DE2831582C2

DE2831582C2 - Verfahren zur Identifizierung einer Person und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2831582C2
Application number: DE2831582A
Authority: DE
Inventors: Clifford H. Portland Oreg. Moulton
Original assignee: PALMGUARD Inc BEAVERTON OREG US
Current assignee: PALMGUARD Inc BEAVERTON OREG US
Priority date: 1977-07-21
Filing date: 1978-07-18
Publication date: 1986-01-09
Also published as: FR2398351A1; GB1601987A; US4186378A; NL7806835A; DE2831582A1; FR2398351B1; JPS5452428A; CA1121914A

Description

Zeilenweises Abtasten einer Handfläche zum Erhalt von Abtastwerten;
Auswahl von in einer Zeile befindlichen hervorstechenden Abtastwerten;
Entwickeln aus in benachbarten Zeilen befindlichen hervorstechenden Abtastwerten zu Linien;

Auswahl der entwickelten Linien nach der Güte der Anpassung;

Auswahl der Linien nach Lage und Richtung als zu untersuchende Signalgrößen;
Vergleich von Lage und Richtung der Linien mit gespeicherten Identifizierungsdaten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die analogen Abtastwerte differenziert werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu. untersuchenden Signalgrößen in einer Reihenfolge vci der höchsten zur geringsten Güte der Anpassung gruppiert werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergleich von Lage und Richtung der Linien mit gespeicherten Identifizierungsdaten die Qualität der Korrelation festgestellt und hieraus ein Entscheidungssignal erzeugt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche mit einer photoelektronischen Detektoranordnung, an die eine Videosignal-Verarbeitungsschaltung angeschlossen ist, mit der ein Analog-Digital-Umsetzer verbunden ist, der den Analogwerten proportionale Quantisierungswerte erzeugt und der einen Bildspeicher speist, an den eine Analysierschaltung angeschlossen ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Analysierschaltung (25) eine erste Anordnung (28) zur sequentiellen Feststellung von Startpunkten von Linien, eine zweite Anordnung (30) zur Erkennung des Verlaufs der Linien und eine dritte Anordnung (32) zur Gruppierung der als Linien festgestellten hervorstechenden Abtastwerte, Linienqualitäts- und Linienrichtungswerte in Matrixform aufweist.

b. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich vor dem Analog-Digital-Umsetzer (16) eine Differenzierschaltung (14) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung mich Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysierschaltung (25) eine Anordnung (38,50) zur Auswahl und Abspcicheriing ti der Krkcnnungsdaten, die Güte der Erkennungsdaten und der Richtung der Linien in den Erkennungsdaten in der Rangordnung von der höchstens zur

geringsten Güte aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem die Rangordnung der Erkennungsdaten, die Güte der Erkennungsdaten und die Richtung der Linien in den Erkennungsdaten Enthaltenden Speicher (50) eine Testschaltung (75) verbunden ist, die über weitere Eingänge an einen Bilddaten enthaltenden Bildspeicher (70) angeschlossen ist, daß eic Tesischaltung (75) eine Anordnung (78) zur Bestimmung der Qualität der Korrelation für die Daten an ihren Eingängen aufweist und daß die Anordnung (78) mit einer Auswertanordnung (85) verbunden ist, die eine die Übereinstimmung bestätigende oder vorwerfende Meldung sendet.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung einer Person mittels optoelektronischer Abtastung von Teilen der Hand, wobei analoge Signale erzeugt werden, die den an den abgetasteten Stellen herrschenden Lichtintensitäten proportional sind und die in digitale Bilddaten umgewandelt werden, die in einen Bildspeicher eingegeben werden, dessen Inhalt analysiert und zur Erzeugung aon Identifizierungsdaten verwendet wird, die sich auf auffällige Charakteristiken beziehen. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE-OS 22 30 400 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren zur Analyse von Fingerabdrücken erfolgt die Abtastung in einem vergleichsweise komplizierten kombinierten linearen und zirkulären Abtastmodus, um kartesische und Polarkoordinaten zu erhalten. Die Abtastwerte im Polarkoordinatensystem werden in einer Entscheidungslogik ausgewertet, die auf das gleichzeitige Auftreten vorab zugeordneter Wer?^r; in verschiedenen Abtastkreisbahnen anspricht. Wird durch einen Vergleich in der Entscheidungslogik eine Übereinstimmung zwischen den vorab eingestellten und den gemessenen Werten festgestellt, so erfolgt eine Speicherung der kartesischen und der Polarkoordinatenwerte. Für eine Identifizierung müssen also Daten Abtastwert für Abtastwert, wie sie der gesamten abgetasteten Fläche entsprechen, miteinander verglichen werden. Für die Mustererkennung ist daher ein hoher Aufwand erforderlich.

Aus der DE-OS 24 17 282 ist ein Verfahren zur Identifizierung von Fingerabdrücken bekannt, bei dem zunächst der gesamte Fingerabdruck rasterweise abgetastet wird. Aus dieser vielstufigen Information wird über einen Schwellenwertvergleich ein zweistufiges (schwarz/weiß) Bild erhalten, wobei aus einem vorgebbaren Rahmen fallende Bildpunkte unterdrückt werden. Daraufhin erfolgt die eigentliche Mustererkennung anhand kennzeichnender Punkte, beispielsweise Enden von Fingerabdrucklinien oder deren Gabelungen, wofür eine xy-Koordinate und eine Richtungskoordinate wie etwa ein Winkel gespeichert wird. Eine Bildung von Linien aus in benachbarten Zeilen liegenden hervorstehenden Abtastpunkten wie beim Verfahren gemäß der Erfindung findet ebensowenig stall wie eine Wahl von Lage und Richtung derartiger Linien als zu untersuchenden Signaigrößen.

Auf ähnliche Weise werden bei dem Verfahren, wie es beispielsweise aus der DE-OS 26 27 981 bekannt ist.

Fingerabdrucksignale digital in einem Bildspeicher eingegeben und es erfolgt eine Analyse von Fingerabdrucklinienenden und -gabelungen.

Weiterhin ist beispielsweise aus der US-PS 35 81 282 ein Verfahren zur Identifizierung von Personen bekannt, bei welchem eine Handfläche in vorgegebenen Bereichen abgetastet wird, welche durch die Größe einer Blende in einer drehbaren Scheibe gegeben sind. Sämtliche bei der Abtastung erhaltenen Werte werden gespeichert und zum Vergleich mit den bei einer späteren Abtastung gewonnenen Werten benötigt

Den bekannten Verfahren ist gemeinsam, daß eine Vielzahl von Daten, welche im wesentlichen der gesamten abgetasteten Fläche entsprechen, gespeichert und für die Identifizierung benötigt wird. Dies stellt hohe Anforderungen an die erforderliche Speicherkapazität und begrenzt die Schnelligkeit des Vergleiches.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren weiterzuentwickeln und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, bei welchem der Aufwand für die Mustererkennung verringert wird.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:

25

Zeilenweises Abtasten einer Handfläche zum Erhalt von Abtastwerten;

Auswahl von in einer Zeile befindlichen hervorstechenden Abtastwerten;

Bildung von Linien aus in benachbarten Zeilen befindlichen hervorstechenden Abtastwerten;
Qualitätsauswahl der Linien;
Auswahl von Lage und Richtung der Linien als zu untersuchende Signalgrößen;

Vergleich von Lage und Richtung der Linien mit gespeicherten Identifizierungsdaten.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ist nur eine Abtastung erforderlich. Trotzdem werden Informationen erhalten, welche über die ursprünglich gewönnenen in ihrer Aussagekraft hinausgehen und so eine Datenreduktion ermöglichen, aufgrund derer die Speicherkapazität verkleinert und die Rechenzeit herabgesetzt werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abtasiwerte als analoge Signale differenziert werden. Hierdurch wird auf einfache Weise die Gewinnung hervorstechender Abtastwerte erleichtert und somit auch die Qualitätsauswahl der Linien.

Werden gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausfühningsform der Erfindung d'^ zu untersuchenden Signalgroßen in einer Reihenfolge von der höchsten zur geringsten Qualität gruppiert, so läßt sich für jeden Einzelfall festlegen, welcher Grad an Übereinstimmung erforderlich oder wünschenswert ist, und beispielsweise der Vergleich abbrechen, indem nur bis zu einer bestimmten Minimalqualität hin eine Untersuchung stattfindet, so daß der erforderliche Aufwand weiter reduziert werden kann.

Ks kann auch, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, beim Vergleich von Lage und Richtung der Linien mit gespeicherten Identifi/.icrungsdaien die Korrelation festgestellt und hieraus ein Entscheidungsrignal erzeugt werden. Den jeweils erforderlichen Genauigkeitsanforderungen kann auf einfache Weise durch entsprechende Wahl des KorrelationsKrudcs Rechnung getragen werden.

Bei einer Vorrichtung, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 24 17 282 bekannt ist. zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, mit einer photoelektroniächen Detektoranordnung, an die eine Videosignal-Verarbeitungsschaltung angeschlossen ist, mit der ein Analog-Digital-Umsetzer verbunden ist, der den Analogwerten proportionale Quantisierungswerte erzeugt und der einen Bildspeicher speist, an den eine Analysierschaltung angeschlossen ist, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Analysierschaltung eine erste Anordnung zur sequentiellen Feststellung von Startpunkten von Linien, eine zweite Anordnung zur Erkennung des Verlaufs der Linien und eine dritte Anordnung zur Gruppierung der als Linien festgestellten hervorstechenden Abtastwerte, Linienqualitäts- und Linienrichtungswerte in Matrixform aufweist Diese Vorrichtung ermöglicht es, mit relativ wenig gespeicherten Identifizierungsdaten ein hohes Maß an Genauigkeit bei der Prüfung def Übereinstimmung zu erreichen.

Ist gemäß einer weiteren Vorteilhakan Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich vor dem Analog-Digital-Umsetzer eine Differenzierschaltung vorgesehen, so können mit wenig Aufwand differenzierte Abtastwere erhalten werden.

Mit tiner weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, bei der die Analysierschaltung eine Anordnung zur Auswahl und Abspeicherung der Abtastwerte, der Qualität der Abtastwerte und der Richtung der Linien in den Abtastwerten in der Rangordnung von der höchsten zur geringsten Qualität aufweist, werden auf schaltungstechnisch einfache Weise die Signaigrößen gruppiert.

Schließlich ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß mit einem die Rangordnung der Abtastwerte, die Qualität der Abtastwerte und die Richtung der Linien in den Abtastwerten enthaltenden Speicher eine Testschaltung verbunden ist, die über weitere Eingänge an einen Bilddaten enthaltenden Bildspeicher angeschlossen ist, daß die Testschaltung ^e'^ne Korrelationsbestimmungsanordnung für die Daten an ihren Eingängen aufweist und daß die Korreiationsbestimmungsanordnung mit einer Auswertanordnung verbunden ist, die eine die Übereinstimmung bestätigende oder verwerfende Meldung sendet. Hierdurch wird in wenig aufwendiger Weise die Analysierschaltung ergänzt und die Korrelation ermöglicht

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Identifizierungssy stems,

F i g. 2A und 2B ein Flußdiagramm des mit »SINCH« bezeichneten Analysierverfahrens, das mit der Analysierschaltung des in F i g. 1 dargestellten Systems ausgeübt werde., kann,

Fig.3A bis 3G Muster von Bildelementen, die zur Festlegung von Detiileigenschaften erfaßt werden,

F i g. 4A bis 4C ein vollständiges Flußdiagramm des mit »INCH« bezeichneten Analysierverfahrens, das durch den Erkennungsdatenanalysatorteil des ir. F i g. 1 dargestellten Systems ausgeübt werden kann,

F i g. 5 ein Flußdiagramm des mit »BA TON« bezeichneten Analysierverfi .hrens,

Fig.6A und 6B ein Flußdiagramm des mit »SCAN« bezeichneten Prüfverfahrens,

Fig.7 ein Flußdiagramm des mit »CORRELATE«

bezeichneten Prüfverfahrens.

Der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines vollständigen Identifizierungssystems gemäß einer kommerziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu entnehmen. Dieses System dient zur Identifizierung einer Person durch Erkennung des Rücken-Furchen-Musters der Fläche einer menschlichen Hand. Das System ist im Hinblick auf die Erzeugung dieser Information optimiert

Das System enthält eine Aufnahmeeinheit 10 für die Erkennungsdaten, einen Bildspeicher 20, eine Analysierschaltung 25, Speicher 50, eine zweite Aufnahmeeinheit 60 für Erkennungsdaten, einen zweiten Bildspeicher 70, eine Tcstschaltung 75, eine Auswertanordnung 85, eine logische Sterer- und Überwachungseinheit 90 und eine Tastatur 95.

Eine geeignete, nicht dargestellte Ausrichteinrichtung kann für die Auflage der Hand vorgesehen werden, um diC richtige Registrierung uc5 Mariuiiaciicnaburucks bei der ursprünglichen Aufzeichnung des Erkennungsbildmusters durch die Aufnahmeeinheit und jeder nachfolgenden Darbietung der Handfläche zur Identitätsfeststellung mittels der Aufnahmeeinheit 60 zu erleichtern. Eine Benutzer-Inderititätskodenummer ist jeder Person zugeordnet. Diese Nummer wird zusammen mit ihren Erkennungsdaten gespeichert, um deren Wiedergewinnung zu erleichtern. Sie kann auch dazu verwendet werden, die Ausrichteinrichtung für die richtige Registrierung einzustellen, dsi die Handgrößen unterschiedlich sind.

Die Aufnahmeeinfceit 10 für die Erkennungsdaten enthält eine Kamera 12, eine Verstärkungsschaltung 14 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 16. Eine passende Kamera 12 kann ein Fernseh-Vidicon oder ein ladungsgekoppelter Festkörperbildsensor, wie z. B. die Fairchild-Type CCD 202. sein. Diese Kamera tastet ein Bild rasterförmig ab und gibt ein analoges Spannungssignal aus, das den Lichtstärkewerten entspricht, die von dem Bild bei jeder horizontalen Abtastung erhalten werden, wobei eine positive Spitze einer Erhöhung im Handflächenmuster und eine negative Spitze einer Vertiefung im Handflächenmuster entspricht. Die Verstärkungsschaltung 14 verstärkt die positiven und negativen Spitzen des Analogssignals, um die hellen und dunklen Pegel der hervorstechenden Abtastpunkte stärker zu betonen. Eine herkömmliche Differenzierschaltung, wie ein Reihenkondensator und ein Parallelwiderstand, erzeugen die gewünschte Hervorhebung. Das verstärkte analoge Signal wird anschließend durch den A/D-Wandler 16 quantisiert. um numerische digitale Daten verfügbar zu machen, die den verschiedenen quantisierten Spannungspegelr; entsprechen. Es sind viele herkömmliche Analog-Digital-Wandler für diesen Zweck benutzbar.

Das quantisierte cider »digitalisierte« Signal wird dann Zeile für Zeile in einem 10 000-EIementen-Bildspeicher 20 abgespeichert, so daß im wesentlichen ein 100-Elemente mal lOCI-Elemente-Bild des Handflächenbildmusters im Bildspeicher enthalten ist. Wird dieses Bild ausgelesen und aiuf einem X- Y-Anzeigegerät sieht- ω bar gemacht, die vertikal orientierten Bildmusterkomponenten bzw. Rücken- und Furchenlinien hervorstechender als die horizontal orientierten Linsen, weil der Verstärkungsvorgang stattfindet, wenn jede horizontale Linie aufgezeichnet wird Auf diese Weise wird ein optimiertes Bild für die Analyse und das Testverfahren hergestellt, wie später noch beschrieben wird.

Eine Analysierschakung 25 umfaßt eine Anzahl Nur-Lese-Speicher (ROM's), die spezifische logische Schritte enthalten (eingebrannte Programmbcfehle). Sie dienen zur elementweisen Analyse des im Bildspeicher 20 gespeicherten Musters. Die Nur-I.ese-Speicher umfassen das SINCH ROM 28, das INCH ROM «), das SHC MENTS ROM 32 und das BA ION ROM 34. l-iii Speicher mit wahlfreiem Zugriff 36 (RAM) ist mil ilen ROM'S 28, 30, 32 und 34 verbunden, um temporär Daten zu speichern, die während des Analysiervorgangs erzeugt werden. Kurz gesagt, erfaßt das SINCH ROM 28 jedes Bildelement in einer horizontalen Zeile, mit der untersten Zeile zu Anfang, um mögliche Startpunktc festzustellen, die zur Erzeugung hervorstechender Bildmusterlinien dienen. Die X-V-Lagen von möglichen Startpunkten, die entweder positive oder negative Spitzen sein können, werden temporär im RAM36 gespeichert. Das INCH ROM 30 versucht danach, hervorstechende Musterlinien zu entwickeln, indem im allgemeinen das Bild in Richtung nach oben erfaßt wird, um festzustellen, ob die Information über Spitzen, die einer Erhöhung oder einer Vertiefung entsprechen, sich über eine Strecke fortsetzt. Die X- K-Positionen dieser Daten werden anschließend in Matrizen ins RAM3f> eingegeben. Das SEGMENTS ROM 32 teilt die vom INCH ROM30 entwickelten Matrizen von Daten in eine Anzahl Segmente auf, die sich am besten den erwarteten Einzelheiten der Information des gespeicherten Erkennungsbt.umusters anpassen lassen. Das BATON ROM 34 prüft danach jedes Segment, um diejenigen Segmente mit dem besten Informationsinhalt zu bestimmen. Damit werden Erkennungsdaten in Form bidirektionaler Vektoren erzeugt, die Haupterhöhungen und Hauptvertiefungen des Handflächenbildmusters entsprechen. Die unsortierten Erkennungsdaten werden in eine Matrix des RAM 36 eingegeben. In diesem Stadium enthalten die Erkennungsdaten die X- K-Position des Mittelpunkts jedes bidirektionaler Vektors oder BATONS, die Vektorrichtung, einen Gütefaktor, der von Durchschnittslichtstärkewerten in der Nähe abhängt, und die Polarität. Das RANK ROM 38 enthält einen Satz von logischen Schritten über Programmbefehle, mit denen die unsortierten Erkennungsdaten nach ihrer Güte geordnet werden, so daß die auf die hervorstechendsten Einzelheiten des Erkennungsbildmusters bezogenen Erkennungsdaten gespeichert und für die nachfolgende Bestätigung der Identität verwendet werden können.

Das SINCH- und INCH-Verfahren sind methodische und geordnete Mittel zur Analyse der Bildinformation. Entweder das eine oder das andere oder beide dieser Verfahren können jedoch auch ausgelassen werde", um eine weniger verfeinerte, schnellere Analyse vorzusehen, was wiederum eine verminderte Genauigkeit ergeben kann. Dies hängt von den Einzelheiten des verfügbaren Bildes ab. Das System wurde beispielsweise nur unter Verwendung des BA TON-Verfahrens auf systematische Weise geprüft, nach der ein vorher festgelegtes Muster oder eine Anzahl Bildelemente geprüft und daraus Erkennungsdaten abgeschieden werden. Die Analyse wird so schneller ausgeführt, jedoch kann sie wichtige Bildeinzelheiten verfehlen. In ähnlicher Weise kann eniweder das SINCH- oder INCH-\erfahren in Verbindung mit dem BA TON-Verfahren benutzt werden, um die Wahrscheinlichkeit der Ortung von Haupterkennungsdaten zu erhöhen. Bis zu einem gewissen Punkt ist die Sicherheit einer genauen Identifizierung unmittelbar proportional der Zahl der Hauptinformationsdaten, die aus dem Bild gewonnen werden. Ober diesen Punkt hinaus sind zusätzlich entnommene Daten

nicht notwendig.

Erkennungsdaten, die von der Analysierschaltung 25 erhalten werden, werden gemeinsam mit der Identitätskodenummer des Benutzers in Datenspeichern 50 gespeichert. Als Datenspeicher eignen sich Speichermedien für die permanente Speicherung wie Magnetplatten, Magnetbänder, Magnetkassetten oder Magnetkarten. Di* Daten können auf einen späteren Befehl hin zur Bestätigung der Identität wiedergewonnen werden.

Die zweite Aufnahmeeinheit 60 für die Erkennungsdaten wird zur Bestätigung der Identität verwendet. Die Kamera 62, die Verstärkungsschaltung 64 und der A/D-Wandler 66 entsprechen denjenigen Teilen, die oben in Verbindung mit der Aufnahmeeinheit 10 für die Erkennungsdaten beschrieben worden sind. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß in einigen Systemen die Aufnahmeeinheit 10 sowohl für die Gewinnung der ursprünglichen Erkennungsdaten als auch für die nachfolgende Bestätigung der Identität verwendet werden kann. Dadurch wird die zweite Aufnahmeeinheit 60 entbehrlich. Das gleiche gilt für den Bildspeicher 70, der gleich dem Bildspeicher 20 ist.

Zur Bestätigung der Identität tastet der Benutzer seine Identifizierungskodenummer auf der Tastatur 95 ein. Begreiflicherweise könnte die Tastatur 95 durch einen Kartenieser ersetzt werden, der zur Ablesung von Informationen von plastischen, brieftaschenförmigen Karten bestimmt ist, auf denen ein magnetischer Streifen angeordnet ist. Als eine weitere Alternative kann eine Tastatur-Kartenleser-Kombination verwendet werden. Zusätzlich kann die Tastatur »Bereitschaftsw-Leuchten oder hörbare Signale aufweisen, um den Benutzer durch eine Reihe von Maßnahmen zu führen. Der Benutzer legt seine Hand in die Ausrichteinrichtung, die oben erwähnt wurde, worauf die logische Steuer- und Überwachungseinheit 90 die Kamera 62 einschaltet, um das Handflächenabdruckmuster zu lesen. Die logische Steuer- und Uberwäehüfigscinheit kann eine passende Minicomputer- oder Microprocessor-Hardware sein. Beide wurden für die Entwicklung von Prototypen der vorliegenden Erfindung erfolgreich benutzt. Die kommerzielle Ausführungsform verwendet einen Zilog Z 80 Mikroprozessor. Das verstärkte Handflächenabdruckmuster wird in einem 10 000-Elementen-Speicher 70 Zeile für Zeile in gleicher Weise gespeichert, wie es oben in Verbindung mit dem Bildspeicher 20 beschrieben wurde.

Die Testeinheit 75 vergleicht die in den Datenspeicher 50 enthaltenen Erkennungsdaten mit der neu erhaltenen Bildinformation in dem Bildspeicher 70. Die Identitätskodenummer des Benutzers gewährleistet die Wiedergewinnung korrekter Daten aus den Speichern. Die Testeinheit 75 enthält ein CORRELATE ROM 78, ein COUNT ERRORS ROM 80 und eine Entscheidungssignalschaltung 82. Kurz gesagt, enthält das CORRELA TE ROM 78 einen Satz logischer Schritte (Programmbefehle) zur Bestimmung der numerischen Übereinstimmung oder des Grads an Übereinstimmung mit Bildeinzelheiten, die den X- K-Positionen des neu gespeicherten Handflächenbilds in dem Bildspeicher 70 entnommen sind. Zusätzliche Schritte können zur Übersetzung oder Schrägverzerrung oder Drehung der früher gespeicherten Erkennungsdaten eingefügt werden, damit eine Anpassung der neuen Bildeinzelheiten zur Korrektur von translatorischen (X- Y-Verschiebung) oder rotatorischen Registrierfehlern erfolgt Das COUNT ER- RORS ROM 80 enthält einen Satz logischer Schritte (Programmbefehle) zur Fehlerzählung bei jedem Mal, wenn die Erkennungsdaten aus den Speichern 50 von denjenigen in der Bildspeichereinheil 70 in verschiedener Hinsicht abweichen, wobei größere Abweichungen einen größeren numerischen Fehlerwert erhalten. Eine laufende Liste der Anpassungsfehler wird der Entscheidungssignalschaltung 82 vorgegeben, für die ein oder mehrere vorher festgelegte Entscheidungsniveaus vorgesehen sind. Dies hängt von der gewünschten Qiinlitäi der Korrelation zwischen den gespeicherten und den neuen Daten ab. Die Entscheidungssignalschaltung 82 kann in geeigneter Weise Digitalkomparatoren oder Zähler aufweisen, die auf einen bestimmten Zählinhalt voreingestellt sind. Auch Analogkomparatoren, die voreingestellte Schwellenwerte haben, sind geeignet. In jedem Fall wird dadurch eine Entscheidung getroffen, ob eine ausreichende Übereinstimmung zwischen den gespeicherten Erkennungsdaten und dem neuen Erkennungsbildmuster vorliegt. Ein Ausgangssignal wird der Auswertanordnung 85 zugeführt, wobei das Signal die Bestätigung oder Verwerfung des neuen Erkennungsbildmusters anzeigt. Daher kann die Auswertanordnung 85 in geeigneter Weise ein elektromechanisches Türöffnungsgerät, Anzeigelampen, einen Alarmgeber usw. enthalten. Das vollständige Prüfverfahren wird später im Einzelnen beschrieben.

Analyseverfahren

Für die folgende Erörterung wird immer vorausgesetzt, daß ein vollständiges Bild einer Handfläche in dem 100 χ 100-Elementen-Bildspeicher, welcher oben beschrieben ist, enthalten ist. Dies bedeutet, daß jedes Element numerische Daten gespeichert hat, die sich auf einen von dem Handflächenabdruck erhaltenen Lichtstärkewert beziehen. Wenn solche Daten ausgelesen und auf einem A"-V-Anzeigegerät sichtbar gemacht würden, erhielte man ein Bild des Handflächenabdrucks, bei dem die vertikal orientierten Linien verstärkt sind.

Die F i g. 2A und 2B enthalten ein vollständiges Fiußdiagramm der logischen Schritte (Programmbefehle) für das SINCH-Verfahren. Diese Schritte sind im ROM 28 permanent gespeichert. Wie bereits oben erwähnt, erfaßt das SINCH ROM 28 jedes Bildelement in einer horizontalen Zeile, mit dem Anfang in der untersten Zeile, um mögliche Startpunkte festzustellen, mit denen die hervorstechenden, verstärkten, vertikal orientierten Musterlinien entwickelt werden. Statt der Analyse nur eines Elements während einer Zeiteinheit und der Ableitung der Information hieraus wird ein Block von 9x5 Bildelementen analysiert, wobei das untere Mittelpunktselement das »Ausgangselement« ist, um das herum Information gesucht wird. Irnerhalb des 9x5 Blocks wer.len, wie in den Fig.3A—3G gezeigt, sieben Berechnungen ausgeführt. Die gespeicherten mathematischen Werte der 45 Elemente innerhalb des Blocks werden in den gezeigten Kombinationen aufaddiert Aus diesen Berechnungen werden fünf resultierende Messungen entwickelt, um eine Linie in einer der fünf Richtungen zu bestimmen, die durch die F i g. 3B bis 3F dargestellt sind. Wie z. B. aus der F i g. 3D ersichtlich ist, die eine nach oben gerade verlaufende Linie andeutet, wird der gesamte numerische Wert der gezeigten Elemente verdreifacht Davon werden die gesamten numerischen Werte der Elemente der Fig.3C und 3E subtrahiert. Daraus ergibt sich eine Tendenz zur Verstärkung des gesamten Werts der Berechnung gemäß F i g. 3D, wenn ein solcher Wert ursprünglich größer als die benachbarten Gesamtwerte war. Wenn die Richtung gemäß F i g. 3D in der Tat eine helle Linie ist während die

10

15

benachbarten Richtungen gemäß F i g. 3C und 3E dunkle Gebiete sind, wird nicht viel subtrahiert, wodurch ein starkes Ausgangssignal für die Messung gemäß Fig.3 verfügbar ist. Wenn die Berechnung gemäß Fig.3D andererseits gleich oder kleiner als die gemäß Fig.3C und 3D berechneten Werte ist, würde das Nettoergebnis Null oder negativ sein. Auf diese Weise wird eine der fünf in den F i «j. 3B, 3C, 3D, 3E oder 3F gezeigten Richtungen als stärkere Wahrscheinlichkeit für eine Linie ausgewählt. Die Elemente nach F i g. 3A und 3G werden bei der Berechnung von benachbarten Richtungen, die jeweils von den F i g. 3B und 3F dargestellt werden, benutzt und daher nicht als Möglichkeiten für ein Ausgangssignal verwendet. Wenn das numerische Ausgangssignal des stärksten erfaßten Meßwerts einen vorher festgelegten Wert überschreitet, wird ihm eine ausreichende Güte zugesprochen, so daß es der Startpunkt einer Linie sein kann. Diese Information wird jedoch noch nicht gespeichert, bis das SlNCH ROM 28 die nächsten wenigen benachbarten »Ausgangs«-Elemente und ihre zugehörigen 9x5 Blöcke von Elementen in gleicher Weise, wie gerade erläutert, prüft; das SINCH-Verfahren schreitet längs der horizontalen Bildlinie vorwärts und prüft jedes »Ausgangsw-Element und seinen zugeordneten 9x5 Block von Elementen auf entweder positive oder negative Spitzenwerte, die jeweils den Beginn einer hellen oder dunklen Linie anzeigen. Die Spitzenwerte mit ausreichender Güte werden mit den X- Y-Koordinaten und der vorausermittelten Richtung gespeichert. Diese Werte können durch eine Zahl von 1 bis 5 in einer Matrix im RAM36 als mögliche Startpunkte dargestellt sein, die von dem INCH ROM30 zu untersuchen sind.

Es soll noch erwähnt werden, daß nicht jede Zeile oder jedes Element von dem SINCH ROM 28 erfaßt werden muß. Nachdem beispielsweise das SINCH ROM28 alle Startmöglichkeiten längs einer Zeile ermittelt hat, übernimmt das INCH ROM und versucht eine Linie zu entwickeln. Wenn dieser Schritt vollendet ist, kann das SINCH ROM 28 eine oder mehrere Zeilen überspringen, um nach neuen Möglichkeiten zu sehen. Hinzu kommt, daß, nachdem ein Element als Teil einer Linie entwickelt wurde, die X- V-Koordinate des Elements von der weiteren Erfassung ausgeschlossen oder »markiert« wird, weil bereits bekannt ist, daß eine Linie durch die Koordinate verläuft.

Die F i g. 4A bis 4C umfassen ein vollständiges Flußdiagramm der logischen Schritte des INCH-Verfahrens (Programmbefehle), die ständig im INCH ROM 30 gespeichert werden. Das INCH ROM 30 nimmt die Reihe der X- V-Positionen und der zugehörigen Informationen wahr, die vom SINCH ROM2S angegeben und im RAM 36 mögliche Startpunkte abgespeichert sind, und versucht, hervorstechende Handflächen-Musterlinien zu entwickeln.

Vom ersten möglichen Startpunkt ausgehend, der vom SlNCH ROM 28 angegeben ist, prüft das INCH ROM im allgemeinen im Bild in Richtung nach oben, um festzustellen, ob die einer Erhöhung oder einer Vertiefung entsprechende Spitzeninformation sich über eine Weglänge fortsetzt Dies wird mit einem Erfassungsverfahren erreicht, das demjenigen ähnlich ist, das in Verbindung mit dem SlNCH ROM 28 und den F i g. 3A bis 3G beschrieben wurde. Tatsächliche teilen sich in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die SlNCH- als auch die INCH-ROM's einen Satz logischer Sahritte, die »EVAL« genannt sind. Das INCH-Verfahren schreitet aufwärts in das Bild Element für Element in derjenigen Richtung fort, die von jeder vorhergehenden Erfassung angegeben ist. jides »Ausgangsw-Element und sein zugehöriger 9x5 Block von Elementen wird zur Festlegung der Linierlgüte und Linienrichtung geprüft. Jeder für gut befundene Punkt der neu entwickelten Linie, deren für gut befundene Punkte Informationen in bezug auf die X- V-Position, Richtung. Güte und Polarität umfassen, wird in einer Matrix im RA M 36 gespeichert.

Während des Aufwärtsschrcitens längs der entwickelten Linie werden die horizontal benachbarten Hlcmenie zu beiden Seiten des vorherbestimmten Elements ebenfalls geprüft, um die günstigste Fortsetzung der Linie /u bestimmen. Alle neun für gut befundenen angrenzenden Elemente werden in einer gesonderten Matrix im RAM 36 durch das SEGMENTS ROM 32 eingespeichert, um durch das BATON-Verfahren bearbeitet zu werden. Wie zuvor werden Elemente, die als annehmbare Linienpunkte ausgewählt wurden, »markiert«, um eine erneute Prüfung von bereits angenommenen Daten auszuschließen.

Es gibt drei Bedingungen, bei denen das INCH-Verfahren die Entwicklung einer besonderen Linie aufgibt und stattdessen einen neuen Startpunkt aufnimmt, wie er durch das SINCH ROM 28 angegeben ist. Diese Bedingungen umfassen einen ungenügenden Qualitätspcgel für die Aufrechterhaltung einer klaren Linie, das Erreichen eines Bildrandelements oder das Erreichen eines »markierten« Elements. Wenn alle Startmöglichkeiten auf einer horizontalen Zeile erschöpft sind, stellt das SlNCH ROM-Verfahren neue Startpunkte auf einer neuen Zeile fest. Es läßt sich somit erkennen, daß die SlNCH- und INCH ROMS zur Entwicklung des gesamten Bilds zusammenarbeiten, in dem sie vom Boden beginnen und nach aufwärts arbeiten.

Der nächste Schritt im Analysierverfahren obliegt dem BA TON ROM 34, das jedes vom SEGMENT ROM 32 gespeicherte Segment prüft, um diejenigen mjt dem geeignetesten Informationsgehalt festzustellen. Damit werden Erkennungsdaten, die am besten den erwarteten Informationseinzelheiten des im Bildspeicher 20 gespeicherten Handflächenabdrucks entsprachen, zur Verfugung gestellt. Ein Flußdiagramm des »BA TON«- Verfahrens ist in Fig.5 dargestellt. Das BA-TON-Verfahren ist so eingerichtet, daß es auf das Mittelpunktselement jedes neun Elemente umfassenden Zeilensegments zugeht und insgesamt elf Erfassungen um diesen Punkt durchführt, um eine mögliche durch diesen Punkt verlaufende Linie zu analysieren. Mit anderen Worten umfaßt die Analyse die Drehung um diesen Punkt in elf Richtungen, um die Festlegung zu erhalten. Graphisch würde die Analyse als Drehung eines Vektors erscheinen. Das BATON ROM34 führt zusätzlich ein Anpassverfahren zur Einstellung durch, um die beste Vektorlage festzustellen. Dies wird erreicht, indem jedes horizontal dem vom SEGMENTS ROM 32 ausgewählten Mittelpunktsbildelement benachbarte Bildelement analysiert wird, um festzustellen, ob eine bessere Einfügung erhalten werden kann.

Nachdem das A4 TON-Verfahren die beste Linienrichtung und Linieneinfügung der Liniensegmente gefunden hat, werden die Baton-Vektoren als Ausgangssignale in eine Matrix im RAM36 eingegeben. Die Baton-Information umfaßt die X- y-Position des Mittelpunktselements jedes baton oder Vektors, die Richtung (die eine Zahl zwischen null und elf ist), die Güte und die Polarität Während 100 oder mehr Vektoren als charakteristisch von einem Bild oder einem Handflächendruck abgeleitet werden können, werden eine vorher festge-

legte ."jinimale Zahl, die in dieser Ausführungsform gerade 49 ist, benötigt, um einen hohen Grad an Identifizierungsgenauigkeit zu gewährleisten.

Die unsortierten Baton-Vektoren werden anschließend nach ihrer Güte durch das RANK ROMSi geordnet. Alle Baton-Vektoren in der Reihe im RAM38 werden geprüft und eine neue Matrix wird daraus entwikkelt. Zuerst stellt das RANK ROM 38 den Baton-Vektor, der die höchste Güte hat, in der ersten Matrix fest und speichert den Index dieser Matrixlage in der ersten Position der zweiten Matrix. Dann wird der Baton-Vektor mit der zweithöchsten Güte ausgewählt und der Index dieser besonderen Matrixlage wird in der zweiten Position der zweiten Matrix gespeichert. Dies wird entsprechend fortgesetzt. Es ist leicht zu ersehen, daß die Baton-Vektoren in der richtigen Reihenfolge mit fallender Qualität geordnet werden, so daß nur die besten als Erkennungsdaten gewählt werden. Das Ordnungsverfahren hört auf, nachdem 49 Baton-Vektoren gewählt sind, weil dici 'iie vorher festgelegte Zahl zur Erreichung des Grads der Identifiziergenauigkeit in diesem besonderen System ist.

Die auf die oben erwähnte Weise erhaltenen Erkennungsdaten werden kodiert und im Speicher 50 zusammen mit der Identifiziernummer des Benutzers gespeichert. Dies vollendet das Analysierverfahren der Analysierschaltung 25.

Prüfverfahren

Für die nachfolgende Beschreibung wird angenommen, daß die auf das Handflächenbildmuster einer bestimmten Person bezogenen Erkennungsdaten in dem Speicher 50 abgespeichert sind und daß ein neues Bild durch die Aufnahmeeinheit 60 festgestellt und in dem Bildspeicher 70 abgespeichert ist. Auf die Eingabe des Identitätskodes des Benutzers, beispielsweise durch Drücken von Tasten oder Einfügung einer magrsstisierten Karte, findet die logische Steuer- und Überwachungseinheit 90 die Erkennungsdaten in dem Speicher 50 für die Prüfung durch die Testeinheit 75 wiedf uf.

Die F i g. 6A und 6B umfassen ein vollstäml /lußdiagramm eines Testverfahrens, das »SCAN« genannt wird. Die F i g. 7 zeigt ein Flußdiagramm der logischen »<X>K/?EL4r£«-Schritte (Programmbefehle), die ständig im CORRELA TEROM78 gespeichert werden.

»CORRELATE« kann zusätzlich »BATON« abrufen, das oben in Verbindung mit F i g. 5 beschrieben wurde. Wie bereits erwähnt, prüft das Korrelationsverfahren die Datei der X- V-Positionen und der damit zusammenhängenden Charakteristiken der gespeicherten Erkennungsdaten der Baton-Vektoren gegenüber Daten an den gleichen X-y-Positionen im neuen Bild, um die numerische Übereinstimmung oder den Grad an Übereinstimmung zwischen den gespeicherten und den neuen Daten festzustellen. So wird beispielsweise jede X-Y-Posiiion der 49 gespeicherten Baton-Vektoren nacheinander im neuen Bild geprüft, um festzustellen, ob der gleiche Baton-Vektor aus dem neuen Bild gewonnen werden kann oder nicht. Um die Fehlerzählung zu minimalisieren, bewegt das »CORRELATE«-Verfahren die Prüfpositionen umher, um die am besten geeignete Registerposition zwischen den älteren Speicherdaten und dem neuen Bild zu finden. Dies bedeutet, daß eine X-Y-Position zuerst auf die erwartete Korrelation hin geprüft wird. Fehlerzählungen, die vorher festgelegte Gewichte oder Werte haben, werden vorgenommen, wenn die geprüfte Richtung und Güte sich von den Erkennungsdaten unterscheidet. Eine Fehlerliste wird zu der geprüften X- Y- Position erstellt. Dann werden für benachbarte Bildelemente zuerst für die vertikalen und dann die horizontalen Richtungen Prüfungen durchgcführt, um den Punkt mit der geringsten Fchlcr/.nhl zu bestimmen. Am Punkt mit der geringsten Fehlet zahl, natürlich zeigen null Fehler eine vollkommene Dutcnübereinstimmung an, liegt für das Bild Registerhaitigkeit vor und die verbleibenden Positionen der Erkennungsdaten können geprüft werden.

Im Verfahren der Prüfung der erwarteten Datenpositionen können bestimmte Verfahren vom Erkennungsdatenanalysator 25, wie BATON und die Qualitätserfassungsverfahren, abgerufen werden, um die Anpassung c'eir Daten zu erhalten.

Eine zweite Verfeinerung für die Registerübercinstimmung besteht in der Drehung oder Schrägverzerrung der früher positionierten Daten durch das COR RELATE ROM 78, um die rotatorischen Registerfehler zu minimahsieren.

Das COUNT ERROR ROM 80 hält eine laufende Liste der Unstimmigkeiten zwischen den früheren Speicherdaten und dem neuen Bild aufrecht. Größere Abweichungen zwischen den früheren Speicherdaten und den neuen Daten erhalten einen größeren numerischen Fehlerwert. Diese Abweichungen umfassen sowohl Richtung als auch Güte, und der Grad, um den sie voneinander abweichen, bestimmt den numerischen Fehler, der der Fehlanpassung zugeordnet wird. Das Baton-Verfahren umfaßt z. B. elf Richtungserfassungen, wie oben erwähnt, und jeder Baton-Vektor, der vom urspünglichen Bild gewonnen ist, erhält eine Zahl von eins bis elf in Übereinstimmung mit seiner besonderen Richtung. Wenn daher das CORRELATE ROM 78 eine besondere X- ^-Position auf dem neuen Bild prüft und die Vektorrichtung als neun bestimmt, wenn eine Sieben zu erwarten ist, dann ist der Fehler die numerische Differenz, also zwei.
Die laufende Liste der Abweichungsfehler wird der Entscheidungssignalschaltuiig 82 vorgegeben, die eine Identitätsbestätigung auf der Grundlage der Zahl der Fehler abgibt.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

10 15 20 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Identifizierung einer Person mittels optoelektronischer Abtastung von Teilen der Hand, wobei analoge Signale erzeugt werden, die den an den abgetasteten Stellen herrschenden Lichtintensitäten proportional sind und die in digitale Bilddaten umgewandelt werden, die in einen Bildspeicher eingegeben werden, dessen Inhalt analysiert und zur Erzeugung von Identifizierungsdaten verwendet wird, die sich auf auffällige Charakteristiken beziehen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Schritte: