利用具有光电子速度传感器的扫描型成像器的指纹检测的制作方法

专利名称：利用具有光电子速度传感器的扫描型成像器的指纹检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测皮肤纹路、特别是指纹的方法和装置。 此外，所提出的装置特别适用于作为输入设备。该输入设备可以例如 在电子设备上执行操作功能、在显示器上引导光标或者从菜单中作出 选择。在记录图像期间可以检测有意执行的移动序列，并且在后面的 评估中将其纳入考虑。借助于这个附加的特征，可以想像得到的指纹 伪造问题大为缓解。
背景技术：
作为存在廉价计算机的结果，通过生物统计特征对人进行自动识 别巳经变得可能。然而，用于记录指纹图像的部件(也称为指纹传感 器)的成本非常高。
通常使用的大多数指纹传感器可以分为三组
1) 利用光学投影的传感器
2) 平面传感器
3) 带状传感器。
在利用光学投影的传感器的情况下，图像取自承载指尖的清晰、 透明的表面，并且通过光学装置以减小尺寸的方式在芯片摄影机中对 其进行成像。芯片摄影机的表面仅仅是承载面积大小的一部分。由半 导体材料导致的成本从而相对较低，但是光学装置的成本很高。此外，
基于该原理的传感器需要有几厘米的大小。
最广泛使用的是平面传感器，其具有指尖大小的图像记录器，所 述图像记录器基于半导体衬底制造。其需要有大约14xl8mm到 22x25mm之间的面积。无论使用什么成像原理(对局部电容效应的测 量、电场变化或者光学记录)，成本的相当一部分是由作为对记录元件 (像素)的支持的必要芯片表面单独导致的。通过对于大量使用进行计算，这些成本例如比今天对于图像评估微处理器所导致的成本要高 很多。
在第三组中，只需要小得多的记录表面，因为指尖的图像被顺序 地按行记录。用户在记录行传感器上移动他的手指，该传感器随着移
动的进行逐行检测指纹。这些传感器只需要15xlmm到20x3mm的窄 带状芯片表面，也就是说仅仅需要一部分的半导体材料，从而可以获 得高得多的经济效益。然而，事实上它们具有显著的缺点，即经常产 生不能使用的失真图像。该问题的主要原因是手指的不均匀移动。结 果，这些传感器实际上具有很多的缺点，因此使得它们经常无法使用。 因此，本发明的一个目的是，即使当手指移动不是恒速以及直线 方向的移动时，仍利用带状传感器实现低失真的图像记录。从而试图 获得带状传感器的优点(成本、空间)而基本上没有其缺点。

发明内容
根据本发明实现了该目的，这是在于
a) 当指尖经过带状传感器时，包括至少一个长窄传感器行的至少 一个带状传感器检测指尖的结构；
b) 至少一个光电子速度传感器连续确定手指的移动；
c) 指尖移动经过至少一个光电子速度传感器和带状传感器；以及
d) 所确定的手指移动被用于校正由于不均匀移动而失真的手指结 构的图像。
所述校正可以被应用于失真图像本身的所检测图像数据。然而， 在一个有利实施例中，可以节省计算复杂度，这是在于对从失真图像 导出的生物统计数据记录应用该校正。
在根据本发明的方法中，优选地规定由光电子速度传感器来评估 在移动手指表面处反射的已调制激光的调制的多普勒偏移。可以特别 有利地用于上述目的的光电子速度传感器已经由Philips研发，其名为 "Laser Beetle (激光甲虫)"，并且在例如WO 02/37410 Al中被描述。 作为"微型鼠标"，其可以被用于计算机的光标引导。作为"跟踪球"， 它也可以在没有机械装置的情况下被用于设备显示器的菜单选择。由于非常紧凑的组装，该设备在设备表面上仅仅需要10到25mm2的空 间。提供了一个直径为3到5mm的实施例，其与传统发光二极管的 大小和结构类似。
该设备可以借助于激光来测量指尖的移动。指尖在设备表面上的 一个或多个方向上的瞬时速度被确定。指尖在由透明塑料或玻璃制成 的斜面上升区域的上侧移动。借助于该斜面区域，相对于底部或顶部 产生了小的移动分量，也就是说，在向着激光源的方向上或者在远离 激光源的方向上产生小的移动分量。从下面用相干光照射指尖的皮肤。 反射光波受到与手指移动相关的多普勒效应的影响，从而使得反射光 的频率和相位位置相对于发射光发生轻微地偏移。如果光的发射和反 射分量被馈送入光记录器，根据某些光学规律，在那里将发生有利的 和有害的干扰。
如果发射光被频率调制为线性码片，则该设备可以被加工成一定 尺寸，以便作为多普勒效应和干扰的结果产生在几千赫兹的高度可检 测范围中的低频率分量。这些频率与手指在一个方向上的速度成正比。 为了检测多个方向上的速度，多个检测系统可以被结合在一个组件中。 例如，两个正交激光检测系统例如提供一个速度矢量的各笛卡尔分量。
特别地，根据本发明的方法可以被设计成如下检测手指移动。
a) 在第一移动阶段中，首先只有指尖的部分区域经过带状传感器 并且被检测为图像；
b) 在其中一个后续移动阶段中，指尖的其他区域经过带状传感器 并且被检测为图像；以及
c) 这些移动阶段具有相当不同的方向和/或被具有相当不同方向 的中间移动阶段所分离，图像信息的至少一部分空间配置是在通过在 各移动阶段中所检测的手指移动来构造图像时发生的。
根据本发明的方法的可靠性进一步提高，这是在于所确定的无 意识的手指移动被用作除了指尖的生物统计特征之外的附加特征以用 于识别个人。这些无意识的手指移动可能是一个人的典型特征。
另一个变型同样有助于提高可靠性，所述变型在于
a) —个移动序列发生，使得
6b)指尖的相同区域多次经过带状传感器并且被检测为图像；以及 C)对于一个区域被多次检测的图像信息被纳入考虑以用于图像改
善的目的，图像信息的至少一部分空间配置通过所检测的移动序列而发生。
借助于生物统计特征进行自动识别的一个基本问题是，这种可以 容易地操纵的特征几乎不能被保密。理论上这种特征可以被任何人获 得。例如，稍作策划就可以从日常物体上移走指纹而不被人注意。
使用该信息，稍作技术努力就有可能得到足够好的仿制品，以便 利用大多数指纹记录器产生可接受的图象。众所周知，可以用硅橡胶 或明胶制成仿制品，从而导致在自动检测系统上能够识别。
在所谓的"活人识别"的情况下，除了上表皮结构之外，附加特 征应被包括在生物统计识别中，所述附加特征用于区分仿制品和活人 的手指。然而，不能排除通过进一步的技术努力有可能拷贝大多数上 述附加特征的情况，例如通过在活人的手指上套上别人的皮肤结构的 膜状仿制品。
在另一个变型中排除了这些仿制可能性，这是在于由具有特性移 动序列的用户来执行手指移动，并且将所确定的手指移动与所存储的 手指移动相比较。这提供了可以以多种方式使用的输入可能性。例如， 所存储的手指移动可以是用户特有的，从而可以识别该用户。因此由 用户执行移动特征的输入，并且通过实时地将其与所存储的手指移动 相比较来进行检査。该移动特征不可能与由伪造者从任何表面移走的 指纹配套，这是特别有利的。
在另一个变型中，在对手指移动的检测过程中，可以根据不同的 结果将检测单元切换到各种操作状态。
原则上，在根据本发明的方法中，可以完成通过带状传感器对手 指的扫描以及对手指移动的确定，然后(在图像处理之后需要的话) 执行校正。然而，在根据本发明的方法中，还可以由速度传感器确定 经过可设置的移动距离，从而触发带状传感器进行新一行的图像检测。 然后，可以根据所确定的手指移动至少关于在该行方向上发生的误差 对新读取的行进行校正。对于整个图像或甚至是各单独行进行几何校正的一个有利的可能 性在于，用于将指纹图像存储在存储介质中的图像点的地址取决于所 确定的手指移动。
对于校正图像的另一个有利的可能性在于，所确定的手指移动被 用于计算和/或选择非对称的、指向选择性的空间滤波器的系数，并且 所述空间滤波器在图像处理期间执行对移动方向的校正。
最后，为了校正图像，可以将所确定的手指移动用于计算和/或选 择空间滤波器的系数，并且所述空间滤波器在对手指图像的处理期间 执行对不同移动距离的校正。
利用移动传感器，可以确定手指的平移移动，其中由于被放置在 检测系统上或者在检测系统上移动而引起的手指变形在生物统计方法 的容差内可以被忽略。利用该方法的一种变型，可以检测手指的旋转 移动和变形，这是在于在指尖的不同部分表面上同时确定手指移动， 并且从中计算图像记录的平面中的成比例的旋转移动(旋转)；或者同 时确定来自指尖的不同部分表面的移动信息，并且对于各部分表面分 别考虑所述移动信息。
在这些变型中，还可以同时确定指尖的不同部分表面的手指移动， 并且当所确定的各部分表面的手指移动与那些可能由于具有似真参数
(plausible parameter)的旋转和/或位移而产生的手指移动显著不同 时，则识别出非常明显的变形和/或测量误差。 用于校正图像的一个有利变换包括以下步骤
a) 根据具有低通效果的空间滤波，将图象点的位置从由于非均匀 移动而不必是等距的表示法转换到具有高空间分辨率的表示法(过采 样)；以及
b) 转换成被再次缩小的、但是可靠地等距的表示法(重新采样)。 根据本发明的方法的使用可能性的一种扩展在于，由速度传感器
发射的激光以及反射的激光还被用于根据由手指反射的光分量的色线 光谱来确定化学属性。因此，例如有可能通过确定血液中溶解和结合 的气体的浓度(诸如血氧含量或二氧化碳含量)来区分活人的手指和 复制品。一种用于检测皮肤纹路、特别是指纹的装置的优点在于，至少一 个光电子速度传感器被定位在带状传感器的最多几毫米的范围内，并 且在用于检测指纹的一点处被定位在一个表面上。优选地，至少一个 光电子速度传感器和带状传感器形成一个紧致组件。
除了检测皮肤纹路的功能之外，在根据本发明的装置中，至少一 个光电子速度传感器同时被用作用于操作功能的输入设备，并且/或者 该光电子速度传感器的光源同时是该速度传感器的照明设备。
此外，根据本发明的装置也可以被设计成使得光电子速度传感器 的光源同时被用作向用户输出信号的设备。
最后，在根据本发明的装置中，可以将光电子速度传感器和带状 传感器施加到弹性支撑材料，结果，由该支撑材料形成的手指承载表 面至少在横穿带状传感器的方向上是柔韧的。因此，根据本发明的装 置适应于手指的曲率，从而在使用该装置的过程中手指不会显著变形。
在移动设备的情况下，经常需要对合法用户进行识别。而且，在 通信网络中，在移动终端处进行对用户的识别可能是很重要的。因此， 在根据本发明的装置的一种变型中，该装置可以是用于移动通信的设 备的一部分。
在许多应用中，优选地提供固定装置，而手指在该固定装置的表 面上移动。如果有利的话，根据本发明的装置也可以被设计成使得可 以在身体各部分的表面上引导该装置，以便检测皮肤纹路。
以下的说明用于更好地理解本发明。如果考虑手指关于检测行传 感器的相对移动，则所述移动可以作为模型被分解为以下分量-
1) 整个指尖的平移，例如具有以下分量 -在X方向上(与行传感器垂直)
-以及在y方向上(在行的方向上)
2) 整个指尖的旋转，其在每种情况下可以被描述为 -旋转速度(数值和方向)
-以及旋转点，其在某些情况下可以被连续位移
3) 作为指尖弹性变形的结果的复杂的移动分量，其对于指尖的各 部分表面可能不同例如，所述复杂移动分量可能是以下各种情况的结果 -在平坦表面上按压圆形手指形状；或者 -在表面上的加速度和摩擦力 4)其他移动分量和测量误差。
所述移动被检测为在时间上分开的步骤序列，其中， 一个步骤可 以有利地等价于检测一行所花费的时间。由于速度、时间和距离之间 的线性关系，根据速度测量结果确定每个步骤的移动的各部分距离是 比较平常的。用于行记录的时间跨度以及在各记录之间的时间是精确 地己知的。
手指在一个步骤期间在速度传感器上进行的距离可以被计算，这 是通过将所测量的速度对一段时间进行积分而得到，其中该段时间从 对一行的检测的末尾开始，到对下一行的检测的末尾结束。
由于在上述光电子速度传感器的情况下，速度是从一个正弦电信 号的频率导出的，因此，当该信号的固定相位位置重复时，就总是行 进了特定的(非常小)的距离。可以容易地将过零检测为所述相位位 置。如果该信号基本上不受干扰，则可以直接对该信号的过零进行计 数。计数器状态与行进的距离成正比。
所述移动的平移分量被描述为对应于每个记录步骤(即每个图像 行)的位移矢量。可以在其笛卡儿坐标系中直接检测该矢量，在这种
情况下，x方向可以横穿所述带状传感器，而y方向则位于该带状传
感器的行方向上。
作为扫描操作的理想设置，希望在图像记录期间将x方向上的速
度保持完全恒定。此外，对于每个图像记录希望每次重复相同的速度。
因此在X方向上产生等距离并且可重复的像素大小。
理想地，在y方向上应当没有位移，也就是说，应当总是检测到 具有零值的速度。然后，各个行像素的大小将被用作图像单元的宽度， 并且在图像存储期间可以直接执行来自该行的排列。通过长按压 (elongate depression)或者x方向上的引导来协助一些带状传感器在 y方向上的稳定位置(=零移动)。由于手指的不同大小，这样做可能 只有有限的效果。如上所述，人们只近似该均匀的理想移动往往是不够的。
平移移动或者复杂的整体移动的平移分量的模型对于同时记录的 每个图像点的相同的平移矢量进行分类。也就是说，对于任何给定的 行，将要分配并且可能存储一个矢量。该矢量将被附加地纳入考虑以 用于校正。
然后，如果假设移动模型被简化成平移，那么X方向上的一个速
度测量结果和y方向上的一个速度测量结果就足够了。在一个简单的
变型中，甚至可以忽略两个方向的其中之一。
由于测量技术的原因，可以将检测的矢量分量设计成在理想移动 的情况下具有相同的数值。例如，正交分量可以被与行方向相反地旋
转45到135度。斜角坐标系也是可能的，在每种情况下，它们具有与
行方向相反的相同的角度值，以便以更小的测量误差检测横穿所述行 以及沿着所述行的不同大小的移动。
在一个简单的扫描操作中，理想地，在图像检测期间不应当发生 旋转移动。
作为移动的旋转分量，只应当考虑位于带状传感器以及设备表面 的平面内的那些分量。所有其他的旋转分量被加到其他移动分量中， 因而通常被忽略。作为旋转的结果，起点被假设为角移动。该角度的 数值和符号对于每一行可以发生改变。对于复杂的情况，假设旋转点 (旋转中心点)在传感器平面上被连续位移。为了简化，还假设对于 离散的时间步骤可以保持该旋转点。
为了描述旋转移动分量，每个被记录的行可以被分配一对旋转角 和旋转中心点。另一种数学描述形式是旋转矩阵和位移矢量。如果将 平移与旋转一起考虑，则要提供至少两个速度传感器，每个速度传感 器具有两个方向分量。此外，应当设置假设和框架条件，例如，旋转 角度和旋转点位置的似真限制，或者假设移动首先主要包括平移分量 并且只有所测量数值的剩余差值应被认为是旋转。
如果有超过两个速度传感器，则考虑除平移之外的旋转更为简单。
然后根据旋转矩阵和位移矢量来确定、甚至多重确定(overdetermine) 将要被求解的等式系统。然而，在多重确定的情况下，必须执行对带有测量误差的移动数值的误差处理。
不应当以完全封闭的方式对所述变形的各移动分量进行建模。因 此，作为圆形指尖被按压到平坦表面上的不同程度的结果，所述变形 可能导致在指尖边缘处的移动，所述移动不同程度地朝上。
在低摩擦力的轻按压的情况下，手指的平移使皮肤表面的运行相 对均匀。然而，在更明显的按压的情况下，首先，作为连续摩擦力的 结果，组织的弹性受到应力，也就是说，只有在整个手指的平移的一 定伸展之后所述组织才跟随表皮。虽然作为不同按压的结果的这些效 果在几何结构上很小，但是他们确实超过了所检测的图像单元(像素) 的数量级。
加力按压的手指的旋转可能导致沿相反方向的切线的摩擦力，由 于该摩擦力，将会发生轻微的螺旋变形。考虑变形是很困难的。作为 到椭圆或双曲线表面上的投影来确定校正是非常复杂的。可以通过投 影矩阵来计算所述校正，但是确定所述矩阵也很困难。
因此提出简化对变形的处理，以便对于指尖的各部分区域假设不 同的平移移动(并且也可能有略微不同的旋转移动)，这些移动是使用 多个速度传感器相互独立地检测的，并且在各种情况下，在图像校正 过程中将这些移动不同地纳入考虑。
在实践中，另一种程序可以省却对变形的校正。相反，只确定总 体变形的程度位于一个阈值之上或之下。采用质量标准的方式，应当 区分可以接受和不可接受的检测处理。当速度传感器的对应于平移和/
或旋转的参数达到不似真(implausible)的数值或者数值比率时，存
在对应于较大变形的指数。为此，需要至少两个速度传感器。
举例来说，对于平移或者旋转，两个速度传感器的彼此相向的较 大移动是相对不似真的。然而，测量误差也可能导致变形之类的现象。 由于在上述两种情况下的图像质量很可能有问题，因此提出重复该检 测处理。
在带状传感器以及设备表面的平面之外的具有旋转点的滚动或倾 斜移动同样是由人类关节系统引起的。这是理想图像记录所不希望的。 滚动移动只能通过多个带状传感器检测，并且主要通过平移和旋转分量来表示。移动参数本身基本上可以根据多个速度传感器的数值来计 算和估计，但是这些数值通过改变由滚动导致的变形分量而被叠加， 而所述滚动检测起来很困难。
此外还假设冷的、潮湿的或油腻的手指的移动和变形略微不同。 在移动模型中考虑这些其他原因通常是很困难的。例如在变形的情况 下建议了各种程序。然而，在平移矢量、旋转参数以及(在考虑了这 些因素的情况下)可校正变形中都可以在相当程度上找到这些具有其 他原因的移动。
根据本发明改进了所述行传感器或带状传感器的适用性，这是在 于校正了不想要的、通常不均匀的移动分量。
该校正可以通过图像检测之后的处理步骤进行，或者可以作为检 测处理的一部分进行。 一种特别节省计算能力的变型只有在确定了生 物统计特征之后才应用各校正步骤，也就是说，在生物统计数据记录 (模板)中的特征的空间信息项目要少得多。在对原始图像应用校正 和对所述生物统计数据记录应用校正之间的中间阶段是对指纹的矢量
表(vectorial representation)应用校正。所述矢量校正可以在对手指结 构的矢量化的处理阶段发生。在几种处理算法中提供所述矢量化。
首先，讨论在对整个图像的图像检测之后发生的校正。随着在时 间上等距离地检测的每一行，为每个速度传感器检测一个移动矢量。 可以相对于前一行定义该矢量，或者在所有先前行上积分该矢量。如 果只使用一个速度传感器，则该矢量被加到该行的各图像点的坐标上。 当将该矢量与前一行相关时，则包括对该行的校正。然而，需要预先 矢量地减去在理想记录的图像的情况下在x方向上行进的距离。
在有多个速度传感器的情况下，除了上述平移矢量之外，还可以 确定旋转矩阵。当加上该矢量时，预先执行该旋转矩阵与图像点的未 经校正的矢量之间的矩阵矢量乘法。该乘法和加法的结果是图像点的 经校正的矢量。在这种情况下，相同的旋转矩阵被用于整个行。 一个 平面内的旋转矩阵具有2x2个数值的维度，所述各数值不是独立的而 是依赖于旋转角度和中心点。为了确定各旋转矩阵以及平移矢量，使 用速度传感器的各移动数值来求解一个等式系统。通过插值计算，有可能减轻对各移动分量的不均匀离散化的断裂
效应(disruptive effect)。为此，提出对原始图像使用过采样、使用空 间滤波器以及在原始分辨率中的所谓的重新采样。对称折叠矩阵(或 者其他图像滤波器矩阵)经常被用于空间滤波器。
此时，可以有利地使用具有不对称的明显系数的矩阵，该矩阵的 非对称性以补偿的方式对一个计算步骤中的移动进行校正和插值。
与专用投影矩阵相结合的、对于一行或一些行的通过乘法的投影 修正也是可能的。为此目的，总是需要来自不同位置的多个速度信息 项目。
所测量的移动也可以紧接在对行的检测之后立即发生。这可以特 别被用于考虑平移。如果沿着带状传感器的移动超过一个像素，那么 例如该行的数据可以被位移，其位移量等于所述移动(以像素计)。这 可以通过对于该行的存储器地址计算来实现，或者与用于读取各行的 连续位移相结合地实现。
可以通过控制对于一行的检测时间、特别是各行检测之间的等待 时间来影响横穿带状传感器的方向。可以控制这些时间，从而使得所 述检测以基本等距的方式发生。对移动的测量使得总是有可能在行进 了特定距离之后记录新的一行。在这种情况下，(取决于移动速度的) 所需要的时间对于何时超出或者低于不似真时间不再有任何影响。
当通过行传感器多次检测指尖上的各位置时，采用非常精确地测 量的移动序列可以改进指纹的图像。为此目的，将要执行不间断的移 动，例如手指的多次前后移动。对于移动的精确跟踪允许对几何位置 的非常精确的配置并且还对应于对图像的多次检测，从而减小了各种 散射图像误差。当大而宽的指尖仅由狭窄的带状传感器以传统方式不 完整地成像时，可以以类似方式执行所述程序。在这种情况下，可以 通过多次移动来补充图像。
激光可以用于行传感器的照明目的，该传感器基于光学检测原理。 散射光特别可以很好地照明指尖。在多个激光二极管的情况下，这些 激光二极管可以在时间多路复用操作中产生对手指的不同照射角度。 由于交替的阴影，图像可以展现出良好的对比度。多个激光二极管可以用于多色照明或者以特定的激发频率进行照明，其结果是可以推断 出所应用的材料的多种化学属性。例如，可以确定血氧含量，而血氧 含量可以充当防止仿制品的受限制的指数。
在可见激光的情况下， 一个人体工程学的优点是对输入点的清晰 的光学标记，以及例如通过可见闪烁或者脉冲来发出信号。 为了说明大量应用前景，下面列举了一些应用领域 与操作元件相结合的计算机使用是所提出的解决方案的一种显而 易见的应用。对于具有多种附加功能和服务的未来移动电话、具有通 信和笔记本功能(PDA)的便携式计算机获得了特别的优点。其他应 用包括对机动车辆的使用和电子操作功能。也可以通过指纹激活和操 作电子汽车钥匙或访问令牌。可以通过所提出的该类系统控制付费功 能。
提款机、POS系统、保险箱、利用门锁的访问控制、转门、上下 班计时终端和公共银行终端都可以配备有根据本发明的解决方案。具 有重要操作处理的医学设备需要一种安全机制，以便只有经过特别授 权的人员才能启动这些重要处理。根据本发明的解决方案可以用于这 一目的。在某些情况下，上述解决方案在飞机和机动车辆、机器和系 统中也是有用的。不仅在操作方面，上述解决方案还适用于维护、校 准以及参数设置。利用输入系统和手指检测的组合，可以拟定利用对 操作人员的自动识别的特定操作功能。例如，股票市场计算机可以将 交易订单与个人相联系以作为证据。针对运动和狩猎武器以及类似的
危险项目、工具和机器的与个人相关的安全措施是可能的。
在产品成本非常重要的情况下以及在空间条件极度受限制的情况 下，应用本发明特别有利。


下面将参考附图中所示的示例性实施例进一步描述本发明，然而， 本发明并不限于此。
图1示出了第一示例性实施例。
图2示出了生物统计特征的失真。图3示出了具有不同分量安排的其他示例性实施例。 图4示出了使用特性移动序列作为附加特征来防止仿制品的可能性。
图5示出了两个应用例子。
具体实施例方式
图1示出了包括行传感器或带状传感器(l)以及光电子速度传感
器(2)的一个示例性实施例，这里只能看到突出设备外壳(4)之外 的部分。手指(3)的指尖在轻微的按压压力下被放置在外壳(4)的 表面上，并且在速度传感器(2)以及行传感器或带状传感器(1)上 拖动。
只有当横穿带状传感器发生具有可再现的恒定速度的直线移动 时，才产生具有正交等距图像点的规则图像。通过手指移动只能在有 限程度上逼近上述移动。相反地，略微弯曲的不均匀的变速移动(5) 是典型的。
图2a到2c图示出了由于不均匀移动而导致的图像失真以及生物 统计特征的失真。图2a示出了没有失真的指纹，例如利用很好的平面 传感器可以提供该指纹。例如，从结构的中心(核心)开始的箭头指 向几个所选择的特征(细节(minutiae)),这些所选择的特征在生物 统计识别中是决定性的。
在图2b中，这些特征之间的几何关系被显示为相对于坐标系的矢 量箭头。图2c示出了与图2a具有相同指向的同一指纹的图像。然而， 图2c的图像现在受到严重的失真。这种失真是由于已经讨论过的原因 而出现的，主要是由于在行传感器的情况下手指的不均匀移动。其中 同样通过箭头示出所选择的特征(细节)。
图2d用矢量箭头示出了这些特征之间的几何关系。与图2b相比，
可以看出各特征的几何位置显著不同。只有用特别能够容差的参数进 行设置时，检测处理才可能将上述偏差接受为完全相同。然而，较高 的容差还会导致对其他人的错误识别。
图3a到3i示出了带状传感器(6)和速度传感器(7)的分量安排的例子。具体来说
图3a示出了只检测横穿带状传感器(6)的速度分量(这里表示 为x)的简单速度传感器(7)。因此，该速度分量是检测期间的手指
移动的主要分量。利用这种安排，例如可以作为距离的函数来控制行 记录的时间。
图3b示出了只检测沿着带状传感器(6)的速度分量(这里表示 为y)的速度传感器(7)。在理想的检测处理中，该速度分量应该接 近零。如果移动超过了带状传感器(6)的像素宽度，则例如可以根据 移动对该行的数据进行位移，其位移量等于相应的像素数量。
图3c示出了检测横穿(x)以及沿着(y)带状传感器(6)的速 度分量的速度传感器(7)。从而可以测量平移移动。
图3d示出了检测横穿(x)以及沿着(y)带状传感器(6)的速 度分量的速度传感器(7)。利用速度传感器(7)在两个带状传感器(6) 之间的中心处的位置，图像和速度检测从相对于手指的相同位置发生， 也就是说主要具有较小的误差并且是在相同的接触周期内发生的。
此外，通过上升区域或者下降，速度传感器(7)可以形成对手指 定位的有形帮助。如果使用彼此相接的多个行传感器，则在各种情况 下可以有利地把这些行传感器设计得更小。通过使用多个带状传感器 (6)，可以检测大的指尖的更宽的区域。当通过带状传感器之间的中 断时，落在中间的图像条只会导致忽略很少的几个生物统计特征，而 这些特征本来就是冗余的。
图3e示出了检测与图像成对角并且与带状传感器(6)成一定角 度的速度分量(x，和y')的速度传感器(7)。在这种情况下，各速度 分量的角度被选择为具有相同大小但是具有不同指向。
通常，生产具有正交记录分量的速度传感器，以便形成与带状传 感器(6)的45度角。在这种情况下，决定性的优点在于，在给出实 际上理想的移动的情况下，速度分量和测量技术误差范围具有相同的 大小。从而可以检测平移移动。
图3f示出了两个速度传感器(7)的安排，其在各种情况下检测 横穿(Xl， x2)以及沿着(yi， y2)带状传感器(6)的速度分量。从而可以通过速度传感器的不同数值检测平移移动和旋转。如果所得到 的结果偏离似真数值，则存在测量误差或者手指组织的较大变形。
图3g的安排与图3f类似，但是可以在接触带状传感器(6)之前 不久或者在接触带状传感器(6)之后不久通过至少一个速度传感器测 量平移。因此连续地为所检测的各行提供一个速度，即使在下部的图 像起点和上部的图像终点处也是如此。
图3h的安排也与图3f类似，但是在该例中，速度传感器(7)位 于带状传感器(6)的末端。这种安排的优点是带状传感器和速度传感 器在移动的主要方向上的相同位置。然而，在较短的带状传感器(6) 的情况下，只能通过两个速度传感器(7)来检测狭窄的指尖。在较大 的手指的情况下，较短的行传感器轮流提供很少的信息。然而，这在 一定程度上可以通过本发明上下文中所提出的多次移动来补偿。
图3i还可以借助于两个以上的速度传感器(7)来处理上面讨论 的变形。在带状传感器(6)上面和下面的偏移安排的优点在于，在对 于每个速度传感器(7)给出实际上理想的移动的情况下，指尖的其他 部分经历速度测量。
图4a到4c示出了一个特性移动序列的例子，其可以被用作除了 生物统计识别之外的附加特征。
图4a示出了连续的部分移动的例子。在第一移动部分(9)中， 手指移动朝下，并且略微向右。然后是第二移动部分(10)。此时，手 指移动朝上，并且略微向右。最后是第三移动部分(ll)，手指不位移， 而是在逆时针方向上执行大约180度的手指旋转。
图4b示出了具有两个速度传感器(7)和一个行传感器的设备上 部(8)。这里示出了与图4a和4c中所示的例子相对应的参考坐标系 (x， y， a)。
图4c示出了在所述特性移动期间的矢量(x， y)以及旋转角度a 的进程。其中用三个图表将这些变量显示为时间函数。通过x分量的 急剧下降、y分量的轻微上升以及旋转角度不变来辨识出第一移动部 分(12)的周期。在第二移动部分(13)的周期中，观察到x分量的 急剧上升、y分量的另一个轻微上升以及旋转角度不变。通过x和y分量不变来表征第三移动部分(14)的周期，但是旋转角度急剧增大。
图5a和5b示出了两种应用。根据本发明的解决方案可以非常有 利地用在移动电话(15)中。在节省空间的单元中，速度传感器(7) 和行传感器(6)被放置在外壳的正面或侧面。该单元同时是用于菜单 控制以及用于识别系统的输入部件。
另一个例子是由相关的指纹激活的小型验证设备。这里示出了具 有USB接口的所谓的令牌(16)，其可以用于PC系统的访问控制。
权利要求
1、一种检测皮肤纹路、特别是指纹的方法，其中，包括至少一个长窄传感器行的至少一个带状传感器，当指尖经过该带状传感器时，该带状传感器检测指尖的结构；至少一个光电子速度传感器连续确定手指移动；指尖移动经过至少一个光电子速度传感器和该带状传感器，其特征在于a)所确定的手指移动被用于校正由于不均匀移动而失真的手指结构的图像，b)一个移动序列发生，使得c)指尖的相同区域多次经过所述带状传感器并且被检测为图像；以及d)对于一个区域被多次检测的图像信息被纳入考虑以用于图像改善的目的，该图像信息的至少一部分空间配置通过所检测的移动序列而发生，其中由具有特性移动序列的用户来执行手指移动，并且将所确定的手指移动与所存储的手指移动相比较，以及所存储的手指移动对于用户是典型的，并且该用户因此被识别。
2、 如权利要求l中所述的方法，其中，在对手指移动的检测过程 中，根据不同的结果将检测单元切换到各种操作状态。
3、 一种用于检测皮肤纹路、特别是指纹的装置，其特征在于至 少一个光电子速度传感器(2)被定位在带状传感器(1)的最多几毫 米的范围内，并且在用于检测指纹的一点处被定位在一个表面(8)上，所述光电子速度传感器(2)的光源同时是该速度传感器(2)的 照明设备。
4、 如权利要求3中所述的装置，其特征在于至少一个光电子速 度传感器(2)和所述带状传感器(1)形成一个紧致组件(4)。
5、 如权利要求3和4中的任何一个所述的装置，其特征在于至 少一个光电子速度传感器(2)同时被用作用于操作功能的输入设备。
6、 如权利要求3或4所述的装置，其特征在于将所述光电子速度传感器(2)和带状传感器(1)施加到弹性支撑材料，结果，由该 支撑材料形成的手指承载表面(8)至少在横穿该带状传感器(1)的方向上是柔韧的。
7、 如权利要求3或4所述的装置，其特征在于该装置是用于移 动通信的设备(15)的一部分。
全文摘要
本发明涉及利用光电子速度传感器的扫描型成像器的指纹检测。在用于检测皮肤纹路、特别是指纹的方法和装置中，规定包括至少一个长窄传感器行的至少一个带状传感器，当指尖经过该带状传感器时，检测指尖的结构；至少一个光电子速度传感器连续确定手指移动；指尖移动经过至少一个光电子速度传感器和该带状传感器；以及所确定的手指移动被用于校正由于不均匀移动而失真的手指结构的图像。优选地，所述速度传感器评估在移动的手指表面反射的已调制激光的调制的多普勒偏移。
文档编号G06K9/00GK101458765SQ20081018472
公开日2009年6月17日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年9月11日
发明者K·-R·里姆施奈德, R·杜伊维, S·德鲁斯, T·哈泽 申请人:Nxp股份有限公司