具有模板更新的指纹认证的制作方法

本发明涉及结合指纹认证来扩展所存储的模板的方法，并且涉及指纹认证系统。

背景技术：

各种类型的生物测定系统越来越多地被使用，以提供增强的安全性和/或增强的用户便利性。

特别地，指纹感测系统由于其小外形、高性能和用户接受度，已在例如消费者电子设备中被采用。

为了节省成本和有价值的表面空间，致力于可显著小于用户指纹的越来越小的指纹传感器。

一种使用小指纹传感器实现令人满意的生物测定性能的方式是提供所谓的滑动型传感器或带状传感器。通过指示用户在传感器表面上滑动其手指并在滑动运动期间获取图像切片，可以收集足够的指纹信息。

然而，对于一些应用，在传感器上滑动手指对于用户来说可能不被认为足够直观和简单。

对于这种应用和其他应用，已提出了采用小传感器来固定手指放置的指纹感测系统。在这种指纹感测系统中，可以基于来自传感器的单个部分指纹图像、对照所存储的模板来认证用户。

为了在基于来自小指纹传感器的单个部分指纹图像进行认证时实现期望的令人满意的生物测定性能，所存储的模板与结合认证尝试获取的部分指纹图像相比，可能需要对应于用户指纹的相当大的一部分。

一种实现这种更大模板的方式是将用户登记在更大的指纹传感器上。然而，该方法不适合于其中应当使用相同的电子设备(诸如移动通信设备)来执行登记和认证的许多应用。

因此，已提出了要求用户在登记期间多次将他/她的手指放置在小指纹传感器上，然后组合来自若干部分图像的数据以形成模板。取决于例如手指放置的变化和指纹的大小(手指的大小)，可能难以基于给定次数的手指放置来确定是否或何时已获取了足够的指纹数据。或者，为了确保始终获取足够的指纹数据，登记过程可能需要在登记时很多次的手指放置。然而，这样方法将引起耗时的登记过程，这可能导致用户决定不使用基于指纹的认证系统。

有鉴于此，US2013/0259330公开了一种用于使用随后获取的与所存储的模板匹配的部分指纹图像来连续地更新和扩展所登记的模板的方法和系统。

然而，似乎仍有改进的余地。特别地，期望的是提供对所登记的模板的更快扩展。

技术实现要素：

考虑到现有技术的上述缺点和其他缺点，本发明的目的是提供改进的指纹认证，特别是提供对所存储的模板的更快扩展。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种对照所存储的模板认证用户的手指并且扩展所存储的模板的方法，该方法包括以下步骤：获取当前部分候选指纹图像；检索用户的所存储的登记表示，所存储的登记表示包括所存储的模板、以及结合用户的先前失败认证尝试而获取的至少第一先前部分候选指纹图像的所存储的表示；确定所述当前部分候选指纹图像的表示与所存储的模板之间的第一匹配是否满足第一模板更新要求；确定所述当前部分候选指纹图像的表示与至少第一先前部分候选指纹图像的所存储的表示之间的第二匹配是否满足第二模板更新要求；当确定了第一匹配满足第一模板更新要求并且第二匹配满足第二模板更新要求时：提供指示成功认证的信号；以及基于所存储的模板、当前候选指纹图像和至少第一先前候选指纹图像来形成第一扩展模板。

所存储的模板可以是可用作用于认证当前部分候选指纹图像表示的基础的任何指纹表示。

例如，所存储的模板可以是通过部分指纹图像的组合或部分模板的组合而形成的合成指纹模板，每个部分模板基于所获取的部分指纹图像。

可替选地，所存储的模板可以由多个部分模板形成，每个部分模板基于所获取的部分指纹图像。

在本申请的上下文中，指纹图像的“表示”可以是从指纹图像提取的任何信息，这对于评估在不同时间获取的指纹图像之间的相似性是有用的。例如，指纹图像的表示可以包括指纹特征(例如所谓的细节)的描述以及关于指纹特征之间的位置关系的信息。可替选地，指纹图像的表示可以是图像本身或图像的压缩版本。例如，可以将图像二值化和/或骨架化。

上述可以预定义并存储在存储器中的第一模板更新要求和第二模板更新要求可以相同或相互不同。

模板更新要求可以例如以阈值匹配分数的形式体现，该阈值匹配分数可以指示用于发生模板更新所需的指纹图像之间的最小相似性。

在各种实施方式中，模板更新要求可以指示至少所需数量的相应指纹特征。然而，也可以单独地或者与对相应指纹特征的数量的要求结合地使用其他属性。例如，可以使用指纹特征之间的位置关系。

模板更新要求可以与用于确定认证尝试是否成功的要求相同或相似。然而，根据各种实施方式，模板更新要求可以比认证要求更严格。

应当注意，指纹认证系统可以包括在独立电子设备例如移动通信设备中，或者可以由互连的设备例如计算机和连接到计算机的指纹采集设备来形成。

指纹传感器可以例如是电容式指纹传感器，其检测指示在感测元件阵列中的每个感测元件与触摸传感器表面的手指表面之间的电容耦合的测量。在与指纹中的脊对应的位置处的感测元件将表现出比与指纹中的谷对应的位置处的感测元件更强的与手指的电容耦合。

然而，本发明的各种实施方式不限于特定的指纹感测技术，而是同样适用于例如光学的、热的或压电的指纹传感器等。

根据本发明的各种实施方式的方法的步骤不一定按照任何特定的顺序执行。例如，可以在上述第一匹配之前评估上述第二匹配，以及/或者可以在已确定了第一匹配满足第一模板更新要求之后的任何时间，提供指示成功认证的信号。

本发明基于可以通过以下操作来更快速地扩展所存储的模板的实现方式：保存结合失败的认证尝试而获取的先前部分指纹图像的表示，并且在当前部分指纹图像被确定为与由所存储的模板表示的指纹图像充分相似并且与一个或多个先前部分指纹图像充分相似时，基于一个或多个这样的先前部分指纹图像来扩展所存储的模板。

所存储的模板的更快扩展提供了指纹认证系统的性能的更快改进，并且/或者允许更简单和更快速的登记过程，使得根据本发明的实施方式的指纹认证系统更加便于用户使用而不损害性能。

根据各种实施方式，可以通过将至少第一先前部分候选指纹图像的所存储的表示与当前部分候选指纹图像的表示相比较来确定第二匹配是否满足第二模板更新要求。

在这些实施方式中，可以结合成功认证来执行部分指纹图像之间的有限且已知数量的匹配，这提供了快速且可预测的认证和模板扩展过程。

在其他实施方式中，根据本发明的方法还可以包括以下步骤：当确定了第一匹配满足第一预定义模板更新要求时，基于所存储的模板和当前候选指纹图像来形成更新了的模板，其中，通过将至少第一先前部分候选指纹图像的所存储的表示与更新了的模板相比较来确定第二匹配是否满足第二模板更新要求。

这些实施方式可以提供所存储的模板的甚至更快的扩展。此外，第一模板更新要求和第二模板更新要求可以相同或至少非常类似，这可以有助于指纹认证方法的实现。

结合成功认证进行的所存储的模板的进一步扩展可以通过以下操作来实现：确定第二先前部分候选指纹图像的所存储的表示与第一扩展模板之间的第三匹配是否满足第三模板更新要求；以及当确定了第三匹配满足所述第三模板更新要求时：基于第一扩展模板和第二先前候选指纹图像来形成第二扩展模板。

可以仅当(当前部分指纹图像的表示与所存储的模板之间的)第一匹配满足第一模板更新要求时才能扩展所存储的模板。在此情况下，可以至少基于所存储的模板和当前部分候选指纹图像来形成更新了的模板。另一方面，如果第一匹配不满足第一模板更新要求，则可以将当前部分候选指纹图像的表示添加到登记表示作为先前部分指纹图像的表示，从而形成更新了的登记表示。

可能希望以某种方式准予结合失败的认证尝试而获取的部分指纹图像，以更好地利用可用的存储器空间。

根据一个实施方式，本发明的方法因此还可以包括关于图像属性准则来评估当前部分候选指纹图像的至少一个图像属性的步骤，其中，可以仅当至少一个图像属性满足图像属性准则时将当前部分候选指纹图像的表示添加到所存储的登记表示。

这样的图像属性准则可以例如指示阈值图像质量，以减少在用户的登记表示中包括具有差的图像质量的部分指纹图像(模糊图像、对比度不足的图像、具有饱和部分的图像等)的风险。

可替选地或组合地，图像属性准则可以指示当前部分候选指纹图像是用户手指的图像的可能性。

例如，不同用户的指纹可能表现出截然不同的一般特征，例如相邻指纹脊之间的平均距离等。

根据各种实施方式，本发明的方法可以另外提供用于基于对所存储的先前部分候选指纹图像中的每一者的至少一个属性的评估来从指纹认证系统的存储器移除先前部分候选指纹图像的表示的过程。该至少一个属性可以选自图像质量、图像年龄、与其他先前部分候选指纹图像的相似性等。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于认证用户的指纹认证系统，该指纹认证系统包括指纹传感器、存储器、以及与指纹传感器和存储器连接的处理电路，该处理电路用于：控制指纹传感器获取待被认证的候选指纹的当前部分候选指纹图像；从存储器中检索用户的至少一个所存储的登记表示，该至少一个所存储的登记表示包括所存储的模板、以及结合用户的先前失败认证尝试而获取的至少第一先前部分候选指纹图像的所存储的表示；确定当前部分候选指纹图像的表示与所存储的模板之间的第一匹配是否满足第一模板更新要求；确定当前部分候选指纹图像的表示与该至少第一先前部分候选指纹图像的所存储的表示之间的第二匹配是否满足第二模板更新要求；当确定了第一匹配满足第一模板更新要求并且第二匹配满足第二模板更新要求时：提供指示成功认证的信号；以及基于所存储的模板、当前候选指纹图像和该至少第一先前候选指纹图像来形成第一扩展模板。

可以提供一个或多个处理器形式的处理电路，所述一个或多个处理器还可以控制其中可包括指纹认证系统的电子设备的其他功能。

通过本发明的此第二方面获得的另外的实施方式和效果很大程度上类似于以上针对本发明的第一方面描述的实施方式和效果。

总之，本发明涉及对照所存储的模板认证手指并且扩展所存储的模板的方法。该方法包括：获取当前指纹图像；检索所存储的登记表示，所存储的登记表示包括所述所存储的模板、以及结合先前失败认证尝试而获取的至少第一先前指纹图像的表示；以及确定是否应当扩展所存储的模板。当确定了当前指纹图像表示与所存储的模板之间的第一匹配满足第一模板更新要求、并且当前指纹图像表示与所述至少第一先前指纹图像表示之间的第二匹配满足所述第二模板更新要求时，提供指示成功认证的信号；并且基于所述所存储的模板、所述当前指纹图像和所述至少第一先前指纹图像来形成第一扩展模板。

附图说明

现在将参照示出了本发明的示例实施方式的附图来更加详细地描述本发明的这些方面和其他方面，在附图中：

图1a至图1c示意性地示出了使用小指纹传感器的三个不同的示例性认证尝试；

图2示意性地示出了与图1a至图1c中获取的关于用户指纹的部分指纹图像；

图3是根据本发明的指纹认证系统的示例实施方式的框图；

图4是示意性地示出了根据本发明的第一实施方式的方法的流程图；

图5a至图5b示意性地示出了在图4中的方法的不同阶段的与用户指纹相关的登记表示和当前部分候选指纹图像的示例；

图6是示意性地示出了根据本发明的第二实施方式的方法的流程图；以及

图7a至图7c示意性地示出了与图6中的方法的不同阶段的与用户指纹相关的登记表示和当前部分候选指纹图像的示例。

具体实施方式

在当前具体实施方式中，主要参照与移动电话的触摸显示器相邻布置的基本上方形的指纹传感器来描述根据本发明的方法和电子设备的各种实施方式。

应当注意，这决不限制本发明的范围，本发明的范围同样包括例如其他电子设备如平板电脑、计算机或手表。此外，指纹传感器可以具有任何其他形状。例如，指纹传感器可以被设置为长矩形。

为了提供对使用小指纹传感器所涉及的挑战的介绍，图1a至图1c示意性地示出了使用小指纹传感器的三次不同的示例性认证尝试。

首先参照图1a，这里是移动电话1形式的电子设备包括触摸显示器2和指纹传感器3。触摸显示器2包括基于触摸来控制移动电话1的触摸传感器和用作用户界面的显示器。

在图1a中，移动电话1的用户通过将其手指放置在指纹传感器3上进行第一认证尝试。

图1b和图1c示出了其中用户将其手指放置在指纹传感器3上的第二认证尝试和第三认证尝试。

如图1a至图1c所示，结合不同的认证尝试，用户通常不会以完全相同的方式将他的手指放置在指纹传感器3上。然而，用户将预期认证尝试在至少所有的如图1a至图1c所示的情况下成功以被激励继续使用指纹认证。

在图2中，在对手指5的整个指纹的图示上示出了在结合图1a至图1c中的认证尝试而获取的不同的部分指纹图像中成像的用户指纹的不同部分。在图2中，第一指纹部分7a对应于图1a中的认证尝试，而第二指纹部分7b和第三指纹部分7c分别对应于图1b和图1c。

考虑图2中的图示，容易理解，为了使图1a至图1c中的所有认证尝试成功，用于基于部分指纹图像的认证的所存储的指纹模板与由部分指纹图像成像的指纹部分7a至图7c中的每一者相比，应当对应于用户指纹的相当大的一部分。还容易理解，获得可覆盖用户指纹的足够大部分的模板的登记过程可能需要多次的手指放置。

已简要地解释了对与用户指纹的相对大部分对应的指纹模板的需要，下面将描述本发明的提供这种指纹模板的各种实施方式。

参照图3中的框图，图1中的电子设备(移动电话)1除了包括指纹传感器3之外，还包括触摸传感器11、显示器12、这里为微处理器13形式的处理电路、存储器14、以及用于向电子设备1的各种部件提供电能的电池1。尽管处理电路在图3中被示意性地示为单个微处理器，但是应当注意，这是简化的图示，并且处理电路可以包括数个处理器。例如，处理电路可以包括专用于获取和处理指纹图像、模板生成和/或认证的指纹处理器。此外，处理电路可以包括用于控制显示器12等的显示驱动器。

现在将参照图4中的流程图以及图3和图5a至图5b中的图示来描述根据本发明的方法的第一示例性实施方式。

在第一步骤100中，响应于认证请求，指纹传感器3由处理电路13控制来获取当前部分候选指纹图像。所获取的当前部分候选指纹图像20由图5a中的未填充方形表示。

在随后的步骤101中，由处理器13从存储器14中检索用户的所存储的登记表示。如图5a中示意性地示出的，所存储的登记表示包括所存储的模板21(在图5a中用方形图案区域表示)以及多个先前部分候选指纹图像22a至22f(在图5a中用阴影方块表示)。

在此情况下，应当注意，图5a中的登记表示的图示仅旨在示出登记表示相对于用户指纹的示例性覆盖。所存储的模板21和/或先前部分候选指纹图像22a至22f可以以任何合适的形式例如作为指纹特征描述符表及其相应的绝对位置或相对位置进行存储。

在下一步骤102中，将当前部分候选指纹图像20的表示与所存储的模板21相比较，以评估当前部分候选指纹图像20与所存储的模板21之间的第一匹配。例如，可以通过将从当前部分候选指纹图像20提取的指纹特征与所存储的模板21的指纹特征相比较来评估第一匹配。基于当前部分候选指纹图像20的表示与所存储的模板21之间的比较，可以确定第一匹配分数S_i。

相对于第一模板更新要求(这里是步骤103中的第一阈值匹配分数S_i,th)来评估该第一匹配分数S_i。

当在步骤103中确定了第一匹配分数S_i不超过第一阈值匹配分数S_i,th时，该方法进行至步骤104，并且处理器13提供指示失败认证的信号。由处理器13提供的信号可以用于例如经由显示器12向用户指示认证尝试失败。在步骤105中，将当前部分候选指纹图像20存储在存储器14中，并将当前部分候选指纹图像20添加到登记表示作为先前部分候选指纹图像。结合这一点，可以使当前部分候选指纹图像20与已存储的先前部分候选指纹图像22a至22f相匹配，以确定是否可以形成包括当前部分候选指纹图像20的一个或多个群集。应当注意，包括部分候选指纹图像20的群集与所存储的模板21之间的匹配可以满足对更新所存储的模板21的要求。因此，该方法可以可选地还包括评估新形成的群集与所存储的模板21之间的匹配。

另一方面，当在步骤103中确定了第一匹配满足第一模板更新要求时，该方法进行至步骤107，并且处理器13提供指示认证成功的信号。由处理器13提供的信号可以用于例如经由显示器12向用户指示认证尝试成功。

在下一步骤108中，将当前部分候选指纹图像20的上述表示与所存储的先前部分候选指纹图像22a至22f中的至少第一个的表示相比较，以评估当前部分候选指纹图像20与该至少第一先前部分候选指纹图像22a至22f之间的第二匹配。例如，可以连续地将当前部分候选指纹图像20的表示与所存储的先前部分候选指纹图像22a至22f中的每一个相比较，并且针对每次比较，可以确定匹配分数S_2,n。

相对于第二模板更新要求(这里为步骤109中的第二阈值匹配分数S_2,th)来评估针对上述每一次比较的第二匹配分数S_2,n。

当在步骤109中确定了当前部分候选指纹图像20的表示与先前部分候选指纹图像22a至22f的每个表示之间的所有比较结果都不导致超过第二阈值匹配分数S_2,th的第二匹配分数S_2,n时，该方法进行至步骤110。

在步骤110中，处理器13基于所存储的模板和当前部分候选指纹图像20来形成扩展的模板，并且扩展的模板被存储在存储器14中。

当在步骤109中代之以确定了当前部分候选指纹图像20的表示与先前部分候选指纹图像22a至22f的每个表示之间的比较结果中的一个或多个导致超过第二阈值匹配分数S_2,th的第二匹配分数S_2,n时，该方法进行至步骤111。

在步骤111中，处理器13基于所存储的模板、当前部分候选指纹图像20、以及在第二匹配分数S_2,n超过第二阈值匹配分数S_2,th情况下的先前部分候选指纹图像来形成扩展的模板，并且扩展的模板被存储在存储器14中。

在图5a所示的示例中，与当前部分候选指纹图像20充分匹配的先前部分候选指纹图像22a至22f中的仅一个是具有最大重叠的先前部分候选指纹图像22a。然而，两个相互重叠的先前部分候选指纹图像22a和22b先前已彼此匹配并形成群集24。因此，基于当前部分候选指纹图像20、所存储的模板21和先前部分候选指纹图像的上述群集24形成如图5b所示的扩展模板。

现在将参照图6中的流程图以及图3和图7a至图7c中的图示来描述根据本发明的方法的第二示例性实施方式。

在第一步骤200中，响应于认证请求，指纹传感器3由处理电路13控制来获取当前部分候选指纹图像。所获取的当前部分候选指纹图像20由图7a中的未填充方形表示。

在随后的步骤201中，由处理器13从存储器14中检索用户的所存储的登记表示。如图7a中示意性地示出的，所存储的登记表示包括所存储的模板21(在图7a中用方形图案区域表示)以及多个先前部分候选指纹图像22a至22f(在图7a中用阴影方块表示)。

在下一步骤202中，将当前部分候选指纹图像20的表示与所存储的模板21相比较，以评估当前部分候选指纹图像20与所存储的模板之间的第一匹配。基于当前部分候选指纹图像20的表示与所存储的模板21之间的比较，可以确定第一匹配分数S_i。

相对于第一模板更新要求(这里是步骤203中的第一阈值匹配分数S_i,th)来评估该第一匹配分数S_i。

当在步骤203中确定了第一匹配分数S_i不超过第一阈值匹配分数S_i,th时，该方法进行至步骤204，并且处理器13提供指示失败认证的信号。由处理器13提供的信号可以用于例如经由显示器12向用户指示认证尝试失败。在步骤205中，当前部分候选指纹图像20被存储在存储器14中并且被添加到登记表示，作为先前失败部分候选指纹图像。结合这一点，可以使当前部分候选指纹图像20与已存储的先前部分候选指纹图像22a至22f相匹配，以确定是否可以形成包括当前部分候选指纹图像20的一个或多个群集。应当注意，包括部分候选指纹图像20的群集与所述所存储的模板21之间的匹配可以满足对更新所存储的模板21的要求。因此，该方法可以可选地还包括评估新形成的群集与所存储的模板21之间的匹配。

另一方面，当在步骤203中确定了第一匹配满足第一模板更新要求时，该方法进行至步骤207，并且处理器13提供指示认证成功的信号。由处理器13提供的信号可以用于例如经由显示器12向用户指示认证尝试成功。

在下一步骤208中，处理器13基于所存储的模板21和当前部分候选指纹图像20来形成更新了的模板，并且将更新了的模板存储在存储器14中。在图7b中由参考标号28示出更新了的模板。

随后，在步骤209中，将例如从第一先前部分候选指纹图像22a开始的第n先前部分候选指纹图像的表示与更新了的模板28相比较。如上所述，该比较可以导致第三匹配分数S_3,n。

在步骤210中，相对于第三模板更新要求(这里为第三阈值匹配分数S_3,th)来评估该第三匹配分数S_3,n。

当在步骤210中确定了关于更新了的模板28与第n先前部分候选指纹图像之间的比较的第三匹配分数S_3,n超过第三阈值匹配分数S_3,th时，该方法进行至步骤211，其中，处理器13基于当前存储的更新了的模板和第n先前部分候选指纹图像来形成新的更新了的模板，并且计数器n被重置。由于计数器n被复位，评估先前部分候选指纹图像的顺序将无关紧要。

在当前示出的示例中，第一先前部分候选指纹图像22a与更新了的存储模板28充分良好地匹配以满足模板更新要求，并且因此所存储的模板基于所存储的模板(更新了的模板28)和第一先前部分候选指纹图像22a被扩展。所得到的新的更新了的模板在图7c中由参考标号示出。

在步骤211之后，该方法进行至步骤213。由于在步骤211中计数器n被复位，所以该方法将直接进行至步骤214，在步骤214中在该方法返回到步骤209之前计数器递增。如果所评估的先前部分候选指纹图像是最后一个，则该方法终止。

返回至步骤210，当确定了匹配分数S_3,n不超过阈值匹配分数S_3,th时，该方法进行至步骤213并如上所述进行。

在本示例中，所存储的模板21在该方法终止之前将连续扩展五次。首先，所存储的模板将利用当前部分候选指纹图像20、然后连续地利用第一先前部分候选指纹图像22a、第二先前部分候选指纹图像22b、第四先前部分候选指纹图像22d和第三先前部分候选指纹图像22c来扩展。在图7a至图7c中仅示出了第一迭代。

关于第四先前部分候选指纹图像22d，应当注意，即使当前部分候选指纹图像20与第四先前部分候选指纹图像22d之间的匹配、以及第二先前部分候选指纹图像22b与第四部分候选指纹图像22d之间的匹配分别不满足匹配要求，本发明的第二实施方式的连续模板扩大仍然允许添加第四先前部分候选指纹图像22d(和第三先前部分候选指纹图像22c)。在利用第二先前部分候选指纹图像22b来扩展模板(在图7c所示的情况之后的步骤中)之后，然而模板与第四先前部分候选指纹图像22d之间的匹配将满足关于模板扩展的匹配要求。这提供了非常有效且快速的模板扩展。

或者，可以如上面结合图4中的流程图所描述的那样首先用当前部分候选指纹图像20、然后用包括第一先前部分候选指纹图像22a和第二先前部分候选指纹图像22b的群集、然后用包括第三先前部分候选指纹图像22c和第四先前部分候选指纹图像22d的群集连续地将所存储的模板21扩展三次。

本领域技术人员认识到，本发明决不限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。

在权利要求中，词语“包括”不排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求书中提及的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中提到了某些措施的纯粹事实并不表示不可以有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在合适的介质例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光存储介质或固态介质上，但是还可以以其他形式例如经由因特网或其他有线或无线通信系统来分布。权利要求书中的任何参考标记不应被解释为限制范围。