JP2005004344A - 画像処理装置、指紋照合装置、画像圧縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画像の特徴を損なうことなく画像データを圧縮することを可能にする。
【解決手段】ＣＰＵ１０は、画像照合プログラム１４ｂ（画像データ圧縮プログラム）を実行することにより、各画素が多値の画素値により表される指紋画像データに対し、圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出し、この抽出された最大値と最小値をもとにした周辺領域に対する画素値幅を検出し、この画素値幅を予め決められた数の段階に分割し、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、当該圧縮対象画素の画素値を変更することで画像データを圧縮する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋画像など各画素が多値で表される画像を処理する画像処理装置、指紋照合装置、画像圧縮方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、指紋画像などに対して画像処理を実行する画像処理装置（指紋照合装置）では、各画素が多値で表される画像データを扱い、照合の基準となる基準画像と、基準画像に対し照合すべき照合画像とを共に圧縮し、この圧縮された基準画像と照合画像とに基づいて画像の照合を行っている。これにより、各画像間での画素単位での照合に伴う負荷を軽減させている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２６０６７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の画像処理装置（指紋照合装置）では、元の画像の縦３画素×横３画素の９画素を１画素に圧縮する処理を縦方向及び横方向共に１画素置きに繰り返し行うことで全データ量を４分の１に圧縮している。具体的には、このデータ圧縮の手法としては、単位圧縮の対象となる９画素の領域の各画素の階調データに対してそれぞれ対応する重みを掛けて足し込み、これを中心画素の階調データ（信号強度）としている。すなわち、従来では圧縮対象とする元の画像が持つ特徴に関係なく、画像全体に渡って、注目している画素（中心画素）を含む単位圧縮の対象となる９画素の領域毎に中心画素の階調を変更しているに過ぎない。このため、元の画像が持つ特徴を考慮して、その特徴を損なうことなく画像圧縮することができる画像処理装置が望まれていた。
【０００５】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、画像の特徴を損なうことなく画像データを圧縮することが可能な画像処理装置、指紋照合装置、画像圧縮方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各画素が多値の画素値により表される画像データに対し、圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出し、この抽出された最大値と最小値をもとにした、周辺領域に対する画素値幅を検出する。そして、この画素値幅を予め決められた数の段階に分割し、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、当該圧縮対象画素の画素値を変更することで、画像データを圧縮する。
【０００７】
これにより、画像データが持つ特徴を損なうことなく階調圧縮を施し、画像データ量を削減することができる。
【０００８】
また、画素値幅は、周辺領域中の画素から抽出された画素値の最大値と、最大値と最小値との中間値の間とすることができる。
【０００９】
これにより、最大値と中間値との間の画素値を持つ画素により表される画像の特徴、例えば指紋画像を扱う場合には、指紋画像の隆線（山部）部分を重視し、谷線部分を無効化した画像圧縮が実現される。
【００１０】
また、圧縮対象画素の周辺領域中から特定範囲内の画素値を持つ画素を除いた画素から最大値と最小値を抽出するようにしても良い。
【００１１】
これにより、画像データにノイズ（例えば画像データの取り込み時にスキャナや被検体に付着したゴミ、埃などの他、センサの特性により発生する）が含まれていたとしても、このノイズに該当する画素値の画素を除去した上で圧縮を施すことができる。
【００１２】
また、周辺領域中の各画素の画素値平均を算出し、この画素値平均と最大値との第１の画素値幅、及び画素値平均と最小値と第２の画素値幅を検出し、第１の画素値幅と第２の画素値幅のそれぞれについて、予め決められた段階に分割するようにしても良い。
【００１３】
これにより、周辺領域の画素値平均よりも画素値が高い画素と低い画素のそれぞれについて、予め決められた段階に分割することで、画素値平均よりも高い画素と低い画素のそれぞれにより表される画像の特徴、例えば指紋画像を扱う場合には、指紋画像の隆線（山部）部分と谷線部分とがそれぞれ異なる段階に応じて画素値が変更される。
【００１４】
また、分割された複数の段階の一部を有効とし、この有効とした段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、圧縮対象画素の画素値を変更するようにしても良い。
【００１５】
これにより、複数の段階の一部、例えば複数の段階の上位半分、下位半分、あるいは中位半分のみを有効として、圧縮対象画素の画素値を変更して圧縮が施される。
【００１６】
また、周辺領域は、画像データの特徴を表す画像変化が含まれる大きさに設定することが好ましい。
【００１７】
これにより、例えば指紋画像を扱う場合には、指紋画像の隆線（山部）と谷線の部分が複数本含まれるようにすることで、指紋画像の特徴を損なわずに圧縮することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態における画像処理装置を実現するコンピュータの概略構成を示すブロック図である。本実施形態における画像処理装置は、例えば指紋画像データを読み取り、この指紋画像データについて照合を行う指紋照合装置として用いられる。以下、指紋照合装置として説明する。
【００１９】
指紋照合装置は、図１に示すように、ＣＰＵ１０が記憶装置１２、メモリ１４、指紋画像読み取り部１６、入力装置１８、表示装置２０、通信装置２２と相互に接続されて構成されている。
【００２０】
ＣＰＵ１０は、指紋照合装置全体の制御を司るもので、メモリ１４に記録されたプログラムを実行することにより各種の処理を実行する。ＣＰＵ１０は、メモリ１４に記録された画像照合プログラム１２ａを実行することにより指紋画像に対する画像照合を実現する。画像照合プログラムには、画像データ圧縮プログラムが含まれており、画像データに対して圧縮を施す画像データ圧縮処理を実現する。
【００２１】
記録装置１２は、記録媒体１２ａを有しており、記録媒体１２ａに対するプログラム、データ等の記録や読み出しを実行する。記録媒体１２ａは磁気的、光学的記録媒体１２ａ、もしくは半導体メモリで構成され、記録装置１２に固定的に設けたもの、もしくは着脱自在に装着するものである。また、記録媒体１２ａに記録されるプログラム、データ等は、通信回線等を介して接続された他の機器から受信して記録する構成にしても良く、さらに、通信回線等を介して接続された他の機器側に記録媒体１２ａを備えた記録装置を設け、この記録媒体１２ａに記録されているプログラムやデータを、通信回線を介して使用する構成にしても良い。記録装置１２は、記録媒体１２ａに対して各種アプリケーションによって使用される各種のデータ等も記録し、必要に応じて読み出してメモリ１４に記録させることができる。本実施形態では、画像照合プログラム１４ａ（画像データ圧縮プログラム）の他、指紋照合に用いられる照合元となる登録指紋画像データなどが記録されるものとする。
【００２２】
メモリ１４は、ＣＰＵ１０によってアクセスされるプログラムやデータの情報が記憶装置１２（記録媒体１２ａ）から読み出されるなどして必要に応じて記録されるもので、本実施形態では例えば画像照合プログラム１４ａ（画像データ圧縮プログラム）などの各種プログラムや、各プログラムを実行する際に用いられる各種データの他、作業用のデータを一時的に記録するためのワークエリアなどが設けられる。画像照合プログラム１２ａの実行に伴って格納される各種データとしては、処理対象とする指紋画像データ１４ｂ（照合指紋画像データ）などが含まれている。
【００２３】
指紋画像読み取り装置１６は、光学的に指紋画像を読み取るもので、例えば回転ローラに対して指先（指紋部分）を圧接させた状態でローラを回転させるように指を移動させることで指紋画像を読み取る方式、あるいはパッドの面上に対して指を圧接することで指紋画像を読み取る方式など、各種の画像読み取り方式を用いることができる。本実施形態の指紋画像読み取り装置１６は、光学的に指紋画像を読み取るために、例えば前述した回転ローラあるいはパッドの指紋読み取り位置に光源から光を照射し、指紋読み取り位置に圧接された指の部分で反射した光を光学系（レンズ等）を介して撮像素子（センサ）に集光して光電変換することで指紋画像データを出力する。指紋画像読み取り装置１６から出力された指紋画像データはメモリ１４に記録される。本実施形態において指紋画像データは、各画素が多値で表される画像として読み取られるものとする。
【００２４】
入力装置１８は、キーボードや、マウスなどポインティングデバイスにより構成され、データや各種の指示を入力するために用いられる。
表示装置２０は、各種情報を表示するためのもので、メモリ１４に格納された各種プログラムの実行に伴う画面を表示する。例えば、指紋照合処理では、指紋照合の結果（ＯＫ，ＮＧ）を表示する。
【００２５】
通信装置２２は、ＣＰＵ１０の制御のもとで通信回線を介した他の電子機器との通信を制御する。例えば、指紋照合処理では、指紋照合の結果を他の機器に通知する場合などに用いられる。
【００２６】
次に、本発明の第１実施形態における指紋照合装置における動作について説明する。
図２は、第１実施形態の指紋照合装置における指紋照合処理の動作を説明するためのフローチャートである。
【００２７】
まず、ＣＰＵ１０は、画像照合プログラム１４ａを起動することで指紋照合処理を開始し、指紋画像読み取り装置１６を通じて照合の対象とする指紋画像を取り込むための指紋画像取り込み処理を実行する（ステップＡ１）。
【００２８】
指紋画像読み取り装置１６は、回転ローラあるいはパッドに圧接された指先を光学的にスキャンして指紋画像データを検出する。ＣＰＵ１０は、指紋画像読み取り装置１６により検出された指紋画像データをメモリ１４に記録させる。指紋画像データは、例えば各画素が多値（例えば０〜２５５）の画素値で表される濃淡画像である。また、画像サイズは、例えば１００×１２０画素からなるものとする。
【００２９】
ＣＰＵ１０は、指紋画像読み取り装置１６によって読み取られた指紋画像データに対して、画像データ圧縮処理を施すことにより各画素を階調圧縮して画像データ量を削減する。第１実施形態では、例えば２５６階調（各画素が８ビットで表される）の指紋画像データを１６階調（各画素が４ビットで表される）の指紋画像データに階調圧縮するものとして説明する。
【００３０】
図３には、第１実施形態における画像データ圧縮処理１を説明するためのフローチャートを示している。
まず、ＣＰＵ１０は、指紋画像データ１４ｂから、予め決められた順番に従って圧縮対象画素を設定する（ステップＢ１）。例えば、指紋画像データ１４ｂの左上隅の画素から水平方向（ｘ軸方向）の各画素を順次圧縮対象とし、１ラインの処理が終了した後、垂直方向（ｙ軸方向）に圧縮対象とするラインを変更して以下同様にして圧縮対象画素の設定が行われるものとする。
【００３１】
次に、圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する（ステップＢ２）。なお、周辺領域は、指紋画像データ１４ｂの特徴を表す画像変化が含まれる大きさに設定されているものとする。例えば、指紋画像の場合は、指紋の隆線と谷線がそれぞれ３〜４本程度入る範囲の周辺領域とすることが好ましい。
【００３２】
図４は圧縮対象画素に対する周辺領域を説明するための図である。図４（ａ）は、指紋画像データ１４ｂの一例を示しており、図中の白点が圧縮対象画素を示している。図４（ｂ）は、圧縮対象画素を中心とする周辺の２５画素×２５画素を周辺領域としていることを示している。図４（ｂ）中の曲線は、圧縮対象画素を通過する水平線上の各画素の画素値の変化を表しており、指紋の隆線と谷線に該当するある程度類似する濃度（明、暗）が、多くの領域において交互に存在するという特徴を表している。図４（ｂ）に示すように、周辺領域には、指紋の隆線と谷線がそれぞれ３〜４本含まれるように設定されている。周辺領域中に隆線、谷線が３〜４本程度含まれていれば、指紋画像の特徴を損なわずに階調圧縮することができる。
【００３３】
次に、周辺領域から抽出された最大値と最小値の画素値幅を算出し（ステップＢ３）、その画素値幅を予め決められた数の段階、ここでは１６段階に分割する（ステップＢ４）。
【００３４】
そして、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかを判別し、圧縮対象画素の画素値を変更する（ステップＢ５）。すなわち、圧縮対象画素の画素値を１６段階の何れかに当てはめ（ここでは整数値に当てはめる）、その当てはめられた段階の数値を４ビットで表すことで階調圧縮をする。
【００３５】
図５には、画像データ圧縮処理１の例を示している。図５（ｂ）において、曲線上に示すＰが圧縮対象画素の画素値を示している。この場合、最大値と最小値の間の画素値幅を１６分割した３段階目に圧縮対象画素Ｐの画素値が当てはめられるとすると、圧縮対象画素Ｐの画素値を４ビット「００１１」に変更する。
【００３６】
こうして、圧縮対象画素について階調圧縮が完了すると、次に設定可能な画素が指紋画像データ１４ｂに存在する場合には（ステップＢ６）、前述と同様にして次の圧縮対象画素を設定し、階調圧縮を実行する（ステップＢ１〜Ｂ５）。これにより、指紋画像データ１４ｂの全ての画素について階調圧縮をすることで、例えば各画素が８ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像が、各画素が４ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像に圧縮される。
【００３７】
次に、ＣＰＵ１０は、画像データ圧縮処理によって圧縮された指紋画像に対して、傾きや大きさを照合元となる登録指紋画像データと整合させるために正規化処理を実行する（ステップＡ３）。
【００３８】
そして、ＣＰＵ１０は、正規化された指紋画像に対して、指紋照合処理により登録指紋画像データとの照合を実行する（ステップＡ４）。指紋照合処理の前段階で照合対象となる指紋画像に対して、画像特徴が損なわれないようにして画像データ圧縮が施されているため、照合精度の劣化を招くことなく、各画像間での照合に伴う負荷が軽減されている。
【００３９】
ＣＰＵ１０は、指紋照合処理の結果（ＯＫ，ＮＧ）を例えば表示装置２０において表示させる（ステップＡ５）。
【００４０】
このようにして、指紋画像データ１４ｂの特徴を表す隆線と谷線（３〜４本）を含む周辺領域の各画素の画素値をもとにして、圧縮対象画素の画素値を変更することで階調圧縮するので、より多くの指紋の特徴を残して画像を圧縮することができる。従って、照合精度を劣化させることなく、指紋画像データ１４ｂを記録するために必要な記憶容量を削減することが可能となる。例えば１００×１２０画素（８ビット）の画像データを、１００×１２０画素（４ビット）の画像データに圧縮することで、画像データを記録するために必要な容量を半分にすることができる。
【００４１】
なお、前述した説明では、指紋画像読み取り装置１６によって読み取られた指紋画像データ１４ｂに対して圧縮する場合について説明しているが、指紋照合に用いられる照合元となる登録指紋画像データに対しても同様の圧縮処理が施されているものとする。
【００４２】
次に、前述した指紋照合処理における画像データ圧縮処理の変形例（１）〜（４）について、それぞれ図６及び図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
変形例（１）
図６（ａ）は、変形例（１）の画像データ圧縮処理２のフローチャートを示している。なお、前述した画像データ圧縮処理１と同じ部分については説明を省略する。変形例（１）では、圧縮対象画素の周辺領域中の最大値と中間値の範囲を有効として分割し、この範囲内の段階に圧縮対象画素の画素値を当てはめて階調圧縮する。
【００４３】
まず、ＣＰＵ１０は、指紋画像データ１４ｂから、予め決められた順番に従って圧縮対象画素を設定し（ステップＣ１）、この圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する（ステップＣ２）。
【００４４】
次に、周辺領域から抽出された最大値と最小値の中間値を算出する（ステップＣ３）。そして、画素値の最大値と中間値との画素値幅を算出し（ステップＣ４）、その画素値幅を予め決められた数の段階、ここでは１６段階に分割する（ステップＣ５）。
【００４５】
そして、前述した説明と同様にして、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかを判別し、圧縮対象画素の画素値を変更する（ステップＣ６）。
【００４６】
図８には、画像データ圧縮処理２（変形例（１））の例を示している。図８（ｂ）に示すように、周辺領域の最大値と中間値との間のみを有効として、圧縮対象画素を１６分割された段階の何れかに当てはめるようにしている。つまり、指紋画像中の隆線に該当する部分を重視して階調圧縮をするようにすることで、隆線部分で表される指紋画像の特徴をより多く残すことができる。
【００４７】
図８（ｂ）において、曲線上に示すＰが圧縮対象画素の画素値を示している。この場合、圧縮対象画素Ｐの画素値が無効の範囲に含まれるために、階調圧縮後の画素値を０（４ビットで表すと「００００」）に変更する。また、圧縮対象画素の画素値が最大値と中間値との間の何れかの段階に当てはめられる場合には、前述と同様にして、圧縮対象画素の画素値を該当する段階に応じた４ビットの画素値に変更する。
【００４８】
こうして、圧縮対象画素について階調圧縮が完了すると、次に設定可能な画素が指紋画像データ１４ｂに存在する場合には（ステップＣ７）、前述と同様にして次の圧縮対象画素を設定し、階調圧縮を実行する（ステップＣ１〜Ｃ６）。これにより、指紋画像データ１４ｂの全ての画素について階調圧縮をすることで、例えば各画素が８ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像が、隆線部分により表される特徴を残した、各画素が４ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像に圧縮される。
【００４９】
なお、前述した画像データ圧縮処理２では、周辺領域中の画素値の最大値と中間値との間を有効とし、この画素値幅を分割することで階調圧縮をしているが、最小値と中間値との間を有効として、同様にして階調圧縮を実行するようにしても良い。
【００５０】
変形例（２）
図６（ｂ）は、変形例（２）の画像データ圧縮処理３のフローチャートを示している。なお、前述した画像データ圧縮処理１と同じ部分については説明を省略する。変形例（２）では、圧縮対象画素の周辺領域中から特定範囲内（例えば周辺領域中の最大値と最小値からそれぞれ５番目まで）の画素値を持つ画素を除いた画素から最大値と最小値を抽出する。
【００５１】
まず、ＣＰＵ１０は、指紋画像データ１４ｂから、予め決められた順番に従って圧縮対象画素を設定し（ステップＤ１）、この圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する（ステップＤ２）。
【００５２】
次に、周辺領域から抽出された最小値から５番目の画素値を抽出し（ステップＤ３）、また最大値から５番目の画素値を抽出する（ステップＤ４）。
【００５３】
そして、最小値から５番目の画素値と最大値から５番目の画素値との画素値幅を算出し（ステップＤ５）、その画素値幅を予め決められた数の段階、ここでは１６段階に分割する（ステップＤ６）。
【００５４】
そして、前述した説明と同様にして、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかを判別し、圧縮対象画素の画素値を変更する（ステップＤ７）。
【００５５】
図９には、画像データ圧縮処理３（変形例（２））の例を示している。図９（ｂ）に示すように、周辺領域中には、通常の指紋画像には含まれない画素値を持つ画素が含まれていることを表している。この画素は、例えば指紋画像読み取り装置１６による指紋画像データの読み取り時に、被検体（指先）や指紋読み取り位置に埃や汗などが付着していた、あるいは撮像素子の特性によって発生したことによるノイズである。こうした場合でも、周辺領域中の画素値の最大値から５番目の画素値と最小値から５番目の画素値の範囲を１６分割して圧縮対象画素の画素値を当てはめることで、ノイズ部分に該当する画素を無効として扱うことができる。従って、ノイズを除いた指紋画像をもとにした画像特徴を残した階調圧縮を実現できる。
【００５６】
なお、図９では、説明を簡単にするために、周辺領域中の画素値の最大値から５番目の画素値までを無効としている例を示しているが、最小値から５番目の画素値までについても同様にして無効にする。
【００５７】
こうして、圧縮対象画素について階調圧縮が完了すると、次に設定可能な画素が指紋画像データ１４ｂに存在する場合には（ステップＤ８）、前述と同様にして次の圧縮対象画素を設定し、階調圧縮を実行する（ステップＤ１〜Ｄ７）。これにより、指紋画像データ１４ｂの全ての画素について階調圧縮をすることで、例えば各画素が８ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像が、埃などのノイズの影響を排除した指紋画像の特徴を残した、各画素が４ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像に圧縮される。
【００５８】
なお、前述した画像データ圧縮処理３では、周辺領域中の画素値の最大値と最小値のそれぞれから５番目の画素値を抽出しているが、これは一例であって、指紋画像読み取り装置１６によって読み取られる指紋画像データに含まれる除去すべき画素が持つ画素値に応じた順位の画素値を抽出すれば良い。これは、指紋画像読み取り装置１６の性能や、指紋画像の読み取り環境などに応じて決めることができる。また、最大値と最小値のそれぞれから異なる順位の画素値を抽出するようにしても良いし、最大値と最小値の何れか一方から所定の順位の画素値までを無効とするようにしても良い。
【００５９】
変形例（３）
図７（ａ）は、変形例（３）の画像データ圧縮処理４のフローチャートを示している。なお、前述した画像データ圧縮処理１と同じ部分については説明を省略する。変形例（３）では、圧縮対象画素の周辺領域内に含まれる各画素の画素値の平均（画素値平均）と、最大値、最小値のそれぞれとの画素値幅を分割して圧縮対象画素の画素値を当てはめて階調圧縮する。
【００６０】
まず、ＣＰＵ１０は、指紋画像データ１４ｂから、予め決められた順番に従って圧縮対象画素を設定し（ステップＥ１）、この圧縮対象画素の周辺領域内に含まれる各画素の平均を算出する（ステップＥ２）。また、周辺領域内の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する（ステップＥ３）。
【００６１】
次に、周辺領域から抽出された最大値と平均値との間の画素値幅、及び最小値と平均値との間の画素値幅をそれぞれ算出する（ステップＥ４）。
【００６２】
そして、２つの画素値幅をそれぞれ予め決められた数の段階、ここでは８段階に分割する（ステップＥ５）。すなわち、最大値から最小値までの画素値幅を１６段階に分割する。
【００６３】
そして、前述した説明と同様にして、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかを判別し、圧縮対象画素の画素値を変更する（ステップＥ６）。
【００６４】
図１０には、画像データ圧縮処理４（変形例（３））の例を示している。図１０（ｂ）に示すように、周辺領域中に含まれる画素の画素値平均において最大値から最小値までの画素値幅を上位と下位に分けて、それぞれを同じ数で分割することにより、圧縮対象画素の画素値の変化量に対する圧縮後の画素値の変化を上位側と下位側でそれぞれ対応づけることができる。従って、圧縮対象画素の画素値を分割された段階に当てはめる際に、その画素値が画素値平均の上位側と下位側の何れにあっても適切な段階（つまり圧縮後の画素値）に当てはめて階調圧縮を実現できる。
【００６５】
こうして、圧縮対象画素について階調圧縮が完了すると、次に設定可能な画素が指紋画像データ１４ｂに存在する場合には（ステップＥ７）、前述と同様にして次の圧縮対象画素を設定し、階調圧縮を実行する（ステップＥ１〜Ｅ６）。これにより、指紋画像データ１４ｂの全ての画素について階調圧縮をすることで、例えば各画素が８ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像が、画素値平均よりも高い画素と低い画素のそれぞれにより表される指紋画像の特徴、例えば指紋画像の隆線（山部）部分と谷線部分の特徴を残した、各画素が４ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像に圧縮される。
【００６６】
なお、前述した説明では、最大値と平均値、平均値と最小値のそれぞれの画素値幅を同じ数に分割するとして説明しているが（ここでは８段）、それぞれを異なる段数で分割するようにしても良い。例えば、最大値と平均値との画素値幅を１０分割し、平均値と最小値との画素値幅を６分割する。この場合、最大値と平均値の画素値幅に含まれる画素値を持つ圧縮対象画素に対して、その変化をより大きく表すように画素値を変更して階調圧縮することができる。
【００６７】
また、前述した変形例（１）のように、最大値と平均値、あるいは平均値と最小値の画素値幅の何れか一方を有効とし、この有効とした画素値幅を分割して、圧縮対象画素の画素値を当てはめるようにしても良い。
【００６８】
変形例（４）
図７（ｂ）は、変形例（４）の画像データ圧縮処理５のフローチャートを示している。なお、前述した画像データ圧縮処理１と同じ部分については説明を省略する。変形例（４）では、周辺領域中の最大値と最小値の画素値幅を分割した複数の段階の一部を有効とし、この有効とした段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて圧縮対象画素の画素値を変更する。
【００６９】
まず、ＣＰＵ１０は、指紋画像データ１４ｂから、予め決められた順番に従って圧縮対象画素を設定し（ステップＦ１）、その圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する（ステップＦ２）。
【００７０】
次に、周辺領域から抽出された最大値と最小値の画素値幅を算出し（ステップＦ３）、その画素値幅を予め決められた数の段階、ここでは圧縮後の画素値を表すためのビット数の倍の段階（ここでは３２段階）に分割する（ステップＦ４）。
【００７１】
そして、この分割された段階から有効とする段階（ここでは１６段階）を設定し、その有効とした段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかを判別し、圧縮対象画素の画素値を変更する（ステップＦ５）。すなわち、圧縮対象画素の画素値を３２段階中で有効とされた１６段階の何れかに当てはめ、その当てはめられた段階の数値を４ビットで表すことで階調圧縮をする。
【００７２】
図１１〜図１３には、画像データ圧縮処理５（変形例（４））の例を示している。図１１は、周辺領域から抽出された最大値と最小値の画素値幅を３２分割した段階のうち１６〜３２までの上位側の段を有効として設定した例を示している。また、図１２は、３２分割した段階のうち０〜１６までの下位側の段を有効として設定した例を示し、図１３は、３２分割した段階のうち８〜２４までの中位の段を有効として設定した例を示している。
【００７３】
図１１〜図１３に示すように、周辺領域の最大値と最終地の間の画素値幅を３２分割したうち半分の段階（１６段階）のみを有効として、圧縮対象画素を１６分割された段階の何れかに当てはめるようにしている。つまり、指紋画像中の隆線に該当する部分（上位）、谷部に該当する部分（下位）、あるいは隆線と谷線の中間部分（中位）の何れかを重視して階調圧縮をするようにすることで、指紋画像の特徴をより多く残すことができる。
【００７４】
なお、圧縮対象画素の画素値を何れの段階に当てはめる際、圧縮対象画素の画素値が、有効とした段の下位にある無効の範囲に含まれる場合には階調圧縮後の画素値を０、有効とした段の上位にある無効の範囲に含まれる場合には階調圧縮後の画素値を１６に当てはめるものとする。
【００７５】
また、３２段階の何れの１６段階を有効とするかは、予め設定されているものとし、この設定内容に応じてステップＦ５における処理が実行されるものとする。
【００７６】
こうして、圧縮対象画素について階調圧縮が完了すると、次に設定可能な画素が指紋画像データ１４ｂに存在する場合には（ステップＦ７）、前述と同様にして次の圧縮対象画素を設定し、階調圧縮を実行する（ステップＦ１〜Ｆ６）。これにより、指紋画像データ１４ｂの全ての画素について階調圧縮をすることで、例えば各画素が８ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像が、隆線部分、谷線部分、あるいは隆線と谷線の中間部分により表される特徴を残した、各画素が４ビットの画素値により表される１００×１２０画素の指紋画像に圧縮される。
【００７７】
なお、前述した第１実施形態の説明では、圧縮処理が施される画像データは各画素の画素値が８ビットで表され、これを画像データ圧縮処理によって４ビットに圧縮するとしているが、他の画素値を持つ画像データを対象とすることも勿論可能である。この場合、階調圧縮する画素値のビット数に応じて、周辺領域に対して検出される画素値幅を複数の段階に分割し、圧縮対象画素の画素値を何れかの段階に当てはめることで画素値を変更すれば良い。例えば、圧縮後の画像の画素値を３ビットで表す場合には、画素値幅を８分割すれば良い。
【００７８】
次に、本発明の第２実施形態における指紋照合装置における動作について説明する。
図１４は、第２実施形態の指紋照合装置における指紋照合処理の動作を説明するためのフローチャートである。なお、第１実施形態（図２）と同様の処理を実行する部分については詳細な説明を省略する。
【００７９】
まず、ＣＰＵ１０は、画像照合プログラム１４ａを起動することで指紋照合処理を開始し、指紋画像読み取り装置１６を通じて照合の対象とする指紋画像を取り込むための指紋画像取り込み処理を実行する（ステップＧ１）。
【００８０】
次に、ＣＰＵ１０は、指紋画像読み取り装置１６によって読み取られた指紋画像データに対して、画像データ中間圧縮処理（第１の圧縮処理）を施すことにより圧縮して、画像データ量を削減してメモリに記録しておく。これにより、指紋画像データを記録しておくために必要なメモリ容量を削減することができる。なお、画像データ中間圧縮処理では、第１実施形態において説明した画像データ圧縮処理の方法により階調圧縮することができる。従って、中間圧縮された指紋画像データには画像が持つ特徴が含まれている。
【００８１】
次に、ＣＰＵ１０は、画像データ圧縮処理によって圧縮された指紋画像に対して、傾きや大きさを照合元となる登録指紋画像データと整合させるために正規化処理を実行する（ステップＧ３）。ここでは、例えば画像の傾きを補正するための回転処理を指紋画像データに対して施すものとする。指紋画像データは、中間圧縮が施されているためデータ量が元の指紋画像データよりも少ないため、元の指紋画像データを扱う場合よりも記憶容量が少なくてすみ、また処理負担が軽減されている。
【００８２】
次に、ＣＰＵ１０は、正規化処理（回転処理）が施された指紋画像データに対して、さらに画像データ圧縮処理（第２の圧縮処理）を施して画像データを圧縮する（ステップＧ４）。
【００８３】
そして、ＣＰＵ１０は、正規化された後に圧縮された指紋画像に対して、指紋照合処理により登録指紋画像データとの照合を実行する（ステップＧ５）。指紋照合処理の前段階で照合対象となる指紋画像に対して、画像特徴が損なわれないようにして画像データ圧縮が施されているため、照合精度の劣化を招くことなく、各画像間での照合に伴う負荷が軽減されている。
【００８４】
ここで、合致判定されなければ（ステップＧ６）、同様にして中間圧縮された指紋画像データに対して正規化処理（回転処理）を施して、さらに回転角度を変化させた画像を生成して、以下同様の処理を実行する（ステップＧ３〜Ｇ５）。
【００８５】
こうして、指紋照合処理によって合致判定が出るか、あるいは予め決められた回数の指紋照合処理が繰り返し行われるまで処理を実行する。
【００８６】
ＣＰＵ１０は、指紋照合処理の結果（ＯＫ（合致判定時），ＮＧ）を例えば表示装置２０において表示させる（ステップＧ７）。
【００８７】
図１５には、第２実施形態の処理の流れを示している。図１５に示すように、指紋画像読み取り装置１６により読み取られた照合画像データＡ（指紋画像データ）は、画像データ中間圧縮処理により画像データＡ１に圧縮されてメモリ（ＲＡＭ領域）に記録される。そして、正規化処理（回転処理）が施されて画像データＡ２とされた後、再度、画像データ圧縮処理が施されて画像データＡ３に圧縮される。そして、圧縮された画像データＡ３と登録画像データとの間で照合処理が実行され、その照合結果が出力される。
【００８８】
なお、図１５に示すように、照合元となる登録画像データについても、照合画像データと同様にして、２段階の画像データ圧縮処理が施されて記録されているものとする。
【００８９】
また、前述した第２実施形態の説明では、画像データ中間圧縮処理（ステップＧ２）、画像データ圧縮処理（ステップＧ４）において、第１実施形態で説明した画像データ圧縮処理の方法を用いて画像データを圧縮するとしているが、図１６に示す、圧縮対象画素に対して、その周辺の画素の画素値に重みを掛けて足し込む方法で画像圧縮をしても良い。
【００９０】
例えば、図１６（ａ）に示す矩形枠で示す領域が、図１６に示す９つの小矩形枠Ａ〜Ｉによる領域に相当するものとする。小矩形枠は、画像中の１画素を表すもので、ハッチングの密度の違いは画素値の違いを表している。ここでの圧縮方法では、元の画像の縦３画素×横３画素の９画素を１画素に圧縮処理を縦方向及び横方向に共に１画素毎に繰り返し行うことで全データ量を４分の１に圧縮するものである。ここでは、圧縮対象画素とする中心の画素Ｅの周辺の９画素の各画素値について、それぞれの位置に応じた重みを掛けて足し込み、これを画素Ｅの画素値とする。ここでは、画素Ａ，Ｃ，Ｇ，Ｉの画素値に対して（１／４）、画素Ｂ，Ｄ，Ｆ，Ｈの画素に対して（１／２）、画素Ｅに対して（１／１）の重みを掛けて足し込み、これを重みの合計４で割った値を画素Ｅの圧縮後の画素値とする。
【００９１】
これにより、例えば２００×２４０画素、画素ピッチ５０の画像を、１００×１２０画素、画素ピッチ１００の画像に圧縮することができる。
【００９２】
また、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、前述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られるので有れば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００９３】
また、前述した各実施形態において記載した処理は、コンピュータに実行させることのできる画像照合プログラム（画像データ圧縮プログラム）として、例えば磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリなどの記録媒体１２ａに書き込んで各種装置に提供することができる。また、通信媒体により伝送して各種装置に提供することも可能である。指紋照合装置を実現するコンピュータは、記録媒体１２ａに記録された画像照合プログラムを読み込み、または通信媒体を介して画像照合プログラムを受信し、このプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行する。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各画素が多値の画素値により表される画像データに対し、圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出し、この抽出された最大値と最小値をもとにした、周辺領域に対する画素値幅を検出し、この画素値幅を予め決められた数の段階に分割し、この分割された段階の何れに圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、当該圧縮対象画素の画素値を変更することで画像データを圧縮するので、画像の特徴を損なうことなく画像データを圧縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における画像処理装置を実現するコンピュータの概略構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態の指紋照合装置における指紋照合処理の動作を説明するためのフローチャート。
【図３】第１実施形態における画像データ圧縮処理１を説明するためのフローチャート。
【図４】圧縮対象画素に対する周辺領域を説明するための図。
【図５】画像データ圧縮処理１の例を示す図。
【図６】変形例（１）（２）の画像データ圧縮処理２，３を説明するためのフローチャート。
【図７】変形例（３）（４）の画像データ圧縮処理４，５を説明するためのフローチャート。
【図８】画像データ圧縮処理２（変形例（１））の例を示す図。
【図９】画像データ圧縮処理３（変形例（２））の例を示す図。
【図１０】画像データ圧縮処理４（変形例（３））の例を示す図。
【図１１】周辺領域から抽出された最大値と最小値の画素値幅を３２分割した段階のうち１６〜３２までの上位側の段を有効として設定した例を示す図。
【図１２】３２分割した段階のうち０〜１６までの下位側の段を有効として設定した例を示す図。
【図１３】３２分割した段階のうち８〜２４までの中位の段を有効として設定した例を示す図。
【図１４】第２実施形態の指紋照合装置における指紋照合処理の動作を説明するためのフローチャート。
【図１５】第２実施形態の処理の流れを示す図。
【図１６】画像データ圧縮を説明するための図。
【符号の説明】
１０…ＣＰＵ
１２…記憶装置
１４…メモリ
１４ａ…画像照合プログラム
１４ｂ…指紋画像データ
１６…指紋画像読み取り装置
１８…入力装置
２０…表示装置
２２…通信装置

Claims (9)

1. 各画素が多値の画素値により表される画像データに対し、圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する画素抽出手段と、
   前記画素抽出手段によって抽出された最大値と最小値をもとにした、前記周辺領域に対する画素値幅を検出する画素値幅検出手段と、
   前記画素値検出手段により検出された画素値幅を予め決められた数の段階に分割する画素値幅分割手段と、
   前記画素値幅分割手段によって分割された段階の何れに前記圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、前記圧縮対象画素の画素値を変更する画素値変更手段と
   を具備したことを特徴とする画像処理装置。
2. 前記画素値幅検出手段は、前記画素抽出手段によって抽出された最大値と、前記最大値と前記最小値との中間値の画素値幅を検出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
3. 前記画素抽出手段は、前記圧縮対象画素の周辺領域中から特定範囲内の画素値を持つ画素を除いた画素から最大値と最小値を抽出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
4. 前記周辺領域中の各画素の画素値平均を算出する平均算出手段を有し、
   前記画素値幅検出手段は、前記画素値平均と前記最大値との第１の画素値幅、及び前記画素値平均と前記最小値と第２の画素値幅を検出し、
   前記画素値幅分割手段は、前記第１の画素値幅と前記第２の画素値幅のそれぞれについて、予め決められた段階に分割することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
5. 前記画素値変更手段は、前記画素値幅分割手段によって分割された複数の段階の一部を有効とし、この有効とした段階の何れに前記圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、前記圧縮対象画素の画素値を変更することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
6. 前記周辺領域は、前記画像データの特徴を表す画像変化が含まれる大きさに設定することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
7. 各画素が多値の画素値により表される指紋画像データを取り込む指紋画像取り込み手段と、
   前記指紋画像取り込み手段により取り込まれた指紋画像データに対し、圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出する画素抽出手段と、
   前記画素抽出手段によって抽出された最大値と最小値をもとにした、前記周辺領域に対する画素値幅を検出する画素値幅検出手段と、
   前記画素値検出手段により検出された画素値幅を予め決められた数の段階に分割する画素値幅分割手段と、
   前記画素値幅分割手段によって分割された段階の何れに前記圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、前記圧縮対象画素の画素値を変更する画素値変更手段と、
   前記画素値変更手段によって画素値が変更された指紋画像データについて指紋照合を行う指紋照合手段と
   を具備したことを特徴とする指紋照合装置。
8. 各画素が多値の画素値により表される指紋画像データを取り込む指紋画像取り込み手段と、
   前記指紋画像取り込み手段により取り込まれた指紋画像データに対して、第１の圧縮処理を施す第１の圧縮手段と、
   前記第１の圧縮処理によって圧縮処理が施された指紋画像データに対して正規化処理を施す正規化手段と、
   前記正規化手段によって正規化された指紋画像データに対して、第２の圧縮処理を施す第２の圧縮手段と、
   前記第２の圧縮手段によって圧縮処理が施された指紋画像データについて指紋照合を行う指紋照合手段と
   を具備したことを特徴とする指紋照合装置。
9. 各画素が多値の画素値により表される画像データから圧縮対象画素を順次設定して、各画素の画素値を変更するものであって、
   前記圧縮対象画素の周辺領域中の画素から画素値の最大値と最小値を抽出し、
   この抽出された最大値と最小値をもとにした、前記周辺領域に対する画素値幅を検出し、
   この検出された画素値幅を予め決められた数の段階に分割し、
   この分割された段階の何れに前記圧縮対象画素の画素値が該当するかに応じて、前記圧縮対象画素の画素値を変更することを特徴とする画像圧縮方法。

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