(57)【要約】【課題】  ローリングされる指紋の電子記録方法および装置を提供する。【解決手段】  画像記録ユニット（２）から読み出された独立した画像のうち、少なくとも１つの画像により、物体の位置およびサイズから、物体を取り囲む形が決定されること、許容値（Δ）により拡大され、かつ、画像記録ユニット（２）に含まれているセンサの行方向および列方向に平行に向けられた長方形が、取り囲む形から決定されること、引き続き読み出される少なくとも１つの画像について、拡大された長方形が、センサ内のアクティブなピクセル領域（２３）のサイズと位置とを予測および調節するために使用され、それにより、読み出されるアクティブなピクセル領域（２３）が、その適合により常に小さく保たれ、センサの読み出しまたはデータ転送においてより高い画像レートが実現されること。【選択図】      図５
2005182786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動いている物体の電子記録、特に、記録表面上でローリングされる指の記録のための方法であって、前記物体が、その構造とともに、空間分解画像記録ユニットによって、前記動きの間に、一連の独立した画像内で検出され、２次元電子画像として処理される方法において、
前記画像記録ユニット（２）から読み出された独立した画像のうち、少なくとも１つの画像（３１）により、前記物体（１）の位置およびサイズから、物体（１）を取り囲む形（３２）が決定され、
許容値（Δ）により拡大され、かつ、画像記録ユニット（２）に含まれているセンサ（２２）の行方向および列方向に平行に向けられた長方形（３３）が、取り囲む形（３２）から決定され、
引き続き読み出される少なくとも１つの画像（３１）について、拡大された長方形（３３）が、センサ（２２）内のアクティブなピクセル領域（２３）のサイズと位置とを予測および調節するために使用され、それにより、読み出されるアクティブなピクセル領域（２３）が、その適合により常に小さく保たれ、センサの読み出しまたはデータ転送においてより高い画像レートが実現されることを特徴とする方法。
【請求項２】
現在スキャンされている画像（３１）の物体画像（１１）の取り囲む形（３２）が、列方向および行方向に形成された各々のグラディエント画像（８１；８２）によって決定され、ここで、各ピクセルについてのグラディエント画像（８１；８２）が、行方向または列方向の隣接するグレー値の間の差（８３；８４）を取ることにより生成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
グラディエント画像（８１；８２）の各ピクセルについて、隣接するグレー値の間の差（８３；８４）が、現在の画像（３１）内の行または列の、先行ピクセルおよび後続ピクセルのグレー値から取られることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
グラディエント画像（８１；８２）の各ピクセルについて、隣接するグレー値の差（８３；８４）が、現在の画像（３１）内の行または列の、先行ピクセルの先行ピクセルおよび後続ピクセルの後続ピクセルのグレー値から取られることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
物体画像（１１）の取り囲む形（３２）の開始値および終了値が、現在の画像（３１）の行および列についての２つのグラディエント画像（８１；８２）から決定され、ここで、物体（１）を取り囲む形（３２）の前記開始値および終了値を計算するために、各グラディエント画像（８１；８２）内で、隣接するグレー値の間の最初の有意差と最後の有意差が判定されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記有意差が、超過されたしきい値によって判定されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
物体（１）の主要な動きの方向に一致する少なくとも１つの次元にてグラディエント画像（８１；８２）から決定される前記開始値および終了値から、各々、平均値が計算され、ここで、前記平均値が、物体画像（１１）を取り囲む長方形（３２）の境界（３５；３６）を形成することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
物体（１）の主要な動きの方向に一致する少なくとも１つの次元にてグラディエント画像（８１；８２）から決定される前記開始値および終了値から、各々、メジアン値が形成され、ここで、前記メジアン値が、物体画像（１１）を取り囲む長方形（３２）の境界（３５；３６）を形成することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
物体（１）の主要な動きの方向に一致する少なくとも１つの次元にて、行または列の前記開始値および終了値が、空間ヒストグラム（８５、８６；８７、８８）の各インスタンス内にプロットされ、ここで、前記開始値および終了値の頻度分布が規定の値を取る位置が、物体画像（１１）を取り囲む長方形（３２）の境界（３５；３６）を形成することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の位置として、前記頻度分布の最初または最後の有効な値が、空間ヒストグラム（８５、８６；８７、８８）内で使用されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の位置として、所定のしきい値を最初または最後に超過する頻度分布の値が、空間ヒストグラム（８５、８６；８７、８８）内で使用されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の位置として、その値の後または前にて頻度の合計の他のすべての値がしきい値を超過する頻度分布の値が、空間ヒストグラム（８５、８６；８７、８８）内で使用されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の位置として、最大頻度の値が、空間ヒストグラム（８５、８６；８７、８８）内で使用されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
グラディエント画像（８１；８２）の選択された行または列の開始値および終了値のみが、取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）を決定するために使用されることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
拡大された長方形（３３）を生成するための許容値（Δ）が、物体画像（１１）の検出された動きの進路に依存してさまざまに決定され、ここで、それぞれの取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）を決定した後の、以前に読み出された少なくとも２つの画像（３１）から、連続する画像（３１）内の取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の時間変化に基づくさまざまな評価アルゴリズムが適用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
指（１）が、物体として、記録表面（２１）上でローリングされ、ここで、実際の指紋（１１）が、各読み出し画像（３１）内の物体画像として記録されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
指紋から結果として得られる差の値の量が不十分であると判定された場合に、前記許容値（Δ）の計算と、それに続くセンサ（２２）のアクティブなピクセル領域（２３）の予測および調節とを停止する、プットオン認識ルーチン（６１）が、読み出し画像（３１）に適用されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
取り囲む形（３２）の動きが明確に示されていない場合に、取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の周囲のすべての側において均一な許容値（Δ）を決定する、動きの追跡ルーチン（６２）が、読み出し画像（３１）に適用され、許容値（Δ）のサイズが、前記物体にとって一般的な程度までの物体（１）の任意の動きの間、少なくとも次の画像（３１）の読み出しの期間内に、拡大された長方形（３３）が物体（１）を切断しないように選択されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
規定された量の連続する画像（３１）内で、取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）が、明白な方向に、かなり移動した場合に、動きの追跡ルーチン（６２）が切り換えられて、ローリングの追跡ルーチン（６４）が起動され、ここで、指（１）の動きの方向に移動される取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）のために、許容値（Δ）が、連続的に読み出される少なくとも１つの画像（３１）の期間内に、拡大された長方形（３３）が指紋（１１）を切断しないように、移動している境界（３５；３６）の計算された速度から決定されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ローリングの追跡ルーチン（６４）が、ローリングの開始の認識（６３）によって起動され、そして、ローリングの終了の認識（６５）によって終了され、ここで、ローリングの開始の認識（６３）が、同じ方向に進んでいる取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）に、定められた一定数の変位がある場合に、ローリングの追跡ルーチン（６４）を起動し、ローリングの終了の認識は、取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）の移動の方向が逆になった場合に、ローリングの追跡ルーチン（６４）を終了させることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
規定された量の連続する画像（３１）内で、取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）が、明白な方向に、かなり移動した場合に、ローリングの追跡ルーチン（６４）が、読み出された画像（３１）に適用され、ここで、指（１）の動きの方向に移動される取り囲む形（３２）の境界（３５；３６）のために、許容値（Δ）が、連続的に読み出される少なくとも１つの画像（３１）の期間内に、拡大された長方形（３３）が指紋（１１）を切断しないように、移動される境界（３５；３６）の計算された速度から決定されることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
記録表面（２１）に沿って指（１）がローリングされる場合、ローリングの開始の認識（６３）のために使用されるすべての画像（３１）のバッファ記憶が、ローリングの開始の認識（６３）により実行され、それにより、ローリングの開始の認識（６３）のためにすでに読み出された画像（３１）が、ローリングされる指（１）の全体画像（３）を完成させるために利用可能なまま維持されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
動いている物体の一連の２次元の独立した画像を記録するための画像記録ユニット（２）を使用した、動いている物体の電子記録、特に、記録表面（２１）上でローリングされる指（１）の記録のための装置であって、前記独立した画像が、動いている物体（１）の全体画像（３）を組み立てるために空間的オーバーラップを有する装置において、
画像記録ユニット（２）によって以前に読み出された少なくとも１つの画像（３１）に基づいて、前記物体画像を緊密に囲む制限された画像領域を連続的に計算するための論理ユニット（５１）が、画像記録ユニット（２）の下流に配置され、
プログラム記憶装置（５２）、データ記憶装置（５３）、プロセッサ（５４）、およびインタフェース（５５）が論理ユニット（５１）に関連付けられ、前記プロセッサ（５４）が、データの流れと、画像記録ユニット（２）から読み出される次の画像（３１）のためのアクティブなピクセル領域（２３）として論理ユニット（５１）により計算される制限された画像領域とを制御するために提供され、
ピクセル領域（２３）のサイズおよび位置に関して規定されて論理ユニット（５１）によって制御される画像（３１）のデータ転送のためのインタフェースが、外部コンピュータユニット（４）に対して形成され、ここで、コンピュータユニット（４）が、時間の経過とともに連続的に記録された画像（３１）を組み立てて、全体画像（３）を形成するための画像処理を含むことを特徴とする装置。
【請求項２４】
画像記録ユニット（２）が、光電子センサ（２２）を有することを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
画像記録ユニット（２）が、任意の接触センサ、特に、感熱または容量性センサを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
画像記録ユニット（２）が、超音波センサを有することを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
画像記録ユニット（２）が、低画像レートのセンサを有し、ここで、前記低画像レートが、センサ（２２）のすべてのピクセルの読み出しのみに関連し、任意にプログラムされることが可能なアクティブなピクセル領域（２３）からの画像（３１）の読み出しが、遥かに高い画像レートで実施可能であることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
画像記録ユニット（２）が、１つの独立したセンサ読み出しによって、高解像度、低画像レートで完全な足形または手形を実現できる、大面積センサ（２２）を有し、前記大面積センサ（２２）では、画像記録ユニット（２）の記録表面（２１）の規定された部分領域が、個々のローリングされる指（１）を記録するために定められており、ここで、前記センサ（２２）が、記録表面（２１）の規定された部分領域に関連付けられた、制限されたアクティブなピクセル領域（２３）内で、ピクセルが減らされた画像（３１）を読み出すために制御可能であり、それにより、ローリングされる指紋（１１）の記録のための画像レートは大幅に増加されることを特徴とする、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
画像記録ユニット（２）が、高画像レートのセンサを有し、ここで、画像（３１）の読み出しが、データ記憶装置（５３）の任意にアクセス可能なピクセル領域（２３）から実行され、それにより、インタフェース（５４）を介した転送のデータレートが続いて増加されることを特徴とする、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動いている物体の電子記録のための方法および装置に関し、特に、支持表面上でローリングされる指の記録に関する。本発明は、主として、電子指紋の作成に適用されるが、有利には、位置および／またはサイズに関して調節可能なサンプリングウィンドウのインテリジェントな制御のための物体追跡に使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
犯罪学における指紋採取の使用の基礎は、遺伝されず、胎生４か月目から死後の崩壊まで不変の、皮膚隆線像の一意性にある。元になる像は、指そのもの、インクにより紙の上に作成された指紋、またはトレースフォトグラムであってもよい。後の２つの技術は、主に警察で使用されていたし、現在も使用されている。指紋の特徴を抽出できるパターン認識技術によって、指紋の識別および確認を自動化することが可能である。
【０００３】
近年、指の直接記録を可能にする電子システムに、上述の技術が、ますます多く統合されてきている。これにより、記録および評価時間が短縮され、同時に、画像の品質も向上させることが可能になる。したがって、指が正しく記録されない場合は、この指の記録プロセスをただちに繰り返すことができる。
【０００４】
指紋の電子画像記録は、通常、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ技術に基づくマトリクスセンサまたはラインセンサを使用して実行される。その場合、元になる像としての指紋は、特殊な光学装置およびセンサを通して電子画像に変換され、続いてデジタル化されて、一定の空間およびグレー値解像度を有する画面イメージを形成する。
【０００５】
ただし、容量性、感熱、超音波ベース、または感圧性センサが、指紋の電子記録に使用されることもある。
【０００６】
警察では、指の平版印捺に加えて、特に、ローリングされた指の像も作成されている。ローリングされた指紋を、インクと紙を使用して作成するための手順は、インクを指に塗布し、次に、紙の上で指をローリングさせるという、非常に単純なものである。その際に、指の端における回転、および変形またはこすれは、許容しうるものとして受け入れられる。
【０００７】
この手順は、電子システムでは、ある程度、より複雑なものとなる。この場合、（ラインまたはマトリクスを使用して）指が電子的に取得される方法によっては、全体画像が、多くの独立した画像から組み立てられる。これに関しては、インクを使用して紙の上にローリングするのとは異なり、完全な記録は存在せず、情報の損失を含む複数の離散時間サンプルが存在するという問題がある。指の変形と、その結果による、２つの異なる時点における変化の他に、情報の損失の理由は、特に、画像記録ユニットによる指のスキャンの継続時間が短すぎるということにある。これは、指が正しく記録されるには、画像記録ユニットは（使用される組み立て方法によっては）、指をローリングするプロセスの間の捩れまたは滑りなどの、妨害するプロセスを検知できるための、最小画像レートを有していなければならないことを意味する。
【０００８】
ローリングされた指の画像の生成に常に先立って、一連の独立した電子画像の連続的な記録が行われる、不可欠の独立した画像に基づいた、最小のエラーで全体画像に到達するための方法については、これまでに何度も記述されてきている。全体画像は、これらの独立した画像から、多くの異なる方法によって組み立てられ、前記方法では、独立した画像がスライスまたはストリップに分割される。
【０００９】
特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、および特許文献５では、独立した画像のそれぞれからストリップが取得され、これらのストリップから全体画像が組み立てられる。上述の特許は、ストリップを決定し、できるだけ適切に組み立てて、独立した画像の、指の実際の接触面に一致する部分のみを接合する、異なるアルゴリズムによって相互に区別される。
【００１０】
【特許文献１】米国特許第４，９３３，９７６号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２３０，０２５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，４８３，９３２号明細書
【特許文献４】国際公開第９７／４１５２８号パンフレット
【特許文献５】独国特許発明第１９８５１５４４Ｃ１号明細書（国際公開第００／２８４７０号パンフレット）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のすべての引例では、画像記録ユニットから得られる独立した画像は、一定のサイズを有し、（クロック発振器またはイベントトリガにより与えられる）一定の時間方式に基づいている。したがって、ローリング速度（および場合によってはローリング速度の変化）と、指の接触面のサイズ（およびローリングプロセス中の後者の実際の変更）とは、画像記録ユニットの読み出し方式には、考慮に入れることはできない。
【００１２】
イベント画像を正しく計算することを可能にするには、２つの隣接した指紋ストリップが、当該の方法にとって十分に大きな共通部分を有していなければならない。これは、指がローリングされる間、高速な定期サンプリングが実行される場合にのみ実現可能である。現在、これは、２５画像／秒（Ｉ／ｓ）よりも大きな高画像読み出し速度（画像レート）を有するセンサによって実施されている。ただし、空間解像度が（例えば、５００ｄｐｉから１０００ｄｐｉに）増加される場合、技術的限界が発生する。画像レートが減少するか（例えば、５００ｄｐｉから１０００ｄｐｉに変更する場合、画像レートは１／４に減少する）、または、電子機器を含むセンサの価格が法外に高くなる。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、高い画像レート（読み出し速度）を有する高価な画像センサに頼らずに、高解像度の独立した画像と、独立した画像をギャップなしに接合して全体画像を形成するための緊密な画像シーケンスとを可能にする、ローリングされる指紋の電子記録のための新しい可能性を見いだすことである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
動いている物体の電子記録、特に、記録表面上でローリングされる指の記録のための方法（ここで、前記物体は、その構造とともに、空間分解画像記録ユニットによって、前記動きの間に、一連の独立した画像内で検出され、２次元電子画像として処理される）では、画像記録ユニットから読み出された少なくとも１つの独立した画像内の前記物体の位置およびサイズから、前記物体を取り囲む輪郭または形が決定されるという点で、そして、許容値により拡大され、センサの行方向および列方向に平行に向けられた長方形が、前記取り囲む形から決定されるという点で、そして、引き続き読み出される少なくとも１つの画像について、前記拡大された長方形が、画像記録ユニットのアクティブなピクセル領域のサイズと位置とを予測および調節するために使用され、それにより、画像記録ユニットの、読み出されるアクティブなピクセル領域が、その適合により常に小さく保たれ、センサの読み出しまたはデータ転送においてより高い画像レートが実現されるという点で、本発明により上述の目的が達成される。
【００１５】
現在スキャンされている画像の物体画像を取り囲む形は、有利には、列方向および行方向に形成されたグラディエント画像によって決定される。各ピクセルについてのグラディエント画像は、行方向または列方向の隣接するグレー値の間の差を取ることにより生成される。
【００１６】
これに関連して、グラディエント画像の各ピクセルを準備するためには、隣接するグレー値の間の差は、望ましくは、行または列の、現在検査されているピクセルの先行ピクセルおよび後続ピクセルのグレー値から取られる。
【００１７】
指紋の端の、特に信頼性の高い抽出のためには、各グラディエント画像のピクセルは、好ましくは、行または列の、現在検査されているピクセルの先行ピクセルの先行ピクセルおよび後続ピクセルの後続ピクセルのグレー値の間の差から形成される。
【００１８】
現在の画像について、物体画像を取り囲む形の開始値および終了値は、有利には、物体の動きの方向を向いた、行または列のうち少なくとも１つのグラディエント画像から決定され、ここで、物体を取り囲む形の開始値および終了値を計算するために、各行または列について、隣接するグレー値の間の最初の有意差と最後の有意差が判定される。
【００１９】
前記有意差は、望ましくは、超過されたしきい値によって判定される。
【００２０】
物体の主要な動きの方向に一致する少なくとも１つの次元にてグラディエント画像から決定される開始値および終了値から、各々、平均値またはメジアン値を計算することが有利であることが実証済みである。平均値またはメジアン値は、次に、物体画像を取り囲む長方形の直線状の境界を形成する。
【００２１】
好ましい実施形態では、少なくとも、物体の主要な動きの方向に一致するグラディエント画像からの、開始値および終了値が、空間ヒストグラム内にプロットされ、ここで、積分頻度分布が意味のあるしきい値に到達する位置が、物体画像を取り囲む長方形の境界を形成する。このしきい値は、妥当には、積分頻度分布の５％であってもよい。ただし、頻度分布の最大値を選択することも可能である。
【００２２】
コンピューティング能力と記憶容量とを節約するために、グラディエント画像の選択された行または列の開始値および終了値のみを使用して、取り囲む四角形の境界を決定することが有利であることが実証済みである。
【００２３】
物体画像のトリミングを防止するために、拡大された長方形を生成するためのさまざまな許容値が、望ましくは物体の検出された動きの進路に依存して決定され、ここで、それぞれの取り囲む形の境界を決定した後の、以前に読み出された少なくとも２つの画像から、連続する画像内の取り囲む形の境界の時間変化に基づくさまざまな評価アルゴリズムが適用される。
【００２４】
記録表面上でローリングしている指は、好ましくは、物体として取得され、ここで、指紋は、指の即時支持表面としての各読み出し画像内の、物体画像として記録される。
【００２５】
その場合は、以下のステップが、独立した画像の境界を調節するために、読み出し画像のそれぞれに有利に適用される。
−  プットオン認識ルーチン。このルーチンは、指紋から結果として得られる差の値の量が不十分であると判定された場合に、許容値の計算と、それに続く画像記録ユニットのアクティブなピクセル領域の予測および調節とを停止する。
−  動きの追跡ルーチン。このルーチンは、指紋を取り囲む形の動きが明確に示されていない場合、取り囲む形の境界の周囲のすべての側において均一な許容値を決定し、許容値のサイズは、前記物体にとって一般的な程度までの前記物体の任意の動きの間、少なくとも次の画像の読み出しの期間内に、拡大された長方形が物体を切断しないように選択される。
−  ローリングの追跡ルーチン。このルーチンは、規定された量の連続する画像内で、取り囲む形の境界が、明白な方向に、かなり移動した場合に起動され、ここで、物体の動きの方向に動いている取り囲む形の境界のために、許容値は、連続的に読み出される少なくとも１つの画像の期間内に、拡大された長方形が即時物体画像（指紋）を切断しないように、動いている境界の計算された速度から決定される。
【００２６】
ローリングの追跡ルーチンは、ローリングされる指の完全な指紋を組み立てるための、完全かつ高度に時間分解された一連の独立した画像を提供するために、ローリングされる指の画像記録の中核にあるため、ローリングの追跡ルーチンは、望ましくは、同じ方向に進んでいる取り囲む形の境界に、定められた一定数の変位がある場合に、動きの追跡からローリングの追跡に切り換える、ローリングの開始の認識ルーチンによって起動され、取り囲む形の境界の動きの方向が逆になった場合に、ローリングの追跡ルーチンに割り込む、ローリングの終了の認識ルーチンによって終了される。
【００２７】
記録表面に沿って指がローリングされる場合、有利には、開始の認識のために使用されるすべての画像のバッファ記憶が、ローリングの開始の認識ルーチン内で実行され、それにより、すでに読み出された画像は、続いて、完全なローリングされた指を組み立てるために利用可能なままに維持される。
【００２８】
さらに、動いている物体の一連の２次元の独立した画像を記録するための画像記録ユニットを使用した、動いている物体の電子記録、特に、記録表面上でローリングされる指の記録のための装置（ここで、独立した画像は、動いている物体の全体画像を組み立てるために空間的オーバーラップを有する）では、画像記録ユニットによって以前に読み出された少なくとも１つの画像に基づいて、物体画像を緊密に囲む制限されたピクセル領域を連続的に計算するための論理ユニットが、画像記録ユニットの下流に配置されるという点で、そして、プログラム記憶装置、データ記憶装置、プロセッサ、およびインタフェースが論理ユニットに関連付けられ、プロセッサがデータの流れを制御するために提供されているという点で、そして、ピクセル領域のサイズおよび位置に関して規定されて論理ユニットによって制御される画像のデータ転送のためのインタフェースが、外部コンピュータユニットに対して提供されるという点で（ここで、前記コンピュータユニットは、時間の経過とともに連続的に記録された画像を組み立てて、全体画像を形成するための画像処理を含む）、本発明により上述の目的が達成される。
【００２９】
画像記録ユニットは、好ましくは、光電子センサを有するが、容量性、誘導性、感熱、超音波、またはその他の接触センサを装備していてもよい。（マトリクスまたはライン配列内の）ＣＣＤアレイまたはＣＭＯＳアレイが、望ましくは、光電子画像記録装置として使用される。
【００３０】
画像記録ユニットは、有利には、低画像レート（＜２５Ｉ／ｓ）のセンサも含んでいてもよく、ここで、低画像レートは、センサのすべてのピクセルの読み出しのみを指し、任意にプログラムされることが可能なアクティブなピクセル領域からの画像の読み出しは、遥かに高い画像レートで実現可能である。
【００３１】
本発明の拡張された変形では、画像記録ユニットは、好ましくは、１つの独立したセンサ読み出しによって、高解像度、低画像レートで完全な足形または手形を実現できる、大面積センサを有し、前記大面積センサでは、記録表面の規定された部分領域が、個々のローリングされる指を記録するために定められており、ここで、前記センサは、ローリングされる指のための、記録表面の規定された部分領域に関連付けられた、対応して制限されたアクティブなピクセル領域内で、ピクセルが減らされた画像を読み出すために制御可能であり、それにより、ローリングされる指紋の記録のための画像レートは足形または手形の記録に比較して大幅に増加される。
【００３２】
本発明の修正された変形では、画像記録ユニットは、高画像レート（≧２５Ｉ／ｓ）のセンサであってもよく、その場合は、インタフェースがデータ転送を制限する要因になり、リアルタイムで転送できるのは画像データの小さな部分のみとなる。この場合、本発明による、データが減らされた画像の読み出しが、データ記憶装置の任意のアクセス可能なピクセル領域から実行され、それにより、インタフェースを介した転送のデータレートが続いて増加される。
【００３３】
本発明による、アクティブなピクセル領域の境界を決定するためのプロセスは、有利には、（物体の画像を組み立てるためのコンピューティングユニットの）上流に配置され、望ましくはＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）である、論理ユニット（ハードウェア）内で実行される。論理ユニットとしては、ＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイス）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）も使用されてもよい。
【００３４】
論理ユニットのプロセスとデータの流れとを制御するために使用されるプロセッサは、有利には、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、またはマイクロコントローラ（ＭＣＵ）であってもよい。プロセッサは、また、論理ユニット、プログラム記憶装置、または外部コンピューティングユニット内に直接組み込まれていてもよい。
【００３５】
本発明は、関数Ｇ（ｘ、ｙ）として表示可能な、さまざまな表面サイズおよび／または表面構造のグレー値画像を電子的に記録するという考えに基づいており、ここで、ｘおよびｙは、画像のそれぞれの画像点の座標を示し、Ｇはそのグレー値を示す。画像Ｇｎ（ｘ、ｙ）から全体画像Ｇを形成するために、この種の画像特性を有する動いている物体は、異なる時点ｔｎにわたって（ここで、ｔｎ＋１＞ｔｎ）、関数Ｇｎとしてのさまざまな表示を使用して順に記録され、ここで、物体の回転速度の関数としてサイズが変化する、物体表面の関連する断片のみが、画像記録ユニットによって記録される。
【００３６】
本発明による方法の本質は、実際に読み出された各画像から、次のそれぞれの画像のために、適合させられ、制限されたピクセルセクションを規定または予測することにあり、前記ピクセルセクションは、取得されるべき指紋を、必要な確実性で完全に含み、それにより、画像記録ユニットの読み出しレート（画像レート）が増加される。これにより、他の方法では、完全な独立した画像を読み出すために必要な高画像レート（≧２５Ｉ／ｓ）を満足することができず、しかし、ＷＯＩ（ウィンドウ・オブ・インタレスト（Ｗｉｎｄｏｗ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ））調節機能を有し、したがってフル空間解像度を有する、安価なセンサを使用することが可能になる。ＣＭＯＳ技術では、製造業者によっては、この適用分野は、「ウィンドウ・オブ・インタレスト（ｗｉｎｄｏｗ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）」、または「リージョン・オブ・インタレスト（ｒｅｇｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｒｅｓｔ）」、「アクティブ・ウィンドウ（ａｃｔｉｖｅ  ｗｉｎｄｏｗ）」、および「ウィンドウイング（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ）」と呼ばれる。ＣＣＤ技術では、「高速ダンプ」という用語は、行の飛び越しを示すために使用され、「オーバークロッキング」という用語は、不必要な列のオーバークロッキングを示すために使用される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明により、物体のサイズおよび動きに適合させられた、緊密なシーケンスで高度に分解された画像を生成し、そして、高い信頼性で画像が組み立てられ、全体画像が形成されることを可能にする、ローリングされる指紋の電子記録を、高い画像レートを有する高価な画像センサまたはインタフェースに頼る必要なしに実施することが可能になる。本発明は、画像表面の完全な読み出しに現在使用されている、高解像度センサまたは画像処理インタフェースを使用する場合に可能であるよりも、はるかに高い画像レートを選択することを可能にする。さらに、センサ読み出しウィンドウの電子的調節により、完全な手の記録、および指のローリングなどの応用が、同じ装置内で可能である。
【００３８】
本発明を、実施形態の例を参照して、以下でより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、指１の表面の指紋像（以下、指紋１１と記載する）を電子的に記録するための方法の基本原理を示す。本方法の基礎は、指１が、異なる時点にわたって、異なる、相互にオーバーラップする表示内に順番に記録され、それにより、指の全体画像を、それに続いて組み立てることが可能になるということにある（これは、本発明の主題ではない）。
【００４０】
指１をローリングするための上述の規則により、画像記録ユニット２による指表面の記録は、一連の独立した画像として、１つずつ行うことのみが可能である。記録される画像３１のサイズと位置は、指１の実際の指紋表面およびローリング速度により異なる。その上、指１の実際の指紋表面およびローリング速度によって、画像記録ユニット２の読み出し内の、適合させられ、制限されたセクションを調節および監視して、高価な画像センサに頼らずに高画像レートを達成できるようにするには、複雑な制御プロセスが示唆される。
【００４１】
インクが付けられた指１を紙の上でローリングするのとは異なり、図４に一例として示されているような光電子画像記録装置上でローリングする場合は、ローリングプロセスの連続記録は行われず、その代わりに、離散時間サンプリングが実行される。
【００４２】
本発明を明らかにするために、図２および図３に示す従来技術と本発明を比較する。従来の手順によれば、例えば２５Ｉ／ｓでの読み出しが可能な画像記録ユニット２は、３秒間続くローリングプロセスの間に７５の画像を取得する。これらの７５の画像のそれぞれは、所定の位置（サイズおよび位置）での、規定された時点における、指紋１１を含む完全な画像である。これらの独立した画像から、ローリングされた指１の全体画像３を生成するために、結合のための関連情報を含む、読み出し画像の部分を表す、所定の画像スライスまたはストリップ１２が、これらの独立した完全な画像から切り取られる。全体画像３の正しい計算を実行するために、２つの隣接した画像ストリップ１２は、指紋１１の十分に大きな共通部分を有していなければならない。２つの画像ストリップ１２を接合するための一般的な方法は、相互相関を行い、端の領域が最も大きく一致する点において、２つの画像ストリップ１２のオーバーラップ部分を結合することである。ただし、離散時間サンプリングは、指１の変形と動き、およびその結果による、２つの異なる記録時点における指紋１１の画像の変化により発生する、情報の損失を含む。画像記録ユニット２の画像レートに対して、指１のローリング速度が増加した場合、この情報損失は増加する。これは、指１が正しく記録されることを確実にするには、ローリングプロセス中の、例えば、捩れまたは滑りなどのプロセスが検出され、訂正されることが可能となるように、画像記録ユニット２が、結合のための最小画像レートを満足していなければならないということを意味する。
【００４３】
画像記録ユニット２の読み出し速度が遅すぎる場合に発生する問題を説明するために、インクの付いた指１を紙の上でローリングする場合に見いだされ、また、独立した画像のシーケンスを結合することにより全体画像３として生成されるべき、ローリングされた指１の全体画像３の結果を、図２の左側の部分図に示す。
【００４４】
上の行の右側に示されている指１の詳細記録によれば、全体画像３は、時間間隔ごとの３つの画像から組み立てられる。従来技術によれば、指１の一連の３つの即時記録は、一定の時間方式で、画像記録ユニット２全体の完全な画像としてサンプリングされる。次に、情報を含む画像部分が抽出され、それにより、図に示す３つの画像ストリップ１２ａ〜１２ｃが得られる。即時記録の間の時間間隔が、指１の動きに比較して長すぎる場合（つまり、画像記録ユニット２の画像レートが低すぎる場合）は、画像ストリップ１２ａ〜１２ｃの端の領域にオーバーラップが存在していても、ローリングの動きの間に指１がずらされると、またはそれに加えて、そのずれの方向に対して横に回転させられると、全体画像３を組み立てる際に相関関係の問題が発生する。
【００４５】
このスキャニングの例では、上の２つの乳頭状隆線１３および１４は並進運動を行っており、さらに、一番上の乳頭状隆線１３は回転運動を受けている。右上の拡大された詳細図では、ストリップ１２ａからの、乳頭状隆線１３の第１セグメント１３１は、ストリップ１２ｂからの、上の乳頭状隆線１３の関連する第２セグメント１３２よりも、ストリップ１２ｃからの、次の乳頭状隆線１４の第３セグメント１４３により近くなっている。これにより、全体画像３内で、少なくとも乳頭状隆線１３および１４の、間違った組み合わせが発生する可能性があり、したがって、ローリングされた指１の構造が誤って解釈される可能性がある。
【００４６】
図２の詳細図の下の行に示す、より高い画像レートでのスキャニングを表す組み合わせは、時間間隔ごとの５つの画像が使用されているという点で、明らかに優れている。そこから抽出された５つの画像ストリップ１２ａ〜１２ｅにより、指１のローリングに同時に重ね合わされた、ずれおよび回転運動を検出することが可能になり、したがって、全体画像３内でのストリップ１２ａ〜１２ｅの、あいまいでない、正しい組み合わせを実現することが可能になる。これは、１つの画像ストリップ１２から次の画像ストリップまでの間で省かれる乳頭状隆線は、大幅に制限され、したがって外挿することが可能なためである。
【００４７】
ただし、指１をローリングするには、画像記録ユニット２の比較的広い記録表面２１が必要とされるため、画像レートの任意選択による増加には制限がある。これらの制限は、特に、画像レートの増加に伴い、センサのコストが不釣合いに上昇することにより発生する。
【００４８】
図３は、指紋１１の即時表面が、各インスタンスで、独立した画像読み出しごとに楕円表面を示している点で、画像読み出し速度が遅すぎることにより発生する別の問題を示す。実線で示されている楕円１５ａ、１５ｂ、および１５ｃは、安価な画像センサの従来の読み出しを使用した、時間間隔が空きすぎている指紋画像の内容を示し、他方、追加の中間スキャンにより増加された画像レートは、本発明によれば安価なセンサを使用して実現され、または従来技術によれば非常に高価なセンサを使用することによってのみ実現される、点線で示されている楕円１５ｄおよび１５ｅにより表されている。
【００４９】
１つの独立した画像記録から次の独立した画像記録までの間の最も大きな変化（指の形状により発生する）は、指紋１１の上と下の端の領域で発生する。したがって、２つの記録の間の共通部分は、端の領域において最も小さくなる。図３に示すように、乳頭状隆線の分岐１６１または乳頭状隆線の終端１６２、１６３、１６４のような特徴が、時間的に相互に続いている指紋表面（実線の楕円１５ａ〜ｃとして示されている）の外部に見いだされる場合、乳頭状隆線１６はしたがって、即時に取り込まれた指紋１１の、第１の楕円１５ａの隆線の途切れ１６ａが、次の楕円１５ｂの隆線の途切れ１６ｂおよび１６ｃに、もはや完全に接続されることはできないような方法で、結果の画像内で中断される（図３の右に詳細図を示す）。
【００５０】
図３の拡大された詳細図から明らかなように、各インスタンス内には、（即時指紋１１の図としての）実線で示す２つの隣接した楕円１５ａと１５ｂ、および１５ｂと１５ｃの間に、それぞれ、切断領域１７が存在する。切断領域１７は、図２に示す切り取られた画像ストリップ１２の幅全体にわたって拡大されることはないため、乳頭状隆線１６のいくつかの領域は、楕円１５ａ、１５ｂ、および１５ｃの接合された全体画像の外側になる。左に示されている円形詳細図内では、画像レートが遅すぎるため、実線の楕円１５ａ〜１５ｃのみが含まれる場合を説明するために、２つのそのような領域が選択され、拡大されている。
【００５１】
左上部分の詳細図では、結合された全体画像３は、楕円領域１５ａ〜ｃの最適な相関の後で、ギャップを有するように見える。指紋領域１５ａ〜ｃが結合され、したがって破損されている場合、分岐１６１は、１つの部分ではなく、３つの部分（隆線の終端）を有するものとして描かれる。整合性解析を行なった場合でも、これが分岐であるのか、隆線の連続と隆線の終端とであるのか、または実際に３つの終端する隆線であるのかを明確にすることはできない。
【００５２】
図３の左下の詳細図は、楕円１５ｂと１５ｃとの間の、ローリングされた指１の別の重要な領域を示し、この中では、スキャンのギャップ内に配置されている２つの乳頭状隆線の終端１６２および１６３と、１つの乳頭状隆線の終端１６４とが、完全な全体画像３内に示されている。ギャップを有する、この結合された結果画像は、５つの隆線終端のように見える５つの隆線中断１６ａ〜１６ｅを示し、それらが何らかの方法で同じ隆線に属するものであるかどうかに関しては、いかなる結論を引き出すことも許可しない。この場合は、整合性解析を使用することにより、隆線中断１６ａ〜１６ｅが次のいずれであるかについて推測することのみが可能である。
−  隆線中断１６ａから隆線中断１６ｃおよび１６ｄへの、または隆線中断１６ｂから隆線中断１６ｄおよび１６ｅへの単純な分岐と、１６ｂから１６ｅへの、または１６ａから１６ｃへの連続隆線、
−  隆線中断１６ａから１６ｃまたは１６ｄへの、あるいは１６ｂから１６ｄまたは１６ｅへの連続隆線と、３つの隆線終端が予想され、あるいは
−  隆線中断１６ａおよび１６ｂから、１６ｃ、１６ｄ、または１６ｅへの、２つの連続隆線と、隆線中断１６ｃ〜１６ｅのうちの１つにおける隆線終端。
【００５３】
完全で正確な全体画像３は、指紋楕円１５ｂと１５ｃとの間の、点線の楕円１５ｅとして示されている、指１の中間スキャンによって表される、より高い画像レートによってのみ、つまり、画像記録ユニット２の画像レートが約２倍になった場合にのみ、得ることが可能である。指１のこのスキャン状況は、図３の右下の詳細図に示されており、やはり、従来技術によれば、高い解像度と、かなり高い（例えば２倍の）画像レートを有する、非常に高価な画像センサが必要とされる。
【００５４】
図４は、記録表面２１において漏れ全反射の原理を使用する、指１の光電子画像記録のための画像記録ユニット２を示す。従来の基本構成では、画像記録ユニット２は、拡散光照明ユニット２４、プリズム２５、および撮像光学部品と光電子センサ２２とを有するカメラ２６を含む。この原理によれば、プリズム２５の底面が、実際の記録表面２１である。光は、指１が前記底面上に置かれていない場合（つまり、全反射のための臨界角（この場合は、ガラス／空気）が超過されている場合）に、前記底面において全反射されるような方法で、照明ユニット２４によってプリズム２５内に結合される。したがって、明るく照らされた画像が、カメラ２６内のセンサ２２上にある撮像光学部品によって生成される。指１がプリズム２５上に置かれると、指１が当てられた点において、ガラスから空気への遷移が、ガラスから皮膚への遷移に変化する。皮膚は空気よりも屈折率が高いので、全反射の臨界角がより大きい。したがって、それらの場所においては全反射が取り消され、光は結合から出される。したがって、指１は、カメラ２６内に配置されたセンサ２２上で、黒から白への遷移による画像として描かれる。センサ２２は、これらの光強度を電気信号に変換し、続いて、それらの電気信号はデジタル化され、それにより、規定された空間およびグレー値解像度を有する画像が結果として得られる。
【００５５】
指紋１１の光電子画像記録は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ技術に基づくマトリクスセンサまたはラインセンサによって、一般性を制限することなく実行される。
【００５６】
上で説明した図４の装置内では、プリズム２５の下側が、指１のための記録表面２１である。以下では、単純化のために、および上で説明した画像記録原理に限定しないために、記録表面２１および画像記録ユニット２のみが、本発明を説明する目的で言及される。ローリングされた指１は、所望の任意の方法で、画像記録ユニット２内で、電子画像に変換され、デジタル形式で読み出される。
【００５７】
光電子センサ２２の代わりに、容量性、感圧性、超音波ベース、または感熱センサを、指紋１１の記録用に適切に設計された画像記録ユニット内で、同等の方法で使用することも可能である。
【００５８】
図５による装置内で、好ましくはハードウェアとして実施される、本発明の方法は、さまざまな物体表面および物体速度を考慮に入れ、したがって、動いている物体に最適に適合するスキャンを提供する。
【００５９】
図１に示すように、ローリングされる指１を記録するための方法は、以下の方法ステップに分割される。
−  プットオン（ｐｕｔ−ｏｎ）認識６１（ＰＲルーチン６１）
−  動きの追跡６２（ＭＴルーチン６２）
−  ローリングの開始の認識６３（ＲＳＲルーチン６３）
−  ローリングの追跡６４（ＲＴルーチン６４）
−  ローリングの終了の認識６５（ＲＥＲルーチン６５）
【００６０】
本方法の開始点は、図１に示すように、ローリングプロセスが行なわれるということを伝える（任意の形態の）情報である。この情報は、一般に、記録されたデータを処理する外部コンピュータユニット４によって伝えられる。ただし、この情報は、インタフェースを介して図５の装置と通信を行う、別の外部システムによって与えられてもよい。この伝達された情報を通して、前記装置は、指１が間もなく置かれることを理解し、適切な認識ステップを開始する。
【００６１】
本方法の以下の認識ステップは、次の起動に基づいて進む。
【００６２】
プットオン認識６１（ＰＲルーチン）
ＰＲルーチン６１の目的は、支持表面２１上に有効な指紋１１が存在しているかどうかを、画像記録ユニット２により提供される各画像３１内で検査することである。その際には、各行または列内の隣接するグレー値ピクセルの間の差を取ることによって、各画像３１から、ｘグラディエント画像７１およびｙグラディエント画像７２が生成される。
【００６３】
図６は、「有効な指紋」を認識するための、可能なプログラム実行を示す。このプログラム実行は、各インスタンス内の一連の画像の中の、独立した画像３１に関するものである。値Ｄｘｉ、ｊを有するｘ方向のグラディエント画像７１、および値Ｄｙｉ、ｊを有するｙ方向のグラディエント画像７２は、グレー値分布Ｇｉ、ｊを有する、電子的に変換された各画像３１から、各行および各列内の記録された隣接するグレー値ピクセルの間の差７３および７４をそれぞれ取ることにより形成される。差７３は、行内で実際に生成されるべき、グラディエント画像７１の各ピクセルについて、画像３１内の関連するグレー値ピクセルの直接先行ピクセルおよび直接後続ピクセルから取ることが可能であり、または、感度を向上するために、先行ピクセルの先行ピクセルおよび後続ピクセルの後続ピクセルから取ることが可能である。列方向の差７４については、対応する方法でこれが実行される。
【００６４】
この方法で生成されたグラディエント画像７１および７２は、所定のグレー値のしきい値ＳｗＡを超える差の値７３および７４について検索される。グレー値のしきい値ＳｗＡは、その値を超えると先行および後続のグレー値ピクセルから形成された差の値７３または７４が「有効」と見なされる、差の値の量を規定する。このグレー値のしきい値ＳｗＡは、厳密に規定される必要はなく、変化させること（１つの画像から他の画像への間で変更すること）もでき、したがって、入力画像３１の画像品質により良く適合させることが可能である。
【００６５】
差が有効な場合、ｘグラディエント画像７１の行について差カウンタ７５内で規定されている変数ＣｏｕｎｔＲｊ、またはｙグラディエント画像７２の列について差カウンタ７６内で規定されている変数ＣｏｕｎｔＣｉの、カウントが１つ増加される。
【００６６】
条件の検査、および差カウンタ７５および７６のカウントの増加は、列または行の最後に到達するまで行なわれる。次に、差カウンタ７５および７６内のそれぞれのカウントが、最小しきい値を超えているかどうかが検査される。その際には、差カウンタ７５および７６内で決定された有効な差の値７３および７４の量が、しきい値ＳｗＢまたはＳｗＣを超えているため、有効な行または列であることを表す行または列が、すべての有効な行については行カウンタ７７内で（ＲｏｗＣｏｕｎｔ）、またはすべての有効な列については列カウンタ７８内で（ＣｏｌｕｍｎＣｏｕｎｔ）合計される。
【００６７】
しきい値ＳｗＢおよびＳｗＣは、同じサイズを有することが可能である（ただし、同じサイズである必要はない）。画像記録ユニット２の行方向で指１をローリングするプロセスの間、画像３１ごとの有効な差７３の量は、行方向で急激に変化する。この量は、ローリングプロセスの開始時と終了時には、ローリングプロセスの中間部分での量の約半分になる。他方、列方向の有効な差７４の量は、ローリングプロセスの間、比較的一定しており、行方向での、ローリングプロセスの中間部分の間の有効な差７３の量と同程度の大きさである。したがって、しきい値ＳｗＣは、しきい値ＳｗＢよりも大きくなるように選択されてもよい。本例では、指１の配置に対してより高感度になるように、両方のしきい値ＳｗＣおよびＳｗＢが同程度であるように選択されている。
【００６８】
グラディエント画像７１および７２のすべての行および列について、有効な行および列が調べられ、行カウンタ７７および列カウンタ７８内で合計されたら、有効な列についての列カウンタ７８のカウント値（ＣｏｌｕｍｎＣｏｕｎｔ）または有効な行についての行カウンタ７７のカウント値（ＲｏｗＣｏｕｎｔ）が、しきい値ＳｗＤまたはＳｗＥを超えているかどうかについての比較が行なわれる。この比較では、より高感度な検査のためには、しきい値ＳｗＤおよびＳｗＥについて同じ値が選択される。ただし、純粋に形式的な点では、しきい値ＳｗＢとＳｗＣの場合と同様に、しきい値ＳｗＥは、しきい値ＳｗＤよりも大きくなるように選択されてもよい。有効な指があるかどうかについての決定は、また、行カウンタ７７および列カウンタ７８のうちの１つだけがしきい値ＳｗＤまたはＳｗＥを超えるということに制限されてもよい。指１が行方向にローリングされる場合は、例えば、列カウンタ７８が、この目的に最適である。行カウンタ７７および／または列カウンタ７８の出力値が、しきい値ＳｗＤまたはＳｗＥを超える場合は、有効な指が記録表面２１上に存在し、そして、動きの追跡６２が開始されてもよい。
【００６９】
動きの追跡６２（ＭＴルーチン）：
図７に示すＭＴルーチン６２は、指１のローリングの動きの結果として位置が連続的に変化する、実際の指紋１１（指紋表面）の位置を追跡するために役立つ。
【００７０】
ＭＴルーチン６２による評価の開始点は、また、コントロールパネル内のスイッチ、フットスイッチ、または外部装置（例えば、コンピューティングユニット４）により与えられてもよい。
【００７１】
ＭＴルーチン６２を最初に通して実行する際には、画像記録ユニット２の画像３１の読み出しは、センサ２２のアクティブな表面全体のサイズを有しており、したがって完全な画像である。それに続いてＭＴルーチン６２を通して実行する際には、計算された領域サイズによっては、センサ２２の１つの選択されたアクティブなピクセル領域２３のみが読み出され、それにより、読み出し画像３１は、センサ表面全体に対して部分的な画像となる。
【００７２】
図７と、図８の概略図とを参照して機能が説明される、ＭＴルーチン６２は、指１が有効な指として認識された後の、指１の規定されたローリングのための準備として、動いている指１を追跡するために役立つ。画像記録ユニット２から続いて読み出される、適合させられた各画像３１について、適切な情報を有する画像３１のセクションの位置およびサイズが再計算され、センサ２２のピクセルセクタ２３として決定される。
【００７３】
図７のフローチャートとして示されているＭＴルーチン６２で、グレー値Ｄｘｉ、ｊを有するｘ方向のグラディエント画像８１、およびＤｙｉ、ｊを有するｙ方向のグラディエント画像８２は、グレー値分布Ｇｉ、ｊを有する各画像３１から計算されるか、または、ＰＲルーチン６１からグラディエント画像７１および７２が直接引き継がれる。ＰＲルーチン６１と同様に、差の値はピクセル環境（例えば、決定されるべきピクセルの先行ピクセルの先行ピクセルと、後続ピクセルの後続ピクセルとの間の差）から取られる。
【００７４】
所定のグレー値のしきい値ＳｗＡを超える有効な差の値８３および８４が、これらのグラディエント画像８１および８２内で探される。グレー値のしきい値ＳｗＡは、ＰＲルーチン６１と同様に規定される。
【００７５】
各行または列内で、最初と最後の有効な差の値８３および８４が、それぞれ、これらの有効な差の値８３および８４から決定され、ＳｔａｒｔＸまたはＳｔａｒｔＹ、およびＥｎｄＸまたはＥｎｄＹとして一時的に記憶される。行または列の最後に達したら、開始値ＳｔａｒｔＸまたはＳｔａｒｔＹのピクセル位置におけるそれぞれの空間ヒストグラム８５と８６、および終了値ＥｎｄＸまたはＥｎｄＹのピクセル位置におけるそれぞれの空間ヒストグラム８７と８８の中で、前記開始値および終了値が使用され、それにより、図７のヒストグラムボックス内で指定されている式に従って、その位置におけるカウントが１つ増やされる。
【００７６】
例えば、（ｘグラディエント画像８１から）画像３１のピクセル番号３１２が行の開始値であると判定された場合、開始値ヒストグラム８７（ＨｉｓｔｏＳｔａｒｔＸ）の点３１２におけるカウント値が１つ増やされる。すべてのヒストグラム（開始値ヒストグラム８５と８６、および終了値ヒストグラム８７と８８）が決定された場合は、ｘ方向で決定するために、行の最後に達しており、また、ｙ方向で決定するために、列の最後に達しており、ヒストグラム８５〜８８が評価される。
【００７７】
４つのヒストグラム８５〜８８から、有効な開始値および終了値を見つけるには、いくつかの可能性がある。
１．それぞれのヒストグラム内で発生するすべての値の平均値。
２．それぞれのヒストグラム内で発生するすべての値のメジアン値（頻度順にすべての値を並べ、その平均を取った値）。
３．重心、例えば、面積の中心（頻度Ｈｉとそれらの位置ｉとの積のすべての和を、すべての頻度の和で割った商）。
【数１】
2005182786.tif 000003
４．ヒストグラムの行または列内で有効な値が見いだされる、最小位置（開始値について）または最大位置（終了値について）。
５．有効な値がしきい値を超える、ヒストグラム内の最小位置（開始値について）または最大位置（終了値について）。
６．ヒストグラム内で最も頻繁に発生する値の位置。
７．ヒストグラム内で、有効な値の最小量に達する前の位置。
８．有効な値の最小量がしきい値を超える前の、ヒストグラム内の位置。
９．有効な値の最初の発生から開始した、頻度分布曲線の積分が、所定のしきい値のパーセンテージを超える前の位置。
（有効な開始値または終了値の位置がカウントされる方法４〜９では、カウントは、開始値については０位置から上に向かって進み、終了値については最大位置から下に向かって進む）。
【００７８】
計算を減らすために、上に列挙した方法から選択される方法は、各画像３１の列および行の一部のみに適用して、計算時間を短縮することが望ましい。
【００７９】
これにより決定される開始値および終了値は、指紋１１を完全に含む、好ましくは長方形の取り囲む形３２の境界を形成する。ただし、楕円または類似した平面図形が、取り囲む形３２として使用されてもよい。
【００８０】
指１のローリングの方向に対して横の方向では、記録表面２１がほぼ全体にわたって使用されるため、取り囲む形３２の計算に意味がない場合は、図１０ａおよび１０ｂで長方形として示されている取り囲む形３２は、図１１ａ〜１１ｃに示されているように、左の開始境界３５（ＳｔａｒｔＸ）および右の終了境界３６（ＥｎｄＸ）の決定に限定されてもよい。
【００８１】
いかなる状況でも指紋１１がトリミングされないことを保証するには、上述の方法のうち、第４の方法を使用しなければならない。ただしこれは、記録表面２１上のわずかな外乱によっても長方形３３が大きくなりすぎ、それにより、読み出し速度が制限される結果になるという欠点を有する。
【００８２】
図５の光電子画像記録ユニット２に関連しては、上述の方法のうち、第９の方法が特に有利であることが実証済みである。指紋１１のトリミングを大部分除外するために、見いだされた開始値から減算され、終了値に加算される、許容領域が導入される。同じ許容領域が、後で、画像３１を組み立てる場合に、（画像の端から減算される）境界領域を形成してもよく、それにより、計算が実行されなくても切り抜く際の端の問題が防止される。
【００８３】
許容領域は、長方形３３を維持したまま、ローリングしている指１が、後の３つの画像３１でも、トリミングされずに長方形３３内に依然として配置されるような方法で選択されなければならない。
【００８４】
カメラ２６のセンサ２２が、例えば、２０Ｉ／ｓで読み出され、通常のローリングプロセスが２秒間継続される場合、この時間内に４０の画像が記録される。図８ａおよび８ｂの長方形３３の（左）開始境界３５を示すＳｔａｒｔＸ線が、この時間内に４００ピクセルだけ移動すると仮定すると、その移動が均一な動き（加速なし）である場合、ＳｔａｒｔＸ線は、２つの連続する画像３１の間で１０ピクセルだけ移動する。指１が、さらに３つの画像３１で、この長方形３３内に配置されることが望ましい場合、許容領域は、少なくとも３０ピクセルのサイズを有していなければならない。この許容領域は、指１が（ローリングされる方向に関係なく）この長方形３３内に、各場合に配置されることを保証する。
【００８５】
許容領域を計算する際の第２の問題は、長方形３３のサイズが異なる場合の読み出し速度の変化である。アクティブなピクセル領域２３を決定することにより、使用されるセンサ２２内で読み出し速度を増加することが可能な場合（例えば、米国ナショナル・セミコンダクターズ社（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，  Ｉｎｃ．，  ＵＳＡ）の「ウィンドウイング」機能を有するＬＭ９６３８）は、許容領域も変更することが役に立つ。
【００８６】
上の例で述べたように、アクティブな表面が完全に読み出される場合に毎秒約２０画像を読み出すことができ、画像から画像への間で開始境界３５（左の境界＝アクティブなピクセル領域２３のＳｔａｒｔＸ線）が１０ピクセル動く、このタイプのセンサ２２では、アクティブなピクセル領域２３のサイズが、例えば、アクティブなセンサ表面の半分に制限されている場合は、毎秒４０画像を読み出し可能であり、アクティブなセンサ表面の３分の１に制限されている場合は、６６Ｉ／ｓの画像レートを実現可能である。したがって、前記線の動きは、画像ごとに１０ピクセルではなく、画像ごとに５または３．３３ピクセルとなり、許容領域は１５または１０ピクセルに制限されることが可能である。
【００８７】
長方形３３は指紋１１が常に収まるだけの十分な大きさ有し、そして、アクティブなピクセル領域２３により与えられる、少なくとも次の画像３１でもこれが同様であることが保証されている場合は、ＭＴルーチン６２内での動きの追跡のために、固定された長方形サイズが使用されてもよい。長方形３３は、次の２つの方法で配置されてもよい。
−  指紋１１の重心（好ましくは、面積の中心）に、固定されたサイズの長方形３３の中心を配置。
−  上述の９つの方法のうちの１つに従って、取り囲む形３２の開始値および終了値を計算し、固定された長方形３３の中心が、開始値および終了値から計算された平均値に設定されるように、固定された長方形３３をこれらの境界の周囲に配置する。
【００８８】
長方形３３の境界が許容領域とともに決定されたら、見いだされた値が、画像記録ユニット２のセンサ２２のレジスタに入力され、画像記録ユニット２は、その後、次の画像３１が読み出される際に、この領域のみを記録および再生成する。
【００８９】
ローリングの開始の認識６３（ＲＳＲルーチン６３）：
ＭＴルーチン６２が現在の画像３１を評価し、形３２の新しいサイズを判定した後は、ＲＳＲルーチン６３を実行することにより、形３２の位置が、前の画像３１の形３２の位置と比較される。
【００９０】
右に向けての、および左に向けてのローリングプロセスは、それぞれ、図８ａおよび図８ｂに示されている。上の断面図では、指１を正しく配置して、記録表面２１上で指紋１１の全体がローリングされるために便利なように、記録表面２１が、３分の１ずつ３つに分割されている。この目的のために、指１は、好ましくは、前記３分割の２番目に配置され、前記３分割の１番目または３番目にローリングされる。そのようにする場合、重心３４と、長方形３３の境界３５および３６（ＳｔａｒｔＸおよびＥｎｄＸ）とが変化するように、ローリングの動きはすでに実行されている。
【００９１】
目的が、例えば左から右に、ローリングプロセスを実行することである場合、完全なローリングプロセスのためには、指１が、前記３分割の２番目にある、支持表面２１の中心に配置され、開始点に向けて左にローリングされる。重心、長方形３３の開始境界３５（左）および終了境界３６（右）も、同様に、左に移動する。支持表面２１の、前記３分割の１番目にある開始点に達したら、右に向けて指１をローリングすることにより、ローリングプロセスが開始されてもよい。ローリングプロセスの開始点およびこのイベントの開始が、この情報を必要とするすべてのシステム構成要素に伝えられる際には、終了境界３６（右）の移動方向の変化が、好ましくは検出される。
【００９２】
開始点の検出は、また、重心の変位によって、あるいは、終了境界３６および重心３４の動きの反転の組み合わせによって判定されてもよい。後者の場合、重心３４の変位の方向の変化、および長方形３３の終了境界３６（ＥｎｄＸ線）の変位の方向の変化が、指標としての役割を果たす。この変種は、最初の２つよりも堅牢である。
【００９３】
本方法をより堅牢にするために、さらに、画像３１の規定された（大きな）量を超えて、重心３４および／または終了境界３６（長方形の右の境界）が、最初の方向とは反対の同一方向に一貫して移動された後にのみ、ローリングプロセスが行なわれているかどうかの決定を行うことも可能である。しかしこれは、読み出し画像３１を処理するためには、ローリングプロセスの実際の開始点から、開始点が確立された後の画像３１までのすべての画像３１が一時的に記憶される、一種のリングバッファ記憶装置４１が必要とされることを意味している（図９を参照）。したがって、少なくとも、ローリングプロセスの開始を決定するために必要とされる画像３１の量ｐが、リングバッファ記憶装置４１に収まらなければならない。
【００９４】
開始点が決定されたら、リングバッファ記憶装置４１から、すべての画像３１が最初に読み出され、処理のために転送される。
【００９５】
上述の考慮のすべては、ローリングが左に向かって進む場合にも、まったく同じ方法で適用される（ただし、右の境界の代わりに開始境界３５（長方形３３の左の境界）が考慮されることを除く）。
【００９６】
上述の条件のうちの１つに従ってローリングプロセスが開始された場合、これは、処理ユニット５によって画像記録ユニット２に接続された外部コンピューティングユニット４（例えば、ＰＣ）に信号で伝えられる。さらに、コンピューティングユニット４には、ローリングプロセスを判定するために使用された画像３１の数も通知され、それによりコンピューティングユニット４は、画像記録ユニット２のアクティブなピクセル領域２３を準備するためにすでに使用された画像３１が一時的に記憶されたバッファ記憶装置から、それらの画像を取り入れて、全体画像３を組み立てる。この目的のために、制御ハードウェアとして構成された処理ユニット５内、または外部コンピューティングユニット４内のいずれかに、図９のリングバッファ記憶装置４１が提供される。ＲＳＲルーチン４のために必要とされる画像３１が、このリングバッファ記憶装置４１内に一時的に記憶される。これは、バッファメモリ４１内の記憶位置の量は、ローリングの開始を判定するために使用される画像３１の量よりも１つ大きくなければならないということを意味している。
【００９７】
ローリングプロセスの開始点が検出された場合は、図１のループ２が終了され、ループ３が開始される。これは、指１が予期せずに持ち上げられた場合に、ローリングプロセスの記録を終了するために、再びプットオン（ｐｕｔ−ｏｎ）テスト（ＰＲルーチン６１を参照）により開始される。有効な指紋１１が提供されている場合は、ローリングの追跡が開始される。
【００９８】
ローリングの追跡６４（ＲＴルーチン６４）
ＲＴルーチン６４は、規定されたローリングの間、指１を追跡するために使用される。ＲＴルーチン６４は、動きの追跡６２と同様に、指紋１１の重心３４および境界３５と３６を判定するだけでなく、重心３４の速度および／または長方形３３のそれぞれの境界３５と３６の速度を単独に計算することにより、ローリングプロセスの速度も判定する。さらに、ローリング速度の一時的な変化を検出するために、指の重心３４および／またはそれぞれの長方形境界３５と３６の加速度も判定される。
【００９９】
ローリングプロセスの速度および加速度は既知であり、ローリングの方向は、ローリングプロセスの間、変化しないままなので、指紋１１の取り囲む形２３と、拡大された長方形３３の境界３５および３６との間の、選択された許容値は、ＭＴアルゴリズム６２に比較して、小さくすることが可能である。
【０１００】
複数の画像３１の間でローリングの方向が変化した場合、または、画像３１内で指１が持ち上げられた場合、これは、ＲＥＲアルゴリズム６５またはＰＲアルゴリズム６１によって検出され、ローリングの終了として解釈される。
【０１０１】
ローリングプロセスの間、支持表面２１上を、指１がローリング手法で動かされ、支持表面２１上では、使用される物理的原理に関係なく、さまざまな時点において指紋１１が記録される。指１の形と弾力性により、指紋１１の幅および高さは変化する。
【０１０２】
これに関連して、図１０ａおよび図１０ｂは、異なる連続しない時点において記録される、２つの指紋１１を示す。指紋１１の幅は異なっており、取り囲む形３２も、幅ΔＳ（ｎ）＝Ｅ（ｎ）−Ａ（ｎ）からΔＳ（ｍ）＝Ｅ（ｍ）−Ａ（ｍ）に変化していることがわかる。指紋１１の周囲の形３２の幅が減少すると、アクティブなピクセル領域２３がより狭く調節された結果として、画像記録ユニット２の画像レートが増加されることが可能となる。
【０１０３】
ＭＴルーチン６２に関連して、固定された許容値を、開始値から減算し、そして、終了値に加算することにより、有効な開始値および終了値を求める方法については、すでに説明した。ＭＴルーチン６２内での許容領域のサイズは、ローリングプロセスの最大発生速度に適応させられるため、厳密に規定される。その結果として、選択される許容範囲は比較的大きくなければならず、したがって、画像読み出し時間は浪費される。ＭＴルーチン６２では、記録される指紋１１は視覚化のために使用されるだけなので、これは問題とはならない。しかし、ローリングプロセスでは、読み出し速度が増加されるたびに、全体画像３の正しい組み立ての向上がもたらされるため、毎秒の読み出し画像３１の数をできるだけ多くする必要がある。したがって、開始済みのローリングプロセスに関する以前に得られた知識によって、読み出し時間がかなり減らされてもよい。
【０１０４】
第１に、ローリングの方向は、ローリングの開始の認識６３を介して知られており、つまり、許容領域は１方向のみで最大値を有する必要がある。第２に、ローリングの方向が一定していることにより、速度および可能な加速度が計算されることが可能であり、また、指紋１１を取り囲む形３２の境界と、したがって、必要な長方形３３の境界との、より正確な予測を行なうことが可能である。速度を判定するプロセスを、図１１ａ〜１１ｃに示す。ｘ方向のローリングの間は、重心（例えば、指紋の面積の中心、取り囲む形３２の境界３５と３６のｘ方向での差として計算された重心）のｘ方向での速度、および２つの境界のｘ方向での速度という、３つの速度が主に関連する。ローリングがｙ方向に実行される場合は、ｙ方向の速度について、類似した方法で同じことが当てはまる。速度は、対象として含まれる距離と、サイクル時間（可能な最大の積分時間）とから計算される。速度は、物理的に、次により定義される。
【数２】
2005182786.tif 000004
Δｓは、対象として含まれる距離であり、例えば、次により計算される取り囲む形３２の開始境界である。
【数３】
2005182786.tif 000005
インデックスｎは、値の範囲０≦ｎ≦Ｎ−１の、画像３１の記録の任意選択の時点を表し、ここで、Ｎは、すべての記録される画像３１の合計量である。したがって、ｎ−１は先行の時であり、ｎ＋１は後続の時である。Δｔは、ＣＣＤおよびＣＭＯＳセンサを使用している場合のサイクル時間、つまり、アクティブなピクセル領域２３と、したがって、制限された画像３１とを読み出すために必要とされる時間である。
【０１０５】
読み出し速度を画像サイズの関数として制御する可能性を提供しないセンサは、完全な画像の読み出しに関連する一定のサイクル時間を有するため、計算を単純にするために、Δｔによる除算は省かれてもよい。米国ナショナル・セミコンダクターズ社（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，Ｉｎｃ．，ＵＳＡ）によるＬＭ９６３８などのセンサでは、使用されるアクティブなピクセル領域２３のサイズによって、サイクル時間は変更されることが可能であり、サイクル時間は次のように計算される。
【数４】
2005182786.tif 000006
センサ２２の１２〜２７ＭＨｚのピクセルクロックは、ｆＰｉｘｅｌＣｌｏｃｋにより表されている。個々のピクセルは、このピクセルクロックを使用して読み出される。ＮＲｏｗｓおよびＮＣｏｌｕｍｎは、センサ２２のアクティブなピクセル領域２３内の必要な行および列の量である。Ｒｏｐｃｙｃｌｅは、固定された整数値１４０である。これは、センサ２２の行を読み出す前および後のすべての中間ステップを実行するために必要とされる時間である。
【０１０６】
適合させられた長方形３３が、アクティブなピクセル領域２３（ウィンドウズ・オブ・インタレスト（Ｗｉｎｄｏｗｓ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ））として読み出される場合、ＲＩｔｉｍｅは固定された整数３４であり、それ以外の場合、ＲＩｔｉｍｅは０である。これにより、例えば、ピクセル周波数２５ＭＨｚ、および１２８０×１０２４ピクセルでのセンサ２２の完全な読み出しにおいては、１６．８画像／秒の画像レートが与えられる。ＲＴルーチン６４が終了したばかりの場合、画像３１の幅はそれにより半分（６４０×１０２４ピクセル）に減少するため、画像レート３０Ｉ／ｓ（画像／秒）が実現される。
【０１０７】
長方形３３の次の境界３５または３６の予測を計算するためのもう１つの物理量は、加速度である。これは、速度のあらゆる変化を、計算の中で考慮に入れる。加速度は、次のように計算される。
【数５】
2005182786.tif 000007
【０１０８】
加速度は、２つの先行する速度から決定されるため、最初の予測は加速度の計算なしで実行される。
【０１０９】
ローリングシーケンスの実験により、取り囲む形３２の境界３５および３６（つまり、ローリングの方向での、指紋１１のｘ方向での開始および終了）の、一定のサイクル時間における移動は、ｔａｎｈ関数に類似しており、次の式により近似できることが示されている。
【数６】
2005182786.tif 000008
【０１１０】
パラメータＦおよびＺは、関数を実際のローリングプロセスに適合させるために役立ち、例えば、時間ｔ＝０における開始値、およびローリングプロセスの最後ｔ＝∞における開始値を考慮することにより、次のように計算できる。
【数７】
2005182786.tif 000009
【０１１１】
例えば、値Ｆ＝１３２およびＺ＝１２８が、所定のローリングプロセスについてもたらされた。このようにして、図１２ａに示すような曲線を得ることができる。図１２ａで、ｓ（ｎ）は、画像記録ユニット２の支持表面２１上でローリングされる指１によって反転されるピクセルを表す。最大の変化は、ｎ＝１８とｎ＝２４との間で発生することがわかる。
【０１１２】
この変化は、ローリングプロセスの速度を示す図１２ｂにも反映されている。時間サイクルは一定なので、時間による除算は省略されている。したがって、ｖ（ｎ）は、それぞれの時間におけるピクセルの変化（次の画像３１の前にいくつのピクセルが反転されるか）を表している。ｎ＝２２において最大速度に達する（９．２ピクセル／画像）、つまり、ローリングの中央で速度は最大になる。したがって、この領域内では、画像記録ユニット２はできるだけ迅速に読み出されることが、特に重要である。
【０１１３】
ローリングプロセスの加速度は、図１２ｃにプロットされている。この場合も、一定のサイクル時間が選択されたため、サイクル時間による除算は省略されている。したがって、ａ（ｎ）は、２つの連続する画像３１の間のピクセル変化の偏差を表す。加速度ａ（ｎ）はｖ（ｎ）の微分なので、ｖの最大（ｎ＝２２）においてａ（ｎ）の値は０に等しくなる。関数ａ（ｎ）は、さらに、ｎ＝１３の場合とｎ＝３１の場合に、２つの極値（０．５および−０．５ピクセル／画像）を有する。これらの両方の点において、２つの読み出し画像３１の間の速度の変化は最大になる、つまり、これらの点において、間違った計算の可能性が最大になるので、より大きなアクティブピクセル領域２３を調節する目的で長方形３３を拡張するための、追加の許容値Δを省くことはできない。
【０１１４】
長方形３３の境界３５および３６のより正確な予測が実施されるルーチンを、以下に示す。基本的な条件は、上に示したＲＴルーチン６４の後に、指紋１１またはそれを取り囲む形３２の、正確な境界３５および３６が決定されており、そして、初期条件として２つの仮定が行われているということである。
【０１１５】
速度を判定するには、少なくとも２つの画像３１が必要なので、仮定を行わなければならない。なぜなら、そうしないと、第２の画像３１の境界の位置を決定するための予測を行うことができないからである。
【０１１６】
したがって、ＲＳＲルーチン６３によって、ローリングプロセスが開始されたと認識された場合、第１の画像３１の開始境界３５の位置は、第２の画像３１の開始境界３５の位置と同じであると仮定される。この仮定を行うことが可能な理由は、ローリングの際に指１は開始位置から離れて行くため、指紋１１が切断され得ないことは確実だからである。
【０１１７】
第２の画像３１内の終了境界３６の位置については、第１の画像３１からの終了境界３６の位置に固定値が追加され、それにより、第２の画像３１内の指紋１１が依然として終了境界３６の前に配置されていることが保証される。
【０１１８】
第２の仮定は、加速度を予測するために必要である。この目的のためには、少なくとも３つの画像３１が、予測を行うために必要である。したがって、第３の画像３１が記録されるために、速度が２倍に増加されると仮定することが好ましい。
【０１１９】
長方形３３の次の境界３５および３６の正確な予測が実施される手順を、以下で説明する。図１３は、この方法の結果を示し、ここで、ｓ（ｎ）は開始境界３５の位置の移動であり、ｅ（ｎ）は終了境界３６の位置の移動である。図１３ａおよび図１３ｂの表示は、各画像記録ユニット２の、ピクセル０における起点から最大値までのローリングの動きを表している。
【０１２０】
図１３ａは、開始境界３５の位置の移動を示し、ここで、実線は、長方形３３の開始境界３５の予測位置３５１を表し、点線は、実際に到達された、イメージを取られた指紋１１の位置３５２を表す。開始境界３５の移動の間、実際に到達された位置３５２は、計算された位置３５１の実線よりも下にあることはなく、これは、それ以外の場合には指紋１１のトリミングが発生するためである。
【０１２１】
図１３ｂによる、終了境界３６の位置の動きでは、これは逆になる。この場合、計算された位置３６１は、実際に到達された位置３６２よりも上にある。
【０１２２】
反対方向、つまり、画像記録ユニット２のアクティブなピクセル領域２３の可能な最大位置からピクセル０への、ローリングの動きの間、開始境界３５および終了境界３６の位置の移動に関する主張は、それに応じた同等のものとなる。原則として、開始境界３５および終了境界３６のそれぞれの位置３５１、３６１は、次の式によって事前に計算できる。
【数８】
2005182786.tif 000010
【０１２３】
この場合、ｘ’（ｎ＋１）は、計算されるべき開始境界ｓ’（ｎ＋１）の位置、または終了境界ｅ’（ｎ＋１）の位置のいずれかである。アポストロフィは、その値が、次の値の後の値の計算に使用されることはできない、予測される量であることを意味している。量ａｘ（ｎ）は加速度を表し、ｖｘ（ｎ）は速度を表す（現在の時刻における開始値（ａＳ、ｖＳ）または終了値（ａＥ、ｖＥ）の）。現在の位置は、ｘ（ｎ）により表される。
【０１２４】
取り囲む形３２の境界の次の値の位置は、速度と加速度とは変化しないという仮定のもとで、式（７）により計算される。ただし、この仮定は現実に対応しておらず、より正確に言えば、ローリングプロセス中のピクセル位置の変化は、図１２ａ〜ｃを参照して上ですでに説明したように、ｔａｎｈ関数をほぼ描いている。したがって、指紋１１を取り囲む長方形３３の境界３５および３６の正確な位置を予測するには、いくつかの安全措置を取らなければならない。これらの安全措置は、やはり、指紋１１の境界を含み、指紋１１が形３２を囲む拡大された長方形の内部に常に配置されることを保証する、許容値を定義することからなる。
【０１２５】
ローリングの方向が既知であるため、この場合に選択されるべき許容値は、ＭＴルーチン６２の場合よりも小さい。リスク評価を実行すること、つまり、開始値（境界３５）の位置における最小値評価および終了値（境界３６）の位置における最大値評価が、計算された位置３５１または３６１と、実際に到達された位置３５２または３６２との間で実行されることが、有用であることが実証済みである。それにより、追加の確実性が組み込まれる。
【０１２６】
より小さなピクセル位置からより大きなピクセル位置へのローリングについての、開始値および終了値（境界３５および３６）のための可能な式は、次のとおりである。
【数９】
2005182786.tif 000011
Ｔｏｌ１は、左から右にローリングする場合の開始値の許容値である。これは、終了値の許容値Ｔｏｌ２より小さくてもよく、その理由は、時間ｎにおける開始境界３５の位置３５２は、時間ｎ＋１における開始境界３５の位置３５２よりも明らかに小さいからである。したがって、時間ｎにおける開始境界３５の実際の位置３５２は、理論的に、時間ｎ＋１における開始境界３５の予測された位置３５１として解釈されてもよく、そして、Ｔｏｌ１の値は０であると仮定されてもよい。ただし、ローリング終了の検出は、ローリングシーケンス内で発生し、方向の変化はローリング終了の特徴であるため、所定の量が、許容値Ｔｏｌ１のために使用されなければならない。
【０１２７】
反対のローリング方向では、式（８）は、次のように変わる。
【数１０】
2005182786.tif 000012
【０１２８】
この場合、Ｔｏｌ１はＴｏｌ２より小さくてもよく、その理由は、ローリングプロセスは右から左に実行されるため、時間ｎにおける終了境界３６は、時間ｎ＋１における終了境界３６の位置３６２よりも明らかに大きいからである。
【０１２９】
長方形３３の境界３５および３６を予測するには、ｔａｎｈ関数の使用を含む、他の多くの計算のための可能性がある。
【０１３０】
さらに、固定されたサイズの長方形３３を対象とし、ここに示されたアルゴリズムを使用して、指紋１１を取り囲む形３２の境界３５および３６を見いだし、固定された値を使用した長方形３３の位置を、取り囲む形３２の変更された位置に適合させることも可能である。つまり、通常のオブジェクトの動きの間に、指紋１１が長方形３３によってトリミングされないことを保証するために、どれだけの最大長方形幅が必要であるかは、現在の画像３１内に描かれた指紋１１に基づいて決定される。取り囲む形３２の境界３５および３６の次の位置は、上で説明したのと同様に、続いて導き出される。これらの値は、次の長方形３３の位置を与え、固定された長方形サイズは、計算された取り囲む形３２の周囲に、取り囲む形３２の最小開始値および最大終了値からの境界からの、長方形３３の境界の距離が、すべての側において同一になるような方法で配置されなければならない。それにより得られる、固定された長方形３３の位置は、次の画像３１のためのアクティブなピクセル領域２３として、画像記録ユニット２内にプログラムされる。上述のように、常に同じサイズの長方形３３の位置決めも、例えば、指紋１１の面積中心を調べて、固定された長方形３３をその周囲に配置するなどの、重心アルゴリズムによって実行されてもよい。ただし、その結果として、指紋１１のトリミングを除外することはできなくなる。
【０１３１】
完全なセンサ２２の読み出しにおけるデータレートが十分である場合、指紋１１を含む拡大された長方形３３の切り抜きは、画像記録ユニット２の外部で実行されてもよいが、必要なデータレートを規定する要素は、転送チャネルである。この場合、本発明による方法は、計算が、もはや選択されたアクティブなピクセル領域２３に基づくのではなく、画像３１としての完全な画像に基づくということを除き、同じ方法で適用される。また、画像３１は画像記録ユニット２の完全な画像として入手できるため、次の開始境界３５または終了境界３６がどこに配置されるかを予測する必要はなく、したがって、速度および加速度の計算は省かれてもよい。これは、より高い画像レートを有する画像記録ユニット２によって、完全な画像が、（図５の）処理ユニット５に読み込まれることを意味する。処理ユニット５は、指紋１１の境界３５および３６（取り囲む形３２）と、拡大された長方形とを決定し、現在決定されている拡大された長方形３３の内容に対応する、完全な画像の部分のみを、外部コンピューティングユニット４に、インタフェース５５を介して伝える。予測の間のすべての安全措置（許容値）にもかかわらず、ローリングプロセス中に指紋１１のトリミングが発生する場合は、例えば左から右にローリングする場合、２つの可能な場合について、以下の方法で進める必要がある。
１．長方形３３の開始境界３５による指のトリミング
指１が予測よりも遅く動いたことにより発生する、このエラーの場合、開始境界３５は、速度または加速度を再計算することなしに、入力値として維持され、許容値が増加される。
２．長方形３３の終了境界３６による指のトリミング
このエラーの原因は、指１が予測よりも速く動いたということなので、取り囲む長方形３３の次の位置を、同じ速度を仮定して計算する場合に、２倍の許容値が使用される。
これにより、次の画像３１内の指紋１１が、長方形３３の開始境界３５および終了境界３６の内側に配置されることが保証される。
【０１３２】
図１からわかるように、ＲＴルーチン６４は、プットオン認識６１と、ローリングの終了の認識６５（ＲＥＲルーチン）との間に挟まれている。ＰＲルーチン６１およびＲＥＲルーチン６５は、指１が、ローリングプロセス中に持ち上げられたかどうか、または、指１が、一連の画像３１にわたって、検出されたローリング方向とは逆の方向に移動されたかどうかを検査する。指１が、ローリング中に持ち上げられた場合、これはＰＲルーチン６１によって検出され、ローリングの終了として解釈される。ＲＴルーチン６４の終結のためのその他の可能性は、以下で説明する、ローリングの終了の認識６５により引き起こされる。
【０１３３】
ローリングの終了の認識６５（ＲＥＲルーチン６５）
ＲＥＲルーチン６５は、ローリングプロセスが終了したかどうかを判定する。ＲＴルーチンにより決定された、長方形３３の開始境界３５および終了境界３６の位置が、この目的のために使用される。ローリングプロセスの間に、ユーザがローリングプロセスを終了したい場合、ユーザは、最初のローリング方向とは逆の方向に指１をローリングさせる必要がある。したがって、ＲＴアルゴリズムにより決定された境界３５および３６は、方向が、（例えば、３つよりも多くの画像３１にわたって）最初のローリング方向とは逆に変化する。これは、ローリングの終了として、最終的に判定されてもよい。ＲＥＲルーチン６５を堅牢にするために、ローリングプロセスが終了したことを保証するには、５つの画像が必要とされるようにすることが望ましい。
【０１３４】
上述のＰＲルーチン６１により判定される、指１の持ち上げも、同様に、ローリングの終了として評価される。ローリングの終了が検出されると、適合させられた長方形３３がセンサ２２のアクティブなピクセル領域２３として記憶されたレジスタが消去され、それにより、センサ表面全体が再びアクティブになる。
【０１３５】
完全な足形または手形を記録するために、画像記録ユニット２の大きなアクティブ表面を使用しなければならず、そして、指１のローリングを記録するために、同じセンサ表面の領域の小さな部分のみが必要とされる場合にも、上述のプロセスを適用することが可能である。「ウィンドウイング（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ）」という特殊な可能性を有するセンサ２２を使用すれば、必要な解像度による大面積記録、および指１のローリングの高速な一連の画像を記録するためのかなり高い画像レートが、センサ２２のアクティブなピクセル領域２３の、本発明による制御により実現可能である。
【０１３６】
図１に示すプロセスを実施するには、連続的に読み出される画像３１を組み立てることを目的とした画像処理のために提供されるコンピューティングユニット４が、アクティブなピクセル領域２３を制御するための計算ルーチンのすべてによって負荷をかけられないようにするために、高速な制御ハードウェアを処理ユニット５として有する必要がある。図５は、画像記録ユニット２に続いて、論理ユニット５１、プロセッサ５４、プログラム記憶装置５２、データ記憶装置５３、およびインタフェース５５を有する装置を示し、ここで、論理ユニット５１およびプロセッサ５４は、データ処理ユニットまたはコンピューティングユニットとして、組み合わされてもよい。プログラム記憶装置５２およびデータ記憶装置５３も、１つの記憶装置内に組み合わされてもよい。また、外部コンピューティングユニット４のＣＰＵは、プロセッサ５４として使用されてもよい。論理ユニット５１、プロセッサ５４、およびインタフェース５５は、ローリングに関する情報を、制御バス５６を介して交換する。さらに、論理ユニット５１とインタフェース５５は、画像データを伝送するための、画像データバス５７により相互に接続されている。
【０１３７】
ＣＭＯＳまたはＣＣＤ技術に基づくセンサを有する画像記録ユニット２は、好ましくは、制御回路およびアナログ−デジタル変換器を含む。したがって、指紋１１は、画像記録ユニット２の出力において、２次元デジタル画像３１として存在する。これは、論理ユニット５１によって、データ記憶装置５３に書き込まれる。上述のアルゴリズムおよび処理ルーチンは、処理ユニット５内で実行される。論理ユニット５１は、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、ＰＬＤ（プログラマブル・ロジック・デバイス）、またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって実施されてもよい。マイクロコントローラ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）が、プロセッサ５４として使用されてもよい。
【０１３８】
論理ユニット５１が、それ自体で、インタフェース５５との通信を含むすべての機能を実行できる場合、プロセッサ５４は完全に省かれてもよい。逆に、プロセッサ５４が、論理ユニット５１のすべてのタスクを実施できる場合は、論理ユニット５１が省略されてもよい。この目的のためには、画像データバス５７が、プロセッサ５４からインタフェース５５に導かれていなければならず、そして、プロセッサ５４とデータ記憶装置５３との間に直接リンクがなければならない。インタフェース５５は、任意のタイプ（例えば、ＵＳＢ２．０、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット）であってもよい。高性能インタフェース５５、つまり、高いデータ転送レートを有するインタフェースを使用する場合、処理ルーチン６１〜６５は、部分的に、または完全に、例えば図５に示す外部コンピューティングユニット４を使用して、外部で実行されてもよく、そして、画像記録ユニット２のレジスタ内のアクティブなピクセル領域２３の調節は、インタフェース５５（および場合によっては論理ユニット５１）を介して制御されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明による方法の概略図である。
【図２】独立した画像のサンプリング密度が不十分なため、ローリングされる指の独立した画像を組み立てるための、従来技術を示す。
【図３】ローリングされる指の乳頭状隆線を組み立てる際の、独立した画像のオーバーラップが失われていることによる、従来技術の問題を示す。
【図４】記録表面上でローリングされる指の指紋を取得するための、光電子装置の概略図を示す。
【図５】実際の指紋を間違いなく囲む、適合させられた画像を読み出すための、アクティブなピクセル領域を準備するための、本発明による制御ハードウェアの基本配置を示す。
【図６】プットオン認識ルーチンのフローチャートを示す。
【図７】空間ヒストグラムによって、動いている指を取り囲む形を決定するための、動きの追跡ルーチンのフローチャートを示す。
【図８】指のローリングのための開始位置の決定、および記録表面の区分けを示す概略図である。
【図９】ローリングの開始の認識のために使用された、後で組み合わせて全体画像を形成するための、読み出し画像を保存する、データバッファ記憶装置の概略図である。
【図１０】さまざまなサイズの指紋、取り囲む形、および拡大された長方形を説明するための、指のローリングを示す概略図である。
【図１１】指紋を取り囲む形の境界の速度および加速度の決定を明らかにするための、指のローリングのプロセス示す概略図である。
【図１２】スキャンされた多数のセンサピクセルにわたって取り囲む形の境界の、経路、速度、および加速度の関数曲線を示す。
【図１３】後続の画像内での指紋のトリミングを防止するための、次の画像読み出しのための、アクティブなピクセル領域としての長方形の境界位置の許容値の監視を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１  指
１１  指紋
１２、１２ａ〜ｅ  画像ストリップ
１３、１４、１６  乳頭状隆線
１３１〜１３３  （イメージを取られた）セグメント
１４１〜１４３  セグメント
１５ａ〜ｃ  実線の楕円
１５ｄ、１５ｅ  点線の楕円
１６ａ〜ｅ  隆線の中断
１６１  隆線の分岐
１６２〜１６４  乳頭状隆線の終端
１７  切断領域
２  画像記録ユニット
２１  記録表面
２２  センサ
２３  アクティブなピクセル領域
２４  照明ユニット
２５  プリズム
２６  カメラ
３  全体画像
３１  画像
３２  取り囲む形
３３  拡大された長方形
３４  重心
３５  開始境界
３６  終了境界
４  （外部）コンピューティングユニット
４１  リングバッファ記憶装置
５  処理ユニット
５１  論理ユニット
５２  プログラム記憶装置
５３  データ記憶装置
５４  プロセッサ
５５  インタフェース
５６  制御バス
５７  画像データバス
６１  プットオン認識（ＰＲルーチン）
６２  動きの追跡（ＭＴルーチン）
６３  ローリングの開始の認識（ＲＳＲルーチン）
６４  ローリングの追跡（ＲＴルーチン）
６５  ローリングの終了の認識（ＲＥＲルーチン）
７１、７２  グラディエント画像
７３、７４  差の値
７５、７６  差カウンタ
７７  行カウンタ
７８  列カウンタ
８１、８２  グラディエント画像
８３、８４  差の値
８５、８６、８７、８８  空間ヒストグラム
【図１】
2005182786.tif 000013
【図２】
2005182786.tif 000014
【図３】
2005182786.tif 000015
【図４】
2005182786.tif 000016
【図５】
2005182786.tif 000017
【図８】
2005182786.tif 000018
【図９】
2005182786.tif 000019
【図１０】
2005182786.tif 000020
【図１１】
2005182786.tif 000021
【図１２】
2005182786.tif 000022
【図１３】
2005182786.tif 000023
【図６】
2005182786.tif 000024
【図７】
2005182786.tif 000025
【外国語明細書】
2005182786000001.pdf
2005182786000002.pdf
2005182786000003.pdf
2005182786000004.pdf