專利名稱：自動驗(yàn)證對象的身份的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及自動身份驗(yàn)證系統(tǒng)，更具體地涉及利用指紋圖象自動驗(yàn)證對象的身份的身份驗(yàn)證系統(tǒng)。
利用指紋圖象的身份驗(yàn)證是一門多年來持續(xù)研究的科學(xué)。傳統(tǒng)上，指紋圖象匹配是一項(xiàng)人工地把一組對象的指紋圖象(“搜查”印片)和多組“檔案”指紋圖案進(jìn)行比較的辛苦工作。典型檔案指紋組包括一組油墨指紋，例如執(zhí)法機(jī)構(gòu)在一次逮捕后得到的或者在申請市政服務(wù)職位過程中得到的油墨指紋。在試圖把某搜查指紋圖案和某現(xiàn)有的檔案圖案匹配中，帶有放大器件的指紋專家會對數(shù)百個檔案指紋圖案耗費(fèi)數(shù)小時。
容易理解，人工指紋匹配處理是特別耗時的和易出錯的。而且，粗劣的或不完整的搜查和檔案指紋圖象使這種處理更為困難。為了解決這些問題，開發(fā)了一些人工指紋圖象匹配技術(shù)。最常用的技術(shù)涉及到識別每個指紋圖象中主現(xiàn)的某些鑒別性的特征，即細(xì)節(jié)。常見的細(xì)節(jié)包括諸如分枝和脊尾之類的指紋印片特征。典型地用三個坐標(biāo)記錄細(xì)節(jié)二個坐標(biāo)“x”和“y”代表細(xì)節(jié)相對于坐標(biāo)系統(tǒng)的位置，而角“v”表示該細(xì)節(jié)的鄰區(qū)中諸線的平均方向。每個人的細(xì)節(jié)集合及其位置是獨(dú)一無二的。從而，為了以后更容易驗(yàn)證和分類，用多組細(xì)節(jié)及其位置表示指紋圖象。盡管這種進(jìn)展改進(jìn)了驗(yàn)證的精度和速度，但人工匹配細(xì)節(jié)仍是一項(xiàng)慢而艱巨的工作。
另外，不那么常用的指紋分類技術(shù)涉及利用模式類型對指紋分類。各種模式類型包括弧、突偏的弧、環(huán)和渦。模式是用數(shù)量、相對位置和方向匹配的。
在1960年代計(jì)算機(jī)革命之后不久，進(jìn)行了自動指紋驗(yàn)證的各種嘗試。由于計(jì)算密集性過強(qiáng)，很快就放棄了匹配整個指紋圖象的方案。替代地，通過細(xì)節(jié)分類指紋圖象的技術(shù)得到計(jì)算機(jī)化，和人工處理相比速度和精度大為改善。多年后，計(jì)算機(jī)處理能力以及細(xì)節(jié)識別算法的改進(jìn)進(jìn)一步提高了處理的速度和精度。
自動指紋細(xì)節(jié)識別的進(jìn)展使得時實(shí)地用來驗(yàn)證對象的身份的自動指紋圖象驗(yàn)證系統(tǒng)的應(yīng)用成為可行。從而，已引入新的安全處理，利用指紋圖案限制，只讓特許的人進(jìn)入保護(hù)區(qū)。這是通過掃描特許人的選定指紋圖案并且在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲器中的細(xì)節(jié)記錄中定位并記錄指紋細(xì)節(jié)的坐標(biāo)，從而在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中存儲的指紋記錄數(shù)據(jù)庫中登記特許人實(shí)現(xiàn)的。典型地，指紋掃描器和門的電子鎖定結(jié)構(gòu)相連，從而需要從外面進(jìn)入該區(qū)域的人必須把指定的手指放在掃描器以得到搜查指紋圖象。然后把搜查指紋圖象和多個檔案指紋圖象比較以確定是否允許該人進(jìn)入該區(qū)。
為了加速識別處理，在以后的系統(tǒng)中對特許人授予其它標(biāo)識要素，例如個人標(biāo)識號(PIN)或嵌有標(biāo)識數(shù)據(jù)的磁條卡。這些要素和特許人的細(xì)節(jié)記錄相關(guān)。這些改進(jìn)型的系統(tǒng)典型地按如下工作。想進(jìn)入某區(qū)的人首先向識別系統(tǒng)輸入標(biāo)識要素，例如在小鍵盤上輸入PIN碼或刷磁條卡。接著，該人把指定的手指放在掃描器上以把搜查指紋圖象輸入到系統(tǒng)中。然后系統(tǒng)檢索和該人提供的識別要素相關(guān)的指紋圖象，并且通過相互比較搜查和檔案指紋圖象來驗(yàn)證該人的身份。若檔案圖象和搜索圖象上的細(xì)節(jié)坐標(biāo)及角度匹配，則允許該人進(jìn)入保護(hù)區(qū)；反之，拒絕進(jìn)入。
出于一些原因該方法是有問題的。在事例數(shù)量大的情況下顯然難以識別細(xì)節(jié)。此外，甚至可能由于手指上指紋部分的污物或者劃痕而造成搜查指紋圖象丟失少量的細(xì)節(jié)，也會使系統(tǒng)不提供肯定的識別。在掃描搜查指紋圖象過程期間，即使人的手指的相對輕微的角運(yùn)動也可能產(chǎn)生出錯。而且，由于細(xì)節(jié)是大量的而且由于存儲每個細(xì)節(jié)需要幾個坐標(biāo)，故細(xì)節(jié)記錄消耗存儲其的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相當(dāng)多的數(shù)據(jù)存儲空間。
更為重要的是，識別并定位搜查指紋圖象中的細(xì)節(jié)而且接著把該細(xì)節(jié)和其檔案指紋圖象的某細(xì)節(jié)圖象匹配的工作是計(jì)算特別密集的，并且需要非常多的計(jì)算機(jī)處理能力和資源。在安裝于多個保護(hù)區(qū)的情況下，即使高速計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，若同時出現(xiàn)數(shù)個識別處理，它也會遭受明顯的延緩。典型地，即使采用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對識別的等待會長達(dá)數(shù)秒，在帶有許多指紋識別安全進(jìn)入點(diǎn)的大型裝置情況下等待時間會長得多。例如若該人在獲取搜查圖象期間移動手指，則為了最終克服以等待到肯定的識別，可能會要求他數(shù)次反復(fù)該處理過程。
在Driscoll，Jr等人的美國5,067,162號專利(以下稱為“Driscoll”)中公開了解決上述問題的最新嘗試。Driscoll提出，代替識別指紋圖象上的細(xì)節(jié)，應(yīng)識別多個各包括指紋圖象數(shù)據(jù)的一部分的指紋小“參考段”以及它們的坐標(biāo)位置，并且在二元化圖象(即，轉(zhuǎn)換成黑白數(shù)字形式)后存儲在參考記錄中。按如下進(jìn)行驗(yàn)證首先掃描提出批準(zhǔn)的人們的搜查指紋圖象，形成帶有多個各和一個參考段的位置對應(yīng)的驗(yàn)證區(qū)的驗(yàn)證圖象，確定和各驗(yàn)證區(qū)處的參考段對應(yīng)的最佳匹配位置，然后通過判定(1)各最佳匹配位置和對應(yīng)的參考段之間的和(2)最佳匹配定位的相對位置和對應(yīng)的參考段之間的相似程度，判定是否存在匹配。
雖然Driscoll方法解決了傳統(tǒng)細(xì)節(jié)識別中的一些固有問題、改進(jìn)了精度并且取消了使搜查指紋圖象近乎完美的要求，但它帶有明顯的缺點(diǎn)。盡管和典型的細(xì)節(jié)驗(yàn)證系統(tǒng)相比Driscoll系統(tǒng)不那樣易于出錯，但若包含一個或多個參考部分的人指紋的一部分因灰塵或因擦傷等而模糊或受損，則驗(yàn)證精度會明顯下降，造成拒絕特許人，因?yàn)镈riscoll方法要求相當(dāng)大數(shù)量的獨(dú)立參考段和搜查指紋圖象上的各具體驗(yàn)證區(qū)相匹配，以及因?yàn)镈riscoll方法在匹配判定上依賴于參考段的相對定位。
從而需要提供一種高速度和高精度下的利用指紋圖象自動驗(yàn)證對象的身份的系統(tǒng)和方法。還需要即使因受損或沾污而只能部分地看到對象的指紋圖象時仍可保證高精度。
通過本發(fā)明克服上面討論的缺點(diǎn)和限制。本發(fā)明提供一種用于驗(yàn)證試圖進(jìn)入保護(hù)區(qū)或訪問保護(hù)體的用戶的身份的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的系統(tǒng)運(yùn)行于二個獨(dú)立的階段——登記階段和驗(yàn)證階段。本發(fā)明的系統(tǒng)包括一個控制單元，用于在登記階段期間執(zhí)行登記控制程序和在驗(yàn)證階段期間執(zhí)行驗(yàn)證控制程序；一個存儲器，用于存儲數(shù)據(jù)和各控制程序；一個圖象掃描器，用于獲取參考圖象和驗(yàn)證圖象；以及一些任選輸入輸出部件。
在登記階段期間，得到要作為該系統(tǒng)的特許用戶而登記的人的參考指紋圖象。接著對該參考圖象濾波并二元化。接著控制單元選擇預(yù)定數(shù)量的候選參考段，其中通過順序地對每個參考段檢查每個可能位置的唯一性以及保存最唯一定位的參考段的圖象數(shù)據(jù)而從參考圖象的預(yù)定區(qū)域內(nèi)選擇每個段，并且這些段中的一個指定為主要段和把其它段指定成次要段。還存儲各次要參考段相對于主要參考段的位置。最后，由控制單元得到作為每個參考段的唯一性的函數(shù)的一個動態(tài)閾值。
在驗(yàn)證階段期間，得到要求成為該系統(tǒng)的一個特許用戶的人的驗(yàn)證指紋圖象。接著隨意地濾波和二元化該驗(yàn)證圖象。接著控制單元檢索該登記人的參考圖象數(shù)據(jù)，使主要參考段和該驗(yàn)證圖象的預(yù)定區(qū)匹配以確定至少一個最佳匹配位置，使各次要參考段和驗(yàn)證圖象中分別規(guī)定的搜索區(qū)匹配，這些搜索區(qū)的位置是通過主要段的至少一個匹配位置確定的，并且通過計(jì)算所有參考段在它們各自的最佳匹配位置處的第一總計(jì)象素值，和計(jì)算由各參考段在其最佳匹配位置處復(fù)蓋的驗(yàn)證圖象的所有象素的第二總計(jì)象素值，來驗(yàn)證要求登記人員的身份，并把各總計(jì)象素值根據(jù)該動態(tài)閾值相互比較。若對主要參考段找到多于一個最佳匹配位置，則根據(jù)下一最近匹配位置重新定位次要參考段并重復(fù)該比較處理。為了加快最佳匹配位置的判定，可通過預(yù)定因子暫時粗化驗(yàn)證圖象和主要參考段。
從下面的連帶著附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它目的和特性將變?yōu)榍宄Ｈ欢?，?yīng)理解，僅是出于說明的目的設(shè)計(jì)這些附圖的，而不是用于規(guī)定本發(fā)明的限制，關(guān)于本發(fā)明的限制應(yīng)參照附屬的權(quán)利要求書。
附圖中相同的參照字符代表全部幾張圖中的相同元部件


圖1是利用指紋圖象自動驗(yàn)證對象的身份的系統(tǒng)的示意方塊圖；圖2到5B是表示依據(jù)本發(fā)明的圖1系統(tǒng)的功能操作的邏輯流程圖；以及圖6到10是表示依據(jù)本發(fā)明的圖1系統(tǒng)的操作期間執(zhí)行的各子例程的示例結(jié)果圖。
雖然本發(fā)明是相對于識別、比較和驗(yàn)證指紋圖象來說明的，但應(yīng)理解本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可應(yīng)用于其它形式的圖象識別和圖象比較應(yīng)用，例如醫(yī)用成象系統(tǒng)。
先參照圖1，其中示出用于安全地訪問某區(qū)或某物體的身份驗(yàn)證系統(tǒng)10。例如，身份驗(yàn)證系統(tǒng)10可以和門致動機(jī)構(gòu)連接，以便把通過該門的通道限制成允許使用該身份驗(yàn)證系統(tǒng)10的用戶。在另一個例子中，該身份驗(yàn)證系統(tǒng)10可用于限制訪問諸如計(jì)算機(jī)終端的物體，其只允許被批準(zhǔn)使用該身份驗(yàn)證系統(tǒng)10的用戶訪問該計(jì)算機(jī)終端。
總起來說，身份驗(yàn)證系統(tǒng)10運(yùn)行于二個獨(dú)立的階段。在第一登記階段期間，通過提供永久存儲在身份驗(yàn)證系統(tǒng)10中的指紋圖象和其它標(biāo)識數(shù)據(jù)，用戶在身份驗(yàn)證系統(tǒng)10中登記。晚些時候，在第二驗(yàn)證階段，試圖訪問身份驗(yàn)證系統(tǒng)10所保護(hù)的區(qū)域或?qū)ο蟮挠脩籼峁┲讣y圖象和其它標(biāo)識數(shù)據(jù)，以便和已存儲在身份驗(yàn)證系統(tǒng)10中的其它標(biāo)識數(shù)據(jù)以及指紋圖象進(jìn)行比較，若新提供的其它標(biāo)識數(shù)據(jù)和身份驗(yàn)證系統(tǒng)10中存儲的其它標(biāo)識數(shù)據(jù)匹配，并且若通過由身份驗(yàn)證系統(tǒng)10計(jì)算出的或由操作員提供的驗(yàn)證閾值判定新提供的指紋圖象和身份驗(yàn)證系統(tǒng)10中存儲的指紋圖象基本匹配，則準(zhǔn)許該用戶訪問保密區(qū)或保密對象。反之，身份驗(yàn)證系統(tǒng)10拒絕該用戶的訪問請求。
身份驗(yàn)證系統(tǒng)10的運(yùn)行是由控制單元12控制的，后者最好包含用于執(zhí)行存儲器16中存儲的控制程序指令的控制電路和微處理器(未示出)。存儲器16最好包括用于存儲數(shù)據(jù)和控制程序的長期存儲器(未示出)和用于暫時存儲控制單元12執(zhí)行控制程序期間的控制程序指令和變量的短期程序存儲器。可以在個人或便攜計(jì)算機(jī)中或在專有部件中一起實(shí)現(xiàn)控制單元12和存儲器16?？刂茊卧?2可以和諸如鎖或通/斷開關(guān)的致動器(未示出)連接，以便選擇性地由控制單元12激勵。
用于從用戶獲取指紋圖象的圖象掃描器14和控制部件12連接。圖象掃描器14可以是任何適用于得到指紋圖象的掃描器，例如光的或者電荷耦合器件的掃描器。選用的輸入部件18可和控制單元12連接，以從對圖象掃描器14提供掃描的指紋的用戶獲取其它標(biāo)識數(shù)據(jù)；控制單元12把該其它數(shù)據(jù)和圖象掃描器14得到的指紋圖象關(guān)聯(lián)起來并隨后存儲在存儲器16中。輸入部件18最好是鍵盤或小鍵盤，但可以是任何用于獲取字母數(shù)據(jù)的部件，例如語音識別系統(tǒng)或磁卡讀出器。此外，輸入部件18可包括用于獲取用戶的圖象的圖象捕獲部件。
選用的輸出部件20可和控制部件12連接，以向用戶和/或身份驗(yàn)證系統(tǒng)10的操作員顯示獲得的指紋圖象和其它標(biāo)識數(shù)據(jù)。該輸出部件還可用于由身份驗(yàn)證系統(tǒng)10的操作員監(jiān)視控制單元12對控制程序指令的執(zhí)行。輸出部件最好是視頻顯示監(jiān)視器，其可包括標(biāo)準(zhǔn)CRT或LCD面板。
在詳細(xì)說明本發(fā)明之前，說明一下圖象處理領(lǐng)域中判定二個相等尺寸圖象間的相似度的已知技術(shù)是有幫助的。每個圖象典型地由一些均勻的象素帶組成。例如，1位的黑白圖象由二條均勻帶，黑象素帶和白象素帶，組成。每個均勻帶典型地具有不同數(shù)量的象素。依據(jù)本發(fā)明，在比較二個圖象時，通過比較各個圖象的對應(yīng)均勻帶，得到指示第一圖象和第二圖象之間的相似度的響應(yīng)函數(shù)(以下稱為“RF”)值。高RF值表示二個圖象之間的高相似度，而低RF表示低相似度。最好歸一化RF值以使最小的RF為0，表示這二個被比較的圖象完全不同(例如比較一個全黑圖象和一個全白圖象)，并且最大的RF為1，以表示二個被比較的圖象相同(例如一個全黑圖象和另一個全黑圖象比較)。RF還可用于通過把某特定圖象和一些其它圖象比較，以判定該特定圖象的唯一性，其中當(dāng)比較操作的RF值一致低時，該特定圖象具有相對高的唯一性度。利用圖象處理領(lǐng)域中已知一些技術(shù)中的一種技術(shù)可計(jì)算RF的歸一化值。
現(xiàn)參照圖2，圖中示出表示依據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施例的圖1控制單元12的登記控制程序的邏輯流程圖。在操作員于步驟100開始該程序并指示要登記的用戶把預(yù)定手指放在圖象掃描器14后，控制單元12在步驟102從圖象掃描器14獲取指紋參考圖象(以下稱為“參考圖象”)。典型地，參考圖象是在通常具有256個灰度的半色調(diào)形式下得到的。
在選用的步驟104中，可對參考圖象濾波，例如利用從圖象處理技術(shù)中周知的各種濾波器中選擇的移動窗口濾波器，以便遏制隨機(jī)噪聲。在該步驟還可對該參考圖象進(jìn)行其它的圖象處理濾波操作。在步驟106，最好二元化參考圖象。在二元化的初始階段涉及根據(jù)動態(tài)確定的閾值去掉參考圖象中的大尺度的亮度變化。動態(tài)閾值可在由控制單元12在整個參考圖象上移動的預(yù)定尺寸的窗口中設(shè)置。對該窗口的每個位置，計(jì)算該參考圖象在窗口中的所有象素值的累積分布函數(shù)(以下稱為“CDF”)。并且確定CDF的中值?？梢砸砸恍┘夹g(shù)中周知的技術(shù)確定CDF。該CDF中值充當(dāng)窗口的當(dāng)前中央象素的動態(tài)二元化閾值。對原始圖象上的移動窗口的所有可能位置重復(fù)該處理。最好按下式重新計(jì)算移動窗口的當(dāng)前中央象素z′=zMoM′]]>其中z是中央象素的原始值(即，亮度)，z′是新值，M是移動窗口的當(dāng)前位置的CDF中值，而Mo是根據(jù)設(shè)計(jì)選擇選取的一個預(yù)先規(guī)定的常數(shù)值。從而，事實(shí)上，經(jīng)過這種處理的新參考圖象在所有的位置上具有相同的CDF中值。該處理去掉圖象中的任何大尺度的亮度變化。
在第二二元化階段，為減少表示每個象素的位數(shù)，粗糙地量化參考圖象，掃描得到的參考圖象中每個象素的典型位數(shù)為8，以允許256個不同的灰度。其每個象素具有更多位數(shù)的圖象使圖象處理系統(tǒng)負(fù)擔(dān)成比便增加的存儲要求和處理要求。從而，在象指紋圖象那樣的圖象的半色調(diào)等級不重要的情況中，為了減少存儲及處理要求，希望減少圖象中每個象素的位素。每個象素位數(shù)的減少相對容易實(shí)現(xiàn)。例如，為了把8位的參考圖象減少到4位的或16個灰度的圖象，就把原始參考圖象中每16個相繼的灰度合并成新參考圖象中的單個灰度。具體地，0到15的灰度合并成新的0灰度、16到31合并成新的1灰度、依此類推，并把240到255的灰度合并成新的灰度15。在第二二元化階段最好把參考圖象從8位圖象減小到1位圖象，即把灰度0到127合并成新灰度0和把灰度128到255合并成新灰度1。為了在丟失信息的最小可能性下二元化參考圖象，最好把初始二元化階段中的Mo設(shè)定為128。
在步驟108，控制單元定義預(yù)定數(shù)量的定位在并復(fù)蓋著參考圖象上的候選參考段(以下稱“RSC”)。現(xiàn)參照圖6，其中示出五個RSC 502-510復(fù)蓋一個示例的二元化的參考圖象500。所定義的RSC的具體數(shù)量、大小以及初始位置只是設(shè)計(jì)選擇的事情；圖6中示出的五個502-510以及它們的初始位置純粹是示例選擇的。
四個RSC504-510占據(jù)示例參考圖象500的中央部分的相鄰但不迭加的位置并形成一個較大的矩形，而第五個RSC 502占據(jù)該矩形的中央位置?？砂阎醒隦SC 502指定為主要RSC，并且最好把其它的RSC504-510指定為次要RSC。當(dāng)然可把RSC 502之外的任一個RSC指定成主要的，而包括RSC 502的其它RSC可相應(yīng)地指定成次要的。
合起來看，RSC最好復(fù)蓋整個參考圖象的基本部分，以確保在后面連同圖4A和4B說明的以后的驗(yàn)證階段期間出錯的可能性非常低。然而，每個RSC在尺寸上足夠小，以使控制單元12能承受圖象的非線性失真，在參考圖象獲取步驟102期間若以不均勻的力把手指的不同部分按在圖象掃描器14上或者斜向地把手指按在圖象掃描器14上會出現(xiàn)失真。
現(xiàn)回到圖2，在步驟110，控制單元12從RSC502開始對每個RSC502-510執(zhí)行“參考段及閾值選擇”(以下稱“RS/TS)子程序。計(jì)算機(jī)編程技術(shù)中周知，可把子程序作為設(shè)計(jì)成執(zhí)行主控程序請求的特定任務(wù)的子例程。采用子程序的一個好處是二個或多個程序可使用相同的子程序執(zhí)行某特定功能?，F(xiàn)代編程技術(shù)還包括功能類似于子程序的可編程“目標(biāo)”?？删幊獭澳繕?biāo)”的主要優(yōu)點(diǎn)是一旦開發(fā)出執(zhí)行某特定功能的某“目標(biāo)”，它便可使用于任何希望使用該功能的程序中。
現(xiàn)參照圖3，控制單元12從RSC 502開始為每個RSC 502-510執(zhí)行RS/TS子程序，以確定復(fù)蓋著參考圖象的各最獨(dú)特部分的各RSC502-510最佳位置。在完成子程序執(zhí)行后由各個RSC 502-510復(fù)蓋的參考圖象的各部分被稱為參考段1至5(以下稱為“RS_1”至“RS_5”)。RS/TS子程序還可確定一組驗(yàn)證閾值(以下稱為“VER_THRES”)，每個VER_THRES對應(yīng)于RS_1到RS_5中的一個特定RS。在后面利用各VER_THERS值確定后面連同圖4A～4B說明的驗(yàn)證階段期間中所使用的總閾值。
在詳細(xì)說明RS/TS子程序之前，首先請注意出于更大的簡明性，把該子程序得到的當(dāng)前RS表達(dá)成RS_X，并且還把對應(yīng)的當(dāng)前VER_THRES表達(dá)成VER_THRES_X，其中X的取值范圍從1到5，X的每個值對應(yīng)于某特定RSC。
RS/TS子程序開始于步驟112，并進(jìn)入一個其中控制單元12定義一個以當(dāng)前被處理的RSC(例如，RSC 502)為中心的第一選定區(qū)的步驟114。在步驟116到124實(shí)現(xiàn)的RS/TS子程序的的主要目的中的一個是定位第一選定區(qū)中的參考圖象的最獨(dú)特部分，其大小和繞其定義第一選定區(qū)的RSC的大小相同。只要第一選定區(qū)大于當(dāng)前的RSC，第一選定區(qū)的大小只是一個設(shè)計(jì)選擇事項(xiàng)。
在步驟116，控制部件12把第一選擇區(qū)中初始位置上的被定尺寸RSC區(qū)定義成RS_X的一個可能候選。該定尺寸RSC區(qū)的初始位置只是一項(xiàng)設(shè)計(jì)選擇事項(xiàng)。例如，該定尺寸RSC的初始位置可以在當(dāng)前RSC的位置上或者可在第一選擇區(qū)的左上部上。在步驟118，控制單元定義以當(dāng)前定義好的該定尺寸RSC區(qū)為中心的第二選擇區(qū)。只要第二選手驅(qū)大于該定尺寸RSC區(qū)，第二選擇區(qū)的尺寸只是一項(xiàng)設(shè)計(jì)選擇事項(xiàng)。請參照圖7，其中示例示出帶有以其為中心的第一選擇區(qū)512的RSC 502，定尺寸的RSC區(qū)514以及以區(qū)514為中心的第二選擇區(qū)516。
現(xiàn)回到圖3，在步驟120，通過順序地把當(dāng)前定義的定尺寸RSC區(qū)和所有其它的位于第二選擇區(qū)中但又不和其直接鄰接的定尺寸RSC區(qū)進(jìn)行比較，為第二選擇區(qū)中的所有定尺寸RSC區(qū)計(jì)算一組RF值，接著把這組RF值存儲到存儲器16。在步驟122，通過從1減去在步驟120中確定并存儲的該組RF值中的最大RF值(以下稱為“RF_HIGH”)，確定用于該當(dāng)前定尺寸RSC區(qū)的唯一性因子(以下稱“UN_FACT”)。接著把UN_FACT、RF_HIGH和該當(dāng)前定尺寸RSC區(qū)的位置關(guān)聯(lián)起來并暫時存儲在存儲器16中。在判定步驟124，控制單元12判定該當(dāng)前定尺寸的RSC區(qū)是否是第一選擇區(qū)中最后一個要確定的定尺寸RSC區(qū)。若該當(dāng)前的定尺寸RSC區(qū)不是第一選擇區(qū)中的最后一個要確定的定尺寸RSC區(qū)，則控制單元12進(jìn)入步驟126，在其中選擇第一選擇區(qū)中的一個新的定尺寸區(qū)，并且接著返回步驟118以確定新選擇的定尺寸RSC區(qū)的唯一性。反之，控制部件12進(jìn)入步驟128。在步驟128，控制單元12從存儲器16的暫時存儲中選擇具有最大UN_FACT的定尺寸RSC區(qū)，并且在存儲器16中把由該選定尺寸RSC區(qū)包圍的參考圖象部分按RS_X存儲，而且還存儲UN_FACT和RF_HIGH。
在步驟130，根據(jù)下式計(jì)算VER_THRES_XVER_THRES_X＝RF_HIGH+A(UN_FACT)其中“A”是一個取值范圍從略大于0到1的預(yù)定常數(shù)，并且做為一個設(shè)計(jì)選擇項(xiàng)選取。從上式可看出，較大的A增加VER_THRES_X的大小。在步驟132，把該VER_THRES_X存儲到存儲器16中。在步驟134，控制單元12結(jié)束RS/TS子程序。在控制單元12為每個RSC執(zhí)行RS/TS子程序后，在帶有RS_1至RS_5以及VER_THRES_1至VER_THRES_5值下控制單元12返回圖2的登記控制程序中的步驟136。請注意，由于RS/TS子程序的目的是對參考圖象的最獨(dú)特部分定位，故RS_1到RS_5的位置可能很不同于圖6中所示的RSC 502至510的初始位置。現(xiàn)參照圖8，其中示出示例參考圖象500上的RS_1518至RS_5524的示例定位。
現(xiàn)回到圖2，在步驟136，對于VER_THRES_1至VER_THRES_5進(jìn)行數(shù)字組合以形成一個取值范圍和各VER_THRES的范圍相同的總閾值(以下稱為“TOT_THRES”)。TOT_THRES最好是值VER_THRES_1至VER_THRES_5的平均值。但是，可通過其它數(shù)學(xué)運(yùn)算得到TOT_THRES，例如VER_THRES_1至VER_THRES-5各值的加權(quán)平均值或平均值。
如后面連同圖4B說明那樣，在以后的驗(yàn)證階段把TOT_THRES值作為接收或拒絕某用戶的判定因子。TOT_THRES是動態(tài)確定的值并且隨每個指紋圖象變化。例如，具有少量獨(dú)特部分的指紋圖象將具有相對低的TOT_THRES，而具有數(shù)量多的獨(dú)特部分的指紋圖象將具有相對高的TOT_THRES。從而，依據(jù)本發(fā)明，TOT_THRES值和各用戶指紋的唯一性度相適應(yīng)。備擇地，代替計(jì)算VER_THRES-1至VER_THRES_5值和從中確定TOT_THRES值，而可以作為一個設(shè)計(jì)選擇項(xiàng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇TOT_THRES值。例如，可把TOT_THRES值設(shè)置成范圍從0.6接近“1”之間的一個單值。熟練的技術(shù)人員可理解，通過提高參考圖象和驗(yàn)證圖象之間的相似性要求，較大的TOT_THRES提供更高的安全性。
在步驟138，把步驟110得到的RS_1至RS_5存入在存儲器16中存儲的參考文件(以下稱為“REF_FILE”)里?？刂茊卧?2最好為身份驗(yàn)證系統(tǒng)10的每個登記用戶建立獨(dú)立的REF_FILE，用于存儲在登記階段期間從該用戶得到的參考數(shù)據(jù)以及其它數(shù)據(jù)。還在REF_FILE中存儲一組RS_2至RS_5相對于RS_1的象素坐標(biāo)，供驗(yàn)證階段期間使用。
在步驟140，控制單元12從正在登記的用戶得到其它標(biāo)識數(shù)據(jù)(以下稱為“ID_DATA”)?？捎捎脩糨斎牖蛘吡碛奢斎氩考?8獲得ID_DATA，它最好包括并不限于由用戶或操作員選擇的個人標(biāo)識碼、用戶的個人信息以及用戶圖象。替代地，可由控制單元12生成至少一部分的ID_DATA。例如，控制單元可為正在登記的用戶隨機(jī)生成并分配一個個人標(biāo)識碼。在步驟142，ID_DATA和REF_FILE關(guān)聯(lián)并存入REF_FILE中，從而當(dāng)以后用戶通過輸入部件18輸入其個人標(biāo)識碼時，可由控制單元12從存儲器16檢索和該個人標(biāo)識碼關(guān)聯(lián)的(若存在)REF_FILE。供選用地，可把至少一部分的ID_DATA嵌入到給用戶的磁條卡(未示出)上。然后控制單元12在步驟144結(jié)束登記控制程序。
現(xiàn)參照圖4A，其中示出依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例表示用于圖1的控制單元12的驗(yàn)證控制程序的邏輯流程圖。在某用戶試圖訪問身份驗(yàn)證系統(tǒng)10保護(hù)的物體或區(qū)域的驗(yàn)證階段期間，由控制單元12執(zhí)行該驗(yàn)證控制程序。當(dāng)例如試圖訪問的用戶把手指放在圖象掃描器14上時，控制單元在步驟200開始該程序。在步驟202，控制單元12從圖象掃描器14得到指紋驗(yàn)證圖象(以下稱為“驗(yàn)證圖象”)。典型地，驗(yàn)證圖象是以通常具有256個灰度的半色調(diào)形式得到的。
在選用步驟204中，驗(yàn)證圖象可由控制單元12根據(jù)上面會同步驟104說明的圖象濾波技術(shù)(圖2)濾波。在選用步驟206中，驗(yàn)證圖象可由控制單元12根據(jù)上面會同步驟106(圖2)說明的技術(shù)進(jìn)行閾值二元化。盡管二元化驗(yàn)證圖象不是必需的，但為了提高驗(yàn)證控制程序的執(zhí)行速度，最好對驗(yàn)證圖象進(jìn)行二元化。
在步驟208，經(jīng)輸入部件18從用戶得到諸如個人標(biāo)識碼的ID_DATA。例如，用戶可通過鍵盤輸入個人標(biāo)識碼，或者，若已把個人標(biāo)識碼嵌入到磁條卡上則通過讀卡機(jī)刷卡。在判定步驟210，所得到的ID_DATA和存儲器16中各REF_FILE中存儲的各ID_DATA匹配。若未找到匹配，則控制單元12進(jìn)入步驟212，其中按不匹配拒絕該驗(yàn)證圖象并終止驗(yàn)證控制程序，以禁止該用戶訪問該保密體或保密區(qū)。若在判定步驟210找到匹配，則控制單元12進(jìn)入步驟214，以檢索和步驟208中得到的ID_DATA關(guān)聯(lián)的REF_FILE。在步驟216，控制單元12從REF_FILE檢索RS_1圖象。在步驟218，控制單元12在驗(yàn)證圖象的主要部分上定義一個驗(yàn)證搜索區(qū)。在步驟220，控制單元12調(diào)用“最佳匹配隊(duì)列”(以下稱為“MBQ”子程序)以確定驗(yàn)證圖象上與RS_1對應(yīng)的至少一個的最佳匹配可能位置。例如，帶有幾個相似區(qū)的驗(yàn)證圖象可具有多于一個的形似的最佳匹配位置，但其中只有一個正確的。BMQ子程序的用途是確定一個或多個這種可能的最佳匹配位置，以使控制單元12晚些時候能斷定其中的哪一個是正確位置(若存在的話)。
依據(jù)本發(fā)明，在圖5A中示出BMQ子程序的第一實(shí)施例，并在圖5B中示出BMQ子程序的第二實(shí)施例。
參照圖5A，其示出BMQ子程序的第一實(shí)施例。在步驟300控制單元12啟動BMQ子程序，并進(jìn)入任選步驟302，其中通過按設(shè)計(jì)選擇項(xiàng)選擇的其范圍最好是4至8的一個偶數(shù)的預(yù)定分辨率因子(以下稱為“RES_FACTOR”)，減小該驗(yàn)證區(qū)復(fù)蓋的驗(yàn)證圖象的分辨率和RS_1的分辨率。找到驗(yàn)證搜索區(qū)中的一個或多個RS_1的最佳匹配位置是一項(xiàng)相對費(fèi)時和費(fèi)計(jì)算的任務(wù)。由于在減小尺寸的圖象下更容易定位最佳匹配位置，故通過RES_FACTOR暫時減小驗(yàn)證圖象的驗(yàn)證搜索區(qū)部分以及RS_1自身二者的分辨率可減小圖象尺寸并且從而以正比于RES_FACTOR的幅值的比例提高處理速度。最好通過簡單地把原始圖象數(shù)量等于RES_FACTOR的相鄰象素合并成分辯率減小的圖象中的單個象素，減小圖象分辨率。參照圖9，圖中示出RES_FACTOR為4的分辨率減小的一個例子。原始圖象528中的象素a1-a4相組合以構(gòu)成分辨率減小圖象530中的單個象素b1，等等。若RES_FACTOR的幅值為8，則a1至a16的所有象素組合構(gòu)成單個象素b1。在BMQ子程序結(jié)束時，在步驟318把驗(yàn)證搜索區(qū)和RS_1恢復(fù)到原始分辨率。對于BMQ子程序，步驟302和318不是必不可缺的，但明顯地減少了BMQ子程序的執(zhí)行時間和所需的處理能力。
現(xiàn)回到圖5A，在步驟304，控制單元12把初始定尺寸的RS_1區(qū)定義成帶有驗(yàn)證搜索區(qū)中相關(guān)坐標(biāo)的第一驗(yàn)證參考段(以下稱為“URS”)。最好最初把VRS定位在驗(yàn)證搜索區(qū)的拐角處，例如在左上部。在步驟306，通過RS_1和當(dāng)前定義的VRS的比較，控制單元定義和當(dāng)前定義的VRS對應(yīng)的具體驗(yàn)證RF(以下稱“VER_RF)值。在步驟308，控制單元12把VER_RF和最佳匹配閾值(以下稱“BM_THRES”)比較。BM_THRES是一個設(shè)計(jì)選擇項(xiàng)，不過最好選為約在0.5和0.99之間。若VER_RF超過BM_THRES，則控制單元12進(jìn)入步驟310，其中按遞減次序把VER_RF存儲到存儲器16中的最佳匹配隊(duì)列(以下稱“BM_QUEUE)，并且其中控制單元12還存儲和步驟306中確定的VER_RF值對應(yīng)的當(dāng)前定義的VRS的相關(guān)坐標(biāo)。從而，若在該步驟的相繼執(zhí)行期間在BM_QUEUE中存儲更多的VER_RF值，則所有的VER_RF值以幅值的遞減次序存儲。接著控制單元12進(jìn)入判定步驟312。
若在判定步驟308確定VER_RF不大于BM_THRES，則控制單元12進(jìn)入判定步驟312以判定當(dāng)前定義的VRS是否是驗(yàn)證搜索區(qū)中的最后一個唯一的定尺寸RS_1區(qū)。若該當(dāng)前定義的VRS是驗(yàn)證搜索區(qū)的最后一個唯一的定尺寸RS_1區(qū)，則控制單元12進(jìn)入判定步驟314，反之控制單元12進(jìn)入步驟322。在判定步驟314，控制單元12判定BM_QUEUE是否是空的。若數(shù)次執(zhí)行判定步驟308后VER_RF值都不超過BM_THRES會出現(xiàn)這種情況。若BM_QUEUE不是空的，則控制單元12進(jìn)入步驟318。若另一方面BM_QUEUE是空的，則在步驟316控制單元12在BM_QUEUE中存儲最高的VER_RF以及關(guān)聯(lián)的URS坐標(biāo)，接著進(jìn)入步驟318。
在步驟318，控制單元借助RES_FACTOR存儲該驗(yàn)證圖象的該驗(yàn)證搜索區(qū)部分及RS_1的分辨率，并在步驟320結(jié)束BMQ子程序。在步驟322，控制單元12選擇一個新的定尺寸RS_1區(qū)作為URS并且返回步驟306。通過對先前定義的VRS區(qū)偏離一個象素選擇一個定尺寸RS_1區(qū)，可選出新的VRS。
這樣，在檢驗(yàn)驗(yàn)證圖象區(qū)中的所有定尺寸RS_1區(qū)后，在BM_QUEUE中存儲至少一個可能的最佳匹配位置的坐標(biāo)以及對應(yīng)的VER_RF值。
參照示范性的圖10，其中示出示例的驗(yàn)證搜索區(qū)532。VRS 534是最初定義的VRS，VRS 536是稍后定義的VRS，而VRS 538是在該示例驗(yàn)證搜索區(qū)532中的最后一個VRS。
現(xiàn)參照圖5B，圖中示出BMQ子程序的第二實(shí)施例?？刂茊卧?2在步驟400開始BMQ子程序，并進(jìn)入選用步驟402，在其中通過上面會同步驟302(圖5A)說明的RES_FACTOR，減小驗(yàn)證區(qū)復(fù)蓋的驗(yàn)證圖象的分辨率以及RS_1的分辨率。在步驟404，控制單元12把初始的定尺寸RS_1區(qū)定義為帶有驗(yàn)證搜索區(qū)中關(guān)聯(lián)坐標(biāo)的第一驗(yàn)證參考段(以下稱“VRS”)。最好最初把VRS定位在驗(yàn)證搜索區(qū)的拐角處，例如左上部。在步驟406，通過RS_1和當(dāng)前定義的VRS的比較，控制單元確定和當(dāng)前定義的VRS對應(yīng)的VER_RF值。
在步驟408，控制單元12按幅值的遞減次序把VER_RF值存儲到存儲器16中的最佳匹配暫時緩沖器(以下稱“BM_TEMP”)里，并且存儲和步驟406中確定的VER_RF值對應(yīng)的當(dāng)前定義的VRS的關(guān)聯(lián)坐標(biāo)。這樣，隨著相繼地執(zhí)行該步驟，在BM_TEMP中存儲更多的VER_RF值，并且所有的VER_RF值是以幅值的遞減次序存儲的。在判定步驟的410，控制單元判定當(dāng)前定義的VRS是否是驗(yàn)證搜索區(qū)中的最后一個唯一的定尺寸RS_1區(qū)。若該當(dāng)前定義的VRS是驗(yàn)證搜索區(qū)中的最后的唯一定尺寸RS_1區(qū)，則控制單元12進(jìn)入步驟412，反之控制單元12進(jìn)入步驟418。
在步驟412，控制單元12從BM_TEMP選出N個最大的VER_RF值以及關(guān)聯(lián)的VRS坐標(biāo)并把它們存儲在BM_QUEUE中，其中N是一個按設(shè)計(jì)選擇項(xiàng)選擇的整數(shù)。在步驟414，控制單元借助RES_FACTOR恢復(fù)驗(yàn)證圖象的驗(yàn)證搜索區(qū)部分以及RS_1的分辨率，并在步驟416結(jié)束BMQ子程序。在步驟418，控制單元12選擇一個新的定尺寸的RS_1區(qū)作為VRS并返回到步驟406?？梢栽诓襟E418通過從原先定義的VRS區(qū)選擇偏離一個象素的定尺寸RS_1區(qū)，選擇新的VRS。
從而，在檢驗(yàn)驗(yàn)證圖象區(qū)的所有定尺寸RS_1區(qū)后，在BM_QUEUE中存儲N個可能的最佳匹配位置的坐標(biāo)以及它們的相應(yīng)VER_RF值。
在執(zhí)行圖5A中或者圖5B中說明的BMQ子程序之后，控制單元12回到圖4A的步驟222，其中從BM_QUEUE檢索第一個(即，最大的)VER_RF值以及關(guān)聯(lián)的VRS坐標(biāo)。在步驟224，控制單元12在驗(yàn)證圖象上把RS_1定位到當(dāng)前檢索到的VRS坐標(biāo)上。在步驟226，控制單元12從REF_FILE檢索RS_2至RS_5，并在步驟228中在該驗(yàn)證圖象上把RS_2至RS_5定位到先前在步驟138(圖2)存儲的相對于RS_1的當(dāng)現(xiàn)位置的各自的象素坐標(biāo)上。
在步驟230，控制單元12定義以各個RS_2至RS_5為中心的次要驗(yàn)證區(qū)。各次要驗(yàn)證區(qū)最好大于各自的RS_2至RS_5。在步驟232至236，控制單元12在各自的次要搜索區(qū)中為每個RS定位最可能(即，“最佳”)位置，并把每個RS移到其各自的最佳位置上。在步驟232，通過對每個單獨(dú)的RS和其各自的次要驗(yàn)證區(qū)中的所有尺寸一樣的圖象段進(jìn)行比較，控制單元12為RS_2至RS_5中的每個確定一組RF值。接著對每個RS_2至RS_5，確定一個在其各自的次要驗(yàn)證區(qū)中具有最大RF值的等尺寸段的位置。在步驟234，控制單元12把步驟232所確定的各個等尺寸段位置設(shè)置為各對應(yīng)RS的最佳位置。在步驟236，控制單元12在驗(yàn)證圖象上把RS_2至RS_5中的每個移到其各自的最佳位置。
在步驟238，通過把RS_1至RS_5內(nèi)的所有象素和由RS_1至RS_5的當(dāng)前位置復(fù)蓋的驗(yàn)證圖象部分中的所有象素進(jìn)行比較，控制單元12確定總RF(以下稱“TOTAL_RF”)。從而該方法把由RS_1至RS_5代表的大部分原始參考圖象和經(jīng)動態(tài)地確定RS_1至RS_5的最佳匹配位置而定義的區(qū)域組成的全局多段樣板所復(fù)蓋的大部分驗(yàn)證圖象進(jìn)行比較，以便確定表示參考圖象和驗(yàn)證圖象之間的相似性的總RF。由于和先前已知系統(tǒng)不同，比較大部分的圖象并且從中得到一個全局RF，所以諸如因手指上的傷痕或污物，不正確地斜著把手指放在圖象掃描器上或圖象掃描器本身上的污物所造成的參考圖象的驗(yàn)證圖象之間差異對比較處理精度的影響很小或沒有影響。
在判定步驟240，控制單元12對TOTAL_RF和步驟136(圖2)中確定的或另外選取的TOT_THRES進(jìn)行比較。若TOTAL_RF大于TOT_THRES，則控制單元12進(jìn)入步驟242，其中該驗(yàn)證圖象由于基本上類似于參考圖象而被認(rèn)可并準(zhǔn)許該用戶訪問保密體或保密區(qū)。反之控制單元12進(jìn)入判定步驟244，其中判定當(dāng)前選取的VER_RF是否是BM_QUEUE中的最后一個。若當(dāng)前的VER_RF不是最后一個，則控制單元12進(jìn)入步驟246，其中從BM_QUEUE檢索下個最大的VER_RF值以及其關(guān)聯(lián)的VRS坐標(biāo)并且接著返回到步驟224。反之控制單元12進(jìn)入步驟212。
請注意，在少量修改下本發(fā)明的身份驗(yàn)證系統(tǒng)10可實(shí)施各種指紋匹配應(yīng)用。例如，替代得到用戶的ID_DATA和以后檢索關(guān)聯(lián)的REF_FILE，身份驗(yàn)證系統(tǒng)10可以在驗(yàn)證階段期間只從試圖訪問的用戶得到驗(yàn)證圖象，并且接著相繼地把所得到的驗(yàn)證圖象和存儲器16中各REF_FILE中存儲的所有參考圖象比較，直至或者找到匹配，或者最后一個參考圖象未成功地匹配所得到的驗(yàn)證圖象而拒絕該用戶。這種修改還可以應(yīng)用到執(zhí)法機(jī)構(gòu)上，其中自動地把嫌疑犯的驗(yàn)證指紋圖象順序地和執(zhí)法機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中存儲的所有參考指紋圖象進(jìn)行比較。
然而，盡管按應(yīng)用于其各優(yōu)選實(shí)施例示出，說明并指出本發(fā)明的基本的新穎特性，但應(yīng)理解，在不背離本發(fā)明的精神下業(yè)內(nèi)人士可對所示出的各部件及各方法以及它們的操作在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種刪略、替代和修改。例如，很明顯，以基本相同的方式達(dá)到相同結(jié)果的執(zhí)行基本相同的功能的那些元部件和/或方法步驟的所有組合是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。從而，其意圖只由附屬權(quán)利要求書所指示的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種用于把由多個第一象素組成的預(yù)定圖象分辯率的第一圖象和由多個第二象素組成的該預(yù)定圖象分辨率的第二圖象進(jìn)行比較以判定這二個圖象是否基本上相似的方法，所述方法在具有存儲器的數(shù)字處理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，其包括步驟(a)獲取第一圖象；(b)定義多個在第一圖象的基本部分上定位的相鄰參考樣板，其中每個所述參考樣板包圍第一圖象的不同部分；(c)把所述多個參考樣板中的一個參考樣板指定成主要參考樣板，并把所有其它的參考樣板指定成次要參考樣板；(d)在每個所述參考樣板的周圍定義一個以各參考樣板為中心的各對應(yīng)的第一選擇區(qū)，每個所述第一選擇區(qū)大于各自的參考樣板；(e)在所述對應(yīng)的第一選擇區(qū)對每個參考樣板確定最佳位置，其中每個參考樣板的所述最佳位置代表各個第一選擇區(qū)內(nèi)第一圖象的最獨(dú)特部分，所述最獨(dú)特部分的尺寸和各自的參考樣板的尺寸相同；(f)把每個參考樣板移到其對應(yīng)的最佳位置處；(g)在用作參考文件的存儲器中存儲各個第一選擇區(qū)的最獨(dú)特部分，其中把和所述主要參考樣板對應(yīng)的最獨(dú)特部分指定成主要參考段，并且把和所述多個所述次要參考樣板中的具體一個對應(yīng)的各最獨(dú)特部分指定成多個所述次要參考段；(h)在存儲器的所述參考文件中存儲每個次要參考段相對于所述主要參考段的坐標(biāo)位置組；(i)定義一個由所述主要參考段以及所述多個次要參考段內(nèi)的第一圖象的象素構(gòu)成的參考區(qū)域；(j)得到第二圖象；(k)在第二圖象的基本部分上定義第一搜索區(qū)；(l)從存儲器的所述參考文件中檢索所述主要參考段和所述多個次要參考段；(m)把所述主要參考段和所述第一搜索區(qū)內(nèi)第二圖象的所有主要參考段定尺寸部分進(jìn)行比較，以確定所述主要參考段和第二圖象中的等尺寸部分之間的最接近匹配的位置，其中把所述等尺寸部分指定成最接近匹配位置；(n)把主要參考段定位在所述至少一個最為接近的匹配位置處，并且根據(jù)所述各個所述次要參考段相對于所述主要參考段的坐標(biāo)位置組，在所述第二圖象上定位所述多個次要參考段；(o)定義多個第二搜索區(qū)樣板，每個第二搜索區(qū)樣板對應(yīng)于所述次要參考段中的一個，每個第二搜索區(qū)樣板以一個所述對應(yīng)的次要參考段為中心；(p)把每個次要參考段和其對應(yīng)的第二搜索區(qū)內(nèi)的第二圖象的所有次要參考段的定尺寸部分進(jìn)行比較，以便為其對應(yīng)的第二搜索區(qū)內(nèi)的每個次要參考段確定最佳匹配位置，從而得到和所述多個次要參考段對應(yīng)的多個第二圖象的最佳匹配部分；(q)定義由所述最接近匹配部分以及所述多個最佳匹配部分內(nèi)的第二圖象的各象素構(gòu)成的驗(yàn)證區(qū)；以及(r)比較所述參考區(qū)和所述驗(yàn)證區(qū)以確定總響應(yīng)值，所述總響應(yīng)值表示所述參考區(qū)和所述驗(yàn)證區(qū)的相似度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(s)在所述步驟(r)后比較所述總響應(yīng)值和預(yù)定的總閾值，并且當(dāng)所述總響應(yīng)值超過所述預(yù)定的閾值時，把第二圖象接受成基本上和第一圖象相似，反之則按基本上不和第一圖象相似而拒絕第二圖象。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(t)在所述步驟(a)之后但在所述步驟(b)之前，對第一圖象濾波以至少去掉信號噪聲以及其上的亮度變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(u)在所述步驟(a)之后但在所述步驟(b)之前，根據(jù)預(yù)定義的二元化閾值二元化第一圖象。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(v)在所述步驟(j)之后但在所述步驟(k)之前，對第二圖象濾波以至少去掉信號噪聲以及其上的亮度變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(w)在所述步驟(j)之后但所述步驟(k)之前，根據(jù)預(yù)定義的二元化閾值二元化第二圖象。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述步驟(e)還包括步驟(x)對每個所述參考樣板(1)對所述對應(yīng)的第一搜索區(qū)中的每個參考樣板定尺寸的區(qū)域(A)定義一個以某個參考樣板定尺寸區(qū)域?yàn)橹行牡膶?yīng)第二選擇區(qū)，所述第二選擇區(qū)大于所述參考樣板定尺寸區(qū)域；(B)把所述第一多個象素中由所述參考樣板定尺寸區(qū)域包圍的一組象素和所述第一多個象素中的由所述第二搜索區(qū)內(nèi)的多個其它參考樣板定尺寸區(qū)域的每一個所包圍的其它象素組進(jìn)行比較，以便為所述參考樣板定尺寸區(qū)域確定多個響應(yīng)函數(shù)值，所述多個響應(yīng)函數(shù)值中的每個響應(yīng)函數(shù)值表示并且正比于所述參考樣板定尺寸區(qū)域和所述多個其它參考樣板定尺寸區(qū)域中的一個不同的區(qū)域之間的相似度，其中較低的響應(yīng)函數(shù)值表示低相似度，而較高的響應(yīng)函數(shù)值表示高相似度，并且其中響應(yīng)函數(shù)的最大值為一；(C)根據(jù)下式確定所述參考樣板定尺寸區(qū)域的唯一性因子唯一性因子＝(1-RF_HIGH)其中RF_HIGH是所述多個響應(yīng)函數(shù)值中的最大響應(yīng)函數(shù)值；以及(2)把具有最大唯一性因子的參考樣板定尺寸區(qū)域的位置存儲為所述參考樣板的最佳匹配位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述步驟(x)還包括步驟(3)根據(jù)下式確定參考閾值參考閾值＝RF_HIGH+A(唯一性因子)其中A是一個預(yù)先定義的閾常數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括步驟(y)在所述步驟(e)后和所述步驟(f)前，通過下述之一確定總閾值確定所述步驟(x)(3)中獲得的所述各參考閾值的加權(quán)均值，和確定所述步驟(x)(3)中獲得的所述各參考閾值的平均值；以及(z)在所述步驟(h)后和所述步驟(j)前，把所述總閾值存儲到存儲器中的所述參考文件里。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括步驟(aa)在所述步驟(a)后和所述步驟(j)前，從用戶獲取構(gòu)成所述用戶的個人標(biāo)識碼的其它標(biāo)識數(shù)據(jù)；以及(bb)存儲所述其它的標(biāo)識數(shù)據(jù)，并把所述其它標(biāo)識數(shù)據(jù)和存儲器中的所述參考文件相關(guān)聯(lián)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述步驟(aa)包括隨機(jī)地選擇構(gòu)成所述用戶的個人標(biāo)識碼的其它標(biāo)識數(shù)據(jù)的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括步驟(cc)在所述步驟(k)后和所述步驟(l)前，從試圖驗(yàn)證基本上相似于第一圖象的第二圖象的用戶獲取個人標(biāo)識碼；以及(dd)判定在所述獲取的個人標(biāo)識碼和存儲器中的所述參考文件中存儲的所述個人標(biāo)識碼之間是否存在匹配，并且當(dāng)存在匹配時進(jìn)入所述步驟(l)，而反之則由于第二圖象基本上不同于第一圖象而被拒絕并且終止比較處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中所述其它標(biāo)識數(shù)據(jù)還包括至少下述之一所述用戶的個人信息和所述用戶的圖象。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述主要參考段為預(yù)定的段分辨率，該方法還包括步驟(ee)在所述步驟(l)后和所述步驟(m)之前，通過預(yù)定的分辨率因子減小第二圖象和圖象分辨率以及所述主要參考段的所述段分辨率；以及(ff)在所述步驟(m)后和所述步驟(n)之前，通過所述預(yù)定的分辨率因子增加第二圖象的圖象分辨率以及所述主要參考段的所述段分辨率。
15.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述步驟(m)包括步驟(gg)把所述主要參考段和各個在所述第一搜索區(qū)中具有一組相關(guān)坐標(biāo)的主要參考段定尺寸區(qū)域進(jìn)行比較，以確定預(yù)定數(shù)量的最大驗(yàn)證響應(yīng)以及對應(yīng)的具體的參考段定尺寸區(qū)域的所述相關(guān)坐標(biāo)，每個驗(yàn)證響應(yīng)值表示并且幅值上正比于所述主要參考段和某對應(yīng)的具體的主要參考段定尺寸區(qū)域之間的相似度；(hh)在存儲器中的最佳匹配隊(duì)列里按幅值的遞減次序存儲所述預(yù)定數(shù)量的最大驗(yàn)證響應(yīng)值，并且存儲所述各組各和所述預(yù)定數(shù)量的最大驗(yàn)證響應(yīng)值中的某具體驗(yàn)證響應(yīng)值對應(yīng)的所述具體主要參考段定尺寸區(qū)域的相關(guān)坐標(biāo)；其中所述步驟(n)包括步驟(ii)從所述最佳匹配隊(duì)列檢索和所述預(yù)定數(shù)量和最大驗(yàn)證響應(yīng)值中的某最大驗(yàn)證響應(yīng)值對應(yīng)的某第一主要參考段定尺寸區(qū)域的一組相關(guān)坐標(biāo)；(jj)把所述主要參考段定位在所述第二圖象上的所述檢索出的相關(guān)坐標(biāo)組處；(kk)根據(jù)每個所述次要參考段的坐標(biāo)位置組在所述第二圖象上定位所述多個次要參考段；以及其中所述步驟(s)包括步驟(ll)比較所述總響應(yīng)值和某預(yù)定的總閾值，并當(dāng)所述總響值超過所述預(yù)定的總閾值時把第二圖象接受成和第一圖象基本相似，并且反之當(dāng)所述最佳匹配隊(duì)列里還有至少一個未檢索的主要參考段定尺寸區(qū)域的相關(guān)坐標(biāo)組時，從所述最佳匹配隊(duì)列檢索和所述預(yù)定數(shù)量的最大驗(yàn)證響應(yīng)值的下一個最大驗(yàn)證響應(yīng)值對應(yīng)的某第一主要參考段定尺寸區(qū)域的一組相關(guān)坐標(biāo)并且返回到步驟(jj)，并且若反之則拒絕該基本上不和第一圖象相似的第二圖象和終止比較處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中所述步驟(m)包括所述步驟(mm)把所述主要參考段和各個在所述第一搜索區(qū)中具有一組相關(guān)坐標(biāo)的主要參考段定尺寸區(qū)域進(jìn)行比較，以確定多個驗(yàn)證響應(yīng)值以及對應(yīng)的具體的參考段定尺寸區(qū)域的所述相關(guān)坐標(biāo)，每個驗(yàn)證響應(yīng)值表示并且幅值上正比于所述主要參考段和某對應(yīng)的具體的主要參考段定尺寸區(qū)域之間的相似度；(nn)比較所述多個驗(yàn)證響應(yīng)值中的每個驗(yàn)證響應(yīng)值和預(yù)先確定的驗(yàn)證響應(yīng)閾值，并在存儲器中的最佳匹配隊(duì)列里按幅值的遞減次序存儲所有超過所述預(yù)先確定的驗(yàn)證響應(yīng)閾值的驗(yàn)證響應(yīng)值，而且存儲所述各組各和某超過所述預(yù)先確定的驗(yàn)證響應(yīng)閾值的具體驗(yàn)證響應(yīng)對應(yīng)的所述具體主要參考段定尺寸區(qū)域的相關(guān)坐標(biāo)，其中當(dāng)所述多個驗(yàn)證響應(yīng)值都不超過所述預(yù)先確定的驗(yàn)證響應(yīng)閾值時，在存儲器中的所述最佳匹配隊(duì)列里存儲最大驗(yàn)證響應(yīng)值以及和所述最大驗(yàn)證響應(yīng)值對應(yīng)的某具體的主要參考段定尺寸區(qū)域的一組相關(guān)坐標(biāo)；其中所述步驟(n)包括步驟(oo)從所述最佳匹配隊(duì)列檢索和所述最佳匹配隊(duì)列里存儲的最大驗(yàn)證響應(yīng)值對應(yīng)的某第一主要參考段定尺寸區(qū)域的一組相關(guān)坐標(biāo)；(pp)把所述主要參考段定位在所述第二圖象上的所述檢索出的相關(guān)坐標(biāo)組處；(qq)根據(jù)每個所述次要參考段的坐標(biāo)位置組，在所述第二圖象上定位所述多個次要參考段；以及其中所述步驟(s)包括步驟(rr)比較所述總響應(yīng)值和某預(yù)定的總閾值，并當(dāng)所述總響應(yīng)值超過所述預(yù)定的總閾值時把第二圖象接受成和第一圖象基本相似，并且反之當(dāng)所述最佳匹配隊(duì)列里還有至少一個未檢索的主要參考段定尺寸區(qū)域的相關(guān)坐標(biāo)組時，從所述最佳匹配隊(duì)列檢索和所述最佳匹配隊(duì)列中存儲的下一個最大驗(yàn)證響應(yīng)值對應(yīng)的某第一主要參考段定尺寸區(qū)的一組相關(guān)坐標(biāo)并返回到所述步驟(pp)，并且反之則按基本上不和第一圖象相似而拒絕第二圖象而且終止比較處理。
17.一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于把由多個第一象素組成的第一圖象和多個第二象素組成的第二圖象進(jìn)行比較以判定二個圖象是否基本相似，所述系統(tǒng)包括掃描裝置，用于獲取第一和第二圖象；存儲器裝置，用于存儲數(shù)據(jù)；以及和所述掃描裝置以及所述存儲器裝置連接的控制裝置，其可操作成用于使所述掃描裝置獲取第一圖象；定義多個在第一圖象的基本部分上定位的相鄰參考樣板，其中每個所述參考樣板包圍第一圖象的不同部分；把所述多個參考樣板中的一個參考樣板指定成主要參考樣板，并把所有其它的參考樣板指定成次要參考樣板；在每個所述參考樣板的周圍定義一個以各參考樣板為中心的各對應(yīng)的第一選擇區(qū)，每個所述第一選擇區(qū)大于各自的參考樣板；在所述對應(yīng)的第一選擇區(qū)對每個參考樣板確定最佳位置，其中每個參考樣板的所述最佳位置代表各個第一選擇區(qū)內(nèi)第一圖象的最獨(dú)特部分，所述最獨(dú)特部分的尺寸和各自的參考樣板的尺寸相同；把每個參考樣板移到其對應(yīng)的最佳位置處；在用作參考文件的所述存儲器裝置中存儲各個第一選擇區(qū)的最獨(dú)特部分，其中把和所述主要參考樣板對應(yīng)的最獨(dú)特部分指定成主要參考段，并且其中把和所述多個所述次要參考樣板中的特定一個對應(yīng)的各最獨(dú)特部分指定成多個所述次要參考段；在所述存儲器裝置中的參考文件里存儲每個次要參考段相對于所述主要參考段的坐標(biāo)位置組；定義一個由所述主要參考段以及所述多個次要參考段內(nèi)的第一圖象的象素構(gòu)成的參考區(qū)域；使所述掃描裝置獲取第二圖象；從所述存儲器裝置的所述參考文件中檢索所述主要參考段和所述多個次要參考段；把所述主要參考段和所述第一搜索區(qū)內(nèi)第二圖象的所有主要參考段定尺寸部分進(jìn)行比較，以確定所述主要參考段和第二圖象中的定尺寸部分之間的最接近匹配的位置，其中把所述定尺寸部分指定成最接近匹配位置；把主要參考段定位在所述至少一個最為接近的匹配的位置處，并且根據(jù)所述各個所述次要參考段相對于所述主要參考段的坐標(biāo)位置組，在所述第二圖象上定位所述多個次要參考段；定義多個第一搜索區(qū)樣板，每個第二搜索區(qū)樣板對應(yīng)于所述次要參考段中的一個，每個第二搜索區(qū)樣板以一個所述對應(yīng)的次要參考段為中心；把每個次要參考段和其對應(yīng)的第二搜索區(qū)內(nèi)的第二圖象的所有次要參考段的定尺寸部分進(jìn)行比較，以便為其對應(yīng)的第二搜索區(qū)內(nèi)的每個次要參考段確定最佳匹配位置，從而得到和所述多個次要參考段對應(yīng)的多個第二圖象的最佳匹配部分；定義由所述最接近匹配部分以及所述多個最佳匹配部分內(nèi)的第二圖象的各象素構(gòu)成的驗(yàn)證區(qū)；比較所述參考區(qū)和所述驗(yàn)證區(qū)以確定總響應(yīng)值，所述總響應(yīng)值表示所述參考區(qū)和所述驗(yàn)證區(qū)的相似度；以及比較所述總響應(yīng)值和預(yù)定的總閾值，并且當(dāng)所述總響應(yīng)值超過所述預(yù)定的總閾值時，把第二圖象接受成基本上和第一圖象相似，反之則按基本上不和第一圖象相似而拒絕第二圖象。
全文摘要
提供一種用于驗(yàn)證試圖訪問保護(hù)區(qū)或保護(hù)體的用戶的身份的系統(tǒng)(10)和方法。該系統(tǒng)采用全局圖象比較方法:通過首先在登記階段期間從用戶獲取參考指紋圖象(14)、從該參考圖象得到一組代表其各獨(dú)特部分的多個段、并在以后的驗(yàn)證階段期間從試圖訪問的用戶得到驗(yàn)證指紋圖象、在驗(yàn)證圖象上確定多個參考段的各最相似部分,接著根據(jù)動態(tài)確定的閾值把由多個參考段包圍的參考圖象中的所有象素和驗(yàn)證圖象上由當(dāng)前位置下的多個參考段覆蓋的驗(yàn)證圖象部分中的所有象素進(jìn)行比較(12),其中該動態(tài)確定的閾值是在登記階段期間為提供參考圖象的用戶分別專制的以便驗(yàn)證用戶的身份(20)。
文檔編號G06K9/00GK1268234SQ98808392
公開日2000年9月27日 申請日期1998年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月14日
發(fā)明者米克海爾·施龐特夫, 亞歷山大·普雷特尼夫, 米克海爾·貝雷斯蒂特斯基 申請人:貝斯系統(tǒng)公司