JP2001344606A - 画像デ―タ照合方法及び画像デ―タ照合装置並びに画像デ―タ照合プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

画像デ―タ照合方法及び画像デ―タ照合装置並びに画像デ―タ照合プログラムを記憶した記憶媒体

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JP2001344606A
JP2001344606A JP2001071696A JP2001071696A JP2001344606A JP 2001344606 A JP2001344606 A JP 2001344606A JP 2001071696 A JP2001071696 A JP 2001071696A JP 2001071696 A JP2001071696 A JP 2001071696A JP 2001344606 A JP2001344606 A JP 2001344606A
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JP2001071696A
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Koji Takeda
恒治 竹田
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Casio Computer Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分に鮮明ではない画像のデータであっても
照合の精度を維持できるようにする画像データの照合方
法を提供する。 【解決手段】 定義部3は、画像データの照合時に、第
1の画像データ1aに複数の領域を定義する。抽出部4
は、定義部3で定義された複数の領域の各々について、
その領域と最大の相関関係を有する領域である最大相関
領域を第2の画像データ1bから抽出する。定義部3で
定義された領域と、その領域に対応して抽出部4で抽出
された最大相関領域とは文字通り最大の相関関係を有し
ているのであるから、その両者の領域に含まれる画像は
同一の特徴図形を有していると推定することができる。
判定部5は、定義部3で定義された複数の領域相互の位
置関係と、抽出部4で抽出された最大相関領域相互の位
置関係とを各々調べ、両者の位置関係の相違に基づいて
両画像データの類似の程度を判定し、判定結果2を出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像データを照合
する技術に関し、特に、十分に鮮明ではない画像のデー
タであっても画像の照合の精度を維持できるようにする
技術に関し、例えば指紋画像データの照合等に適するも
のである。
【0002】
【従来の技術】データベース等に予め登録されている被
験者の指紋の画像のデータ(以下、「登録指紋」とい
う)と、イメージセンサ等により今回取得した被験者の
指紋の画像のデータ(以下、「照合指紋」という)とを
照合して、被験者の個人確認を行なう指紋照合装置とい
うものがある。
【0003】従来の指紋照合装置で行われている指紋照
合の方法の一例を、図6に示す照合指紋の例を用いて説
明すると、その手順は以下のようになる。 照合指紋を、図6(a)に示すような濃淡について
の多階調画像のデータ(以下、「多階調照合指紋」とい
う)として取得する。 多階調照合指紋を、内挿等のデータの二次処理を何
ら行なわずに単純に2値化し、図6(b)に示すような
2値化画像のデータ(以下、「2値化照合指紋」とい
う)を得る。 2値化照合指紋から、指紋を構成している皺の分岐
点や端点などの特徴点を抽出する。これらの特徴点は、
特徴図形、あるいはマヌーシャなどと呼ばれている。 抽出された特徴図形と、登録指紋の特徴図形との位
置関係を比較して両者の同一性を判定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図6に示した照合指紋
は、皺の「山」と「谷」との差が明瞭であり、特徴図形
の抽出が良好に行なえるので、前述の方法でも満足でき
る指紋照合が行なえる。
【0005】ところが、図7(a)に示すような不鮮明
な多階調照合指紋に対しては、前述の方法では指紋照合
の精度が著しく低下してしまう問題を有している。
【0006】図7(a)の多階調照合指紋についての2
値化照合指紋を図7(b)に示す。図6(b)と図7
(b)とを参照すれば、図7について前述の方法で指紋
照合を行なっても十分な精度が得られないことは容易に
理解できるはずである。
【0007】指紋画像が図7に示すように不鮮明になっ
てしまうのは、以下に示す原因が考えられる。 1.被験者の指紋の皺の「谷」が浅い。 2.被験者の皮膚が柔らかいため、指紋の皺の「山」が
つぶれてしまう。
【0008】上記の原因は皮膚の個人差に起因するもの
が多い。このような指紋を持つ人の割合は数パーセント
のオーダーではあるが、この値は、正しい本人を拒否し
たり他人を本人と誤認定するといった指紋照合の失敗の
率として0.1パーセント程度が要求されている現状を
考慮すれば、無視できないほどの大きな値である。ま
た、その他の原因として、怪我などにより指紋を傷つけ
てしまった場合なども考えられる。
【0009】以上の問題を鑑み、十分に鮮明ではない画
像のデータであっても照合の精度を維持できるようにす
る画像データの照合方法を提供することが本発明が解決
しようとする課題である。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、第1の画像を構成する画像データと第2の画像を
構成する画像データとを照合して両者の画像の類似の程
度を判定する本発明の画像データ照合方法では、前記第
1の画像に複数の領域を定義し、前記複数の領域の各々
について、該領域と最大の相関関係を有する最大相関領
域を前記第2の画像から抽出し、前記複数の領域相互の
位置関係と前記最大相関領域相互の位置関係との相違に
基づいて、前記類似の程度を判定する、ことを特徴とす
るものである。
【0011】図1は、本発明の原理構成を示す図であ
る。同図は、第1の画像データ1aと第2の画像データ
1bとを照合して両者の構成する画像の類似の程度を判
定し、その結果を判定結果2として出力するものであ
る。
【0012】第1の画像データ1aは、例えば、データ
ベース等に予め登録されている画像データであり、前述
した指紋照合装置の例に当てはめれば、例えば登録指紋
に相当するものである。
【0013】第2の画像データ1bは、例えば、イメー
ジセンサなどを用いて取得する画像データであり、前述
した指紋照合装置の例に当てはめれば、例えば照合指紋
に相当するものである。
【0014】なお、この第1及び第2の画像データ(1
a、1b)と登録指紋及び照合指紋との関係は、入れ替
えてもよい。
【0015】定義部3は、第1の画像データ1aで構成
される第1の画像に複数の領域を定義するものである。
これらの領域の定義は任意であり、同一でなければ、例
えば領域間で重なり合う部分を含んでいても良い。
【0016】抽出部4は、定義部3で定義された複数の
領域の各々について、その領域と最大の相関関係を有す
る領域である最大相関領域を、第2の画像データ1bで
構成される第2の画像から抽出するものである。
【0017】判定部5は、定義部3により定義された複
数の領域相互の位置関係と、抽出部4により抽出された
最大相関領域相互の位置関係とを各々調べ、両者の位置
関係の相違に基づいて、第1の画像データ1aと第2の
画像データ1bとの類似の程度を判定して判定結果2を
出力するものである。
【0018】図1の構成において、定義部3により定義
された領域と、その領域に対応して抽出部4により抽出
された最大相関領域とは文字通り最大の相関関係を有し
ているのであるから、このことを前述の指紋照合装置の
例に当てはめて考えれば、図7のような不鮮明な照合指
紋であっても、その両者の領域に含まれる画像は同一の
特徴図形を有していると推定することができる。
【0019】従って、定義部3により定義された複数の
領域相互の位置関係と、抽出部4により抽出された最大
相関領域相互の位置関係との相違の大小を判定部5が把
握することにより、第1の画像データ1aと第2の画像
データ1bとの類似の程度が判定でき、十分に鮮明では
ない画像の画像データであっても照合の精度を維持する
ことが可能となるのである。
【0020】なお、第1及び第2の画像データは、2値
化画像データでも判定可能ではあるが、相関関係の大小
を判断する材料になり得るので、多階調画像データの方
が好適である。
【0021】なお、上述した本発明の方法及び本発明の
方法を実施する装置に加え、上述した本発明の方法をコ
ンピュータに行なわせるプログラムを記憶したコンピュ
ータ読み取り可能な記憶媒体も本発明に含まれる。ここ
でいう記憶媒体としては、例えば、コンピュータに内蔵
されているROMやハードディスク装置などの記憶装
置、コンピュータに外付けされる付属装置としてのこれ
らの記憶装置、コンピュータとネットワーク接続される
他のコンピュータに付属する前述の記憶装置、あるい
は、フロッピー(登録商標)ディスク、MO(光磁気デ
ィスク)、CD−ROM、DVD−ROMなどといった
可搬型の記憶媒体、等がある。
【0022】また、図1において、定義部3が第1の画
像に複数の領域を定義する前に第1の画像に1つの基準
領域を定義して、抽出部4がその基準領域と最大の相関
関係を有する最大相関基準領域を第2の画像から抽出す
るようにし、そして、定義部3による複数の領域の定義
は基準領域の位置を基準として定義し、抽出部4による
最大相関基準領域の抽出は第2の画像においての最大相
関基準領域に基づいた範囲の画像から抽出するようにし
てもよい。
【0023】このようにした場合、基準領域と最大相関
基準領域とは文字通り最大の相関関係を有している。従
って、基準領域の位置を基準として定義された複数の領
域に対応して抽出される最大相関基準領域について、抽
出部4が抽出対象とする第2の画像の範囲は、最大相関
基準領域に基づいた範囲に限定することができる。抽出
対象とする画像の範囲が減少するので、その結果、抽出
部4で行われる最大相関領域の抽出のための処理負担を
減少させることができるのである。
【0024】また、図1において、判定部5による両画
像の類似の程度の判定は、定義部3により定義された複
数の領域各々の基準とする点の相互距離と、抽出部4に
より抽出された最大相関領域各々の基準とする点の相互
距離と、の相違に基づいて判定するようにしても良い。
【0025】このように、各領域の位置関係の相違を各
領域の基準点の相互距離の相違として把握することによ
り、判定部5で行われる判定のための処理負担を減少さ
せることができる。
【0026】また、図1において、抽出部4による最大
相関領域の抽出は、定義部3により定義された複数の領
域の各々について、その定義された領域から選択した画
素で構成する領域と最大の相関関係を有する領域を抽出
するようにしてもよい。
【0027】定義部3により定義された領域から選択し
た画素で構成する領域は、その定義された領域に含まれ
ている画素の一部を間引いたもので構成した領域と考え
ることができる。画素の一部を間引いたもので構成した
このような領域に対応する最大相関領域の抽出を抽出部
4で行なうようにしても、要求される判定の精度を判定
の結果が判定部5で維持できるのであれば、抽出部4で
行われる最大相関領域の抽出のための処理負担を減少さ
せることができるので、有益である。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0029】なお、ここでは、前述の指紋照合装置で本
発明を実施した場合の形態について説明する。
【0030】図2は、本発明を実施する指紋照合装置の
構成を示す図である。この装置は、CPU11、記憶装
置12、RAM13、イメージ読み取り装置14、表示
部15、入力部16、より構成され、バス17を介して
相互に接続されている。
【0031】CPU11は、記憶装置12に格納されて
いる制御プログラムに従って、RAM13をワークエリ
アとして使用しながら、この指紋照合装置(以下、「本
装置」という)全体の動作を制御する中央演算処理装置
である。CPU11は、制御プログラムを実行すること
により、図1に示した定義部3、抽出部4、及び判定部
5に相当する処理である後述の指紋照合処理を行なう。
【0032】記憶装置12は、ROMやハードディスク
装置等で構成し、本装置の電源投入直後にCPU11に
より読み出される前述の制御プログラムを予め格納して
いる他に、図1に示した第1の画像データ1aに相当す
る被験者の登録指紋を予め格納している。
【0033】RAM13は、前述の制御プログラムを実
行する際にCPU11が使用するワークメモリである。
【0034】イメージ読み取り装置14は、図1に示し
た第2の画像データ1bに相当する被験者の照合指紋を
取得するための装置であり、例えば、イメージスキャナ
装置やCCD(電荷結合素子)などのイメージセンサで
ある。
【0035】表示部15は、図1に示した判定結果2に
相当する照合の判定結果を表示する、例えばCRTや液
晶などといったディスプレイ装置である。
【0036】入力部16は、本装置の使用者が照合指紋
の取得指示や後述の指紋照合処理の開始をCPU11に
指示するための、例えばキーボード装置などの入力装置
である。
【0037】なお、本装置の構成は標準的なコンピュー
タが備えている構成と大差なく、従って、このようなコ
ンピュータで本装置の機能を実現することも可能であ
る。そのためには、例えば、後述する指紋照合処理に相
当する処理をコンピュータに行なわせる指紋照合処理プ
ログラムを記憶した前述の記憶媒体から、その指紋照合
処理プログラムをその記憶媒体に応じたコンピュータの
有する読取装置で読み取らせて例えば主記憶に一時記憶
させ、そしてそのコンピュータに備えられている中央処
理装置に実行させればよい。
【0038】次に、CPU11が行なう制御について説
明する。
【0039】図3は、CPU11が前述の制御プログラ
ムを実行することにより実現される本装置全体の制御処
理のうち、本発明に特に関係する指紋照合処理の処理内
容を示すフローチャートである。同図において、ステッ
プS101、ステップS104の処理内容が図1の定義
部3により行われる処理に相当し、また、ステップS1
02〜S103、ステップS106の処理内容が抽出部
4に、更に、ステップS108〜S109の処理が判定
部5により行われる処理にそれぞれ相当する。
【0040】図4は、指紋照合処理の説明に用いる指紋
の画像の例である。同図(a)は記憶装置12に予め格
納されている被験者の登録指紋を示し、同図(b)はイ
メージ読み取り装置14により取得された被験者の照合
指紋を示している。また、同図の両画像は、多階調画像
であるとする。
【0041】図5は、CPU11が指紋照合処理を行な
うときのRAM13の使用状況を示す、指紋照合処理に
関するメモリマップである。
【0042】以下、CPU11により行われる指紋照合
処理を図3に沿い、図4及び図5を参照しながら説明す
る。
【0043】指紋照合処理の開始指示が入力部16にな
されると、まず、図4(a)に示すように、登録指紋の
画像に矩形領域Kを定義する(ステップS101)。こ
の矩形領域Kの大きさは要求される指紋照合の照合精度
が得られる限り任意でよい。
【0044】次に、図4(b)に示すように、照合指紋
の画像上に矩形領域Kと同一の形状・大きさの矩形領域
を設定し、その矩形領域を画素単位で2次元的に移動さ
せ、その矩形領域と矩形領域Kとの間の相関係数を移動
の度に算出する。その結果、相関係数が最大となったと
きの位置の矩形領域を矩形領域KRとする(ステップS
102)。なお、相関係数の算出については後述する。
【0045】ここで、矩形領域Kと矩形領域KRの画像
上の位置を特定する基準となる座標、例えば両矩形の左
上端の頂点の座標を取得し、それぞれK(X0、Y
0)、KR(XR0、YR0)として図5に示すRAM
13の所定の領域にそれぞれ記憶させる(ステップS1
03)。
【0046】次に、図4(a)に示すように、登録指紋
の画像に、矩形領域Kの各頂点が中心となるような矩形
領域P1〜P4を定義する(ステップS104)。な
お、ここで定義する矩形領域の配置は任意であり、ま
た、この矩形領域の数も4個に限定されるものではな
く、要求される指紋照合の照合精度が得られる限り任意
でよい。また、ここで定義する矩形領域の大きさも同様
に任意でよい。
【0047】そして、矩形領域KRの抽出と同様に、図
4(b)に示すように、矩形領域P1〜P4の1つずつ
(以下、Pi(i=1、2、3、4)と代表して示す)
において、矩形領域Piと同一の大きさの矩形領域を照
合指紋の画像上に設定し、その矩形領域を画素単位で2
次元的に移動させ、その矩形領域と矩形領域Piとの間
の相関係数を移動の度に算出する。その結果、最大の相
関係数が得られたときの位置の矩形領域を矩形領域PR
iとし、矩形領域Piと矩形領域PRiとの画像上の位
置を特定する基準となる座標、例えば両矩形の左上端の
頂点の座標を取得し、それぞれPi(Xi、Yi)、P
Ri(XRi、YRi)として図5に示すRAM13の
所定の領域にそれぞれ記憶させる(ステップS105〜
S107)。
【0048】その後、KとPiとの相対距離と、KRと
PRiとの相対距離と、の違いΔiを、次式に基づいて
全てのi(=1、2、3、4)について算出する(ステ
ップS108)。
【0049】
【数1】
【0050】そして、算出された全てのΔiが所定値内
に収まるか否かを判定し、全てが収まれば登録指紋と照
合指紋とは一致すると判定し、一方、そうでない場合に
は登録指紋と照合指紋とは一致しないと判定し、判定結
果を表示部15に表示させる(ステップS109)。な
お、ここで用いられる所定値は、例えば、複数人より取
得した指紋画像データよりΔiを実際に計算し、その計
算結果の分布に基づいて所望の照合精度が得られる値と
する。
【0051】以上までの処理が、指紋照合処理である。
なお、説明した指紋照合処理においては、K、KR、P
1〜P4、PR1〜PR4の各領域を矩形領域としてい
たが、これらの領域の形状は矩形に限らず、任意でよ
い。また、KとKR、及びP1〜P4とPR1〜PR4
の大きさ・形状は同一であることが望ましいが、多少の
違いがあったとしても、要求される指紋照合の照合精度
が得られる限り許容できる。
【0052】また、照合判定においては、前述した処理
におけるΔiを評価する方法の他に、例えばPiを頂点
として形成される図形とPRiを頂点として形成される
図形との、形状、あるいは面積の違いに基づく判定な
ど、様々な方法を採用することも可能である。
【0053】次に、図3に示した指紋照合処理のステッ
プS102やステップS106で用いられる相関係数の
算出について説明する。なお、ここでは、矩形領域Aと
矩形領域Bとの間の相関係数の算出について説明する。
【0054】まず、矩形領域Aと矩形領域Bのそれぞれ
に含まれる画素をそれぞれ、A(i、j)、B(m、
n)とする。但し、矩形領域Aと矩形領域Bのそれぞれ
に含まれる画素の総数は等しくする。また、これらの画
素についての濃淡を示す多階調値である信号強度をそれ
ぞれXij、Ymnとする。
【0055】これらの信号強度を一般化してZpqと表し
たとき、以下の式を定義する。
【0056】
【数2】
【0057】上式において、Nはその矩形領域に含まれ
る画素の総数を示す。また、上式において、Σはその矩
形領域に含まれる画素の全てについての総和であること
を示す。つまり、上式はその矩形領域に含まれる画素に
ついての信号強度の平均値を示すものである。
【0058】次に、以下の式を更に定義する。
【0059】
【数3】
【0060】上式はその矩形領域に含まれる画素につい
ての信号強度の2乗平均値を示すものである。
【0061】ここで、矩形領域Aと矩形領域Bとの間の
相関係数CABは、前述の式の定義を用いて表される次式
により算出できる。
【0062】
【数4】
【0063】上式を用いて領域間の相関係数を算出す
る。
【0064】なお、上式による相関係数の算出において
は、矩形領域内の全ての画素の信号強度を用いて算出す
る代わりに、例えば、その矩形領域内の任意の1列の線
上に並ぶ画素のみを用いての算出、その矩形領域内の一
部の領域に含まれる画素のみを用いての算出、あるい
は、その矩形領域内から任意に間引いて選択した画素の
みを用いての算出であっても、要求される指紋照合の照
合精度が得られるのであれば問題はない。このような算
出手法を用いると、相関係数算出の対象とする画素数が
減少するので計算量が削減されるので、有益である。ま
た、他の相関係数の算出法を前述の指紋照合処理に採用
してもよい。
【0065】
【発明の効果】本発明は、以上詳細に説明したように構
成されているので、十分に鮮明ではない画像のデータで
あっても照合の精度を維持できるようにする画像データ
の照合方法を提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理構成を示す図である。
【図2】本発明を実施する指紋照合装置の構成を示す図
である。
【図3】指紋照合処理の処理内容を示すフローチャート
である。
【図4】指紋照合装置の説明に用いる指紋の画像の例を
示す図である。
【図5】指紋照合処理に関するRAMのメモリマップを
示す図である。
【図6】従来技術の説明に用いる指紋の画像の例を示す
図である。
【図7】従来技術の抱える問題点の説明に用いる指紋の
画像の例を示す図である。
【符号の説明】
1a 第1の画像データ 1b 第2の画像データ 2 判定結果 3 定義部 4 抽出部 5 判定部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被験者に関する登録された登録画像デー
    タと照合時に読み取った照合画像データとを比較するこ
    とで被験者の同一性を判定する画像データ照合方法であ
    って、 照合時に、前記登録画像データまたは照合画像データの
    一方に予め配置関係が定められた複数の所定の領域を定
    義し、前記複数の領域の各々について、当該領域と最大
    の相関関係を有する最大相関領域を前記他方の画像デー
    タから抽出し、前記複数の領域相互の位置関係と前記最
    大相関領域相互の位置関係との相違に基づいて被験者の
    同一性を判定する、ことを特徴とする画像データ照合方
    法。
  2. 【請求項2】 照合時において、前記複数の領域を定義
    する前に、1つの基準領域を一方の画像に定義し、前記
    基準領域と最大の相関関係を有する最大相関基準領域を
    前記他方の画像から抽出し、前記複数の領域の定義は、
    前記基準領域の位置を基準として定義し、前記最大相関
    領域の抽出は、前記他方の画像における前記最大相関基
    準領域に基づいた範囲の画像データから抽出する、こと
    を特徴とする請求項1に記載の画像データ照合方法。
  3. 【請求項3】 前記複数の領域は、前記基準領域を囲む
    ように配置されて定義されることを特徴とする請求項2
    に記載の画像データ照合方法。
  4. 【請求項4】 被験者に関する登録された登録画像デー
    タと照合時に読み取った照合画像データをとを比較する
    ことで被験者の同一性を判定する画像データ照合装置で
    あって、 被験者の指紋画像データを読み取る読み取り手段と、 照合時に、前記登録画像データまたは照合画像データの
    一方に予め配置関係が定められた複数の所定の領域を定
    義し、前記複数の領域の各々について、該領域と最大の
    相関関係を有する最大相関領域を前記他方の画像から抽
    出し、前記複数の領域相互の位置関係と前記最大相関領
    域相互の位置関係との相違に基づいて被験者の同一性を
    判定する判定手段、を有することを特徴とする画像デー
    タ照合装置。
  5. 【請求項5】 前記判定手段は、前記複数の領域を定義
    する前に、1つの基準領域を一方の画像に定義し、前記
    基準領域と最大の相関関係を有する最大相関基準領域を
    前記他方の画像から抽出し、前記複数の領域の定義は、
    前記基準領域の位置を基準として定義し、前記最大相関
    領域の抽出は、前記他方の画像における前記最大相関基
    準領域に基づいた範囲の画像から抽出する、ことを特徴
    とする請求項4に記載の画像データ照合装置。
  6. 【請求項6】 前記複数の領域は、前記基準領域を囲む
    ように配置されて定義されることを特徴とする請求項5
    に記載の画像データ照合装置。
  7. 【請求項7】 コンピュータを、被験者に関する登録さ
    れた登録画像データと照合時に読み取った照合画像デー
    タとを比較することで被験者の同一性を判定する画像デ
    ータ照合装置として機能させるプログラムが記録された
    コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、コンピ
    ュータに対して、 照合時に、前記登録画像データまたは照合画像データの
    一方に予め配置関係が定められた複数の所定の領域を定
    義させ、前記複数の領域の各々について、当該領域と最
    大の相関関係を有する最大相関領域を前記他方の画像デ
    ータから抽出させ、前記複数の領域相互の位置関係と前
    記最大相関領域相互の位置関係との相違に基づいて被験
    者の同一性を判定させる画像データ照合プログラムを記
    憶した記憶媒体。
  8. 【請求項8】 前記第1の画像に複数の領域を定義させ
    る前に、該第1の画像に1つの基準領域を定義させ、前
    記基準領域と最大の相関関係を有する最大相関基準領域
    を前記第2の画像から抽出させることを特徴とする請求
    項7に記載の画像データ照合プログラムを記憶した記憶
    媒体。
  9. 【請求項9】 前記複数の領域は、前記基準領域を囲む
    ように配置されて定義されることを特徴とする請求項8
    に記載の画像データ照合プログラムを記憶した記憶媒
    体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005091358A (ja) * 2003-09-12 2005-04-07 Leica Microsystems Nussloch Gmbh 組織学用カセットと標本スライドを照合する装置及び方法

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