JP2006072758A - Fingerprint collating device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、入力された指紋画像を元に既知の指紋情報との照合を判断する指紋照合装置に関するものである。 The present invention relates to a fingerprint collation apparatus that determines collation with known fingerprint information based on an input fingerprint image.
二次元センサで指紋画像を取得することを前提にしたシステムに搭載されている指紋の特徴量抽出方式では画像全体を対象としているが、これをスイープ型センサにそのまま適用すると指先の何も写っていない領域や指の第1関節およびその下の領域も特徴量抽出の対象としてしまうため、同一指の照合率を下げる要因となっていた。特に関節近傍はしわや関節の紋様など不安定なパターンが多いため、関節から上の領域のみを照合することが精度向上には必須である。 The fingerprint feature extraction method installed in the system based on the assumption that a fingerprint image is acquired by a two-dimensional sensor is for the entire image, but if this is applied to a sweep type sensor as it is, nothing is captured on the fingertip. The unexplained region, the first joint of the finger, and the region below the target region are also subject to feature amount extraction, which has been a factor in reducing the matching rate of the same finger. In particular, since there are many unstable patterns such as wrinkles and joint patterns in the vicinity of the joint, it is essential to check only the region above the joint in order to improve accuracy.
従来の指紋照合装置で関節の位置を抽出する手法としては、入力画像にSobel変換を行った後、Gauss変換を行った画像を作り、ラインごとに指の横方向への濃度の2乗和を求めたパワー分布グラフを作り、その値から指先を求め、さらにこれを標準のパワー分布値とDPマッチングすることによって、関節の位置を求める方法がある(例えば、特許文献1参照)。 As a method of extracting the joint position with a conventional fingerprint verification device, after performing Sobel transformation on the input image, create an image with Gauss transformation, and calculate the square sum of the lateral density of the finger for each line. There is a method in which the position of the joint is obtained by creating the obtained power distribution graph, obtaining a fingertip from the obtained value, and further DP matching this with a standard power distribution value (see, for example, Patent Document 1).
従来のこの手法では、指紋画像が安定して小判状に撮像され関節部分では指が浮いていることが前提となるが、それ以外の指紋画像には対応できない。たとえば、関節部分もセンサに密着しておりしわが撮像されている指紋画像、指紋部分の横幅が狭い指紋画像、指を斜めに置いた指紋画像などの場合、関節の抽出はできないという課題があった。 In this conventional method, it is assumed that the fingerprint image is stably captured in an oval shape and the finger is floating at the joint portion, but cannot be applied to other fingerprint images. For example, in the case of a fingerprint image in which the joint part is in close contact with the sensor and wrinkles are imaged, a fingerprint image in which the width of the fingerprint part is narrow, or a fingerprint image in which the finger is placed diagonally, there is a problem that the joint cannot be extracted It was.
この発明は、センサから入力した指紋画像を小領域(ブロック)に分割し、ブロックごとに指紋隆線の方向角を求め、方向角の並び方から関節位置を抽出することによって、関節部分もセンサに密着してしわが撮像されている指紋画像、指紋部分の横幅が狭い指紋画像、指を斜めに置いた指紋画像などの様々な指紋画像に対して正しく関節の抽出を行うことを目的とするものである。 The present invention divides a fingerprint image input from a sensor into small regions (blocks), obtains the direction angle of the fingerprint ridge for each block, and extracts the joint position from the direction of the direction angle. The purpose is to correctly extract joints for various fingerprint images such as fingerprint images with wrinkles imaged in close contact, fingerprint images with narrow width of fingerprint part, and fingerprint images with fingers placed diagonally It is.
この発明に係る指紋照合装置は、指紋画像を入力する画像入力手段と、指紋画像を所定の領域毎に分割し隆線の方向を抽出する隆線方向抽出手段と、抽出された隆線の方向および並び方から関節の位置を抽出する関節抽出手段とを備えたものである。 The fingerprint collation device according to the present invention includes an image input means for inputting a fingerprint image, a ridge direction extracting means for extracting the direction of the ridge by dividing the fingerprint image into predetermined regions, and the direction of the extracted ridge And joint extraction means for extracting the position of the joint from the arrangement.
この発明に係る指紋照合装置は、指紋画像を入力する画像入力手段と、指紋画像を所定の領域毎に分割し隆線の方向を抽出する隆線方向抽出手段と、抽出された隆線の方向および並び方から関節の位置を抽出する関節抽出手段とを備えたことを特徴とするので、的確に関節の抽出を行うことができるものである。 The fingerprint collation device according to the present invention includes an image input means for inputting a fingerprint image, a ridge direction extracting means for extracting the direction of the ridge by dividing the fingerprint image into predetermined regions, and the direction of the extracted ridge And a joint extracting means for extracting the position of the joint based on the way of arrangement, the joint can be accurately extracted.
実施の形態1.
図1は実施の形態1を説明するための図であり、具体的には指紋照合装置のブロック構成を示す図である。以下、その構成を説明する。なお、図において、ブロック間を結ぶ線は情報がやり取りされていることを意味している。指紋の画像を取得する画像入力装置1、具体的には指紋センサであるが、スイープ型と言われるラインセンサを再構成し二次元の画像を出力する装置である。指紋画像から隆線の方向を抽出する隆線方向抽出手段2は、具体的な抽出手法としては画像全体を16×16画素などの小さな領域に分割し、その領域内で方向性のあるフィルタをかけることによって最も多数の方向を選択する。隆線方向抽出手段2は、指紋画像を所定の領域毎に分割し隆線の方向を抽出している。指紋画像から背景を抽出する背景抽出手段3は、具体的には隆線方向抽出手段2の結果から方向性が一意に決定しにくい場合、方向性が弱い場合にそのブロックは背景と判定することができる。他にブロック内の画像濃度の分散値が小さい時には背景と判定する手法もある。
FIG. 1 is a diagram for explaining the first embodiment, and specifically shows a block configuration of a fingerprint collation apparatus. The configuration will be described below. In the figure, a line connecting the blocks means that information is exchanged. The
指紋隆線の流れの中心となるコアと呼ばれる部分の位置を抽出するコア抽出手段4、隆線方向抽出手段2で求めた隆線方向の並び方から関節位置を抽出する関節抽出手段5、指紋の指先から関節までの領域を切りだす画像切り出し手段6がある。
Core extracting means 4 for extracting the position of the core called the core of the flow of the fingerprint ridge, joint extracting means 5 for extracting the joint position from the arrangement of the ridge directions obtained by the ridge
画像切り出し手段6できり出された画像に対して特徴量の抽出を行う特徴量抽出手段7は、具体的には方向角データおよび隆線のマニューシャと呼ばれる分岐点・端点の特徴点を抽出する手法がある。マニューシャの抽出方式としては、画像を二値化し、隆線部を細線化し、トラッキングする方式が知られている。なお、特徴量としてほかに隆線画像そのものを特徴量とする方式、周波数解析に基く特徴量などがあるが、どの手法を用いても良い。 The feature quantity extraction means 7 for extracting feature quantities from the image produced by the image cutout means 6 specifically extracts direction angle data and feature points at branch points and end points called ridge minutia. There is a technique. As a minutiae extraction method, a method of binarizing an image, thinning a ridge portion, and tracking is known. In addition, there are other features such as a method using the ridge image itself as a feature amount and a feature amount based on frequency analysis, but any method may be used.
特徴量抽出手段7で求めた特徴量をユーザ情報とともに登録する特徴量登録手段8がある。特徴量登録手段8で抽出された特徴量を格納する特徴量格納手段9、具体的にはメモリやハードディスク上に格納される。特徴量抽出手段7で求めた特徴量とあらかじめ特徴量格納手段9に格納してある特徴量とを照合する特徴量照合手段10がある。特徴量照合手段10の結果をもとに本人・他人の判定を行う照合結果判定手段11がある。 There is a feature quantity registration means 8 for registering the feature quantity obtained by the feature quantity extraction means 7 together with user information. The feature quantity storage means 9 for storing the feature quantity extracted by the feature quantity registration means 8, specifically, a memory or a hard disk is stored. There is a feature amount collating unit 10 that collates the feature amount obtained by the feature amount extracting unit 7 with the feature amount stored in the feature amount storing unit 9 in advance. There is a collation result determination unit 11 that determines the person / others based on the result of the feature amount collation unit 10.
指紋には渦状紋・弓状紋などの形状のバリエーションがあるが、どの指紋も隆線形状を指先から第1関節の方向に向ってみて行くと、指先では水平方向に近いなだらかなアーチ形状をしており、指の腹の近くでは渦やループのコアがあるため縦方向や斜め方向など複雑な隆線が多くなり、関節に近づくにつれ再度水平方向に近い形状となっている。そこで、本発明では指紋の小領域ごとの方向角を求め、方向角の並び方を見ることによって指先・コア近傍・関節近傍を抽出することによって関節の位置を求めている。 There are variations in the shape of fingerprints such as spirals and bows, but when you look at the ridge shape from the fingertip toward the first joint, the fingerprint has a gentle arch shape close to the horizontal. Since there are vortex and loop cores near the belly of the finger, there are many complicated ridges such as vertical and diagonal directions, and the shape becomes closer to the horizontal direction again as it approaches the joint. Therefore, in the present invention, the direction angle for each small region of the fingerprint is obtained, and the position of the joint is obtained by extracting the fingertip, the vicinity of the core, and the vicinity of the joint by looking at how the direction angles are arranged.
図2に入力画像の例を示す。図3に図2の画像を方向角抽出した結果を示す。図4に図3の結果から本発明によって切り出された画像を示す。 FIG. 2 shows an example of the input image. FIG. 3 shows the result of direction angle extraction of the image of FIG. FIG. 4 shows an image cut out from the result of FIG. 3 according to the present invention.
関節抽出の処理の具体的な手法を以下に説明する。上方向(指先)から下方向(指の付け根)に向って方向角の並び方をチェックする。まず、指先領域の存在を確認する。指の一番上(指先)のブロックに着目し、その水平方向1ライン分の方向角の平均値・分散値・最大値・最小値を求める。その例を図5に示す。分散値および最大値・最小値が閾値よりも小さく平均値が水平方向±閾値以内であった場合に指先領域が抽出できたと判定する。このとき、方向角の平均値を指の傾き角度として記録しておく。 A specific method of joint extraction processing will be described below. Check the alignment of direction angles from the upper direction (fingertip) to the lower direction (finger base). First, the presence of the fingertip area is confirmed. Focusing on the top (fingertip) block of the finger, the average value, variance value, maximum value, and minimum value of the direction angle for one line in the horizontal direction are obtained. An example is shown in FIG. When the variance value and the maximum value / minimum value are smaller than the threshold value and the average value is within the horizontal direction ± threshold value, it is determined that the fingertip region has been extracted. At this time, the average value of the direction angles is recorded as the finger tilt angle.
また、原画像が傾いていると判断される場合には、原画像を傾き角度をもとに補正し方向角を求める処理からやりなおすこともできる。具体的には、指先の領域を抽出する指先抽出手段を備えることで、指先の隆線の平均方向を指紋画像の傾きとして指紋画像の傾きを補正することができる。 Further, when it is determined that the original image is tilted, it is possible to repeat the process of correcting the original image based on the tilt angle and obtaining the direction angle. Specifically, by providing fingertip extraction means for extracting the fingertip area, the inclination of the fingerprint image can be corrected with the average direction of the ridges of the fingertip as the inclination of the fingerprint image.
次に、コア近傍領域を抽出する。指先よりも下のブロックで方向角が水平でない領域の数・幅・高さを求める。数・幅・高さがそれぞれ閾値よりも大きい場合、コア近傍が抽出できたと判定する。これによって、隆線の方向および並び方から指紋の中心近傍を抽出することができる。その例を図6に示す。中間色のブロックは水平でないブロックであり、背景色白色のブロックは水平に近いブロックである。なお、ここで水平とは指先から指の付け根に向かう方向に対して垂直になる方向のことである。また、コア抽出手段4は、指先の領域に連続した領域に限定して、隆線の方向および並び方から指紋の中心近傍(コア)を抽出することができ、効率よくコアを抽出することができる。 Next, the core vicinity region is extracted. Find the number, width, and height of the area below the fingertip in the direction angle that is not horizontal. When the number, width, and height are each greater than the threshold value, it is determined that the core vicinity has been extracted. Thereby, the vicinity of the center of the fingerprint can be extracted from the direction and arrangement of the ridges. An example is shown in FIG. The intermediate color block is a non-horizontal block, and the white background block is a block close to the horizontal. Here, the horizontal means a direction perpendicular to the direction from the fingertip toward the base of the finger. Further, the core extracting means 4 can extract the vicinity of the center (core) of the fingerprint from the direction and arrangement of the ridges only in a region continuous to the fingertip region, and can efficiently extract the core. .
次に、関節近傍領域を抽出する。コアよりも下のブロックで方向角が上記指先存在確認時に求めた指の傾きと近い角度のブロックの数とその領域の幅・高さを求める。その例を図7に示す。なお、ラインが描かれていないブロック(空欄)は、背景ブロックである。この領域の幅・高さ・数がそれぞれ閾値を超えている時、その領域を関節近傍領域と判定する。水平に近いブロックが並んでいる箇所を関節近傍領域と判定している。なお、画像によっては関節部が含まれていないこともあるので関節部が抽出されなかった場合には、入力画像の終端で長画像を切りだせば良い。 Next, a joint vicinity region is extracted. The number of blocks whose direction angle is close to the inclination of the finger obtained when checking the presence of the fingertip in the block below the core and the width / height of the area are obtained. An example is shown in FIG. A block (blank) in which no line is drawn is a background block. When the width, height, and number of the areas exceed the threshold values, the area is determined as the joint vicinity area. A location where blocks close to the horizontal are arranged is determined as the joint vicinity region. Note that, depending on the image, the joint portion may not be included. Therefore, if the joint portion is not extracted, the long image may be cut out at the end of the input image.
以上のように、指紋隆線の小領域ごとの方向に基いて関節位置を抽出するので、指幅が狭い指紋画像や斜めに置かれた指紋画像においても関節位置を正しく抽出することができる。そのため、照合に有効な情報を含む指先から第1関節までの領域をきりだすことができるので、照合精度を向上させることができる。 As described above, since the joint position is extracted based on the direction of each small area of the fingerprint ridge, the joint position can be correctly extracted even in a fingerprint image with a narrow finger width or a fingerprint image placed obliquely. Therefore, the region from the fingertip to the first joint including information effective for collation can be extracted, so that collation accuracy can be improved.
指紋画像を入力する画像入力手段と、指紋画像を所定の領域毎に分割し隆線の方向を抽出する隆線方向抽出手段と、抽出された隆線の方向および並び方から関節の位置を抽出する関節抽出手段とを備えたので、関節位置を抽出することにより、さまざまな状態の指紋画像から関節を切りだすことができる。 Image input means for inputting a fingerprint image, ridge direction extraction means for extracting the direction of the ridge by dividing the fingerprint image into predetermined regions, and the position of the joint is extracted from the direction and arrangement of the extracted ridges Since the joint extraction means is provided, the joint can be cut out from the fingerprint images in various states by extracting the joint position.
また、画像全体を小領域に分割し小領域ごとに一つの方法角を求めるので、取り扱うデータ量が減少し、計算時間を短縮することができる。 Further, since the entire image is divided into small areas and one method angle is obtained for each small area, the amount of data to be handled can be reduced and the calculation time can be shortened.
また、隆線の方向および並び方から指紋の中心近傍を抽出するコア抽出手段を備えたので、コアを確実に抽出することができる。 Moreover, since the core extraction means for extracting the vicinity of the center of the fingerprint from the direction and arrangement of the ridges is provided, the core can be reliably extracted.
さらに、関節抽出手段は、指紋の中心近傍に対して指先と逆側になる側に限定して抽出するので、コア領域の下側(指の付け根側)に限定して関節領域を抽出することができ、関節を正確にかつ高速に判断することができる。 Furthermore, since the joint extraction means extracts only the side opposite to the fingertip with respect to the vicinity of the center of the fingerprint, it extracts the joint region only on the lower side of the core region (the base of the finger). The joint can be determined accurately and at high speed.
また、指先の領域を抽出する指先抽出手段を備え、指先の隆線の平均方向を指紋画像の傾きとして指紋画像の傾きを補正するので、指の傾きを検出し画像を補正することができ、照合時に回転を考慮した位置あわせを行う必要がなくなり処理の高速化と照合精度の向上がはかれる。 In addition, it includes a fingertip extraction means for extracting a fingertip region, and corrects the inclination of the fingerprint image with the average direction of the ridges of the fingertip as the inclination of the fingerprint image, so that the image of the finger can be detected and corrected. It is not necessary to perform alignment in consideration of rotation at the time of collation, thereby speeding up the process and improving collation accuracy.
また、コア抽出手段は、指先の領域に連続した領域に限定して抽出するので、効率よくコアを抽出することができる。 Further, since the core extraction means performs extraction only in a region continuous with the fingertip region, the core can be efficiently extracted.
また、指先から第1関節までの領域を対象として指紋照合を実施するので、効率よく指紋照合を実施することができる。 In addition, since fingerprint collation is performed on the region from the fingertip to the first joint, fingerprint collation can be performed efficiently.
1 画像入力装置、2 隆線方向抽出手段、3 背景抽出手段、4 コア抽出手段、5 関節抽出手段、6 画像切り出し手段、7 特徴量抽出手段、8 特徴量登録手段、9 特徴量格納手段、10 特徴量照合手段、11 照合結果判定手段。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
The fingerprint collation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein fingerprint collation is performed on an area from a fingertip to a first joint.
Priority Applications (1)
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JP2004256115A JP2006072758A (en) | 2004-09-02 | 2004-09-02 | Fingerprint collating device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004256115A JP2006072758A (en) | 2004-09-02 | 2004-09-02 | Fingerprint collating device |
Publications (1)
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ID=36153313
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2004
- 2004-09-02 JP JP2004256115A patent/JP2006072758A/en active Pending
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