专利名称：具有指纹图像识别功能的定点设备、指纹图像识别和定点方法以及使用它们来用于提供 ...的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及一种具有指纹图像识别功能的定点设备及其指纹识别方法，更具体地说，涉及一种通过使用一种传感器来执行用户识别和点控制而不使用用户识别传感器和点控制传感器的定点设备及其指纹图像识别方法。
背景技术：
一般而言，作为定点设备的指针是指已在台式计算机中广泛使用的XY输入板、跟踪球和鼠标，或者指已在诸如膝上型计算机的便携式终端设备中广泛使用的触摸屏面板或者触摸板。最近，使用光的光鼠标已得到使用。
试图将生物统计学集成到电子设备和通讯设备及其外围设备中的努力最近已提高了。生物统计学的最显著的特征是减轻在任何情况下由于外界因素而导致的损失、偷窃、遗忘或再现的麻烦，且这个特征是最有利的。当使用该特征时，完全执行审计功能来追踪谁侵犯了安全。具体地说，使用指纹的用户识别技术已得到积极的商业化，且访问和支持这种用户识别技术很容易，因为它通过使用人的特征来识别用户。结果，已进行了各种研究以及已在这个领域进行了很大的发展。
最近，已开发了将使用指纹的用户识别引入定点设备的技术。在定点设备中，内部指纹识别设备通过预定窗口从手指表面识别指纹，和将先前登记的指纹与识别的指纹进行比较，当比较结果独立于定点功能而相同时，证实该指纹。图1示出了作为示例的指纹识别光鼠标。如图1所示，指纹识别光鼠标1具有与一般鼠标相同的形状和相同的功能，但是在右拇指触摸的部分中包括指纹识别窗口2。如果右拇指触摸指纹识别窗口2，则内部指纹识别传感器(未示出)识别拇指的指纹并将识别的指纹与先前登记的指纹进行比较，以确定对用户的识别。
在传统的指纹识别中，获取用户识别中所需的最小的指纹。也就是说，在图1的指纹识别光鼠标情况中，获取大约100×100象素的指纹，用于指纹识别。现在，在市场上可购得用于一次探测96×96象素的指纹图像的光鼠标。
另外，指纹识别可以被引入使用指纹的定点设备中。换句话说，在当前的定点设备中已提供了控制使用指纹和同时用指纹识别用户的指针的技术。然而，在现有技术中，用于指纹识别以获取较大的指纹图像用于用户识别的指纹获取传感器和用于控制指针以获取较小的指纹图像的指纹获取传感器都包含在一个定点设备中。
图2示出了包括两个指纹获取传感器的便携式终端设备。图2(a)示出了便携式计算机(膝上型计算机)的一部分和图2(b)示出了PDA的一部分。在图2(a)的情况中包含了识别用户的指纹以证实该用户的指纹的用于指纹识别的指纹获取传感器3和用于控制用手指显示在膝上型计算机的监视器中的指针的指针控制传感器4。然而，在膝上型计算机中的指针控制器不是使用指纹识别而是使用通过手指的压力或触笔而导致的电容变化。另外，在图2(b)的情况中，分别包含了用于用户识别指纹获取传感器5和指针控制器传感器6。通常，在用于根据手指的移动信息来控制监视器上的光标的移动的膝上型计算机的情况中，大约20×20象素的指纹图像足以获得用于点控制的指纹的移动信息，但是，对于用户识别，要求有超过大约100×100象素的指纹图像。在实际的膝上型计算机的情况中，已可购得用大约5×5mm的指纹获取传感器来获取大约100×100象素的图像数据的产品。
虽然通过使用大约20×20象素的用于点控制的小数据来体现小功率高速度，但是，需要获取和分析100×100象素的用于指纹识别的大指纹图像。结果，需要用于用户识别的指纹获取传感器3和5以及指针控制传感器4和6。因为这两种指纹获取传感器都包含在定点设备中，所以这种定点设备的外表显得不好看且不能解决驱动这两种指纹获取传感器的技术复杂性。因此，在现有技术中安装了两种指纹获取传感器，对于使电子器件和装置变薄和变简单的小型化产生不利影响。
因此，需要一种用于通过使用便携式终端设备中的用于用户识别的指纹获取传感器来执行用户识别以及同时通过获取多个小指纹图像来执行点控制的方法。
图1是用于指纹识别的传统光鼠标的透视图。
图2是示出了包括用于指纹识别的传统指纹传感器和用于指针控制的传统导航板的便携式终端设备的示例的视图。
图3是示出了根据本发明的第一实施例的定点设备的结构的视图。
图4是示出了根据本发明的计算位移数据的处理的视图。
图5是示出了根据本发明的映射指纹图像的处理的视图。
图6是示出了根据本发明的第二实施例的定点设备的结构的视图。
图7是示出了映射从图6所示的多个指纹获取装置获得的指纹图像的处理的视图。
图8是示出了根据本发明的第一或第二实施例的定点设备中的指纹识别处理的流程图。
图9是示出了在图8中的虚像空间中映射指纹图像的处理的详细流程图。
图10是示出了根据本发明的控制定点设备中的指针的处理的流程图。
图11是示出了根据本发明的第三实施例的定点设备的结构的视图。
图12是示出了根据本发明的可安装于细微空间中的3∶1缩象光学系统的设计示例的视图。
图13是示出了根据本发明的通过应用缩象光学系统而从指纹获得装置获得的指纹图像的示例的视图。
图14是示出了根据本发明的第四实施例的定点设备的视图。
图15是示出了一种用于从M×N象素的指纹图像中提取出m×n象素的指纹图像的方法的视图。
图16是示出了根据本发明的第三或第四实施例的用于执行用户识别和同时执行定点控制的方法的流程图。
图17是示出了根据本发明的第五实施例的定点设备的结构的视图。
图18是示出了根据本发明的第五实施例的定点设备的操作的流程图。
图19是示出了根据本发明的一种用于通过使用指纹识别功能来限制取决于用户的便携式通信终端设备的使用的方法的流程图。
图20是示出了根据本发明的包括定点设备的便携式终端设备的示例的视图。
发明内容
技术主题本发明的目的是改善指纹识别方法，从而只使用一种传感器就可同时执行用户识别和指针控制，而不需要用于用户识别和用于指针控制的各指纹识别传感器。
技术解决方案在一个实施例中，一种具有指纹图像识别功能的定点设备包括至少一个或多个指纹获取装置，用于根据预定周期获取手指表面的指纹图像；特征点提取装置，用于从获得的指纹图像中提取至少一个或多个特征点；移动探测装置，用于计算提取的指纹图像的特征点之间的位移数据，以探测指纹图像的移动信息；映射装置，用于根据移动信息在内部虚像空间中映射指纹图像；识别装置，当映射的指纹图像的整体尺寸达到先前的设置尺寸时，将整个映射的指纹图像与先前登记的指纹图像进行比较，以及确定对指纹的识别；以及运算装置，用于接收来自移动探测装置的位移数据和用位移数据来计算指针将移动的方向和距离。
在一个实施例中，一种具有指纹识别功能的定点设备包括指纹获取装置(第一操作周期)，用于获取手指表面的指纹图像，通过仅一次的二维图像获取来控制指针；指纹识别单元(第二操作周期)，用于将获得的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，以识别获取的指纹图像的用户；以及定点控制单元(第三操作周期)，用于根据取决于第一操作周期而获取的图像的部分数据来探测移动信息，和根据移动信息来计算指纹图像的位移数据，以计算指针的移动方向和距离。
在一个实施例中，一种用于识别用户识别用的指纹的方法包括以下步骤使用预定的指纹获取传感器来根据设置的周期获取至少一个或多个指纹图像；从获得的指纹图像中提取至少一个或多个特征点；在虚像空间的特定位置中映射第一指纹图像；计算第一指纹图像的特征点与在已获取第一指纹图像的周期之后的下一周期中所获取的第二指纹图像的特征点之间的位移数据；在虚像空间中用位移数据映射第二指纹图像；以及当在虚像空间中映射的指纹图像的整体尺寸达到先前设置的尺寸时，将整个映射的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，以及确定对指纹的识别。
在一个实施例中，提供了一种指针控制设备的定点方法，该指针控制设备具有尺寸比在指纹识别中所需的预定尺寸还小的图像传感器，该方法包括以下步骤使用控制可移动指针的预定指纹获取传感器，根据第一操作周期在指头表面上获取M×N象素的至少一个或多个指纹图像；通过根据第二操作周期从获得的指纹图像中提取特征点并将提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，确定对指纹图像的用户的识别；根据第三操作周期从获得的指纹图像中提取m×n象素的指纹图像；通过计算所提取的m×n象素的指纹图像的位移数据来探测各个指纹图像的移动信息；以及使用位移数据计算和输出指针将移动的方向和距离。
在一个实施例中，一种具有指纹图像识别功能的定点设备包括至少一个或多个指纹获取装置，用于根据预定周期或偶尔的要求获取手指表面的图像；移动探测装置，用于计算获得的指纹图像的位移数据，以探测每个指纹图像的移动信息；运算装置，用于接收来自移动探测装置的位移数据，使用位移数据来计算指针将移动的方向和距离；存储装置，用于映射从指纹获取装置和运算装置获得的指纹图像和指纹图像的位移数据；CPU，用于分析和处理运算装置和图像存储空间的数据。
具体实施例方式
参考附图对本发明进行详细的描述。
图3是示出了根据本发明的第一实施例的定点设备的结构的视图。
图3的定点设备包括发光装置22、聚光装置23、指纹获取装置24、特征点提取装置25、存储装置26、移动探测装置27、映射装置28、虚像空间29、识别装置30和运算装置31。
参考图3，当要获取指纹图像的手指20触摸透明件21时，发光装置22在作为触摸对象的手指20的表面发光。发光装置22包括至少一个或多个发光二极管。
聚光装置23聚集通过从发光装置22发射向接触对象的光所产生的指纹图像。可以使用光凸透镜作为聚光装置23。
指纹获取装置24探测由聚光装置23聚集的模拟指纹图像和将模拟指纹图像转换为数字指纹图像。指纹获取装置24包括光学传感器阵列，二维排列了多个CMOS图像传感器(缩写为“CIS”)。这里，指纹获取装置24在先前设置的周期中获取多个指纹图像。指纹获取装置24制造成适合于小型便携式终端设备，从而获取小指纹图像。例如，适用于定点控制的用于获取小于大约20×20象素的微传感器被用作指纹获取装置24。这里，本领域技术人员已公知的设备能被用作发光装置22、透明件21、聚光装置23和指纹获取装置24。
从发光装置22射出的灯被射到手指20的表面并根据手指20的表面的图形进行反射。从手指20的底表面反射的光通过聚光装置23在指纹获取装置24中形成一个象(phase)。形成在指纹获取装置24中的象通过指纹获取装置24转换为数字指纹图像。指纹图像的获取在时间轴上快速地连续执行。
特征点提取装置25在预定周期中从由指纹获取装置24获取的每个指纹图像中提取至少一个或多个特征点。这些特征点包括指纹图像的纹路长度和方向和纹路分开或终结的位置数据。
存储装置26存储从指纹获取装置24获取的指纹图像和从特征点提取装置25提取的关于特征点的信息。
移动探测装置27从存储在存储装置26中的指纹图像的特征点探测每个指纹图像的移动程度。在此，移动探测装置27通过使用移动估计方法、根据指纹的移动计算特征点的位移数据(方向和距离)来探测指纹的移动程度。通过这种方式，移动探测装置27通过比较在先前设置的周期中获取的指纹图像的特征点来探测指纹图像的移动程度。指纹识别中的指纹图像的移动信息和特征点提取以及指纹图像的获取是重要的因素，因为指纹图像的移动和指纹识别的可靠性根据特征点如何可靠地提取而区别开来。
映射装置28接收指纹图像的特征点的位移数据(方向和距离)，其是来自移动探测装置27的取决于指纹图像的移动的移动信息，且映射装置28使用位移数据确定移动的指纹图像将在虚像空间29中映射的位置。接下来，映射装置28根据确定的位置来映射每个指纹图像。当指纹图像被映射装置28映射时，在先前周期和当前周期中获取的特征点当中，相同的特征点被优选地映射成重叠。通过这种方式，映射装置28在虚像空间中二维排列每次获取的指纹图像。在此，虚像空间29具有在用户识别中需要的指纹图像的尺寸。也就是说，作为用于合成在用户识别中所需的指纹图像的存储设备的虚像空间29优选地具有在用户识别中所需的指纹图像的尺寸。例如，虚像空间29具有小于大约100×100象素的尺寸。
识别装置30探测在虚像空间29中映射的整体指纹图像的尺寸是否等于虚像空间29的尺寸，然后如果尺寸相同，则将整个映射的指纹图像与先前登记的指纹图像进行比较，以证实用户。
运算装置31接收来自移动探测装置27的位移数据，和使用位移数据计算指针将移动的方向、距离和移动程度。运算装置30一般与定点设备或具有定点设备的装置的处理器相结合。结果，处理器能够控制指针在显示设备的屏幕上以所需的方向和所需的距离进行移动。
在一个实施例中，指纹获取装置24能够体现为各种方式。也就是说，指纹获取装置24能够用半导体器件或用如上所述的光学系统体现。在此，使用这种光学系统的指纹获取装置24很长的时间就已商业化为验证系统且在刮擦、温度和耐用性上有优势。然而，这种光学系统由于光学传感器的尺寸而具有只使用于小型便携式终端设备的局限性和存在不能进行信息安全性和识别采用的问题。同时，使用半导体器件的指纹获取装置24在获取指纹图像时具有清晰的图片图像映像和快速的反应速度。另外，由于传感器的小型化可行，使用半导体器件的指纹获取装置24具有各种应用范围和在成本上具有高竞争力。
在一个实施例中，指纹图像的获取能够用这种光学系统或这种半导体系统来执行。例如，当指纹图像用半导体系统获取时，不需上述的发光装置22和聚光装置23。结果，图3示出了用于用光学系统获取指纹图像的定点设备的示例，且指纹图像能够用这种半导体系统获取。由于本发明的特征不在于指纹图像的获取而是在于获取的指纹图像的处理方法，所以指纹获取方法能够用任何系统执行。
在下文中，对具有指纹识别功能的定点设备的操作进行详细描述。在本发明的一个实施例中，由于指纹识别功能和定点功能在定点设备中同时执行，所以对指纹识别功能和定点功能进行描述。
图4是示出了根据本发明的计算位移数据的处理的视图。图4a示出了在第一周期中获取的指纹图像及其特征点，和图4b示出了在第二周期中获取的指纹图像及其特征点。图4a和4b的指纹图像是形成在指纹获取装置24中的图像。在一个实施例中，作为示例，示出了提取5个特征点(表示为M)的指纹图像。
图4b的指纹图像通过在预定周期内将图4a的指纹图像向右移动3个象素(ΔX＝3)和向下移动3个象素(ΔY＝-3)而获得。移动探测装置27通过计算提取的特征点的位移数据(方向和距离)来获取指纹图像的移动。
映射装置28使用移动探测装27计算的特征点位移数据，将每次获取的指纹图像在虚像空间29的对应位置中映射。参考图5对映射处理进行详细描述。
图5是示出了根据本发明的映射指纹图像的处理的视图。
在一个实施例中，对使用用于获取小于20×20象素的指纹图像的微型化指纹获取装置24来获取具有在用户识别中所需的尺寸(即小于大约100×100象素)的指纹图像的处理进行描述。
图5a示出了使用小于20×20象素的微型化指纹获取装置24根据先前设置的周期获取的指纹图像，和图5b示出了指纹图像被映射的小于100×100象素的虚像空间29。在图5中，为了说明的方便，假定预定的图案不是指纹的形状而是图案的图形。
当指纹获取装置24在时间T0获取20×20象素的第一指纹图像41时，特征点提取装置25从获取的第一指纹图像41中提取至少一个或多个特征点且将特征点存储在存储装置26中。在图5a中，在第一指纹图像41上提取6个特征点(表示为黑点)。映射装置28在虚像空间29的预定位置上映射第一指纹图像41。在此，映射装置28优选地在虚像空间29的中心上映射获取的指纹图像。其后，当指纹获取装置24在时间T1获取第二指纹图像42时，特征点点提取装置25从第二指纹图像42中提取至少一个或多个特征点(数目8)且将特征点存储在存储装置26中。
移动探测装置27使用第一指纹图像41和第二指纹图像42的移动信息来计算位移数据(方向和距离)。位移数据通过图4中所描述的方法来计算。映射装置28在对应于移动探测装置27中的所计算的位移数据的虚像空间29的位置中映射第二指纹图像42。然后，当指纹获取装置24在时间T2获取第三指纹图像43时，特征点提取装置25从第三指纹图像43中提取至少一个或多个特征点(数目9)。提取的特征点存储在存储装置26中，且关于第二指纹图像42和第三指纹图像43的位移数据使用提取的特征点来计算。映射装置28在对应于所计算的位移数据的虚像空间29的位置中映射第三指纹图像43。如上所述，指纹图像获取、特征点提取、位移数据计算和映射操作根据预定的周期重复地执行，直到映射的指纹图像41、42、43、……、n的整体尺寸是在用户识别中所需的尺寸，那就是说，虚像空间29的尺寸。通过这种方式，具有在用户识别中所需的大尺寸的指纹图像能够通过每个具有小尺寸的多个指纹图像来获得。
在映射操作期间，当在当前周期中获取的指纹图像被在虚像空间29中映射时，优选映射特征点，以便在先前周期中获取的指纹图像的特征点的至少一部分可以与当前周期中获取的指纹图像的特征点重叠。例如，当第二指纹图像42在图5b中的虚像空间29中映射时，第二指纹图像42的至少一部分特征点被映射成与第一指纹图像41的特征点的至少一部分重叠。同样地，当第三指纹图像43在虚像空间29中映射时，第三指纹图像43的特征点的至少一部分被映射成与第二指纹图像42的特征点的至少一部分重叠。在图5b中，参考数目48表示第一指纹图像41与第二指纹图像42重叠的部分，且参考数目49表示第二指纹图像42与第三指纹图像43重叠的部分。
同时，第二指纹图像42通过在获取第一指纹图像41之后将手指20移动预定时间(T1-T0)而获得。在图3中，当手指20在接触透明件21时以任一方向移动任一距离时，根据设置的周期获取指纹图像。在这种情况下，手指20的移动方向与指纹图像的移动方向相反。
如上所述，每次在设置的周期中获取的指纹图像被在虚像空间29中映射。当映射的指纹图像的整体尺寸等于虚像空间29的尺寸时，识别装置30将在虚像空间29中映射的整个指纹图像与先前登记的指纹图像进行比较，然后确定识别。在此，这种识别优选地通过指纹图像的特征点匹配来确定。如果两个指纹图像相同则识别装置30证实用户，但是如果不相同则拒绝证实用户。结果，用户能够限制终端设备的使用，以便只有该用户能够使用或制止用户意欲设备中被泄漏的信息。
图6是示出了根据本发明的第二实施例的定点设备的结构的视图。
图6的定点设备包括比图3多的多个发光装置和指纹获取装置。在图6中，多个指纹获取装置24-1，2，3在每次根据预定周期获取多个指纹图像。与图3相比，当指纹获取装置24在图3的定点设备中的每个周期中获取一个指纹图像时，多个指纹获取装置24-1，2，3中的每一个获取指纹图像，以便在图6的定点设备中的每个周期内获取多个指纹图像。图6示出了包括3个发光装置23-1，2，3和3个指纹获取装置24-1，2，3的定点设备。
图7是示出了映射从图6所示的多个指纹获取装置24-1，2，3获取的指纹图像的处理的视图。
图7示出了使用3个微型化指纹获取装置获取大约20×20象素的指纹图像和使用大约20×20象素的指纹图像获取具有在用户识别中所需的尺寸(大约100×100象素)的图像的处理。图7a示出了指纹获取装置24-1，2，3根据先前设置的周期所获取的20×20象素的指纹图像。图7b示出了对应于100×100象素的虚像空间29的位置的映射图7a所示的指纹图像的处理。
当将图7的映射处理与图5的映射处理相比时，图5的映射处理根据设置的周期将每次获取的一个指纹图像在虚像空间29中映射，而图7的映射处理根据预定的周期将每次获取的3个指纹图像在虚像空间29中映射。
参考图7a和7b，指纹获取装置24-1，2，3在时间T0同时获取3个20×20象素的指纹图像(第一指纹图像集61)。接下来，特征点提取装置25从第一指纹图像集61中提取至少一个或多个特征点，和将提取的特征点存储在存储装置26中。图7a中的第一指纹图像集61的特征点总共为12个(表示为黑点)。映射装置28在虚像空间29的特定位置中映射第一指纹图像集61。在此，第一指纹图像集61优选地在虚像空间29的中心映射。其后，指纹获取装置24-1，2，3在下一时间T1获取3个指纹图像(第二指纹图像集62)。特征点提取装置25从第二指纹图像集62中提取至少一个或多个特征点(数目9)，和将特征点存储在存储装置26中。移动探测装置27使用第一指纹图像集61和第二指纹图像集62的移动信息来计算位移数据(方向和距离)。位移数据通过图4中所描述的相同方法来计算。映射装置28在对应于移动探测装置27所计算的位移数据的位置中映射第二指纹图像集62。映射操作重复地执行，直到映射的指纹图像集61、62、……、n的整体尺寸变成用户识别所需的尺寸，那就是说，虚像空间29的尺寸。结果，具有在用户识别中所需的大尺寸的指纹图像能够通过每个具有小尺寸的多个指纹图像来获得。在此，第二指纹图像集62包括在获取第一指纹图像集61之后将手指移动预定时间T1-T0从3个指纹获取装置24-1，2，3中获得的指纹图像。
在此，如图5所描述，当在当前周期中获取的指纹图像集被在虚像空间29中映射时，优选映射特征点，以便在当前周期中获取的指纹图像集的特征点的一部分可以与先前周期中获取的指纹图像的特征点的一部分重叠。
当指纹图像集在整个虚像空间29中映射时，识别装置30通过将在虚像空间29中映射的整个指纹图像与先前登记的指纹图像进行比较来确定识别。当两个指纹图像相同时，识别装置30证实用户，但是当不相同，识别装置30拒绝证实用户。
同时，根据本发明的实施例的定点设备通过从手指表面获取的指纹图像的移动来控制指针。定点设备中的定点处理如下所述。发光装置22、聚光装置23、指纹获取装置24、特征点提取装置25、存储装置26和移动探测装置27的操作上面描述的相同。然而，当执行定点功能时，运算装置31接收关于在移动探测装置27中计算的指纹图像或指纹图像集的特征点的位移数据，并使用位移数据计算指针将在监视器上移动的方向和距离。也就是说，如图4所示，运算装置31计算指针将移动的所需方向和所需距离。在此，虽然移动探测装置27使用获取的指纹图像的特征点来计算位移数据，但是位移数据能够使用数字指纹图像数据直接计算出。
图8是示出了根据本发明的第一或第二实施例的定点设备中的指纹识别处理的流程图。
如果在定点设备初始化之后n设置为1(S802)，则每一指纹获取装置24，24-1，2，3获取n个(n＝1)20×20象素的指纹图像(S803)。在此，当多个指纹获取装置24-1，2，3被用作如图6所示时，定点设备能够同时获取多个指纹图像(指纹图像集)。结果，虽然每次从各指纹获取装置获取的指纹图像的尺寸为大约20×20象素，但是，每次获取的指纹图像的整体尺寸能够通过控制指纹获取装置的数目来调节。
特征点提取装置25从由指纹获取装置24，24-1，2，3获取的n个指纹图像中提取至少一个或多个特征点，和将特征点存储在存储装置26中(S804)。
接下来，映射装置28使用提取的特征点在虚像空间29中映射n个指纹图像(S805)。
识别装置30识别在虚像空间29中映射的整体指纹图像的尺寸是否变成先前设置的尺寸(S806)。在此，设置的尺寸表示在用户识别中所需的最小尺寸。也就是说，虽然从各指纹获取装置24，24-1，2，3获取的每个指纹图像具有大约20×20象素的尺寸，但是指纹图像的尺寸足以获得指纹图像的移动信息但是不足以获得用于用户识别的信息。也就是说，20×20象素的指纹图像足以获得指纹图像的移动信息，但是通过指纹图像进行用户识别需要大约100×100象素的指纹图像。结果，指纹图像的设置尺寸为大约100×100象素，其是虚像空间29的尺寸。
如果在步骤S806中在虚像空间29中映射的整体指纹图像的尺寸小于先前设置的尺寸，即，虚像空间29的尺寸，则变量n递增1(S807)，然后继续获取指纹图像(S803～S806)。指纹图像获取处理继续进行，直到在虚像空间29中映射的整体指纹图像的尺寸达到先前设置的尺寸。
当在步骤S806在虚像空间29中映射的整体指纹图像的尺寸达到先前设置的尺寸时，识别装置30从在虚像空间29中映射的整体指纹图像中提取至少一个或多个特征点(S808)。
识别装置30将在步骤S808中提取的整体指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较(S809)。
识别装置30确定在步骤S808中比较的特征点是否相同(S810)，且如果特征点相同则识别装置30证实用户(S811)，但是如果不相同则拒绝证实用户(S812)。
图是9是示出了图8中的在虚像空间(S805)中映射指纹图像的处理的详细流程图。
首先，第一指纹图像在虚像空间29的特定位置中映射(S901)。在此，第一指纹图像(或指纹图像集)优选地在虚像空间29的中心映射。
然后，当第二指纹图像在下一周期中通过指纹获取装置24，24-1，2，3获得时，移动探测装置27接收第二指纹图像(S902)，以计算第二指纹图像与第一指纹图像的位移数据(距离和方向)(S903)。在此，第二指纹图像是根据指纹的移动在预定时间间隔内获得的指纹图像。步骤S903的位移数据使用第一指纹图像和第二指纹图像的特征点的移动信息来计算。其后，映射装置28根据移动探测装置27所计算的位移数据将第二指纹图像在虚像空间29的对应位置中映射(S904)。
指纹获取、位移数据计算和映射操作连续地执行n次，直到整体指纹图像的尺寸达到先前设置的尺寸，即，虚像空间29的尺寸(S905～S908)。
如图8和9所示，根据设置的周期n次获取的大约20×20象素的指纹图像被合成一个大指纹图像，以具有在用户识别中所需的尺寸，例如大约100×100象素。具有在用户识别中所需的尺寸的图像能够通过合成在每个位置上获取的指纹图像及其相对运动信息来获得。
图10是示出了根据本发明的控制定点设备中的指针的处理的流程图。
如果手指20接触透明件21(S1001)，则第n指纹图像通过指纹获取装置24，24-1，2，3获得(S1002)。然后，第(n+1)指纹图像通过指纹获取装置24，24-1，2，3根据先前设置的周期获得(S1003)。移动探测装置27计算从第n指纹图像到第(n+1)指纹图像的移动的程度，即，位移数据(S1004)。运算装置31使用位移数据运算指针的坐标值，即，移动的方向和距离(S1005)。接下来，对应于运算装置31所计算的指针的坐标值，处理器(示出)同运算装置31相结合移动该指针(S1006)。
通过这种方式，在图3和6中，定点设备映射每个具有适用于指针控制的尺寸和通过指纹获取装置24，24-1，2，3获取的多个指纹图像，和将其延展到具有适用于用户识别的尺寸。结果，用户识别和指针控制能够使用一种指纹识别传感器同时执行。
图11是示出了根据本发明的第三实施例的定点设备的结构的视图。
图11的定点设备包括发光装置22、聚光装置23、指纹获取装置34、指纹识别单元100和定点控制单元200。
指纹识别单元100包括特征点提取装置35和识别装置36，且定点控制单元200包括指纹图像提取装置37、移动探测装置38和运算装置39。在此，根据本发明的实施例的定点设备可以进一步包含外壳(未示出)，外壳包括发光装置22、聚光装置23、指纹装置34、特征点提取装置35、移动探测装置38和运算装置39，且包含透明件21，其中手指表面以预定的距离接触指纹获取装置34。更加优选地，图11的定点设备适当地安装在便携式终端设备中。
在图11的定点设备中，当手指20接触透明件21时，发光装置22发射光至手指20的表面。发光装置22包括至少一个或多个发光二极管(缩写为“LED”)。
聚光装置23聚集在光从发光装置22射向手指20之后从手指20的表面反射的光。普通的光凸透镜可作为聚光装置23。
指纹获取装置34获取手指表面的指纹图像，用于使用通过聚光装置23聚集的光来控制指针。指纹获取装置34将聚光装置23聚集的模拟指纹图像转换成数字指纹图像，以获得M×N象素的指纹图像。在此，指纹获取装置34获取的M×N象素的尺寸表示用户识别中所需的尺寸。也就是说，M×N象素的尺寸表示通过使用一次获取的指纹图像在指纹图像上执行用户识别的尺寸。指纹获取装34包括光学传感器阵列，二维排列了多个CMOS图像传感器(缩写为“CIS”)。在此，指纹获取装置34在先前设置的周期中获取指纹图像。指纹获取装置34制造成适合于小型便携式设备，且使用用于获取超过大约100×100象素的大指纹图像的CIS。通过这种方式，如同用于用户识别的指纹获取装置34，CIS能够用于获取具有各种尺寸的指纹图像，一般从90×90象素到400×400象素的范围。因此，本发明的第三实施例的指纹获取装置34获取的指纹图像的尺寸与本发明的第一或第二实施例的指纹获取装置24获取的指纹图像的尺寸不同。
从发光装置22产生的光被发射到手指20的表面并根据手指20的表面的图形进行反射。从手指的底表面反射的光通过聚光装置23在指纹获取装置34中形成一个象。形成在指纹获取装置34中的象被通过指纹获取装置34转换为数字指纹图像。这种指纹图像获取在时间轴上快速地连续执行。
指纹识别单元100在一个不同于指纹获取装置34的操作周期从指纹获取装置34获取的指纹图像中提取特征点，且通过将提取的特征点与先前登记指纹图像的特征点进行比较来执行用户识别。指纹识别单元100将提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较为一般每秒一次至三次。也就是说，通过每秒接收1-3个指纹图像、从接收的指纹图像提取特征点和将提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较来执行用于证实用户的指纹识别处理。更加优选地，每秒执行指纹识别的处理。指纹识别单元100包括用于从获取的指纹图像中提取特征点的特征点提取装置35和用于将特征点提取装置35所提取的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较来执行用户识别的识别装置36。
定点控制单元200在不同于指纹识别单元100的操作周期内从指纹获取装置34所获取的指纹图像中提取m×n象素(M，N＞m，n)的指纹图像，以探测指纹图像的移动信息。定点控制单元200使用探测的移动信息来计算位移数据，和使用计算的位移数据来计算指针将移动的方向和距离。优选地，定点控制单元200探测指纹图像的特征点的移动信息，和根据移动信息计算特征点的位移数据。对应于特征点的位移数据，定点控制单元200计算指针的移动方向和距离。
定点控制单元200从在先前设置的周期中获取的指纹图像中提取大约20×20象素的指纹图像，计算每个指纹图像的位移数据和使用位移数据来计算二维坐标(ΔX，ΔY)，即，指针将移动的二维方向和距离。定点控制单元200大约每秒进行800～1200次的指纹图像提取，和计算根据对应的周期所提取的每个指纹图像的位移数据。
指纹识别单元100和定点控制单元200根据不同的操作周期分别进行操作，以执行用户识别和指针控制操作。也就是说，在定点设备的用户使用指纹图像控制指针时，指纹识别单元100独立于定点控制处理执行对用户的指纹验证。结果，在对指针控制的导航期间，指纹验证周期地执行，而没有另外的指纹识别处理。
在下文中，对指纹识别单元100和定点控制单元200的操作进行详细描述。
特征点提取装置35从根据先前设置的周期每次所获取的指纹图像中提取至少一个或多个特征点。这些特征点包括指纹图像的纹路长度和方向和纹路分开或终结的位置数据。
识别装置36将从特征点提取装置35提取的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，以根据两个指纹图像的鉴定来执行用户识别。在此，识别装置36可以包括比较装置(未示出)，用于组合获取的指纹图像和先前登记的指纹图像全局信息和局部特征信息或对两个指纹图像的特征点匹配来比较这两个指纹图像。识别装置36使用比较装置来确定对两个指纹图像的鉴定。
如果先前登记的指纹图像的特征点与从特征点提取装置35提取的指纹图像的特征点相同，则识别装置36执行用户识别，或者如果没有相同则拒绝该用户识别。
指纹图像提取装置37从指纹获取装置34获取的M×N象素的指纹图像中提取m×n象素(在此M，N＞m，n)的指纹图像。m×n象素的尺寸表示在指针控制中使用的尺寸。用于定点设备中的指针控制的20×20象素的尺寸足以实现一般提取小指纹图像的指纹图像。指纹图像提取装置37提取从大约15×15象素到大约80×80象素的指纹图像。结果，指纹图像提取装置37从用于用户识别的指纹获取装置34获取的大约100×100象素的指纹图像中提取大约20×20象素的指纹图像用于指针控制。在此，所使用的指纹图像的尺寸只是本发明的一个示例。也就是说，所获取的M×N象素的尺寸优选地适用于用户识别，且所提取的m×n象素的尺寸优选地适用于指针控制。
移动探测装置38获取根据设置的周期每次所获取的每个指纹图像的移动程度。在此，移动探测装置38优选地通过计算与在设置的周期中获取的指纹图像的特征点相关的位移数据(方向和距离)且使用移动估计方法来探测指纹的移动程度。更加优选地，移动探测装置38通过计算关于在设置的周期中获取的指纹图像的特征点的位移数据来探测指纹图像的移动程度。在此，指纹图像的位移数据优选地通过计算从在先前周期中获取的指纹图像的特征点到在当前周期中获取的指纹图像的特征点的移动距离和方向来计算出。指纹识别中的指纹图像的移动信息和特征点提取以及指纹获取是重要的因素，因为指纹图像的移动和指纹识别的可靠性根据特征点如何能够可靠地提取而区别开来。
运算装置39从移动探测装置38接收指纹图像的移动程度，即位移数据，并使用接收的位移数据来计算二维坐标(ΔX，ΔY)，即指针将移动的方向和距离/移动程度。
运算装置39一般与定点设备或具有定点设备的装置的处理器相结合。结果，处理器能够根据在运算装置39中计算的坐标来控制在显示器设备的屏幕上的指针的移动。
根据本发明的一个实施例的定点设备可以进一步包含用于显示先前存储的信息的显示装置(未示出)。通过这种方式，当定点设备进一步包括显示装置时，该显示装置根据指纹识别单元100的指纹识别来接收信号，以显示识别结果。当对用户的识别在指纹识别单元100中成功地执行时，用于执行对应终端的所有功能的信息显示在该显示装置上。然而，当用户识别被拒绝时，显示限制性的信息，其仅能够执行该终端的特定功能。
通过用户识别限制性地允许对应终端的使用的技术将在稍后提到。
本发明的第三实施例中的指纹获取装置34能够用如本发明的第一和第二实施例所示的半导体器件体现。
同时，当指纹获取装置34体现为光学系统时，能够用小型指纹获取装置，即“缩象光学系统”获得用于用户识别的大指纹图像。换句话说，指纹获取装置34的尺寸能够通过将实际指纹的尺寸减小1/2～1/4和获取减小的指纹图像来小型化。
现在详细描述使用缩象光学系统(reduced optical system)获取指纹图像的原理和处理。
图12是示出了根据本发明的可安装于细微空间中的3∶1缩象光学系统的设计示例的视图。如图12所示，非球面镜42用来将光学器件安装在微小空间中。如果光学系统配置为如图12所示，则左箭头41所代表的实际物体的尺寸降低为右箭头43所代表的大约1/3尺寸。如果左箭头41所代表的物体的图像经过非球面镜42，则在位于右侧的指纹获取装置34中形成大约1/3尺寸的倒象。缩象光学系统通过应用上述的原理来体现，以便实际指纹的尺寸降低为1/n的尺寸(在此n为从1到5的实数)。
图13是示出了通过应用图12的缩象光学系统来从指纹获取装置获得的指纹图像的示例的视图。图13a示出了在光学系统为1∶1从指纹获取装置34获取的指纹图像，和图13b示出了在缩象光学系统为4∶1从指纹获取装置34获取的指纹图像。
一般而言，在人的指纹中每1mm形成大约二个沟(valley)。结果，当使用20×20象素的指纹获取装置34时，指纹获取装置34的识别象素为0.5mm，且指纹获取装置34获取的指纹数目为只是2个，如图13a所示。通过这种方式，当所获取的指纹图像的沟的数目变小时，用户识别的准确度下降，且指针控制的性能也下降。结果，传感器的尺寸需要较大，以进行足够的数据收集。
为了克服上述问题，能够通过对指纹获取装置34应用缩象光学系统来获得更多的数据，而无需增大传感器的尺寸。也就是说，在本发明的实施例中，通过将指纹的尺寸缩小1/n(在此n为1到5的实数)来获取具有间隔0.5mm的指纹的尺寸。更具体地说，指纹的尺寸降低为1/2～1/4的尺寸。结果，能够使用具有与图13a相同尺寸的指纹获取装置34来获得比图13a多的数据。如图13b所示，当使用缩象光学系统使指纹的尺寸降低为1/4的尺寸时，0.5mm的指纹间隔能够降低为大约0.125mm。因此，能够使用具有与图13a相同尺寸的指纹获取装置34获得4～16倍的指纹信息。换句话说，当通过将具有平均间隔0.5mm的指纹降低至1/2～1/4尺寸来获得指纹图像时，指纹获取装置34的尺寸能够被小型化至1/4～1/16。结果，可以使用低能耗和低成本的小型化指纹获取装置34来获得用于用户识别和指针控制的指纹图像，且小型化指纹获取装置34在应用于小型便携式终端设备时是有利的。
图14是示出了根据本发明的第四实施例的具有指纹识别功能的定点设备的视图。
与图11相比，图14的定点设备进一步包括存储装置60。存储装置60存储从指纹获取装置34获取的指纹图像。在图14的定点设备中，如果根据先前设置的周期每次从指纹获取装置34获取的指纹图像存储在存储装置60中，则指纹识别单元100和定点控制单元200使用存储在存储装置60中的指纹图像来分别执行用户识别和指针控制。也就是说，当分别在指纹识别单元100和定点控制单元200中执行用户识别和指针控制时，其立即接收根据指纹获取装置34的操作周期在图11的定点设备中获取的指纹图像，从指纹获取装置34获取的指纹图像被首先存储在存储装置60中，然后只使用具有指针控制所需的尺寸的指纹图像执行指针控制，以便指针也可体现为低成本、低能耗和高速导航信息生成。在此，自然使用存储在存储装置60中的指纹图像来同时执行用户识别和指针控制。
通过这种方式，通过从图11和14的定点设备中的用于用户识别的指纹获取装置34获取的指纹图像中提取出具有指针控制中所需的尺寸的指纹图像，用户识别和指针控制能够使用一种指纹识别传感器来同时执行。
图15是示出了一种用于从M×N象素的指纹图像中提取出m×n象素的指纹图像的方法的视图。
指纹获取装置34根据预定周期获取M×N象素的指纹图像71。M×N象素的指纹图像71具有足以用于用户识别的尺寸。优选地，指纹图像71具有从90×90象素到400×400象素的尺寸。另外，指纹图像提取装置37从M×N象素的指纹图像71中提取m×n象素的指纹图像72。在此，指纹图像提取装置37提取M×N象素的指纹图像71的中心部分。m×n象素的尺寸表示可以进行指针控制的指纹图像72的尺寸。指纹图像72具有从15×15象素到80×80象素的尺寸。
在图14的定点设备中，M×N象素的指纹图像71存储在存储装置60中，且用户识别使用M×N象素的指纹图像71来执行。同时，指针控制使用从M×N象素的指纹图像71中提取的m×n象素的指纹图像72来执行。
在指针使用m×n象素的指纹图像72进行调节的情况中，当手指20的表面从第一位置到第二位置移动ΔX和ΔY时，关于从指纹图像提取装置37提取的m×n象素的指纹图像的数据被发送到移动探测装置38。在此，指纹图像被以每秒大约800～1200次的速度发送。结果，取决于手指20的移动的指纹图像的位移数据被计算出且转换为速度，且指针的移动方向和距离也计算出且转换为速度。在此，由于在根据本发明的实施例的定点设备中上述处理速度需要用于稳定的定点操作，所以优选选择最小的图像尺寸，以降低处理和计算量。
同时，用户识别所需的M×N象素的整体指纹图像71被发送到指纹识别单元100。指纹图像71以每秒1～3次的速度发送，其中能够执行一般识别处理。指纹识别单元100被构造成包括在便携式终端设备的处理设备中，以便指纹识别单元100能够执行该功能。
使用指纹图像72的特征点来计算指纹图像72的位移数据的处理与图4相同。
图16是示出了根据本发明的第三或第四实施例的用于执行用户识别和同时执行定点控制的方法的流程图。
在初始化状态(S1601)，如果手指20的表面接触透明件21(S1602)，则根据第一操作周期通过指纹获取装置34获取M×N象素的指纹图像(S1603)。
指纹识别单元100和定点控制单元200使用指纹获取装置34获得的指纹图像71同时执行用户识别(S1620)和指针控制(S1630)。在图14的定点设备的情况中，除了获得的指纹图像71被存储在存储装置60中和使用存储在存储装置60中的指纹图像61指纹之外，用户识别(S1620)和指针控制(S1630)与图11的定点设备相同。
在用户识别处(S1620)中，特征点提取装置35根据第二操作周期从M×N象素的指纹图像中提取至少一个或多个特征点，以发送特征点到识别装置36(S1604)。识别装置36将从M×N象素的指纹图像中提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较(S1605)。识别装置36从比较结果确定两个指纹图像的特征点是否相同(S1606)。如果两个指纹图像的特征点相同，则识别装置36证实用户(S1607)，如果不同则拒绝用户识别(S1608)。
接下来，在指针控制处理中(S1630)中，指纹图像提取装置3根据第三周期从M×N象素的指纹图像中提取m×n象素的指纹图像72，以发送提取的指纹图像到移动探测装置38(S1609)。在本实施例中，m和n为从15至80的范围，以具有适用于提取的指纹图像72的指针控制的尺寸。移动探测装置38计算m×n象素的指纹图像72的位移数据，以发送位移数据至运算装置39(S1610)。在此，移动探测装置38通过计算从在先前周期中获取的指纹图像到当前周期中获取的指纹图像的移动程度(即距离和方向)来计算位移数据。优选地，计算取决于提取的指纹图像72的特征点的移动程度的位移数据。运算装置39使用在移动提取装置38中计算的位移数据来运算指针将移动的坐标(S1611)。对应于指针的坐标，终端设备的处理器(未示出)移动指针。
如图16所描述，根据本发明的实施例的定点设备能够通过使用从指纹获取传感器34获取的指纹图像71来同时执行用户识别和指针控制。用户识别处理(S1620)和指针控制处理(S1630)在先前设置的不同操作周期中执行，这两个处理S1620和S1630分别地执行。也就是说，当用户使用指纹调节指针时(S1630)，该用户识别处理(S1620)被自然地执行。结果，对用户无需进行指纹识别处理，且在指针控制期间指纹被自动地识别，以便根据指纹识别结果，能够对对应的设备调节用户可用的服务范围。
图17是示出了根据本发明的第五实施例的定点设备的结构的视图。
与本发明的上述实施例相比，第五实施例的特征在于没有包含在指纹识别功能期间从指纹图像中提取特征点的处理。也就是说，没有确定获取的指纹图像根据提取的特征点被存储在存储装置中的位置。反之，根据移动距离，即位移数据确定指纹图像的映射位置且其被存储在存储装置中。
在下文中，对图17的定点设备的结构进行详细描述。
图17的定点设备包括透明件21、发光装置22、聚光装置23和指纹获取装置34。然而，省去对这些元件的结构的说明，因为其与第三或第四实施例的相同。
通过指纹获取装置34获得的指纹图像立即输入到包括指纹图像提取装置37、移动探测装置38和运算装置39的定点控制单元200中。由于定点控制单元200的具体元件的操作与上述第三或第四实施例的相同，所以略去具体的说明。
然而，与第三或第四实施例相比，第五实施例的操作的特征在于通过指纹图像提取装置37提取的m×n象素的指纹图像被存储在存储装置40中且存储位置根据通过运算装置39计算的位移值的数据来映射。具体地说，假定从指纹图像提取装置37中提取的第i指纹图像被存储在存储装置40的特定位置中。如果从指纹图像提取装置37中提取第(i+1)指纹图像，则接收通过移动探测装置38和运算装置39获得的位移数据ΔX和ΔY，且第(i+1)指纹数据被存储在从存储第i指纹数据的特定位置移动了位移数据的位置中。
在存储装置40中存储指纹数据的操作通过根据预定时间间隔周期地存储数据的方法来执行或者当接收特定命令的时候执行。
另外，本发明的第五实施例包括CPU 50，用于控制将指纹数据存储在上述存储装置40中的操作，通过接收来自运算装置39的位移数据ΔX和ΔY来控制定点设备的移动和执行图18中所描述的指纹识别操作。
图18是示出了根据本发明的第五实施例的定点设备的操作的流程图。
如果该系统被初始化且手指20的表面接触透明件21(S1810)，则通过指纹获取装置34和指纹图像提取装置37获取m×n象素的指纹图像(S1820)。
获取的指纹图像被存储在存储装置40中(S1830)，且计算指纹图像上的位移数据和指针坐标(S1840，S1850)。计算结果被提供给存储装置40，且用于映射指纹图像。
计算结果也提供给CPU 50和用于控制定点设备的操作(S1860，S1870)。
同时，CPU 50接收来自存储装置40的指纹图像。如果接收的指纹图像不是M×N象素的指纹图像，则CPU 50再次接收来自存储装置40的指纹图像(S1880)。如果接收的指纹图像与M×N象素的指纹图像相同，则将指纹图像与先前存储的指纹图像相比(S1890)，且确定对这两个指纹图像的鉴定(S1899)。然后，根据结果执行用户识别或识别拒绝操作。
图19是示出了根据本发明的一种用于通过使用指纹识别功能来限制取决于用户的便携式通信终端设备的使用的方法的流程图。
在一个实施例中，具有指纹识别功能的便携式终端设备识别用户的指纹，以对用户执行指纹识别(S1900)。便携式终端设备通过指纹识别来识别意欲使用该终端设备的人是否是用户自己(S1910)。当用户是用户自己时，终端设备显示终端设备能够提供的整个菜单(S1920)，以便用户可以使用所有的功能(服务)(S1930)。然而，当用户不是用户自己时，则终端设备只显示能够允许这个人使用的特定菜单(S1940)。通过这种方式，诸如信用卡和财务信息的重要信息能够通过限制经由指纹识别而不被识别的个人对终端设备的使用而得到保护。
如果不是用户自己的用户意欲使用不允许的功能(S1950)，则终端设备显示表示不能使用对应功能的消息(S1960)。然后，在几秒之后，终端设备再次显示允许这个人使用的菜单(S1940)。因此，在一个人不是先前登记的用户的情况下，用户的个人信息、系统的控制信息和诸如电子商务的有偿服务能够通过限制其他用户的访问而得到保护，以保护个人信息。
指纹识别处理能够作为后台处理，以减轻对便携式通信终端设备的使用造成的不方便。在此，当用户用手指使用二维指针时，后台处理自动地执行收集、分析和鉴定指纹识别中所需数据的步骤，而没有向用户通知这些步骤。当用户使用系统中先前指定用于保护的处理时或当执行批准交易时，在用户自己使用从后台处理中获得的数据的情况中，执行所需的处理。然而，当用户不是用户自己时，拒绝该处理，以保护拥有者的信息或所有。
也就是说，与后台处理结合执行个人识别处理。当用户是用户自己时，相继执行下一步骤，但是当用户不是用户自己时拒绝后续的使用。结果，能够确保所需的稳定性，而没有影响用户的方便。在此，使用与二维定点设备相同的指纹登记和鉴定中的传感器组件，且定点设备被配置成同时执行数据收集和软件处理。
在上述实施例中，如果用户自己登记他的或她的指纹，则登记的数据被保存在非易失性存储器中且重复地使用，直到用户自己改变该数据。
在本发明的另一实施例中，当用户使用便携式通信终端设备时，不是用于指纹识别的指纹识别传感器而是具有指纹证实传感器功能的定点设备能够通过用户的指纹识别来识别便携式终端设备用户是否是用户自己。对于这个操作，在用户移动他的或她的手指时，便携式终端设备收集二维移动信息，通过合成所收集的移动信息和对应位置中的指纹图像来产生具有个人识别所需的尺寸的二维图像，和从对应的指纹图像中提取特征点。然后，便携式终端设备登记提取的特征点或将提取的特征点与用于个人识别的登记的数据进行比较。
图20是示出了根据本发明的包括定点设备便携式终端设备的示例的视图。便携式终端设备包括蜂窝电话、PDA或智能电话。
在便携式终端设备中，暴露出透明件230的外表面，且当手指被放在透明件230的外表面上时，具有用户识别所需的尺寸的指纹图像通过指纹获取来获得。如果获得指纹图像，则现有菜单窗口转换为如图20所示的服务屏幕240。
在便携式终端服务中，该服务能够通过不使用诸如通用计算机的鼠标的移动键而是使用指针250来选择和点击服务屏幕240上的菜单来使用。另外，便携式终端设备包括用于执行其他功能或输入性能命令的至少一个或多个功能按钮220。
虽然本发明可进行各种修改和替换形式，但是在附图和详细描述以示例的方式示出具体的实施例。然而，应当理解，本发明不局限于所公开的具体形式。反之，本发明覆盖所有的在所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围内的修改、等同和替换。
工业应用在根据本发明的一个实施例的具有指纹识别功能的定点设备和指纹识别方法中，具有小尺寸的指纹图像被映射，以产生大指纹图像或从大指纹图像中提取的小指纹图像，以便定点设备执行用户识别和指针控制。结果，用于用户识别和用于指针控制的各传感器没有包含在定点设备中，而是用于执行用户识别和指针控制两个功能的一种传感器被包括在根据本发明的一个实施例的定点设备中。另外，由于需要大指纹的用户识别能够只使用小指纹图像来执行，可以容易地体现小型化的便携式终端设备，从而降低造价。
另外，能够通过根据用户识别限制可在终端设备中使用的服务种类来保护终端设备中的重要信息。
权利要求
1.一种具有指纹图像识别功能的定点设备包括至少一个或多个指纹获取装置，用于根据预定周期获取手指表面的指纹图像；特征点提取装置，用于从获取的指纹图像中提取至少一个或多个特征点；移动探测装置，用于计算提取的指纹图像的特征点之间的位移数据，以探测指纹图像的移动信息；映射装置，用于根据移动信息来在内部虚像空间中映射指纹图像；识别装置，当映射的指纹图像的整体尺寸达到先前设置的尺寸时，识别装置将整个映射的指纹图像与先前登记的指纹图像进行比较，以及确定对指纹的识别；以及运算装置，用于接收来自移动探测装置的位移数据和使用位移数据来计算指针将移动的方向和距离。
2.如权利要求1所述的定点设备，进一步包括外壳，所述外壳包括指纹获取装置、特征点提取装置、移动探测装置、映射装置、识别装置和运算装置，且包括具有手指表面与其接触的平面表面的透明件，所述透明件与指纹获取装置具有预定的距离。
3.如权利要求1或2所述的定点设备，其中指纹获取装置是CMOS图像传感器。
4.如权利要求1或2所述的定点设备，其中获取的指纹图像和虚像空间的尺寸分别是m×n象素和M×N象素，且m和n分别小于M和N。
5.如权利要求1或2所述的定点设备，其中移动探测装置计算从在先前周期中获取的指纹图像的特征点到在当前周期中获取的指纹图像的特征点的移动距离和方向。
6.如权利要求1或2所述的定点设备，其中映射装置在虚像空间中映射指纹图像，以便当在第n-1指纹图像和第n指纹图像的特征点之间存在相同特征点时，重叠相同的特征点。
7.如权利要求1 or 2所述的定点设备，其中识别装置通过将整个映射的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行匹配来确定整个映射的指纹图像的特征点是否与先前登记的指纹图像的特征点相同，且根据确定结果判定对指纹的识别。
8.一种便携式终端设备，其包括了如权利要求1 or 2所述的定点设备和执行用户的指纹识别和指针的控制。
9.一种用于识别用户识别用的指纹的方法，包括以下步骤指纹图像获取步骤，用于使用预定的指纹获取传感器来根据设置的周期获取至少一个或多个指纹图像；特征点提取步骤，用于从获取的指纹图像中提取至少一个或多个特征点；第一映射步骤，用于在虚像空间的特定位置中映射第一指纹图像；位移数据计算步骤，用于计算第一指纹图像的特征点与在已获取第一指纹图像的周期之后的下一周期中所获取的第二指纹图像的特征点之间的位移数据；第二映射步骤，用于使用位移数据在虚像空间中映射第二指纹图像；以及指纹识别步骤，用于当在虚像空间中映射的指纹图像的整体尺寸达到先前设置的尺寸时，将整个映射的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，以及确定对指纹的识别。
10.如权利要求9所述的方法，其中获取的指纹图像和虚像空间的尺寸分别是m×n象素和M×N象素，且m和n分别小于M和N。
11.如权利要求9所述的方法，其中位移数据计算步骤是计算从第一指纹图像的特征点到第二指纹图像的特征点的移动距离和方向。
12.如权利要求9所述的方法，其中第二映射步骤是在与在虚像空间中映射的第一指纹图像距离所计算出的位移数据对应的位置中映射第二指纹图像。
13.如权利要求9或12所述的方法，其中第二映射步骤是在虚像空间中映射第二指纹图像，以便当第一指纹图像和第二指纹图像的特征点之间存在相同特征点时，重叠相同的特征点。
14.如权利要求9或12所述的方法，其中指纹图像获取步骤是使用多个指纹获取传感器每次获取多个指纹图像。
15.如权利要求14所述的方法，其中多个获取的指纹图像是相邻指纹的图像。
16.如权利要求9所述的方法，其中指纹识别步骤包括第一步骤，确定在虚像空间中映射的整体指纹图像的尺寸是否达到先前设置的尺寸；第二步骤，当根据确定结果整体指纹图像达到先前设置的尺寸时，从整体指纹图像中提取至少一个或多个特征点；第三步骤，将提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较；和第四步骤，根据比较结果确定对指纹的识别。
17.一种具有指纹识别功能的定点设备，包括指纹获取装置(第一操作周期)，用于获取手指表面的所需指纹图像，所述手指表面通过只一次二维图像获取来控制指针；指纹识别单元(第二操作周期)，用于从获取的指纹图像中提取至少一个或多个特征点，且将获取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，以识别获取的指纹图像的用户；以及定点控制单元(第三操作周期)，用于根据第一操作周期中获取的图像的部分数据来探测移动信息，和根据移动信息来计算指纹图像的位移数据，以计算指针的移动方向和距离。
18.如权利要求17所述的定点设备，其中指纹识别单元包括特征点提取装置，用于从指纹获取装置获取的指纹图像中提取至少一个或多个特征点；以及识别装置，用于将特征点提取装置提取的指纹图像的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较，以确定对指纹图像的用户的识别。
19.如权利要求18所述的定点设备，其中识别装置通过将提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行匹配来确定先前登记的指纹图像的特征点是否与提取的特征点相同，且根据确定结果执行对用户的识别。
20.如权利要求17所述的定点设备，其中定点控制单元包括指纹图像提取装置，用于从指纹获取装置获取的M×N象素(在此M和N是整数)的指纹图像中提取m×n象素(在此，m和n是整数，m＜M，n＜N)的指纹图像；移动探测装置，用于计算提取的m×n象素的指纹图像的位移数据，以探测各指纹图像的移动信息；以及运算装置，用于接收来自移动探测装置的位移数据和根据位移数据计算指针的移动方向和距离。
21如权利要求20所述的定点设备，其中移动探测装置计算从先前周期中获取的指纹图像的特征点到在当前周期中获取的指纹图像的特征的移动距离和距离，以计算指纹图像的位移数据。
22.如权利要求20所述的定点设备，其中M和N的范围从90到400，且m和n的范围从15到80。
23.如权利要求17所述的定点设备，其中指纹获取装置是CMOS图像传感器。
24.如权利要求17所述的定点设备，其中指纹获取装置是有源电容传感器。
25.如权利要求17所述的定点设备，其中第二操作周期是1～3次/秒。
26.如权利要求17所述的定点设备，其中第三操作周期是800～1200次/秒。
27.如权利要求17所述的定点设备，其中指纹识别单元和定点控制单元根据第二操作周期和第三操作周期分别地同时操作。
28.如权利要求17所述的定点设备，进一步包括发光装置，用于将光发射向控制指针的手指表面；和聚光装置，用于聚集从手指表面反射的指纹图像，其中聚光装置所聚集的指纹图像通过指纹获取装置获取。
29.如权利要求28所述的定点设备，其中聚光装置位于发光装置和指纹获取装置之间，发光装置和聚光装置之间的距离与聚光装置和指纹获取装置之间的距离的比率为n∶1，以及n为从1到5的实数。
30.如权利要求28所述的定点设备，其中聚光装置为非球面镜。
31.一种便携式终端设备，包括如权利要求17所述的定点设备和用于同时执行指纹识别和指针控制。
32.如权利要求31所述的便携式终端设备，进一步包括用于显示先前存储的信息的显示装置，其中当用户识别在指纹识别单元中执行时，显示装置显示整个信息或对用户允许的执行功能，且在没有执行用户识别时，显示装置只显示先前设置的有限范围内的信息和可用功能。
33.一种具有指纹识别功能的定点方法，该定点方法是指针控制设备的定点方法，指针控制设备具有尺寸比在指纹识别中所需的预定图片图像的尺寸还小的图像传感器，所述方法包括以下步骤指纹图像获取步骤，用于使用预定指纹获取传感器，根据第一操作周期在控制可移动指针的手指表面上获取M×N象素的至少一个或多个指纹图像；识别步骤，用于根据第二操作周期通过从获取的指纹图像中提取特征点并将提取的特征点与先前登记的指纹图像的特征点进行比较来确定对指纹图像的用户的识别；指纹图像提取步骤，用于根据第三操作周期从获取的指纹图像中提取m×n象素的指纹图像；移动探测步骤，用于通过计算所提取的各个m×n象素的指纹图像的位移数据来探测各个指纹图像的移动信息；以及运算步骤，用于使用位移数据计算和输出指针将移动的方向和距离。
34.如权利要求33所述的定点方法，其中识别步骤包括当执行用户识别时，输出使用先前设置的整个信息的信号；以及当没有执行用户识别时，输出使用先前设置的有限信息的信号。
35.如权利要求33所述的定点方法，其中M和N的范围从90到400，且m和n的范围从15到80。
36.如权利要求33所述的定点方法，其中第三操作周期是800～1200次/秒。
37.如权利要求33所述的定点方法，其中移动探测步骤计算从第k-1指纹图像到第k指纹图像的特征点的移动距离和方向，以计算每个指纹图像的位移数据。
38.如权利要求33所述的定点方法，其中图像提取步骤、移动探测步骤和运算步骤根据第三操作周期分别地从识别步骤执行。
39.如权利要求33所述的定点方法，其中还包括步骤发光步骤，用于将光发射向控制指针的手指表面；和聚集步骤，用于使用非球面镜来聚集手指表面产生的指纹图像，其中指纹获取步骤是获取聚集步骤所聚集的指纹图像。
40.如权利要求39所述的定点方法，其中聚集步骤是通过经由调节非球面镜而将手指表面上的指纹的尺寸降低1/n来聚集指纹图像。
41.如权利要求40所述的定点方法，其中n为从1到5的实数。
42.一种具有指纹识别功能的定点设备，包括至少一个或多个指纹获取装置，用于根据预定周期或偶尔的要求获取手指表面的图像；运算装置，用于使用获取的指纹图像来计算位移数据，以使用位移数据来计算指针将移动的方向和距离；存储装置，用于对应于从运算装置接收的位移数据中的移动量，映射从指纹获取装置获得的指纹图像；和CPU，用于分析和处理运算装置和存储装置的数据。
43.如权利要求42所述的定点设备，其中CPU与运算装置和存储装置形成为一个组件。
44.如权利要求42所述的定点设备，其中CPU形成为与运算装置和存储装置分开的结构。
45.如权利要求42至44中的任一项所述的定点设备，进一步包括发光装置，用于将光发射向手指表面；和聚光装置，用于聚集从手指表面反射的指纹图像，其中聚光装置所聚集的指纹图像通过指纹获取装置获取。
46.如权利要求45所述的定点设备，其中聚光装置位于发光装置和指纹获取装置之间，发光装置和聚光装置之间的距离与聚光装置和指纹获取装置之间的距离的比率为n∶1，和n为从1到5的实数。
47.如权利要求42至44中的任一项所述的定点设备，其中CPU进一步包括以软件方式处理指纹识别处理的功能，用于将存储在存储装置中的指纹图像与接收自指纹获取装置的指纹图像进行比较。
48.如权利要求42所述的定点设备，其中存储装置根据预定周期周期地存储指纹图像或只有在存储装置接收CPU的请求的时候存储指纹图像。
49.一种用于向具有指纹识别功能的便携式终端设备提供服务的方法，所述的方法包括第一步骤，通过具有指纹识别功能的定点设备获取用户的指纹图像，和将获取的指纹图像与先前登记的指纹图像进行比较，以确定对用户的识别；和第二步骤，根据第一步骤的确定结果分类用户的使用权，以显示对应于使用权的菜单。
50.如权利要求49所述的方法，进一步包括第三步骤使用户能够使用第二步骤中所显示的菜单的所需功能。
51.如权利要求50所述的方法，其中当执行对用户的识别时，第二步骤是显示整个菜单，或者当没有执行对用户的识别时，第二步骤是显示允许使用的特定菜单。
52.如权利要求51所述的方法，其中当没有被识别的用户意欲使用菜单允许使用的其他功能时，显示表示不允许使用的消息和再次显示允许使用的菜单。
53.如权利要求49所述的方法，其中第一步骤作为后台处理而执行，以通过使用定点设备在用户用手指进行导航的时候自动地获取指纹图像，而没有执行附加的处理来获取用户的指纹。
全文摘要
公开了一种具有指纹识别功能的定点设备、指纹图像识别和定点方法和使用它们来用于提供便携式终端服务的方法。在具有指纹识别功能的定点设备和指纹识别方法中，具有小尺寸的指纹图像被映射，以产生大指纹图像或从大指纹图像中提取的小指纹图像，以便定点设备执行用户识别和指针控制。结果，用于用户识别和用于指针控制的各传感器没有包含在定点设备中，而是用于执行用户识别和指针控制两个功能的一种传感器被包括根据本发明的一个实施例的定点设备中。另外，由于需要大指纹的用户识别能够只使用小指纹图像来执行，所以可以容易地体现小型化的便携式终端设备，从而降低造价。另外，能够通过根据用户识别选择性地限制可在便携式终端设备中使用的服务种类来保护具有定点设备的便携式终端设备中的重要信息。
文档编号H04B1/40GK1698279SQ200480000662
公开日2005年11月16日 申请日期2004年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者朱圣哲 申请人:摩必索