DE2417282C3 - Vorrichtung zum Lesen von Fingerabdrücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lesen von Fingerabdrücken mit einer Abtasteinrichtung, die eine Anzahl von Signalen liefert, die dem zu lesenden Abdruck mit kennzeichnenden und zu identifizierenden Stellen entspricht, mit einem Wandler, der die analogen Signale der Abtasteinrichtung in digitale, binär kodierte Signale umwandelt, und mit einer Speichereinrichtung, die kurzzeitig diese die Bildinformation des Abdruckes enthaltenden Signale zwischenspeichert.

Bei dieser aus der DE-OS 19 30186 bekannten Vorrichtung ist die Speichereinrichtung mit einer Vielzahl von Schieberegistern verschen, wobei die Zustände bestimmter innerhalb der Schieberegister gespeicherter Signale über eine nachgeschaltete Entscheidungslogikeinrichtung ermittelt werden. Dabei werden die Fingerabdrücke auf der Grundlage von ermittelten kennzeichnenden Stellen im Bild des Fingerabdruckes identifiziert, die beispielsweise die Enden von Linien oder Liniengabelungen sein können, die im gesamten Linienmustcr des Fingerabdruckes auftreten.

Aus der DE-OS 16 23 149 ist es weiterhin bekannt, Fingerabdrücke dadurch zu kodieren und zu identifizieren, indem einem Fingerabdruck kenn/eichende Zahlenwerte zugeordnet werden, und aus diesen Zahlenwerten in einem Speicher eine Bibliothek gebildet wird, die später zum Vergleich mit einem zu identifizierenden Fingerabdruck herangezogen wird.

Ein wesentliches Erfordernis derartiger Vorrichtungen besteht darin, daß die kennzeichnenden Stellen eines Fingerabdruckes trotz der Unterschiede, die durch das Verfahren beim Abnehmen der Fingerabdrucke entstehen, genau identifiziert werden. Fingerabdrücke werden beispielsweise dadurch abgenommen, daß der Finger auf einer Karte abgerollt wird, die Andruckkennzeichen oder andere klassifizierende Kennzeichen aufweisen kann, wobei der Untergrund der Fingerabdruckkarten stark variieren kann. Die Schwärzung des Fingerabdruckes variiert stark mit der Schwärzung des Fingers, des Druckes beim Abrollen des Fingers und der Drehung des Fingers oder anderer Schmierbewegun-

fe^ rcn, die zu einer Verringerung der Qualität des ι ingerabdruckes führen. Vorübergehende Abweichungen des eigentlichen Fingerabdruckes, beispielsweise durch Schnitte, durch Warzen, durch Abschürfungen,

Narben und Schwielen, müssen gleichfalls in Betracht gezogen werden, da sonst eine große Anzahl von nicht kennzeichnenden Einzelheiten ermittelt würde. Aus der Prüfung eines Fingerabdruckes mittlerer Qualität ergibt sich sofort, daß dann, wenn jedes Ende einer auftretenden Linie oder eines auftnuenden Grates einschließlich der nicht kennzeichnenden Grate im Fingerabdruck als wirklich kennzeichnendes Merkmal verarbeitet wird, die wirklich kennzeichnenden SteMen unter den bei weitem vorherrschenden nicht kennzeichnenden Steilen des Fingerabdruckes vollständig verlorengehen.

Es ist weiterhin erforderlich, daß derartige Vorrichtungen die Daten schnell und genau verarbeiten. Ein einziger Fingerabdruck enthält annähernd eine Viertelmillion verwendbarer und auflösbarer Punkte, von denen jeder Punkt im Gray-Code bei 4 Bits einen von 16 Werten haben kann. Das bedeutet, daß annähernd eine Million Bits, die einen Fingerabdruck bilden analysiert und in 100 Punkte umgewandelt werden müssen, die die wirklich kennzeichnenden Einzelheiten darstellen.

Obwohl die bekannten Vorrichtungen die vorliegenden Fingerabdrücke und deren Bilder in binär kodierte Bilder umsetzen können, liefern sie die in dem Fingerabdruck enthaltene Information jedoch nicht in einer im Gray-Code kodierten Form. Eine derart kodierte Information ist jedoch für die genaue Identifizierung äußerst wertvoll, da viele nicht kennzeichnende Einzelheiten, die beispielsweise durch Änderungen im Hintergrund, der Beleuchtung, von Störquellen oder einem elektronischen Rauschen verursacht werden können, wirkungsvoll mit Hilfe der im Gray-Code kodierten Information eliminiert werden können. Bei einer aus der US-PS 35 82 889 bekannten Vorrichtung wird das Rauschen oder die Interferenz dadurch beseitigt, daß ein Majoritätseutscheidungselement vorgesehen ist, das eine Dreipunkt- oder Bitmittelung auf Kosten der Halbierung der Auflösung des Fingerabdruckes durchführt. Ein solches Verfahren entspricht einer Vernachlässigung der Hälfte der potentiell ausnutzbaren Information des Fingerabdrukkes. Dennoch bleiben Interferenzsignale übrig, die größer als die Breite eines Bits sind. Das heißt, daß die bekannte Vorrichtung von der Annahme ausgeht, daß eine Interferenz, die größer als eine Bitbreite ist, keinen nachteiligen Einfluß hat.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt demgegenüber darin, eine Vorrichtung de- eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein auf Fehler im Abdruck korrigiertes Bild erhalten werden kann, indem für den Fingerabdruck nicht kennzeichnende Bildelemente, die durch Änderungen im Hintergrund, der Beleuchtung, von Störquellen und vom elektronischen Rauschen verursacht werden können, eliminiert sind, wobei eine genaue Identifizierung der Fingerabdrücke gewährleistet sein soll, ohne daß die Beseitigung der störenden Bildelemente auf Kosten der Auflösung des Bildes selbst geht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch einen Wandler, der die Signale ii Cr^y-Code kodiert, durch eine Einrichtung, die die in der Speichereinrichtung gespeicherten Informationsteile mit einem Schwellenwert vergleicht und mittelt derart, daß sich ein auf Fehler im Abdruck korrigiertes, aus aus einem Bit bestehenden Informationen für jeden Punkt zusammengesetztes Bild ergibt, durch eine weitere Speichereinrichtung, die dieses Bild speichert, durch eine Übertragungseinrichtung, die nur diejenigen Teile des gespeicherten Bildes auf ein Schieberegister überträgt, die sich direkt an einen bestimmten Koordinatensatz im gerade gespeicherten Bildbereich anschließen, durch eine Einrichtung, die mit dem Schieberegister verbunden ist und Werte liefert, die die verschiedenen geometrischen Eigenschaften der sich direkt aneinander anschließenden Bildteile angeben, und die diese Werte mit einer Anzahl bestimmter Schwellenwerte vergleicht, und durch eine weitere Speichereinrichtung für die kennzeichnenden Stellen, die die Koordinatenwerte und Winkelpositionen derjenigen sich direkt aneinander anschließenden Bildteile speichert, die zwischen die Schwellenwerte fallen, gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise: Ein Fingerabdruck wird beispielsweise unter Verwendung einer Abtasteinrichtung mit hohem Auflösungsvermögen, wie beispielsweise einem Lichtpunktabtaster abgetastet, dessen Signale digital, im Gray-Code mit einer ausreichenden Anzahl von Werten kodiert werden, so daß sich ein Bild ergibt, das die im tatsächlichen Bild enthaltene Information zeigt, und nicht kennzeichnende Einzelheiten selbst bei stark verformten Bereichen des Fingerabdruckes auf ein Minimum reduziert werden können. Das kodierte Bild wird durch geeignete Schaltkreise gefiltert und mit einem Schwellenwert verglichen, um ein Schwarz-Weiß-Bild zu liefern, das gegenüber dem ursprünglichen Fingerabdruck den Vorteil hat, daß viele der bisher erfaßten Abweichungen, beispielsweise Risse und Flecke, beseitigt sind, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß während der nachfolgenden Identifizierung der Einzelheiten des Bildes nicht kennzeichnende Einzelheiten gelesen werden, herabgesetzt ist. Das erfolgt durch eine Bildverstärkungseinrichtung, die die Informationen so kombiniert, daß für jede Eingangsinformation oder für jede Lage eines Bildpunktes des Fingerabdruckes, der abgetastet wird, eine Ausgangsinformation geliefert wird. Die Auflösung des Bildes wird daher nicht verschlechtert, sondern durch die Umwandlung der im Gray-Code kodierten Information in eine Schwarz-Weiß-Information vergrößert. Jede Ausgangsinformation gibt durch ihren Wert 1 oder 0 an. ob der entsprechende Bildpunkl des Fingerabdruckes ein schwarzer oder weißer Punkt ist. Diese Entscheidung für jeden Bildpunkt basiert sowohl auf einem Vergleich der Schwärzungsdichte des Punktes mit der mittleren Dichte im Bereich dieses Punktes als auch auf einer Abschätzung der Richtung und Anordnung der Grate und Täler des Fingerabdruckes in der Nähe des Punktes. Die Bildverstärkungseinrichtung bestimmt rechnerisch unter Verwendung der Information von allen Punkten im Bereich des untersuchten Bildpunktes, ob dieser Bildpunkt als schwarzer oder weißer Bildpunkt ausgewertet wird. Diese Berechnung erfolgt parallel bei allen Gray-Code-Werten, die den Punkten des Fingerabdruckes entsprechen. Die parallele Durchführung dieser Berechnung ermöglicht eine Erhöhung der Geschwindigkeit der Signalverarbeitung.

Die Informationen von der Bildverstärkungseinrichtung werden durch eine Vorbearbeitungseinrichtung vorbearbeitet, die eine weitere Verarbeitung der Bildpunkte verhindert, deren mittlerer Gray-Code-Wert in einem örtlich begrenzten Bereich nicht zwischen bestimmten Grenzwerten liegt. Wenn m. a. W., der Unterschied zwischen den Gray-Code-Werten der dunkelsten und hellsten Linien, die durch den jeweils interessierenden Punkt führen, zu gering ist,

wird eine weitere Verarbeitung des örtlich begrenzten Bereichs um den betrachteten Punkt verhindert, wodurch die Leistungsfähigkeit und Geschwindigkeit der Vorrichtung bei gleichbleibender Genauigkeit erhöht werde

Die Gratenden werden durch verschiedene Schaltungen erfaßt, die eine Erkennungsfunktion erfüllen. Jeder Eingangswert für diese Schaltungen hat den Wert I oder 0, der einem schwarzen oder weißen Bildpunkt im ursprünglichen Fingerabdruck entspricht. Die Informationswerte von den Punkten in einem örtlich begrenzten Bereich des Fingerabdruckes, werden vorzugsweise einem Speicher entnommen und analysiert. Der in Betracht stehende Bildpunkt kann damit als Mittelpunkt, beispielsweise eines 16 χ 16-Punktfensters angesehen werden, durch das ein kleiner Ausschnitt des Fingerabdruckes gesehen wird, und stellt lediglich ein Element eines zusammenhängenden Bereichs aus schwarzen und weißen Punkten innerhalb des Fensters dar. Eine logische Schaltung dient dazu, alle Teile des Bildes zu eliminieren, die sich nicht direkt, beispielsweise an die mittleren 4 Punkte des Fensters anschließen. Als Folge davon werden Gratstrukturen, die neben der Gralstruktur verlaufen, die die mittleren 4 Punkte im Fenster enthält, eliminiert. Da im Falle einer Gratgabelung die Majorität der mittleren Punkte nicht schwarz ist. wird das Fenster schwarz statt weiß komplementiert. Das Gleiche erfolgt im Falle eines Gratendes.

Detektorschaltungen bestimmen anschließend, ob die möglichen kennzeichnenden Einzelheiten den Musterparametern genügen, wodurch Flecken, Ränder und andere nicht kennzeichnende Bildelemente beseitigt werden. Diese Prüfungen schließen eine Bestimmung des Flächenbereiches der Bildstruktur im Fenster, d. h. eine Identifizierung einer möglichen Gratstruklur, eine Bestimmung des Verhältnisses des quadratischen Umfanges zum Flächenbereich, eine Bestimmung der Regelmäßigkeit des Umfanges, eine Bestimmung der Anzahl der Daten mit dem Wert 0 im Flächenbereich, dessen Umfang und einen Vergleich der Breite der Bildstruktur am Rand des Fensters mit einem Schwellenwert ein. Anschließend wird der Endpunkt eines Grates im Fenster bestimmt, woraus sich zusammen mit der Lage des Fensters selbst die Lage des Endpunktes des Grates im Gesamtbild des Fingerabdruckes ergibt. Ähnliche Verfahren werden dazu benutzt, den Randpunkt am Fenster und die Orientierung der kennzeichnenden Einzelheit innerhalb dieses Fensters zu bestimmen.

Die ermittelten Werte werden getrennt und kombiniert mit passenden Grenzwerten verglichen, was zu einer Entscheidung führt, ob ein Flächenbereich als kennzeichnende Einzelheit, d. h. als Gratende oder Gratverzweigung eingeordnet werden kann oder nicht. Wenn ein Flächenbereich versuchsweise als eine kennzeichnende Einzelheit eingeordnet wird, werden seine Orientierung sowie seine Lage aufgezeichnet.

Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die gleichen Gratenden mehrfach abgetastet werden können, müssen die mehrfachen Abtastwerte zu einer Information über die Einzelheit zusammengefaßt werden. Das kann über eine Nachbearbeitung erfolgen. Es kann daher eine Einrichtung zum Vergleichen der Anordnung und der Orientierung jeder Einzelheit eines Bildes mit der Einzelheit in einem in der Nähe liegenden Flächenbereich des Bildes des Fingerabdruckes vorgesehen sein. Wenn die Orientierung und die Lage sowie der Typ der Einzelheit sowohl getrennt als auch kombiniert zwischen bestimmte Grenzwerte fallen, dann werden die beiden verglichenen Einzelheiten als doppelte Aufnahme derselben Einzelheit angesehen. In diesem Fall werden die ermittelten Werte über die Lage gemittelt und wird die Orientierung derjenigen Einzelheit, die sich am weitesten in das Fenster erstreckt, als die wahre Orientierung angesehen.

Es werden manchmal Paare von Einzelheiten erfaßt die tatsächlich zwei Enden eines Grates auf beiden

ίο Seiten einer Gratunterbrechung darstellen. Sämtliche in der Nähe befindlichen Einzelheiten werden untersucht da die Möglichkeit besteht, daß sie eher Teile einei tatsächlichen Unterbrechung im Grat als kennzeichnende Einzelheiten darstellen. Nach der obi.·- bes.-hriebenen Zusammenfassung der Einzelheiten, werden die Unterbrechungen untersucht, wobei das Erfassen vor zwei Teilen einer Unterbrechung dazu führt, daß beide Teile als kennzeichnende Einzelheiten ausgesonden werden. Wenn eine Unterbrechung auftritt, die vor einem Gratspalt oder einem Fleck in einem Tal de; Fingerabdruckes herrühren kann, sind diese Einzelhei ten einander entgegengerichtet. Wenn es sich heraus stellt, daß zwei Einzelheiten vom gleichen Typ sind unc eine eng benachbarte Lage und eine Orientierung aufweisen, die innerhalb bestimmter Toleranzen in di( entgegengesetzte Richtung verläuft, werden diese zwe Einzelheiten als falsche Gratenden oder -zweigt angesehen und damit unterdrückt.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung eir bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung nähei erläutert.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild de: Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrich tung;

F i g. 2 zeigt eine schematische Ansicht eines Finger abdruckes zur Erläuterung, in welcher Weise di< Abtastung erfolgt;

Fig. 3 zeigt im einzelnen das schematische Block schaltbild eines der Bauteile der in Fig. 1 dargestellte!

Vorrichtung;

F i g. 4 zeigt im einzelnen ein schematisches Block schaltbild des in Fig. 1 dargestellten Äquivalenzdaten detektors und der Kombiniereinrichtung.
Gemäß Fig. 1 kann das Bild 10 aus einen Fingerabdruck auf einer Karte, aus dem Bild eine gegen eine optische Oberfläche gedrückten Finger oder aus irgendeinem anderen identifizierbaren Ein gangssignal bestehen. Ein allgemein mit 12 bezeichne ter. geeigneter Abtaster 12 ist dazu vorgesehen, eil Ausgangssignal zu liefern, das eine Funktion de Eingangsbildes 10 ist. Ein derartiger Abtaster win gewöhnlich von einem Lichtpunktabtaster gebildet, de mit allen anderen Bauteilen der Anlage in gewöhnliche Weise mit Hilfe einer Zeitbasis 14 synchronisiert isi Wenn der Abtaster nacheinander Signale von allei Punkten des Bildes erzeugt, verwenden sämtlich* anderen Bauteile der Anlage diese Information in de Form, wie sie geliefert wird. Es ist nicht erforderlich, mi einer weiteren Verarbeitung zu warten, bis das gesamt Bild abgetastet ist und es ist ebenfalls nicht notwendig Schieberegister oder Speicher mit einer Kapazität, di' groß genug für das gesamte Bild ist, vorzusehen. Wem beispielsweise die Anzahl der Punkte des Bildes, di> durch den Lichtpunktabtaster aufgelöst werder 512 χ 512 oder etwa 262 000 beträgt, ist es möglicher weise lediglich erforderlich, von diesen nur 5000 ode etwas weniger als ein Fünfzigstel der gesamten Anzah der Punkte gleichzeitig auszuwerten.

Da vom Abtaster 12 analoge Ausgangssignale erzeugt werden, werden diese durch einen geeigneten Analog-Digital-Wandler 16 in digitale Signale umgewandelt. Der Wandler 16 sollte passende Schwcllcnwerlglieder enthalten, um einen großen üigitalisicrungsbereich im Gray-Code zu ermöglichen. Bei der folgenden Beschreibung wird lediglich zur Erläuterung angenommen, daß eine Kodierung im Gray-Code über 16 Stufen entwickelt wird.

Das Ausgangssignal vom Wandler 16 wird an einen Speicher 18 abgegeben, der im typischen Fall ein beweglicher Speicher wie beispielsweise eine Magnettrommel, eine Platte oder ein in geeigneter Weise gesteuerter Magnetkernspeicher sein kann, wie es allgemein bekannt ist. Aus den folgenden Ausführungen wird sich ergeben, daß der Speicher 18 nur eine Kapazität aufweisen kann, die dazu ausreicht, alle Punkte entlang einer Anzahl von Linien oder Reihen zu speichern, die gleich der Anzahl derjenigen Reihen ist, die im sog. Fenster eines mehrfachen Schieberegisters 20 enthalten sind. Als Register 20 ist ein Typ mit an sich bekannter paralleler Ausgabe gewählt. Um die beispielsweise sechzehnstufige Information im Gray-Code aufzunehmen, weisen der Speicher 18 und das Register 20 eine Tiefe von 4 Bits für jeden Informationspunkt auf. Das ist schematisch bei 21 für das Register dargestellt.

In F i g. 2 ist schematisch das Bild eines Fingerabdrukkes P dargestellt, dem mehrere aufeinanderfolgende Abtastlinien oder -reihen R des Abtasters 12 in stark vergrößerter Weise überlagert sind, wenn er sich in die Richtung des Pfeiles bewegt. Dem Bild ist ebenfalls ein rechtwinkliger Flächenbereich 201 überlagert, der das Fenster oder das momentane Blickfeld des Schieberegisters 20 darstellt. Das heißt, daß das Schieberegister 20 in jedem Augenblick die Gray-Code-Werte sämtlicher Bildpunkte enthält, die innerhalb des Flächenbereiches 201 liegen. Diese Werte werden alle außer dem Wert für den Punkt 202 vom Speicher 18 übertragen. Der Wert für den Punkt 202 kommt direkt vom Wandler 16, wie es schematisch in F i g. 1 dargestellt ist. Die Kapazität des Speichers 18 ergibt sich aus der Anzahl der Punkte längs jeder der Reihen R\ bis R_n in Fig. 2, die beträchtlich geringer ist als die Zahl sämtlicher Punkte, die im vollständigen Bild des Fingerabdruckes enthalten sind. Da das augenblickliche Blickfeld des Schieberegisters 20 viele Reihen umfaßt, werden die gleichen Punkte offensichtlich mehrfach abgetastet. Aus dem folgenden wird sich ergeben, daß eine solche mehrfache Abtastung die Genauigkeit der Anlage vergrößert. Obwohl das dargestellte Schieberegister 20 ein 9 χ 9-Bit-Fenster aufweist, sind selbstverständlich auch andere Größen möglich.

Die vom Register 20 ausgesandten Gray-Code-Signa-Ie werden einer in Form von Rechen- und Vergleichsschaltungen 22 vorliegenden Bildverstärkungseinrich- tung geliefert, die die Gray-Code-Signale filtert und mit einem Schwellenwert vergleicht, so daß ein binäres Schwarz-Weiß-Bild erzeugt wird, das bezüglich der vielen möglichen Unterschiede im Kontrast und ähnlichen Effekten korrigiert ist, die zwischen einem Teilabschnitt des Bildes und dem Hintergrund und dem anderen Teilabschnitt des Bildes und dessen Hintergrund auftreten.

Das wird mit Hilfe der Schaltungen 22, die Schlitzfilter enthalten, erreicht Die Schaltungen 22 berechnen die Mittelwerte der im Gray-Code kodierten Informationen für mehrere Punktreihen im Schieberegister 20 und bestimmen, welcher Mittelwert sich am stärksten vom Mittelwert aller dieser Reihen unterscheidet. Dazu vergleicht das Filter zunächst den Gray-Code-Wert des Mittelpunktes des augenblicklichen Bildes im Schieberegister 20 mit dem Mittelwert sämtlicher Punkte im Fenster des Registers, um ein dynamisches Mittelungskriterium zu liefern. Gleichzeitig ermöglichen die Schlitzfilter eine Untersuchung des Mittelpunktes des Fensters bezüglich der örtlichen Struktur, d. h. ob ein Grat oder ein Tal vorliegt. Die örtliche Struktur wird dadurch abgetastet, daß der mittlere Gray-Code-Wert jedes Schlitzes im Filter bestimmt wird, wobei die Schlitze speichenförmig oder radial vom Mittelpunkt des Fensters aus angeordnet sind. Wenn die Schlitze in der Praxis so angeordnet sind, kreuzen die meisten Schlitze eher die örtliche Struktur als daß sie mit einem Kamm oder mit einem Kamm oder mit einem Tal ausgerichtet sind. Als Folge davon wird der typische Gray-Code-Mittelwert für einen einzelnen Schlitz sehr ähnlich dem Mittelwert der gesamten Reihe sein. Wenn jedoch ein Schlitz längs eines Kammes liegt, wird sein Mittelwert beträchtlich schwärzer als der Mittelwert der Reihe sein, woraus entnommen werden kann, daß der Mittelpunkt auf einem Kamm liegt und daher ein schwarzer Punkt ist. Wenn umgekehrt der Mittelwert eines Schlitzes weißer als der Mittelwert der gesamten Schlitzreihe ist, liegt der Mittelpunkt in einem Tal und stellt damit einen weißen Punkt dar. Die Informationen, sowohl von der dynamischen Mittelung als auch von den Schlitzfiltern werden gewichtet. um einen Punkt einer binären Klassifikation, d. h. den Werten »1« oder »0« zuzuordnen. Die oben beschriebene Ermittlung der örtlichen Struktur erzeugt ein verstärktes Bild, in dem kleine Lücken fehlen, die aus der Porenstruktur, schlechter Schwärzung oder anderen kleinen Ungenauigkeiten resultieren. Die Schahkreise 22 liefern einen klaren auswertbaren binären Verlauf der Grate aus einem schwach oder schlecht geschwärzten Fingerabdruck. Wie bereits erwähnt, wertet das Filter beim Zuordnen eines binären, d. h. schwarzen oder weißen Wertes, jeden Punkt im Zusammenhang mit der örtlichen Struktur aus. Ebenso wie das menschliche Auge sieht das Filter vorzugsweise unterbrochene Strukturen als durchlaufende Strukturen, indem es die kleinen Spalte ausfüllt. Anschließend wird jeder Punkt der Matrix als Mittelpunkt eines Abtastfensters aus beispielsweise 12 radial angeordneten Schlitzen untersucht. Durch einen Vergleich des mittleren Gray-Code-Wertes jedes Schlitzes mit dem Mittelwert sämtlicher Schlitze ermittelt die Logik, ob der Mittelpunkt in einem Tal oder auf einem Grat liegt und weicher Schütz am besten zu der Richtung des Verlaufs dieser Struktur paßt. Wenn beispielsweise der mittlere Gray-Code-Wert eines Schlitzes schwärzer als der anderer Schlitze ist. kann angenommen werden, daß der Mittelpunkt auf einem Grat liegt. Er würde damit trotz einer kleinen Unterbrechung als schwarz eingeordnet. Durch die Bestimmung, welcher Schlitz am besten mit der Struktur ausgerichtet ist, ermittelt das Filter die Richtung des Verlaufs des Grates zur späteren Verwendung.

Auf der Grundlage der gewichteten dynamischen Mittelwerte und der Informationen der Schlitzfilter wird der Mittelpunkt des augenblicklichen Bildes im Register 20 genau durch die Schaltkreise 22 als schwarzer Punkt (1) zu einem Speicher 24 ungeachtet der Tatsache, daß ein weißer Spalt im Aufbau eines schwarzen Grates auftrat, übertragen. Umgekehrt wird ein schwarzer Fleck in einem Tal in richtiger Weise

durch die Schaltungen 22 als weiß (0) übertragen. Die Schaltungen 22 können aus bekannten digitalen und analogen Summicrungsschaltungen wie Additions- und Suinmierungsverstärkern, digitalen und analogen Verglcichsschaltungen (Komparatoren) und analogen oder digitalen bistabilen Multivibratoren bestehen.

Der Speicher 24 füllt das Schieberegister 26 parallel bis zu seiner Gesamtkapazität, die 8x8 Bits betragen kann, wobei das letzte Bit in der oben im Hinblick auf das Füllen des Registers 20 beschriebenen Weise, direkt von den Schaltungen 22 kommt. Das Schieberegister 26 enthält damit in seinem 8 χ 8-Fenster ein augenblickliches binäres Bild der vom Fenster umfaßten wirklichen Bildpunkte.

Eine Bildüberlragungsschaluing 28 überträgt einen Teil des binären Bildes im Register 26 einem mehrfachen Schieberegister 30 mit paralleler Eingabe und Ausgabe. Der Teil des Bildes im Register 26, der dem Register 30 übertragen oder in das Register 30 eingeschrieben wird, ist der schwarze Teil des Bildes, der sich an Bilder mit vier schwarzen Mittelpunkten anschließt. Wenn die Mehrzahl der vier Mittelpunkte schwarz ist, wird das potentielle Ende eines Grates angenommen. Wenn die Mehrzahl der vier Mittelpunkte weiß ist, dann wird ein Tal oder eine Gabelung angenommen. Da ein Tal ein negativer Grat ist, werden die Bildwerte umgekehrt oder in ihre komplementären Werte umgewandelt und aufgezeichnet.

Im einzelnen überträgt die Schaltung 28 zunächst die vier Mittelpunkte des Bildes im Speicher 26 direkt zu den entsprechenden Stellen im Register 30. Danach wird eine Reihe logischer Schaltungen in der Übertragungsschaltung 28 gleichzeitig in Betrieb gesetzt, wobei jede logische Schaltung ein Eingangssignal von einem anderen Punkt als den vier Mittelpunkten im Register 26 erhält. Daher entspricht die Anzahl dieser Schaltungen der Anzahl der Punkte im Schieberegister 26 abzüglich der vier Mittelpunkte, was bei einem 8 χ 8-Bitregister 60 Schaltungen bedeutet. Die logischen Schaltungen haben die Aufgabe, die vier Mittelpunkte des Fensters zu untersuchen und alle Abschnitte des Bildes zu eliminieren, die sich nicht an die vier Mittelpunkte des Fensters anschließen. Damit werden alle schwarzen Punkte, die sich nicht an irgendeinen anderen schwarzen Punkt im Fenster anschließen, beseitigt. Wenn die Mehrzahl der Mittelpunkte schwarz ist, kann das Ende eines Grates vorhanden sein und erfolgt eine Prüfung auf Unterbrechung bei allen Randpunkten des Fensters um festzustellen, ob der Grat in das Fenster eintritt, dieses jedoch nicht verläßt.

Wenn die Mehrzahl der Miiieipunkie weiß ist. wird eine Gabelung angenommen. In diesem Falle wird das Bild umgekehrt und dieselbe Prüfung auf Unterbrechung durchgeführt wie es bei dem Ende eines Grates der Fall ist. Wenn zwei weiße und zwei schwarze Mittelpunkte vorhanden sind, sucht die Logik nach einer charakteristischen Einzelheit von einem Typ, der dem Typ der Einzelheit entgegengesetzt ist der bei der vorhergehenden Fensterstellung angenommen wurde.

Jede logische Schaltung empfängt somit ein Eingangssignal von einem anderen Punkt im Register 26 und ebenfalls acht Punkte oder weniger im Falle einer Kante vom Register 30 als Eingangssignale, die sich diagonal, horizontal oder vertikal an den Punkt anschließen oder diesen berühren, der dem Eingangssignal derselben logischen Schaltung vom Register 26 entspricht. Jede logische Schaltung legt fortlaufend den Wert des Punktes in Register 30, der dem Eingangspunkl vom Register 26 entspricht, auf 1 (schwarz) fest, wenn ein solcher Eingangspunkt den Wert 1 aufweist und irgendein Eingangssignal der Eingangssignale vom Register 30, d. h. der diagonalen, horizontalen oder vertikalen Nachbarpunkte, den Wert I aufweist. Die gleichzeitige und fortlaufende Arbeit dieser logischen Schaltungen ermöglicht eine Übertragung eines sich an die vier schwarzen Mittelpunkte anschließenden schwarzen Bildes, wenn sich das schwarze Bild von der Mitte zu den Rändern, d. h. der Kante des Fensters, das einen Bildausschnitt liefert, erstreckt. Die Schaltkreise ermöglichen keine Übertragung von anderen schwarzen Flächenbereichen im Fenster im Register 26 zum Register 30, die durch dazwischen liegende weiße Bereiche voneinander getrennt sind. Die logischen Schaltungen können aus UND/ODER-Gliedern bestehen. Die auf diese Weise dem Register 30 übertragenen Bildinformationen werden durch mehrere voneinander unabhängige Schaltungen verarbeitet, die im Bauelement 32 in Fig. 1 enthalten sind und im einzelnen in F i g. 3 dargestellt und mit 320,321,322,323,324 und 325 bezeichnet sind.

Die Randprüfschaltung 320 in Fig. 3 stellt fest, welche der acht Reihen aus überlappenden Punkten, von denen jede ein Viertel des Randes des Fensters des Schieberegisters 30 überdeckt, schwarze Punkte aufweist. Die Schaltung 320 bestimmt weiterhin, ob zwei derartige Reihen mit schwarzen Punkten, die gegenüberliegenden Seilen oder Ecken des Fensters enthalten, was anzeigen würde, daß ein Grat durch das Fenster hindurchläuft, als daß der Grat endet. Der Aufbau der Schaltung 320 kann von herkömmlichen digitalen logischen Bausteinen wie ODER-Gliedern und logisehen Invertern gebildet werden.

Die Schaltung 321 für die Länge des Randes bestimmt die am meisten auseinanderliegenden schwarzen Punkte auf dem Rand des im Register 30 gespeicherten Bildes und zählt die Anzahl der Punkte längs des Randes des Bildes, die diese schwarzen Punkte voneinander trennen. Diese Anzahl zusammen mit den zwei Endpunkten wird als Länge des Randes des schwarzen Bildes genommen. Herkömmliche digitale Bausteine wie beispielsweise Zähler können diese Funktion erfüllen.

Die Schaltung 322 zählt die Anzahl der Punkte auf dem Rand eines im Register 30 gespeicherten schwarzen Flächenbereiches unter Ausschluß derjenigen Punkte, die auf dem Rand des Fensters des Registers 30 liegen. Diese Anzahl wird als innerer Umfang des im Register 30 gespeicherten schwarzen Fiächcribcrcichcs genommer;. Herkömmliche digitale logische Bauteile wie beispielsweise Zähler, ODER-Glieder, UND-Glieder und Inverter erfüllen diese Funktion.

Die Flächenmeßschaltung 322 zählt die Anzahl der in Register 30 gespeicherten schwarzen Punkte, die als Flächenbereich des schwarzen Bildes genommen wird. Herkömmliche digitale Zähler können diese Funktion erfüllen.

Die Formmeßschaltung 324 berechnet das Verhältnis des Quadrates des Umfangs p, der von der Schaltung 322 gemessen wurde, zu dem Wert des Flächensignals von der Schaltung 323. Das Ergebnis dieser Berechnung wird als ein Näherungswert für die Gestalt oder die Form des schwarzen Flächenbereiches des Bildes im Register 30 genommen. Ein zu hoher oder zu niedriger Wert zeigt an, daß etwas anderes als Einzelheiten eines

Fingerabdruckes, beispielsweise ein Fleck, abgetastet wurde. Die Schaltung 324 kann aus herkömmlichen digitalen Multiplizier- und Dividierschaltungen bestehen.

Die Winkel- und Längenmeßschaltung 325 berechnet den Winkel zwischen dem Mittelpunkt derjenigen Randpunkte, die von der Schaltung 321 gezählt wurden und demjenigen schwarzen Punkt im Register 30, der am weitesten davon entfernt ist. Sie berechnet ebenfalls die Länge L zwischen dem Mittelpunkt dieser Randpunkte und dem am weitesten entfernten Punkt im schwarzen Flächenbereich im Fenster. Der Winkel Ö wird bezüglich der horizontalen Koordinatenrichtung des Bildes im Register 30 berechnet. Herkömmliche digitale Zähler, Addierschaltungen und Multiplizier- )5 schaltungen können diese Funktion erfüllen.

Die Signale von den Schaltungen 320, 321, 322, 323 und 324 werden Vergleichsschaltungen 326 zugeleitet, die die Werte jeder dieser Schaltungen mit vorbestimmten Bereichen vergleicht. Wenn eines dieser Signale aus seinem vorbestimmten Bereich fällt, wird durch die Schaltung 326 kein Ausgangssignal erzeugt, wohingegen dann, wenn alle diese Signale in ihre vorbestimmten Bereiche fallen, durch die Schaltung 326 ein Ausgangssignal erzeugt wird, das die Übertragungsschaltung 34 betätigt, um die Lage der bestimmten Einzelheit, die durch eine Zeitbasis 14 bestimmt ist. den Winkel und die Länge der Einzelheit, die durch die Schaltung 325 bestimmt sind, die Art der Einzelheit, die von einem Einbitumkehrsignal von der Schaltung 28 angezeigt wird, zu speichern. Die Schaltung 326 kann aus herkömmlichen digitalen logischen Bauteilen, ODER-Gliedern. UND-Gliedern und Informationsspeicherregistern bestehen,die allgemein bekannt sind.

Die dem Speicher 36 übertragenen Informationen werden daher vorläufig als kennzeichnende Punkte oder kennzeichnende Einzelheiten des vorliegenden Bildes bezeichnet. Einige der Informationen vom Bauteil 32 werden dem Speicher 36 nicht übertragen. Bildbereiche, die zu dunkel oder zu hell sind oder einen nicht ausreichenden Kontakt aufweisen, wären bei der Ermittlung der charakteristischen Einzelheiten des Fingerabdruckes unzuverlässig und werden daher ausgesondert. Dazu verhindert ein Signal von den Vergleichsschaltungen 37 zur Übertragungsschaltung 34 zum geeigneten Zeitpunkt die Übertragung der Informationen vom Bauteil 32 zum Speicher 36.

Die Schaltung 37 empfängt die Eingangssignale von den Schaltungen 22 und liefert eine Vorbearbeitung des binären Gray-Code-Bildes für die Bereiche, die zu hell oder zu dunkel sind oder einen nicht ausreichenden Kontrast aufweisen Wie oben erwähnt, bestimmt die Schaltung 22 diejenigen Reihen von Bildpunkten, die die höchsten oder niedrigsten Werte gegenüber einem Mittelwert aufweisen. Die Schaltung 37 vergleicht den niedrigsten Wert mit einem vorbestimmten hellen Schwellenwert und den höchsten Wert mit einem vorbestimmten dunklen Schwellenwert Zusätzlich werden die hohen und niedrigen Werte voneinander subtrahiert und wird der Unterschied mit dem für frühere Punkte vorher festgestellten Unterschied gemittelL Dieser Mittelwert wird dann mit einem vorbestimmten Kontrastschwellenwert verglichen. Wenn einer der obengenannten Schwellenwerte überschritten wird, wird der Übertragungsschaltung 34 ein Signal geliefert, um die Übertragung von Informationen zum Speicher 36 so lange zu verhindern, bis der Bildabschnitt Werte liefert, die innerhalb sämtlicher Schwellenwerte liegen. Die Schaltung 37 kann in bekannter Weise aus analogen oder digitalen logischen Bauteilen wie Summicrungsschaltungen, Komparatoren und bistabilen Multivibratoren aufgebaut sein.

Die im Speicher 36 gespeicherten Informationen, die vorläufig als charakteristische Einzelheiten bezeichnet werden, werden durch eine übertragungsschaltung 38 auf ein Bauteil 40 übertragen, das die mehrfachen Untersuchungen der gleichen Einzelheit zu einem einzigen X, V-Koordinatenwert bei einem einzigen Wert für den Winkel Θ vereinigt. Auf diese Weise wird der beste Koordinatenwert für die Einzelheit erhalten. Gemäß Fig.4 weist ein Äquivalentdatendetektor 40 Bauteile auf, die nacheinander die Koordinaten aller im Speicher 36 gespeicherten Punktepaare unter der Steuerung einer herkömmlichen Adressensteuerung 401 vergleicht, die nacheinander die Elemente aus der Liste der Koordinaten. Winkel, Längen und Arten der Einzelheiten, die im Speicher 36 gespeichert sind, adressiert und die Schaltung 38 veranlaßt, diese einem dualen trigonometrischen Komparator 402 zu übertragen. Die Reihenfolge, in der diese Einzelheiten adressiert werden, ist so gewählt, daß die Koordinaten der ersten Einzelheit auf der Liste mit den Koordinaten sämtlicher später auf der Liste aufgeführten Einzelheiten verglichen werden, anschließend die Koordinaten der zweiten Einzelheit mit denen sämtlicher später auf der Liste aufgeführten Einzelheiten verglichen werden und so weiter, bis die vorletzte Einzelheit mit der letzten gespeicherten Einzelheit verglichen ist. Wenn jede Einzelheit mit ihren Koordinaten X\. V, und dem Winkel Θι mit den später auf der Liste stehenden Einzelheiten verglichen ist. berechnet der Komparator 402 den Unterschied zwischen .Vi, Vi und den Koordinaten jeder späteren Einzelheit X7. V₂. die mit dem Winkel Θ2 aufgelöst ist. Wenn die Beträge

I X₂-Vi I · cos Θι + |.V₂ — .Vi I ■ sin B₂
Ix₂ —Xi I sin B₂ +|.vi -.V₂1 cos B₂

unterhalb einer bestimmten Grenze liegen, werden die Koordinaten -Y₂ und V₂ der dualen Addierschakung 403 übertragen und zu den vorher summierten Koordinaten addiert, die ebenfalls vom Komparator als unterhalb dieser Grenzen X\ und Vi liegend ermittelt wurden Diese neue Summe der Koordinaten wird dann im Register 404 gespeichert. Wenn die Koordinaten sämtlicher späteren Einzelheiten mit Hilfe des Komparators 402 mit Xi Vi verglichen sind, werden die summierten Koordinaten im Register 404 einer Dividierschaltung 405 übertragen. Der Zähler 406 zählt die Anzahl der Einzelheiten, deren Koordinaten während des Vergleiches durch den Komparator 402 mit den speziellen Koordinaten ΛΊ Vi addiert und im Register 404 gespeichert wurden.

Die Dividierschaltung 405 dividiert die Summe der Koordinaten vom Register 404 durch die im Speicher 406 gespeicherte Anzahl der Einzelheiten. Wenn der Komparator 402 feststellt, daß die Koordinaten X\ Vi und die Koordinaten X2 V₂ nahe beieinander liegen und die Koordinaten X₂ Y₂ zur Addierschaltung 403 zur Addition überträgt, vergleicht der Komparator 407 ebenfalls die Länge der Einzelheit mit den Koordinaten X2 Yi mit der maximalen Länge sämtlicher vorher mit X\ Vi verglichenen Einzelheiten, die in einem der Register 404 gespeichert ist. Wenn die Länge der an den Koordinaten X2 Y₂ übertragenen Einzelheit größer als das vorhergehende Maximum ist, dann wird der Wert

der Länge mit Hilfe einer Gatterschaltung 408 übertragen, um die vornergehende maximale Länge in einem der Register 404 zu ersetzen. Dadurch ist die gespeicherte maximale Länge tatsächlich immer gleich der während des laufenden Zeitabschnittes auftretenden maximalen Länge. Wenn auf diese Weise ein neuer Wert für die maximale Länge in einem der Register 404 gespeichert ist, wird der Winkel Θ2 für diese Einzelheit in einem anderen Register 404 gespeichert und ersetzt damit den vorhergehenden Winkel Θ. der während des Vergleiches mit den Koordinaten X₁ V, gespeichert war. Wenn alle Einzelheiten mit Koordinaten X₂ Y₂ mit jeder der speziellen Einzelheiten ΛΊ Vi verglichen sind und die obengenannten Divisionen der Koordinaten durch die Dividierschaltung 405 erfolgt sind, werden die Informationen über die dividierten Koordinaten und der zuletzt gespeicherte Wert des Winkels Θ2 durch die Schaltung 42 von der Dividierschaltung 405 und einem Register 404 zum Speicher 44 übertragen. Auf diese Weise werden alle identischen Einzelheiten erfaßt und zu einer einzigen Einzelheit mit maximaler Länge zusammengefaßt.

Im Speicher 44 sind die Koordinaten und die Orientierungen aller Punkte im Bild gespeichert, die als kennzeichnende Punkte oder Einzelheiten im Falle der Identifizierung eines Fingerabdrucks identifiziert wurden. Die Liste dieser Einzelheiten im Speicher kann einige Grate enthalten, die Unterbrechungen aufweisen die irrtümlicherweise als Enden des Grates identifizier! wurden. Daher vergleicht ein Komparator 46 die Informationen im Speicher 44 und verhindert eine Betätigung der Übertragungsschaltung 48 für diejenigen Einzelheiten, deren X- und V-Koordinaten innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen und derer Winkel θ sich um 180° ± einer bestimmten Winkeltoleranz unterscheiden. Der Komparator 4t kann im typischen Fall aus herkömmlichen digitaler oder analogen Addierschaltungen, Subtrahierschaltungen und Komparatoren bestehen. Alle anderer Informationen im Speicher 44 werden einem Pufferspei eher 50 übertragen, aus dem die identifizierte Einzelheii ausgelesen oder in herkömmlicher Weise durch eir Aufzeichnungsgerät oder durch eine Anzeige 5i angezeigt weiden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Lesen von Fingerabdrücken mit einer Abtasteinrichtung, die eine Anzahl von Signalen liefert, die dem zu lesenden Abdruck mit kennzeichnenden und zu identifizierenden Stellen entspricht, mit einem Wandler, der die analogen Signale der Abtasteinrichtung in digitale, binär kodierte Signale umwandelt, und mit einer Speichereinrichtung, die kurzzeitig diese die Bildinforniation des Abdruckes enthaltenden Signale zwischenspeichert, gekennzeichnet durch einen Wandler (16), der die Signale im Gray-Code kodiert, durch eine Einrichtung (22). die die in der Speichereinrichtung (18, 20) gespeicherten Informationsteile mit einem Schwellenwert vergleicht und mittelt derart, daß sich ein auf Fehler im Abdruck korrigiertes, aus aus einem Bit bestehenden Informationen für jeden Punkt zusammengesetztes Bild ergibt, durch eine weitere Speichereinrichtung (24, 26), die dieses Bild speichert, durch eine Übertragungseinrichtung (28), die nur diejenigen Teile des gespeicherten Bildes auf ein Schieberegister (30) überträgt, die sich direkt an einen bestimmten Koordinatensatz im gerade gespeicherten Bildbereich anschließen, durch eine Einrichtung (32), die mit dem Schieberegister (30) verbunden ist und Werte liefert, die die verschiedenen geometrischen Eigenschaften der sich direkt aneinander anschließenden Bildteile angeben, und die diese Werte mit einer Anzahl bestimmter Schwellenwerte vergleicht, und durch eine weitere Speichereinrichtung (36, 38, 40) für die kennzeichnenden Stellen, die die Koordinatcnwerte und Winkelpositionen derjenigen sich direkt aneinander anschließenden Bildteile speichert, die /wischen die' Schwellenwerte fallen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Speichereinrichtung (36, 38, 40) für die kennzeichnenden Stellen mit einem Äquivalenzdatendctektor und einer Kombinicreinrichtung (40) versehen ist, die mit der Hinrichtung (32), die Werte liefert, die die verschiedenen geometrischen Eigenschaften der sich direkt aneinander anschließenden Bildteile angeben, verbunden sind und diese Werte zusammenfassen, und daß ein zusätzlicher Speicher (44) mit dem Äquivalenzdatendetektor und der Kombiniereinrichtung (40) über eine Steuerschaltung (42) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Bestimmen, welche der sich anschließenden Teile aus der Speichereinrichtung für die kennzeichnenden Punkte nahezu die gleichen Koordinaten aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22) zum Vergleichen und Mitteln eine Einrichtung enthält, die den Mittelwert jeder Reihe von Punkten aus einer Anzahl von Punktreihen, die dem Muster entsprechen, mit dem Mittelwert sämtlicher dieser Reihen in der Speichereinrichtung vergleichen kann, wobei jeder Satz einen seiner Punkte in der Speichereinrichtung als Mittelpunkt aufweist, der in ein binäres Einbitbild umgewandelt wird, das eine Funktion des Mittelwertes jeder Reihe und des Mittelwertes sämtlicher Reihen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vergleichen und

Mitteln Schlitzfilter enthält, die radial speichenförmig bezüglich des Mittelpunktes eines gegenwärtigen Bildes in der Speichereinrichtung angeordnet sind, um einen dynamischen Mittelwert zu liefern, der zum Umwandeln des Mittelpunktes in das binäre Einbitbild verwendbar ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung (28) einen Übertragungsschaltkreis zum Übertragen von vier momentanen Mittelpunkten des binären Einbitbildes von der Speichereinrichtung (24,26) zum Schieberegister (30) und eine Vielzahl logischer Schaltungen aufweist, die auf den Wert von zusätzlichen Punkten im binären Einbitbild ansprechen und nur diejenigen Punkte mit einem ähnlichen Wert übertragen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle logischen Schaltungen so ausgelegt sind, daß sie simultan arbeiten.