JP2005149353A - Fingerprint collation system - Google Patents

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博昭 國枝
Takeshi Isshiki
剛 一色
Li Dongju
冬菊 李
Surya Rikin Andy
アンディ・スルヤ・リキン
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a computer system or the like capable of performing rapid and precise fingerprint collation with a minimized work memory. <P>SOLUTION: This computer system for fingerprint collation comprises an input means for inputting information on characteristic points of a fingerprint; a fingerprint information storage means; a similarity calculation means; a first position/rotation calculation means; a second position/rotation calculation means; a determination means for correcting the difference in position and rotation between a registered fingerprint calculated by the second position/rotation calculation means and an input fingerprint, calculating the similarity by the similarity calculation means in the corrected position and rotation, and determining whether the owner of the registered fingerprint is identical with the owner of the input fingerprint according to the calculated similarity; and an output means for outputting a determination result by the determination means. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、指紋照合のための計算機システムなどに関する。より詳しくは、登録指紋と、入力指紋の移動量の差と回転量の差を求める際に、まずそれらの概略値を求め、その後に詳細な移動量の差と回転量の差とを求めることにより、小メモリ化を達成した画期的な指紋照合のための計算機システムなどに関する。   The present invention relates to a computer system for fingerprint collation and the like. More specifically, when calculating the difference between the registered fingerprint and the difference in the amount of movement and the amount of rotation of the input fingerprint, first determine the approximate values, and then determine the detailed difference in the amount of movement and the difference in the amount of rotation. The present invention relates to a computer system for epoch-making fingerprint collation that achieves a small memory.

指紋照合システムは、人間の持つ指紋がそれぞれ異なることを利用して個人を識別するシステムである。指紋照合システムは、より詳しくは、センサなどの指紋読み取り手段で、照合者の指紋情報を読み取り、予め登録され、加工された指紋情報と、読み取った指紋情報とを照合することにより個人認識を行うシステムである。   The fingerprint collation system is a system for identifying an individual using the fact that human fingerprints are different. More specifically, the fingerprint collation system reads a collator's fingerprint information with a fingerprint reading unit such as a sensor, and performs personal recognition by collating the fingerprint information that has been registered and processed in advance with the read fingerprint information. System.

図1は、指紋照合システムの例を示す図である。図1に示されるように、指紋照合システム1は、指紋センサ2と、前処理部3と、特徴抽出部4と、複数個のテンプレート6を記憶するデータベース部5と、照合部7と、外部表示部8とを具備する。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a fingerprint collation system. As shown in FIG. 1, a fingerprint collation system 1 includes a fingerprint sensor 2, a preprocessing unit 3, a feature extraction unit 4, a database unit 5 that stores a plurality of templates 6, a collation unit 7, an external unit And a display unit 8.

以下、図1を用いて指紋照合の例を説明する。指紋照合は、登録と照合の2つの工程からなる。指紋情報を登録する場合は、指紋を指紋センサ2に読み取らせる。指紋センサ2が読み取った指紋情報は、特徴点を抽出される前に前処理部3において、所定の前処理が施される。例えば、指紋情報は、A/D変換回路でデジタル情報に変換され、フィルタ回路でノイズを減らされ、二値化回路で二値化され、細線化回路で細線化される。特徴抽出部4が、前処理を施された指紋情報から、分岐点9や端点10などの特徴点に関する情報である特徴情報を抽出する。抽出された特徴情報は、テンプレート(Tem)として、指紋照合システム1内のデータベース部5に記憶される。   Hereinafter, an example of fingerprint collation will be described with reference to FIG. Fingerprint verification consists of two steps: registration and verification. When registering fingerprint information, the fingerprint sensor 2 is caused to read the fingerprint. The fingerprint information read by the fingerprint sensor 2 is subjected to predetermined preprocessing in the preprocessing unit 3 before the feature points are extracted. For example, fingerprint information is converted into digital information by an A / D conversion circuit, noise is reduced by a filter circuit, binarized by a binarization circuit, and thinned by a thinning circuit. The feature extraction unit 4 extracts feature information that is information about feature points such as the branch point 9 and the end point 10 from the pre-processed fingerprint information. The extracted feature information is stored in the database unit 5 in the fingerprint matching system 1 as a template (Tem).

先に説明した特徴点は、図2を参照することにより理解できる。図2(a)は分岐点9、図2(b)は端点10を特徴点とする指紋の一部を示す図である。なお、図2(c)は、特徴点を含む指紋を表す図面に代わる写真である。図2(c)に示されるように、指紋は、隆線と呼ばれる様々なパターンで流れる隆起したラインと、隆線の間の谷間とからなる。分岐点9は、そこのY接合部で、隆線がひとつの経路から2つの経路に分かれる特徴点である。一方、端点10は、そこで隆線が終る特徴点である。   The feature points described above can be understood with reference to FIG. 2A is a diagram showing a part of a fingerprint having a branch point 9 and FIG. 2B a feature point of which is an end point 10. FIG. 2C is a photograph replacing a drawing showing a fingerprint including feature points. As shown in FIG. 2C, the fingerprint is composed of raised lines flowing in various patterns called ridges and valleys between the ridges. The branch point 9 is a feature point where the ridge is divided from one path into two paths at the Y junction. On the other hand, the end point 10 is a feature point where the ridge ends.

指紋の照合を行う場合は、先に説明した登録工程と同様に指紋を指紋センサ2に読み取らせる。指紋センサ2が読み取った指紋情報は、特徴点を抽出される前に前処理部3において、所定の前処理が施される。例えば、指紋情報は、A/D変換回路でデジタル情報に変換され、フィルタ回路でノイズを減らされ、二値化回路で二値化され、細線化回路で細線化される。特徴抽出部4が、前処理を施された指紋情報から、分岐点9や端点10などの特徴点に関する情報である特徴情報を抽出する。   When collating a fingerprint, the fingerprint sensor 2 is caused to read the fingerprint in the same manner as the registration process described above. The fingerprint information read by the fingerprint sensor 2 is subjected to predetermined preprocessing in the preprocessing unit 3 before the feature points are extracted. For example, fingerprint information is converted into digital information by an A / D conversion circuit, noise is reduced by a filter circuit, binarized by a binarization circuit, and thinned by a thinning circuit. The feature extraction unit 4 extracts feature information that is information about feature points such as the branch point 9 and the end point 10 from the pre-processed fingerprint information.

照合部7は、照合のために入力された指紋の特徴情報(In)と、予め登録された指紋の特徴情報(Tem)とを照合し、照合結果を出力する。照合部7が特徴情報を照合するアルゴリズムとしては、様々なものがあり、ニーズに応じて工夫されている(「指紋を使用する個人認証システム」A.K.Jain,L.Hong,S.PakanitiおよびR.Bolle;Proceedings of the IEEE,第85巻,第9号,1365〜1388ページ,1977(非特許文献1)、「オンライン指紋照合」A.K.Jain,L.HongおよびR.Bolle;IEEE Transactions on PAMI,第19巻,第4号,302〜314ページ,1977(非特許文献2)、「指紋照合のための電算機代数学」S Bistarelli,G Boffi,F.Rossi;ICCS Workshop on Computer Alegebra System and their Applications,2003(非特許文献3)、[8]「高速オンライン指紋識別システムのための特徴点隆線形状アルゴリズム」Mohamed Mostafa,Dongju LiおよびHiroaki Kunieda;ISPACS 2000 Proceeding(非特許文献4)を参照のこと。)。   The collation unit 7 collates the fingerprint feature information (In) input for collation with the fingerprint feature information (Tem) registered in advance, and outputs a collation result. There are various algorithms for the collation unit 7 to collate feature information, and they are devised according to needs ("Personal authentication system using fingerprints" AK Jain, L. Hong, S. Pakaniti). Proceedings of the IEEE, Vol. 85, No. 9, pages 1365 to 1388, 1977 (Non-Patent Document 1), “Online fingerprint verification” AK Jain, L. Hong and R. Boll; IEEE Transactions on PAMI, Vol. 19, No. 4, pp. 302-314, 1977 (Non-patent Document 2), “Computer Algebra for Fingerprint Verification”, S Bistarelli, G Boffi, F. Rossi; ICCS Workshop on Computer Alegebra System and ther Applications, 2003 (Non-Patent Document 3), [8] “Feature Point Ridge Shape Algorithm for High-Speed Online Fingerprint Identification System” Mohamed Mostafa, Dongju Li and Hiroaki Kunieda; ISPACS 2000 Proceeding (Non-Patent Document 4) checking.).

指紋の登録工程と、照合工程とでは、指の位置や方向がずれるので、これを補正した後に、照合を行う必要がある。また、指紋の登録工程と、照合工程とでは、指を指紋センサ2に押し当てる圧力が異なるので、指紋画像の大小が異なるというスケーリングが発生する。指紋の登録工程と、照合工程とでは、時期が異なるので、指紋を登録した後に、事故にあう、けがをする等の原因により指紋の一部に亀裂が入るなどの事態が生じる場合もある。指紋の登録工程と、照合工程とでは、照合者が汗をかいている、照合者の指が汚れているなどにより指紋センサ2が読み取る指紋画像に変化が生じる場合もある。   In the fingerprint registration process and the collation process, the position and direction of the finger are deviated. Therefore, it is necessary to perform collation after correcting this. Further, since the pressure for pressing the finger against the fingerprint sensor 2 is different between the fingerprint registration process and the collation process, scaling that the size of the fingerprint image is different occurs. Since the fingerprint registration process and the collation process are different in timing, there may be a situation in which a part of the fingerprint is cracked due to an accident or injury after registering the fingerprint. In the fingerprint registration process and the collation process, a change may occur in the fingerprint image read by the fingerprint sensor 2 because the collator is sweating or the collider's finger is dirty.

従来の指紋照合システムのために、様々な回路からなる計算機システムが開発されたが、指紋の特徴情報を正確に照合するためには、上記の事情を考慮し、様々な補正などを施さなければならなかった。このため、計算機システムに大きな作業メモリを必要とするという問題があった。   A computer system consisting of various circuits has been developed for the conventional fingerprint verification system, but in order to accurately verify fingerprint feature information, various corrections must be made in consideration of the above circumstances. did not become. For this reason, there is a problem that a large working memory is required for the computer system.

「指紋を使用する個人認証システム」A.K.Jain,L.Hong,S.PakanitiおよびR.Bolle;Proceedings of the IEEE,第85巻,第9号,1365〜1388ページ,1977“Personal authentication system using fingerprint” K. Jain, L.M. Hong, S .; Pakaniti and R.A. Boll; Proceedings of the IEEE, Vol. 85, No. 9, pages 1365 to 1388, 1977 「オンライン指紋照合」A.K.Jain,L.HongおよびR.Bolle;IEEE Transactions on PAMI,第19巻,第4号,302〜314ページ,1977“Online fingerprint verification” K. Jain, L.M. Hong and R.K. Boll; IEEE Transactions on PAMI, Vol. 19, No. 4, pp. 302-314, 1977 「指紋照合のための電算機代数学」S Bistarelli,G Boffi,F.Rossi;ICCS Workshop on Computer Alegebra System and their Applications,2003“Computer Algebra for Fingerprint Verification” S Bistarelli, G Boffi, F.M. Rossi; ICCS Works on Computer Alegebra System and ther Applications, 2003 「高速オンライン指紋識別システムのための特徴点隆線形状アルゴリズム」Mohamed Mostafa,Dongju LiおよびHiroaki Kunieda;ISPACS 2000 Proceeding“Feature Point Ridge Shape Algorithm for High Speed Online Fingerprint Identification System” Mohamed Mostafa, Dongju Li and Hiroaki Kunieda; ISPACS 2000 Proceeding

本発明は、指紋の登録工程と、指紋の照合工程における相違を考慮した、指紋照合のための計算機システムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a computer system for fingerprint verification that takes into account the difference between the fingerprint registration process and the fingerprint verification process.

本発明は、従来にないアルゴリズムに基づく指紋照合のための計算機システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a computer system for fingerprint matching based on an unprecedented algorithm.

本発明は、従来に比べ少ないメモリで精度の高い指紋照合を達成できる指紋照合のための計算機システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a computer system for fingerprint collation that can achieve highly accurate fingerprint collation with less memory than conventional ones.

本発明は、従来に比べ速い速度で精度の高い指紋照合を達成できる指紋照合のための計算機システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a computer system for fingerprint collation that can achieve high-precision fingerprint collation at a higher speed than conventional ones.

本発明は、指紋を迅速に精度よく照合でき、作業メモリが少なくて済む指紋照合システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fingerprint collation system that can collate fingerprints quickly and accurately and requires less work memory.

[1] 上記の課題を解決するため、本発明の計算機システムは、指紋の特徴点に関する情報を入力する入力手段と、前記入力手段によって入力された登録指紋の特徴点に関する情報と、前記入力手段によって入力された入力指紋の特徴点に関する情報とを記憶する指紋情報記憶手段と、入力された2つの指紋の特徴点に関する情報から、2つの指紋の類似度を求める類似度算出手段と、前記類似度算出手段を用いて前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値を求める第一の位置算出手段と、前記第一の位置算出手段が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を補正した後、前記類似度算出手段を用いて登録指紋の回転と入力指紋との回転の相違をおおまかに求める第一の回転算出手段とを含み、登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の概略値を求める第一の位置・回転算出手段と、前記第一の位置・回転算出手段が算出した登録指紋と入力指紋との位置の相違及び回転の相違の概略値と前記類似度算出手段を用いて、前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を前記概略値の近傍の前記第一の位置算定手段に比べて狭い範囲において詳細に求める第二の位置算出手段と、前記第二の位置算出手段が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違に関する情報と前記類似度算出手段を用いて、前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の回転と入力指紋の回転との相違を前記概略値の近傍において、前記第一の回転算定手段に比べて狭い範囲において詳細に求める第二の回転算定手段とを含み、登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値を求める第二の位置・回転算出手段と、前記第二の位置・回転算出手段が算出した登録指紋と入力指紋との位置及び回転の相違を補正し、補正後の位置、及び回転において、前記類似度算定手段により類似度を算定し、算定された類似度に従って、登録指紋の所有者と、入力指紋の所有者が同一人であるかどうか判断する判定手段と、前記判定手段が判定した判定結果を出力する出力手段とを具備する。   [1] In order to solve the above problems, a computer system according to the present invention includes an input unit that inputs information about a feature point of a fingerprint, information about a feature point of a registered fingerprint that is input by the input unit, and the input unit. Fingerprint information storage means for storing information about the feature points of the input fingerprint inputted by the above, similarity calculation means for obtaining the similarity of two fingerprints from the information about the feature points of the two fingerprints inputted, and the similarity First position calculating means for obtaining an approximate value of the difference between the position of the registered fingerprint stored in the fingerprint information storing means and the position of the input fingerprint using the degree calculating means, and the registration calculated by the first position calculating means After correcting the difference between the position of the fingerprint and the position of the input fingerprint, first rotation calculation means for roughly determining the difference in rotation between the registered fingerprint and the input fingerprint using the similarity calculation means. A first position / rotation calculating means for obtaining a rough position difference between the registered fingerprint and the input fingerprint, and a rotation difference, and the registered fingerprint and the input fingerprint calculated by the first position / rotation calculating means; Using the approximate value of the difference in position and the difference in rotation and the similarity calculation means, the difference between the position of the registered fingerprint stored in the fingerprint information storage means and the position of the input fingerprint is calculated in the vicinity of the approximate value. Second position calculating means for obtaining details in a narrow range compared to one position calculating means, information on the difference between the registered fingerprint position calculated by the second position calculating means and the input fingerprint position, and the similarity Using the calculation means, the difference between the rotation of the registered fingerprint stored in the fingerprint information storage means and the rotation of the input fingerprint is calculated in detail in a range narrower than the first rotation calculation means in the vicinity of the approximate value. Second rotation calculation A second position / rotation calculation means for obtaining a detailed value of a difference in position and a difference in rotation between the registered fingerprint and the input fingerprint, and a registered fingerprint calculated by the second position / rotation calculation means And the difference between the position and rotation of the input fingerprint and the corrected position and rotation, the similarity is calculated by the similarity calculation means, and the registered fingerprint owner and the input are input according to the calculated similarity. A determination unit configured to determine whether the owner of the fingerprint is the same person; and an output unit configured to output a determination result determined by the determination unit.

本発明の計算機システムによれば、登録指紋と入力指紋の移動量の差と回転量の差を求める際に、まずそれらの概略値を求め、その後に詳細な移動量の差と回転量の差とを求める。このような多段階照合工程を用いることにより指紋照合の工程が従来の指紋照合工程に比べて増えこととなる。しかしながら、各工程での作業時間を減少できるので、全体としても照合時間を短縮できる。また、本発明によれば各工程での作業量を、従来の指紋照合方法に比べ減らすことができるので、計算機システムの小メモリ化を達成できる。なお、具体的には、本明細書の表3に示されるように、本発明の小メモリ照合アルゴリズムによれば、従来の基本アルゴリズムに比べて、56.5分の1のメモリで指紋照合を行うことができることがわかる。   According to the computer system of the present invention, when obtaining the difference between the movement amount and the rotation amount of the registered fingerprint and the input fingerprint, first, the approximate values thereof are obtained, and then the detailed difference between the movement amount and the difference between the rotation amounts. And ask. By using such a multistage collation process, the fingerprint collation process is increased as compared with the conventional fingerprint collation process. However, since the work time in each process can be reduced, the verification time can be shortened as a whole. In addition, according to the present invention, the amount of work in each process can be reduced as compared with the conventional fingerprint collation method, so that the memory of the computer system can be reduced. Specifically, as shown in Table 3 of the present specification, according to the small memory matching algorithm of the present invention, fingerprint matching is performed with a memory of 1/5/5 compared to the conventional basic algorithm. You can see that it can be done.

本明細書において、「登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値」とは、本発明の指紋照合のための計算機システムが、最終的な登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違値を決定する前に求める値であり、最終的な相違点の値に比べて精度の低い相違値である。このような概略値は、最終的な相違値のおおよその値を決定するための「めぼし」をつけるための値であり、例えば最終的な相違値の5倍〜200倍程度の幅を持たせた範囲内で相違値が該当する領域を求めそれを概略値とすればよい。   In this specification, “the approximate value of the difference between the registered fingerprint position and the input fingerprint position” means that the computer system for fingerprint collation according to the present invention determines the final registered fingerprint position and the input fingerprint position. This is a value obtained before determining the difference value, and is a difference value that is less accurate than the final difference value. Such an approximate value is a value for attaching a “memboshi” for determining an approximate value of the final difference value. For example, the approximate value has a range of about 5 to 200 times the final difference value. An area corresponding to the difference value within the specified range may be obtained and used as an approximate value.

本明細書において、「登録指紋の回転と入力指紋との回転の相違の概略値」とは、本発明の指紋照合のための計算機システムが、最終的な登録指紋の回転と入力指紋の回転との相違値を決定する前に求める値であり、最終的な相違点の値に比べて精度の低い相違値である。このような概略値は、最終的な相違値のおおよその値を決定するための「めぼし」をつけるための値であり、例えば最終的な相違値の5倍〜200倍程度の幅を持たせた範囲内で相違値が該当する領域を求めそれを概略値とすればよい。   In this specification, “the approximate value of the difference between the rotation of the registered fingerprint and the rotation of the input fingerprint” means that the computer system for fingerprint verification according to the present invention performs the final rotation of the registered fingerprint and the rotation of the input fingerprint. This is a value obtained before determining the difference value, and is a difference value that is less accurate than the final difference value. Such an approximate value is a value for attaching a “memboshi” for determining an approximate value of the final difference value. For example, the approximate value has a range of about 5 to 200 times the final difference value. An area corresponding to the difference value within the specified range may be obtained and used as an approximate value.

本明細書において、「登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値」とは本発明の指紋照合のための計算機システムにおける、相違値の最終的な値を意味し、これによって登録指紋の所持者と入力指紋の所持者との同一性を判断する値である。したがって、「登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値」としては、指紋照合のための計算機システムにおいて、指紋照合しうる程度の精度であればよく、その程度は、公知の文献による要求される程度の精度、又はその精度を超える精度であればよい。本発明において、「登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値」は、好ましくは先に求めた概略値の近傍を更に分割して求める。   In the present specification, the “detailed value of the difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint and the difference in rotation” means the final value of the difference value in the computer system for fingerprint verification of the present invention. This is a value for determining the identity between the registered fingerprint holder and the input fingerprint holder. Therefore, the “detailed value of the difference in the position of the registered fingerprint and the input fingerprint and the difference in the rotation” only needs to be accurate enough to perform fingerprint verification in a computer system for fingerprint verification. Any accuracy may be used as long as the accuracy is as required by publicly known literature, or an accuracy exceeding that accuracy. In the present invention, the “detailed value of the difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint and the difference in rotation” is preferably obtained by further dividing the vicinity of the approximate value obtained previously.

[2] 本発明の指紋照合のための計算機システムの別の態様としては、前記第一の位置・回転算出手段の代わりに、前記類似度算出手段を用いて前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値を求める第一の位置算出手段を具備するものが挙げられる。この実施態様においては、回転の概略値を求めずに「登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値」を求める。また、この実施態様においては、回転の相違の詳細な値は、概略値に基づかず第二の回転手段により詳細な値が求められることとなる。この実施態様の計算機システムは、登録指紋と入力指紋との位置の相違の概略値をまず求めるので、少ない作業メモリですみ、しかも処理が高速となる。   [2] Another aspect of the computer system for fingerprint collation according to the present invention is a registration stored in the fingerprint information storage means using the similarity calculation means instead of the first position / rotation calculation means. Examples include a first position calculation unit that obtains an approximate value of a difference between a fingerprint position and an input fingerprint position. In this embodiment, “a detailed value of a difference in position between a registered fingerprint and an input fingerprint and a difference in rotation” is obtained without obtaining an approximate value of rotation. Further, in this embodiment, the detailed value of the difference in rotation is not based on the approximate value, and the detailed value is obtained by the second rotating means. Since the computer system of this embodiment first obtains an approximate value of the difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint, only a small working memory is required, and the processing speed becomes high.

[3] 本発明の計算機システムにおける前記指紋の特徴点は、端点、及び分岐点のいずれか又は両方が挙げられ、前記指紋の特徴点に関する情報は、特徴点の端の点の位置情報、及び、特徴点上に所定の間隔を有するように設けられたサンプリングポイントを主点とする線同士のなす角に関する情報が挙げられる。   [3] The feature point of the fingerprint in the computer system of the present invention may be one or both of an end point and a branch point, and the information related to the feature point of the fingerprint is the position information of the end point of the feature point, and The information about the angle formed by the lines whose main points are the sampling points provided so as to have a predetermined interval on the feature point is given.

[4] 上記の課題を解決するため、本発明の指紋照合システムは、上記の本発明の計算機システムを含む指紋照合システムが挙げられる。   [4] In order to solve the above-described problem, the fingerprint collation system of the present invention includes a fingerprint collation system including the computer system of the present invention.

この指紋照合システムは、上記の計算機システムを有するので、少ない作業メモリですみ、しかも処理が高速となる。   Since this fingerprint collation system has the above-described computer system, a small working memory is required and the processing speed is high.

[5] 本発明の指紋照合システムとして、より具体的には、指紋センサが読み取りデジタル化された指紋情報からノイズを除去するフィルタ部と、フィルタ部でノイズを除去された指紋情報を二値化する二値化回路と、二値化回路により二値化された指紋情報を細線化する細線化部とを含む前処理部と、前記前処理部が処理した指紋画像情報から、指紋の特徴点に関する情報を抽出する特徴抽出部と、前記特徴抽出部が抽出した指紋の特徴点に関する情報を記憶するデータベース部と、上記の本発明の計算機システムと、を具備する指紋照合システムが挙げられる。   [5] More specifically, the fingerprint collation system of the present invention binarizes a filter unit that removes noise from fingerprint information read by a fingerprint sensor and digitized, and fingerprint information from which noise has been removed by the filter unit. A pre-processing unit including a binarization circuit that performs processing, a thinning unit that thins the fingerprint information binarized by the binarization circuit, and fingerprint image information processed by the pre-processing unit. There is a fingerprint collation system that includes a feature extraction unit that extracts information on a database, a database unit that stores information on feature points of a fingerprint extracted by the feature extraction unit, and the computer system of the present invention.

この実施態様の指紋照合システムでは、所定の前処理をも行うことができるので、より的確に指紋照合を行うことができる。   In the fingerprint collation system of this embodiment, since predetermined preprocessing can be performed, fingerprint collation can be performed more accurately.

[6] 本発明の携帯電話は、先に説明した指紋照合システムを含む携帯電話である。この携帯電話は、指紋照合システムを含むので、携帯電話に記憶された情報を他人により盗み見られる事態を防止できる。携帯電話では、小型化の要請が強い。従って、本発明の指紋照合システムは、メモリを従来に比べて小さくできるので本発明の携帯電話はこのような要請に効果的に応じることができる。   [6] The mobile phone of the present invention is a mobile phone including the fingerprint verification system described above. Since this mobile phone includes a fingerprint verification system, it is possible to prevent a situation in which information stored in the mobile phone is stolen by another person. In mobile phones, there is a strong demand for miniaturization. Therefore, since the fingerprint collation system of the present invention can make the memory smaller than the conventional one, the mobile phone of the present invention can effectively meet such a request.

本発明の計算機システムは、登録指紋と、入力指紋の移動量の差と回転量の差を求める際に、まずそれらの概略値を求め、その後に詳細な移動量の差と回転量の差とを求める効果的かつこれまでにないアルゴリズムに基づくために、従来に比べ少ないメモリで精度の高い指紋照合を達成できる。   When the computer system of the present invention obtains the difference between the registered fingerprint and the difference between the amount of movement and the amount of rotation of the input fingerprint, it first obtains an approximate value thereof, and then the detailed difference between the amount of movement and the difference between the amounts of rotation. Since it is based on an effective and unprecedented algorithm for obtaining the above, it is possible to achieve high-precision fingerprint collation with less memory than in the past.

また、本発明の計算機システムは、登録指紋と、入力指紋の移動量の差と回転量の差を求める際に、まずそれらの概略値を求め、その後に詳細な移動量の差と回転量の差とを求めるための効果的なアルゴリズムに基づく回路を具備するために、従来に比べ迅速に精度の高い指紋照合を達成できる。   In addition, the computer system of the present invention first obtains approximate values when obtaining the difference between the registered fingerprint and the difference between the movement amount and the rotation amount of the input fingerprint, and then obtains the detailed difference between the movement amount and the rotation amount. Since a circuit based on an effective algorithm for obtaining the difference is provided, fingerprint matching with higher accuracy can be achieved more quickly than in the past.

本発明の指紋照合システムは、上記のような計算機システムを具備するので、指紋を迅速に精度よく照合でき、作業メモリが少なくて済む。   Since the fingerprint collation system of the present invention includes the computer system as described above, fingerprints can be collated quickly and accurately, and the working memory is small.

本発明の指紋照合システムは、所定の前処理を施し、上記のような計算機システムを具備するので、指紋の登録工程と、指紋の照合工程における指紋画像の相違を考慮した諮問照合システムを提供することができる。   Since the fingerprint collation system of the present invention performs predetermined pre-processing and includes the above-described computer system, it provides an advisory collation system that takes into account differences in fingerprint images in the fingerprint registration process and the fingerprint collation process. be able to.

(1.指紋照合のための計算機システム)
図3に示されるように、本発明の指紋照合のための計算機システム(以下、単に「計算機システム」ともいう。)は、例えば、外部と電気的に接続される入出力ポート12と、読み出し専用メモリ13と、作業メモリ14と、照合などの作業を制御するプロセッサなどの照合部15と、それらを電気的に連結するバイパス16とを具備する。なお、読出し専用メモリ13と作業メモリ14とで、記憶部17を構成するものは本発明の好ましい実施態様である。
(1. Computer system for fingerprint verification)
As shown in FIG. 3, the computer system for fingerprint collation according to the present invention (hereinafter also simply referred to as “computer system”) includes, for example, an input / output port 12 that is electrically connected to the outside, and a read-only port. A memory 13, a work memory 14, a collation unit 15 such as a processor for controlling work such as collation, and a bypass 16 that electrically connects them. In addition, what comprises the memory | storage part 17 with the read-only memory 13 and the working memory 14 is a preferable embodiment of this invention.

(1.1.入出力ポート)
入出力ポート12は、例えば、特徴情報を記録したデータベースや、指紋照合システム1の特徴抽出部4、モニターなどの外部出力部、コンピュータなどと電気的に連結され、様々な情報を電気情報などとして入力し、又は出力するためのポートである。なお、入出力ポート12は、本発明の入力手段、及び出力手段として機能する。本発明の入力手段、及び出力手段は、入出力ポートのように同じものがそれらの手段を兼ねていても良いし、別々に設けられていても良い。
(1.1. I / O port)
The input / output port 12 is electrically connected to, for example, a database in which feature information is recorded, a feature extraction unit 4 of the fingerprint collation system 1, an external output unit such as a monitor, a computer, etc. A port for input or output. The input / output port 12 functions as input means and output means of the present invention. The input means and output means of the present invention may be the same as the input / output port, or may be provided separately.

(1.2.読み出し専門メモリ)
読み出し専門メモリは、入出力ポート12から入力された特徴情報などを読み出し可能に記憶するメモリである。読み出し専門メモリは、例えばRAMなどからなる。
(1.2. Read specialized memory)
The read specialized memory is a memory that stores feature information input from the input / output port 12 in a readable manner. The read specialized memory is composed of, for example, a RAM.

(1.3.作業メモリ)
作業メモリ14は、照合などの作業をするために使用されるメモリである。作業メモリ14は、例えば、ROMとRAMとからなる。そして、読み出し専用メモリ13、及び作業メモリ14からなる記憶部17は、本発明の記憶手段として機能する。
(1.3. Working memory)
The work memory 14 is a memory used for work such as collation. The work memory 14 includes, for example, a ROM and a RAM. And the memory | storage part 17 which consists of read-only memory 13 and the working memory 14 functions as a memory | storage means of this invention.

(1.4.照合部)
照合部15は、所定のアルゴリズムに従って、登録された指紋の特徴情報と、入力された指紋の特徴情報を比較して、登録指紋の所有者と、入力指紋の所有者が同一人であるか否か判定する部である。なお、照合部15は、本発明の照合手段として機能する。
(1.4. Verification unit)
The collation unit 15 compares the registered fingerprint feature information with the input fingerprint feature information according to a predetermined algorithm, and determines whether the registered fingerprint owner and the input fingerprint owner are the same person. It is a part which determines whether. In addition, the collation part 15 functions as a collation means of this invention.

図4は、本発明の照合部15の例を説明するためのブロック図である。図4に示されるように、本発明の照合部15は、例えば、類似度算出部18と、第一の位置・回転算出部19と、第二の位置・回転算出部20と、判定部21とを具備する。本発明の計算機システムは、登録指紋と、このような構成をとるため、入力指紋の移動量の差と回転量の差を求める際に、まずそれらの概略値を求め、その後に詳細な移動量の差と回転量の差とを求める。このため、本発明の計算機システムは、従来に比べ少ないメモリで精度の高い指紋照合を高速に行うことができる。   FIG. 4 is a block diagram for explaining an example of the matching unit 15 of the present invention. As shown in FIG. 4, the collation unit 15 of the present invention includes, for example, a similarity calculation unit 18, a first position / rotation calculation unit 19, a second position / rotation calculation unit 20, and a determination unit 21. It comprises. Since the computer system of the present invention has such a configuration as the registered fingerprint, when calculating the difference between the movement amount of the input fingerprint and the difference between the rotation amounts, first, the approximate values are obtained, and then the detailed movement amount. And the difference in rotation amount. For this reason, the computer system of the present invention can perform high-precision fingerprint collation at a high speed with less memory than in the past.

(1.4.1.類似度算出部)
類似度算出部18は、入力された2つの指紋の特徴点に関する情報(特徴情報)から、2つの指紋の類似度を求める部であり、本発明の類似度算出手段として機能する。
(1.4.1. Similarity calculation unit)
The similarity calculation unit 18 is a unit that obtains the similarity between two fingerprints from information (feature information) on the input feature points of the two fingerprints, and functions as a similarity calculation unit of the present invention.

(1.4.2.第一の位置・回転算出部)
第一の位置・回転算出部19は、前記類似度算出部18を用いて前記指紋情報記憶部が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値を求める第一の位置算出部と、前記第一の位置算出部が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を補正した後、前記類似度算出部18を用いて登録指紋の回転と入力指紋との回転の相違の概略値を求める第一の回転算出部とを含み、登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の概略値を求める部であり、本発明の第一の位置・回転算出手段として機能する。
(1.4.2. First position / rotation calculation unit)
The first position / rotation calculation unit 19 uses the similarity calculation unit 18 to obtain a rough value of the difference between the registered fingerprint position and the input fingerprint position stored in the fingerprint information storage unit. And the difference between the position of the registered fingerprint calculated by the first position calculation unit and the position of the input fingerprint, and then using the similarity calculation unit 18, the rotation of the registered fingerprint and the rotation of the input fingerprint are performed. A first rotation calculation unit for obtaining an approximate value of the difference, and a unit for obtaining an approximate value of a difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint and a difference in rotation, the first position / rotation calculation of the present invention Functions as a means.

なお、前記第一の位置・回転算出手段の代わりに、前記類似度算出手段を用いて前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値を求める第一の位置算出手段を具備する、登録指紋と入力指紋との位置の相違の概略値を求める第一の位置算出手段を具備するものは、本発明の好ましい別の実施態様である。このよう
指紋照合のための計算機システムでは、指紋の登録工程と照合工程とでの指の位置の相違の概略値をまず求め、その後に位置と回転の詳細な相違を求めるので、作業メモリを軽減できるし、また照合時間をも短くできる。
Note that, instead of the first position / rotation calculation means, the similarity calculation means is used to obtain an approximate value of the difference between the registered fingerprint position and the input fingerprint position stored in the fingerprint information storage means. It is another preferred embodiment of the present invention that includes first position calculating means for obtaining an approximate value of the difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint. Such a computer system for fingerprint verification first calculates the approximate value of the difference in finger position between the fingerprint registration process and the verification process, and then calculates the detailed difference between the position and rotation, thus reducing the working memory. Can also shorten the verification time.

(1.4.3.第二の位置・回転算出部)
第二の位置・回転算出部20は、前記第一の位置・回転算出部19が算出した登録指紋と入力指紋との位置の相違及び回転の相違の概略値と前記類似度算出部18を用いて、前記指紋情報記憶部が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を前記概略値の近傍の前記第一の位置算定部に比べて狭い範囲において詳細に求める第二の位置算出部と、前記第二の位置算出部が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違に関する情報と前記類似度算出部18を用いて、前記指紋情報記憶部が記憶する登録指紋の回転と入力指紋の回転との相違を前記概略値の近傍において、前記第一の回転算定部に比べて狭い範囲において詳細に求める第二の回転算定部とを含み、登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値を求める部であり、本発明の第二の位置・回転算出手段として機能する。
(1.2.3. Second position / rotation calculation unit)
The second position / rotation calculation unit 20 uses the approximate value of the position difference and rotation difference between the registered fingerprint and the input fingerprint calculated by the first position / rotation calculation unit 19 and the similarity calculation unit 18. The second position calculation for obtaining the difference between the registered fingerprint position stored in the fingerprint information storage unit and the input fingerprint position in a narrower range than the first position calculation unit in the vicinity of the approximate value. , The information about the difference between the position of the registered fingerprint calculated by the second position calculation unit and the position of the input fingerprint, and the similarity calculation unit 18, and the rotation of the registered fingerprint stored in the fingerprint information storage unit And a second rotation calculation unit for determining in detail the difference between the rotation of the input fingerprint and the rotation of the input fingerprint in a range narrower than the first rotation calculation unit in the vicinity of the approximate value, and the position of the registered fingerprint and the input fingerprint Detailed value of the difference in rotation and the difference in rotation A Mel unit, functions as a second position and rotation calculating means of the present invention.

(1.4.4.判定部)
判定部21は、前記第二の位置・回転算出部20が算出した登録指紋と入力指紋との位置及び回転の相違を補正し、補正後の位置、及び回転において、前記類似度算定部により類似度を算定し、算定された類似度に従って、登録指紋の所有者と、入力指紋の所有者が同一人であるかどうか判断する部であり、本発明の判定手段として機能する。
(1.4.4. Determination unit)
The determination unit 21 corrects the difference in position and rotation between the registered fingerprint calculated by the second position / rotation calculation unit 20 and the input fingerprint, and makes the similarity calculation unit similar in the corrected position and rotation. It is a unit that calculates the degree and determines whether the owner of the registered fingerprint and the owner of the input fingerprint are the same person according to the calculated similarity, and functions as a determination unit of the present invention.

(2.指紋照合システム)
図5に、本発明の指紋照合システム1の例を示す。図5に示されるように、指紋照合システム1は、例えば、指紋センサ2と、前処理部3と、特徴抽出部4と、複数個のテンプレート6を記憶するデータベース部5と、計算機システム11と、外部表示部8とを具備する。本発明の指紋照合システムは、先に説明した計算機システムを用いるので、指紋を迅速に精度よく照合でき、作業メモリが少なくて済む。なお、指紋センサ2と接続可能にされており、指紋センサ2を含まない指紋照合システムは、本発明の好ましい別の実施態様である。
(2. Fingerprint verification system)
FIG. 5 shows an example of the fingerprint collation system 1 of the present invention. As shown in FIG. 5, the fingerprint collation system 1 includes, for example, a fingerprint sensor 2, a preprocessing unit 3, a feature extraction unit 4, a database unit 5 that stores a plurality of templates 6, a computer system 11, And an external display unit 8. Since the fingerprint collation system of the present invention uses the computer system described above, fingerprints can be collated quickly and accurately, and the working memory is small. A fingerprint collation system that can be connected to the fingerprint sensor 2 and does not include the fingerprint sensor 2 is another preferred embodiment of the present invention.

(2.1.指紋センサ)
指紋センサ2は、指紋を読み取る手段、又は指紋を読み取った後にデジタル化処理など所定の処理を施す手段である。すなわち、指紋センサ2にA/D変換回路が含まれており、指紋センサ2が読み取った指紋の画像に関するアナログ情報をデジタル情報に変換することは、本発明の好ましい実施態様である。指紋センサとしては、光学式、静電容量式、感圧式、感熱式、電界式、超音波式のセンサなど、指紋照合システムに用いられる公知のセンサを用いることができる。
(2.1. Fingerprint sensor)
The fingerprint sensor 2 is a means for reading a fingerprint or a means for performing a predetermined process such as a digitization process after reading the fingerprint. That is, the fingerprint sensor 2 includes an A / D conversion circuit, and it is a preferred embodiment of the present invention to convert analog information relating to a fingerprint image read by the fingerprint sensor 2 into digital information. As the fingerprint sensor, a known sensor used in a fingerprint verification system such as an optical sensor, a capacitance sensor, a pressure sensor, a heat sensor, an electric field sensor, or an ultrasonic sensor can be used.

(2.2.前処理部)
前処理部3は、特徴抽出部4が特徴点を抽出する前に、所定の前処理を施す部であり、前処理手段として機能する。前処理部としては、フィルタ部、二値化回路、方向フィルタ部、細線化部を具備するものが挙げられる。なお、図6は、前処理を施す前後における指紋を表す図面に変わる写真である。図6(a)は、グレーレベルの指紋画像、図6(b)は、黒と白とに二値化された二値化画像の指紋画像、図6(c)は、細線化された指紋画像を表す。
(2.2. Pre-processing unit)
The preprocessing unit 3 is a unit that performs predetermined preprocessing before the feature extraction unit 4 extracts feature points, and functions as a preprocessing unit. Examples of the preprocessing unit include a filter unit, a binarization circuit, a direction filter unit, and a thinning unit. FIG. 6 is a photograph in place of a drawing showing fingerprints before and after pre-processing. 6A is a gray level fingerprint image, FIG. 6B is a binary image fingerprint image binarized into black and white, and FIG. 6C is a thinned fingerprint image. Represents an image.

(2.2.1.フィルタ部)
フィルタ部は、所定のフィルタ処理を施すことにより、ノイズを除去する部であり、フィルタ手段として機能する。フィルタ部としては、例えば、高域フィルタや低域フィルタなどを含むものが挙げられる。例えば、指紋センサにより読み込まれA/D変換回路がデジタル情報に変換した指紋画像は、ノイズを多く含む。このため、指紋画像は、高域フィルタと低域フィルタとで予備ろ過されることにより円滑な画像となる。図6(a)は、このような予備ろ過後の、指紋のグレーレベル画像である。
(2.2.1. Filter part)
The filter unit is a unit that removes noise by performing predetermined filter processing, and functions as a filter unit. As a filter part, what contains a high pass filter, a low pass filter, etc. is mentioned, for example. For example, a fingerprint image read by a fingerprint sensor and converted into digital information by an A / D conversion circuit contains a lot of noise. For this reason, the fingerprint image becomes a smooth image by being pre-filtered by the high-pass filter and the low-pass filter. FIG. 6A is a gray level image of a fingerprint after such preliminary filtration.

(2.2.2.二値化回路)
二値化回路は、グレーレベル画像を、所定の閾値を基準として、「0」と「1」の二値に変換する処理を行う。二値化回路としては、グレーレベルの指紋画像に対して、複数の閾値から好ましい閾値を選択し、指紋画像を二値化できる回路が好ましい。
(2.2.2. Binary circuit)
The binarization circuit performs a process of converting the gray level image into a binary value of “0” and “1” with a predetermined threshold as a reference. As the binarization circuit, a circuit capable of binarizing the fingerprint image by selecting a preferable threshold from a plurality of thresholds for the gray level fingerprint image is preferable.

二値化回路は、好ましくは、巨視的には緻密であり、微視的には所定の間隔を持って規則的に配列された複数の画素上の指紋情報を、白(「1」)と黒(「0」)とに二値化する処理を行うものである。このような二値化回路としては、例えば、256階調の格子の格子点における指紋画像の画素値を、閾値により「1」と「0」の二値化情報とするものが挙げられる。   The binarization circuit is preferably macroscopically dense and microscopically converts fingerprint information on a plurality of pixels regularly arranged at a predetermined interval into white (“1”). A process of binarizing to black (“0”) is performed. As such a binarization circuit, for example, a pixel value of a fingerprint image at a grid point of a 256-gradation grid is used as binarization information of “1” and “0” by a threshold value.

(2.2.3.方向フィルタ部)
方向フィルタ部は、例えば、それぞれの二値化画像のブロックから指紋の最大方向を算出し、算出した最大方向に沿って方向フィルタをマスキングすることにより、グレーレベル画像のノイズを軽減するフィルタ部であり、方向フィルタ手段として機能する。なお、先述のフィルタ部が方向フィルタ部をかねても良い。
(2.2.3 Direction filter part)
The direction filter unit is, for example, a filter unit that reduces the noise of the gray level image by calculating the maximum direction of the fingerprint from each binarized image block and masking the direction filter along the calculated maximum direction. Yes, it functions as direction filter means. Note that the above-described filter unit may also serve as the direction filter unit.

(2.2.4.細線化部)
細線化部は、二値化回路により二値化された指紋画像を細線化するための部であり、本発明の細線化手段として機能する。
(2.2.4. Thinning part)
The thinning section is a section for thinning the fingerprint image binarized by the binarization circuit, and functions as the thinning means of the present invention.

(2.2.5.特徴抽出部)
特徴抽出部4は、指紋情報から特徴情報を抽出する処理を行う部であり、本発明の特徴抽出手段として機能する。特徴抽出部4が抽出する特徴点として、図2(a)に示されるような分岐点9や、図2(b)に示される端点10に関する情報が挙げられる。特徴抽出部が抽出する特徴点に関する情報としては、後述のように、特徴点の始点の位置、特徴点上のサンプリングポイント23を表すベクトル(ベクトルのなす角度)に関する情報などが挙げられる。
(2.2.5. Feature Extraction Unit)
The feature extraction unit 4 performs processing for extracting feature information from fingerprint information and functions as a feature extraction unit of the present invention. The feature points extracted by the feature extraction unit 4 include information on the branch point 9 as shown in FIG. 2A and the end point 10 shown in FIG. Examples of the information on the feature points extracted by the feature extraction unit include information on the position of the start point of the feature points, a vector representing the sampling points 23 on the feature points (an angle formed by the vectors), and the like.

(2.3.データベース部)
データベース部5は、特徴抽出部4が抽出した特徴情報を数個〜十数個程度テンプレート6として記憶する部であり、本発明のテンプレート6記憶手段として機能する。データベース部5に、公知のリレーショナルデータベースが構築され、特徴情報が階層化されて記憶されているものは本発明の好ましい実施態様である。データベース部5は、公知のROMやRAMなどのメモリからなっていてもよいし、データベースなどのソフトウエアにより実装されるものでもよい。
(2.3. Database section)
The database unit 5 is a unit that stores several to dozens of pieces of feature information extracted by the feature extraction unit 4 as a template 6 and functions as a template 6 storage unit of the present invention. It is a preferred embodiment of the present invention that a known relational database is constructed in the database unit 5 and feature information is stored in a hierarchical manner. The database unit 5 may be a memory such as a known ROM or RAM, or may be implemented by software such as a database.

(2.4.計算機システム)
計算機システム11として、先に説明した本発明の計算機システムを用いることができる。本発明の指紋照合システム1は、本発明の計算機システムを用いるので、指紋を迅速に精度よく照合でき、作業メモリが少なくて済む。
(2.4. Computer system)
As the computer system 11, the computer system of the present invention described above can be used. Since the fingerprint collation system 1 of the present invention uses the computer system of the present invention, fingerprints can be collated quickly and accurately, and the work memory can be reduced.

(2.5.出力表示部)
出力表示部は、計算機システム11が、判定した本人照合の結果などを表示する部であり、本発明の出力表示手段として機能する。出力表示部としては、例えば、公知のディスプレーなどが挙げられる。
(2.5. Output display section)
The output display unit is a unit that displays a result of the personal identification determined by the computer system 11, and functions as an output display unit of the present invention. Examples of the output display unit include a known display.

(3.指紋照合方法)
図7は、本発明の指紋照合システムを用いた指紋照合方法の例を示すチャートである。
この本発明の指紋照合方法は、グレーレベル画像取得工程と、予備ろ過工程と、第一の二値化工程と、方向検出工程と、グレーレベル画像の方向フィルタ工程と、第二の二値化工程と、細線化工程と、特徴点抽出工程と、特徴点照合工程とを含む。
(3. Fingerprint verification method)
FIG. 7 is a chart showing an example of a fingerprint collation method using the fingerprint collation system of the present invention.
The fingerprint collation method of the present invention includes a gray level image acquisition step, a preliminary filtration step, a first binarization step, a direction detection step, a gray level image direction filter step, and a second binarization. A process, a thinning process, a feature point extraction process, and a feature point matching process.

(3.1.グレーレベル画像取得工程)
グレーレベル画像取得工程は、指紋センサが指紋を読み取ることにより、指紋のグレーレベル画像を取得する工程である。
(3.1. Gray level image acquisition process)
The gray level image acquisition step is a step of acquiring a gray level image of a fingerprint by reading the fingerprint with a fingerprint sensor.

(3.2.予備ろ過工程)
予備ろ過工程では、指紋センサにより読み込まれ、A/D変換回路がデジタル情報に変換したグレーレベルの指紋画像からノイズを取り除く工程である。指紋センサにより読み込まれ、A/D変換回路がデジタル情報に変換した指紋画像は、ノイズを多く含む。このため、指紋画像は、高域フィルタと低域フィルタとで予備ろ過されることにより円滑な画像となるのである。このようにして得られたグレーレベル画像の例を図6(a)に示す。予備ろ過工程に用いられるフィルタとしては、高域フィルタや低域フィルタなどが挙げられる。なお、この予備ろ過工程は任意の工程であり、予備ろ過工程を省略することは、本発明の指紋照合方法の別の実施態様である。また、予備ろ過工程後に、後述のグレーレベル画像の方向フィルタ工程を直接行うことは、本発明の指紋照合方法の別の実施態様である。
(3.2 Preliminary filtration step)
In the preliminary filtration step, noise is removed from the gray level fingerprint image read by the fingerprint sensor and converted into digital information by the A / D conversion circuit. The fingerprint image read by the fingerprint sensor and converted into digital information by the A / D conversion circuit contains a lot of noise. For this reason, the fingerprint image becomes a smooth image by being pre-filtered by the high-pass filter and the low-pass filter. An example of the gray level image obtained in this way is shown in FIG. Examples of the filter used in the preliminary filtration step include a high-pass filter and a low-pass filter. This preliminary filtration step is an optional step, and omitting the preliminary filtration step is another embodiment of the fingerprint matching method of the present invention. Further, it is another embodiment of the fingerprint collation method of the present invention to directly perform a gray level image direction filtering step described later after the preliminary filtering step.

(3.3.第一の二値化工程)
第一の二値化工程では、二値化回路が、前記予備ろ過工程で、ノイズが除去されたグレーレベル画像を、所定の閾値を基準として、黒(「0」)と白(「1」)の二値に変換する処理を行う工程である。なお、このようにして二値化された二値化画像を直接細線化して特徴点を抽出することは、本発明の指紋照合方法の別の実施態様である。
(3.3. First binarization step)
In the first binarization step, the binarization circuit uses the gray level image from which noise has been removed in the preliminary filtration step as black (“0”) and white (“1”) with a predetermined threshold as a reference. ) To convert to binary. In addition, it is another embodiment of the fingerprint collation method of the present invention to extract a feature point by directly thinning a binarized image binarized in this way.

(3.4.方向検出工程)
方向検出工程では、二値化画像のブロックから隆線の最大方向などを算出する工程である。
(3.4. Direction detection process)
In the direction detection step, the maximum direction of the ridge is calculated from the block of the binarized image.

(3.5.グレーレベル画像の方向フィルタ工程)
グレーレベル画像の方向フィルタ工程は、上記の方向検出で検出された最大方向に従って、方向フィルタをマスキングすることにより、グレーレベル画像のノイズを軽減する工程である。
(3.5. Gray-level image direction filtering step)
The gray level image direction filtering step is a step of reducing noise of the gray level image by masking the direction filter in accordance with the maximum direction detected by the above direction detection.

(3.6.第二の二値化工程)
第二の二値化工程は、二値化回路が、例えば、グレーレベル画像の方向フィルタ工程などを経てノイズが軽減されたグレーレベル画像を、所定の閾値を基準として、黒(「0」)と白(「1」)の二値に変換する処理を行う工程である。このような工程を経て得られる二値化画像の例を図6(b)に示す。なお、グレーレベル画像を二値化する方法としては、「方向性フーリエ濾過による指紋増進」B.G.Sherlock,D.M.MonroおよびK.Millard;IEEE Proceeding−Vision,Image and Signal Proceeding,141(20):87〜94,1994、及び「指紋画像の増強と特性純化」D.C.Douglas Hung;IEE Trans.On Pattern Recognition,26(11):1661〜1671,1994を参照のこと。二値化により指紋画像を強調することは、ノイズを減らすことや、隆線を鮮明にすることになる。
(3.6. Second binarization step)
In the second binarization step, the binarization circuit uses, for example, a gray level image whose noise has been reduced through a gray level image direction filtering step or the like as black ("0") with a predetermined threshold as a reference. And white (“1”) are converted into binary values. An example of a binarized image obtained through such a process is shown in FIG. As a method for binarizing a gray level image, “Fingerprint enhancement by directional Fourier filtration” G. Sherlock, D.M. M.M. Monro and K.M. Millard; IEEE Proceeding-Vision, Image and Signal Proceeding, 141 (20): 87-94, 1994, and “enhancement and characteristic refinement of fingerprint images” C. Douglas Hung; IEEE Trans. See On Pattern Recognition, 26 (11): 1661-1671, 1994. Emphasizing a fingerprint image by binarization reduces noise and sharpens ridges.

(3.7.細線化工程)
細線化工程では、細線化回路が、第二の二値化工程で得られた二値化画像を細線化する処理を行う工程である。このようにして得られた細線化された指紋画像の例を図6(c)に示す。細線化の方法としては、例えば、二値化された隆線の中心をトレースする方法が挙げられる。このように細線化処理を施すことで、指紋の隆線パターンの骨格が明確になる。
(3.7. Thinning process)
In the thinning process, the thinning circuit performs a process of thinning the binarized image obtained in the second binarization process. An example of a thinned fingerprint image obtained in this way is shown in FIG. Examples of the thinning method include a method of tracing the center of a binarized ridge. By performing the thinning process in this way, the skeleton of the ridge pattern of the fingerprint becomes clear.

(3.8.特徴点抽出工程)
特徴点抽出工程は、例えば、細線化された二値化画像から、特徴点に関する情報(特徴情報)を抽出する工程である。この特徴点抽出工程で抽出される特徴情報の例について以下説明する。図8は、特徴点から特徴情報を抽出するため工程を説明するための図である。図8(a)は、特徴点の端の点と、特徴点上のサンプルポイントの関係を示す図である。図8(b)は、特徴点の端の点と、サンプリングポイント23から抽出されるパラメータの関係を示す図である。
(3.8. Feature point extraction process)
The feature point extraction step is, for example, a step of extracting information about feature points (feature information) from a thinned binary image. An example of feature information extracted in this feature point extraction step will be described below. FIG. 8 is a diagram for explaining a process for extracting feature information from feature points. FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the end points of feature points and sample points on the feature points. FIG. 8B is a diagram showing the relationship between the end points of the feature points and the parameters extracted from the sampling points 23.

(3.8.1.特徴点検索工程)
まずは、特徴抽出部4が、指紋画像から、図2(a)に示されるような分岐点9や、図2(b)に示されるような端点を検索する(特徴点検索工程)。
(3.8.1. Feature point search process)
First, the feature extraction unit 4 searches the fingerprint image for a branch point 9 as shown in FIG. 2A and an end point as shown in FIG. 2B (a feature point search step).

(3.8.2.サンプリングポイント算出工程)
サンプリングポイント算出工程では、特徴抽出部4が、発見した特徴点の端の点22などから、距離D離れている特徴点上の点を第一のサンプリングポイント23として算出し、第一のサンプリングポイント23から、距離D離れている特徴点上の点を第二のサンプリングポイント23とし、以下同様にして、特徴点上の4つのサンプリングポイント23を算出する(サンプリングポイント算出工程)。このようにして特徴点上に算出されたサンプリングポイント23の例を、図8(a)に示す。距離Dは、指紋の大きさと求める精度との兼ね合いで決めればよい。サンプリングポイントの数は、上記の例では4つとしたが、4つに限定されるものではなく、3個〜6個であってもよく、5個であっても良いし、それら以上の個数であっても良い。ただし、あまりにその数が多いと、正確性がやや増すものの、処理に要求される作業メモリも大きくなり、処理時間が長くなる。
(3.8.2. Sampling point calculation step)
In the sampling point calculation step, the feature extraction unit 4 calculates a point on the feature point that is a distance D away from the end point 22 of the found feature point as the first sampling point 23, and the first sampling point 23, a point on the feature point that is a distance D away is set as the second sampling point 23, and in the same manner, four sampling points 23 on the feature point are calculated (sampling point calculation step). An example of the sampling points 23 calculated on the feature points in this way is shown in FIG. The distance D may be determined based on the balance between the fingerprint size and the required accuracy. In the above example, the number of sampling points is four. However, the number is not limited to four, and may be three to six, may be five, or may be more than that. There may be. However, if the number is too large, the accuracy increases slightly, but the working memory required for the processing also increases, and the processing time increases.

(3.8.3.パラメータ算出工程)
パラメータ算出工程では、図8(b)に示されるように、特徴抽出部4が、特徴点の端の点22の位置(Px,Py)、特徴点の端の点22での水平軸に対する隆線方向の角度θ、サンプリングポイント算出工程で算出したサンプリングポイント23を終端とする2つの線分の角(△φ,△φ,△φ)を算出する。図8(b)に示される特徴点に関する情報(MS)は、例えば、次式のようにパラメータ化できる。
(3.8.3. Parameter calculation step)
In the parameter calculation step, as shown in FIG. 8B, the feature extraction unit 4 performs the ridge with respect to the horizontal axis at the position (Px, Py) of the end point 22 of the feature point and the end point 22 of the feature point. The angle θ of the line direction and the angles (Δφ 1 , Δφ 2 , Δφ 3 ) of two line segments that end at the sampling point 23 calculated in the sampling point calculation step are calculated. The information (MS) related to the feature points shown in FIG. 8B can be parameterized as, for example, the following equation.

特徴情報(MS):s=(Px,Py,θ,△φ,△φ,△φCharacteristic information (MS): s = (Px, Py, θ, Δφ 1 , Δφ 2 , Δφ 3 )

なお、登録過程では、複数個の特徴点についてこのようなパラメータ化を行い、それぞれのパラメータをテンプレート6としてデータベース部5に記憶する。以下、本明細書において、テンプレート6として登録された特徴点に関する情報(特徴情報)を「ti」とし、ある個人についてのテンプレートの集合を、「Tm」と表す(1≦i≦m)。すなわち、ある個人についてのテンプレートの数をm個とすれば、「Tm」は「ti」を用いて以下のように表すことができる。 In the registration process, such parameterization is performed for a plurality of feature points, and each parameter is stored in the database unit 5 as a template 6. Hereinafter, in this specification, information (feature information) related to the feature points registered as the template 6 is represented as “t i ”, and a set of templates for a certain individual is represented as “T m ” (1 ≦ i ≦ m). . That is, if the number of templates for an individual is m, “T m ” can be expressed as follows using “t i ”.

Tm={(t1,t2,・・・,tm)| ti∈MS} T m = {(t 1 , t 2 ,..., T m ) | t i ∈MS}

一方、照合のために入力された入力指紋の特徴点についてもパラメータ化を行う。そして、パラメータ化された入力指紋の特徴情報を「sj」とし、入力指紋の特徴情報の集合を、「In」と表す(1≦j≦n)。すなわち、入力指紋の特徴情報の個数をn個とすれば、「In」は「sj」を用いて以下のように表すことができる。 On the other hand, the feature points of the input fingerprint input for collation are also parameterized. The parameterized input fingerprint feature information is represented as “s j ”, and the set of input fingerprint feature information is represented as “I n ” (1 ≦ j ≦ n). That is, if the number of feature information of the input fingerprint is n, “I n ” can be expressed as follows using “s j ”.

In={(s1,s2,・・・,sn)| si∈MS} I n = {(s 1 , s 2 ,..., S n ) | s i ∈ MS}

(3.9.特徴点照合工程)
特徴点照合工程は、登録指紋の特徴情報と、入力指紋の特徴情報を用いて、登録指紋と入力指紋の位置・回転の相違を補正し、補正後の登録指紋と入力指紋の類似度を算出し、登録指紋の所有者と入力指紋の所有者が同一人かどうか判定する工程である。
(3.9. Feature point matching process)
The feature point matching process uses the registered fingerprint feature information and the input fingerprint feature information to correct differences in the position and rotation between the registered fingerprint and the input fingerprint, and calculates the corrected registered fingerprint and input fingerprint similarity. In this step, it is determined whether or not the registered fingerprint owner and the input fingerprint owner are the same person.

(3.9.1.類似度算出方法)
類似度は、例えば上記の「Tm」と、「In」に含まれる対応する特徴点の角度情報(例えば、△φ,△φ,△φ)の類似性を計算することにより求めることができる。各特徴点における特徴情報(t,s∈MS)のtとsとの一対の類似度を算出した値をSim(t,s)とする。
(3.9.1. Similarity calculation method)
The similarity is calculated by, for example, calculating the similarity between the angle information (for example, Δφ 1 , Δφ 2 , Δφ 3 ) of the corresponding feature points included in the above “T m ” and “I n ”. Can be sought. A value obtained by calculating a pair of similarities between t i and s j of the feature information (t i , s j εMS) at each feature point is referred to as Sim (t i , s j ).

(3.9.2.位置概略値算出工程)
第一の位置算出部が、Inに含まれるそれぞれの特徴点について、Tmに含まれる全ての特徴点との類似度を求め、類似度が最大となるペアの位置のずれを累積する。図9は、類似度が最大となる「Tm」と、「In」に含まれる特徴点の位置のずれを表す図である。縦軸は、y軸方向のずれを表し、横軸はx軸方向のずれを表す。なお、図9に、x軸方向、及びy軸方向のずれを所定の範囲ごとに集積したものを棒グラフ(ヒストグラム)で表したもの(HistoX、HistoY)を、あわせて示す。所定の範囲については、画素ごととするのではなく、量子化した値を用いる。そして、第一の位置算出部は、X軸方向のずれと、Y軸方向のずれの最大値を与える値を、登録指紋と入力指紋の位置のずれの概略値として求める(位置概略値算出工程)。なお、第一の位置算出部は、本発明の第一の位置算出手段として機能する。
(3.9.2. Position approximate value calculation step)
The first position calculating unit, for each of the feature points included in the I n, obtains the degree of similarity between all the feature points included in the T m, accumulating the deviation of the position of the pair of similarity is maximized. FIG. 9 is a diagram illustrating a shift in the position of the feature points included in “T m ” where the degree of similarity is maximum and “I n ”. The vertical axis represents the displacement in the y-axis direction, and the horizontal axis represents the displacement in the x-axis direction. FIG. 9 also shows the bar graphs (histograms) (HistoX, HistoY) in which the deviations in the x-axis direction and the y-axis direction are accumulated for each predetermined range. For the predetermined range, a quantized value is used instead of every pixel. Then, the first position calculation unit obtains a value that gives the maximum value of the deviation in the X-axis direction and the deviation in the Y-axis direction as an approximate value of the deviation between the registered fingerprint and the input fingerprint (position approximate value calculation step). ). The first position calculation unit functions as a first position calculation unit of the present invention.

図10は、パラメータ化した特徴点を移動する様子を表す図である。特徴点の端の点(Px,Py)を、(ΔPx,ΔPy)平行移動する様子を図10(a)に示す。特徴点の端の点(Px,Py)を、(ΔPx,ΔPy)平行移動した点(Px',Py')は以下のようにして算出できる。   FIG. 10 is a diagram illustrating how the parameterized feature points are moved. FIG. 10A shows a state where the end point (Px, Py) of the feature point is translated by (ΔPx, ΔPy). The point (Px ′, Py ′) obtained by translating the end point (Px, Py) of the feature point by (ΔPx, ΔPy) can be calculated as follows.

Px'=Px+ΔPx
Py'=Py+ΔPy
Px ′ = Px + ΔPx
Py ′ = Py + ΔPy

(3.9.3.回転概略値算出工程)
位置概略値算出工程の後に、登録指紋と入力指紋の位置と回転の相違を詳細に求めるが、位置概略値算出工程の後に、第一の回転算出部が、前記第一の位置算出部が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を補正した後、前記類似度算出部18を用いて登録指紋の回転と入力指紋との回転の相違をおおまかに求めるものは、本発明の別の実施態様である。
(3.9.3. Calculation of approximate rotation value)
After the position approximate value calculation step, the difference between the position and rotation of the registered fingerprint and the input fingerprint is calculated in detail. After the position approximate value calculation step, the first rotation calculation unit calculates the first position calculation unit. After correcting for the difference between the position of the registered fingerprint and the position of the input fingerprint, and using the similarity calculation unit 18 to roughly determine the difference between the rotation of the registered fingerprint and the rotation of the input fingerprint, Embodiment.

また、特徴点(Px,Py,θ)を(Δθ)回転移動する様子を図10(b)に示す。特徴点(Px,Py,θ)を(Δθ)回転移動した点(Px',Py')は以下のようにして算出できる。   FIG. 10B shows a state in which the feature point (Px, Py, θ) is rotationally moved by (Δθ). The points (Px ′, Py ′) obtained by rotating the feature points (Px, Py, θ) by (Δθ) can be calculated as follows.

Px'=Pxcos(Δθ)−Pysin(Δθ)
Py'=Pxsin(Δθ)+Pycos(Δθ)
Px ′ = Pxcos (Δθ) −Pysin (Δθ)
Py ′ = Pxsin (Δθ) + Pycos (Δθ)

なお、特徴点を平行移動や、回転移動しても、特徴情報のうち、(△φ,△φ,△φ)は、不変である。したがって、これらの角度情報から、類似度を求めることもできる。なお、この回転概略値算出工程は、任意の工程であり、省略しても構わない。 Even if the feature points are translated or rotated, (Δφ 1 , Δφ 2 , Δφ 3 ) of the feature information remains unchanged. Therefore, the degree of similarity can be obtained from the angle information. This approximate rotation value calculation step is an optional step and may be omitted.

(3.9.4.位置算出工程)
位置算出工程では、まず、第二の位置算出部が、前記第一の位置・回転算出部19、又は第一の位置算出部が算出した登録指紋と入力指紋との位置の相違(及び回転の相違)の概略値を補正し、補正後の登録指紋の特徴情報と入力指紋の特徴情報を用いて、前記指紋情報記憶部が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を前記概略値の近傍の前記第一の位置算定部に比べて狭い範囲において詳細に求める。なお、第二の位置算出部は、本発明の第二の位置算出手段として機能する。この位置算出工程においては、例えば、先に求めた位置の相違の概略値を中心として、例えば、10×10画素の領域において、
1画素ごとに、位置をずらしつつSim(t,s)を求める。この位置算出工程において求められる「概略値の近傍」としては、指紋画像の全ての領域にわたるものでなければ、従来の指紋照合方法より少ない作業量ですみ、迅速に照合できるため限定されるものではないが、例えば、9画素以上10000画素以下が挙げられ、好ましくは16画素以上2500画素以下であり、より好ましくは36画素以上、1600画素以下であり、さらに好ましくは49画素以上、900画素以下であり、特に好ましくは81画素以上、121画素以下である。
(3.9.4. Position calculation step)
In the position calculating step, first, the second position calculating unit performs the difference in position between the registered fingerprint calculated by the first position / rotation calculating unit 19 or the first position calculating unit and the input fingerprint (and rotation rotation). The difference between the registered fingerprint position and the input fingerprint position stored in the fingerprint information storage unit is corrected using the corrected registered fingerprint feature information and the input fingerprint feature information. It is obtained in detail in a narrow range compared to the first position calculation unit in the vicinity of the value. Note that the second position calculation unit functions as a second position calculation unit of the present invention. In this position calculation step, for example, in the area of 10 × 10 pixels, for example, with the approximate value of the position difference obtained previously as the center,
Sim (t i , s j ) is obtained for each pixel while shifting the position. The “neighboring approximate value” required in this position calculation process is not limited to the conventional fingerprint verification method, as long as it does not cover all areas of the fingerprint image. However, for example, 9 pixels or more and 10,000 pixels or less are mentioned, preferably 16 pixels or more and 2500 pixels or less, more preferably 36 pixels or more and 1600 pixels or less, and further preferably 49 pixels or more and 900 pixels or less. Yes, particularly preferably 81 pixels or more and 121 pixels or less.

この位置算出工程においては、例えば、ΔPx、及びΔPyの値と、類似度とを含むデータの集合が求められ、それらのうち、最も高い類似度を与える(ΔPx,ΔPy)が最終的に、登録工程と、照合工程とにおける指紋の位置の相違として算定される。   In this position calculation step, for example, a set of data including the values of ΔPx and ΔPy and the similarity is obtained, and among them, (ΔPx, ΔPy) giving the highest similarity is finally registered. It is calculated as the difference in fingerprint position between the process and the verification process.

(3.9.5.回転算出工程)
回転算出工程は、登録工程と、照合工程とにおける指紋の回転の相違を算出する工程である。回転算出工程では、例えば、上記の位置算出工程で求められた登録工程と、照合工程とにおける指紋の位置の相違を補正した後に、登録指紋と入力指紋のデータのいずれかい回転移動を加える補正を施す。その結果、例えば、(Δθ)と、それに対応する類似度の集合が求められ、(Δθ)のうち、最大の類似度を与える(Δθ)が、登録工程と、照合工程とにおける指紋の回転の相違として算定される。なお、(Δθ)の照合のずれの幅は、先の回転概略値算出工程で、回転の相違の概略値を求めていた場合は、小さな角度ずつずらして、類似度を算出すればよい。
(3.9.5. Rotation calculation step)
The rotation calculation step is a step of calculating a difference in fingerprint rotation between the registration step and the collation step. In the rotation calculation process, for example, after correcting the difference in the position of the fingerprint in the registration process obtained in the position calculation process and the collation process, correction for adding any rotation movement of the registered fingerprint and input fingerprint data is performed. Apply. As a result, for example, a set of (Δθ) and the corresponding similarity is obtained, and (Δθ) giving the maximum similarity among (Δθ) is the rotation of the fingerprint in the registration step and the matching step. Calculated as the difference. It should be noted that when the approximate value of the difference in rotation has been obtained in the previous rotation approximate value calculation step, the similarity may be calculated by shifting by a small angle.

(3.9.6.類似度算出工程)
類似度算出工程は、登録指紋の所有者と、照合指紋の所有者の同一性を判定するために、指紋の類似度を算出する工程である。類似度算出工程は、例えば、上記の位置算出工程で求められた登録工程と、照合工程とにおける指紋の位置の相違と、上記の回転算出工程で求められた登録工程と、照合工程とにおける指紋の回転の相違とを補正し、補正後の登録指紋と、照合指紋との類似度を算出する。
(3.9.6. Similarity calculation step)
The similarity calculation step is a step of calculating the fingerprint similarity in order to determine the identity of the registered fingerprint owner and the verification fingerprint owner. The similarity calculation step includes, for example, a difference in fingerprint position between the registration step obtained in the position calculation step and the collation step, a registration step obtained in the rotation calculation step, and a fingerprint in the collation step. And the similarity between the corrected registered fingerprint and the verification fingerprint is calculated.

(3.9.7.判定工程)
判定工程は、上記の類似度算出工程で算出された登録指紋と、照合指紋との類似度に基づき、登録指紋の所有者と、照合指紋の所有者の同一性を判定する工程である。判定工程は、例えば、類似度に関し、所定の閾値を越える場合は、登録指紋の所有者と入力指紋の所有者を同一と判定し、所定の閾値を越えない場合は、登録指紋の所有者と入力指紋の所有者の同一でないと判定するものが挙げられる。
(3.9.7. Determination step)
The determination step is a step of determining the identity of the registered fingerprint owner and the verification fingerprint owner based on the similarity between the registered fingerprint calculated in the similarity calculation step and the verification fingerprint. For example, the determination process determines that the registered fingerprint owner and the input fingerprint owner are the same if the similarity exceeds a predetermined threshold, and if the similarity does not exceed the predetermined threshold, One that determines that the owners of the input fingerprints are not identical.

(4.性能比較)
指紋認識において、登録指紋と入力指紋を照合する際に、それらの位置の相違について概略値を求めず、全ての画素について(ΔPx,ΔPy)をずらした、類似度を求め、その中で最大の類似度を与えるものを位置のずれとし、その上で、登録指紋と入力指紋の回転の相違を求めるアルゴリズムを基本アルゴリズムとする。この照合アルゴリズムは、例えば、以下の表1のように表すことができる。
(4. Performance comparison)
In fingerprint recognition, when comparing a registered fingerprint and an input fingerprint, a rough value is not obtained for the difference in position between them, and (ΔPx, ΔPy) is shifted for all pixels, and a similarity is obtained. An algorithm that determines the difference in rotation between the registered fingerprint and the input fingerprint is used as a basic algorithm. This collation algorithm can be expressed as shown in Table 1 below, for example.

指紋認識において、登録指紋と入力指紋を照合する際に、それらの位置の相違について概略値を求め、その後、特定の範囲の画素について(ΔPx,ΔPy)をずらした類似度を求め、その中で最大の類似度を与えるものを位置のずれとし、その上で、登録指紋と入力指紋の回転の相違を求めるアルゴリズムを小メモリ照合アルゴリズムとする。この照合アルゴリズムは、例えば、以下の表2のように表すことができる。   In fingerprint recognition, when comparing a registered fingerprint and an input fingerprint, an approximate value is obtained for the difference in position between them, and thereafter, a similarity obtained by shifting (ΔPx, ΔPy) for pixels in a specific range is obtained. An algorithm that obtains the maximum similarity is defined as a position shift, and an algorithm for obtaining a difference in rotation between the registered fingerprint and the input fingerprint is referred to as a small memory matching algorithm. This collation algorithm can be expressed as shown in Table 2 below, for example.

以下では、上記の基本アルゴリズムと、小メモリ照合アルゴリズムとの性能の比較を説明する。以下では、指紋画像のサイズを、300×300画素とした。小メモリ照合アルゴリズムでは、△Pxと△Pyは、それぞれ8画素へ量子化されることとした。小メモリ照合アルゴリズムでは、△θを32方向へ量子化した。入力指紋の特徴点と登録指紋のテンプレートの数を25個とした。小メモリ照合アルゴリズムのX軸、Y軸方向に、それぞれ11個に分割した。指紋照合システムの周波数を100MHzとし、回転Sjの処理時間を200クロック周期、メモリ算出を別のものに更新する処理時間を140クロック周期、ピーク値を捜すときに1アイテムを点検する処理時間を15クロック周期で実行中とする。上記のような前提に基づき、基本アルゴリズムと、小メモリ照合アルゴリズムとの性能を比較したものを以下の表3に示す。   In the following, the performance comparison between the basic algorithm and the small memory matching algorithm will be described. In the following, the size of the fingerprint image is set to 300 × 300 pixels. In the small memory matching algorithm, ΔPx and ΔPy are each quantized to 8 pixels. In the small memory matching algorithm, Δθ is quantized in 32 directions. The number of feature points of the input fingerprint and the number of registered fingerprint templates was 25. Each was divided into 11 pieces in the X-axis and Y-axis directions of the small memory verification algorithm. The frequency of the fingerprint verification system is 100 MHz, the processing time of the rotation Sj is 200 clock cycles, the processing time for updating the memory calculation to another is 140 clock cycles, and the processing time for checking one item when searching for the peak value is 15 Executed in the clock cycle. Table 3 below shows a comparison of the performance of the basic algorithm and the small memory matching algorithm based on the above assumption.

表3から、本発明の計算機システムに採用されるアルゴリズムである小メモリ照合アルゴリズムによれば、少ない作業メモリですみ、かつ作業時間も短縮できることがわかる。   From Table 3, it can be seen that the small memory verification algorithm, which is an algorithm employed in the computer system of the present invention, requires less work memory and can shorten the work time.

本発明の指紋照合のための計算機システムは、少ないメモリですみ、しかも高速に精度よく指紋を照合できるので、指紋照合つきICチップ、カード、コンピュータネットワーク、銀行用カード、携帯電話、住宅へのアクセス装置など指紋照合を用いる様々なものに用いることができる。   The computer system for fingerprint collation according to the present invention requires less memory and can collate fingerprints at high speed and with high accuracy, so access to IC chips with fingerprint collation, cards, computer networks, bank cards, mobile phones, and homes. It can be used for various devices such as devices that use fingerprint verification.

図1は、指紋照合システムの例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a fingerprint collation system. 図2は、指紋の特徴点の例を示す図である。図2(a)は分岐点、図2(b)は端点を特徴点とする指紋の一部を示す図である。なお、図2(c)は、特徴点を含む指紋を表す図面に代わる写真である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of feature points of a fingerprint. FIG. 2A is a diagram showing a part of a fingerprint having a branch point and FIG. 2B a feature point being an end point. FIG. 2C is a photograph replacing a drawing showing a fingerprint including feature points. 図3は、本発明の指紋照合システムの一実施態様を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the fingerprint matching system of the present invention. 図4は、本発明の照合部の例を説明するためのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram for explaining an example of the collation unit of the present invention. 図5に、本発明の指紋照合システムの例を示す。FIG. 5 shows an example of the fingerprint collation system of the present invention. 図6は、前処理を施す前後における指紋を表す図面に変わる写真である。図6(a)は、グレーレベルの指紋画像、図6(b)は、黒と白とに二値化された二値化画像の指紋画像、図6(c)は、細線化された指紋画像を表す。FIG. 6 is a photograph in place of a drawing showing fingerprints before and after pre-processing. 6A is a gray level fingerprint image, FIG. 6B is a binary image fingerprint image binarized into black and white, and FIG. 6C is a thinned fingerprint image. Represents an image. 図7は、本発明の指紋照合システムを用いた指紋照合方法の例を示すチャートである。FIG. 7 is a chart showing an example of a fingerprint collation method using the fingerprint collation system of the present invention. 図8は、特徴点から特徴情報を抽出するため工程を説明するための図である。図8(a)は、特徴点の端の点と、特徴点上のサンプルポイントの関係を示す図である。図8(b)は、特徴点の端の点と、サンプリングポイントから抽出されるパラメータの関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram for explaining a process for extracting feature information from feature points. FIG. 8A is a diagram showing the relationship between the end points of feature points and sample points on the feature points. FIG. 8B is a diagram illustrating the relationship between the end points of the feature points and the parameters extracted from the sampling points. 図9は、類似度が最大となる「Tm」と、「In」に含まれる特徴点の位置のずれを表す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a shift in the position of the feature points included in “T m ” where the degree of similarity is maximum and “I n ”. 図10は、パラメータ化した特徴点を移動する様子を表す図である。図10(a)は、(位置の相違を補正する)平行移動を表し、図10(b)は回転移動を表す。FIG. 10 is a diagram illustrating how the parameterized feature points are moved. FIG. 10 (a) represents a parallel movement (correcting the position difference), and FIG. 10 (b) represents a rotational movement.

符号の説明Explanation of symbols

1 指紋照合システム
2 指紋センサ
3 前処理部
4 特徴抽出部
5 データベース部
6 テンプレート
7 照合部
8 外部表示部
9 指紋の分岐点
10 指紋の端点
11 計算機システム
12 入出力ポート
13 読み出し専用メモリ
14 作業メモリ
15 照合部
16 バイパス
17 記憶部
18 類似度算出部
19 第一の位置・回転算出部
20 第二の位置・回転算出部
21 判定部
22 特徴点の端の点
23 サンプリングポイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fingerprint collation system 2 Fingerprint sensor 3 Preprocessing part 4 Feature extraction part 5 Database part 6 Template 7 Collation part 8 External display part 9 Fingerprint branch point 10 Fingerprint end point 11 Computer system 12 Input / output port 13 Read-only memory 14 Work memory DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Collation part 16 Bypass 17 Memory | storage part 18 Similarity calculation part 19 1st position / rotation calculation part 20 2nd position / rotation calculation part 21 Judgment part 22 End point of feature point 23 Sampling point

Claims (6)

指紋の特徴点に関する情報を入力する入力手段と、
前記入力手段によって入力された登録指紋の特徴点に関する情報と、前記入力手段によって入力された入力指紋の特徴点に関する情報とを記憶する指紋情報記憶手段と、
前記登録指紋の特徴点に関する情報と前記入力指紋の特徴点に関する情報から、これら2つの指紋の類似度を求める類似度算出手段と、
前記類似度算出手段を用いて前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値を求める第一の位置算出手段と、前記第一の位置算出手段が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を補正した後、前記類似度算出手段を用いて登録指紋の回転と入力指紋との回転の相違の概略値を求める第一の回転算出手段と、を含み、登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の概略値を求める第一の位置・回転算出手段と、
前記第一の位置・回転算出手段が算出した登録指紋と入力指紋との位置の相違及び回転の相違の概略値と前記類似度算出手段を用いて、前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違を前記概略値の近傍の前記第一の位置算定手段に比べて狭い範囲において詳細に求める第二の位置算出手段と、前記第二の位置算出手段が算出した登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違に関する情報と前記類似度算出手段を用いて、前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の回転と入力指紋の回転との相違を前記概略値の近傍において、前記第一の回転算定手段に比べて狭い範囲において詳細に求める第二の回転算定手段とを含み、登録指紋と入力指紋との位置の相違、及び回転の相違の詳細な値を求める第二の位置・回転算出手段と、
前記第二の位置・回転算出手段が算出した登録指紋と入力指紋との位置及び回転の相違を補正し、補正後の位置、及び回転において、前記類似度算定手段により類似度を算定し、算定された類似度に従って、登録指紋の所有者と、入力指紋の所有者が同一人であるかどうか判断する判定手段と、
前記判定手段が判定した判定結果を出力する出力手段と、
を具備した指紋照合を行う指紋照合のための計算機システム。
An input means for inputting information about the feature points of the fingerprint;
Fingerprint information storage means for storing information on feature points of the registered fingerprint input by the input means and information on feature points of the input fingerprint input by the input means;
A similarity calculation means for obtaining a similarity between these two fingerprints from information related to the feature points of the registered fingerprint and information related to the feature points of the input fingerprint;
First position calculating means for obtaining an approximate value of a difference between a registered fingerprint position stored in the fingerprint information storing means and an input fingerprint position using the similarity calculating means, and the first position calculating means A first rotation calculating means for correcting a difference between the position of the registered fingerprint and the position of the input fingerprint, and obtaining an approximate value of the difference between the rotation of the registered fingerprint and the rotation of the input fingerprint using the similarity calculating means; A first position / rotation calculating means for obtaining an approximate value of a difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint and a difference in rotation;
Using the approximate value of the position difference and the rotation difference between the registered fingerprint and the input fingerprint calculated by the first position / rotation calculation means and the similarity calculation means, the registered fingerprint stored in the fingerprint information storage means The second position calculation means, which calculates the difference between the position and the position of the input fingerprint in a narrower range than the first position calculation means in the vicinity of the approximate value, and the second position calculation means Using the information on the difference between the position of the registered fingerprint and the position of the input fingerprint and the similarity calculation means, the difference between the rotation of the registered fingerprint and the rotation of the input fingerprint stored in the fingerprint information storage means is in the vicinity of the approximate value. A second rotation calculation means for obtaining a detailed value in a narrower range than the first rotation calculation means, and for obtaining a detailed value of a difference in position between the registered fingerprint and the input fingerprint and a difference in rotation. Second position / rotation And it means out,
The position and rotation difference between the registered fingerprint and the input fingerprint calculated by the second position / rotation calculation means is corrected, and the similarity is calculated by the similarity calculation means at the corrected position and rotation. A determination means for determining whether the owner of the registered fingerprint and the owner of the input fingerprint are the same person according to the similarity degree,
Output means for outputting the determination result determined by the determination means;
A computer system for fingerprint verification that performs fingerprint verification.
前記第一の位置・回転算出手段の代わりに、前記類似度算出手段を用いて前記指紋情報記憶手段が記憶する登録指紋の位置と入力指紋の位置との相違の概略値を求める第一の位置算出手段を具備する、請求項1に記載の計算機システム。   Instead of the first position / rotation calculation means, a first position for obtaining an approximate value of the difference between the registered fingerprint position and the input fingerprint position stored in the fingerprint information storage means using the similarity calculation means The computer system according to claim 1, further comprising a calculation unit. 前記指紋の特徴点は、端点、及び分岐点のいずれか又は両方であり、
前記特徴抽出手段が抽出する前記指紋の特徴点に関する情報は、特徴点の端の点の位置情報、及び、特徴点上に所定の間隔を有するように設けられたサンプリングポイントを主点とする線同士のなす角に関する情報である請求項1又は請求項2に記載の計算機システム。
The feature points of the fingerprint are either or both of end points and branch points,
The information related to the feature points of the fingerprint extracted by the feature extraction means includes the position information of the end points of the feature points, and a line whose main point is a sampling point provided at a predetermined interval on the feature points. The computer system according to claim 1, wherein the computer system is information relating to an angle formed by each other.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の計算機システムを具備する指紋照合システム。   The fingerprint collation system which comprises the computer system in any one of Claims 1-3. 指紋センサが読み取りデジタル化された指紋情報からノイズを除去するフィルタ部と、フィルタ部でノイズを除去された指紋情報を二値化する二値化回路と、二値化回路により二値化された指紋情報を細線化する細線化部とを含む前処理部と、
前記前処理部が処理した指紋画像情報から、指紋の特徴点に関する情報を抽出する特徴抽出部と、
前記特徴抽出部が抽出した指紋の特徴点に関する情報を記憶するデータベース部と、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の計算機システムと、を具備する指紋照合システム。
Fingerprint sensor read and digitized filter information to remove noise, binarization circuit to binarize fingerprint information from which noise has been removed by filter section, and binarization by binarization circuit A preprocessing unit including a thinning unit for thinning fingerprint information;
A feature extraction unit that extracts information about feature points of the fingerprint from the fingerprint image information processed by the preprocessing unit;
A database unit for storing information on feature points of the fingerprint extracted by the feature extraction unit;
A fingerprint verification system comprising: the computer system according to any one of claims 1 to 3.
請求項4又は請求項5に記載の指紋照合システムを含む携帯電話。
A mobile phone including the fingerprint matching system according to claim 4 or 5.
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