JP2005234964A - Fingerprint sensor, biometrics authentication apparatus, method for retrieving fingerprint detection condition, and method for detecting fingerprint - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は指紋の凹凸情報を静電容量変化として読み取る指紋センサに関し、特に、最適な指紋検出条件を探索するための改良技術に関する。 The present invention relates to a fingerprint sensor that reads unevenness information of a fingerprint as a change in capacitance, and more particularly to an improved technique for searching for an optimum fingerprint detection condition.
従来、指紋センサは指紋の凹凸情報を読み出す検出回路を単結晶シリコン基板上に形成していた(例えば、特開平11−118415号公報、特開2000−346608号公報、特開2001−56204号公報、特開2001−133213号公報)。指紋センサはその用途から必然的に20mm×20mm程度の大きさが求められることから、これを単結晶シリコン基板に形成した場合、指紋センサが高価になってしまう。これを解決する手法として、MIS型薄膜半導体装置を用いた指紋センサが提案されている(特開2003−254706号公報)。MIS型薄膜半導体装置を用いることにより、指紋センサをガラス基板やプラスチック基板上にも形成することができる。
しかし、この種の指紋センサにおいては、温度、湿度、皮膚の状態、指からの圧力といった様々な外的要因が変化することによって、参照電位などの最適値も指紋検出の都度に刻々と変動する。このため、指紋検出の都度に指紋検出条件が最適となるように再設定する必要がある。従来の指紋センサの構成では、最適な指紋検出条件を探索する場合においても、指紋の凹凸情報の読み取り処理と同様に、指紋検出部に配された全ての静電容量検出回路から情報を読み出している。このため、指紋検出条件の探索には多大な時間を要していた。 However, in this type of fingerprint sensor, various external factors such as temperature, humidity, skin condition, and pressure from the finger change, so that the optimum value such as the reference potential fluctuates every time the fingerprint is detected. . For this reason, it is necessary to reset the fingerprint detection condition so as to be optimal every time the fingerprint is detected. In the configuration of the conventional fingerprint sensor, even when searching for the optimum fingerprint detection condition, information is read from all the capacitance detection circuits arranged in the fingerprint detection unit in the same manner as the fingerprint unevenness information reading process. Yes. For this reason, it takes a great amount of time to search for fingerprint detection conditions.
そこで、本発明は最適な指紋検出条件を短時間で効率よく探索できる指紋センサ、バイオメトリクス認証装置、指紋検出条件の探索方法、及び指紋検出方法を提案することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to propose a fingerprint sensor, a biometric authentication device, a fingerprint detection condition search method, and a fingerprint detection method that can efficiently search for an optimal fingerprint detection condition in a short time.
上記の課題を解決するため、本発明の指紋センサは指紋の凹凸情報を所定の閾値を基準に「0」,「1」の2値データに変換する指紋センサであって、2値データの「0」,「1」の割合が指紋の被検出領域において同程度になるように閾値を設定する閾値設定手段を備える。2値データの「0」,「1」の割合が指紋の被検出領域において同程度になるように閾値を設定することで、指紋画像における指紋の凸部(山)と凹部(谷)の相対的割合が同程度になる結果、凸部と凹部の区別が明瞭になるため、指紋の判別精度を高めることができる。 In order to solve the above-described problem, the fingerprint sensor of the present invention is a fingerprint sensor that converts the unevenness information of a fingerprint into binary data of “0” and “1” based on a predetermined threshold value. Threshold setting means is provided for setting a threshold so that the ratio of “0” and “1” is approximately the same in the fingerprint detection area. By setting the threshold value so that the ratios of “0” and “1” in the binary data are approximately the same in the detected region of the fingerprint, the fingerprint convexity (crest) and concave (valley) in the fingerprint image are relative to each other. As a result, the distinction between the convex part and the concave part becomes clear, so that the fingerprint discrimination accuracy can be improved.
ここで、閾値設定手段は2値データの「0」,「1」の割合の標準偏差に基づいて閾値を設定するのが好ましく、特に、標準偏差の値が最大となるように閾値を設定するのがより好ましい。2値データの「0」,「1」の割合の標準偏差が最大値になるように閾値を設定すると、2値データの「0」,「1」の相対的な割合はほぼ同程度になる。 Here, the threshold value setting means preferably sets the threshold value based on the standard deviation of the ratio of “0” and “1” of the binary data, and particularly sets the threshold value so that the standard deviation value is maximized. Is more preferable. When the threshold is set so that the standard deviation of the ratios of “0” and “1” in the binary data becomes the maximum value, the relative ratios of “0” and “1” in the binary data are almost the same. .
また、閾値設定手段は前回求めた閾値近傍で閾値の値を変動させて2値データを得ることにより、2値データの「0」,「1」の割合が指紋の被検出領域において同程度になるように閾値を求めるのが好ましい。指紋検出条件の最適値は指紋検出の都度に刻々と変動するものの、最適な閾値の値が短時間で大きく変動することは稀であるため、時間的があまり経過していない前回の指紋検出時に求めた閾値(例えば、前フレームの指紋検出時に求めた閾値)近傍で最適な閾値を探索すれば、探索時間を短縮できる。これにより準備期間と指紋検出期間を含めた全体の処理時間を短縮し、高速センシングが可能になる。 Further, the threshold value setting means obtains binary data by changing the threshold value in the vicinity of the previously obtained threshold value, so that the ratio of “0” and “1” of the binary data is approximately the same in the fingerprint detection area. It is preferable to obtain the threshold value so that Although the optimum value for the fingerprint detection condition changes every time the fingerprint is detected, it is rare that the optimum threshold value fluctuates greatly in a short time. The search time can be shortened by searching for the optimum threshold value in the vicinity of the obtained threshold value (for example, the threshold value obtained when the fingerprint of the previous frame is detected). This shortens the entire processing time including the preparation period and the fingerprint detection period, and enables high-speed sensing.
ここで、指紋の被検出範囲を規定する被検出領域は、2値データの論理値が最初に変化した箇所と最後に変化した箇所との間の領域に設定するのがよい。指紋の被検出領域以外では、2値データは「0」又は「1」の連続値となる。指紋の被検出領域以外の2値データを含めて「0」,「1」の割合が同程度になるように閾値を設定しても、かなり大きな誤差が含まれてしまう。そこで、2値データの論理値が最初に変化する箇所と最後に変化する箇所を検知すれば、この両箇所の間が指紋の被検出領域であると判断できる。 Here, the detection area that defines the detection range of the fingerprint is preferably set to an area between the location where the logical value of the binary data has changed first and the location at which it has changed last. The binary data is a continuous value of “0” or “1” outside the fingerprint detection area. Even if the threshold is set so that the ratios of “0” and “1” including the binary data other than the fingerprint detection area are approximately the same, a considerably large error is included. Therefore, if a location where the logical value of the binary data changes first and a location where the logical value changes last is detected, it can be determined that the area between both locations is the detected region of the fingerprint.
本発明のバイオメトリクス認証装置は本発明の指紋センサを備える。ここで、「バイオメトリクス認証装置」とは、バイオメトリクス情報として指紋情報を用いて本人認証を行う機能を実装した装置をいい、ICカード、キャッシュカード、クレジットカード、身分証明書などの各種カード媒体の他に、電子商取引の本人認証装置、指紋認証機能を搭載した携帯電話、入退室管理装置、コンピュータ端末装置の認証装置などのあらゆるセキュリティシステムを含む。 The biometric authentication device of the present invention includes the fingerprint sensor of the present invention. Here, “biometrics authentication device” refers to a device equipped with a function for performing personal authentication using fingerprint information as biometric information, and various card media such as an IC card, a cash card, a credit card, and an identification card. In addition, it includes various security systems such as a personal authentication device for electronic commerce, a mobile phone equipped with a fingerprint authentication function, an entrance / exit management device, and an authentication device for a computer terminal device.
本発明の指紋検出条件の探索方法は、指紋の凹凸情報を「0」,「1」の2値データに変換する基準となる閾値に所定の値を代入する過程と、所定の値が代入された閾値を基準に指紋の凹凸情報を「0」,「1」の2値データに変換する過程と、を繰り返し実行することにより指紋の被検出領域における「0」,「1」の割合が同程度になるように閾値を探索する。この方法により、指紋の判別精度の高い閾値を短時間で探索することが可能となる。 In the method for searching for fingerprint detection conditions according to the present invention, a process of substituting a predetermined value for a threshold value serving as a reference for converting fingerprint unevenness information into binary data of “0” and “1”, and a predetermined value are substituted. The ratio of “0” and “1” in the detected region of the fingerprint is the same by repeatedly performing the process of converting the unevenness information of the fingerprint into binary data “0” and “1” based on the threshold value. The threshold value is searched so as to be approximately. This method makes it possible to search for a threshold with high fingerprint discrimination accuracy in a short time.
本発明の指紋検出方法は、本発明の指紋検出条件の探索方法で閾値を探索する過程と、指紋検出条件の探索方法で求めた閾値を基準にして指紋の凹凸情報を「0」,「1」の2値データに変換する過程と、を含む。指紋検出を行う都度にその事前準備として、指紋検出条件を最適化することによって、指紋検出精度を高めることができる。 The fingerprint detection method of the present invention uses the process of searching for a threshold value using the fingerprint detection condition search method of the present invention and the fingerprint unevenness information as “0”, “1” based on the threshold value obtained by the fingerprint detection condition search method. And the process of converting to binary data. The fingerprint detection accuracy can be improved by optimizing the fingerprint detection condition as a preliminary preparation for each fingerprint detection.
以下、各図を参照して本発明の実施形態に関わる指紋センサについて説明する。図4は被検者の指紋の凹凸情報を静電容量変化として読み取り、これを電流信号に変換する静電容量検出回路31の回路構成を示している。静電容量検出回路31は、同検出回路31を選択するための選択トランジスタ32と、被検者の指先とセンサ電極との間に形成される静電容量33と、静電容量33の微小な容量変化を基に指紋の凹凸情報を担う検出信号を増幅する信号増幅トランジスタ34と、選択トランジスタ32の開閉制御を行うための信号を伝達する走査線36と、検出信号を伝達するデータ線37と、信号増幅トランジスタ34のグランド電位Vssをとる低電位電源線39と、容量値一定の基準容量Csを備えて構成されている。静電容量33の容量値をCdとすると、検出容量Cdは被検者の指紋の凹凸とセンサ電極(図10参照)との間の距離に応じて定まる。
Hereinafter, a fingerprint sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows a circuit configuration of a
上述の構成において、走査線36上に論理レベルHの信号が出力され、選択トランジスタ32が開状態になると、データ線37には信号増幅トランジスタ34のゲート電位で定まる検出電流が流れる。この検出電流には指紋の凹凸情報が含まれている。信号増幅トランジスタ34のゲート電位は信号増幅トランジスタ34自体の寄生容量Ct(図示せず)と、基準容量Csと、検出容量Cdとのそれぞれの容量比によって定まる。例えば、被検者の指先をセンサ電極に近づけた場合に、指紋の凸部がセンサ電極に近接すると、検出容量Cdは寄生容量Ct、基準容量Csに対して十分に大きくなり、信号増幅トランジスタ34のゲート電位はグランド電位Vssに近づく。この結果、信号増幅トランジスタ34は略オフ状態となり、信号増幅トランジスタ34のソース/ドレイン間には極めて微弱な検出電流が流れる。一方、指紋の凹部がセンサ電極に近接すると、検出容量Cdは寄生容量Ct、基準容量Csに対して十分に小さくなり、信号増幅トランジスタ34のゲート電位は走査線36の電位に近づく。走査線36がアクティブとなっている状態では、走査線36の電位は高電位Vddである。この結果、信号増幅トランジスタ34は略オン状態となり、信号増幅トランジスタ34のソース/ドレイン間には上述の微弱電流よりも大きな検出電流が流れる。ここで、信号増幅トランジスタ34のソース端子は低電位電源線39に接続しているため、信号増幅トランジスタ34を流れる検出電流の向きはデータ線37から低電位電源線39へ流れ込む向きとなる。つまり、被検者の指紋の凹凸情報を担う検出電流は外部回路から静電容量検出回路31へ流れ込むように出力される。
In the above configuration, when a logic level H signal is output on the
図10はセンサ電極を中心とする静電容量検出回路31の断面構造図である。同図に示すように、静電容量検出回路31には、指紋の凹凸情報を担う検出信号を出力する信号増幅トランジスタ34と、被検者の指先Fとの間に静電容量33を形成するためのセンサ電極72とが形成されている。信号増幅トランジスタ34は、ゲート電極68、ゲート絶縁膜67、多結晶シリコン層63、ソース電極65、ドレイン電極66を含んで構成されるトランジスタである。静電容量33は指紋の凹凸パターンに応じてその容量値が変化する可変容量である。指先Fの電位は基準電位に設定されている。センサ電極72はゲート電極68に接続しており、指紋の凹凸による検出容量Cdの変化を信号増幅トランジスタ34に伝達し、チャネルを流れるドレイン電流の増幅作用によって静電容量変化をセンシングできるように構成されている。
FIG. 10 is a cross-sectional structure diagram of the
図1は指紋センサ1の回路構成を示している。同図に示すように指紋センサ1は、データ線37を選択するためのデータ線ドライバ10と、走査線36を選択するための走査線ドライバ20と、上述した静電容量検出回路31をマトリクス状に配した指紋検出部(アクティブマトリクス部)30と、静電容量検出回路31から出力される検出信号を増幅するための増幅回路40を備えて構成されている。指紋検出部30には静電容量検出回路31がマトリクス状(n行×m列)に配列されており、n本の走査線36とn本の低電位電源線39は行方向に沿って配線され、m本のデータ線37は列方向に沿って配線されている。指紋検出部30に配されたn×m個の静電容量検出回路30を1フレームと称する。データ線ドライバ10はアナログ点順次駆動によりデータ線37を選択するタイミング信号を生成するシフトレジスタ11と、バッファ12と、データ線37を選択するためのアナログスイッチ13を含んで構成されている。走査線ドライバ20は走査線36を順次選択するタイミング信号を生成するシフトレジスタ21と、バッファ22を備えて構成されている。
FIG. 1 shows a circuit configuration of the
ここで、CLKXはデータ線37を選択するタイミングの基準となるクロック信号、CLKBXはその反転信号、RSTXはデータ線ドライバ10のリセット信号、SPXはデータ線ドライバ10のスタートパルス信号、CLKYは走査線36を選択するタイミングの基準となるクロック信号、CLKBYはその反転信号、RSTYは走査線ドライバ20のリセット信号、SPYは走査線ドライバ20のスタートパルス信号、OUTは増幅回路40にて増幅された指紋検出信号である。指紋検出を行うときは、リセット信号RSTXはHighレベルとなり、データ線ドライバ10と走査線ドライバ20は通常のシフトレジスタ動作を行う。走査線ドライバ20はクロック信号CLKYに同期してスタートパルス信号SPYの入力情報を順次転送する。一方、データ線ドライバ10は走査線ドライバ20の動作にタイミングを合わせて、クロック信号CLKXに同期してスタートパルスSPXの入力情報を順次転送する。これにより、指紋検出部30内に配された静電容量検出回路31が各行及び各列について一つずつ選択され、指紋検出動作が行われる。
Here, CLKX is a clock signal serving as a reference for selecting the
図2はデータ線ドライバ10の詳細な回路構成を示している。同図に示すように、シフトレジスタ11はシフトレジスタ前段から入力されてくるパルス信号の受け入れを制御するクロックド・インバータ14と、クロックド・インバータ14の出力を反転するインバータ15と、インバータ15の出力(シフトレジスタ後段への出力)を反転制御するクロックドNAND回路16より構成されている。XSEL{1},XSEL{2},…, XSEL{m}はm個のアナログスイッチ13を開閉制御するためのバッファ出力である。ここで、上述したクロックドNAND回路16は図5に示す回路構成を備えている。
FIG. 2 shows a detailed circuit configuration of the data line driver 10. As shown in the figure, the
図3は走査線ドライバ20の詳細な回路構成を示している。同図に示すように、シフトレジスタ21はシフトレジスタ前段から入力されてくるパルス信号の受け入れを制御するクロックド・インバータ23と、クロックド・インバータ23の出力を反転するインバータ24と、インバータ24の出力(シフトレジスタ後段への出力)を反転制御するクロックドNAND回路25より構成されている。YSEL{1},YSEL{2},…,YSEL{n}は走査線36に出力されるバッファ出力である。ここで、上述したクロックドNAND回路25は図5に示す回路構成と同様の構成(CLKX、CLKBX、RSTXをそれぞれCLKY、CLKBY、RSTYに置換した構成)を備えている。
FIG. 3 shows a detailed circuit configuration of the scanning line driver 20. As shown in the figure, the
図6は増幅回路40の回路構成を示している。増幅回路40は静電容量検出回路31の検出信号を増幅するための回路であり、前段のカレントミラー回路41と、後段のカレントミラー回路42を備えて構成されている。前段のカレントミラー回路41ではゲート電位が参照電位VRに保持されたトランジスタ38が出力する一定の参照電流Irefと、信号増幅トランジスタ34が出力する検出電流Idatとを比較する。後段のカレントミラー回路42では参照電流Irefと検出電流Idatとの差分を増幅した検出信号OUTを出力する。この検出信号OUTと予め定められた所定の閾値との信号レベルを比較することによって2値データ(デジタルデータ)から成る指紋情報を得ることができる。ここで、検出信号OUTが閾値以上である場合をHighレベルとし、検出信号OUTが閾値未満である場合をLowレベルとする。参照電流Irefの値は参照電位VRによって定まるため、参照電位VRを調整することで、参照電流Irefと検出電流Idatとの差分を増減することが可能となり、指紋のコントラストを調整できる。尚、同図において、CLK信号はシフトレジスタ11に入力するクロック信号CLKXの2倍速であり、アナログスイッチ13の切換タイミングに同期している。
FIG. 6 shows a circuit configuration of the
図7は第1フレームの指紋情報の読み取りを行うときの走査線ドライバ20のタイミングチャートを示している。準備期間において最適な指紋検出条件の探索を行い、後続する指紋検出期間において実際に指紋情報の読み取りを行う。準備期間と指紋検出期間の何れにおいても走査線ドライバ20のリセット信号RSTYはHighレベルとなっている。指紋検出前の準備期間において、走査線ドライバ20はクロック信号CLKY及びクロック反転信号CLKBYに同期してYSEL{1},YSEL{2},…,YSEL{n}の出力をHレベルにし、走査線36を順次選択していく。このとき、データ線ドライバ10のリセット信号RSTXはLowレベルとなっており、データ線ドライバ10の動作は停止している(期間A1)。次いで、特定の走査線36(図7ではYSEL{n/2})が選択されたタイミングでクロック信号CLKY及びクロック反転信号CLKBYを停止する。このとき、1つの走査線36(YSEL{n/2})のみが選択された状態となる。この状態でデータ線ドライバ10のリセット信号RSTXがHighレベルとなり、データ線ドライバ10はクロック信号CLKX及びクロック反転信号CLKBXに同期してデータ線37を順次選択していく(期間B)。このデータ線37の順次選択に伴い、上記特定の走査線36に接続する静電容量検出回路31が順次選択されていく。そして、増幅回路40からは静電容量検出回路31に向けて指紋の凹凸情報に応じた電流が流れる。この特定の走査線36が選択されている状態で指紋検出条件を様々な条件に設定して指紋情報の読み取りを行い、最適な指紋検出条件を探索する。ここでは、指紋検出条件として参照電位VRをVssからVddまでスイープし、それぞれの参照電位VRに対して検出信号OUTを取得し、最適条件を探索する。
FIG. 7 shows a timing chart of the scanning line driver 20 when reading the fingerprint information of the first frame. The optimum fingerprint detection condition is searched in the preparation period, and the fingerprint information is actually read in the subsequent fingerprint detection period. In both the preparation period and the fingerprint detection period, the reset signal RSTY of the scanning line driver 20 is at a high level. In the preparatory period before fingerprint detection, the scanning line driver 20 sets the outputs of YSEL {1}, YSEL {2},..., YSEL {n} to H level in synchronization with the clock signal CLKY and the clock inversion signal CLKBY. 36 are sequentially selected. At this time, the reset signal RSTX of the data line driver 10 is at a low level, and the operation of the data line driver 10 is stopped (period A1). Next, the clock signal CLKY and the clock inversion signal CLKBY are stopped at a timing when a specific scanning line 36 (YSEL {n / 2} in FIG. 7) is selected. At this time, only one scanning line 36 (YSEL {n / 2}) is selected. In this state, the reset signal RSTX of the data line driver 10 becomes High level, and the data line driver 10 sequentially selects the data lines 37 in synchronization with the clock signal CLKX and the clock inversion signal CLKBX (period B). As the data lines 37 are sequentially selected, the
参照電位VRの最適値を探索する手法を以下に示す。
(1)検出信号OUTがHighレベルの場合を「1」、Lowレベルの場合を「0」とする。
(2)参照電位VR=V11とする(Vss≦V11≦Vdd)。
(3)特定の走査線36上で最初に「0」となった点と、最後に「0」となった点との間で標準偏差を求め、これをσ11とする(参照電位VR=V11のときの標準偏差)。
(4)参照電位VRをV12からV1jまでスイープして上記(3)を繰り返し行い、標準偏差σ11〜σ1jが最大となる参照電位VR1maxを求める。
(5)VR1maxを第1フレームにおける参照電位VRの最適値とする。
A method for searching for the optimum value of the reference potential VR will be described below.
(1) “1” is set when the detection signal OUT is at a high level, and “0” is set when the detection signal OUT is at a low level.
(2) Reference potential VR = V11 (Vss ≦ V11 ≦ Vdd).
(3) A standard deviation is obtained between a point that first becomes “0” and a point that finally becomes “0” on a
(4) The reference potential VR is swept from V12 to V1j and the above (3) is repeated to obtain the reference potential VR1max that maximizes the standard deviations σ11 to σ1j.
(5) VR1max is set to the optimum value of the reference potential VR in the first frame.
ここで、参照電位VR=Vssのときは、トランジスタ38は略オフ状態となり、検出信号OUTは全て「1」となる。一方、参照電位VR=Vddのときは、トランジスタ38は略オン状態となり、検出信号OUTは全て「0」となる。指紋情報を読み取るための最適な参照電位VRはVssからVddまでの範囲に定まる。
Here, when the reference potential VR = Vss, the
上述の探索手法により最適な参照電位VRが定まったならば、再びデータ線ドライバ10のリセット信号RSTXはLowレベルとなり、データ線ドライバ10によるデータ線37の選択動作は停止する(期間A2)。そして、走査線ドライバ20へのクロック信号CKLY及びクロック反転信号CLKBYの入力が再開され、走査線ドライバ20による走査線36の順次選択が最終行(YESL{n})まで行われ、準備期間が終了する。準備期間終了の後、リセット信号RSTXがHighレベルとなり、指紋検出期間に移行する。指紋検出期間では、これに先行する準備期間で得られた参照電位VRの最適値VR1maxを用いて指紋情報の読み取りを行う。
If the optimum reference potential VR is determined by the above-described search method, the reset signal RSTX of the data line driver 10 again becomes the low level, and the selection operation of the
図8は第2フレーム以降の指紋情報の読み取りを行うときの走査線ドライバ20のタイミングチャートを示している。準備期間のうち期間A1,A2におけるドライバ動作と、指紋検出期間におけるドライバ動作は上述した第1フレームのドライバ動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。準備期間のうち期間Bでは、以下の処理を行うことにより最適な指紋検出条件を探索する。
(1)検出信号OUTがHighレベルの場合を「1」、Lowレベルの場合を「0」とする。
(2)第1フレームの最適値VR1maxをV21とし、V21を参照電位VRに設定する。
(3)特定の走査線36上で最初に「0」となった点と、最後に「0」となった点との間で標準偏差を求め、これをσ21とする(参照電位VR=V21のときの標準偏差)。
(4)参照電位VRをV21からV2k(k<j)までスイープして上記(3)を繰り返し行い、標準偏差σ21〜σ2kが最大となる参照電位VR2maxを求める。
(5)VR2maxを第2フレームにおける参照電位VRの最適値とする。
FIG. 8 shows a timing chart of the scanning line driver 20 when reading fingerprint information from the second frame. Since the driver operation in the periods A1 and A2 and the driver operation in the fingerprint detection period in the preparation period are the same as the driver operation in the first frame described above, detailed description thereof is omitted. In period B of the preparation period, optimal fingerprint detection conditions are searched for by performing the following processing.
(1) “1” is set when the detection signal OUT is at a high level, and “0” is set when the detection signal OUT is at a low level.
(2) The optimum value VR1max of the first frame is set to V21, and V21 is set to the reference potential VR.
(3) A standard deviation is obtained between a point that first becomes “0” and a point that finally becomes “0” on a
(4) The reference potential VR is swept from V21 to V2k (k <j) and the above (3) is repeated to obtain the reference potential VR2max that maximizes the standard deviations σ21 to σ2k.
(5) VR2max is set to the optimum value of the reference potential VR in the second frame.
第3フレーム以降についても第2フレームと同様にして参照電位VRの最適値を探索する。 In the third and subsequent frames, the optimum value of the reference potential VR is searched in the same manner as in the second frame.
図9は2値データに変換された検出信号OUTから得られた指紋画像である。指紋の山がセンサ電極72に近接すると、検出信号OUTの論理レベルはLowレベルとなり、指紋の谷がセンサ電極72に近接すると、検出信号OUTの論理レベルはHighレベルとなる。検出信号OUTのLowレベルを黒表示、Highレベルを白表示で示すと、図9に示すように、指紋の山は黒く表示され、谷は白く表示される。参照電位VRがVssに近い場合には、指紋画像は全体的に白く表示され、標準偏差は0に近い値になる。一方、参照電位VRがVddに近い場合には、指紋画像は全体的に黒く表示され、標準偏差は0に近い値になる。このように、参照電位VRの値によって指紋画像のコントラストが大きく異なる。白と黒の割合がほぼ同程度になると、指紋画像のコントラストは明瞭となり、指紋の判別精度を高めることができる。このときの標準偏差は0.5(最大値)に近い値となる。従って、最適な参照電位VRを探索するには、指紋画像の白と黒が同程度の割合になるように、即ち、「0」と「1」の割合の標準偏差が最大となるように参照電位VRを設定すればよい。ここで、データ線ドライバ10、走査線ドライバ20、及び増幅回路40は指紋の凹凸情報を「0」,「1」の2値データに変換する基準となる閾値を設定する閾値設定手段として機能する。上述の例では2値データの「0」,「1」の割合を同程度にする尺度として標準偏差を例示したが、本発明はこれに限られるものではなく、各種の手法を用いることができる。
FIG. 9 shows a fingerprint image obtained from the detection signal OUT converted into binary data. When the crest of the fingerprint is close to the
次に、指紋センサ1の応用例について説明する。図11はスマートカード81の概略構成図を示しており、上述した指紋センサ1と、CPUやメモリ素子などを実装したICチップ82と、液晶ディスプレイなどの表示装置83を備えて構成されている。ICチップ82にはバイオメトリクス情報として、カード所有者の指紋情報が登録されている。図12はこのスマートカード81の認証手順を示している。カード使用者が指先を指紋センサ1に接触させることによって、スマートカード81に指紋情報が入力されると(ステップS1)、この指紋情報は予め登録された指紋情報と照合される(ステップS2)。ここで、指紋が一致すると(ステップS2;YES)、暗証番号が発行される(ステップS3)。次いで、カード所有者によって暗証番号が入力される(ステップS4)。ステップS3で発行された暗証番号と、ステップS4で入力された暗証番号が一致しているか否かがチェックされ(ステップS5)、一致している場合には(ステップS5;YES)、カードの使用が許可される(ステップS6)。
Next, an application example of the
このように、暗証番号に加えて指紋情報によって本人の認証を行うことによって、セキュリティの高いスマートカードを提供できる。バイオメトリクス認証機能を実装したスマートカードはキャッシュカード、クレジットカード、身分証明書などに利用できる。本実施形態の指紋センサは、本人認証を行うためのあらゆるバイオメトリクス認証装置に応用できる。例えば、室内への入退室管理を行うセキュリティシステムとして、本実施形態の指紋センサをドアに取り付けておき、当該指紋センサに入力された入室者の指紋情報と予め登録された指紋情報を照合し、両者が一致する場合には入室を許可する一方で、両者が一致しない場合には入室を不許可とし、必要に応じて警備会社等に通報するシステムにも応用できる。また、インターネットなどのオープンネットワークを通じた電子商取引においても、本人確認のためのバイオメトリクス認証装置として本実施形態の指紋センサは有効に応用できる。さらに、コンピュータ端末装置のユーザ認証装置や、複写機の複写機使用者の管理装置などにも広く応用できる。また、指紋認証機能を搭載した携帯電話等の移動通信端末にも応用できる。また、本発明の静電容量検出装置は指紋検出に限らず、微小な凹凸を有する被検物の表面形状を静電容量変化として読み取る装置に適用できる。 In this way, a smart card with high security can be provided by authenticating the person using fingerprint information in addition to the personal identification number. A smart card with a biometrics authentication function can be used for cash cards, credit cards, identification cards, etc. The fingerprint sensor of the present embodiment can be applied to any biometric authentication device for performing personal authentication. For example, as a security system for managing entry / exit into the room, the fingerprint sensor of this embodiment is attached to the door, and the fingerprint information of the occupant input to the fingerprint sensor is compared with the fingerprint information registered in advance, If the two match, the entry is permitted, while if the two do not match, the entry is not permitted and the system can be applied to a security company or the like as necessary. The fingerprint sensor of the present embodiment can also be effectively applied as a biometric authentication device for identity verification in electronic commerce through an open network such as the Internet. Further, the present invention can be widely applied to a user authentication device for a computer terminal device and a management device for a copying machine user of a copying machine. Further, it can be applied to a mobile communication terminal such as a mobile phone equipped with a fingerprint authentication function. The capacitance detection device of the present invention is not limited to fingerprint detection, and can be applied to a device that reads the surface shape of a test object having minute irregularities as a change in capacitance.
本実施形態によれば、2値データの「0」,「1」の割合が指紋の被検出領域において同程度になるように閾値を設定することで、指紋画像における指紋の凸部(山)と凹部(谷)の相対的割合が同程度になる結果、凸部と凹部の区別が明瞭になるため、指紋の判別精度を高めることができる。また、指紋検出条件の最適値は指紋検出の都度に刻々と変動するものの、最適な閾値の値が短時間で大きく変動することは稀であるため、時間があまり経過していない前回の指紋検出時に求めた閾値(例えば、前フレームの指紋検出時に求めた閾値)近傍で最適な閾値を探索すれば、探索時間を短縮できる。これにより、外的要因に起因する指紋検出条件の経時劣化に対して柔軟に対応することが可能となり、定常的に安定した指紋検出を行うことができる。 According to the present embodiment, by setting the threshold value so that the ratio of “0” and “1” of the binary data is approximately the same in the detected region of the fingerprint, the convex portion (mountain) of the fingerprint in the fingerprint image. As a result of the relative ratio of the concave portions (valleys) being approximately the same, the distinction between the convex portions and the concave portions becomes clear, so that the fingerprint discrimination accuracy can be increased. In addition, the optimum value of the fingerprint detection condition changes every time the fingerprint is detected, but the optimum threshold value rarely fluctuates greatly in a short time. The search time can be shortened by searching for an optimum threshold value in the vicinity of the threshold value obtained at times (for example, the threshold value obtained at the time of fingerprint detection in the previous frame). As a result, it is possible to flexibly cope with the deterioration with time of the fingerprint detection conditions caused by external factors, and it is possible to perform stable and stable fingerprint detection.
1…指紋センサ 10…データ線ドライバ 20…走査線ドライバ 30…指紋検出部 31…静電容量検出回路 36…走査線 37…データ線 40…増幅回路
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記2値データの「0」,「1」の割合が指紋の被検出領域において同程度になるように前記閾値を設定する閾値設定手段を備える、指紋センサ。 A fingerprint sensor that converts unevenness information of a fingerprint into binary data of “0” and “1” based on a predetermined threshold,
A fingerprint sensor comprising threshold setting means for setting the threshold so that the ratios of “0” and “1” of the binary data are substantially the same in the detected region of the fingerprint.
前記閾値設定手段は前記2値データの「0」,「1」の割合の標準偏差に基づいて前記閾値を設定する、指紋センサ。 The fingerprint sensor according to claim 1,
The threshold value setting means sets the threshold value based on a standard deviation of a ratio of “0” and “1” of the binary data.
前記閾値設定手段は前記標準偏差の値が最大となるように前記閾値を設定する、指紋センサ。 The fingerprint sensor according to claim 2,
The fingerprint sensor, wherein the threshold value setting means sets the threshold value so that the standard deviation value is maximized.
前記閾値設定手段は前回求めた閾値近傍で前記閾値の値を変動させて2値データを得ることにより、前記2値データの「0」,「1」の割合が指紋の被検出領域において同程度になる閾値を求める、指紋センサ。 The fingerprint sensor according to any one of claims 1 to 3,
The threshold value setting means obtains binary data by changing the threshold value in the vicinity of the previously obtained threshold value, so that the ratio of “0” and “1” of the binary data is approximately the same in the detected region of the fingerprint. A fingerprint sensor that finds a threshold value.
前記被検出領域は2値データの論理値が最初に変化した箇所と最後に変化した箇所との間の領域である、指紋センサ。 The fingerprint sensor according to any one of claims 1 to 4,
The to-be-detected area is a fingerprint sensor that is an area between a location where the logical value of binary data has changed first and a location where it has changed last.
前記所定の値が代入された閾値を基準に指紋の凹凸情報を「0」,「1」の2値データに変換する過程と、
を繰り返し実行することにより指紋の被検出領域における「0」,「1」の割合が同程度になるように前記閾値を探索する、指紋検出条件の探索方法。 A process of substituting a predetermined value for a threshold value serving as a reference for converting the unevenness information of the fingerprint into binary data of “0” and “1”;
Converting the unevenness information of the fingerprint into binary data of “0” and “1” based on the threshold value into which the predetermined value is substituted;
A method for searching for a fingerprint detection condition, in which the threshold value is searched so that the ratio of “0” and “1” in the detected region of the fingerprint becomes approximately the same by repeatedly executing.
前記指紋検出条件の探索方法で求めた閾値を基準にして指紋の凹凸情報を「0」,「1」の2値データに変換する過程と、
を含む、指紋検出方法。
The process of searching for the threshold value by the fingerprint detection condition search method according to claim 7;
A process of converting the unevenness information of the fingerprint into binary data of “0” and “1” based on the threshold value obtained by the search method of the fingerprint detection condition;
A fingerprint detection method including:
Priority Applications (1)
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JP2004044599A JP2005234964A (en) | 2004-02-20 | 2004-02-20 | Fingerprint sensor, biometrics authentication apparatus, method for retrieving fingerprint detection condition, and method for detecting fingerprint |
Applications Claiming Priority (1)
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