指纹工作站和方法

1.一种用于捕获指纹图像并对指纹图像进行质量分类的方法， 该方法包括：
(a)同时扫描多个手指，其中与扫描器的压盘耦合的手指导 向器，引导该多个手指的定位；
(b)捕获代表相应的多个指纹的组合图像的数据；
(c)使用组合图像中排列成类似椭圆形形状的黑色像素的集 中，判决单独指纹区域及形状；
(d)将该组合图像划分成单独的指纹图像；
(e)将每一被划分的单独的指纹图像，与对应的先前被捕获 的可接受指纹图像进行比较；
(f)按照比较步骤(e)，对已划分的单独的指纹图像进行质量 分类为：可接受的、可能可接受的、或不可接受的之一；
(g)基于质量分类步骤(f)，指示每一单独的指纹图像的质量 类别；和
(h)判决处理后的组合图像是否优质。
2.权利要求1的方法，进一步包括：
(d1)判决组合图像是否为捕获的第一幅图像，其中当组合图 像是捕获的第一幅图像时，该方法重复步骤(a)-(d)，并在执行步 骤(e)-(g)之前判决步骤(d1)。
3.权利要求1的方法，进一步包括：
判决组合图像是否为捕获的第一幅图像，其中当组合图像不 是捕获的第一幅图像时，该方法继续执行步骤(e)-(g)。
4.权利要求1的方法，其中的步骤(c)包括：
(c1)滤波该组合图像；
(c2)将该滤波的组合图像二元化；
(c3)基于二元化组合图像中的黑色像素的集中，检测单独 的指纹区域；
(c4)基于二元化组合图像在类似椭圆形形状中的集中的黑 色像素的排列，检测单独的指纹形状；和
(c5)判决该单独的指纹区域和形状是否可接受。
5.权利要求4的方法，其中当判决步骤(c5)判决每一单独的 指纹区域和形状是可接受时，则该方法继续执行步骤(d)。
6.权利要求4的方法，其中当判决步骤(c5)判决每一单独的 指纹区域和形状是不可接受时，则该方法返回到扫描步骤(a)。
7.权利要求1的方法，其中当判决步骤(h)判决该组合图像 是优质的，该方法进一步包括：
(i)判决该组合图像是从左手还是右手捕获的。
8.权利要求7的方法，其中判决步骤(i)包括：
(i1)判决该组合图像所表示的至少一个手指的位置，是否相 对于压盘的截面倾斜。
9.权利要求8的方法，其中当判决步骤(i1)判决该手指是倾 斜时，该方法进一步包括：
(i2a)判决倾斜是否大于90°的角度。
10.权利要求9的方法，其中当判决步骤(i2a)判决倾斜大于 90°的角度时，输出指示该组合图像来自右手。
11.权利要求9的方法，其中当判决步骤(i2a)判决倾斜小于 90°的角度时，输出指示该组合图像来自左手。
12.权利要求8的方法，其中当判决步骤(i1)判决该手指不是 倾斜时，该方法进一步包括：
(i2b)判决最长的手指是否在手指导向器的右边。
13.权利要求12的方法，其中当判决步骤(i2b)判决最长的手 指是在手指导向器的右边时，输出指示该组合图像来自左手。
14.权利要求12的方法，其中当判决步骤(i2b)判决最长的手 指是在手指导向器的左边时，输出指示该组合图像来自右手。
15.权利要求1的方法，其中当判决步骤(h)判决该图像的质 量较差时，该方法进一步包括判决预定的时间期间是否已经结束。
16.权利要求15的方法，其中当预定的时间期间已经结束时， 产生一个输出，指示用户可以切换到手动模式。
17.权利要求15的方法，其中当预定的时间期间还没有结束时， 该方法返回到扫描步骤(a)。
18.权利要求4的方法，其中判决步骤(c5)将先前储存的可接 受图像与该二元化的图像进行比较，以判决其可接受度。

技术领域\n本发明通常涉及生物测定成像系统。更特别地，本发明涉及一种 指纹成像系统。\n背景技术\n生物测定是包括生物学特性分析的科学。为了进行身份鉴别，生 物测定图像捕获人的可测量特征。例如参见：Gary Roethenbaugh， Biometrics Explained，International Computer Security Association， Inc.，pp.1-34(1998)，其在这里全部引作参考。\n有一种类型的生物测定成像系统是自动指纹识别系统(AFIS)。 自动指纹识别系统用于法律实施。当犯罪嫌疑人被逮捕，法律实施人 员从他们那里收集指纹图像。\n一种类型的AFIS输入设备是十指纹扫描器。典型地，十指纹扫 描器要求使用滚印来形成每一手指的图像。在成像之前，鉴别每一手 指，例如：右手拇指，右手无名指，左手中指等。这使得该系统可以 知道到底是左边还是右手正在成像，以及知道将成像的指纹放在指纹 卡上的什么地方。这种在逮捕或背景检查中，滚印每一手指来获得指 纹和拇指纹的处理过程是一种比较复杂和耗时的过程。\n而且，十指纹扫描器通常是定做的操作台。这种操作台包含嵌入 的设备，比如监视器、键盘、指点设备和至少一个处理器，用于处理 和察看指纹图像。定做的操作台非常昂贵，并因此以小批量的生产。 而且也要为定做的操作台负担较高的维护费用。当该操作台出现故障 时，整个系统都不能运行。\n所需要的是一种设计用于捕获平纹指纹印像的指纹工作站。也需 要的是一种可买得起的指纹工作站，其相对于滚印工作站降低了复杂 度，然而能够根据联邦调查局(FBI)的认证标准提供数据和指纹图 像的完整性。进一步还需要的是可以同时捕获四个指纹印像作为单个 图像的指纹工作站，其将该单个图像分割建立四个分割图像，并自动 地判决该单个图像是左手图像还是右手图像。\n发明内容\n本发明通过提供一种十指纹平纹印像指纹工作站来解决以上问 题，其可以确保数据和指纹图像的完整性也符合联邦调查局的认证标 准。本发明同时捕获四个指纹印像作为单个图像，并将该单个图像分 割来建立四个分割图像。本发明也区分左手和右手。\n简短说来，本发明涉及一种十指纹平纹印像指纹工作站。该指纹 工作站包括十指纹扫描器。该十指纹扫描器具有手指导向器和压盘， 其用于将四个手指掌固定到该压盘上。该十指纹扫描器也包括至少四 个用于实时的为四个手指掌的每一手指指纹图像提供反馈的指示器。 该指纹工作站也包括计算机，其通过通信链路联接于该十指纹扫描器， 用于控制该十指纹扫描器。\n下面参考附图详细地描述本发明进一步的实施例、特征和优点， 以及本发明各个实施例的结构与操作。\n附图说明\n这里附图是包括在说明书中的一部分，对本发明进行说明，并进 一步与该描述一起用于解释本发明的原理，使得所属技术领域的熟练 技术人员能够制造和使用本发明。\n图1A所示是根据本发明一个实施例的指纹工作站的高层结构框 图。\n图1B是一种示范性的计算机系统的图解。\n图1C所示是根据本发明实施例的指纹工作站的示范性电子系统 的结构框图。\n图2所示是根据本发明一个实施例的十指纹扫描器的简图。\n图3所示是根据本发明实施例的指纹工作站的手指导向器和压盘 的简图。\n图4A所示是将左手放置在根据本发明实施例的指纹工作站的手 指导向器上的简图。\n图4B所示是将右手放置在根据本发明实施例的指纹工作站的手 指导向器上的简图。\n图4C所示是将拇指放置在根据本发明实施例的指纹工作站的手 指导向器上的简图。\n图5所示是根据本发明实施例的指纹工作站的反馈指示器的简 图。\n图6所示是根据本发明实施例的用于判决单个指纹质量的方法的 流程图。\n图7所示是用于处理四个手指掌图像的方法的流程图。\n图8所示是用于判决所扫描的四个手指掌是右手还是左手的方法 流程图。\n图9所示是根据本发明实施例的十指印扫描器的电子/光学系统 的结构框图。\n图10所示是将指纹放置到指纹卡上的简图。\n图11所示是根据本发明实施例的示范性光学系统的90度横截面 的简图。\n图12所示是根据本发明实施例的示范性照明系统的简图。\n当连同附图一起，从下面所阐述的详细说明中可以更明显的看到 本发明的特征和优点，其中自始至终同样的参考标记表示对应的元件。 在附图中，同样的附图标记通常表示同一个、功能相似的和/或结构类 似的元件。其中元件首次出现的附图用对应的附图标记中最左边的数 字表示。\n具体实施方式\n虽然此处是参照用于特定应用的说明性实施例对本发明进行描 述，但是需要理解的是本发明并不仅限于此。本领域的熟练技术人员 通过此处所提供的教导会认识到本发明范围内的补充修改、应用和实 施例，以及本发明对其具有重要使用价值的附加领域。\n本发明是一种用于指纹应用的指纹工作站。当指纹申报人提交指 纹用于背景检查时，该指纹工作站的程序比较简单。这是通过在单个 图像照提供四个手指掌印像来完成的。从一个手同时捕获的四个手指 的印像作为单个图像，并自动地将其分割建立四个分割图像。在捕获 双手的四个手指指纹之后，同时捕获双手的拇指纹。每一单独提取的 图像被放置到指纹卡上对应的指纹盒内。使用软件分析和具有手指导 向器的压盘的物理特性执行适当的程序。四个手指掌图像的图像大小 是1600×1000像素。分割的平纹手指图像大小是800×750像素，平纹 拇指图像是500×1000像素。指纹图像被提供到工作站屏幕上，诸如 个人计算机的监察器，用于进行实时地质量检查和容易修正。该指纹 工作站使用压印，而不是常规的滚印，从而提高了申报人处理的处理 速度，并简化了捕获优质指纹的工作。\n该指纹工作站可以较低的成本长时间的使用。能够购买的起是因 为有多个不同的原因。其中一个原因是该工作站的机械结构简单并且 复杂度降低了。该指纹工作站的设计是用于捕获平纹指纹印像。单独 这相对于滚印设计就降低了复杂度。\n另一个原因是在该指纹工作站内采用了改进的照明系统。例如， 该照明系统提供良好的均匀性能。该照明系统是热稳定的，并几乎不 产生热量，因此形成一种更有效率的光源。该照明光波长的选择也要 使得指纹信息和界限最大化，由此当处理过湿或过干的手指形成指纹 时，指纹的质量就会得到改善。\n其他可以购买的起的原因包括，能够大量的生产该工作站，一组 定制的电子和光学设备，该工作站中包含磁卡用于减少登记时间和产 生更少的数据误差，一种可替换的硅树脂垫板压盘用于减少图像抑制， 一种实时质量控制反馈系统用于减少获得指纹的时间，以及设计有人 体工学的盒体用于简化捕获指纹和容易使用。\n图1A所示是根据本发明一个实施例的指纹工作站100的高层结 构框图。指纹工作站100包括十指纹扫描器102、计算机104和接口 电缆120。接口电缆120是1394串行接口总线，用于连接十指纹扫描 器102和计算机104。1394是用来提供高速数据传送的用于高性能串 行总线的IEEE标准。1394是一种低成本的共享数据密集型应用等实 时信息的方式，诸如照像机、录像摄像机、VCR、视频盘、扫描器。\n计算机104可以是任何商用的现成计算机。例如，计算机104可 以是个人计算机(PC)。图1B中所示是计算机104的一个示例设备。 根据该示范性的计算机104描述各个实施例。相关技术领域的熟练技 术人员阅读完该描述之后会清楚的知道如何使用其他计算机系统和/ 或计算机体系结构实现本发明。计算机104可以包括一个或多个处理 器，诸如处理器122。处理器122连接到通信总线124。\n计算机104也包括主存储器126，其优选的为随机存取存储器 (RAM)，并也可以包括二级存储器128。二级存储器128可以包括， 例如硬盘驱动器130和/或可移动存储驱动器132，其表示软盘驱动器、 磁带驱动器、光盘驱动器等。可移动存储驱动器132以熟知的方式从 可移动存储器单元134选读和/或向其中写入。可移动存储器单元134 表示软盘、磁带、光盘等，其通过可移动存储驱动器132读取和写入。 需要理解的是，可移动存储器单元134包括计算机可使用的存储器介 质，其中存储有计算机软件和/或数据。\n在替换的实施例中，二级存储器128可以包括允许将计算机程序 或其他指令装载到计算机104中的其他类似的装置。这种装置可以包 括，例如可移动存储器单元136和接口138。这种示例可以包括程序 磁带盒和盒式接口(诸如可以在电视游戏装置中找到)，可移动的存 储器芯片(诸如EPROM、或PROM)和相关的插口，及允许将软件 和数据从可移动存储器单元136传送到计算机104的其他可移动存储 器单元136和接口138。\n计算机104也可以包括通信接口140。通信接口140允许软件和 数据在计算机104和外部设备之间传递。通信接口140的例子可以包 括调制解调器、网络接口(诸如以太网卡)、通信端口、PCMCIA槽 和卡、无线LAN(局域网)接口等。软件和数据以信号142的形式通 过通信接口140传送，其可以是电子的、电磁的、光学的或能够被通 信接口140接收到的其他信号。该信号142通过通信路径(即信道) 144提供到通信接口140。信道144载有信号142，并可以使用导线或 电缆、光学纤维、电话线、蜂窝电话链接、无线电链接及其他通信信 道。\n在本文档中，词条“计算机程序产品”指的是可移动存储器单元 134、136和信号142。该计算机程序产品用于将软件提供到计算机104。 本发明涉及这种计算机程序产品。\n计算机程序(也称作计算机控制逻辑)存储在主存储器126和/ 或二级存储器128和/或在计算机程序产品中。计算机程序也可以通过 通信接口140接收。当执行这种计算机程序时，其使得计算机104按 照此处所论述的那样执行本发明的特征。特别地，当执行计算机程序 时，其使得处理器122执行本发明的特征。因此，这种计算机程序表 示计算机104的控制器。\n在使用软件实现本发明的实施例中，该软件可能保存在计算机程 序产品中，并使用可移动存储驱动器132、硬盘驱动器130或通信接 口140装载到计算机104。当控制逻辑(软件)通过处理器122被执 行时，其使得处理器122按照此处所描述的那样执行本发明的功能。\n在另一个实施例中，本发明主要使用硬件实现，例如专用集成电 路(ASIC)的硬件元件。用硬件状态机器实现以执行此处所描述的功 能对相关技术领域的熟练技术人员是显而易见的。\n在另一实施例中，使用硬件和软件两者相结合的方法实现本发 明。\n与用于AFIS系统的操作台结构相比较，使用扫描器102、计算 机104和1394串行总线120减少了整个系统成本，却可以提供高速数 据传送。当前的1394接口支持的串行传递速度高达400Mbps。\n回到图1A，十指纹扫描器102在单个图像中提供有四个手指掌 印像。从一个手同时捕获四个手指印像作为单个图像，并自动地将其 分割建立四个分割图象。双手的四个指纹都被捕获之后，同时捕获双 手的拇指纹。每一单独提取的图像被放置到指纹卡上对应的指纹盒内。 使用软件分析和具有手指导向器的压盘的物理特性执行适当的程序。 指纹图像被提供到与计算机104相连接的监察器上，用于进行实时质 量检查和便于修正。\n十指纹扫描器102包括电子系统102A和光学系统102B。电子系 统102A和光学系统102B的组合提供用于捕获平纹指纹印像的电光技 术。电子系统102A为十指纹扫描器102提供电源，控制十指纹扫描 器102内部各个元件的状态信号，控制十指纹扫描器102内部元件之 间的所有输入输出信号，控制十指纹扫描器102内部元件的所有输入/ 输出信号，和控制分别通过IEEE-1394接口卡108和106在十指纹扫 描器102和计算机104之间的输入输出信号。光学系统102B使得扫 描器102能够照明用于接收一个指纹或多个指纹的压盘区域，测量该 光学反射的光线，并将结果信号转换成指纹图像。\n电子系统\n图1C所示是电子系统102A的一个实施例的简图。电子系统102A 包括接口板150、两个数字相机板152、照明器/棱镜加热器板154、指 示器板156和磁条读取器158。接口板150耦合到数字相机板152、照 明器/棱镜加热器板154、指示器板156和磁条读取器158。接口板150 也将每一个板152、154和156，以及磁条读取器158连接到计算机104。\n接口板150包括控制器160、数字相机接口162、磁条读取器 RS-232串行接口164、二维条型码RS-232串行接口166、IEEE1394 连接108和电源接口168。控制器160耦合到数字相机接口162、照明 器/棱镜加热器板154、指示器板156、磁条读取器RS-232串行接口 164、二维条形码RS-232串行接口166和IEEE-1394接口108。\n控制器160和IEEE-1394接口108在十指纹扫描器102和计算机 104之间提供一个通信链路。在实施例中，控制器160可以是任何一 个微处理器、微型计算机、微控制器等。在一个实施例中，控制器160 可以用来控制装配在数字相机板152上的数字相机、光学系统102B 中所使用的光源170、用于从压盘除去不需要的湿气的棱镜加热器 172、用于指示电源状态、刷卡状态和指纹状态质量的指示器、刷磁读 取器158、和可以通过二维条形码RS-232串行接口166连接到扫描器 102的外部二维条形码读取器174。在另一实施例中，控制器160和计 算机104都用来控制数字相机、光源170、棱镜加热器172、电源/刷 卡/指纹质量指示器、刷磁读取器158、和外部二维条形码读取器174。 在另一实施例中，计算机104用来控制数字相机、光源170、棱镜加 热器172、电源/刷卡/指纹质量指示器、刷磁读取器158、和外部二维 条形码读取器174，并且控制器160用作管道。\n二维条形码读取器174和磁条读取器158可以是任何用于分别从 文档扫描条形码和数据的现成串行设备。条形码和文档可以包括识别 信息、帐号信息、指纹编码信息等，但并不限与此。二维条形码读取 器174通过二维条形码RS-232串行接口166连接到控制器160。磁条 读取器158通过磁条RS-232串行接口164连接到控制器160。\n二维条形码读取器174和磁条读取器158的使用减少了登记时 间，并导致更少的数据误差。例如，二维条形码174和/或磁条读取器 158可以用于将用户接口和简化的人口资料条目连接起来。从磁条读 取器158或二维条形码读取器174刷取的人口统计信息可以分别通过 接口164和166发送给控制器160，并且控制器160会通过IEEE-1394 接口108将该信息传送到计算机104。\n虽然在图1C中没有明确地示出，电源接口168为十指纹扫描器 102内的所有元件提供电源，并且联接到外部12伏电源180。\n数字相机接口162通过串联与控制器160耦合。数字相机接口162 也连接到数字相机板152，以提供用于往返于数字相机的时钟数据的 电子设备，该数字相机装配在数字相机板152上。控制器160可以通 过数字相机接口162串行的传送控制信号到每一相机。数字相机接口 162也连接到IEEE-1394接口108，用于将16位图像数据从安装在数 字相机板152上的相机发送到计算机104。\n照明器/棱镜加热器板154通过串行接口与控制器160耦合。控 制器160控制光学系统102B的照明系统中不同区域的光源170。光源 是照明源阵列。照明源阵列被划分成区域。在一个实施例中，多个源 被分成至少三个区域，在每一区域中分成至少三个组。每一组源的强 度相对于其他组独立地由控制器160控制，从而提供一个平坦均匀的 照明到该压盘。这种区域的使用简化了控制，但仍然保持足够的适应 性，以光源组的相对强度，从而确保提供平坦均匀的照明到压盘。在 Arnold等人的美国临时专利申请序列号TBD(代理人案号 No.1823.0570000)、“Systems and Methods For Illuminating A Platen In A Print Scanner”中，可以找到关于照明源阵列及其划分成区域的 更详细说明，此处将其全部引作参考。\n水蒸汽凝结在棱镜指纹压盘表面上使产生的指纹图像不尽人意， 我们称之为晕轮。为了防止这种情况发生，加热扫描器102的指纹压 盘以除去凝结到棱镜压盘表面上的水蒸汽，或防止这种水蒸汽形成。 在Carver等人的美国临时专利申请序列号TBD(代理人案号 1823.0550000)、“Platen Heaters For Biometric Image Capture Devices”中描述了一种使用附在棱镜侧面的加热元件加热压盘的系统 和方法，其同时被申请并在此处全部被引作参考。在一个实施例中， 控制器160控制当加热指纹压盘时用于开启和关闭加热元件的开动点 限度。控制器160也通过恒温控制器监视指纹压盘的温度。在一个实 施例中，信息可能通过IEEE1394接口108被传输到计算机104。\n十指纹扫描器102提供指纹质量的实时反馈。这是通过使用指纹 质量指示器来实现。指纹质量指示器(如图2所示)向用户提供反馈， 以指示是否已经达到适当级别的指纹质量。指纹质量指示器包括四个 指示器，被扫描的四个手指掌的每一手指分别都有一个。下面更加详 细的讨论指纹质量指示器和用来判决每一指纹质量的过程。\n指示器盘156通过串行输入/输出连接与控制器160耦合。控制 器160提供控制信号到指示器板156，用于照明指示器，诸如用LED(发 光二极管)来指示特定手指的特定指纹质量是优还是差。控制器160 也提供用于指示该系统接通电源的控制信号，和指示从磁条读取器 158或二维条形码读取器174刷卡是否成功。例如如果刷卡不成功， 位于扫描器102上的CARD LED会照亮RED，指示必须再次刷卡。 可替换的，如果刷卡成功，该CARD LED会照亮GREEN。\n光学系统\n图9所示是十指纹扫描器102的扫描器光学系统102B的结构框 图。扫描器光学系统102B包括照明系统902，棱镜904，光学系统906 和908和两个相机910和912。如上所述，棱镜904的一侧用作压盘 204，并包括手指导向器206。照明系统902照明压盘204的下侧。手 指导向器206被分成左边304和右边306。在一个实施例中，相机910 连同光学系统906一起用来检测放置在手指导向器206的左边304的 手指图像，并且相机912连同光学系统908一起用来检测放置在手指 导向器206的右边306的手指图像。数字相机910和912可以是任何 固态数字相机，诸如CCD或CMOS相机。在一个示例中，数字相机 910和912可以设置在图1C中所描述的数字相机板152上。\n图11中所示为示范性的光学系统，例如光学系统906或908的 90度的截面图。光学系统1100示出了棱镜904、光学外壳1102和相 机910或912。光学外壳1102在一端与棱镜904耦合，在相对端使用 对焦架1116与相机910或912耦合。光学外壳1102在其中包括第一 透镜元件1104、折叠反射镜1106、第二透镜元件1108、第三透镜元 件1110、第四透镜元件1112和孔径光栏1114。\n放置在棱镜904上成像的生物测定对象，例如一个手指或多个手 指，通过第一透镜元件1104聚焦，并在折叠反射镜1106被反射。孔 径光栏1114用来限制通过光学系统906或908的光线，使得只有在沿 光轴或附近方向上的角度范围内传播的光线才被检测到。反射的图像 然后由相机910或912通过第二、第三和第四透镜元件1108、1110 和1112聚焦。\n第一和第二透镜元件1104并1108分别由SF3玻璃和LaK10玻 璃制成的凸面圆盘组成。第三透镜元件1110由SF8玻璃制成的凹面 圆盘组成，第四透镜元件1112由SK16玻璃制成的凹面和凸面圆盘组 成。虽然透镜元件1104、1108、1110和1112由玻璃组成，但它们并 仅限于玻璃。实际上，透镜1104、1108、1110和1112可以由任何可 以聚焦光线并通过折射形成图像的透明材料组成。\n图12所示为示范性的照明系统，例如照明系统902。在一个实施 例中，照明系统902包括照明源阵列1202、光楔1204和散光器1206。 照明源阵列1202照明光楔1204的端部区域。然后光楔1204在内部反 射光线，并在进入棱镜904之前将其发送到散光器1206。来自照明源 阵列1202的光线可以是任何单波长或窄带波长的、例如红外线、可见 光或紫外光。在一个示例中，使用波长大约为510纳米的蓝光/绿光。 在Arnold等人的美国临时专利申请序列号TBD(代理人案号 1823.0570000)、“Systems and Methods For Illuminating A Platen In A Print Scanner”中进一步描述了照明系统902，其在此处全部被引作参 考。\n手指导向器和压盘\n图2所示是十指纹扫描器102的实施例的简图。十指纹扫描器102 的外壳202由抗冲击注模聚碳酸酯制成。相关技术领域的熟练技术人 员会知道不脱离本发明的范围可以使用其他类型的外壳。十指纹扫描 器102示出了指纹压盘204、手指导向器206、指纹质量指示器208、 电源指示器210和卡指示器212。十指纹扫描器102也示出了位于十 指纹扫描器102顶部的磁条读取器158。指纹质量指示器208直接位 于手指导向器206的上面。当通过外部12伏供电电源180将电源施加 到扫描器102时，电源指示器210发光。当刷卡成功时卡指示器212 发绿光，当刷卡不成功时发红光。\n指纹压盘204是在采指纹的期间用于放置四个手指掌和拇指的接 收表面。在一个实施例中，压盘204是棱镜的一侧(未示出)。在另 一实施例中，压盘204是在其顶部放置有光学性能硅橡胶片的棱镜一 侧。该光学性能硅橡胶片是可拆的。光学性能硅橡胶压盘具有足够的 表面性能，以优化图像增强，而且还保护光学表面。在申请日为2001 年4月26日的美国临时专利申请No.60/292341，“Silicone Rubber Surfaces for Biometric Print TIR Prisms”和申请日为2001年4月26 日的美国临时专利申请No.60/286373，“Silicone Rubber Surfaces for Biometric Print TIR Prisms”中进一步描述了光学性能硅橡胶压盘，它 们在此处都引作参考。\n手指导向器206沿指纹压盘204的侧面和顶部设置。手指导向器 206是用于定位和分开四个手指掌的装置，能够精确和有效的放置手 指。手指导向器206也设置有物理挡板，对四个手指掌的指纹图像进 行过后软件分析，其可以简化左手或左手的识别。\n图3所示是根据本发明实施例的指纹工作站100的手指导向器 206和指纹压盘204的简图。如前所述，棱镜的一侧用作指纹压盘204。 指纹压盘204包括光学性能硅橡胶片，其附着于用作压盘的棱镜的该 侧面。必要时操作人员可以容易地拆卸与更换该光学硅酮垫。活动指 纹压盘区域204的大小为500dpi的2.05×3.6英寸。\n手指导向器206包括沿手指导向器206的顶部中间安置的物理挡 板302。物理挡板302用来分开四个手指掌。四个手指掌的两个手指 位于物理挡板302的左边304，而四个手指掌的另两个手指位于物理 挡板302的右边306。\n图4A所示是指纹压盘204和手指导向器206上的左手四个手指 放置的简图。如图4A中所示，当左手放置到压盘204上时，手指导 向器206物理地将该左手的无名指和中指分开。手指导向器206的设 计使得当中指和无名指指头接触到手指导向器206时，该四个手指正 确地位于察看区域中。这迫使该四个手指成倾斜方向。这对于放置到 指纹压盘204上的右手也成立，如图4B中所示。根据四个手指在察 看区域上的方向和手指导向器206上的无名指和中指的划分，可以作 出是左手还是右手放置到指纹压盘204上的判定。下面参照图6、7 和8描述是左手还是右手正在被成像的判定处理。图4C所示是将拇 指放到指纹压盘204上的简图。当捕获拇指纹时，左边拇指位于手指 导向器206的左边304，右边拇指位于手指导向器206的右边306。\n质量指示器的实时反馈\n本发明将单个指纹质量的实时反馈提供给用户。提供实时的指纹 质量反馈简化了指纹工作站100的使用，并方便捕获可能最好的指纹。\n图5所示是100指纹工作站100的反馈指示器208的简图。指示 器(502、504、506和508)分配给被扫描的四个手指掌的每一手指。 例如，如果左手放置在指纹压盘204上，指示器502对应于小手指510， 指示器504对应于无名指512，指示器506对应于中指514，指示器 508对应于食指516。如果右手放置在指纹压盘204上，指示器502 对应于食指516，指示器504对应于中指514，指示器506对应于无名 指512，指示器508对应于小手指510。\n处理每一图像帧以判定单个指纹的质量。判定每一单个指纹的质 量之后，对应的指示器502、504、506和508提供反馈给该用户，可 能会修正或重新将手指510、512、514和516放置在指纹压盘204上， 使得可以达到适当的指纹质量水平。例如，一个实施例可以使用多色 LED的指示器502、504、506和508。在这样的实施例中，红色LED 可以指示质量差的，绿色LED可以指示可接受的质量，和淡黄色LED 可以指示不确定的质量。在另一实施例中，指示器502、504、506和 508可以是彩条LED指示器，其中该条的级别指示质量接受度。\n图6所示是根据本发明实施例的用于判决单个指纹质量的方法流 程图600。本发明并不限于此处所提供的关于流程图600的描述。更 合适地，阅读此处所提供的教导之后，本发明范围内的其他功能流程 图对于相关技术领域的熟练技术人员是显而易见的。该处理从步骤 602开始，其中该处理立即转到步骤604。\n在步骤604中，扫描四个手指掌的图像。所扫描的图像然后在步 骤606中处理。进一步参照图7描述处理该图像的过程。\n在步骤608中，四个手指掌图像的每一指纹被分成各自的图像。 该处理然后转到步骤610。\n在判定步骤610中，要判定该处理的图象是否是第一幅扫描的图 像。如果它是第一幅扫描的图像，该处理转回到步骤604，扫描另一 幅图像。\n返回到判定步骤610，如果该已处理图象不是第一幅图像，该处 理转到步骤612。\n在步骤612中，每一单个指纹与对应的先前指纹比较。根据比较 的结果，每一指纹在步骤614中被分类。如果当前指纹的区域和形状 与先前质优的指纹大小和形状相同，或在质优的某一阈值内，然后指 示器发出绿光，指示其是该手指的优质指纹。如果当前指纹的区域和 形状在质优阈值之下，但在劣质阈值之上，然后指示器发出棕黄色光， 指示其是该手指的不确定指纹。如果当前指纹的区域和形状处于劣质 阈值或其下，然后指示器发出红光，指示其是该手指的劣质指纹。阈 值的级别可以根据用户的需要改变。例如，一个用户需要可以将优质 阈值设定为90％，劣质阈值设定为10％。另一用户需要可能没有这么 严格，只需要优质阈值为80％，劣质阈值为20％。\n在步骤616中，每一指示器根据该指纹的类别发光。该处理然后 转到判决步骤618。\n在判决步骤618中，判决四个手指掌的所有指纹是否都是优质。 如果四个手指掌每一手指的指纹是优质的，该处理转到步骤620，在 这里作出关于正在成像的是左手还是右手的判决。参照图8描述该处 理。\n返回到判决步骤618，如果四个手指掌每一手指的指纹不是优质 的，该处理然后转到步骤604以扫描另一图像。该处理会自身重复进 行，直到得到所有手指的优质指纹或者出现超时。如果出现超时，会 显示信息给操作者，指示操作者可以从自动检测模式切换到手动模式， 并且如果需要，可以手动的重复该过程。可替换的，操作者可以使用 修改版的用于特定情况的程序。这种情况可以包括，某人的四个手指 掌的手指少于四个，但并不限于此。\n一旦得到了四个手指掌和拇指的优质指纹，四个手指掌指纹 1002、拇指纹1004和分割的指纹1006被放置到指纹卡1000上，如图 10中所示的右手。\n图7所示是用于处理四个手指掌图像的方法606的流程图。本发 明并不限于此处所提供的关于流程图606的描述。更合适地，阅读此 处所提供的教导之后，本发明范围内的其他功能流程图对于相关技术 领域的熟练技术人员是显而易见的。该处理从步骤702开始，其中该 处理立即转到步骤704。\n在步骤704中，扫描的图像被滤波，以从该图像中除去所有高频 内容。指纹由脊和谷组成。指纹的高频内容由脊和谷的过渡组成。滤 波该图像以除去所有脊和谷的过渡。这就得到一个图像，其中将手指 的脊和谷组合起来指示指纹区域的界限。该处理然后转到步骤706。\n在步骤706中，执行二元化处理。该二元化处理删除所有的灰度 区域，并根据黑白阈值点用黑色或白色象素将其更换。在一个实施例 中，该处理从取滤波后图像的灰度级值的平均值开始。该灰度级平均 值被称为黑白阈值点。大于平均值的所有象素值用白色象素更换，等 于或小于平均值的所有象素值用黑色象素更换。得到的图像所有都是 由黑色和白色象素组成。该处理然后转到步骤708。\n在步骤708中，检测指纹区域。通常，图像的黑色区域集中在指 纹周围。该检测步骤检测由黑色象素集中的区域。该处理然后转到步 骤710。\n在步骤710中，检测指纹的形状。指纹的形状类似于椭圆形。该 检测步骤检测由黑色象素集中、并由类似椭圆形状组成的区域。该处 理然后转到步骤712。\n在步骤712中，判决所检测的区域和形状是否表示四个手指掌。 如果判决所检测的区域和形状不表示四个手指掌，该处理然后返回到 图6中的步骤604，扫描另一图像。如果判决所检测的区域和形状是 表示四个手指掌，该处理然后转到图6中的步骤608，将该图像分成 单个手指。\n返回到图5，在本发明的另一实施例中，指示器502、504、506 和508可以用来指示指纹是否正在被成像。例如，如果指示器502、 504、506和508是绿色，那么指纹正在被成像。如果指示器502、504、 506和508是红色，那么指纹没有被成像。\n图8所示是用于判决所扫描的四个手指掌是左手还是右手的方法 流程图620。本发明并不限于此处所提供的关于流程图620的描述。 更合适地，阅读此处所提供的教导之后，本发明范围内的其他功能流 程图对于相关技术领域的熟练技术人员是显而易见的。该处理从步骤 802开始，其中该处理立即转到步骤804。\n如前所述，察看区域和指纹压盘204上四个手指的方向和通过手 指导向器206的物理挡板302将无名指和中指分开被用来判决放置到 指纹压盘204成像的是左手还是右手。为了优化性能，在捕获所有四 个手指的时候，人们将他们的手指放置到指纹压盘204上的方式必须 使得能够获得指纹图像的最大可能区域。为了出现这种情况，人们必 须倾斜的放置他们的四个手指掌，并且中指和无名指指头与手指导向 器206接触。也可以是其它位置。\n在判决步骤804中，判决所检测的指纹是否倾斜。如果图像是倾 斜的，然后判决该倾斜角是小于90度还是大于90度(步骤806)。 如果倾斜角小于90度，那么是左手正在被成像(步骤810)。如果倾 斜角大于90度，那么是右手正在被成像(步骤808)。\n虽然倾斜的放置手指可能是最优的位置，但本发明并不限于倾斜 的放置四个手指掌。也可以是其它位置。\n返回到判决步骤804，如果判决手指没有倾斜，该处理然后转到 判决步骤812。\n在判决步骤812中，判决最长的手指(即中指)是否在物理挡板 302的右边306。如果最长的手指在物理挡板302的右边306，那么正 被成像的是左手(步骤816)。如果最长的手指不在物理挡板302的 右边306，那么正被成像的是右手(步骤814)。\n在可替换的实施例中，判决步骤812可以改成判决小指(即最短 的手指)是否在物理挡板302的右边306。如果小指在物理挡板302 的右边306，那么正被成像的是右手。如果小指不在物理挡板302的 右边306，那么正被成像的是左手。\n可替换的，判决步骤812可以检查物理挡板302的左边304来判 决是否可以找到最长的手指或最短的手指。\n结论\n虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，应该理解的是它们只 是以示例，而不是限定的方式提供。本领域的熟练技术人员会理解的 是，不脱离如所附权利要求中定义的本发明的精神和范围，可以对其 中的形式和细节做出各种改变。因此本发明的宽度和范围不应该由上 述任何示范实施例来限定，而只能根据下面的权利要求以及它们的等 同物来定义。