指纹读取方法及指纹读取系统 【技术领域】
本发明涉及一种获取手指指纹图像并且根据该图像产生指纹特征信息的指纹读取方法。尤其是，本发明涉及一种使用所谓扫描类型指纹传感器从执行滑动操作的手指上连续获得一系列局部指纹图像的方法，其中所述每一种局部指纹图像表示某种指纹。
背景技术
通常，广泛存在配备指纹验证功能的诸如个人电脑或者携带式电话的一类信息处理装置，其中所述指纹验证功能用于保证用户为该信息处理装置的所有者或者预定特许用户。尤其在这类装置中的个人数字助理所代表的小型终端装置中，要求使读取指纹的传感器所占用的空间尽可能小。作为一种能够满足该需求的常规系统，指纹校对系统已为人们所公知，该系统使用一种扫描类型指纹传感器，所述扫描类型指纹传感器可以从滑动在横向宽度等于手指宽度的矩形感知平面的手指上连续读取指纹图像。
由于所述系统中的扫描类型指纹传感器连续读取相应于部分指纹的局部指纹图像，因此需要技术措施从读取局部指纹图像来获得有关全部指纹的信息。就技术而言，例如，如在后述的日本专利申请公开号10-091769和2003-331269中所描述的技术，存在这样一种技术，该技术通过连续叠加已读取地局部指纹图像来重构完整指纹图像，并且在人员信息的注册和校对中使用该完整指纹图像。此外还存在这样一种技术，如日本专利申请公开号2003-051013中所描述的技术，该技术不必重构完整指纹图像就可通过不断比较预先记录图像和已获取的局部指纹图像来执行校对处理。
根据日本专利申请公开号10-091769和2003-331269所公开的技术，有可能通过叠加局部指纹图像来防止完整指纹图像中发生的错漏之处。然而在以上所述技术中，必须通过读取所有的局部指纹图像从而重构完整指纹图像并且启动鉴权处理。因此，需要一个能够缓冲连续读取的所有局部指纹图像的巨大存储空间。此外，存在一个不利情况，即直到完成完整指纹图像时才能启动诸如指纹特征信息提取这样的下一处理进程。
另一方面，根据日本专利申请公开号2003-051013所公开的技术，不必要重构完整指纹图像，并且因此不需要巨大的存储空间而且处理时间也可以缩短。然而，该技术缺乏有关校对时局部指纹图像的特征信息是位于整体指纹的什么地方这一重要信息。原则上，存在这一问题就很难执行高精度的校对。
【发明内容】
本发明已经解决了所述问题。本发明的一个目的是要提供一种指纹读取方法以及能够缩小存储空间的指纹读取系统，其中所述存储空间是用于缓存局部指纹图像并且产生导致验证过程有效的处理。
本发明的指纹读取方法是一种用于指纹读取系统的指纹读取方法，其中该指纹读取系统包括一扫描类型指纹传感器，用于从执行滑动操作的手指上读取一系列表示指纹的局部指纹图像，所述指纹读取方法包括步骤：图象获取处理，利用扫描类型指纹传感器来连续获取局部指纹图像；重构处理，使得由所述图象获取处理获取的局部指纹图像和一已获取的局部指纹图像在对应部分中相互重叠，将合成的图像存储在存储器中，并且进行监控从而判定一确定区域是否已经达到预定尺寸，该确定区域是该存储不造成新的图像变化的区域；特征提取处理，在所述重构处理中当确定区域达到预定尺寸时，使用确定区域中的图像来产生指纹特征信息，并且在产生特征信息以后释放相应于确定区域的存储部分；和特征构造处理，用于根据其产生的顺序连续记录在所述特征提取处理中产生的特征信息，和当在所述特征提取处理中存储部分被释放时，利用相应于确定区域的存储部分，在随后的局部指纹图像上运行所述重构处理。
本发明的指纹读取系统是一种指纹读取系统，其包括：一扫描类型指纹传感器和一存储器，该传感器用于从执行滑动操作的手指上读取一系列表示指纹的局部指纹图像，该存储器用于存储传感器读取的局部指纹图像，所述指纹读取系统包括：图像获取单元，用于使用扫描类型指纹传感器来连续获取局部指纹图像；重构单元，由所述图象获取单元获取的局部指纹图像和一已获取的局部指纹图像在对应部分中相互重叠，将合成的图像存储在存储器中，并且进行监控从而判定一确定区域是否已经达到预定尺寸，该确定区域是该存储不造成新的图像变化的区域；特征提取单元，在所述重构单元中当确定区域达到预定尺寸时，使用确定区域中的图像来产生指纹特征信息，并且在产生特征信息以后释放相应于确定区域的存储部分；和特征构造单元，用于根据其产生的顺序连续记录由所述特征提取单元产生的特征信息，其中当所述特征提取单元已经释放相应于确定区域的存储部分时，所述重构单元在存储部分中存储随后的局部指纹图像。
根据本发明，每当确定区域达到预定尺寸时就会产生特征信息，无需等待重构整个指纹。因此，提高了验证过程的处理效率，并且因此可以缩短处理时间。此外，由于当指纹的特征信息已被提取时存储区域被释放。因此可以节省存储空间。
【附图说明】
图1是根据本发明实施例的指纹读取系统方框图；
图2是根据一个实施例的表示扫描类型指纹传感器的框图；
图3是根据实施例的操作方法流程图；
图4是根据实施例的表示存储设备存储区域的框图；
图5是根据实施例的表示指纹处理的框图；
图6是根据实施例表示图像获取处理的框图；
图7是根据实施例的表示指纹重构处理的框图；
图8是根据实施例的表示指纹重构处理的框图；
图9是根据实施例的表示指纹重构处理的框图；
图10是根据实施例的表示指纹重构处理的框图；
图11是根据实施例的表示指纹特征提取处理的框图；
图12是根据实施例的表示指纹特征提取处理的框图；
图13是根据实施例的表示指纹特征构造处理的框图；和
图14是根据本发明另一实施例的指纹读取系统的方框图。
【具体实施方式】
此后，将参考附图详细描述本发明的实施例。图1是根据本发明实施例的指纹读取系统方框图。实施例中的指纹读取系统101被安装在便携信息通信终端中，从而实现产生指纹特征信息和执行用户个人验证的功能。如图1所示，作为其主要硬件配置，指纹读取系统101包括处理器10，在处理器10上安装了在多个处理中具有执行并行处理的多任务功能的操作系统10A，一个常规已知的扫描类型指纹传感器20，和一个存储设备30，该设备包括一个存储由传感器20读取的指纹图像数据的RAM和一个存储程序从而分别运行随后所描述的处理的ROM。
图2表示在目前实施例中的扫描类型指纹传感器20的外视图。扫描类型指纹传感器20具有一个矩形感知平面，该平面的横向宽度等于手指21的宽度。当手指21在所述平面上以其纵向宽度方向执行滑动操作时，根据处理器10的控制，扫描类型指纹传感器20连续读取一系列局部指纹图像。扫描类型指纹传感器20，处理器10，和他们之间的连接装置应该具有足够高的性能从而在比手指21的移动速度短的多的一个时间间隙内读取指纹。
如图1所示，处理器10包括一个图像获取单元11，一个重构单元12，一个特征提取单元13，和一个特征构造单元14。使用扫描类型指纹传感器20，图像获取单元11运行图象获取处理从而连续获取局部指纹图像。重构单元12运行指纹重构处理从而将由图像获取单元11获取的局部指纹图像与已获取的局部指纹图像在对应的部分相互重叠，在存储设备30中存储合成的图像，并且监控从而判定确定区域是否已经达到预定尺寸，该确定区域是该存储不造成新的图像变化的区域。使用重构单元12进行检测确定区域已经达到预定尺寸后，利用在所述确定区域内的图像，特征提取单元13产生指纹的特征信息。在产生所述指纹特征信息之后，特征提取单元13运行指纹特征提取处理从而释放对应所述确定区域的存储部分。根据其产生的顺序，特征构造单元14运行特征构造处理来连续记录由特征提取单元13产生的特征信息。当特征提取单元13已经释放所述确定区域，利用所述存储部分，根据随后的局部指纹图像，重构单元12执行重构处理。
现在将利用具体范例参考图3所示的流程图描述指纹读取系统101的操作方法。现在假设图4所示的存储区域被分配给存储设备30。该存储区域包括初始区域310、重构区域311和指纹特征信息存储区域312，在初始区域310中存储利用扫描类型指纹传感器20由图像获取单元11获取的局部指纹图像，在重构区域311中处理可以重构的局部指纹图像，而在指纹特征信息存储区域312中处理最终获得的特征信息。在后来描述的重构区域311中提供局部特征提取区域61，以便判定确定区域的尺寸。
首先，当用户在扫描类型指纹传感器20上滑动一个手指，图像获取单元11从扫描类型指纹传感器20获取局部指纹图像(步骤S1)。假定用户的指纹21A具有如图5所示的形状，图像获取单元11按照局部指纹图像6a、6b、6c、…、6p的次序连续获取如图6所示的条形局部指纹图像。获取一个局部指纹图像后，图像获取单元11将该图像放置在存储设备30的初始区域310上(步骤S2)，然后向重构单元12通知结果(步骤S3)。
初始区域310是相应于从扫描类型指纹传感器20获取一个图像的区域。直到图像获取单元11从重构单元12接收局部指纹图像递送请求，图像获取单元11都将该图像保留在初始区域310并且等待(步骤S4)。响应于重构单元12发布的请求，图像获取单元11递送局部指纹图像，然后进入获取随后局部指纹图像的程序(步骤S5)。
另一方面，重构单元12等待将局部指纹图像放置在初始区域310上(步骤S6)。接收由图像获取单元11在步骤S3发布的通知之后，重构单元12进入将存储初始区域310上的局部指纹图像放置到重构区域311的重构处理程序(步骤S7)。如图7所示，如果从初始区域310递送的局部指纹图像是第一局部指纹图像6a，则该图像被放置在重构区域311的底部。随后，当放置随后的局部指纹图像6b时，重构单元12将局部指纹图像6b与已放置的局部指纹图像6b相比较，并且将他们重叠放置在他们之间重合度最高的地方。该状态如图8所示。
只要重构单元12根据所述程序将局部指纹图像放置在重构区域311，重构单元12就通知图像获取单元11初始区域310的使用已经结束了(步骤S8)。响应于所述通知，图像获取单元11从扫描类型指纹传感器20获取一个新的局部指纹图像。
重构单元12根据以上程序在重构区域311中连续放置随后的局部指纹图像，并且在该时间期间监控从而判定确定区域的尺寸是否已经达到预定尺寸(步骤S9)。确定区域意味着在重构区域311中的一个区域，其中即使新添加局部指纹图像也不产生图像变化。在本实施例中，确定区域的预定尺寸与局部特征提取区域61中的尺寸对应。局部指纹图像群保存在重构区域311中并且随手指21移动而逐渐重构变大，因此确定区域的尺寸也会扩大。
具体地说，例如，如图8所示在局部指纹图像6a和6b被放置的状态下，如图9所示局部指纹图像6c被新近放置。由于局部指纹图像6c已经被添加，此时局部特征提取区域61中的图像发生变化。因此，此时，重构单元12判断确定区域还没有达到预定尺寸。
如果局部指纹图像6d被新近放置，就造成如图10所示的状态。此时由于增加的局部指纹图像6d的存储位置在局部特征提取区域61之外，局部特征提取区域61中的图像不会发生变化。因此，此时，重构单元12判断确定区域已经达到预定尺寸。
顺便说及，如果新近放置的局部指纹图像6d和局部指纹图像6c的重叠部分被归入局部特征提取区域61，局部特征提取区域61中的图像会发生一点改变。因此，在这种情况下，可以判断确定区域已经达到预定尺寸。为了使判断标准简单，最好使用图10所述的方法，即，如步骤S9中用于判断的标准那样判定新局部指纹图像的放置位置是否在局部特征提取区域61之外。
当确定区域被判定已经达到预定尺寸，重构单元12发送一个通知到特征提取单元13以便从相应于预定尺寸的局部特征提取区域61的图像中提取指纹的特征信息(步骤S10)。
特征提取单元13等待来自重构单元12的所述通知(步骤S11)。接收所述通知后，特征提取单元13执行从局部特征提取区域61中的图像中提取指纹特征信息的处理(步骤S12)。指纹特征提取处理是使用频率分析方法诸如快速傅里叶变换处理这样常规已知的图像处理。由于这样的处理，诸如分支点位置或者剧变线(upheaval line)的末端这样的特征从被处理的指纹图像中被提取出来。所述指纹的特征信息用于随后的指纹校对处理。图11表示指纹特征已经被提取的一个状态。特征提取单元13将特征信息提取处理产生的指纹特征信息递送到特征构造单元14(步骤S13)。
如图12所示，特征提取单元13在特征提取处理结束时释放局部特征提取区域61，以便产生可以用于重构处理中的重构单元12的局部特征提取区域61，并且将所述结果通知到重构单元12(步骤s14)。结果，重构单元12可以将重构区域311中的已释放的局部特征提取区域61用于新的重构处理。
特征构造单元14等待特征提取单元13执行的特征信息供应(步骤S15)。被提供了特征信息供应之后，特征信息被保存在存储设备30的指纹特征信息存储区域312(步骤S16)。
重复所述程序，并且特征构造单元14连续存储从特征提取单元13获得的特征信息。结果，如图13所示，整个指纹的特征信息块61a到61e被记录在指纹特征信息存储区域312里。举例说明，特征信息块没有互相互重叠部分并且相互位置关系很清楚。因此，特征构造单元14很容易构造整个指纹的特征信息。顺便说及，在所述验证过程中，可以连续执行校对而不必等到整个指纹的所有特征信息块61a到61e被收集在指纹特征信息存储区域312中。
根据迄今描述的实施例中的指纹读取系统101，只要特征提取单元13提取指纹特征信息就会释放局部特征提取区域61。因此，存储设备30的重构区域311能被高效使用。因此，不必在存储设备30中准备一个巨大的重构区域311就可以执行局部指纹图像的重构处理。此外，由于不必等待重构整个指纹的局部指纹图像就可启动特征提取处理，因此可以缩短用于指纹校对处理的处理时间。
在所述实施例中，将被新近放置的局部指纹图像是否被归入局部特征提取区域61被用作监控确定区域的判断标准(如图3所示的步骤S9)。换句话说，例如，当可以形成局部特征提取区域61时则也可以预置一个假定时间，并且在那个时间间隙周期性进入指纹特征提取。结果，判断程序可以变得简单。
除删除存储区域的数据之外，至于由特征提取单元13执行释放局部特征提取区域61的方法(如图13所示的步骤S14)，可以通过例如预先提供具有环形缓冲区结构的重构区域311，并且用新的局部指纹图像重写在特征提取处理中已完成的存储区域，来释放局部特征提取区域61。
(另一实施例)
图14是表示根据本发明的另一实施例的结构方框图。在目前实施例中，指纹读取系统102不同于图1所示的指纹读取系统101在于，该系统中安装了一个与充当主处理器的处理器10共享存储设备30的DSP(数字信号处理器)40，并且DSP40运行相应于如上所述的指纹特征提取处理的指纹特征提取处理程序40A。DSP40是一个常规已知的处理器，用于执行比充当主处理器的CPU速度更快的特殊算术运算处理。在目前实施例中，在本发明的指纹读取系统中，DSP40完成特征提取单元的功能。
现在将描述指纹读取系统102的操作方法，同时重点放在与指纹读取系统101不同的地方。重构系统12连续重构由图像获取单元11从扫描类型指纹传感器20获取的局部指纹图像，并且在那段时间进行监控从而判定确定区域是否已经达到预定尺寸(图3中的步骤S9)。如果确定区域达到预定尺寸，则重构单元12通知DSP40在操作系统10A支配下操作。接收该通知后，DSP40运行指纹特征提取处理程序40A。
利用存储设备30的重构区域311中的局部特征提取区域61中的图像，运行指纹特征提取处理程序40A的DSP40产生特征信息，递送特征信息到特征构造单元14，并且释放局部特征提取区域61用于在重构单元12中进行重构处理。通过重复迄今描述的过程，类似于图13所描述的整个指纹的特征信息被记录在存储设备30中的指纹特征信息存储区域312中。
根据迄今描述的指纹读取系统102，通过DSP40执行对指纹特征的提取处理，并且因此可以加快指纹特征提取处理速度。
本发明的指纹读取系统和指纹读取方法可以应用到，通常，各种设备，诸如称作信息终端的电子设备或者信息设备，个人电脑以及它们的外围设备，携带式电话，或者类似时间表终端设备的个人数字助理。