也就是說，當分別在指紋識別單元100和定點控制單元200中執行用戶識別和指針控制時，其立即接收根據指紋獲取裝置34的操作周期在圖11的定點設備中獲取的指紋圖像，從指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像被首先存儲在存儲裝置60中，然後只使用具有指針控制所需的尺寸的指紋圖像執行指針控制，以便指針也可體現為低成本、低能耗和高速導航信息生成。在此，自然使用存儲在存儲裝置60中的指紋圖像來同時執行用戶識別和指針控制。
通過這種方式，通過從圖11和14的定點設備中的用於用戶識別的指紋獲取裝置34獲取的指紋圖像中提取出具有指針控制中所需的尺寸的指紋圖像，用戶識別和指針控制能夠使用一種指紋識別傳感器來同時執行。
圖15是示出了一種用於從M×N象素的指紋圖像中提取出m×n象素的指紋圖像的方法的視圖。
指紋獲取裝置34根據預定周期獲取M×N象素的指紋圖像71。M×N象素的指紋圖像71具有足以用於用戶識別的尺寸。優選地，指紋圖像71具有從90×90象素到400×400象素的尺寸。另外，指紋圖像提取裝置37從M×N象素的指紋圖像71中提取m×n象素的指紋圖像72。在此，指紋圖像提取裝置37提取M×N象素的指紋圖像71的中心部分。m×n象素的尺寸表示可以進行指針控制的指紋圖像72的尺寸。指紋圖像72具有從15×15象素到80×80象素的尺寸。
在圖14的定點設備中，M×N象素的指紋圖像71存儲在存儲裝置60中，且用戶識別使用M×N象素的指紋圖像71來執行。同時，指針控制使用從M×N象素的指紋圖像71中提取的m×n象素的指紋圖像72來執行。
在指針使用m×n象素的指紋圖像72進行調節的情況中，當手指20的表面從第一位置到第二位置移動ΔX和ΔY時，關於從指紋圖像提取裝置37提取的m×n象素的指紋圖像的數據被發送到移動探測裝置38。在此，指紋圖像被以每秒大約800～1200次的速度發送。結果，取決於手指20的移動的指紋圖像的位移數據被計算出且轉換為速度，且指針的移動方向和距離也計算出且轉換為速度。在此，由於在根據本發明的實施例的定點設備中上述處理速度需要用於穩定的定點操作，所以優選選擇最小的圖像尺寸，以降低處理和計算量。
同時，用戶識別所需的M×N象素的整體指紋圖像71被發送到指紋識別單元100。指紋圖像71以每秒1～3次的速度發送，其中能夠執行一般識別處理。指紋識別單元100被構造成包括在可攜式終端設備的處理設備中，以便指紋識別單元100能夠執行該功能。
使用指紋圖像72的特徵點來計算指紋圖像72的位移數據的處理與圖4相同。
圖16是示出了根據本發明的第三或第四實施例的用於執行用戶識別和同時執行定點控制的方法的流程圖。
在初始化狀態(S1601)，如果手指20的表面接觸透明件21(S1602)，則根據第一操作周期通過指紋獲取裝置34獲取M×N象素的指紋圖像(S1603)。
指紋識別單元100和定點控制單元200使用指紋獲取裝置34獲得的指紋圖像71同時執行用戶識別(S1620)和指針控制(S1630)。在圖14的定點設備的情況中，除了獲得的指紋圖像71被存儲在存儲裝置60中和使用存儲在存儲裝置60中的指紋圖像61指紋之外，用戶識別(S1620)和指針控制(S1630)與圖11的定點設備相同。
在用戶識別處(S1620)中，特徵點提取裝置35根據第二操作周期從M×N象素的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點，以發送特徵點到識別裝置36(S1604)。識別裝置36將從M×N象素的指紋圖像中提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較(S1605)。識別裝置36從比較結果確定兩個指紋圖像的特徵點是否相同(S1606)。如果兩個指紋圖像的特徵點相同，則識別裝置36證實用戶(S1607)，如果不同則拒絕用戶識別(S1608)。
接下來，在指針控制處理中(S1630)中，指紋圖像提取裝置3根據第三周期從M×N象素的指紋圖像中提取m×n象素的指紋圖像72，以發送提取的指紋圖像到移動探測裝置38(S1609)。在本實施例中，m和n為從15至80的範圍，以具有適用於提取的指紋圖像72的指針控制的尺寸。移動探測裝置38計算m×n象素的指紋圖像72的位移數據，以發送位移數據至運算裝置39(S1610)。在此，移動探測裝置38通過計算從在先前周期中獲取的指紋圖像到當前周期中獲取的指紋圖像的移動程度(即距離和方向)來計算位移數據。優選地，計算取決於提取的指紋圖像72的特徵點的移動程度的位移數據。運算裝置39使用在移動提取裝置38中計算的位移數據來運算指針將移動的坐標(S1611)。對應於指針的坐標，終端設備的處理器(未示出)移動指針。
如圖16所描述，根據本發明的實施例的定點設備能夠通過使用從指紋獲取傳感器34獲取的指紋圖像71來同時執行用戶識別和指針控制。用戶識別處理(S1620)和指針控制處理(S1630)在先前設置的不同操作周期中執行，這兩個處理S1620和S1630分別地執行。也就是說，當用戶使用指紋調節指針時(S1630)，該用戶識別處理(S1620)被自然地執行。結果，對用戶無需進行指紋識別處理，且在指針控制期間指紋被自動地識別，以便根據指紋識別結果，能夠對對應的設備調節用戶可用的服務範圍。
圖17是示出了根據本發明的第五實施例的定點設備的結構的視圖。
與本發明的上述實施例相比，第五實施例的特徵在於沒有包含在指紋識別功能期間從指紋圖像中提取特徵點的處理。也就是說，沒有確定獲取的指紋圖像根據提取的特徵點被存儲在存儲裝置中的位置。反之，根據移動距離，即位移數據確定指紋圖像的映射位置且其被存儲在存儲裝置中。
在下文中，對圖17的定點設備的結構進行詳細描述。
圖17的定點設備包括透明件21、發光裝置22、聚光裝置23和指紋獲取裝置34。然而，省去對這些元件的結構的說明，因為其與第三或第四實施例的相同。
通過指紋獲取裝置34獲得的指紋圖像立即輸入到包括指紋圖像提取裝置37、移動探測裝置38和運算裝置39的定點控制單元200中。由於定點控制單元200的具體元件的操作與上述第三或第四實施例的相同，所以略去具體的說明。
然而，與第三或第四實施例相比，第五實施例的操作的特徵在於通過指紋圖像提取裝置37提取的m×n象素的指紋圖像被存儲在存儲裝置40中且存儲位置根據通過運算裝置39計算的位移值的數據來映射。具體地說，假定從指紋圖像提取裝置37中提取的第i指紋圖像被存儲在存儲裝置40的特定位置中。如果從指紋圖像提取裝置37中提取第(i+1)指紋圖像，則接收通過移動探測裝置38和運算裝置39獲得的位移數據ΔX和ΔY，且第(i+1)指紋數據被存儲在從存儲第i指紋數據的特定位置移動了位移數據的位置中。
在存儲裝置40中存儲指紋數據的操作通過根據預定時間間隔周期地存儲數據的方法來執行或者當接收特定命令的時候執行。
另外，本發明的第五實施例包括CPU 50，用於控制將指紋數據存儲在上述存儲裝置40中的操作，通過接收來自運算裝置39的位移數據ΔX和ΔY來控制定點設備的移動和執行圖18中所描述的指紋識別操作。
圖18是示出了根據本發明的第五實施例的定點設備的操作的流程圖。
如果該系統被初始化且手指20的表面接觸透明件21(S1810)，則通過指紋獲取裝置34和指紋圖像提取裝置37獲取m×n象素的指紋圖像(S1820)。
獲取的指紋圖像被存儲在存儲裝置40中(S1830)，且計算指紋圖像上的位移數據和指針坐標(S1840，S1850)。計算結果被提供給存儲裝置40，且用於映射指紋圖像。
計算結果也提供給CPU 50和用於控制定點設備的操作(S1860，S1870)。
同時，CPU 50接收來自存儲裝置40的指紋圖像。如果接收的指紋圖像不是M×N象素的指紋圖像，則CPU 50再次接收來自存儲裝置40的指紋圖像(S1880)。如果接收的指紋圖像與M×N象素的指紋圖像相同，則將指紋圖像與先前存儲的指紋圖像相比(S1890)，且確定對這兩個指紋圖像的鑑定(S1899)。然後，根據結果執行用戶識別或識別拒絕操作。
圖19是示出了根據本發明的一種用於通過使用指紋識別功能來限制取決於用戶的可攜式通信終端設備的使用的方法的流程圖。
在一個實施例中，具有指紋識別功能的可攜式終端設備識別用戶的指紋，以對用戶執行指紋識別(S1900)。可攜式終端設備通過指紋識別來識別意欲使用該終端設備的人是否是用戶自己(S1910)。當用戶是用戶自己時，終端設備顯示終端設備能夠提供的整個菜單(S1920)，以便用戶可以使用所有的功能(服務)(S1930)。然而，當用戶不是用戶自己時，則終端設備只顯示能夠允許這個人使用的特定菜單(S1940)。通過這種方式，諸如信用卡和財務信息的重要信息能夠通過限制經由指紋識別而不被識別的個人對終端設備的使用而得到保護。
如果不是用戶自己的用戶意欲使用不允許的功能(S1950)，則終端設備顯示表示不能使用對應功能的消息(S1960)。然後，在幾秒之後，終端設備再次顯示允許這個人使用的菜單(S1940)。因此，在一個人不是先前登記的用戶的情況下，用戶的個人信息、系統的控制信息和諸如電子商務的有償服務能夠通過限制其他用戶的訪問而得到保護，以保護個人信息。
指紋識別處理能夠作為後臺處理，以減輕對可攜式通信終端設備的使用造成的不方便。在此，當用戶用手指使用二維指針時，後臺處理自動地執行收集、分析和鑑定指紋識別中所需數據的步驟，而沒有向用戶通知這些步驟。當用戶使用系統中先前指定用於保護的處理時或當執行批准交易時，在用戶自己使用從後臺處理中獲得的數據的情況中，執行所需的處理。然而，當用戶不是用戶自己時，拒絕該處理，以保護擁有者的信息或所有。
也就是說，與後臺處理結合執行個人識別處理。當用戶是用戶自己時，相繼執行下一步驟，但是當用戶不是用戶自己時拒絕後續的使用。結果，能夠確保所需的穩定性，而沒有影響用戶的方便。在此，使用與二維定點設備相同的指紋登記和鑑定中的傳感器組件，且定點設備被配置成同時執行數據收集和軟體處理。
在上述實施例中，如果用戶自己登記他的或她的指紋，則登記的數據被保存在非易失性存儲器中且重複地使用，直到用戶自己改變該數據。
在本發明的另一實施例中，當用戶使用可攜式通信終端設備時，不是用於指紋識別的指紋識別傳感器而是具有指紋證實傳感器功能的定點設備能夠通過用戶的指紋識別來識別可攜式終端設備用戶是否是用戶自己。對於這個操作，在用戶移動他的或她的手指時，可攜式終端設備收集二維移動信息，通過合成所收集的移動信息和對應位置中的指紋圖像來產生具有個人識別所需的尺寸的二維圖像，和從對應的指紋圖像中提取特徵點。然後，可攜式終端設備登記提取的特徵點或將提取的特徵點與用於個人識別的登記的數據進行比較。
圖20是示出了根據本發明的包括定點設備可攜式終端設備的示例的視圖。可攜式終端設備包括蜂窩電話、PDA或智慧型電話。
在可攜式終端設備中，暴露出透明件230的外表面，且當手指被放在透明件230的外表面上時，具有用戶識別所需的尺寸的指紋圖像通過指紋獲取來獲得。如果獲得指紋圖像，則現有菜單窗口轉換為如圖20所示的服務屏幕240。
在可攜式終端服務中，該服務能夠通過不使用諸如通用計算機的滑鼠的移動鍵而是使用指針250來選擇和點擊服務屏幕240上的菜單來使用。另外，可攜式終端設備包括用於執行其他功能或輸入性能命令的至少一個或多個功能按鈕220。
雖然本發明可進行各種修改和替換形式，但是在附圖和詳細描述以示例的方式示出具體的實施例。然而，應當理解，本發明不局限於所公開的具體形式。反之，本發明覆蓋所有的在所附權利要求中所限定的本發明的精神和範圍內的修改、等同和替換。
工業應用在根據本發明的一個實施例的具有指紋識別功能的定點設備和指紋識別方法中，具有小尺寸的指紋圖像被映射，以產生大指紋圖像或從大指紋圖像中提取的小指紋圖像，以便定點設備執行用戶識別和指針控制。結果，用於用戶識別和用於指針控制的各傳感器沒有包含在定點設備中，而是用於執行用戶識別和指針控制兩個功能的一種傳感器被包括在根據本發明的一個實施例的定點設備中。另外，由於需要大指紋的用戶識別能夠只使用小指紋圖像來執行，可以容易地體現小型化的可攜式終端設備，從而降低造價。
另外，能夠通過根據用戶識別限制可在終端設備中使用的服務種類來保護終端設備中的重要信息。
權利要求
1.一種具有指紋圖像識別功能的定點設備包括至少一個或多個指紋獲取裝置，用於根據預定周期獲取手指表面的指紋圖像；特徵點提取裝置，用於從獲取的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點；移動探測裝置，用於計算提取的指紋圖像的特徵點之間的位移數據，以探測指紋圖像的移動信息；映射裝置，用於根據移動信息來在內部虛像空間中映射指紋圖像；識別裝置，當映射的指紋圖像的整體尺寸達到先前設置的尺寸時，識別裝置將整個映射的指紋圖像與先前登記的指紋圖像進行比較，以及確定對指紋的識別；以及運算裝置，用於接收來自移動探測裝置的位移數據和使用位移數據來計算指針將移動的方向和距離。
2.如權利要求1所述的定點設備，進一步包括外殼，所述外殼包括指紋獲取裝置、特徵點提取裝置、移動探測裝置、映射裝置、識別裝置和運算裝置，且包括具有手指表面與其接觸的平面表面的透明件，所述透明件與指紋獲取裝置具有預定的距離。
3.如權利要求1或2所述的定點設備，其中指紋獲取裝置是CMOS圖像傳感器。
4.如權利要求1或2所述的定點設備，其中獲取的指紋圖像和虛像空間的尺寸分別是m×n象素和M×N象素，且m和n分別小於M和N。
5.如權利要求1或2所述的定點設備，其中移動探測裝置計算從在先前周期中獲取的指紋圖像的特徵點到在當前周期中獲取的指紋圖像的特徵點的移動距離和方向。
6.如權利要求1或2所述的定點設備，其中映射裝置在虛像空間中映射指紋圖像，以便當在第n-1指紋圖像和第n指紋圖像的特徵點之間存在相同特徵點時，重疊相同的特徵點。
7.如權利要求1 or 2所述的定點設備，其中識別裝置通過將整個映射的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行匹配來確定整個映射的指紋圖像的特徵點是否與先前登記的指紋圖像的特徵點相同，且根據確定結果判定對指紋的識別。
8.一種可攜式終端設備，其包括了如權利要求1 or 2所述的定點設備和執行用戶的指紋識別和指針的控制。
9.一種用於識別用戶識別用的指紋的方法，包括以下步驟指紋圖像獲取步驟，用於使用預定的指紋獲取傳感器來根據設置的周期獲取至少一個或多個指紋圖像；特徵點提取步驟，用於從獲取的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點；第一映射步驟，用於在虛像空間的特定位置中映射第一指紋圖像；位移數據計算步驟，用於計算第一指紋圖像的特徵點與在已獲取第一指紋圖像的周期之後的下一周期中所獲取的第二指紋圖像的特徵點之間的位移數據；第二映射步驟，用於使用位移數據在虛像空間中映射第二指紋圖像；以及指紋識別步驟，用於當在虛像空間中映射的指紋圖像的整體尺寸達到先前設置的尺寸時，將整個映射的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，以及確定對指紋的識別。
10.如權利要求9所述的方法，其中獲取的指紋圖像和虛像空間的尺寸分別是m×n象素和M×N象素，且m和n分別小於M和N。
11.如權利要求9所述的方法，其中位移數據計算步驟是計算從第一指紋圖像的特徵點到第二指紋圖像的特徵點的移動距離和方向。
12.如權利要求9所述的方法，其中第二映射步驟是在與在虛像空間中映射的第一指紋圖像距離所計算出的位移數據對應的位置中映射第二指紋圖像。
13.如權利要求9或12所述的方法，其中第二映射步驟是在虛像空間中映射第二指紋圖像，以便當第一指紋圖像和第二指紋圖像的特徵點之間存在相同特徵點時，重疊相同的特徵點。
14.如權利要求9或12所述的方法，其中指紋圖像獲取步驟是使用多個指紋獲取傳感器每次獲取多個指紋圖像。
15.如權利要求14所述的方法，其中多個獲取的指紋圖像是相鄰指紋的圖像。
16.如權利要求9所述的方法，其中指紋識別步驟包括第一步驟，確定在虛像空間中映射的整體指紋圖像的尺寸是否達到先前設置的尺寸；第二步驟，當根據確定結果整體指紋圖像達到先前設置的尺寸時，從整體指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點；第三步驟，將提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較；和第四步驟，根據比較結果確定對指紋的識別。
17.一種具有指紋識別功能的定點設備，包括指紋獲取裝置(第一操作周期)，用於獲取手指表面的所需指紋圖像，所述手指表面通過只一次二維圖像獲取來控制指針；指紋識別單元(第二操作周期)，用於從獲取的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點，且將獲取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，以識別獲取的指紋圖像的用戶；以及定點控制單元(第三操作周期)，用於根據第一操作周期中獲取的圖像的部分數據來探測移動信息，和根據移動信息來計算指紋圖像的位移數據，以計算指針的移動方向和距離。
18.如權利要求17所述的定點設備，其中指紋識別單元包括特徵點提取裝置，用於從指紋獲取裝置獲取的指紋圖像中提取至少一個或多個特徵點；以及識別裝置，用於將特徵點提取裝置提取的指紋圖像的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較，以確定對指紋圖像的用戶的識別。
19.如權利要求18所述的定點設備，其中識別裝置通過將提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行匹配來確定先前登記的指紋圖像的特徵點是否與提取的特徵點相同，且根據確定結果執行對用戶的識別。
20.如權利要求17所述的定點設備，其中定點控制單元包括指紋圖像提取裝置，用於從指紋獲取裝置獲取的M×N象素(在此M和N是整數)的指紋圖像中提取m×n象素(在此，m和n是整數，m＜M，n＜N)的指紋圖像；移動探測裝置，用於計算提取的m×n象素的指紋圖像的位移數據，以探測各指紋圖像的移動信息；以及運算裝置，用於接收來自移動探測裝置的位移數據和根據位移數據計算指針的移動方向和距離。
21如權利要求20所述的定點設備，其中移動探測裝置計算從先前周期中獲取的指紋圖像的特徵點到在當前周期中獲取的指紋圖像的特徵的移動距離和距離，以計算指紋圖像的位移數據。
22.如權利要求20所述的定點設備，其中M和N的範圍從90到400，且m和n的範圍從15到80。
23.如權利要求17所述的定點設備，其中指紋獲取裝置是CMOS圖像傳感器。
24.如權利要求17所述的定點設備，其中指紋獲取裝置是有源電容傳感器。
25.如權利要求17所述的定點設備，其中第二操作周期是1～3次/秒。
26.如權利要求17所述的定點設備，其中第三操作周期是800～1200次/秒。
27.如權利要求17所述的定點設備，其中指紋識別單元和定點控制單元根據第二操作周期和第三操作周期分別地同時操作。
28.如權利要求17所述的定點設備，進一步包括發光裝置，用於將光發射向控制指針的手指表面；和聚光裝置，用於聚集從手指表面反射的指紋圖像，其中聚光裝置所聚集的指紋圖像通過指紋獲取裝置獲取。
29.如權利要求28所述的定點設備，其中聚光裝置位於發光裝置和指紋獲取裝置之間，發光裝置和聚光裝置之間的距離與聚光裝置和指紋獲取裝置之間的距離的比率為n∶1，以及n為從1到5的實數。
30.如權利要求28所述的定點設備，其中聚光裝置為非球面鏡。
31.一種可攜式終端設備，包括如權利要求17所述的定點設備和用於同時執行指紋識別和指針控制。
32.如權利要求31所述的可攜式終端設備，進一步包括用於顯示先前存儲的信息的顯示裝置，其中當用戶識別在指紋識別單元中執行時，顯示裝置顯示整個信息或對用戶允許的執行功能，且在沒有執行用戶識別時，顯示裝置只顯示先前設置的有限範圍內的信息和可用功能。
33.一種具有指紋識別功能的定點方法，該定點方法是指針控制設備的定點方法，指針控制設備具有尺寸比在指紋識別中所需的預定圖片圖像的尺寸還小的圖像傳感器，所述方法包括以下步驟指紋圖像獲取步驟，用於使用預定指紋獲取傳感器，根據第一操作周期在控制可移動指針的手指表面上獲取M×N象素的至少一個或多個指紋圖像；識別步驟，用於根據第二操作周期通過從獲取的指紋圖像中提取特徵點並將提取的特徵點與先前登記的指紋圖像的特徵點進行比較來確定對指紋圖像的用戶的識別；指紋圖像提取步驟，用於根據第三操作周期從獲取的指紋圖像中提取m×n象素的指紋圖像；移動探測步驟，用於通過計算所提取的各個m×n象素的指紋圖像的位移數據來探測各個指紋圖像的移動信息；以及運算步驟，用於使用位移數據計算和輸出指針將移動的方向和距離。
34.如權利要求33所述的定點方法，其中識別步驟包括當執行用戶識別時，輸出使用先前設置的整個信息的信號；以及當沒有執行用戶識別時，輸出使用先前設置的有限信息的信號。
35.如權利要求33所述的定點方法，其中M和N的範圍從90到400，且m和n的範圍從15到80。
36.如權利要求33所述的定點方法，其中第三操作周期是800～1200次/秒。
37.如權利要求33所述的定點方法，其中移動探測步驟計算從第k-1指紋圖像到第k指紋圖像的特徵點的移動距離和方向，以計算每個指紋圖像的位移數據。
38.如權利要求33所述的定點方法，其中圖像提取步驟、移動探測步驟和運算步驟根據第三操作周期分別地從識別步驟執行。
39.如權利要求33所述的定點方法，其中還包括步驟發光步驟，用於將光發射向控制指針的手指表面；和聚集步驟，用於使用非球面鏡來聚集手指表面產生的指紋圖像，其中指紋獲取步驟是獲取聚集步驟所聚集的指紋圖像。
40.如權利要求39所述的定點方法，其中聚集步驟是通過經由調節非球面鏡而將手指表面上的指紋的尺寸降低1/n來聚集指紋圖像。
41.如權利要求40所述的定點方法，其中n為從1到5的實數。
42.一種具有指紋識別功能的定點設備，包括至少一個或多個指紋獲取裝置，用於根據預定周期或偶爾的要求獲取手指表面的圖像；運算裝置，用於使用獲取的指紋圖像來計算位移數據，以使用位移數據來計算指針將移動的方向和距離；存儲裝置，用於對應於從運算裝置接收的位移數據中的移動量，映射從指紋獲取裝置獲得的指紋圖像；和CPU，用於分析和處理運算裝置和存儲裝置的數據。
43.如權利要求42所述的定點設備，其中CPU與運算裝置和存儲裝置形成為一個組件。
44.如權利要求42所述的定點設備，其中CPU形成為與運算裝置和存儲裝置分開的結構。
45.如權利要求42至44中的任一項所述的定點設備，進一步包括發光裝置，用於將光發射向手指表面；和聚光裝置，用於聚集從手指表面反射的指紋圖像，其中聚光裝置所聚集的指紋圖像通過指紋獲取裝置獲取。
46.如權利要求45所述的定點設備，其中聚光裝置位於發光裝置和指紋獲取裝置之間，發光裝置和聚光裝置之間的距離與聚光裝置和指紋獲取裝置之間的距離的比率為n∶1，和n為從1到5的實數。
47.如權利要求42至44中的任一項所述的定點設備，其中CPU進一步包括以軟體方式處理指紋識別處理的功能，用於將存儲在存儲裝置中的指紋圖像與接收自指紋獲取裝置的指紋圖像進行比較。
48.如權利要求42所述的定點設備，其中存儲裝置根據預定周期周期地存儲指紋圖像或只有在存儲裝置接收CPU的請求的時候存儲指紋圖像。
49.一種用於向具有指紋識別功能的可攜式終端設備提供服務的方法，所述的方法包括第一步驟，通過具有指紋識別功能的定點設備獲取用戶的指紋圖像，和將獲取的指紋圖像與先前登記的指紋圖像進行比較，以確定對用戶的識別；和第二步驟，根據第一步驟的確定結果分類用戶的使用權，以顯示對應於使用權的菜單。
50.如權利要求49所述的方法，進一步包括第三步驟使用戶能夠使用第二步驟中所顯示的菜單的所需功能。
51.如權利要求50所述的方法，其中當執行對用戶的識別時，第二步驟是顯示整個菜單，或者當沒有執行對用戶的識別時，第二步驟是顯示允許使用的特定菜單。
52.如權利要求51所述的方法，其中當沒有被識別的用戶意欲使用菜單允許使用的其他功能時，顯示表示不允許使用的消息和再次顯示允許使用的菜單。
53.如權利要求49所述的方法，其中第一步驟作為後臺處理而執行，以通過使用定點設備在用戶用手指進行導航的時候自動地獲取指紋圖像，而沒有執行附加的處理來獲取用戶的指紋。
全文摘要
公開了一種具有指紋識別功能的定點設備、指紋圖像識別和定點方法和使用它們來用於提供可攜式終端服務的方法。在具有指紋識別功能的定點設備和指紋識別方法中，具有小尺寸的指紋圖像被映射，以產生大指紋圖像或從大指紋圖像中提取的小指紋圖像，以便定點設備執行用戶識別和指針控制。結果，用於用戶識別和用於指針控制的各傳感器沒有包含在定點設備中，而是用於執行用戶識別和指針控制兩個功能的一種傳感器被包括根據本發明的一個實施例的定點設備中。另外，由於需要大指紋的用戶識別能夠只使用小指紋圖像來執行，所以可以容易地體現小型化的可攜式終端設備，從而降低造價。另外，能夠通過根據用戶識別選擇性地限制可在可攜式終端設備中使用的服務種類來保護具有定點設備的可攜式終端設備中的重要信息。
文檔編號H04B1/40GK1698279SQ200480000662
公開日2005年11月16日 申請日期2004年6月30日 優先權日2003年6月30日
發明者朱聖哲 申請人:摩必索