CN1195830A - 条纹图案匹配系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够不依赖待查条纹图案的位置或方向验证一个待查条纹图案与一个存档条纹图案之间的细节对应关系的条纹图案匹配系统,用一个配对检查装置(16)把它们的距离、方向或关系数与它们的邻近细节比较估算对应关系值。用于把待查条纹图案调节到存档条纹图案的最适合旋转角度和最适合位移坐标是通过参考把每个轴向候选对用作坐标调节参考在一偏移平面存储器(18)中累加的对应关系值的偏移分布选出一个给出最集中坐标偏移的最适合轴向候选对而获得的。

Description

条纹图案匹配系统

本发明涉及一种用于验证一个从某一地点采集到的诸如指纹之类的待查条纹图案与一个已经记录在一档案中的存档条纹图案相匹配的条纹图案匹配系统。

图2是以条纹图案为例的方式说明指纹图案的细节的图案示意图。

在日本专利特公昭12674/’85中公开了一种用于识别诸如指纹之类的条纹图案的方法，其中像脊线1a至1e的2a至2e这样的端点和像图2的两条脊线1f和1g的结合点3a这样的分叉点被定义为用于匹配验证的细节。

对于每个细节，除了它的X-Y坐标此外，还定义了一个方向和四个关系数。

首先，一个细节的方向D_i，例如图2的端点2a，，被定义为从相关细节2a开始的脊线1a相对于水平X-轴的取向。在分叉的场合，例如结合点3a，它的方向由两条相交的脊线1f和1g之间的谷线的取向表示。

其次，注意每个单独的细节，例如端点2a，作为一个母细节，定义了一个x-y平面，该x-y平面的原点在母细节2a，并且它的y-轴方向是母细节的方向D_i。在x-y平面确定的四个象限的每一个中，最靠近原点(即母细节)的一个细节被称为该象限中的一个子细节，并且在母细节2a与四个子细节2b，2c，3a和2d之间的脊线的数目被分别定义为四个关系数R1至R4。在本例中，由于在端点2a和2b之间有1b和1a的延长部分两条脊线，所以细节2a的关系数R1是2。以同样的方式得到R2＝1，R3＝2和R4＝1。当在一个母细节与一个子细节之间有一不清楚部分时，其关系数表示为Ri＝x。

因此，在现有技术中，一个条纹图案是由一个细节列表表示的。

在另一篇日本专利特公昭21233/’88中，公开了一种利用细节列表验证一个待查条纹图案与一个存档条纹图案匹配的条纹图案匹配系统。

对于指纹之类的条纹图案的匹配，有两种验证方法。一种是像在犯罪调查中使用的，通过验证其与多个已经记录在存档指纹中的一个相匹配，而识别一个从某一地点采集的未知的待查指纹的方法，另一种是像在门控制中使用的，通过验证一个和他的ID号码一同输入的指纹与一个带有ID号码的特定的记录指纹相匹配，而确认一个人的方法。

图14是说明前一种方法的实例的流程图，图15是说明后一个方法的实例的流程图。

在图14的方法中，在输入一个待查条纹图案的区域图案和细节列表后(步骤47)，输入一存档条纹图案的区域图案和细节列表(步骤48)。接下来(步骤49)，通过比较它们的坐标、方向和关系数，检查与每个记录在待查条纹图案细节列表中的细节对应的每个记录在存档条纹图案的细节列表中的细节，以便把可能是相互对应的细节对作为候选对列入一候选对列表中。这里，对于待查条纹图案的一个细节可能列出不止一个候选对。然后，参考候选对列表计算每个候选对的坐标调节值，即，两个对应的细节之间的X-Y坐标和方向的偏差(步骤50)，以检查偏差分布。在步骤49和50执行的过程称为粗匹配61。

当在偏差分布中发现有效坐标调节值时(步骤51)，根据该有效坐标调节值调节列在候选对列表中的待查条纹图案的细节的坐标(步骤52)。接着(在步骤53)，在坐标调节之后，通过把待查条纹图案的坐标和方向与存档条纹图案的坐标和方向比较，验证并选出每个候选对。然后，考虑到当两个母细节对具有对应关系时，它们的每四个子细节对也应当有对应关系这样的事实，参考配对细节的对应子细节之间的对应关系，修改选出后的每个候选对的对应关系值(步骤54)。

然后(在步骤55)，如同以下所述的那样，参考修改后的对应关系值从候选对列表中提取各对的对列表，每个对列表包括一个待查条纹图案的细节Si，和(如果有的话)它的存档条纹图案中的对应的细节Fi。在候选对中，选出一个具有最大对应关系值的对，并将其列入对列表中，并且把候选对列表中剩余的和具有列于对列表中的一对的任何一个细节的候选对作为假对放弃。然后，在修改后的候选对列表中剩余的候选对中选出一个具有最大对应关系值的候选对，并将其作为下一对列入对列表中。通过反复进行上述选择直到从候选对列表从提取或放弃了所有的候选对，制出对列表，其中待查条纹图案或存档条纹图案的一个特定细节在对列表中列为唯一的一对，并且一些细节不配对。

接下来(在步骤56)，以与步骤54同样的方式参考配对细节的对应子细节之间的对应关系值再次修改每一对的对应关系值，并且通过检查是否会在无效图案区域中发现它们的配对细节或它们是否是一个相反的细节来核查未配对细节是否是有效的。在如此地修改对应关系值之后，通过用有效细节数规一化对应关系值的和计算出一个匹配值(步骤57)。

当在步骤51发现没有有效坐标调节值时，控制直接前进到步骤57，把零的匹配值赋予相关的存档条纹图案。

从步骤51至步骤57执行的过程称为细匹配62。

对每个存档条纹图案进行从步骤48至57的粗匹配61和细匹配62，在图14的匹配验证的终点输出一个给出一最大匹配值的存档条纹图案的ID号码。

另一方面，在图15中，其中确认一个待查条纹图案的标识，首先输入一特定存档条纹图案的ID号码(步骤59)。然后，对该ID号码指定的存档条纹图案只进行一次与图14中步骤47至步骤57相同的过程。当在步骤57得到的匹配值大于一固定水平时，在步骤60确认该ID号码。

图16是说明用于在多个存档条纹图案中查找具有最类似于一个待查条纹图案的一细节集{Si}(i＝1，2，…)的一细节集{Fi}(j＝1，2，…)的一个存档条纹图案的犯罪调查中执行的方法的，即结合图14描述的方法的详细过程的流程图。

在步骤71，把一个最匹配的存档条纹图案的最大匹配值MSC和ID号码N初始化为零，从一待查条纹图案S提取一细节集{Si}然后，在步骤72读取一存档条纹图案的一细节集{Fi}和一个ID号码n。当没有存档条纹图案要读取时，控制前进到步骤85，否则控制前进到步骤73。

在步骤73，把具有与待查条纹图案的一个细节S_i的坐标、方向和关系数的差都在各自的阈值范围内的存档条纹图案的每个细节F_il(il∈j)与它们的对应关系值v_il一同作为每一候选对{S_i：F_il/v_il}的细节S_i的配对记录在候选对列表中，对该细节集{S_i}的每个细节S_i执行这一过程。

因而，在该候选对列表中列出以下候选对。

S₁：F₁₁/v₁₁，S₁：F₁₂/v₁₂，…，

S_i：F_i1/v_i1，S_i：F_i2/v_i2，…，

             …，

S_m：F_m1/v_m1，S_m：F_m2/v_m2，…。

接下来，把一个最大的集中度(concentration)M，一个最适合的旋转角度R和最适合的移位坐标(ΔX，ΔY)初始化为零。

然后，在步骤74把旋转角度r初始化为，例如，-29.4°，并在步骤75将其增加1.4°。

在步骤76，把每个细节S_i的X-Y坐标和方向(X_i，Y_i，D_i)相对于X-Y平面的原点转动一个旋转角度R，例如，成为下面所示的旋转后的值(X^r _i，Y^r _i，D^r _i)：

X^r _i＝X_i+Y_isinr，

Y^r _i＝Y_i+X_isinr，

D^r _i＝D_i+r。

接着，如同下面那样从它的具有坐标和方向(X_il，Y_il，D_il)的配对细节F_il计算旋转后细节S^r _i的偏差(ΔX_i，ΔY_i，ΔD_i)：

ΔX_i＝X_i-X_il，

ΔY_i＝Y_i-Y_il，

ΔD_i＝D_i-D_il；

当方向偏差ΔD_i在阈值TD之内时，在一离散ΔX-ΔY偏移平面上累计每个候选对的对应关系值v_il。

在该离散ΔX-ΔY偏移平面的对应坐标上累加所有的对应关系值v_il之后，得到有关旋转角度的具有对应关系值{v_il}的最大累加值M′的集中偏移坐标(ΔX′，ΔY′)，并且当最大累加值M′大于最大集中度值M时，在步骤77分别用最大累加值M′，有关旋转角度r和集中偏移坐标(ΔX′，ΔY′)替换最大集中度值M，最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。

然后，在步骤78，检查旋转角度r是否小于，例如，28.0°，并且通过把旋转角度增加1.4°反复进行步骤75至78，直到它达到28.0°。

因而，得到了对于一个有关存档条纹图案的待查条纹图案的最大集中度值M，最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。

当在步骤79发现最大集中度M小于一固定值时，则认为没有有效的对应关系，因而把有关存档条纹图案的匹配值设置为零(步骤80)，并且控制返回到步骤72，以对于下一个存档条纹图案的对应关系。

当最大集中度M大于该固定值时，控制前进到步骤81，以执行细匹配。

在步骤81，通过把最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)作为调节值调节每一细节集{S_i}的坐标和方向，成为一调节后细节集{ S_i}。

在步骤82，以步骤73中执行的同样方法，利用调节后的细节集{ S_i}而不是用原始细节集{S_i}计算候选对{ S_i：F_il/v_il}。接着在步骤83，通过放弃重复的候选对提取一个对列表，加强或删除列出对的每个对应关系值，并且进行对应关系值的和的规一化计算，作为待查条纹图案对于有关存档条纹图案配对的匹配值SC，就象前面所述的有关图14的各个步骤54，55，56和57那样。

当匹配值SC大于最大匹配值MSC时，在步骤84用匹配值SC替代最大匹配值MSC，并且把有关存档条纹图案的ID号码n赋予最匹配存档条纹图案的ID号码N。

然后，控制返回步骤72，重复进行从步骤72至步骤84的过程，直到发现没有存档条纹图案被读出。

最后在步骤85，将如此修改过的最大匹配值MSC与一个阈值比较。当最大匹配值MSC大于该阈值时，把ID号码N作为最匹配存档条纹图案的ID号码输出，否则报告没有发现与待查条纹图案S相匹配的存档条纹图案。

如上所述，日本专利特公昭21233/′88中公开的匹配过程是在假设待查或存档指纹(在是这种情况时)的细节集{S_i}或{F_j}是由相对于具有近似位于指纹中心的原点和近似地指向指尖方向的Y-轴的X-Y平面的坐标和方向表示的基础上进行的。根据这一假设，在图16的步骤73寻找候选对，并且在步骤74至78，参考配对的细节之间的对应关系进行坐标调节。因此，步骤73的配对起着重要的作用，一旦由于部分采集的指纹的低劣质量或在一个单纯弓形图案场合缺乏指纹的中心而造成配对不当，将难于调节它们的坐标，为正确匹配需要再重新设置原点和方向，或需要准备若干不同的坐标平面。

这是现有技术的一个问题。

在日本专利申请特开昭183380/′90中，公开了把一种个人ID验证系统用于，例如，门控制的技术。在该个人ID验证系统中，一个输入指纹图像被处理成二进制图像数据，并利用每个有以不同方向排列的直条纹的掩模图案提取和检查脊线的方向分布。因此，如果以不同于在存档指纹记录时使用的位置或方向采取输入指纹图像时，正确匹配变得十分困难，在从一犯罪地点采集的待查指纹的情况中经常出现这种问题。

在日本专利申请特开昭144982/′84中公开了另一种条纹图案匹配方法。在这种现有技术中，验证通过一图像传感器输入的待查条纹图案与一存档条纹图案之间的的脊线的重合性，而不是两个条纹图案之间的细节的匹配性。因此，当输入的待查条纹图案的位置或方向与存档图案的不同时，也不能获得正确的匹配。在这个特开昭中，还提出了另一种类似于特开昭183380/′90的个人ID验证系统的方法，其中每次从输入待查条纹提案提取细节以参考存档条纹图案的细节进行验证，用来确认两个条纹图案的匹配。但是，当输入待查条纹图案的位置或方向与存档条纹图案不同时，这种方法也是无效的。

此外，在实际中，上述两种方法不能应用于其中记录了，例如，数百万人的存档指纹的犯罪调查所用的指纹匹配系统。当要检查一个指纹的12个细节(就是说当两个指纹之间的12对细节重合时，可以认为这两个指纹是从同一个手指上得到的)，并且对一个人记录了十个手指的指纹时，那么要进行与一百万以上的存档指纹的匹配。这意味着必须提取12×1,000,000以上的细节，在实践中这是极端低效的方法。

因此，本发明的主要目的是要提供一种用于通过能够不依赖待查条纹图案的位置或方向，快速和高度准确地在大量的存档条纹图案中指出一个诸如从犯罪地点采集的指纹之类的待查条纹图案的条纹图案匹配系统。

为了达到这一目的，本发明的用于验证一个待查条纹图案与事先记录的多个存档条纹图案中的一个存档条纹图案匹配的条纹图案匹配系统包括：

一个用于从待查条纹图案提取细节特征的特征提取装置；

一个用于存储由特征提取装置提取的特征的待查条纹图案特征存储器；

一个其中预先存储了多个存档条纹图案的细节特征的存档条纹图案特征存储器；

一个用于估算存储在待查条纹图案特征存储器中的待查条纹图案的一个细节与预先存储在存档条纹图案特征存储器中的存档条纹图案的一个细节之间的对应关系值的配对检查装置；

一个其中记录着候选对的候选对列表，每个所述候选对是待查条纹图案的一个细节与存档条纹图案的一个细节的对，通过配对检查装置估算它们之间的对应关系值决定这两个细节彼此相同；

一个用于通过绕定义所述每个细节的坐标的X-Y平面的一个指定点把所述每个细节旋转一指定旋转角度计算待查条纹图案的每个细节的旋转坐标的坐标变换装置；

一个用于存储由坐标变换装置计算的、以每个旋转角度的值存取的待查条纹图案的每个细节的旋转坐标的旋转条纹图案特征存储器；

一个用于在由所述每个候选对的偏移坐标指出的地址累加每个满足一指定条件的候选对的对应关系值的偏移平面存储器，偏移坐标是待查条纹图案的一个细节的旋转坐标与所述每个候选对的存档条纹图案的一个细节的坐标之间的差；和

一个控制装置，用于：

在候选对中选择轴向候选对，

通过根据从坐标变换装置利用等价于所述每个轴向候选对的两个细节之间的方向差的旋转角度计算的旋转坐标得到的偏移坐标控制偏移平面存储器累加每个满足指定条件的候选对的对应关系值，而获得给出每个轴向候选对的最大对应关系值的累加值的集中偏移坐标，

在轴向候选对中发现一个给出最大累加的一个最大值的最适合轴向候选对，

把最适合轴向候选对给出的方向差和集中偏移坐标分别确定为待查条纹图案的最适合旋转角度和最适合位移坐标，和

利用最适合旋转角度和最适合位移坐标进行待查条纹图案与存档条纹图案的细匹配。

因此，即使在不能指出像指纹的方向和指纹的中心位置这样的绝对方向和位置中的一个或二者时，也能够通过选择可能对应的两个细节列出候选对，而不必评估待查条纹图案的方向和位置，并且无需专家的任何麻烦的手工工作就可以进行待查条纹图案的最适合的坐标调节，以正确地为待查条纹图案进行定位和定向。

通过考虑以下的说明，权利要求和附图将对本发明的上述的、以及进一步的目的、特征和优点有更为清楚的了解，在附图中相同的标号指示相同的或对应的部件。

在附图中：

图1是说明根据本发明的一个实施例的一种条纹图案匹配系统的方框图；

图2是通过条纹图案的实例说明一指纹图案的图案示意图；

图3是说明图1的条纹图案匹配系统的操作的流程图；

图4是说明图1的条纹图案匹配系统的另一种操作过程的流程图，其中一些数量的旋转细节集是事先预备的；

图5说明在细节之间的对应关系的图案示意图；

图6是说明一个待查条纹图案的实例的图案示意图；

图7是说明验证了图6中的待查条纹图案与之匹配的一个存档条纹图案的实例的图案示意图；

图8是其中图6和图7中的细节平行地显示在同一平面上的示意图；

图9至12每个都是说明在图3的步骤35执行的过程的示意图；图13示出了关于一最适合轴向候选对( ：⑦)的相对于图7的细节调节的图6的细节；

图14是说明一个条纹图案匹配验证的现有处理过程的实例的流程图，用于通过验证它与多个已经记录的存档指纹中的一个匹配识别一个从一地点采集的未知待查指纹；

图15是说明另一个条纹图案匹配验证的现有处理过程的实例的流程图，用于通过验证他的与ID号码一同输入的指纹与一个和伴随该ID号码一同记录的特定指纹相匹配而确认一个人；和

图16是说明结合图14描述的匹配验证细处理过程的流程图。

现在结合附图说明本发明的实施例。

在详细说明的开始，定义代表一个条纹图案的细节和它们的特征(数据)。将图2中的2a至2e这样的端点和3a这样的分叉称为细节，并且分别用S_i和{S_i}(i＝1，2，...，I)表示一个待查条纹图案的一个细节和一个细节集，而用F_j和{F_j}(j＝1，2，...，J)表示一个存档条纹图案的一个细节和一个细节集。待查条纹图案的一个细节的坐标和方向分别表示为(X_i，Y_i)和D_i。待查条纹图案的一个细节的子细节及其坐标分别表示为S_ik和(X_ik，Y_ik)(k＝1，2，3，4)，一个细节S_i和它的子细节S_ik之间的关系数用R_ik表示。以同样的方式，用(X_j，Y_j)，D_j，F_jk，(X_jk，Y_jk)和R_jk分别表示一个存档条纹图案的一个细节F_j的坐标，方向，子细节，子细节坐标和子细节之间的关系数。

图1是说明根据本发明的一个实施例的条纹图案匹配系统的方框图，包括：

一个用于从由扫描仪之类的输入装置供给的一个待查条纹图案的图像数据提取细节特征{S_i：(X_i，Y_i)，D_i，{S_ik}}的特征提取装置11；

一个用于存储由特征提取装置11提取的、要在任何时间读出的特征的待查条纹图案特征存储器12；

一个其中预先存储了要在任何时间读出的多个存档条纹图案的细节特征{F_j：(X_j，Y_j)，D_j，{F_jk}}的存档条纹图案特征存储器13；

一个用于通过使待查条纹图案的每个细节集{S_i}的坐标(X_i，Y_i)和方向D_i绕X-Y平面的一个指定点(例如，原点)旋转一指定角度产生每一旋转细节集的坐标和方向的坐标变换装置17；

一个用于存储由坐标变换装置17产生的、要在任何时间读出的特征的旋转条纹图案特征存储器14；

一个用于估算存储在待查条纹图案特征存储器12中的一个待查条纹图案的一个细节S_i与预先存储在存档条纹图案特征存储器13中的一个存档条纹图案的一个细节F_i之间的对应关系值v_ij(以后将对其进行说明)，并且当细节S_i与F_i之间的对应关系值v_ij大于一个阈值时，列出一个候选对C_ij(S_i：F_j/v_ij)的配对检查装置16；

一个在其中记录由配对检查装置列出的候选对的候选对列表15；

一个用于在由待查条纹图案的一个细节的旋转坐标和每个有关候选对(以后将对其进行说明)的存档条纹图案的一个细节的坐标定义的每个有关候选对偏移坐标指示的地址累加每个满足一特定条件的每个候选对{C_ij(S_i：F_j/v_ij)}的对应关系值v_ij的偏移平面存储器18；和

一个用于控制特征提取装置11，待查条纹特征存储器12，存档条纹图案特征存储器13，旋转条纹图案特征存储器14，候选对列表15，配对检查装置16，坐标变换装置17和偏移平面存储器18的控制装置10。

当指定绕X-Y平面上的一个点(a，b)的一个旋转角度时，坐标变换装置17如下面各式那样把一个细节S_i的坐标(X_i，Y_i)和方向D_i变换为旋转坐标(X^c _i，Y^c _i)和旋转方向D^c _i：

X^c _i＝(X_i-a)cos(D_i-c)+(Y_i-b)sin(D_i-c)

Y^c _i＝(Y_i-b)cos(D_i-c)-(X_i-a)sin(D_i-c)

D^c _i＝D_i-c

坐标变换装置17也可以通过把细节集{S_i}的坐标旋转一固定角度(例如1.4°)一定次数(例如，向前20次，向后20次)连续地产生一定数量的(例如40个)细节集。

现在参考图3的流程说明图1的条纹图案匹配系统的操作，其中为了方便与结合图16说明的现有技术对比，旋转细节集被说明为要每次计算。

在把一个最匹配存档条纹图案的一最大匹配值MSC和ID号码初始化为零之后，特征提取装置11在步骤31从一个待查条纹图案S提取一细节集S_i，并存储在待查条纹图案存储器12中。待查条纹图案S可以通过诸如扫描仪之类的图像输入装置直接获得，或可以通过网络从远端以电子数据方式传输。

然后在步骤32从存档条纹图案特征存储器13读出一存档条纹图案F的一个J细节集{F_j}(j＝1，2，...，J)以及它的ID号码n。

接下来在步骤33，当不管它们的位置，这两个细节之间的方向差在一指定值，例如，±28.0°之内时，把给出不小于该阈值的对应关系值v_ij的每一细节S_i和细节F_j对列入候选对列表15，作为一候选对C_ij(S_i：F_j/v_ij)。为与图16的过程比较，在这里提出方向差的界限。但是，可以不提出该界限而不会有任何不便。

在步骤33，配对检查装置16如下面所述那样估算对应关系值v_ij。

在预先存储在配对检查装置16中的阈值TT，TD，TR和TS中，在步骤33中考虑TD，TR和TS。对于待查条纹图案S的每个细节S_i：(X_i，Y_i)，D_i，{F_ik}，{D_ik}(k＝1至4)，逐个地输入J细节{F_j：(X_j，Y_j)，D_j，{F_jk}，{D_jk}}(k＝1至4)。当细节S_i与一个细节F_j之间的绝对方向差|D_i-D_j|不大于TD(在本例中是28.0°)时，检查它们之间的关系数差{|R_ik-R_jk|}(k＝1至4)，并且在不小于TR的关系数差的一个数SPC不小于TS时，把细节S_i和F_j对作为一个候选对C_ij(S_i：F_j/v_ij)记录在候选对列表15中，并用数SPC替代对应关系值v_ij。

然后在步骤34，在所有候选对集C_ij(S_i：F_j/v_ij)中选出一定数量的具有不小于其它候选对的对应关系值的候选对{C_mn(S_m：F_n/v_mn)}。

在步骤34这里，把一最大集中度M，一最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)也初始化为零。

接着，在步骤35，坐标变换装置17如上述那样，逐一地用细节S_m的坐标(X_m，Y_m)和每一个轴向候选对{C_mn(S_m：F_n/v_mn)}的细节之间的方向差替代坐标(x，y)和旋转角度r，绕一个点(x，y)以旋转角度r变化列在候选对列表中的细节{S_i}的坐标(X_i，Y_i)，并且像以下所述的那样在一偏移平面上标绘和累加每一候选对C_ij(S_i：F_j/v_ij)的对应关系值v_ij。

当一轴向候选对C_mn(S_m：F_n/v_mn)具有方向差r时，待查条纹图案的细节S_m与存档条纹图案的对应细节F_n之间的参考偏差(ΔX_mn，ΔY_mn)定义为ΔX_mn＝X_m-X_n和ΔY_mn＝Y_m-Y_n。

然后，把每个候选对{C_ij(S_i：F_j/v_ij)}的细节S_i旋转坐标(X^r _i，Y^r _i)和旋转方向D^r _i与它的对应细节F_j坐标(X_j，Y_j)和方向D_j比较。

当方向偏差ΔD^r _ij和坐标偏移差(ΔX^r _ij，ΔY^r _ij)对参考偏差(ΔX_mn，ΔY_mn)满足以下条件时，

|ΔD^r _ij|＝|D^r _i-D_j|≤TD，

|ΔX^r _ij-ΔX_mn|＝|(X^r _i-X_j)-(X_m-X_n)|≤TT，

和

|ΔY^r _ij-ΔY_mn|＝|(Y^r _i-Y_j)-(Y_m-Y_n)|≤TT，

在一(ΔX-ΔY)离散偏移平面上的由坐标(ΔX^r _ij，ΔY^r _ij)指定的每个格子中标绘和累加每个候选对{C_ij(S_i：F_j/v_ij)}的对应关系值v_ij。

这表明为其中连接在待查条纹图案的旋转细节S^r _i与它的配对细节F_j之间的线段近似的平行于一个有关轴向候选对的线段的候选对标绘和累加对应关系值{v_ij}。

在为一个有关轴向候选对检查了每一个候选对之后，在步骤36检查离散偏移平面的格子中的具有最大对应关系值的累加值M′的集中偏移坐标(ΔX′，ΔY′)，并且当最大累加值M′大于最大集中度M时，用最大累加值M′、集中偏移坐标(ΔX′，ΔY′)和有关轴向候选对的方向差r替代最大集中度，最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。

这样反复地进行步骤35和36，直到考虑了所有的轴向候选对(在步骤37检查)，获得了对一个存档条纹图案F的待查条纹图案S的最大集中度M，最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。

因此，在本实施例中注意了候选对，并因此根据基于相对于每个细节方向定义的关系数的对应关系值选出轴向候选对，而不必考虑细节坐标。接着，确定了相对于一个适合轴向候选对的细节坐标和方向差的待查条纹图案S的最适当旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。因此，可以不依赖于待查条纹图案S的绝对坐标或取向获得待查条纹图案S的细节{S_i}的最适合旋转较短R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。

这是本发明与图16的现有技术相比的差别和优点。

当在步骤38发现最大集中度M小于一固定值时，考虑到没有与其对应的有效对应关系，把有关存档条纹图案的匹配值SC设置为零(步骤39)，并且控制返回到步骤32，以验证与下一个存档条纹图案的对应关系。

当最大集中度M大于该固定值时，控制前进到步骤40，以执行细匹配，该细匹配可以与图16的现有技术相同。

在步骤40，坐标变换装置17利用最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)作为调节值把每个细节集{S_i}的坐标和方向调节为一个调节后细节{S_i}集。

在步骤41，利用调节后细节集{ S_i}而不是原始细节集{S_i}选择候选对{C_ij( S_i：F_j/v_ij)}。

然后在步骤42，通过放弃重复的对提取一个对列表，加强或删除每个列出对的对应关系值，和计算对应关系值的规一化的和，作为待查条纹图案对有关存档条纹图案的匹配值SC，以后将详细说明。

当匹配值SC大于最大匹配值时，在步骤43，用匹配值SC替代最大匹配值MSC，并把有关存档条纹图案的ID号码n赋予最匹配存档条纹图案的ID号码N。

然后，控制返回步骤32，以重复进行步骤32至步骤43，直到发现没有存档条纹图案用来执行匹配。

最后在步骤44，把如此修改过的最大匹配值MSC与一个阈值比较。当最大匹配值MSC大于该阈值时，把ID号码N作为最匹配存档条纹图案的ID号码输出，否则报告没有发现匹配的存档条纹图案。

在上述过程中，坐标变换装置17在步骤35利用与每个存档条纹图案有关的轴向候选对的方向差r每次为每个轴向候选对计算旋转细节集{S^r _i}。

但是，存在许多存档条纹图案时，必须进行大量的计算。为排除这个问题，当特征提取装置11从一个待查条纹图案提取一个细节集{S_i}时，坐标变换装置17可以通过将细节集{S_i}的坐标旋转一定次数，每次转动一固定角度，连续地产生一定数量的旋转细节集。

图4是说明图1的匹配系统的操作过程的流程图，其中事先产生了一定数量的旋转细节集。

在步骤31，特征提取装置11以图3中的同样方式从一待查条纹图案S提取一个细节集{S_i}，并存储在待查条纹图案特征存储器12中。

接着在步骤45，坐标变换装置17通过把细节集{S_i}的坐标绕X-Y平面的原点(例如)旋转一定次数(例如，向前20次，向后20次)，每次转动一固定的度数(例如，1.4°)，计算出一定数量的(例如40)旋转细节集，它们存储在旋转条纹图案特征存储器14中。

然后，在步骤32至34用图3的同样方法选出轴向候选对{C_mn(S_m：F_n/v_mn)}。

在步骤46，对于一个具有方向差r的轴向候选对C_mn(S_m：F_n/v_mn)如下面那样定义参考偏移(ΔX^r _mn，ΔY^r _mn)：

ΔX^r _ij＝X^r _m-X_n

和

ΔY^r _mn＝Y^r _m-Y_n

其中(X^r _m，Y^r _m)是从旋转条纹图案特征存储器14读出的，以方向差r存取的轴向候选对的细节S_m的旋转坐标，而不是图3的步骤35中使用的参考偏移ΔX_mn＝X_m-X_n和ΔY_mn＝Y_m-Y_n。

接着把从旋转条纹图案特征存储器14读取的每个候选对{C_ij(S_i：F_j/v_ij)}的细节S_i的旋转坐标(X^r _i，Y^r _i)和旋转方向D^r _i与它的对应细节F_j的坐标(X_j，Y_j)和D_j比较。

当方向偏移ΔD^r _ij和坐标偏移的差(ΔX^r _ij，ΔY^r _ij)对参考偏移(ΔX^r _mn，ΔY^r _mn)满足以下条件时：

|ΔD^r _ij|＝|D^r _i-D_j|≤TD，

|ΔX^r _ij-ΔX^r _mn|＝|(X^r _i-X_j)-(X^r _m-X_n)|≤TT，

和

|ΔX^r _ij-ΔY^r _mn|＝|(Y^r _i-Y_j)-(Y^r _m-Y_n)|≤TT，

以图3的步骤35执行的过程同样的方式，在ΔX-ΔY离散偏移平面上由坐标(ΔX^r _ij，ΔY^r _ij)指定的每个格在中标绘和累加每个候选对{C_ij(S_i：F_j/v_ij)}对应关系值v_ij。

然后，执行图3的同样过程36至43，并省略了重复的说明。

现在说明细匹配的详细过程。

在步骤41，如下述的那样执行候选对的对应关系值的加强和删除。

对于待查条纹图案和存档条纹图案的两个对应细节之间的坐标偏移和方向偏移，如果待查条纹图案与存档条纹图案匹配，在坐标调节之后它们应当收敛至零。因此，在用步骤34同样的选择方式利用调节后细节{ S_i}选择候选对{C_ij( S_i：F_j/v_ij)}之后，用更严格的阈值TTS和TDS检查坐标偏移和方向偏移，并且把不满足下面条件的候选对从候选对列表15中删除。

|ΔD^R _ij|＝|D^R _i-D_j|≤TDS

|ΔX^R _ij|＝|X^R _i-X_j|≤TTS

和

|ΔY^R _ij|＝|Y^R _i-Y_j|≤TTS

其中(ΔX^R _i，ΔY^R _i)是调节后细节 S_i的坐标和方向。

这就是删除。

另一方面，当两个细节相互对应时，它们的子细节也应当相互对应。

图5是说明子细节之间的对应关系的图案示意图，其中列出了四个候选对C₄₁( S₄：F₁/v₄₁)，C₄₂( S₄：F₂/v₄₂)，C₄₅( S₄：F₅/v₄₅)和C₁₄( S₁：F₄/v₁₄)，细节 S₁至 S₆是调节后细节。细节S₄是细节S₁的一个子细节，即，在它的第一象限中最靠近细节S₁的细节，细节F₂是细节F₄的子细节。

这里假设细节 S₁是细节 S₄的一个子细节，细节F₄是细节F₂的一个在细节，但细节F₄不是细节：F₁的子细节，细节F₅也不是。在这种情况下，候选对C₄₂( S₄：F₂/v₄₂)的对应关系值v₄₂)与候选对C₁₄( S₁：F₄/v₁₄)的对应关系值v₁₄)相加而加强，其它对应关系值v₄₁和v₄₅保持不变。这就是加强。

从这样删除和加强的候选对列表，用前面与图14或15的步骤55结合说明的同样的方式产生一个对列表。

接下来，通过检查是否要在无效区中发现它们的配对细节，或它们是否是一个相反的细节来检查未配对细节是否是有效的。当，例如，要在一个模糊图像的无效区发现一个未配对细节的配对细节时，或，例如，由于脊线的遮断或噪声，该未配对细节是一个相反细节时，从要验证的有效细节中删除它。

在如此修改对应关系值之后，通过用有效细节数规一化对列表的对应关系值的和计算出一个匹配值(步骤42)。

至此，说明了一个细匹配的实例。但是，任何可以用作细匹配的适当方法都在本发明的范围内。本发明的特征在于，如同前面说明过的，可以不依赖诸如指纹的中心位置或指尖的取向之类的待查条纹图案S的绝对坐标，获得用于待查条纹图案S的坐标调节的细节{S_i}的最适合旋转角度R和最适合为宜坐标(ΔX，ΔY)。

在以下的段落中，将参考图6至13说明上述粗匹配，即，坐标调节的具体实施例。

图6是说明一个代表一待查条纹图案的指纹S的实例的图案示意图，图7是说明一个代表一存档条纹图案的指纹F的另一实例的图案示意图，已经验证图6的指纹与指纹F相匹配。在图6和7中，长箭头S或F指示其原点在有关图像的中心的暂定X-Y平面的Y-轴方向。在图6中，符号 至 代表待查指纹S的细节，在每个符号的四个角上的四个数字指示每个细节的有关象限的关系数。当一个关系数不确定时，用x代替数字表示它。从每个细节出发的短箭头指示细节的方向。例如，细节

的第一至第四象限的关系数分别是(0，3，1，x)。细节 至 的四个象限的关系数分别是(1，0，1，x)至(0，1，x，x)。

在图7中，存档指纹F的细节由符号①至代表。用同样的方式表示关系数和方向。细节①至的四个象限的关系数分别是(1，0，4，0)至(3，0，x，x)。

配对检查装置16如下面将要说明的那样执行对用于列出候选对的对应关系值的评估。

首先，检查待查指纹S的一个细节和存档指纹F的一个细节的每个可能的对的两个细节之间的方向差，以选出具有方向差的绝对值不大于一个阈值TD(例如，45°)的对。然后，检查每个选出的对的两组四个关系数之间的差。当在一个选定的对中，其中两个对应关系数的差不大于一个阈值TS，例如，1，的命中(hit)象限的数量不少于一阈值TS，例如，2时，则将该选出的对作为一个带有一个等于命中象限数量的对应关系值v的候选对列出。

例如，图6的细节 的四个关系数是(0，3，1，x)，图7的细节②的四个关系数是(0，2，2，4)。因此，两个细节之间的关系数的四个差(绝对值)为(0，1，1，？)，给出三个命中象限，因而把细节

和②的对作为一个候选对(

：②/3)列入候选对列表15中。

如此，以下列出了图6的待查指纹S与图7的存档指纹之间的15个候选对：

对于细节 ：②/3)，(

：③/2)，( ：⑦/2)

对于细节 ：(

：③/3)，(

：⑦/3)，(

：②/2)，( ⑨/2)

对于细节

：(

：③/3)，(

：⑨/2)，(

：⑩/2)

对于细节

：( ：③/2)，( ：⑦/2)，(

：⑩/2)，( ⑨/2)

对于细节

：( ：⑦/2)

图8是一示意图，其中图6和图7中的细节被平行地显示在同一平面上。在列于候选对列表15中的每个候选对的两个细节之间，画了一条连接它们的实线。

在候选对中，选出轴向候选对。可以把所有候选对规一化为轴向候选对。但是，在实践中最好通过选择具有不小于一特定值(例如，3)的对应关系值的候选对，或按照对应关系值的顺序选出一定数量的轴向对的方法减少轴向候选对的数量。因此，在本例中选择具有不小于3的对应关系值的候选对作为轴向候选对，即，( ：②/3)，( ：③/3)，(

：⑦/3)和( ：③/3)。

图9是说明在图3的步骤35执行的过程的示意图，其中考虑了一个轴向候选对( ：②/3)，并且把待查指纹S的细节绕细节 旋转，以便使细节

的方向与细节②的方向相同。在此图中，候选对的两个细节之间画了实线，其示意性地显示了偏移集中度的水平。

在图9中，有以下五个候选对，它们具有在阈值TD(45°)范围内的方向差，和TT范围内的坐标偏移差(对细节 与②之间的参考偏移)；( ：②)，( ：⑦)，( ：⑨)，( ：⑩)和( ①)。

图10是以图9同样的方式通过考虑另一个轴向候选对(

：③/3)获得的一个示意图。在这里，候选对(

：②)具有在TT范围内的坐标偏移差，但其方向差在大约90°，大于TD＝45°。因此，只有一个候选对(

：③)，轴向候选对本身，满足条件。

在图11中，考虑了又一个轴向候选对(

：⑦/3)，其中有与图9同样数量的候选对满足条件。但是，在图11中安排了比图9更多的实线，这应当给出比图9更高的集中度。

图12是由考虑又一个轴向候选对( ：③)获得的，显示了没有满足条件的其它候选对的小的集中度。

因此，发现轴向候选对( ：⑦)给出了可用于把待查指纹S的细节

至

调节到存档指纹F的最适合旋转角度R和最适合位移坐标(ΔX，ΔY)。

图13示出了相对于存档指纹F如此调节过的细节

至 ，其中六个对将被列入对列表，用于以后在细匹配中计算匹配值SC，细节 被细节⑦覆盖。

如以前所述，可以通过把它们的距离，方向或关系数与它们相邻的细节比较估算出一个待查条纹图案的一个细节与存档条纹提案的一个细节之间的对应关系值。因此，在本发明中，即使在不能确定诸如指纹的取向和指纹的中心位置之类的绝对方向和位置中的一个或两个时，通过选择两个可能对应的细节也能列出候选对，而不需估算待查条纹图案的绝对方向和位置。

此外，在本发明中，通过参考利用每个轴向候选对作为坐标调节参考计算出的偏移分布，在候选对中选出一个给出最集中的坐标偏移的最适合轴向候选对作为坐标调节参考，可以获得用于把待查条纹图案的细节调节到存档条纹图案的细节的最适合旋转角度和最适合位移坐标。因此，可以执行待查条纹图案的最适合坐标调节，而不需专家的任何繁琐的手工工作为待查条纹图案定位和定向。

另外，通过事先准备一定数量的待查条纹图案的细节的旋转坐标和旋转方向的数据集，在检查偏移分布的集中度时，通过参考这些数据集可以容易地为每个用作坐标调节参考的轴向候选对获得暂时旋转数据集。因此，在本发明中，可以快速确定最适合轴向候选对。

至此，结合一些实施例说明了本发明。但是，本发明并不限于这些实施例。例如，参考图5描述的对应关系值的加强也可以在图3或图4的步骤33列出候选对时使用。此外，利用最好的和次好的或更多的适合轴向候选对，可以对两个或更多的调节后细节进行细匹配，以在它们中获得最高匹配值SC。

Claims (10)

1.一种用于验证一个待查条纹图案与事先记录的多个存档条纹图案中的一个存档条纹图案匹配的条纹图案匹配系统；所述条纹图案匹配系统包括：

一个用于从待查条纹图案提取细节特征的特征提取装置(11)；

一个用于存储由特征提取装置提取的特征的待查条纹图案特征存储器(12)；

一个其中事先准备了多个存档条纹图案的细节特征的存档条纹图案特征存储器(13)；

一个用于估算存储在待查条纹图案特征存储器(12)中的待查条纹图案的一个细节与事先在存档条纹图案特征存储器(13)中准备的存档条纹图案的一个细节之间的对应关系值的配对检查装置(16)；

一个其中记录候选对的候选对列表(15)，每个所述候选对是待查条纹图案的一个细节与存档条纹图案的一个细节组成的对，通过配对检查装置(16)估算它们之间的对应关系值决定这两个细节是彼此相似的；

一个用于通过把所述每个细节的坐标绕一其中定义了所述每个细节的坐标的X-Y平面的一个指定点旋转一指定角度计算待查条纹图案的每个细节的旋转后坐标的坐标变换装置(17)；

一个用于存储由坐标变换装置(17)计算的、以旋转角度的每个值存取的、待查条纹图案的细节的旋转后坐标的旋转后条纹图案特征存储器(14)；

一个用于在一由所述每个候选对的偏移坐标指示的地址累加每个满足一个规一化条件的候选对的对应关系值的偏移平面存储器(18)，所述偏移坐标是待查条纹图案的一个细节的旋转后坐标与所述每个候选对的存档条纹图案的一个细节坐标之间的差；和

一个控制装置(10)用于，

在候选对中选择轴向候选对，

根据从坐标变换装置(17)计算的、带有等于所述每个轴向候选对的两个细节之间的方向差的旋转角度的旋转后坐标控制偏移平面存储器(18)累加满足规一化条件的每个候选对的对应关系值，以便为每个轴向候选对获得给出对应关系值的最大累加值的集中偏移坐标，

在轴向候选对中发现一个给出最大累加的最大值的最适合轴向候选对，

确定方向差和最适合轴向候选对给出的集中偏移坐标，分别作为待查条纹图案的最适合旋转角度和最适合位移坐标，和

利用最适合旋转角度和最适合位移坐标执行待查条纹图案与存档条纹图案的细节匹配。

2.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中

所述控制装置(10)控制坐标变换装置(17)，每次通过指定每个轴向候选对的方向差作为旋转角度计算旋转后坐标，以便用偏移平面存储器(18)的方式为所述每个轴向候选对获得给出最大累加值的集中偏移坐标。

3.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中

所述控制装置(10)控制坐标变换装置(17)，连续计算一定数量的待查条纹图案的每个细节的旋转后坐标的数据集，每个所述一定数量的数据集是用绕一固定点的相互之间的一个固定度数的旋转角度差计算的；和

所述控制装置(10)控制偏移平面存储器(18)，根据从旋转后条纹图案特征存储器(14)读出的、以等于所述每个轴向候选对的方向差的角度存取的旋转后坐标得到的偏移坐标累加对应关系值，以获得给出每个轴向候选对的最大累加值的集中偏移坐标。

4.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中一个第一细节与一个第二细节之间的对应关系值是根据第一细节的一个关系数与第二细节的相应关系数的差在一第一阈值内的场合的数量确定的：

第一细节的关系数是在第一细节与第一细节的四个子细节中的一个之间的脊线数量，第一细节的四个子细节中的每一个是在一个第一局部x-y平面的四个象限的每一个中最靠近第一细节的细节，所述第一局部x-y平面的原点在第一细节的位置，并且它的y-轴指向第一细节的方向；和

第二细节的对应关系数是第二细节与第二细节的一个对应子细节之间的脊线数量，第二细节的对应子细节是在一个第二局部x-y平面的一个对应象限中的最靠近的一个细节，所述第二局部x-y平面的原点在第二细节的位置，并且它的y-轴指向第二细节的方向。

5.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中第一细节与第二细节之间的对应关系值是利用第一细节的四个子细节的对应关系值修改的，每个都是在第二细节的对应子细节之间计算的。

6.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中配对检查装置(16)在待查条纹图案的细节与存档条纹图案的细节之间的方向差不大于一个第二阈值的条件下估算对应关系值的。

7.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中轴向候选对是在其每对具有不小于一个第三阈值的对应关系值的候选对中选择出的对。

8.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中轴向候选对是从这样一些候选对中选出的一定数量的对，即其每个具有不小于任何一个其它候选对的对应关系值的对应关系值。

9.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中：

坐标变换装置(17)还通过把所述每个细节的方向旋转一指定角度计算待查条纹图案的每个细节的旋转后方向；和

规一化条件是待查条纹图案的一个细节的旋转后方向与所述每个候选对的存档条纹图案的一个细节的方向之间的差不大于一个第四阈值，并且所述每个候选对的偏移坐标与所述每个轴向候选对的偏移坐标之间的每个差不大于一个第五阈值。

10.如权利要求1所述的条纹图案匹配系统，其中：

控制装置(10)利用至少一组方向差和集中偏移进一步执行细节匹配，所述至少一组的每一个与除最适合轴向候选对之外的每个适合的轴向候选对有关。

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