(57)【要約】【課題】捕捉プロセスの分かりやすいフィードバック情報がリアルタイムで付与され、それにより、ユーザが、能動的なガイドなしで指の配置の任意の必要な修正を行うことができる、十分に高品質の指紋（１３）を捕捉する新規の可能性を見つける。【解決手段】指紋スキャナ（５）に基づいて確実に高品質の状態で指紋（１３）を捕捉する方法及び装置に関し、イメージ処理ユニット（２）が捕捉ユニット（１）の下流に配置され、二次元表示ユニット（４）に捕捉ユニット（１）が関連付けられる。イメージ処理ユニット（２）において解析される指紋（１３）の結果に応じて、二次元表示ユニット（４）は、単純にユーザをガイドするために複数のアニメーション化された指の位置イメージを含むライブラリを有するイメージ記憶装置（３）から、捕捉面（１１）に配置された指の肯定的リアルタイム図を表示する。【選択図】図１
2014063493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋スキャナ（５）に基づいて十分に高品質の指紋（１３）を捕捉する方法であって、
− 捕捉面（１１）に配置された指の指紋（１３）を捕捉するステップと、
− センサイメージングの関連対象の数量及び位置を解析するステップと、
− 指紋（１３）の位置、数量、及びタイプの基準プリセットと、実際の位置及び実際の数量を比較するステップと、
− 前記捕捉面（１１）に配置された指（１２）の状態の広範囲な分類及び前記基準プリセットに対する複数のアニメーション化されたイメージを含むライブラリを有するイメージ記憶装置（３）にアクセスするステップと、
− 対象解析に対応する指の不完全な配置を表す複数のイメージ又は一連のイメージを、肯定的な指のイメージングとして選択するステップと、
− 前記捕捉面（１１）の直近に位置決めされる表示ユニット（４）に、二次元イメージの形態で肯定変換された指のイメージングを表示するステップと、
を有する、方法。
【請求項２】
前記センサイメージングの関連対象として前記指紋（１３）の数量及び位置を解析するため、第１指骨のプリントが暗ピクセルエリアとして検索され、質量中心、表面積、及び向きを用いて位置が決定される外接矩形（１４）が、前記基準プリセットと比較するために、前記第１指骨のプリントに提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基準プリセットの指骨の数量からの特定されたずれが、前記イメージ記憶装置（３）の前記ライブラリからの対応する指描写を補充するために選択される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
欠落した指が、前記基準プリセットにより補充され、ずれパターンと共に表示される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ずれパターンは、異なるタイプの境界線、陰影、フィルカラー、又はフィルパターンから選択される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記捕捉面（１１）の余白を越えたことに起因する指紋の欠落部分が、前記指の残りの形状の知識と共に、逆向きの矢印（４７）により表示される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
対象として検出される前記指紋（１３）の長さと幅との比率のずれが、前記基準プリセットに関連して付加的に特定され、それにより、前記指（１２）の斜めの位置が検出され表示される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記捕捉面（１１）の余白を越えたことに起因する指紋（１３）の欠落部分が、前記指の前記残りの形状の知識で補充され、前記指の外形を拡大してシミュレートする指輪郭（４５）によって、前記基準プリセットに対応する修正指示が表示される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記捕捉面（１１）への不十分な圧力に起因する指紋（１３）の不十分なサイズ又は不十分なコントラストが、グレー値ヒストグラム、標準偏差の解析、及び引き続いての閾値評価を通して特定される、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記捕捉面（１１）への不十分な圧力に起因する指紋（１３）の不十分なサイズ又は不十分なコントラストが、前記基準プリセットに相対して特定され、拡大した指輪郭（４５）として表示され、各指紋を囲むパターン領域が、加えられる圧力に応じて、指紋オーラ（４５１、４５２、４５３）として表示され、前記指紋オーラ（４５１、４５２、４５３）は、前記指（１２）を囲み、前記指輪郭（４５）に達する際の前記捕捉面（１１）での最適な押圧を合図する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記捕捉面（１１）での斜めの位置決めに起因する指紋（１３）の不正確な向きが、外接矩形（１４）の辺の比率と前記捕捉面（１１）の縁部からの距離とを解析することにより特定され、回転矢印（４７）により表示される、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記捕捉面（１１）での斜めの位置決めに起因する指紋（１３）の不正確な向きが、外接矩形（１４）の辺の比率と前記捕捉面（１１）の縁部からの距離とを解析することにより特定され、修正指示が、前記基準プリセットに対応する指輪郭（４５）によって表示され、前記指輪郭（４５）は、前記指の外形を拡大してシミュレートする、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記指紋（１３）のコントラストが、前記基準プリセットに関するグレー値ヒストグラム、標準偏差の解析、及び引き続いての閾値評価を通して付加的に特定され、拡大された指輪郭（４５）として表示され、各指紋（１３）を囲むパターン領域が、加えられる圧力に応じて、指紋オーラ（４５１、４５２、４５３）として表示され、前記指紋オーラ（４５１、４５２、４５３）は前記指（１２）を囲み、前記指輪郭（４５）内の前記捕捉面（１１）での最適な押圧を合図する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記指紋（１３）のコントラストが、前記基準プリセットに関するグレー値ヒストグラム、標準偏差の解析、及び引き続いての閾値評価を通して付加的に特定され、両側で対称な線形無単位目盛り（４７３）の形態においてアナログ圧力読み取り値として表示され、前記捕捉面（１１）への大きすぎる押圧は、前記目盛り（４７３）に沿った上向きの矢印移動により合図され、前記捕捉面（１１）への小さすぎる押圧は、下向きの矢印移動により合図される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記指（１２）の不動位置が、４つ以上の連続するイメージにわたって一定でない前記特定された指紋（１３）の質量中心の位置が、手の二重表示として表示されるという点で、所定の時間間隔にわたって前記捕捉面（１１）の前記縁部からの距離関係の解析を通して監視される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記指（１２）の不動位置が、４つ以上の連続するイメージにわたって一定でない前記特定された指紋（１３）の質量中心の位置が、手表示の隣の多数の同心弧（４７４）として表示されるという点で、所定の時間間隔にわたって前記捕捉面（１１）の前記縁部からの距離関係の解析を通して監視される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
７５０ｍｓ以内に１５ピクセルを超えて移動する前記特定された指紋（１３）の前記質量中心の位置が、動きとして表示される、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
高分解能指紋（１３）のための捕捉ユニット（１）と単純な品質基準を解析するための、下流に配置されたイメージ処理ユニット（２）とが、高品質の指紋（１３）のみをデータベース（６）に送信するのに設けられている、指紋スキャナ（５）に基づく十分に高品質の指紋（１３）を捕捉する装置であって、
− 複数のアニメーション化された指位置イメージを含むライブラリを有するイメージ記憶装置（３）が設けられ、
− 前記イメージ処理ユニット（２）にて解析された指紋（１３）の結果に応じて、前記イメージ記憶装置（３）からの前記アニメーション化された指位置イメージを表示するように設計された二次元表示ユニット（４）が、前記捕捉ユニット（１）に関連付けられ、
− ユーザの簡単なガイドのために、前記捕捉ユニット（１）の捕捉面（１１）に実際に配置された指（１２）の肯定的リアルタイム図を通して、前記アニメーション化された指位置イメージを表示するために前記表示ユニット（４）が設けられていることを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指紋スキャナ、特に、訓練した操作人員がいない民間用途用の指紋スキャナに基づいて確実に高品質の指紋を捕捉する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昔、指紋は一般的に、州の検事当局、警察署、及び看守等の政府法執行機関により、容疑者の登録、識別、及び検証の目的でとられた。最近、国境検問所及び投票者識別が、そのような民間用途に追加されている。
【０００３】
刑事事件での指紋の捕捉はなお、十分に訓練された経験のある治安当局者により監督され実行されるが、民間用途での指紋の捕捉及び評価中、通常、技師は存在しない。さらに、民間目的での指紋採取は多くの場合、捕捉装置の操作者と指紋採取される人との物理的な接触が許されない、大使館、領事館、及び空港の特別な区域等の警備の厳重な区域で実行される。したがって、指紋採取されている人は、捕捉装置の操作者の直接の立ち会いなしで指示されなければならない。
【０００４】
この点に関して指紋採取プロセスを簡易化するとともに、指紋の続く品質評価をより客観的にするため、すなわち、主観的な視覚的評価をなくすために、指紋スキャナにはますます、フィードバック要素が装備されるようになった。そのようなフィードバック要素の例は、音響信号出力（例えば、ベル、ラウドスピーカ）、ピクトグラム等の視覚的表示、１つ若しくは複数の色のＬＥＤ、又は位置に基づく表示である。このような装備の指紋スキャナ又はハンドスキャナのいくつかの例は、Ｇｕａｒｄｉａｎ（Cross Match Technologies製）、ＲｅａｌＳｃａｎＧ１０（Suprema）、ＣＳ５００ｅ（Cogent）、及びＭｏｒｐｈｏＴｏｐ（Morpho）である。しかし、これらすべての装置を用いる場合、指紋が採取されている人が、装置操作者により指示されるか、又は指紋スキャナを用いる経験を既に有すると仮定されるため、指を配置する様式が正確であると仮定され、個々の押印の定量的な結果のみが表示され、必要な場合、改良が要求される。
【０００５】
マルチカラーＬＥＤディスプレイが、指紋の画質が十分に良好か否かを示すことができるが、それらは十分な品質の指紋を得るために変更しなければならない条件についていかなる支援も提供することができない。さらに、どの指を装置の捕捉面に配置すべきか、又は指をどこに配置するかについて、指示を与えることができない。
【０００６】
プリント品質を示すフィードバック要素が、例えば、特許文献１において開示され、この文献では、表示要素は、制御ソフトウェアの評価ユニットにより開始される。ユーザの活動が解析され、結果が表示されて、ユーザ側での特定のさらなる動作を要求するが、これらの表示要素は、容易に理解できるようにユーザをガイドするには適切ではない。
【０００７】
２００７年にＮＩＳＴ（米国商務省の機関である米国標準技術局）により行われたユーザガイド研究により、明滅ＬＥＤが指紋採取プロセスで役に立たず、場合によっては、ユーザを苛立たせ、捕捉プロセスの遅延に繋がることが確認された（Theofanosら、非特許文献１）。加えて、研究により、ビデオアニメーションがユーザ、特に経験の浅いユーザのガイドに最も適することが示された。しかし、安全のために、且つ限られたスペースにより、この種のビデオ命令を示すことが可能なモニタは多くの場合、指紋採取ステーションに設置することができない。しかし、仮に指示ビデオを示すことが可能であったとしても、ユーザは、指を正確に配置するために指紋スキャナに集中するとともに、ビデオ命令のためにモニタにも同時に集中せざるを得ない。しかし、大半の場合、この種のビデオ命令は、実際の捕捉プロセスへの直接リンクを有さず、大方、指紋捕捉での不足に関するユーザのリアルタイムフィードバックがない連続ループである。
【０００８】
指紋スキャナ又はハンドスキャナの今日のローカルディスプレイは、指紋採取プロセスでユーザに指示するのに役立つが、スキャンされた指紋の適切な取得についてのフィードバックを、指紋を記録中の人にではなく操作者のみに提供する。この種のローカルディスプレイを有するハンドスキャナの例は、例えば、Ｌ ＳＣＡＮ ５００Ｐ（Cross Match Technologies製）、ＲｅａｌＳｃａｎ Ｆ（Suprema）、ＭｕｌｔｉＳｃａｎ １０００（Green Bit）、及びＬＳ １１００（Secure Outcome）である。
【０００９】
この種のローカルディスプレイでのフィードバック情報は、指紋が捕捉される際にリアルタイムで示される指紋のライブイメージである。しかし、不十分な品質の指紋をいかに改良するかについての指示をユーザに与えない。さらに、訓練を受けていないユーザは、使用可能な指紋のために指をいかに位置決めするかを知らず、又は表示されたプリントが良好又は完璧な場合を知らない。これは、経験のある指紋専門家によってのみ評価可能である。
【００１０】
記録された指紋のライブイメージも、制御のために指紋スキャナにリンクされたコンピュータの画面に表示することができる。しかし、この種の画面は通常、指紋採取中の人には見えず、又は見える場合、指紋の位置及び品質についていかなる分かりやすいフィードバックも、訓練を受けていないユーザに伝えない。
【００１１】
非刑事用途での近代の指紋捕捉プロセスでは、すなわち、当局者又は操作者が指紋採取を物理的に実行又は監督しない場合、訓練を受けていない人が指紋を捕捉できるようにする３つの重要な情報が欠けている：
ａ）指の正確な位置決め、
ｂ）指紋再集中、指を静止させた状態を保つ必要性、及び
ｃ）捕捉面に指を押す正確な圧力。
【００１２】
位置決め：
捕捉面での指の正確な位置は、すべての指紋が最終的な指紋イメージで完全に可視であることを保証するために重要である。指紋は途切れた、又は重なったりしない。多くの場合、指は、（ｉ）一緒に近すぎて位置決めされ、（ｉｉ）捕捉面の縁部を越えて広がり、又は（ｉｉｉ）捕捉面の中央に配置されず、それにより、指紋が全体的に捕捉されない。
【００１３】
現在の指紋スキャナは、上述したように、指の誤った位置決めについてのいかなるフィードバックも与えず、表示されるプリントイメージに重ねられるソフトウェア生成される矢印は分かりにくい、すなわち指紋採取プロセスについて最小限より多くの知識を必要とする。そのような理解は、民間用途で指紋を記録すべき人の場合には想定することができない。
【００１４】
指を静止した状態に保つ：
指紋スキャナを有する装置により指紋を捕捉するために必要な時間は、より高速のイメージセンサを通して近年大幅に短縮されたが、４本１組の指の捕捉に、それでもなお１〜３秒かかる。指は、この時間中移動せず、移動した場合には、指紋（特徴点）の細部が歪むことになる。しかし、現時点で、このエラー源にユーザの注意を適宜引く手段は指紋スキャナに提供されていない。
【００１５】
正確な指の圧力
十分なコントラストは、指紋を検査し、比較し、チェックする能力の最も重要な要件の１つである。指紋のコントラストは、皮膚の状態（湿っている／乾燥している、柔らかい／ざらざらしている／若い／年を取っている）並びに指が捕捉面を押す圧力に依存する。
【００１６】
訓練を受けた法施行当局者であっても、ライブスキャナにより捕捉され、コンピュータ画面に表示される指紋イメージの画質（ＦＢＩ及びＮＩＳＴ規格）は、視覚的査定により評価することが難しい。したがって、大半の場合、画質は、プリントの捕捉に続くステップにおいて、ソフトウェアアルゴリズムにより解析される。この種のアルゴリズムの一例は、画像品質ＮＦＩＱを査定する標準及び技術の国際機関（ＮＩＳＴ）（ＮＩＳＴ指紋画像品質）により開発されたアルゴリズムである。このＮＦＩＱアルゴリズムは、他の指紋との十分に良好な比較可能性が、自動指紋比較システム（ＡＦＩＳ、すなわち自動指紋識別システム）において可能な確率に基づいて指紋を査定する。この場合、５つのレベルが区別され、ＮＦＩＱレベル１は最も不良な画質であり、レベル５は最高の画質である。民間用途での操作人員、特に指紋を捕捉すべき人にとって、画質の評価についてライブスキャナ指紋を視覚的に査定することは完全に不可能である。
【００１７】
政府ＩＤ管理システム（敬作、パスポート、個人識別、投票者登録等）に使用され、大半は訓練を受けた人員により操作されるいわゆるライブスキャン装置の場合、取得すべき指（人差し指、中指、薬指、小指、親指）のすべての種類の指紋読み取りの既存の要件は、指の数量（１本の指だけ、２本指を一緒に、４本の指を一緒に）、プリントのタイプ（平坦、回転）、捕捉フォーマット（例えば、４１×３９ｍｍ、８０×７５ｍｍ）、イメージ分解能（５００ｐｐｉ又は１０００ｐｐｉ）、及びこれらのイメージの品質パラメータ（ＳＮＲ、線形性、幾何学的歪み、グレー値均一性、ＭＴＦ）は非常に高く設定され、順守は、公認手順（米国内のＦＢＩ及び、独国内のＢＳＩ、印国内のＳＴＱＣ、及び日本内のＮＰＡ）の枠組み内で実施しなければならない。しかし、民間用途（例えば、旅行者往来、査証の発行等）でのさらなる商業化の過程でのこれらのシステムであってさえも、本発明の用途が望ましく、さらに、承認するのに十分に高い品質の指紋のより客観的な査定に繋がる。
【００１８】
原理上、指紋は、実際に、自動化プロセスにおいて非常に高い確率で、１人のみの一致する人物が数百万のエントリのデータベースから特定される場合、十分に高い品質を有する。ＦＢＩ及びＮＩＳＴ等の機関は、この「最高級」品質から技術的パラメータを導出し、今日、それらのパラメータが、高品質指紋読み取り装置の承認要件を構成する。
【００１９】
それにも関わらず、指紋を準備されたデータベース（より少数のエントリを有するデータベースも、認定されていない機器を使用する場合）からの１人の人物に割り当てることは、指紋の捕捉及びチェックについての十分に高品質の基準であり、これは、少なくともクイックテストにより上記パラメータをチェックすることにより、指紋の特徴点が完全に取得され、可能な限り歪みがないように、指紋を捕捉しなければならないことを意味する。
【００２０】
高品質プリントイメージを再現可能に取得するために指紋の捕捉を改良するステップが、例えば、特許文献２及び特許文献３に記載されている。
【００２１】
捕捉プロセス前又は捕捉プロセス中にコントラストを適宜調整する最も単純な方法は、押圧を変更することである。他方、大半の場合、厳密に指の圧力が大きすぎるか、又は小さすぎるためにコントラストの問題が生じる。大きすぎる圧力は非常に暗いイメージに繋がり、皮膚の山及び谷を分けることはもはや不可能である。逆に、小さすぎる圧力は低イメージコントラストに繋がり、皮膚の皺の畝は見えないか、又は部分的にしか見えない。
【００２２】
単純な圧力センサの使用は、上述したように、コントラストが大きく皮膚の状態にも依存するため、この問題を満足のいくように解決することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第７２７７５６２ Ｂ２号明細書
【特許文献２】米国特許第７，３１９，５６５ Ｂ２号明細書
【特許文献３】米国特許第５，４１６，５７３ Ａ号明細書
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】ＮＩＳＴＩ   ７４０３，２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、本発明の目的は、捕捉プロセスの分かりやすいフィードバック情報がリアルタイムで与えられ、それにより、ユーザが、訓練を受けた操作者による能動的なガイド及びサポートに頼らずに、必要ないかなる修正も行うことができる、指紋スキャナに基づいて、十分な高品質で指紋を捕捉する新規の可能性を見つけることである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
指紋スキャナに基づいて十分に高品質で指紋を捕捉する方法において、上記目的は、以下のステップを通して本発明により満たされる：
−捕捉面に配置された指の指紋を捕捉するステップ、
−センサイメージの関連物体の数量及び位置を解析するステップ、
−実際の位置及び実際の数量を、指紋の位置、数量、及びタイプの基準プリセット／参照プリセットと比較するステップ、
−捕捉面に配置された多種別の状態の指及び基準プリセットの複数のアニメーション化されたイメージを含むライブラリを有するイメージ記憶装置にアクセスするステップ、
−物体解析に対応する指の不完全な配置を表すイメージ又は一連のイメージを、肯定的な指のイメージングとして選択するステップ、及び
−捕捉面の直近に位置決めされる表示ユニットに、二次元イメージの形態でプラス変換された指のイメージングを表示するステップ。
【００２７】
有利なように、基準プリセットとの比較を実行するために、第１指骨のプリントが、暗ピクセルエリアについて検索されて、センサイメージングの関連物体として指紋の数量及び位置を解析し、第１指骨のプリントには外接矩形が提供され、外接矩形の位置は、質量中心、表面積、及び向きを用いて決定される。
【００２８】
基準プリセットの指骨の期待される数量からの特定されたずれが、イメージ記憶装置のライブラリからの対応する指描写を補充するために当を得て選択される。そうするに当たり、好ましくは、欠落した指が基準プリセットにより補充され、ずれパターンと共に表示され、このずれパターンは、異なるタイプの境界線、陰影、フィルカラー、又はフィルパターンから当を得て選択される。
【００２９】
本方法の有利な実施形態では、捕捉面の余白を越えたことに起因する指紋の欠落部分が、指の残りの形状の知識と共に、逆向きの矢印により表示され、ユーザに位置修正が要求される。
【００３０】
さらに、物体として検出される指紋の長さと幅との比率の追加のずれが、基準プリセットに関連して特定され、それにより、指の斜めの位置が検出され表示される。
【００３１】
本方法のさらなる好ましい実施形態では、捕捉面の余白を越えたことに起因する指紋の欠落部分が、指の残りの形状の知識で補充され、指の外形を拡大してシミュレートする指輪郭により、基準プリセットに対応する修正指示が表示される。
【００３２】
本方法のさらなる発展では、捕捉面への不十分な圧力に起因する指紋の不十分なサイズ又は不十分なコントラストが、好ましくは、グレー値ヒストグラム、標準偏差の解析、及び続く閾値評価を通して特定される。
【００３３】
そうするに当たり、捕捉面への不十分な圧力に起因する指紋の不十分なサイズ又は不十分なコントラストは、基準プリセットに相対して特定され、拡大指輪郭として表示され、各指紋を囲むパターン領域が、加えられる圧力に応じて指紋オーラとして表示され、指紋オーラは、指を囲み、指輪郭に達する際の捕捉面での最適な押圧を合図する（信号で伝える）。
【００３４】
捕捉面での斜めの位置決めに起因する指紋の不正確な向きが、外接矩形の辺の比率及び捕捉面の縁部からの距離を解析することにより当を得て特定され、回転矢印により表示される。
【００３５】
代替の実施形態では、捕捉面での斜めの位置決めに起因する指紋の不正確な向きは、外接矩形の辺の比率及び捕捉面の縁部からの距離を解析することにより特定され、修正指示が、基準プリセットに対応する指輪郭により表示され、指輪郭は、指の外形を拡大してシミュレートする。
【００３６】
本方法の好ましい実施形態では、指骨のコントラストが、基準プリセットに関してグレー値ヒストグラム、標準偏差の解析、及び続く閾値評価を通してさらに特定され、拡大指輪郭として表示され、各指紋を囲むパターン領域が、加えられる圧力に応じて、指紋オーラとして表示され、指紋オーラは、指を囲み、指輪郭内の捕捉面への最適な押圧を合図する（信号で伝える）。
【００３７】
指骨が特定される場合、結果は、両側で対称な線形無単位目盛りの形態でアナログ圧力読み取り値としてディスプレイに表示することができ、捕捉面への大きすぎる押圧は、目盛りに沿った上向きの矢印移動により合図され、捕捉面への小さすぎる押圧は、下向きの矢印移動により合図される。
【００３８】
本方法へのさらに有利な追加では、指の不動位置が、４つ以上の連続イメージにわたり一定ではない特定された指紋の質量中心の位置が、手の二重表示として表示されるという点で、所定の時間間隔にわたり捕捉面の縁部からの距離関係の解析を通して監視される。
【００３９】
所定の時間間隔にわたり捕捉面の縁部からの距離関係の解析を通して指の不動位置をさらに監視することの代替の構成では、特定された指紋の質量中心が、４つ以上の連続イメージにわたって一定ではない場合、多数の同心弧が手表示の隣に表示される。
【００４０】
７５０ｍｓ以内に１５ピクセルを超えて移動する特定された指紋の質量中心の位置の変化のみが、動きとして表示される。
【００４１】
さらに、高分解能指紋の捕捉ユニット及び単純な品質基準を解析する、下流に配置されるイメージ処理ユニットが、高品質の指紋のみをデータベースに送信するために提供される、指紋スキャナに基づく十分に高品質の指紋を捕捉する装置において、本発明の上記目的は、複数のアニメーション化された指位置イメージを含むライブラリを有するイメージ記憶装置が提供され、イメージ処理ユニットにおいて解析された指紋の結果に応じて、イメージ記憶装置からのアニメーション化された指位置イメージを表示するように設計された二次元表示ユニットが、捕捉ユニットに関連付けられ、表示ユニットが提供されて、ユーザの簡単なガイドのために、捕捉ユニットの捕捉面に実際に配置された指の肯定的なリアルタイム図を通して、アニメーション化された指位置イメージを表示するという点で満たされる。
【００４２】
本発明の基本概念の主旨は、適用された指及び配置エラー修正についての高速で普遍的に理解しやすいフィードバックを実行することが可能なように、適用される指についての情報がイメージ処理ユニットにより処理されることにある。したがって、好ましい様式では、指紋は表示されず、その理由は、経験のないユーザが指紋の品質を査定できないようにすることであり、むしろ、高速解析が指紋スキャナにおいて直接実行され、イメージ記憶装置に記憶された典型的な配置エラー状況のイメージのライブラリからアニメーション化され、好ましくは、ビデオシーケンスとして表示される。
【００４３】
本発明は、指紋を捕捉し、指紋の位置、品質、移動、及びコントラストに関して指紋を評価できるようにする。この評価は、指紋捕捉プロセスの状態について、訓練を受けていないユーザが理解できるフィードバックを含む情報に変換され、任意の必要な修正及び視覚的イメージに対する要求が表示ユニットに提供される。
【００４４】
実施形態例を参照して、本発明をより完全に以下において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】捕捉ユニット、イメージ処理ユニット、イメージ記憶装置、表示ユニット、及びデータベースの間で対話する本発明による方法の基本シーケンス。
【図２】捕捉ユニット、イメージ処理ユニット、イメージ記憶装置、及び表示ユニットの間での対話の一例。
【図３ａ】捕捉ユニットに適用される指紋の数を決定する原理及び所望の数の指を適用するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図３ｂ】捕捉ユニットに適用される指紋の数を決定する原理及び所望の数の指を適用するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図４ａ】捕捉ユニットの境界線を越えて延びる指を検出する原理及び所望の配置位置に指を向けるために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図４ｂ】捕捉ユニットの境界線を越えて延びる指を検出する原理及び所望の配置位置に指を向けるために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図５ａ】捕捉ユニットの境界線を越えて表示される指を検出する原理及び指を所望の配置位置に変位させるために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図５ｂ】捕捉ユニットの境界線を越えて表示される指を検出する原理及び指を所望の配置位置に変位させるために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図６ａ】捕捉ユニットに斜めに適用される指を検出する原理及び指を所望の配置位置に回転させるために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図６ｂ】捕捉ユニットに斜めに適用される指を検出する原理及び指を所望の配置位置に回転させるために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図７ａ】捕捉ユニットへの両親指の配置位置を検出する原理及び所望の配置位置を達成するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図７ｂ】捕捉ユニットへの両親指の配置位置を検出する原理及び所望の配置位置を達成するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図８ａ】捕捉ユニットに適用される指の最適な配置圧力を検出する原理及び最適な配置圧力を調整するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図８ｂ】捕捉ユニットに適用される指の最適な配置圧力を検出する原理及び最適な配置圧力を調整するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図８ｃ】捕捉ユニットに適用される指の最適な配置圧力を検出する原理及び最適な配置圧力を調整するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図９ａ】捕捉ユニットに不安定に適用される指を検出する原理及び指を安定して配置するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図９ｂ】捕捉ユニットに不安定に適用される指を検出する原理及び指を安定して配置するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図１０ａ】捕捉ユニットに不正確に配置された左手を検出する原理及び手を変更するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【図１０ｂ】捕捉ユニットに不正確に配置された左手を検出する原理及び手を変更するために可能なグラフィカルユーザ指示。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図１によれば、装置は以下の構成要素を備える：捕捉ユニット１、イメージ処理ユニット２、イメージ記憶装置３、及び表示ユニット４。
【００４７】
指紋１３の捕捉に使用される技術に応じて別様に捕捉ユニット１を構成することができ、本明細書に記載の本発明が捕捉技術のいかなる限定も表さないことが理解されるだろう。イメージ処理ユニット２は、捕捉ユニット１に統合してもよく、又は別個のユニットに収容してもよい。表示ユニット４は、好ましくは、捕捉ユニット１に直結されて、捕捉とフィードバックとの可能な限り最も近い接続を可能にする。しかし、表示は捕捉ユニット１とは別個に実行することもできる。上述したすべての構成要素は、好ましくは、指紋スキャナ５に統合される。
【００４８】
本発明による方法は実質的に、指紋捕捉プロセスの品質を向上させ、時間に関する得指紋捕捉プロセスを簡素化するために、捕捉された指紋１３の高速解析及び訓練を受けていないユーザへのその結果のフィードバックに関するが、本質的な目的は当然、高品質の指紋１３を中央データベース６に入力することである。このことは、好ましくは外部のデータベース６への接続により図１及び図２の原理に示される。このために必要なさらなる処理ステップはより詳細には言及せず、その上、既知である。
【００４９】
指紋捕捉プロセスについてのフィードバックは、統計的且つ動的に表すことができる。動的表現では、最適な数のステップを使用して、パラメータを表現し得る。例えば、最適な圧力に達するまで指１２でかける圧力の表現（図８参照）は、徐々に１０のステップで、又は２つのみのステップで実行することができる。
【００５０】
本発明による方法及び装置により４本の指１２を捕捉する基本モードを以下に説明する。
【００５１】
図３では、ユーザは、表示ユニット４を介して右手の４本の指１２を捕捉面１１に配置するように要求される。ユーザは、４本の指１２を適用し、これは表示ユニット４でのフィードバックにより確認される。イメージ処理ユニット３は、「必要な指の数」パラメータをチェックする。適用された指の数が必要とされる指の数に一致する場合、評価に進む。一致しない場合、欠落している指１２が、表示ユニット４を介してユーザに表示される。
【００５２】
続くステップでは、イメージ処理ユニット２は、指１２の位置が正確であるか否かをチェックする（図４、図５、及び図６）。正確ではない場合、不正確な位置がユーザに表示される。適用された指１２の位置が正確である場合、イメージ処理ユニット２は、捕捉ユニット１での指１２の不動位置のチェックに進む（図９）。指１２が動く場合、これは表示ユニット４によりユーザに示される。次のステップにおいて、適用された指１２のコントラストがイメージ処理ユニット２によりチェックされる（図８）。十分なコントラストがあり、したがって、指紋１３の品質が許容可能な場合、指紋１３は捕捉ユニット１により捕捉され、捕捉の成功結論がユーザに示され、中央記憶のためにデータベース６に送信される。あるいは、指紋１３を、データベース６に既に記憶された指紋と比較することができる。
【００５３】
適用された指１２のコントラストが低すぎる場合、ユーザに、十分なコントラストを達成するために、より大きな圧力を適用した指１２に加えなければならないことを通知する。適用された指１２のコントラストが高すぎる場合、表示ユニット４は、捕捉面１１への指１２の圧力を低減するようにユーザに指示する。
【００５４】
指紋１３は、捕捉面１１に接触するとすぐに捕捉ユニット１により検出される。捕捉ユニット１は、例えば、捕捉面１１と、対物レンズ（図示せず）を有するカメラと、イメージセンサ（出力イメージのみが示される）と、を有する光学系を備える。位置、品質、コントラスト、及び動きに関する指紋１３の評価が、イメージ処理ユニット２により実行される。ユーザには、この評価の結果が、表示ユニット４を介して、分かりやすいようにリアルタイムで通知される。フィードバックは、好ましくは、グラフィカル要素を介して実行される。これにより、言葉又は教育に頼らずに、手順の成功又は失敗についての一般に理解可能なフィードバックを保証する。事前定義されたイメージ（指１２の典型的な配置エラーのテンプレート）がイメージ記憶装置３に記憶され、イメージ処理ユニット２からのフィードバックに応じて表示ユニット４に表示される。イメージ記憶装置３は、図１に示されるように、指紋スキャナ５に統合してもよく、接続された外部コンピュータ内にあってもよい。説明の便宜上、一般性を制限することなく、イメージ記憶装置３が指紋スキャナ５に統合されると仮定する。これらの記憶されたイメージは、目標値を満たすか、又は満たさないすべての可能な状況を含む。例えば、正確な数の指１２、指１２の圧力の正確な適用、又は指１２の正確な位置に関するイメージがイメージ記憶装置３に記憶される。同様に、例えば、不完全な圧力、指１２の不正確な位置、又は指１２の欠落に関するイメージが、イメージ記憶装置３に記憶される。本発明の意味内で、イメージの品質及び組成が本明細書に記載される事例により限定されず、丸められた指及び平らな指の１つ又は複数のイメージに個々の指又は複数の指１２を記憶可能なことが理解されるだろう。多数の指のイメージを個々の指のイメージから動的に生成可能なことが本発明の範囲内にあることも理解されるだろう。
【００５５】
図１は、装置の構成要素間の基本的な対話を示す。指１２は、捕捉ユニット１の捕捉面１１に配置される。適用される物体は捕捉ユニット１のセンサにより取得され、この情報はイメージ処理ユニット２に送信される。イメージ処理ユニット２は、取得された情報を解析し、前に決定されたパラメータ（例えば、グレー値、サイズ、位置）を、適用された指１２により実際に生成されたパラメータと比較する。解析の結果の主旨は、決定されたパラメータの要求される目標値と、実際のパラメータとの一致又はずれのいずれかにある。結果が一致を示すか、それともずれを示すかに応じて、目標状態との一致又はずれに関連するイメージ記憶装置３からの適切なイメージが、イメージ処理ユニット２により表示ユニット４を介して表示される。図２は、例えば、適用すべき指１２が不正確な位置に配置される場合のこのプロセスを示す。右手の４本の指１２を捕捉すべきであると仮定する。４本の指１２は捕捉ユニット１に配置される。しかし、４本の指１２のうちの２本が、捕捉面１１の境界線を越えて配置される。したがって、センサスキャンは２本の正確に配置された指１２と、２本の不正確に配置された指１２と、を検出する。この情報はイメージ処理ユニット２により評価され、目標状態がこの場合、満たされなかったことに鑑みて、捕捉面１１を越えて延びる指１２を示す対応するイメージが表示される。
【００５６】
実施形態例：
第１パラメータ：要求される指の数
図３ａは、捕捉面１１に適用された指１２の検出（図３．１、３．３、３．６の左列）及び指紋スキャナ５のセンサイメージの解析（図３．４、３．７の中央列）に基づいて、手の適する表現（定型化され、コンピュータ描画され、又は写真様の）により、ユーザが表示ユニット４を介していかに、右手の４本の指（図３．２）を適用するように要求されるかを示す。４本の指１２を適用する要求は、４本の半透明の指（ゴーストハンド４３、この場合、右手）を表示ユニット４に示すことにより表示される。このとき、捕捉ユニット１の捕捉面１１に指１２はまだない（図３．１）。
【００５７】
ユーザが指１２のすべては適用しなかったと仮定する。図３．３では、４本の代わりに、３本のみの指１２が適用される。３本の指１２は、適用される物体のグレー値及びサイズを解析することにより（例えば、米国特許第７２７７５６２  Ｂ２号明細書に記載のように）、イメージ処理ユニット２により物体として検出される。センサにより供給されるイメージ毎に、個々の指１３のセグメント化の前にコントラストが自動的に特定され、コントラストのために、センサスキャンの総合イメージの標準偏差が単純な様式で特定され、閾値（例えば、１０）と比較される。閾値を超えた場合２２、適用された指１２の数を特定するために必要な指紋１３のセグメント化が開始される。このために、ピクセル群（クラウド）に一緒に群化された暗ピクセルが一緒にとられ、各事例でのクラウドの少なくとも１つの縁部ピクセルと交わるか、又は接触する外接矩形１４と共に提供される。
【００５８】
図３．４は、捕捉ユニット１のセンサスキャンにより検出された３つの指紋１３を、イメージ処理ユニット１２において実行される、概略的に示される解析ステップと共に示す。この場合、各指１２は、物体（末節骨として定義され、デジタルイメージのように検索される）として、最小のグレー値及び／又は最小の表面積（二次元サイズ）を達成しなければならない。このために、外接矩形１４（境界枠）が、物体の周囲に画定され、捕捉面１１の測端に平行する最も外側のピクセルにより範囲が定められる。さらに、物体の向きが、慣性主軸（物体のピクセルクラウドを通る）を計算することにより特定され、慣性主軸に沿って、センサイメージの垂直方向における物体の延びが、ピクセルの数量及び長さとして特定される。慣性軸が許容差（例えば、３°）未満だけ傾く場合、Ｙ寸法が特定される。その他の場合、物体（ピクセルクラウド）は、捕捉面１１の測端に対して平行に「回転して戻る」ことにより計算しなければならず、真のＹ寸法を特定するために、外接矩形１４を変更しなければならない。次に、同様のステップを直交Ｘ寸法に対しても実行しなければならず、そこから、Ｘ寸法を計算し、このようにして特定される物体の寸法のサイズを最小プリントの長さ／幅閾値（例えば、１５ｍｍ／８ｍｍ）と比較する。長さ及び幅閾値を超える場合、指紋１３はそのようなものとして許容され、「良好な形状」を有するものとして宣言され、その他の場合、「不良な形状」を有するものとして拒絶される。
【００５９】
適用される指１２毎に、実際に測定されるグレー値及び／又は表面積が、事前定義されるグレー値／表面積と比較される。この最小が満たされるか、又はこの最小を超える場合、指１２はそのようなものとして検出され、計数され（数量）、それまでは表示ユニット４上に透明に表示されていた指１２がカラーで表示される。
【００６０】
適用されていない指１２に関して、グレー値の事前定義された最小数量及び／又は前に定義された面積サイズが満たされない。期待される物体の不十分なグレー値及び／又は不十分な表面積についての情報は、イメージ処理ユニット２により表示ユニット４に、欠落している指１２についての情報として送信される。定型化された装置面４１及び定型化された捕捉面４２を表示する表示ユニット４は、この情報を解釈し、欠落している指１２を欠損している指４４１を有する手として第１の図に表現する（画３．５）。
【００６１】
図３ｂにおいて、画３．９〜３．１３は、欠落している４番目の指１２の代替の図を示す。この場合、欠落している指１２は、異なる色の指を有する手４４２として、又は破線の指を有する手４４３として異なる色で表示ユニット４に表示される。別の色の指を有する手４４２の場合、画３．９は単に、欠落している４番目の指１２をグレーで示し（グレーフィル）、画３．１０では、欠落している４番目の指１２は輪郭としてのみ示される（破線の指を有する手４４３）。
【００６２】
図３ｂにおける画３．１１及び３．１２は、ユーザに、欠落している４番目の指１２を提示するように要求する代替の画を示し、欠落している指１２又は表示されている指１２（その他の指１２の隣に同じ色又は異なる色で示される）は矢印４７で示される。
【００６３】
画３．１３による別の構成では、欠落している指１２は、代替の様式で示すこともできる（表示／非表示）。他の変更では、欠落している指１２は、破線で、若しくは存在する指１２とは異なる色で輪郭が描かれるように明滅して表現することもでき、又は画３．１１若しくは３．１２の矢印４７を、明滅する（あるいは表示された）矢印４７として表示ユニット４に重ねて、要求を強調することができる。
【００６４】
所望のパラメータ（上記例において適用された指１２の正確な数）が満たされたか、それとも満たされなかったかを示すイメージは、指１２のすべての指の配置シチュエーションについて事前に定義され、イメージ記憶装置３に記憶される。少なくとも１つの別個のイメージ（正確な指の配置）が、配置シチュエーション毎に記憶される。さらに、両手の指１２の考えられるあらゆる不完全な位置決めのイメージが記憶され、指の配置を修正するビデオアニメーションを表示する追加の中間イメージが、不正確な配置と正確な配置との動きビデオを示すことが望ましい場合に備えて記憶される。
【００６５】
ユーザが欠落していた４番目の指１２を捕捉ユニット１の捕捉面１１に配置し（図３ａ、画３．６）、この４番目の指１２が、既に検出された３本の指１２に加えて、センサスキャンにより位置番号４において検出されると、グレー値及び／又は物体サイズが、４本すべての指１２の最小閾値と比較され、これらの閾値が満たされるか、又はこれらの閾値を超える場合、４番目の指１２も指（同じ色の）として定型化された捕捉面４２に示される（画３．８）。４本すべての指が存在しているものとしてカラーで示されると、「要求される指の数」パラメータが満たされていると見なされ、適用された指１２の正確な数のイメージが、イメージ処理ユニット２によりイメージ記憶装置３から表示ユニット４に送信される。さらに、欠落している指１２はテキストに基づく情報で示すこともできる。
【００６６】
第２のパラメータ：指の正確な位置
イメージ処理ユニット２は、捕捉面１１の縁部に対する指の位置に対応する適用された指１２の所定の物体（第１のパラメータ）のみを解析する。検出されたオブジェクトのグレー値及び表面積が、このために特定される。捕捉面１１のグレー値及びサイズの解析を通して、すべての物体が見つけられると仮定する。このようにして見つかった物体が、捕捉面１１の水平縁部及び垂直縁部から事前定義される最小距離にない場合、又はそれどころかこれらの縁部を越えて延びる場合、この情報は、第１の例について説明した様式と同様に（イメージ記憶装置３に記憶された、検出された指の配置状況のイメージの割り当て）、イメージ処理ユニット２により表示ユニット４を介してユーザに伝えられる。
【００６７】
図４ａでは、ユーザは４本の指１２を捕捉面１１上の不正確な位置に配置している（画４．３）。この場合、ユーザの指１２は広がりすぎ、４本の指１２のうちの２本が捕捉面１１の縁部を越えて延び、その結果、センサスキャン内にあると期待される（図４ａの中央列）４つの指紋１３のうちの２つが、最小サイズ（第１指骨のプリント面積）を満たしていないものとして検出される（画４．４）。そこから、画４．５に従って、広げられた指を有する手４４４の形態で、表示イメージが生成される。このために、画４．５に示されるように、指１２の要求される正確な位置が、輪郭イメージ（透明なゴーストハンド４３）により表示ユニット４に表示され、指描写の実際の不正確な位置に重ねられ（手シミュレーション４４）、輪郭イメージは、イメージ処理ユニット２において特定される指紋１３に関連付けられるように、イメージ記憶装置３から選択される（例えば、全値カラー指イメージとして）。あるいは、不正確に適用された指１２と正確に適用された指１２とを重ねたものを異なる色で（例えば、疑似カラー図も）、又は透明な図及びカラーの図により示すことができる。
【００６８】
図４ｂによる構成では、ユーザは、繰り返されるイメージシーケンス（画４．９又は４．１０）を通して、垂直縁部からの最小距離に達するまで、指１２の広がりを適宜低減するように促される。この場合、シーケンスを形成する個々のイメージの数量は任意選択的である。図４ｂによる例では、３枚の数量のイメージが選択されるが、相違が最小の手シミュレーション４４の２枚のみのイメージ（開始及び終了又は不正確な位置及び正確な位置）であることもできる（図示せず）。
【００６９】
ユーザが４本の指１２の位置を修正すると（画４．６）、適用された指紋１３のグレー値及びサイズが再びイメージ処理ユニット２により解析され、捕捉面１１の縁部からの距離が特定され（画４．７）、指１２の正確な位置決めが、表示ユニット４上の図により確認される（画４．８）。指１２の正確な位置決めは、要求される位置と達成された位置との厳密な重複、正確な位置に達した場合の色の変更、追加のグラフィカル要素（緑のドット若しくはチェックマーク）、又はテキスト要素（例えば、「ＯＫ」）により示すことができる。重複がなく、すなわち、指が近づくイメージシーケンスを示すことのみによる、図４ａの画４．５又は図４ｂの画４．９に示される正確な位置のフィードバックも、本発明による評価及び表示の均等な形態を表すことを理解されたい。
【００７０】
画４．１０は、指１２の位置決めを修正するさらなる代替の要求を示す。この場合、ユーザは、表示される広がった指を有する手４４４の隣の２つの水平矢印４７により、捕捉面１１の縁部からの最小距離が達成されるように指１２を閉じるように要求される。２つの矢印４７を同時に、交互に、又は明滅するように表示可能なことも本発明の範囲内にあることが理解されるだろう。さらに、矢印４７は、捕捉面１１の縁部からの正確な最小距離に近づくにつれて、矢印４７の長さが低減し、それにより、指の位置決めの正確な測定についての直観的なフィードバックがあるように表示することができる。
【００７１】
図５ａは、高さ（すなわち、イメージ捕捉の垂直寸法における）に対して正確に位置決めされていない右手の４本の指１２（画５．３）を示す。この場合、指１２は捕捉面１１の上部余白を越えて延びる。センサスキャンは、合計で４つの物体（指１２のうち、第１指骨のみがサイズに関して評価される）を検出し、検出された物体のサイズが最小サイズに関して参照値と比較されるという点で、３つの物体のみが全体的に適用されているものとして検出される（画５．４）。
【００７２】
画５．５は、画５．３に示される指１２の位置決めの修正要求を示す。この場合、ユーザは、イメージシーケンスで、捕捉面１１上の最適位置に一致するように指１２を向けるように促される。図５ｂの画５．９に示されるイメージシーケンスをこのために使用することができる。任意の数量の表示ステップ（イメージシーケンス）を選択することができるが、常に少なくとも２枚のイメージ（不正確な指の位置及び正確な指の位置）がなければならない。重複がなく、したがって、表示ユニット４上の表示に従って指１２を適用するようにユーザに指示する指１２の要求される位置決めのみを示す表示も可能である。
【００７３】
位置の修正を要求する代替の表現を図５ｂに示す。画５．１０では、ユーザは、正確な指位置のゴーストハンド４３の表現により、且つ移動方向の矢印４７を表示することにより、指を正確に位置決めするように要求される。あるいは、画５．１１は、正確に位置決めされたゴーストハンド４３を手シミュレーション４４に重ねずに矢印４７のみでの位置の修正を示す。ここでも、矢印４７が、位置の修正に伴って動的に変化し、必要であれば、明滅又は色変更することも本発明の範囲内である。
【００７４】
指１２の不正確な位置決めのさらなる例を図６ａに示す。この場合、指１２は、捕捉面１１の縁部から十分な距離に配置されるが、捕捉面１１の測端に垂直又は平行に向けられていない（画６．３）。画６．４は、関連付けられたセンサスキャンを示し、画６．６は、指位置の初期修正後の続く評価を示す。不正確な位置は、上述した外接矩形１４により、検出された物体（第１指骨）のサイズ（表面積）によりイメージ処理ユニット２において判断される。次に、物体の辺の比率が計算され、適用される物体の前に定義される長さと幅との比率が達成されない場合（画６．９）、より密に調べられる。このために、物体を検出するためにサイズを計算する場合、且つ計算された慣性軸が、より高い傾斜閾値（例えば、≧１０°）を満たすか、又はそれを超える傾斜を有すると判断された場合、サイズの割合が、上述したように特定され、ユーザは、指１２の位置を修正するように要求される。画６．５及び６．７による好ましい変形では、修正要求は、ゴーストハンド４３の指の輪郭４５に対して回転オフセット４４６を有するように、イメージ記憶装置３から生成される手を重ねることにより実行することができる。図６ｂでは、画６．１１は、繰り返し表示ユニット４に表示され、終了位置に達するまで手を回転させる少なくとも３枚のイメージを含むイメージシーケンスにより位置修正を要求する可能性を示し、最終位置は、捕捉面１１の測端に平行する指の指輪郭４５（ゴーストハンド４３）として表示される。
【００７５】
画６．１２は、位置修正を表示する画６．１１の代替を示す。この場合、手の回転が、湾曲矢印４７を重ねることにより要求される。矢印の長さは、手が要求される最終位置に近づくにつれて低減するように表示することができる。
【００７６】
図７ａは、２本、この場合、両手の親指１５の不正確に位置決めされた指１２の別の例を示す。捕捉面１１が空の状態で、ユーザはまず、２本の親指の図が横に並んだ、ゴースト親指４８を示す表示ユニット４により、両親指１５を提示するように促される。捕捉面１１に配置されると、親指１５はこの場合、捕捉面１１の縁部から不十分な最小距離にある（画７．３）。この指配置状況では、許可される捕捉面１１１は、利用可能な捕捉面１１全体に対応せず、事前定義される部分に制限される。ＦＢＩ−ＩＱＳ規格に引用される１．６インチ×１．５インチの２本の指の捕捉フォーマットが、例として本明細書において使用される。
【００７７】
画７．４は、親指プリント１６が許可される捕捉面１１１の外部において見つかった対応するセンサスキャンを示す。この場合も、前例のように、（合計）捕捉面１１上の物体の実際の位置が、物体のグレー値及びサイズを解析することによりイメージ処理ユニット２において特定され、これらの値は、許可される捕捉面１１１の事前定義される捕捉フォーマットと比較され、それに対応して、結果が表示ユニット４によりユーザに伝えられる（画７．５）。画７．４に示されるように、許可される捕捉面１１１外部への親指１５の配置は、限られたセンサ読み取り（ＲＯＩ読み取りとして既知）又は小さすぎ、事前定義される閾値を満たさない遮断親指プリント１６の表面積が生成される、続く許可された捕捉面１１１のフォーマットへの逆算により特定される。したがって、オフセット親指図４８１を表示し、さらに、画７．５及び７．６における２本の別個の指輪郭４５を表示することにより、修正要求がユーザに対して行われる。ユーザが親指１５を許可された捕捉面１１１に動かした後（画７．７）、完全な親指プリント１７（画７．８）がセンサ図において検出される。次に、画７．９が、ユーザに正確な親指図４８２を示す。
【００７８】
ユーザが任意の他の２本の指１２を適用しなかったことを明確にするために、親指の経験的閾値と、前に捕捉された指１２の表面積（例えば、人差し指又は中指）との比較、又は既に記憶された指紋１３との直接比較を行うことができる。
【００７９】
親指の位置を修正する要求は、親指１５を捕捉面１１に配置する際、親指１５が正確に位置決めされるまで画７．３から画７．７に、ユーザが表示ユニット４で見るイメージシーケンスとして、画７．５、７．６、及び７．９に示される。しかし、これらのイメージは、親指の位置を変更せずに、イメージ記憶装置３からの画７．４によるセンサスキャンの結果と同じようにアニメーション化することもできる。センサスキャンにより正確に識別された２本の親指１５の位置が画７．８に示される。あるいは、ユーザは、矢印４７の静的又は動的表示により図７ｂにおいて位置修正が要求される（重複のある画７．１０、重複なしの画７．１１）。
【００８０】
第３のパラメータ：正確な指の圧力
既に上述したように、捕捉すべき指１２にかけられる圧力は、十分な品質の指紋１３の最適なコントラストを生成する有効な選択肢である。他方では、十分なコントラストは、指紋１３を囲む矩形１４の形態のマスクを生成し、指紋をデータベース６からのものと比較するための続く特徴点の検出のための必須条件である。
【００８１】
したがって、適用された指１２のコントラストをリアルタイムで特定し、そこから、ユーザが実行すべき適用圧力の修正の容易に理解可能な指示を生成するフィードバックを、指紋スキャナ５のユーザに提供することが特に重要である。このフィードバックは、高品質の指紋１３を捕捉するために、上述したコントラスト最適化の相互関係に関する、ユーザ側のいかなる知識も必要とせずに、指１２の圧力をいかに変更すべきかを経験のないユーザが即座に把握するように実行されなければならない。
【００８２】
図８ａでは、ユーザが４本の指１２を捕捉面１１に配置した（画８．１）と仮定する。画８．２においてセンサスキャナに示されるように、不十分な圧力が加えられていると仮定する。イメージ処理ユニット２は、前に実行された４つの物体（第１指骨）のセグメント化に基づいて、指紋１３のコントラストを解析する。このために、物体のあらゆるピクセルをヒストグラムに採用することができ、暗ピクセル構成要素（暗ピクセル、例えば、明ピクセルの平均強度に対して＞４０％強度減衰）及び標準偏差を、このヒストグラムから特定することができる。暗ピクセルを所定の閾値と比較するとともに、標準偏差を、それが事前定義される値の範囲内にあるか否か比較することにより、コントラストは、４つの検出された物体（第１指骨のプリント）毎に「明るすぎる」、「良好」、又は「暗すぎる」として評価される。結果は、表示ユニット４によりユーザに表示される。
【００８３】
理想的な圧力は、好ましくは、指の形状に適合された形状（すなわち、同様であるが、拡大した形状）を有する正確な手の図４６の指の周囲の拡大指輪郭４５として示される。画８．３は、弱すぎる圧力が加えられることを示す。この図は、指オーラ４５１（又は指の陰影）を模した領域がセンサスキャンから導出される手の図４６の周囲に示され、この領域が、最適なコントラストを特徴付ける拡大指輪郭４５の拡大エリアよりも小さくイメージングされるという点で、低すぎるコントラスト１８（画８．２）を有する検出指紋１３から生成される。これは、指輪郭４５により囲まれるエリアを埋める正確なコントラストを達成するために、より大きな圧力を加えるべきであることを合図する。表示ユニット４は、フィルカラー（又はフィルパターン）が拡大指輪郭４５に達した場合（画８．１１）、最適な圧力に達したことを示すことができる。この最終結果を達成するために、暗ピクセル及び標準偏差のパラメータ（強度の事前定義されたグレー値の）は、イメージ処理ユニット２により連続して解析され、結果は、特定の圧力均等読み取りとして表示ユニット４に表示される。次に、圧力均等図が、カラー領域として手の図４６の指の周囲に示され、カラー領域は、捕捉面１１に指１２が加える圧力が大きくなるほど、手の図４６の周囲で広くなる。圧力が低すぎる状態で指１２が適用される場合、表示されるカラー（又はパターン）エリアは、最適な圧力に指定される指輪郭４５よりも小さい（画８．３）。
【００８４】
画８．５は、はるかに大きな圧力がすべての指１２に加えられる場合を示す。センサにより検出される物体はここでも、暗ピクセルの閾値及び標準偏差についてヒストグラムで調べられ、結果は、はるかに高いコントラスト１９（圧力）を有する指紋として画８．４に示される。この場合、表示される手の図４６の周囲のフィルカラー（フィルパターン）は、拡大指輪郭４５を越えて延び、したがって、ユーザにより小さな圧力を指１２に加えるように指示する、高すぎる指オーラ４５２を示す（画８．５）。
【００８５】
個々の指１２の指紋１３が別個に評価されることに鑑みて、分かりやすく個々の指１２の圧力を示すことも可能である（画８．６〜８．９参照）。画８．６では、高すぎるコントラスト（圧力）が、人差し指で特定される。したがって、最適な圧力のための人差し指の周囲の指輪郭４５が画８．７において既に越えられており、その一方で、正確な圧力が残りの指１２に加えられる。画８．７の表示により、捕捉面１１上の人差し指の圧力を低減しなければならない。他方、画８．８において、低すぎるコントラスト（圧力）が薬指において特定される。したがって、薬指の周囲の最適な圧力のための指輪郭４５に達せず、その一方で、正確なコントラスト２０を有する指紋が、残りの指１２に関して特定され、したがって、圧力は正確であり、調整の必要がない。したがって、画８．９の指示により、センサスキャン（画８．１０）において理想的な圧力（ひいては理想的なコントラスト）及び画８．１１による「良好」指示を達成するために、より大きな圧力をなお薬指に加えなければならない。
【００８６】
画８．１１は、正確なコントラスト（圧力）２０を有する指紋を有する画８．１０に示されるセンサスキャンが先行する最適な圧力（又はコントラスト）を達成する場合、表示ユニット４に図を示す。この場合、指の周囲のエリア全体は、フィルカラー（ここではドットパターンとして示される）で拡大指輪郭４５を埋め、それにより、最適な指紋オーラ４５３が表示される。
【００８７】
図８ｂは、個々の指の圧力の図を示す。画８．１２では、小さすぎる圧力が、右手の人差し指により加えられる。画８．１６は、高すぎる圧力が右手の人差し指に加えられ逆の場合を示す。
【００８８】
指１２の圧力変化に伴って動的に、高すぎる圧力又は低すぎる圧力の図を表現することが、本発明の範囲内にあることが理解されるだろう。画８．１２〜８．１６は、低すぎる圧力（画８．１２、８．１３）、正確な圧力（画８．１４）、及び高すぎる圧力（画８．１５、８．１６）を示す例示的なイメージシーケンスを示す。
【００８９】
図８ｃでは、画８．１７は、捕捉面１１への指１２の圧力を増大させるための指紋スキャナ５のユーザのアニメーションとしての代替の図を示し、低すぎる圧力は、低圧読み取り値４７１を有する圧力計として、定型化されたアナログ表示の形態でグラフィカルに示される。他方、画８．１８は、高圧読み取り値４７２を有する圧力計を示すことにより、圧力の低減を要求する。圧力計の針は、圧力が連続して増大（又は低減）するにつれて、上昇（又は下降）する。
【００９０】
画８．１９は、既存の圧力又は加えるべき圧力のさらなる代替の図である。この場合、正確な圧力が指１２に加えられた。表示は、無単位目盛り４７３の隣の垂直に変位可能な矢印４７により指１２を押すことで達成される圧力レベルを示す。
【００９１】
第４のパラメータ：指の移動
適用される指の個々のイメージの平均イメージ捕捉時間は約２００ｍｓ〜３００ｍｓである。イメージ処理ユニット２は、指１２のコントラスト、数、及び位置に関して、十分に良好な指紋品質を評価するために約１〜２秒を必要とする。すなわち、約５〜１０枚の個々のイメージが評価される。この時間期間内で、指１２を捕捉面１１上で動かさないことが必要とされる。
【００９２】
図９ａは、捕捉面１１に適用された動く指１２を示す。画９．１では、４本の指１２が捕捉面１１に配置されるが、移動すると仮定する。したがって、指１２の位置の常時変化がある。位置変化は、グレー値の評価によりイメージ処理ユニット２により解析され、表示ユニット４にフィードバックとして送信される。この場合、検出された指紋１３の位置が、所定の時間期間にわたり第１の位置と比較される。位置が、比較すべき一定数の位置内で変更しない場合、指１２が移動していないと仮定される。画９．２、９．３、９．５、及び９．７は、例として、指１２の累積移動に関するこの比較を示す。このために、検出された物体の第１の位置が、画９．２において特定された。検出された物体のイメージ９．３は、第１の位置（イメージ９．２からの）と比較される。この場合、位置の変位が特定される（イメージ９．３において、第１の位置はより明るい陰影で表される）。指１２の第３の位置がイメージ９．５に示される。この第３の位置は、イメージ９．３からの第２の位置と比較される。この場合でも、位置の変位が特定され、画９．７に示される第４の位置が検出される。この第４の位置は、イメージ９．５からの第３の位置と比較され、さらなる位置変化は特定されない。ここで、適用される指１２の位置がもはや変化せず（指１２はもはや動かない）、画９．５及び９．７における位置は続けて、一定のままであると仮定する。３つの連続したセンサスキャンにわたりもはや変化しないこの位置は、指１２の不動位置として評価される。
【００９３】
画９．４及び９．６は、指１２の移動についてのフィードバックの例を示す。この場合、動きシミュレーションを有する手４４７の周囲の境界線が、２つの手の図に重ねて示される。この重ね合わせはいくつかのステップで行うことができる。ユーザにとって、この重ねられた図は、適用される指１２のぼやけ、ひいては指１２の移動を象徴化する。図９ｂ（上）に示されるように、この重ね合わせは、両方向において水平（画９．１０）及び垂直（画９．１２）での異なる透明段階で、又は異なる色若しくは色勾配で実行することができる。指１２の位置が、所定の時間期間内で変化を止めると、画９．１０又は９．１２からの表示される指１２の重ね合わせは終了し、正確に配置された指１２が示される（画９．１１）。
【００９４】
画９．１３〜９．１５は、アニメーション化された手の図４６の周囲の振動を示す数量が変化する同心弧４７４を通して、移動する指１２についての情報の代替のフィードバックを示す。これらの同心弧４７４は、指１２の位置変化の程度に従って動的に変更することができる。移動が大きいほど、多数の同心弧４７４が示される。本例では、適用される指１２（画９．１）がまず、位置を劇的に変化させ（画９．１３）、位置変化がもはやイメージ処理ユニット２により解析されない指１２の安定位置に達する（画９．１１）まで、位置変化が低減する（画９．１４及び９．１５）と仮定する。
【００９５】
第５のパラメータ：正確な手
可能な限りスムーズな指紋採取プロセスの流れのために何よりも最も重要な必須条件は、ユーザが正確な手を提示することである。右手と左手との混乱は、手の４本の指が同時に適用される場合、共通の問題を呈する。右手と左手とを区別し、容易に理解可能なようにユーザに手を変更するように要求することが可能な解決策が必要とされる。
【００９６】
図１０ａでは、例として、右手の４本の指１２（画１０．２）を提示するようにユーザが要求されるが、左手（間違った手４４８）が適用される（画１０．３）と仮定する。センサスキャン中、４つの物体が捕捉ユニット１において検出され（画１０．４）、イメージ処理ユニット２において、互いに対する指紋１３の角度の解析を通して（画１０．５）、間違った手４４８が適用されたと判断され、その上で、フィードバックが表示ユニット４に送信される（画１０．６）。この場合、解析は、人間の手の指１２が常に通常、互いに比例することに基づく（例えば、A．Buryanov，V．Kotiuk，Proportions of Hand Segments，Int．J．Morphol．，２８（３）：７５５−７５８，２０１０参照）。これに基づいて、残りの指紋に対して左側の最も遠くに配置される指紋１３の、先に定義される角度関係２１が、手全体の平均角度に関連して決定され、捕捉ユニット１のセンサスキャンにより、適用された指１２から特定される角度関係２１を用いて計算される（画１０．５）。適用された指１２により与えられる角度関係２１が、事前定義される角度関係に一致しない場合、間違った手４４８が適用されたと仮定され、間違った手４４８の対応するテンプレートをイメージ記憶装置３から検索し、表示ユニット４に表示しなければならない。
【００９７】
図１０ｂは、間違った手４４８が適用されたことをユーザに指示する、図１０ａからの画１０．６に対する代替の表示を示す。この場合、要求された状態は指輪郭４５により示され、不正確に適用された手４４８が上に重ねられる。画１０．１０は、正確な手４４９を提示するようにユーザに指示するアニメーションを示す。そうするに当たり、正確な手の図４６が指輪郭４５内に配置されるまで、不正確に適用された手４４８は、イメージシーケンスにおいて指輪郭４５から外に移され、正確な手の図４６が指輪郭４５内に移る。これは、イメージ処理ユニット２が、解析を通して要求された手と提示された手との角度関係２１が一致すると判断するまで行われる。正確な手４４９が提示され（図１０ａからの画１０．７）、対応するセンサスキャンが達成される（画１０．８）と、例えば、画１０．９に示されるように、表示ユニット４により、これがユーザに通知される。この場合、適用された手は、指輪郭４５内に配置される。
【００９８】
指輪郭４５の代わりに、要求された手は、異なる色又は透明の正確な手４４９により示すこともでき、その正確な手４４９と、実際の手の図４６の適用された指１２との重ね合わせを達成しなければならない（画１０．１１又は１０．１２）。
【００９９】
上記説明において評価されたパラメータシーケンス及びユーザに表示される情報は、任意の方法で組み合わせることができ、説明において選択された表示のシーケンス及びタイプは、本発明の限定を構成しない。本発明の意味内での指紋１３は、個々の指又は１本より多い指１２の任意の組み合わせを含む。広く、本発明は、平坦指紋及び回転指紋の両方を含む。指紋１３の高画質の評価の焦点は、ユーザが指１２を捕捉面１１に押す圧力である。しかし、本発明の基本的な教示から逸脱せずに、他のパラメータが好ましいこともあり、又は個々のパラメータをイメージ処理ユニット２による評価から、及び／又は表示ユニット４上の図から省き得る。
【符号の説明】
【０１００】
１  捕捉ユニット
１１  捕捉面
１１１  許可される捕捉面（親指の）
１２  指
１３  指紋
１４  外接矩形
１５  親指
１６  遮断親指プリント
１７  （完全な）親指プリント
１８  コントラスト（圧力）が小さすぎる指紋
１９  コントラスト（圧力）が大きすぎる指紋
２０  正確なコントラスト（圧力）の指紋
２１  角度関係（左／右手の）
２  イメージ処理ユニット
３  イメージ記憶装置
４  表示ユニット
４１  定型化された装置面
４２  定型化された捕捉面
４３  ゴーストハンド
４４  手シミュレーション（テンプレート）
４４１  欠落している指がある手
４４２  異なる色の指を有する手
４４３  破線の指を有する手
４４４  広げられた指を有する手
４４５  遠く延びすぎた指を有する手
４４６  回転オフセットを有する手
４４７  移動シミュレーションを有する手
４４８  間違った手
４４９  （オフセット）正確な手
４５  （拡大）指輪郭
４５１  低すぎる（コントラストが低すぎる）指オーラ
４５２  高すぎる（コントラストが高すぎる）指オーラ
４５３  最適な指オーラ（正確なコントラスト）
４６  正確な手の図
４７  矢印
４７１  低圧読み取り値を有する圧力計
４７２  高圧読み取り値を有する圧力計
４７３  無単位目盛り
４７４  振動読み取りの同心弧
４８  ゴースト親指
４８１  オフセット親指図
４８２  正確な親指図
５  指紋スキャナ
６  データベース
【図１】
2014063493.tif 000003
【図２】
2014063493.tif 000004
【図３ａ】
2014063493.tif 000005
【図３ｂ】
2014063493.tif 000006
【図４ａ】
2014063493.tif 000007
【図４ｂ】
2014063493.tif 000008
【図５ａ】
2014063493.tif 000009
【図５ｂ】
2014063493.tif 000010
【図６ａ】
2014063493.tif 000011
【図６ｂ】
2014063493.tif 000012
【図７ａ】
2014063493.tif 000013
【図７ｂ】
2014063493.tif 000014
【図８ａ】
2014063493.tif 000015
【図８ｂ】
2014063493.tif 000016
【図８ｃ】
2014063493.tif 000017
【図９ａ】
2014063493.tif 000018
【図９ｂ】
2014063493.tif 000019
【図１０ａ】
2014063493.tif 000020
【図１０ｂ】
2014063493.tif 000021
【外国語明細書】
2014063493000001.pdf
2014063493000002.pdf
2014063493000003.pdf
2014063493000004.pdf