[发明专利]具有和没有参考点的鲁棒生物统计特征提取

说明书

技术领域

本发明涉及一种从与个人关联的生物统计（biometric）数据产生模板的方法和系统，以及一种通过采用生物统计数据验证个人的身份的方法和系统。

背景技术

在许多应用中通常采取认证物理对象的过程，所述应用例如有条件访问安全建筑物或者有条件访问数字数据（例如存储在计算机或者可移除存储介质中），或者用于识别目的（例如用于针对特定活动向识别的个人收费，或者用于机场旅客登机）。

生物统计学用于识别和/或认证在不断增大的程度上被认为是诸如口令、个人身份号码和认证令牌之类的传统识别手段的更好的替代方案。在生物统计识别中，诸如指纹、虹膜、耳朵形状、面部外观等等之类的用户独特的特征用来提供对于用户的识别。如今，指纹是最常见的生物统计模式；约略70%的生物统计市场将指纹用于身份验证。大多数指纹算法基于细节特征（minutiae）位置，这些细节特征位置以适当的方式进行处理以便形成个人的生物统计模板。这些位置在登记和验证期间进行估计。在登记——即登记管理机构获取用户的生物统计模板时的初始过程期间，用户将她的生物统计信息提供给登记管理机构的登记设备，该设备在系统中产生和存储可能地经过加密的模板。在验证期间，用户再次将她的生物统计信息提供给系统，其中存储的模板被取回（并且如果需要的话被解密），并且实现存储的和新产生的模板的匹配，即将登记期间获得的细节特征位置与验证期间获取的细节特征位置进行比较。如果存储足够良好的匹配，那么认为用户是被认证的。

可替换的方法使用形状相关参数，例如指纹图像的脊和谷的方向场。这样的方向场被估计为指纹中的位置的函数并且随后用作特征数据（或者其导数）。当要匹配细节特征位置或形状相关参数时，测量数据的平移和旋转造成主要的问题。用户可能在验证期间与登记期间不同地放置她的手指。在大多数情况下，在采用实际的比较过程之前，验证期间的比较阶段需要模板对准步骤，以便补偿平移和旋转差异。更高级的比较算法也考虑到非线性失真。

为了在系统中出现违反保密的任何时候维护采用生物统计识别系统的个人的诚信，可以设想这样的密码技术，其加密或置乱生物统计模板并且对加密的数据执行验证（或匹配），使得真实的模板从来不可不受阻碍地获得。随着对生物统计数据采用加密或单向函数的这些模板保护技术的出现，比较期间的模板对准几乎是不可能的。比较在加密域采用，并且因而不存在出于对准或分析的目的而对于原始生物统计数据的访问。结果，必须在产生模板之前作为预处理步骤解决对准问题。

一种作为预处理步骤的用于对准的已知方法是提取特征，并且借助于特定参考点校正细节特征数据。该参考点可以借助于指纹图像内的核心位置、德耳塔（delta）位置、平均细节特征位置或者任何相对稳定的可复现参考位置来找到和/或产生。如果特征相对于该参考点进行限定，并且这个过程对于登记和验证都类似地限定，那么在验证阶段的比较期间无需附加的对准步骤。尽管采用参考点的方法在许多情况下相当成功，但是它也可能引起问题。根据经验测试，估计对于目前发展水平的指纹分析算法而言，大约10%的指纹没有可靠的参考点（例如唯一核心位置）。在这样的情况下，使用不良估计的参考点执行对准，或者对准根本不可能。在验证阶段，这具有以下后果：即使个人事实上应当被授权，她也很可能被拒绝，这对于整个人口而言导致平均起来显著的验证性能退化。显然，希望的是不错误地拒绝授权的个人，即需要低错误拒绝率（FRR）。因此，具有不适合于提取参考点的生物统计特性的个人将经历登记失败或者在验证阶段经历高的FRR。

发明内容

本发明的一个目的是克服这个问题，并且提供一种从与个人关联的生物统计数据产生模板的方式。

这个目的是通过如独立权利要求中所限定的一种从与个人关联的生物统计数据产生模板的方法以及一种通过采用生物统计数据验证个人的身份的方法来实现的。从属权利要求中限定了本发明的附加的实施例，并且通过以下描述，本发明的另外的目的将变得清楚明白。

在本发明的第一方面中，提供了一种从与个人关联的生物统计数据产生模板的方法。该方法包括步骤：导出生物统计数据的位置参考点和用于位置参考点的可靠性度量；计算用于导出的位置参考点的贡献指示器；以及从生物统计数据提取第一特征集合，所述第一集合在导出的参考点被认为可靠的情况下通过考虑导出的位置参考点而被提取。然而，如果参考点被认为不是可靠的，那么不随导出的位置参考点变化地进行第一特征集合的提取。此外，该方法包括步骤：从提取的第一特征集合产生模板并且将该模板与贡献指示器关联。