专利名称：指纹图像背景检测设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于指纹认证设备的指纹图像背景检测设备及 检测方法。具体地，本发明涉及一种用于在从指纹图像中提取指纹特 征之前去除背景区域的指纹图像背景检测设备及检测方法。10背景技术传统地，从安全角度看，例如在进入及离开建筑物、访问计算机、 以及在银行机构处接收的时候，必须实施个人身份识别。在实施个人身份识别的传统指纹认证设备中，通过使用光学设15 备、电容设备或热力设备的平面传感器或线状传感器来获取指纹图像。 将通过获取判别对象的手指的指纹所获得的指纹隆起线的单色可变密 度与指纹注册者的注册图像进行比较，以确定该判别对象是否与指纹 注册者相同。在这种指纹认证设备的图像处理中，对所获取的指纹图像实施特 20 征提取，并通过使用所提取的特征量来实施核对。通常地，在实施特 征提取之前，对指纹图像实施诸如噪声去除和背景去除之类的预处理， 以便以更高的精度提取出指纹的特征。预处理是为了防止核对精度被 指纹特征的错误检测或检测遗漏所降低并为了消除不必要处理以降低 计算量而实施的。为了实施预处理中所包括的背景去除，必须将对象 25 指纹图像分成在其中存在指纹的印压区域和背景区域。在将指纹分成印压区域和背景区域的最传统的方法中，在假设在 指纹输入设备所提供的输入图像中的隆起线像素与隆起线以外的像素 之间的像素值(密度值)存在显著差异的情况下，对指纹图像的像素 值简单地实施阈值处理，以便判别印压区域与背景区域。 30 例如，在下面所列出的专利文献l中所描述的方法中，通过利用输入图像的密度值、通过使用高斯转换对输入图像分级以及将该输入 图像暂时转变成二进制值，将高密度部分转换成像素为l的黑色区域， 并将低密度部分转换成像素为O的白色区域。因此，将黑色区域判别为 指纹图像部分。因此，掩蔽黑色部分，并将其返回输入检测图像，同 5 时将白色区域作为背景信息剪切。对背景分离处理后的指纹图像进行 特征提取处理。背景分离处理以印压区域与背景区域之间的像素值分 布中存在显著差异的假设为前提的。专利文献2中所描述的方法并非针对指纹而是针对掌纹。该印压区域是通过提取掌纹的轮廓得到的。就掌纹的轮廓而言，通过使用来10自向下、向上、向右及向左方向的手掌像素图像的扫描线，基于背景 像素与掌纹像素之间的亮度差来确定边界线。通过简单的阈值处理来进行隆起线象素和其它象素之间的区分。这种方法还以隆起线的像素值与背景及沿溪线(valley)的像素值之间的分布存在明显差异的假设 为前提。15 另一方面，专利文献3中所描述的方案解决了将指纹图像分成小区域(块)、利用印压区域与背景区域之间的像素值分布存在差异的事 实、并对小区域内的像素值进行比较的方法的缺点。换言之，例如， 通过使用一方法(例如，使用像素的中间值，确定在通过基于隆起线 和沿溪线的连续性进行分裂而获得的小区域中是否存在指纹，并确定20该指纹图像是不包括背景图像且适于进行认证的图像)在将指纹图像 转换成二进制值之后，实施核对处理。图8是示出了用于说明专利文献3中所描述的方法的一个区域的图示。一个区域中包括多个像素(例如10X10个像素)。当预定数目的 25像素1或0沿着判决线连续时，判定该线为隆起线或沿溪线。 专利文献l:日本专利申请公开No.2003-44856 专利文献2:日本专利申请公开No.l0-255051 专利文献3:日本专利申请公开No.2002-29812630 发明内容本发明所要解决的问题在上述传统技术中，使用简单的阈值处理来将指纹图像分成印压 区域和背景区域的原因在于在传统指纹核对设备中不是那么需要追 求较低成本，并且可以使用高质量的指纹输入设备，因此可以获得高 5 质量的指纹图像。然而，近年来，指纹核对设备被安装在包括个人使用的大量设备 上，并要求较小尺寸和较低价格的指纹输入设备。因此，由于较小尺 寸和较低成本的指纹传感器而导致的质量下降的指纹传感器增多，并 且必须处理画面质量较差的指纹图像的情况日益增多。 10 作为指纹图像的画面质量恶化的示例，可以提及诸如冲击灰白噪声和条状噪声之类的各种噪声在确定方向上的增加。还存在其中像素 值的等级在一张图像中无法保持不变的指纹图像，并且背景或隆起线 的亮度存在不均匀性。在为了较小尺寸而使用线状指纹传感器获取了 指纹图像的情况下，当手指滑动并获取指纹图像时，诸如汗或油脂类 15 的粘附物质被拖动。因此，在某些情况下，在指纹图像的背景中产生 条纹或带状图形。图9是示意性地示出了在手指滑动并获取指纹时在线状传感器中 所产生的条纹的图示。在图9中，手指92与传感器91接触，并向下滑动。除指纹93之外， 20通过拖动诸如汗或油脂类之类的粘附物质，在指纹图像的背景中还产 生了条纹94。在由噪声引起的像素值变化量较小或噪声的直径或宽度与隆起 线的宽度相比非常小的情况下，即使存在冲击噪声或条状噪声，如传 统技术中所实施的那样，通过使用高斯或中值滤波来实施平滑，也可 25 以显著地减小噪声的影响，并且通过在平滑之后实施阈值处理可以将 指纹图像分成背景区域和印压区域。然而，在某些情况下，出现具有在幅值上几乎与隆起线像素的像素值相等的像素值并且还具有几乎与隆起线的宽度相等的宽度的条状 噪声。条状噪声通常以几乎与隆起线的间隔相等的间隔存在。当通过30 在与传感器表面接触的情况下滑动手指而在传感器表面上移动与传感器表面接触的隆起线的末端时，通过在传感器表面留下诸如汗或油脂 类之类的粘附物质而产生由于通过拖动手指所产生的诸如汗或油脂类 之类的粘附物质所造成的条纹或带状图形。因此，条纹的所有间隔、 宽度和像素值都变得几乎与隆起线的间隔、宽度和像素值相等。因此， 5 很难基于条纹的间隔、宽度和像素值，将通过拖动所产生的条纹与隆 起线区分开。如果背景区域中存在通过拖动所产生的类似于隆起线的 条状噪声或条纹，则很难通过使用高斯或中值滤波实施平滑来去除该 噪声，并且很难通过对像素值实施阈值处理来将指纹图像分成背景区 域和印压区域。换言之，在专利文献2描述的方法中，尽管基于隆起线 10和沿溪线的连续性作出了所分裂的图像是否存在指纹的判定，然而也 可能将包括通过拖动所产生的条状噪声或条纹的背景区域错误地判定 为印压区域。按照这种方式，基于像素值的传统背景分离方法具有以下问题 当通过拖动所产生的类似于隆起线的条状噪声或条纹存在于背景中 15 时，要正确地将指纹图像分离成背景区域和印压区域变得很难。 [本发明的目的]本发明的目的是将指纹图像分成背景区域和印压区域，而不受到 条纹的影响(即使存在将通过拖动所产生的很难与隆起线区分开的条 状噪声或条纹)。 20 解决问题的手段为了解决上述问题，通过关注以下事实获得本发明当手指在线 状传感器上滑动时所产生的条纹间隔几乎等于隆起线的间隔，但是条 纹的方向几乎是由传感器的形状所确定的固定方向，而隆起线的方向 根据手指的一部分而改变。此外，通过利用条纹的方向固定的事实， 25 并利用像素值在与条纹平行的方向上的变化量，可以在包含由拖动产 生的条纹的指纹图像中进行背景去除。根据本发明，用于判别输入指纹图像中的背景区域和印压区域的 指纹图像背景检测设备包括印压特征提取装置，用于在通过划分输 入指纹图像所获得的每个小区域中发现在与通过拖动所产生的条状噪30声或条纹平行的方向上的像素值变化量；初步印压区域判决装置，用于通过将由印压特征提取装置所发现的每个小区域中的像素值变化量 与阈值进行比较来判定印压区域；以及印压区域成形装置，用于使由 初步印压区域判决装置所判定的印压区域成形，以获得凸形图，以及 用于获得除了印压区域以外的区域作为背景区域。 5 根据本发明，用于判别输入指纹图像中的背景区域和印压区域的指纹图像背景检测方法包括印压特征提取过程，用于在通过划分输 入指纹图像所获得的每个小区域中发现在与通过拖动所产生的条状噪 声或条纹平行的方向上的像素值变化量；初步印压区域判决过程，用 于通过将在印压特征提取过程中发现的每个小区域中的像素值变化量 10 与阈值进行比较来判定印压区域；以及印压区域成形过程，用于使在 初步印压区域判决过程中判定的印压区域成形，以获得凸形图，以及 用于获得除了印压区域以外的区域作为背景区域。 本发明的效果如果输入了包含通过在固定方向拖动所产生的、具有类似于指纹 15 隆起线的宽度和间隔的条状噪声或条纹的劣质指纹图像，则通过针对 通过划分所获得的每个小区域，基于在与通过拖动所产生的条状噪声 或条纹平行的方向上的像素值变化量来初步地判定印压区域、然后在 印压区域中实施成形、并发现背景区域，本发明可以以高精度将背景 区域与印压区域分开。当本发明应用于指纹特征提取时，可以防止错 20 误检测并有效地实施处理。
图l是示出了本发明的第一实施例的概要的方框图。 图2是示出了在背景检测设备中实施的处理的大致流程图示。25 图3是示出了本发明的第二实施例的概要的方框图。 图4是示出了本发明的第三实施例的概要的方框图。 图5是示出了本发明的第四实施例的概要的方框图。 图6是示出了本发明的第五实施例的概要的方框图。 图7是示出了本发明的第六实施例的概要的方框图。30 图8是示出了用于说明专利文献3中所描述的方法的一个区域的图9是示意性地示出了在手指滑动并获取指纹时在线状传感器中 所产生的条纹的图示。5 附图标记1:输入设备2:背景检测设备3:输出设备4:保存设备 10 5:指纹特征提取设备6:核对设备7:数据处理设备8:背景检测程序21:画面质量改进装置 15 22:印压特征提取装置23:初步印压区域判决装置24:印压区域成形装置51:指纹特征提取装置61:核对装置 20 7a:第一数据处理设备7b:第二数据处理设备7C:第三数据处理设备8a:背景检测程序8b:指纹特征提取程序25 8c:核对程序81:划分为小区域的指纹图像 82:计算其印压特征量的小区域 83:针对小区域所计算的印压特征量 84:针对所有小区域所计算的印压特征量 30 85:基于印压特征量的关于印压区域/背景区域的判决结果86:成形结果 91:传感器 92:手指 93:指纹94:通过拖动所引起的条纹具体实施方式
现在将参考附图详细描述用于执行本发明的最佳模式。 [第一实施例]10 图l是示出了根据本发明的第一实施例的概要的方框图。在图1中，存在诸如指纹扫描器之类的输入设备l、使用由程序控 制等操作的数据处理设备等所实现的背景检测设备2、诸如显示设备之 类的输出设备3、以及保存检测到的背景信息的保存设备4。该数据处 理设备包括由算术设备和存储设备形成的典型的计算机系统、以及对15计算机系统起作用并控制计算机系统的程序。该背景检测设备2包括画面质量改进装置21、印压特征提取装置 22、初步印压区域判决装置23以及印压区域成形装置24。该画面质量 改进装置21实施诸如噪声去除之类的画面质量改进。该印压特征提取 装置22计算印压特征量以区分印压区域与背景区域。该初步印压区域20 判决装置23基于由印压特征提取装置22所计算的印压特征量来作出关 于通过划分指纹图像所获得的每个小区域是印压区域还是背景区域的 判决。该印压区域成形装置24聚集由初步印压区域判决装置23判定为 印压区域的小区域，实施成形以使得一组印压区域具有类似于指纹的 形状，并将除了印压区域以外的区域看作为背景区域。25 现在将参考图l描述本实施例的总体操作。该输入设备l作为数字化数据而获取指纹图像，并将该数字化数据 发送至背景检测设备。该画面质量改进装置21对输入设备1所提供的数字化指纹图像实 施诸如噪声去除之类的画面质量改进，在指纹图像的亮度中存在显著30的不均匀性时实施用于减小亮度不均匀性的像素值平坦化，并将画面质量改进了的指纹图像发送至印压特征提取装置22。画面质量改进装 置21是根据场合需要提供的，并且也可以省略。预先将通过拖动所产生的条状噪声或条纹的方向信息提供给印压特征提取装置22。印压特征提取装置22首先基于接收到的指纹图像来 5 计算在与通过拖动所产生的条状噪声或条纹平行的方向上的像素值变对于通过划分指纹图像所获得的每个局部小区域，印压特征提取 装置22基于包括局部小区域的中心像素的相邻区域中的每个像素的像素值的变化量，通过使用以每个像素的像素值变化量作为自变量的函10 数来计算局部小区域的印压特征量。作为用于计算局部小区域的印压 特征量的函数，考虑像素的像素值的变化量的平方和或绝对值和。印 压特征提取装置22将计算得到的局部小区域的印压特征量发送至初步 印压区域判决装置23。初步印压区域判决装置23通过对局部小区域的印压特征量实施阈15 值处理来作出关于局部小区域是背景区域或是印压区域的判决。该阈 值可以是预先根据实验方法或通过使用判别分析计算得到的。初步印 压区域判决装置23关于整个图像作出局部小区域是背景区域或是印压 区域的判决，并将判决结果发送至印压区域成形装置24。印压区域成形装置24聚集被判定为相邻印压区域的小区域，以产20 生一组印压区域，对通过聚集所获得的印压区域组实施诸如气体填充 或噪声去除之类的成形，产生具有类似于指纹的形状的印压区域，并 将印压区域以外的区域作为背景区域输出。通过拖动所产生的条状噪声或条纹取决于传感器的属性以及指纹 获取方法。如果确定了传感器、传感器附着方法以及指纹获取方法，25 则确定通过拖动所产生的条状噪声或条纹在所有获取图像上沿固定方 向。因此，假设通过拖动所产生的条状噪声或条纹的方向是己知的。 即使在指纹图像中存在通过拖动所产生的条状噪声或条纹，在平行于 条纹方向的方向上的像素值变化量是零或很小。另一方面，大体上说， 指纹是类似于以几乎恒定间隔排列的一组同心椭圆的图案。假设条纹30在垂直方向上存在，则在印压区域的顶端和底端处，隆起线处于几乎垂直于条纹的方向上。因此，印压区域中的像素值在与条纹平行的方 向上的变化量在印压区域的顶端和底端处变得非常大。无论条纹具有 哪个方向，都可以通过将条纹的方向考虑为垂直方向来进行相同的操 作。5 由于印压区域具有手指印压在平面上的形状，因此印压区域典型地变成区域中不具有背景区域的圆形闭合区域。如果作出了关于每个 小区域是否是印压区域的判决，则被判定为印压区域的一组小区域通 常在错误判决或噪声的影响下具有失真的形状。背景区域通常单独存 在于该组印压区域内。由于使用像素值在与条纹平行的方向上的变化10 量，因此将具有与条纹平行的隆起线的小区域判定为背景区域。例如，如果如上所述条纹在垂直方向上存在，则隆起线的方向在指纹的左端 和右端处变为与条纹平行，并将该区域视为背景区域。然而，由于指 纹典型地具有凸起形状，因此印压区域内被判定为背景区域的小区域 通常是错误判定的印压区域。夹在凹形印压区域之间的背景区域也是15印压区域的可能性很高。因此，印压区域成形装置24实施以下处理，例如气体填充，将印压区域中的孤立背景区域变成印压区域并将加载凹形印压区域之间的背景区域变成印压区域；以及噪声去除，将具 有在背景区域中孤立的小区域的印压区域变成背景区域。即使在印压区域中，在与条纹平行的方向上的像素值变化量的幅20 值在指纹隆起线与条纹平行的区域中也会变小。在条纹在垂直方向上 延伸的上述示例中，在指纹的左端和右端附近，隆起线的方向变得几 乎与条纹的方向平行。因此，印压区域被判定为背景区域的可能性很 大，并且在产生一组印压区域时，认为形成了凹形。然而，在指纹的 垂直端处存在其中由于隆起线垂直于条纹而使得区域被判定为印压区25 域的可能性较大的区域。该区域被判定为背景区域的可能性较大的区 域夹在位于垂直端处的区域之间。因此，即使由初步印压区域判决装 置23将左端和右端判定为背景区域，也可以通过由印压区域成形装置 24所实施的气体填充该将该区域变成印压区域。此外，在条纹不在垂 直方向上的情况下，可以通过将条纹的方向视为上述的垂直方向来进30 行相同的操作。以下情况也是可能的印压区域中的小区域被错误地判定为背景 区域，从而在印压区域中存在孤立的背景区域。然而，可以通过印压 区域成形装置24对印压区域中的孤立的背景区域进行气体填充，并将 其变成印压区域。5 在一些情况下，背景区域中存在由于噪声的影响而被错误地判定为印压区域的小区域，并产生大量独立连接的印压区域。然而，通常 根据手指的大小来制造指纹传感器，并且所获取的指纹图像的大部分 由印压区域所占据。在具有真实印压区域的指纹图像中，在背景区域 中存在例如由噪声所产生的在面积上大于真实印压区域的连接区域的10 可能性很小。如果独立产生了被判定为印压区域的多个连接区域，则 将具有最大面积的连接印压区域认为是正确的印压区域是合理的。通 常认为除了具有最大面积的连接印压区域之外的连接区域是由噪声等 产生的。因此，通过实施噪声去除处理以擦除除了具有最大面积的连 接印压区域之外的区域，可以去除由错误判决所产生的印压区域，并15 只留下真实印压区域。作为先前所描述的处理的结果，最终印压区域 具有指纹状形状，即变成凸形区域。图2是示出了在背景检测设备中实施的处理的大致流程。 附图标记81表示通过将实施了噪声去除的指纹图像分成小区域所 获得的指纹图像。附图标记82表示要计算其印压特征量的第j行和第i 20列的小区域。附图标记83表示针对82中的第j行和第i列的小区域所计 算的印压特征量。附图标记84表示针对每个小区域所计算的印压特征 量Vij。附图标记85表示基于所计算机的印压特征量所判定的成形之前 的印压区域。附图标记86表示通过使印压区域成形以获得指纹状凸形 所得到的结果。在85和86中，将背景区域绘制为黑色的小区域，而将 25印压区域绘制为白色的小区域。将没有被印压区域成形装置24变成印 压区域的区域判定为背景区域。将背景区域的信息发送至诸如显示设备之类的输出设备3，显示该 信息，并将信息保存在诸如磁盘设备之类的保存设备4中。 现在将描述第一实施例中的更为具体的模式。 30 参考图l，具有其上安装了使用棱镜和半导体的指纹传感器的指纹扫描器包括输入设备K以及作为输出设备3的诸如显示器的显示设 备。背景检测设备2包括专门针对画面质量改进装置21、印压特征提取装置22、初步印压区域判决装置23、以及印压区域成形装置24的逻 辑电路、或诸如DSP或计算机之类的通用算术运算设备、以及实现各 5 项功能的程序。画面质量改进装置21通过使用诸如高斯滤波或中值滤波之类的平 滑方法来对从输入设备1输入的数字化指纹图像实施噪声去除。如果在 指纹图像中存在显著的亮度不均匀性，即存在根据图像区域的像素值 动态范围的较大偏移量，则画面质量改进装置21在整个图像上实施像10 素值平坦化。根据可以作为像素值平坦化方法的方法，例如如果图像 的像素值动态范围在纵向方向上几乎不变，则为每列图像提供像素值 在纵向方向上的平均值，将通过将所提供的平均值与针对平均值的预 定目标值之间的差乘以预定的等于或小于l的正常数所获得的值与每 个像素的像素值相加。作为常数和目标值中的每一个，每个传感器选15 择一个适当的值。如果在这个方法中像素值动态范围在横向方向上几 乎不变，则应将纵向和横向互换，并且应实施类似的计算。如果可以 说像素值动态范围在纵向方向或横向方向上都不是几乎不变的，则应 在纵向方向和横向方向上均实施平滑处理。如果要计算其上述平均值 的每列中的像素值的最小值不与平均值成比例，则对于每一列，应该20 从每一列中的所有像素中减去通过将最小值与针对最小值的预定目标 值之间的差乘以常数所获得的值，然后应实施上述的平坦化处理。对于在画面质量改进装置21中进行了噪声去除和像素值平坦化的 指纹图像，印压特征提取装置22计算在与通过拖动所产生的条状噪声 或条纹平行的先前给定的方向上的像素值变化量。将通过在要知道其25 变化量的方向上激活诸如Sobd滤波器之类的线性空间差分滤波器所 获得的梯度的幅值视为特定方向上的像素值变化量。对于通过划分指纹图像所获得的每个小区域，计算包括小区域的 相邻区域中所包括的像素的像素值变化量之和，并使用计算得到的和 的值作为小区域的印压特征量。由于像素值变化量并不呈现为正值的30情况也是可能的，因此可以使用平方和来代替像素值变化量之和作为印压特征量。如果小区域是隆起线区域，则像素值在隆起线处剧烈变化，并因 此在小区域中分布具有较大像素值变化量的大量像素，并且印压特征 量的值变得较大。另一方面，如果小区域是不具有隆起线的背景区域， 5 则在小区域中分布具有较小像素值变化量的大量像素，并且印压特征 量的值变得较小。如果余下了画面质量改进装置21没有去除的象孤立 点一样的噪声，则像素值变化量的幅值在噪声附近变大。然而，如果 适当地选择小区域的大小，则在小区域中具有较大像素值变化量的像 素的比率变小，并且印压特征量的值与印压区域相比也变小。如果存 10 在通过拖动所产生的条状噪声或条纹，则因为噪声或方向偏差的存在， 与条纹平行的方向上的像素值变化量不会完成变成零，但是印压特征 量的值与印压区域中的值相比将变小。初步印压区域判决装置23对每个小区域中的印压特征量Vij实施阈值处理，并作出关于小区域是印压区域或是背景区域的估计。作为阈15 值处理之一，存在一种方法，其使用先前所发现的阈值作为参考、将 印压特征量与该阈值进行比较、并基于比较结果作出关于小区域是印 压区域或背景区域的判决。也可以通过诸如每个输入图像将印压转换 为二值的转换之类的判别分析来确定适当的阈值，并通过使用所确定 的阈值作为参考来作出关于小区域是印压区域或是背景区域的判决。20 印压区域成形装置24首先合并被判定为相邻印压区域的小区域， 以产生连接印压区域。如果获得了大量连接印压区域，则将在面积上 显著小于具有最大面积的连接印压区域的连接印压区域作为噪声而消 除。如果存在夹在余下的连接印压区域之间的背景区域，则将该区域 视为印压区域。如果此时在印压区域中存在背景区域，则也将该背景25 区域视为印压区域。因此，使由初步印压区域判决装置23所发现的印 压区域成形，以变成凸形图。将最终被判定为背景区域的区域作为图像输出至输出设备3。如果 需要保存，则将该区域保存在诸如磁盘设备的保存设备4中。 现在将描述本实施例的效果。30 在本实施例中，使用在与通过拖动所产生的条状噪声或条纹平行的方向上的像素值变化量。因此，可以消除在背景区域中存在的通过 拖动所产生的类似于隆起线的条状噪声或条纹的影响，并以高精度将 存在隆起线的印压区域分开。此外，画面质量改进装置通过使用诸如平滑之类的方法去除或减 5 少冲击噪声。因此，可以减小冲击噪声像素附近的像素值变化量，并 减少由冲击噪声引起的错误判决。此外，即使在指纹图像的亮度中存在较大不均匀性以及像素值根 据图像区域而变化较大的情况下，与由隆起线所引起的像素值变化量 的幅值相比，由不均匀性所引起的像素值变化量的幅值变成非常小的10 值。因此，可以通过使用像素值变化量来显著减小指纹图像的亮度中 的强烈不均匀性的影响。最终印压区域具有指纹状形状，即凸形。这导致了下文所要描述 的效果。如果作出了关于每个小区域是否印压区域的判决，并合并相 邻印压区域以产生连接区域，则该连接区域通常呈现具有凹形部分或15 洞的失真形状。该凹形部分或洞通常是存在于真实印压区域中并通过 错误判决被判定为背景区域的小区域。如果由于错误判决而将具有指 纹特征的印压区域作为背景去除，则指纹特征丢失。通过实施成形处 理来填充连接区域的凹形部分或洞，可以减少由于错误判决而被作为 背景去除的印压区域。在成形处理中，由于错误判决而将实际上作为20 背景区域的小区域判定为印压区域也是可能的。然而，在大多数情况 下，这种小区域在面积上与整个背景区域的面积相比是非常小的。此 夕卜，由于错误地将背景区域判定为印压区域，对于印压区域的指纹特 征提取处理的处理时间增加。然而，与指纹特征的丢失相比，这是无 关紧要的。25[第二实施例]图3是示出了根据本发明的第二实施例的概要的方框图。 在图3中，如同第一实施例(图l) 一样地，第二实施例包括输入 设备l、背景检测设备2、以及输出设备3。背景检测设备2包括画面质 30量改进装置21、印压特征提取装置22、初步印压区域判决装置23、以及印压区域成形装置24。本实施例不同于第一实施例之处在于，本实施例包括指纹特征提取设备5和保存设备4。指纹特征提取设备5包括指纹特征提取装置51，并包括由程序控制所操作的数据处理设备。该数据处理设备包括计算机系统以及对计算5机系统起作用以控制该计算机系统的程序，该计算机系统包括算术运 算设备和存储设备。指纹特征提取装置51接收从背景检测设备2输出的经过画面质量 改进装置21中的噪声去除和画面质量改进后的指纹图像以及背景区域 的信息，并对指纹图像的印压区域实施特征提取处理。将所提取的指 10纹特征数据发送至包括显示设备的输出设备3，并在其上显示该数据。 将所提取的指纹提取数据发送至保存设备4，并将其保存在保存设备4中。现在将参考附图详细描述本实施例的操作。图3中所示的本实施例中的输入设备1和背景检测设备2中所包括 15的画面质量改进装置2K印压特征提取装置22、初步印压区域判决装 置23、以及印压区域成形装置24的操作与第一实施例中的输入设备1 和背景检测设备2中所包括的画面质量改进装置21、印压特征提取装置 22、初步印压区域判决装置23、以及印压区域成形装置24的操作相同。因此，将省略对该操作的描述。 20 指纹特征提取装置51涉及由背景检测设备2所检测的背景区域。对 于接收自画面质量改进装置21中的经过了诸如噪声去除之类的处理的 指纹图像，指纹特征提取装置51并不对被判定为背景区域的区域实施 特征提取，而是仅对被判定为印压区域的区域实施特征提取。此外， 指纹特征提取装置51将指纹特征数据保存在保存设备4中。25 现在将描述第二实施例的更为具体的方面。本实施例是利用背景区域的信息的指纹特征提取系统。 根据本实施例的背景检测设备具有与第一实施例相同的配置。本 实施例不同于第一实施例之处在于包括指纹特征提取设备，并将画 面质量改进了的指纹图像从画面质量改进装置发送至指纹特征提取设 30备，以及将背景检测结果从背景检测设备发送至指纹特征提取设备，以及该指纹特征提取设备从指纹图像和背景检测结果中提取指纹特 征。指纹特征提取设备包括专门针对指纹特征提取装置的功能的逻 辑电路、或诸如计算机或DSP之类的通用算术运算设备、以及用于实 5 现指纹特征提取装置的功能的程序。背景检测设备和指纹特征提取设 备可以是不同的设备，或者可以构成为包括专门针对其中的各个设备 的功能的逻辑电路的一个设备。或者背景检测设备和指纹特征提取设 备可以包括一个通用算术运算设备以及用于实现背景检测设备的功能 和指纹特征提取设备的功能的程序。10 该背景检测设备将经过画面质量改进装置的噪声去除的图像和检 测到的背景区域的信息发送至指纹特征提取设备。指纹特征提取装置利用接收到的背景区域的信息，并仅对指纹图 像的印压区域实施指纹特征提取处理。用于指纹特征提取的算法可以 是任意的。如果必要的话，将所提取的指纹特征发送至诸如磁盘设备15 的保存设备，并将该指纹特征保存在保存设备中，然后将该指纹特征 发送至诸如显示设备之类的输出设备，并在该输出设备上显示该指纹 特征。现在将描述本实施例的效果。即使指纹图像包括具有类似于隆起线的形状的通过拖动所产生的20条状噪声或条纹，本实施例也能够如同第一实施例一样以高精度将背景区域和印压区域分开。此外，在本实施例中，仅对印压区域实施指 纹特征提取处理，并且可以节省对背景区域的指纹特征提取处理。因 此，可以防止由于将存在于背景区域中的通过拖动所产生的条状噪声 或条纹错误地识别为隆起线或将其它图形或噪声错误地识别为指纹特25 征而导致对指纹特征的错误检测。同时，可以通过抑制对背景区域的 指纹特征提取处理来节省无用处理并縮短处理时间。[第三实施例]图4是示出了根据本发明的第三实施例的概要的方框图。 30 在图4中，如同第二实施例一样地，第三实施例包括输入设备l、背景检测设备2、指纹特征提取设备5、保存设备4以及输出设备3。背景检测设备2包括画面质量改进装置21、印压特征提取装置22、初步印 压区域判决装置23、以及印压区域成形装置24。本实施例不同于第二 实施例之处在于，本实施例包括核对设备6。 5 核对设备6使用保存设备4中所保存的指纹特征数据来对由指纹特 征提取设备5所提取的指纹特征数据进行核对，并将核对结果显示在输 出设备3上。核对设备6包括由程序控制所操作的数据处理设备等，并包括核对 装置61。该数据处理设备包括计算机系统以及对计算机系统起作用以 10控制该计算机系统的程序，该计算机系统包括算术运算设备和存储设 备。现在将参考附图详细描述本实施例的操作。图4中所示的本实施例中的输入设备1、背景检测设备2、指纹特征 提取设备5的操作与第二实施例(图3)中的各个设备的操作相同。因 15此，将省略对该操作的描述。预先将指纹特征提取设备5所提取的多个 指纹特征数据存储在保存设备4中。核对装置61使用由指纹特征提取设 备5所提取并发送至核对装置61的指纹特征数据来对保存设备4中所保存的指纹特征数据进行核对。当实施一对一的核对时，从保存设备中 读取出特定指纹特征数据，并将其与发送自指纹特征提取设备5的指纹20 特征数据进行核对，作出关于指纹是同一手指的指纹或不同手指的指 纹的判决，并将判决结果显示在输出设备3上。当实施一对多的核对时， 从保存设备中读取出要核对的多个指纹特征数据，并将各个数据与发 送自指纹特征提取设备5的指纹特征数据进行核对，以搜索被判定为同 一手指的图像的指纹。如果存在被判定为同一手指的图像的指纹图像，25 则将在特征方面最好地重合的指纹判定为与要搜索指纹图像的手指相 同的手指的指纹，并将结果显示在输出设备3上。 现在将描述第三实施例的更为具体的方面。除了第二实施例中的配置以外，本实施例的配置还包括指纹核对 设备。本实施例的配置不同于第二实施例之处在于，输出设备显示指 30 纹核对的结果。当在本实施例中注册指纹时，将由指纹特征提取设备所提取的指 纹特征作为数据保存在诸如磁盘设备的保存设备中。当实施指纹认证时，指纹核对设备将由指纹特征提取设备所提取 的指纹特征与作为核对对象从磁盘中读取出的指纹特征进行核对。指 5 纹核对的算法可以是任意的。将核对结果显示在诸如显示设备的输出设备上。 现在将描述本实施例的效果。在本实施例中，除了第二实施例的效果之外，还可以减小错误指 纹特征检测。因此，在指纹核对时，减小了由错误指纹特征检测所引 10 起的错误判决，并且可以降低拒绝具有身份识别的人的比率以及不是 同一个人的接受比率。换言之，减少了使核对处理的精度降低的错误检测的指纹特征， 并提高了核对精度。此外，由于不对背景区域实施指纹特征提取处理， 因此指纹特征提取的处理时间减少，并且可以消除在背景区域中错误 15 检测到的指纹特征。因此，核对处理中所使用的指纹特征量减少，并 且核对处理时间减少。[第四实施例]图5是示出了根据本发明的第四实施例的概要的方框图。20 在图5中，根据本实施例的第四实施例对应于第一实施例，并包括输入设备l、输出设备3、保存设备4、以及数据处理设备7。将背景检测程序8读进数据处理设备7，以控制数据处理设备7的操 作。在背景检测程序的控制下，数据处理设备7执行与第一实施例中的 背景检测设备2所实施的相同的处理。25[第五实施例]图6是示出了根据本发明的第五实施例的概要的方框图。 在图6中，根据本发明的第五实施例对应于第二实施例，并包括输 入设备l、输出设备3、保存设备4、第一数据处理设备7a、以及第二数 30 据处理设备7b。将背景检测程序8a读进第一数据处理设备7a，以控制第一数据处 理设备7a的操作。在背景检测程序的控制下，第一数据处理设备7a执 行与第二实施例中的背景检测设备2所实施的相同的处理。将指纹特征提取程序8b读进第二数据处理设备7b，以控制第二数 5 据处理设备7b的操作。在指纹特征提取程序的控制下，第二数据处理 设备7b执行与第二实施例中的指纹特征提取设备5所实施的相同的处 理。第一数据处理设备7a和第二数据处理设备7b可以是不同的数据处 理设备，或者可以是相同的数据处理设备。10[第六实施例]图7是示出了根据本发明的第六实施例的概要的方框图。在图7中，根据本发明的第六实施例对应于第三实施例，并包括输 入设备l、输出设备3、保存设备4、第一数据处理设备7a、第二数据处 15理设备7b、以及第三数据处理设备7c。将背景检测程序8a读进第一数据处理设备7a，以控制第一数据处 理设备7a的操作。在背景检测程序8a的控制下，第一数据处理设备7a 执行与第三实施例中的背景检测设备2所实施的相同的处理。将指纹特征提取程序8b读进第二数据处理设备7b，以控制第二数 20 据处理设备7b的操作。在指纹特征提取程序8b的控制下，第二数据处 理设备7b执行与第三实施例中的指纹特征提取设备5所实施的相同的 处理。将指纹特征提取程序8c读进第三数据处理设备7c，以控制第三数 据处理设备7b的操作。在指纹特征提取程序8c的控制下，第三数据处 25 理设备7c执行与第三实施例中的核对设备6所实施的相同的处理。第一数据处理设备7a、第二数据处理设备7b以及第三数据处理设 备7c可以是不同的数据处理设备，或者可以是相同的数据处理设备。工业实用性30 对于门控制设备和大门控制设备，本发明可应用于将认证中的指纹核对用于开锁的个人身份认证设备以及用于实现个人身份认证设备 的程序。对于诸如PDA或便携式电话之类的便携式终端、诸如PC之类 的计算机设备或终端，本发明可应用于用于在实施注册或开锁时实施 认证或利用使用指纹核对来代替诸如保密身份证号码或密码之类的认5 证手段的EC等的个人身份认证设备、以及用于实现这种个人身份认证 设备的程序。对于银行、邮局、或便利店中所安装的ATM，本发明可 应用于用于实施个人身份认证的认证设备以及用于实现这种认证设备 的程序。
权利要求
1、一种用于判别输入指纹图像中的背景区域和印压区域的指纹图像背景检测设备，所述指纹图像背景检测设备包括印压特征提取装置，用于在通过划分所述输入指纹图像所获得的每个小区域中发现在与通过拖动所产生的条状噪声或条纹平行的方向上的像素值变化量；初步印压区域判决装置，用于通过将由所述印压特征提取装置所发现的每个小区域的像素值变化量与阈值进行比较来判定印压区域；以及印压区域成形装置，用于使由所述初步印压区域判决装置所判定的印压区域成形，以获得凸形图，以及用于获得除了印压区域以外的区域作为背景区域。
2.根据权利要求1所述的指纹图像背景检测设备，其中，当存在多个独立的印压区域时，所述印压区域成形装置将除了最大印压区域之 外的区域判定为背景区域。
3. 根据权利要求2所述的指纹图像背景检测设备，其中，当存在夹 在印压区域之间的背景区域时，所述印压区域成形装置将所述背景区20 域判定为印压区域。
4. 根据权利要求1至3中的任意一项所述的指纹图像背景检测设备，还包括画面质量改进装置，用于对所述输入指纹图像实施噪声去除或噪 声降低。
5.—种指纹特征提取系统，包括根据权利要求1至4中的任意一项所述的指纹图像背景检测设备，和指纹特征提取装置，其中所述指纹特征提取装置基于输入指纹图像或由画面质量改进装 30 置所发现的指纹图像以及由印压区域成形装置所发现的背景区域来对印压区域实施指纹特征提取。
6. —种指纹认证系统，包括根据权利要求5所述的指纹特征提取系统，和 核对装置，其中5 所述核对装置将由所述指纹特征提取装置所发现的指纹特征数据与保存设备中所保存的指纹特征数据进行核对。
7. —种用于判别输入指纹图像中的背景区域和印压区域的指纹图像背景检测方法，所述指纹图像背景检测方法包括印压特征提取过程，用于在通过划分所述输入指纹图像所获得的 10 每个小区域中发现在与通过拖动所产生的条状噪声或条纹平行的方向上的像素值变化量；初步印压区域判决过程，用于通过将在所述印压特征提取过程中发现的每个小区域的像素值变化量与阈值进行比较来判定印压区域； 以及15 印压区域成形过程，用于使在所述初步印压区域判决过程中判定的印压区域成形，以获得凸形图，以及用于获得除了印压区域以外的 区域作为背景区域。
8. —种程序，使计算机执行根据权利要求7所述的指纹图像背景检测方法。
全文摘要
即使存在很难与隆起线区分开的通过拖动所产生的条状噪声或条纹，也可以将背景区域与印压区域彼此分开，而不受条纹存在的影响。用于判别输入指纹图像中的背景区域与印压区域的指纹图像背景检测设备包括印压特征提取装置22，在通过划分所述输入指纹图像所获得的每个小区域中发现在与通过拖动所产生的条状噪声或条纹平行的方向上的像素值变化量；初步印压区域判决装置23，用于通过将由所述印压特征提取装置所发现的每个小区域的像素值变化量与阈值进行比较来判定印压区域；以及印压区域成形装置24，用于使由所述初步印压区域判决装置所判定的印压区域成形，以获得凸形图，以及用于获得除了印压区域以外的区域作为背景区域。
文档编号G06T7/00GK101253536SQ20068003164
公开日2008年8月27日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者多田罗哲夫 申请人:日本电气株式会社