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Dokumentenidentifikation DE102006000880B4 19.03.2009
Titel Vorrichtung zur Fingerabdruckbereichssegmentierung und Fingerabdruckbildsegmentierungsverfahren
Anmelder Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon, Kyonggi, KR
Erfinder Lee, Dong-jae, Seoul, KR;
Park, Deok-soo, Seoul, KR
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 04.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006000880
Offenlegungstag 21.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.03.2009
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.03.2009
IPC-Hauptklasse G06K 9/52  (2006.01)  A,  F,  I,  20060517,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse G06K 9/34  (2006.01)  A,  L,  I,  20060517,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fingerabdruckbereichssegmentierung und ein Verfahren zur Segmentierung eines Fingerabdruckbildes.

Fingerabdrücke variieren von Mensch zu Mensch. Zudem ändert sich ein Fingerabdruck nicht während eines Menschenlebens. Entsprechend sind Fingerabdrücke ein nützliches Identifikationsmittel. Herkömmliche Fingerabdruckerkennungssysteme können die Identität einer Person verifizieren und beispielsweise in einem automatischen Sicherheitssystem, einem finanziellen Transaktionssystem usw. enthalten sein.

In herkömmlichen Fingerabdruckerkennungssystemen kann ein eingegebenes Fingerabdruckbild einen Vordergrund und einen Hintergrund umfassen. Der Vordergrund kann sich auf einen Bereich des eingegebenen Fingerabdruckbildes beziehen, der Stege umfasst. Die Stege können anzeigen, wo ein Finger eine Fingerabdruckeingabevorrichtung kontaktiert hat, wenn der Fingerabdruck erzeugt wird. Der Hintergrund kann sich auf einen Bereich beziehen, der keine Steginformationen umfasst und Teil des Fingerabdruckbildes sein kann, an welchem ein Finger die Fingerabdruckeingabevorrichtung nicht kontaktiert, wenn der Fingerabdruck erzeugt wird.

Herkömmliche Fingerabdruckerkennungssysteme können mit einer Fingerabdrucksegmentierung zwischen dem Vordergrund und dem Hintergrund unterscheiden. Die Fingerabdrucksegmentierung kann ein gegebenes Fingerabdruckbild in einen Vordergrund und einen Hintergrund aufteilen. Die Fingerabdrucksegmentierung kann in einer Anfangsstufe eines Fingerabdruckerkennungsprozesses durchgeführt werden.

Die Fingerabdrucksegmentierung kann andere Stufen des Fingerabdruckerkennungsprozesses freigeben, wie z. B. eine Extrahierung von Stegrichtungen im Vordergrund, eine Verbesserung der Bildqualität des Vordergrundes und/oder ein Ausdünnen des Vordergrundes. Entsprechend kann die Fingerabdrucksegmentierung eine Dauer des Fingerabdruckerkennungsprozesses reduzieren und/oder die Zuverlässigkeit des Fingerabdruckerkennungsprozesses erhöhen.

Es können jedoch im Zusammenhang mit den aus dem Hintergrund und/oder Vordergrund extrahierten Informationen Fehler auftreten. Ein Fingerabdruckbereichssegmentierungsprozess kann Fehler im Zusammenhang mit dem Hintergrund und/oder dem Vordergrund reduzieren. Beim herkömmlichen Bereichssegmentierungsprozess kann ein Helligkeitswert in einer gegebenen Richtung für jeden Bildpunkt eines Fingerabdruckbildes berechnet werden, z. B. für den Hintergrund und/oder Vordergrund. Das Fingerabdruckbild kann in eine Mehrzahl von Blöcken aufgeteilt werden, welche eine vorgegebene Pixelgröße aufweisen, z. B. 16×16. Der herkömmliche Bereichssegmentierungsprozess kann eine Histogrammverteilung der Helligkeitswerte verwenden, welche mit den gegebenen Richtungen in korrespondierenden Blöcken assoziiert sind, um das Fingerabdruckbild in eine Mehrzahl von Bereichen aufzuteilen.

Wenn jedoch ein gegebener Bereich der Mehrzahl von Bereichen eine einheitliche Helligkeit aufweist, kann die Richtung für den gegebenen Bereich nicht bestimmt werden und der gegebene Bereich wird eventuell nicht richtig aufgeteilt. Andere herkömmliche Verfahren zum Bestimmen eines vorgegebenen Fingerabdruckbereichs können auf einer maximalen Antwort einer Gabor-Filterbank, einer Rekonstruktion eines Fingerabdruckbereichs, einer Konsistenz von Stegrichtungen, einem Durchschnittswert und einer Varianz der Helligkeit eines Fingerabdruckbildes, einem Absolutwert eines Steggradienten, der in vorgegebenen Einheiten berechnet wird, und/oder auf einer Erstellung einer Zuverlässigkeitsmetrik basieren, welche auf Informationen von benachbarten Blöcken/Bereichen basiert.

Jedes der oben beschriebenen herkömmlichen Verfahren basiert jedoch auf festen Schwellwerten, welche ein Fingerabdruckbild filtern, das von einer gegebenen Fingerabdruckeingabevorrichtung empfangen wird. Daher sind die festen Schwellwerte eventuell weniger genau, wenn sich die gegebene Fingerabdruckvorrichtung ändert, wodurch die Genauigkeit der Fingerabdruckbereichssegmentierung reduziert werden kann. Zusätzlich können andere Fingerabdruckeigenschaften, wie z. B. Feuchtigkeitspegel oder ob ein Fingerabdruck nass oder trocken ist, zwischen Fingerabdruckbildern variieren, wodurch die Genauigkeit der Fingerabdruckbereichssegmentierung weiter reduziert werden kann.

Die Patentschriften US 6.005.963, US 6.263.091 B1 und US 6.289.112 B1 offenbaren Verfahren und Vorrichtungen zur Fingerabdruckbereichssegmentierung, bei denen das jeweils aufgenommene Fingerabdruckbild in Blöcke aus jeweils mehreren Pixeln aufgeteilt wird und für jeden Block bestimmt wird, ob er zu einem Bildvordergrund oder einem Bildhintergrund gehört, wobei jedem Vordergrund-Pixelblock eine Richtung bzw. Orientierung zugewiesen wird. Die für jeden Pixelblock bestimmte Richtung bzw. Orientierung wird dann neben anderen Bildinformationen zur weiteren Bildauswertung zwecks Fingerabdruckerkennung herangezogen.

Der Erfindung liegt als technisches Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur Fingerabdruckbereichssegmentierung und ein korrespondierendes Verfahren zur Segmentierung eines Fingerabdruckbildes bereitzustellen, die in der Lage sind, die oben erwähnten Unzulänglichkeiten des Standes der Technik zu reduzieren oder zu vermeiden und insbesondere eine vergleichsweise zuverlässige Fingerabdruckerkennung mit angemessenem Aufwand zu ermöglichen.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Fingerabdruckbereichssegmentierung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Segmentierung eines Fingerabdruckbildes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 24. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Fingerabdruckbereichssegmentierung,

2A eine schematische Darstellung eines Richtungsgradientenfilters für eine Richtung von 0°,

2B eine schematische Darstellung eines Richtungsgradientenfilters für eine Richtung von 45°,

2C eine schematische Darstellung eines Richtungsgradientenfilters für eine Richtung von 90°,

2D eine schematische Darstellung eines Richtungsgradientenfilters für eine Richtung von 135°,

3 ein Histogramm eines Richtungsgradientenbildes,

4A eine Helligkeitsverteilung eines Fingerabdruckbildes, welches von verschiedenen Fingerabdruckeingabevorrichtungen beim gleichen Feuchtigkeitspegel empfangen wird,

4B eine Helligkeitsverteilung eines vorgegebenen Fingerabdruckbildes, welches von der gleichen Fingerabdruckeingabevorrichtung bei verschiedenen Feuchtigkeitspegeln empfangen wird,

4C ein Histogramm zum Vergleichen von Richtungsgradientenbildern,

5A eine Darstellung eines normierten Richtungsgradientenbildes für eine Richtung von 0°,

5B eine Darstellung eines normierten Richtungsgradientenbildes für eine Richtung von 45°,

5C eine Darstellung eines normierten Richtungsgradientenbildes für eine Richtung von 90°,

5D eine Darstellung eines normierten Richtungsgradientenbildes für eine Richtung von 135°,

6A eine Darstellung eines Fingerabdruckbildes vor einer Nachverarbeitung,

6B eine Darstellung eines resultierenden Fingerabdruckbildes nach der Nachverarbeitung,

7 ein Flussdiagramm eines Fingerabdruckbereichssegmentierungsprozesses und

8 ein Flussdiagramm eines Klassifizierungsprozesses.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fingerabdruckbereichssegmentierungsvorrichtung 100, welche eine Vorverarbeitungseinheit 110, eine Richtungsgradientenfiltereinheit 120, eine Normierungseinheit 130, eine Bereichsklassifizierungseinheit 140 und eine Nachverarbeitungseinheit 150 umfasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 reduziert die Vorverarbeitungseinheit 110 Rauschen in einem eingegebenen Fingerabdruckbild (FIMG). Die Vorverarbeitungseinheit 110 filtert das FIMG, beispielsweise mit einem gaußschen Filter, um Rauschen zu reduzieren, das z. B. durch diskontinuierliche schnelle Änderungen der Bildpunktwerte verursacht wird. In einem Beispiel kann, wenn die Vorverarbeitungseinheit 110 einen kleineren gaußschen Filter verwendet, ein niedrigerer Anteil an Rauschen und/oder einer Stegkomponente des FIMG im FIMG reduziert werden. In einem anderen Beispiel kann, wenn die Vorverarbeitungseinheit 110 einen größeren gaußschen Filter verwendet, ein größerer Anteil an Rauschen und/oder einer Stegkomponente des FIMG reduziert werden. Daher kann in einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Größe eines gaußschen Filters wenigstens zum Teil basierend auf einer Charakteristik zur Reduktion einer Rausch- und/oder Stegkomponente ausgewählt werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst die Richtungsgradientenfiltereinheit 120 einen ersten Richtungsgradientenfilter 122, einen zweiten Richtungsgradientenfilter 124, einen dritten Richtungsgradientenfilter 126 und einen vierten Richtungsgradientenfilter 128, welche jeweils Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3 bzw. DGIMG4 erzeugen. In einem Beispiel können die Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3 und DGIMG4 jeweils mit Winkelrichtungen von 0°, 45°, 90° und 135° korrespondieren. Selbstverständlich können andere Ausführungsformen der Erfindung andere Winkelrichtungen umfassen, die mit den Richtungsgradientenfiltern 122, 124, 126, 128 assoziiert sind.

Eine beispielhafte Ausführungsform der Richtungsgradientenfiltereinheit 120 wird nun unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D beschrieben. Die 2A, 2B, 2C und 2D zeigen beispielhafte Richtungsgradientenfilter 220, 240, 260, 280 gemäß der Erfindung, welche mit den Winkelrichtungen von 0°, 45°, 90° und 135° korrespondieren. Die nachfolgenden Gleichungen 1 bis 4 korrespondieren mit den in den 2A, 2B, 2C bzw. 2D dargestellten Ausführungsbeispielen, wobei die Gleichungen 1 bis 4 durch

gegeben sind, wobei eine Koordinate x eine horizontale Position eines gegebenen Bildpunktes des FIMG bezeichnet, eine Koordinate y eine vertikale Position des gegebenen Bildpunktes des FIMG bezeichnet, I(x, y) einen Helligkeitspegel des gegebenen Bildpunktes an den Koordinaten (x, y) bezeichnet, DGF0(x, y), DGF45(x, y), DGF90(x, y) und DGF135(x, y) einen Helligkeitspegel des vorgegebenen Bildpunktes für die Winkelrichtungen 0°, 45°, 90° bzw. 135° bezeichnen und ein Abstand d einen Abstand zwischen einem Zentrumsbildpunkt C und einer Filterbreite von 2m + 1 bezeichnet, z. B. der Richtungsgradientenfilter 122, 124, 126, 128 usw. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 2A, 2B, 2C und 2D kann die Variable m den Wert 1 haben und der Abstand d kann den Wert 2 haben. Zudem können die Richtungsgradientenfilter 220, 240, 260, 280 als zwei Sätze von drei Bildpunkten, z. B. –1, 1 usw. und dem Zentrumsbildpunkt C in einem 5×5-Bildpunktgitter repräsentiert werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 2A kann der Richtungsgradientenfilter 220 in der Winkelrichtung von 0°, wie oben in Gleichung 1 ausgedrückt, eine Helligkeitswertedifferenz von drei Bildpunkten auf der „rechten" Seite, z. B. jeweils mit dem Wert 1, und von drei Bildpunkten auf der „linken" Seite, z. B. jeweils mit dem Wert –1, in Bezug auf den Zentrumsbildpunkt C repräsentieren. Entsprechend kann der Richtungsgradientenfilter 220 in der Winkelrichtung von 0° einen Änderungsgrad des Helligkeitswertes eines Bildpunktes in der Winkelrichtung von 0° repräsentieren.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 2B kann der Richtungsgradientenfilter 240 in der Winkelrichtung von 45°, wie oben in Gleichung 2 ausgedrückt, eine Helligkeitswertedifferenz von drei „oberen linken" Bildpunkten und drei „unteren rechten" Bildpunkten in der Winkelrichtung von 45° in Bezug auf den Zentrumsbildpunkt C repräsentieren. Entsprechend kann der Richtungsgradientenfilter 240 in der Winkelrichtung von 45° einen Änderungsgrad des Helligkeitswertes eines Bildpunktes in der Winkelrichtung von 45° repräsentieren.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 2C kann der Richtungsgradientenfilter 260 in der Winkelrichtung von 90°, wie oben durch die Gleichung 3 ausgedrückt, eine Helligkeitswertedifferenz von drei „oberen" Bildpunkten und drei „unteren" Bildpunkten in der Winkelrichtung von 90° in Bezug auf den Zentrumsbildpunkt C repräsentieren. Entsprechend kann der Richtungsgradientenfilter 260 in der Winkelrichtung von 90° einen Änderungsgrad des Helligkeitswertes eines Bildpunktes in der Winkelrichtung von 90° repräsentieren.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 2D kann der Richtungsgradientenfilter 280 in der Winkelrichtung von 135°, wie oben in Gleichung 4 ausgedrückt, eine Helligkeitswertedifferenz von drei „oberen rechten" Bildpunkten und drei „unteren linken" Bildpunkten in der Winkelrichtung von 135° in Bezug auf den Zentrumsbildpunkt C repräsentieren. Entsprechend kann der Richtungsgradientenfilter 280 in der Winkelrichtung von 135° einen Änderungsgrad des Helligkeitswertes eines Bildpunktes in der Winkelrichtung von 135° repräsentieren.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können die Richtungsgradientenfilter 220, 240, 260, 280 der 2A bis 2D mit dem ersten, zweiten, dritten bwz. vierten Richtungsgradientenfilter 122, 124, 126, 128 der 1 korrespondieren. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigen Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3, DGIMG4, welche vom ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Richtungsgradientenfilter 122, 124, 126, 128 ausgegeben werden, einen Änderungsgrad des Helligkeitswertes unter benachbarten Bildpunkten in einer Mehrzahl von Winkelrichtungen an, z. B. in den Winkelrichtungen 0°, 45°, 90°, 135° usw.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können Richtungsgradientenfilter 220, 240, 260, 280, welche jeweils die Gleichungen 1 bis 4 verwenden, Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3 bzw. DGF4 ausgeben. In einem Beispiel kann der Absolutwert der Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 höher sein, wenn die Helligkeitswertedifferenz in einer vorgegebenen Winkelrichtung höher ist. Entsprechend kann der Absolutwert der Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 niedriger sein, z. B. ungefähr null, wenn die Helligkeitswertedifferenz in einer vorgegebenen Winkelrichtung niedriger ist.

In einem anderen Beispiel kann unter benachbarten Bildpunkten in einem Hintergrund eines gegebenen Fingerabdruckbildes eine niedrigere Helligkeitswertedifferenz vorhanden sein. In einem anderen Beispiel kann unter benachbarten Bildpunkten in einem Vordergrund des gegebenen Fingerabdruckbildes eine erhöhte Helligkeitswertedifferenz vorhanden sein. Wenn der Absolutwert des Filterwertes DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 niedriger ist, z. B. ungefähr null, kann es eine höhere Wahrscheinlichkeit geben, dass sich ein korrespondierender Zentrumsbildpunkt im Hintergrund des gegebenen Fingerabdruckbildes befindet. Entsprechend kann es, wenn der Absolutwert des Filterwertes DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 höher ist, eine höhere Wahrscheinlichkeit geben, dass sich ein korrespondierender Zentrumsbildpunkt im Vordergrund des gegebenen Fingerabdruckbildes befindet.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn Rauschen, z. B. Punktrauschen, in einem Fingerabdruckbild auftritt, eine Helligkeitsdifferenz unter benachbarten Bildpunkten höher sein. Entsprechend kann es, wenn der Absolutwert des Filterwertes DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 gleich oder größer als ein maximaler Schwellwert MAX oder gleich oder kleiner als ein minimaler Schwellwert MIN ist, eine höhere Wahrscheinlichkeit geben, dass sich ein korrespondierender Zentrumsbildpunkt in einem Rauschbereich befindet. In einem Beispiel können der maximale Schwellwert MAX und der minimale Schwellwert MIN Werte annehmen, welche mit den oberen 1% bzw. den unteren 1% der Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 korrespondieren, die durch Filtern einer Anzahl von Pixeln, z. B. von allen Bildpunkten in einer Mehrzahl von Winkelrichtungen, z. B. 0°, 45°, 90°, 135° usw., erhalten werden. Selbstverständlich können jedoch die Werte für den maximalen Schwellwert MAX und den minimalen Schwellwert MIN in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf irgendeine andere bekannte Weise festgelegt werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise ein Benutzer Werte für die Schwellwerte MIN, MAX festlegen.

3 zeigt ein Histogramm eines Richtungsgradientenbildes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 repräsentiert das Histogramm in horizontaler Richtung einen gegebenen Wert für einen der Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4. In vertikaler Richtung repräsentiert das Histogramm eine gegebene Anzahl der Filterwerte, die mit dem gegebenen Wert assoziiert sind. Die Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3, DGIMG4 sind eine kumulative Verteilung der Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4, welche durch Filtern einer vorgegebenen Anzahl von Bildpunkten, z. B. von allen Bildpunkten in einer Mehrzahl von Winkelrichtungen, z. B. 0°, 45°, 90°, 135° usw., erhalten werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 kann das Histogramm eine symmetrische Verteilung in Bezug auf einen Wert des Filterwertes DGF aufweisen, z. B. in Bezug auf einen Wert „0". Mit anderen Worten kann in einem Beispiel, in welchem das Histogramm symmetrisch um den Wert „0" liegt, ungefähr die gleiche Anzahl positiver Filterwerte wie negativer Filterwerte vorhanden sein. Des Weiteren kann, wie aus 3 ersichtlich ist, eine höhere Filterwertdichte am Wert „0" für die Filterwerte DGF vorhanden sein.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 umfasst das Histogramm Bereiche R1, R2 und R3. In einem Beispiel kann der Bereich R1 mit einem Hintergrund eines gegebenen Fingerabdruckbildes korrespondieren, da der Bereich R1 die Filterwerte DGF mit Absolutwerten umfasst, welche relativ nahe am Wert „0" liegen. Der Bereich R2 kann mit einem Rauschbereich korrespondieren, da der Bereich R2 Filterwerte umfasst, die höher als der maximale Schwellwert MAX oder niedriger als der minimale Schwellwert MIN sind. Der Bereich R3 kann mit einem Vordergrundbereich korrespondieren, da der Bereich R3 Filterwerte umfassen kann, die höher als der minimale Schwellwert MIN und/oder niedriger als der maximale Schwellwert MAX sind und nicht nahe beim Wert „0" liegen, wie im Bereich R1. Eine Differenzierung zwischen dem Vordergrund und dem Hintergrund für ein gegebenes Fingerabdruckbild wird nachfolgend im Detail beschrieben.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung können Helligkeitsbereiche basierend auf dem Typ von Fingerabdruckeingabevorrichtung variieren, die einen gegebenen Fingerabdruck empfängt. Daher können die Richtungsgradientenbilder, welche mit Fingerabdruckbildern des gleichen Fingers assoziiert sind, wenigstens teilweise basierend auf dem Typ von Fingerabdruckeingabevorrichtung variieren.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung können Fingerabdruckbilder, welche mit dem gleichen Finger assoziiert sind, verschiedene Helligkeitsbereiche in Bezug auf einen Feuchtigkeitspegel der Fingerabdruckeingabevorrichtung aufweisen. Daher können die Richtungsgradientenbilder der Fingerabdruckbilder wenigstens teilweise basierend auf dem Feuchtigkeitspegel variieren, welcher mit einem empfangenen Fingerabdruckbild assoziiert ist.

4A zeigt eine Helligkeitsverteilung eines Fingerabdruckbildes, welches von verschiedenen Fingerabdruckeingabevorrichtungen mit dem gleichen Feuchtigkeitspegel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung empfangen wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4A zeigt eine durchgezogene Linie 405 eine Helligkeitsverteilung für das gegebene Fingerabdruckbild an, welches von einer ersten Fingerabdruckeingabevorrichtung mit einem breiteren Helligkeitsbereich empfangen wird. Eine gestrichelte Linie 410 zeigt die Helligkeitsverteilung für das Fingerabdruckbild an, welches von einer zweiten Fingerabdruckeingabevorrichtung mit einem schmaleren Helligkeitsbereich empfangen wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4A zeigen die durchgezogene Linie 405 und die gestrichelte Linie 410, dass verschiedene Helligkeitsverteilungen mit dem gleichen Fingerabdruck assoziiert sein können, wenn verschiedene Fingerabdruckeingabevorrichtungen verwendet werden.

4B zeigt eine Helligkeitsverteilung eines gegebenen Fingerabdruckbildes, welches von der gleichen Fingerabdruckeingabevorrichtung mit verschiedenen Feuchtigkeitspegeln gemäß einer Ausführungsform der Erfindung empfangen wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4B zeigt eine dicke durchgezogene Linie 420 die Helligkeitsverteilung eines Fingerabdruckbildes an, welches bei einem ersten Feuchtigkeitspegel empfangen wird. Eine dünne durchgezogene Linie 425 zeigt die Helligkeitsverteilung des Fingerabdruckbildes an, welches bei einem zweiten Feuchtigkeitspegel empfangen wird, z. B. bei einem gegenüber dem ersten Feuchtigkeitspegel höheren Feuchtigkeitspegel. Eine gestrichelte Linie 430 zeigt die Helligkeitsverteilung für das Fingerabdruckbild an, welches bei einem dritten Feuchtigkeitspegel empfangen wird, z. B. bei einem Feuchtigkeitspegel, der niedriger als der erste und der zweite Feuchtigkeitspegel ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4B zeigen die durch die dicke durchgezogene Linie 420, die dünne durchgezogene Linie 425 und die gestrichelte Linie 430 dargestellten Helligkeitsverteilungen an, dass verschiedene Helligkeitsverteilungen mit dem gleichen Fingerabdruck assoziiert sein können, welcher von der gleichen Fingerabdruckeingabevorrichtung bei verschiedenen Feuchtigkeitspegeln empfangen wird.

4C zeigt ein Histogramm zum Vergleichen von Richtungsgradientenbilder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Ausführungsbeispiel der 1 und 4C erzeugt die Normierungseinheit 130 normierte Gradientenbilder NDGIMG durch Normieren der Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3, DGIMG4. Die Normierungseinheit 130 normiert die Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3, DGIMG4 in Bereichen, welche sich vom Bereich R2 unterscheiden. In einem Beispiel können die Absolutwerte der Filterwerte in den Bereichen R1 und R3 zwischen 0 und 255 variieren. Selbstverständlich können jedoch andere Ausführungsformen der Erfindung einen angepassten Bereich umfassen, beispielsweise einen vergrößerten oder einen verkleinerten Bereich.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Normierung der Richtungsgradientenbilder DGIMG1, DGIMG2, DGIMG3, DGIMG4 gemäß

angegeben werden. Hierbei bezeichnet NDGI(x, y) einen Wert, welcher durch Normierung der Werte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4 erhalten wird, die für einen gegebenen Bildpunkt mit einer Koordinate (x, y) gefiltert werden, der Winkel &thgr; bezeichnet eine gegebene Winkelrichtung, die mit einem der Richtungsgradientenfilter 122, 124, 126, 128 assoziiert ist, und ein Wert A bezeichnet eine obere Grenze für die Normierung. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4C kann der Wert A gleich 255 sein.

Nun wird eine Ausführungsform der durch Gleichung 5 repräsentierten Normierung ausführlicher beschrieben. In der Ausführungsform gemäß Gleichung 5 können Filterwerte DGF1, DGF2, DGF3, DGF4, welche zwischen dem maximalen Schwellwert MAX und dem minimalen Schwellwert MIN verteilt sind, wie z. B. aus 4C ersichtlich ist, normiert werden, um in einem gegebenen Bereich verteilt zu sein. In einem Beispiel kann der maximale Schwellwert MAX mit dem Wert A korrespondieren und der minimale Schwellwert MIN kann mit dem Wert „0" korrespondieren. Daher kann in einem Beispiel, wenn ein Filterwert gleich „0" ist, z. B. als Filterwert DGF = 0 bezeichnet, die Gleichung 5 auf NDGI = (A + 1)/2 reduziert werden, wodurch die Richtungsgradientenbilder DGIMG normiert werden können. Durch Erhalten der korrespondierenden Zusammenhänge zwischen den Filterwerten DGF und den normierten Werten NDGI, z. B. durch Benutzen der Gleichung 5, können die Richtungsgradientenbilder DGIMG normiert werden.

Die 5A bis 5D zeigen normierte Richtungsgradientenbilder 510, 520, 530, 540 für eine Richtung von 0°, 45°, 90° bzw. 135°. Im Ausführungsbeispiel gemäß 5A bis 5D ist das normierte Richtungsgradientenbild 510 klar, z. B. sind Teile mit einer höheren Wahrscheinlichkeit einer richtigen Charakterisierung als Vordergrund oder Hintergrund in der Richtung von 0° vorhanden, das normierte Richtungsgradientenbild 520 ist klar in der Richtung von 45°, das normierte Richtungsgradientenbild 530 ist klar in der Richtung von 90° und das normierte Richtungsgradientenbild 540 ist klar in der Richtung von 135°.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 teilt die Bereichsklassifizierungseinheit 140 die normierten Richtungsgradientenbilder NDGIMG1 bis NDGIMG4 in eine Mehrzahl von Blöcken mit einer vorgegebenen Größe auf und kann jeden der mehreren Blöcke als mit dem Vordergrund oder dem Hintergrund des Fingerabdruckbildes assoziiert klassifizieren. Die Klassifizierung der Mehrzahl von Blöcken kann wenigstens zum Teil auf einer Varianz und Symmetriekoeffizienten für jeden der mehreren Blöcke basieren, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 umfasst die Bereichsklassifizierungseinheit 140 eine Blocksegmentierungseinheit 141, eine Varianzberechnungseinheit 143, eine Symmetriekoeffizientenberechnungseinheit 145 und eine Bereichsbestimmungseinheit 147.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 teilt die Blocksegmentierungseinheit 141 die normierten Richtungsgradientenbilder NDGIMG1 bis NDGIMG4 in die Mehrzahl von Blöcken mit der vorgegebenen Größe auf, so dass jeder der mehreren Blöcke ein Bildpunktgitter mit m Bildpunkten mal m Bildpunkten umfasst. Die normierten Richtungsgradientenbilder NDGIMG1 bis NDGIMG4 sind in p Blöcke und q Blöcke in Querrichtung bzw. Längsrichtung des Fingerabdruckbildes aufgeteilt. In einem Beispiel kann m gleich 16 sein, wobei die Blockgröße 16 Bildpunkte mal 16 Bildpunkte sein kann. Selbstverständlich können andere Ausführungsformen der Erfindung andere Blockgrößen verwenden. Zudem muss die Anzahl von Bildpunkten für die Länge und/oder Breite der Blöcke nicht gleich sein, wie z. B. in einem Quadratpixelgitter, sondern andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine andere Anzahl von Bildpunkten für die Längsrichtung und/oder Querrichtung des Bildpunktgitters aufweisen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 gewinnt die Varianzberechnungseinheit 143 Varianzen für eine Mehrzahl, z. B. vier, von Winkelrichtungen, z. B. 0°, 45°, 90° und 135°, bezüglich jedes Blocks der mehreren Blöcke. Die Varianzberechnungseinheit 143 bestimmt einen maximalen Wert unter den Varianzen für die Mehrzahl der Winkelrichtungen als Varianz für einen gegebenen Block.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird ein Mittelwert E von normierten Werten NDGI für jeden Bildpunkt bei der Mehrzahl von Winkelrichtungen für jeden der Mehrzahl von Blöcken mit der nachfolgenden Gleichung 6 erhalten und die Varianz der normierten Werte NDGI von jedem Bildpunkt bei der Mehrzahl von Richtungen wird für jeden der Mehrzahl von Blöcken mit der nachfolgenden Gleichung 7 bestimmt, welche als

gegeben sind, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position für einen der Mehrzahl von Blöcken in einem normierten Gradientenbild bezeichnet und eine Richtung i eine vorgegebene Winkelrichtung, z. B. 0°, 45°, 90° und 135°, der Richtungsgradientenfilter bezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet die Varianzberechnungseinheit 143 die Gleichungen 6 und 7, um einen maximalen Varianzwert für die Mehrzahl von Winkelrichtungen, welche für einen gegebenen Block durch die Richtungsgradientenfilter analysiert werden, als Varianz für den gegebenen Block zu bestimmen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 berechnet die Symmetriekoeffizientenberechnungseinheit 145 den Symmetriekoeffizienten für jeden der Mehrzahl von Blöcken mit der nachfolgenden Gleichung 8, welche nachfolgend ausführlicher beschrieben wird. Ein Symmetriekoeffizient HS ist ein Verhältnis der Anzahl von normierten Werten, welche kleiner als ein zentraler Wert in einer normierten Häufigkeitsverteilung sind, welche durch Normierung des Histogramms gemäß 3 erhalten wird, zu einer Anzahl von normierten Werten, welche größer als der zentrale Wert sind. In einem Beispiel kann der zentrale Wert in der Häufigkeitsverteilung gemäß 3 null sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann, wenn die Normierungseinheit 130 eine Normierung in einem Bereich von 0 bis 255 durchführt, der zentrale Wert 128 sein. Der Symmetriekoeffizient kann durch

erhalten werden, wobei die Koordinate (p, q) eine Position für einen der Mehrzahl von Blöcken in einem normierten Gradientenbild bezeichnet, eine erste Zahl CHL die Anzahl von normierten Werten bezeichnet, welche kleiner als der zentrale Wert sind, und eine zweite Zahl CHH die Anzahl von normierten Werten bezeichnet, welche größer als der zentrale Wert sind. Der normierte Koeffizient HS weist einen Wert zwischen 0 und 1 auf. In einem Beispiel nimmt die Symmetrie des normierten Koeffizienten HS zu, wenn sich der normierte Koeffizient HS dem Wert 0 annähert, und die Symmetrie nimmt ab, wenn sich der normierte Wert HS dem Wert 1 annähert.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bestimmt die Bereichsbestimmungseinheit 147 durch einen Vergleich der Varianz V, z. B. der maximalen Varianz, welche mit der Mehrzahl der Winkelrichtungen assoziiert ist, und des Symmetriekoeffizienten HS für einen gegebenen Block mit einem Varianzschwellwert TV und einem Symmetriekoeffizientenschwellwert THS, ob der gegebene Block mit einem Vordergrund oder einem Hintergrund assoziiert ist.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 können der Varianzschwellwert TV und der Symmetriekoeffizientenschwellwert THS unter Verwendung irgendeines bekannten statistischen Verfahrens, z. B. eines Verfahrens kleinster quadratischer Mittelwertabweichung (LMS-Verfahren), basierend auf Fingerabdruckbildern, welche bei verschiedenen Umgebungsbedingungen empfangen werden, z. B. von verschiedenen Fingerabdruckeingabevorrichtungen, bei verschiedenen Feuchtigkeitspegeln usw., statistisch bestimmt werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann, wie oben ausgeführt, die Helligkeitsdifferenz zwischen Bildpunkten im Hintergrund eines Fingerabdruckbildes im Vergleich mit dem Vordergrund des Fingerabdruckbildes niedriger sein. Daher können im Hintergrund die Varianz und die Symmetrie niedriger sein. Analog können im Vordergrund die Varianz und die Symmetrie höher sein. Die Bereichsbestimmungseinheit 147 kann jeden der Mehrzahl von Blöcken unter Verwendung der oben beschriebenen Eigenschaften, welche mit Vordergründen und Hintergründen assoziiert sind, als mit dem Vordergrund oder mit dem Hintergrund eines Fingerabdruckbildes assoziiert klassifizieren.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann die Bereichsbestimmungseinheit 147, wenn die Varianz für einen gegebenen Block höher als der Varianzschwellwert TV ist und der Symmetriekoeffizient HS niedriger als der Symmetriekoeffizientenschwellwert THS ist, den gegebenen Block als mit dem Vordergrundbereich assoziiert bestimmen. In einem anderen Beispiel kann die Bereichsbestimmungseinheit 147, wenn die oben beschriebenen Bedingungen für eine Vordergrundklassifizierung bei dem gegebenen Block nicht erfüllt sind, den gegebenen Block als mit dem Hintergrundbereich assoziiert bestimmen.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Fingerabdruckbereich durch eine Normierung einer Mehrzahl von Richtungsgradientenbildern segmentiert werden. Daher brauchen Schwellwerte, z. B. der Varianzschwellwert TV, der Symmetriekoeffizientenschwellwert usw., nicht für verschiedene Umgebungsbedingungen eingestellt werden, wie z. B. für verschiedene Fingerabdruckeingabevorrichtungen, für verschiedene Feuchtigkeitspegel usw. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 klassifiziert die Bereichsklassifizierungseinheit 140 unter bestimmten Bedingungen Bereiche von jedem der Mehrzahl von Blöcken eventuell nicht richtig. Die Nachverarbeitungseinheit 150 kompensiert Klassifizierungsfehler für einen gegebenen Block unter Verwendung von Informationen, welche Blöcke betreffen, die zum gegebenen Block benachbart sind. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 verwendet die Nachverarbeitungseinheit 150 ein Medianfilterverfahren. In einem Beispiel erzeugt die Nachverarbeitungseinheit 150 durch eine wiederholende Medianfilterung eines Fingerabdruckbildes ein Fingerabdruckbild SEGIMG, welches Korrekturen von Fehlern eines beispielsweise von der Bereichsklassifizierungseinheit 140 empfangenen Fingerabdruckbildes umfasst.

6A zeigt ein Fingerabdruckbild 610 vor einer Nachverarbeitung, während 6B ein resultierendes Fingerabdruckbild 620 nach der Nachverarbeitung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

In der Ausführungsform gemäß 6A umfasst das Fingerabdruckbild 610 falsch klassifizierte Blöcke. Mit einem Hintergrundbereich assoziierte Blöcke können beispielsweise fälschlich als mit einem Vordergrund assoziiert klassifiziert sein und umgekehrt. Die falschen Klassifikationen sind durch weiße Teile oder Löcher im Vordergrund, z. B. in den Stegen, des Fingerabdruckbildes 610 gemäß 6A repräsentiert. Im Ausführungsbeispiel gemäß 6B sind die weißen Teile oder Löcher, welche im Vordergrund des Fingerabdruckbildes 610 gemäß 6A offenkundig sind, durch eine beispielsweise durch die Nachverarbeitungseinheit 150 gemäß 1 ausgeführte Nachverarbeitung korrigiert, wie aus dem resultierenden Fingerabdruckbild 620 gemäß 6B ersichtlich ist.

7 zeigt ein Flussdiagramm eines Fingerabdruckbereichssegmentierungsprozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird im Schritt S710 ein eingegebenes Fingerabdruckbild von einer Fingerabdruckeingabevorrichtung empfangen. Das eingegebene Fingerabdruckbild kann einen Rauschanteil sowie Fingerabdruckinformationen umfassen. Der Rauschanteil des eingegebenen Fingerabdruckbildes wird im Schritt S703 während einer Vorverarbeitung reduziert, um ein Fingerabdruckbild mit reduziertem Rauschanteil zu erzeugen. In einem Beispiel umfasst die Vorverarbeitung eine gaußsche Filterung der Rauschkomponente des eingegebenen Fingerabdruckbildes.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird das rauschreduzierte Fingerabdruckbild in eine vorgegebene Anzahl von z. B. vier Winkelrichtungen, z. B. 0°, 45°, 90° und 135°, gefiltert und im Schritt S705 in eine Mehrzahl von Richtungsgradientenbildern konvertiert. Das rauschreduzierte Fingerabdruckbild kann beispielsweise durch eine Filterung der Helligkeitsdifferenz in jedem Bildpunkt in die gegebene Anzahl von Winkelrichtungen, z. B. 0°, 45°, 90° und 135°, mit den Richtungsgradienten in die Mehrzahl von Richtungsgradientenbildern konvertiert werden. In einem anderen Beispiel kann die Helligkeitsdifferenz für jeden Bildpunkt in die gegebene Anzahl von Winkelrichtungen durch die oben beschriebenen Gleichungen 1 bis 4 ausgedrückt werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird die Mehrzahl von Richtungsgradientenbildern im Schritt S707 normiert, um eine Mehrzahl von normierten Richtungsgradientenbildern zu erzeugen, z. B. für verschiedene Umgebungsbedingungen, welche mit dem eingegebenen Fingerabdruckbild assoziiert sind. Die Normierung kann eine Konvertierung der Mehrzahl von Richtungsgradientenbildern in Werte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs umfassen, z. B. von 0 bis A, wobei die Helligkeitsdifferenz für jeden Bildpunkt der Mehrzahl von Richtungsgradientenbildern normiert werden kann. Die normierte Helligkeitsdifferenz kann durch die oben angegebene Gleichung 5 ausgedrückt werden.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 werden die normierten Richtungsgradientenbilder im Schritt S709 in eine Mehrzahl von Blöcken aufgeteilt und als Vordergrund oder Hintergrund klassifiziert, um ein klassifiziertes Fingerabdruckbild zu erzeugen. Die Klassifizierung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 8 detaillierter beschrieben.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 wird das klassifizierte Fingerabdruckbild im Schritt S711 nachverarbeitet, um falsche Klassifizierungen, welche sich z. B. auf den Vordergrund, Hintergrund usw. beziehen, der Mehrzahl von Blöcken zu entfernen. Die Nachverarbeitung kann beispielsweise eine wiederholende Ausführung einer Medianfilterung des Fingerabdruckbildes umfassen.

8 zeigt ein Flussdiagramm eines Klassifizierungsprozesses gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird die Mehrzahl der im Schritt S707 erzeugten normierten Richtungsgradientenbilder im Schritt S801 in eine Mehrzahl von Blöcken mit einer vorgegebenen Größe aufgeteilt. In einem Beispiel kann die vorgegebene Größe 256 Bildpunkte in einem Bildpunktgitter mit einer Breite von 16 Bildpunkten und einer Länge von 16 Bildpunkten umfassen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 werden im Schritt S803 die Varianz der normierten Helligkeitsdifferenzen und der Symmetriekoeffizient der Helligkeitsdifferenz für jeden der Mehrzahl von Blöcken berechnet. Die Varianz für jeden der Mehrzahl von Blöcken kann beispielsweise als Maximalwert aus Varianzen in einer vorgegebenen Anzahl von Winkelrichtungen für einen korrespondierenden Block bestimmt werden. Die Varianzen unter der gegebenen Anzahl von Winkelrichtungen können basierend auf einem Mittelwert der normierten Helligkeitsdifferenzen, welcher z. B. unter Verwendung der Gleichung 6 berechnet wird, z. B. unter Verwendung der Gleichung 7 berechnet werden. Der Symmetriekoeffizient für jeden der Mehrzahl von Blöcken kann ein Verhältnis der Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen, welche größer als der zentrale Wert der normierten Helligkeitsdifferenzen sind, zu der Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen sein, welche kleiner als der zentrale Wert sind. Der Symmetriekoeffizient kann durch die oben beschriebene Gleichung 8 angegeben werden. Die Klassifizierung z. B. in einen Vordergrund oder Hintergrund für jeden der Mehrzahl von Blöcken kann wenigstens teilweise auf der Varianz und dem Symmetriekoeffizienten eines korrespondierenden Blocks basieren.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 wird die berechnete Varianz für jeden der Mehrzahl von Blöcken im Schritt S805 mit dem Varianzschwellwert verglichen. Wenn die berechnete Varianz größer als der Varianzschwellwert ist, wird im Schritt S807 der Symmetriekoeffizient mit dem Symmetriekoeffizientenschwellwert verglichen. Wenn der Symmetriekoeffizient kleiner als der Symmetriekoeffizientenschwellwert ist, wird der gegebene Block der mehreren Blöcke im Schritt S809 als mit dem Vordergrund eines Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert. Alternativ wird im Schritt S811, wenn der Vergleich anzeigt, dass die Varianz nicht großer als der Varianzschwellwert ist, oder der Vergleich anzeigt, dass der Symmetriekoeffizient nicht kleiner als der Symmetriekoeffizientenschwellwert ist, der gegebene Block der mehreren Blöcke als mit dem Hintergrund des Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert. In einem anderen Beispiel werden die oben im Hinblick auf die Schritte S803 bis S811 beschriebenen Vorgänge für jeden der Mehrzahl von Blöcken wiederholt.

Während die beispielhafte Methodik oben primär unter Bezug auf Hardware beschrieben wurde, wobei sie durch eine oder mehrere Komponenten des oben beschriebenen Beispielsystems implementiert ist, kann sie auch als Software in Form eines Computerprogramms ausgeführt werden. Ein Programm in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der Erfindung kann beispielsweise ein Computerprogrammprodukt sein, welches einen Computer veranlasst, ein Verfahren wie oben beschrieben zur Segmentierung eines Fingerabdruckbildes in eine Mehrzahl von Bereichen auszuführen.

Das Computerprogrammprodukt kann ein computerlesbares Medium mit eingebetteter Computerprogrammlogik oder eingebetteten Codeteilen umfassen, um es einem Systemprozessor zu ermöglichen, eine oder mehrere Funktionen gemäß der oben beschriebenen beispielhaften Methodik auszuführen. So kann die Computerprogrammlogik bewirken, dass der Prozessor das beispielhafte Verfahren oder eine oder mehrere Funktionen des hierin beschriebenen beispielhaften Verfahrens ausführt.

Das computerlesbare Speichermedium kann als Einbaumedium innerhalb eines Computergehäuses eingebaut sein oder als entnehmbares Medium ausgeführt sein, welches so angeordnet ist, dass es vom Computergehäuse getrennt werden kann. Beispiele für Einbaumedien umfassen wiederbeschreibbare nichtflüchtige Speicher wie RAM, ROM, Flashspeicher und Festplatten. Beispiele für entnehmbare Speicher umfassen optische Speichermedien wie CD-ROMs und DVDs, magnetooptische Speichermedien wie MOs, magnetische Speichermedien wie Disketten, Kassettenbänder und entnehmbare Festplatten, Medien mit einem eingebauten wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher, wie Speicherkarten, sowie Medien mit einem eingebauten ROM, wie ROM-Kassetten.

Diese Programme können auch in Form eines extern zugeführten Ausbreitungssignals und/oder als in eine Trägerwelle eingebettetes Computerdatensignal zur Verfügung gestellt werden. Das Computerdatensignal, welches eine oder mehrere Anweisungen oder Funktionen der beispielhaften Methodik enthält, kann von einer Trägerwelle zur Übertragung und/oder zum Empfangen durch eine Entität getragen werden, welche die Anweisungen oder Funktionen der beispielhaften Methodik ausführt. Die Funktionen oder Anweisungen des beispielhaften Verfahrens können beispielsweise durch Ausführen von einem oder mehreren Codesegmenten der Trägerwelle in einem Computer implementiert werden, welcher eine oder mehrere der Komponenten der beispielhaften Vorrichtung 100 gemäß 1 steuert, wobei Anweisungen oder Funktionen zum Segmentieren eines Fingerabdruckbildes gemäß dem beispielhaften, in 7 oder 8 dargestellten Verfahren ausgeführt werden können.

Zudem können solche Programme, wenn sie auf einem computerlesbaren Speichermedium aufgenommen sind, leicht gespeichert und verteilt werden. Das Speichermedium kann gemäß dem hierin beschriebenen beispielhaften Verfahren, wenn es von einem Computer gelesen wird, die Verarbeitung von Multimediadatensignalen, das Verhindern eines Kopierens dieser Signale, die Zuweisung von Multimediadatensignalen innerhalb einer Vorrichtung, welche zum Verarbeiten der Signale konfiguriert ist, und/oder die Verringerung der Kommunikationsbelastung in einer Vorrichtung freigeben, die zum Verarbeiten von Mehrfachmultimediadatensignalen konfiguriert ist.

Selbstverständlich können die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung auf verschiedene Weisen variiert werden. Während die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele vier Richtungsgradientenfilter umfassen, welche mit vier Winkelrichtungen korrespondieren, versteht es sich, dass andere Ausführungsbeispiele der Erfindung eine beliebige Anzahl von Richtungsgradientenfiltern und/oder Winkelrichtungen aufweisen können. Während die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele, z. B. in den 3 und 4C, mit einer symmetrischen Verteilung um einen Wert null dargestellt sind, versteht es sich, dass andere Ausführungsbeispiele der Erfindung eine asymmetrische Verteilung oder eine symmetrische Verteilung in Bezug auf einen anderen Wert aufweisen können, der beispielsweise nicht null ist. Während oben beispielhafte Gleichungen zur Erklärung der Berechnungen von Parametern wie Mittelwerten, Varianzen usw. angegeben sind, versteht es sich, dass in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung beliebige bekannte Gleichungen und/oder Verfahren zum Erzeugen der Parameter verwendet werden können.

Zudem ist das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel nicht auf die Verarbeitung eines eingegebenen Fingerabdruckbildes in vier Winkelrichtungen begrenzt, es kann vielmehr das eingegebene Fingerabdruckbild in einer beliebigen Anzahl von Winkelrichtungen verarbeiten. Gleichfalls können die Vorverarbeitungseinheit 110, die Richtungsgradientenfiltereinheit 120, die Normierungseinheit 130, die Bereichsklassifizierungseinheit 140 und die Nachverarbeitungseinheit 150 so konfiguriert werden, dass Signale verarbeitet werden, die mit einer beliebigen Anzahl von Winkelrichtungen, Bereichen usw. korrespondieren.

Während oben Richtungsgradientenfilter 122, 124, 126, 128, 220, 240, 260, 280 beschrieben wurden, versteht es sich zudem, dass in anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung ein beliebiger Richtungsfilter verwendet werden kann. Gleichfalls versteht es sich, dass, während oben eine Beschreibung als Richtungsgradientenbilder gegeben wurde, in anderen Ausführungsformen der Erfindung ein beliebiges Richtungsbild durch andere beispielhafte Richtungsfilter erzeugt werden kann.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Fingerabdruckbereichssegmentierung, gekennzeichnet durch

– eine Richtungsfiltereinheit (120), die ein eingegebenes Fingerabdruckbild empfängt und das eingegebene Fingerabdruckbild filtert, um eine Mehrzahl von Richtungsbildern zu erzeugen,

– eine Normierungseinheit (130), welche die Richtungsbilder eingangsseitig parallel empfängt und normiert, und

– eine Bereichsklassifizierungseinheit (140), welche die normierten Richtungsbilder eingangsseitig parallel empfängt und wenigstens zum Teil basierend auf Varianzen und Symmetriekoeffizienten jeweils in eine Mehrzahl von Blöcken aufteilt und jeden der Blöcke klassifiziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche weiter eine Vorverarbeitungseinheit (110) zum Reduzieren von Rauschen im eingegebenen Fingerabdruckbild umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Richtungsfiltereinheit eine Mehrzahl von Richtungsfiltern (122, 124, 126, 128) umfasst. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mehrzahl von Richtungsfiltern (122, 124, 126, 128) das eingegebene Fingerabdruckbild in einer Mehrzahl von Winkelrichtungen filtert. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei jeder der Richtungsfilter (122, 124, 126, 128) das eingegebene Fingerabdruckbild in einer anderen der Winkelrichtungen filtert. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Bereichsklassifizierungseinheit jeden der Blöcke als mit einem Vordergrund des Fingerabdruckbildes oder einem Hintergrund des Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Mehrzahl von Winkelrichtungen wenigstens eine der Richtungen 0°, 45°, 90° und/oder 135° umfasst. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Mehrzahl von Winkelrichtungen eine erste Winkelrichtung, eine zweite Winkelrichtung, eine dritte Winkelrichtung und eine vierte Winkelrichtung umfasst, wobei eine Helligkeitsdifferenz zwischen Bildpunkten im eingegebenen Fingerabdruckbild für die erste, zweite, dritte und vierte Winkelrichtung durch je eine der Gleichungen
repräsentiert wird, wobei DGF0, DGF45, DGF90, DGF135 die Helligkeitsdifferenz in den Winkelrichtungen 0°, 45°, 90° bzw. 135° bezeichnen, eine Koordinate (x, y) die Position des Bildpunktes im Richtungsbild anzeigt, d einen Abstand des Bildpunktes bezeichnet und 2m + 1 die Breite eines korrespondierenden Richtungsfilters bezeichnet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei m gleich 1 ist und d gleich 2 ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Normierungseinheit das wenigstens eine normierte Richtungsbild durch eine Normierung von Helligkeitsdifferenzen für jeden Bildpunkt des wenigstens einen Richtungsbildes in Werte innerhalb eines vorgegebenen Bereiches erzeugt. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei sich der gegebene Bereich von 0 bis A erstreckt und die normierte Helligkeitsdifferenz durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei NDGI die normierte Helligkeitsdifferenz bezeichnet, min eine Helligkeitsdifferenz bezeichnet, die mit den untersten 1% einer Helligkeitsverteilung korrespondiert, &thgr; eine von mehreren Winkelrichtungen bezeichnet, die mit dem wenigstens einen Richtungsfilter assoziiert sind, und max die Helligkeitsdifferenz bezeichnet, welche mit den höchsten 1% der Helligkeitsverteilung korrespondiert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei A gleich 255 ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Bereichsklassifizierungseinheit umfasst:

– eine Blocksegmentierungseinheit (141), welche das normierte Richtungsbild in eine Mehrzahl von Blöcken aufteilt, wobei jeder der Mehrzahl von Blöcken eine vorgegebene Größe aufweist,

– eine Varianzberechnungseinheit (143), welche eine erste Varianz von normierten Helligkeitsdifferenzen in jedem der Mehrzahl von Blöcken berechnet,

– eine Symmetriekoeffizientenberechnungseinheit (145), welche einen Symmetriekoeffizienten der normierten Helligkeitsdifferenz in jedem der Mehrzahl von Blöcken berechnet, und

– eine Bereichsbestimmungseinheit (147), welche eine Klassifikation, die mit jedem der Mehrzahl von Blöcken assoziiert ist, wenigstens zum Teil basierend auf der berechneten ersten Varianz und dem berechneten Symmetriekoeffizienten bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Varianzberechnungseinheit einen Mittelwert der normierten Helligkeitsdifferenzen bei einer Mehrzahl von Winkelrichtungen für jeden der Mehrzahl von Blöcken berechnet, eine zweite Varianz der normierten Helligkeitsdifferenzen bei der Mehrzahl von Winkelrichtungen für jeden der Mehrzahl von Blöcken berechnet und einen maximalen Wert aus den berechneten zweiten Varianzen bei der Mehrzahl von Winkelrichtungen als die erste Varianz für einen der Mehrzahl von Blöcken auswählt. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Mittelwert durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position für einen der Mehrzahl von Blöcken in dem wenigstens einen normierten Bild bezeichnet und i eine der Mehrzahl von Winkelrichtungen bezeichnet.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die zweite Varianz durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position für einen der Mehrzahl von Blöcken in dem wenigstens einen normierten Bild bezeichnet und i eine der Mehrzahl von Winkelrichtungen bezeichnet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Symmetriekoeffizientenberechnungseinheit den Symmetriekoeffizienten für jeden der Mehrzahl von Blöcken basierend auf einem Verhältnis einer Anzahl der normierten Helligkeitsdifferenzen, welche größer als ein zentraler Wert in einer Helligkeitsverteilung sind, zu einer Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen berechnet, welche kleiner als der zentrale Wert in der Helligkeitsverteilung sind. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Symmetriekoeffizient durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position eines der Mehrzahl von Blöcken in dem wenigstens einen normierten Bild bezeichnet, CHL die Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen bezeichnet, welche kleiner als der zentrale Wert der Helligkeitsverteilung sind, und CHH die Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen bezeichnet, welche größer als der zentrale Wert in der Helligkeitsverteilung sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Bereichsbestimmungseinheit einen gegebenen Block als mit einem Vordergrund des eingegebenen Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert, wenn die Varianz größer als ein Varianzschwellwert ist und der Symmetriekoeffizient kleiner als ein Symmetriekoeffizientenschwellwert ist, und einen gegebenen Block als mit einem Hintergrund des eingegebenen Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert, wenn die Varianz nicht größer als der Varianzschwellwert ist und der Symmetriekoeffizient nicht kleiner als der Symmetriekoeffizientenschwellwert ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, wobei die Vorverarbeitungseinheit das Rauschen mit einem gaußschen Filterprozess reduziert. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, welche weiter eine Nachverarbeitungseinheit (150) umfasst, die eine Klassifikation von wenigstens einem falsch klassifizierten Block unter der Mehrzahl von Blöcken korrigiert. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei der wenigstens eine korrigierte Block anfänglich von der Bereichsklassifizierungseinheit falsch klassifiziert ist. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei die Nachverarbeitungseinheit den wenigstens einen falsch klassifizierten Block durch eine wiederholende Medianfilterung des Fingerabdruckbildes korrigiert, in welchem der falsch klassifizierte Block klassifiziert ist. Verfahren zum Segmentieren eines Fingerabdruckbildes, gekennzeichnet durch die Schritte:

– Filtern eines eingegebenen Fingerabdruckbildes, um eine Mehrzahl von Richtungsbildern zu erzeugen,

– paralleles Normieren der Richtungsbilder,

– Aufteilen jedes der normierten Richtungsbilder in eine Mehrzahl von Blöcken, wobei das Aufteilen wenigstens zum Teil auf einer Varianz und einem Symmetriekoeffizienten von jedem der Mehrzahl von Blöcken basiert, und

– Klassifizieren eines jeden der Mehrzahl von Blöcken.
Verfahren nach Anspruch 24, welches weiter eine Vorverarbeitung des eingegebenen Fingerabdruckbildes umfasst, um vor dem Filtern Rauschen zu reduzieren. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, wobei das Filtern ein Filtern des eingegebenen Fingerabdruckbildes bei einer Mehrzahl von Winkelrichtungen umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, wobei die Klassifizierung jedes der Mehrzahl von Blöcken als mit einem Vordergrund des eingegebenen Fingerabdruckbildes oder einem Hintergrund des eingegebenen Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Mehrzahl von Winkelrichtungen wenigstens eine der Richtungen 0°, 45°, 90° und/oder 135° umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, wobei die Mehrzahl von Winkelrichtungen eine erste Winkelrichtung, eine zweite Winkelrichtung, eine dritte Winkelrichtung und eine vierte Winkelrichtung umfasst, wobei eine Helligkeitsdifferenz zwischen Bildpunkten des eingegebenen Fingerabdruckbildes für die erste, zweite, dritte und vierte Winkelrichtung durch je eine der Gleichungen
repräsentiert wird, wobei DGF0, DGF45, DGF90, DGF135 die Helligkeitsdifferenz in den Winkelrichtungen 0°, 45°, 90° bzw. 135° bezeichnen, eine Koordinate (x, y) die Position des Bildpunktes im Richtungsbild anzeigt, d einen Abstand des Bildpunktes bezeichnet und 2m + 1 die Breite eines korrespondierenden Richtungsfilters bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei m gleich 1 ist und d gleich 2 ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, wobei die Normierung umfasst, dass die Helligkeitsdifferenzen für jeden Bildpunkt des wenigstens einen Richtungsbildes in Werte innerhalb eines gegebenen Bereichs normiert werden. Verfahren nach Anspruch 31, wobei sich der gegebene Bereich von 0 bis A erstreckt und die normierte Helligkeitsdifferenz durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei NDGI die normierte Helligkeitsdifferenz bezeichnet, min eine Helligkeitsdifferenz bezeichnet, welche mit den untersten 1% einer Helligkeitsverteilung korrespondiert, &thgr; eine der Winkelrichtungen bezeichnet, welche mit dem wenigstens einen Richtungsfilter assoziiert sind, und max die Helligkeitsdifferenz bezeichnet, welche mit den höchsten 1% der Helligkeitsverteilung korrespondiert.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei A gleich 255 ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 33, wobei der Klassifizierungsschritt die folgenden Schritte umfasst:

– Aufteilen des wenigstens einen normierten Richtungsbildes in eine Mehrzahl von Blöcken, wobei jeder der Mehrzahl von Blöcken eine gegebene Größe aufweist,

– Berechnen einer ersten Varianz von normierten Helligkeitsdifferenzen für jeden Block der Mehrzahl von Blöcken,

– Berechnen eines Symmetriekoeffizienten der Helligkeitsdifferenz für jeden der Mehrzahl von Blöcken und

– Bestimmen einer Klassifikation, welche mit jedem der Mehrzahl von Blöcken assoziiert ist, basierend auf der berechneten ersten Varianz und des berechneten Symmetriekoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 34, wobei die Berechnung der ersten Varianz folgende Schritte umfasst:

– Berechnen eines Mittelwerts der normierten Helligkeitsdifferenzen bei einer Mehrzahl von Winkelrichtungen für jeden der Mehrzahl von Blöcken,

– Berechnen einer zweiten Varianz der normierten Helligkeitsdifferenzen bei der Mehrzahl von Winkelrichtungen für jeden der Mehrzahl von Blöcken und

– Auswählen eines maximalen Werts aus den berechneten zweiten Varianzen bei der Mehrzahl von Winkelrichtungen als die erste Varianz für einen der Mehrzahl von Blöcken.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei der Mittelwert durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position eines der Mehrzahl von Blöcken in dem wenigstens einen normierten Bild bezeichnet und i eine der Mehrzahl von Winkelrichtungen bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, wobei die zweite Varianz durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position eines der Mehrzahl von Blöcken in dem wenigstens einen normierten Bild bezeichnet und i eine der Mehrzahl von Winkelrichtungen bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 37, wobei die Berechnung des Symmetriekoeffizienten auf einem Verhältnis einer Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen, welche größer als ein zentraler Wert sind, zu einer Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen basiert, welche kleiner als der zentrale Wert sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 38, wobei der Symmetriekoeffizient durch die Gleichung
ausgedrückt wird, wobei eine Koordinate (p, q) eine Position eines der Mehrzahl von Blöcken in dem wenigstens einen normierten Bild bezeichnet, CHL die Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen bezeichnet, welche kleiner als der zentrale Wert sind, und CHH die Anzahl von normierten Helligkeitsdifferenzen bezeichnet, welche größer als der zentrale Wert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 39, wobei die Bestimmung der Klassifizierung einen gegebenen Block als mit dem Vordergrund des eingegebenen Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert, wenn die Varianz größer als ein Varianzschwellwert ist und der Symmetriekoeffizient kleiner als ein Symmetriekoeffizientenschwellwert ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 40, wobei die ermittelte Klassifizierung einen gegebenen Block als mit dem Hintergrund des eingegebenen Fingerabdruckbildes assoziiert klassifiziert, wenn die Varianz nicht größer als ein Varianzschwellwert ist und der Symmetriekoeffizient nicht kleiner als ein Symmetriekoeffizientenschwellwert ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 41, wobei die Vorverarbeitung ausgeführt wird, bevor das wenigstens eine Richtungsbild erzeugt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 42, wobei die Vorverarbeitung einen gaußschen Filterprozess umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 43, welches weiter ein Korrigieren der Klassifikation von wenigstens einem Block umfasst, welcher in der ermittelten Klassifikation falsch klassifiziert wurde. Verfahren nach Anspruch 44, wobei das Korrigieren umfasst, dass wiederholt ein Medianfilterungsprozess ausgeführt wird.






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