專利名稱：指紋指數(shù)確定和查尋方法及相關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及較大的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)一匹配指紋的高效查尋。
指紋匹配是對(duì)個(gè)人識(shí)別和確認(rèn)的一種可靠和廣泛應(yīng)用的技術(shù)。具體地說(shuō)，指紋識(shí)別的一般手段涉及掃描一個(gè)樣本指紋或者它的圖象，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并把該指紋圖象和/或其獨(dú)特特征存儲(chǔ)起來(lái)?？梢詫颖局讣y的特征與已經(jīng)存儲(chǔ)的參照指紋信息進(jìn)行比較，以確定其識(shí)別結(jié)果或達(dá)到確認(rèn)的目的。
遺憾的是，將樣本指紋和大量的參照指紋進(jìn)行比較可能是極其費(fèi)錢和/或要花費(fèi)簡(jiǎn)直是太長(zhǎng)的時(shí)間。因此，通常把指紋以分層樹型結(jié)構(gòu)的形式分類成多個(gè)分立的集合和/或子集，從而加速查尋。例如，通常對(duì)指紋的頂級(jí)分類是根據(jù)指紋的寬脊圖樣類型將其分成單調(diào)螺紋、單調(diào)環(huán)紋、斜向平行弓形等類型。這些類型還可以進(jìn)一步分成子類。因此，一個(gè)要查尋的指紋樣本，一旦它本身已被分類，便能更有效地只與查尋樹的相應(yīng)類型或子類中的那些指紋進(jìn)行比較。
傳統(tǒng)的分類手段可能會(huì)造成將多個(gè)指紋類型或類別進(jìn)行分庫(kù)存放，而單個(gè)指紋庫(kù)用于指紋匹配。遺憾的是，這些指紋庫(kù)也可能較大，造成查尋費(fèi)時(shí)費(fèi)錢。再有，一個(gè)指紋或者被認(rèn)為在某一個(gè)庫(kù)中或另一個(gè)庫(kù)中，但沒(méi)有予以考慮該指紋是否在這一個(gè)或另一個(gè)庫(kù)中的不確定性。換句話說(shuō)，通常在相鄰庫(kù)之間沒(méi)有建立關(guān)系，而這種關(guān)系會(huì)有助于查尋。指紋質(zhì)量的降低也會(huì)造成把它簡(jiǎn)單地放入了錯(cuò)誤的庫(kù)中，從而不可能得到匹配。
當(dāng)指紋的原始拷貝質(zhì)量不好時(shí)，該指紋可能在脊圖樣中帶有許多局部畸變，這會(huì)造成指紋的錯(cuò)誤取向。美國(guó)專利5,140,642號(hào)的說(shuō)明書是針對(duì)確定一個(gè)指紋的核心點(diǎn)實(shí)際位置的方法，該方法的基礎(chǔ)是找出脊流并指定一個(gè)方向代碼，校正該脊流，并根據(jù)校正過(guò)的方向代碼確定核心點(diǎn)位置。美國(guó)專利5,040,224號(hào)披露了一種指紋預(yù)處理的手段，通過(guò)這種預(yù)處理，可以正確地確定每個(gè)指紋的核心位置，供進(jìn)一步根據(jù)細(xì)節(jié)圖樣進(jìn)行匹配。
指紋的細(xì)節(jié)，例如指紋脊的分支或分叉以及終止點(diǎn)，都常被用于樣本指紋和參照指紋數(shù)據(jù)庫(kù)之間的匹配。美國(guó)專利3,859,633和3,893,080號(hào)就是針對(duì)根據(jù)指紋細(xì)節(jié)匹配進(jìn)行指紋識(shí)別的。
美國(guó)專利3,959,884號(hào)說(shuō)明書披露了一種指紋分類方法，其中把指紋轉(zhuǎn)換成一個(gè)二進(jìn)制值的圖樣，該圖樣定義了一個(gè)脊和谷的空間陣列。
美國(guó)專利4,151,512號(hào)說(shuō)明書描述了一種使用提取的脊等值線數(shù)據(jù)進(jìn)行指紋分類的方法。在指紋圖樣中的脊流和細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)被識(shí)別和從指紋圖樣中提取出來(lái)。
美國(guó)專利4,185,270號(hào)說(shuō)明書披露了也基于細(xì)節(jié)的編碼和確認(rèn)過(guò)程。美國(guó)專利4,210,899號(hào)說(shuō)明書披露一種帶有中央處理站的光學(xué)掃描指紋讀出器，用于安全進(jìn)出方面的應(yīng)用，諸如允許某人到某處或提供對(duì)計(jì)算機(jī)終端的訪問(wèn)。美國(guó)專利4,525,859號(hào)也是針對(duì)細(xì)節(jié)匹配的，并描述了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號(hào)產(chǎn)生裝置，用于對(duì)點(diǎn)陣上的每一點(diǎn)產(chǎn)生電信號(hào)；對(duì)點(diǎn)陣點(diǎn)的子陣進(jìn)行操作的第一、第二和第三確定裝置；以及其他部件。美國(guó)專利4,947,443號(hào)披露了一種利用六個(gè)特征中的四個(gè)特征確認(rèn)和識(shí)別某人的方法。
還有另一種指紋匹配手段試圖對(duì)每個(gè)指紋指定一個(gè)獨(dú)特的數(shù)字代碼。美國(guó)專利4,747,147說(shuō)明書披露了一種指紋掃描系統(tǒng)和方法，用于在指紋上圍繞一中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)一掃描線。一個(gè)代表不規(guī)則類型的代碼和一個(gè)脊計(jì)數(shù)一起被記錄下來(lái)，從而由坐標(biāo)給出一個(gè)指紋的完全的拓樸和空間描述供計(jì)算機(jī)處理。
美國(guó)專利5,363,453的說(shuō)明書是關(guān)于產(chǎn)生24字節(jié)數(shù)字指紋識(shí)別碼的系統(tǒng)和方法。此外，在該發(fā)明的背景部分描述了由Fingermatrix公司制作的先有技術(shù)裝置，該裝置提供400字節(jié)數(shù)字識(shí)別碼。該方法不象前述許多專利那樣依靠指紋的細(xì)節(jié)。
美國(guó)專利5,239,590號(hào)說(shuō)明書披露了一種指紋圖象處理方法，利用這種方法將一個(gè)主指紋圖象和一個(gè)樣本指紋圖象分割成多個(gè)塊，每個(gè)塊又分成多個(gè)塊區(qū)，每個(gè)塊區(qū)又有多個(gè)象元并伴有方向。
本發(fā)明的方法和設(shè)備允許有效地查尋一個(gè)較大的參照指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，而且允許有效地查尋一個(gè)較大的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，其中一些指紋可能質(zhì)量較低。
本發(fā)明是對(duì)多個(gè)參照指紋進(jìn)行指數(shù)確定和查尋的方法，其目的是確定一個(gè)樣本指紋是否與參照指紋之一匹配。在一個(gè)實(shí)施例中，本方法最好包括如下步驟根據(jù)指紋的特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，其指數(shù)通常在一個(gè)較大群體上均勻分布而且是連續(xù)的；選擇參照指紋第一子集，其中的參照指紋的指數(shù)處于相對(duì)樣本指紋指數(shù)而言的第一區(qū)間內(nèi)；將樣本指紋與參照指紋第一子集的每個(gè)指紋進(jìn)行比較，從而確定該樣本指紋是否與某個(gè)參照指紋相匹配。因此，樣本指紋不需要與所有參照指紋進(jìn)行比較，至少在初始階段是如此，而是這種指數(shù)確定方式提供了一種更有效的途徑確定是否存在匹配。
確定參照指紋和樣本指紋索引值的步驟最好是根據(jù)指紋的脊流曲率來(lái)確定指數(shù)。更具體地說(shuō)，確定指數(shù)的步驟最好是確定蜷曲指數(shù)。這種蜷曲指數(shù)可以由以下步驟確定確定每個(gè)指紋的中心；相對(duì)于中心選擇每個(gè)指紋的預(yù)先確定部分；對(duì)于每個(gè)指紋的預(yù)定部分計(jì)算脊流方向矢量變化率的總量。選擇指紋預(yù)定部分的步驟可以是選擇每個(gè)指紋的通常為環(huán)形的部分。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，選擇參照指紋第一子集的步驟最好是根據(jù)樣本指紋位于第一子集中的預(yù)期置信度值來(lái)進(jìn)行選擇。
本發(fā)明的方法還有另一重要特點(diǎn)，這就是通過(guò)把樣本指紋的細(xì)節(jié)和第一子集中每個(gè)指紋的細(xì)節(jié)加以比較來(lái)完成樣本指紋和第一子集中每個(gè)指紋的比較。如果按照匹配評(píng)分確定其細(xì)節(jié)足夠接近，則確定為匹配。如果未確定一個(gè)匹配，該方法最好是進(jìn)一步包括如下步驟選擇參照指紋第二子集，它有第二個(gè)相對(duì)于樣本指紋的指數(shù)有更寬范圍的指數(shù)區(qū)間，然后將樣本指紋和第二子集中的新增加的指紋進(jìn)行比較。這一過(guò)程能重復(fù)進(jìn)行，直到找出了一個(gè)匹配或者直到指數(shù)的散布情況表明很可能找不到匹配時(shí)為止。
本發(fā)明還得到一個(gè)結(jié)果，即指數(shù)與指紋的取向、位置和尺度無(wú)關(guān)。此外，對(duì)參照指紋和樣本指紋確定指數(shù)的步驟包括由比較步驟產(chǎn)生的指紋信息來(lái)確定這種可進(jìn)行計(jì)算的指數(shù)。例如，在把指紋細(xì)節(jié)用于比較步驟的地方，提取細(xì)節(jié)的處理也會(huì)產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例而使用的脊流曲率。
其設(shè)備是用于指數(shù)確定和查尋多個(gè)參照指紋，以確定一個(gè)樣本指紋是否與參照指紋之一匹配。該設(shè)備包括指數(shù)確定裝置，用于根據(jù)至少一個(gè)預(yù)先確定的指紋特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，并使指數(shù)一般在一較大群體上均勻分布。該設(shè)備還包括選擇裝置，用于選擇參照指紋的第一子集，其指數(shù)落入相對(duì)于樣本指紋指數(shù)的第一區(qū)間內(nèi)，還包括比較裝置用于將樣本指紋和參照指紋第一子集中的每個(gè)指紋進(jìn)行比較，從而確定是否存在樣本指紋和參照指紋之一之間的匹配，而不必一開始就要求將樣本指紋與所有參照指紋進(jìn)行比較。
指數(shù)確定裝置包括確定參照指紋和樣本指紋的指數(shù)并進(jìn)行排序的裝置，使這些指數(shù)單調(diào)變化并一般在一較大群體上連續(xù)變化，對(duì)于一個(gè)個(gè)體的一個(gè)手指的重復(fù)出現(xiàn)的指紋其指數(shù)一般應(yīng)是穩(wěn)定的，指數(shù)一般隨著指紋質(zhì)量的下降而呈增量式變化，指數(shù)可由被比較裝置產(chǎn)生的或?yàn)楸容^裝置產(chǎn)生的信息計(jì)算出來(lái)，而且/或者一般不依賴于指紋取向、位置和尺度。
選擇裝置可以包括裝置用于根據(jù)樣本指紋位于第一子集中的預(yù)計(jì)置信度值來(lái)選擇參照樣本的第一子集。比較裝置最好可以包括裝置用于將樣本指紋的細(xì)節(jié)和第一子集中的每個(gè)指紋的細(xì)節(jié)進(jìn)行比較。選擇裝置還可以進(jìn)一步包括一個(gè)裝置，如果在與指紋第一子集的比較中未找到匹配，則可用該裝置選擇參照指紋第二子集，該第二子集相對(duì)于樣本指紋的指數(shù)有較寬的指數(shù)區(qū)間。
指數(shù)確定裝置可以包括一裝置，用于根據(jù)指紋的脊流確定參照指紋和樣本指紋的蜷曲指數(shù)。更具體地說(shuō)，指數(shù)確定裝置可以包括中心確定裝置用于確定每個(gè)指紋的中心，位置選擇裝置用于選擇指紋相對(duì)于中心的預(yù)定部分，以及計(jì)算裝置用于計(jì)算指紋預(yù)定部分脊流方向矢量變化率的總量。
現(xiàn)在將通過(guò)舉例并參考附圖來(lái)描述本發(fā)明，附圖中


圖1是本設(shè)備一實(shí)施例的示意性方框圖；圖2是本設(shè)備另一實(shí)施例一部分的示意性方框圖；圖3是說(shuō)明該方法一部分的流程圖；圖4是說(shuō)明該方法另一部分的流程圖；圖5是如在一個(gè)實(shí)施例中的指紋部分的示意性平面圖；圖6是在一實(shí)施例中的蜷曲指數(shù)的示意性理論圖；圖7是一個(gè)樣本指紋的脊流方向矢量及其水平分量圖；圖8是一個(gè)樣本指紋的脊流方向矢量及其垂直分量圖；圖9是一個(gè)樣本指紋的脊流方向矢量及其總的脊流分量圖；以及圖10和圖11是在各例中描述的蜷曲指數(shù)圖。
首先參考圖1和圖2來(lái)描述本發(fā)明。圖1的設(shè)備20包括一個(gè)指紋掃描器或傳感器22，用于輸入一指紋的圖象。一個(gè)適用的電場(chǎng)測(cè)量型指紋傳感器22在題為“電場(chǎng)指紋傳感器和相關(guān)方法”的未決美國(guó)專利申請(qǐng)(序列號(hào)08/592469)中描述。光學(xué)的、超聲的以及其他類型的指紋傳感器也可采用。此外，指紋圖象可以從指紋的紙拷貝或透明片輸入。
指紋圖象由圖中所示細(xì)節(jié)提取器24和蜷曲度指數(shù)確定器26進(jìn)行處理，在下文中將更詳細(xì)地解釋。多個(gè)參照指紋被指數(shù)確定和存儲(chǔ)在圖中所示數(shù)據(jù)庫(kù)25中。數(shù)據(jù)庫(kù)25中的被指數(shù)確定的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)可以由圖中所示細(xì)節(jié)比較器27進(jìn)行有選擇的查尋。圖中所示置信度水平選擇器26提供初始查尋的適當(dāng)指數(shù)區(qū)間。細(xì)節(jié)比較器27可以提供一個(gè)“匹配”或“不匹配”輸出，如圖中所示。
其輸出可以用于識(shí)別個(gè)人，如允許訪問(wèn)或允許個(gè)人完成某些進(jìn)一步的功能。在確定某人是否先前已在該數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè)時(shí)，也希望有這種匹配或不匹配輸出。
參考圖2可以理解根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另一變型，其中設(shè)備30包括多個(gè)按合作關(guān)系排列的并行處理器31a-31n。處理器31a-n可以被指定特定的查尋索引區(qū)間，從而使設(shè)備30的總效率和操作速度增大，超過(guò)單獨(dú)使用時(shí)以傳統(tǒng)分類為基礎(chǔ)的查尋手段。
具體參考圖3和圖4的流程圖會(huì)進(jìn)一步理解本發(fā)明的總體運(yùn)行。從起始處(塊50)開始，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)參照指紋提取指紋細(xì)節(jié)并計(jì)算蜷曲度指數(shù)，并在塊52處存儲(chǔ)結(jié)果。另一種作法，或者作為上述作法的補(bǔ)充，也可以存儲(chǔ)每個(gè)參照指紋的數(shù)字化圖象供以后查尋；然而，希望把圖象和相應(yīng)的蜷曲度指數(shù)或其他查尋指數(shù)一起存儲(chǔ)，如本文要更詳細(xì)描述的那樣。
如在塊54中所示，得到了一個(gè)輸入或樣本指紋。在塊56對(duì)樣本指紋提取細(xì)節(jié)并計(jì)算蜷曲度指數(shù)。在塊58可以為想要查尋的指數(shù)第一區(qū)間選定一個(gè)置信度水平。例如，使用者可以基于找到匹配的可能性和查尋所需時(shí)間二者之間的權(quán)衡來(lái)選定置信度水平。因此，指數(shù)第一區(qū)間可以代表這些指數(shù)以樣本指紋指數(shù)為中心或者關(guān)聯(lián)于樣本指紋指數(shù)的分布。再有，對(duì)于一個(gè)較大的數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)區(qū)間可以只是樣本指紋的指數(shù)。
在塊60，參照指紋的第一子集與輸入或樣本指紋進(jìn)行比較，以在塊62確定是否存在一個(gè)匹配。例如，如果細(xì)節(jié)匹配評(píng)分處于預(yù)先由使用者選定的區(qū)間內(nèi)，便可確定為匹配。這種細(xì)節(jié)匹配廣泛應(yīng)用于其他傳統(tǒng)的指紋查尋應(yīng)用中，故易于為本行專家理解，這里無(wú)需進(jìn)一步討論。
如果在塊62確定為一個(gè)匹配，則可在塊66指出一個(gè)匹配，并對(duì)另一查尋重復(fù)該過(guò)程。如果在塊62未找到匹配，則可以選擇一個(gè)含有更寬指數(shù)區(qū)間的第二子集供塊64所示的進(jìn)一步查尋。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的指數(shù)的希望特征，鄰近的指數(shù)比遠(yuǎn)處的指數(shù)更有可能產(chǎn)生一個(gè)匹配。
現(xiàn)在更具體地轉(zhuǎn)向圖4的流程圖，以及圖5和圖6，以進(jìn)一步描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的蜷曲度指數(shù)。在起始(塊70)之后，可以在塊72選擇指紋的一部分供進(jìn)一步分析。如圖5所示，可以根據(jù)指紋脊84的中心點(diǎn)83來(lái)選擇由半徑r1和r2定義的環(huán)狀部分?？梢杂蓚鹘y(tǒng)的算法和手段容易地確定指紋的中心點(diǎn)83。例如，可以使用美國(guó)專利5,140,642號(hào)和美國(guó)專利5,040,224號(hào)所描述的手段來(lái)定位中心點(diǎn)。
可以在塊74計(jì)算脊流方向矢量?？梢匀芜x地在塊76計(jì)算矢量的大小，而在塊78計(jì)算脊流方向矢量的總量，并在塊80處停止之前確定蜷曲度指數(shù)。較高的蜷曲度指數(shù)表明脊流方向變化較大，即具有更顯著的旋渦圖樣。
蜷曲度指數(shù)的計(jì)算可表示為下式ξ=1q∫∫Δθ(x′,y′)∂x∂y]]>
r12≤x′2+y′2≤r22這里ζ＝蜷曲度指數(shù)θ＝局部脊方向角r1＝估值區(qū)域的內(nèi)半徑r2＝估值區(qū)域的外半徑q＝指紋質(zhì)量指數(shù)＝含有可用脊方向數(shù)據(jù)的估值區(qū)域百分比x′和y′相對(duì)于指紋圖樣計(jì)算中心歸一化的坐標(biāo)。
現(xiàn)在再參照?qǐng)D6的示意圖，對(duì)蜷曲度指數(shù)和其他類似指數(shù)作進(jìn)一步解釋。當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的每個(gè)指紋計(jì)算出蜷曲度指數(shù)時(shí)，便可用于將指紋排成如圖形85所代表的單調(diào)增加序列。對(duì)樣本指紋計(jì)算出的蜷曲度指數(shù)落在被排隊(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中最可能找到匹配指紋的位置。通過(guò)把那些查詢指引到那些最可能首先找到匹配的區(qū)域，從而改善了查尋的性能。匹配器可以從被排隊(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的指定位置開始進(jìn)行查尋。如果那個(gè)指紋未能匹配，例如由不能滿足預(yù)定的細(xì)節(jié)匹配參考評(píng)分來(lái)指示，則匹配器嘗試被排隊(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中緊挨著的上面或下面的指紋。換句話說(shuō)，查尋可被擴(kuò)展到指數(shù)的第二子集。這一過(guò)程要重復(fù)到發(fā)現(xiàn)一個(gè)匹配為止，或者到了匹配的可能性極低以至沒(méi)有理由或不希望再繼續(xù)查尋時(shí)為止。
根據(jù)本發(fā)明得到的蜷曲度指數(shù)具有許多有助于高效準(zhǔn)確查尋的希望特性。本發(fā)明還考慮了其他指數(shù)確定方法。脊流二階導(dǎo)數(shù)總量可用作指數(shù)。另一種方法是可以由取自個(gè)人左手和右手各手指的各個(gè)指紋產(chǎn)生交叉點(diǎn)圖樣，這些交叉點(diǎn)可作為一種指數(shù)確定方法，并具有由蜷曲度指數(shù)實(shí)現(xiàn)的所希望特性中的一個(gè)或多個(gè)。
該指數(shù)最好是易于排隊(duì)以定義一個(gè)通常為單調(diào)變化的函數(shù)，還最好是連續(xù)的，且對(duì)個(gè)人手指的重復(fù)指紋該指數(shù)是穩(wěn)定的。還希望這些指數(shù)通常隨著指紋質(zhì)量的下降而增量式變化。因此，如果指紋質(zhì)量稍有下降，則指數(shù)只改變一個(gè)較小的量。這樣，當(dāng)所有指紋可能都稍有質(zhì)量下降時(shí)(這可能是通常的情況)根據(jù)本發(fā)明的指數(shù)確定和查詢方法便有很大優(yōu)越性。在這種情況下，要查尋的指數(shù)范圍與找到一個(gè)匹配的預(yù)計(jì)置信度值相關(guān)聯(lián)，因而能考慮指紋的質(zhì)量來(lái)選擇這個(gè)指數(shù)范圍，這是很有好處的。
這個(gè)指數(shù)還不依賴于指紋的取向、位置和尺度。再有，對(duì)參照指紋和樣本指紋指數(shù)最好是可以根據(jù)為比較步驟產(chǎn)生的指紋信息計(jì)算出來(lái)的。例如，在比較步驟中使用指紋細(xì)節(jié)的地方，在本發(fā)明的蜷曲度指數(shù)實(shí)施例中提取細(xì)節(jié)的處理過(guò)程也能產(chǎn)生前面描述的脊流數(shù)據(jù)。根據(jù)該方法的指數(shù)可以是一維的，但二維或多維的指數(shù)算法也是可能的。把樣本指紋和第一子集中的參照指紋進(jìn)行比較的步驟也可基于不依賴脊流的指紋特性或其他用于指數(shù)確定的特性。
被查尋的樣本指紋在數(shù)據(jù)庫(kù)中有一個(gè)匹配的情況具有許多大容量的識(shí)別和授權(quán)應(yīng)用。在這些情況中，使用者已在數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè)并期望被認(rèn)出來(lái)。這類應(yīng)用特別能從根據(jù)本發(fā)明的蜷曲度指數(shù)實(shí)施例以及其他實(shí)施例中得到益處。查尋指紋在數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有匹配的情況是一種初始注冊(cè)的情況，這時(shí)使用全局查尋來(lái)識(shí)別出以別名重新注冊(cè)的人，還有許多法律實(shí)施登記應(yīng)用中也有這種情況。
參考圖7-9，進(jìn)一步解釋對(duì)樣本指紋的有代表性蜷曲度計(jì)算。在圖7中，由矩陣86顯示出一樣本指紋脊流方向矢量及其水平蜷曲分量的列表。圖中每個(gè)脊流單元89中的有角度的線表示脊方向流。在每個(gè)單元89中的數(shù)字88代表在那個(gè)位置的計(jì)算的水平蜷曲分量。類似地，圖8顯示垂直蜷曲分量，圖9顯示水平和垂直蜷曲分量的總量。使用撇號(hào)和雙撇號(hào)分別表示圖8和圖9中的類似元素。在這些圖示舉例中，使用了指紋中心部分。當(dāng)然，如前文所述，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中可能不使用處在指紋中心的區(qū)域。
蜷曲度指數(shù)的若干次測(cè)試結(jié)果證實(shí)了使用蜷曲度指數(shù)能顯著改善指紋查尋(cold-search)操作的性能。
針對(duì)二個(gè)能利用的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)試了蜷曲度指數(shù)，以確定該指數(shù)對(duì)改善指紋查尋所需數(shù)據(jù)庫(kù)查尋性能的能力。
第一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是由超聲指紋掃描器得到的直接掃描指紋。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含103個(gè)手指的數(shù)據(jù)，每個(gè)手指有二個(gè)代表性圖象，在圖10中用方形和菱形表示，構(gòu)成圖形91，這是根據(jù)每個(gè)手指的蜷曲度指數(shù)平均值的排隊(duì)順序畫出的。所用的蜷曲度算法中未進(jìn)行脊流平滑，所有指紋都有5-15％的脊流單元是模糊不定的。對(duì)于這個(gè)第一數(shù)據(jù)庫(kù)，其性能分析表明1.當(dāng)查尋指紋在數(shù)據(jù)庫(kù)中有一匹配時(shí)，對(duì)全局查尋的平均性能改進(jìn)為15∶1。
2.以99％置信度確認(rèn)不存在匹配的全局查尋性能改進(jìn)為5∶1。
第二個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)為81個(gè)手指的直接掃描指紋，每個(gè)手指有5個(gè)取樣圖象。這些數(shù)據(jù)被排隊(duì)，由圖11中的圖形92表示，其中每個(gè)手指的5個(gè)圖象的指數(shù)分別由沿著各自垂直線的幾何圖形表示。針對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的性能分析表明1.當(dāng)查尋指紋在數(shù)據(jù)庫(kù)中有一匹配時(shí)，對(duì)全局查尋的平均性能改進(jìn)為10∶1。
2.以95％置信度確認(rèn)不存在匹配的全局查尋性能改進(jìn)為3∶1。
指數(shù)確定和查尋多個(gè)參照指紋以確定一個(gè)樣本指紋是否和參照指紋之一匹配的方法包括如下步驟根據(jù)指紋的特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，其指數(shù)通常在一個(gè)較大群體上均勻分布而且是連續(xù)的；選擇參照指紋第一子集，其中的參照指紋的指數(shù)處于相對(duì)樣本指紋指數(shù)而言的第一區(qū)間內(nèi)；將樣本指紋與參照指紋第一子集的每個(gè)指紋進(jìn)行比較，從而確定該樣本指紋是否與某個(gè)參照指紋相匹配，而不需要與所有參照指紋進(jìn)行比較。對(duì)參照指紋和樣本指紋確定指數(shù)的步驟最好是根據(jù)指紋的脊流曲率來(lái)確定指數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)多個(gè)參照指紋進(jìn)行指數(shù)確定和查尋以確定一個(gè)樣本指紋是否與參照指紋之一匹配的方法，該方法包括如下步驟根據(jù)至少一個(gè)預(yù)定指紋特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，并使指數(shù)一般在一個(gè)較大群體上均勻分布；選擇參照指紋第一子集，這些參照指紋的指數(shù)相對(duì)于樣本指紋指數(shù)而言處于第一區(qū)間；以及將樣本指紋和參照指紋第一子集中的每個(gè)指紋比較，從而確定是否存在樣本指紋和參照指紋之一匹配。
2.一種對(duì)多個(gè)參照指紋進(jìn)行指數(shù)確定和查尋的方法，包括如下步驟根據(jù)至少一個(gè)預(yù)定指紋特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，并使指數(shù)一般在一個(gè)較大群體上均勻分布；以及選擇參照指紋第一子集以供查尋，這些參照指紋的指數(shù)相對(duì)于樣本指紋指數(shù)處于第一區(qū)間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中對(duì)參照指紋和樣本指紋確定指數(shù)的步驟包括確定和排除這些指數(shù)，使其成為在一個(gè)較大群體上一般為單調(diào)變化的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中對(duì)參照指紋和樣本指紋確定指數(shù)的步驟包括確定這些指數(shù)，使其在一個(gè)較大群體上是連續(xù)的。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中對(duì)參照指紋和樣本指紋確定指數(shù)的步驟包括確定這些索引，使其隨著指紋質(zhì)量的下降而呈增量變化。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中對(duì)參照指紋和樣本指紋確定指數(shù)的步驟包括確定這些指數(shù)，使其一般不依賴于指紋取向、位置和尺度。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其中選擇參照指紋第一子集的步驟包括根據(jù)樣本指紋位于參照指紋第一子集中的預(yù)計(jì)置信度值來(lái)選擇參照指紋第一子集。
8.如權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其中確定參照指紋和樣本指紋指數(shù)的步驟包括根據(jù)指紋的脊流特征確定這些指數(shù)。
9.如權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中確定參照指紋和樣本指紋的步驟由如下步驟組成確定每個(gè)指紋的中心；相對(duì)于中心選擇一預(yù)定部分；以及對(duì)每個(gè)指紋的預(yù)定部分計(jì)算脊方向矢量變化率的總量。
10.一種指數(shù)確定和查尋多個(gè)參照指紋以確定一個(gè)樣本指紋是否和參照指紋之一匹配的設(shè)備，該設(shè)備包括指數(shù)確定裝置，用于根據(jù)至少一個(gè)預(yù)定指紋特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，并使這些指數(shù)一般在一個(gè)較大群體上均勻分布；選擇裝置，用于選擇參照指紋的第一子集，這些指紋的指數(shù)相對(duì)于樣本指紋的指數(shù)處于第一區(qū)間；以及比較裝置，用于將樣本指紋和參照指紋第一子集中的每個(gè)指紋進(jìn)行比較，以胡定是否樣本指紋和參照指紋之一匹配。
11.如權(quán)利要求10的所述設(shè)備，其中所述指數(shù)確定裝置包括確定和排隊(duì)這些指數(shù)的裝置，使這些指數(shù)在一較大群體上基本是單調(diào)變化的函數(shù)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其中所述指數(shù)確定裝置包括確定參照指紋和樣本指紋指數(shù)的裝置，使這些指數(shù)在一較大群體上一般連續(xù)。
13.如權(quán)利要求10至12之一所述的設(shè)備，其中所述指數(shù)確定裝置包括確定參照指紋和樣本指紋指數(shù)的裝置，使這些指數(shù)可從由比較裝置產(chǎn)生供使用的信息中計(jì)算出來(lái)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述選擇裝置包括選擇參照指紋第一子集的裝置，這種選擇以樣本指紋位于參照指紋第一子集中的預(yù)計(jì)置信度值為根據(jù)；還包括將樣本指紋的細(xì)節(jié)和參照指紋第一子集中每個(gè)指紋的細(xì)節(jié)進(jìn)行比較的裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述選擇裝置還包括如果在對(duì)參照指紋第一子集的比較中沒(méi)有找到匹配則選擇參照指紋第二子集的裝置，這第二子集有比第一區(qū)間要寬大的指數(shù)第二區(qū)間。
16.如權(quán)利要求10至15之一所述的設(shè)備，其中所述指數(shù)確定裝置包括根據(jù)指紋脊流確定參照指紋和樣本指紋指數(shù)的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述指數(shù)確定裝置包括中心確定裝置，用于確定每個(gè)指紋的中心；部分選擇裝置，用于相對(duì)于中心選擇指紋的一部分；以及計(jì)算裝置，用于對(duì)每個(gè)指紋的預(yù)定部分計(jì)算脊方向矢量變化率大小的總量。
全文摘要
本發(fā)明為指數(shù)確定和查尋多個(gè)參照指紋以確定一個(gè)樣本指紋是否和參照指紋之一匹配的方法，包括根據(jù)指紋特征確定參照指紋和樣本指紋各自的指數(shù)，并使這些指數(shù)在一個(gè)較大群體上一般均勻分布和連續(xù)，選擇參照指紋的第一子集，其中的指紋指數(shù)處于相對(duì)樣本指紋指數(shù)的第一區(qū)間；以及將樣本指紋和參照指紋第一子集中的每個(gè)指紋進(jìn)行比較，以此確定樣本指紋是否和參照指紋之一匹配，而不必將樣本指紋和所有參照指紋比較。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1164077SQ9710230
公開日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1997年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月20日
發(fā)明者戴勒·R·塞特拉克, 約翰·C·施密特, 馬克·E·波斯 申請(qǐng)人:哈里公司