JP2007133656A - 指紋照合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、指紋情報を取得した際の本人確認の精度を向上させることができ、セキュリティ性を向上させることができる指紋照合装置を得ることを目的とするものである。
【解決手段】利用者の指紋を読み取るための読取装置１は、光源部（投光器）２、撮像部３、被検体保持部４、結像レンズ５及び画像処理部６を有している。光源部２は、赤色ないし近赤外光領域を含む光を下方へ向けて照射する。撮像部３は、受けた光を光電変換する。被検体保持部４は、利用者に指紋の読取位置を示すための開口４ａが設けられている。結像レンズ５は、撮像部３と開口４ａとの間に配置され、光源部２からの光を撮像部３に集光する。画像処理部６は、撮像部３から受けた電気信号に基づいて、指紋画像情報を生成する。画像処理部６は、生成した指紋画像情報を指紋照合装置本体７に送る。指紋照合装置本体７は、信号処理部７ａと明暗分布検出部７ｂとを有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、利用者の指紋情報により利用者を識別する指紋照合装置に関するものである。

従来の個人識別装置では、発光部により利用者の指の爪側から光が照射され、指内を透過した光が受光部によって受光される。これによって、利用者の指紋情報が取得され、指紋情報に応じて利用者が識別される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−８５５３８号公報

上記のような従来の個人識別装置では、悪意を持つ第三者によって、例えば正規の利用者の指紋を黒インクで印刷した透明シート等が指の代わりに置かれた場合であっても、悪意を持つ第三者を正規の利用者であると識別してしまうため、正規の利用者へのなりすましを許可してしまい、セキュリティ性が低下していた。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、指紋画像情報を取得した際の本人確認の精度を向上させることができ、セキュリティ性を向上させることができる指紋照合装置を得ることを目的とする。

この発明に係る指紋照合装置は、指紋画像情報の明暗の分布状況を示す読取明暗分布情報が利用者の指紋情報に対応付けて登録可能であり、入力された指紋画像情報から指紋情報及び読取明暗分布情報を抽出し、抽出した指紋情報及び読取明暗分布情報に基づいて利用者を識別する指紋照合装置本体を備えている。

この発明の指紋照合装置は、読取明暗分布情報と指紋情報とに基づいて利用者を認証するので、指紋画像情報を取得した際の本人確認の精度を向上させることができ、セキュリティ性を向上させることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による指紋照合装置を示す構成図である。
図において、利用者の指紋を読み取るための読取装置１は、光源部（投光器）２、撮像部３、被検体保持部４、結像レンズ５及び画像処理部６を有している。光源部２は、赤色ないし近赤外光領域を含む光を下方へ向けて照射する。撮像部３は、光源部２の下方の光源部２に対向する位置に設けられている。また、撮像部３は、例えば二次元個体撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳイメージセンサ）又は撮像管により構成され、受けた光を光電変換する。

被検体保持部４は、光源部２と撮像部３との間に配置されている。また、被検体保持部４には、利用者に指紋の読取位置を示すための開口４ａが設けられている。結像レンズ５は、撮像部３と開口４ａとの間に配置され、光源部２からの光を撮像部３に集光する。画像処理部６は、撮像部３から受けた電気信号に基づいて、指紋画像情報を生成する。画像処理部６は、生成した指紋画像情報を指紋照合装置本体７に送る。

指紋照合装置本体７には、利用者の指紋情報と、指紋画像情報の明るさの明暗分布状況を示す読取明暗分布情報（照明ムラ情報）とが、利用者情報に対応付けて登録されている。指紋照合装置本体７は、抽出した指紋情報及び読取明暗分布情報に基づいて、利用者を識別する。また、指紋照合装置本体７は、信号処理部７ａと明暗分布検出部７ｂとを有している。信号処理部７ａは、指紋照合装置本体７の全体の動作を制御する。また、信号処理部７ａは、読取装置１から受けた指紋画像情報から指紋情報を抽出し、抽出した指紋情報が登録された指紋情報と一致するかどうかを照合する。

明暗分布検出部７ｂは、読取装置１から受けた指紋画像情報から読取明暗分布情報を抽出する。また、明暗分布検出部７ｂは、抽出した読取明暗分布情報に基づいて、本物の指による指紋画像情報かどうかを判断する。即ち、明暗分布検出部７ｂは、偽造された指紋による指紋画像情報を検出する。そして、明暗分布検出部７ｂは、本物の指による指紋画像情報かどうかの判断結果を信号処理部７ａに送る。

ここで、指紋情報及び読取明暗分布情報について説明する。利用者の指紋読取時の光源部２からの照射光は、利用者の指の指紋を形成する凹部又は凸部を透過することによって、指紋の凹部を透過した凹部透過光と、指紋の凸部を透過した凸部透過光とに分離される。このとき、指紋の凹部と凸部とでは、指の厚みが微小に異なり、光透過率も微小に異なっている（凹部の光透過率は凸部の光透過率よりも高い）ため、指紋画像情報には、短い周期で明るさが変化する明暗周波数成分が形成される。信号処理部７ａは、この短い周期で明るさが変化する明暗周波数成分を指紋画像情報から抜き出すことによって、指紋情報を抽出する。

また、指内部の光透過率は、指の三次元形状（厚さ）、血管の太さ、血管の配置、肌の色、及び爪の位置等の利用者の生体によっても変化する。例えば指紋の中央部と爪先部とでは、光透過率が異なり、それぞれを透過した透過光の光強度も異なる。

図２は、図１の読取装置１が生成した指紋画像情報の明暗分布の一例を模式的に示す説明図である。図２において、指紋画像情報の指紋中央部と指紋外周部とは、指を透過した光の光強度の差によって、明るさに差が生じる。

指紋画像情報には、明暗分布を示す複数の明暗領域１０１〜１０６が含まれている。指の中央部分を示す明暗領域１０１が最も暗く、明暗領域１０１から指の外側へ向かうほど明るくなり、指紋の外周部を示す明暗領域１０６が最も明るくなる。また、指紋画像情報には、これらの指の三次元形状等による透過光の光強度の差によって、指紋の凹凸による明暗周波数成分よりも緩やかに明るさが変化する明暗周波数成分が形成される。即ち、指紋画像情報には、指紋の凹凸による明暗周波数成分と指の三次元形状等による明暗周波数成分とが含まれている。

明暗分布検出部７ｂは、受けた指紋画像情報の全体にフーリエ変換を施すことによって、指紋画像情報に含まれる明暗周波数成分を抽出する。さらにまた、明暗周波数成分を抽出した明暗分布検出部７ｂは、指紋画像情報に含まれる短い周期で明るさが変化する明暗周波数成分（指紋の凹凸に相当する高い周波数成分）を除去することによって、指の三次元形状等による明暗周波数成分が残る。そして、明暗分布検出部７ｂは、残った明暗周波数成分に対して、逆フーリエ変換を施すことによって、読取明暗分布情報を生成する。従って、明暗分布検出部７ｂは、指紋画像情報から図２のような空間的な明暗分布を示す情報のみが抽出可能となる。

また、明暗分布検出部７ｂは、読み取った読取明暗分布情報に類似する読取明暗分布情報が事前に登録されているかどうかを照合することによって、本物の指による指紋画像情報かどうかを判断する。類似する読取明暗分布情報とは、抽出した読取明暗分布情報に対して所定の割合（例えば７０％）以上一致する明暗分布を含んでいる情報である。そして、類似する読取明暗分布情報が登録されていることを確認すると、明暗分布検出部７ｂは、利用者の本物の指を読み込んだと判断する。一方、類似する読取明暗分布情報を確認できなかった場合、明暗分布検出部７ｂは、偽造された指紋（指）による指紋画像情報を受けたと判断する。

ここで、指紋照合装置本体７は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）により構成することができる。指紋照合装置本体７のコンピュータ記憶部には、信号処理部７ａ及び明暗分布検出部７ｂの機能を実現するためのプログラムが格納されている。読取装置１の画像処理部６は、信号処理部、記憶部及び信号入出力部を有している。画像処理部６の記憶部には、画像処理部６の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

次に、動作について説明する。光源部２から照射された光は、被検体保持部４に置かれた利用者の指に爪側から入射し、指を透過する。そして、指を透過した光は、被検体保持部４の開口４ａを通過し、結像レンズ５によって、撮像部３に集められる。そして、撮像部３では、利用者の指を透過した光の強弱による二次元の光強度分布を示す電気信号が生成され、この電気信号に基づいて画像処理部６により指紋画像情報が生成される。画像処理部６で生成された指紋画像情報は、指紋照合装置本体７に送られる。

図３は、図１の指紋照合装置本体７の動作を示すフローチャートである。指紋照合装置本体７は、読取装置１から指紋画像情報を受けるまで待機する（ステップＳＴ１）。指紋照合装置本体７が指紋画像情報を受けると、指紋照合装置本体７は、指紋画像情報から指紋情報及び読取明暗分布情報を抽出する（ステップＳＴ２）。

そして、指紋照合装置本体７は、抽出した読取明暗分布情報に類似する読取明暗分布情報が事前に登録されているかどうかを確認する（ステップＳＴ３）。類似する読取明暗分布情報が登録されていない場合、指紋照合装置本体７は、偽造された指紋を読み込んだと判断し、受けた指紋画像情報を破棄した上で、指紋画像情報を受けるまで待機する。

また、類似する読取明暗分布情報を確認した場合、指紋照合装置本体７は、読み取った指紋画像情報が適正である判断し、抽出した利用者の指紋情報が事前に登録された指紋情報と一致するかどうかを確認する（ステップＳＴ４）。抽出した指紋情報が登録されていない場合、指紋照合装置本体７は、受けた指紋画像情報に対応する利用者が正当な利用者でないと判断し、受けた指紋画像情報を破棄した上で、指紋画像情報を受けるまで待機する。さらに、抽出した指紋情報が登録されている場合、指紋照合装置本体７は、受けた指紋画像情報に対応する利用者が正当な利用者であると判断し（ステップＳＴ５）、指紋画像情報を受けるまで待機する。

上記のような指紋照合装置では、読取明暗分布情報により、本物の指による指紋画像情報かどうかを判断するので、利用者識別時の指紋情報による本人確認の精度を向上させることができる。

また、読取明暗分布情報は、指の形状や血管の配置等によって決定され、偽造された指紋では、指の形状や血管の配置等を再現困難なため、偽造された指紋を拒絶し、セキュリティ性を向上させることができる。

なお、実施の形態１では、読取明暗分布情報が明暗周波数成分による明暗分布であったが、読取明暗分布情報が指紋画像情報全体の明るさの最大値及び最小値の範囲を示す情報（光源の光量の情報）であってもよい。これによって、指紋照合装置本体に記憶させるデータ量を低下させることができ、照合速度を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、明暗分布検出部７ｂが明暗周波数成分による空間的な明暗分布を抽出したが、実施の形態２では、明暗分布検出部７ｂが指紋画像情報に対して読取領域を設定し、読取領域における明暗分布を抽出する。

図４は、実施の形態２による明暗分布検出部７ｂが指紋画像情報に対する読取領域２０１の設定状態を示す説明図である。明暗分布検出部７ｂは、指紋画像情報を受けると、指の幅方向中心部に対して読取領域２０１を設定する。また、明暗分布検出部７ｂは、読取領域２０１の指の長さ方向に対応する座標値を設定する。さらに、明暗分布検出部７ｂは、読取領域２０１の座標値毎に明るさを測定する。

図５は、図４の読取領域２０１の座標値（縦軸）と明るさ（横軸）との関係の一例を示す説明図である。明暗分布検出部７ｂは、測定した座標値毎の明るさを記憶することによって、図５のような連続的な読取明暗分布情報（輝度分布データ）を生成する。そして、明暗分布検出部７ｂは、利用者識別時の読取明暗分布情報に類似する読取明暗分布情報が登録されているかどうかを照合することによって、本物の指による指紋画像情報かどうかを判断する。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。

上記のような指紋照合装置であっても指紋情報と読取明暗分布情報とにより利用者を識別するので、指紋画像情報を取得した際の本人確認の精度を向上させることができるとともに、セキュリティ性を向上させることができる。

なお、実施の形態２では、指の長さ方向に対して読取明暗分布情報を測定したが、指の幅方向に対して読取明暗分布情報を測定してもよい。また、指紋照合装置本体が指紋画像情報の指の長さ及び幅方向の複数のマス目（例えば１０×１０のマス）に指紋画像情報を区切って、マス目毎の明るさを測定したものを読取明暗分布情報としてもよい。さらに、各マス目と周囲のマス目との明るさの平均値を算出して、マス目毎の明るさを平滑化させたものを読取明暗分布情報としてもよい。

さらにまた、実施の形態１，２では、指紋照合装置本体７が抽出した読取明暗分布情報に基づいて本物の指による指紋画像情報かどうかを判断した上で、指紋情報に基づいて利用者を識別していたが、指紋照合装置本体が読取明暗分布情報と指紋情報とにそれぞれ基づいて、二段階で利用者を識別してもよい。この場合、指紋照合装置本体が二段階に分けて利用者を識別するので、セキュリティ性をさらに向上させることができる。

また、実施の形態１，２では、読取装置１内の光源部２、撮像部３及び結像レンズ５が図１に示すように直線的に配置されていたが、これに限るものではなく、指を透過した光が、結像レンズによって撮像部に集められるような配置であればよい。

さらに、表示器を指紋照合装置本体又は読取装置に取り付けて、利用者に識別結果（照合結果）を表示させてもよい。さらにまた、指紋照合装置本体が異常を検出した場合、指紋照合装置本体が、管理者に通報させてもよい。

この発明の実施の形態１による指紋照合装置を示す構成図である。 図１の読取装置が生成した指紋画像情報の明暗分布の一例を模式的に示す説明図である。 図１の指紋照合装置本体の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による明暗分布検出部が指紋画像情報に対する読取領域の設定状態を示す説明図である。 図４の読取領域の座標値と明るさとの関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

７ 指紋照合装置本体。

Claims (3)

1. 指紋画像情報の明暗の分布状況を示す読取明暗分布情報が利用者の指紋情報に対応付けて登録可能であり、入力された指紋画像情報から指紋情報及び読取明暗分布情報を抽出し、抽出した指紋情報及び読取明暗分布情報に基づいて利用者を識別する指紋照合装置本体
   を備えていることを特徴とする指紋照合装置。
2. 上記指紋照合装置本体は、抽出した読取明暗分布情報に基づいて本物の指による指紋画像情報かどうかを判断した上で、指紋情報に基づいて利用者を照合することによって、利用者を識別することを特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
3. 上記指紋照合装置本体は、指紋画像情報に含まれる明るさの周波数成分のうち、指の三次元形状に応じて変動する明るさの周波数成分を算出することによって、読取明暗分布情報を抽出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の指紋照合装置。

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