JP2005339098A - パターン照合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】登録パターンと照合パターンとの間に回転ずれが生じている可能性がある場合でも精度よく、かつ速やかに照合結果を得る。
【解決手段】先ず、ＲＩＰＯＣ（回転不変型振幅抑制相関法）で、相関成分エリア内の回転ずれ量を示す軸方向の０±３゜の相関データを除外して照合を行う。この一部の相関データを除外して行うＲＩＰＯＣをＲＩＰＯＣ’とし、純然たるＲＩＰＯＣと区別する。ＲＩＰＯＣ’での照合結果が一致であれば、登録指紋と照合指紋とが同一であると判断する。不一致であれば、回転ずれが生じていないか或いはその量が僅かである可能性があると判断し、ＲＰＯＣ（回転式振幅抑制相関法）で、登録指紋または照合指紋を０±３゜の範囲内で少しずつ回転させながら照合を行う。
【選択図】 図３

Description

この発明は、登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置に関するものである。

従来のパターン照合装置として、登録パターンと照合パターンの相互相関に基づく相関方式と呼ばれる照合アルゴリズムを採用したパターン照合装置がある。

このパターン照合装置では、２次元の照合パターンに２次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエパターンデータを作成し、この照合フーリエパターンデータと同様の処理を施して作成されている登録パターンの登録フーリエパターンデータとを合成し、この合成フーリエパターンデータに対して２次元離散的フーリエ変換（或いは２次元離散的逆フーリエ変換）を施す。そして、この２次元離散的フーリエ変換（或いは２次元離散的逆フーリエ変換）が施された合成パターンデータ（相関パターンデータ）から得られる相関値に基づいて、照合パターンと登録パターンとの一致・不一致を判定する。

本出願人は、先に、周波数特性または空間周波数特性に基づいてＮ次元のパターン〔例えば、音声(１次元)、指紋(２次元)、立体(３次元)〕の照合を行うパターン照合装置を提案した(例えば、特許文献１参照)。

この特許文献１には、振幅抑制処理の一種として、空間周波数空間において合成フーリエパターンに対して振幅抑制処理（例えば、ｌｏｇ処理）を行うことの他、登録および照合パターンにフーリエ変換を施したフーリエパターンデータの位相成分のみに基づいて登録パターンと照合パターンとの相関値を求めて照合結果を得る「位相限定相関法」についても触れられている。以下、この「位相限定相関法」を含む「振幅抑制相関法」をＰＯＣと呼ぶ。

ＰＯＣは、登録パターンと照合パターンとの平行ずれ（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向のずれ）に対しては強く、その平行ずれが照合精度に与える影響は少ないという優れた特徴がある。しかし、回転ずれに対しては弱く、登録パターンと照合パターンとに例えば±５゜以上（最悪の場合、±２゜以上）の回転ずれがあると、照合精度が大きく落ちるという結果が得られている。

そこで、本出願人は、上述した特許文献１の照合アルゴリズムの回転ずれに対する脆弱性を克服するために、さらに改良した照合アルゴリズムを特許文献２に提案した。
この特許文献２には、大きく言うと２種類の改良された照合アルゴリズムが開示されており、１つは登録パターンおよび照合パターンの何れか一方を少しずつ回転させながら他方のパターンとの照合をＰＯＣで行う第１の照合アルゴリズムである。以下、この第１の照合アルゴリズムをＲＰＯＣ（回転式振幅抑制相関法）と呼ぶ。
もう１つは、登録パターンと照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとの照合をＰＯＣでいわば、極座標空間内における相関値に基づいて行う第２の照合アルゴリズムである。以下、この第２の照合アルゴリズムをＲＩＰＯＣ（回転不変型振幅抑制相関法）と呼ぶ。

特開平９−２２４０６号公報（段落〔００１９〕〜〔００５２〕、図４） 特開平１０−１２４６６７号公報（段落〔００４０〕，〔００７７〕、図１４、図２０） 特開平１−２１１１８４号公報 コンピュータ画像処理入門（日本工業技術センター編、総研出版（株）発行、Ｐ．４４〜４５）

しかしながら、上述したＲＰＯＣやＲＩＰＯＣはともに回転ずれの影響を受けない照合アルゴリズムとしては優れているが、次のような問題がある。

〔ＲＰＯＣの問題点〕
(１)登録パターンと照合パターンとの回転ずれ量は未知であるから、回転パターンを数多く発生させなければならず、照合装置に過大な処理負担を強いるし、照合結果が得られるまでに時間がかかる。
(２)個々の回転パターンの回転角度差(回転角度の刻み)を適切な値に決めることが難しい。照合精度を重視すれば、最大でも５゜刻みにせざるを得ない。照合スピードを重視すると（照合結果が得られるまでの時間を重視すると）、回転角度の刻みを大きくせざるを得ないが、そうすると照合精度が悪くなる。

〔ＲＩＰＯＣの問題点〕
ＲＩＰＯＣはＲＰＯＣと比べて、登録パターンと照合パターンとの回転ずれ量が未知であっても、処理負担は変わらない。すなわち、回転ずれ量の大小に拘わらず、処理負担は変わらない。この点で、ＲＩＰＯＣはＲＰＯＣに対して優位性を持っている。なお、ＲＩＰＯＣでは、横軸を登録パターンと照合パターンとの回転ずれ量（回転角度）、縦軸を相関値とした場合、登録パターンと照合パターンとが同一であれば、理論的には、登録パターンと照合パターンとの実回転角度（真の回転角度）において相関値が最も高くなる。しかしながら、実際には、登録パターンと照合パターンが同一であるか否かに拘わらず、０゜付近（例えば、０±３゜の範囲）において、相関値が非常に高くなる現象があり、この相関値に基づいて照合判定すると判定を誤る虞れがある。なお、これは、例えばプリズム式の指紋センサによる指紋照合においては、プリズム表面についた傷や汚れが原因と思われる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、登録パターンと照合パターンとの間に回転ずれが生じている可能性がある場合でも精度よく、かつ速やかに照合結果を得ることができるパターン照合装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置において、登録パターンと照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとを合成して相関データを求め、この相関データ上に定められた相関成分エリアの中心から登録パターンと照合パターンとの回転ずれ量を示す軸方向の所定の範囲内の相関データを除外し、これによって残される前記軸方向の相関データに基づいて登録パターンと照合パターンとの照合を行う第１の照合手段と、この第１の照合手段による照合結果が不一致の場合、登録パターンおよび照合パターンの何れか一方を前記所定の範囲に応じた回転ずれ量の範囲内で回転させながら他方のパターンとの照合を行う第２の照合手段と、第１の照合手段の照合結果および第２の照合手段の照合結果の何れか一方が一致の場合に登録パターンと照合パターンとが同一であると判定する照合判定手段とを設けたものである。

この発明によれば、登録パターンと照合パターンがそれぞれフーリエ変換され、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンがそれぞれ極座標変換され、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとが合成されて相関データが求められる。そして、この相関データ上に定められた相関成分エリア（例えば、矩形状のエリア）の中心から登録パターンと照合パターンとの回転ずれ量を示す軸方向の所定の範囲（例えば、±３゜）内の相関データが除外され、これによって残される前記軸方向の相関データ（例えば、３゜〜１８０゜、−３゜〜−１８０゜の範囲の相関データ）に基づいて登録パターンと照合パターンとの照合が行われる。この照合結果が不一致の場合、登録パターンおよび照合パターンの何れか一方を前記所定の範囲に応じた回転ずれ量（例えば、０±３゜）の範囲内で回転させながら、登録パターンと照合パターンとの照合が行われる。

この発明において、例えば、第１の照合手段をＲＩＰＯＣ、第２の照合手段をＲＰＯＣとした場合、先ずＲＩＰＯＣで、相関成分エリア内の回転ずれ量を示す軸方向の所定の範囲（０±３゜）の相関データを除外して照合を行う。以下、この相関データを一部除外して行うＲＩＰＯＣをＲＩＰＯＣ’とし、純然たるＲＩＰＯＣと区別する。このＲＩＰＯＣ’での照合結果が不一致であれば、回転ずれが生じていないか或いはその量が僅かである可能性があると判断し、ＲＰＯＣで、登録パターンまたは照合パターンを所定の範囲（０±３゜）内で少しずつ回転させながら照合を行う。

第２発明（請求項２に係る発明）は、登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置において、登録パターンと照合パターンとの照合をこれらパターン間の相関値に基づいて実行する第１の照合手段と、登録パターンと照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとを合成して相関データを求め、この相関データ上に定められた相関成分エリアの中心から登録パターンと照合パターンとの回転ずれ量を示す軸方向の所定の範囲内の相関データを除外し、これによって残される前記軸方向の相関データに基づいて登録パターンと照合パターンとの照合を行う第２の照合手段と、第１の照合手段の照合結果および第２の照合手段の照合結果の何れか一方が一致の場合に登録パターンと照合パターンとが同一であると判定する照合判定手段とを設けたものである。

この発明において、例えば、第１の照合手段をＰＯＣ、第２の照合手段をＲＩＰＯＣ’とした場合、ＰＯＣでの照合を先に行う場合と、ＲＩＰＯＣ’での照合を先に行う場合の２方式がある。
ＰＯＣでの照合を先に行う場合、ＰＯＣでの照合結果が不一致であれば、回転ずれが生じている可能性があると判断し、ＲＩＰＯＣ’で照合を行う。このＲＩＰＯＣ’での照合においては、第１発明と同様に、相関成分エリア内の回転ずれ量を示す軸方向の例えば０±３゜の相関データを除外する。
ＲＩＰＯＣ’での照合を先に行う場合、第１発明と同様に、相関成分エリア内の回転ずれ量を示す軸方向の例えば０±３゜の相関データを除外する。このＲＩＰＯＣ’での照合結果が不一致であれば、回転ずれが生じていないか或いはその量が僅かである可能性があると判断し、ＰＯＣで照合を行う。

第３発明（請求項３に係る発明）は、登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置において、登録パターンおよび照合パターンの何れか一方を所定角度以上回転させるパターン回転手段と、このパターン回転手段によって何れか一方が回転された登録パターンと照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとを合成して相関データを求め、この相関データ上に定められた相関成分エリア内の相関データに基づいて登録パターンと照合パターンとの照合を行う照合手段とを設けたものである。

この発明において、例えば、照合手段をＲＩＰＯＣとした場合、先ず、登録パターンまたは照合パターンを所定角度以上（例えば、１２０゜）回転させる。そして、この何れか一方が回転された登録パターンと照合パターンとをＲＩＰＯＣで照合する。指紋照合装置などでは、ガイドなどによって指の置き方がほゞ決まっており、登録指紋と照合指紋との回転ずれはそれほど大きくなることはない。例えば、９０゜以上の回転ずれが生じない設計であれば、登録パターンまたは照合パターンを例えば１２０゜回転させると、必ず登録パターンと照合パターンとの間に±３゜以上の回転ずれを生じさせることが可能となる。この第３発明では、登録パターンと照合パターンとの間にわざと大きな回転ずれを生じさせてから、ＲＩＰＯＣなどの照合手段で照合を行う。

第１発明によれば、第１の照合手段により相関成分エリア内の回転ずれ量を示す軸方向の例えば０±３゜の相関データを除外して登録パターンと照合パターンとの照合が行われ、この照合結果が不一致であれば、第２の照合手段により登録パターンまたは照合パターンを例えば０±３゜の範囲内で少しずつ回転させながら照合が行われ、例えば第１の照合手段をＲＩＰＯＣ’、第２の照合手段をＲＰＯＣとした場合、ＲＩＰＯＣとＲＰＯＣのそれぞれの長所によって、それぞれの短所をカバーできるようになり、登録パターンと照合パターンとの間に回転ずれが生じている可能性がある場合でも精度よく、かつ速やかに照合結果を得ることができる。

第２発明によれば、例えば第１の照合手段をＰＯＣ、第２の照合手段をＲＩＰＯＣ’とした場合、先にＰＯＣを行う方式では、ＰＯＣでの照合結果が不一致であればＲＩＰＯＣ’で照合が行われ、先にＲＩＰＯＣ’を行う方式では、ＲＩＰＯＣ’での照合結果が不一致であればＰＯＣで照合が行われ、ＲＩＰＯＣとＰＯＣのそれぞれの長所によって、それぞれの短所をカバーできるようになり、登録パターンと照合パターンとの間に回転ずれが生じている可能性がある場合でも精度よく、かつ速やかに照合結果を得ることができる。この第２発明では、第１の照合手段として例えばＰＯＣを用いるので、第１発明よりも更に高速に照合結果を得ることが可能である。

第３発明によれば、登録パターンまたは照合パターンが所定角度以上（例えば、１２０゜）回転され、この何れか一方が回転された登録パターンと照合パターンとが例えばＲＩＰＯＣで照合されるので、第１発明や第２発明のように不一致の場合に２段階で照合を行わなくてもよく、第１発明や第２発明よりも更に高速に照合結果を得ることが可能となる。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す指紋照合装置のブロック構成図である。同図において、１０は操作部、２０はコントロール部であり、操作部１０にはテンキー１０−１，ディスプレイ（ＬＣＤ）１０−２と共に指紋センサ１０−３が設けられている。指紋センサ１０−３は光源１０−３１とプリズム１０−３２とＣＣＤカメラ１０−３３とを備えている。コントロール部２０は、ＣＰＵを有してなる制御部２０−１と、ＲＯＭ２０−２と、ＲＡＭ２０−３と、ハードディスク（ＨＤ）２０−４と、フレームメモリ（ＦＭ）２０−５と、外部接続部（Ｉ／Ｆ）２０−６と、フーリエ変換部（ＦＦＴ）２０−７とを備えており、ＲＯＭ２０−２には登録プログラムと照合プログラムが格納されている。

〔指紋の登録〕
この指紋照合装置において、登録パターンとなる利用者の指紋（以下、登録指紋という）は次のようにして登録される。運用する前に、利用者は、テンキー１０−１を用いて自己に割り当てられたＩＤナンバを入力のうえ（図２に示すステップ１０１）、指紋センサ１０−３のプリズム１０−３２上に指を置く。プリズム１０−３２には光源１０−３１から光が照射されており、プリズム１０−３２の面に接触しない指紋の凹部（谷線部）では、光源１０−３１からの光は全反射し、ＣＣＤカメラ１０−３３に至る。逆にプリズム１０−３２の面に接触する指紋の凸部（隆線部）では全反射条件がくずれ、光源１０−３１からの光は散乱する。これにより、指紋の谷線部は明るく、隆線部は暗い、コントラストのある指紋の紋様が採取される。この採取された指紋（登録指紋）の紋様は、Ａ／Ｄ変換により、例えば５１２×５１２画素，２５６階調の濃淡画像（画像データ：２次元パターンデータ）として、コントロール部２０へ与えられる。

制御部２０−１は、この操作部１０より与えられる登録指紋の画像データをフレームメモリ２０−５を介して取り込み（ステップ１０２）、この取り込んだ登録指紋の画像データに対して縮小処理を行う（ステップ１０３）。そして、この縮小処理した登録指紋の画像データ（Ｒ）をＩＤナンバと対応させてハードディスク２０−４内にファイル化する（ステップ１０４）。

〔指紋の照合：実施の形態１（ＲＩＰＯＣ’＋ＲＰＯＣ）〕
この指紋照合装置において利用者の指紋の照合は次のようにして行われる。図３は、この指紋照合装置における指紋照合過程の一実施の形態（実施の形態１）を示すフローチャートであり、第１発明に係わる。

この実施の形態１では、先ずＲＩＰＯＣ’（回転不変型振幅抑制相関法）で、後述する相関成分エリア内の回転ずれ量を示す軸方向の０±３゜の相関データを除外して照合を行う（ステップ２０１）。すなわち、この実施の形態１では、純然たるＲＩＰＯＣではなく、ＲＩＰＯＣ’（一部の相関データを除外して行うＲＩＰＯＣ）で最初に照合を行う。

このＲＩＰＯＣ’での照合結果が一致であれば（ステップ２０２のＹＥＳ）、登録指紋と照合指紋とが同一である判断する（ステップ２０３）。不一致であれば（ステップ２０２のＮＯ）、回転ずれが生じていないか或いはその量が僅かである可能性があると判断し、ＲＰＯＣ（回転式振幅抑制相関法）で、登録指紋または照合指紋を０±３゜の範囲内で少しずつ回転させながら照合を行う（ステップ２０４）。

このＲＰＯＣでの照合結果が一致であれば（ステップ２０５のＹＥＳ）、登録指紋と照合指紋とが同一であると判断する（ステップ２０３）。不一致であれば（ステップ２０５のＮＯ）、登録指紋と照合指紋とは同一ではないと判断する（ステップ２０６）。

〔ＲＩＰＯＣ’〕
図４は図３におけるステップ２０１でのＲＩＰＯＣ’による照合過程を示すフローチャートである。運用中、利用者は、テンキー１０−１を用いて自己に割り当てられたＩＤナンバを入力のうえ（ステップ３０１）、指紋センサ１０−３のプリズム１０−３２上に指を置く。これにより、照合パターンとなる指紋（照合指紋）の紋様が、指紋の登録の場合と同様にして採取され、コントロール部２０へ与えられる。

制御部２０−１は、ＩＤナンバが入力されると（ステップ３０１）、そのＩＤナンバと対応してファイル化されている登録指紋の画像データＲを読み出す（ステップ３０２：図５（ａ）参照）。また、照合指紋を取り込み（ステップ３０３）、この照合指紋に対して縮小処理を行い（ステップ３０４）、照合指紋の画像データＩを得る（図５（ｂ）参照）。そして、ステップ３０２で読み出した登録指紋の画像データＲに対し２次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエ画像データＲ_F とし（ステップ３０５：図５（ｃ）参照）、ステップ３０４で得た照合指紋の画像データＩに対し２次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエ画像データＩ_F とする（ステップ３０６：図５（ｄ）参照）。

この登録フーリエ画像データＲ_F および照合フーリエ画像データＩ_F には振幅成分と位相成分とが含まれている。また、この登録フーリエ画像データＲ_F および照合フーリエ画像データＩ_F は、デカルト座標系すなわち（ｘ，ｙ）座標系とされている。この登録フーリエ画像データＲ_F および照合フーリエ画像データＩ_F に対し振幅抑制処理を行い（ステップ３０７，３０８）、この振幅抑制処理された登録フーリエ画像データＲ_FLおよび照合フーリエ画像データＩ_FLの座標系を極座標に変換し（ステップ３０９，３１０）、極座標に変換された登録フーリエ画像データＲ_PLおよび照合フーリエ画像データＩ_PLを得る（図５（ｅ），（ｆ）参照）。

ここで、極座標変換とは、デカルト座標系（ｘ，ｙ）を極座標系（ｒ，θ）に変換する処理のことをいう。すなわち、図６（ａ）に示されるデカルト座標系（ｘ＝ｒｃｏｓθ，ｙ＝ｒｓｉｎθ）を図６（ｂ）に示されるような極座標系（ｒ＝（ｘ² ＋ｙ² ）^1/2，θ＝ｔａｎ^-1（ｙ／ｘ））に変換する処理のことをいう。

そして、ステップ３０９で得た極座標系とされた登録フーリエ画像データＲ_PLとステップ３１０で得た極座標系とされた照合フーリエ画像データＩ_PLとを振幅抑制相関法で照合する（ステップ３１１）。この振幅抑制相関法での照合は次のようにして行う。先ず、極座標系とされた登録フーリエ画像データＲ_PL（図８（ａ）参照）および照合フーリエ画像データＩ_PL（図８（ｂ）参照）に対して２次元離散的フーリエ変換を施し（図７に示すステップ３１１ａ，３１１ｂ）、登録フーリエ画像データＲ_PLF （図８（ｃ）参照）および照合フーリエ画像データＩ_PLF （図８（ｅ）参照）を得る。

そして、この登録フーリエ画像データＲ_PLF および照合フーリエ画像データＩ_PLF とを合成し（ステップ３１１ｃ）、合成フーリエ画像データを得る。そして、この合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理を行い（ステップ３１１ｄ：図８（ｇ）参照）、この振幅抑制処理を行った合成フーリエ画像データに２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ３１１ｅ：図８（ｈ）、図５（ｇ）参照、図８（ｈ）＝図５（ｇ））。

なお、この例では、Ｒ_PLF とＩ_PLF との合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理を行ったが、Ｒ_PLF およびＩ_PLF に対して振幅抑制処理を行って登録フーリエ画像データＲ_PLF ’および照合フーリエ画像データＩ_PLF ’とし（図８（ｄ），（ｆ）参照）、このＲ_PLF ’とＩ_PLF ’とを合成するようにしてもよい。図８（ｄ），（ｆ），（ｇ）では、振幅抑制で全ての振幅を１、すなわち位相のみとしている。

そして、この２次元離散的フーリエ変換の施された合成フーリエ画像データ（相関データ）上に定められた相関成分エリアの中心から登録指紋と照合指紋との回転ずれ量を示す軸方向の±３゜の相関データを除外する（ステップ３１１ｆ）。図５（ｇ）ではその画像全体を相関成分エリアＳ０としている。この例では、相関成分エリアＳ０の中心Ｐ０を原点とするＸ，Ｙ軸のうち、Ｙ軸が登録指紋と照合指紋との回転ずれ量（回転角度）Δθを示す軸となる。また、Ｙ軸の上限位置がΔθ＝＋１８０゜、下限位置がΔθ＝−１８０゜を示す。

そして、このＹ軸方向の０±３゜の相関データを除外して残されるＹ軸方向の相関データの最大値（相関ピーク）を抽出し、この抽出した相関ピークに基づいて照合を行う（ステップ３１１ｇ）。この実施の形態では、抽出した相関ピークが予め定められているしきい値よりも高ければ、登録指紋と照合指紋とは同一（ＯＫ）であると判断する。抽出した相関ピークがしきい値よりも低ければ、登録指紋と照合指紋とは同一ではない（ＮＧ）と判断する。

図９にＲＩＰＯＣによるＹ軸上の相関データの一例を示す。図９中、折れ線で結んだデータ群がＲＩＰＯＣによるＹ軸上の相関データである。この例では、０±３゜の範囲内に相関ピーク（１番目のピーク）Ｐｋ１が現れており、０±３゜の範囲外に２番目のピークＰｋ２が現れている。この指紋照合装置では、プリズムを用いているため、このプリズムの表面についた傷や汚れを原因として、登録指紋と照合指紋とが同一であるか否かに拘わらず０±３゜の範囲内に相関ピークが現れることがある。したがって、この０±３゜の範囲内に現れる相関ピークに基づいて照合判定すると判定を誤る虞れがある。

このため、この実施の形態では、Ｙ軸上の０±３゜の範囲の相関データを除外し、これによって残されるＹ軸方向の相関データの最大値を相関ピークとして抽出し、この抽出した相関ピークに基づいて照合を行っている。この例では、０±３゜の範囲外に現れている２番目のピークＰｋ２が相関ピークとして抽出され、この相関ピークに基づいて照合が行われる。

なお、図９には参考として、ＰＯＣで照合した場合の回転角度毎の相関データを示している。図９中、棒線で示されるデータ群がＰＯＣによる回転角度毎の相関データである。このＰＯＣで照合した回転角度毎の相関データから、この例では、１番目のピークＰｋ１ではなく、２番目のピークＰｋ２が登録指紋と照合指紋との相関を表していることが分かる。本実施の形態では、ＲＩＰＯＣ’により、１番目のピークＰｋ１が除外されるので、２番目のピークＰｋ２を相関ピークとして正しい照合が行われる。

〔ＲＰＯＣ〕
図１０は図３におけるステップ２０４でのＲＰＯＣによる照合過程を示すフローチャートである。制御部２０−１は、ＲＩＰＯＣ’での照合結果が不一致であった場合（ステップ２０２のＮＯ）、回転ずれが生じていないか或いはその量が僅かである可能性があると判断し、ステップ２０４へ進んでＲＰＯＣによる照合を行う。

このＲＰＯＣでの照合では、先ず、ｍ＝ｉ（この例では、ｉ＝−３）とし（ステップ４０１）、ステップ３０６で得た照合フーリエ画像データＩ_F をｍ・ａ゜回転させ（ステップ４０２）、このｍ・ａ゜回転させた照合フーリエ画像データＩ_F をｍ＝ｉでの照合フーリエ画像データとする。

そして、このｍ＝ｉでの照合フーリエ画像データＩ_F とステップ３０５で得た登録フーリエ画像データＲ_F とを合成し（ステップ４０３）、これによって得られる合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理（ｌｏｇ処理）を行い（ステップ４０４）、この振幅抑制処理を行った合成フーリエ画像データに第２回目の２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ４０５）。

そして、このステップ４０５で得た２次元離散的フーリエ変換の施された合成フーリエ画像データより所定の相関成分エリアの各画素の相関成分の強度（振幅）をスキャンし、各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度の高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の強度の平均を相関値として求める（ステップ４０６）。

そして、このステップ４０６で得た相関値を予め定められているしきい値と比較し（ステップ４０７）、相関値がしきい値以上であれば、登録指紋と照合指紋とが同一であると判断する（ステップ４０８）。相関値がしきい値以下であれば、ｍ・ａ＜ｋ（この例では、ａ＝１、ｋ＝＋３）か否かをチェックのうえ、ｍ・ａ＜ｋであれば、ｍ＝ｍ＋１として（ステップ４１０）、ステップ４０２以降の処理を繰り返す。

このステップ４０２以降の処理の繰り返しにより、ｍ＝−３〜＋３としてｍ・ａ゜回転させた照合フーリエ画像データＩ_F を照合フーリエ回転画像データＩ_FRとし、この照合フーリエ回転画像データＩ_FRが１パターンずつ登録フーリエ画像データＲ_F と合成され、これによって得られる合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理が行われたうえ２次元離散的フーリエ変換が施され、この２次元離散的フーリエ変換の施された合成フーリエ画像データ上に定められる相関成分エリアの各画素の相関成分の強度に基づいて登録指紋と照合指紋との照合が行われる。

このＲＰＯＣによる照合では、上述したように、＋３゜に至る前に登録指紋と照合指紋とが同一であると判断されれば、すなわちステップ４０７において相関値がしきい値以上となれば、その時点で登録指紋と照合指紋との照合が終了する。これに対して、＋３゜としてもまだ登録指紋と照合指紋とが一致しなければ、ステップ４０９でのＮＯに応じ、登録指紋と照合指紋とが同一ではない判断される（ステップ４１１）。

この実施の形態１では、ＲＩＰＯＣとＲＰＯＣのそれぞれの長所によって、それぞれの短所をカバーできるので、登録指紋と照合指紋との間に回転ずれが生じている可能性がある場合でも精度よく、かつ速やかに照合結果を得ることができるようになる。

なお、上述においては、実質的に、登録指紋を固定とし、照合指紋を少しずつ回転させながら、登録指紋と照合指紋との照合を行うようにしたが、照合指紋を固定とし、登録指紋を少しずつ回転させながら、登録指紋と照合指紋との照合を行うようにしてもよい。

図１６に参考として実施の形態１の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図を示す。同図において、１００’がＲＩＰＯＣ’による照合を行う第１の照合部、２００がＲＰＯＣによる照合を行う第２の照合部であり、第１の照合部１００’はフーリエ変換部１００Ａと、極座標変換部１００Ｂと、合成部１００Ｃと、フィルタ部１００Ｄと、照合判定部１００Ｅとを備えている。第２の照合部２００は、画像回転部２００Ａと、合成部２００Ｂと、照合判定部２００Ｃとを備えている。第１の照合部（ＲＩＰＯＣ’）１００’での判定結果が不一致であった場合、第２の照合部（ＲＰＯＣ）２００での照合が開始される。また、第１の照合部１００’での判定結果の「一致」および第２の照合部２００での判定結果の「一致／不一致」が照合結果として、ＯＲ回路部３００を通して出力される。

〔指紋の照合：実施の形態２（ＰＯＣ＋ＲＩＰＯＣ’、ＲＩＰＯＣ’＋ＰＯＣ）〕
図１１および図１２に指紋照合過程の他の実施の形態（実施の形態２）のフローチャートを示す。図１１は方式１（ＰＯＣ＋ＲＩＰＯＣ’）のフローチャート、図１２は方式２（ＲＩＰＯＣ’＋ＰＯＣ）のフローチャートであり、第２発明に係わる。

〔方式１：ＰＯＣ＋ＲＩＰＯＣ’〕
方式１では、先ずＰＯＣ（振幅抑制相関法）で、登録指紋と照合指紋との照合を行う（ステップ５０１）。このＰＯＣでの照合結果が一致であれば（ステップ５０２のＹＥＳ）、登録指紋と照合指紋とが同一であると判断する（ステップ５０３）。不一致であれば（ステップ５０２のＮＯ）、回転ずれが生じている可能性があると判断して、ＲＩＰＯＣ’による照合を行う（ステップ５０４）。

図１７に参考として実施の形態２の方式１の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図を示す。同図において、４００がＰＯＣによる照合を行う第１の照合部であり、この例ではＲＩＰＯＣ’による照合部１００’を第２の照合部としている。第１の照合部４００は、フーリエ変換部４００Ａと、合成部４００Ｂと、照合判定部４００Ｃとを備えている。第１の照合部（ＰＯＣ）４００での判定結果が不一致であった場合、第２の照合部（ＲＩＰＯＣ’）１００’での照合が開始される。また、第１の照合部４００での判定結果の「一致」および第２の照合部１００’での判定結果の「一致／不一致」が照合結果として、ＯＲ回路部３００を通して出力される。

〔方式２：ＲＩＰＯＣ’＋ＰＯＣ〕
方式２では、先ずＲＩＰＯＣ’で、登録指紋と照合指紋との照合を行う（ステップ６０１）。このＲＩＰＯＣ’での照合結果が一致であれば（ステップ６０２のＹＥＳ）、登録指紋と照合指紋とが同一であると判断する（ステップ６０３）。不一致であれば（ステップ６０２のＮＯ）、回転ずれが生じていないか或いはその量が僅かである可能性があると判断して、ＰＯＣによる照合を行う（ステップ５０４）。

図１８に参考として実施の形態２の方式２の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図を示す。この例では、第２の照合部（ＲＩＰＯＣ’）１００’での判定結果が不一致であった場合、第１の照合部（ＰＯＣ）４００での照合が開始される。また、第２の照合部１００’での判定結果の「一致」および第１の照合部４００での判定結果の「一致／不一致」が照合結果として、ＯＲ回路部３００を通して出力される。

〔ＰＯＣ〕
図１３は図１１におけるステップ５０１でのＰＯＣによる照合過程を示すフローチャートである。制御部２０−１は、図４に示したＲＩＰＯＣ’による照合過程の場合と同様にして、登録フーリエ画像データＲ_F と照合フーリエ画像データＩ_F を得る（ステップ７０１〜７０６）。

そして、この登録フーリエ画像データＲ_F と照合フーリエ画像データＩ_F とを合成し（ステップ７０７）、これによって得られる合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理（ｌｏｇ処理）を行い（ステップ７０８）、この振幅抑制処理を行った合成フーリエ画像データに第２回目の２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ７０９）。

そして、このステップ７０９で得た２次元離散的フーリエ変換の施された合成フーリエ画像データより所定の相関成分エリアの各画素の相関成分の強度（振幅）をスキャンし、各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度の高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の強度の平均を相関値として求める（ステップ７１０）。

そして、このステップ７１０で得た相関値を予め定められているしきい値と比較し（ステップ７１１）、相関値がしきい値以上であれば、登録指紋と照合指紋とは同一であると判断する（ステップ７１２）。相関値がしきい値以下であれば、登録指紋と照合指紋とは同一ではない判断する（ステップ７１２）。

この実施の形態２では、ＲＩＰＯＣとＰＯＣのそれぞれの長所によって、それぞれの短所をカバーできるので、登録指紋と照合指紋との間に回転ずれが生じている可能性がある場合でも精度よく、かつ速やかに照合結果を得ることができる。また、この実施の形態２では、ＰＯＣを用いるので、ＲＰＯＣを用いる実施の形態１よりも更に高速に照合結果を得ることが可能である。

〔指紋の照合：実施の形態３（所定角度以上パターン回転＋ＲＩＰＯＣ〕
図１４および図１５に指紋照合過程の別の実施の形態（実施の形態３）のフローチャートを示す。この実施の形態３では、登録指紋または照合指紋を例えば１２０゜回転させる。そして、この何れか一方が回転された登録指紋と照合指紋とをＲＩＰＯＣで照合する。図１４は登録指紋を回転させる場合のフローチャート、図１５は照合指紋を回転させる場合のフローチャートであり、第３発明に係わる。

この指紋照合装置では、図示してはいないが、ガイドなどによって指の置き方がほゞ決まっており、登録指紋と照合指紋との回転ずれはそれほど大きくなることはない。この実施の形態では、ガイドなどにる規制によって、登録指紋と照合指紋との間に９０゜以上の回転ずれが生じない設計となっているものとする。したがって、登録指紋または照合指紋を１２０゜回転させれば、必ず登録指紋と照合指紋との間に±３゜以上の回転ずれを生じさせることができる。

〔登録指紋を回転させる場合〕
図１４に示した例では、登録指紋の画像データに対して縮小処理を行った後に、θ＝１２０゜回転させ（ステップ８０４）、登録指紋の画像データＲとしてファイル化している（ステップ８０５）。そして、照合に際し、登録指紋の画像データＲを読み出し（ステップ８０６）、入力された照合指紋の画像データＩを得て（ステップ８０７，８０８）、ＲＩＰＯＣによる照合を行うようにしている（ステップ８０９）。

ステップ８０９でのＲＩＰＯＣによる照合は図４に示したステップ３０５以降の処理によって行われる。但し、図４に示したフローチャートのステップ３１１では一部の相関データを除外して照合を行うようにしているが、このＲＩＰＯＣによる照合では一部の相関データの除外は行わない。なお、この例では、ステップ８０４で登録指紋の画像データを回転させるようにしたが、ステップ８０４では回転させずに、ステップ８０６で回転させるようにしてもよい。

〔照合指紋を回転させる場合〕
図１５に示した例では、登録指紋の画像データＲは回転さぜすに、照合指紋の画像データＩをθ＝１２０゜回転させてから（ステップ９０８）、ＲＩＰＯＣによる照合を行うようにしている（ステップ９０９）。このステップ９０９でのＲＩＰＯＣによる照合も、上述したステップ８０９でのＲＩＰＯＣによる照合と同様に、全ての相関データを使用する。

この実施の形態３では、登録指紋と照合指紋との間にわざと大きな回転ずれを生じさせてからＲＩＰＯＣで照合を行うので、実施の形態１や実施の形態２のように不一致の場合に２段階で照合を行わなくてもよく、実施の形態１や実施の形態２よりも更に高速に照合結果を得ることができるようになる。

図１９に参考として実施の形態３の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図を示す。この例では、画像回転部５００で登録指紋および照合指紋の何れか一方が所定角度以上回転された後、照合部１００でＲＩＰＯＣによる登録指紋と照合指紋との照合が行われる。

本発明の一実施の形態を示す指紋照合装置のブロック構成図である。 この指紋照合装置における指紋登録動作を説明するためのフローチャートである。 この指紋照合装置における実施の形態１の指紋照合過程を説明するためのフローチャートである。 図３におけるステップ２０１でのＲＩＰＯＣ’による照合過程を示すフローチャートである。 ＲＩＰＯＣ’による照合過程を説明するための画像を示すディスプレイ上の写真である。 デカルト座標系からの極座標系への変換を説明するための図である。 図４におけるステップ３１１での処理内容を示すフローチャートである。 ＲＩＰＯＣ’による照合過程での極座標変換されてからの処理を説明するための画像を示すディスプレイ上の写真である。 ＲＩＰＯＣによる照合過程で得られるＹ軸上の相関データの一例を示す図である。 図３におけるステップ２０４でのＲＰＯＣによる照合過程を示すフローチャートである。 実施の形態２の指紋照合過程（方式１）を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の指紋照合過程（方式２）を説明するためのフローチャートである。 図１１におけるステップ５０１でのＰＯＣによる照合過程を示すフローチャートである。 実施の形態３の指紋照合過程（登録指紋を回転させる方式）を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３の指紋照合過程（照合指紋を回転させる方式）を説明するためのフローチャートである。 参考として示した実施の形態１の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図である。 参考として示した実施の形態２の方式１の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図である。 参考として示した実施の形態２の方式２の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図である。 参考として示した実施の形態３の指紋照合過程を採用した指紋照合装置の機能ブロック図である。

符号の説明

１０…操作部、２０…コントロール部、１０−１…テンキー、１０−２…ディスプレイ（ＬＣＤ）、１０−３…指紋センサ、１０−３１…光源、１０−３２，プリズム、１０−３３…ＣＣＤカメラ、２０−１…制御部、２０−２…ＲＯＭ、２０−３…ＲＡＭ、２０−４…ハードディスク（ＨＤ）、２０−５…フレームメモリ（ＦＭ）、２０−６…外部接続部（Ｉ／Ｆ）、２０−７…フーリエ変換部（ＦＦＴ）、１００…照合部（ＲＩＰＯＣによる照合部）、，１００’…照合部（ＲＩＰＯＣ’による照合部）、１００Ａ…フーリエ変換部、１００Ｂ…極座標変換部、１００Ｃ…合成部、１００Ｄ…フィルタ部、１００Ｅ…照合判定部、２００…照合部（ＲＰＯＣによる照合部）、２００Ａ…画像回転部、２００Ｂ…合成部、２００Ｃ…照合判定部、３００…ＯＲ回路、４００…照合部（ＰＯＣによる照合部）、４００Ａ…フーリエ変換部、４００Ｂ…合成部、４００Ｃ…照合判定部、５００…画像回転部。

Claims (3)

1. 登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置において、
   前記登録パターンと前記照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとを合成して相関データを求め、この相関データ上に定められた相関成分エリアの中心から前記登録パターンと前記照合パターンとの回転ずれ量を示す軸方向の所定の範囲内の相関データを除外し、これによって残される前記軸方向の相関データに基づいて前記登録パターンと前記照合パターンとの照合を行う第１の照合手段と、
   この第１の照合手段による照合結果が不一致の場合、前記登録パターンおよび前記照合パターンの何れか一方を前記所定の範囲に応じた回転ずれ量の範囲内で回転させながら他方のパターンとの照合を行う第２の照合手段と、
   前記第１の照合手段の照合結果および前記第２の照合手段の照合結果の何れか一方が一致の場合に前記登録パターンと前記照合パターンとが同一であると判定する照合判定手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
2. 登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置において、
   前記登録パターンと前記照合パターンとの照合をこれらパターン間の相関値に基づいて実行する第１の照合手段と、
   前記登録パターンと前記照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとを合成して相関データを求め、この相関データ上に定められた相関成分エリアの中心から前記登録パターンと前記照合パターンとの回転ずれ量を示す軸方向の所定の範囲内の相関データを除外し、これによって残される前記軸方向の相関データに基づいて前記登録パターンと前記照合パターンとの照合を行う第２の照合手段と、
   前記第１の照合手段の照合結果および前記第２の照合手段の照合結果の何れか一方が一致の場合に前記登録パターンと前記照合パターンとが同一であると判定する照合判定手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
3. 登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置において、
   前記登録パターンおよび前記照合パターンの何れか一方を所定角度以上回転させるパターン回転手段と、
   このパターン回転手段によって何れか一方が回転された前記登録パターンと前記照合パターンをそれぞれフーリエ変換し、さらにこのフーリエ変換された登録パターンと照合パターンをそれぞれ極座標変換し、この極座標変換された登録パターンと照合パターンとを合成して相関データを求め、この相関データ上に定められた相関成分エリア内の相関データに基づいて前記登録パターンと前記照合パターンとの照合を行う照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
   

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