JP2859681B2 - 指紋データの２値化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 指紋データの２値化方法に関し、 ２値化処理を簡単にすると共に、装置の構成を簡素化
することを目的とし、 読込んだ指紋データを所定画素数毎に枡目に分割し、
各枡目毎に間引き走査を行い、走査した画素の画素値を
加算し、所定画素数で割り、割った値を第１の閾値と
し、各枡目毎に走査の開始点を移動させて間引き走査を
行い、前記第１の閾値よりも値の低い画素を求め、かつ
求めた画素の画素値を加算する操作を、画素数が所定値
になるまで繰返し、求めた画素値の加算値を画素数で割
り、割った値を第２の閾値とし、前記第１の閾値と第２
の閾値を所定の比率で内分した点を第３の閾値とし、こ
の第３の閾値を用いて指紋データの２値化を行うように
構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は指紋データの２値化方法に関し、更に詳しく
は指紋照合装置に用いる指紋データの２値化方法に関す
る。

近年、コンピュータが広範な社会システムの中に導入
されるに伴い、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の手段として、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。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］ 第８図は従来の指紋照合システムの構成概念図であ
る。先ず、登録時の動作について説明する。指紋センサ
１に指を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。変換されたディジテルデータ（指
紋データ）は、続く２値か回路２により“0",“1"の２
値データに変換され、フレームメモリ３に格納される。

フレームメモリ３に格納された指紋データは、順次読
出された後、特徴情報抽出／照合回路４に入り、特徴情
報が抽出される。ここで、特徴情報とは、例えば第９図
（イ）に示すような分岐点や（ロ）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、個人特徴情報データファイル５に格納される。以上
の動作が複数の個人について繰返され、個人の特徴情報
が個人特徴情報データファイル５に格納される。

このようにして特徴情報量の個人特徴情報データファ
イル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。例えば人さし指）を押しつけると、登録時
と同様にし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、フレー
ムメモリ３に格納される。

特徴情報抽出／照合回路４は、フレームメモリ３に格
納されている照合用指紋データから特徴情報を抽出し、
個人特徴情報データファイル５に格納されている個人毎
の特徴情報を読出し、双方の照合を行う。特徴情報の一
致の数が所定数以上あった時には、指紋が一致したと判
定する。

ここで、２値化回路２について説明する。指紋データ
を２値化する方式としては、指紋画像を複数の画素から
なるブロック（枡目）に分割し、このブロック毎に２値
化する方式が知られている。この方式は、各ブロックに
ついて、このブロックに含まれる画素の画素値（A/D変
換器によりディジタルデータに変換された時のデータ
値。輝度又は明るさの度合をいう）の平均値を求め、こ
の平均値を閾値として各画素毎にこの閾値より大きい値
を“1"、小さい値を“0"に値づけする２値化を行うもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来方式は、各ブロックに対応する閾値とさ
れた局所的な画素値の平均値は、各ブロックに含まれて
いる隆線の一部の画素値に対応している。一方、隆線を
横切る直線上の画素の画素値を示す画素データは第10図
に示すように変化しており、隆線の内部にある汗腺に対
応する画素値は隆線部分よりも小さい。このため、前述
した平均値を閾値（図の破線で示す）として指紋データ
の２値化処理を行うと、汗腺が大きく表示されてしまう
という不具合があった。

そこで、出願人は２値化時に発生する汗腺のパターン
を小さくするために、第11図に示すような２値化方式を
出願した（以下、先願発明という）。図において、11は
指紋データを格納する画像データ格納手段、12は画像デ
ータ格納手段11に格納されている各ブロックに対応する
画素値の平均値を求め、この平均値のそれぞれを第１の
閾値として出力する第１閾値算出手段、13は各ブロック
について、画素データ格納手段11に格納されている画像
データの中の対応する第１の閾値よりも小さい値を有す
る画素データを読出してこれらの画素の画素値の平均値
を求め、それを第２閾値として出力する第２閾値算出手
段、14は第１閾値算出手段12及び第２閾値算出手段13の
出力を受けて第１閾値と第２閾値の間の値をとる第３の
閾値を算出し、この第３の閾値で画像データ格納手段11
から読出した指紋データを２値化する２値化処理手段で
ある。

このように構成された回路において、画像データ格納
手段11から読み出された指紋データのブロック毎の画素
値の平均値が第１閾値算出手段12により算出される。一
方、第２閾値算出手段13は、画像データ格納手段11に格
納された指紋データのうち、ブロック毎に第１閾値より
も小さい画素値を持つ画素データを読出し、これら画素
データの画素値の平均値を第２閾値として算出する。こ
こで、第１閾値は、従来の２値化方式における閾値に対
応しており、各ブロックにおける平均画素値となってい
る。一方、第２閾値は隆線の画素値に対応する第１閾値
よりも値が小さい画素データの平均値であるから、対応
するブロックにおける谷線の一部の画素値に対応する値
となっている。

このようにして各ブロックについて求められた第１閾
値と第２閾値とに基づいて、２値化処理手段14により、
この第１閾値と第２閾値の間の大きさを有する第３閾値
を算出し、この第３閾値に基づいて画素データ格納手段
11に格納されている指紋データを２値化する。従って、
先願発明によれば第12図に示すように、第１の閾値と
第２の閾値との間に第３の閾値を設定し、この閾値
により指紋データを２値化することにより、図に示す
ように汗腺を除去するか又は縮小することができる。

しかしながら、先願発明は前述したように２段階に分
けて閾値を決定するため、処理回数が従来の２倍にな
り、また第２段階で不特定の値で割り算を行うため、装
置の構成が複雑になるという不具合があった。

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、２値化処理を簡単にすると共に、装置の構成を簡素
化することができる指紋データの２値化方法を提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明方法の原理を示すフローチャートであ
る。本発明は、 読込んだ指紋データを所定画素数毎に枡目に分割し
（ステップ１）、 各枡目毎に間引き走査を行い、走査した画素の画素値
を加算し、所定画素数で割り、割った値を第１の閾値と
し（ステップ２）、 各枡目毎に走査の開始点を移動させて間引き走査を行
い、前記第１の閾値よりも値の低い画素を求め、かつ求
めた画素の画素値を加算する操作を、画素数が所定値に
なるまで繰返し（ステップ３）、 求めた画素値の加算値を画素数で割り、割った値を第
２の閾値とし（ステップ４）、 前記第１の閾値と第２の閾値を所定の比率で内分した
点を第３の閾値とし、この第３の閾値を用いて指紋デー
タの２値化を行う（ステップ５）ようにしたことを特徴
としている。

［作用］ 所定画素数毎に枡目（ブロック）に分割し、これら枡
目毎に間引き走査を行って第１の閾値及び第２の閾値を
求めるようにしている。このため、２値化処理を簡単に
することができる。また、第１及び第２の閾値を求める
割算はソフト的に行っているため、装置を複雑化するこ
とはない。

［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。

第２図乃至第５図は本発明方法の説明図である。先
ず、第２図に示すように指紋の濃淡画像を横方向Ｗ画
素、縦方向Ｖ画素の計Ｗ×Ｖ画素毎に枡目に分割する。
図の斜線部が隆線を示し、隆線に囲まれた白領域が谷線
を示す。次に、第３図に示すようにｎ画素毎に間引き走
査を行う。図の○が走査画素を示している。そして、図
に示す例では、ｎ＝２の間引き走査を示している。この
時の走査した画素の数は、（W/n）×（V/n）となる。走
査した画素の画素値を合計した画素の数（W/n）×（V/
n）で割ると、画素値の平均値が求まる。これを第１の
閾値とする。

次に、第４図に示すように各枡目毎に走査の開始点を
移動して、第３図と同様に間引き走査を行う。ここで、
走査点の画素の画素値が第３図で求めた第１の閾値より
も小さい画素のみ（谷線部の画素に相当する）をピック
アップしていく。第４図において、二重○は谷線部の画
素、●は隆線部の画素を示している。ここで、ピックア
ップするのは二重○の谷線部の画素のみである。同時に
谷線部の画素の画素値を加算していく。

更に、第５図（ａ）に示すように開始点の位置をずら
して間引き走査を行い、谷線部の画素数が所定の数に達
するまで間引き走査を繰返す。（ｂ）は更に開始点の位
置をずらして間引き走査する場合を示している。走査し
た谷線部の画素数が所定の数に達したら、間引き走査を
打切る。そして、谷線部の画素の画素値の加算値を所定
の画素数で割って第２の閾値とする。

第１と第２の閾値が求まったら、これら閾値の間をM:
Nに内分する点を第３の閾値とする。第６図は本発明に
より求めた３種類の閾値の関係を示す図である。図に示
すように第１の閾値（１）と、第２の閾値（２）との間
をM:Nに内分する点を第３の閾値としている。このよう
にして、第３の閾値（３）を２値化の閾値として用いる
ことにより、汗腺部（図の凹んだ部分）を２値化するに
際して汗腺部を小さくすることができる。閾値（１）を
用いて２値化するよりも閾値（３）を用いて２値化する
方が汗腺が小さくなることは図より明らかである。

第７図は本発明方法を実施する指紋照合装置の構成例
を示すブロック図である。図の実線部はデータの流れ、
破線部は信号の流れを示す。指紋センサ21で読取られた
指紋画像はディジテルデータに変換された後、濃淡画像
記憶装置22にいったん格納される。判断回路23は、走査
開始点設定回路24に制御信号を送り、走査開始点を決定
する。走査開始点設定回路24は走査回路25に走査開始位
置の信号を与える。この結果、走査回路25は第３図に示
すような間引き走査を行い、濃淡画像記憶装置22から画
素データを読出す。

一方、走査回路25から走査画素数集計回路26に走査し
た画素の数が与えられており、該走査画素数集計回路26
は走査した画素の数を集計する。また、走査回路25によ
り読出された画素データの画素値は画素値集計回路27に
送られ、該画素値集計回路27は画素値の集計を行う。第
３図に示す枡目の全ての間引き走査が終了したら、閾値
算出回路28は判断回路23から送られてくる画素数の集計
値で画素値集計値を割り、第１の閾値を算出する。

次に、判断回路23は走査開始点設定回路24に制御信号
を送り、走査開始点を第４図に示すようにずらす。この
結果、走査回路は第４図に示すように走査開始点をずら
して間引き走査を開始する。

この場合において、走査回路25は第１の閾値よりも小
さい画素値をもつ画素データのみ抽出し、走査画素数集
計回路26及び画素値集計回路27に送る。

判断回路23は走査画素数集計回路26からの信号を受け
て、走査した画素の数が所定の数に達したかどうか判断
する。所定の数に達していない場合には、再度走査開始
点設定回路24に制御信号を送って走査回路25に新たな走
査開始点から間引き走査を行なわせる。以上のような走
査開始点をずらしての間引き走査を走査画素数が所定の
数に達するまで続ける。走査画素数が所定の数に達した
ら、閾値算出回路28は画素値集計回路27に出力を走査画
素数で割って第２の閾値を求める。

このようにしてある枡目の第１の閾値と第２の閾値が
求まったら、閾値算出回路28は、第１の閾値と第２の閾
値との間をM:Nに内分する点を求め、その点を第３の閾
値とする。この内分の比率は第３の閾値がほぼ真中にく
るような値に選ばれる。

２値化回路29は、この第３の閾値を閾値として濃淡画
像記憶装置22から読出した対応する枡目の画素データを
２値化する。２値化回路29は、このようにして求まった
全ての枡目の画素データを２値化して２値化像記憶装置
30に記憶させる。

前処理回路31は、２値化像記憶装置30に格納されてい
る２値化データを読出して、汗腺除去，細線化処理等の
前処理を行う。前処理を行った２値化データは、登録・
照合回路32に送られる。登録・照合回路32は前処理回路
31の出力から特徴量を抽出し、辞書記憶装置33に格納さ
れている個人の特徴量と比較照合する。比較照合の結
果、特徴量の一致点が多く存在していたら、指紋が一致
したと判定し、一致点の数が少ない場合には不一致と判
定する。

上述の実施例では、指紋の照合の場合について説明し
たが、指紋の登録の場合についても全く同様に説明する
ことができる。つまり、本発明方法により２値化した指
紋データを前処理回路31で前処理した後、登録・照合回
路32で特徴量を抽出し、その結果を辞書記憶装置33に格
納すればよい。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明によれば間引き
走査により２値化処理を簡単にすると共に、装置の構成
を簡素化することができ、実用上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の原理を示すフローチャート、 第２図は指紋画像を枡目に分割した図、 第３図は間引き走査を示す図、 第４図は谷線部のスキャン位置（１回目）を示す図、 第５図は谷線部のスキャン開始位置の移動を示す図、 第６図は３種類の閾値の関係を示す図、 第７図は本発明方法を実施する指紋照合装置の構成例を
示すブロック図、 第８図は従来の指紋照合システムの構成概念図、 第９図は指紋の特徴情報例を示す図、 第10図は指紋データの特性を示す図、 第11図は先願発明の原理ブロック図、 第12図は先願発明の閾値の設定の様子を示す図である。 第７図において、 21は指紋センサ、 22は濃淡画像記憶装置、 23は判断回路、 24は走査開始点設定回路、 25は走査回路、 26は走査画素数集計回路、 27は画素値集計回路、 28は閾値算出回路、 29は２値化回路、 30は２値化像記憶装置、 31は前処理回路、 32は登録・照合回路、 33は辞書記憶装置である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−178872（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−78667（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−160573（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−157286（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 1/00,7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】読込んだ指紋データを所定画素数毎に枡目
   に分割し（ステップ１）、 各枡目毎に間引き走査を行い、走査した画素の画素値を
   加算し、所定画素数で割り、割った値を第１の閾値とし
   （ステップ２）、 各枡目毎に走査の開始点を移動させて間引き走査を行
   い、前記第１の閾値よりも値の低い画素を求め、かつ求
   めた画素の画素値を加算する操作を、画素数が所定値に
   なるまで繰返し（ステップ３）、 求めた画素値の加算値を画素数で割り、割った値を第２
   の閾値とし（ステップ４）、 前記第１の閾値と第２の閾値を所定の比率で内分した点
   を第３の閾値とし、この第３の閾値を用いて指紋データ
   の２値化を行う（ステップ５）ようにしたことを特徴と
   する指紋データの２値化方法。