JP2951472B2

JP2951472B2 - 指紋照合装置及び指紋照合方法

Info

Publication number: JP2951472B2
Application number: JP4045526A
Authority: JP
Inventors: 卓新崎; 乾横山; 誠吾井垣
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH05242227A

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及び指紋照
合方法に関する。近年、電子計算機が社会全般に普及す
るのに伴い、安全性（セキュリティ）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ＩＤ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８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９（３ａ）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。

【０００５】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。

【０００６】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。特徴パターンの一致の数が所
定数以上あった場合には、指紋が一致したと判定する
（ムービングウィンド法）。

【０００７】次に、ムービングウィンド法について詳し
く説明する。図１０に示すような指紋隆線画像から図１
１に示すように特徴点及びその近傍を含む複数個の窓を
切り出す。切り出した窓のうち、真ん中の窓を位置合わ
せ用窓とする。図１１に示す窓は辞書として登録する。
つまり、指紋辞書は１個の位置合わせ用窓と複数の照合
用窓とに２分されることになる。

【０００８】次に、照合時には照合用指紋画像と位置合
わせ用窓との位置合わせを行い、図１２に示すように照
合用窓とのパターンマッチングを行う。最初に位置合わ
せ用窓を指紋像全体に対し走査させ、パターンマッチン
グを行い、登録画像に対する入力画像の位置ずれ量を把
握しておく。その後、照合用窓を位置合わせ用窓のずれ
量だけずらして照合させる。この時、人間の皮膚の柔ら
かさによる歪みに対応させるため、照合用窓を若干量だ
け２次元的に走査させパターンマッチングを行う。

【０００９】図１３は従来装置の動作を示すフローチャ
ートである。先ず、位置合わせ用窓画像のパターンマッ
チングを行う（Ｓ１）。このパターンマッチングは、図
１２に示したように、位置合わせ用窓を読み込んだ指紋
画像に重ね合わせて、両方の画像が一致するようにする
ことである。そして、位置合わせ用窓のマッチングがと
れるかどうかで、候補点であるかどうかチェックする
（Ｓ２）。

【００１０】候補点でなかった場合には、位置合わせ用
窓を移動させ（Ｓ３）、行動範囲内であるかどうかチェ
ックする（Ｓ４）。行動範囲内であった場合には、ステ
ップＳ１に戻る。行動範囲外であった場合には、指紋照
合を拒否する（Ｓ５）。

【００１１】ステップＳ２において、候補点が見つかっ
た場合には、位置合わせ用窓の移動量と同じだけ、その
他の照合用窓（照合用特徴点）画像のパターンマッチン
グを行う（Ｓ６）。その後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、
それまで合格したパターンマッチングの数に１を加え、
合格数と基準閾値との比較を行う（Ｓ８）。合格数≧閾
値となった場合には、本人と確認する（Ｓ９）。

【００１２】若し、ステップＳ７で不合格となった場合
には、全窓が終了したかどうかチェックし（Ｓ１０）、
全窓が終了した場合には、合格数が基準閾値に達しなか
ったことになるので、本人と判定することを拒否する
（Ｓ１１）。若し、全窓のパターンマッチングが終了し
ていない場合には、他の周辺画像に移り（Ｓ１２）、パ
ターンマッチングを行う。なお、ステップＳ１０は、ス
テップＳ８で合格数≧閾値でなかった場合にも実行され
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】指紋照合は、前述した
ように指紋の特徴点の分布及び形状の一致を見ることに
より行う。しかしながら、一般に指紋入力部は指とガラ
スの光学的な接触を利用しているため、指が汗ばんでい
る場合には、指紋隆線の間に汗による橋ができ、指紋隆
線パターンにあたかも分岐点が存在しているように指紋
像が検出される。逆に、指が乾燥している場合には、指
とガラスの接触が悪くなり、指紋像のなかに指紋隆線の
切断が生じるようになる。

【００１４】そのため、指紋像の中に多量の指紋端点が
存在したようになり、特徴点抽出を行った際には指紋隆
線の切断点を特徴点として抽出する可能性がある。この
ような不具合を除去するため、検出した指紋画像の指紋
隆線又は谷線の方向を抽出し、隆線方向に沿った方向性
フィルタにより指紋隆線の橋，亀裂を除去する方法があ
るが、登録時，照合時に指紋隆線の方向抽出を行ない、
方向性フィルタを使用して画像の改善を行う場合には、
照合に時間がかかるという欠点がある。

【００１５】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、方向性フィルタを用いて画像改善を行う
場合にも照合に要する時間を短縮することができる指紋
照合装置及び指紋照合方法を提供することを目的として
いる。

【００１６】

【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。図において、１は指紋画像を読み込む指
紋センサ、１０は該指紋センサ１の出力を２値化する第
１の２値化回路、２０は該第１の２値化回路１０の出力
を受けて、複数のブロック毎に分け、ブロック毎の隆線
の方向を抽出すると共に、指紋辞書の登録を行う登録部
である。１１は前記指紋センサ１の出力を受け、登録部
２０で検出された各ブロックの隆線方向に対応した方向
性フィルタを用いて多値画像の処理を行って、指紋隆線
の橋，亀裂の除去を行うフィルタ部、１２は該フィルタ
部１１の出力を受けて２値化を行う第２の２値化回路で
ある。

【００１７】１３は該第２の２値化回路１２の出力を受
けて特徴情報の抽出を行い、その結果を前記登録部２０
に与える特徴抽出回路、３０は特徴抽出回路１３から出
力される特徴点情報及びその近傍を窓として切り出し、
特徴点窓画像として出力されるデータ及び当該窓画像の
隆線方向データを登録部２０から受けて登録する指紋辞
書登録部、４０は前記第２の２値化回路１２から出力さ
れる照合用画像と指紋辞書記憶部３０から出力される指
紋辞書との照合を行う照合部である。

【００１８】

【作用】登録部２０で、２値化された指紋画像のブロッ
ク毎の方向データを求め、フィルタ部１１に与える。フ
ィルタ部１１は、登録部２０から与えられた方向データ
を基にその方向に向かって画像処理を行い、その方向以
外の画像、例えば橋や亀裂を除去していく。橋や亀裂が
除去された画像に対して、２値化回路１２で２値化を行
い、特徴抽出回路１３で特徴点を抽出する。抽出された
特徴点及びその周辺情報は窓として登録部２０から指紋
辞書記憶部３０に記憶される。更に、隆線の方向決めに
用いた方向データもブロック対応で指紋辞書記憶部３０
に登録部２０が記憶する。

【００１９】このように構成しておけば、照合用指紋画
像が入力された場合でも、照合用指紋画像の注目ブロッ
ク内の方向データと、位置合わせ用窓画像の方向データ
の比較を照合部４０で行うことにより、方向データの比
較ですむので位置合わせを速やかに行えるようになる。
また、この方向データによる位置合わせが不一致であっ
たら、パターンマッチングまで行かない状態で照合不一
致と判定することもできるので、指紋照合が速くなる。

【００２０】

【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、指紋センサ１は指紋画像入力部１ａと
Ａ／Ｄ変換器１ｂから構成されている。登録部２０にお
いて、２１は２値化データに対してブロック化し、各ブ
ロック毎の方向データを抽出する方向データ抽出部、２
２は特徴抽出回路１３の出力を受けて、特徴点及びその
近傍を含む画像を窓として切り出す窓画像作成部、２３
は方向データ抽出部２１からの方向データ及び窓画像作
成部２２からの特徴点窓画像を受けて、窓画像方向のデ
ータを作成する窓画像方向データ作成部である。

【００２１】指紋辞書記憶部３０は、窓画像方向辞書デ
ータ３１，位置合わせ用窓画像辞書データ３２及び照合
用周辺窓辞書データ３３より構成されている。照合部４
０において、４１は指紋辞書記憶部３０に記憶されてい
る方向データと２値化回路１２から読出した照合用画像
の方向データの照合を行う方向データ照合部、４２は指
紋辞書記憶部３０に記憶されている位置合わせ用窓画像
と２値化回路１２から読出した照合用画像との位置合わ
せを行う位置合わせ部、４３は指紋辞書記憶部３３に記
憶されている周辺の照合用窓画像と２値化回路１２から
読出した照合用画像との照合を行う周辺窓照合部であ
る。このように構成された装置の動作をフローチャート
を参照しつつ説明すれば、以下のとおりである。

【００２２】図３は本発明の第１の実施例の動作を示す
フローチャートで、照合時の動作を示している。照合動
作が行えるためには、指紋辞書記憶部３０に辞書データ
が記憶されている必要がある。そこで、登録時の動作に
ついて説明する。指紋画像入力部１ａから入力した指紋
画像は、続くＡ／Ｄ変換器１ｂで多値画像データに変換
される。この多値データは２値化回路１０によって２値
化された後、登録部２０に入る。

【００２３】登録部２０では、方向データ抽出部２１が
２値化回路１０の出力を受けて、複数のブロックに分割
し、ブロック毎の隆線の方向を抽出する。図４は隆線方
向データの例を示す図である。（ａ）に示す２値化指紋
画像をブロックに分割し、分割したブロック毎に隆線の
方向を抽出する。抽出した結果は（ｂ）に示すようなも
のとなる。

【００２４】方向データ抽出部２１で抽出されたブロッ
ク毎の方向データは、フィルタ部１１に送られる。該フ
ィルタ部１１には、２値化しない前の多値画像データが
入力されている。フィルタ部１１は、方向データ抽出部
２１から与えられるブロック毎の方向データを基に当該
ブロック内の橋や亀裂等のノイズを除去する処理を行
う。図５は方向性フィルタによる橋，亀裂の補正説明図
である。（ａ）に示すように亀裂や、橋が含まれる画像
でも、方向性フィルタ部１１で隆線方向へのフィルタ処
理を行うことにより、（ｂ）に示すように橋や亀裂が除
去されたものとなる。

【００２５】フィルタ部１１で補正された多値指紋画像
に対して、２値化回路１２により２値化を行う。そし
て、該２値化回路１２により２値化された指紋画像デー
タに対して細線化を行った後、特徴抽出回路１３で特徴
抽出を行う。抽出された特徴点は、窓画像作成部２２に
与えられる。窓画像作成部２２では、入力された特徴点
及びその近傍の画像を含む窓を切り出す。方向データ抽
出部２１で抽出された方向データ及び窓画像作成部２２
で作成された窓画像は、窓画像方向データ作成部２３に
与えられる。そして、画素窓画像方向データ作成部２３
は、入力した窓画像とその窓に対する方向データを指紋
辞書記憶部３０に送出する。指紋辞書記憶部３０では、
入力された指紋辞書データを窓画像方向辞書データ３
１，位置合わせ用窓画像辞書データ３２及び照合用周辺
窓辞書データ３３としてその内部に記憶する。

【００２６】このようにして指紋辞書が登録された後
に、指紋照合動作に入る。照合用指紋画像が指紋センサ
１から入力されると（Ｓ１）、この指紋センサ１からは
多値データが出力される。この多値データは、２値化回
路１０によって２値化された後、方向データ抽出部２１
に入る。該方向データ抽出部２１は、入力２値画像を複
数のブロックに分け、ブロック毎の隆線の方向を抽出す
る（Ｓ２）。

【００２７】フィルタ部１１は、方向データ抽出部２１
から出力される方向データを基に、その方向へのフィル
タ処理を行い、橋，亀裂の除去を行う（Ｓ３）。橋，亀
裂が除去された多値画像に対して、２値化回路１０で２
値化を行う（Ｓ４）。方向データ照合部４１は、窓画像
方向辞書データ３１から読出した位置合わせ用窓画像の
方向データと、２値化回路１２の出力である照合用指紋
像の方向データの比較による位置合わせ領域の選択を行
う（Ｓ５）。

【００２８】方向データ照合部４１による照合が一致し
た時には、次に位置合わせ部４２が選択された領域での
位置合わせ用窓画像辞書データ３２から読出した位置合
わせ用窓画像と２値化回路１２から読出した照合用窓画
像とのパターンマッチングを行う（Ｓ６）。このマッチ
ングが一致したら、次に周辺窓照合部４３は、照合用周
辺窓辞書データ３３から読出した照合用周辺窓画像と、
２値化回路１２から読出した２値化像とのパターンマッ
チングを行う（Ｓ７）。そして、パターンマッチングの
結果、マッチング誤差が閾値以下であれば、本人と確認
する。このように、本発明によれば、方向性フィルタを
用いて画像改善を行う場合にも先ず方向データで位置合
わせを行うため、照合に要する時間を短縮することがで
きる。図６は本発明の第２の実施例の動作を示すフロー
チャートである。指紋辞書登録までのシーケンスは図３
と同じであるので、照合時の動作について説明する。照
合用指紋画像が指紋センサ１から入力されると（Ｓ
１）、この指紋センサ１からは多値データが出力され
る。この多値データは、２値化回路１０によって２値化
された後、方向データ抽出部２１に入る。該方向データ
抽出部２１は、入力２値画像を複数のブロックに分け、
ブロック毎の隆線の方向を抽出する（Ｓ２）。

【００２９】フィルタ部１１は、方向データ抽出部２１
から出力される方向データを基に、その方向へのフィル
タ処理を行い、橋，亀裂の除去を行う（Ｓ３）。橋，亀
裂が除去された多値画像に対して、２値化回路１０で２
値化を行う（Ｓ４）。方向データ照合部４１は、窓画像
方向辞書データ３１から読出した位置合わせ用窓画像の
方向データと、２値化回路１２の出力である照合用指紋
像の方向データの比較を行う（Ｓ５）。

【００３０】この比較動作により、方向データ照合部４
１は、両方の画像の方向が一致したかどうかチェックす
る。一致しない場合には、ステップＳ５に戻り、両方の
方向データの比較動作を再開する。若し、両方の方向デ
ータが一致した時には、次に図７に示すように、照合用
窓画像の方向データと照合用窓指紋像の各ブロックでの
隆線方向データの比較を行う（Ｓ７）。（ａ）に示すよ
うに、照合用窓画像の隆線方向データが６個あるものと
する。この６個の隆線方向データと、（ｂ）に示すよう
な照合用指紋画像の方向データとを比較するのである。

【００３１】そして、比較の結果、所定数の一致が得ら
れた場合には、照合部４０では、位置合わせ部４２が位
置合わせ用窓（図７の太い□）を用いて、位置合わせ用
窓のパターンマッチングを行う（Ｓ９）。即ち、位置合
わせ用窓画像辞書データ３２を読出して、２値化回路１
２から読出した照合用窓画像とのパターンマッチングを
行う。若し、ステップＳ８で所定数の一致が得られなな
い場合には、ステップＳ５に戻って位置合わせ用窓の方
向データの比較をやりなおす。

【００３２】ステップＳ９で、位置合わせ用窓画像のパ
ターンマッチングを行ったら、この時の原点位置からの
ずれを求めておく。そして、周辺窓照合部４３は照合用
周辺窓辞書データ３３を読出して照合用指紋像とのパタ
ーンマッチングを行う（Ｓ１０）。照合部４０は、パタ
ーンマッチングによる窓画像の一致画素数が閾値以上あ
れば、本人と確認する。

【００３３】次に、本発明の照合方法の第３の実施例に
ついて説明する。指紋辞書記憶部３０には、窓画像方向
辞書データ３１，位置合わせ用窓画像辞書データ３２及
び照合用周辺窓辞書データ３３にはそれぞれの辞書デー
タが記憶されているものとする。先ず、各ブロックにお
いて抽出した隆線方向に対応したフィルタを用いてフィ
ルタ部１１で多値画像の補正を行い、橋，亀裂の除去を
行う。次に、位置合わせ部４０は、位置合わせ部４２で
辞書の位置合わせ用窓画像のパターンマッチングを行
う。

【００３４】次に、位置合わせ用窓が一致した場所にお
いて、方向データ照合部４１は、位置合わせ用窓が一致
した場所において、照合用指紋画像の隆線方向データ
と、照合窓画像の隆線方向データの一致の確認を行う。
閾値以上の窓数の隆線方向が一致した場合は、周辺窓照
合部４３で照合用窓のパターンマッチングを行う。照合
部４０は、窓画像の一致数が閾値以上の時、本人と確認
する。

【００３５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、方向性フ
ィルタを用いて画像改善を行う場合にも照合に要する時
間を短縮することができる指紋照合装置及び指紋照合方
法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】本発明の第１の実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図４】隆線方向データの例を示す図である。

【図５】方向性フィルタによる橋，亀裂の補正説明図で
ある。

【図６】本発明の第２の実施例の動作を示すフローチャ
ートである。

【図７】照合用窓画像の隆線方向データの比較を示す図
である。

【図８】従来の指紋照合装置の構成概念図である。

【図９】指紋の特徴情報例を示す図である。

【図１０】指紋隆線画像例を示す図である。

【図１１】指紋辞書画像例を示す図である。

【図１２】照合画像と辞書のマッチングを示す図であ
る。

【図１３】従来装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１指紋センサ１０２値化回路１１フィルタ部１２２値化回路１３特徴抽出回路２０登録部３０指紋辞書記憶部４０照合部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−211184（ＪＰ，Ａ) 特開平１−213765（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−210589（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G06T 7/00 A61B 5/117

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】指紋画像を読み込む指紋センサと、該指紋センサの出力を２値化する第１の２値化回路と、該第１の２値化回路の出力を受けて、複数のブロック毎
に分け、ブロック毎の隆線の方向を抽出すると共に、指
紋辞書の登録を行う登録部と、前記指紋センサの出力を受け、登録部で検出された各ブ
ロックの隆線方向に対応した方向性フィルタを用いて多
値画像の処理を行って、指紋隆線の橋、亀裂の除去を行
うフィルタ部と、該フィルタ部の出力を受けて２値化を行う第２の２値化
回路と、該第２の２値化回路の出力を受けて特徴情報の抽出を行
い、その結果を前記登録部に与える特徴抽出回路と、該特徴抽出回路から出力される特徴点情報及びその近傍
を窓として切り出し、特徴点窓画像として出力されるデ
ータ及び当該窓画像の隆線方向データを登録部から受け
て登録する指紋辞書記憶部と、前記第２の２値化回路から出力される照合用画像と指紋
辞書記憶部から出力される指紋辞書との照合を行う照合
部より構成され、該照合部は、照合用指紋画像と指紋辞書記憶部に記憶さ
れている指紋画像の方向データの比較を行い、方向デー
タが不一致の場合には、指紋不一致と判定し、パターン
マッチングを行わないことを特徴とする指紋照合装置。
【請求項２】前記照合部は、指紋照合を行うに際し、
照合用指紋画像に対して位置合わせ用窓画像を照合する
際、最初に照合画像中の注目ブロック内の方向データ
と、位置合わせ用窓画像の方向データとを比較し、閾値
以上の一致がみられた場合にのみ、位置合わせ用窓画像
のパターンマッチングを開始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。
【請求項３】前記照合部は、指紋照合を行うに際し、
照合用指紋画像に対し位置合わせ用窓画像を照合する
際、最初に照合画像中の注目ブロック内の方向データと
位置合わせ用窓画像の方向データとの比較を行い、閾値
以上の一致がみられ、かつ照合用窓画像の方向データの
比較を行い、所定個数以上の照合用窓画像において方向
の一致がみられた場合にのみ、位置合わせ用窓画像と照
合用窓画像のパターンマッチングを開始するようにした
ことを特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項４】前記照合部は、照合用指紋画像に対し位
置合わせ用窓画像のパターンマッチングを行い、マッチ
ング誤差が所定の値以下である場合、次に照合用窓画像
の方向データの照合を行い、一定個数以上の窓画像の方
向データが一致した時、照合用窓画像のパターンマッチ
ングを開始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。
【請求項５】指紋隆線又は、谷線の方向および指紋特
徴が記憶される指紋辞書記憶部と、照合用指紋画像から
得られる前記指紋隆線又は谷線の方向の少なくとも一方
および指紋特徴を、前記指紋辞書記憶部に記憶されてい
る前記指紋隆線又は谷線方向の少なくとも一方および指
紋特徴と照合する照合部とを備え、該照合部は先ず照合
用指紋画像と、前記指紋辞書記憶部に記憶されている指
紋隆線又は谷線の方向の少なくとも一方の方向データの
比較を行ない、方向データが不一致の場合、照合不一致
と判定し、パターンマッチングを行わないことを特徴と
する指紋照合装置。
【請求項６】入力された指紋から抽出された隆線ある
いは谷線の方向データを、予め登録されている指紋の隆
線あるいは谷線の方向データと比較照合し、前記比較照
合の結果前記方向データが一致した場合には、前記入力
された指紋から抽出された特徴点データを、予め登録さ
れている指紋の特徴点データと照合し、前記比較照合の結果前記方向データが一致しない場合に
は、前記特徴点データの照合を行わないことを特徴とす
る指紋照合方法。