专利名称：人员指纹识别装置的制作方法
人员指纹识别装置本发明涉及人员指纹识别或认证装置，以及使用这种识别或认证装置的识别或认证方法。本发明应用于生物检测识别领域，尤其应用于分析人员指纹或掌纹的识别或认证领域。在生物检测方面，存在两个过程-识别，在识别过程中，根据生物检测信息，检索数据库中人员的身份；以及-认证，在认证过程中，根据人员的自称身份和生物检测数据，证实身份。自称身份可从胸卡或编码获得。生物检测识别用于确保设施例如建筑物或机器的安全，或用于发放费证，例如发放身份证，发放养老金等。该技术可不使用出入用编码或特征卡，因为其可能会被盗或伪造，或者可认证特征卡的持有人或编码的拥有者。该技术的使用可提高安全性，因为两个人具有相同的两种生物检测结果的概率几乎为零。下文中，用语“指纹”适用于指纹和掌纹。在现有技术中，人员指纹识别方法包括-用至少一个传感器捕获待识别指纹的图像的步骤，-与通过提取图像要点捕获的图像相关的模型生成步骤，以及-个人身份的核实步骤。个人身份的核实步骤例如包括-在基准模型数据库中进行检索的步骤，基准模型与捕获的图像的所述相关模型具有尽可能的相似性，-捕获的图像的所述相关模型与如此发现的所述基准模型之间相似性的测定步骤，以及-根据测定结果判断人员身份的判断步骤。在现有技术中，根据指纹认证人员的方法在于-用至少一个传感器捕获待识别指纹的图像的步骤，-与通过提取图像要点捕获的图像相关的模型生成步骤，以及-人员的认证步骤。人员的认证步骤例如包括-人员自称身份的取得步骤，-与如此取得的自称身份相关的基准模型的检索步骤，-捕获的图像的所述相关模型与如此发现的所述基准模型之间相似性的测定步骤，以及-根据测定结果判断人员身份的判断步骤。基准模型的检索步骤可包括取得在特征卡上记录的模型，或取得根据编码在数据库中发现的模型。在指纹的三维捕获方面，这种识别方法是使用一识别装置，所述识别装置具有多个摄像机式传感器或CCD型传感器，其连接于照明装置和处理装置，所述处理装置根据不同的传感器捕获的图像，实施比较步骤、测定步骤和判断步骤。基于三维捕获的识别比基于二维捕获的识别具有更好的效果。这种识别装置在US-A-2006-120576中提出。在捕获图像时，要识别的人必须使其手在传感器的前面保持不动，以使捕获的图像清楚得足以可利用。这种捕获称为无接触捕
-M-犾。这种工作方式存在缺陷，因为人往往难以在捕获步骤使其手完全保持不动。在指纹的二维捕获方面，识别装置具有刚性透明板、照明装置、传感器和处理器。 照明装置和传感器布置在人按手指的板的后面。如此捕获的图像随后由处理器处理。使用这种识别装置，当手指按压在刚性板上时，导致手指紧压，因而引起指纹变形。这些系统往往得不到与板接触的手指部分(或手掌部分)的准确指纹(或掌纹)图像，按照对板的按压力或其它身体因素，指纹(或掌纹)多少会变形，成像面或大或小，会导致不确定的识别。 这种捕获称为无接触捕获。特别是对于手掌来说，手紧按在板上时，不可能舒适地采集到整个掌面的数据。三维捕获指纹可增大分析面，因而增大指纹相关信息量，相对于接触式二维捕获， 则减少变形。本发明旨在提出人员指纹识别或认证装置以及与相应的装置相关的识别或认证方法，其没有现有技术的缺陷，特别是，可捕获大面积指纹，而保留使用接触式传感器的灵活性。为此，提出一种人员指纹识别或认证装置，所述识别或认证装置具有-按压装置，其具有透明底部和由所述底部支承的、具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件，具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件的表面具有测试图，透明部件由挠性材料构成，当具有指纹的身体部位按压在其上面时，其变形，且贴合具有指纹的身体部位的形状，-通过所述按压装置捕获所述指纹和测试图的图像的捕获器，-分析变形的测试图的图像的分析器，-根据如此分析的测试图的图像建立指纹模型的装置，-根据如此建立的模型核实人员身份的鉴定器或进行人员认证的认证器。有利地，按压装置具有刚性框架，其连接于底部，且与底部一起形成限制透明部件的接收器。有利地，测试图对于某些波长是透明的，对于其它波长是不透明的。有利地，具有测试图的透明部件的表面根据可识别的指纹类型预先成形。有利地，透明部件是含有硅胶或流体的硅树脂外壳类型的。根据一特殊实施方式，捕获器的瞄准轴正交于底部。根据另一特殊的实施方式，捕获器的瞄准轴与底部的法线形成的角度大于透明部件的全反射极限角。根据一特殊实施方式，指纹模型建立装置具有计算从变形的测试图到不变形的测试图的几何变换的计算器、用于将如此计算出的所述几何变换应用于捕获的指纹图像的几何变换器、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的模型生成器。根据另一特殊的实施方式，指纹模型建立装置具有测试图的三维表面的近似计算器、捕获的指纹图像应用于如此近似计算的三维表面的应用器、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的模型生成器。本发明也提出人员指纹识别或认证方法，所述方法的特征在于，其具有以下-待识别的指纹按压在由透明底部支承的透明部件上，具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件的表面具有测试图，透明部件由挠性材料构成，当具有指纹的身体部位按压在其上面时，其变形，且贴合具有指纹的身体部位的形状，-通过所述按压装置捕获指纹和测试图的图像，-分析变形的测试图的图像，-根据如此分析的测试图的图像建立指纹模型，-根据如此建立的模型核实人员身份或进行人员认证。根据一特殊实施方式，指纹模型建立步骤包括计算从变形的测试图到不变形的测试图的几何变换的计算步骤、如此计算出的所述几何变换应用于捕获的指纹图像的步骤、 以及根据如此变换的指纹图像生成模型的步骤。根据另一特殊的实施方式，指纹模型建立步骤包括测试图的三维表面的近似计算步骤、捕获的指纹图像应用于如此近似计算的三维表面的步骤、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的步骤。下面根据参照附图对一实施例的说明，本发明的上述特征和其它特征将更为清楚，附图如下
图1是本发明的人员指纹识别或认证装置的示意图，以及图2示出本发明的人员指纹识别或认证方法的算法。在下文中，主要介绍用于装置或用于方法的识别。识别和认证之间的差别在于生成的模型的处理，其在识别时，与数据库的一组基准模型比较，而在认证时，与例如根据胸卡或编码获得的基准模型比较。图1示出人员指纹识别或认证装置100，识别装置100具有-按压装置102、130，其具有透明底部130和由底部130支承的、具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件102，具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件102的表面具有测试图132，透明部件102由挠性材料构成，当具有指纹的身体部位按压在其上面时， 其变形，且贴合具有指纹的身体部位的形状，-通过所述按压装置102、130捕获所述指纹和测试图132的图像的捕获器106、 126，-测试图132的图像分析器108，测试图132由于具有指纹的身体部位施压而变形，-指纹模型建立装置110，其根据如此捕获的指纹图像和如此分析的测试像， 建立指纹模型，-根据如此建立的模型核实人员身份的鉴定器114。具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件102的表面构成采集面。如果是认证装置100，那么，鉴定器114代之以认证器114，根据如此建立的模型进行人员认证。捕获器106、126布置在按压装置102、130的下游。
图2示出人员指纹识别或认证方法200。识别方法200由本发明的识别装置100 使用。识别方法200包括由识别装置100实施的下述步骤-待识别的指纹按压202在透明部件102上，-通过所述按压装置102、130捕获206指纹和测试图132的图像，-根据如此捕获的图像分析208变形的测试图132的图像，-根据如此捕获的指纹图像和如此分析的测试图132的图像，建立210指纹模型，-根据如此建立的模型核实214人员身份。如果是认证方法200，那么，核实步骤214代之以认证步骤214，根据如此建立的模型进行人员认证。因此，这种识别装置100可捕获待识别指纹的图像，且将其变换成模型，在借助于挠性透明部件102的配置捕获图像期间，指纹保持定位。实际上，在按压步骤202和保持按压的过程中，手或手指按压在透明部件102上。因此，人的手避免移动，捕获的图像质量高， 完全可生成和比较待识别指纹的模型。透明部件102是含有硅胶或流体的硅树脂外壳类型的。构成按压装置102、130的材料必须在光学上与通过底部130和透明部件102捕获图像兼容。因此，这些材料必须非常透明，不散射。底部130例如用透明塑料(有机玻璃 PMMA, PC)或玻璃制成。应当指出，当透明部件102在手指或手的压力作用下贴合应识别其指纹或掌纹的手指或手的形状时，透明部件102变形，贴合指纹或掌纹的形状。具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件102的表面被选择成有利于与皮肤进行光耦合。因此，构成透明部件102 的表面的材料必须具有足够的挠性，以限制皮肤和透明部件102之间气膜的存在。硅树脂是一种特别适合的材料。手指或手施加的压力应紧压透明部件102，而手指或手的皮肤不像现有技术中那样过分紧压。如果是掌纹，手按下约1厘米。如果是指纹，手指按下约0. 4厘米。优选地，在捕获步骤206中使用的捕获器106、1 是摄像机式的，其各自的瞄准轴线X、X'朝底部130定向，以便通过底部130、透明部件102和测试图132透视待识别指纹。为了提高待识别指纹的照明度，采用照明灯形式的照明装置10 和104b布置在所用摄像机106、126的瞄准轴线两侧。照明装置10 和104b可按不同的方式与捕获器106、126配合。根据第一实施例，捕获器106的轴线X可正交于采集面，这里，采集面平行于底部 130，每个照明装置l(Ma、104b的轴线可与采集面形成一个角度，其小于透明部件102的全反射极限角。根据第二实施例，捕获器106的轴线X可正交于采集面，这里，采集面平行于底部130，每个照明装置l(Ma、104b的轴线可与采集面的法线形成一个角度，其大于透明部件 102的全反射极限角。因此，当透明部件102的采集面没有与手指接触时，照明在采集面上处于全反射状态。根据第三实施例，捕获器106的轴线X与这里平行于底部130的采集面的法线形成一个角度，其大于透明部件102的全反射极限角，照明装置104a、104b的轴线正交于采集面，这里，采集面平行于底部130。因此，当透明部件102的采集面没有与手指接触时，照明在采集面上处于全反射状态。根据第四实施例，捕获器106的轴线X可与这里平行于底部130的采集面的法线形成一个角度，其大于透明部件102的全反射极限角，照明装置l(Ma、104b的轴线与这里平行于底部130的采集面的法线也形成一个角度，其大于透明部件102的全反射极限角。因此，捕获器106的轴线X和照明装置104a、104b的轴线相对于采集面的法线基本上对称(逆光照相法(ombroscopie)全反射成像的情况)。在分析步骤208中，分析器108分析变形地出现在捕获的图像上的测试图132的图像。在模型建立步骤210中，模型建立装置110根据捕获的指纹图像以及通过提取指纹图像的要点进行如此分析的测试图132的图像，重建指纹模型。例如，如果是二维处理，指纹模型建立步骤210则包括计算从变形的测试图132到不变形的测试图132的几何变换的计算步骤、如此计算出的所述几何变换应用于捕获的指纹图像的步骤、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的步骤。为此，指纹模型建立装置110具有计算从变形的测试图132到不变形的测试图132 的几何变换的计算器、用于将如此计算出的所述几何变换应用于捕获的指纹图像的几何变换器、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的模型生成器。因此，根据测试图132的变形图像，且通过其不变形形状的识别，计算器产生几何变换功能，其可将变形的测试图132的图像矫正为不变形的测试图132的图像。因此，几何变换功能应用于捕获的指纹图像，以对其进行矫正。矫正之后，可生成模型。在计算和应用几何变换的情况下，这种几何变换可以是单应性的。例如，如果测试图132以由单元构成的网格图的形式表示，那么，可使变形的网格图的每个单元变成一合理单元和所需分辨率的射影对应被计算出，且计算变形单元的状态。因此，按小平面进行表面的三维近似计算(片段近似法)。另一种方法涉及使用三维模型，例如圆柱体，根据手指和观察到的变形调整直径。 一旦模型的特征已知，就应用展开指纹的逆变换。单元的尺寸基本上大于峰值频率，以便不存在这两个信息之一的检测问题。单元的边长至少为3毫米。如果不使用这种近似法，那么，在三维表面的近似计算步骤时，建立观察的变形范围，且将逆位移范围应用于捕获的图像，逆位移可使网格图恢复到具有理想分辨率的所需的合理网格图。在三维处理的情况下，指纹模型建立步骤包括测试图132的三维表面的近似计算步骤、在如此近似计算的三维表面上应用捕获的指纹图像的步骤、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的步骤。为此，指纹模型建立装置110具有测试图132的三维表面的近似计算器、在如此近似计算的三维表面上应用捕获的指纹图像的应用器、以及根据如此变换的指纹图像生成模型的模型生成器。
因此，根据测试图132的变形图像，且通过其不变形形状的识别，近似计算器确定具有指纹的身体部位的三维表面。应用器在该表面上应用捕获的指纹图像，以便在近似计算的表面上描捕获的指纹图像。在此之后，可生成模型。在这种情况下，生成的是三维指纹的相关模型。为了与一般由二维指纹的相关模型构成的数据库保持兼容，应用于三维表面的指纹图像的矫正步骤可在模型生成步骤之前预先进行。M. BR0NSTEIN等人撰写的于2003年8月4日发表的标题为“自动校准高分辨率结构光测扫描仪”的文献，在表面分析方面具有测试图的三维表面的近似计算步骤和在如此近似计算的三维表面上应用捕获的表面图像的步骤。测试图132的轮廓从分析器108和模型建立器110识别。例如，可以是两组正割直线形成网格图，这些直线尽可能细，以限制指纹图像失真，但保持足够的清晰度，以便进行分析。优选地，测试图132对于某些波长是透明的，而对于其它波长是不透明的，因此， 指纹通过线条可见，线条因而可以较宽。如同在现有技术的识别方法的情况下那样，鉴定步骤214例如可包括-在基准模型数据库124中进行检索的步骤，基准模型与捕获的图像的所述相关模型具有尽可能的相似性，-捕获的图像的所述相关模型与如此发现的所述基准模型之间相似性的测定步骤，以及-根据测定结果判断人员身份的判断步骤。如同在现有技术的认证方法的情况下那样，认证步骤214例如可包括-人员自称身份的取得步骤，-与如此取得的自称身份相关的基准模型的检索步骤，-捕获的图像的所述相关模型与如此发现的所述基准模型之间相似性的测定步骤，以及-根据测定结果判断人员身份的判断步骤。在用三维指纹的相关模型识别方面，识别步骤214和认证步骤214实施类似的过程。通常来自采集方式的手指的局部曲率和指纹的定向这样的信息，充实生物检测指纹图像。为了限制透明部件102，避免其在手指或手按压时进行侧向潜移，按压装置也具有刚性框架128，其连接于底部130，与之一起形成限制透明部件102的容器。框架128与底部130形成一个整体，用相同的材料制成。因此，透明部件102在手指或手的压力作用下的膨胀仅仅由按压区域以外的垂直膨胀引起。因此，测试图132几乎仅仅是垂直变形，很少水平变形，从而便于分析其图像。为了避免丢失待识别指纹的相关信息，测试图132是半透明的，从而透视待识别的指纹。为便于区分测试图132和捕获的图像上的指纹，测试图132采用与待识别指纹的颜色不同的颜色。因此，捕获的图像滤色，可滤除测试图132，保留待识别指纹的相关信息。 因此，测试图132对于某些波长是透明的，而对于其它波长是不透明的。例如，测试图132吸收红色，而让绿色通过。在用彩色摄像机记录测试图132和指纹的图像时，测试图和指纹的图像处于红色波段上，不受测试图132衰减的指纹图像处于绿色波段上。为便于待识别的人员的手指或手定位，确保实际上在整个测试图132上的均勻压力，具有测试图132的透明部件102的表面根据可能要识别的指纹类型预先成形。特别是， 在要识别掌纹的情况下，所述表面在手掌处具有隆起形状，在指端处具有凹陷形状。这种预成型可使使用者自然定位，限制透明部件102被紧压。在第一实施方式中，捕获器106的瞄准轴线X正交于采集面，这里，采集面平行于底部130。在第二实施方式中，捕获器1 的瞄准轴线X'与这里平行于底部130的采集面的法线形成一个角度，其大于透明部件102的全反射极限角。如果透明部件102用硅树脂制成，那么，折射率约为1.46，全反射极限角约为43°。因此，成像装置，特别是捕获器106，处于受抑制的全反射状态。如果手指接触透明部件102的表面，捕获器106会发现手指。否则，为全反射，捕获器106不接收任何相关图像。这种定位也可使测试图的三维表面的近似计算步骤和模型建立步骤210具有良好的数字稳定性，即三维图像恢复中发生的量值较大，近似计算步骤和模型建立步骤引起的误差较小。因此，实际上可更准确地进行三维图像恢复。当在三维表面上应用的指纹图像在模型生成之前预先矫正时，其相对于在板上接触采集来说，具有较小的变形和较大的表面。因此，如果三维信息识别没有必要，那么，在三维表面上显示的指纹点再现为一平表面，且具有良好的分辨率。因此，这可使用现有的底板或连接于现有的系统。显然，本发明不局限于所述和所示的实施例和实施方式，而本发明可以有本领域技术人员可实施的许多其它实施例。
权利要求
1.人员指纹识别或认证装置(100)，其特征在于，所述识别或认证装置(100)包括-按压装置(102，130)，其具有透明底部(130)和由所述底部(130)支承的、具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件(102)，具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件 (102)的表面具有测试图(132)，所述透明部件(10 由挠性材料构成，其在按压在上面时变形且贴合具有指纹的身体部位的形状，-图像捕获器(106，1沈)，其通过所述按压装置(102，130)捕获所述指纹和测试图 (132)的图像，-图像分析器(108)，其分析变形的测试图(132)的图像，-指纹模型建立器(110)，其根据如此捕获的指纹和如此分析的测试图(13 的图像建立指纹模型，-人员身份鉴定器(114)或人员认证器(114)，其根据如此建立的模型核实人员身份或进行人员认证。
2.根据权利要求1所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述按压装置(102， 130)具有刚性框架(1 )，其连接于所述底部(130)，且与之一起形成限制透明部件(102) 的容器。
3.根据权利要求1或2中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述测试图 (132)对于某些波长是透明的，而对于其它波长是不透明的。
4.根据权利要求1至3中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，具有测试图 (132)的透明部件(102)的表面根据可能要识别的指纹类型预先成形。
5.根据权利要求1至4中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述透明部件(10 是含有硅胶或流体的硅树脂外壳式的。
6.根据权利要求1至5中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述捕获器 (106)的瞄准轴线正交于所述底部(130)。
7.根据权利要求1至5中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述捕获器 (126)的瞄准轴线与所述底部(130)的法线形成一个角度，该角度大于所述透明部件(102) 的全反射极限角。
8.根据权利要求1至7中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述指纹模型建立器(110)具有计算从变形的测试图(13 到不变形的测试图(13 的几何变换的计算器，用于将如此计算出的几何变换应用于捕获的指纹图像的几何变换器，以及根据如此变换的指纹图像生成模型的模型生成器。
9.根据权利要求1至7中之一所述的识别或认证装置(100)，其特征在于，所述指纹模型建立器(110)具有测试图(13 的三维表面的近似计算器，将捕获的指纹图像应用于如此近似计算的三维表面的应用器，以及根据如此变换的指纹图像生成模型的模型生成器。
10.人员指纹识别或认证方法000)，其特征在于，其包括以下步骤-在由透明底部(130)支承的透明部件(10 上按压(20 待识别的指纹，具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件(10 的表面具有测试图(132)，所述透明部件(10 由挠性材料构成，其在按压在上面时变形且贴合具有指纹的身体部位的形状，-通过所述按压装置(102,130)捕获(206)指纹和测试图(132)的图像，-分析(208)变形的测试图(132)的图像，-根据如此捕获的指纹图像和如此分析的测试图(132)，建立(210)指纹模型，-根据如此建立的模型，核实(214)人员身份或进行人员认证014)。
11.根据权利要求10所述的识别或认证方法，其特征在于，指纹模型建立步骤包括计算从变形的测试图(13 到不变形的测试图(13 的几何变换的计算步骤，将如此计算出的所述几何变换应用于捕获的指纹图像的步骤，以及根据如此变换的指纹图像生成模型的步骤。
12.根据权利要求10所述的识别或认证方法，其特征在于，指纹模型建立步骤包括测试图(13 的三维表面的近似计算步骤，在如此近似计算的三维表面上应用捕获的指纹图像的步骤，以及根据如此变换的指纹图像生成模型的步骤。 全文摘要
本发明涉及人员指纹识别或认证装置(100)，识别或认证装置(100)具有按压装置(102，130)，其具有透明底部(130)和由所述底部(130)支承的、具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件(102)，具有指纹的身体部位按压在其上的透明部件(102)的表面具有测试图(132)，透明部件(102)由挠性材料构成，其在按压在上面时变形，且贴合具有指纹的身体部位的形状；图像捕获器(106，126)，其通过所述按压装置(102，130)，捕获所述指纹和测试图(132)的图像；图像分析器(108)，其分析变形的测试图(132)的图像；指纹模型建立器(110)，其根据如此捕获的指纹和如此分析的测试图(132)的图像，建立指纹模型；人员身份鉴定器(114)或人员认证器(114)，其根据如此建立的模型核实人员身份或进行人员认证。
文档编号G06K9/00GK102317953SQ201080007681
公开日2012年1月11日 申请日期2010年4月26日 优先权日2009年4月27日
发明者乔尔-扬妮·福雷, 西尔万·皮卡德 申请人:茂福公司