JP2803313B2 - 指紋照合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、指紋読取部に置かれた被験者の指から光学
的に指紋データを採取し、予め登録されている登録指紋
データと照合する指紋照合装置に関する。

［従来の技術］ 従来、光学的に指紋データを採取して照合を行う指紋
照合装置においては、被験者から安定した指紋データを
採取することが困難な問題の１つとして知られている。

すなわち、光学的に得られる指紋データは指の表面状
態に大きく左右されるために個人差が大きく、たとえ同
一人であっても採取した指紋データが常に安定している
ことは望めない。

この問題を解決するために、特開昭63−244284に開示
される技術によれば、光学的に得られた指紋データのコ
ントラストを被験者に表示し、そのコントラストが指紋
照合に適当な値となるまで指紋データの入力を繰り返さ
せている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、被験者に指紋データの入力を繰り返させる従
来の指紋照合装置によれば、照合に必要なコントラスト
の指紋データが得られるまでに長時間となる可能性があ
る。

特に、指先が乾燥している場合には、指紋の凹凸によ
る光の反射量の差が小さく、十分なコントラストが得ら
れないことが知られている。従ってこの様な場合には、
指紋データの入力を繰り返し実行しても、指紋照合に必
要なコントラストの指紋データが得られず、目的として
いる指紋照合が不能となる可能性があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
被験者の個人差及び指先の乾燥の程度に左右されず、迅
速かつ正確に被験者より安定した指紋データを光学的に
採取し、指紋照合の精度を高く維持しつつ高速に指紋照
合を実行することができる優れた指紋照合装置を提供す
ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明の構成した手段は、
第１図の基本的構成図に示すごとく、 指紋読取部に置かれた被験者の指から光学的に指紋デ
ータを採取し、予め登録されている登録指紋データと照
合する指紋照合装置において、 前記指紋読取部に被験者の指が置かれる以前に指紋デ
ータの採取と同一の光学的なデータの採取を実行し、該
指紋読取部の背面画像データを得る背景画像データ採取
手段と、 前記指紋読取部に被験者の指が置かれたとき、前記光
学的なデータの採取を実行し、当該被験者の指紋データ
を得る指紋データ採取手段と、 該指紋データ採取手段及び前記背景画像データ採取手
段により得られた指紋データと背景画像データとの差分
画像を閾値を用いて２値化し、濃淡の２値化データを得
る差分画像２値化手段と、 該差分画像２値化手段により得られた２値化データの
濃淡の比率を算出する濃淡比算出手段と、 該濃淡比算出手段の算出した濃淡の比率が所定範囲と
なるように、前記差分画像２値化手段の閾値を増減させ
る閾値変更手段と、 該閾値変更手段により変更された閾値が予め定められ
た下限以上であり、かつ、前記濃淡比算出手段により算
出された濃淡の比率が前記所定範囲となったとき、前記
差分画像２値化手段により得られた２値化データと予め
登録された登録指紋データとの照合を実行する照合手段
と、 を備えることを特徴とする指紋照合装置をその要旨とし
ている。

［作用］ 本発明の指紋照合装置は、被験者よりも光学的な指紋
データを採取する以前に背景画像データ採取手段が作動
し、指紋データの採取と同一の光学的なデータの採取を
実行して指紋読取部の背景画像データを得る。しかる後
に、指紋データ採取手段により、指紋読取部に置かれた
被験者の指から光学的な指紋データを採取する。

この様にして得られた２つの光学的データ、すなわち
指紋データと背景画像データは、差分画像２値化手段に
より差分が取られ、かつ、その差分画像は閾値を用いて
２値化され、濃淡の２値化データに変換される。これに
より、指紋データに現れる背景画像の影響、例えば光学
系の照度むらなどが相殺され、指紋の凹凸のみに起因す
る光学的な２値化データを得ることができる。

次に、濃淡比算出手段は、差分画像２値化手段により
得られた２値化データの濃淡の比率を算出する。一般的
に、光学的に採取された指紋データが的確に２値化され
た場合には、指紋の凹凸に応じて生じる濃淡比は1:1を
中心として個人差による所定範囲内に納まる特性があ
る。そこで、その濃淡比を算出することで、２値化に際
しての閾値が的確であるか、換言するならば指紋データ
に最適のコントラストが得られたか否かが判断される。

閾値変更手段は、濃淡比算出手段の算出した濃淡の比
率が所定範囲となるように、差分画像２値化手段の閾値
を増減させ、的確な指紋データのコントラストを得る。

そして、照合手段は、閾値変更手段により変更された
閾値が予め定められた下限以上であり、かつ、濃淡比算
出手段により算出された濃淡の比率が所定範囲となった
とき、差分画像２値化手段により得られた２値化データ
と予め登録された登録指紋データとの照合を実行する。

ここで、閾値に下限値が設定されるのは、次の理由に
よる。指紋読取部に被験者の指先を置き光学的な指紋デ
ータの採取を実行した後には、その指紋読取部に被験者
の指紋が残留することになる。この様な残留指紋の指紋
データは、容易に推測されるごとく、通常の光学的な方
法により採取される指紋データに比較してコントラスト
の低いデータである。従って、閾値変更手段により変更
された閾値が異常に低い値であるとき、差分画像２値化
手段により得られた２値化データは残留指紋のデータで
あると判断することが妥当であり、この様な場合には指
紋データの照合を禁止して照合の精度を高めるのであ
る。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を
挙げて詳述する。

［実施例］ 第２図は、本発明の一実施例である指紋照合装置の電
気回路ブロック図である。

図示するように本実施例の指紋照合装置は、光学的な
指紋データを採取する指紋入力部10及び当該指紋入力部
10から入力された指紋データを加工して予め登録されて
いる登録指紋データと照合する照合部20とから構成され
ている。

まず、これら各部の詳細な構成から説明する。

指紋入部10は、照明10a、指紋検出用のプリズム10b及
びイメージセンサ10cより構成される。照明10aは、光学
的な指紋データを得るために十分な輝度の参照光をプリ
ズム10bに向けて照射する。通常、プリズム10b上には被
験者の指先ｆが置かれるが、このプリズム10b上からの
反射光はイメージセンサ10cにより光電変換されて映像
信号が作成され、照合回路部20へと伝送される。

照合回路部20は、入力された映像信号と多階調のデジ
タル信号に変換するA/D変換器20a及び以下の機能を有す
る画像メモリ20b,20e、引算20c、２値化回路20d、処理
回路20fから構成されている。

第一画像メモリ20bは、A/D変換器20aからのデジタル
信号あるいは後述する引算回路20cから出力される差分
画像を格納するデジタル情報の記憶素子である。

引算回路20cは、A/D変換器20aの出力と第一画像メモ
リ20bに一旦記憶された画像信号との差分をとり、その
結果である差分画像を再度第一画像メモリ20bに書込む
機能を有する。すなわち、A/D変換器20aによって多階調
のデジタル信号に変換された指紋データが入力される
と、引算回路20cはその指紋データの入力に同期して第
１の画像メモリ20b予め入力された画像データを読み出
し、これを引算して再度第一画像メモリ20bに格納す
る。

例えば、２次元データである画像データの水平方向を
ｉ方向、垂直方向をｊ方向としｉ方向の分解能をN,j方
向の分解能をＭとする。引算回路20cは、A/D変換器20a
によって出力される指紋データの画素値Pf（i,j）と第
一画像メモリ20bから読み出される予め格納された画像
の画素値Pb（i,j）から次式で求められる画素値Ps（i,
j）を有する差分画像を求め、第一画像メモリ20bに再度
書き込むのである。

Ps（i,j）＝Pb（i,j）−Pf（i,j） …（１） 但しｉ＝１〜N,j＝１〜Ｍ ２値化回路20dは、第一画像メモリ20bの所定記憶領域
に格納された差分画像の画素値Ps（i,j）を順次読み出
しては２値化閾値THを比較し、次式に従って「０」ある
いは「１」の値を有する画素値Ｐ（i,j）の２値画像に
変換してその画素値Ｐ（i,j）を第二画像メモリ20eに格
納する。

Ｐ（i,j）＝１ （Ps（i,j）＜TH） …（２） ＝０ （Ps（i,j）≧TH） なお、この２値化に使用される閾値THは、後述のごと
く可変に構成されるものである。そして、目的としてい
る指紋照合に最適な画素値Ｐ（i,j）を得るために、照
合の際の基準データである個人の登録指紋データの登録
時に決定した閾値THを初期閾値TH0として登録する。

第二画像メモリ20eは、２値化回路20dから入力される
画素値Ｐ（i,j）の一時的な記憶機能の他に、指紋照合
の基準となる個人の登録指紋データの不揮発的に格納す
る大容量の記憶素子である。

処理回路20fは、次のような複数の機能を有する。ま
ず、第二画像メモリ20eに格納された差分画像を２値化
した画素値ｐ（i,j）の濃淡比、すなわち白・黒に対応
する「０」又は「１」の画素数を計測・比較し、その比
が所定範囲となるように２値化回路20dの閾値THを変更
する閾値変更機能を備える。従って、２値化回路20d及
び処理回路20fの閾値変更機構とにより、第二画像メモ
リ20eには常に一定コントラストの２値画像が一時的に
記憶される。

なお、ここで濃淡比の所定範囲とは、第二画像メモリ
20eに予め格納される登録指紋データの採り得る濃淡比
の範囲であり、記憶されている登録指紋データに基づき
自動的にあるいは別途の設定操作により決定される。

例えば本実施例では、最適な２値化閾値THを決定する
ために、指紋特有の性質を利用する。すなわち、指紋は
検出用プリズムに接触する凸部、すなわち隆線部分と接
触しない凹部がほぼ１対１で形成されているため、２値
化した指紋データの状態を指紋領域内の「０」あるいは
「１」の画素が存在する割合で評価できる。例えば
「０」の画素数が存在する割合が低い場合は、指紋隆線
がカスれた状態であり、逆に「０」の画素数の割合が多
すぎる場合は隆線の潰れた状態であると考えられる。

そこで、コントラストが大きく変化する指紋画像に対
して常に安定した２値画像を得るために、第二画像メモ
リ20eに書き込まれた画素値Ｐ（i,j）を処理回路10に送
り指紋領域内の「０」又は「１」の画素数を計測し、指
紋領域内の「０」の割合が、適切な割合になるまで２値
化閾値THを変化させ２値化をくり返す。すなわち指紋領
域内の総画素数ＮTに対する「０」の画素数Ｎの割合がN
a以上である場合（N/NT≧Na）は、２値化閾値THを増加
させる。逆に、その割合がNb以上である場合（N/NT≦N
b）は、２値化閾値THを減少させる。

ここで、NaとNb（Nb＜Na）は、次式で表わされる。

Na＝0.5＋α …（３） Nb＝0.5−β …（４） Na,Nbは理想的には指紋の凸部と凹部が１対１となる
ため0.5程度となることが望ましいが、Na,Nbは個人ごと
変動するために登録指紋データの登録時に入力された指
紋画像から0.5程度を目標にして上限をNa,下限をNbとし
て前もって決定され、前記２値化閾値TH0と同様に登録
指紋データと共に記憶されている。そして、後述のごと
く照合時には指定された登録指紋データと共にNa,Nb,TH
0が読み出され、指紋データの上記処理に利用される。

また、処理回路20fは、上記閾値変更機能により一定
のコントラストの２値画像が第二画像メモリ20eに得ら
れると、その２値画像と登録指紋データとを第二画像メ
モリ20eから読み出し、通常の照合処理を実行してその
結果を出力する照合機能を有する。照合処理には、従来
より知られる各種の照合方法が適宜利用される。

更に、本実施例の処理回路20fは、閾値変更機能によ
り変更される２値化回路20dの閾値THの値が下限値THmin
以下となるとき（TH≦THmin）、上記照合処理を実行す
ることなくその旨の出力を実行する照合中断機能を有し
ている。

次に、以上のごとき各構成要素からなる本実施例の指
紋照合装置の動作について、処理の流れ図及び説明図を
参照しつつ詳述する。

第３図は、本実施例の指紋照合装置の各構成要素の作
動を理解容易とするため、各構成要素にて実行される処
理を時系列的に図示した処理の流れ図である。また、第
４図ないし第７図は、本指紋照合装置において実行され
る処理の内容等を模式的に表現した説明図である。

第３図に示すように本実施例の指紋照合装置は、照合
開始が指示されると同時にステップ100で指定された登
録指紋データと同時に登録時に設定した２値化閾値TH0
と指紋画像中の「０」の画素の許容範囲Na,Nb（Na＞N
b）を読み出し、以下の処理に備える。

次に、ステップ101で指紋画像の入力及び引算回路20c
による背景との差分画像の作成が実行される。ここで背
景画像とは、指紋入力部10のプリズム10b上に被験者の
指先ｆが置かれる以前に指紋入力部10を作動させて得ら
れたプリズム10bの背景の画像情報であり、第一画像メ
モリ20bに予め格納されているものである。このステッ
プ101にて実行される差分画像の作成により次のように
して、背景画像の影響が完全に相殺される。

第４図は、２次元の画像データとして得られた背景画
像の説明図であり、任意の水平及び垂直位置と明るさと
の関係を示している。背景画像は、プリズム10b上に光
を反射する物体が何ら存在しないときの画像であるか
ら、明るさは一定のデータとなると思われる。しかし、
現実にはプリズム10b上の汚れや照明10aの照度むら等か
ら第４図に示すように水平及び垂直位置に対して変化す
る。そして、この様な特性を示す指紋入力部10を用いて
指紋データを入力するならば、第５図に示すように、指
紋による明るさの変化はその背景画像に重畳されて得ら
れる。

そこで、予め入力した指紋入力部10の背景画像と指紋
データとの差分を取ることで第６図の様な差分画像、す
なわち指紋により現れる明暗のみの画像を得るのであ
る。

更にステップ102にて、この様にして得られた差分画
像を２値化回路に入力し、濃淡の２値化データに変換す
る。なお、２値化に際しての閾値THとしては、初期値と
してステップ100で読出した登録時の２値化閾値TH0が設
定される。

ステップ103〜107は、処理回路20fの閾値変更機能に
相当する処理を図示したものである。すなわち、ステッ
プ102にて得られた差分画像の指紋領域中の黒すなわち
「０」の画素値を持つ画素数の計測する（ステップ10
3）。次に「０」の画素数の比率を上限値Naと比較し、N
aより大きい場合（ステップ104）は、隆線が潰れた状態
であるため２値化閾値THを増加させる（ステップ10
5）。反対に、下限値Nbより小さい場合（ステップ106）
は、カスレた指紋画像であると判断されるため２値化閾
値THを減少させ（ステップ107）る。この様な２値化を
実行し「０」の画素数の比率が適切な比率になるまで２
値化閾値THを増減させて２値化をくり返す。この様にし
て適切な「０」の画素数比率が得られたときに２値化閾
値THは、例えば第６図に示す直線のごときレベルであ
る。これにより、図示するごとく、差分画像の総画素数
の略半分が「０」の画素数となる。

続いてステップ109では、設定された２値化閾値THが
登録時に設定された２値化閾値TH0の1/2以上であるか判
断し、1/2以上であればステップ111により登録指紋デー
タとの照合処理を行い、次いでステップ112によりその
照合の結果を出力して本プログラムを終了する。

一方、ステップ109にて２値化閾値THが登録時に比べ1
/2以下に減少したと判断された場合には、ステップ110
でその２値化閾値THと登録時に設定した登録者中の最低
の２値化閾値THminとの大小比較を行い、この最低値THm
in以下に２値化閾値THが減少した場合は、入力した指紋
は残留指紋と判断して照合処理を中断する。また、２値
化閾値THがTHmin以上であれば、上記同様にステップ111
及びステップ112に進み照合処理及びその結果の表示を
実行する。

この様な２値化閾値THの下限値THminを指紋照合の必
要条件としたのは、次の理由による。

第７図に示すごとく、光学的に採取される指紋データ
のコントラストは大きな個人差があることが知られてい
る。特に、湿った指の場合はコントラストが高く、乾燥
した指の場合はコントラストが低い指数データとなる。
従って、同一人の指であっても湿潤状態に左右されて入
力される指紋データのコントラストが変動する。このた
め、最適な２値化閾値THを特定値に固定することは不可
能であり、最適コントラストの画像が得られるように閾
値THを増減調整している。

しかし、そのために本照合装置では低コントラストの
指紋画像の入力が可能となり、例えば指紋入力部10のプ
リズム10b表面に残された残留指紋の入力も可能となる
ため、これを排除する何らかの技術が必要となる。第７
図に指紋入力部10によって残留指紋画像の差分画像を得
た場合の濃度分布を同時に示している。

この図から理解されるごとく残留指紋は、指先の乾燥
に応じたコントラストの低下に比較しても更に低いコン
トラストで入力される。従って、通常ならば２値化閾値
TH1〜TH2の範囲内で指先の湿潤状態に左右されない十分
なコントラストの画像データを得ることができるが、残
留指紋の差分画像を十分なコントラストに２値化する２
値化閾値THminはきわめて小さい値となる。

そこで、２値化閾値THに下限値を設け十分なコントラ
ストの画像データを得るための２値化閾値THがその下限
値THminよりも小さい場合には、その入力した指紋デー
タは残留指紋である可能性が高く、正確な指紋照合が不
能であると判断するのである。

以上のごとく構成され、作動する本実施例の指紋照合
装置によれば、次のような優れた効果が明らかである。

指紋データを簡便に採取することができる光学式の指
紋照合装置は、被験者の個人差及び指先の乾燥の程度に
より得られる指紋データのコントラストが大きく変動す
る。そこで、本実施例の指紋照合装置は、指紋照合に必
要かつ十分なコントラストの指紋データを得るために２
値化閾値の増減調整という簡易な技術を採用する。

これにより、被験者に指紋データの入力を繰り返し催
促するなどの操作性の悪化を招かず、しかも複雑で高価
な画像処理装置を必要とせずに、迅速かつ正確に被験者
より安定した指紋データを光学的に採取し、指紋照合の
精度を高く維持しつつ高速に指紋照合を実行することが
できる。

また、２値化閾値の増減調整により残留指紋を誤って
照合しないように、残留指紋の画像データに特有のコン
トラストの低さを利用し、この２値化閾値に下限値を定
めている。従って、その指紋照合の精度はきわめて高
く、また使用の度にプリズム10c上の残留指紋を拭き取
るなどの手間も不要となる。

［発明の効果］ 本発明の指紋照合装置は、指紋データと背景画像デー
タとの差分画像を指紋照合に利用するに際し、差分画像
を２値化する２値化閾値を増減調整して適正なコントラ
ストの画像データを得ると共に、その２値化閾値に下限
値を定めている。

従って、指先の乾燥状態等に左右されず、１回の入力
により指紋照合に必要かつ十分なコントラストの指紋デ
ータを作成することができる。このため、被験者に指紋
データの入力を繰り返させる手間が省略され、迅速に指
紋照合を実行することができる。

また、２値化閾値に下限値を定めているため、残留指
紋を入力された指紋データであると誤って照合動作す
る、いわゆる誤動作の可能性が回避され、指紋照合の精
度はきわめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例である
指紋照合装置の構成ブロック図、第３図はその構成ブロ
ックの処理の手順を示すフローチャート、第４図ないし
第７図はその処理の概念を説明するための説明図を示し
ている。 10……指紋入力部、10a……照明 10b……プリズム、10c……イメージセンサ 20……照合部、20a……A/D変換器 20b……第一画像メモリ、20c……引算回路 20d……２値化回路、20e……第二画像メモリ 20f……処理回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指紋読取部に置かれた被験者の指から光学
   的に指紋データを採取し、予め登録されている登録指紋
   データと照合する指紋照合装置において、 前記指紋読取部に被験者の指が置かれる以前に指紋デー
   タの採取と同一の光学的なデータの採取を実行し、該指
   紋読取部の背面画像データを得る背景画像データ採取手
   段と、 前記指紋読取部に被験者の指が置かれたとき、前記光学
   的なデータの採取を実行し、当該被験者の指紋データを
   得る指紋データ採取手段と、 該指紋データ採取手段及び前記背景画像データ採取手段
   により得られた指紋データと背景画像データとの差分画
   像を閾値を用いて２値化し、濃淡の２値化データを得る
   差分画像２値化手段と、 該差分画像２値化手段により得られた２値化データの濃
   淡の比率を算出する濃淡比算出手段と、 該濃淡比算出手段の算出した濃淡の比率が所定範囲とな
   るように、前記差分画像２値化手段の閾値を増減させる
   閾値変更手段と、 該閾値変更手段により変更された閾値が予め定められた
   下限以上であり、かつ、前記濃淡比算出手段により算出
   された濃淡の比率が前記所定範囲となったとき、前記差
   分画像２値化手段により得られた２値化データと予め登
   録された登録指紋データとの照合を実行する照合手段
   と、 を備えることを特徴とする指紋照合装置。