專(zhuān)利名稱(chēng)：一種指紋識(shí)別卡和卡上運(yùn)行的指紋識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物特征識(shí)別領(lǐng)域，特別涉及指紋識(shí)別技術(shù)，尤其是一種指紋識(shí)別卡和卡上運(yùn)行的指紋識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
生物特征識(shí)別技術(shù)是指利用人體生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的一種技術(shù)。生物識(shí)別系統(tǒng)是對(duì)生物特征進(jìn)行取樣，通過(guò)提取特征的算法將取樣出的生物特征轉(zhuǎn)化成數(shù)字特征，并進(jìn)一步將這些特征組合而成的特征模板，存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。在識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，識(shí)別系統(tǒng)獲取現(xiàn)場(chǎng)生物特征，轉(zhuǎn)換為數(shù)字特征并與數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的特征模板進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出二者之間的相似度，以確定是否匹配，從而決定接受或拒絕該人。指紋是生物特征的一種，具有唯一、再生、不可抵賴(lài)、方便提取、易于辨識(shí)等特點(diǎn)。 目前指紋識(shí)別技術(shù)是生物特征識(shí)別技術(shù)中最成熟的技術(shù)，已被全球大部分國(guó)家政府接受與認(rèn)可，已廣泛地應(yīng)用到政府、軍隊(duì)、銀行、社會(huì)福利保障、電子商務(wù)和安全防衛(wèi)等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的指紋識(shí)別算法中需要資源很大，一般RAM需要64K字節(jié)，主頻需要100M以上。智能卡內(nèi)部有CPU和RAM，可以進(jìn)行身份識(shí)別、支付工具、加密/解密，信息存儲(chǔ)功能。 目前應(yīng)用非常廣泛。由于成本和體積限制，卡內(nèi)CPU芯片主頻均不高，RAM容量較小，僅 10KB^20KB左右。由于需要的RAM過(guò)大，限制了現(xiàn)有指紋識(shí)別算法在卡中的應(yīng)用。中國(guó)專(zhuān)利公告第CN1217287C號(hào)公開(kāi)了一種指紋識(shí)別方法指紋特征中一個(gè)特征點(diǎn)由特征點(diǎn)i的χ坐標(biāo)，y坐標(biāo)，指紋紋路在特征點(diǎn)i處的切線(xiàn)與χ軸的夾角θ，以及說(shuō)明特征點(diǎn)i是紋路叉點(diǎn)還是端點(diǎn)的屬性表示。特征具有m個(gè)特征點(diǎn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)指紋特征數(shù)據(jù)鏈表由m*m個(gè)元素組成。每個(gè)元素Lij的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由該連線(xiàn)的長(zhǎng)度，指紋紋路在特征點(diǎn)i處的切線(xiàn)與連線(xiàn)Lij的夾角θ 1，指紋紋路在特征點(diǎn)j處的切線(xiàn)與連線(xiàn)Lij的夾角θ 2，以及說(shuō)明連線(xiàn)端點(diǎn)i與j之間屬性的綜合屬性表示。眾所周知1個(gè)字節(jié)的表示范圍為(Γ255， 而角度的范圍為(Γ359度，對(duì)于一副長(zhǎng)寬均為400像素的圖像來(lái)說(shuō)，2個(gè)點(diǎn)間的距離范圍為 (Γ566像素，長(zhǎng)度由2字節(jié)表示，θ 1由2字節(jié)表示，Θ2由2字節(jié)表示，屬性由1字節(jié)表示。 1個(gè)元素由7字節(jié)組成。如果特征點(diǎn)個(gè)數(shù)m為50時(shí)，元素有2500個(gè)，一共占用17500字節(jié)。 2個(gè)特征相互比對(duì)則需要2*m*m個(gè)元素，共35000字節(jié)。中國(guó)專(zhuān)利公告第CN100412883C號(hào)也公開(kāi)了一種指紋識(shí)別方法匹配方法也是基于細(xì)節(jié)點(diǎn)連線(xiàn)的。匹配時(shí)候考慮2個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)mi，mj的連線(xiàn)長(zhǎng)度(2字節(jié)表示)dij ；連線(xiàn)與細(xì)節(jié)點(diǎn)方向的夾角ai (2字節(jié)表示)，bi (2字節(jié)表示);兩個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型t (2字節(jié)表示); 曲率c (1字節(jié)表示)；脊密度g (1字節(jié)表示)；這樣1個(gè)連線(xiàn)需要10個(gè)字節(jié)表示。如果2 個(gè)特征各有50個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，則需要2*50*50*10，共50000字節(jié)?？梢钥吹揭陨现讣y識(shí)別算法需要的RAM均很大，至少需要30K，限制了指紋識(shí)別算法在嵌入式芯片的應(yīng)用。在嵌入式芯片中，內(nèi)嵌RAM是非常占芯片面積的，所以大RAM就意味著高成本。在各類(lèi)卡上，如JAVA卡上，內(nèi)部芯片的RAM僅有10KB 20KB，所以現(xiàn)有的指紋識(shí)別算法很難實(shí)現(xiàn)在卡上芯片內(nèi)進(jìn)行比對(duì)。
因此，有必要針對(duì)上述缺陷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低成本的在指紋卡內(nèi)部實(shí)現(xiàn)指紋比對(duì)的指紋識(shí)別方法以及基于此種方法的指紋識(shí)別卡。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案這種指紋識(shí)別卡，主要包括指紋采集模塊，用于通過(guò)數(shù)據(jù)卡上的指紋掃描器，采集用戶(hù)的指紋信息；指紋驗(yàn)證模塊，用于將采集的指紋信息與存儲(chǔ)的指紋模板進(jìn)行比對(duì)，輸出比對(duì)結(jié)果；控制模塊，用于根據(jù)指紋驗(yàn)證模塊輸出的比對(duì)結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。這種指紋識(shí)別方法，該方法通過(guò)指紋識(shí)別卡的指紋采集模塊采集指紋信息，通過(guò)指紋驗(yàn)證模塊將采集到的指紋信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征模板進(jìn)行比對(duì)，采用細(xì)節(jié)點(diǎn)比對(duì)的方法，每?jī)杉?xì)節(jié)Mi，Mj的連線(xiàn)，稱(chēng)為1個(gè)比對(duì)單元，比對(duì)單元由連線(xiàn)長(zhǎng)度d，指紋紋路在細(xì)節(jié)點(diǎn)i處的切線(xiàn)與連線(xiàn)Lij的夾角θ 1，細(xì)節(jié)點(diǎn)i和細(xì)節(jié)點(diǎn)j的角度差θ 2組成，將比對(duì)結(jié)果輸出，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。所述連線(xiàn)的長(zhǎng)度d為d<dMAX CdMAX彡255像素)。所述夾角θ 1和角度差θ 2為(Γ255單元度。所述比對(duì)單元的數(shù)量限定為最多M個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)參與比對(duì)，每個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)生成N個(gè)比對(duì)單元，1個(gè)指紋特征最多需要Μ*Ν個(gè)比對(duì)單元。所述比對(duì)單元不包含細(xì)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型信息。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的效果是可以?xún)H使用很小的RAM，而識(shí)別效果依然很好，適合在各類(lèi)卡上，如JAVA卡上運(yùn)行?？稍趦H12KB字節(jié)RAM，72M主頻的芯片上運(yùn)行。 可以在卡內(nèi)CPU上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)卡內(nèi)的指紋識(shí)別功能。


圖1為細(xì)節(jié)點(diǎn)為叉點(diǎn)的示意圖； 圖2為細(xì)節(jié)點(diǎn)為端點(diǎn)的示意圖3為比對(duì)單元結(jié)構(gòu)示意圖4為N固定為50時(shí)，不同的M對(duì)EER的影響的示意圖； 圖5為M固定為50時(shí)，不同的N對(duì)EER的影響的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明
本發(fā)明所述的這種指紋識(shí)別卡，主要包括指紋采集模塊，用于通過(guò)數(shù)據(jù)卡上的指紋掃描器，采集用戶(hù)的指紋信息；指紋驗(yàn)證模塊，用于將采集的指紋信息與存儲(chǔ)的指紋模板進(jìn)行比對(duì)，輸出比對(duì)結(jié)果；控制模塊，用于根據(jù)指紋驗(yàn)證模塊輸出的比對(duì)結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。這種指紋識(shí)別方法，通過(guò)指紋識(shí)別卡的指紋采集模塊采集指紋信息，通過(guò)指紋驗(yàn)證模塊將采集到的指紋信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征模板進(jìn)行比對(duì)，采用細(xì)節(jié)點(diǎn)比對(duì)的方法，每?jī)杉?xì)節(jié)Mi，Mj的連線(xiàn)，稱(chēng)為1個(gè)比對(duì)單元，比對(duì)單元由連線(xiàn)長(zhǎng)度d，指紋紋路在細(xì)節(jié)點(diǎn)i處的切線(xiàn)與連線(xiàn)Lij的夾角θ 1，細(xì)節(jié)點(diǎn)i和細(xì)節(jié)點(diǎn)j的角度差θ 2組成，將比對(duì)結(jié)果輸出，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。由于指紋圖像采集中總是存在噪聲，在經(jīng)過(guò)指紋處理算法后，經(jīng)常出現(xiàn)指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型錯(cuò)誤的情況，即原來(lái)是端點(diǎn)，識(shí)別為叉點(diǎn)，或者原來(lái)是叉點(diǎn)，識(shí)別為端點(diǎn)。如圖1為 FVC2000圖像庫(kù)中DB1_B中101_6圖像，圖2為FVC2000圖像庫(kù)中DB1_B中101_7圖像。圖 1和圖2是同一枚手指，中間圈出的是一個(gè)對(duì)應(yīng)的細(xì)節(jié)點(diǎn)，圈出的細(xì)節(jié)點(diǎn)在圖1中看上去是一個(gè)叉點(diǎn)，而在圖2中看上去是一個(gè)端點(diǎn)。由于細(xì)節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型誤差較大，所以在構(gòu)造比對(duì)單元時(shí)，不包含細(xì)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型信息。由于手指是柔軟的，采集到的指紋圖像會(huì)有形變，距離越遠(yuǎn)的部分，形變?cè)酱?，所以在?duì)連線(xiàn)長(zhǎng)度d做限制，限定d<dMAX (dMAXS 255)，這樣d僅需要1個(gè)字節(jié)即可表示。 比對(duì)單元中包含連線(xiàn)長(zhǎng)度d信息。通常的角度范圍為(Γ359度，需要2個(gè)字節(jié)才能表示，本方法中將計(jì)算角度規(guī)范化到(Γ255單元度。S卩，將360度平均分為256等份，1單元度表示1.40625度。這樣角度僅需要1個(gè)字節(jié)即可表示，即夾角θ 1和角度差θ 2均粗化為(Γ255單元度。如圖3所示，1個(gè)比對(duì)單元由連線(xiàn)長(zhǎng)度d (1字節(jié))，指紋紋路在細(xì)節(jié)點(diǎn)i處的切線(xiàn)與連線(xiàn)Lij的夾角θ 1 (1字節(jié))，比對(duì)單元還包含細(xì)節(jié)點(diǎn)i和細(xì)節(jié)點(diǎn)j的角度差θ 2 (1字節(jié))組成，1個(gè)比對(duì)單元占用3個(gè)字節(jié)。限制比對(duì)單元的數(shù)量，設(shè)定最多M個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)參與比對(duì)，每個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)生成N個(gè)比對(duì)單元，這樣1個(gè)指紋特征最多需要Μ*Ν個(gè)比對(duì)單元。如果M為40，N為15，則1個(gè)指紋特征需要40*15*3即1800字節(jié)。2個(gè)指紋特征比對(duì)需要3600字節(jié)。這樣在比對(duì)時(shí)候需要的比對(duì)單元信息僅占用3600字節(jié)，由于比對(duì)單元的數(shù)量下降了，需要的運(yùn)算量也隨之下降，即可以使用更低的主頻。實(shí)驗(yàn)方法說(shuō)明選擇一個(gè)指紋庫(kù)，包含200個(gè)手指{F0、F1、F2……F199}，其中每個(gè)手指有10個(gè)特征{T0、T1、T2……Τ9}。進(jìn)行拒真測(cè)試時(shí)選擇同樣手指Fx的2個(gè)不同特征Ta、Tb進(jìn)行比對(duì)，記錄比對(duì)得分。共比對(duì) 200*10*9 = 18000 次。進(jìn)行認(rèn)假測(cè)試時(shí)選擇不同手指Fx、Fy的2個(gè)特征Ta、Tb進(jìn)行比對(duì)，記錄比對(duì)得分。共比對(duì) 200*199*10*10 = 3980000 次。參圖4所示，N固定為50時(shí)，不同的M對(duì)EER的影響
M1520253035404550EER (單位％)2. 3641. 31. 0961. 0561. 0280. 9971. 0071. 007
參圖5所示，M固定為50時(shí)，不同的N對(duì)EER的影響
N1520253035404550EER (單位％)0. 9971. 0080. 9981. 0081. 0071. 0071. 0071. 007
且實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步得出，不同M、N對(duì)EER、FRR的影響
M50305040N50301515EER (單位％)1. 0071. 0560. 9970. 998FRR (單位％)4.06674. 24. 254. 26
由上表可知當(dāng)M、N分別由50、50降低到40、15時(shí)，測(cè)試實(shí)際拒真率(ERR)僅從4. 0667% 提高到4. 260%,即好用性?xún)H下降4. 47%，而速度提高30%以上，需要的RAM降低到原1/10左
5右。實(shí)際測(cè)試本指紋識(shí)別算法可以在卡內(nèi)的嵌入式芯片(72M主頻，12KBRAM)中實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別功能，平均比對(duì)2個(gè)特征時(shí)間在30mS內(nèi)。通過(guò)分析，合理減小參與比對(duì)的細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)的信息，達(dá)到減小比對(duì)時(shí)占用RAM大小， 而性能卻沒(méi)有較大損失的目的。合理減小參與比對(duì)的細(xì)節(jié)點(diǎn)對(duì)的個(gè)數(shù)，達(dá)到減小比對(duì)時(shí)占用RAM大小，而性能卻沒(méi)有較大損失的目的。術(shù)語(yǔ)解釋
1、EER 是相等錯(cuò)誤率(Equal Error Rate)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是認(rèn)假率(FAR)和拒真率(FRR) 相等時(shí)的錯(cuò)誤率。2、FAR:認(rèn)假率。3、FRR:拒真率。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種指紋識(shí)別卡，其特征在于主要包括指紋采集模塊，用于通過(guò)數(shù)據(jù)卡上的指紋掃描器，采集用戶(hù)的指紋信息； 指紋驗(yàn)證模塊，用于將采集的指紋信息與存儲(chǔ)的指紋模板進(jìn)行比對(duì)，輸出比對(duì)結(jié)果； 控制模塊，用于根據(jù)指紋驗(yàn)證模塊輸出的比對(duì)結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。
2.一種采用如權(quán)利要求1所述的指紋識(shí)別卡的指紋識(shí)別方法，其特征在于通過(guò)指紋識(shí)別卡的指紋采集模塊采集指紋信息，通過(guò)指紋驗(yàn)證模塊將采集到的指紋信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征模板進(jìn)行比對(duì)，采用細(xì)節(jié)點(diǎn)比對(duì)的方法，每?jī)杉?xì)節(jié)Mi、Mj的連線(xiàn)，稱(chēng)為1個(gè)比對(duì)單元，比對(duì)單元由連線(xiàn)長(zhǎng)度d，指紋紋路在細(xì)節(jié)點(diǎn)i處的切線(xiàn)與連線(xiàn)Lij的夾角θ 1，細(xì)節(jié)點(diǎn) i和細(xì)節(jié)點(diǎn)j的角度差θ 2組成，將比對(duì)結(jié)果輸出，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋識(shí)別方法，其特征在于所述連線(xiàn)的長(zhǎng)度d為d<dMAX， dMAX彡255像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋識(shí)別方法，其特征在于所述夾角θ1和角度差Θ2為 0 255單元度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋識(shí)別方法，其特征在于所述比對(duì)單元的數(shù)量限定為最多M個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)參與比對(duì)，每個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)生成N個(gè)比對(duì)單元，1個(gè)指紋特征最多需要Μ*Ν個(gè)比對(duì)單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的指紋識(shí)別方法，其特征在于所述比對(duì)單元不包含細(xì)節(jié)點(diǎn)類(lèi)型信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種指紋識(shí)別卡和卡上運(yùn)行的指紋識(shí)別方法，主要包括指紋采集模塊，用于通過(guò)數(shù)據(jù)卡上的指紋掃描器，采集用戶(hù)的指紋信息；指紋驗(yàn)證模塊，用于將采集的指紋信息與存儲(chǔ)的指紋模板進(jìn)行比對(duì)，輸出比對(duì)結(jié)果；控制模塊，用于根據(jù)指紋驗(yàn)證模塊輸出的比對(duì)結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。該方法是通過(guò)指紋識(shí)別卡的指紋采集模塊采集指紋信息，通過(guò)指紋驗(yàn)證模塊將采集到的指紋信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征模板進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)結(jié)果輸出，對(duì)數(shù)據(jù)卡進(jìn)行相應(yīng)的控制。本發(fā)明有益的效果是可以?xún)H使用很小的RAM，而識(shí)別效果依然很好，適合在各類(lèi)卡上，如JAVA卡上運(yùn)行?？稍趦H12KB字節(jié)RAM，72M主頻的芯片上運(yùn)行?？梢栽诳▋?nèi)CPU上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)卡內(nèi)的指紋識(shí)別功能。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102354367SQ201110285748
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者呂虹曉, 楊波 申請(qǐng)人:杭州晟元芯片技術(shù)有限公司