Способ распознавания папиллярного узора

Способ распознавания папиллярного узора

Реферат

Область техники

Изобретение относится к способам кодирования и распознавания папиллярных узоров, предпочтительно пальцев, применяемым в автоматизированных биометрических информационных системах идентификации личности, сравнения папиллярных узоров и системах ограничения доступа.

Уровень техники

Аналогом к предлагаемому способу можно считать:

Способ кодирования отпечатка папиллярного узора, патент РФ №2054197 по МКИ G 06 К 09/46, оп. 10.2.1996 г., включающий выделение на папиллярном узоре характерных точек, поочередный выбор одной из характерных точек за центр вращения линии сканирования, определение угловых координат линии сканирования от начального ее положения для каждой встреченной в процессе сканирования характерной точки, а также угол от начального положения линии сканирования до проведенного через встреченную точку вектора, определение метрических расстояний между выбранным центром вращения линии сканирования и встреченной характерной точкой.

Недостатками аналога являются: большая длина паспорта (шаблона, темплейта) папиллярного узора, и, как следствие, недостаточно широкое количество областей применения данного способа и значительный объем вычислительных операций, необходимый для принятия окончательного решения о соответствии или несоответствии предъявляемого папиллярного узора хранящемуся в заранее подготовленной базе данных, необходимость исследования окрестности каждой из характерных точек, необходимость определения топологических особенностей папиллярного узора в окрестности каждой из характерных точек.

Наиболее близким по технической сущности, прототипом для предлагаемого способа, является способ ввода, сравнения, идентификации и управления доступом на основе биометрической информации, патент США №6282304 по МКИ G 06 К 09/00, оп. 28.8.2001 г., включающий выделение на папиллярном узоре характерных точек, сравнение последних с хранящимися в заранее подготовленной базе данных с точностью до смещения характерных точек относительно друг друга, определение минимально смещенных характерных точек в предъявляемом папиллярном узоре и хранящемся в заранее подготовленной базе данных, назначение последних исходными для последующего сравнения по критериям расстояния и подобия всех характерных точек предъявляемого папиллярного узора и хранящегося в заранее подготовленной базе данных, определение максимального критерия подобия, сравнение последнего с пороговым значением для принятия окончательного решения о соответствии или несоответствии предъявляемого папиллярного узора хранящемуся в заранее подготовленной базе данных.

Недостатками прототипа являются: необходимость хранения поля направлений папиллярных линий, которое значительно увеличивает длину паспорта и время сравнения предъявляемого папиллярного узора и хранящегося в заранее подготовленной базе данных.

Сущность изобретения

Изображения папиллярного узора, полученные классическими способами, применяемые в криминалистике, например, прокаткой окрашенных папиллярных узоров, или автоматизированными способами с использованием сканеров различных типов, например оптических или емкостных, носят случайный характер. Факторами, влияющими на случайный характер полученного изображения, могут служить, например, усилие прижатия поверхности с папиллярным узором к поверхности сканера, направление усилия прижатия, временные незначительные повреждения, влажность (сухость) или загрязненность эпидермиса и т.д. В свою очередь это влияет на процесс распознавания предъявляемого папиллярного узора и служит источником ошибок двух типов: FAR - вероятность пропуска "чужого" (false acceptance rate) и FRR - вероятность недопуска "своего" (false rejection rate).

Задачей изобретения является сокращение времени и повышение достоверности распознавания папиллярного узора, исключение влияния поворота и сдвига сравниваемых папиллярных узоров, повышение стабильности характеристик паспорта папиллярного узора, снижение величины (уменьшение длины) паспорта.

Технические результаты изобретения:

1) сокращение времени распознавания папиллярного узора при сравнении двух папиллярных узоров;

2) повышение достоверности распознавания папиллярного узора;

3) исключение влияния поворота и сдвига сравниваемых папиллярных узоров;

4) повышение стабильности характеристик паспорта папиллярного узора;

5) уменьшение длины паспорта папиллярного узора;

6) повышение качества паспорта;

7) уменьшение количества действий для выдачи сигнала о соответствии предъявляемого папиллярного узора хранящемуся.

Для осуществления изобретения применяются автоматизированные комплексы, содержащие, например, компьютер и сканер.

Технические результаты достигаются тем, что способ распознавания папиллярного узора включает этап формирования паспорта папиллярного узора с передачей, по крайней мере, одного оцифрованного изображения папиллярного узора, полученного при взаимодействии поверхности с папиллярным узором и датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, в память компьютера по шине или с использованием устройств дистанционной беспроводной передачи и этап сравнения предъявляемого папиллярного узора, полученного при взаимодействии поверхности с папиллярным узором и датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, оцифрованного и переданного в память компьютера по шине или с использованием устройств дистанционной беспроводной передачи с паспортом папиллярного узора, учитывают электрические параметры с каждого элемента датчика или сканера или детектора папиллярных узоров по полю датчика или сканера или детектора, в памяти компьютера или на носителе информации формируют массив элементов памяти, адекватно отражающий состояние элементов датчика или сканера или детектора папиллярных узоров по полю датчика или сканера или детектора, часть совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров выделяют или обозначают как характерные точки, в процессоре компьютера сравнивают значения двух совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, с числом характерных точек, не превышающим количества элементов датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, с выделением или обозначением совпавших значений параметров в пределах принятого критерия совпадения, совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, дополняют совокупностями координат характерных точек папиллярного узора и/или значениями характерного параметра в характерной точке. Причем, вследствие случайного характера получаемого изображения папиллярного узора, совокупности выделенных или обозначенных характерных точек в каждой из совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, дополненных совокупностями координат характерных точек папиллярного узора и/или значениями характерного параметра в характерной точке, могут быть как одинаковыми, так и различными. Полным перебором совокупностей координат и характерного параметра всех характерных точек в локальных координатах каждой из характерных точек сравнивают две совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров папиллярного узора, с числом характерных точек, не превышающим количества элементов датчика или сканера или детектора папиллярных узоров. В процессе полного перебора совокупностей в пределах принятого критерия совпадения выделяют совпавшие в двух совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, координаты и характерный параметр, по количеству совпадений обозначают и/или выделяют в список в порядке убывания количества совпадений для каждой из сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров. При этом количество совпадений также является мерой близости сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров. Формирование паспорта папиллярного узора осуществляется сравнением совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, по крайней мере, двух совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров с использованием максиминного критерия мер близости совпавших характерных точек для выделения наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, и выделения общих характерных точек и характерных точек принадлежащих каждой из совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров с расширением наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров характерными точками, представленными в, по крайней мере, оставшейся совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров с учетом сдвига и поворота, по крайней мере, оставшейся совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров относительно наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Локальные координаты характерных точек папиллярного узора в сравниваемых совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, могут быть полярные или декартовы.

Для решения различных задач с применением данного способа могут варьироваться количественные значения совпадений в двух совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, координат и характерного параметра и количественные значения совпадений характерных точек с учетом требуемых значений ошибок FAR-FRR.

В качестве характерного параметра может быть использован угол между касательной к папиллярной линии и, например, прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой.

В качестве характерного параметра может быть использовано количество папиллярных линий, например, между началом локальных координат и характерной точкой.

В качестве характерного параметра может быть использована кривизна папиллярной линий в характерной точке.

В качестве характерного параметра может быть использовано среднее изменение кривизны папиллярной линий в окрестности характерной точки.

В качестве характерного параметра может быть использовано число характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки.

В качестве характерного параметра может быть использована алгебраическая сумма моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки.

В качестве характерного параметра может быть использован тип характерной точки.

В качестве паспорта папиллярного узора могут использоваться первые, по крайней мере, три характерные точки расширенной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Способ распознавания папиллярного узора может включать подсчет общего количества совпадений в пределах принятого критерия совпадения характерных точек при сравнении двух совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Для осуществления изобретения применяются автоматизированные комплексы, содержащие, например, компьютер и сканер.

Возможность практической реализации изобретения поясняется примерами действий, составляющих элементы способа распознавания папиллярного узора.

В случае если представлена одна совокупность значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, то в качестве паспорта используется совокупность хранимых значений электрических параметров, полученная в ходе анализа этой совокупности значений электрических параметров с определенными координатами характерных точек и/или характерными параметрами характерных точек папиллярного узора.

Определение координат характерных точек папиллярного узора осуществляется подстановкой соответствующих координат элементов датчика или сканера или детектора папиллярных узоров с учетом типа датчика - при совпадении элементов датчика с папиллярными линиями без преобразования координат, например, емкостным датчиком или датчиком давления или с соответствующим преобразованием координат, соответствующих изображению папиллярного узора, например, на оптическом датчике.

При использовании в качестве характерного параметра угла между касательной к папиллярной линии, в окрестности характерной точки, и прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой, определение значения этого угла осуществляется известными способами. Определение характерного параметра в случае такового количества папиллярных линий между началом локальных координат и характерной точкой осуществляется арифметическим подсчетом этих папиллярных линий. При использовании в качестве характерного параметра кривизны папиллярной линий в характерной точке определение значения этой кривизны осуществляется известными способами. При использовании в качестве характерного параметра среднего изменения кривизны папиллярной линий в окрестности характерной точки определение значения этого изменения осуществляется известными способами. При использовании в качестве характерного параметра числа характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки осуществляется арифметическим подсчетом этих точек. При использовании в качестве характерного параметра алгебраической суммы моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки определение значения этой суммы осуществляется известными способами. При использовании в качестве характерного параметра типа характерной точки последний определяют известными способами.

В случае если представлено две и более совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, то производится сравнение этих совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, полным перебором совокупностей координат и характерного параметра всех характерных точек в локальных координатах каждой из характерных точек. При этом количество характерных точек папиллярного узора в каждой совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, может быть произвольным и не превышающим количества элементов датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

В процессе полного перебора совокупностей в пределах принятого критерия совпадения выделяются известными способами совпавшие в двух совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, координаты и характерный параметр. По количеству совпадений известными способами помечаются и/или выделяются в список в порядке убывания количества совпадений для каждой из сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров. Известными способами обозначаются и/или выделяются в список совпавшие характерные точки. При превышении принятого количественного критерия совпадений, например трех, посылают сигнал о соответствии сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Количество совпадений классифицирует меру близости сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Используя максиминный критерий мер близости совпавших характерных точек, известными способами выделяют наиболее представительную совокупность значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, и выделяют общие характерные точки и характерные точки, принадлежащие каждой из совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Расширяют наиболее представительную совокупность значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, характерными точками, представленными в, по крайней мере, оставшейся совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, с учетом сдвига и поворота, по крайней мере, оставшейся совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, относительно наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, которые определяют известными способами.

В качестве паспорта используется расширенная совокупность значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, полученная в ходе анализа этих совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, с определенными координатами характерных точек и характерными параметрами характерных точек папиллярного узора.

Сравнение предъявляемого папиллярного узора с паспортом папиллярного узора осуществляется в процессе полного перебора совокупностей в пределах принятого критерия совпадения. Для этого выделяются известными способами совпавшие в двух совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, координаты и характерный параметр. По количеству совпадений известными способами помечаются и/или выделяются в список в порядке убывания количества совпадений для каждой из сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров. Известными способами обозначаются и/или выделяются в список совпавшие характерные точки. При превышении принятого количественного критерия совпадений, например трех, посылают сигнал о соответствии сравниваемых моделей.

Количество совпадений классифицирует меру близости сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров.

Подсчитывается общее количество совпадений в пределах принятого критерия совпадения характерных точек при сравнении предъявляемой совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров папиллярного узора и паспорта папиллярного узора.

Сравнивая известными способами количественные значения совпадений координат и характерного параметра и количественные значения совпадений характерных точек с учетом требуемых значений ошибок FAR-FRR в предъявляемой совокупности значений электрических параметров, полученной с датчика или сканера или детектора папиллярных узоров, и паспорте папиллярного узора посылают окончательный сигнал о том, что предъявляемый папиллярный узор распознан или нет.

Таким образом, применение данного способа распознавания папиллярного узора позволяет сократить время распознавания папиллярного узора; повысить достоверность распознавания папиллярного узора; исключить влияния поворота, сдвига, сухости (влажности), загрязненности и других факторов, характерных для тракта ввода сравниваемых папиллярных узоров; повысить стабильность характеристик паспорта папиллярного узора; уменьшить длину паспорта папиллярного узора и количество действий для принятия решения о соответствии предъявляемого папиллярного узора хранящемуся.

1. Способ распознавания папиллярного узора включает этап формирования паспорта папиллярного узора с передачей, по крайней мере, одного оцифрованного изображения папиллярного узора, полученного при взаимодействии поверхности с папиллярным узором и датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, в память компьютера по шине или с использованием устройств дистанционной беспроводной передачи и этап сравнения предъявляемого папиллярного узора, полученного при взаимодействии поверхности с папиллярным узором и датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, оцифрованного и переданного в память компьютера по шине или с использованием устройств дистанционной беспроводной передачи с паспортом папиллярного узора, отличающийся тем, что этапы формирования паспорта папиллярного узора и сравнения предъявляемого папиллярного узора с паспортом папиллярного узора учитывают электрические параметры с каждого элемента датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров по полю датчика, или сканера, или детектора, в памяти компьютера или на носителе информации формируют массив элементов памяти, адекватно отражающий состояние элементов датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров по полю датчика, или сканера, или детектора, часть совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, с числом характерных точек, не превышающим количества элементов датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, с выделением или обозначением совпавших значений параметров в пределах принятого критерия совпадения, совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, дополняют совокупностями координат характерных точек папиллярного узора и/или значениями угла между касательной к папиллярной линии и прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой, или количества папиллярных линий между началом локальных координат и характерной точкой, или кривизны папиллярной линии в характерной точке, или среднего изменения кривизны папиллярной линии в окрестности характерной точки, или числа характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки, или алгебраической суммы моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки, или типа характерной точки в характерной точке, причем совокупности выделенных или обозначенных характерных точек в каждой из совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, дополненных совокупностями координат характерных точек папиллярного узора и/или значениями угла между касательной к папиллярной линии и прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой, или количества папиллярных линий между началом локальных координат и характерной точкой, или кривизны папиллярной линии в характерной точке, или среднего изменения кривизны папиллярной линии в окрестности характерной точки, или числа характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки, или алгебраической суммы моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки, или типа характерной точки в характерной точке, могут быть как одинаковыми, так и различными, полным перебором совокупностей координат и угла между касательной к папиллярной линии и прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой, или количества папиллярных линий между началом локальных координат и характерной точкой, или кривизны папиллярной линии в характерной точке, или среднего изменения кривизны папиллярной линии в окрестности характерной точки, или числа характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки, или алгебраической суммы моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки, или типа характерной точки всех характерных точек в локальных координатах каждой из характерных точек сравнивают две совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров папиллярного узора с числом характерных точек, не превышающим количества элементов датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, в процессе полного перебора совокупностей в пределах принятого критерия совпадения выделяют совпавшие в двух совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, координаты и угол между касательной к папиллярной линии и прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой, или количество папиллярных линий между началом локальных координат и характерной точкой, или кривизну папиллярной линии в характерной точке, или среднее изменение кривизны папиллярной линии в окрестности характерной точки, или число характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки, или алгебраическую сумму моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки, или тип характерной точки, по количеству совпадений обозначают и/или выделяют в список в порядке убывания количества совпадений для каждой из сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, обозначают и/или выделяют в список совпавшие характерные точки, при превышении принятого количественного критерия совпадений посылают сигнал о соответствии сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, причем количество совпадений назначают мерой близости сравниваемых совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, сравнением совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, по крайней мере, двух изображений папиллярных узоров формируют паспорт папиллярного узора с использованием максиминного критерия мер близости совпавших характерных точек для выделения наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, и выделения общих характерных точек и характерных точек, принадлежащих каждой из совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров с расширением наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров характерными точками, представленными в, по крайней мере, оставшейся совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров с учетом сдвига и поворота, по крайней мере, оставшейся совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров относительно наиболее представительной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров.

2. Способ распознавания папиллярного узора по п.1, отличающийся тем, что локальные координаты характерных точек папиллярного узора в сравниваемых совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, полярные.

3. Способ распознавания папиллярного узора по п.1, отличающийся тем, что локальные координаты характерных точек папиллярного узора в сравниваемых совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, декартовы.

4. Способ распознавания папиллярного узора по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что варьируют количественные значения совпадений в двух совокупностях значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров, координат и угла между касательной к папиллярной линии и прямой, соединяющей начало локальных координат с характерной точкой, или количества папиллярных линий между началом локальных координат и характерной точкой, или кривизны папиллярной линии в характерной точке, или среднего изменения кривизны папиллярной линии в окрестности характерной точки, или числа характерных точек папиллярного узора в фиксированной окрестности характерной точки, или алгебраической суммы моментов инерции всех характерных точек папиллярного узора из фиксированной окрестности характерной точки относительно этой характерной точки, или типа характерной точки и количественные значения совпадений характерных точек с учетом требуемых значений ошибок вероятности пропуска "чужого" и вероятности недопуска "своего".

5. Способ распознавания папиллярного узора по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что в качестве паспорта папиллярного узора используют первые, по крайней мере, три характерные точки расширенной совокупности значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров.

6. Способ распознавания папиллярного узора по п.1, или 2, или п.3, отличающийся тем, что осуществляют подсчет общего количества совпадений в пределах принятого критерия совпадения характерных точек при сравнении двух совокупностей значений электрических параметров, полученных с датчика, или сканера, или детектора папиллярных узоров.