JP2866461B2 - 指紋照合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 辞書登録している指紋の特徴と、入力した指紋の特徴
とを照合して本人を確認する指紋照合装置に関し、 使用者の指の状態に影響されずに安定した本人確認を
可能とすることを目的とし、 本人確認後に指紋画像の画質を評価し、評価値が既存
辞書のカバーする範囲を越えた場合、入力指紋画像から
新たな辞書を作成して既存の辞書とは別の領域に登録す
るように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、辞書登録している指紋の特徴と、入力した
指紋の特徴とを照合して本人を確認する指紋照合装置に
関する。

近年、コンピュータが広範な社会システムのなかに導
入されるに伴い、システムのセキュリティをいかに確保
するかという点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指摘されて
いる。

これに対して指紋は、『万人不同』『終生不変』とい
う二大特徴をもつため、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では、予め指紋の特徴を辞書とし
て登録しておき、照合の際には入力画像と特徴辞書情報
とを比較して本人確認を行っている。

指紋の辞書登録は第６図の処理フロー図に示すよう
に、ステップS1（以下「ステップ」は省略）で入力した
指紋の画像を２値化し、S2で画像のスムーズィング、隆
線の復活、細線除去、汗腺除去などの前処理を施す。続
いてS3で指紋画像から分岐点及び端点の特徴点を抽出す
る特徴抽出を行い、S4で後処理として擬似特徴点の除去
を行った後、S5で辞書領域を選択し、最終的にS6で辞書
登録する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、荒れ症の指のなどでは第７図（ａ）に
示すように、隆線の切断が生じやすく（端点の発生）、
逆に脂症の指の場合には第７図（ｂ）に示すように、汗
や脂で隆線の間が埋もれて橋が架かる（端点の消滅）な
どの不都合が起こりやすい。その結果、真の特徴点以外
にいわゆる擬似特徴点を誤って辞書として登録する恐れ
がある。

この問題を解決するためには、第６図のS2の前処理を
入念に行うことが考えられるが、前処理を入念に行なう
と処理時間が増加してしまう。そこでS4の後処理条件を
厳しくすることになるが、その結果として真の特徴点と
して認められる特徴点の数が、本人と同定するために必
要な規定の閾値数を越えず、登録不能となるなどの問題
点があった。

更に、同一人物でも、指紋照合直前の作業内容や体調
（精神状態も含む）などにより時々刻々指紋画像の画質
が変動し、単一辞書による照合が困難となる場合があっ
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、使用者の指の状態によらず安定な本人確認を可
能とする指紋照合装置を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、指紋読取手段10から得られた入力指紋
の特徴と、既設の辞書12−１に登録された登録指紋の特
徴とを照合手段14で照合して本人を確認する指紋照合装
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、照
合手段14で照合成功が得られた際に、照合に成功した入
力指紋の画質を評価する画質評価手段16と、画質評価手
段16の評価値が既存の辞書12−１の担当範囲を越えた場
合に、辞書登録手段18により入力画像から新たに作成さ
れた辞書パターンを登録する新設の辞書12−２とを設け
たことを特徴とする。

ここで画質評価手段16は、画像の明るさ、２値化後の
パターン幅、及び画像の複雑さを計測し、画像の明るさ
にパターン幅を乗じて画像の複雑さで割った値に比例す
る評価値を算出することを特徴とする。

また画質評価手段16は画像の複雑さとして、パターン
の連結数を累計計測するか、或いはパターンの周囲長を
累計計測する。

更に本発明の照合装置にあっては、既設の辞書12−１
と新設の辞書12−２を選択する辞書選択手段20を設け、
既設辞書12−１の使用時に照合不成功であった場合に
は、新設辞書12−２を選択して使用するように構成す
る。

［作用］ このような構成を備えた本発明の指紋照合装置によれ
ば、既存辞書ではカバーできない範囲に画質が変化した
場合には、自動的に変化した画質に対応する新たな辞書
を作成するようになり、使用者の指の状態に影響される
ことなく、複数の辞書の選択使用による照合で安定した
本人確認を行うことができ、装置の信頼性が大幅に向上
する。

［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は指紋読取手段としての指紋セン
サであり、装置の指紋入力部に指先に押し付けた際の指
紋の光学像を読み取って指紋画像信号を出力する。指紋
センサ10からの画像信号は２値化回路22で白黒２値画像
に変換され、２値化メモリ24に格納される。

14は照合回路であり、照合回路14に対しては辞書選択
回路20を介して、本発明にあっては複数の辞書メモリ、
例えば２つの辞書メモリ12−１と12−２を設けている。
辞書メモリ12−１は既存の辞書として用いられ、辞書メ
モリ12−１には使用者の指紋画像から抽出された特徴パ
ターンが予め登録されている。

辞書メモリ12−１に対する登録は特徴抽出・辞書登録
回路18により行なわれる。この特徴抽出・辞書登録回路
18による登録は第６図に示した従来装置の処理フローと
同じである。

具体的に特徴抽出・辞書登録回路18による登録処理を
説明すると次のようになる。

人間の指先には細かな凹凸があり、凸部のつながりを
隆線というが、隆線は個人に特有な様々な模様を形成し
ている。隆線を辿っていくと２つに分かれる点、即ち分
岐点や行き止まりの点、即ち端点にぶつかる。この分岐
点や端点の分布は人により異なるため指紋の特徴点と呼
ばれており、例えば特徴点が12個以上一致したときに本
人と特定できることが経験的に分かっている。従って登
録処理にあっては、指紋の特徴点の近傍の画像を矩形の
ウィンドウとして複数切り出し、ウィンドウの中の２値
画像、ウィンドウとウィンドウの相対的な位置関係、更
にウィンドウの中の特徴点の種類を辞書情報として登録
する。

このとき複数のウィンドウの中で比較的指紋の中心部
に近い安定なウィンドウを１つ選び、これを位置合せ用
のウィンドウとし、残りを照合用のウィンドウとして定
義しておく。

照合回路14は２値化メモリ24から得られた入力指紋
と、選択回路20を介して既存辞書としての辞書メモリ12
−１に格納された辞書パターンとの間で、 位置合せ パターンマッチング となる２つの処理を行なう。即ち、照合回路14の照合処
理にあっては、まず辞書メモリ12−１から得られた位置
合せ用のウィンドウと入力指紋画像とのパターンマッチ
ングを行ない、登録時と照合時の入力位置の違いを補正
する。この位置合せ用ウィンドウによる位置合せが済ん
だならば、位置合せ用ウィンドウの変位量に応じて周辺
の照合用ウィンドウを平行移動させる。

次にパターンマッチングにあっては、複数の照合用ウ
ィンドウと入力指紋画像との一致、不一致を判別するも
ので、予め定めた数以上のウィンドウの一致が得られれ
ば本人と同定する。

ところで人間の指は比較的軟かく、装置の入力部に指
を押し付けたときの力の加わり具合により入力指紋画像
は部分的に伸び縮みが生ずる。このため、位置合せ用ウ
ィンドウの変位量と同じ量だけ周囲の照合用ウィンドウ
を単に平行移動させても入力画像との良好な一致結果は
得られない。そこで、照合用ウィンドウを夫々独立に少
しずつ動かしながら一致、不一致を照合する、所謂ムー
ビングウィンドウ処理を行なうことで、入力指紋画像の
伸び縮みに対し迅速な照合処理を行なうことができる。

このような指紋照合装置の構成に加えて本発明にあっ
ては、新たに画質評価回路16を設けている。画質評価回
路16は照合回路14において既存辞書としての辞書メモリ
12−１を使用して入力指紋画像の照合に成功した際に起
動され、その時２値化メモリ24に格納されている入力指
紋画像の画質を評価する。

画質評価回路16での指紋画像の画質の評価項目として
は、 画像の明るさ ２値化後のパターン幅 画像の複雑さ の３つのパラメータを用いる。これらの評価項目から例
えば次式により評価値を算出するものと定義する。

この第（１）式に基づく入力指紋画像の評価値を算出
したならば、現在使用している既存の辞書メモリ12−１
に登録している登録画像がカバーできる評価値の範囲の
上限と下限を決める閾値と比較し、算出評価値が閾値を
超えていた場合には特徴抽出・辞書登録回路18に対し新
たな辞書の作成を指示する。画質評価回路16より辞書作
成の指示を受けた特徴抽出・辞書登録回路18は、その時
２値化メモリ24に格納されている入力指紋画像につい
て、既存辞書としての辞書メモリ12−１に対する登録時
と同様にして新設辞書としての辞書メモリ12−２に対し
入力指紋画像の特徴抽出で得られた辞書情報、即ち入力
指紋画像の各特徴点の近傍の２値画像をウィンドウとし
て切り出し、ウィンドウの中の２値画像、ウィンドウ相
互間の相対的な位置関係、ウィンドウの中の特徴点の種
類、更に位置合せ用ウィンドウと照合用窓の指定を登録
する。

ここで、画質評価回路16の評価値の算出に用いる前記
第（１）式における「画像の複雑さ」の計測は、第３図
（ａ）に示す指紋画像の隆線パターンにおけるパターン
の周囲長の累計、あるいは同図（ｂ）に示す指紋画像に
おける隆線パターンの連結数の累計等を使用することが
できる。

即ち、第３図（ａ）の隆線パターンの周囲長、即ち境
界線長については、周囲長の累計値が大きいほど画像が
複雑となり、周囲長の累計が小さいほど画像が単純にな
ることを示す。また、第３図（ｂ）の隆線パターンの連
結数にあっては、連結数が多いほど画像は複雑であり、
逆に連結数が少ないほど画像は単純になる。

このような第３図に示した周囲長の累計あるいは連結
数の累計で示される「画像の複雑さ」を評価項目として
用いた場合には、前記（１）式で与えられる評価値は分
子側の「画像の明るさ」及び「パターンの幅」が同じで
あったとすると、画像が単純なほど大きな評価値が算出
され、画像が複雑なほど小さな評価値が算出される。

第４図は第２図の実施例で３つの辞書A,B,Cに同じ人
の指紋画像が登録されたときの前記第（１）式で示され
る評価値に対する各辞書のカバーできる範囲を示した説
明図、即ち各辞書の担当範囲と画像の画質との関係を示
した説明図である。

第４図において、辞書Ａは第２図の辞書メモリ12−１
に予め登録されている既存の辞書であり、辞書Ａが入力
指紋画像の画質に対し認識可能な範囲が図示の太線であ
ったとする。このような既存の辞書Ａが担当範囲に対
し、例えば図示のように評価値の下限閾値A1と上限閾値
A2を予め設定しておく。

第２図の照合回路14で照合に成功し、画質評価回路16
でそのときの入力指紋画像に対する評価値が前記第
（１）式で算出されたとき、算出評価値が第４図の閾値
A1〜A2の範囲内にあるか否か判定する。もし算出評価値
が下限閾値A1を下回っていた場合には特徴抽出・辞書登
録回路18による新たな辞書Ｂの作成が行なわれる。一
方、算出評価値が上限閾値A2を上回っていた場合には新
たな辞書Ｃの作成が行なわれる。

従って本発明の指紋照合装置にあっては既存の辞書Ａ
で判定的に照合できる画質の範囲を超えていた場合には
それぞれの画質に対応した辞書B,Cが新たに作成され、
１つの辞書では照合困難な指紋画像の画質の変化に対応
できる複数の辞書を自動的に持つことができる。

再び第２図を参照するに、装置の使用を通じて既存辞
書としての辞書メモリ12−１に対し、画質に応じて新設
辞書としての辞書メモリ12−２が作成された状態にあっ
ては、照合回路14に対する辞書情報は辞書選択回路20に
よる辞書メモリ12−1,12−２の選択処理のもとに行なわ
れる。

辞書選択回路20による選択方法としては、 辞書メモリ12−１の使用で照合に失敗した場合に辞書
メモリ12−２の使用に切り換える、 入力指紋画像に続いて画質評価回路16で前記第（１）
式の評価値を求め、第４図に示したような上下限の閾値
との比較により対応する辞書メモリを選択する、 等のいずれかの方法を使用すればよい。

第５図は第２図の実施例の処理動作を示した処理フロ
ー図である。

第５図において、まずS1で指紋センサ10による指紋読
取りが行なわれ、S2で２値化回路22による２値化及びS3
に示す前処理を受けて２値化メモリ24に格納される。続
いてS4で照合回路14による照合が行なわれ、この照合処
理は位置合せ用ウィンドウを使用した位置合せと、位置
合せ後に位置合せウィンドウの変位量だけ照合用ウィン
ドウを移動して画像一致、不一致を判別するパターンマ
ッチングに分けられ、パターンマッチングにおいて照合
用ウィンドウが規定数の一致結果が得られればS5で照合
成功が判定される。

S5で照合成功が判定された場合にはS6に進み、画質評
価回路16による画質評価が行なわれる。即ち、前記第
（１）式に基づいて画質の評価値を算出し、既存辞書と
しての辞書メモリ12−１でカバーできる画質範囲を示す
閾値の範囲を超えたか否かS7で判定し、閾値を超えてい
ればS8に進み、このときの入力指紋画像を用いて新たな
辞書を作成し、新設辞書として辞書メモリ12−２に登録
する。勿論、S7で評価値が閾値を超えていなければS8の
辞書作成を行なうことなく一連を処理を終了する。ま
た、S5で照合に失敗した場合にはS9の警報処理等を行な
う。

第５図の処理フロー図は画質評価に基づく新たな辞書
登録が行なわれていない状態での処理フローを示してお
り、１または複数の新たな辞書作成が行なわれた場合に
は第５図のS4の照合処理の前に辞書選択回路20による辞
書メモリ12−1,12−２の選択処理が入ることになる。

尚、第２図の実施例にあっては、既設辞書及び新設辞
書に対応して独立の辞書メモリ12−1,12−２を示してい
るが、１つの辞書メモリのメモリ領域を指定して複数の
辞書を登録するようにしてもよいことは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、使用者の指
の状態に応じた指紋画像の画質の変化に対応して複数の
辞書を装置を使用しながら自動的に生成し、指紋画像の
画質の変動に対し適切な辞書の採用を可能として、使用
者の指の状態にかかわらず常に安定な本人確認を実行で
きる信頼性の高い装置を実現できる。

【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図は本発明の画像の複雑さのパラメータ説明図； 第４図は本発明の各辞書の担当範囲と画像の画質との関
係説明図； 第５図は本発明の処理フロー図； 第６図は従来の辞書登録処理フロー図； 第７図は辞書登録時の擬似特徴点の発生原因説明図であ
る。 図中、 10:指紋読取手段（指紋センサ） 12−1:既存の辞書（辞書メモリ） 12−2:新設の辞書（辞書メモリ） 14:照合手段（照合回路） 16:画質評価手段（画質評価回路） 18:辞書登録手段（特徴抽出・辞書登録回路） 20:辞書選択手段（辞書選択回路） 22:2値化回路 24:2値化メモリ

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指紋読取手段（10）から得られた入力指紋
   の特徴と、既設の辞書（12−１）に登録された登録指紋
   の特徴とを照合手段（14）で照合して本人を確認する指
   紋照合装置に於いて、 前記照合手段（14）で照合成功が得られた際に、照合に
   成功した入力指紋の画質を評価する画質評価手段（16）
   と； 該画質評価手段（16）の評価値が既存の辞書（12−１）
   の担当範囲を越えた場合に、辞書登録手段（18）により
   入力画像から新たに作成された辞書パターンを登録する
   新設の辞書（12−２）と； を設けたことを特徴とする指紋照合装置。
2. 【請求項２】請求項１記載記載の指紋照合装置に於い
   て、 前記画質評価手段（16）は、画像の明るさ、２値化後の
   パターン幅及び画像の複雑さを計測し、画像の明るさに
   パターン幅を乗じて画像の複雑さで割った値に比例する
   評価値を算出することを特徴とする指紋照合装置。
3. 【請求項３】請求項２記載記載の指紋照合装置に於い
   て、 前記画質評価手段（16）は画像の複雑さとして、パター
   ンの連結数を累計計測することを特徴とする指紋照合装
   置。
4. 【請求項４】請求項２記載記載の指紋照合装置に於い
   て、 前記画質評価手段（16）は画像の複雑さとして、パター
   ンの周囲長を累計計測することを特徴とする指紋照合装
   置。
5. 【請求項５】請求項１記載記載の指紋照合装置に於い
   て、 更に既設の辞書（12−１）と新設の辞書（12−２）を選
   択する辞書選択手段（20）を設け、既設辞書（12−１）
   の使用時に照合不成功であった場合には、新設辞書（12
   −２）の使用を選択することを特徴とする指紋照合装
   置。