JP2005301746A - 指紋読取方法および指紋読取システム - Google Patents

Abstract

【課題】 スイープ型指紋センサから取得する指紋画像のメモリ領域を節約する。
【解決手段】 指紋読取システム（101）は、スイープ型指紋センサ（20）と、該センサにより読取った部分指紋画像を格納するメモリ（30）とを含み、スイープ型指紋センサにより部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得部（11）と、取得した部分指紋画像を既に取得した部分指紋画像に重複させてメモリに格納すると共に、確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する再構成部（12）と、確定領域が所定サイズに達したとき該確定領域の画像を用いて指紋の特徴情報を生成し、生成後に該確定領域のメモリ部分を開放する特徴抽出部（13）と、生成された特徴情報をその生成順序に沿って逐次記録する特徴構成部（14）とを有し、再構成部は、確定領域のメモリ部分が開放されたとき、該メモリ部分を用いて後続の再構成処理を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、指の指紋画像を取得し該画像に基づき指紋の特徴情報を生成する指紋読取方法に関し、特に、スライド動作する指から、その指紋を表す一連の部分指紋画像を逐次的に取得する所謂スイープ（sweep）型指紋センサを用いた方法に関する。

従来、パーソナルコンピュータや携帯電話機のような情報処理装置の一種に、その所有者もしくは予め認められた利用者であることを確認するための指紋認証機能を具備するものが普及している。この種の装置のうち、特に、携帯情報端末に代表される小型の端末装置においては、指紋を読取るセンサの占有スペースを出来る限り小さくすることが求められる。この要求に合致するものとして、従来、指の幅と同等の横幅を持つ矩形の感知面上をスライドする指から指紋画像を逐次読取るスイープ型指紋センサを用いた指紋照合システムが知られている。

上記システムのスイープ型指紋センサは、指紋の一部に相当する部分指紋画像を連続的に読取るものであるため、読取った部分指紋画像から指紋全体に関する情報を得るための技術的工夫が必要とされる。その技術として、例えば、後述の特許文献１及び２の手法のように、読取った部分指紋画像を逐次重ね合わせることにより全体の指紋画像を再構成し、その全体指紋画像を個人情報の登録や照合に用いるというものがある。また、例えば、後述の特許文献３の手法のように、全体指紋画像を再構成することなく、連続的に得られる部分指紋画像と予め登録された画像との比較による照合処理を行うというものがある。
特開平１０−０９１７６９号公報 特開２００３−３３１２６９号公報 特開２００３−０５１０１３号公報

特許文献１及び２の手法によれば、部分指紋画像を重ね合わせることにより、全体指紋画像に欠落箇所が生じることを防止することができる。しかしながら、上記の手法では、いったん部分指紋画像をすべて読取って全体指紋画像を再構成したうえで、認証のための処理に移ることから、逐次読取られる部分指紋画像の全てをバッファリングすることができる広大なメモリ空間を必要とされる。また、全体指紋画像が完成するまでは、指紋の特徴情報を抽出するといった次の処理に移行できないという不都合がある。

一方、特許文献３の手法によれば、全体指紋画像の再構成が不要であることから、広大なメモリ空間は必要とされず、かつ処理時間の短縮を図ることができるが、照合時に用いる部分指紋画像の特徴情報が指紋全体のどこに位置するかという重要な情報を欠くことになり、原理的に、精度の高い照合を実現し難いという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、部分指紋画像のバッファリングに用いるメモリ空間を縮小させ、また、認証処理へ至る過程の効率化を図り得る指紋読取方法及び指紋読取システムを提供することを目的とする。

本発明に係る指紋読取方法は、スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読取るためのスイープ型指紋センサを具備する指紋読取システムが、前記スイープ型指紋センサにより部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得プロセスと、前記画像取得プロセスにて取得した部分指紋画像を既に取得した部分指紋画像に対し相互に対応する部分で重複させてメモリに格納し、且つ、該格納により新たな画像変化が生じない領域となる確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する再構成プロセスと、前記再構成プロセスにて前記確定領域が所定サイズに達したことを検知したとき該確定領域の画像を用いて指紋の特徴情報を生成し、生成後に、該確定領域のメモリ部分を開放する特徴抽出プロセスと、前記特徴抽出プロセスにて生成した特徴情報をその生成順序に沿って逐次記録する特徴構成プロセスとを実行し、前記特徴抽出プロセスにて前記確定領域のメモリ部分が開放されたとき、該メモリ部分を用いて、後続の部分指紋画像に前記再構成プロセスを実行するという方法である。

本発明に係る指紋読取システムは、スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読取るためのスイープ型指紋センサと、該センサにより読取った部分指紋画像を格納するメモリとを含む指紋読取システムであって、前記スイープ型指紋センサにより部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した部分指紋画像を既に取得した部分指紋画像に対し相互に対応する部分で重複させて前記メモリに格納し、且つ、該格納により新たな画像変化が生じない領域となる確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する再構成部と、前記再構成部により前記確定領域が所定サイズに達したことを検知されたとき該確定領域の画像を用いて指紋の特徴情報を生成し、生成後に、該確定領域のメモリ部分を開放する特徴抽出部と、前記特徴抽出部により生成された特徴情報をその生成順序に沿って逐次記録する特徴構成部とを有し、前記再構成部は、前記特徴抽出部が前記確定領域のメモリ部分を開放したとき、該メモリ部分に後続の部分指紋画像を格納する。

本発明によれば、指紋全体の再構成を待つことなく確定領域が所定サイズに達する毎に特徴情報を作成することから、認証処理へ至る過程の効率が高められ、これにより、処理時間を短縮することができる。また、指紋の特徴情報を抽出し終えた時点で当該メモリ領域を開放することから、メモリ空間を節約することが可能となる。

［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明による実施例の指紋読取システムの構成を示すブロック図である。実施例の指紋読取システム１０１は、携帯用の情報通信端末に装備され、ユーザに対する個人認証を行うための指紋の特徴情報を生成する機能を果たす。その主なハードウエア構成としては、図１に示すように、複数のプロセスの並行処理を行うマルチタスク機能を有するオペレーティングシステム１０Ａが搭載されたプロセッサ１０と、従来知られたスイープ型指紋センサ２０と、該センサ２０により読取る指紋の画像データを格納するＲＡＭ及び後述の各プロセスを実行するためのプログラムが格納されたＲＯＭを含むメモリ素子３０とを有する。

図２に、本実施例のスイープ型指紋センサ２０の外観を示す。スイープ型指紋センサ２０は、指２１の幅と同等な横幅を持つ矩形の感知面を有し、この面上を指２１が縦幅方向にスライド動作する間に、一連の部分指紋画像をプロセッサ１０の制御に基づき逐次的に読取るセンサである。スイープ型指紋センサ２０及びプロセッサ１０、並びに両者間の接続手段は、指２１の移動速度に比して十分に短い時間間隔にて指紋を読取る性能を持つものであればよい。

プロセッサ１０は、図１に示すように、スイープ型指紋センサ２０により部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得プロセスを実行する画像取得部１１と、この画像取得部１１が取得した部分指紋画像を既に取得した部分指紋画像に対し相互に対応する部分で重複させてメモリ素子３０に格納し、且つ、該格納により新たな画像変化が生じない領域となる確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する指紋再構成プロセスを実行する再構成部１２と、再構成部１２により確定領域が所定サイズに達したことを検知したとき該確定領域の画像を用いて指紋の特徴情報を生成し、生成後に、該確定領域のメモリ部分を開放する指紋特徴抽出プロセスを実行する特徴抽出部１３と、特徴抽出部１３により生成した特徴情報をその生成順序に沿って逐次記録する特徴構成プロセスを実行する特徴構成部１４とを有する。再構成部１２は、特徴抽出部１３が確定領域を開放したとき、当該メモリ部分を用いて、後続の部分指紋画像の再構成処理を行う。

図３に示すフローチャートに沿って、指紋読取システム１０１の動作手順を具体例を用いて説明する。ここでは、メモリ素子３０に対し、図４に示すメモリ領域が割り当てられているとする。すなわち、画像取得部１１がスイープ型指紋センサ２０により取得した部分指紋画像を配置する一次領域３１０と、再構成すべき部分指紋画像を配置する再構成領域３１１と、最終的に得られる指紋の特徴情報を配置する指紋特徴情報格納領域３１２とが設けられており、また、再構成領域３１１には、後述する確定領域のサイズを判定するための部分特徴抽出領域６１が設けられている。

まず、ユーザがスイープ型指紋センサ２０にて指をスライドさせると、画像取得部１１は、スイープ型指紋センサ２０から指紋の部分画像を取得する（ステップＳ１）。ユーザの指紋２１Ａを図５に示す形状とした場合、画像取得部１１は、図６に示すような短冊状の部分指紋画像を、部分指紋画像６ａ、６ｂ、６ｃ、・・・、６ｐの順に逐次取得する。画像取得部１１は、部分指紋画像を１つ取得したとき、それをメモリ素子３０上の一次領域３１０に置き（ステップＳ２）、そのことを再構成部１２に知らせる（ステップＳ３）。

一次領域３１０は、スイープ型指紋センサ２０から得られる一枚分の画像に相当する領域である。画像取得部１１は、再構成部１２から部分指紋画像の引き渡し要求を受けるまでの間、これを一次領域３１０に保持したまま待機し（ステップＳ４）、再構成部１２からの要求により当該部分指紋画像を引き渡した後、後続の部分指紋画像を取得する手順に移る（ステップＳ５）。

一方、再構成部１２は、部分指紋画像が一次領域３１０に置かれることを待機し（ステップＳ６）、画像取得部１１から上記ステップＳ３の通知を受けたとき、一次領域３１０の部分指紋画像を再構成領域３１１に配置する再構成処理の手順に入る（ステップＳ７）。ここで、一次領域３１０から引き取る部分指紋画像が最初の部分指紋画像６ａである場合、図７に示すように、これを再構成領域３１１の底部に配置する。次に、後続の部分指紋画像６ｂを配置するとき、この部分指紋画像６ｂを、既に配置されている部分指紋画像６ａと比較し、両者間で最も一致する度合いが高い箇所を重ね合わせるように配置する。その様子を図８に示す。

再構成部１２は、上記の手順にて部分指紋画像を再構成領域３１１へ配置する毎に、一次領域３１０の利用が終了したことを画像取得部１１へ通知し（ステップＳ８）、画像取得部１１は、この通知を契機にスイープ型指紋センサ２０から新たな部分指紋画像を取得する。

再構成部１２は、上記の手順に沿って後続の部分指紋画像を再構成領域３１１へ順次配置し、その間、確定領域のサイズが所定のサイズに達したか否かを監視する（ステップＳ９）。この確定領域とは、再構成領域３１１において、部分指紋画像が新たに追加されても画像に変化が生じない領域を指し、本実施例では、この確定領域の所定のサイズは、部分特徴抽出領域６１のサイズに対応する。再構成領域３１１に格納され再構成される部分指紋画像群は、指２１が移動するに従い徐々に大きくなり、これに伴い、確定領域のサイズも拡張していく。

具体的には、例えば、部分指紋画像６ａ及び６ｂが配置された図８に示す状態において、新たに部分指紋画像６ｃが配置されると、図９に示すような状態となる。このとき、部分指紋画像６ｃが追加されたことにより、部分特徴抽出領域６１内の画像が変化する。よって、この時点では、再構成部１２は、確定領域が未だ所定サイズに達していないと判定する。

その後、新たに部分指紋画像６ｄが配置されると、図１０に示すような状態となる。このとき、追加された部分指紋画像６ｄの格納場所は、部分特徴抽出領域６１から外れることから、部分特徴抽出領域６１の画像は変化しない。この時点で再構成部１２は、確定領域が所定サイズに達したと判定する。

なお、仮に、新たに配置した部分指紋画像６ｄと、部分指紋画像６ｃとの重複部分が部分特徴抽出領域６１に含まれる場合、部分特徴抽出領域６１内の画像は概ね変化しないことから、この場合も確定領域が所定サイズに達したと判定してもよいが、判定基準を単純化するために、図１０に沿って説明した方法、すなわち新たな部分指紋画像の配置場所が部分特徴抽出領域６１から外れるか否かを上記ステップＳ９の判断基準とすることが好ましい。

再構成部１２は、確定領域が所定サイズに達したと判定したとき、この所定サイズに対応する部分特徴抽出領域６１の画像から指紋の特徴情報を抽出するよう、特徴抽出部１３へ通知する（ステップＳ１０）。

特徴抽出部１３は、再構成部１２からの上記の通知を待機し（ステップＳ１１）、その通知を受けたとき、部分特徴抽出領域６１の画像に対し指紋の特徴情報を抽出する処理を行う（ステップＳ１２）。指紋特徴抽出処理とは、高速フーリエ変換処理などの周波数解析手段を利用した従来知られた画像処理であり、この処理により、対象となる指紋画像から、隆線の分岐点や端点がどこに位置するかといった特徴が抽出される。指紋の特徴情報は、その後の指紋照合処理に使用される。図１１に、指紋の特徴が抽出された状態を示す。特徴抽出部１３は、特徴情報抽出処理により生成した指紋特徴情報を特徴構成部１４に渡す（ステップＳ１３）。

また、特徴抽出部１３は、図１２に示すように、特徴抽出処理が終わった部分特徴抽出領域６１を再構成部１２が再構成処理に利用できるように開放し、その旨を再構成部１２に通知する（ステップＳ１４）。これにより、再構成部１２は、再構成領域３１１中の開放された部分特徴抽出領域６１を新たな再構成処理に充てることができる。

特徴構成部１４は、特徴抽出部１３から特徴情報が与えられるのを待機し（ステップＳ１５）、特徴情報を与えられたとき、これをメモリ素子３０の指紋特徴情報格納領域３１２に格納する（ステップＳ１６）。

上記の手順を繰り返し、特徴構成部１４が、特徴抽出部１３から得た特徴情報を順次格納することにより、指紋特徴情報格納領域３１２には、図１３に示すような指紋全体の特徴情報６１ａ〜６１ｅが記録される。図示するように、特徴情報６１ａ〜６１ｅは、互いに重なり合う部分を持たず、また相互の位置関係が明らかであるため、特徴構成部１４は容易に指紋全体の特徴情報に構成することができる。なお、認証処理においては、指紋特徴情報格納領域３１２に指紋全体の特徴情報６１ａ〜６１ｅが揃うことを待たずに、順次照合を行うようにしてもよい。

以上説明した実施例の指紋読取システム１０１によれば、特徴抽出部１３が指紋の特徴情報を抽出する毎に、当該部分特徴抽出領域６１を開放することから、メモリ素子３０の再構成領域３１１を有効利用することができる。これにより、メモリ素子３０に広大な再構成領域３１１を用意することなく部分指紋画像の再構成処理を行うことができる。また、指紋全体の部分指紋画像の再構成を待つことなく特徴抽出処理に移ることから、指紋の照合処理に至る過程の処理時間を短縮することができる。

上記説明した実施例では、確定領域の監視にあたって（図３：ステップＳ９）、新たに配置すべき部分指紋画像が部分特徴抽出領域６１に含まれるか否かを判定基準に用いたが、これに代えて、例えば、部分特徴抽出領域６１が形成可能な推定時間を予め設定しておき、その時間間隔にて定期的に指紋特徴抽出プロセスに移るようにしてもよい。これにより、判定手順を簡素化することができる。

また、特徴抽出部１３が部分特徴抽出領域６１を開放する方法としては（図３：ステップＳ１４）、当該メモリ領域のデータを削除することの他に、例えば、再構成領域３１１を予めリングバッファ構造とし、すでに特徴抽出処理を終えたメモリ領域を新たな部分指紋画像により上書きすることにより、部分特徴抽出領域６１の開放を実現することができる。

［他の実施例］
図１４は、本発明による他の実施例の構成を示すブロック図である。本実施例の指紋読取システム１０２において、図１に示す指紋読取システム１０１と異なる点は、主プロセッサとなるプロセッサ１０とメモリ素子３０を共用するＤＳＰ（Digital Signal Processor）４０を設置し、このＤＳＰ４０に、上記説明した指紋特徴抽出プロセスに対応する指紋特徴抽出処理プログラム４０Ａを実行させる点にある。ＤＳＰ４０は、特定の演算処理を主プロセッサとなるＣＰＵよりも高速に実行させるために設けられる従来知られたプロセッサであり、本実施例では、ＤＳＰ４０が本発明に係る指紋読取システムの特徴抽出部の機能を担う。

指紋読取システム１０２の動作手順について、主に、指紋読取システム１０１と異なる点を説明する。再構成部１２は、画像取得部１１がスイープ型指紋センサ２０から取得した部分指紋画像を順次再構成し、その間、確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する（図３：ステップＳ９）。そして、確定領域が所定サイズに達すると、オペレーティングシステム１０Ａの制御により、再構成部１２がその旨をＤＳＰ４０へ通知し、この通知を受けたＤＳＰ４０は、指紋特徴抽出処理プログラム４０Ａを実行する。

指紋特徴抽出処理プログラム４０Ａを実行するＤＳＰ４０は、メモリ素子３０における再構成領域３１１の部分特徴抽出領域６１の画像を用いて、指紋の特徴情報を生成し、この特徴情報を特徴構成部１４に渡すと共に、部分特徴抽出領域６１を再構成部１２の再構成処理ために開放する。以上のような手順を繰り返すことにより、メモリ素子３０の指紋特徴情報格納領域３１２に、図１３に沿って説明したものと同様な指紋全体の特徴情報が記録される。

以上説明した指紋読取システム１０２によれば、指紋の特徴を抽出する処理をＤＳＰ４０が行うことから、指紋特徴抽出プロセスの高速化を図ることができる。

本発明に係る指紋読取システム及び指紋読取方法は、一般に情報端末あるいは情報機器と称される電子機器類、パーソナルコンピュータおよびその周辺機器、携帯電話機あるいはスケジュール端末機のような携帯情報端末等、種々の機器に適用することができる。

本発明による実施例の指紋読取システムのブロック図である。 実施例のスイープ型指紋センサを説明するための説明図である。 実施例の動作手順を説明するためのフローチャートである。 実施例のメモリ素子のメモリ領域を説明するための説明図である。 実施例にて取り扱う指紋の説明図である。 実施例の画像取得プロセスの説明図である。 実施例の指紋再構成プロセスの説明図である。 実施例の指紋再構成プロセスの説明図である。 実施例の指紋再構成プロセスの説明図である。 実施例の指紋再構成プロセスの説明図である。 実施例の指紋特徴抽出プロセスの説明図である。 実施例の指紋特徴抽出プロセスの説明図である。 実施例の指紋特徴構成プロセスの説明図である。 本発明による他の実施例の指紋読取システムのブロック図である。

符号の説明

１０１、１０２ 指紋読取システム
１０ プロセッサ
１１：画像取得部、１２：再構成部、１３：特徴抽出部、１４：特徴構成部
２０ スイープ型指紋センサ
２１：指、２１Ａ：指紋
３０ メモリ素子
３１０：一次領域、３１１：再構成領域、３１２：指紋特徴情報格納領域、６１：部分特徴抽出領域
６ａ〜６ｐ 部分指紋画像
４０ ＤＳＰ
４０Ａ：指紋特徴抽出処理プログラム

Claims (7)

1. スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読取るためのスイープ型指紋センサを具備する指紋読取システムが、
   前記スイープ型指紋センサにより部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得プロセスと、
   前記画像取得プロセスにて取得した部分指紋画像を既に取得した部分指紋画像に対し相互に対応する部分で重複させてメモリに格納し、且つ、該格納により新たな画像変化が生じない領域となる確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する再構成プロセスと、
   前記再構成プロセスにて前記確定領域が所定サイズに達したことを検知したとき該確定領域の画像を用いて指紋の特徴情報を生成し、生成後に、該確定領域のメモリ部分を開放する特徴抽出プロセスと、
   前記特徴抽出プロセスにて生成した特徴情報をその生成順序に沿って逐次記録する特徴構成プロセスとを実行し、
   前記特徴抽出プロセスにて前記確定領域のメモリ部分が開放されたとき、該メモリ部分を用いて、後続の部分指紋画像に前記再構成プロセスを実行することを特徴とする指紋読取方法。
2. 前記指紋読取システムが、
   前記再構成プロセスにおいて、前記メモリに新たに格納すべき部分指紋画像の格納場所が、前記所定サイズを形成するメモリ領域から外れるとき、前記確定領域が所定サイズに達したと判定することを特徴とする請求項１記載の指紋読取方法。
3. 前記指紋読取システムが、
   前記画像取得プロセスにて取得した部分指紋画像が前記再構成プロセスにてメモリに格納されたとき、新たな前記画像取得プロセスを実行することを特徴とする請求項１又は２記載の指紋読取方法。
4. スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読取るためのスイープ型指紋センサと、該センサにより読取った部分指紋画像を格納するメモリとを含む指紋読取システムであって、
   前記スイープ型指紋センサにより部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得部と、
   前記画像取得部が取得した部分指紋画像を既に取得した部分指紋画像に対し相互に対応する部分で重複させて前記メモリに格納し、且つ、該格納により新たな画像変化が生じない領域となる確定領域が所定サイズに達したか否かを監視する再構成部と、
   前記再構成部により前記確定領域が所定サイズに達したことを検知されたとき該確定領域の画像を用いて指紋の特徴情報を生成し、生成後に、該確定領域のメモリ部分を開放する特徴抽出部と、
   前記特徴抽出部により生成された特徴情報をその生成順序に沿って逐次記録する特徴構成部とを有し、
   前記再構成部は、前記特徴抽出部が前記確定領域のメモリ部分を開放したとき、該メモリ部分に後続の部分指紋画像を格納することを特徴とする指紋読取システム。
5. 前記再構成部は、前記メモリに新たに格納すべき部分指紋画像の格納場所が、前記所定サイズを形成するメモリ領域から外れるとき前記確定領域が所定サイズに達したと判定することを特徴とする請求項４記載の指紋読取システム。
6. 前記画像取得部は、取得した部分指紋画像が前記再構成部により前記メモリに格納されたとき、新たな部分指紋画像を取得することを特徴とする請求項４又は５記載の指紋読取システム。
7. 少なくとも前記画像取得部に関する演算処理を実行する第１のプロセッサと、該第１のプロセッサより高速な演算処理が可能であり且つ前記特徴抽出部に関する演算処理を実行する第２のプロセッサとを備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の指紋読取システム。

Images