專利名稱：雙向掃描的指紋傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及指紋識別，并且更具體地說，涉及基于探測器的細長帶形傳感器進行的識別，當手指關于傳感器基本上垂直于該帶條的伸長方向相對滾動時所述探測器能夠檢測指紋的脊線和谷線。
背景技術：
這種細長形傳感器已經得到過說明，該傳感器比將要采集的手指圖像小，因此如果不依靠手指與傳感器之間的相對滾動就不能采集到該圖像。這些傳感器可以主要通過光或電容或熱或壓電探測的方式工作。
與手指在其上保持靜止的非滾動式傳感器相比，這些傳感器由于所使用的硅的表面積小而具有便宜的優點。然而，這種傳感器需要重建手指的整個圖像，因為該圖像只能通過一條線接一條線或一次幾條線來獲得。
在以編號FR 2 749 955出版的法國專利中說明了一種探測原理，即通過包括幾條線的細長傳感器來連續獲得指紋的部分圖像，這些圖像相互重疊，以至于尋找兩個連續圖像之間的相互關系，不必通過額外的裝置確定手指關于傳感器的滾動速度，就有可能疊加這些隨著手指的滾動而移動的連續圖像，并且有可能逐漸重建指紋的整個圖像。
在指紋圖像識別用于確保某種應用安全的應用場合中，例如，用于將實物或電子通行權唯一地授權給被授權人，如此重建的圖像被用于與預記錄的圖像相比較。
如果騙子使用人造手指，其表面采用模仿被授權人指紋浮凸的浮凸物進行模制或蝕刻，這樣就存在偽造的可能性。
發明內容
本發明的目的是限制出現此類欺騙行為的危險。
為了達到所述目的，本發明提出一種探測方法，該方法規定在滾動傳感器表面上執行手指掃過(swipe)的雙向操作，其中一個掃過操作沿一個方向執行并且另一個掃過操作沿相反方向執行，對兩個掃描方向中的每個方向進行圖像重建，并且檢驗在兩個掃過方向中所采集圖像之間的差別符合由活手指皮膚的自然塑性而產生的正常圖像變形。
因此，本發明依賴于以下觀察結果當通過在線性傳感器上滾動手指捕捉圖像時，手指沿一個方向滾動的圖像不同于手指沿另一個方向滾動的圖像，事實上，由于皮膚的塑性，手指在傳感器上的摩擦引起指紋的脊線根據滾動的方向和所考慮的指紋區的位置被伸長或聚攏。如果將低塑性材料做成的偽造手指掃過傳感器表面，那么所述伸長或聚攏將不明顯。因為偽造手指通常不會顯示出足夠接近皮膚的塑性特征，所以安全性得到改進。
所述檢驗兩個圖像之間差別的操作與正確指紋識別的操作相配合，并且與通常采用的直接指紋識別相比提供了額外的安全度。
參考附圖閱讀下面的詳細說明將可以理解本發明的其它特征和優勢，其中
圖1a和1b表示在兩個相反方向的掃描運動中記錄的指紋；圖2a、2b和2c以符號形式表示所提到的指紋變形特性；圖3a和3b表示測量指紋變形的方法；圖4a和4b表示對應于位于手指中心的某一像素并顯示該手指沿某一方向或相反方向滾動的信號的變化。
具體實施例方式
實質上，經驗已經表明，基于皮膚塑性的變形特性表現為下述形式對于在位移方向上位置朝前的手指部分其脊線趨向于聚集在一起(圖像沿位移方向壓縮)，而對于在位移方向上位置更靠后的手指部分其脊線趨向于變稀疏(圖像沿位移方向伸長)。
這種取決于所考慮的手指區域的雙重變形由手指作用到傳感器表面的壓力所產生，所述壓力在位移方向上位于前面的部分中更大而在位于后面的部分中更弱。
朝向手指中心線(平行于位移方向的直線)的壓縮或伸長變形比橫跨該中心線的兩側的變形更大。其原因還是因為壓力在中心線上更大并且在該中心線的兩側減小，直到在邊緣上因為手指形狀而導致的手指逐漸與傳感器停止接觸的地方變為零。
有趣的是，注意到所檢測的圖像總高度沿位移方向不會改變很多，手指前面區域的壓縮或多或少補償了后面區域的伸長；對于手指的中心(位于前面和后面之間)，可以認為變形不存在。
圖1a表示在手指向上位移中檢測和重建的示例性指紋，圖1b表示在手指向下位移中檢測和重建的圖像。指紋的脊線在圖1a的圖像頂部比在圖1b的圖像的相應頂部更密集；相反，這些脊線在圖1a的圖像底部比在圖1b的圖像底部更稀疏。對于圖像的中心，差別并不明顯。
可以想象，理論上的手指圖像(靜態觀察)將是上述兩個圖像之間的中間圖像。
借助于由剛性材料模制的偽造手指，沿兩個位移方向捕捉的圖像在兩個位移方向上將不會顯示出不同的指紋。
圖2(2a、2b、2c)以符號形式(其中指紋線為假想的)圖解說明了對于活手指可以觀察到的變形原理在靜止狀態中指紋線為等距的橢圓輪廓(圖2a)；在位移過程中，朝向位移方向前面，指紋線更密集；朝向后面，指紋線更稀疏；在側面指紋線幾乎不產生位移；因此在向下的位移中(圖2b)，圖像的底部線更密集而圖像的頂部線更稀疏；在向上的位移中(圖2c)，情況則相反。所述觀察結果用于加強安全性以避免借助于偽造手指的欺騙行為。
當進行圖像識別并且與被授權人指紋的預記錄圖像(或與授權指紋的圖像庫)進行比較時，人們將不滿足于進行直接比較，而是將通過檢驗沿相反位移方向獲得的圖像顯示出符合皮膚自然塑性的最小變形來補充授權測試。
可以將每個被授權人沿兩個滾動方向獲取的指紋記錄在授權圖像庫中；然后將沿第一個方向獲取的圖像與同樣沿第一個方向獲取的預記錄圖像進行比較。并且還將對沿相反的滾動方向所記錄的圖像進行比較。僅僅當對于兩幅預記錄圖像都檢測到符合并且這兩幅圖像對應于同一個人的兩個滾動方向時，才會通過鑒定。然而，實際上這要求預記錄的圖像也基于相同的滾動傳感器，或無論如何是基于滾動傳感器被捕捉和記錄的。
也可能通過將重建的圖像與單個預記錄圖像進行比較來完成單個圖像識別，所述預記錄圖像或者被靜態地捕捉或者在沿單個方向滾動時被捕捉。在這種情況下，將通過評估由滾動引起的圖像變形以及檢驗該變形正常并且經推理符合活手指來補充鑒定。
實質上，所述檢驗就是確定圖像變形的百分比以及確保該百分比位于兩個極限之間。所述極限是-下限，因為如果變形太弱，就有可能是因為使用模制或蝕刻的偽造手指替代活手指，和-上限，因為兩個滾動方向之間的過大變形將妨礙正確鑒別待鑒定人的手指的平均圖像。
為了檢測所述變形，可能使用稱為“細節(minutiae)”的指紋的特征點。這些特征點或細節是脊線終止處的點或一條脊線分割和分離成兩條脊線處的點。
一個步驟是沿滾動軸線或靠近滾動軸線標記三個特征點，這些特征點在沿兩個滾動方向捕捉的圖像上都可以看到。
圖3a和圖3b分別表示沿一個方向的圖像以及沿另一個方向的圖像，并且圖3a中表示了三個特征點H、B和M，這些點其位置分別朝向手指前面、手指后面和手指中間。這些相同的特征點在圖3b中以H′、B′和M′表示。
對于兩幅獲得的圖像，測量距離HM和MB、H′M′和M′B′。
考慮到手指的自然變形，距離HM通常小于H′M′，并且距離MB通常大于M′B′。
所述距離可以以豎直像素點的數量來計算(豎直表示滾動方向)。
比率HM/H′M′通常是0.85，而比率M′B′/MB通常等于其倒數，即1/0.85。因此存在大約15％的變形，其符合皮膚的自然塑性。
變形值通常的范圍是從10％到25％，也就是說，如果對于指紋的頂部或底部區域兩個滾動方向之間的變形程度位于10％至25％之間，圖像就被視為可接受，如果所述變形程度脫離該范圍，圖像就被視為不可接受。如果變形大于第一個閾值，并且優選的是，如果該變形還小于第二個閾值，指紋識別將被系統認可。
可以基于輪廓提取軟件來標記特征點的位置。
有可能不把特征點作為直接標記并測量這些點之間的距離，而是把特征點作為間接標記，并且基于這些間接標記找出標記點H″、B″和M″例如標記點H″、B″和M″是全部位于同一條豎直線上的點，在該豎直線上測量距離并且將該距離用于計算變形。
有可能不使用過于復雜的圖像識別軟件尋找特征點的位置，而是使用其它方法測量圖像的頂部和底部的變形。具體地說，可以計算頂部指紋線的平均間距和底部指紋線的平均間距。
可以把要分析的圖像分成兩個或三個相等的部分。在豎直方向上對上部和下部測量指紋脊線的空間頻率(spatial frequency)。
圖4a表示由位于探測帶中心的像素提供的信號，其顯示滾動經過的指紋的脊線。通常為正弦形的信號反映指紋的脊線和谷線連續通過。有可能分別在圖像的頂部和底部簡單計算給定圖像長度上信號的交替數量。圖4b表示在相反方向的滾動過程中獲得的信號。再次在相同的圖像長度上為圖像的相應部分計算交替數量。
兩個滾動方向的相應區域的交替數量的比率是指紋變形的測量值。
然而，這種計算交替數量的方法有點不準確，優選的是，通過手指頂部區域和底部區域的圖像的傅立葉變換計算來確定平均空間頻率。可以在整個圖像上或者在一只手的頂部全長和另一只手的底部全長上手指中心的豎直帶上計算所述變換。
傅立葉變換揭示了頂部區域中指紋滾動周期性的低頻成分特征以及底部區域中的特征頻率。對于給定區域并且對于兩個滾動方向，該特征頻率值的比率是變形差異的測量值。通常情況下，小于10％的比率將被視為不可接受，因為它不可能對應于活手指，并且大于25％的比率也將被視為不可接受，這種變形不允許足夠可靠地確定平均靜態指紋重建，從而基于該指紋重建與預記錄指紋進行比較。
當在圖像的底部和頂部都進行測量時，如果圖像的兩部分都滿足可接受的變形標準，或者如果圖像的兩個部分中至少一個部分滿足該標準，那么該變形就可以被視為符合要求。
本發明可以應用所有類型的指紋傳感器具體地說基于光、或電容、或熱或壓電探測的傳感器，但是特別感興趣的是傳感器無論如何總要求在該傳感器(電容、熱或壓電傳感器)與手指之間有牢固的物理接觸的場合。
可以沿兩個方向進行連續掃描而在兩次通過之間不抬起手指。
權利要求
1.一種采用細長帶形滾動傳感器的指紋探測方法，其中在滾動傳感器的表面上執行手指掃過的雙向操作，一個掃過操作沿一個方向執行并且另一個掃過操作沿相反方向執行，對兩個掃描方向中的每個進行圖像重建，并且檢驗在兩個掃過方向中采集的圖像之間的差別符合由活手指皮膚的自然塑性產生的正常圖像變形。
2.根據權利要求1所述的探測方法，其特征在于，所述檢驗包括測量圖像頂部和底部的變形，與閾值進行比較，并且對于所述兩個部分中的至少一個如果變形大于所述閾值就給予認可。
3.根據權利要求2所述的探測方法，其特征在于對于所述兩個部分如果變形大于閾值就給予認可。
4.根據權利要求2和3之一所述的探測方法，其特征在于，如果變形小于另一個閾值就給予認可。
5.根據權利要求1至4之一所述的探測方法，其特征在于，所述檢驗包括測量兩幅已重建圖像所共有的特征點的位置，計算兩幅圖像中的每一幅的特征點之間的距離，計算所述距離的比率，并且將該比率與至少一個閾值進行比較。
6.根據權利要求1至4之一所述的探測方法，其特征在于，所述檢驗包括對于兩個掃描方向測量至少一部分指紋圖像中的指紋脊線的空間頻率，計算兩幅圖像中獲得的空間頻率的比率，并且將該比率與至少一個閾值進行比較。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述空間頻率通過一部分手指圖像上的傅立葉變換確定。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述空間頻率通過計算在所確定的圖像部分中所檢測信號的交替數量確定。
全文摘要
本發明涉及指紋識別，并且更具體地說，涉及基于探測器構成的細長帶形傳感器的識別，當手指關于傳感器基本上垂直于該帶條的伸長方向相對滾動時所述傳感器能夠檢測指紋的脊線和谷線。為了提高識別的安全性，規定沿兩個方向滾動手指，并且檢驗兩個方向之間的圖像變形符合考慮到皮膚的自然塑性而產生的正常變形。
文檔編號G06K9/00GK1882952SQ200480034347
公開日2006年12月20日 申請日期2004年11月8日 優先權日2003年11月21日
發明者讓-弗朗索瓦·曼蓋 申請人:Atmel 格勒諾布爾公司