JP2005261562A

JP2005261562A - 指紋入力方法及び装置

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Publication number: JP2005261562A
Application number: JP2004076382A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hoshino; 健星野
Original assignee: NEC Infrontia Corp
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: JP4546119B2

Abstract

【課題】指の発汗により発生する指紋センサ表面上のくもりを除去することを可能にし、鮮明な指紋画像を取得する。
【解決手段】指紋センサから指紋画像を取得する工程と、画像取得後前記指紋センサを加熱し表面温度を上昇せしめ、再度指紋画像を取得する工程と、取得した表面温度上昇前後の画像の出力値を比較する工程と、その差が所定値以上のとき、前記指紋センサを加熱し表面温度を更に上昇せしめ、その差が所定値以下のとき指紋センサ表面のくもりがないと判断し、上昇後の画像を採用する工程とから成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、指紋を画像信号として入力する指紋入力方法及び装置に関する。

指紋入力装置は、個人の認証装置として応用されている。認証装置は指紋入力装置と照合装置から成り、指紋入力装置において、指を指紋センサの表面に載置し、光学式あるいは静電容量方式により指紋の画像化を行っており、照合装置において、採取した指紋と記憶している個人の指紋と照合し本人の確認を行っている。

従来の技術の指紋入力装置では、指紋センサの温度が低く、入力しようとする指の温度が高い場合、指の発汗により、指紋センサの表面がくもってしまい指紋画像を鮮明に入力できない場合があった。

図７は、指紋画像の周辺に発生する発汗によるくもりの様子を示す図である。

従来の技術では、皮膚が湿潤な状態の指紋を入力しようとすると、指紋画像の周辺に発汗による図７に示すようなくもりが発生してしまい、鮮明な指紋画像を取得することができず、指紋照合処理装置において指紋照合することができない場合が存在した。

一方、乾燥した指や周囲の環境が変化した場合に、画像の劣化を防ぐことは、行われていた。下記特許文献１に記載されている装置は、指紋センサを設置する場所の見た目（雰囲気）と異なる温度に予め指紋センサの温度を設定することにより、指が触れたときの緊張によって発汗を促し、乾燥した指でも指紋を入力し易くするというものであった。

また、下記特許文献２に記載されている装置は、周囲の温度や湿度により画像処理上の操作を工夫したものである。
特開２００２−２９８１３１号公報特開２０００−３５３２３６号公報特開平１１−１９０７０号公報特開２０００−２１７８０３号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、湿潤な指の入力が難しくなるという問題点があった。また、上記特許文献２の装置では、指紋センサの表面のくもりを積極的に除去するものではなく、いずれにしても鮮明な指紋画像を得るには限界があった。

そこで、本発明の目的は、指の発汗により発生する指紋センサ表面上のくもりを除去することを可能にし、鮮明な指紋画像を取得することにある。

上述の課題を解決するため、本発明の指紋入力方法は、指紋センサから指紋画像を取得する工程と、画像取得後前記指紋センサを加熱し表面温度を上昇せしめ、再度指紋画像を取得する工程と、取得した表面温度上昇前後の画像の出力値を比較する工程と、その差が所定値以上のとき、前記指紋センサを加熱し表面温度を更に上昇せしめ、その差が所定値以下のとき指紋センサ表面のくもりがないと判断し、上昇後の画像を採用する工程とから成ることを特徴とする指紋入力方法。

また、本発明の指紋入力装置は、指紋センサから取得した指紋画像取得部と、指紋画像を解析する指紋画像解析部と、指紋センサを加熱する加熱手段と、前記指紋画像解析部の指令に基づき前記加熱手段を制御する指紋センサ温度制御部とを有し、前記指紋画像解析部は、前記指紋センサ表面温度の上昇前後における画像の出力値を比較し、その差が所定値以上のとき、更に前記指紋センサ温度制御部に指紋センサ表面の温度の上昇を指令し、その差が所定値以下のとき指紋センサ表面のくもりがないと判断し、上昇後の画像を採用することを特徴とする。

本発明では、指紋センサの表面温度を動的に制御することにより、指の発汗により発生する指紋センサ表面上のくもりを除去することが可能となり、鮮明な指紋画像を取得することが可能となる。すなわち、指紋センサから取得した指紋画像をもとに、指紋センサを加熱して動的に指紋センサ表面の温度を制御し、温度変更後の指紋画像と温度変更前の指紋画像を比較することによって、指紋センサ表面のくもり状態を判断する。ここで、指紋センサ表面にくもりが存在すると判断された場合、指紋センサ表面の温度を適切に制御することによって、指の発汗により発生するくもりを除去し、鮮明な指紋画像を取得することが可能となる。

まず、本発明の概要を説明する。本発明は、指紋を入力する方法又は装置において、指紋センサの表面温度を指紋センサから取得される指紋画像をもとに、動的に適切な温度に制御することによって、発汗で皮膚が湿潤な状態の指でも、鮮明な指紋画像を取得する方法又は装置を提案するものである。

図１は、本発明における指紋入力装置の概略構成を示す図である。

指紋入力時、指１を指紋センサ２に接触すると、指紋画像取得部３は、指紋センサ２から指紋画像を取得し、指紋画像解析部４へ送信する。指紋画像解析部４は、その指紋画像を分析し、指紋センサ表面がくもっていると判断された場合、指紋画像解析部４は、指紋センサ温度制御部６へ指紋センサ表面温度上昇の指令を出す。すると、指紋センサ温度制御部６は、指紋センサ付近に設置された加熱手段７を制御し、指紋センサの表面温度を上昇させる。指紋画像取得部３は、指紋センサ表面温度上昇後の指紋画像を指紋センサ２から取得し、指紋画像解析部４へ送信する。指紋画像解析部４は、指紋センサ表面温度上昇後の指紋画像を指紋画像取得部３から受信するとともに、指紋センサ表面温度上昇前の指紋画像を指紋画像記憶装置５へ保存する。指紋センサ表面温度上昇後の指紋画像を受信した指紋画像解析部４は、指紋センサ表面温度上昇前指紋画像と指紋センサ表面温度上昇後の指紋画像を比較することによって、指紋センサ表面のくもりが除去されたかどうかを確認する。ここで、指紋センサ表面のくもりが十分除去されていない場合は、再度、指紋センサ温度制御部６へ指紋センサ表面温度上昇の指令を出す。

前述したような、指紋センサ２から入力される指紋画像を確認しながら指紋センサ表面の温度を制御する処理を繰り返すことによって、指紋センサ表面のくもりを除去することが可能となり、鮮明な指紋画像を取得することが可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２は、本発明の一実施形態における指紋センサ部を示す図である。

図２において、本発明の一実施形態として、指紋センサ部１１は、基板（プリント基板）１２上に配置した加熱手段としての面状のシリコンラバーヒータ１３上に、指紋センサ周辺温度測定用の温度検出手段であるサーミスタ１４と静電容量方式の指紋センサ１５（例えば上記特許文献３参照）を配置している。

図３は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

指紋センサ１５は、シリコンラバーヒータ１３上から配線２１を出し、基板１２と接続されている。また、シリコンラバーヒータ１３と指紋センサ１５間にサーミスタ１４を設置してある。

図２の指紋センサ部１１は、静電容量方式の指紋センサ（以下、単に「指紋センサ」ともいう）１５の裏面に接着されたサーミスタ１４、及びシリコンラバーヒータ１３と基板１２から構成されている。図３のように指紋センサ１５、サーミスタ１４、シリコンラバーヒータ１３、基板１２は、層構造で構成され、シリコンラバーヒータ１３は、指紋センサ１５へ熱が伝わりやすいようにサーミスタ１４とともに指紋センサ１５へ密着するよう配置する。ここで、指紋センサ１５、サーミスタ１４、シリコンラバーヒータ１３が短絡しないように絶縁シート２２などを挟んで絶縁する。このサーミスタ１４とシリコンラバーヒータ１３を接着した指紋センサ１５を、基板１２へ配置する。このとき、指紋センサ１５のピンが短絡せずに基板へ接続されるような構造をとる。基板１２は、指紋センサ１５に指が置かれても変形しない程度の強度を持つ構造にする。２１は、指紋センサ１５への配線である。

図４は、本発明の一実施形態におけるブロック図である。

図４のように、指紋画像取得部３は、静電容量方式指紋センサ１５と接続され、指紋センサ１５から指紋画像を取得する。取得された指紋画像は、指紋画像解析部３へ送信される。指紋画像解析部４は、指紋画像取得部３と指紋センサ温度制御部６に接続され、指紋画像取得部３から受信された指紋画像を解析し、指紋センサ温度制御値を計算する。指紋画像解析部４は、計算された指紋センサ温度制御値に従って、指紋センサ温度制御部６へ温度制御命令を送信する。また、指紋画像解析部４は、ＲＡＭ(Random Access Memory)等の記憶装置から構成される指紋画像記憶装置５ａ，５ｂとも接続されており、前回、指紋画像取得部３から受信した指紋画像を指紋画像記憶装置５ａへ、現在、指紋画像取得部３から受信した指紋画像を指紋画像記憶装置５ｂへ保存する。これらの指紋画像は、指紋センサ温度制御値を計算する際に使用される。サーミスタ１４は、指紋センサ温度を測定するため、指紋画像解析部４へ接続される。指紋センサ温度制御部６は、シリコンラバーヒータ１３と接続され、指紋画像解析部４からの指令に従って、シリコンラバーヒータの温度を変更する。また、これらの処理部各々は、バス接続やシリアル接続等で信号の送受信が可能なように接続する。ここで、指紋画像取得部３、指紋画像解析部４は、指紋画像を取得解析するソフトウェアとそれを実行するＣＰＵで構成される。また、指紋センサ温度制御部６は、シリコンラバーヒータの温度を制御するソフトウェアとそれを実行するＣＰＵで構成される。

本実施形態では、指紋センサの１画素の出力値として、１０進数の０〜７の範囲とし、指紋センサ面に指が接触している場合、画素出力値が０に近い画像データを出力し、指が接触していない場合、７出力値を出力するものとする。

［動作］
図５は、本発明の一実施形態におけるフロチャートである。各ステップをＳ_１〜Ｓ_１２で示す。

実施形態の動作について、図４のブロック図と図５のフロチャートを用い説明する。指が指紋センサに接触すると、指紋画像取得部３は、指紋センサから指紋画像を取得し（この指紋画像を指紋画像Ａとする）、得られた指紋画像Ａを指紋画像解析部４へ送信する（Ｓ_１）。指紋画像解析部４は、受信した指紋画像Ａを指紋画像記憶装置５ａへ保存する（Ｓ_２）。次に、指紋画像解析部４は、サーミスタ１４を使って温度を測定し、指が火傷しそうな高温であった場合は（Ｓ_３）、指紋画像Ａを入力された指紋画像として、入力指紋を処理する指紋照合装置などに出力し、処理を終了する（Ｓ_４）。

もし、サーミスタで観測された温度が、高温でないならば、指紋画像解析部４は、指紋センサ温度制御部６へわずかな温度上昇をするよう指令する（Ｓ_５）。指紋センサ温度制御部６は、シリコンラバーヒータ１３の電源を一定時間通電し、間接的に指紋センサ表面の温度を上昇させる（Ｓ_６）。指紋センサ温度制御部６が指紋センサ表面の温度を上昇させた後、指紋画像取得部３は、新しい指紋画像（この指紋画像を指紋画像Ｂとする）を指紋センサから取得する。指紋画像取得部３は、新しく取得した指紋画像Ｂを指紋画像解析部４へ送信する（Ｓ_７）。すると、指紋画像解析部４は、受信した指紋画像Ｂを指紋画像記憶装置５ｂへ保存する（Ｓ_８）。次に、指紋画像解析部４は、指紋画像記憶装置５ａ，５ｂに格納されている指紋画像Ａ，Ｂ各々の全画素平均出力値Ｍａ，Ｍｂを計算し、ＭａとＭｂの差の絶対値｜Ｍｂ−Ｍａ｜を計算する（Ｓ_９）。その値がある値よりも大きな値であった場合、指紋画像解析部４は、指紋センサ表面上にくもりが存在すると判断する（Ｓ_１０）。すると、指紋画像解析部４は、指紋画像記憶装置５ｂに格納されている指紋画像を指紋画像記憶装置５ａへ移動するとともに（Ｓ_１１）、サーミスタ１４で指紋センサ温度が高温でないことを確認し、指紋センサ温度制御部６へ更に温度上昇を指令する（Ｓ_３へ戻る）。すると、指紋センサ温度制御部６は、指紋画像解析部４の指令に従い、シリコンラバーヒータ１３の電源を一定時間通電し、間接的に指紋センサ表面の温度を更に上昇させる。

直前に取得した指紋画像の全画素平均出力値と、新しく取得した指紋画像の全画素平均出力値の差の絶対値が０に十分近い小さな値となるまで、前述の処理を繰り返す。直前に取得した指紋画像の全画素平均出力値と、新しく取得した指紋画像全画素平均出力値の差の絶対値が０に近い値となるということは、指紋センサ表面温度上昇による指紋画像の変化がなくなったことであり、つまり、指紋センサ表面のくもりが除去されたと判断することができる。ここで、直前に取得した指紋画像である指紋画像Ｂを、入力指紋を処理する指紋照合装置などへ鮮明な指紋画像として出力する（Ｓ_１２）。なお、制御温度は、火傷を負わない対象範囲とする。

［他の実施形態］
図６は、他の実施形態における指紋画像を幾つかの部分領域に分割した図である。

先の実施形態では、指紋センサ表面の全画素平均出力値を用いて、指紋センサ表面上にくもりが存在するかどうかを判断したが、図７のように、指紋画像を幾つかの部分領域に分割し、その中でくもりが存在する部分領域のみに着目し、くもり除去状態を判断することも可能である。

上記実施形態では、指紋センサ表面温度制御用に、シリコンラバーヒータを使用したが、指紋センサ表面温度を制御する加熱手段であれば、その他のヒータで構成することも可能である。

上記実施形態では、指紋センサ表面温度測定用に、サーミスタを使用したが、指紋センサ表面温度を測定できる温度検出手段であれば、その他の装置、例えば熱電対で構成することも可能である。

上記実施形態では、指紋画像取得部、指紋画像解析部、指紋センサ温度制御部は、分離していたが、これを一つのＣＰＵとソフトウェア等で構成される一つの処理部とすることも可能である。

上記実施形態では、センサ素子面と指紋稜線・谷間との間に生じる静電容量を読み取る静電容量方式の指紋センサを使用したが、その他の薄型の、多数の受光素子から成る光学方式の指紋センサ（例えば上記特許文献４参照）を使用し構成することも可能である。

本発明における指紋入力装置の構成を示す図本発明の一実施形態における指紋センサ部を示す図図３のＡ−Ａ線に沿った断面図本発明の一実施形態におけるブロック図本発明の一実施形態におけるフロチャート他の実施形態における指紋画像を幾つかの部分領域に分割した図指紋画像の周辺に発生する発汗によるくもりの様子を示す図

符号の説明

１…指
２…指紋センサ
３…指紋画像取得部
４…指紋画像解析部
５…指紋画像記憶装置
６…指紋センサ温度制御部
７…加熱手段

Claims

指紋センサから指紋画像を取得する工程と、画像取得後前記指紋センサを加熱し表面温度を上昇せしめ、再度指紋画像を取得する工程と、取得した表面温度上昇前後の画像の出力値を比較する工程と、その差が所定値以上のとき、前記指紋センサを加熱し表面温度を更に上昇せしめ、その差が所定値以下のとき指紋センサ表面のくもりがないと判断し、上昇後の画像を採用する工程とから成ることを特徴とする指紋入力方法。
前記指紋センサの温度を検出し、所定温度以上では指紋センサの温度の上昇を中止することを特徴とする請求項１に記載の指紋入力方法。
前記取得した表面温度上昇前後の画像の出力値を比較する工程において、画像の全画素又は一部領域において比較することを特徴とする請求項１に記載の指紋入力方法。
指紋センサから取得した指紋画像取得部と、指紋画像を解析する指紋画像解析部と、指紋センサを加熱する加熱手段と、前記指紋画像解析部の指令に基づき前記加熱手段を制御する指紋センサ温度制御部とを有し、前記指紋画像解析部は、前記指紋センサ表面温度の上昇前後における画像の出力値を比較し、その差が所定値以上のとき、更に前記指紋センサ温度制御部に指紋センサ表面の温度の上昇を指令し、その差が所定値以下のとき指紋センサ表面のくもりがないと判断し、上昇後の画像を採用することを特徴とする指紋入力装置。
前記指紋センサ表面温度の上昇前後における画像を格納する、少なくとも２つの指紋画像記憶装置を有することを特徴とする請求項４に記載の指紋入力装置。
前記指紋センサの温度を検出する温度検出手段を有し、所定温度以上では前記指紋画像解析部は、前記指紋センサ温度制御部に温度上昇を指令しないことを特徴とする請求項４又は５に記載の指紋入力装置。
前記指紋センサは、静電容量方式であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の指紋入力装置。
前記指紋センサは、光学方式であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の指紋入力装置。
前記温度検出手段は、サーミスタであることを特徴とする請求項６に記載の指紋入力装置。