JP2899159B2 - 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】人間の指先には細かな凹凸がある。凸部
の連なりを隆線というが、隆線は個人に固有な様々な紋
様を形成している。隆線を辿っていくと、図７の（ａ）
に示すような２つに分かれる点（分岐点）や、（ｂ）に
示すような行き止まりの点（端点）にぶつかる。このよ
うな分岐点や端点の分布は、個人により全て異なるた
め、これらの点は特徴点と呼ばれ、古来より個人を特定
するための有力な手段として用いられてきている。

【０００３】因みに、犯罪捜査の分野では、この特徴点
が１２個以上一致した時に本人と特定できるということ
が裁判所の判例で確立しているという。指紋照合では、
高速化の実現と、指紋入力時の力の加わり方の違い
や、ガラスに指をつけたまま移動させることによる指紋
像の部分的な伸び縮みに柔軟に対応することが必要とな
る。このような目的を達成するため、本発明者らにより
「ムービィング・ウィンド法」という指紋照合方式が提
案されている。

【０００４】図８はムービィング・ウィンド法の説明図
である。先ず指紋センサにより指紋の２値画像を作成
し、この２値画像から隆線を細線化する細線化処理を行
う。図の入力画像Ａがこのようにして得られた２値画像
である。この２値画像から図７に示したような特徴点を
抽出する。

【０００５】特徴点が抽出されたら、個々の特徴点及び
その近傍を含む２値画像を複数個「窓」として切り出
す。図の□で示される画像が窓である。この時、抽出し
た特徴点の座標と窓の中心座標とを一致させることが望
ましい。つまり、窓の中心に特徴点がくるようにするこ
とが望ましい。

【０００６】辞書情報としては、窓の中の２値画像，
窓と窓との相対的な位置関係，窓の中の特徴点の種
類等を登録する。この時、窓の中で比較的指紋の中心部
に近く、安定な窓を１個選んで「位置合わせ用窓」と
し、残りを「照合用窓」として定義しておく。図におい
て、太い実線の□が位置合わせ用窓であり、残りの１か
ら６までが照合用窓である。

【０００７】次に、照合のプロセスでは、先ず位置合わ
せ用窓と入力画像（図の入力画像Ｂ）とのパターンマッ
チングを行い、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。

【０００８】ところが、人間の指は非常に柔らかいの
で、押捺時の力の加わり方の違い等により、入力指紋画
像は部分的に伸び縮みを生じる。従って、単に平行移動
しただけでは個々の照合用窓とそれに対応する位置の入
力画像Ｂとは良い一致を示さない。そこで、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、入力画像
との一致・不一致を吟味する。こうして予め定められた
数以上の窓が合格すれば、本人と同定する。

【０００９】図９は従来装置の構成例を示すブロック図
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から読み込まれた指紋画像は、続く２値化回路２に
より２値化され、２値画像メモリ３に格納される。２値
画像メモリ３から読み出された２値化データは、特徴抽
出部１１に入って特徴点が抽出される。

【００１０】この抽出された特徴点は窓画像切り出し部
１２に入る。窓画像切り出し部１２は、特徴点及びその
近傍を含む画像を窓として切り出し、出力する。ここ
で、特徴抽出部１１と窓画像切り出し部１２とで登録部
１０を構成している。窓画像切り出し部１２から切り出
された窓画像は、指紋辞書として特徴情報記憶部４に記
憶される。

【００１１】次に、照合時の動作について図１０に示す
フローチャートを参照しつつ説明する。先ず、指紋セン
サ１から読み込まれた照合用の指紋画像は、続く２値化
回路２により２値化され、２値画像メモリ３に格納され
る。一方、主変位量変更手段２１からメモリアドレス指
定手段２３にアドレス信号を与え、特徴情報記憶部４に
記憶されている位置合わせ用窓画像情報（指紋辞書）を
読み出す。そして、画素値比較手段２４は、この位置合
わせ用窓画像情報と２値画像メモリ３に記憶されている
２値画像とのパターンマッチングを行う（Ｓ１）。

【００１２】画素値比較手段２４は、読出した窓画像が
候補点であるかどうかチェックする（Ｓ２）。候補点で
ない場合には、副変位量変更手段２２に指示を送り、特
徴情報記憶部４４のアドレスを少し移動させる（Ｓ
３）。ここで、装置は位置の移動量が許容移動範囲内で
あるかどうかチェックする（Ｓ４）。許容移動範囲内で
ある場合には、Ｓ１に戻って再度パターンマッチングを
行う。許容移動範囲外である場合には、指紋照合を拒否
する（Ｓ５）。このようにして、登録時と照合時の入力
位置の違いを補正する。

【００１３】ステップＳ２で登録時と照合時の入力位置
の補正が終了したら、今度は画素値比較手段２４で周辺
窓画像と照合用２値画像とのパターンマッチングを行う
（Ｓ６）。このパターンマッチングは、窓内の全画素に
ついて行われ、不一致率が指定閾値以下である場合に
は、合格とされる。この場合において、位置合わせ用窓
画像の位置合わせに用いた補正量だけのアドレスの補正
を照合用窓に対しても行う。従って、メモリアドレス指
定手段２３は、主変位量変更手段２１の出力と副変位量
変更手段２２の出力を合わせたアドレスを特徴情報記憶
部４に与え、位置の補正を行う。

【００１４】この場合において、人間の指は非常に柔ら
かいので、押捺時の力の加わり方の違い等により、入力
指紋画像は部分的に伸び縮みする。従って、特徴情報記
憶部４に固定的なアドレスを与えたのでは、個々の照合
用窓とそれに対応する位置の照合用２値画像とは良い一
致を示さない。そこで、画素値比較手段２４は、副変位
量変更手段２２に変更情報を与えて、個々の照合用窓画
像をそれぞれ独立にわずかずつ移動させて、入力画像と
の一致・不一致を吟味する。

【００１５】画素値比較手段２４はパターンマッチング
の結果、当該照合用窓のパターンマッチングが合格した
かどうかチェックする（Ｓ７）。合格した場合には、比
較結果は、合格窓数評価手段２５に与えられる。そし
て、合格窓数評価手段２５は、それまでのパターンマッ
チングからの合格数≧所定の閾値であるかどうかチェッ
クする（Ｓ８）。合格数≧所定の閾値であった場合に
は、本人と確認する（Ｓ９）。ここで、主変位量変更手
段２１，副変位量変更手段２２，メモリアドレス指定手
段２３，画素値比較手段２４及び合格窓数評価手段２５
とで照合部２０を構成している。

【００１６】ステップＳ８において、合格数≧閾値が成
立しない場合及びステップＳ７において、パターンマッ
チングが不合格となった場合には、装置は全ての照合用
窓についてパターンマッチングが終了したかどうかチェ
ックする（Ｓ１０）。終了していない場合には、他の周
辺窓画像を呼出し（Ｓ１１）、画素値比較手段２４によ
りパターンマッチングを行う。全窓についてのパターン
マッチングが終了している場合には、本人であることを
拒否する（Ｓ１２）。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のムービ
ィング・ウィンド法では、照合時間を短縮するために、
一致した画素数を数えるのではなく、不一致画素数を数
え、その不一致数が予め決められた閾値を越えたところ
で照合を打ち切るという手法を用いている（所謂ＳＳＤ
Ａ法）。ところが、この方法では図１１に示すように、
隆線の上に谷線が重畳しているような明らかな不一致の
場合でも、不一致画素数がある閾値を越えるまでは、画
素毎の照合を続ける必要がある等の問題がある。図１１
において、Ｐは照合用画像、Ｑは窓画像である。黒い線
が隆線、白い線が谷線である。ＰとＱの位相は全く異な
り、明らかに不一致であることが分かる。

【００１８】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、明らかに不一致と分かる場合には、パタ
ーンマッチングを行う前にその窓を不合格窓と判定する
ことにより、不一致と判断するまでに要する時間を短縮
する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。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は第１の発明の原理
ブロック図である。図９と同一のものは、同一の符号を
付して示す。図１において、３０は指紋画像を読取り２
値画像として記憶する画像読取部、１０は該画像読取部
３０からの２値画像を受けて特徴情報を窓画像として切
り出し、指紋辞書として登録する登録部、４は該登録部
１０の出力を特徴情報として記憶する特徴情報記憶部、
２０は画像読取部３０から読出した照合用画像と特徴情
報記憶部４から読出した窓画像情報との照合を行う照合
部である。１３は前記登録部１０内に設けられた、指紋
画像の構造的特徴領域を抽出する構造的特徴抽出する構
造的特徴領域抽出部である。

【００２０】

【作用】前記照合部２０は、照合用画像と窓画像とのパ
ターンマッチングに先立って、照合用画像と、構造的特
徴領域抽出部１３で得られた構造的特徴領域の照合を行
い、照合の結果不一致画素数が所定の閾値よりも多い場
合には、パターンマッチングを行うことなく、直ちにそ
の窓を不合格窓と判定するようにした。このような構成
とすることにより、明らかに不一致と分かる場合には、
パターンマッチングを行う前に照合を拒否することによ
り、不一致と判断するまでに要する時間を短縮すること
ができる。

【００２１】

【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は本発明の第１の実施例を示す構成ブ
ロック図である。図１，図９と同一のものは、同一の符
号を付して示す。図において、画像読取部３０は、指紋
センサ１，２値化回路２及び２値画像メモリ３から構成
されている。登録部１０は、特徴抽出部１１，窓画像切
り出し部１２及び本発明に係わる構造的特徴領域抽出部
１３から構成されている。照合部２０は、主変位量変更
手段２１，副変位量変更手段２２，メモリアドレス指定
手段２３，画素値比較手段２４及び合格窓数評価手段２
５より構成されている。特徴情報記憶部４には、特徴抽
出部１１で抽出された個人特徴情報と構造的特徴領域抽
出部１３で抽出された構造的特徴が記憶される。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。 （登録時の動作）登録時には、図９の従来装置で説明し
たような特徴情報の登録を行う他、構造的特徴領域抽出
部１３で構造的特徴領域を抽出して特徴情報記憶部４に
記憶させる。ここで、構造的特徴領域の例について説明
する。図３は構造的特徴の例を示す図である。（ａ）に
示す例は、窓画像の選択基準に用いた特徴点を含む領域
を用いるようにしたものである。つまり、この場合は窓
４０の中の特徴点を含む領域（図中に９個の画素の配列
で示す領域）を構造的特徴領域としたものである。

【００２２】（ｂ）に示す例は、窓枠と隆線との交点座
標の中から少なくとも１個以上の画素の集合を構造的特
徴領域としたものである。図では、，，の３つの
領域を構造的特徴領域とした場合を示している。

【００２３】（ｃ）に示す例は、窓枠から隆線に沿って
一定の画素だけ離れた位置に設定した少なくとも１個以
上の画素の集合を構造的特徴領域とした場合を示してい
る。図の黒い□がその特徴領域を示している。登録部１
０は、図８に示したような特徴窓画像の他に、図３に示
したような構造的特徴領域を抽出して特徴情報記憶部４
に記憶させる。 （照合時の動作）図４に示すフローチャートを用いて説
明する。メモリアドレス指定手段２３から特徴情報記憶
部４にアドレスを与え、窓の走査開始位置を指定する
（Ｓ１）。次に、照合部２０はその位置が走査範囲内に
あるかどうかチェックする（Ｓ２）。最初は、走査範囲
内にあるはずなのでこのステップはパスする。次に、画
素値比較手段２４が特徴情報記憶部４から読出した構造
的特徴領域内の画素の照合を行う（Ｓ３）。例えば、図
３の（ａ）の場合には、窓の中心近辺の９画素について
照合を行う。

【００２４】合格窓評価手段２５は、画素値比較手段２
４の出力を受けて、 不一致画素数≧閾値１ となるかどうかチェックする（Ｓ４）。前記条件が満足
された場合には、メモリアドレス指定手段２３から特徴
情報記憶部４にアドレス変更信号を与えて、窓を移動さ
せる（Ｓ５）。そして、移動させた後の窓が走査範囲内
であるかどうかチェックする（Ｓ２）。以下、Ｓ３，Ｓ
４，Ｓ５のシーケンスを繰り返すことになる。図１１に
示すような明らかに位相が違う状態では、必ず移動後の
窓が走査範囲外となる。この場合には、直ちに不合格窓
と判定する。

【００２５】若し、ステップＳ４で条件が満足されない
場合には、画素値比較手段２４は、窓全体の画素を照合
する本来のパターンマッチングを行う（Ｓ６）。パター
ンマッチングの結果、合格窓数評価手段２５が 不一致画素数≧閾値２ と判定した場合には、ステップＳ５に戻り窓の移動を行
う。パターンマッチングの結果、合格窓数評価手段２５
が上記条件が満足されないと判定した場合には、不一致
画素数が所定の閾値２よりも少ないということなので、
合格窓と判定する。このような窓の比較を全ての照合用
窓について繰り返す。そして、最終的に合格窓の数があ
る所定の閾値よりも多い場合には、本人と判定すること
になる。

【００２６】図５は本発明の第２の実施例を示す構成ブ
ロック図である。図に示す実施例は、構造的特徴領域抽
出部１３として、隆線座標抽出部１３ａを用いたもので
ある。該隆線座標抽出部１３ａは、窓の中の隆線に相当
する画素の集合を抽出する。その他の構成は、図２に示
す第１の実施例と同じである。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。 （登録時の動作）登録時には、図９の従来装置で説明し
たような特徴情報の登録を行う他、隆線座標抽出部１３
ａで窓の中の隆線の相当する画素の集合を抽出して特徴
情報記憶部４に記憶させる。登録部１０は、図８に示し
たような特徴窓画像の他に、前記した隆線座標を抽出し
て特徴情報記憶部４に記憶させる。 （照合時の動作）図６に示すフローチャートを用いて説
明する。

【００２７】メモリアドレス指定手段２３から特徴情報
記憶部４にアドレスを与え、窓の走査開始位置を指定す
る（Ｓ１）。次に、照合部２０はその位置が走査範囲内
にあるかどうかチェックする（Ｓ２）。最初は、走査範
囲内にあるはずなのでこのステップはパスする。次に、
画素値比較手段２４が特徴情報記憶部４から読出した隆
線領域の画素の照合を行う（Ｓ３）。

【００２８】合格窓評価手段２５は、画素値比較手段２
４の出力を受けて、 不一致画素数≧閾値１ となるかどうかチェックする（Ｓ４）。前記条件が満足
された場合には（例えば、図３の（ａ）において、９個
の画素のうちに不一致画素数が４個あり、閾値１として
の値２を越えた場合等が考えられる）、メモリアドレス
指定手段２３から特徴情報記憶部４にアドレス変更信号
を与えて、窓を移動させる（Ｓ５）。そして、移動させ
た後の窓が走査範囲内であるかどうかチェックする（Ｓ
２）。以下、Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のシーケンスを繰り返す
ことになる。図１１に示すような明らかに位相が違う状
態では、必ず移動後の窓が走査範囲外となる。この場合
には、直ちに不合格窓と判定する。

【００２９】若し、ステップＳ４で 不一致画素数≧閾値１ の条件が満足されない場合には、画素値比較手段２４
は、隆線以外の画素を照合する本来のパターンマッチン
グを行う（Ｓ６）。パターンマッチングの結果、合格窓
数評価手段２５が 不一致画素数≧閾値２ と判定した場合には、ステップＳ５に戻り窓の移動を行
う。パターンマッチングの結果、合格窓数評価手段２５
が上記条件が満足されないと判定した場合には、不一致
画素数が所定の閾値２よりも少ないということなので、
合格窓と判定する。このような窓の比較を全ての照合用
窓について繰り返す。そして、最終的に合格窓の数があ
る所定の閾値よりも多い場合には、本人と判定すること
になる。

【００３０】本発明によれば、構造的特徴領域内で照合
用画像と窓画像とが不一致の場合には、本来のパターン
マッチングを行わないですみ、その分処理速度が速くな
り、不一致と判断するまでに要する時間を短縮すること
ができる。つまり、本人であることを拒否する時の処理
速度が向上することになる。

【００３１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば明らかに不一致と分かる場合には、パターンマッ
チングを行う前にその窓を不合格窓と判定することによ
り、不一致と判断するまでに要する時間を短縮すること
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】本発明の第１の実施例を示す構成ブロック図で
ある。

【図３】構造的特徴領域の例を示す図である。

【図４】第１の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】本発明の第２の実施例を示す構成ブロック図で
ある。

【図６】第２の実施例の動作を示すフローチャートであ
る。

【図７】指紋の特徴情報例を示す図である。

【図８】ムービィング・ウィンド法の説明図である。

【図９】従来装置の構成例を示すブロック図である。

【図１０】従来装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図１１】照合時における明らかな不一致の例を示す図
である。

【符号の説明】

４ 特徴情報記憶部 １０ 登録部 １３ 構造的特徴領域抽出部 ２０ 照合部 ３０ 画像読取部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指紋画像を読取り２値画像として記憶す
   る画像読取部と、 該画像読取部からの２値画像を受けて特徴情報を窓画像
   として切り出し、指紋辞書として登録する登録部と、 該登録部の出力を特徴情報として記憶する特徴情報記憶
   部と、 画像読取部から読出した照合用画像と特徴情報記憶部か
   ら読出した窓画像との照合を行なう照合部より構成され
   た指紋照合装置において、 前記登録部内に、指紋画像の構造的特徴領域を抽出する
   構造的特徴領域抽出部を設け、 前記照合部は、照合用画像と窓画像とのパターンマッチ
   ングに先立って、照合用画像と、構造的特徴領域の照合
   を行い、照合の結果、不一致画素数が所定の閾値よりも
   大きい場合には、パターンマッチングを行うことなく、
   直ちにその窓を不合格窓と判定するようにしたことを特
   徴とする指紋照合装置。