JP2735043B2

JP2735043B2 - 印影位置合わせ方法と印影位置合わせ装置

Info

Publication number: JP2735043B2
Application number: JP19628895A
Authority: JP
Inventors: 誠司 ▲吉▼本
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-08-01
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2015-08-01
Also published as: JPH0944665A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は印鑑照合システムに
おける、印影位置合わせ方法と印影画像の位置合わせ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】印鑑照合では、通常照合に先だって印影
の位置合わせを行なう。印影の位置合わせには、登録印
影および入力印影のそれぞれについて印影の外形線を用
いて印影の中心点を求め、この中心点の回りの回転角を
求める方法（「画像照合方式」特開昭61-100871;武田、
田畑、花野井：「不完全な点対称画像のパターンマッチ
ング」、電子通信学会論文誌（Ｄ）、J69-Ｄ、４、pp54
2-548、1986）や、印影の部分パターンマッチングを行な
う方法（森下、天満：「部分領域マッチングによる印影
の位置合わせ」、情報処理学会第２８回全国大会、2Ｎ-
1、pp967-968、1984；吉本：「回転・並進不変量を用い
た局所パターンマッチング」、電子情報通信学会技術報
告、Ｖol.94、Ｎo.509、PP1-5、1959）などがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の技術のう
ち、前者の印影の外形線を用いる方法では、回転角を求
める際に中心点が高い精度で求められている必要がある
が、中心点の位置合わせに印影の外形線の情報しか用い
ていないため、外形線の部分に大きな欠け・かすれ・に
じみがある場合には必要な精度が得られないという欠点
がある。後者の部分パターンマッチングを用いる方法で
は、印影の分散した領域の情報を用いて位置合わせを行
なうアプローチをとっており、印影に大きな欠けがある
場合には、外形線のように特定の領域の情報のみに基づ
いて位置合わせを行なうより、欠落領域以外で位置合わ
せに必要な情報を得ることができる確率が高くなること
が期待できる。上記「回転・並進不変量を用いた局所パ
ターンマッチング」（吉本、1995）では、ＤＯＧ関数に
よる印影の畳み込み画像のピークによって特徴点検出を
行い、回転・並進不変特徴量を用いた特徴点マッチング
を行っている。しかし、ＤＯＧ関数の畳み込み画像のピ
ークによる特徴点検出では、角や端点のように、検出さ
れる位置が安定している点だけでなく、線分上などに検
出位置が不安定な点も現れる。このような不安定点は特
徴点の誤対応を増やすため、位置合わせの失敗や位置合
わせ精度の低下を引き起こす原因となっている。

【０００４】本発明の目的は、安定的な特徴点を選択
し、特徴点の誤対応を減らすことによって、位置合わせ
の失敗を減らし、位置合わせ精度を向上させる印影位置
合わせ方法と印影位置合わせ装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の印影位置合わせ
方法は、印鑑照合システムで、入力印影と登録印影との
画像の位置合わせを行なう印影位置合わせ方法におい
て、画像入力手段から入力した印影画像から、回転・平
行移動に対して不変な注視演算子（まわりに比べて変化
の大きい点を特徴として検出する演算子）を用いて、特
徴点の候補を検出する工程と、特徴点候補から、回転・
平行移動・濃淡値変化に対して不変な局所特徴量を用い
て、安定な特徴点を選択する工程と、特徴点における平
行移動・濃淡値変化に対して不変で、かつ回転に対して
共変な局所特徴量と、特徴点の対を結ぶベクトルとか
ら、各特徴点および各特徴点対に付随する回転・平行移
動・濃淡値変化に対して不変な特徴量を計算する工程
と、回転・平行移動・濃淡値変化に対して不変な特徴量
を用いて、二枚の印影画像から検出された特徴点の集合
から、対応する特徴点を選択する工程と、選択された対
応特徴点の集合から、回転および平行移動量を計算する
工程とを有する。

【０００６】本発明の印影位置合わせ装置は、印影の画
像を入力する画像入力部と、画像入力部で入力した印影
画像を解析処理する制御部と、画像入力部から入力した
印影画像や前記制御部で処理解析された情報を記憶する
記憶部と、入力した前記画像を登録印影との位置合わせ
のために回転および平行移動させるための画像回転・平
行移動部と、登録印影と入力画像とを重ね合わせ表示す
るための画像表示部とから構成され、制御部は画像入力
部で入力した印影画像を処理解析して、印影登録の場合
は記憶部に情報を記憶させ、登録された印影との照合の
場合は記憶部に記憶された登録印影の情報と対比して入
力画像の回転・平行移動の情報を、画像回転・平行移動
部に出力する印影位置合わせ装置において、制御部が、
上述の印影位置合わせ方法により入力画像の回転・平行
移動量の計算を行なう。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
のブロック構成図である。図中１１は印影の画像をスキ
ャナ等で入力するための画像入力部、１２は画像入力部
１１で入力した印影の画像を処理解析して特徴点や特徴
量を記憶部１３に記憶させ、あるいは記憶部からの情報
と対比して入力画像の回転・平行移動の情報を画像回転
・平行移動部１４に出力する制御部、１３は登録印影の
画像および情報部１２の処理解析結果の特徴量を格納す
る記憶部、１４は制御部１２の情報に基づいて入力印影
を回転・平行移動させる画像回転・平行移動部、１５は
登録印影および回転・平行移動をほどこした入力印影を
重ね合わせて表示する画像表示部である。

【０００８】本発明の実施の形態は、画像入力部１１、
制御部１２、記憶部１３、画像回転・平行移動部１４、
画像表示部１５とから構成される印影位置合わせ装置に
おいて、制御部１１の安定特徴点の選択方法に特徴を有
する。

【０００９】図２は本発明の第１の実施の形態の制御部
の制御工程のフローチャートであり図中Ｓ２１は特徴点
候補検出工程、Ｓ２２は安定特徴点選択用特徴量計算工
程、Ｓ２３は安定特徴点選択工程、Ｓ２４は対応特徴点
選択用特徴量計算工程、Ｓ２５は対応特徴点選択工程、
Ｓ２６は回転・平行移動量計算工程である。

【００１０】印影の登録時には、画像入力部１１から入
力された印影画像は制御部１２に出力され、特徴点候補
検出工程Ｓ２１で不変な注視演算子（まわりに比べて変
化の大きい点を特徴として検出する演算子）としてＤＯ
Ｇ関数（二つのガウス分布の差から構成される関数）を
用いて印影画像の回転・平行移動に対する不変量を計算
し、不変量の正の極大点および負の極小点でその絶対値
がしきい値より大きい点の集合を選択し、これが特徴点
の候補として検出される。これらの点は印影の黒画素お
よび白画素の領域の孤立点・角・端点・交差点・線分上
・線分の側面などに現れる。

【００１１】検出された各候補点について、安定特徴点
選択用特徴量計算工程Ｓ２２によってそれぞれの特徴量
が計算され、この特徴量を用いて安定特徴点選択工程Ｓ
２３でしきい値と比較して安定な特徴点が選択される。
不安定点の出やすい線分上や線分の側面に現れる点は特
徴量が小さいのでしきい値との比較によって除去され
る。

【００１２】対応特徴点選択用特徴量計算工程Ｓ２４で
は選択された各安定特徴点と特徴点対とについて対応特
徴点の選択に用いられる特徴量が計算され、得られた特
徴量が記憶部１３に出力され、画像入力部１１から出力
された入力画像と共に記憶部１３に格納される。

【００１３】登録印影との照合のための印影の位置合わ
せ時には、上述の対応特徴点選択用特徴量計算工程Ｓ２
４で得られた特徴量が対応特徴点選択工程Ｓ２５に出力
され、対応特徴点選択工程Ｓ２５で、入力された特徴量
と記憶部１３に格納されている登録印影の特徴量とが対
比され、対応する特徴点の候補が選択される。これらの
対応点候補の集合を用いて、回転・平行移動量計算工程
Ｓ２６において回転と平行移動のパラメータが計算さ
れ、画像回転・平行移動部１４に出力される。

【００１４】画像回転・平行移動部１４では、得られた
回転・平行移動のパラメータによって、画像入力部１１
から入力された印影画像の回転および平行移動を行なっ
て画像表示部１５に出力する。画像表示部１５では記憶
部１３に格納されている登録印影画像と、画像回転・平
行移動部１４から送られた画像が重ね合わせて表示され
る。

【００１５】本発明では、不安定点の出やすい特徴点が
除去され、安定特徴点によって対比が行なわれるので異
常データが少なくなり、位置合わせの失敗が減り、位置
合わせの精度が向上する。

【００１６】以下では、制御部１２の各工程について詳
細に説明する。

【００１７】特徴点候補検出工程Ｓ２１では、例えば回
転・平行移動に対して不変な注視点演算子であるＤＯＧ
関数

【００１８】

【外１】を用いて

【００１９】

【数１】ただし、

【００２０】

【外２】は画像上の点、σはＤＯＧ関数を構成するガウス分布の
分散によって印影画像

【００２１】

【外３】上の各点

【００２２】

【外４】について回転・平行移動に対する不変量

【００２３】

【外５】を計算する。ここで、画像

【００２４】

【外６】から計算される量

【００２５】

【外７】が画像の回転および平行移動

【００２６】

【数２】ただし、

【００２７】

【外８】は原点まわりの角度θの回転演算子、

【００２８】

【外９】は平行移動ベクトルに対して不変であるとは、

【００２９】

【数３】を意味するものとする。ただし、回転平行移動演算子で
ある

【００３０】

【外１０】によって、

【００３１】

【外１１】に引き起こされる変換を

【００３２】

【数４】とする。ＤＯＧ関数(2) の広がりσは、例えば印影の線
幅のような、印影画像の特徴的なスケールにとる。特徴
点候補としては、例えば、注視演算子を画像に作用させ
た結果である

【００３３】

【外１２】の正の極大点および負の極小点で

【００３４】

【数５】ただし、ｈ₀ は注視演算子の出力に対するしきい値を満
たす点の集合Ｐ⁽⁺⁾ およびＰ^(-) を選ぶ。

【００３５】

【外１３】の正の極大値および負の極小値は、それぞれ印影の黒画
素および白画素の領域の孤立点・角・端点・交差点・線
分上・線分の側面などに現れる。これら特徴点候補のう
ち、線分上や線分の側面に現れる点は、小さなノイズで
出現位置が線分の方向に大きくずれる可能性があり、出
現位置が不安定である。以下で説明する安定特徴点選択
は、これらの不安定点を除去することを目的とする。

【００３６】安定特徴点選択用特徴量計算工程Ｓ２２に
おいては、後述する安定特徴点選択工程Ｓ２３で、検出
位置が安定な特徴点の選択を行なう際に用いる特徴量を
計算する。各特徴点候補

【００３７】

【外１４】における、平行移動・濃淡変化・回転に対する不変量と
しては、例えば、

【００３８】

【数６】の二つの固有値の比

【００３９】

【数７】を満たす実数である。特徴点候補

【００４０】

【外１５】の正または負のピークであるから、

【００４１】

【数８】を満たす。

【００４２】

【外１６】は、直線性が高いパターンに対して小さな値を与え、あ
る一方向への平行移動に対して不変なパターンに対して
は０になるという性質を持つ。

【００４３】安定特徴点選択工程Ｓ２３では、特徴量

【００４４】

【外１７】が

【００４５】

【数９】を満たす点を安定特徴点として選択する。ただし、ｒ₀
は、０＜ｒ₀ ＜１ (17) を満たすしきい値である。これによって、線分上や線分
の側面に現れる不安定点を除去することができる。

【００４６】対応特徴点選択用特徴量計算工程Ｓ２４に
おいては、後述する対応特徴点選択工程Ｓ２５におい
て、対応する特徴点の選択を行なう際に用いる特徴量を
計算する。各特徴点

【００４７】

【外１８】における、平行移動・濃淡変化に対して不変で回転に対
して共変な量として、例えば、

【００４８】

【数１０】ただし、ｆ₀ は定数、ρは正の定数に対して不変になっ
ている。また、

【００４９】

【外１９】に対して、

【００５０】

【数１１】のように変換するので、

【００５１】

【数１２】は特徴点

【００５２】

【外２０】における回転・平行移動・濃淡変化に対する不変量にな
っている。ただし、

【００５３】

【外２１】の複素共役を表す。特徴点対としては、例えば

【００５４】

【外２２】の正の極大点と負の極小点の対の集合

【００５５】

【数１３】を選ぶ。ベクトル

【００５６】

【外２３】に対して、複素数

【００５７】

【外２４】を対応させると、

【００５８】

【外２５】に対して、

【００５９】

【数１４】のように変換される。従って、

【００６０】

【外２６】から構成される

【００６１】

【数１５】も特徴点対

【００６２】

【外２７】に付随する回転・平行移動・濃淡変化に対する不変量と
なっている。式(29)の

【００６３】

【外２８】は特徴点対を結ぶベクトルの長さの自乗である。本実施
の形態では、式(24)、(27)、(28)、(29)で計算される、
回転・平行移動・濃淡変化に対する不変量

【００６４】

【外２９】のうち、例えば、

【００６５】

【外３０】を用いることにする。

【００６６】対応特徴点選択工程Ｓ２５では、入力され
た印影

【００６７】

【外３１】について特徴量計算工程Ｓ２４で計算された

【００６８】

【外３２】と、登録印影

【００６９】

【外３３】についてあらかじめ特徴量計算工程Ｓ２４で計算され記
憶部１３に格納されている

【００７０】

【外３４】を用いて、以下のように対応する特徴点の選択を行な
う。２枚の印影画像

【００７１】

【外３５】の特徴点対の集合Ｖ⁽¹⁾ 、Ｖ⁽²⁾ から、特徴量Ｌ、Ｈ、
Ｃ₁ のそれぞれの距離のしきい値より小さい

【００７２】

【数１６】を満たす特徴点対

【００７３】

【外３６】を選択し、

【００７４】

【外３７】を対応する特徴点とする。

【００７５】回転・平行移動量計算工程Ｓ２６では、こ
のようにして得られた対応特徴点の集合

【００７６】

【数１７】から、

【００７７】

【数１８】を最小化する

【００７８】

【外３８】を

【００７９】

【数１９】によって求める。ただし、

【００８０】

【外３９】の配置行列を表す。Ｎは対応特徴点の総数で、

【００８１】

【外４０】は、

【００８２】

【数２０】の特異値分解

【００８３】

【数２１】から得られる直交行列である。

【００８４】式(34)、(35)の対応特徴点には、式(30)、
(31)、(32)、(33)を偶然満たす点も含まれている可能性
があり、ここで得られた値は、対応点選択によって異常
データが十分少なくできるという条件のもとでのみ正確
な推定値になる。本発明では、安定特徴点の選択によっ
て異常データの数が少なくなるため、位置合わせの失敗
を減らし、位置合わせ精度を向上させることができる。

【００８５】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。ブロック構成は第１の実施の形態の図１と同じ
なので説明を省略する。図３は本発明の第２の実施の形
態の制御部の制御工程のフローチャートであり図中Ｓ３
１は特徴点候補検出工程、Ｓ３２は特徴量計算工程、Ｓ
３３は安定特徴点選択工程、Ｓ３４は対応特徴点選択工
程、Ｓ３５は回転・平行移動量計算工程である。各構成
部は図１の符号と同一の符号を付している。

【００８６】印影の登録時には、画像入力部１１から入
力された印影画像は制御部１２に出力され、特徴点候補
検出工程Ｓ３１で不変な注視演算子（まわりに比べて変
化の大きい点を特徴として検出する演算子）としてＤＯ
Ｇ関数（二つのガウス分布の差から構成される関数）を
用いて印影画像の回転・平行移動に対する不変量を計算
し、不変量の正の極大点および負の極小点でその絶対値
がしきい値より大きい点の集合を選択し、これが特徴点
の候補として検出される。これらの点は印影の黒画素お
よび白画素の領域の孤立点・角・端点・交差点・線分上
・線分の側面などに現れる。

【００８７】検出された各候補点について、特徴量計算
工程Ｓ３２によって安定特徴点選択および対応特徴点選
択に用いられるそれぞれの特徴量が計算され、この特徴
量を用いて安定特徴点選択工程Ｓ３３でしきい値と比較
して安定な特徴点が選択される。不安定点の出やすい線
分上や線分の側面に現れる点は特徴量が大きいのでしき
い値との比較によって除去される。

【００８８】選択された各安定特徴点について、特徴量
計算工程Ｓ３２で得られた特徴量が記憶部１３に出力さ
れ、画像入力部１１から出力された入力画像と共に記憶
部１３に格納される。

【００８９】登録印影との照合のための印影の位置合わ
せ時には、上述の安定特徴点選択工程Ｓ３３で選択され
た安定特徴点の特徴点計算工程Ｓ３２で得られた特徴量
が、対応特徴点選択工程Ｓ３４に出力され、対応特徴点
選択工程Ｓ３４で各安定特徴点に付随する特徴量と記憶
部１３に格納されている登録印影に付随する特徴量から
対応する特徴点の候補が選択される。これらの対応点候
補の集合を用いて、回転・平行移動量計算工程Ｓ３５に
おいて回転と平行移動のパラメータが計算され、画像回
転・平行移動部１４に出力される。

【００９０】画像回転・平行移動部１４では、得られた
回転・平行移動のパラメータによって、画像入力部１１
から入力された印影画像の回転および平行移動を行なっ
て画像表示部１５に出力する。画像表示部１５では記憶
部１３に格納されている登録印影画像と、画像回転・平
行移動部１４から送られた画像が重ね合わせて表示され
る。

【００９１】この実施の形態では、安定特徴点選択と対
応特徴点選択に式(24)、(27)、(28)、(29)で計算され
る、回転・平行移動・濃淡変化に対する不変特徴量

【００９２】

【外４１】を用いる。これらの特徴量は特徴量計算工程Ｓ３２にお
いて計算される。第１の実施の形態との相違点は、安定
特徴点の選択基準の部分である。以下では、安定特徴点
選択工程Ｓ３３で用いられる特徴量と選択基準の説明を
する。

【００９３】安定特徴点選択では、

【００９４】

【外４２】を特徴量として用いる。この特徴量は、パターンを９０
度回転したときの対称性を反映する量であり、９０度回
転に対して対称なパターン、すなわち

【００９５】

【数２２】ただし、

【００９６】

【外４３】は角度π／２の回転演算子を満たすパターンでは０で、
対称性が低くなるに従って値が大きくなり、反対称なパ
ターン、すなわち

【００９７】

【数２３】を満たすパターンに対して最大値をとる。直線上や直線
の側面に現れる点は、端点や角に現れる点に比べて９０
度回転に対する対称性が低いため、

【００９８】

【数２４】を満たす点を安定特徴点として選択することによって、
直線上や直線の側面に現れる点を除去することができ
る。ただし、

【００９９】

【外４４】はしきい値である。

【０１００】このようにして選択された安定特徴点を用
いて特徴点の対応をとることにより、第１の実施の形態
と同様に、位置合わせの失敗を減らし、位置合わせ精度
を向上させることができる。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、印影から
特徴点候補の検出を行ない回転・平行移動・濃淡変化に
対する不変量を用いて安定特徴点の選択を行ない、安定
な特徴点について対応特徴点の選択を行なうことによ
り、印影の位置合わせの失敗を減らし、位置合わせ精度
を向上させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態のブロック構成図で
ある。

【図２】本発明の第１の実施の形態の制御部の制御工程
のフローチャートである。

【図３】本発明の第２の実施の形態の制御部の制御工程
のフローチャートである。

【符号の説明】

１１画像入力部１２制御部１３記憶部１４画像回転・平行移動部１５画像表示部Ｓ２１、Ｓ３１特徴点候補検出工程Ｓ２２安定特徴点選択用特徴量計算工程Ｓ２３、Ｓ３３安定特徴点選択工程Ｓ２４対応特徴点選択用特徴量計算工程Ｓ２５、Ｓ３４対応特徴点選択工程Ｓ２６、Ｓ３５回転・平行移動量計算工程Ｓ３２特徴量計算工程

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】印鑑照合システムで、入力印影と登録印影
との画像の位置合わせを行なう印影位置合わせ方法にお
いて、画像入力手段から入力した印影画像から、回転・平行移
動に対して不変な注視演算子を用いて、特徴点の候補を
検出する工程と、前記特徴点候補から、回転・平行移動・濃淡値変化に対
して不変な局所特徴量を用いて、安定な特徴点を選択す
る工程と、前記特徴点における平行移動・濃淡値変化に対して不変
で、かつ回転に対して共変な局所特徴量と、前記特徴点
の対を結ぶベクトルとから、各特徴点および各特徴点対
に付随する回転・平行移動・濃淡値変化に対して不変な
特徴量を計算する工程と、回転・平行移動・濃淡値変化に対して不変な前記特徴量
を用いて、二枚の印影画像から検出された特徴点の集合
から、対応する特徴点を選択する工程と、選択された前記対応特徴点の集合から、回転および平行
移動量を計算する工程と、を有することを特徴とする印影位置合わせ方法。
【請求項２】印影の画像を入力する画像入力部と、前記画像入力部で入力した印影画像を解析処理する制御
部と、前記画像入力部から入力された印影画像や前記制御部で
処理解析された情報を記憶する記憶部と、入力した前記画像を登録印影との位置合わせのために回
転および平行移動させるための画像回転・平行移動部
と、登録印影と前記入力画像とを重ね合わせ表示するための
画像表示部と、から構成され、前記制御部は前記画像入力部で入力した印影画像を処理
解析して、印影登録の場合は前記記憶部に情報を記憶さ
せ、登録された印影との照合の場合は前記記憶部に記憶
された登録印影の情報と対比して入力画像の回転・平行
移動の情報を、前記画像回転・平行移動部に出力する、
印影位置合わせ装置において、前記制御部が、請求項１記載の方法により入力画像の回
転・平行移動量の計算を行なうことを特徴とする印影位
置合わせ装置。