專利名稱：圖形對比設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及到一種圖形對比設備，它用于根據(jù)空間頻率特性來對比諸如指紋之類的圖形。
近年來，指紋對比設備正在需要進行個人識別的領域內(nèi)例如用于計算機室或重要機房的入口管理或用于計算機終端或銀行出納終端的存取管理等領域內(nèi)取代通常的身份號碼或身份證。


圖12顯示了Toyoda等人“使用了相位調(diào)制液晶空間先調(diào)制器的指紋識別系統(tǒng)”中的實驗系統(tǒng)，該文載于INSTITOTE OFELECTRONICS，INFORMATION AND COMMONICATIONENGINEERS，PROCEEDINGS OF THE 1993 IEICECONFERENCE D-287 1993年9月(參考文獻1)。參照圖12，標號1表示-CRT(陰極射線管)顯示器；標號2-1和2-2表示相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器；標號3表示-透鏡；標號4-1和4-2表示付立葉透鏡；標號5-1至5-3表示半反射鏡；標號6表示-全反射鏡；標號7表示-光電＝極管。符號L表示-激光束。
在上述系統(tǒng)中，用-CCD(電荷耦合器件)攝像機(未顯示)拍照所要登記的手指指紋(登記指紋)并且存儲該指紋。用CCD攝像機拍照所要對比的指紋(對比指紋)如圖13A所示，將登記指紋的圖像和對比指紋的圖像同時放置在左右兩側(cè)以形成一個輸入圖像，然后將該輸入圖像顯示在CRT顯示器1的屏幕上。在透過相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器2-1和付立葉變換透鏡4-1之后，顯示在CRT顯示器1屏幕上的輸入圖像會產(chǎn)生干擾，從而形成一有垂直干涉條紋的圖形。
通過這種處理，可用一次光學付立葉變換來折出空間頻率，因此，圖13A所顯示的輸入圖像會變成如圖13B所顯示的付立葉圖像。在這種付立葉圖像中，空間頻率的低頻分量會出現(xiàn)在中心部分。當上述付立葉圖像穿過相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器2-2以及付立葉變換透鏡4-2時，就進行二次光學付立葉變換。通過這種處理，圖13B所示的付立葉圖像會變成如圖13C所示的付立葉圖像。在這種付立葉圖像中，空間頻率的低頻分量出現(xiàn)在中心部分，而高頻分量則出現(xiàn)在左右兩側(cè)。
如果登記指紋與對比指紋相匹配，則圖13C中左右相關(guān)分量區(qū)S1和S2的光強會增加。按下列方式設置光電二極管7即該光電二極管的光接收表面定位在例如左右相關(guān)分量區(qū)S1和S2中的左相關(guān)分量區(qū)S1內(nèi)。所以，在光電二極管7所檢測的相關(guān)分量區(qū)S1的光強大于預定的閾值時，也就是說在出現(xiàn)相關(guān)峰值時，可以判定登記指紋與對比指紋相匹配。
但是，依照這種通常的指紋對比方法，光電二極管7會檢測到整個相關(guān)分量區(qū)S1的光強，也就是說，檢測到的是相關(guān)分量區(qū)S1內(nèi)光強的平均值。為此，SIN(信/噪)比會因構(gòu)成相關(guān)分量分S1的象素中低光強象素的影響而下降，從而降低了對比精度。此外，比對精度還會因取樣時登記指紋與對比指紋之間的照度差而下降。具體地說，如果取樣時登記指紋與對比指紋之間的照度差較大，則不會將指紋識別為受檢人的指紋。
當對比指紋的位置相對登記指紋位移時，出現(xiàn)有相關(guān)峰值的位置也會產(chǎn)生位移。由于是使用光電二極管7來檢測相關(guān)峰值，所以，通常的指紋對比方法有時不能處理這種位移。具體地說，當光電二極管的面積減小以增加S/N比時，就無法解決相關(guān)峰值的位移問題。當光電二極管的面積增加以處理所說的位移時，S/N比就會下降。所以，S/N比的增加與解決位移的方法不協(xié)調(diào)。
在用CCD部件代替光電二極管并且加大光接收面積時，這種結(jié)構(gòu)能處理上述對比精度的下降或?qū)Ρ戎讣y的位移。但是，CCD要比光電二極管昂貴得多，因此，整個設備的成本會有顯著的增加。
通常的指紋對比方法需要相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器以及付立葉變換透鏡。從精度的角度看，很難通過組合這些部件來制造光學系統(tǒng)。此外，由于這些部件本身都很昂貴，所說的光學系統(tǒng)也必然會很昂貴。
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有高對比精度的圖形檢驗設備。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種圖形對比設備，它能處理對比圖形的位移。
本發(fā)明的再一個目的是指供一種廉價的圖形對比設備。
為了達到上述目的，依照本發(fā)明，提供了一種圖形處理設備，該設備包括登記數(shù)據(jù)預處理裝置，它用于對登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行兩維離散付立葉變換以形成登記付立葉圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括相位信息和振幅信息；對比數(shù)據(jù)預處理裝置，它用于對對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行兩維離散付立葉變換以形成對比付立葉圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括相位信息和振幅信息；數(shù)據(jù)合成裝置，它用于將上述登記數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)和上述對比數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成起來以輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)；圖像處理裝置，它用于對來自數(shù)據(jù)合成裝置的第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行付立葉變換以輸出第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示相關(guān)分量的光強；圖形對比裝置，它用于根據(jù)上述第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)相關(guān)分量區(qū)中象素的相關(guān)分量的光強來對比登記圖形和對比圖形；以及，振幅消除處理裝置，它用于對登記/對比付立葉圖像數(shù)據(jù)以及第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)中的一種數(shù)據(jù)進行振幅消除處理以僅抽取出相位信息。
圖1A至圖1H是用于說明圖2所示指紋對比設備中指紋對比處理的圖；圖2是顯示本發(fā)明一個實施例的指紋對比設備的框圖；圖3是用于說明圖2所示指紋對比設備的指紋登記操作的流程圖；圖4是用于說明圖2所示指紋對比設備的指紋對比操作的流作程圖；圖5A和圖5B是圖像數(shù)據(jù)在圖像數(shù)據(jù)壓縮處理之前和之后的示意圖；圖6是顯示部分相關(guān)分量區(qū)內(nèi)象素的相關(guān)分量光強的數(shù)字數(shù)據(jù)圖；圖7是顯示相關(guān)值的相對頻率分布的曲線圖，所說的相關(guān)值用于受檢人與受檢人的函數(shù)以及受檢人與第三者的函數(shù)，所說相關(guān)值的相對頻率分布是從試驗中獲得的；圖8是顯示在未進行振幅消除處理時所觀察到的相關(guān)值的相對頻率分布的曲線圖，所說的相關(guān)值用于受檢人與受檢人的函數(shù)以及受檢人與第三者的函數(shù)；圖9A和圖9B是用于說明圖2所示指紋對比設備的指紋登記操作和指紋對比操作另一個實例的流程圖；圖10是圖2所示控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖11A至圖11H是對第三者對比指紋進行指紋對比處理過程中圖像的圖，這些圖對應于圖1A至圖1H；圖12是顯示通常的指紋對比系統(tǒng)的實驗系統(tǒng)的圖，該系統(tǒng)使用了相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器；以及圖13A至圖13C是用于說明圖12所示的通常指紋對比系統(tǒng)的指紋對比處理的圖。
以下參照實施例詳細說明本發(fā)明。圖2顯示了本發(fā)明一個實施例的指紋對比設備。參照圖2，標號10表示-操作單元，標號20表示-控制單元。操作單元帶有-10鍵的鍵盤10-1、顯示器(LCD，液晶顯示器)以及指紋傳感器10-3。指紋傳感器10-3包括-光源10-31、一個三棱鏡10-32以及-CCD攝像機10-33?？刂茊卧?0包括-控制器20-1，它帶有CPU(中央處理器)；-ROM(只讀存儲器)20-2；-RAM(隨機存取存儲器)20-3；-硬盤(HD)20-4；一個幀存儲器(FM)20-5；-外部連接器(I/F)20-6；以及，-付立葉變換器(FFT)20-7。-按手指形狀模制出的凹進部分形成在三棱鏡10-32的表面上，以便阻止登記指紋或?qū)Ρ戎讣y相對CCD攝像機10-33作較大的位移。登記程序和對比程度均存儲在ROM20-2中。
如圖10所示，控制器20-1包括-登記數(shù)據(jù)預處理器20a、-對比數(shù)據(jù)預處理器20b、-第一壓縮處理器20c、-第二壓縮處理器20d、-數(shù)據(jù)合成器20e、-振幅消除器20f、以及-圖形對比器20g。登記數(shù)據(jù)預處理器20a對-登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT(二維離散付立葉變換)以形成登記付立葉圖像數(shù)據(jù)。對比數(shù)據(jù)預處理器20b對-對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT以形成對比付立葉圖像數(shù)據(jù)。第一壓縮處理器20c對上述登記數(shù)據(jù)預處理器20a所形成的并予以登記了的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理。第二壓縮處理器20d對上述對比數(shù)據(jù)預處理器20b所形成的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理。數(shù)據(jù)合成器20e將輸出自第一壓縮處理器20c并予以登記了的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)與輸出自第二壓縮處理器20d的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起，從而輸出合成的付立葉圖像數(shù)據(jù)。振幅消除器20f對來自數(shù)據(jù)合成器20e的合成付立葉圖像進行振幅消除處理。在付立葉變換器20-7(圖像變換裝置)對來自振幅消除器20f的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行了二維DFT之后，圖形對比器20g根據(jù)相關(guān)分量區(qū)內(nèi)象素的相關(guān)分量的光強來對比登記圖形和對比圖形，而所說的相關(guān)分量區(qū)則出現(xiàn)在輸出自付立葉變換器20-7的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)。請注意，登記數(shù)據(jù)預處理器20a和對比數(shù)據(jù)預處理器20b利用付立葉變換器20-7對上述登記圖形和對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT。
登記數(shù)據(jù)預處理器20a和對比數(shù)據(jù)預處理器20b進行二維DFT以獲得構(gòu)成登記和對比圖形的空間頻率分量，從而能獲得圖像數(shù)據(jù)的振幅和相位信息。振幅消除器20f消除上述合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的振幅信息以便僅獲得相位信息。當付立葉變換器20-7在振幅消除處理之后對前述合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT時，就可以獲得代表相關(guān)光強的付立葉圖像。
〔指紋登記〕以下參照圖3說明上述指紋對比設備的使用者的指紋登記操作。在該指紋對比設備進行操作之前，使用者用10鍵鍵盤10-1輸入自己的身份號碼(步驟S301)，然后將手指放置到指紋傳感器10-3的三棱鏡10-32上。光束從光源10-31照射到三棱鏡10-32上。來自光源10-31的上述光線會在皮膚表面不與三棱鏡10-32表面接觸的凹進部分(凹陷部分)處產(chǎn)生全反射并到達CCD攝像機10-33。相反，上述全反射狀態(tài)不適用于皮膚表面與三棱鏡10-32表面相接觸的突出部分(隆起部分)，因而會使得來自光源10-31的光束產(chǎn)生散射。所以，可以獲得-指紋圖形，該圖形在皮膚表面亮的凹陷部分與暗的隆起部分之間有明顯的差別。所獲得的上述指紋(登記指紋)圖形由一模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/0)10-4進行A/D轉(zhuǎn)換，并且，將該指紋圖形作為灰度圖像(數(shù)字圖像數(shù)據(jù))提供給控制單元20，所說的灰度圖像由256色的320×400象素構(gòu)成。灰度反復變化的次數(shù)代表著一種空間頻率。
控制器20-1經(jīng)由幀存儲器20-5取出操作單元10所提供的登記指紋圖像數(shù)據(jù)(步驟S302)。第一壓縮處理器20c對所取出的登記指紋圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理(步驟S303)。通過在左右兩端刪減32個象素并沿×方向按4個象素的距離省略象素同時在上下兩端刪減8個象素并沿r方向按3個象素的距離省略象素而對圖5A所示的由256色320×400象素構(gòu)成的原始圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理。通過這種處理，可以將登記指紋圖像數(shù)據(jù)壓縮成如圖5B所示的由256色64×128象素構(gòu)成的圖像數(shù)據(jù)。
控制器20-1的登記數(shù)據(jù)預處理器20a將圖1A所示的壓縮后登記指紋圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給付立葉變換器20-7以便對該圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT(步驟S304)。通過這種處理，圖1A的登記指紋圖像數(shù)據(jù)會變成圖1B所示的付立葉圖像數(shù)據(jù)(登記付立葉圖像數(shù)據(jù))?？刂破?0-1會將這種付立葉圖像數(shù)據(jù)作為與輸入硬盤20-4的身份號碼相對應的原始登記指紋圖像數(shù)據(jù)保存起來(步驟S305)。Japan Indnstrial Technology Center 1990年6月出版的“計算機圖像處理導論”的44-45頁說明了二維離散付立葉變換(參考文獻2)。
〔指紋對比〕以下參照圖4說明上述指紋對比設備的使用者的指紋對比操作。在上述指紋對比設備的操作過程中，使用者用10鍵鍵盤10-1輸入自己的身份號碼(步驟S401)，然后將手指放置到指紋傳感器10-3的三棱鏡10-32上。同指紋登記操作中一樣，A/D轉(zhuǎn)換器(A/D)10-4對CCD攝像機所攝取的指紋(對比指紋)圖形進行A/D轉(zhuǎn)換，并且，將該指紋圖形作為灰度圖像(數(shù)字圖像數(shù)據(jù))提供給控制單元20，所說的灰度圖像由256色的320×400象素構(gòu)成。
一旦通過10鍵鍵盤10-1接收到了身份號碼輸入，控制器20-1就會從保存在硬盤20-4上的登記指紋中讀出與該身份號碼相對應的登記指紋的付立葉圖像數(shù)據(jù)(步驟S402)。
同時，控制器20-1經(jīng)由幀存儲器20-5取出操作單元10所提供的對比指紋圖像數(shù)據(jù)(步驟S403)。第二壓縮處理器20d同在步驟S303中一樣對所取出的對比指紋圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理(步驟S404)。通過這種處理，可以將對比指紋圖像數(shù)據(jù)壓縮成由256色64×128象素構(gòu)成的圖像數(shù)據(jù)。
控制器20-1的對比數(shù)據(jù)預處理器20b將圖1E所示的壓縮后對比指紋圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給付立葉變換器20-7以便對該圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT(步驟S405)。通過這種處理，圖1 E所示的對比指紋圖像數(shù)據(jù)會變成圖1F所示的付立葉圖像數(shù)據(jù)(對比付立葉圖像數(shù)據(jù))。
控制器20-1的數(shù)據(jù)合成器20e將在步驟S405中獲得的對比指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)與在步驟S402中所讀取的登記指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起(步驟S406)，從而獲得了合成的付立葉圖像數(shù)據(jù)。
在把對比指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)定義為A·ejθ并把登記指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)定義為B·ejφ時，可將合成的付立葉圖像數(shù)據(jù)表示為A·B·ej(θ－φ)，其中A、B、θ和φ均為頻率(付立葉)空間(u和v)的函數(shù)。A·B·ej(θ－φ)表示如下A·B·ej(θ－φ)＝A·B·Cos(θ－φ)＋j·A·B·Sin(θ－φ)…(1)若A·ejθ＝α1＋jβ1且B·ejφ＝α2＋jβ2，則
A＝(α12＋β12)1/2B＝(α22＋β22)1/2θ＝tan-1(β1/α1)φ＝tan-1(β2/α2)通過計算等式(1)可獲得合成的付立葉圖像數(shù)據(jù)。
請注意，可以利用等式(2)獲得合成的付立葉圖像數(shù)據(jù)A·B·ej(θ－φ)＝A·B·ejθ·e-jφ＝A·ejθ·B·ejφ＝(α1＋jβ1)·(α2-jβ2)＝(α1·α2＋β1·β2)＋j(α2·β1-α1·β2)…(2)在獲得了合成的付立葉圖像數(shù)據(jù)之后，控制器20-1利用振幅消除器20f根據(jù)相位唯一的相關(guān)關(guān)系進行振幅消除處理(步驟S407)。在本實施例中，將對數(shù)處理用作振幅消除處理。具體地說，振幅消除器20f計算作為合成圖像數(shù)據(jù)表達式的A·B·ej(θ－φ)的對數(shù)即log(A·B)·ej(θ-φ)，從而能消除振幅即A·B比log(A·B)(A·B＞log(A·B))。圖10顯示了振幅消除處理之后的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。
上述相位唯一相關(guān)關(guān)系是用于進行修正的相關(guān)關(guān)系，可調(diào)整這種關(guān)系以便只關(guān)心圖像的空間位移，因此，通過消除振幅信息可獲得只具有相位信息的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。對進行了振幅消除處理之后的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)來說，可以將取樣過程中登記指紋與對比指紋之間的照度差的影響減至最小。具體地說，通過振幅消除處理可消除各個象素的光譜光強。所以，可除掉太大的值，從而能夠有效地使用較多數(shù)量的信息。此外，在指紋信息中，隆起部分的特征點(端點和分支點)或特征(螺紋和分支)均很突出，因此，可消除作為一般指紋信息的整個隆起部分的變形和方向。
在本實施例中，將對數(shù)處理用作振幅消除處理。但是，也可以進行開方處理。并不局限于對數(shù)處理或開方處理，只要能消除振幅，可以進行任何其它的處理。在通過振幅消除處理使所有的振幅成為一恒定值如1時，即在只獲得相位信息時，可以減少計算量。并且，與對數(shù)處理或開方處理相比，能減少數(shù)據(jù)量。
在步驟S407中進行了振幅消除處理之后，控制器20-1將經(jīng)過振幅消除處理的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給起圖像處理裝置作用的付立葉變換器20-7，以便進行二次二維DFT(步驟S408)。通過這種處理，圖10所示的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)會變成圖1H所示的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。
控制器20-1的圖形對比器20g取出在步驟S408中所獲得的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)、掃描該圖像數(shù)據(jù)的預定相關(guān)分量區(qū)內(nèi)象素的相關(guān)分量的光強(振幅)，從而獲得上述象素的相關(guān)分量的光強的頻率曲線。從該頻率曲線中抽取出相關(guān)分量的NT較高光強的象素(本實施例中為8個象素)。將所抽出的N個象素的相關(guān)分量的光強均值(相關(guān)峰值)當作相關(guān)值(分值)(步驟S409)。將相關(guān)分量區(qū)定義為區(qū)域S0，在圖1H所示的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)中，白色虛線包圍著著所說的區(qū)域S0。圖6顯示了部分相關(guān)分量區(qū)S0內(nèi)象素的相關(guān)分量光強的數(shù)值數(shù)據(jù)的一個實例。參照圖6，圈出的數(shù)值表示與上述8個較高光強象素相對應的相關(guān)分量的光強。
控制器20-1的圖形對比器20g比較在步驟S409獲得的相關(guān)值與預定的閾值(步驟S410)。如果相關(guān)值大于上述閾值，則可以判定登記指紋與對比指紋相匹配(步驟S411)。顯示這種判定結(jié)果并發(fā)送一輸出，此輸出用于指示開啟電子鎖。如果相關(guān)值小于上述閾值，則可以判定登記指紋與對比指紋不匹配(步驟S412)。顯示這種判定結(jié)果，然后流程返回至步驟S401。
作為與相關(guān)值相比較的參照值的閾值是從對總數(shù)為100的用于登記和對比的手指進行10000次對比操作所得到的對比結(jié)果中獲得的，也就是說，該閾值是從作為樣本的十個20至50歲的男人和女人的第一手指的指紋中獲得的，其中每個指紋均輸入十次。圖7顯示了相關(guān)值的相對頻率分布，所說的相關(guān)值用于受檢人與受檢人的函數(shù)以及受檢人與第三者的函數(shù)。沿×軸標出了相關(guān)度，該相度由相關(guān)值的均值從以及受檢人與受檢人函數(shù)組合中的標準差σ所表示。沿Y軸標出了相對頻率。將第三者排斥率為100％的相關(guān)值用作閾值。請注意，第三者排斥率不必總是100％而是可根據(jù)不同的目的設置成適當?shù)闹怠?br> 圖8顯示了在未進行振幅消除處理時相關(guān)值的相對頻率分布，所說的相關(guān)值用于受檢人與受檢人的函數(shù)以及受檢人與第三者的函數(shù)。本實施例中，在步驟S407內(nèi)進行振幅消除處理。所以，對合成付立葉圖像數(shù)據(jù)來說，可以將取樣時登記指紋與對比指紋之間的照度差的影響減至最小。此外，在指紋信息中，隆起部分的作為個人信息的特征點(端點和分支點)或特征(螺紋和分支)都很突出，因此，可以顯著地增加對比精度。具體地說，在圖8中，當?shù)谌吲懦饴蕿?00％時，受檢人的識別率為6.6％。但是，在圖7中，當?shù)谌吲懦饴蕿?00％時，受檢人的識別率為93.1％。
如上所述，依照這一實施例的指紋對比設備，對對比指紋圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT以形成對比付立葉圖像數(shù)據(jù)。將此圖像數(shù)據(jù)與通過類似處理所形成的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起，然后行二維DFT。在進行了二維DFT之后從出現(xiàn)在合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的相關(guān)分量區(qū)S0中抽取出相關(guān)分量的N個較高光強的象素。將抽取出的N個象素的相關(guān)分量光強的均值作為一個相關(guān)值并與一預定閾值作比較，從而能將登記指紋與對比指紋作比較。通過這種處理，可從構(gòu)成相關(guān)分量區(qū)S0的象素中除去相關(guān)分量中低光強的象素，并進行指紋對比。此外，通過振幅消除處理可進行照度修正。為此，與進行光學付立葉變換的通常方法相比，可以顯著地提高對比精度。
由于只需對輸入圖像進行圖像處理并且既不需要相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器也不需要付立葉變換透鏡，所以能降低成本。此外，可以用圖像處理技術(shù)自由地設置對比分量區(qū)S0。如果廣泛設置的相關(guān)分量區(qū)S0包括了登記圖形和對比圖形的共同部分，那么，即使對比指紋具有一定的位移，也能進行高精度的對比。而且，依照本實施例的指紋對比設備，對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT以獲得相關(guān)值。所以，與抽取諸如端點或分支點之類特征點的圖像處理技術(shù)有所不同，可以簡化處理過程，因此，可提高指紋對比的速度。另外，依照本實施例，可以獨立地進行對對比指紋圖像數(shù)據(jù)的二維DFT和對登記指紋圖像數(shù)據(jù)的二維DFT。為此，對登記指紋圖像數(shù)據(jù)進行了處理，所以無法復制登記指紋圖像數(shù)據(jù)，也就是說，難以恢復登記指紋圖像數(shù)據(jù)。所以，能防止非法使用登記指紋圖像數(shù)據(jù)。
在本實施例中，從相關(guān)分量區(qū)S0內(nèi)的象素中抽出相關(guān)分量的N個較高光強的象素，并且，將其光強的均值當作相關(guān)值。但也可以將該N個較高光強象素的相關(guān)分量光強的和用作相關(guān)值。另外，可以加上所有大于閾值的象素相關(guān)分量的光強，并將其求和值用作相關(guān)分量，或?qū)⑶蠛椭档木涤米飨嚓P(guān)值?？梢允褂枚喾N判別方法如果任何一個象素相關(guān)分量的光強大于所說的閾值，則可以判定為匹配，或者，如果N個或更多的象素光強大于所說的閾值，則可以判定為匹配。
在本實施例中，由付立葉變換器20-7進行二維DFT。但也可由控制器20-1進行二維DFT。本實施例中，在步驟S303內(nèi)對登記指紋圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理。但也可在讀出登記指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)之后進行壓縮處理(在步驟S402與S403之間)。此外，對登記指紋或?qū)Ρ戎讣y圖像數(shù)據(jù)來說，并不總是需要進行壓縮處理?？梢栽诓贿M行任何處理的情況下使用登記或?qū)Ρ葧r的輸入圖像數(shù)據(jù)以形成付立葉圖像數(shù)據(jù)。進行壓縮處理的原因是可以減小處理輸入圖像數(shù)據(jù)時所使用的圖像存儲器的容量。
本實施例中，在步驟408內(nèi)進行二維DFT。也可以進行二維IDFT(二維反向離散付立葉變換)而不進行二維DFT。具體地說，在振幅消除處理之后不對合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行二維DFT而是進行二維IDFT。二維DFT與二維IDFT的對比精度在數(shù)量上沒有變化。參考文獻2說明了二維IDFT。
在本實施例中，對進行合成之后的付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理(步驟S406和S407)。但是，也可由圖10所示的第一和第二處理器20f1和20f2對合成前的登記指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)和對比指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理，此后再對圖像數(shù)據(jù)進行合成。具體地說，如圖9A所示，可在圖3的步驟S304與S305之間插入步驟S306并如圖9B那樣顛倒圖4中的步驟S406和S407。
在這種情況下，通過步驟S306內(nèi)的振幅消除處理，可以獲得如圖1C所示的進行了振幅消除處理后的登記指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)(登記付立葉圖像數(shù)據(jù))。通過顛倒步驟S406和S407，可以獲得如圖1G所示的進行了振幅消除處理后的對比指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)(對比付立葉圖像數(shù)據(jù))。將振幅消除處理后的登記指紋和對比指紋付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起以獲得如圖10所示的合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。這時，合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的振幅消除率要小于如圖4所示對合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理過程中的振幅消除率。所以，當如圖4所示那樣在獲得付立葉圖像數(shù)據(jù)之后進行振幅消除處理時，與如圖9B所示在進行振幅消除處理之后獲得合成付立葉圖像數(shù)據(jù)相比，可提高對比的精度。當在進行了圖9B所示的振幅消除處理之后合成付立葉圖像數(shù)據(jù)時，可對合成后的付立葉圖像數(shù)據(jù)進行二維IDFT而不是二維DFT。
圖11A至圖11H作為參考顯示了對第三者對比指紋進行指紋對比處理時的圖像，這些圖像與圖1A至圖1H相對應。圖1A至圖1H顯示了對受檢人對比指紋進行指紋對比處理時的圖像。對受檢人對比指紋來說，可在相關(guān)分量區(qū)S0內(nèi)形成一具有高相關(guān)分量光強的部分。但對第三者的對比指紋來說，不會形成這樣的部分。
在本實施例中，業(yè)已說明了指紋的對比。但本發(fā)明也適用于聲音的對比，并且，除指紋的聲音之外還適用于對比多種圖形(一維/二維/多維)。
如前所述，依照本發(fā)明，可以根據(jù)在二維DFT(二維IDFT)之后出現(xiàn)在相關(guān)分量區(qū)內(nèi)的象素的相關(guān)分量的光強來對比一登記圖形和一對比圖形。所以，與進行光學付立葉變換的通常方法相比能增加S/N比。
通過進行振幅消除處理，可以防止因登記處理與對比處理之間的照度差而引起的對比精度下降。具體地說，由于消除了振幅信息，可將圖像間的照度差、位移、色彩層次變化、變形或微小指紋細節(jié)中的連貫或不連貫誤差的影響減至最小。
利用圖像處理技術(shù)可以自由地設置相關(guān)分量區(qū)。當相關(guān)分量區(qū)增大時，用這種結(jié)構(gòu)能很容易地處理對比指紋的位移。也就是說，S/N比與位移問題相一致。
只需要對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理不需要相位調(diào)制型液晶空間光調(diào)制器、付立葉變換透鏡以及光電二極管或者代替光電二極管的CCD。所以，可用LST(大規(guī)模集成電路)來降低成本。
由于未登記原始圖像，所以無法恢復登記圖形的圖像數(shù)據(jù)，因此能防止非法使用。
在對合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理時，與在振幅消除處理之后獲得合成付立圖像數(shù)據(jù)相比，可以進一步提高對比精度。
權(quán)利要求
1.一種圖像處理設備，其特征在于，該設備包括登記數(shù)據(jù)預處理裝置(20a)，它用于對登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換以形成登記付立葉圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括相位信息和振幅信息；對比數(shù)據(jù)預處理裝置(20b)，它用于對對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換以形成對比付立葉圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括相位信息和振幅信息；數(shù)據(jù)合成裝置(20e)，它用于將上述登記預處理裝置所形成的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)和上述對比數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成起來以輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)；圖像處理裝置(20-7)，它用于對來自上述數(shù)據(jù)合成裝置的第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行付立葉變換以輸出第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示相關(guān)分量的光強；圖形對比裝置(20g)，它用于根據(jù)上述第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)相關(guān)分量區(qū)中象素的相關(guān)分量的光強來對比登記圖形和對比圖形；以及振幅消除處理裝置(20f)，它用于對登記/對比付立葉圖像數(shù)據(jù)以及第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)中的一種數(shù)據(jù)進行振幅消除處理以僅抽取出相位信息。
2.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所說的振幅消除處理裝置對輸出自合成裝置的第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理，并且，所說數(shù)據(jù)合成裝置將未經(jīng)振幅消除處理的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)和對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起以便將第一合成付立葉圖數(shù)據(jù)輸出給上述振幅消除處理裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所說的振幅消除處理裝置包括-第一處理器，它用于對由登記數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理；以及，第二處理器，它用于對由對比數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理，并且，所說的數(shù)據(jù)合成裝置對未經(jīng)上述第一和第二處理器進行振幅消除處理的的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)和對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起以輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所說的圖像處理裝置進行作為付立葉變換的二維離散付立葉變換。
5.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所說的圖像處理裝置進行作為付立葉變換的二維僅向離散付立葉變換。
6.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，它還包括-第一壓縮處理裝置(20c)，它用于對上述登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理；以及，第二壓縮處理裝置(20d)，它用于對上述對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理；并且，所說的登記數(shù)據(jù)預處理裝置和對比數(shù)據(jù)預處理裝置分別對壓縮處理后的登記圖形和壓縮圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換。
7.如權(quán)利要求，所述的設備，其特征在于，它還包括存儲裝置(20-4)，它用于存儲由上述登記數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)；并且，一旦接收到上述對比圖形的圖像數(shù)據(jù)，所說的合成裝置就將由上述對比數(shù)據(jù)預處理裝置所形成的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)與從上述存儲裝置中讀出的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起。
8.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所說的圖形對比裝置包括抽取裝置(20-1，S409)，它用于按照相關(guān)分量光強的遞減順序從第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的預定相關(guān)分量區(qū)中抽取出預定數(shù)量的象素；計算裝置(20-1，S409)，它將由上述抽取裝置所抽出的象素的相關(guān)分量光強的均值計算為相關(guān)值；以及，判別裝置(20-1，S410)，它用于在上述計算裝置所計算出的相關(guān)值大于預定閾值時判定登記圖形與對比圖形相匹配。
9.如權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所說的登記和對比圖形是登記和對比指紋。
10.一種圖形處理的方法，其特征在于，它包括下列步驟通過對一登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換而形成包括相位信息和振幅信息的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)(S304)；通過對一對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換而形成包括相位信息和振幅信息的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)(S405)；通過將上述登記付立葉圖像數(shù)據(jù)與對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起而輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)(S406)；通過對上述第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)進行付立葉變換而輸出代表相關(guān)光強的第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)(S408)；根據(jù)上述第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)相關(guān)分量區(qū)中的象素的相關(guān)分量的光強而在所述登記圖形與對比圖形之間作圖形對比(S410)；以及對上述登記/對比付立葉圖像數(shù)據(jù)以及第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)中的一種數(shù)據(jù)進行振幅消除處理(S407)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述進行振幅消除處理的步驟包括這樣的步驟，即對第一合成付立葉圖數(shù)據(jù)進行振幅消除處理，并且，上述輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的步驟包括這樣的步驟，即將未經(jīng)過振幅消除處理的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)與對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成起來以輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述進行振幅消除處理的步驟包括這樣的步驟，即對登記付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理；以及，對對比付立葉圖像數(shù)據(jù)進行振幅消除處理；并且，上述輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的步驟包括這樣的步驟，即將未經(jīng)過振幅消除處理的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)與對比付立葉圖像數(shù)據(jù)合成起來以輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述輸出第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的步驟包括這樣的步驟，即將二維離散付立葉變換作為付立葉變換。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述輸出第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的步驟包括這樣的步驟，即將二維僅向離散付立葉變換作為付立葉變換。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟對上述登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行壓縮處理(S303)；以及，對上述對比圖形的圖像處理進行壓縮處理(S404)，并且，上述形成登記付立葉圖像數(shù)據(jù)和對比付立葉圖像數(shù)據(jù)的步驟包括這樣的步驟，即對壓縮處理后的登記圖形和對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，它還包括下列步驟存儲上述登記付立葉圖像數(shù)據(jù)(S305)；以及，一旦接收到對比圖形的圖像數(shù)據(jù)就讀出上述登記付立葉圖像數(shù)據(jù)(S402)；并且，上述輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)的步驟包括這樣的步驟，即將輸入的對比付立葉圖像數(shù)據(jù)與讀出的登記付立葉圖像數(shù)據(jù)合成在一起。
17.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，上述進行圖形對比的步驟包括下列步驟按相關(guān)分量光強的遞減順序從第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)內(nèi)的預定相關(guān)分量區(qū)中抽取出預定數(shù)量的象素(S409)；將所抽出的象素的相關(guān)分量光強的均值計算為相關(guān)值(S409)；以及在上述計算出的相關(guān)值大于預定閾值時判定登記圖形與對比圖形相匹配(S410)。
18.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所說的登記和對比圖形是登記和對比指紋。
全文摘要
在圖形處理設備中，登記數(shù)據(jù)預處理器對登記圖形的圖像數(shù)據(jù)進行二維離散付立葉變換以形成登記付立葉圖像數(shù)據(jù)，對比數(shù)據(jù)預處理器對對比圖形的圖像數(shù)據(jù)進行同樣的變換以形成對比付立葉圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)合成器將上述兩種付立葉圖像數(shù)據(jù)合成起來以輸出第一合成付立葉圖像數(shù)據(jù)，圖像處理器對該合成圖像數(shù)據(jù)進行付立葉變換以輸出第二合成付立葉圖像數(shù)據(jù)，圖形對比器對比登記圖形和對比圖形，振幅消除處理器則進行振幅消除處理。
文檔編號G06K9/00GK1139246SQ9610026
公開日1997年1月1日 申請日期1996年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月2日
發(fā)明者中島寬, 小林孝次, 川又政征, 青木孝文, 通口龍雄 申請人:山武霍尼韋爾公司