JP2008015939A - 非接触型指紋入力装置及び指紋照合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より照合率の高い光学式の非接触型指紋入力装置及びこの非接触型指紋入力装置を利用した指紋照合装置を提供する。
【解決手段】指５を前方及び左右から撮像位置にガイドするガイド部材１６が設けられている。そして、ガイド部材１６の手前には、撮像位置に指５が置かれたときに突起１４が押し込まれ、指５が撮像位置にあることを検知する２つの押しボタン式のスイッチ１３，１３が設けられている。また、スイッチ１３の後方には、下方から指５を非接触にて撮像するために開口された窓部１７が設けられている。窓部１７の下方には、発光ダイオードの光源１１，１１が２カ所設けられている。２カ所の光源１１，１１の間には、指５の指紋画像を撮像する撮像素子であるＣＣＤカメラ１２が設けられている。スイッチ１３の入力が検出されると、ＣＣＤカメラ１２により窓部１７の上方に配置されている指５の指紋画像が撮像される。
【選択図】図３

Description

本発明は、光学式の非接触型指紋入力装置及び指紋照合装置に関するものである。

近年、情報の電子化やネットワーク化の急速な進行により、情報へのアクセス制御を行うためのセキュリティ技術への関心が高まっている。このようなセキュリティ技術の１つとして、指紋照合による本人認証装置・方法が種々開発され、これらを用いた製品も数多く登場してきている。そして、指紋照合に用いられる指紋画像を読み取って入力するための指紋入力装置も、様々なものが開発されている。

このような指紋入力装置としては、光学式で指紋画像を読み取る光学式センサや、静電容量方式による半導体センサが知られている。光学式センサでは、一般的に、採取面（ガラス面）に置かれた指に光源から光を照射すると、その光が採取面上で反射される。ガラス面に接触している指紋隆線と接触していない指紋谷線とで異なる反射光が撮像素子（光電変換素子）に取り込まれ、光電変換されて画像として取得される。このように、光学式センサでは、ガラス面に指を押しつけて撮像するのが一般的であるが、指が乾燥してかすれている場合（かすれ指紋）、濡れている場合（濡れ指紋）に照合率が低下する問題点が指摘されている。また、以前に使用した指紋がガラス面に残っている場合（残留指紋）、他人がこの残留指紋を利用して登録者になりすます危険も考えられる。また、不特定多数が使用する指紋センサの場合には、他人の使用後に使用することに対して心理的に抵抗が強いという問題点もある。

そこで、指紋を置くための接触面を設けない非接触型指紋識別装置も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、制限部材によって読み取り許容範囲内に指を誘導し、この指に対して光源から光を当て、この反射光を光学センサにより受け取るように構成されている。
特開２００１−１６７２５５号公報

しかしながら、上記のような非接触型指紋識別装置を用いれば、かすれ指紋、濡れ指紋の場合の認識率の低下や、他人が残留指紋を利用して登録者になりすます危険を避けることができ、心理的な抵抗も軽くなるという利点があるが、従来、光学式の指紋センサにおいては、接触型・非接触型を問わず、光源として、主に価格の安さから、赤色のレーザー光や赤色ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が用いられていたために、照合率が低いという問題点があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、より照合率の高い光学式の非接触型指紋入力装置及びこの非接触型指紋入力装置を利用した指紋照合装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の非接触型指紋入力装置は、指に光を照射する光源と、当該光源から照射された光が前記指に反射した反射光を受光して前記指の指紋画像を撮像する撮像素子と、前記指が撮像位置にあることを検知する検知手段とを備えた非接触型指紋入力装置において、前記光源は、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する青色光を発光することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載の非接触型指紋入力装置は、指に光を照射する光源と、当該光源から照射された光が前記指に反射した反射光を受光して前記指の指紋画像を撮像する撮像素子と、前記指が撮像位置にあることを検知する検知部とを備えた非接触型指紋センサにおいて、前記光源は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の主波長を有する緑色光を発光することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載の非接触型指紋入力装置は、指に光を照射する光源と、当該光源から照射された光が前記指に反射した反射光を受光して前記指の指紋画像を撮像する撮像素子と、前記指が撮像位置にあることを検知する検知部とを備えた非接触型指紋センサにおいて、前記光源は、異なる主波長を有する複数の光を発光することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項３に記載の発明の構成に加え、前記光源が、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する青色光と、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の主波長を有する緑色光とを少なくとも発光することを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項３又は４に記載の発明の構成に加え、前記光源が、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する青色光を発光する青色ＬＥＤチップと、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の主波長を有する緑色光を発光する緑色ＬＥＤチップと、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内の主波長を有する赤色光を発光する赤色ＬＥＤチップとを備えた三色発光ダイオードであることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記光源が、前記光の進行方向が前記指の表面で交差するように光を照射する複数の光源からなることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記検知手段が、前記指の挿入を検出するスイッチであることを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項７に記載の発明の構成に加え、前記スイッチが、前記指の挿入の際、当該指により押されるスイッチであることを特徴とする。

また、本発明の請求項９に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項７に記載の発明の構成に加え、前記スイッチが、発光素子と受光素子からなる光センサであり、前記指の挿入により遮光されたことを当該受光素子が検出することを特徴とする。

また、本発明の請求項１０に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項８又は９に記載の発明の構成に加え、前記スイッチが、複数設けられていることを特徴とする。

また、本発明の請求項１１に記載の指紋照合装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の非接触型指紋入力装置と、前記非接触型指紋入力装置から得られた入力画像について特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、当該特徴量抽出手段により抽出された特徴量と、予め登録された登録指紋の特徴量とを比較して入力指紋と登録指紋との類否を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の請求項１に記載の非接触型指紋入力装置では、検知手段により指が撮像位置にあることが検知されると、撮像素子により、光源から青色光が照射されている指の指紋画像が撮像される。指紋の入力の際に採取面に指を押しつける必要がないため、かすれ指紋、濡れ指紋の場合の認識率の低下や、他人が残留指紋を利用して登録者になりすます危険を避けることができる。また、検知手段を設けたので、指が撮像位置に適切に配置された状態で指紋画像を取得することができる。さらに、青色光を照射することにより、取得される指紋画像の照合率を高めることができる。

また、本発明の請求項２に記載の非接触型指紋入力装置は、検知手段により指が撮像位置にあることが検知されると、撮像素子により、光源から緑色光が照射されている指の指紋画像が撮像される。指紋の入力の際に採取面に指を押しつける必要がないため、かすれ指紋、濡れ指紋の場合の認識率の低下や、他人が残留指紋を利用して登録者になりすます危険を避けることができる。また、検知手段を設けたので、指が撮像位置に適切に配置された状態で指紋画像を取得することができる。さらに、緑色光を照射することにより、取得される指紋画像の照合率を高めることができる。

また、本発明の請求項３に記載の非接触型指紋入力装置は、検知手段により指が撮像位置にあることが検知されると、撮像素子により、光源から複数の光が照射されている指の指紋画像が撮像される。指紋の入力の際に採取面に指を押しつける必要がないため、かすれ指紋、濡れ指紋の場合の認識率の低下や、他人が残留指紋を利用して登録者になりすます危険を避けることができる。また、検知手段を設けたので、指が撮像位置に適切に配置された状態で指紋画像を取得することができる。さらに、複数の光を照射することにより、取得される指紋画像の照合率を高めることができる。

また、本発明の請求項４に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項３に記載の発明の効果に加え、青色光と緑色光とを含む光を照射することにより、取得される指紋画像の照合率を高めることができる。

また、本発明の請求項５に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項３又は４に記載の発明の効果に加え、三色発光ダイオードの出力光を調整することにより、簡単に照合率の高い波長の光を照射することができる。

また、本発明の請求項６に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、複数の光源から指を照射するので、撮像される指紋画像に影になる部分が少なくなり、照合率を高めることができる。

また、本発明の請求項７に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の効果に加え、検知手段が指の挿入を検出するので、指が撮像位置にあることが検知できる。

また、本発明の請求項８に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項７に記載の発明の効果に加え、指により押されるスイッチを用いたので、簡単な構造で確実に指の挿入を検出し、指が撮像位置にあることが検知できる。

また、本発明の請求項９に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項７に記載の発明の効果に加え、発光素子と受光素子からなる光センサをスイッチとして用いたので、光が遮られることにより、指の挿入を検出し、指が撮像位置にあることが検知できる。

また、本発明の請求項１０に記載の非接触型指紋入力装置は、請求項８又は９に記載の発明の効果に加え、スイッチが複数設けられることにより、指の位置のずれをさらに少なくし、好適な指紋画像を撮像することができる。

また、本発明の請求項１１に記載の指紋照合装置は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明の作用効果に加え、入力画像について特徴量を抽出して、登録指紋の特徴量と比較して類否を判定し、高い正当性で本人確認を行うことができる。

以下、本発明の実施形態例について、図面に基づいて説明する。まず、指紋入力装置と、指紋照合プログラムを搭載してこれを実行するコンピュータにより構成される第一実施形態について説明する。まず、図１を参照して、このような指紋照合装置の構成について説明する。図１は、第一実施形態の指紋照合装置の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の指紋照合装置を構成するコンピュータ１０は、周知のパーソナルコンピュータの一般的な構成からなり、文字や各種の操作指令などを入力するためのキーボード２１やマウス２０、入力された結果等を表示するモニタ２４を備えている。また、コンピュータ１０には、ＣＤ−ＲＯＭ２３の内容を読み取るＣＤ−ＲＯＭドライブ３７が搭載されている。

また、コンピュータ１０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ３０を中心にバスにより相互に接続されたＲＯＭ３１、ＲＡＭ３２、表示画像メモリ３３、マウスインターフェース３４、キーボードインターフェース３５、ビデオコントローラ３８、及びＵＳＢインターフェース４５を備えている。そして、マウスインターフェース３４にはマウス２０が接続され、キーボードインターフェース３５にはキーボード２１が接続され、ビデオコントローラ３８にはモニタ２４が接続されている。さらに、ＵＳＢインターフェース４５には、指紋入力装置２５が接続されている。指紋入力装置２５は、ＬＥＤからなる光源１１と、指紋を撮像する撮像素子であるＣＣＤカメラ１２と、指が撮像位置にあることを検出するスイッチ１３と、これらを制御するコントローラ１５とから構成されている。指紋入力装置２５の構造については後述する。

ＲＯＭ３１は、ＢＩＯＳ等の内蔵されている各種プログラム等を記憶する読み出し専用のメモリである。ＲＡＭ３２は、実行中のプログラムを一時的に記憶したり、各種データ等を記憶する読み出し・書き込み可能なメモリである。表示画像メモリ３３は、モニタ２４に表示する画像の画像データを記憶するメモリである。マウスインターフェース３４は、マウス２０とのデータ等のやりとりを司るインターフェースである。キーボードインターフェース３５は、キーボード２１からのキー入力を司るインターフェースである。ビデオコントローラ３８は、表示画像メモリ３３に記憶される表示画像データに基づいてモニタ２４における画像の表示を制御するコントローラである。ＵＳＢインターフェース４５は、ＵＳＢポート（図示せず）に接続された周辺機器を制御するインターフェースである。

コンピュータ１０のオペレーティングシステム４１は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）４０に記憶されており、コンピュータ１０に電源を投入すると、ＨＤＤ４０のブートブロックに書き込まれたローダに従ってＲＡＭ３２の所定の領域にロードされる。また、ＨＤＤ４０には、指紋照合プログラム４２が記憶されており、指紋照合プログラム４２が起動され、ＲＡＭ３２に読み込まれ、これをＣＰＵ３０が実行することにより、指紋照合処理が行われる。尚、本実施形態においては指紋照合プログラム４２はＨＤＤ４０に記憶されているが、ＲＯＭ３１に記憶されていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ２３に記憶され、ＣＤ−ＲＯＭドライブ３７から読み込まれて実行されるように構成してもよい。さらに、コンピュータ１０をネットワークに接続し、ネットワーク上のサーバから指紋照合プログラム４２をダウンロードして実行するようにしてもよい。

次に、図２〜図５を参照して、指紋入力装置２５について説明する。図２は、指紋入力装置２５を模式的に示す概略平面図である。図３は、指をおいた状態の指紋入力装置２５を模式的に示す概略平面図である。図４は、図３におけるＡ−Ａ線の矢視方向から見た指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。図５は、図３におけるＢ−Ｂ線の矢視方向から見た指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。尚、図２及び図３の上方向が指が指紋入力装置２５に挿入される挿入方向であり、これを以下の説明においては前方とする。

図２〜図５に示すように、指紋入力装置２５には、指５を前方及び左右から撮像位置にガイドするガイド部材１６が設けられている。そして、ガイド部材１６の前方には、撮像位置に指５が置かれたときに突起１４が押し込まれ、指５が撮像位置にあることを検知する２つの押しボタン式のスイッチ１３，１３が設けられている。また、スイッチ１３の手前には、下方から指５を直接撮像するために開口された窓部１７が設けられている。窓部１７の下方には、発光ダイオードの光源１１，１１が２カ所設けられている。また、２カ所の光源１１，１１の間には、指５の指紋画像を撮像する撮像素子であるＣＣＤカメラ１２が設けられている。スイッチ１３の入力がコントローラ１５（図１参照）に検出されると、ＣＣＤカメラ１２により窓部１７の上方に配置されている指５の指紋画像が撮像される。そして、撮像された指紋画像は、コントローラ１５を経由して出力され、コンピュータ１０のＵＳＢインターフェース４５から入力されてＲＡＭ３２内に格納される。尚、スイッチ１３は、１つであってもよいが、２つ以上とすることで、指５が撮像位置にあることを確実に検出し、適切な指紋画像を撮像して、指紋の照合率を高くすることができる。

光源１１は、図４に示すように、窓部１７の斜め下方に配置され、撮像位置に置かれた指５の表面で、２カ所の光源１１，１１から照射される光が交差するような位置に設けられている。このように、２カ所の光源１１，１１から直接光を指５に照射することで、光源から照射する光を鏡に反射させて指に照射したり、１カ所の光源から直接指に照射させたりするよりも、適切な指紋画像が撮像できる。また、本実施形態では、光源１１は、青色光、緑色光、及び赤色光の三色を発光する三色発光ダイオードを用いている。

尚、上記の指紋入力装置２５では、指５が撮像位置にあることを検知するスイッチとして、押しボタン式のスイッチを用いたが、図１２及び図１３に示すように、光センサを利用して、指の挿入により光が遮られたことを検出することにより、指が挿入されたことを検知するようにしてもよい。図１２は、光センサをスイッチに用いた指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。図１３は、光センサをスイッチに用いた指紋入力装置２５の別の例を模式的に示す概略断面図である。

図１２に示す指紋入力装置２５の撮像位置（窓部１７）の上方には、遮光性部材２１５が、挿入された指５を覆うように設けられている。そして、遮光性部材２１５の内側には、光源１１，１１から照射される光を受光する受光素子２１３が設けられている。この構成では、指紋撮像用の光源１１を光センサの発光素子として用い、指が挿入されていない状態では受光素子２１３が光源１１からの光を検知するが、指が挿入されると光が遮断されて検知されなくなるので、これをスイッチの入力としてコントローラ１５（図１参照）に出力し、ＣＣＤカメラ１２により窓部１７の上方に配置されている指５の指紋画像が撮像されるようにすればよい。

さらに、図１３に示す例では、図１２と同様に遮光性部材２１５及び受光素子２１３を設けることに加え、遮光性部材２１５の内側で、受光素子２１３よりも奥（挿入される指５の先端側）に受光素子２１４を設け、その下方の対向する位置の窓部１７近傍に発光素子としてＬＥＤ２１６を設ける。指が挿入されていない状態では、受光素子２１３，２１４の両方が光を検知するが、指５が挿入されると、光が遮断されて検知されなくなる。特に、受光素子２１４は、指５が撮像位置まで挿入されて初めて受光できなくなる。このように構成すれば、２つのスイッチで指５が挿入されたことを二重にチェックできるため、より確実に指５の挿入を検知して指紋画像を撮像することができる。

尚、このような光センサを用いる構成の場合、遮光性部材２１５は、特定バンドの光（例えば、青色波長〜緑色波長）のみを遮断する構成として、利用者が遮光性部材２１５内においた指５の状態を確認できるようにしてもよい。また、受光素子２１３，２１４は、特定の波長（例えば、青色波長〜緑色波長）のみを受け取るものであってもよい。

さらに、上記の指紋入力装置２５では、指の挿入を撮像位置にガイドするためのガイド部材１６(図２，図３参照)を設けているが、図１４及び図１５に示すように、ガイド部材を設けず、前後左右に検出用のスイッチを設け、装置筐体に指が全く触れない状態で指紋画像を撮像するように構成してもよい。図１４は、ガイド部材を設けない指紋入力装置２５を模式的に示す概略平面図である。図１５は、ガイド部材を設けない指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。

図１４及び図１５に示すように、指紋入力装置２５の先端から窓部１７の略中央にかけて、挿入された指５を覆うように遮光性部材２１５が設けられている。そして、遮光性部材２１５の内側には、挿入される指５の先端近傍に相当する位置に、２個の受光素子２１４，２１４が平行に設けられている。そして、その下方の対向する位置の窓部１７近傍に、発光素子としてＬＥＤ２１６，２１６が設けられている。この２組の光センサによって、前後方向の指５の位置が検出される。

また、遮光性部材２１５の内側で、手前側の端部近傍の、光源１１の上方に相当する位置には、受光素子２１７，２１７が平行に設けられている。そして、その下方の対向する位置の窓部１７近傍に、発光素子としてＬＥＤ２１８，２１８が設けられている。この２組の光センサによって、左右方向の指５の位置が検出される。すなわち、いずれかの受光素子２１７から光の遮断が検知されれば、指５は撮像位置から左右方向にずれて挿入されていることになる。従って、前後方向の検出用光センサ（２１４及び２１６）で光の遮断が検知されるとともに、左右方向の検出用光センサ（２１７及び２１８）で光が検知されている状態であれば、指５は撮像位置にあると検出される。このように２種の光センサを前後方向・左右方向に設けることで、ガイド部材を用いなくても指５を撮像位置に導き、指紋画像を撮像することができる。また、図１５に示すように、この構成の指紋入力装置２５によれば、装置筐体から指５を浮かせた状態で、遮光性部材２１５内に指５を挿入させると、２組の前後方向の検出用光センサ（２１４及び２１６）により指の挿入が検出される。このとき、左右方向の検出用光センサ（２１７及び２１８）の両方から光が検知されている状態であれば、指５は撮像位置にあると検出されるので、利用者が装置筐体に全く触れることなく、指紋画像を撮像することが可能となる。

次に、光源１１の詳細について、図６を参照して説明する。図６は、光源１１の回路図である。図６に示すように、光源１１は、各色のＬＥＤチップと抵抗（青色ＬＥＤチップ５１と青色用抵抗５４、緑色ＬＥＤチップ５２と緑色用抵抗５５、赤色ＬＥＤチップ５３と赤色用抵抗５６）をそれぞれ直列に接続し、共通の電源に接続されて構成される三色発光ダイオードである。本実施形態では、各ＬＥＤチップの順方向電圧が、青色ＬＥＤチップ５１は３．５Ｖ、緑色ＬＥＤチップ５２は３．５Ｖ、赤色ＬＥＤチップ５３が２Ｖのもの、適用電流は１ｍＡ〜２０ｍＡの範囲のものを用いた。このような三色発光ダイオードでは、照射したい色のＬＥＤチップにのみ電流が流れるように各抵抗５４〜５６の抵抗値を調整することにより、所望の色を発光させて照射することができる。本実施形態では、後述するように、赤色光、緑色光、青色光を単色で発光させた場合、赤色と緑色の２色、赤色と青色の２色、緑色と青色の２色、赤、緑、青の３色全てを発光させた場合の７パターンについて指紋照合処理を行い、照合結果を比較した（図９参照）。

次に、以上の構成を有する指紋照合装置１における指紋照合処理について、図７及び図８を参照して説明する。図７は指紋照合処理の流れを示すフローチャートである。図８は、指紋照合処理の中で実行される特徴量抽出処理のフローチャートである。

指紋入力装置２５をコンピュータ１０に接続し、指紋照合プログラム４２が起動されると、図７に示すように、指紋照合処理が開始される。まず、使用者が指紋入力装置２５に指を置き、スイッチ１３の突起１４が押し込まれると（図３参照）、ＣＣＤカメラ１２により指紋画像が撮像され、コントローラ１５を経由してコンピュータ１０に入力され、指紋画像が取得される（Ｓ１）。

次に、取得した指紋画像を照合処理に適した大きさに切り出す切り出し処理を行う（Ｓ３）。ここでは、切り出し処理前にＳ１で取得した画像サイズを６４０×４８０（単位はピクセル、以下同様）、切り出し後の画像サイズを２５６×２５６とした。

次に、Ｓ２で切り出された指紋画像から特徴量を抽出し、ＲＡＭ３２内に格納する特徴量抽出処理を実行する（Ｓ５）。ここで行う特徴量の抽出は、例えば特徴点抽出照合法（マニューシャ法）や画像マッチング法（パタンマッチ法）等の周知の指紋照合方法のいずれかを用いておこなうことができる。一例として、本実施形態で用いた周波数解析による特徴量抽出処理について、図８を参照して以下に説明する。

図８に示すように、本実施形態では、指紋から特徴点（マニューシャ）を抽出するのではなく、隆線の情報そのものを利用して解析し、特徴量とする処理を行っている。すなわち、指紋画像を横方向に切り出して、横方向に指紋の位置を、縦方向に指紋の凹凸（濃淡）を取ると、指紋の切り出し１ラインを波形信号と見ることができる。そして、この波形信号に対して音声データ処理で一般的に行われるような周波数解析を行うことにより、パワースペクトルを得ることができる。

具体的には、背景分離処理された指紋画像の各ラインを１フレームとして、フレームごとに特徴抽出処理を行う。まず、前処理として、ハミング窓掛けを行い（Ｓ５１）、フレーム切り出しによる端部の影響を緩和する。次いで、ハミング窓掛けによる補正処理がなされたフレームデータを受取り、その自己相関関数を求める（Ｓ５３）。さらに、得られた自己相関関数に基づいて、線形予測法（ＬＰＣ：Liner Predictive Cording）によるＬＰＣ係数を演算して求める（Ｓ５５）。線形予測法は、携帯電話等で音声の圧縮に使用されている周知の技術であり、これを使用すると母音等の音声を全極型の伝達関数で推定することができ、そのスペクトルから声道の共振周波数（フォルマント周波数）等が推定できるものである。そして、Ｓ６２で得られたＬＰＣ係数を線形結合演算してＬＰＣケプストラムを求める（Ｓ５７）。ＬＰＣケプストラムは、切り出された指紋画像の各ラインについて特徴量ベクトルとして算出される。本実施形態では、このようにして特徴量抽出過程で得られたＬＰＣケプストラムが特徴量としてＲＡＭ３２内に格納される。

図７のフローチャートに戻り、特徴量抽出処理（Ｓ５）以降の説明を継続する。ＨＤＤ４０に記憶されることにより予め登録されている登録指紋の特徴量と、Ｓ５で得られた入力指紋の特徴量との間でＤＰ比較（動的計画法）を行う（Ｓ７）。動的計画法はＤＰマッチング、ラバーマッチングともいわれ、若干変動したデータ列であってもスムースにマッチングができる特徴をもつことから、広く用いられている。ＤＰマッチングは基準データとテストデータとの２つの系列をx-y平面上に描き、実際のデータの距離差を加味した上で最も累積距離の短くなるようなデータ系列の対応付けを選ぶアルゴリズムである。本実施形態では、Ｓ５で算出された特徴量であるＬＰＣケプストラムを指紋ラインごとのスペクトルデータとみなし、ＲＡＭ３２内に格納されたＬＰＣケプストラムを指紋画像の縦方向に並べたものをテストデータ、登録指紋のＬＰＣケプストラムを指紋画像の縦方向に並べたものを基準データとして相互のマッチング度合いを得ている。基準データとテストデータではそれぞれ入力速度変化や変化具合が異なるが、ＤＰマッチングによりそれらを加味しつつ最終的に基準データとテストデータが最も近くなるような縦方向の対応付けを検索し、最も近くなる縦方向対応のもとでのマッチング度合いを距離値として出力する。距離値が小さくなれば双方のＬＰＣケプストラム間の差異が小さいことを、距離値が大きくなれば双方のＬＰＣケプストラム間の差異が大きいことを示す。

次いで、ＤＰ比較で得られた距離値をあらかじめ設定してある閾値と比較し、距離値が閾値より小さい場合には一致と判定し、距離値が閾値より大きい場合には不一致と判定する（Ｓ９）。以上で指紋照合処理が終了する。

以上の第一実施形態の指紋照合装置では、光源１１から窓部１７を介して指に光を照射し、その際生じる反射拡散光をＣＣＤカメラ１２で直接読取る方式の非接触型の指紋入力装置２５を用いるので、指紋の入力について、かすれ指紋、濡れ指紋による照合率低下のおそれや、他人が残留指紋を利用して登録者になりすます危険が少なく、使用者の心理的抵抗が少ないという利点がある。また、以下に述べるように、光源１１から青色光及び緑色光の少なくとも一方を照射させて用いることにより、さらに照合率を高めることができる。

次に、図９を参照して、指紋入力装置２５の光源１１から異なる色の光を照射して上述の指紋照合処理を行った照合実験結果について説明する。図９は、光源１１から照射される色別の指紋照合結果を示す図である。この照合実験の実施条件は、各色について、一人の指紋で、左右１０本の指で、１指につき２０枚合計２００枚の指紋画像を用いた。また、前述の三色発光ダイオードにより、赤色光は、中心波長が６２０ｎｍ、波長範囲が６００〜６４０（ＦＷＨＭ）、緑色光は、中心波長が５２５ｎｍ、波長範囲が５００〜５５０（ＦＷＨＭ）、青色光は、中心波長が４７０ｎｍ、波長範囲が４５０〜４９０（ＦＷＨＭ）のものをそれぞれ用い、２色以上の光は、構成色の波長を同時に発光させて用いた。

図９に示すように、赤色光のみを照射した場合の照合率は７７．３％、緑色光のみを照射した場合の照合率は９５．３％、青色光のみを照射した場合の照合率は９４％、赤色光及び緑色光の２色を照射した場合の照合率は９８％、赤色光及び青色光の２色を照射した場合の照合率は９８％、緑色光及び青色光の２色を照射した場合の照合率は１００％、３色混合光を照射した場合の照合率は９８％となった。以上の結果から、青色光又は緑色光を照射した場合に比べ、赤色光を照射した場合の照合率が低く、２色以上の混合色を照射した場合にも、赤色光を混ぜて照射すると照合率が低下している。従って、青色光又は緑色光のいずれかを照射するか、緑色光及び青色光の２色を照射して撮像する指紋入力装置２５を用いて指紋照合装置を構成することにより、指紋照合率の向上をはかることができる。

尚、以上の第一実施形態において、図７のＳ５及び図８で特徴量抽出処理を実行するＣＰＵ３０が本発明の特徴量抽出手段として機能する。また、図７のＳ９で一致判定処理を実行するＣＰＵ３０が本発明の判定手段として機能する。

尚、上記の第一実施形態は、コンピュータと指紋入力装置で構成される指紋照合装置であるが、本発明の指紋照合装置は、上記の形態に限らず、各種機器に組み込んで動作する組込型であってもよい。

次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、本発明の指紋入力装置を銀行等のＡＴＭ（現金自動受払機）での本人認証に使用する場合の組込型指紋照合である。図１０は、第二実施形態の組込型指紋照合装置の概略構成を示すブロック図である。図１１は、第二実施形態のＡＴＭ取引処理の流れを示すフローチャートである。

図１０に示すように、第二実施形態では、組込型指紋照合装置であるＡＴＭ１００と、銀行等のホストコンピュータ２００が接続され、ＩＣカード１０５と指紋入力装置１２５から入力される指紋により本人認証を行い、使用者から要求された現金引き出し等の取引を実行する。ＡＴＭ１００は、ＡＴＭ１００の制御を司る制御部１１０と、取引メニューを表示するとともに使用者が取引指示を入力する入力表示部であるタッチパネル１１１と、指紋入力装置１２５と、使用者の識別情報を記憶したＩＣカード１０５から情報を読み取るためのＩＣカード読取装置１１２と、ホストコンピュータと通信するための通信部１１３を有している。指紋入力装置１２５の構成は第一実施形態の指紋入力装置２５と同様であるので、図２〜図６及びその説明を援用する。

また、ホストコンピュータ２００は、ＡＴＭ１００と通信するための通信部２０５と、ホストコンピュータを制御する制御部２１０と、利用者の口座に関する情報を記憶した口座ファイル２２０とを有している。第二実施形態では、使用者が所有するＩＣカード１０５には、その使用者の口座を識別するＩＤ番号や、個人情報の他、使用者の指紋の特徴量が予め記憶されているものとする。尚、指紋の特徴量はホストコンピュータ２００に記憶するようにしてもよい。

次に、図１１を参照して、上記構成を有する第二実施形態におけるＡＴＭ取引処理について説明する。使用者がＡＴＭに近づくと、処理が開始され、まず、「タッチパネルに触れてください」というメッセージをタッチパネル１１１に表示する（Ｓ１０１）。次に、タッチパネル１１１に触れたか否かを判断し（Ｓ１０３）、触れていなければ（Ｓ１０３：ＮＯ）、接触が検知されるまでＳ１０３の判断を所定時間ごとに繰り返して待機する。

タッチパネル１１１への接触が検知されたら（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、次に、「ＩＣカードを挿入してください」と表示する（Ｓ１０５）。そして、ＩＣカード読取装置１１２によりＩＣカード１０５から情報を読み取る（Ｓ１０７）。次に、読み取りが正常に行われたか否かを判断する（Ｓ１０９）。正常に情報が読み取られた場合には（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、タッチパネル１１１に「指紋センサに指をおいてください」というメッセージを表示する（Ｓ１１１）。そして、指紋入力装置１２５においてスイッチ１３（図３参照）が押されると、ＣＣＤカメラ１２により指紋画像が撮像され読み取られる（Ｓ１１３）。

次に、指紋画像の読み取りが正常に行われたか否かを判断する（Ｓ１１５）。正常に読み取られた場合には（Ｓ１１５：ＹＥＳ）、次に、読み取った画像を切り出して特徴抽出処理を実行する（Ｓ１１７）。特徴抽出処理の詳細は、図８で説明した第一実施形態と同様であるので説明を省略する。

次に、Ｓ１１７で抽出された特徴量とＳ１０７でＩＣカード１０５から読み取った特徴量を比較する（Ｓ１１９）。そして、両者が一致するか否かを判断する（Ｓ１２１）。一致した場合には（Ｓ１２１：ＹＥＳ）、使用者が指定した現金の引出し等の取引を実行する取引処理を行う（Ｓ１２３）。そして、処理を終了する。

Ｓ１１７で抽出された特徴量とＳ１０７でＩＣカード１０５から読み取った特徴量が一致しなかった場合には（Ｓ１２１：ＮＯ）、次に、処理を開始してから指紋照合を実行した回数（Ｓ１１９を実行するたびに加算して記憶）が、予め定めておいた照合回数Ｎ１（例えば４回）よりも小さく、かつ、指紋センサで指紋画像を読み取ってからの時間の経過が予め定めておいた時間Ｔ１（例えば２分）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１２５）。照合回数の値、又は経過時間が超過していない場合には（Ｓ１２５：ＹＥＳ）、Ｓ１１１に戻り、指紋センサから指紋画像を読み取って（Ｓ１１３）、特徴抽出処理を再度実行して（Ｓ１１７）、照合処理（Ｓ１１９，Ｓ１２１）までを繰り返す。このようにすることで、ＩＣカード１０５に登録されている本人であるのに指の置き方を誤ったり、撮像時に指を動かしてしまったり、何らかの理由で正常に読み取りが実行できず、不一致となった時にも再度照合処理を実行して正しい認証を行うことができる。

一方、予め定めておいた照合回数の値、又は経過時間に達している場合には（Ｓ１２５：ＮＯ）、本人でない可能性が高いので、取引を中断する処理を行い（Ｓ１２７）、全体の処理を終了する。このようにすることで、指紋の特徴量が一致しなかった場合に、現金の引出しのような重要な取引を実行できないようにすることができ、セキュリティを高めることができる。

また、Ｓ１１５で指紋画像の読み取りが正常に行われなかった場合には（Ｓ１１５：ＮＯ）、処理を開始して移行指紋画像の読み取りを実行した回数（Ｓ１１３を実行するたびに加算して記憶）が、予め定めておいた読取回数Ｎ２（例えば４回）よりも小さく、かつ、Ｓ１１３で指紋センサで指紋画像を読み取ってからの時間の経過が予め定めておいた時間Ｔ２（例えば１分）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１２９）。読取回数の値、又は経過時間が超過していない場合には（Ｓ１２９：ＹＥＳ）、Ｓ１１１に戻り、指紋センサから指紋画像を読み取って（Ｓ１１３）、処理を繰り返す。

予め定めておいた読取回数の値、又は経過時間に達している場合には（Ｓ１２９：ＮＯ）、本人であるか否かを確認することができないので、取引を中断する処理を行い（Ｓ１３１）、全体の処理を終了する。

また、Ｓ１０９でＩＣカード１０５の読み取りが正常でなかった場合には（Ｓ１０９：ＮＯ）、予め定めておいたＩＣカード１０５の読取回数Ｎ３（例えば４回）よりも小さく、かつ、Ｓ１０７でＩＣカード１０５の読み取りを行ってからの時間の経過が予め定めておいた時間Ｔ３（例えば１分）よりも小さいか否かを判断する（Ｓ１３３）。読取回数の値、又は経過時間が超過していない場合には（Ｓ１３３：ＹＥＳ）、Ｓ１０５に戻り、使用者が再度挿入したＩＣカード１０５の読み取りを行って（Ｓ１０７）、処理を繰り返す。

予め定めておいた読取回数の値、又は経過時間に達している場合には（Ｓ１３３：ＮＯ）、本人であることを認証するための比較対象である特徴量が取り出せず、指紋センサで指紋を入力しても本人であるか否かを確認することができないので、取引を中断する処理を行い（Ｓ１３５）、全体の処理を終了する。

以上の第二実施形態のように、指紋照合処理をＡＴＭの本人認証に組み込むことにより、現金引き出し等の重要な取引についてのセキュリティを高めることができる。さらに、非接触型の指紋入力装置１２５を用いるので、指紋の入力についても、かすれ指紋、濡れ指紋による照合率低下や、他人が残留指紋を利用して登録者になりすます危険のおそれが少なく、使用者の心理的抵抗も少ない。また、光源１１から青色光及び緑色光の少なくとも一方を照射させて用いることにより、さらに照合率を高めることができる。

尚、第二実施形態において、図１１のＳ１１７で特徴抽出処理を実行する制御部１１０が本発明の特徴量抽出手段として機能する。また、図１１のＳ１２１で一致判定処理を実行する制御部１１０が本発明の判定手段として機能する。

第一実施形態の指紋照合装置の概略構成を示すブロック図である。 指紋入力装置２５を模式的に示す概略平面図である。 指をおいた状態の指紋入力装置２５を模式的に示す概略平面図である。 図３におけるＡ−Ａ線の矢視方向から見た指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ線の矢視方向から見た指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。 光源１１の回路図である。 指紋照合処理の流れを示すフローチャートである。 指紋照合処理の中で実行される特徴量抽出処理のフローチャートである。 光源１１から照射される色別の指紋照合結果を示す図である。 第二実施形態の組込型指紋照合装置の概略構成を示すブロック図である。 第二実施形態のＡＴＭ取引処理の流れを示すフローチャートである。 光センサをスイッチに用いた指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。 光センサをスイッチに用いた指紋入力装置２５の別の例を模式的に示す概略断面図である。 ガイド部材を設けない指紋入力装置２５を模式的に示す概略平面図である。 ガイド部材を設けない指紋入力装置２５を模式的に示す概略断面図である。

符号の説明

１ 指紋照合装置
１０ コンピュータ
１１ 光源
１２ ＣＣＤカメラ
１３ スイッチ
１４ 突起
１５ コントローラ
１６ ガイド部材
１７ 窓部
２４ モニタ
２５ 指紋入力装置
３０ ＣＰＵ
４２ 指紋照合プログラム
５１ 青色ＬＥＤチップ
５２ 緑色ＬＥＤチップ
５３ 赤色ＬＥＤチップ
１００ ＡＴＭ
１０５ ＩＣカード
１１０ 制御部
１１１ タッチパネル
１２５ 指紋入力装置

Claims (11)

1. 指に光を照射する光源と、当該光源から照射された光が前記指に反射した反射光を受光して前記指の指紋画像を撮像する撮像素子と、前記指が撮像位置にあることを検知する検知手段とを備えた非接触型指紋入力装置において、
   前記光源は、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する青色光を発光することを特徴とする非接触型指紋入力装置。
2. 指に光を照射する光源と、当該光源から照射された光が前記指に反射した反射光を受光して前記指の指紋画像を撮像する撮像素子と、前記指が撮像位置にあることを検知する検知部とを備えた非接触型指紋センサにおいて、
   前記光源は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の主波長を有する緑色光を発光することを特徴とする非接触型指紋入力装置。
3. 指に光を照射する光源と、当該光源から照射された光が前記指に反射した反射光を受光して前記指の指紋画像を撮像する撮像素子と、前記指が撮像位置にあることを検知する検知部とを備えた非接触型指紋センサにおいて、
   前記光源は、異なる主波長を有する複数の光を発光することを特徴とする非接触型指紋入力装置。
4. 前記光源は、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する青色光と、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の主波長を有する緑色光とを少なくとも発光することを特徴とする請求項３に記載の非接触型指紋入力装置。
5. 前記光源は、４５０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲内の主波長を有する青色光を発光する青色ＬＥＤチップと、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の主波長を有する緑色光を発光する緑色ＬＥＤチップと、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内の主波長を有する赤色光を発光する赤色ＬＥＤチップとを備えた三色発光ダイオードであることを特徴とする請求項３又は４に記載の非接触型指紋入力装置。
6. 前記光源は、前記光の進行方向が前記指の表面で交差するように光を照射する複数の光源からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の非接触型指紋入力装置。
7. 前記検知手段は、前記指の挿入を検出するスイッチであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の非接触型指紋入力装置。
8. 前記スイッチは、前記指の挿入の際、当該指により押されるスイッチであることを特徴とする請求項７に記載の非接触型指紋入力装置。
9. 前記スイッチは、発光素子と受光素子からなる光センサであり、前記指の挿入により遮光されたことを当該受光素子が検出することを特徴とする請求項７に記載の非接触型指紋入力装置。
10. 前記スイッチは、複数設けられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の非接触型指紋入力装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の非接触型指紋入力装置と、
    前記非接触型指紋入力装置から得られた入力画像について特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、
    当該特徴量抽出手段により抽出された特徴量と、予め登録された登録指紋の特徴量とを比較して入力指紋と登録指紋との類否を判定する判定手段と、
    を備えたことを特徴とする指紋照合装置。
    
    

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