JP2818317B2

JP2818317B2 - 指紋登録照合方法

Info

Publication number: JP2818317B2
Application number: JP3083648A
Authority: JP
Inventors: 誠吾井垣; 卓新崎
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1998-10-30
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JPH04294465A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指紋登録照合方法に関
し、更に詳しく言えば、映像情報セキュリティシステム
等の指紋による本人確認装置に用いられ、特に、前記装
置における指紋登録照合方法に関する。

【０００２】近年、コンピュータが広範な社会システム
の中に導入されるにともない、システムセキュリティに
関係者の関心が集まっている。コンピュータルームへの
入室や端末利用の際の本人確認手段として、これまで用
いられてきたＩＤカードやパスワードには、セキュリテ
ィ確保の面から多くの疑問が提起されている。

【０００３】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
テムに関しての多くの研究開発が行われている。

【０００４】

【従来の技術】図１１は、従来の本人確認装置を示した
図、図１２は、従来の窓画像の登録順位説明図である。
図中、１は指紋センサ、２は２値化回路、３は２値化メ
モリ、４は登録部、５は特徴情報記憶部、６は照合部、
７は主変位量変更部、８は副変位量変更部、９はメモリ
アドレス指定部、１０は画素値比較部、１１は合格窓数
評価部、１２は特徴抽出部を示す。

【０００５】従来、ムービングウインドウ法による本人
確認装置は、図１１のように構成されていた。この装置
は、指紋センサ１、２値化回路２、２値化メモリ３、登
録部４、特徴情報記憶部５、照合部６等で構成されてい
る。

【０００６】また、前記登録部４には特徴抽出部１２を
設けると共に、照合部６には、主変位量変更部７、副変
位量変更部８、メモリアドレス指定部９、画素値比較部
１０、合格窓数評価部１１を設ける。

【０００７】上記装置において、指紋を登録する場合は
次のようにする。先ず、指紋センサ１から指紋画像を入
力する。この入力画像は、２値化回路２によって２値化
処理を行った後、２値化メモリ３に格納する。

【０００８】その後、特徴抽出部１２により、２値化メ
モリ３内の指紋画像から、指紋の特徴点を抽出し、特徴
情報記憶部５に登録する。

【０００９】この特徴点抽出に際しては、指紋画像の端
点や分岐点などの特徴点近傍の指紋画像を「窓」として
切り出し、各「窓」毎に、「窓」の位置座標、「窓」の
中の２値化像、「窓」の中の特徴点の種類等を個人特徴
情報の辞書情報として登録しておく。

【００１０】また、登録の順序としては、図１２のとお
りである。すなわち、特徴点の登録の際には、入力画像
（２値化メモリ内の２値化画像）を、予め幾つかの小領
域に分割しておき、入力画像の中心Ｐに近い小領域か
ら、図示矢印の順に、特徴点を探し、窓として登録する
方法をとっていた。

【００１１】指紋照合時には、次のようにする。先ず指
紋センサにより、指紋画像を入力し、２値化回路２によ
って２値化処理を行い、２値化メモリ３に２値化した指
紋画像を格納する。

【００１２】その後、照合部６において、２値化メモリ
３内の入力画像（２値化画像）と、特徴情報記憶部５内
の辞書情報とを照合して、本人確認を行う。

【００１３】この場合、先ず位置合わせ用窓と入力画像
とのパターンマッチングを行って、登録時と照合時の入
力位置の違いを補正する。次に位置合わせ用窓の変位量
に応じて周辺の照合用窓を平行移動させる。

【００１４】これらの処理は、主変位量変更部７からの
指示でメモリアドレス指定部９が２値化メモリ３と、特
徴情報記憶部５に対し、アドレスを送出することにより
行う。

【００１５】このアドレス送出により、２値化メモリ３
からの窓画像情報と、特徴情報記憶部５からの窓画像情
報（辞書情報）とを画素値比較部１０に取り込み画素の
比較を行う。

【００１６】しかし、この比較処理では、両画素の一致
性はあまり良くない（指の伸び縮み等があるため）。こ
のため、副変位量変更部８により、個々の照合用窓をそ
れぞれ独立にわずかずつ移動させて、再び上記と同様の
画素比較を行う。

【００１７】前記画素比較の結果の情報である窓の合否
情報を、合格窓数評価部１１に取り込み、合否の評価を
行う。この評価により、予め決めた数以上の窓が合格で
あれば、本人確認信号（本人と確認した旨の信号）を出
力する。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記のような実施例の
ものにおいては、次のような課題があった。（１）従来の指紋登録時には、入力画像の中心に近い小
領域から順に特徴点を探し、「窓」として登録してい
た。このため、必ずしもパターンの太り、細り、あるい
は回転等に対して安定な「窓」が優先的に選択されると
は限らない。

【００１９】（２）上記（１）の理由により、指紋照合
時の照合率が悪い。

【００２０】本発明は、このような従来の課題を解決
し、指紋画像におけるパターンの太り、細り、あるいは
回転に対して安定な「窓」を優先的に辞書として登録す
ることにより、照合率を向上させることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】図１、図２は本発明の原
理図であり、図１は本人確認装置の構成図、図２は照合
誤差の説明図である。図中、１３は登録時の窓、１４は
照合時の窓、１５は白領域、１６は黒領域、２０は境界
線長計算部、２１は境界線長格納部、２２は境界線長評
価部、を示す。

【００２２】先ず、本発明の原理を、図２について説明
する。図２は、指紋照合時に発生する照合誤差の発生原
因と発生箇所を示してあり、特に、入力画像の回転にと
もなう照合誤差の例を示したものである。

【００２３】図示のように、指紋画像には、白領域（指
紋の隆線部）１５と黒領域（指紋の谷線部）１６とがあ
る。登録時の窓１３に対し、照合時に入力画像の回転を
行って、照合時の窓１４を図示点線のようにしたとす
る。

【００２４】この場合、白領域１５内の点Ａ₁は、回転
により点Ａ₂まで移動するが、移動後の点Ａ₂も白領域
１５内の点であって、画素反転は起こらない。

【００２５】しかし、白領域１５内でも、黒領域１６と
の境界線近くの点Ｂ₁は、回転により、黒領域１６内の
点Ｂ₂となる。従って、この場合は画素反転が起こる。

【００２６】このことから、照合時の回転により影響を
受けるのは、白領域１５と黒領域１６の境界線、すなわ
ち、指紋の隆線部と谷線部の境界に近い部位の画素であ
ることがわかる。

【００２７】このような画素反転がおこると、照合誤差
が発生する。従って、白領域１５と黒領域１６との境界
線が長いと回転に対して不安定な窓となる。

【００２８】そこで本発明では、上記の点に着目し、指
紋の登録時に、「窓」画像を選択する際、「窓」の中の
境界線長の累計値を求めて評価し、境界線長の値が小さ
い「窓」を優先的に辞書として登録するようにした。

【００２９】上記原理に基づく具体的な構成は、次のと
おりである。（図１参照）（１）予め、指紋の個人特徴情報を登録しておく特徴情
報記憶部５と、指紋特徴点近傍の「窓」を抽出し、この
「窓」の個人特徴情報を、前記特徴情報記憶部５に登録
する登録部４と、前記特徴情報記憶部５に登録されてい
る指紋の特徴と、入力した指紋の特徴とを照合する登録
部６とを具備した本人確認装置の指紋登録照合方法にお
いて、前記登録部４で、個人特徴情報を登録する際、抽
出した全「窓」の画像について、「境界線長の累計値」
を求めて評価を行い、前記累計値の少ない「窓」を優先
的に登録するようにした。

【００３０】（２）上記「境界線長の累計値」の少ない
順に分類して登録し、この登録順位を、照合の際の利用
順位とした。

【００３１】（３）上記「境界線長の累計値」の過多に
応じて、「窓」に重み付けをして登録し、照合の際に
は、重み付けをしたスコアの合計値の大小により、本人
確認を行うようにした。

【００３２】（４）上記「境界線長の累計値」の過多に
応じて、照合の際の個々の窓の合否判定閾値を変えるよ
うにした。

【００３３】

【作用】上記構成に基づく本発明の作用を、図１を参照
しながら説明する。指紋特徴点の登録は、次のようにし
て行う。指紋センサ１で入力した指紋画像は、２値化回
路２により２値化画像に変換された後、２値化メモリ３
に格納される。

【００３４】特徴抽出部１２では、２値化メモリ３内の
指紋画像（２値化画像）から特徴点近傍の指紋画像を
「窓」として切り出す。

【００３５】その後、境界線長計算部２０により、前記
「窓」内の「境界線長の累計値」を計算し、その結果
を、境界線長格納部２１に格納する。

【００３６】上記の処理を、抽出した全「窓」について
行い、その後、境界線長評価部２２により評価を行い、
「境界線長の累計値」の少ない「窓」を優先的に登録す
る。

【００３７】この登録は、登録部４により、特徴情報記
憶部５内に、個人特徴情報として登録する。

【００３８】照合時には、登録された順序に従って、
「窓」の照合を行い、本人確認を行う、このようにすれ
ば、パターンの太り、細り、あるいは回転により照合誤
差を発生しやすい境界部の少ない安定な「窓」を優先的
に登録し、かつこれを利用することが可能となり、照合
率が向上する。

【００３９】また、「境界線長の累計値」の過多に応じ
て重み付けを行うことにより、所定の誤照合率を維持し
たまま、照合する「窓」の数を減らすことができる。

【００４０】更に、「境界線長の累計値」の過多に応じ
て、照合の際の個々の「窓」の合否の判定閾値を変える
ことによっても照合率が向上する。

【００４１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。（第１実施例の説明）図３〜図４は、本発明の第１実施
例を示した図であり、図３は本人確認装置を示した図、
図４は処理フローチャートである。図中、図１、図１２
と同符号は同一のものを示す。

【００４２】第１実施例における本人確認装置は、図３
（Ａ）に示したように、指紋センサ１、２値化回路２、
２値化メモリ３、登録部４、特徴情報記憶部５、照合部
６で構成している。

【００４３】また、照合部６には、主変位量変更部７、
副変位量変更部８、メモリアドレス指定部９、画素値比
較部１０、合格窓数評価部１１を設ける。

【００４４】更に、登録部４には、特徴抽出部１２、境
界線長計算部２０、境界線長格納部２１、境界線長評価
部２２を設ける。

【００４５】上記境界線長計算部２０は、特徴抽出部１
２で抽出した「窓」内の「境界線長の累計値」を計算す
るものであり、境界線長格納部２１は、前記計算結果を
格納しておくメモリである。

【００４６】境界線長評価部２２は、「境界線長の累計
値」の評価を行い、特徴情報記憶部５に登録する「窓」
の優先順位を決定するものである。

【００４７】特徴情報記録部５は、指紋の個人特徴情報
を登録しておくメモリであり、その内部のデータ構造
は、図３（Ｂ）のようになっている。

【００４８】この例では、個人特徴情報は、「窓」の位
置情報（Ｘ，Ｙ）と「窓」の画像情報（２値データ）と
で構成されている。前記（Ｘ，Ｙ）は、座標値である。

【００４９】なお、他の構成は、上記従来例と同じなの
で、各部の説明は省略する。上記構成の本人確認装置に
おいて、指紋特徴点の登録は、次のようにして行う。

【００５０】先ず、従来と同様にして、入力した指紋画
像は２値化画像に変換する。この２値化画像について特
徴点が見つかったら、特徴点近傍の２値画像を「窓」と
して切り出す。

【００５１】その後、この「窓」の内部の２値化画像の
「境界線長の累計値」を求める。そして、選択したすべ
ての「窓」に対してこの評価を行い、累計値の少ない順
に辞書として登録する。

【００５２】照合の際には、この登録順位に従って、
「窓画像」と「入力画像」との照合を行う。

【００５３】以下、図４の処理フローチャートに基づい
て、指紋登録時の処理方法を説明する。なお、各処理の
番号はカッコ内に示す。

【００５４】指紋センサ１で指紋画像の入力を行うと、
この指紋画像は、２値化回路２により２値化し（Ｓ１
０）、２値化メモリ３に格納する。

【００５５】その後、特徴抽出部１２において、２値化
メモリ３内の指紋画像（２値化画像）の細線化を行い
（Ｓ１１）、特徴抽出を行う（Ｓ１２）。

【００５６】次に、境界線長計算部２０において、「境
界線長の累計値」を計算し（Ｓ１３）、計算結果を境界
線長格納部２１に格納する（Ｓ１４）。

【００５７】続いて、境界線長評価部２２では、「境界
線長の累計値」を評価する（Ｓ１５）。この処理を、
「窓」内の全特徴点について行った後（Ｓ１６）、登録
窓の選択を行う（１７）。

【００５８】この選択は、境界線長の累計値の短かいも
の（累計値の少ないもの）から順に選択する。その後、
選択順に従って、特徴情報記憶部５に辞書として登録す
る（Ｓ１８）。

【００５９】なお、上記処理中、Ｓ１０〜Ｓ１２の処理
は、従来例と同じである。また、照合部６の処理も従来
例と同じなので、説明を省略する。

【００６０】（第２実施例の説明）図５は第２実施例の
本人確認装置を示した図であり、図５（Ａ）は前記装置
のブロック図、図５（Ｂ）は、個人特徴情報のデータ構
造を示す。また図６は、図５に示した装置の処理フロー
チャートを示す。図中、図３と同符号は同一のものを示
す。また２３は、利用順位設定部を示す。

【００６１】第２実施例は、「境界線長の累計値」の少
ない順に分類して個人特徴情報を登録すると共に、照合
の際の「窓」利用順位を前記の登録順とした例である。

【００６２】この例では、本人確認装置の登録部４に
は、利用順位設定部２３を設けると共に、特徴情報記憶
部５内の個人特徴情報のデータ構造を、窓の位置情報
（Ｘ，Ｙ）、利用順位情報（窓番号）、及び窓の画像情
報（２値）の３つとした。

【００６３】以下、上記装置における指紋特徴点の登録
処理を、図６の処理フローチャートに基づいて説明す
る。なお、図６の各処理番号はカッコ内に示す。

【００６４】第２実施例における指紋特徴点の登録処理
は、図６のＳ２０〜Ｓ２７まで、上記第１実施例と同じ
である。

【００６５】すなわち、入力した指紋画像を２値化し
（Ｓ２０）、細線化し（Ｓ２１）、特徴抽出を行う（Ｓ
２２）。その後、「境界線長の累計値」を計算し（Ｓ２
３）、その累計値を格納し（Ｓ２４）、「境界線長の累
計値」の評価を行う（Ｓ２５）。

【００６６】この処理を「窓」内の全特徴点について行
い（Ｓ２６）、登録窓の選択を行う（Ｓ２７）。ここで
図５に示した利用順位設定部２３により、利用順位を決
定した後、辞書登録を行う（Ｓ２９）。

【００６７】前記登録処理の際、図５（Ｂ）に示した利
用順位情報（窓番号）を個人特徴情報に付加しておく。

【００６８】登録処理は以上のとおりであるか、照合時
には、照合部６において、前記利用順位情報を取り込ん
で、その順番に「窓」の照合を行う。

【００６９】（第３実施例の説明）図７は、第３実施例
の本人確認装置を示した図であり、図７（Ａ）は前記装
置のブロック図、図７（Ｂ）は個人特徴情報のデータ構
造である。また図８は、前記装置の処理フローチャート
である。

【００７０】図中、図５と同符号は同一のものを示す。
この実施例は、境界線長の累計値の過多に応じて、個々
の「窓」の照合結果に重みづけを行い、照合の際には、
重みづけしたスコアの合計値の大小により本人確認を行
う例である。

【００７１】この実施例における指紋登録照合装置は、
図５に示した第２実施例の装置と同様な構成であるが、
特徴情報記憶部５の個人特徴情報のデータ構造を図７
（Ｂ）のようにした。

【００７２】すなわち、個人特徴情報は、窓の位置情報
（Ｘ，Ｙ）、利用順位情報（窓番号）、重み係数Ｋ₁、
境界線長の累計値、窓の画像情報（２値）とで構成す
る。

【００７３】以下、第３実施例の処理を、図８の処理フ
ローチャートに基づいて説明する。なお、図８の処理番
号はカッコ内に示す。

【００７４】図８の処理で、Ｓ３０〜Ｓ３８の処理は、
図６の処理と同じである。すなわち、指紋画像を入力し
て２値化し（Ｓ３０）、細線化を行って（Ｓ３１）、特
徴抽出を行う（Ｓ３２）。その後、「境界線長の累計
値」の計算を行い（Ｓ３３）、計算結果である「境界線
長の累計値」を格納し（Ｓ３４）、更に境界線長の評価
を行う（Ｓ３５）。

【００７５】この処理を「窓」内の全特徴点について行
った後（Ｓ３６）、登録窓の選択を行い（Ｓ３７）、利
用順位設定部２３において利用順位の決定を行う（Ｓ３
８）。

【００７６】次に、利用順位設定部２３では、「境界線
長の累計値」と「重み係数の対象表」から重み係数を求
め、重み係数を設定する（Ｓ３９）。

【００７７】その後、辞書登録を行う（Ｓ４０）。この
辞書登録では、特徴情報記憶部５に個人特徴情報を登録
するが、そのデータ構造は、図７（Ｂ）のように、窓の
位置情報（Ｘ，Ｙ）、利用順位情報（窓番号）、重み係
数Ｋ₁、境界線長の累計値、窓の画像情報（２値）から
成っている。

【００７８】次に、指紋の照合時には、照合部６内の画
素比較部１０において、画素比較を行い、「窓」の合否
判定を行う。その後、合格窓数評価部１１において、合
格窓数の評価をして、本人確認を行う。

【００７９】この本人確認を行う際、合格窓数評価部１
１では、画素比較部１０からの「窓」の合否情報と、特
徴情報記憶部５からの上記重み係数とを取り込み、重み
付けしたスコア３の合計値の大小により本人確認を行
う。

【００８０】本人確認がなされると、本人確認信号を出
力する。なお、主変位量変更部７、副変位量変更部６、
メモリアドレス指定部９の動作は、従来例と同じなの
で、説明を省略する。

【００８１】（第４実施例の説明）図９は、第４実施例
の本人確認装置を示した図であり、図９（Ａ）は本人確
認装置のブロック図、図９（Ｂ）は個人特徴情報のデー
タ構造を示した図である。また図１０は、第４実施例の
処理フローチャートである。

【００８２】図中、図７と同符号は同一ものをを示す。
また２４は照合閾値設定部、２５は閾値変更部を示す。
第４実施例は、境界線長の累計値の過多に応じて、照合
の際の個々の窓の合否判定閾値を変えるようにした例で
ある。

【００８３】従って、第４実施例の本人確認装置では、
図５に示した構成の外、登録部４に、照合閾値設定部２
４を付加すると共に、照合部６に閾値変更部２５を付加
している。

【００８４】また、特徴情報記憶部５の個人特徴情報と
しては、窓の位置情報（Ｘ，Ｙ）、利用順位情報（窓番
号）、窓の照合閾値、窓の画像情報（２値）で構成す
る。

【００８５】以下、図１０の処理フローチャートに基づ
き、第４実施例の処理を説明する。なお、図１０の各処
理番号は、カッコ内に示す。

【００８６】図１０のＳ５０〜Ｓ５８の処理は、図８と
同じである。すなわち、入力した指紋画像を２値化し
（Ｓ５０）、細線化（Ｓ５１）した後、特徴抽出を行う
（Ｓ５２）。その後、「境界線長の累計値」の計算を行
い（Ｓ５３）計算結果を格納（Ｓ５４）した後、「境界
線長の累計値」の評価を行う（Ｓ５５）。

【００８７】この処理を全特徴点について行った後（Ｓ
５６）、登録窓の選択を行い（Ｓ５７）、利用順位を決
定する（Ｓ５８）。続いて照合閾値の決定を行って（Ｓ
５９）、辞書登録を行う（Ｓ６０）。

【００８８】この場合、境界線長の累計値と、照合閾値
の対応表から照合閾値を求め、図９（Ｂ）に示したよう
に、辞書に登録する。

【００８９】登録時の処理は以上のとおりであるが、照
合時には、照合部６内に設けた閾値変更部２５により、
「境界線長の累計値」の閾値を変更しながら照合を行
う。

【００９０】この閾値の変更は、画素比較部１０での画
素比較結果により、閾値変更部２５が閾値の変更を行
う。

【００９１】この閾値の変更を行うと、変更した閾値以
下の「境界線長の累計値」を持つ「窓」を、辞書情報と
して、指紋の照合を行う。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。（１）指紋画像におけるパターンの太り、細りや回転に
より、照合誤差を発生しやすい境界線の少ない安定な窓
を、優先的に登録することが可能になる。その結果、照
合時における照合率の向上が期待できる。

【００９３】（２）「境界線長の累計値」の過多に応じ
て「窓」に重み付けをして照合を行うことにより、所定
の誤照合率を維持したまま、照合する「窓」の数を減ら
すことができる。従って、照合率が向上すると共に、照
合時間も短かくなる。

【００９４】（３）「境界線長の累計値」の過多に応じ
て、照合の際の個々の「窓」に対する合否の判定閾値を
変えるこにより、上記（２）の場合と同様にして、照合
する「窓」の数を減らすことができる。従って、照合率
が向上すると共に、照合時間も短縮化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理図（本人確認装置）である。

【図２】本発明の原理図（照合誤差の説明図）である。

【図３】第１実施例の本人確認装置を示した図である。

【図４】第１実施例の処理フローチャートである。

【図５】第２実施例の本人確認装置を示した図である。

【図６】第２実施例の処理フローチャートである。

【図７】第３実施例の本人確認装置を示した図である。

【図８】第３実施例の処理フローチャートである。

【図９】第４実施例の本人確認装置を示した図である。

【図１０】第４実施例の処理フローチャートである。

【図１１】従来の本人確認装置を示した図である。

【図１２】従来の窓画像の登録順位説明図である。

【符号の説明】

１指紋センサ２２値化回路３２値化メモリ４登録部５特徴情報記憶部６照合部１２特徴抽出部２０境界線長計算部２１境界線長格納部２２境界線長評価部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】予め、指紋の個人特徴情報を登録してお
く特徴情報記憶部（５）と、指紋特徴点近傍の「窓」を
抽出し、この「窓」の個人特徴情報を、前記特徴情報記
憶部（５）に登録する登録部（４）と、前記特徴情報記
憶部（５）に登録されている指紋の特徴と、入力した指
紋の特徴とを照合する照合部（６）とを具備した本人確
認装置の指紋登録照合方法において、前記登録部（４）
で、個人特徴情報を登録する際、抽出した全「窓」の画
像について、「境界線長の累計値」を求めて評価を行
い、前記累計値の少ない「窓」を優先的に登録すること
を特徴として指紋登録照合方法。
【請求項２】上記「境界線長の累計値」の少ない順に
分類して登録し、この登録順位を、照合の際の「窓」の
利用順位としたことを特徴とする請求項１記載の指紋登
録照合方法。
【請求項３】上記「境界線長の累計値」の過多に応じ
て、「窓」に重み付けをして登録し、照合の際には、重
み付けをしたスコアの合計値の大小により、本人確認を
行うことを特徴とした請求項１記載の指紋登録照合方
法。
【請求項４】上記「境界線長の累計値」の過多に応じ
て、照合の際の個々の窓の合否判定閾値を変えることを
特徴とした請求項１記載の指紋登録照合方法。