JP2802154B2 - 指紋照合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 入力した指紋画像と辞書に登録された指紋画像の特徴
パターンとを位置合わせした後に照合して本人確認を行
う指紋照合装置に関し、 照合に際し辞書パターンを入力指紋画像に迅速且つ正
確に位置合わせすることを目的とし、 位置合わせ用の辞書パターンとして、指紋画像を網目
部分で抽出した網目パターンを登録しておき、この網目
パターンの入力指紋画像に対する走査で登録パターンと
の位置合わせを行うように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、入力した指紋画像と辞書に登録された指紋
画像の特徴パターンとを位置合わせした後に照合して本
人確認を行う指紋照合装置に関する。

近年、電算機が社会全般に普及するのに伴い、安全性
（セキュリティ）を如何に確保するかという点に世間の
関心が集まっている。電算機室への入室や端末利用の際
の本人確認の手段として、これまで用いられてきたIDカ
ードや暗証番号には安全確保の面から多くの疑問が提起
されている。

これに対して指紋は『万人不同』『終生不変』という
二大特徴を持つため、本人確認の最も有力な手段と考え
られ、指紋を用いた簡便な個人照合システムに関して多
くの研究開発が行われている。

［従来の技術］ 従来の指紋照合装置にあっては、第12図に示すよう
に、辞書14に指紋画像24の中の分岐点及び端点でなる特
徴点を中心としたウィンドウの２値画像を特徴パターン
12として複数抽出して登録しており、特徴パターン12の
中で指紋の中心付近にあるウィンドウを位置合わせ用ウ
ィンドウ26に定めている。

このような位置合わせ用ウィンド26を備えた辞書14に
よる照合処理は、第13図（ａ）に示すように、まず位置
合わせ用ウィンドウ26を入力指紋画像24上で走査し、不
一致度が閾値以下となる部分を位置合わせ点として検出
する。続いて第13図（ｂ）のように、位置合わせ用ウィ
ンド26の移動量分だけ辞書に登録している特徴パターン
12を並行移動して位置合わせした後にパターマッチング
を行ない、規定数を越える一致点が得られた場合に本人
と同定している。

また他の位置合わせ法として第14図に示すように、指
紋画像をブロック分割して各ブロック内での指紋の隆線
の並び方向から指紋の局所的な方向分布を求め、この分
布方向パターンを用いて入力指紋画像に対する位置合わ
せを行っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第13図に示した位置合せ用ウィンドウ
を使用した位置合わせにあっては、ウィンドウによる狭
い領域での位置合わせであるため、位置合わせ用ウィン
ドに対応した部分の指紋パターンの再現性が悪かった場
合に、位置合わせが正確にできずに照合に失敗してしま
う問題がある。

また第14図の指紋の局所的な方向分布を用いて位置合
わせにあっては、入力指紋画像をブロック分けして各ブ
ロック毎に隆起線の方向を決定する処理に時間がかかっ
てしまう問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、照合に際し辞書パターンを入力指紋画像に迅速
且つ正確に位置合わせできる指紋照合装置に提供するこ
とを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の原理説明図である。

まず本発明は、第１図（ａ）に示すように、指紋画像
を光学的に読取って入力する指紋読取手段10と、辞書作
成時に指紋画像の特徴点を抽出して特徴パターン12とし
て辞書14に登録する特徴抽出手段16と、指紋読取手段10
による入力指紋画像と辞書14の登録パターンとを位置合
わせした後に比較照合する照合手段18とを備えた指紋照
合装置を対象とする。

このような指紋照合装置につき本発明にあっては、辞
書作成時に指紋画像に設定した網目部分の画像を抽出し
た網目パターン20を辞書14に特徴パターン12と共に登録
する網目パターン抽出手段22を設け、照合手段18による
位置合せの際に辞書14に登録された網目パターン20を使
用して位置合わせすることを特徴とする。

ここで照合手段18による位置合わせは、第１図（ｂ）
ように、網目パターン20を複数個の部分パターン20−１
〜４に分割し、特定の部分パターン20−１を用いて入力
指紋画像24を走査して不一致度が閾値以下となる位置を
検出し、この検出位置までの移動分だけ他の部分パター
ン20−２〜４を平行移動した後に各部分パターン20−20
〜４を更にその周辺で走査して不一致度が閾値以下とな
る位置を検出し、各部分パターン20−１〜４の各位置合
せ結果に基づいて対応する特徴パターン12を入力指紋画
像24に位置決めして照合する。

また照合手段18による他の位置合わせは、第１図
（ｂ）のように網目パターン20を複数個の部分パターン
20−１〜４に分割し、全ての部分パターン20−１〜４を
入力指紋画像24の所望位置で各々独立に走査させて不一
致度が閾値以下となる位置を検出し、不一致度が閾値以
下にならない場合には、全ての部分パターン20−１〜４
を他の位置に並行して走査する処理を繰り返し、位置合
わせ終了時に各部分パターン20−１〜４の各位置合せ結
果に基づいて対応する特徴パターン12を入力指紋画像24
に位置決めして照合する。

また照合手段18による他の位置合わせとして、第１図
（ｃ）に示すように、網目パターン20を分割せずに入力
指紋画像24上を走査し、網目パターン20の中で不一致度
が閾値以下となる箇所が集中する領域（実線の領域）を
位置合せ点として検出し、この網目パターン20の位置合
わせ結果に基づいて特徴パターン12を入力指紋画像24に
位置合わせして照合する。

［作用］ このような構成を備えた本発明の照合装置によれば、
指紋画像の全域をカバーする網目パターン位置合わせに
使用することから、入力指紋画像に部分的に再現性の乏
しい部分があったり画像に歪みがあっても、この影響を
受けることなく正確に位置合わせできる。

また指紋画像全域に対し位置合わせを行っていても、
網目部分の全体に占める面積は少ないために網目部分の
画像を抽出する処理は短時間で済み、迅速な位置合わせ
ができる。

更に、網目パターンを分割して位置合わせのための照
合処理を行うことで、位置合わせ処理負担を軽減し、よ
り高速位置合わせができる。

［実施例］ 第２図は本発明の一実施例を示した実施例構成図であ
る。

第２図において、10は指紋センサであり、装置の読取
り等に指を押し付けると指紋画像を光学的に読み取って
指紋画像信号を出力する。指紋センサ10からの指紋画像
信号は２値化回路26で白黒２値画像データに変換され、
２値化メモリ28に格納される。

30は登録部であり、特徴抽出回路16に加え、本発明に
あっては新たに網目パターン抽出回路22を設けている。

特徴抽出回路16は辞書メモリ14に対する照合辞書を作
成する際に、指紋センサ10、２値化回路26及び２値化メ
モリ28によって得られた指紋画像の中の分岐点及び端点
となる特徴点を検出し、この特徴点を中心に所定サイズ
のウィンドウを設定し、ウィンドウ内の２値データの特
徴パターンとして抽出して辞書メモリ14に登録する。

一方、網目パターン抽出回路22は辞書メモリ14に対す
る照合辞書の作成時に指紋画像から網目パターンを抽出
して辞書メモリ14に登録する。

18は照合回路であり、辞書メモリ14に照合辞書が登録
された状態で、指紋センサ10による指紋画像が２値化回
路26を介して２値化メモリ28に格納されると照合動作を
起動し、入力指紋画像と辞書メモリ14の辞書パターンと
の位置合せを、辞書メモリ14に登録された網目パターン
を使用して行なう。網目パターンにより位置合せが完了
すると、網目パターンの位置合せで得られた移動量に従
って辞書メモリ14の特徴パターンを位置決めし、各特徴
パターン毎に入力指紋画像とのマッチングを行ない、パ
ターン一致、不一致の判別結果から一致するパターンの
数が規定数、例えば12個以上得られたときに本人と同定
する照合結果を出力する。

次に第２図の網目パターン抽出回路22による網目パタ
ーンの抽出処理を詳細に説明する。

第３図は辞書作成時に指紋画像に対し設定される網目
パターン20の一実施例を示した説明図であり、この実施
例にあっては網目パターン20は格子状のブロックパター
ンであり、網目パターン20における枠の部分に対応した
指紋画像の２値データを走査して網目パターンとして取
り込む。この網目パターン20における枠の幅は２〜３画
素程度のサイズであり、従って網目パターンの画像全体
に占める面積は極く僅かである。

尚、網目パターン20としては第３図の格子パターン以
外に、例えば第４図に示すような三角格子の網目パター
ンであってもよいし、それ以外にも適宜の格子構造を持
った網目パターンを使用することができる。

第５図（ａ）は第３図に示した網目パターン20を指紋
画像の走査で抽出するための読取走査を示したもので、
指紋の濃淡画像を横方向及び縦方向の網目状に走査す
る。この第５図（ａ）の例えば横方向の走査により、同
図（ｂ）に示す濃度分布をもつ走査出力が得られたとす
ると、各走査線分毎に濃淡の分散あるいは標準偏差を計
算する。この分散あるいは標準偏差の計算結果におい
て、皮膚の汗ばみ等で隆線の起伏を示す濃淡が乏しくな
っている箇所は分散あるいは標準偏差の値が小さくなっ
ているため、分散あるいは標準偏差が予め定めた閾値以
下となる線分を検出して除去する。第５図（ｂ）の場
合、d3の部分で分散あるいは標準偏差の値が閾値以下で
あることから、第６図に示すように、この部分に対応し
た格子を削除した網目パターンの２値画像を作り出す。

第７図は辞書メモリ14の登録内容を示したもので、網
目パターン抽出回路22で作り出された位置決め用の網目
パターン20と特徴抽出回路16で作り出された分岐点ある
いは端点を中心とした濃度領域で成る複数の特徴パター
ン12が登録されている。

次に、第２図の照合回路18による辞書メモリ14に登録
された網目パターン20を使用した照合処理の最初に行な
う位置合せを説明する。

まず第１実施例として、照合回路18による位置合せ
は、第８図に示すように辞書メモリ14に登録された網目
パターン20を、例えば４つの部分パターン20−１〜４に
分割し、その内の特定の部分パターン、例えば部分パタ
ーン20−１を使用して、第９図（ａ）に示すように入力
指紋画像24上を走査して位置合せする。即ち、入力指紋
画像24上で部分パターン20−１を走査してパターンマッ
チングする不一致度が閾値以下となる箇所を位置合せ場
所として検出する。

第９図（ａ）に示す部分パターン20−１による位置合
せが終了したならば、第９図（ｂ）に示すように残りの
部分パターン20−２〜４について既に位置合せができた
部分パターン20−１の移動量分だけ平行移動する。更
に、入力指紋画像24には指先の押し付ける力等による画
像の歪みがあることから、部分パターン20−１の移動量
分だけ部分パターン20−２〜20−４を移動した後に、部
分パターン20−２〜20−４のそれぞれを移動先の周辺で
走査し、各部分パターン20−２〜４につき、パターンマ
ッチングによる不一致度が閾値以下となった箇所を位置
合せ点として検出する。

このように部分パターン20−１〜20−４の全ての位置
合せが終了したならば、部分パターン20−１〜20−４に
対応して第７図に示した辞書メモリ14に登録された特徴
パターン12との対応関係が予め定まっていることから、
対応する部分パターンの移動量に従って各特徴パターン
12を入力指紋画像24上で移動して位置合せし、各特徴パ
ターン12毎のパターンマッチングを行なう。この特徴パ
ターン12の位置合せによるパターンマッチングにおいて
も、網目パターン20の部分パターン20−１〜20−４に従
った移動後に移動先の周辺で動かしながら照合を行なう
所謂ムービングウィンドウ処理を実行する。

第10図は本発明の照合回路18による網目パターン20を
用いた位置合せの第２実施例を示した説明図である。

第10図は実施例にあっては、第８図に示すように、網
目パターン20を部分パターン20−１〜４に分割して入力
指紋画像24上の所定位置で４つの部分パターン20−１〜
４を各々独立に走査して、パターンマッチングによる不
一致度が閾値以下となる箇所を位置合せ点として検出す
る。第10図（ａ）の所定位置での部分パターン20−１〜
20−４の走査で位置検出ができなかった場合には、第10
図（ｂ）に示すように４つの部分パターン20−１〜４を
入力指紋画像24の他の位置に一斉に移動した後に、各部
分パターン20−１〜20−４を移動先で走査してパターン
マッチングによる不一致度が閾値以下となる箇所を検出
する処理を繰り返す。

この第10図に示す位置合せについても、部分パターン
20−１〜20−４による位置合せが終了したならば第７図
の辞書メモリ14の対応する特徴パターン12を各部分パタ
ーン20−１〜４の移動量に従って入力指紋画像24上で位
置合せし、更にウィンドウ・ムービング処理によりパタ
ーンマッチングを行ない、特徴点の一致数が規定数を超
えたときに本人と同定する。

第11図は第２図の照合回路18による網目パターン20を
用いた位置合せの第３実施例を示した説明図である。

第11図の実施例にあっては、例えば同図（ａ）に示す
ように、網目パターン20は分割せずにそのまま入力網目
画像24上を走査させる。通常、登録時の指紋画像に対し
実際に照合のために入力される指紋画像には、指紋検出
窓に対する指の押し付け方の強さにより画像に歪みがあ
るため、網目パターン20の全体が同時に一致することは
少ない。しかしながら、正しい位置の周辺に網目パター
ン20が来たときには、第11図（ａ）あるいは（ｂ）の斜
線部に示すように網目パターン20の中でパターン一致が
得られる場所が部分的に集中することから、この一致箇
所が集中する位置を位置合せ点として検出する。第11図
の場合、同図（ａ）の状態を１つの位置合せ点として検
出し、また同図（ｂ）の場合も他の位置合せ点として検
出し、それぞれの位置合せ点の領域部分に対応した移動
量に従って第７図の辞書メモリ14の特徴パターン12の位
置決め照合を行なうことになる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、網目パター
ンを登録して照合の際の位置合せに使用することから、
従来の位置合せ用ウィンドウあるいは局所的な方向分布
による位置合せに比べ、迅速且つ正確に位置合せを行な
うことができ、指紋照合装置の性能を向上することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図； 第２図は本発明の実施例構成図； 第３図は本発明の網目パターン説明図； 第４図は本発明の他の網目パターン説明図； 第５図は本発明の網目パターン抽出処理説明図； 第６図は濃淡の乏しい線分を除去した本発明の網目パタ
ーン説明図； 第７図本発明の辞書登録内容説明図； 第８図は本発明の網目パターン分割説明図； 第９図は本発明の位置合せの第１実施例構成図； 第10図は本発明の位置合せの第２実施例構成図； 第11図は本発明の位置合せの第３実施例構成図； 第12図は従来装置の辞書内容説明図； 第13図は従来のウィンドウによる位置合せ説明図； 第14図は局所方向分布を用いた従来の位置合せ説明図で
ある。 図中、 10:指紋読取手段（指紋センサ） 12:特徴パターン 14:辞書（辞書メモリ） 16:特徴抽出手段（特徴抽出回路） 18:照合手段（照合回路） 20:網目パターン 20−１〜4:部分パターン 22:網目パターン抽出手段（網目パターン抽出回路） 24:入力指紋画像 26:2値化回路 28:2値化メモリ 30:登録部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指紋画像を光学的に読取って入力する指紋
   読取手段（10）と、辞書作成時に指紋画像の特徴点を抽
   出して特徴パターン（12）として辞書（14）に登録する
   特徴抽出手段（16）と、前記指紋読取手段（10）による
   入力指紋画像と前記辞書（14）の登録パターンとを位置
   合わせした後に比較照合する照合手段（18）とを備えた
   指紋照合装置に於いて、 辞書作成時に指紋画像に設定した網目部分の画像を抽出
   した網目パターン（20）を前記辞書（14）に前記特徴パ
   ターン（12）と共に登録する網目パターン抽出手段（2
   2）を設け、前記照合手段（18）による位置合せの際に
   前記辞書（14）に登録された網目パターン（20）を使用
   して位置合わせすることを特徴とする指紋照合装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の指紋照合装置に於いて、 前記照合手段（18）は、前記網目パターン（20）を複数
   個の部分パターン（20−１〜４）に分割し、特定の部分
   パターン（20−１）を用いて入力指紋画像（24）を走査
   して不一致度が閾値以下となる位置を検出し、該検出位
   置までの移動分だけ他の部分パターン（20−２〜４）を
   平行移動した後に各部分パターン（20−２〜４）を更に
   その周辺で走査して不一致度が閾値以下となる位置を検
   出し、該部分パターン（20−１〜４）の各位置合せ結果
   に基づいて対応する特徴パターン（12）を入力指紋画像
   （24）に位置決めして照合することを特徴とする指紋照
   合装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の指紋照合装置に於いて、 前記照合手段（18）は、前記網目パターン（20）を複数
   個の部分パターン（20−１〜４）に分割し、全ての部分
   パターン（20−１〜４）を入力指紋画像（24）の所望位
   置で走査して不一致度が閾値以下となる位置を検出し、
   不一致度が閾値以下にならない場合には、全ての部分パ
   ターン（20−１〜４）を他の位置に並行して走査する処
   理を繰り返し、位置合わせ終了時に各部分パターン（20
   −１〜４）の各位置合せ結果に基づいて対応する特徴パ
   ターン（12）を入力指紋画像（24）に位置決めして照合
   することを特徴とする指紋照合装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の指紋照合装置に於いて、 前記照合手段（18）は、前記網目パターン（20）を分割
   せずに、入力指紋画像（24）上を走査し、網目パターン
   （20）の中で不一致度が閾値以下となる箇所が集中する
   領域を位置合せ点として検出し、該網目パターン（20）
   の位置合わせ結果に基づいて特徴パターン（12）を入力
   指紋画像（24）に位置合わせして照合することを特徴と
   する指紋照合装置。