JP2007511845A - 双方向走査指紋センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、指紋の照合、より詳細には、帯板の長手方向に実質的に垂直なセンサに対する指の相対スクロール中に指紋の隆起及び谷を検出することが可能な検出器の細長い帯板状のセンサに基づく照合に関する。
照合のセキュリティを向上するために、２つの反対方向の指のスクロールのための、及び皮膚の固有塑性を考慮して、２方向の間の画像変形が正常な変形に対応することの検証のための対策が講じられる。
【選択図】 図３ａ、図３ｂ

Description

本発明は、指紋の照合、より詳細には、帯板の長手方向に実質的に垂直なセンサに対する指の相対スクロール中に指紋の隆起及び谷を検出することが可能な検出器の細長い帯板状のセンサに基づく照合に関する。

収集すべき指の画像より小さく、したがって指とセンサとの間の相対スクロールによる以外にこのような画像を収集し得ない、細長い形状のこのようなセンサが、既に記述されている。これらのセンサは、主に、光学又は容量又は熱又は圧電検出によって動作し得る。

これらのセンサは、スクロールしない、指を静止したままにしておくセンサと比較して、使用するシリコンの表面積が小さいために安価であるという利点を有する。しかし、この画像は１線毎に又は一度に数線しか取得されないので、これらには、指のグローバル画像の再構築が必要となる。

ＦＲ２７４９９５５号明細書に、印画の部分画像を連続的に取得するためのいくつかの線を有する細長いセンサによる検出の原理が記述されており、これらの画像は互いに重なっているので、２つの連続画像の相関関係を調べることにより、指のスクロールと前後に並んで移動するこれらの連続画像を重ね合わせ、印画のグローバル画像を徐々に再構築することができ、追加手段により、センサに対する指のスクロールの速度を確かめる必要がない。

指紋画像の照合が、アプリケーションのセキュリティを確実にするよう、たとえば許可された人だけに物理又は電子アクセスを許可するよう働くアプリケーションにおいては、このように再構築された画像は、事前記録画像と比較するために使用される。

ここに、詐欺師が、許可された人の指紋のレリーフを模倣したレリーフを用いて、その表面が成形又はエッチングされた人工指を使用する場合に、変造の可能性が生じる。

本発明の目的は、この種の詐欺行為の危険性を制限することである。

上記目的を達成するために、本発明は、スクロールセンサの表面で指をスワイプし、１つのスワイプは１方向に他のスワイプは反対方向に実施し、２方向の走査のそれぞれについて画像を再構築することと、２つのスワイプ方向中に収集された画像の差が、生きている人の指の皮膚の固有塑性による正常な画像変形に対応することを検証することとの、二重操作を提供する検出方法を提案する。

したがって、本発明は、リニアセンサ上で指をスクロールすることによる画像キャプチャの場合、１方向にスクロールする指の画像が、他の方向にスクロールする指の画像と同一でないことを観測することに依存し、実際には、センサ上で指をこすると、皮膚の塑性のために、スクロールの方向により及び考慮されている印画範囲の位置により、印画の隆起線が伸びたり１つにまとまったりする。

このように伸びたり１つにまとまったりすることは、低塑性材料から作られた偽の指が、センサの表面上でスワイプされた場合、明白ではない。したがって、偽の指は一般に皮膚の可塑特性に十分近い可塑特性を呈さないので、セキュリティが向上するであろう。

このような、２つの画像の差を検証する操作は、本来の印画照合操作と合成され、従来行われている簡単な印画照合と比較すると、セキュリティの度合いが向上する。

添付図面を参照しながら、以下の詳細な記述を読むことにより、本発明の他の特性及び利点が明らかとなろう。

本質的に、皮膚の塑性により変形するという性質は、以下の形態であることが経験によって分かっている。即ち、変位方向において前部に位置する指の部分については、隆起線が１つに固まる傾向があり（変位方向の画像の圧縮）、変位方向においてより後部に位置する指の部分については、隆起線が薄くなる傾向がある（変位方向の画像の延長）。

考慮されている指の区間に依存する、このような二重の変形は、センサの表面に対して指が加える圧力から生じ、この圧力は、変位方向において前部に位置する部分でより大きく、後部に位置する部分でより弱い。

圧縮変形又は延長変形は、中心線にまたがる両側より指の中心線（変位方向に平行な線）に向かって強くなる。この理由は、ここにおいても、圧力は中心線でより大きく、指がその形状により徐々にセンサに接触しなくなる縁でゼロとなるまで、この線のいずれかの側に向かって減少していくことである。

検出された画像の全高が変位方向においては余り変化せず、指の前部区間の圧縮が後部区間の伸びを多少相殺し、（前部と後部との間の）指の中心に向かうほど変形が存在しなくなると考えられることに留意されると面白い。

図１ａは、上方変位中に検出され再構築された指紋の例を表しており、図１ｂは、指の下方変位中に検出され再構築された画像を表している。印画の隆起線は、図１ｂの画像のこれに対応する先端部より、図１ａの画像の先端部で１つにまとまっている。逆に、図１ｂの画像の底部より、図１ａの画像の底部で間隔が広くなっている。画像の中心に向かうほど、差は顕著でなくなる。

（静止して観察される）理論上の指の画像は、２つの画像の中間画像であると想像されよう。

固い材料から成形された偽の指により２変位方向においてキャプチャされた画像が、２変位方向について異なる印画を示すことはない。

図２（図２ａ、図２ｂ、図２ｃ）は、印画線が想定される記号の形態の、生きている人の指について観察可能な歪みが、静止した状態で、等距離の楕円輪郭となるという原理を図式化したものであり（図２ａ）、線は、変位中に、変位方向の前部に向かってより１つにまとまり、後部に向かってより伸び、両側で少し変位し、したがって、下方変位（図２ｂ）中は、より１つにまとまった画像の底部の線とより間隔が広くなった画像の先端の線とができ、上方変位中は（図２ｃ）、この逆となる。このような観測は、偽の指による詐欺行為に対してセキュリティを強化するために使用される。

許可された人の印画の事前記録画像との（又は許可された印画の画像のライブラリとの）画像照合及び比較を実施する場合、人は、簡単な比較には満足せず、反対の変位方向において得られた画像は皮膚の固有塑性に適合する最小の歪みを呈するという検証を用いた許可試験を補足するであろう。

それぞれの許可された人について両方向のスクロールで撮られた印画が、許可された画像のライブラリ内に記録され、次いで、第１の方向に撮られた画像が、同様に第１の方向に撮られた事前記録画像と比較される。そしてまた、反対方向のスクロールで記録された画像について比較が行われる。２つの事前記録画像について一致が検出され、かつこれらの２つの画像が同じ人の２方向のスクロールに対応した場合にのみ、認証が受け入れられる。しかし、実際には、同じスクロールセンサに基づいて又はともあれスクロールセンサに基づいて、事前記録画像をキャプチャし記録しておくことも必要である。

再構築された画像と静止して又は１方向にスクロールして入手された１つの事前記録画像とを比較することにより、画像の１つの照合を行うこともできる。この場合、認証は、スクロールによる画像の歪みの評価、及びこの歪みが正常であり、かつ経験的に、生きている人の指に対応するという検証で補足される。

本質的に、この検証は、画像の歪みの割合を判断することと、この割合が２つの限度の間にあることを確認することとにある。これらの限度とは、
− 歪みが非常に弱い場合、これは、恐らく生きている人の指の代わりに、成形又はエッチングされた偽の指が使用されたことによるものであるので、下限値、及び、
− ２方向のスクロールの間の大きな歪みは、人の指の平均画像の正しい識別を認証することを妨げるので、上限値である。

歪みを検出するために、「細かい点」と呼ばれる、印画の目立つ点を使用することができる。目立つ点又は細かい点とは、隆起線が止まる点、又は１つの隆起線が分かれ、２つの隆起線に分離する点である。

１つの手順は、スクロールの軸に沿って又はこの軸の近くで、３つの目立つ点をタグ付けすることにあり、これらの目立つ点は、２方向のスクロールにおいてキャプチャした画像上で見える。

図３ａ及び図３ｂは、１方向の画像と他の方向の画像とを表しており、図３ａには、それぞれ、指の前部に向かって、指の後部に向かって、及び指の真ん中に向かって位置する、３つの目立つ点、Ｈ、Ｂ、及びＭが示されている。これらの同じ目立つ点が、図３ｂには、Ｈ’、Ｂ’、及びＭ’で表されている。

距離ＨＭ及びＭＢ、ＨＭ’及びＭＢ’は、入手した２つの画像について測定される。

固有歪みについて、距離ＨＭは通常Ｈ’Ｍ’より小さく、距離ＭＢは通常Ｍ’Ｂ’より大きい。

この距離は、いくつかの垂直の画素数として計算され得る（ここで、垂直とはスクロールの方向を表す）。

比率Ｈ’Ｍ’／ＨＭは通常およそ０．８５程度であり、比率Ｍ’Ｂ’／ＭＢは通常、この逆数、即ち１／０．８５に等しい。したがって、皮膚の固有塑性に対応する、およそ１５％程度の歪みがある。

歪みの値の代表的な範囲は、１０％〜２５％である。つまり、画像は、印画の先端領域又は底部領域について、２方向のスクロールの間の歪みの度合いが１０％と２５％との間にある場合は許容でき、この範囲から逸脱している場合は許容できないと考えられる。印画の照合は、歪みが第１の閾値より大きいこと、さらに好ましくは第２の閾値より小さいことを条件として、システムによって受け入れられる。

目立つ点の位置は、輪郭抽出ソフトウェアに基づいてタグ付けされることがある。

これらの点の間の距離を測定することに基づいて目立つ点を直接タグとするのではなく、目立つ点を間接タグとし、これらの間接タグに基づいて、タグ点Ｈ”、Ｂ”、及びＭ”を見つけ出すことができる。たとえば、タグ点Ｈ”、Ｂ”、及びＭ”はすべて、同一の垂直線上に位置する点であり、測定され、かつ歪みを計算するよう働く、この垂直線上の距離である。

かなり複雑な画像照合ソフトウェアを使用して、目立つ点の位置を見つけ出すのではなく、他の手段を使用して、画像の先端部及び底部の歪みを測定することができる。特に、先端部の印画線の平均間隔及び底部の平均間隔を評価することができる。

分析すべき画像を２つ又は３つの等しい部分に分離することができる。印画の隆起の空間周波数は、上部及び下部について垂直方向に測定される。

図４ａは、検出ストライプの中心に位置する画素によって提供され、かつ印画スクロールの隆起が通り過ぎるのを見る信号を表している。一般に正弦波の形態の信号は、連続して通り過ぎる印画の隆起及び溝を反射する。一方では画像の先端部で、他方では画像の底部で、所予の画像の長さ全体に渡る信号の変更数を単にカウントすることができる。図４ｂは、反対方向のスクロール中に得られた信号を表している。変更数は、同一の画像の長さ全体に渡る、画像のこれに対応する部分について再びカウントされる。

２方向のスクロールについて対応する領域の変更数の比率は、印画の歪みの測定値である。

しかし、この変更のカウントはやや不正確であり、指の先端領域の及び底部領域の画像のフーリエ変換計算により平均空間周波数を判断することが好ましい。この変換は、一方では先端部の全長に渡って、他方では底部の全長に渡って、画像全体に又は指の中心の垂直の帯上で計算されることがある。

フーリエ変換により、先端領域内の印画のスクロールの周期性の低周波数成分特性、及び底部領域内の特性周波数が明らかになる。所予の領域の及び２方向のスクロールの、この特性周波数の値の比率は、歪みの差の測定値である。通常、１０％より小さい比率は、生きている人の指に対応する可能性が低く、許容できないと考えられる。また、２５％より大きい比率も、このような変形は、これに基づいて事前記録された印画との比較が実施される平均静止印画再構築の十分に信頼できる判断を不可能にするので、許容できないと考えられる。

画像の底部及び先端部の両方において測定が行われる場合、画像の２つの部分が許容できる歪み基準を満足するか又は画像の２つの部分の少なくとも１つがこの基準を満足するかのいずれかである場合に、歪みは満足すべきものであると考えられ得る。

本発明は、光学又は容量又は熱又は特に圧電検出に基づく、すべての種類の印画センサについて適応可能であるが、ともあれセンサと指との間のしっかりとした物理的接触を必要とするセンサ（容量、熱、又は圧電センサ）の場合に、特に利点がある。

２方向における連続走査が、２つのパスの間で指を上げずに実施され得る。

２つの反対方向の走査移動において記録された指紋を表す図である。 注目される印画変形の性質を示す図である。 印画の歪みを測定する方法を表す図である。 指の中心に置かれた画素に対応し、１方向に又は反対方向にこの指のスクロールを見ている信号の変形形態を表す図である。

Claims (8)

1. 細長い帯板状のスクロールセンサによる指紋検出方法であって、
   前記スクロールセンサの表面全体に前記指をスワイプし、１つのスワイプが１方向に実施され、他のスワイプが反対方向に実施され、２方向の走査のそれぞれについて画像が再構築されることと、前記２つのスワイプ方向中に収集された前記画像間の差が、生きている人の指の皮膚の固有塑性による正常な画像変形に対応することを検証することとの二重操作が実施される方法。
2. 前記検証が、前記画像の先端部内及び底部内の変形の測定と、閾値との比較と、前記変形が前記２つの部分の少なくとも１つについて閾値より大きいという条件で受け入れることとを有することを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
3. 前記受入れが、前記変形が前記２つの部分について閾値より大きいという条件で受け入れられることを特徴とする請求項２に記載の検出方法。
4. 前記受入れが、前記変形が別の閾値より小さいという条件で受け入れられることを特徴とする請求項２または３に記載の検出方法。
5. 前記検証が、前記２つの再構築された画像と共通の目立つ点の位置の測定と、前記２つの画像のそれぞれについて目立つ点の間の距離の計算と、前記距離の比率の計算と、少なくとも１つの閾値との前記比率の比較とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出方法。
6. 前記検証が、２方向の走査について前記指の前記画像の少なくとも１つの部分内の印画の隆起の空間周波数の測定と、前記２つの画像について見つかった前記空間周波数の前記比率の計算と、少なくとも１つの閾値との前記比率の比較とを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の検出方法。
7. 前記空間周波数が、前記指の前記画像の一部分上でフーリエ変換によって判断されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記空間周波数が、判断された画像部分内で検出された信号の変更をカウントすることによって判断されることを特徴とする請求項６に記載の方法。

Images