JP2828820B2 - 指紋照合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は指紋照合装置に関する。
近年、電子計算機が社会全般に普及するのに伴い、安全
性（セキュリテイ）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Ｉ
Ｄ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２大特徴を持つため、本人確認の最
も有効な手段と考えられ、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。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の指紋照合装置の構成概念
図である。先ず、登録時の動作について説明する。指紋
センサ１を指に押しつけておいて指紋のパターンを検出
し、指紋センサ１内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）により
ディジタルデータに変換する。変換されたディジタルデ
ータ（指紋データ）は、続く２値化回路２により、
“０”，“１”の２値データに変換され、２値化メモリ
３に格納される。

【０００３】２値化メモリ３に格納された指紋データ
は、順次読み出された後、特徴情報が抽出される。ここ
で、特徴情報とは、例えば図１１（ａ）に示すような分
岐点や（ｂ）に示すような端点等をいう。このような分
岐点や端点がどの位置に何個あるかで指紋を特定するこ
とができる。抽出された特徴情報は、指紋辞書記憶部５
に格納される。以上の動作が複数の個人について繰り返
され、個人の特徴情報が指紋辞書記憶部５に格納され
る。

【０００４】この場合において、特徴情報は、各特徴点
を中心としたその近傍を含む窓として抽出される。抽出
された窓とその座標が指紋辞書記憶部５に記憶されるこ
とになる。図１２は窓の登録方法の説明図である。指紋
辞書を登録する場合には、入力画像Ａから特徴情報を抽
出し、図に示すように複数の窓と（１〜６）、位置合わ
せ用窓（図の太い□窓）として登録する。位置合わせ用
窓としては、画像の中心近辺の窓が選ばれる。

【０００５】このようにして、特徴情報の指紋辞書記憶
部５への登録が終了すると、今度は個人の指紋の照合動
作に入る。照合の場合、指紋センサ１に指（予め登録に
用いた指。例えば人差し指）を乗せてから、テンキー
（図示せず）で自分のＩＤ番号を入力する。この結果、
照合部６はＩＤ番号を基に指紋辞書記憶部６の検索する
範囲を決定して照合時に読み出すことにより、検索する
範囲を絞ることができる。

【０００６】登録時と同様にして、図１２に示すような
入力画像Ｂの指紋のパターンを検出し、指紋センサ１内
のＡ／Ｄ変換器によりディジタルデータに変換する。変
換されたディジタルデータは、続く２値化回路２により
“０”，“１”の２値データに変換され、２値化メモリ
３に格納される。

【０００７】照合部６は、２値化メモリ３に格納されて
いる照合用指紋画像と、指紋辞書記憶部５に格納されて
いる個人毎の特徴情報とを読み出し、双方の照合（パタ
ーンマッチング）を行う。

【０００８】具体的には、図１３に示すように、位置合
わせ用窓で入力画像Ｂ上を走査し、パターンの一致する
箇所を位置合わせの候補点とする。図ではＡ，Ｂ，Ｃの
点を、候補点としている。これら候補点から最終的に位
置合わせ点を選ぶ。次に、照合部６は、位置合わせ用窓
と各候補点との移動ベクトルを計算し、それにより各照
合用窓を平行移動させて、更に移動先の周辺を走査さ
せ、各位置でパターンマッチングを行わせる。

【０００９】パターンマッチングの不一致度が閾値以下
になれば、パターンが一致したものと、照合用窓全体の
中で一定数以上、パターンが一致したら、本人と判定す
る（ムービングウィンド法という）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の装置で
は、異なる箇所に類似のパターンが存在しても、本来の
特徴点と判断することがあり、このため誤照合が起こる
可能性があった。例えば図１４に示すような指紋像の場
合、Ａ，Ｄ，Ｅ点のパターンは、異なる線上にありなが
ら、パターンとしては類似している。従って、本来はＡ
点のパターンを比較すべきところをＥ点またはＤ点のパ
ターンと比較して一致したと判定するおそれがあった。

【００１１】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、異なる箇所に類似のパターンが存在して
も正確に照合を行うことができる指紋照合装置を提供す
ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理ブロ
ック図である。図１０と同一のものは、同一の符号を付
して示す。図において、１は指紋画像を読み取る指紋セ
ンサ、１０は該指紋センサ１から読取った指紋画像に対
して、２値化処理，細線化処理等を行う画像処理部、２
０は該画像処理部１０から読出した指紋画像から１次特
徴点を抽出する１次特徴点抽出回路、３０は該１次特徴
点抽出回路２０で抽出した特徴点を基に、当該特徴点が
存在する線上を追跡して２次特徴点を抽出する２次特徴
点抽出回路、４０はこれら１次特徴点抽出回路２０及び
２次特徴点抽出回路３０の出力を指紋辞書として登録す
る指紋辞書登録部、５０は照合時には先ず１次特徴点が
一致した後、２次特徴点まで照合して、指紋像の真偽判
定を行う指紋照合部、４３は指紋辞書登録部４０からの
出力される辞書を記憶する辞書記憶部である。

【００１３】

【作用】図１４に示したように、辞書の窓パターン（特
徴点）と照合用指紋２値画像との間では、異なる箇所で
も類似のパターンとされる傾向がある。例えば、窓の大
きさを２０画素四方程度とし、不一致度の閾値を１／４
程度にすると、本来の該当箇所と異なる箇所で不一致度
が閾値以下になる例が幾つか生じる。これは狭い領域内
でのみパターンの比較を行うからである。

【００１４】そこで、本発明では登録の際に、１次特徴
点抽出回路２０で抽出した特徴点を基に、該特徴点が存
在する線上に他の特徴点が存在している場合には、これ
ら特徴点を関連のある特徴点として２次特徴点抽出回路
３０でこれら特徴点を抽出して指紋辞書として登録して
おくようにする。そして、位置合わせ用窓も照合用窓も
１次特徴点で決定し、１次特徴点で一致した場合には、
２次特徴点でもパターンの一致，不一致をチェックする
ようにする。このように、二重の比較を行うことによ
り、類似のパターンを特徴点として用いることによる誤
照合を防止することができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図２は本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して
示す。図において、画像処理部１０は、指紋画像記憶部
１１，２値化回路１２，２値化像記憶部１３，細線化回
路１４及び細線化像記憶部１５より構成されている。指
紋辞書登録部４０は、窓選択回路４１及び辞書出力回路
４２を含んで構成されている。このように構成された装
置の動作を説明すれば、以下のとおりである。

【００１６】指紋センサ１で読み取られた指紋画像デー
タは、指紋画像記憶部１１に一時記憶される。この指紋
画像記憶部１１に記憶される指紋画像は多階調画像であ
る（例えば指紋センサ１のＡ／Ｄ変換器のビット数が８
ビットの場合には２５６階調）。２値化回路１２は、指
紋画像記憶部１１に記憶されている指紋画像データを読
出して２値化する。

【００１７】２値化回路１２で２値化されたデータは、
２値化像記憶部１３に一時記憶される。細線化回路１４
は、該２値化像記憶部１３に記憶されている２値化デー
タを読出して細線化処理（隆線あるいは谷線を幅１画素
の連続した線に細くする処理）を施す。細線化処理が施
された画像は、細線化像記憶部１５に一時記憶される。

【００１８】１次特徴点抽出回路２０は、細線化像記憶
部１３から指紋画像を読出して特徴点を抽出する。この
抽出情報は、２次特徴点抽出回路３０に通知される。２
次特徴点抽出回路３０は、１次特徴点抽出回路２０で特
徴点が抽出されると、その特徴点が抽出された線上を図
３に示すように追跡して同じ線上に特徴点があるかどう
かを検出する。

【００１９】図３において、Ａ点が１次特徴点であるも
のとする。２次特徴点抽出回路３０は、はこのＡ点を出
発点として線Ｌ上を上下に辿り、特徴点を検出する。図
ではＢ点とＣ点に特徴点（２次特徴点）を見つけた場合
を示している。

【００２０】１次特徴点抽出回路２０及び２次特徴点抽
出回路３０により抽出された特徴点情報は、指紋辞書登
録部４０内の窓選択回路４１に送られる。該窓選択回路
４１は、前記抽出回路２０，３０で抽出された特徴点及
びその近傍を含む画像を窓として選択する。選択された
窓は、その窓の座標情報と共に辞書出力回路４２から出
力され、指紋辞書記憶部（図示せず）に記憶される。

【００２１】次に、指紋照合動作について説明する。照
合用指紋画像は指紋センサ１で読み取られた後、指紋画
像記憶部１１に入る。該指紋画像記憶部１１に記憶され
た指紋画像に対して、２値化の処理を行う。２値化処理
がされた画像は、２値化像記憶部１３に記憶される。

【００２２】指紋照合部５０は、入力された照合用画像
と指紋辞書記憶部４３に記憶されている指紋辞書との照
合（パターンマッチング）を行う。図４を用いて説明す
る。例えば、Ａ点で照合用画像と指紋辞書とのマッチン
グがとれたものとする。指紋照合部５０は、次にＡ点の
存在する線上の他の特徴点（Ｂ点，Ｃ点）についても照
合用画像と指紋辞書とのパターンマッチングを行う。こ
の結果、これら２点でもマッチングがとれた場合は更に
２点間の隆線の境界線を追跡し、１次特徴点から出発し
て２次特徴点に辿り着く時に、特徴点が一致したと判定
する。図のＤ点，Ｅ点で１次特徴点が一致した場合にお
いては、他の２次特徴点が一致しないので、不一致と判
定され、誤照合を防ぐことができる。

【００２３】なお、上述した細線は、隆線であってもよ
いし、谷線であってもよい。図５は２次特徴点抽出回路
３０の具体的構成例を示すブロック図である。図２と同
一のものは、同一の符号を付して示す。実線の矢印はデ
ータの流れを、破線の矢印は信号の流れを示している。
２次特徴点抽出回路３０において、３１は細線化像記憶
部１５に記憶されている指紋画像を読出して、１次特徴
点が検出された細線上を追跡する追跡回路、３２は該細
線追跡回路３１の出力を受けて追跡した画素数を記憶す
る追跡画素数記憶部、３３は細線追跡回路３１の追跡結
果を基に、２次特徴点を検出する２次特徴点検出回路で
ある。

【００２４】３４は該２次特徴点検出回路３３の出力を
受けて、検出した２次特徴点の数を計数する２次特徴点
計数回路、３５は２次特徴点検出回路３３の出力を受け
て、２次特徴点の位置を座標データとして記憶する２次
特徴点位置記憶回路、３６は１次特徴点抽出回路２０の
出力を受けて、抽出した１次特徴点の位置情報を記憶す
る１次特徴点記憶部、３７は２次特徴点抽出回路３０内
の各構成要素を制御する制御回路である。２次特徴点位
置記憶回路３５の出力は、窓選択回路４１に与えられ
る。このように構成された回路の動作を説明すれば、以
下のとおりである。

【００２５】制御回路３７は、１次特徴点抽出回路２０
で抽出した１次特徴点のうち、どれについてそれについ
て関連した２次特徴点の調査を行うか、１次特徴点記憶
部３６の内容を参照して点検する。細線追跡回路３１
は、制御回路３７からの指令を基に所定された１次特徴
点を出発点として、細線上を追跡する。追跡の様子は、
図３に示したとおりである。つまり、１次特徴点を中心
としてその上下に細線上を追跡していく。

【００２６】ここで、細線追跡回路３１の追跡した画素
数は、追跡画素数記憶部３２に記憶させておき、所定数
を越えて追跡しないようにしている。２次特徴点検出回
路３３は、図３に示すようにして細線上の特徴点を順次
検出していく。そして、追跡した細線上に他の特徴点
（２次特徴点）がある場合には、その特徴点の座標等を
２次特徴点位置記憶回路３５に記憶させる。同時に、２
次特徴点計数回路３４は、検出した特徴点の数を計数し
ておく。所定数以上の特徴点を求めることは、煩雑にな
るので、検出する特徴点の数を一定値以内に制限するよ
うにしたものである。なお、２次特徴点検出回路３３で
検出した特徴点が図１１の（ａ）に示すような分岐点の
場合には、細線追跡回路３１はそれぞれの分岐線に沿っ
て追跡作業を行う。

【００２７】ここで、若し細線が断線していた場合の細
線追跡回路３１の動作について説明する。今、図６に示
すように細線が点Ｐと点Ｑ間で断線していたものとす
る。細線追跡を完全に行うには、この断線している点間
を接続する必要がある。今、図の点Ｐの座標原点Ｏから
のベクトルを＜ベクトル＞ＯＰと表すことにする（以
下、同様である）、ｎ画素より構成される線分Ｐ′Ｐ間
のベクトルを＜ベクトル＞Ｐ′Ｐ、＜ベクトル＞Ｐ′Ｐ
と垂直なベクトルを＜ベクトル＞ｇとして、次式を演算
する。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここで、α，βはある変数である。この式
により求まった＜ベクトル＞ｒが図に示す探索範囲内に
あった場合には、点Ｐと点Ｑ間を接続する。そして、接
続された線に沿って追跡を続行していく。

【００３０】窓選択回路４１は、１次特徴点記憶部３６
及び２次特徴点位置記憶回路３５に記憶されている特徴
点情報から、１次特徴点として記憶されているものか
ら、辞書として登録するものを窓として選択し、同時に
この１次特徴点と関連した２次特徴点の窓を選択し、画
像パターン及びその位置情報として辞書出力回路４２
（図２参照）から出力する。

【００３１】図７は本発明の登録時の動作を示すフロー
チャートである。図の破線で囲った部分が本発明を特徴
づける部分である。装置の構成図としては、図２，図５
を用いる。先ず、指紋センサ１から指紋画像を入力し、
指紋画像記憶部１１に記憶させる（Ｓ１）。次に、２値
化回路１２は、指紋画像記憶部１１に記憶されている指
紋画像を読出して２値化する（Ｓ２）。２値化した指紋
画像は２値化像記憶部１３に記憶される。細線化回路１
４は、２値化像記憶部１３に記憶されている２値化デー
タを読出して細線化処理を行う（Ｓ３）。細線化された
２値画像は、細線化像記憶部１５に記憶される。

【００３２】次に、１次特徴点抽出回路２０は、細線化
像記憶部１５に記憶されている２値画像データを読出し
て、特徴点を抽出し（Ｓ４）、１次特徴点を抽出する
（Ｓ５）。１次特徴点を抽出したら、装置は全ての１次
特徴点の抽出が終了したかどうかチェックし（Ｓ６）、
終了した場合にはその１次特徴点及びその近傍を窓選択
回路４１で窓として切り出し、辞書出力回路４２から辞
書として出力する（Ｓ１４）。出力された辞書情報は、
指紋辞書記憶部４３（図示せず）に記憶される。

【００３３】ステップＳ６において、全１次特徴点の抽
出が終了していない場合には、追跡画素数記憶部３２
は、追跡画素数初期値Ｎ＝０と設定する（Ｓ７）。一
方、２次特徴点計数回路３４は、２次特徴点数初期値Ｍ
＝０に設定する（Ｓ８）。細線追跡回路３１は、１次特
徴点が存在する細線上を追跡画素数をその都度更新しな
がら追跡していく（Ｓ９）。

【００３４】追跡するにあたり、更新した追跡画素数が
閾値を越えたかどうかチェックする（Ｓ１０）。閾値を
越えた場合には、その時点で当該１次特徴点に関連する
他の特徴点（２次特徴点）の追跡を中止して、ステップ
Ｓ６に戻る。関連する細線上をどこまでも追跡するのを
防止したものである。追跡画素数が閾値を越えていない
場合には、２次特徴点検出回路３３が他の特徴点を検出
する。そして、装置は２次特徴点検出回路３３が他の特
徴点を検出したかどうかチェックする（Ｓ１１）。

【００３５】若し、２次特徴点を検出できなかった場合
には、ステップＳ９に戻り、追跡画素数を１だけ更新
し、更に特徴点検出を行う。若し、２次特徴点を検出し
た場合には、２次特徴点計数回路３４が２次特徴点の数
Ｍを１だけ更新して（Ｓ１２）、該２次特徴点の位置を
２次特徴点位置記憶回路３５に記憶した後（Ｓ１３）、
ステップＳ９に戻る。このようにして、２次特徴点の検
出は、追跡画素数が閾値を越えるまで続けられる。

【００３６】図８は本発明の他の実施例を示す構成ブロ
ック図である。図２と同一のものは、同一の符号を付し
て示す。指紋センサ１，指紋画像記憶部１１，２値化回
路１２及び２値化像記憶部１３までの構成は、図２と同
じである（ここでは、細線化回路１４，細線化像記憶部
１５は省略してある）。図において、４３は図２の辞書
出力回路４２から出力される１次特徴点及びこれに関連
する２次特徴点情報を記憶する辞書記憶部、４４は辞書
記憶部４３に記憶されている１次，２次特徴点を走査し
て読み出す１次２次特徴点走査回路である。

【００３７】４５は２値化像記憶部１３に記憶されてい
る２値化データから２値化像を読出して、１次２次特徴
点走査回路４４から読出した特徴点とのパターンマッン
グを行うパターンマッチング回路、４６は該パターンマ
ッチング回路４５の出力を受けて、マッチングの結果を
出力するマッチング判定回路、４７は該マッチング判定
回路４６及び１次２次特徴点走査回路４４の出力を受け
て、２値化像における１次２次特徴点間の境界線の追跡
処理を行う１次２次特徴点間追跡回路、４８は該１次２
次特徴点間追跡回路４７の出力を受けて、最終的にパタ
ーンマッチングの結果の判定を行う判定回路である。こ
のように構成された回路の動作を、図９のフローチャー
トを参照しつつ説明すれば、以下のとおりである。

【００３８】先ず、照合用の指紋画像を指紋センサ１か
ら入力する（Ｓ１）。入力された画像は、指紋画像記憶
部１１に記憶される。２値化回路１２は、指紋画像記憶
部１１から読出した指紋画像を２値化する（Ｓ２）。２
値化した画像は、２値化像記憶部１３に記憶される。照
合用画像の２値化が終了したら、次に位置合わせ動作に
入る。

【００３９】位置合わせ動作では、１次２次特徴点走査
回路４４が辞書記憶部４３に記憶されている指紋辞書の
１次特徴点と２値化像記憶部１３に記憶されている照合
用画像との１次特徴点の位置合わせを行う（Ｓ３）。次
に、指紋辞書の２次特徴点と照合用画像との位置合わせ
を行う（Ｓ４）。この状態で、１次２次特徴点間追跡回
路４７は、辞書画像と照合用画像との１次，２次特徴点
の追跡を行う（Ｓ５）。

【００４０】次に、パターンマッチング回路４５は、前
記追跡結果に基づいて位置合わせ条件が満たされている
かどうかチェックする（Ｓ６）。満たされていない場合
には、ステップＳ３に戻る。満たされていた場合には、
先ず１次特徴点についての照合を行い（Ｓ７）、次に２
次特徴点についての照合を行う（Ｓ８）。そして、１次
２次特徴点間追跡回路４７が１次特徴点，２次特徴点間
の追跡を行う（Ｓ９）。判定回路４８は照合条件をチェ
ックし（Ｓ１０）、合致した時には照合結果を判定回路
４８から出力する（Ｓ１１）。照合条件が合致しなかっ
た場合にはステップＳ３に戻り、次の位置合わせ操作を
行う。

【００４１】前述の説明では、抽出した２次特徴点の全
てについて照合を行う場合を例にとったが、本発明はこ
れに限るものではない。その一部を用いて照合を行うよ
うにしてもよい。また、登録時に２次特徴点の検出の際
に、２値化像で隆線，谷線の境界線を追跡し、境界線の
方向の変化により特徴点を検出することも可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば異なる箇所に類似のパターンが存在しても正確に
照合を行うことができる指紋照合装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図３】２次特徴点追跡の説明図である。

【図４】パターンマッチングの説明図である。

【図５】２次特徴点抽出回路の具体的構成例を示すブロ
ック図である。

【図６】断線追跡の説明図である。

【図７】本発明の登録時の動作を示すフローチャートで
ある。

【図８】本発明の他の実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図９】本発明の照合時の動作を示すフローチャートで
ある。

【図１０】従来の指紋照合装置の構成概念図である。

【図１１】指紋の特徴情報例を示す図である。

【図１２】窓の登録方法の説明図である。

【図１３】位置合わせと照合の関係を示す図である。

【図１４】類似パターンの例を示す図である。

【符号の説明】

１ 指紋センサ １０ 画像処理部 ２０ １次特徴点抽出回路 ３０ ２次特徴点抽出回路 ４０ 指紋辞書登録部 ４３ 辞書記憶部 ５０ 指紋照合部

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指紋画像を読み取る指紋センサ（１）
   と、 該指紋センサ（１）から読取った指紋画像に対して、２
   値化処理，細線化処理等を行う画像処理部（１０）と、 該画像処理部（１０）から読出した指紋画像から１次特
   徴点を抽出する１次特徴点抽出回路（２０）と、 該１次特徴点抽出回路（２０）で抽出した特徴点を基
   に、当該特徴点が存在する線上を追跡して２次特徴点を
   抽出する２次特徴点抽出回路（３０）と、 これら１次特徴点抽出回路（２０）及び２次特徴点抽出
   回路（３０）の出力を指紋辞書として登録する指紋辞書
   登録部（４０）と、 その辞書を記憶する辞書記憶部（４３）と、 照合時には先ず１次特徴点が一致した後、２次特徴点ま
   で照合して、指紋像の真偽判定を行う指紋照合部（５
   ０）とにより構成された指紋照合装置。
2. 【請求項２】 前記２次特徴点抽出回路（３０）は、１
   次特徴点に関連した周辺の特徴点を、細線化された隆線
   を追跡して２次特徴点として抽出するようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
3. 【請求項３】 前記２次特徴点抽出回路（３０）は、１
   次特徴点に関連した周辺の特徴点を、細線化された谷線
   を追跡して２次特徴点として抽出するようにしたことを
   特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
4. 【請求項４】 前記２次特徴点抽出回路（３０）は、細
   線上を追跡するに際し、細線が途中で切れていた場合に
   は、一方の端から所定のベクトル演算を行い、演算結果
   が一定範囲にある他の端点に向かって線をつなぐように
   して追跡を続行するようにしたことを特徴とする請求項
   ２乃至３記載の指紋照合装置。
5. 【請求項５】 前記２次特徴点抽出回路（３０）は、１
   次特徴点に関連した周辺の特徴点を、２値画像の隆線，
   谷線の境界線を追跡して２次特徴点として抽出するよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。