EP1542151B1

Method and apparatus for the electronic capture of rolled fingerprints

Abstract

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EP1542151B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 23

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Expired 9 December 2024, 1.8 years ago.

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29 claims: 3 independent, 26 dependent

  1. 1
    Verfahren zur elektronischen Aufnahme eines bewegten Objekts, insbesondere zur Aufnahme eines an einer Aufnahmefläche abgerollten Fingers, wobei das Objekt mit seinen Strukturen während der Bewegung mittels einer ortsauflösenden Bildaufnahmeeinheit in einer Folge von Einzelbildern erfasst und als zweidimensionales elektronisches Bild verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass - von mindestens einem Bild (31) der aus der Bildaufnahmeeinheit (2) ausgelesenen Einzelbilder aus Lage und Größe des Objekts (1) eine das Objekt (1) umschließende Figur (32) ermittelt wird, - aus der umschließenden Figur (32) ein durch Toleranzzugaben (Δ) vergrößertes Rechteck (33), das parallel zu Zeilen- und Spaltenrichtung des in der Bildaufnahmeeinheit (2) enthaltenen Sensors (22) ausgerichtet ist, bestimmt wird, und - das vergrößerte Rechteck (33) zur Vorhersage und Einstellung der Größe und Lage eines aktiven Pixelbereichs (23) im Sensor (22) für mindestens ein nachfolgend auszulesendes Bild (31) verwendet wird, so dass der ausgelesene aktive Pixelbereich (23) infolge seiner Anpassung stets klein gehalten und eine höhere Bildrate der Sensorauslesung oder Datenübertragung realisiert wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umschließende Figur (32) des Objektabbildes (11) des aktuell abgetasteten Bildes (31) durch je ein in Spalten- und in Zeilenrichtung gebildetes Gradientenbild (81;82) ermittelt wird, wobei zur Erzeugung des Gradientenbildes (81;82) für jedes Pixel eine Differenz (83;84) benachbarter Grauwerte in Zeilen- oder in Spaltenrichtung gebildet wird.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Pixel des Gradientenbildes (81;82) die Differenz (83;84) benachbarter Grauwerte aus den Grauwerten des Vorgänger- und des Nachfolgerpixels der Zeile oder Spalte im aktuellen Bild (31) gebildet wird.
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Pixel des Gradientenbildes (81;82) die Differenz (83;84) benachbarter Grauwerte aus den Grauwerten des Vorvorgänger- und des Nachnachfolgerpixels der Zeile oder Spalte im aktuellen Bild (31) gebildet wird.
  5. 5
    Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus den beiden Gradientenbildern (81;82) für die Zeilen und die Spalten des aktuellen Bildes (31) Start- und Endwerte der umschließenden Figur (32) des Objektabbildes (11) ermittelt werden, wobei in jedem Gradientenbild (81;82) eine erste und eine letzte signifikante Differenz benachbarter Grauwerte zur Berechnung der Start- und Endwerte der das Objekt (1) umschließenden Figur (32) bestimmt wird.
  6. 6
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die signifikanten Differenzen durch Überschreiten von Schwellwerten ermittelt werden.
  7. 7
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Dimension, die der Hauptbewegungsrichtung des Objekts (1) entspricht, von den aus dem Gradientenbild (81;82) ermittelten Start- und Endwerten jeweils ein Mittelwert berechnet wird, wobei die Mittelwerte die Grenzen (35;36) einer rechteckigen umschließenden Figur (32) um das Objektabbild (11) bilden.
  8. 8
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Dimension, die der Hauptbewegungsrichtung des Objekts (1) entspricht, von den aus dem Gradientenbild (81;82) ermittelten Start- und Endwerten jeweils ein Medianwert gebildet wird, wobei die Medianwerte die Grenzen (35;36) einer rechteckigen umschließenden Figur (32) um das Objektabbild (11) bilden.
  9. 9
    Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Dimension, die der Hauptbewegungsrichtung des Objekts (1) entspricht, die Start- und Endwerte der Zeilen oder Spalten in je ein Ortshistogramm (85, 86;87, 88) eingetragen werden, wobei die Orte, bei der die Häufigkeitsverteilung der Start- und der Endwerte einen definierten Wert annimmt, die Grenzen (35;36) einer rechteckigen umschließenden Figur (32) um das Objektabbild (11) bilden.
  10. 10
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Ortshistogramm (85, 86;87, 88) als Ort der Grenze (35;36) der umschließenden Figur (32) der erste bzw. der letzte gültige Wert der Häufigkeitsverteilung verwendet wird.
  11. 11
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Ortshistogramm (85, 86;87, 88) als Ort der Grenze (35;36) der umschließenden Figur (32) ein Wert der Häufigkeitsverteilung verwendet wird, der einen vorbestimmten Schwellwert erst- oder letztmalig überschreitet.
  12. 12
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Ortshistogramm (85, 86;87, 88) als Ort der Grenze (35;36) der umschließenden Figur (32) ein Wert der Häufigkeitsverteilung verwendet wird, ab dem bzw. bis zu dem alle anderen Werte der Summe der Häufigkeiten den Schwellwert überschreiten.
  13. 13
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Ortshistogramm (85, 86;87, 88) als Ort der Grenze (35;36) der umschließenden Figur (32) der Wert der größten Häufigkeit verwendet wird.
  14. 14
    Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Grenzen (35;36) der umschließenden Figur (32) nur die Start- und Endwerte ausgewählter Zeilen oder Spalten des Gradientenbildes (81;82) verwendet werden.
  15. 15
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzzugabe (Δ) zur Erzeugung des vergrößerten Rechtecks (33) in Abhängigkeit von einem detektierten Bewegungsablauf des Objektabbildes (11) unterschiedlich festgelegt wird, wobei aus mindestens zwei vorhergehend ausgelesenen Bildern (31) nach Bestimmung von Grenzen (35;36) der jeweiligen umschließenden Figur (32) unterschiedliche Bewertungsalgorithmen auf Basis der zeitlichen Veränderung der Grenzen (35;36) der Figur (32) in den aufeinander folgenden Bildern (31) angewendet werden.
  16. 16
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Objekt ein Finger (1) auf einer Aufnahmefläche (21) abgerollt wird, wobei als Objektabbild in jedem ausgelesenen Bild (31) ein aktueller Fingerabdruck (11) aufgenommen wird.
  17. 17
    Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auflageerkennungs-Routine (61) auf die ausgelesenen Bilder (31) angewendet wird, die bei Ermittlung einer nicht ausreichenden Anzahl von durch einen Fingerabdruck hervorgerufenen Differenzwerte die Berechnung der Toleranzzugabe (Δ) und nachfolgende Vorhersagen und Einstellungen des aktiven Pixelbereichs (23) des Sensors (22) unterbindet.
  18. 18
    Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegungsverfolgungs-Routine (62) auf die ausgelesenen Bilder (31) angewendet wird, die bei nicht deutlich gerichteter Bewegung der umschließenden Figur (32) eine allseitig gleichmäßigen Toleranzzugabe (Δ) um die Grenzen (35;36) der umschließenden Figur (32) herum bestimmt, die so groß gewählt wird, dass bei beliebiger Bewegung des Objekts (1) in objekttypischem Maße das vergrößerte Rechteck (33) das Objekt (1) innerhalb der Zeit der Auslesung wenigstens eines nächsten Bildes (31) nicht beschneidet.
  19. 19
    Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsverfolgungs-Routine (62) in eine Abrollverfolgungs-Routine (64) überführt wird, wenn sich in einer definierten Anzahl von aufeinanderfolgenden Bildern (31) die Grenzen (35;36) der umschließenden Figur (32) deutlich in eine ausgezeichnete Richtung verschoben haben, wobei für die in Bewegungsrichtung des Fingers (1) bewegte Grenze (35;36) der umschließenden Figur (32) aus einer errechneten Geschwindigkeit der bewegten Grenze (35;36) eine solche Toleranzzugabe (Δ) ermittelt wird, dass das vergrößerte Rechteck (33) den Fingerabdruck (11) innerhalb der Zeit von wenigstens einem nachfolgend ausgelesenen Bild (31) nicht beschneidet.
  20. 20
    Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrollverfolgungs-Routine (64) durch eine Abrollstarterkennung (63) eingeleitet und durch eine Abrollschlusserkennung (65) beendet wird, wobei die Abrollstarterkennung (63) bei Vorliegen einer bestimmten festgelegten Zahl von in gleicher Richtung fortschreitenden Verschiebungen der Grenzen (35;36) der umschließenden Figur (32) die Abrollverfolgungs-Routine (64) auslöst und die Abrollschlusserkennung bei einer Richtungsumkehr der Bewegung der Grenzen (35;36) der umschließenden Figur (32) die Abrollverfolgungs-Routine (64) beendet.
  21. 21
    Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abrollverfolgungs-Routine (64) auf die ausgelesenen Bilder (31) angewendet wird, wenn sich in einer definierten Anzahl von aufeinanderfolgenden Bildern (31) die Grenzen (35;36) der umschließenden Figur (32) deutlich in eine ausgezeichnete Richtung verschoben haben, wobei für die in Bewegungsrichtung des Fingers (1) bewegte Grenze (35;36) der umschließenden Figur (32) aus einer errechneten Geschwindigkeit der bewegten Grenze (35;36) eine solche Toleranzzugabe (Δ) ermittelt wird, dass das vergrößerte Rechteck (33) den Fingerabdruck (11) innerhalb der Zeit von wenigstens einem nachfolgend ausgelesenen Bild (31) nicht beschneidet.
  22. 22
    Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abrollen eines Fingers (1) entlang einer Aufnahmefläche (21) die Abrollstarterkennung (63) eine Zwischenspeicherung aller zur Abrollstarterkennung (63) verwendeten Bilder (31) vornimmt, um bereits für die Abrollstarterkennung (63) ausgelesene Bilder (31) für die vollständige Zusammensetzung des Gesamtbildes (3) des abgerollten Fingers (1) zur Verfügung zu halten.
  23. 23
    Anordnung zur elektronischen Aufnahme eines bewegten Objekts, insbesondere zur Aufnahme eines an einer Aufnahmefläche (21) abgerollten Fingers (1), mit einer Bildaufnahmeeinheit (2) zur Aufnahme einer Folge von zweidimensionalen Einzelbildern eines bewegten Objekts, wobei zur Zusammensetzung eines Gesamtbildes (3) des bewegten Objekts (1) die Einzelbilder örtliche Überlappungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass - der Bildaufnahmeeinheit (2) eine Logikeinheit (51) zur laufenden Berechnung eines eingeschränkten Bildbereichs, der das Objektabbild eng einschließt, auf Basis mindestens eines von der Bildaufnahmeeinheit (2) zuvor ausgelesenen Bildes (31) nachgeordnet ist, - der Logikeinheit (51) ein Programmspeicher (52), ein Datenspeicher (53) ein Prozessor (54) und ein Interface (55) zugeordnet sind, wobei der Prozessor (54) zur Steuerung der Datenflüsse und des von der Logikeinheit (51) berechneten eingeschränkten Bildbereichs als aktiven Pixelbereich (23) für das nächste aus der Bildaufnahmeeinheit (2) ausgelesene Bild (31) vorgesehen ist, und - das Interface zum Datentransfer der Bilder (31), die von der Logikeinheit (51) bezüglich Größe und Lage des Pixelbereichs (23) definiert gesteuert sind, an eine externe Rechnereinheit (4) ausgebildet ist, wobei die Rechnereinheit (4) eine Bildverarbeitung zum Zusammensetzen der zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Bilder (31) zu einem Gesamtbild (3) aufweist.
  24. 24
    Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (2) einen optoelektronischen Sensor (22) aufweist.
  25. 25
    Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (2) einen beliebigen Kontaktsensor, insbesondere einen thermischen oder kapazitiven Sensor enthält.
  26. 26
    Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (2) einen Ultraschallsensor aufweist.
  27. 27
    Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (2) einen Sensor mit niedriger Bildrate aufweist, wobei die niedrige Bildrate nur auf die Auslesung aller Pixel des Sensors (22) bezogen ist, die Auslesung von Bildern (31) aus beliebig programmierbaren aktiven Pixelbereichen (23) jedoch mit wesentlich größerer Bildrate realisierbar ist.
  28. 28
    Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (2) einen großflächigen Sensor (22) aufweist, bei dem durch eine einzige Sensorauslesung ein kompletter Fuß- oder Handabdruck mit hoher Auflösung, aber niedriger Bildrate realisierbar ist und bei dem zur Aufnahme einzelner abgerollter Finger (1) ein definierter Teilbereich der Aufnahmefläche (21) der Bildaufnahmeeinheit (2) festgelegt ist, wobei der Sensor (22) in einem beschränkten aktiven Pixelbereich (23), der dem definierten Teilbereich der Aufnahmefläche (21) zugeordnet ist, zur Auslesung von pixelreduzierten Bildern (31) ansteuerbar ist, dass so die Bildrate zur Aufnahme abgerollter Fingerabdrücke (11) erheblich erhöht ist.
  29. 29
    Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinheit (2) einen Sensor mit hoher Bildrate aufweist, wobei die Auslesung von Bildern (31) aus beliebig zugriffsfähigen Pixelbereichen des Datenspeichers (53) erfolgt, um nachfolgend die Datenrate der Übertragung über das Interface (54) zu erhöhen.
Independent claims29