DE60130073T2

DE60130073T2 - Gerät zur Erfassung von Fingerabdruckbildern

Info

Publication number: DE60130073T2
Application number: DE60130073T
Authority: DE
Inventors: Thomas Michael Loveland Walley; Brian James Fort Collins Misek; Mark Alan Fort Collins Anderson
Original assignee: Avago Technologies ECBU IP Singapore Pte Ltd
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: EP1179801A2; US7289649B1; JP2002123823A; JP4443074B2; DE60130073D1; EP1179801B1; EP1179801A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Bilderfassung und insbesondere auf ein Fingerabdruckbilderfassungsverfahren und -system.
Biometrik ist die Wissenschaft eines Verwendens eindeutiger persönlicher und physikalischer Charakteristika als einem Weg, um die beanspruchte Identität einer Person zu verifizieren. Eine der ältesten Biometrikwissenschaften betrifft die Verwendung von Fingerabdrücken, um eine Person zu identifizieren. Da Fingerabdrücke sich während einer fetalen Entwicklung ausbilden und man der Ansicht ist, dass dieselben das ganze Leben hindurch unverändert bleiben, seltene Fälle ausgenommen, bei denen der Fingerabdruck sich aufgrund von Krankheiten oder Narben eventuell verändert.
Es ist auf breiter Basis akzeptiert, dass keine Finger identische Abdrücke aufweisen, selbst von der gleichen Person oder von eineiigen Zwillingen. Die systematische Klassifizierung von Fingerabdrücken begann in den 1800er Jahren und wurde seit dieser Zeit durch die extensive Verwendung von Fingerabdrücken durch Strafverfolgung und forensische Gesellschaften entwickelt.
In einer aktuellen Verwendung basiert ein Fingerabdruckvergleich auf Details (minutia, d. h. einzelne Charakteristika innerhalb des Fingerabdruckmusters). Diese Details können beispielsweise Rillenendungen und Furchungen in dem Fingerabdruck umfassen. Die relative Position eines Details wird für einen Vergleich verwendet und gemäß empirischer Studien weisen zwei Einzelpersonen typischerweise keine acht oder mehr gemeinsame Details auf. Eine typische Abtastung eines Fingerabdrucks umfasst 30–40 Details.
Da Fingerabdrücke eine große Menge an Daten aufweisen, weist eine Fingerabdruckbiometrik eine hohe inhärente Ge nauigkeit auf, die niedrige Raten einer falschen Akzeptanz (wenn ein Biometriksystem die Identität einer Person fälschlicherweise verifiziert) und einer falschen Ablehnung (wenn ein Biometriksystem nicht in der Lage ist, die legitime beanspruchte Identität einer Person zu verifizieren) ermöglicht.
In den letzten Jahren gab es viel Interesse an einem Entwickeln von Fingerabdruckbiometriksystemen. Es gibt beispielsweise mehrere im Handel erhältliche Fingerabdrucksysteme. Ein System ist von Veridicom aus Santa Clara, Kalifornien erhältlich. Ein zweites System ist von IDEX AS aus Heggedal, Norwegen, erhältlich.
Ein wichtiger Aspekt eines jeglichen Fingerabdruckbiometriksystems ist die genaue Aufnahme des Fingerabdruckbilds. Um eine genaue Aufnahme sicherzustellen, besteht ein Ansatz, der durch Firmen wie der Veridicom genommen wird, darin, ein Array von Sensoren aufzuweisen, das die gesamte Fläche des Fingerabdrucks abdeckt. Ein Nachteil dieses Voll-Array-Typs von Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtungen besteht darin, dass diese Bilderfassungsvorrichtungen ein großes Sensorarray benötigen, um die Bildaufnahme durchzuführen. Diese Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung des Stands der Technik setzt typischerweise ein Sensorarray ein, dessen Fläche der Fläche des gesamten Fingerabdrucks entspricht. Das große Sensorarray benötigt einen Sensor für jeden Punkt des Fingerabdrucks. Ein Standardsensorarray beispielsweise weist 400000 Sensoren auf, die als 500 Pixel mal 800 Pixel angeordnet sind, so dass das gesamte Bild des Fingerabdrucks auf einmal aufgenommen werden kann.
Es ist gut bekannt, dass die Kosten einer integrierten Schaltung eine Funktion der Größe oder Fläche der integrierten Schaltung sind. Es wäre erwünscht, wenn es einen Mechanismus gäbe, um einen Fingerabdruck durch ein Verwenden eines Arrays von Sensoren abzubilden, das weniger Sensoren als die Anzahl von Sensoren aufweist, die benötigt werden, um die gesamte Fläche des Fingerabdrucks abzudecken. Durch ein Reduzieren der Anzahl von Sensoren, die benötigt werden, um das Fingerabdruckbild genau aufzunehmen, kann die Fläche der integrierten Schaltung verringert werden, was dadurch zu Kosteneinsparungen führt. Leider liefern die Ansätze des Stands der Technik einen derartigen Mechanismus nicht.
Ein zweiter Ansatz, dem Firmen folgen, wie beispielsweise IDEX AS aus Heggedal, Norwegen, besteht darin, einen Abtastansatz zu verwenden, bei dem ein Benutzer den Finger desselben über ein Array von Sensoren bewegen muss, das im Wesentlichen kleiner als die Gesamthöhe des Fingers ist. Dieser Ansatz ist in der PCT-Patentanmeldung mit der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 99/43258 mit dem Titel „Fingerprint Sensor" beschrieben. Leider weist diese Bilderfassungsvorrichtung vom Abtasttyp mehrere Mängel auf. Erstens verwendet der IDEX-Ansatz einen gekrümmten Sensor und Gleitanordnungen (siehe 2 bis 5), um sich Fingern unterschiedlicher Größen anzupassen und dieselben zu führen. Diese Rillen und Krümmungen und Anordnungen erhöhen die Komplexität und zugehörigen Kosten, um den Fingerabdrucksensor herzustellen. Zweitens kann die U-förmige Rille für einige unbequem sein und durch andere schwierig zu verwenden sein. Es wäre wünschenswert, eine Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung vom Abtasttyp mit relativ planaren Sensoren und ohne die oben beschriebenen Anordnungen zu haben.
Die PCT-Patentanmeldung mit der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 98/58342 mit dem Titel „Method and Apparatus for Measuring Structures in a Fingerprint" beschreibt ferner ein System, bei dem ein Sensor vom Abtasttyp verwendet werden kann. Dieses System setzt ein Sensorarray mit zwei oder mehr Sensorzeilen ein, um Strukturen des Fingerabdrucks zu messen, die kleiner als die Beabstandung der Sensoren sind. Da dieses System zwei oder mehr Zeilen von Sensoren verwendet, um eine einzige Zeile des Fingerab drucks abzubilden, muss das System das Problem eines Kombinierens dieser Messungen unterschiedlicher Zeilen zu einem einzigen Signal ansprechen, das die einzige Zeile in dem Fingerabdruck darstellt.
Um diese Signale zu einem einzigen Signal zu kombinieren, beschreibt die Patentanmeldung unterschiedliche Korrelationstechniken, die eingesetzt werden können, um Signale zu kombinieren, die von unterschiedlichen Zeilen von Sensoren gemessen werden. Das System verwendet ein Einstellungsschema, das die Zeitverzögerung zwischen den Signalen von Sensoren in unterschiedlichen Zeilen korrigiert. Leider können diese Techniken die Kosten und die Komplexität des Systems erhöhen. Folglich wäre es erwünscht, ein System aufzuweisen, das eine einzige Reihe von Sensoren einsetzt, die eine vergleichbare Auflösung aufweist und gleichzeitig keine komplexen Signalkorrelationstechniken erfordert.
Ein anderes Problem, vor dem Systeme vom Abtasttyp stehen, die bei Sensorsystemen vom Voll-Array-Typ nicht angetroffen werden, besteht darin, dass die Bewegung des Fingers bestimmt werden muss. Um beispielsweise die Genauigkeit des aufgenommenen Bilds zu erhöhen, muss die Bewegung des Fingers mit Bezug auf den Sensor bestimmt werden. Systeme des Stands der Technik führen diese Bestimmung durch ein Verwenden einer Software durch, die auf einem Host-Computer ausgeführt wird, der sich entfernt von dem Sensor befindet. Leider ist die Hostcomputerlösung eventuell nicht angemessen in der Lage, die Rate einer Datenübertragung zwischen dem Sensorchip und dem Hostcomputer zu handhaben, wenn kein Hochgeschwindigkeitsbus verwendet wird, den zu implementieren unannehmbar teuer sein kann. Folglich ist es erwünscht, dass ein System eine Einzelchiplösung aufweist, die ein Sensorarray und einen Mechanismus zum Bestimmen der Bewegung des Fingers aufweist.
Basierend auf dem Vorhergehenden bleibt ein Bedarf nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Aufnehmen eines Bilds eines Fingerabdrucks bestehen, die bzw. das einen einzigen Sensorchip einsetzt, der eine integrierte Navigationsmaschine zum Bestimmen der Veränderung bei einer Position des Fingers bezüglich der Zeit aufweist.
Die EP 0 813 164 A1 beschreibt ein Fingerabdrucklesesystem, das einen Fingerabdrucksensor aufweist, der für den Druck und die Temperatur eines Fingers empfindlich ist. Der Fingerabdrucksensor, der eine integrierte Schaltung und eine aktive Oberfläche aufweist, ist mit einem A/D-Wandler an dem gleichen Substrat integriert. Um ein Fingerabdruckbild zu lesen, ist eine Relativbewegung zwischen dem Finger und dem Sensor vorgesehen, derart, dass die empfindlichen Elemente des Sensors aufeinander folgende partielle Bilder erzeugen, wobei zumindest eines der Bilder sich mit dem nächsten teilweise überlappt. Die Bilder werden zu dem A/D-Wandler geliefert, der das Bild digitalisiert und die resultierenden Daten zu einem Mikroprozessor sendet, der in dem Gerät des Systems angeordnet ist, das die Identifikation durchführt.
Die WO 8606266 A offenbart eine Vorrichtung zum optischen Abtasten eines Fingerabdrucks. Die Vorrichtung weist eine Abtastoberfläche auf, die eine Messeinrichtung zum Messen einer Bewegungsrate des Fingers relativ zu der Abtastoberfläche aufweist. Die Vorrichtung weist ferner eine Abtasteinrichtung zum optischen Abtasten der Oberfläche des Fingers entlang einer Abtastlinie auf. Die Abtasteinrichtung weist ein Photoarray auf, das durch Steuersignale gesteuert ist, derart, dass lediglich eine Photozelle zu einer Zeit ein elektrisches Signal gibt, das die Lichtintensität darstellt. Die Rate einer Bewegung, die mit einer Messeinrichtung gemessen wird, wird zum Synchronisieren oder Skalieren der Abtastvorrichtung (des Scanners) verwendet.
Die US 5,195,145 zeigt eine Vorrichtung zum Abtasten und Aufzeichnen einer Hautoberflächentopografie. Die Vorrichtung weist eine Trageoberfläche auf, die eine längliche Schlitzöffnung zum Abtasten einer Fingerspitze aufweist, die linear in eine Richtung orthogonal zu der Richtung der Schlitzöffnung bewegt wird. Die Oberfläche der Fingerspitze wird auf ein erstes lineares Erfassungsarray aufgelöst, das ein Signal ausgibt, das lineare Abschnitte der Oberfläche der Fingerspitze darstellt. Die Vorrichtung weist eine zweite längliche Schlitzöffnung zum Überwachen der Bewegung der Fingerspitze während der Abtastung auf. Die zweite Schlitzöffnung ist durch eine Lichtquelle beleuchtet und die Oberflächenmerkmale der Fingerspitze werden auf ein zweites lineares Erfassungsarray umsortiert, das Signale ausgibt, die eine lineare Bewegung der Fingerspitze darstellen. Die Signale des ersten und des zweiten Sensors werden digital codiert und kombiniert, um ein Bild der Oberflächentopografie der Fingerspitze zu rekonstruieren. Die erste und die zweite Schlitzöffnung sind orthogonal zueinander angeordnet.
Die WO 99/35964 offenbart ein Gerät zum Authentifizieren einer Person auf der Basis der Fingerabdrücke derselben. Das Gerät weist ein Kunststoffgehäuse auf, das eine elektronische Schaltung enthält, die mit einem Fingerabdrucksensor verbunden ist. Der Sensor ist an einer Spur zum Schieben des Fingers angeordnet, die einen konvex gekrümmten Abschnitt aufweist, der ein regelmäßiges Ansteigen gestattet und das Schieben des Fingers optimiert.
Die EP 0 923 018 A2 zeigt ein Personenauthentifizierungssystem, das einen Fingerabdrucksensor aufweist, der in eine Tastatur integriert ist. Der Fingerabdrucksensor ist mit einer Adapterschaltung verbunden, um Signale zum Durchführen einer vorbestimmten Operation zum Erfassen eines Zusammenfalls mit Fingerabdruckinformationen, die in einer Fingerabdruckdatenbank registriert sind, an einen Computer auszugeben.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Aufnehmen eines Fingerabdruckbilds zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bei einem Verfahren und System zum Abbilden eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel werden Bewegungsinformationen des Objekts durch ein Verwenden eines Navigationssensorarrays und einer Navigationsmaschine bestimmt. Basierend auf den Bewegungsinformationen wird ein Bilderfassungssensorübernahmesignal (Bilderfassungssensor-Strobe-Signal) selektiv aktiviert, um ein Bilderfassungssensorarray zu steuern. Ansprechend auf ein aktiviertes Bilderfassungssensorübernahmesignal nimmt das Bilderfassungssensorarray Teilbilder des Objekts auf. Das Bilderfassungssensorarray weist eine Mehrzahl von Pixeln zum Abbilden eines Abschnitts des Objekts zu einer Zeit auf. Die Mehrzahl von Teilbildern wird nacheinander durch das Bilderfassungssensorarray aufgenommen, wenn sich das Objekt mit Bezug auf das Bilderfassungssensorarray bewegt. Dann wird basierend auf den aufgenommenen Teilbildern ein zusammengesetztes Bild des Objekts erzeugt.
Die vorliegende Erfindung ist durch ein Beispiel und keine Einschränkung in den Figuren der zugehörigen Zeichnungen dargestellt, in denen sich gleichartige Bezugszeichen auf ähnliche Elemente beziehen.
1(a) ist ein Blockdiagramm der Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine Bilderfassungsanwendung konfiguriert ist. 1(b) ist ein Blockdiagramm der Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung, die gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für eine Cursorsteueranwendung konfiguriert ist.
2 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte darstellt, die durch die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung von 4 durchgeführt werden.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Abbilden eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
4(a) und 4(b) stellen exemplarische aufgenommene bzw. korrigierte Fingerabdruckbilder dar.
5(a) und 5(b) stellen exemplarische aufgenommene bzw. korrigierte Fingerabdruckbilder dar.
6 stellt ein Ausführungsbeispiel der Bilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar, bei der das ISA und das NSA konfiguriert sein können, um zumindest einen Sensor gemeinschaftlich zu verwenden.
7 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Bilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar, bei der das ISA und das NSA konfiguriert sind, so dass dieselben keine Sensoren gemeinschaftlich verwenden.
8(a), 8(b), 8(c) und 8(d) stellen dar, wie die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bestimmt, ob sich ein Finger um einen vorbestimmten Abstand in eine erste Richtung oder einen vorbestimmten Abstand in eine zweite Richtung bewegt hat, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abbilden eines Fingerabdrucks sind beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Einem Fachmann auf dem Gebiet ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Geräte in Blockdiagrammform gezeigt, um ein unnötiges Verschleiern der vorliegenden Erfindung zu vermeiden.
Ein neuartiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung eines Bilderfassungsarrays, das Teilbilder oder Abschnitte des Objekts, das abgebildet werden soll (z. B. eines Fingerabdrucks) zu einer Zeit aufnimmt, und eines Mechanismus zum Erzeugen eines zusammengesetzten Bilds des Objekts (z. B. eines Fingerabdrucks) durch ein Verwenden der aufgenommenen Teilbilder.
Mit Bezug auf 6 ist eine exemplarische Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung mit einem Bilderfassungssensorarray (ISA = imaging sensor array) 204 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriert. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Bilderfassungssensorarray (ISA) 204 eine einzige Reihe von Sensoren. Wie es zu erkennen ist, nutzt die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung viel weniger Sensoren, wodurch die Kosten, um die integrierte Schaltung der Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung herzustellen, wesentlich verringert werden.
Es ist zu beachten, dass das ISA 204 in alternativen Anordnungen konfiguriert sein kann. Beispielsweise kann anstelle einer einzigen Reihe von Sensoren eine vorbestimmte Anzahl (M) von Reihen von Sensoren eingesetzt werden. Falls beispielsweise die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung zum Aufnehmen von Fingerabdrücken konfiguriert ist, wenn ein Finger in einer Bewegung allgemein von links nach rechts durchgezogen wird, kann eine oder können mehrere Spalten von Sensoren verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Anzahl von Sensoren und die Ausrichtung dieser Sensoren eingestellt werden können, um zu den Anforderungen einer speziellen Anwendung zu passen. Diese alternativen Anordnungen sind mit Bezug auf 6 und 7 detaillierter beschrieben.
Mit Bezug auf 4(b), ein exemplarisches Fingerabdruckbild 304, und wie Teilbilder oder Abschnitte 308 des Fingerabdrucks nacheinander durch die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufgenommen werden.
In Betrieb positioniert ein Benutzer die Finger des Benutzers an einer Bilderfassungsoberfläche und zieht oder rollt den Finger über die Bilderfassungsoberfläche in eine Bewegungsrichtung. Die Bilderfassungsoberfläche kann eine physische Oberfläche, wie beispielsweise eine Glasebene, oder eine optische Bilderfassungsebene sein. Es ist zu beachten, dass die Lehren der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf irgendeinen Typ eines Bilderfassungssensors angewandt werden können, wie beispielsweise die Sensoren vom optischen Typ, Sensoren vom Widerstandstyp und Sensoren vom kapazitiven Typ.
Wie es hierin im Folgenden detaillierter beschrieben wird, kann die tatsächliche Bewegungsrichtung durch einen Bewegungsvektor dargestellt sein, der in eine erste Komponente in eine erste Richtung (z. B. eine Veränderung in die x-Richtung) und eine zweite Komponente in eine zweite Richtung (z. B. eine Veränderung in die y-Richtung) zerlegt werden kann.
Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Finger in eine allgemein nach unten gerichtete vertikale Richtung bewegt wird. Jedes Teilbild oder jeder Streifen (1 bis N) wird nacheinander aufgenommen, wenn sich der Finger in die allgemein nach unten gerichtete vertikale Richtung bewegt, wie es durch den Pfeil angegeben ist. Die Teilbilder werden nachfolgend verbunden, um ein zusammengesetztes Bild des Fingerabdrucks zu erzeugen.
Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung 400
1(a) ist ein Blockdiagramm der Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung 400, die gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung 400 umfasst eine integrierte Sensorschaltung 404 (hierin im Folgenden als ein Sensorchip bezeichnet), die hierin im Folgenden detaillierter beschrieben ist, und ein Host-Gerät 460 (z. B. ein Host-Personalcomputer (PC)), das mit derselben gekoppelt ist. Wie es hierin im Folgenden detaillierter beschrieben ist, kann der Sensorchip 404 konfiguriert sein, um durch ein Verwenden unterschiedlicher Softwareanwendungen, die auf dem Host-PC 460 ausgeführt werden, unterschiedliche Anwendungen zu implementieren.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Sensorchips 404, der eine integrierte Navigationsmaschine 420 zum Bestimmen der Positionsänderung (z. B. einer Änderung in die x-Richtung und einer Änderung in die y-Richtung) des Fingers aufweist. Durch ein Integrieren der Navigationsmaschine 420 in den Sensorchip und ein Liefern einer Einzelchiplösung erhöht die vorliegende Erfindung die Verarbeitungsgeschwindigkeit verglichen mit einem Verwenden einer Software auf dem Host für ähnliche Berechnungen, verringert Kosten und umgeht den Bedarf nach einem Hochgeschwindigkeitsbus oder einer Verbindung zwischen dem Host 460 und dem Sensorchip 404.
Der Sensorchip 404 umfasst ein Bildsensorarray (ISA) 204 zum Abbilden eines Abschnitts des Fingerabdrucks zu einer Zeit und ein Navigationssensorarray (NSA = navigation sensor array) 410 zum Aufnehmen eines Navigationsbilds des Fingerabdrucks ansprechend auf ein aktiviertes Navigationssensorarray-Übernahmesignal (NSA-Übernahmesignal) 414. Die Rate des NSA-Übernahmesignals 414 kann vorbestimmt sein und befindet sich vorzugsweise in dem Bereich von 1500 bis 2000 Rahmen pro Sekunde. Es ist zu beachten, dass die Rate des NSA-Übernahmesignals 414 verändert werden kann, um zu einer speziellen Anwendung zu passen.
Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Navigationssensorarray (NSA) 410 eine Mehrzahl von Pixeln auf, die in einem quadratischen Bereich angeordnet sind (z. B. ein Array von Sensoren, die in einem quadratischen Bereich angeordnet sind, der etwa 20 Sensoren mal etwa 20 Sensoren aufweist). Es ist zu beachten, dass die Pixel in dem NSA 410 in einem Bereich mit anderen geometrischen Formen angeordnet sein können, wie beispielsweise einer allgemein rechteckigen Form, einer allgemein kreisförmigen Form oder einer allgemein elliptischen Form. Die Anzahl von Pixeln in dem NSA 410 und die spezifische Anordnung der Pixel in dem NSA 410 können verändert werden, um zu einer speziellen Anwendung zu passen.
Wie vorhergehend angemerkt, umfasst die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung 400 ferner eine Navigationsmaschine 420 zum selektiven Aktivieren des Navigationssensorarray-Übernahmesignals (NSA-Strobe-Signals), Empfangen des Navigationsbilds von dem NSA 410 und zum Erzeugen von Bewegungsinformationen ansprechend darauf. Die Navigationsmaschine 420 bestimmt, wenn sich ein Objekt, das abgebildet werden soll (z. B. ein Fingerabdruck), um einen vorbestimmten Einheitsabstand mit Bezug zu dem NSA 410 bewegt hat. Der Einheitsabstand kann über Anwendungen hinweg variieren und kann bezüglich einer Auflösung ausgedrückt sein, wie beispielsweise ein Pixel, 1/2 eines Pixels, 1/10 eines Pixels etc. Die Navigationsmaschine 420 bewirkt, dass die Rate, mit der das ISA 204 Bilder des Objekts aufnimmt, von der Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts abhängt, das abgebildet werden soll.
Das US-Pat. Nr. 5,729,008 mit dem Titel „Method and Device for Tracking Relative Movement by Correlating Signals from an Array of Photoelements", das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschreibt den Betrieb und eine exemplari sche Implementierung der Navigationsmaschine 420 und des NSA 410 detaillierter.
Die Lösungen des Stands der Technik sind auf eine konstante vorbestimmte Rate einer Bildaufnahme begrenzt, was wie zuvor beschrieben eine größere Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei dem resultierenden Bild bewirkt. Im Gegensatz dazu nimmt die vorliegende Erfindung Bilder des Objekts mit einer variierenden Rate basierend auf der Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts (z. B. des Fingers) auf, um gleichmäßig beabstandete Teilbilder zu liefern. Diese Teilbilder können dann durch ein Verwenden einer Software, die Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet gut bekannt ist, zu dem zusammengesetzten Bild zusammengefügt werden.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung 400 umfasst ferner das Bilderfassungssensorarray (ISA) 204 zum Aufnehmen eines Abschnitts eines Bilds des Fingerabdrucks ansprechend auf ein aktiviertes Bilderfassungssensorarray-Übernahmesignal (ISA-Übernahmesignal) 444. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bilderfassungssensorarray (ISA) 440 l mal etwa 350 Sensoren. Die verwendete Pixelanzahl kann verändert werden, um zu einer speziellen Anwendung zu passen und um eine erwünschte Auflösung zu erreichen. Falls beispielsweise 500 Bildpunkte pro Zoll (dpi = dots per inch) erwünscht sind und das Objekt, das abgebildet werden soll, ein Finger ist, der im Allgemeinen eine Breite von etwa 0,75 Zoll aufweist, werden etwa 350 bis etwa 400 benötigt, um eine derartige Auflösung zu liefern. Es ist zu beachten, dass die Größe der Sensoren, die bei dem ISA 204 verwendet werden, die gleiche Pixelgröße oder eine unterschiedliche Pixelgröße als diese Sensoren sein kann, die bei dem NSA 410 verwendet werden.
6 stellt eine erste Anordnung oder Platzierung des ISA 204 mit Bezug auf das NSA 410 dar. Es ist zu beachten, dass das ISA 204 ein M×N-Array von Sensoren sein kann, das vorzugsweise ein 1 × N ist, wobei N für eine Auflösung von 500 dpi etwa 350 bis 400 beträgt. Das NSA 410 kann ferner ein P×Q-Array von Sensoren sein. Zum Beispiel ist das NSA 410 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Array von 20 mal 20 Sensoren. Es ist zu beachten, dass das ISA 204 und das NSA 410 zumindest ein gemeinsames Pixel oder einen gemeinsamen Sensor (z. B. einen Sensor 610) gemeinschaftlich verwenden. Die gemeinsamen Pixel oder gemeinschaftlich verwendeten Pixel führen die zweifache Funktion eines Aufnehmens der Teilbilder für das ISA 204 und ferner eines Aufnehmens von Bildern für das NSA 410 durch.
Wenn das NSA 410 und das ISA 204 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, ist es bevorzugt, dass die Sensoren, die durch das NSA 410 und das ISA 204 eingesetzt werden, die gleichen Abmessungen oder die gleiche Abstandsdichte (Pitch-Dichte) aufweisen. Zum Beispiel können alle Sensoren Abmessungen von 50 Mikrometer mal 50 Mikrometer aufweisen. Dieses erste Ausführungsbeispiel, das die Sensorteilhabungskonfiguration aufweist, weist den Vorteil eines weiteren Reduzierens der Herstellungskosten der Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung durch ein Reduzieren der Anzahl von Sensoren auf, die benötigt werden, um die Bilderfassungsvorrichtung zu implementieren.
7 stellt eine alternative Anordnung oder Platzierung des ISA 204 bezüglich des NSA 410 dar. Es ist zu beachten, dass das ISA 204 angeordnet ist, um von dem NSA 410 getrennt zu sein, und keine Sensoren oder Pixel zwischen denselben gemeinschaftlich verwendet werden.
Wenn das NSA 410 und das ISA 204 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung konfiguriert sind, können die Abmessungen der Sensoren bei dem NSA 410 und dem ISA 204 von unterschiedlichen Abmessungen oder Abstandsdichten sein. Für bestimmte Anwendungen kann es insbesondere bevorzugt sein, bei den Sensoren des NSA 410 Abmessungen zu haben, die kleiner als die Sensoren des ISA 204 sind, damit das NSA 410 eine bessere Auflösung als das ISA 204 aufweist. Zum Beispiel können die Sensoren für das ISA 204 Abmessungen von 50 Mikrometer mal 50 Mikrometer aufweisen, während die Sensoren für das NSA 410 Abmessungen von 20 Mikrometer mal 20 Mikrometer aufweisen können.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung 400 umfasst ferner eine ISA-Steuerung 430 zum Empfangen der Bewegungsinformationen von der Navigationsmaschine 420 und zum selektiven Aktivieren des ISA-Übernahmesignals ansprechend darauf. Wie es vorhergehend angemerkt ist, bewirkt ein aktiviertes ISA-Übernahmesignal, dass die ISA 204 einen Abschnitt des Fingerabdrucks abbildet (d. h. einen Abschnitt des Fingerabdruckbilds aufnimmt).
Authentifizierungsanwendung
Der Host 420 kann ein Programm 464 zur Erzeugung eines zusammengesetzten Bilds umfassen, das die Abtastungen oder Teilbilder und die Verlagerung jedes Teilbilds mit Bezug auf ein vorhergehendes Teilbild empfängt und basierend darauf ein zusammengesetztes Bild des Fingerabdrucks erzeugt, bei dem eine Schrägstellung aufgrund einer ungleichmäßigen Bewegung oder eines „Rollens" des Fingers korrigiert ist, wenn sich derselbe mit Bezug auf das ISA 204 bewegt. Der Host 460 kann ferner eine Authentifizierungsanwendung 470 umfassen, die Detailinformationen aus dem Fingerabdruckbild extrahiert, die Detailinformationen mit vorhergehend gespeicherten Detailinformationen vergleicht und einen Zugriff auf eine Ressource (z. B. ein Computersystem oder eine Datei) gewährt, falls es eine Übereinstimmung zwischen dem Detail des abgetasteten Fingerabdrucks und einem der vorhergehend gespeicherten Details gibt.
Cursorsteueranwendung
1(b) stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Bilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um eine Cursorsteueranwendung zu implementieren. Bei dieser Anwendung werden das ISA 204 und der ISA-Übernahmesignalgenerator 430 nicht benötigt. Der Host 460 kann eine Cursorsteueranwendung 480 umfassen, die die Abtastungen oder Teilbilder, die durch das ISA 204 erzeugt werden, ignoriert und lediglich die Bewegungsinformationen verwendet, die durch die Navigationsmaschine 420 erzeugt werden, um den Cursor zu steuern. Bei dieser Anwendung dient das NSA 410 dazu, um als ein Miniberührungsfeld zu wirken, und die Navigationsmaschine 420 wird verwendet, um eine erwünschte Bewegung eines Cursors zu bestimmen.
2 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte darstellt, die durch die Bilderfassungsvorrichtung von 1 durchgeführt werden. Um die Bilderfassungsvorrichtung zu verwenden, positioniert ein Benutzer den Finger desselben an einer Oberfläche und bewegt den Finger entlang der Oberfläche in eine erste Richtung. Bei einem Schritt 504 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob das Objekt (z. B. der Fingerabdruck) vorhanden ist. Diese Bestimmung kann durch ein Verwenden von Kontakten vorgenommen werden, um den Widerstandswert zwischen zwei Punkten an der Haut zu erfassen. Wenn alternativ die Sensoren des NSA 410 oder des ISA 420 von dem kapazitiven Typ sind, dann können das NSA 410 oder das ISA 920 aktiv getrieben sein, um die Oberfläche der Sensoren kontinuierlich abzutasten und zu bestimmen, ob ein erfasstes Signal eine vorbestimmte Schwelle einhält. Auf ähnliche Weise kann eine Linse oder ein optisches System verwendet werden, um das Vorhandensein eines Objekts zu bestimmen.
Falls kein Objekt, das abgebildet werden soll, erfasst wird, wird der Schritt 504 wiederholt, bis ein Objekt erfasst wird. Falls ein Objekt, das abgetastet werden soll, erfasst wird, wird bei einem Schritt 508 ein Navigationsbild des Objekts aufgenommen. Basierend auf dem Navigationsbild und vorhergehend aufgenommenen Navigationsbildern werden Bewegungsinformationen des Objekts bestimmt. Wie es beispielsweise hierin im Folgenden detaillierter beschrieben ist, kann die Veränderung bei einer x-Position und einer y-Position des Objekts durch die Navigationsbilder bestimmt werden.
Bei einem Schritt 514 wird eine Bestimmung vorgenommen, ob die Bewegung oder Positionsveränderung in einer ersten vorbestimmten Beziehung zu vordefinierten Kriterien steht. Die Positionsveränderung kann mit Bezug auf ein aktuelles Bild, das durch das NSA 410 geliefert wird, und ein vorhergehend aufgenommenes Bild (z. B. ein unmittelbar vorhergehendes Bild) bestimmt werden. Falls die Bewegung oder Positionsveränderung in einer ersten vorbestimmten Beziehung zu vordefinierten Kriterien steht, dann wird bei einem Schritt 518 ein Bilderfassungssensorarray-Übernahmesignal aktiviert und ein Teilbild des Objekts (z. B. einer der Streifen, die in 4(b) gezeigt sind) aufgenommen. Eine Verarbeitung kann dann gleichzeitig bei Schritten 504 und 524 fortfahren.
Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt der Schritt 514, ob die Veränderung bei der x-Position größer oder gleich einem Einheitsabstand in eine erste Richtung (z. B. ein vorbestimmtes Delta-x) ist, oder ob die Veränderung bei der y-Position größer oder gleich einem Einheitsabstand in eine zweite Richtung (z. B. ein vorbestimmtes Delta-y) ist. Falls dem so ist, dann wird das ISA-Übernahmesignal aktiviert, um ein Teilbild des Objekts aufzunehmen. Andernfalls wird kein Teilbild aufgenommen.
Der ISA-Übernahmesignalgenerator 430 kann beispielsweise den Wert einer Bewegung in eine erste Richtung und den Wert einer Bewegung in eine zweite Richtung verwenden, um zu bestimmen, ob sich der Finger um eine vorbestimmte Ein heitsstrecke in eine Richtung bewegt hat. Falls bestimmt wird, dass sich der Finger um eine vorbestimmte Strecke in eine Richtung bewegt hat, dann aktiviert der ISA-Übernahmesignalgenerator 430 ein ISA-Übernahmesignal 444, das das ISA 204 selektiv steuert, um einen Abschnitt des Fingerabdrucks abzubilden. Falls bestimmt wird, dass sich der Finger nicht um einen vorbestimmten Abstand in eine Richtung bewegt hat, dann aktiviert der ISA-Übernahmesignalgenerator 430 das ISA-Übernahmesignal 444 nicht und das ISA 204 bildet keinen Abschnitt des Fingerabdrucks ab.
Falls die Bewegung oder Positionsveränderung nicht in einer ersten vorbestimmten Beziehung zu vordefinierten Kriterien steht, dann geht eine Verarbeitung bei dem Schritt 508 weiter. Die Schritte 508 und 514 werden wiederholt, bis die Bewegung oder Positionsveränderung in der ersten vorbestimmten Beziehung zu den vordefinierten Kriterien steht. Bei dem Schritt 524 werden die Teilbilder, die bei dem Schritt 518 aufgenommen wurden, zu einem Host-Gerät geliefert, wie beispielsweise einem Personalcomputer (PC).
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aufnehmen eines Bilds eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei einem Schritt 600 werden ein Navigationssensorarray und eine Navigationsmaschine verwendet, um Bewegungsinformationen eines Objekts zu erhalten, das sich mit Bezug zu der Bilderfassungsvorrichtung bewegt. Bei einem Schritt 610 wird ein Bilderfassungssensorarray-Übernahmesignal basierend auf den Bewegungsinformationen selektiv aktiviert. Bei einem Schritt 620 wird ein Bilderfassungssensorarray verwendet, um ein Teilbild oder einen Abschnitt des Objekts ansprechend auf das aktivierte ISA-Übernahmesignal zu erhalten. Bei einem Schritt 630 werden die Teilbilder zu einem Host-Gerät geliefert, wie beispielsweise einem Personalcomputer (PC). Bei einem Schritt 640 wird ein zusammengesetztes Bild des Objekts in dem Host basierend auf den aufgenommenen Teilbildern erzeugt.
Bei einem Schritt 650 werden Detailmerkmale aus dem Objekt extrahiert, wenn das Objekt ein Fingerabdruck ist. Bei einem Schritt 660 werden die Detailmerkmale mit vorhergehend gespeicherten Detailmerkmalen verglichen. Bei einem Schritt 670 wird der Vergleich des Schritts 660 verwendet, um zu bestimmen, ob Zugriffsprivilegien auf ein Gerät, eine Datei, ein Netzwerk etc. zu gewähren sind oder eine Identität eines Benutzers anderweitig zu authentifizieren ist.
4(a) und 4(b) stellen exemplarische aufgenommene Fingerabdruckbilder bzw. korrigierte Fingerabdruckbilder dar. 4(a) stellt ein erstes exemplarisches Fingerabdruckbild 704 dar, das durch die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufgenommen wird, wenn ein Finger im Allgemeinen in eine Richtung 708 bewegt wird, die gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die bevorzugte Bewegungsrichtung eine allgemein vertikale Richtung 710 ist. Das Bild 704 weist eine schräg gestellte trapezähnliche Erscheinung auf, die durch eine Korrektursoftware korrigiert wird, die in dem Host-Computer 460 resident ist.
Die Korrektursoftware verwendet die Bewegungsinformationen (z. B. x- und y-Informationen), die durch die Navigationsmaschine 420 geliefert werden, um die Schrägstellung bei dem Bild zu korrigieren und ein zusammengesetztes Bild zu erzeugen, bei dem die Teilbilder allgemein gleichmäßig aufeinander gestapelt sind. Der x-Versatz und der y-Versatz jeder Abtastung oder jedes Teilbilds mit Bezug auf eine vorhergehende Abtastung oder ein vorhergehendes Teilbild werden beispielsweise verwendet, um irgendeine Schrägstellung zu korrigieren, die durch die Bewegung des Fingers eingebracht wird. Auf diese Weise ist jede Abtastung oder jedes Teilbild auf der vorhergehenden Abtastung oder dem vorhergehenden Teilbild gestapelt, um Bilder zu erzeugen, die allgemein aufrecht sind und anstelle einer trapezförmigen Erscheinung eine rechteckige Erscheinung aufweisen. 4(b) stellt das korrigierte Fingerabdruckbild 714 dar, das dem schräg gestellten Bild 704 entspricht.
5(a) und 5(b) stellen exemplarische aufgenommene Fingerabdruckbilder bzw. korrigierte Fingerabdruckbilder dar. 4(a) stellt ein erstes exemplarisches Fingerabdruckbild 804 dar, das durch die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufgenommen wird, wenn ein Finger allgemein in eine Richtung 808 bewegt wird, die gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die bevorzugte Bewegungsrichtung eine allgemein vertikale Richtung 810 ist. Das Bild 804 weist eine schräg gestellte trapezähnliche Erscheinung auf, die durch eine Korrektursoftware korrigiert wird, die in dem Host-Computer 460 resident ist. 4(b) stellt as korrigierte Fingerabdruckbild 814 dar, das dem schräg gestellten Bild 704 entspricht.
8(a), 8(b), 8(c) und 8(c) stellen dar, wie eine Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bestimmt, ob ein Finger sich um einen vorbestimmten Abstand in eine erste Richtung oder einen vorbestimmten Abstand in eine zweite Richtung bewegt hat, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Schritt 514 die folgenden Unterschritte. Erstens wird ein Navigationsbild entsprechend einer ersten Zeit aufgenommen. Zweitens wird ein zweites Navigationsbild entsprechend einer zweiten Zeit aufgenommen. Drittens werden das erste und das zweite Navigationsbild verglichen, um Bewegungsinformationen abzuleiten. Die Bewegungsinformationen können durch einen Vektor dargestellt sein, der sowohl einen Betrag als auch eine Richtung aufweist.
Mit Bezug auf 8a beispielsweise kann der Bewegungsvektor in eine allgemein südöstliche Richtung zeigen. Der Bewegungsvektor kann in eine Horizontal- oder x-Komponente und eine Vertikal- oder y-Komponente geteilt werden. Die Veränderung bei der x-Position (Delta-x) wird mit einem vorbestimmten x-Einheitswert (z. B. einem Pixel) verglichen. Gleichermaßen wird die Veränderung bei der y-Position (Delta-y) mit einem vorbestimmten y-Einheitswert (z. B. ei nem Pixel) verglichen. Falls der gemessene Wert bei der x-Position größer oder gleich den vorbestimmten Einheitswerten in die x-Richtung ist oder falls der gemessene Wert bei der y-Position größer oder gleich den vorbestimmten Einheitswerten in die y-Richtung ist, wird ein ISA-Übernahmesignal aktiviert.
8a stellt den Fall dar, bei dem die x-Komponente kleiner als der vorbestimmte x-Einheitswert ist, aber die y-Komponente größer oder gleich dem vorbestimmten y-Einheitswert ist. 8b stellt den Fall dar, bei dem x-Komponente größer oder gleich dem vorbestimmten y-Einheitswert ist und bei dem die y-Komponente kleiner als der vorbestimmte y-Einheitswert ist. 8c stellt den Fall dar, bei dem die x-Komponente größer oder gleich dem vorbestimmten x-Einheitswert ist und bei dem die y-Komponente größer oder gleich dem vorbestimmten y-Einheitswert ist. 8a stellt den Fall dar, bei dem sowohl die x-Komponente als auch die y-Komponente kleiner als der vorbestimmte x- bzw. der y-Wert sind. Es ist zu beachten, dass bei dem in 8a–8c dargestellten Fall das ISA-Übernahmesignal aktiviert wird.

Claims

Eine Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung zum Aufnehmen eines Bilds eines Fingerabdrucks, die folgende Merkmale aufweist: eine einzige integrierte Sensorschaltung (404), die ein Bilderfassungsarray (204), das eine Mehrzahl von Sensoren, die entlang einer ersten Achse angeordnet sind, zum Aufnehmen eines Teilbilds des Fingerabdrucks zu einer Zeit aufweist; wobei der Fingerabdruck bezüglich des Bilderfassungsarrays in eine Richtung bewegt wird, die allgemein senkrecht zu der ersten Achse ist; und ein Navigationsarray (410) zum Bestimmen einer Veränderung bei der Position des Fingerabdrucks bezüglich der Zeit aufweist, wobei das Navigationsarray (410) eine Mehrzahl von Reihen und Zeilen von Sensoren zum Aufnehmen von Navigationsbildern eines Abschnitts des Fingerabdrucks aufweist, wenn sich der Fingerabdruck bezüglich des Navigationsarrays bewegt, wobei das Navigationsarray (410) in jeder Zeile eine Anzahl von Sensoren aufweist, die entlang der ersten Achse oder parallel zu der ersten Achse angeordnet sind, wobei die Anzahl dieser Sensoren derart ist, dass lediglich partielle Bilder des Fingerabdrucks entlang der ersten Achse aufgenommen werden.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Navigationsschaltung (420), die mit dem Navigationsarray gekoppelt ist, zum Steuern, wann das Naviga tionsarray (410) Navigationsbilder aufnimmt, und zum Empfangen der Navigationsbilder und basierend auf denselben zum Bestimmen der Menge einer Bewegung eines Fingerabdrucks im Allgemeinen entlang der ersten Achse und der Menge einer Bewegung eines Fingerabdrucks entlang einer zweiten Achse, die im Allgemeinen senkrecht zu der ersten Achse ist.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das Bilderfassungsarray (204) und das Navigationsarray (410) zumindest einen Sensor gemeinschaftlich verwenden.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das Bilderfassungsarray (204) von dem Navigationsarray (410) getrennt ist.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Mehrzahl von Sensoren Sensoren vom Widerstandstyp, Sensoren vom kapazitiven Typ oder Sensoren vom optischen Typ sind.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung eine Oberfläche umfasst, entlang der ein Finger bewegt wird, und wobei die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung in einer alleinstehenden Einheit implementiert ist, die folgende Merkmale aufweist: Optiken zum Fokussieren von Licht auf die Oberfläche; und eine Optikanordnung zum Häusen der Optiken.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung eine Oberfläche umfasst, entlang der ein Finger bewegt wird, und wobei die Fingerabdruckbilderfas sungsvorrichtung in einem Peripheriegerät eines Personalcomputers (PC) implementiert ist, das folgende Merkmale aufweist: Optiken zum Fokussieren von Licht auf die Oberfläche; und eine Optikanordnung zum Häusen der Optiken.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der das PC-Peripheriegerät ein Cursor-Zeigegerät oder eine Tastatur ist.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung eine Oberfläche umfasst, entlang der ein Finger bewegt wird, und wobei die Oberfläche eine physische Oberfläche oder eine optische Bilderfassungsebene ist.
Die Fingerabdruckbilderfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der die Pixelgröße der Sensoren des Bilderfassungsarrays (204) von der Pixelgröße der Sensoren in dem Navigationsarray (410) unterschiedlich ist.