JP2730179B2 - 指紋照合方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は指紋照合方法および装置に関する。

〔従来の技術〕 指紋照合に関する従来の技術の原理は以下の通りであ
る。すなわち、指紋模様は隆線と呼ばれる線により構成
される。その隆線には分岐している部分（以下分岐点）
や切れている部分（以下端点）がある。これら分岐点お
よび端点を特徴点と呼ぶ。２つの指紋はこれらの点の位
置及び関係が原則的には過不足なく一致したときに同一
であると判定される。

この原理に従った指紋照合装置の詳細は特公昭63−34
508号公報を参照できる。この装置では、登録時に登録
すべき指紋から特徴点とそれらの関係が抽出されて記録
される。照合時には入力された指紋画像から特徴点とそ
れらの関係が抽出され、抽出された特徴点と該特徴点間
の関係及び、登録時に記録された特徴点と該特徴点間の
関係が比較される。この比較により指紋の一致不一致が
比較される。

しかし、この装置では、指紋画像から特徴点と該特徴
点間の関係を抽出するため多大な計算量を必要とする。

従って、大型汎用コンピュータやスーパーコンピュー
タを利用して遺留指紋から被疑者を特定する犯罪走査に
は威力を発する。

しかし、入門管理におけるように照合時に個人の指紋
が特定されており、その特定された指紋と入門のため与
えられた指紋との照合処理のため安価で計算能力の劣っ
た処理装置で短時間に処理する必要が生じている。

この要請に応えた技術は、たとえば森田孝一郎・浅井
紘による論文「個人識別用指紋照合端末」（電子情報通
信学会研究会資料、AL85−86,97頁−104頁,1985年）を
参照できる。

この文献に記載されたターミナルでは、処理の高速性
のあまり要求されない登録時には、特徴点と該特徴点間
の関係を抽出する処理が実行され登録されるべき指紋の
特徴点リストが作成記録される。高速性の要求される照
合時には記録されている特徴点リストに記載されている
特徴点の情報に従い入力された指紋画像上に該特徴点の
存在するか否かが検出され、かつ検出された場合には該
特徴点の関係として隆線数が計数される。次に、該特徴
点の存在の有無および隆線数に基づいて指紋が照合さ
れ、指紋の一致不一致が判定される。

このように、計算能力の劣った処理装置の照合処理で
は、登録されている特徴点リストに記載されている特徴
点が存在するか否か、また二特徴点間の隆線数が記載ど
おりか否かを確認する方法が採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため、特徴点リストに記載されている特徴点が存
在しかつ二特徴点間の隆線数があれば、あるはずのない
特徴点が存在しても、一致したとして処理されるという
第１の欠点がある。すなわち、特徴点のない領域には照
合対象情報を見出せないため、誤認識の可能性が高いと
いう欠点がある。

また、次のような別のセキュリティ上の欠点がある。
すなわち、照合処理を実行し結果を必要としている機構
内に上述の特徴点の検出および隆線数の係数処理の能力
がなく、前記機構外にはこれら能力を有する装置がある
場合において、特徴点リストの記載内容の前記機構外へ
の漏洩防止が要請される状況を想定す。

第１の例として、ICカードへのアクセスのための本人
確認を指紋で行なおうとする場合を想定する。

一般に、ICカードに内蔵される集積回路は、種々の制
約から画像処理能力を持たない。しかも、外部の装置は
小規模な端末装置であるため、その装置は入力指紋画像
から特徴点リストを短時間に作成する能力を有しない。

この状況で、ICカード内に登録された特徴点リストを
外部装置に与えると「本人確認」として機能を果たさな
くなるという欠点がある。第２の例として指紋による入
門管理のため、登録特徴点リストを集中管理するセンタ
ーと入門管理実施場所に設置された端末装置とを通信回
線で結ぶシステムを想定する。

このシステムにおける端末装置には、入力指紋画像か
ら特徴点リストを短時間で作成する能力を持たない。ま
た、入力指紋画像のセンターへの送出は、回線の容量か
ら不可能な場合もあるという欠点がある。

本発明の主な目的は上述の欠点を除去して照合率を向
上させるようにした指紋照合方法および装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は上述の欠点を除去しセキュリティ
の側面からの対策を施した指紋照合方法および装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の指紋照合方法は、指紋画像を入力する入力ス
テップと、この入力ステップで入力された指紋画像の指
紋模様を構成する隆線が分岐する点や終わる点からなる
特徴点および特徴点がその近傍で安定して検出されない
点からなる非特徴点を有する照合点と、照合点レコード
リストに既に登録された照合点との照合を行なう照合ス
テップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の指紋照合装置は、指紋模様を構成する
隆線が分岐する点や終わる点からなる特徴点と、特徴点
がその近傍で安定して検出されない点からなる非特徴点
を有する照合点情報を保持する照合点レコード保持手段
および、この照合点レコード保持手段からの照合点情報
を画像処理ユニットに送出する送出手段を有するICカー
ドと、このICカードの送出手段からの照合点情報に応答
して照合点を探索し探索結果を前記ICカードに送出する
照合点探索手段を有する画像処理ユニットとを含むこと
を特徴とする。

また、本発明の指紋照合装置は、前記ICカードが有す
る前記照合点レコード保持手段が乱数によりアクセスさ
れることを特徴とする。

さらに、本発明の指紋照合装置は、前記ICカードは、
前記画像処理ユニットの照合点探索手段からの探索結果
に応答した前記送出手段の許容送出回数を予め定めた値
より大きな任意の値に設定することを特徴とする。

〔実施例〕

まず、発明の背景に示される第１の欠点の解決法につ
いて説明する。

認識率の低下という側面から、前述の計算能力の劣っ
た処理装置の照合処理では、特徴点の存在および二特徴
点間の隆線数のみの確認に問題がある。この問題点を解
決するため、本発明の特徴の１つは特徴点が存在しない
という情報または任意の二点間の関係も照合のための情
報として利用することにある。

第3A図を参照すると、登録指紋画像において、黒丸は
照合に用いられる登録特徴点21を示す。

いま、例えば、第3B図に示すような指紋画像が入力さ
れたと仮定する。この入力された指紋画像では第3A図に
示される指紋画像における全ての特徴点21、すなわち第
3B図に示される登録特徴点22および第3A図に示される指
紋画像では示されない、白丸で示される登録特徴点以下
の特徴点23を有している。従って、第3A図で示される指
紋画像および第3B図で示される指紋画像とは同一でな
い。しかし、従来の照合方法では、第3A図の登録特徴点
21しか検索されない。従って、第3A図の登録特徴点21は
第3B図の登録特徴点22と同一であるため、両指紋画像は
同一として取扱われる。

本発明は、特徴点が存在しない点である非特徴点の情
報も利用することを特徴としている。

例えば、第3A図に示される指紋画像と等しい指紋画像
において、第4A図に示される黒い四角で示される点を非
特徴点32とする。照合動作において、与えられた非特徴
点の位置およびずれを考慮してその近傍を探索し、その
特徴点探索領域33に特徴点が存在しないことが確認され
る。従って、第3B図に示す指紋画像と等しい指紋像が与
えられた場合、第4A図に示される特徴点探索領域33に対
応する場所が探索される。この結果、第4B図に示される
白抜きの四角で示される非特徴点の近傍領域36に、第4A
図の指紋画像には存在しない特徴点35が見つかる。これ
は、第4A図に示される指紋画像と第4B図に示される指紋
画像とは同一視されないことを意味する。

次に本発明の一実施例について図面を参照して詳細に
説明する。

まず、本発明の特徴である照合をするため、個人指紋
データ生成フェーズの一例について説明する。

第１図を参照すると、この個人指紋データ生成フェー
ズの一例は登録指紋画像の入力ステップ21;画像採取2,
方向検出3,方向平滑化4,および隆線強調５の各ステップ
を有する前処理17;および位置合わせ情報生成22,特徴点
検出23,非特徴点検出24,リレーション検出25および照合
点レコード作成・記録26の各ステップを有する登録処理
20を備えている。照合点とは端点および分岐点からなる
特徴点の他非特徴点も含む。このフェーズの一例は登録
指紋画像の入力ステップ21から開始される。このステッ
プ21では、インクを指先に付して画像を得る方法の他、
プリズム面に載置された指の指紋隆線とプリズム面との
境界面に生じる全反射現象によりS/N比の高い指紋画像
を採取する「全反射法」が採用できる。次に、画像採取
ステップ22では、指紋画像が光学的に読取られ電気信号
に変換され画像データとしてメモリに格納される。この
ようにして採取された画像データは、方向抽出ステップ
３で、以下のように隆線の方向が抽出される。その後、
第５図に示す各局所領域内の（8,8）画素を中心とし、
８方向を示す放射線上に配置された画素上で３画素毎の
濃淡値と中心画素の濃淡値との差の絶対値の総和が第６
図に示すように２次元平面上にプロットされる。次に、
そのプロットされた点と原点とが結ばれ、結ばれた線分
をベクトルと考え８ベクトルが合成され、得られた合成
ベクトルの方向の垂直方向が256（０〜255）方向に割り
当てられ、局所領域での隆線の方向とされる。また、こ
の合成ベクトルの大きさが局所領域の方向安定度とされ
る。

次に方向平滑化ステップ４では、隆線の方向が隣接ブ
ロックで連続となるように調整される。すなわち、方向
抽出された局所領域の８近傍局所領域からも方向抽出ス
テップ３と同様な方法で方向および方向安定度が求めら
れる。その後、中心局所領域を含む８近傍局所領域から
得られる９合成ベクトルが再合成され、近傍領域の方向
を考慮した平滑化が施される。

次に、隆線強調ステップ５で、抽出された隆線の方向
をもとにしてフィルタリングされ隆線が強調される。す
なわち方向抽出および方向平滑化の施された局所領域の
全画素について、第７図に示すような隆線方向に応じた
フィルタに、第８図に示すような重み付けがなされ、方
向性に依存した濃淡の強調が行なわれる。

それから、位置合わせ情報生成ステップ22で、隆線方
向の変化の激しい５×５のブロックが設定される。すな
わち、第１図で示される照合処理19における登録指紋と
入力指紋との基準位置合わせのために、登録指紋画像上
の16×16方向パターンの中から５×５方向パターンが選
び出される。

次に特徴点検出ステップ23では、特徴点の位置および
方向が検出される。すなわち、画像メモリに記憶されて
いる256×256画素のうちの濃淡画像の二値化された二値
画像をブロック毎にスキャンニングすることにより、二
値画像上で端点／分岐点の位置が検出される。その方向
は、その検出された特徴点の所属するブロックの方向平
滑化ステップ４で求められた方向と同一である。なお、
検出された特徴点には照合点番号が付与される。

次に非特徴点検出ステップ24では以下のようにして非
特徴点が検出される。非特徴点は特徴点の存在しない定
められた大きさの領域の中心として定義される。非特徴
点は、特徴点検出ステップ23で行なわれた同じ動作で特
徴点のない領域の中心点を検出する。その方向は、その
検出された非特徴点の所属する方向平滑化ステップ４で
求められた方向と同一である。なお、検出された非特徴
点にも照合点番号が付与される。

リレーション検出ステップ25では、ある照合点ｉで検
出された照合点の１つを原点として４象限を決定する。
それぞれの象限で一番近い特徴点が検出された特徴点の
うちから選択される。象限内にこの特徴点が存在しない
ときには、原点の特徴点に一番近い非特徴点が決定され
る。このように決定された各象限に特徴点あるいは非特
徴点を近傍照合点とよび、それぞれの照合点番号ｉが近
傍照合点番号となる。

原点の照合点およびその近傍照合点が特徴点であれ
ば、２点を結ぶ隆数の数がリレーションの値となる。な
お、それ以外のケースであれば、数値は“0"となる。

このような処理のあと、照合点レコード作成・記録ス
テップ26で第２図で示される照合点レコードリスト27が
形成される。このリスト27は、各指紋に対して平均40個
のレコードを有する。

次に本発明の一実施例の照合フェーズの一例について
詳細に説明する。

本発明の一実施例の照合フェーズでは、個人識別を目
的とするため、上述の個人指紋データ生成フェーズによ
り登録された照合点レコードリスト27および位置合わせ
データ28からなる個人指紋データと、登録者により照合
時に入力される入力指紋との一対一照合が行なわれる。
従って、本発明の一実施例は、“トップダウン的照合方
式”を採用している。この方式では、登録者は、照合時
に自らのID番号もしくはそれに代わる情報を入力する。
登録指紋の個人指数データ27および28がアクセスされ、
そのデータ内の登録指紋の特徴が読出される。この結
果、入力指紋画像上で直接検証される。

本発明の一実施例の照合フェーズの一例は、指紋画像
の入力ステップ1;画像採取2,方向検出3,方向平滑化４お
よび隆線強調５の各ステップを有する前処理17;位置補
正処理18;および検索照合点選択7,ローカルエリア設定
8,検索照合点検索9,近傍照合点選択10,近傍照合点検索1
1,リレーション検索12,スコアリング13,回数判定14,ス
コアリング15,しきい値判定16および照合結果出力17の
各ステップを有する照合処理19を含む。指紋画像入力ス
テップ１および前処理17の動作は、上述のコード登録フ
ェーズにおける動作と同一である。

位置補正処理18の中心位置合わせステップ６では、登
録フェーズの位置合わせ情報生成ステップ22で生成され
た位置合わせデータ28として得た５×５の方向データパ
ターンを入力指紋の方向データ上で移動し、最も適合す
る位置を捜すことで位置合わせが行なわれる。

このようにして位置合わせの終了した指紋画像は照合
処理19に入力される。

探索照合点選択ステップ７では、照合点レコードリス
ト27内の内容を参照して照合点レコードを順次選択す
る。

いま、照合点レコード１が選択されたとする。次にロ
ーカルエリア設定ステップ８では、照合の位置（X,Y）
に対応する入力指紋画像上の位置を設定する。このよう
に設定された入力指紋画像に照合点レコード１の照合点
に対応する照合点が存在するか否かが検出される。

近傍照合点選択ステップ10では、選択ステップ７で選
択された照合点レコード１内の近傍照合点番号で示され
る照合点番号を有する照合点レコードｊが探索される。

次に探索ステップ11で、このレコードｊ内の照合点で
示される入力指紋画像の位置に照合点が存在するか否か
が検出される。それから、リレーション探索ステップ11
では、レコード１内のリレーションフィールドを参照
し、入力指紋画像のレコード１とレコードｊに対応する
２点を結ぶ線分上の隆線の数と参照されたレコード記載
の隆線の数とが同一であるか否かが検出される。

スコアリングステップ13では、検出されたリレーショ
ンと照合点レコードリスト27中のリレーションとの差に
より一致度の重み付けが行なわれる。例えば差が大きい
ときはスコアを低くし、差が小さときはスコアを高くす
る。

所定回数の判定ステップ14では、４象限の検出が行な
われるため４回が所定回数となる。しかし、精度の向上
を期待するためには、４の累乗を所定回数とすることが
できる。

スコアリングステップ15では、１つの原点となる照合
点に対して４つの近似照合点が検出され、リレーション
による重み付け総和により予め定められた総和の値に従
い原点とした照合点が登録されている照合点と一致する
か否かの１つの照合点レコードに対する判別が行なわれ
る。

しきい値判定ステップ16ではスコアリングステップ14
で判定された照合点レコードの数が所定の数に達してい
るか否がか判断される。この数は一致した数が例えば
“20"でもよいし不一致の数が“5"でもよい。

このようにして非特徴点を含む照合点の個人指紋デー
タ生成および照合が行なわれる。

ところで、非特徴点の決定法の一例は、以下の通りで
ある。

非特徴点の位置は、特徴点の不存在を安定的に検出で
きる領域になるように予め定められ、特徴点リストとと
もに格納される。この時、探索しやすいように検索すべ
き近傍の隆線の方向も記録されうる。

画像処理の速度という観点から、非特徴点の探索照合
処理速度は特徴点の探索照合処理素速度と同様に高速に
実行できる。この乱数表を使用した例を画像処理例とIC
カードとの分離により実現した第２の実施例について以
下図面を参照して詳細に説明する。

第９図を参照すると、本発明の第２の実施例では画像
処理ユニット31で、まず照合要求が発生される（ステッ
プ32）。この照合要求に応答してICカード30内の個人指
紋データの一部である位置合わせデータ28が読出され
る。これとともに、画像処理ユニット31では、照合要求
に応答して、第１の実施例と同様に指紋画像入力1,前処
理17および位置補正処理18が行なわれる。この位置補正
処理18でICカード30から与えられる位置合わせデータ28
が利用される。

この第２の実施例では、第１の特徴であるICカード30
の利用に加え、第２の特徴である乱数を用いた照合点探
索について以下詳述する。

まず、ICカード30に内蔵されたタイマ33の下位数ビッ
トにより乱数表34がアクセスされる。次にこの乱数表34
から読出された乱数により照合点レコードリスト27がア
クセスされ照合点レコードが読出される。検索照合点選
択ステップ７では、この読出された照合点レコードの内
容に基づいて照合点の位置（X,Y）および方向が決定さ
れ、画像処理ユニット31に与えられる。画像処理ユニッ
ト31では、第１の実施例と同様にローカルエリア設定ス
テップ８および探索照合点探索ステップ９が実行され、
探索結果として照合点の種別がICカード30に送られる。
ICカード30では、探索結果に基づき前記選択ステップ７
で参照されたレコードと同じレコードが参照され、近傍
照合点の位置および方向が決定され、画像処理ユニット
31に与えられる。画像処理ユニット31ではこの近傍照合
点の位置および方向に基づき、第１の実施例と同様に近
傍照合点探索ステップ11およびリレーション探索ステッ
プ12が実行され、探索結果として照合点の種別およびリ
レーションがICカード30に送られる。この方法により、
画像処理装置側に照合点の種別やリレーションをあらか
じめ教えることなく照合が実行できる。

なお、ICカード30内のスコアリングステップ13,回数
判定ステップ14,およびスコアリングステップ15は第１
の実施例と同じ処理がなされる。この第２の実施例にお
ける画像処理ユニット31では問い合わせられた位置に登
録された特徴点があるものなのかどうかを知り得ないの
で、画像処理ユニット31は登録されている照合点リスト
の内容を問い合わせから類推することは困難である。と
ころが、問い合わせからは類推することが困難でも、そ
の応答を用いた照合結果と組合せて類推される場合、照
合方法によっては容易に情報が漏洩してしまう。例え
ば、一点だけを問い合わせ、その正当性のみを照合結果
を参照すれば、画像処理例31からの応答が照合点レコー
ドリストに記載どおりであったか否かがわかる。問い合
わせの結果がすべて正しい場合に限り照合できたとみな
せば、盗聴している第三者によって、すべての問い合わ
せ事項に対する正答がわかってしまう。また、反対に信
頼性の面において、入力画像の雑音により正当な本人も
誤答してしまう可能性がある。そこで、本発明の一実施
例のステップ16では、しきい値を定めその値に正答数が
達すれば照合されたとみなし、反対に誤答数があるしき
い値に達すれば、本人でないと結論づけた。

このとき、正答数または誤答数がしきい値に達した時
点で判定を画像処理例31に報ずれば、最後の質問に対す
る応答によりそのしきい値に達したことがわかる。すな
わち、照合されれば、最後の応答が正答であったことを
意味し、反対に照合されなければ、最後の応答が不正解
であったことがわかる。これは最後の質問事項に関する
特徴点リストの内容秘匿に問題が残る。

本発明の第２の実施例における所定回数ステップ20で
は、しきい値より大きい一定回数、ICカード30は画像処
理側31に照合点お７よび近傍照合点の位置および方向を
問い合わせ探索結果を得た後、照合結果を画像処理側31
に知らせて終了させる。但し、第三者による盗聴の懸念
がなく、正当な本人に対して照合点リストを秘匿する必
要がない場合、正答数がしきい値に達しているにもかか
わらず、一定数の質問を続けるのは時間および通信量の
無駄である。この場合には正答数がしきい値に達した時
点で照合結果を画像処理剤31に送出する一方、誤答数が
しきい値を越える場合は、そのまま一定数の質問を続行
させる。

〔発明の効果〕

本発明は特徴点のみならず非特徴点を含む照合点で照
合をするため照合率が向上するという効果をもたらす。
また、本発明は照合点レコードリストをICカード側に持
たせるため画像処理ユニットは探索した照合点が特徴点
か非特徴点かの区別がつがず真の特徴点，近傍特徴点お
よびリレーションの状態が認識できないという効果をも
たらす。さらに、本発明はICカードに照合点レコードリ
ストアクセスのために乱数を用い毎回異なる照合点レコ
ードを用いること、および照合点情報の画像処理ユニッ
トへの問合せ回数をしきい値以上の任意の数とすること
により照合点レコードリストの内容をより効果的に秘匿
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図； 第２図は第１の実施例で作成される個人指紋データを示
す図； 第3A図，第3B図，第4A図，および第4B図は指紋照合の作
用を説明するための図； 第５図から第８図は本発明の実施例の前処理17を説明す
るための図；および 第９図は本発明の第２の実施例を示す図である。 図において、1,21……入力ステップ、17……前処理、18
……位置補正処理、19……照合処理、20……登録処理。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指紋画像を入力する入力ステップと、この
   入力ステップで入力された指紋画像の指紋模様を構成す
   る隆線が分岐する点や終わる点からなる特徴点および特
   徴点がその近傍で安定して検出されない点からなる非特
   徴点を有する照合点と、照合点レコードリストに既に登
   録された照合点との照合を行なう照合ステップとを含む
   ことを特徴とする指紋照合方法。
2. 【請求項２】指紋模様を構成する隆線が分岐する点や終
   わる点からなる特徴点と、特徴点がその近傍で安定して
   検出されない点からなる非特徴点を有する照合点情報を
   保持する照合点レコード保持手段および、この照合点レ
   コード保持手段からの照合点情報を画像処理ユニットに
   送出する送出手段を有するICカードと、このICカードの
   送出手段からの照合点情報に応答して照合点を探索し探
   索結果を前記ICカードに送出する照合点探索手段を有す
   る画像処理ユニットとを含むことを特徴とする指紋照合
   装置。
3. 【請求項３】前記ICカードが有する前記照合点レコード
   保持手段が乱数によりアクセスされることを特徴とする
   請求項２に記載の指紋照合装置。
4. 【請求項４】前記ICカードは、前記画像処理ユニットの
   照合点探索手段からの探索結果に応答した前記送出手段
   の許容送出回数を予め定めた値より大きな任意の値に設
   定することを特徴とする請求項２に記載の指紋照合装
   置。