JP3604441B2 - パターン認識装置及びその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光学的または電子的に二次元画像を取り扱う情報処理の技術分野において、合同フーリエ変換型相関法に基づいて複数の画像に対して相関演算を実行することにより、当該複数の画像を照合判定するパターン認識装置及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二次元画像に対して相関演算を実行する方法の一つとして、並列的に配置された複数の画像に２回のフーリエ変換を実行する合同フーリエ変換型相関 （ＪＴＣ； Ｊｏｉｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法が知られている。このＪＴＣ法を高速に実行するために、光学レンズの結像作用をフーリエ変換として適用することにより、複数の画像を照合判定する光相関システムが提案されている。以下、このＪＴＣ法の原理について、指紋像を認識対象に設定して簡単に説明する。
【０００３】
まず、図１２（ａ）に示すように、２個の指紋像、すなわち予め撮像済みの参照像と新たに撮像された測定像とを、入力像として並列的な配置で表示する（図１２（ａ）参照）。続いて、図１２（ｂ）に示すように、この入力像を照明したコヒーレント光を結像レンズに入射させることにより、入力像に対して１回のフーリエ変換を実行した変換像を生成する。続いて、図１２（ｃ）に示すように、この変換像を照明したコヒーレント光を結像レンズに入射させることにより、入力像に対して２回のフーリエ変換を実行した相関像を生成する（図１２（ｃ）参照）。
【０００４】
このようにして得られた相関像は、中心部に出現した０次空間周波数成分と、この０次空間周波数成分を挟む両側の周辺領域にそれぞれ現れた１次空間周波数成分とから構成されている。この１次空間周波数成分の強度分布は、参照像と測定像との間の相関値に対応している。そのため、この１次空間周波数成分のピーク強度や半値幅などを検出することにより、参照像に対して測定像を照合判定することができる。
【０００５】
なお、このようなＪＴＣ法の原理に関しては、文献「光学、第２１巻第６号第３９２頁〜第３９９頁、１９９２年６月」などに詳細に記載されている。また、ＪＴＣ法を利用した光相関システムの構成に関しては、文献「光学、第２３巻第５号第３１５号〜第３２０号、１９９４年５月」などに詳細に記載されている。さらに、人体を構成するパターンを認識対象とするＪＴＣ法に基づいて個人を識別するパターン認識装置に関しては、公報「特開平６−７６１２８号公報」及び「特開平６−１７６１５５号公報」などに詳細に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＪＴＣ法を利用したパターン認識装置では、同一のパターンである参照像と測定像とが不一致であると照合判定したり、異なるパターンである参照像と測定像とが一致していると照合判定したりするという誤った認識が避けられない場合がある。以下、この誤認識の要因について、相関演算における入力像と相関像とに注目して簡単に説明する。
【０００７】
図１３（ａ）に示すように、並列的に配置された参照像領域及び測定像領域に入力像として参照像Ｉ_Ｒ 及び測定像Ｉ_Ｍ をそれぞれ通常通り表示した場合でも、測定像Ｉ_Ｍ の撮像状況に対応して測定像Ｉ_Ｍ の入力位置が測定像領域中で変動することがある。このとき、図１３（ｂ）に示すように、入力像に対する２回のフーリエ変換に基づいて生成された相関像には、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間の相関値に対応した１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）が、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間で変動した距離Ｄ_ＭＲに対応した間隔Ｄ_０１Ｔ で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。そのため、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間の照合判定は真である１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）の強度分布に基づいて行われるので、誤認識が起こることはない。
【０００８】
しかしながら、図１４（ａ）に示すように、入力像の一方として参照像Ｉ_Ｒ を通常通り参照像領域に表示した場合でも、入力像の他方として同一パターンである２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２を測定像領域に表示すると、支障が生じることがある。このとき、図１４（ｂ）に示すように、入力像に対する２回のフーリエ変換に基づいて生成された相関像には、２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の相関値に対応した１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）が、２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の距離Ｄ_ＭＭに対応した間隔Ｄ_０１Ｆ で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現してしまう。そのため、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間の照合判定は偽である１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）の光強度分布に基づいて行われるので、誤認識が起こり得る。
【０００９】
また、図１５（ａ）に示すように、入力像の一方として参照像Ｉ_Ｒ を通常通り参照像領域に表示した場合でも、入力像の他方として第１の測定像Ｉ_Ｍ０と同一パターンである２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２とを測定像領域に表示すると、やはり支障が生じることがある。このとき、図１５（ｂ）に示すように、入力像に対する２回のフーリエ変換に基づいて生成された相関像には、参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との間の相関値に対応した第１の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）が、参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との間の距離Ｄ_ＭＲに対応した間隔Ｄ_０１Ｔ で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。また、２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の相関値に対応した第２の１次光Ｐ_１ （Ｆ）が、２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の距離Ｄ_ＭＭに対応した間隔Ｄ_０１Ｆ で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現してしまう。そのため、参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との間の照合判定は真である第１の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）ではなく偽である第２の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）の光強度分布に基づいて行われると、誤認識が起こり得る。
【００１０】
さらに、図１６（ａ）に示すように、入力像の一方としてはいかなる画像も参照像領域に表示しないで、入力像の他方として同一パターンの２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２を測定像領域に表示する場合、次の現象が起こることがある。このとき、図１６（ｂ）に示すように、入力像に対する２回のフーリエ変換に基づいて生成された相関像には、入力像を構成した２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の相関値に対応した１次空間周波数成分Ｐ_１ が２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の距離Ｄ_ＭＭに対応した間隔Ｄ_０１で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。その他に、２次光Ｐ_２ ，…，Ｎ次光Ｐ_Ｎ を含む高次空間周波数成分が、２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の距離Ｄ_ＭＭに対応した間隔２Ｄ_０１，…，Ｎ・Ｄ_０１で０次光Ｐ_０ の両側に出現してしまう。このような高次空間周波数成分は、変換像として生成される２個の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の干渉縞の変調度に、いわゆるサイン波に対するズレが生じた場合に発生する。
【００１１】
そのため、入力像としては参照像Ｉ_Ｒ 及び測定像Ｉ_Ｍ を参照像領域及び測定像領域にそれぞれ表示する場合でも、入力像の他方として同一または類似の像成分を測定像領域に表示すると、支障が生じることがある。つまり、変換像として生成される参照像Ｉ_Ｒ 自体または測定像Ｉ_Ｍ 自体の干渉縞の変調度にサイン波に対するズレが生じた場合に、上述した高次空間周波数成分が相関像に出現してしまう。そのため、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間の照合判定は１次空間周波数成分Ｐ_１ の他に高次空間周波数成分を含む強度分布に基づいて行われるので、誤認識が起こり得る。
【００１２】
そこで、本発明は、以上の問題点を鑑みてなされたものであり、参照像と測定像とに対する照合判定に生じる誤認識を低減させることにより、良好な認識率を有するパターン認識装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン認識装置は、上記の目的を達成するために、（Ａ１）第１のパターンを二次元画像として撮像する入力手段と、（Ａ２）この入力手段によって撮像された第１のパターンの像と当該第１のパターンの像に対して比較する少なくとも一つの第２のパターンの像とを入力像として並列的に配置して出力する制御手段と、（Ｂ−１）この制御手段によって出力された入力像を表示する入力面と、（Ｂ−２）この入力面に表示された入力像に対して合同フーリエ変換型相関演算を実行する演算手段と、（Ｂ−３）この演算手段によって入力像に対応して生成された相関像を配置する出力面とを含んで構成されている照合手段と、（Ｃ）この照合手段によって生成された相関像の強度分布に基づいて第１及び第２のパターンの像を照合判定する判定手段とを備えている。
【００１４】
ここで、制御手段は、（Ｂ−１−ａ）第１のパターンの像を配置する第１の入力領域と、（Ｂ−１−ｂ）この第１の入力領域に隣接する第２の入力領域と、（Ｂ−１−ｃ）第１の入力領域に対向して第２の入力領域に隣接し、第２のパターンの像を配置する第３の入力領域とを、第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った第２の入力領域の領域幅が、当該配列方向に沿った第１の入力領域の領域幅以上になるように配列して入力像として出力している。
【００１５】
また、出力面は、（Ｂ−２−ａ）相関像を構成する二つの１次空間周波数成分の一方を配置する第１の出力領域と、（Ｂ−２−ｂ）この第１の出力領域に隣接し、相関像を構成した０次空間周波数成分を配置する第２の出力領域とを有し、第１及び第２の出力領域の配列方向に沿った第２の出力領域の領域幅として、第２の入力領域の領域幅と入力像に対する相関像の倍率との積に一致した距離を０次空間周波数成分の両側に保持している。
【００１６】
さらに、判定手段は、第１及び第２の出力領域にそれぞれ配置された相関像の強度分布を分別した上で、第１の出力領域に配置された相関像の１次空間周波数成分の強度分布を用いて第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とする。
【００１７】
なお、第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った第２の入力領域の領域幅は、当該配列方向に沿った第１及び第３の入力領域の領域幅以上に設定されていることを特徴としてもよい。また、出力面は、第１の出力領域に対向して第２の出力領域に隣接し、二つの１次空間周波数成分の他方を配置する第３の出力領域とをさらに有しており、照合手段は、第１ないし第３の出力領域にそれぞれ配置された相関像の強度分布を分別した上で、第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴としてもよい。
【００１８】
また、演算手段は、入力像に対してフーリエ変換を光学的に２度実行するレンズを含んでいること、あるいは入力像に対してフーリエ変換を電子工学的に２度実行するコンピュータを含んでいることを特徴としてもよい。さらに、パターンは、人間の指の腹に形成された指紋であることを特徴としてもよい。
【００１９】
本発明のパターン認識方法は、上記の目的を達成するために、（Ａ）第１のパターンを二次元画像として撮像する第１のステップと、（Ｂ）この第１のステップで撮像された第１のパターンの像と当該第１のパターンの像に対して比較する少なくとも一つの第２のパターンの像とを入力像として入力面に並列的に配置して信号を生成して出力し、信号に基づいて入力像を入力面に表示させる第２のステップと、（Ｃ）この第２のステップで表示された入力像に対して合同フーリエ変換型相関演算を実行することにより、当該入力像に対応して生成された相関像を出力面に配置する第３のステップと、（Ｄ）この第３のステップで生成された相関像の強度分布に基づいて第１及び第２のパターンの像を照合判定する第４のステップとを備えている。
【００２０】
ここで、第２のステップにおいては、第１の入力領域、第２の入力領域及び第３の入力領域を、第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った第２の入力領域の領域幅が、当該配列方向に沿った第１の入力領域の領域幅以上になるように順次隣接して配置させると共に、第１及び第２のパターンの像を第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置して信号を生成して出力する。
【００２１】
また、第３のステップにおいては、出力面に第１の出力領域及び第２の出力領域を隣接して設定する際に、第１及び第２の出力領域の配列方向に沿った第２の出力領域の領域幅を、第２の入力領域の領域幅と入力像に対する相関像の倍率との積の２倍に一致した距離に設定した上で、相関像を構成する二つの１次空間周波数成分の一方及び０次空間周波数成分を第１の出力領域の内部及び第２の出力領域の中央部にそれぞれ配置する。
【００２２】
さらに、第４のステップにおいては、第１及び第２の出力領域に配置された相関像の強度分布を分別した上で、第１の出力領域に配置された相関像の１次空間周波数成分の強度分布を用いて第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とする。
【００２３】
なお、第２のステップにおいては、第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った第２の入力領域の領域幅を、当該配列方向に沿った第１及び第３の入力領域の領域幅以上に設定することを特徴としてもよい。また、第３のステップにおいては、第１の出力領域に対向した上で第２の出力領域に隣接して設定した第３の出力領域に、二つの１次空間周波数成分の他方を第３の出力領域に配置し、第４のステップにおいては、第１及び第３の出力領域にそれぞれ配置された相関像の強度分布を分別した上で、第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴としてもよい。
【００２４】
また、第４のステップにおいては、第２の出力領域に配置された相関像の強度分布が所定の閾値未満である場合、第１の出力領域に配置された相関像の強度分布に基づいて第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴としてもよい。さらに、第４のステップにおいては、第１のパターンの像のみからなる入力像に対応して生成された相関像の強度分布と、第２のパターンの像のみからなる入力像に対応して生成された相関像の強度分布とを、第１及び第２のパターンの像からなる入力像に対応して生成された相関像の強度分布から除去した上で、当該相関像の強度分布に基づいて第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴としてもよい。
【００２５】
【作用】
本発明のパターン認識装置及びその方法においては、入力手段が第１のパターンを二次元画像としてそれぞれ撮像すると、照合手段は第１のパターンの像と当該第１のパターンの像に対して比較する少なくとも一つの第２のパターンの像とを入力像として入力面上で並列的に配置する。このとき、入力面において第２の入力領域の両側でそれぞれ隣接した第１及び第３の領域には、第１及び第２のパターンの像がそれぞれ配置されている。
【００２６】
そして、照合手段は、入力面に配置された入力像に対して合同フーリエ変換型相関演算を実行することにより、その入力像に対応して生成された相関像を出力面に配置する。このとき、出力面において相互に隣接した第１及び第２の出力領域には、相関像を構成する１次空間周波数成分及び０次空間周波数成分がそれぞれ配置される。
【００２７】
ここで、第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った第２の入力領域の領域幅は、その配列方向に沿った第１の入力領域の領域幅以上に設定されている。また、第１及び第２の出力領域の配列方向に沿った第２の出力領域の領域幅は、第２の入力領域の領域幅と前記入力面に対する前記出力面の倍率との積に一致した距離を０次空間周波数成分の両側に保持して設定されている。
【００２８】
これにより、第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置された第１及び第２のパターンの像の間隔は、第２の入力領域の領域幅以上であることから、第１の入力領域の領域幅以上となる。そのため、これら第１及び第２のパターンの像に対応する二つの１次空間周波数成分の一方は、当該第１及び第２のパターンの像の間隔と前記入力面に対する前記出力面の倍率との積に一致した距離を０次空間周波数成分に対して保持し、第１及び第２の出力領域の配列方向に生成されるので、第１の出力領域に配置される。
【００２９】
一方、第１の入力領域に配置された第１のパターンの像が複数個の同一または類似の像成分を含んでいる場合、これら同一または類似の像成分の間隔は、当該第１の入力領域の領域幅未満であることから、第２の入力領域の領域幅未満となる。そのため、これら同一または類似の像成分に対応する二つの１次空間周波数成分の一方は、当該同一または類似の像成分の間隔と前記入力面に対する前記出力面の倍率との積に一致した距離を０次空間周波数成分に対して保持し、第１及び第２の出力領域の配列方向に生成されるので、第２の出力領域に配置される。
【００３０】
この後、照合手段は、第１及び第２の出力領域にそれぞれ配置された相関像の強度分布を分別した上で、第１の出力領域に配置された相関像の強度分布に基づいて、第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置された第１及び第２のパターンの像の照合を判定する。したがって、これら第１及び第２のパターンの像の照合は、第１の入力領域に配置されたパターンの像が含む複数個の同一または類似の像成分による相関ノイズを除去した上で決定される。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明に係る一実施例の構成及び作用について、図１ないし図１１を参照して詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００３２】
本実施例のパターン認識装置は、認識対象として指紋を設定した上で、ＪＴＣ法に基づいて複数の指紋像の間で相関演算を実行することにより、当該複数の指紋像を照合判定して個人を識別する指紋認識装置として機能するものである。例えば、このパターン認識装置は、貴重品や重要情報を保管する機密室に通じるドアの開閉を制御する管理システムとして利用される。
【００３３】
図１に示すように、パターン認識装置１０は、操作者が識別コードや選択コードを入力するコード入力手段２０と、操作者が提示した指紋を撮像するパターン入力手段３０と、管理者が許可した操作者の指紋像を格納する記憶手段４０と、予め登録済みの参照像と新規に撮像された測定像とからなる２個の指紋像に対して光学的相関演算を実行する照合手段５０と、これら２個の指紋像の照合判定を相関値に基づいて決定する判定手段６０と、これら各種機器の動作を集中的に制御する制御手段７０とを備えている。
【００３４】
ここで、コード入力手段２０は、指紋の登録または照合を要望する操作者の入力操作に基づいて動作するキーボードである。このキーボードは、操作者が入力した識別コードや選択コードなどを測定信号として制御手段７０に出力する。ただし、識別コードは、パターン認識装置１０を全体的に監督する管理者が特定の操作者に予め割り当てて設定したものである。選択コードは、制御手段７０から入力した制御信号に基づいてディスプレイ（図示しない）に表示されたメッセージに対応して、操作者が選択した処理を指定するものである。
【００３５】
また、パターン入力手段３０は、第１の照明光を投光するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ）３１と、操作者の指が設置された斜面で第１の照明光を反射するプリズム３２と、操作者の指紋に対応して散乱した第１の照明光を集束する集光レンズ３３と、第１の照明光を受光して光電変換するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ）カメラ３４とから構成されている。
【００３６】
なお、ＬＥＤ３１は、制御手段７０から入力した制御信号に基づいて第１の照明光を発光する光源である。この光源は、所定の拡がりを有する光線束として第１の照明光を投光する。プリズム３２は、三角柱状に形成されて斜面を外部に露出して設置された基本プリズムである。この基本プリズムは、第１のＬＥＤ３１から入射した第１の照明光を斜面の内側で反射させる。ただし、プリズム３２の斜面は、操作者の指の腹が接触して設置され、その指紋の隆線に対応して第１の照明光を散乱させるものである。
【００３７】
集光レンズ３３は、プリズム３２から入射した第１の照明光をＣＣＤカメラ３４の受光面上に結像する両凸レンズである。ＣＣＤカメラ３４は、集光レンズ３３の結像面上にその受光面が配置されることにより、集光レンズ３３から入射した第１の照明光を受光する光検出器である。この光検出器は、第１の照明光を光電変換して検出した操作者の指紋像を測定信号として制御手段７０に出力する。
【００３８】
また、記憶手段４０は、操作者の識別コード及び指紋像に対する登録や検索などを管理するメモリである。このメモリは、制御手段７０から入力したデータ信号に基づいて識別コード及び指紋像を登録像として格納するとともに、制御手段７０から入力した制御信号に基づいて識別コードをキーとして検索した登録済みの指紋像をデータ信号として制御手段７０に出力する。また、このメモリは、予め設定された閾値に達するまで、順次撮像された操作者の複数の指紋像を登録候補像として保持する。ただし、指紋像の撮像回数に対する閾値は、登録候補像に対する相互相関演算を有効にする観点から、３以上であることがより望ましい。
【００３９】
また、照合手段５０は、第２の照明光を投光するＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ） ５１と、第２の照明光を２方向に分岐する第１のハーフミラー５２ａと、第２の照明光の一方である第３の照明光を反射する第１の平面ミラー５３ａと、参照像と測定像とからなる２個の指紋像を入力像として表示するＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）５４と、入力像に対応して回折した第３の照明光をフーリエ変換する第１のフーリエ変換レンズ５５ａと、入力像に対応して回折した第３の照明光の光軸付近を除去するフィルタ５６と、第３の照明光を受光して入力像の変換像の強度画像を表示するＳＬＭ（Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ）５７とを含んで構成されている。
【００４０】
この照合手段５０は、第２の照明光の他方である第４の照明光を反射する第２の平面ミラー５３ｂと、第４の照明光を反射した後に変換像に対応して回折した第４の照明光を透過する第２のハーフミラー５２ｂと、変換像に対応して回折した第４の照明光をフーリエ変換する第２のフーリエ変換レンズ５５ｂと、第４の照明光を受光して光電変換するＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）５８とをさらに含んで構成されている。
【００４１】
すなわち、照合手段５０は、入力像を配置する入力面であるＬＣＤ５４と、この入力像に対応して生成された相関像を配置する出力面であるＰＤ５８と、入力像に対するＪＴＣ演算によって相関像を生成する演算手段であるその他の全ての光学系とから構成されている。
【００４２】
なお、ＬＤ５１は、制御手段７０から入力した制御信号に基づいて第２の照明光を発光する光源である。この光源は、所定の拡がりを有する光線束として第２の照明光を投光する。第１のハーフミラー５２ａは、ＬＤ５１から入射した第２の照明光を２方向に分岐するビームスプリッタである。このビームスプリッタは、第２の照明光の一方を反射して第３の照明光として出射するとともに、第２の照明光の他方を透過して第４の照明光として出射する。第１の平面ミラー５３ａは、第１のハーフミラー５２ａから入射した第３の照明光を反射する反射鏡である。この反射鏡は、第３の照明光の光路を折り曲げることによって照合手段５０自体の小型化に寄与している。
【００４３】
ＬＣＤ５４は、制御手段７０から入力した第３のデータ信号Ｔ_３ に基づいて２個の指紋像を並列的な配置で表示するディスプレイである。このディスプレイは、記憶手段４０に格納された登録済みの指紋像を参照像として参照像領域に表示するとともに、パターン入力手段３０で新たに撮像された操作者の指紋像を測定像として間隙領域を挟んで参照像領域に隣接した測定像領域に表示する。また、このディスプレイは、第１の平面ミラー５３ａから入射した第３の照明光を、参照像と測定像とからなる入力像に対応して回折させつつ透過させる。
【００４４】
第１のフーリエ変換レンズ５５ａは、ＬＣＤ５４から入射した第３の照明光を収斂して出射し、第３の照明光の振幅分布に対して焦平面上でフーリエ変換を成立させる両凸レンズである。この両凸レンズは、所定の拡がりを有する光線束として入力像に対応して回折した第３の照明光を集光する。フィルタ５６は、光軸を中心とする円板状のマスクを有する遮蔽板である。この遮蔽板は、第１のフーリエ変換レンズ５５ａから入射した第３の照明光の光軸付近に位置する低次空間周波数成分である０次空間周波数成分を除去することにより、第３の照明光の周辺に位置する高次空間周波数成分である１次空間周波数成分を抽出する。ただし、０次空間周波数成分は、入力像に対応して回折した第３の照明光で最大強度を有する成分であり、入力像を構成する参照像と測定像との間の相関値の指標となる１次空間周波数成分に対してノイズとして大きく影響するものである。
【００４５】
一方、第２の平面ミラー５３ｂは、第１のハーフミラー５２ａから入射した第４の照明光を反射する反射鏡である。この反射鏡は、第４の照明光の光路を折り曲げることによって照合手段５０自体の小型化に寄与している。第２のハーフミラー５２ｂは、第２の平面ミラー５３ｂから入射した第４の照明光を反射してＳＬＭ５７に出射するとともに、ＳＬＭ５７で反射されることによって入射した第４の照明光を透過して第２のフーリエ変換レンズ５５ｂに出射するビームスプリッタである。このビームスプリッタは、ＳＬＭ５７に保持された変換像を照明する第４の照明光を反射するとともに、ＳＬＭ５７の変換像に対応して回折した第４の照明光を透過する。
【００４６】
ＳＬＭ５７は、ガラスからなる第１の基板と、透明導電材からなる第１の電極層と、α（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ）−Ｓｉからなる光アドレス層と、誘電体多層膜からなるミラー層と、ネマティック液晶からなる光変調層と、透明導電材からなる第２の電極層と、ガラスからなる第２の基板とを順次積層して形成され、実時間空間フィルタとして機能する位相変調器である。光変調層を構成するネマティック液晶は同一方向に対して平行に配向され、第１及び第２の電極層は所定の駆動電圧が印加されている。
【００４７】
この位相変調器では、フィルタ５６から入射した第３の照明光が第１の基板及び第１の電極層を介して光アドレス層で集光することにより、第３の照明光の強度分布に対応して光アドレス層の抵抗分布が変化する。そのため、この抵抗分布に基づいた電圧が光変調層に印加されるので、第３の照明光の強度分布に対応して光変調層を構成するネマティック液晶の分子軸の配向が変化する。したがって、入力像の振幅分布にフーリエ変換を施して生成された変換像は、光変調層の屈折率分布として書き込まれる。
【００４８】
また、この位相変調器では、ハーフミラー５２ｂから入射した第４の照明光が第２の基板及び第２の電極層を介して光変調層で回折した後、ミラー層で反射されて光変調層で再び回折して第２の電極層及び第２の基板を介して出射される。そのため、第４の照明光は、光変調層を往復して通過する際に、光変調層の屈折率分布に対応して位相変調を受けるので、光変調層に保持された変換像に対応して回折する。
【００４９】
第２のフーリエ変換レンズ５５ｂは、第２のハーフミラー５２ｂから入射した第４の照明光を収斂して出射し、第４の照明光の振幅分布に対して焦平面上でフーリエ変換を成立させる両凸レンズである。この両凸レンズは、所定の拡がりを有する光線束として変換像に対応して回折した第４の照明光を集光する。ＰＤ５８は、第２のフーリエ変換レンズ５５ｂの焦平面上に受光面を配置し、第２のフーリエ変換レンズ５５ｂから入射した第４の照明光を受光する光検出器である。この光検出器は、第４の照明光を光電変換することにより、変換像の振幅分布にフーリエ変換を施して生成された相関像を検出し、この相関像をデータ信号として制御手段７０に出力する。ただし、相関像は、入力像の振幅分布に２回のフーリエ変換を施して生成されたものであり、０次空間周波数成分を除いて主に１次空間周波数成分からなる高次空間周波数成分として検出される。
【００５０】
また、判定手段６０は、入力像を構成した参照像と測定像との間の相関値を予め設定された閾値と比較することにより、これら２個の指紋像の照合判定を決定する演算ユニットである。この演算ユニットは、制御手段から入力したデータ信号に基づいて相関像で最大輝度を有する強度分布を１次空間周波数成分の強度分布として分別した後、この１次空間周波数成分の強度分布特性を参照像と測定像との間の相関値として所定の閾値に対してそれぞれ比較し、その照合判定の結果をデータ信号として制御手段７０に出力する。なお、この演算ユニットは、相関値が閾値以上である場合に、参照像と測定像とが一致していることを照合判定し、相関値が閾値未満である場合に、参照像と測定像とが不一致であることを照合判定する。
【００５１】
ただし、参照像と測定像との間の相関値に対する閾値は、異なる個人の指紋像の間の相関値の統計分布を分析することにより、セキュリティの度合、例えば９９．９％以上の他人排他率に基づいて適切に決定することがより望ましい。
【００５２】
さらに、制御手段７０は、パターン認識装置１０全体に対する電力供給を制御するとともに、コード入力手段２０、パターン入力手段３０、記憶手段４０、照合手段５０及び判定手段６０に対する各種の信号入出力を制御するマイクロコンピュータである。このマイクロコンピュータの動作については、パターン認識装置１０における主な作用として詳細な説明を後述する。
【００５３】
このように構成されたパターン認識装置１０には、後述する３種類の特徴的構成（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも一つが施されている。
【００５４】
（Ａ）プリズム３２の斜面における設置領域の限定
図２（ａ）に示すように、プリズム３２の斜面３２ａ上には、平板状の第１のマスク３５が設置されている。図２（ｂ）に示すように、第１のマスク３５は斜面３２ａの周辺部を被覆し、斜面３２ａの中央部上に位置する開口３５ａを有している。この開口３５ａには、斜面３２ａが領域幅Ｗ_Ｅ を有する設置領域として露出されている。そのため、操作者が指を設置する位置は、第１のマスク３５の開口３５ａによって形成された設置領域に限定されることになる。ただし、この領域幅Ｗ_Ｅ は、ＬＣＤ５４で入力像を構成する測定像領域、間隙領域及び参照像領域を順次配列した方向に沿った当該測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ を、集光レンズ３３の結像倍率で除算して決定されている（図５（ｃ）参照）。なお、第１のマスク３５としては、ＬＥＤ３１から出射された第１の照明光に対して不透明なプラスチックなどで形成されていることが必要である。
【００５５】
（Ｂ）ＣＣＤカメラ３４の受光面における検出領域の限定
図３（ａ）に示すように、ＣＣＤカメラ３４の受光面３４ａ上には、平板状の第２のマスク３６が設置されている。図３（ｂ）に示すように、第２のマスク３６は、受光面３４ａの一方の半面のみを被覆している。この受光面３４ａの他方の半面は、領域幅Ｗ_Ｄ を有する検出領域として露出されている。そのため、操作者の指紋に対応して回折した第１の照明光を受光する位置は、第２のマスク３６によって形成された検出領域に限定されることになる。ただし、この領域幅Ｗ_Ｄ は、ＬＣＤ５４で入力像を構成する測定像領域、間隙領域及び参照像領域を順次配列した方向に沿った当該測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ に基づいて決定されている（図５（ｃ）参照）。なお、第２のマスク３６としては、ＬＥＤ３１から出射された第１の照明光に対して不透明なプラスチックなどで形成されていることが必要である。
【００５６】
（Ｃ）ＣＣＤカメラ３４または制御手段７０によるビデオ信号の変調処理
図４（ａ）に示すように、ＣＣＤカメラ３４は、受光した第１の照明光を光電変換して検出した指紋像を、水平ライン毎に分割して第１のビデオ信号を生成する。この第１のビデオ信号は、１水平ラインの画像データ成分Ｃ_Ｖ を水平同期成分Ｃ_Ｈ で順次区分して構成されている。図４（ｂ）に示すように、ＣＣＤカメラ３４または第１のビデオ信号がＣＣＤカメラ３４から入力した制御手段７０は、第１のビデオ信号の水平同期成分Ｃ_Ｈ に同期してフィルタ制御信号を生成する。このフィルタ制御信号は、第１のビデオ信号の隣接した２個の水平同期成分Ｃ_Ｈ に挟まれた区間に対応する区間で、領域幅Ｗ_Ｆ を有する信号抽出成分Ｃ_Ｅ を順次配列して構成されている。
【００５７】
ここで、図４（ｃ）に示すように、ＣＣＤカメラ３４または制御手段７０は、第１のビデオ信号の水平同期成分Ｃ_Ｈ に同期した状態で、第１のビデオ信号の画像データ成分Ｃ_Ｖ とフィルタ制御信号の信号抽出成分Ｃ_Ｅ とに対するＡＮＤ演算を実行して第２のビデオ信号を生成する。この第２のビデオ信号は、信号抽出成分Ｃ_Ｅ の領域幅Ｗ_Ｆ に対応して第１のビデオ信号の画像データ成分Ｃ_Ｖ が抽出された画像データ成分Ｃ_ＥＶを、１水平ラインの画像データとして水平同期成分Ｃ_Ｈ で順次区分して構成されている。そのため、操作者の指紋像を検出したＣＣＤカメラ３４が制御手段７０に出力する第２のビデオ信号、あるいはＣＣＤカメラ３４から第１のビデオ信号を入力された制御手段７０が生成する第２のビデオ信号の画像データは、フィルタ制御信号が含む信号抽出成分Ｃ_Ｅ の区間に限定されることになる。ただし、この領域幅Ｗ_Ｆ は、ＬＣＤ５４で入力像を構成する測定像領域、間隙領域及び参照像領域を順次配列した方向に沿った当該測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ に基づいて決定されている（図５（ｃ）参照）。
【００５８】
これら３種類の特徴的構成によれば、図５（ａ）に示すように、操作者の指紋像を検出したＣＣＤカメラ３４から制御手段７０に入力したビデオ信号が表す測定像Ｉ_Ｍ は、画像全体の一方の端部側で領域幅Ｗ_Ｍ を有する測定像領域に配置されている。一方、図５（ｂ）に示すように、操作者が入力した識別コードに基づいて登録像を検索した記憶手段４０から制御手段７０に入力したビデオ信号が表す参照像Ｉ_Ｒ は、画像全体の他方の端部側で領域幅Ｗ_Ｒ を有する参照像領域に配置されている。そこで、図５（ｃ）に示すように、制御手段７０は、測定像Ｉ_Ｍ を表すビデオ信号と参照像Ｉ_Ｒ を表すビデオ信号とに対して画像ボード上でスーパーインポーズを実行することにより、測定像Ｉ_Ｍ が配置された測定像領域と、いかなる画像も配置されない間隙領域と、参照像Ｉ_Ｒ が配置された参照像領域とを順次配列した入力像を表すビデオ信号を生成してＬＣＤ５４に出力する。
【００５９】
この測定像領域は、画像全体の一方の端部側で各領域の配列方向に沿って領域幅Ｗ_Ｍ を有し、操作者の指紋を新たに撮像して生成された測定像Ｉ_Ｍ が配置される。また、参照像領域は、画像全体の他方の端部側で各領域の配列方向に沿って領域幅Ｗ_Ｒ を有し、予め登録済みの指紋像を検索して生成された参照像Ｉ_Ｒ が配置される。なお、参照像領域の領域幅Ｗ_Ｒ は、測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ にほぼ同一であって匹敵するように設定されている。さらに、これら測定像領域及び参照像領域に挟まれた間隙領域は、画像全体の中央部で各領域の配列方向に沿って領域幅Ｗ_Ｉ を有し、いかなる画像も配置されることはない。なお、間隙領域の領域幅Ｗ_Ｉ は、測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ 以上になるように設定されている。
【００６０】
このように生成されたビデオ信号が入力したＬＣＤ５４は、図６（ａ）に示すように、間隙を保持して並列的に配置された参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ とからなる入力像を表示する。このＬＣＤ５４の表示画面には、領域幅Ｗ_Ｍ を有する測定系領域（第１の入力領域）と、領域幅Ｗ_Ｉ を有する間隙領域（第２の入力領域）と、領域幅Ｗ_Ｒ を有する参照領域（第３の入力領域）とが、すなわち第１ないし第３の入力領域が、領域幅Ｗ_Ｍ ，Ｗ_Ｉ ，Ｗ_Ｒ の方向に順次配列されている。この測定像領域に測定像Ｉ_Ｍ が配置されるとともに、参照像領域に参照像Ｉ_Ｒ が配置される。また、間隙領域にはいかなる画像も配置されない。特に、間隙領域の領域幅Ｗ_Ｉ は、測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ 以上になるように設定されている。
【００６１】
ここで、通常の指紋像のみから構成されている参照像Ｉ_Ｒ を参照像領域に表示するとともに、通常の指紋像である第１の測定像Ｉ_Ｍ０と同一パターンの２個の偽詐像である第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２とを測定像領域に表示する場合、参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との間の距離Ｄ_ＭＲは、間隙領域の領域幅Ｗ_Ｉ 以上であり、すなわち測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ 以上となる。一方、２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の距離Ｄ_ＭＭは、測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ 未満となる。
【００６２】
このような入力像に対する相関演算の実行によって生成した相関像を検出するＰＤ５８は、図６（ｂ）に示すように、入力像を構成した参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間に相関値に対応した１次空間周波数成分を受光する。この相関像の中心部には、０次空間周波数成分Ｐ_０ が配置されている。ＰＤ５８の受光面は、画像全体の一方の端部側で領域幅Ｗ_Ｔ１を有する第１の基本検出領域（第１の出力領域）と、画像の中心部に位置する０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側にそれぞれ領域幅Ｗ_Ｆ を有する補助検出領域（第２の出力領域）と、画像全体の他方の端部側で領域幅Ｗ_Ｔ２を有する第２の基本検出領域（第３の出力領域）とから構成されている。このＰＤ５８は、第１及び第２の基本検出領域で受光した１次空間周波数成分と、補助検出領域で受光した１次空間周波数成分とを分割して光電変換する。なお、補助検出領域の領域幅Ｗ_Ｆ は、第１及び第２のフーリエ変換レンズ５５ａ，５５ｂによる結像倍率Ｍと、入力像における測定像領域の領域幅Ｗ_Ｍ とに対して、式（１）を満足するように設定されている。
【００６３】
Ｗ_Ｆ ＝Ｍ・Ｗ_Ｍ （１）
ただし、第１及び第２の結像レンズ５５ａ，５５ｂによる結像倍率Ｍは、第１及び第２のフーリエ変換レンズ５５ａ，５５ｂの各焦点距離ｆ_１ ，ｆ_２ に対して式（２）を満足する。
【００６４】
Ｍ＝ｆ_２ ／ｆ_１ （２）
ここで、入力像を構成した参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との間の相関値に対応した第１の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）は、間隔Ｄ_０１Ｔ で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。この間隔Ｄ_０１Ｔ は、第１及び第２のフーリエ変換レンズ５５ａ，５５ｂによる結像倍率Ｍと、入力像における参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との間の距離Ｄ_ＭＲとに対して式（３）を満足する。
【００６５】
Ｄ_０１Ｔ ＝Ｍ・Ｄ_ＭＲ （３）
また、入力像を構成した２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の相関値に対応した第２の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）は、間隔Ｄ_０１Ｆ で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。この間隔Ｄ_０１Ｆ は、第１及び第２のフーリエ変換レンズ５５ａ，５５ｂによる結像倍率Ｍと、入力像における２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２の間の距離Ｄ_ＭＭとに対して式（４）を満足する。
【００６６】
Ｄ_０１Ｆ ＝Ｍ・Ｄ_ＭＭ （４）
ところで、入力像においては式（５）が成立していることから、３式（１），（３），（４）の間で式（５）を考慮すると、式（６）が成立する。
【００６７】
Ｄ_ＭＲ≧Ｗ_Ｍ ＞Ｄ_ＭＭ （５）
Ｄ_０１Ｔ ≧Ｗ_Ｆ ＞Ｄ_０１Ｆ （６）
この式（６）によれば、真である第１の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）は第１及び第２の基本検出領域でそれぞれ受光される一方、偽である第２の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）は補助検出領域で受光されることになる。これにより、ＰＤ５８は、真である第１の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）と偽である第２の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）とを分割した光電変換によって生成した検出信号を制御信号７０に出力する。そのため、判定手段６０は、同一パターンである２個の第２の測定像Ｉ_Ｍ１，Ｉ_Ｍ２が入力像に含まれているか否かを、偽である第２の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｆ）の強度分布特性に基づいて判定する。また、照合手段６０は、参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０との照合判定を、真である第１の１次空間周波数成分Ｐ_１ （Ｔ）の強度分布特性のみに基づいて実行する。したがって、制御手段７０は、同一のパターンである参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０とが不一致であると照合判定したり、異なるパターンである参照像Ｉ_Ｒ と第１の測定像Ｉ_Ｍ０とが一致していると照合判定したりするという誤認識を起こさない。
【００６８】
また、このように構成されたパターン認識装置１０には、後述するバックグラウンド処理の機能が設定されている。
【００６９】
まず、制御手段７０は、ＣＣＤカメラ３４から入力したビデオ信号、すなわち測定像領域に配置された測定像Ｉ_Ｍ のみからなる入力像を表すビデオ信号を生成してＬＣＤ５４に出力する。図７（ａ）に示すように、このように生成されたビデオ信号が入力したＬＣＤ５４は、測定像領域のみに測定像Ｉ_Ｍ を表示する。
【００７０】
一方、制御手段７０は、記憶手段４０から入力したビデオ信号、すなわち参照像領域に配置された参照像Ｉ_Ｒ のみからなる入力像を表すビデオ信号を生成してＬＣＤ５４に出力する。図７（ｂ）に示すように、このように生成されたビデオ信号が入力したＬＣＤ５４は、参照像領域のみに参照像Ｉ_Ｒ を表示する。
【００７１】
これらの場合のいずれにおいても、入力像に対する相関演算の実行によって生成した相関像を検出するＰＤ５８は、図１６（ｂ）を参照すると、入力像を構成した測定像Ｉ_Ｍ 自体または参照像Ｉ_Ｒ 自体の同一または類似の像成分の相関値に対応した１次空間周波数成分を含む高次空間周波数成分を受光する。この相関値の中心部には、０次空間周波数成分Ｐ_０ が配置されている。
【００７２】
この相関像は、０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に中央部から周辺部に向かって順次配置された１次空間周波数成分Ｐ_１ 、２次空間周波数成分Ｐ_２ 、…、Ｎ次空間周波数成分Ｐ_Ｎ から構成されている。なお、ＳＬＭ５７に記録された変換像が、ＬＣＤ５４に表示された入力像を構成した測定像Ｉ_Ｍ 自体または参照像Ｉ_Ｒ 自体の干渉縞として生成されることから、１次光を除外した高次光は、この干渉縞の変調度にいわゆるサイン波に対するズレが生じた場合に発生する。ただし、Ｎは２以上の自然数である。
【００７３】
ここで、１次空間周波数成分Ｐ_１ は、間隔Ｄ_０１で０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。この間隔Ｄ_０１は、第１及び第２のフーリエ変換レンズ５５ａ，５５ｂによる結像倍率Ｍと、入力像における測定像Ｉ_Ｍ 自体または参照像Ｉ_Ｒ 自体に含まれる同一または類似の像成分の間の距離Ｄ_ＭＭまたはＤ_ＲＲに対して式（７）または （８）を満足する。
【００７４】
Ｄ_０１＝Ｍ・Ｄ_ＭＭ （７）
Ｄ_０１＝Ｍ・Ｄ_ＲＲ （８）
また、１次空間周波数成分を除外したＮ次空間周波数成分Ｐ_Ｎ は、間隔Ｄ_０Ｎで０次空間周波数成分Ｐ_０ の両側に出現する。この間隔Ｄ_０Ｎは式（９）を満足する。
【００７５】
Ｄ_０Ｎ＝Ｎ・Ｄ_０１ （９）
そのため、０次空間周波数成分Ｐ_０ に対するＮ次空間周波数成分Ｐ_Ｎ の間隔Ｄ_０Ｎの中には、非検出領域の非検出幅Ｗ_Ｆ 以上に達するものがある。なお、Ｎ次空間周波数成分Ｐ_Ｎ の各強度Ｋ_Ｎ として２次空間周波数成分ないし４次空間周波数成分の強度Ｋ_２ 〜Ｋ_４ を例示すると、１次空間周波数成分Ｐ_１ の強度を１とする規格化に基づいて、次のように理論的に算出される。
【００７６】
Ｋ_１ ＝１．００，
Ｋ_２ ＝０．２０，
Ｋ_３ ＝０．０９，
Ｋ_４ ＝０．０４
ただし、このような高次空間周波数成分の強度は、実際に光学的相関演算を実行した場合や、理論計算中にフィルタリング効果や非線形効果などを考慮した場合には、上記の値に対して増減することがある。例えば、２次空間周波数成分Ｐ_２ の強度が１次空間周波数成分Ｐ_１ の強度よりも大きくなる場合もある。一方、第１及び第２のフーリエ変換レンズ５５ａ，５５ｂによるフーリエ変換作用の条件である規格化の基準や周波数フィルタリングなどに基づいて、高次空間周波数成分の強度が無視できるほど小さくなることもある。しかしながら、フーリエ変換作用の条件設定によっては、全体的処理の複雑化のために全体的処理の低速化が発生するので、バックグラウンド処理が必要となる。
【００７７】
ここで、ＰＤ５８は、第１及び第２の基本検出領域及び補助検出領域を含む受光面全体で１次空間周波数成分Ｐ_１ を含む全てのＮ次空間周波数成分Ｐ_Ｎ を光電変換することにより、Ｎ次空間周波数成分Ｐ_Ｎ の強度分布を表す検出信号を制御手段７０に出力する。そのため、判定手段６０は、入力像を構成する参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ とを照合判定する際に、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ との間の相関値に対応した１次空間周波数成分Ｐ_１ の強度分布特性から、参照像Ｉ_Ｒ 自体の相関値に対応した高次空間周波数成分の強度分布特性、あるいは測定像Ｉ_Ｍ 自体の相関値に対応した高次空間周波数成分の強度分布特性を除去する。したがって、判定手段６０は、高次空間周波数成分の寄与を減じた、すなわちバックグラウンド処理を施した正味の１次空間周波数成分Ｐ_１ の強度分布特性に基づいて、参照像Ｉ_Ｒ と測定像Ｉ_Ｍ とに対する照合判定を実行する。
【００７８】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００７９】
パターン認識装置１０は、管理者が許可した操作者の指紋を予め撮像し、その指紋像を登録像として格納するパターン登録処理と、指紋の照合を要望する操作者の指紋を新たに撮像し、その指紋像を登録像に対して照合するパターン照合処理との中で、操作者が選択した処理を実行するものである。
【００８０】
図８に示すように、まず、管理者が電源スイッチ（図示しない）をＯＮ状態に設定した場合、電源（図示しない）はコード入力手段２０、パターン入力手段３０、記憶手段４０、照合手段５０、判定手段６０及び制御手段７０に電力をそれぞれ供給するので、これら各種機器の稼働が開始する。このとき、制御手段７０が各種機器の動作を制御するので、制御手段７０の動作はステップ１００に移行する。
【００８１】
続いて、ステップ１００では、制御手段７０は、登録モード、すなわち操作者の指紋像を登録するパターン登録処理を実行するか否かという操作者の意向を尋ねるメッセージをディスプレイ（図示しない）に表示させる。ここで、操作者がコード入力手段２０を操作することによって登録モードを選択する選択コードを入力した場合、コード入力手段２０は登録モードを設定する選択コードを表す測定信号を制御手段７０に入力するので、制御手段７０の動作はステップ１１０に移行する。一方、操作者がコード入力手段２０を操作することによって登録モードを選択しない選択コードを入力した場合、コード入力手段２０は登録モードを拒否する選択コードを表す測定信号を制御手段７０に入力するので、制御手段７０の動作はステップ１３０に移行する。
【００８２】
続いて、ステップ１４０では、制御手段７０は、照合モード、すなわち操作者の指紋像を照合するパターン照合処理を実行するか否かという操作者の意向を尋ねるメッセージをディスプレイ（図示しない）に表示させる。ここで、操作者がコード入力手段２０を操作することによって照合モードを選択する選択コードを入力した場合、コード入力手段２０は照合モードを設定する選択コードを表す測定信号を制御手段７０に入力するので、制御手段７０の動作はステップ１４０に移行する。一方、操作者がコード入力手段２０を操作することによって照合モードを選択しない選択コードを入力した場合、コード入力手段２０は照合モードを拒否する選択コードを表す測定信号を制御手段７０に入力するので、制御手段７０の動作は全て終了する。
【００８３】
なお、以下、制御手段７０の動作が全て終了した際に、管理者が電源スイッチ（図示しない）をＯＦＦ状態に設定した場合、電源（図示しない）はコード入力手段２０、パターン入力手段３０、記憶手段４０、照合手段５０、判定手段６０及び制御手段７０に対して電力をそれぞれ遮断するので、これら各種機器の稼働が停止する。
【００８４】
図９に示すように、ステップ１１０では、制御手段７０はステップ１２０〜１３２を順次実行する。
【００８５】
まず、ステップ１２０では、制御手段７０は、識別コードを入力することを操作者に要求するメッセージをディスプレイ（図示しない）に表示させる。このとき、操作者がコード入力手段２０を操作することによって識別コードを入力すると、コード入力手段２０は操作者の識別コードを表す測定信号が制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１２２に移行する。
【００８６】
続いて、ステップ１２２では、制御手段７０は、操作者が入力した識別コードを表すデータ信号を記憶手段４０に出力する。このとき、記憶手段４０は、管理者が許可した個人に割り当てた識別コードを予め格納しており、そのデータの中に操作者が入力した識別コードに一致するものを検索する。ここで、記憶手段４０が操作者の識別コードを予め格納していた場合、記憶手段４０は操作者の識別コードが真であることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１２４に移行する。一方、記憶手段４０が操作者の識別コードを予め格納していない場合、記憶手段４０は操作者の識別コードが偽であることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作は全て終了する。
【００８７】
続いて、ステップ１２４では、制御手段７０は、プリズム３２の斜面の外側に指を設置することを要求するメッセージをディスプレイ（図示しない）に表示させた後、ＬＥＤ３１の駆動を指示する第１の制御信号Ｃ_１ をパターン入力手段３０に出力する。このとき、パターン入力手段３０では、ＬＥＤ３１から出射された第１の照明光は、操作者の指の腹が設置されたプリズム３２の斜面の内側で反射することにより、操作者の指紋の隆線に対応して散乱される。このプリズム３２から出射した第１の照明光は、集光レンズ３３によって集束されることにより、ＣＣＤカメラ３４の受光面上に結像される。そのため、ＣＣＤカメラ３４は、第１の照明光の光電変換によって検出した操作者の指紋像を表す測定信号を制御手段７０に出力する。
【００８８】
この後、制御手段７０は、操作者が入力した識別コードと操作者の指紋を撮像した指紋像とを表すデータ信号を記憶手段４０に出力する。このとき、記憶手段４０は、操作者の識別コードに対応して割り当てた所定のメモリ領域に操作者の指紋像を登録候補像として格納する。そして、記憶手段４０は操作者の指紋像を保持したことを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１２６に移行する。
【００８９】
続いて、ステップ１２６では、制御手段７０は、操作者の指紋像の撮像回数を予め設定された閾値と比較する。ここで、指紋像の撮像回数が閾値以上である場合、必要な個数の指紋像が既に撮像済みであるので、制御手段７０の動作はステップ１２８に移行する。一方、指紋像の撮像回数が閾値未満である場合、必要な個数の指紋像が撮像されていないので、制御手段７０の動作はステップ１２４に移行する。
【００９０】
続いて、ステップ１２８では、制御手段７０は、新規に撮像した複数個の指紋像の中で選択した異なる２個の指紋像を並列的に配置したビデオ信号をＬＣＤ５４に出力する。このとき、ＬＣＤ５４は、新規に撮像した２個の指紋像の一方を参照像として参照像領域に表示するとともに、新規に撮像した２個の指紋像の他方を測定像として測定像領域に表示することにより、これら２個の指紋像を入力像として並列的な配置で表示する。
【００９１】
この後、制御手段７０は、ＬＤ５１の駆動を指示する第２の制御信号Ｃ_２ を照合手段５０に出力する。このとき、照合手段５０では、ＬＤ５１から出射された第２の照明光は、第１のハーフミラー５２ａで反射されることによって第３の照明光として出射されるとともに、第１のハーフミラー５２ａを透過することによって第４の照明光として出射される。
【００９２】
この第３の照明光は、第１の平面ミラー５３ａでその光路を折り曲げられた後、ＬＣＤ５４の参照像領域及び測定像領域を通過することにより、参照像と測定像とからなる入力像に対応して回折される。そして、第３の照明光は、第１のフーリエ変換レンズ５５ａによって収斂されることにより、フィルタ５６を透過し、ＳＬＭ５７の光アドレス層中に結像される。このとき、第３の照明光は、フィルタ５６によって光軸付近に位置する低次空間周波数成分である０次空間周波数成分を除去された後、第１のフーリエ変換レンズ５５ａによって振幅分布のフーリエ変換をＳＬＭ５７の光アドレス層で成立させる。そのため、ＳＬＭ５７は、光アドレス層の抵抗分布に対応して変化した光変調層の屈折率分布として、ＬＣＤ５４に表示された入力像にフーリエ変換を施した変換像を保持する。ただし、この変換像は、第３の照明光の周辺に位置する高次空間周波数成分である１次空間周波数成分から構成されている。
【００９３】
一方、第４の照明光は、第２の平面ミラー５３ｂでその光路を折り曲げられた後、第２のハーフミラー５２ｂで反射されることによってＳＬＭ５７の光変調層を透過し、ＳＬＭ５７の光半透層で反射されることによってＳＬＭ５７の光変調層を再び透過する。このとき、第４の照明光は、ＳＬＭ５７の光変調層を往復して通過する際に、光変調層の屈折率分布に対応して位相変調を受けるので、光変調層に保持された変換層に対応して回折される。
【００９４】
この後、第４の照明光は、第２のハーフミラー５２ｂを透過し、第２のフーリエ変換レンズ５５ｂによって収斂されることにより、ＰＤ５８の受光面上で結像される。このとき、第４の照明光は、第２のフーリエ変換レンズ５５ｂによって振幅分布のフーリエ変換をＰＤ５８の受光面で成立させる。そのため、ＰＤ５８は、変換像の振幅分布にフーリエ変換を施して生成した相関像、すなわち入力像の振幅分布に２回のフーリエ変換を施して生成した相関像を検出し、この相関像を表すデータ信号を制御手段７０に出力する。ただし、この相関像は、第４の照明光の周辺に位置する１次空間周波数成分を含む高空間周波数成分のみから構成されている。
【００９５】
さらに、制御手段７０は、入力像に対応する相関像の強度分布を表すデータ信号を判定手段６０に出力する。このとき、判定手段６０は、相関像中で最大輝度を有する強度分布を１次空間周波数成分の強度分布として分別し、この１次空間周波数成分の強度分布特性としてピーク強度や半値幅などを検出する。そして、判定手段６０は、入力像を構成した各指紋像の相関値として相関像における１次空間周波数成分の強度分布特性を追加して保持し、新規に撮像した指紋像の相関値を保持したことを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１３０に移行する。
【００９６】
続いて、ステップ１３０では、制御手段７０は、記憶手段４０に登録候補像として格納された複数の指紋像から選択した２個の指紋像で構成される全ての組み合わせについて、相互相関演算を実行したか否かを確認する。ここで、相互相関演算が全ての登録候補像の組み合わせについて実行されている場合、各登録候補像が必要な相関値の総和を既に有しているので、制御手段７０の動作はステップ１３２に移行する。一方、相互相関演算が全ての登録候補像の組み合わせについて実行されていない場合、各登録候補像が必要な相関値の総和を有していないので、制御手段７０の動作はステップ１２８に移行する。
【００９７】
続いて、ステップ１３２では、制御手段７０は、記憶手段４０に登録候補像として格納された複数の指紋像から唯一の指紋像を選択することを要求する制御信号を判定手段６０に出力する。このとき、判定手段６０は、相互相関演算による相関値の総和として最大値を有する登録候補像を選択し、この登録候補像を登録像として指定することを表すデータ信号を制御手段７０に出力する。
【００９８】
この後、制御手段７０は、登録像として指定する登録候補像を表すデータ信号を記憶手段４０に出力する。このとき、記憶手段４０は、登録像として指定を受けていない登録候補像を消去し、操作者の識別コードに対応して割り当てた所定のメモリ領域に指定を受けた登録候補像のみを登録像として格納する。この後、記憶手段４０は操作者の指紋像を登録したことを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作は全て終了する。
【００９９】
図１０及び図１１に示すように、ステップ１５０では、制御手段７０はステップ１６０〜１８２を順次実行する。
【０１００】
まず、ステップ１６０では、制御手段７０は、識別コードを入力することを操作者に要求するメッセージをディスプレイ（図示しない）に表示させる。このとき、操作者がコード入力手段２０を操作することによって識別コードを入力すると、コード入力手段２０は操作者の識別コードを表す測定信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１６２に移行する。
【０１０１】
続いて、ステップ１６２では、制御手段７０は、操作者が入力した識別コードを表すデータ信号を記憶手段４０に出力する。このとき、記憶手段４０は、管理者が許可した個人に割り当てた識別コードを予め格納しており、そのデータの中に操作者が入力した識別コードに一致するものを検索する。ここで、記憶手段４０が操作者の識別コードを予め格納していた場合、記憶手段４０は操作者の識別コードが真であることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１４４に移行する。一方、記憶手段４０が操作者の識別コードを予め格納していない場合、記憶手段４０は操作者の識別コードが偽であることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作は全て終了する。
【０１０２】
続いて、ステップ１６４では、制御手段７０は、操作者の識別コードに対応した登録像の呼出を指示する制御信号を記憶手段４０に出力する。このとき、記憶手段４０は、操作者の識別コードに対応して割り当てたメモリ領域を検索する。この後、記憶手段４０は該当するメモリ領域に予め格納されている登録像を表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１６６に移行する。なお、登録像は、複数の指紋像からなる登録候補像の中で最も共通点を多く含むので、最も歪みが小さくで最も明瞭な指紋像となる。
【０１０３】
続いて、ステップ１６６では、制御手段７０は、プリズム３２の斜面の外側に指を設置することを要求するメッセージをディスプレイ（図示しない）に表示させた後、ＬＥＤ３１の駆動を指示する制御信号をパターン入力手段３０に出力する。このとき、パターン入力手段３０では、前述したステップ１２４とほぼ同様な動作に基づいて、ＣＣＤカメラ３４が第１の照明光の光電変換によって検出した操作者の指紋像を表す第２の測定信号Ｓ_２ を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１６８に移行する。
【０１０４】
続いて、ステップ１６８では、制御手段７０は、予め登録済みの指紋像と新規に撮像した指紋像とを並列的に配置したビデオ信号をＬＣＤ５４に出力する。このとき、ＬＣＤ５４は、予め登録済みの指紋像を参照像として参照像領域に表示するとともに、新規に撮像した指紋像を測定像として測定像領域に表示し、さらにいかなる画像をも間隙領域に表示しないことにより、これら参照像及び測定像を入力像として並列的な配置で表示する。
【０１０５】
この後、制御手段７０は、ＬＤ５１の駆動を指示する第２の制御信号Ｃ_２ を照合手段５０に出力する。このとき、照合手段５０では、前述したステップ１２８とほぼ同様な動作に基づいて、Ｐｄ５８が第４の照明光の光電変換によって基本検出領域及び補助検出領域で分割して検出した相関像の強度分布を表す測定信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１７０に移行する。
【０１０６】
続いて、ステップ１７０では、制御手段７０は、参照像と測定像とに対する相互相関演算に基づいて補助検出領域で検出された相関像の強度分布を表すデータ信号を判定手段６０に出力する。このとき、判定手段６０は、補助検出領域で検出された相関像の強度分布特性としてピーク強度や半値幅などを検出し、この強度分布特性を予め設定された閾値に対して比較する。ここで、補助検出領域の強度分布特性が所定の閾値未満である場合、判定手段６０は測定像自体が適切に撮像されていることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１７２に移行する。一方、補助検出領域の強度分布特性が所定の閾値以上である場合、判定手段６０は測定像自体が不適切に撮像されていることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作は全て終了する。
【０１０７】
続いて、ステップ１７０では、制御手段７０は、予め登録済みである同一パターンの２個の指紋像を並列的に配置したビデオ信号である第３のデータ信号Ｔ_３ をＬＣＤ５４に出力する。このとき、ＬＣＤ５４は、予め登録済みである同一パターンの２個の指紋像を参照像として参照像領域に表示し、いかなる画像をも測定像領域及び間隙領域に表示しないことにより、入力像として２個の指紋像を並列的に配置した参照像を表示する。
【０１０８】
この後、制御手段７０は、ＬＤ５１の駆動を指示する第２の制御信号Ｃ_２ を照合手段５０に出力する。このとき、照合手段５０では、前述したステップ１２８とほぼ同様な動作に基づいて、ＰＤ５８が第４の照明光の光電変換によって基本検出領域及び補助検出領域で一体として検出した相関像の強度分布を表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１７２に移行する。
【０１０９】
続いて、ステップ１７２では、制御手段７０は、新規に撮像した同一パターンの２個の指紋像を並列的に配置したビデオ信号をＬＣＤ５４に出力する。このとき、ＬＣＤ５４は、新規に撮像した同一パターンの２個の指紋像を測定像として測定像領域に表示し、いかなる画像をも参照像領域及び間隙領域に表示しないことにより、入力像として２個の指紋像を並列的に配置した測定像を表示する。
【０１１０】
この後、制御手段７０は、ＬＤ５１の駆動を指示する第２の制御信号Ｃ_２ を照合手段５０に出力する。このとき、照合手段５０では、前述したステップ１２８とほぼ同様な動作に基づいて、ＰＤ５８が第４の照明光の光電変換によって基本検出領域及び補助検出領域で一体として検出した相関像の強度分布を表す第４の測定信号Ｓ_４ を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１７４に移行する。
【０１１１】
続いて、ステップ１７４では、制御手段７０は、参照像と測定像とに対する相互相関演算に基づいて基本検出領域で検出された相関像の強度分布と、参照像に対する自己相関演算に基づいて基本検出領域及び補助検出領域で検出された相関像の強度分布と、測定像に対する自己相関演算に基づいて基本検出領域及び補助検出領域で検出された相関像の強度分布とを表すデータ信号を判定手段６０に出力する。このとき、判定手段６０は、３種類の相関像の強度分布特性としてピーク強度や半値幅などをそれぞれ検出し、参照像と測定像とに対する相互相関演算に基づいた強度分布特性から、参照像または測定像に対する自己相関演算に基づいた強度分布特性を除去する。
【０１１２】
この後、判定手段６０は、参照像と測定像とに対する相互相関演算に基づいて検出した後にバックグラウンド処理を施した強度分布特性を、入力像を構成した参照像と測定像との間の相関値として設定し、この相関値を予め設定された閾値に対して比較する。ここで、参照像と測定像との間の相関値が所定の閾値以上である場合、判定手段６０は参照像と測定像とが一致していることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１８０に移行する。一方、参照像と測定像との間の相関値が所定の閾値以下である場合、参照像と測定像とが不一致であることを表すデータ信号を制御手段７０に出力するので、制御手段７０の動作はステップ１８２に移行する。
【０１１３】
続いて、ステップ１８０では、制御手段７０は、操作者の指紋像に対する照合が成功した場合の処理を実行する。例えば、パターン認識装置１０が前述した管理システムとして機能している場合、制御手段７０は、操作者が管理者によって予め許可を受けている個人であると認識するので、管理対象である機密室に通じるドアのオートロックを解錠する。この後、制御手段７０の動作は全て終了する。
【０１１４】
続いて、ステップ１６０では、制御手段７０は、操作者の指紋像に対する照合が不成功になった場合の処理を実行する。例えば、パターン認識装置１０が前述した管理システムとして機能している場合、制御手段７０は、操作者が管理者によって予め許可を受けている個人ではないと認識するので、管理対象である機密室に通じるドアのオートロックを閉錠状態で保持する。この後、制御手段７０の動作は全て終了する。
【０１１５】
なお、本発明は上記実施例に限られるものではなく、種々の変形を行うことが可能である。
【０１１６】
例えば、上記実施例においては、ＪＴＣ法に基づいて並列的に配置した参照像と測定像とに対する相関演算として、光学的手段を利用する光学的相関演算を適用している。そのため、相関演算の速度はパターンの像の階調や画素数などに依存しないので、多値情報としてパターンの像を扱うことができる。しかしながら、ＪＴＣ法に基づいて相関演算としては、コンピュータ等の電子計算機を利用する電子的相関演算を適用しても、相関演算の速度が多値情報や画素数などによって制約を受ける問題を補償することにより、上記実施例とほぼ同様な作用効果を得ることができる。
【０１１７】
また、上記実施例においては、個人を識別するパターンとして指紋を設定している。しかしながら、このようなパターンとしては、個人的特徴を有するものであれば、網膜像などの他のパターンを設定することも好適である。なお、個人の識別などの二次的な機能を必要としないで、単にパターン自体を比較して照合する場合には、二次元画像である限り、いかなるパターンを設定することも可能である。
【０１１８】
また、上記実施例においては、ＬＣＤの表示画面に設定した測定像領域及び参照像領域に、それぞれ単数の測定像及び参照像を配置している。しかしながら、例えば測定像領域、間隙領域及び参照像領域を順次配列した方向に直交した方向に沿って参照像領域を分割して設定し、この分割した各参照像領域に異なる複数の参照像を配置すれば、これら複数の参照像に対して測定像を同時に照合判定することができる。
【０１１９】
さらに、上記実施例においては、ＣＣＤカメラで撮像してメモリに格納した参照像に基づいて、測定像の照合判定を行っている。しかしながら、コンピュータを利用した画像処理技術によって作製した仮想像や、所定の特徴のみを抽出して作製した修整像などを参照象としても用いても、上記実施例とほぼ同様な作用効果を得ることができる。
【０１２０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のパターン認識装置及びその方法においては、第１のパターンを二次元画像として撮像することにより、入力面において第２の入力領域の両側でそれぞれ隣接した第１及び第３の領域に、入力像を構成する二つのパターンの像をそれぞれ配置する。そして、入力面に配置された入力像として第１のパターンの像と当該第１のパターンの像に対して比較する少なくとも一つの第２のパターンの像とをそれぞれ配置する。そして、入力面に配置された入力像に対して合同フーリエ変換型相関演算を実行することにより、出力面において相互に隣接した第１及び第２の出力領域に、相関像を構成する１次空間周波数成分及び０次空間周波数成分をそれぞれ配置する。
【０１２１】
ここで、第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った第２の入力領域の領域幅は、その配列方向に沿った第１の入力領域の領域幅以上に設定されている。また、第１及び第２の出力領域の配列方向に沿った第２の出力領域の領域幅は、第２の入力領域の領域幅と入力面に対する前記出力面の倍率との積に一致した距離を０次空間周波数成分の両側に保持して設定されている。
【０１２２】
これにより、第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置された第１及び第２のパターンの像の間隔は第１の入力領域の領域幅以上となる。一方、第１の入力領域に配置された第１のパターンの像が複数個の同一または類似の像成分を含んでいる場合、これら同一または類似の像成分の間隔は第２の入力領域の領域幅未満となる。そのため、第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置された第１及び第２のパターンの像に対応する二つの１次空間周波数成分の一方は第１の出力領域に配置され、第１の入力領域に配置された同一または類似の像成分に対応する二つの１次空間周波数成分は第２の出力領域に配置される。
【０１２３】
この結果、照合手段は、第１の入力領域に配置された第１のパターンの像が含む複数個の同一または類似の像成分による相関ノイズを除去した上で、第１の出力領域に配置された相関像の強度分布に基づいて、第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置された第１及び第２のパターンの像を照合判定する。したがって、これら第１及び第２のパターンの像に対する照合判定に生じる誤認識が低減するので、良好な認識率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン認識装置に係る一実施例の全体構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は図１のプリズムの斜面に第１のマスクを設置した状態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の第１のマスクの形状を示す上面図である。
【図３】（ａ）は図１のＣＣＤカメラの受光面に第２のマスクを設置した状態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）の第２のマスクの形状を示す上面図である。
【図４】（ａ）は図１のＣＣＤカメラで生成した第１のビデオ信号を示すタイムチャートであり、（ｂ）は図１のＣＣＤカメラまたは制御手段で（ａ）の第１のビデオ信号に同期して生成したフィルタ制御信号を示すタイムチャートであり、（ｃ）は図１のＣＣＤカメラまたは制御手段で（ａ）の第１のビデオ信号を（ｂ）のフィルタ制御信号に対応して抽出した第２のビデオ信号を示すタイムチャートである。
【図５】（ａ）は図１のパターン入力手段で撮像した測定像を示す図であり、（ｂ）は図１の記憶手段から検索した参照像を示す図であり、（ｃ）は図１のＬＣＤに表示する入力像として並列的に配置した（ａ）の測定像と（ｂ）の参照像とを示す図である。
【図６】（ａ）は図１のＬＣＤに表示した入力像として並列的に配置した真のパターンと偽のパターンとからなる測定像と真のパターンのみからなる参照像とを示す図であり、（ｂ）は図１のＰＤで受光した相関像として真の１次光と偽の１次光とを示す図である。
【図７】（ａ）は図１のＬＣＤに表示した入力像として配置した参照像のみを示す図であり、（ｂ）は図１のＬＣＤに表示した入力像として配置した測定像のみを示す図である。
【図８】図１のパターン認識装置における全般的動作を示すフローチャートである。
【図９】図１のパターン認識装置におけるパターン登録処理を示すフローチャートである。
【図１０】図１のパターン認識装置におけるパターン照合処理を示すフローチャートである。
【図１１】図１のパターン認識装置におけるパターン照合処理を示すフローチャートである。
【図１２】（ａ）は従来のパターン認識装置において測定像と参照像とを並列的な配置で表示した入力像として指紋像を示す写真であり、（ｂ）は（ａ）の入力像に対する二次元フーリエ変換によって生成した変換像として処理した指紋像を示す写真であり、（ｃ）は（ｂ）の変換像に対する二次元フーリエ変換によって生成した相関像として処理した指紋像を示す写真である。
【図１３】（ａ）は従来のパターン認識装置において通常の測定像と参照像とを並列的な配置で表示した入力像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の入力像に対する相関像を示す図である。
【図１４】（ａ）は従来のパターン認識装置において２個の同一パターンからなる測定像と参照像とを並列的な配置で表示した入力像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の入力像に対する相関像を示す図である。
【図１５】（ａ）は従来のパターン認識装置において真のパターンと偽のパターンとからなる測定像と参照像とを並列的な配置で表示した入力像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の入力像に対する相関像を示す図である。
【図１６】（ａ）は従来のパターン認識装置において２個の同一パターンからなる測定像のみを表示した入力像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の入力像に対する相関像を示す図である。
【符号の説明】
１０…パターン認識装置、３０…入力手段、５０…照合手段、５４…入力面、５８…出力面、５１〜５３，５５〜５７…演算手段、６０…判定手段。

Claims (11)

1. 第１のパターンを二次元画像として撮像する入力手段と、
   この入力手段によって撮像された前記第１のパターンの像と当該第１のパターンの像に対して比較する少なくとも一つの第２のパターンの像とを入力像として並列的に配置して出力する制御手段と、
   この制御手段によって出力された前記入力像を表示する入力面と、この入力面に表示された前記入力像に対して合同フーリエ変換型相関演算を実行する演算手段と、この演算手段によって前記入力像に対応して生成された相関像を配置する出力面とを含んで構成されている照合手段と、
   この照合手段によって生成された前記相関像の強度分布に基づいて前記第１及び第２のパターンの像を照合判定する判定手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記第１のパターンの像を配置する第１の入力領域と、前記第１の入力領域に隣接する第２の入力領域と、前記第１の入力領域に対向して前記第２の入力領域に隣接し、前記第２のパターンの像を配置する第３の入力領域とを、前記第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った前記第２の入力領域の領域幅が、当該配列方向に沿った前記第１の入力領域の領域幅以上になるように配列して前記入力像として出力し、
   前記出力面は、
   前記相関像を構成する二つの１次空間周波数成分の一方を配置する第１の出力領域と、
   この第１の出力領域に隣接し、前記相関像を構成した０次空間周波数成分を配置する第２の出力領域とを有し、
   前記第１及び第２の出力領域の配列方向に沿った前記第２の出力領域の領域幅として、前記第２の入力領域の領域幅と前記入力像に対する前記相関像の倍率との積に一致した距離を前記０次空間周波数成分の両側に保持しており、
   前記判定手段は、前記第１及び第２の出力領域にそれぞれ配置された前記相関像の強度分布を分別した上で、前記第１の出力領域に配置された前記相関像の１次空間周波数成分の強度分布を用いて前記第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とするパターン認識装置。
2. 前記第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った前記第２の入力領域の領域幅は、当該配列方向に沿った前記第１及び第３の入力領域の領域幅以上に設定されていることを特徴とする請求項１のパターン認識装置。
3. 前記出力面は、前記第１の出力領域に対向して前記第２の出力領域に隣接し、前記二つの１次空間周波数成分の他方を配置する第３の出力領域とをさらに有しており、前記照合手段は、前記第１ないし第３の出力領域にそれぞれ配置された前記相関像の強度分布を分別した上で、前記第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とする請求項１のパターン照合装置。
4. 前記演算手段は、前記入力像に対してフーリエ変換を光学的に２度実行するレンズを含んでいることを特徴とする請求項１記載のパターン認識装置。
5. 前記演算手段は、前記入力像に対してフーリエ変換を電子工学的に２度実行するコンピュータを含んでいることを特徴とする請求項１記載のパターン認識装置。
6. 前記パターンは、人間の指の腹に形成された指紋であることを特徴とする請求項１記載のパターン認識装置。
7. 第１のパターンを二次元画像として撮像する第１のステップと、
   この第１のステップで撮像された前記第１のパターンの像と当該第１のパターンの像に対して比較する少なくとも一つの第２のパターンの像とを入力像として並列的に配置して信号を生成して出力し、前記信号に基づいて前記入力像を入力面に表示させる第２のステップと、
   この第２のステップで表示された前記入力像に対して合同フーリエ変換型相関演算を実行することにより、当該入力像に対応して生成された相関像を出力面に配置する第３のステップと、
   この第３のステップで生成された前記相関像の強度分布に基づいて前記第１及び第２のパターンの像を照合判定する第４のステップとを備え、
   前記第２のステップにおいては、第１の入力領域、第２の入力領域及び第３の入力領域を、前記第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った前記第２の入力領域の領域幅が、当該配列方向に沿った前記第１の入力領域の領域幅以上になるように順次隣接して配置させると共に、前記第１及び第２のパターンの像を前記第１及び第３の入力領域にそれぞれ配置して前記信号を生成して出力し、
   前記第３のステップにおいては、前記出力面に第１の出力領域及び第２の出力領域を隣接して設定する際に、前記第１及び第２の出力領域の配列方向に沿った前記第２の出力領域の領域幅を、前記第２の入力領域の領域幅と前記入力像に対する前記相関像の倍率との積の２倍に一致した距離に設定した上で、前記相関像を構成する二つの１次空間周波数成分の一方及び０次空間周波数成分を前記第１の出力領域の内部及び前記第２の出力領域の中央部にそれぞれ配置し、
   前記第４のステップにおいては、前記第１及び第２の出力領域に配置された前記相関像の強度分布を分別した上で、前記第１の出力領域に配置された前記相関像の１次空間周波数成分の強度分布を用いて前記第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とするパターン認識方法。
8. 前記第２のステップにおいては、前記第１ないし第３の入力領域の配列方向に沿った前記第２の入力領域の領域幅を、当該配列方向に沿った前記第１及び第３の入力領域の領域幅以上に設定することを特徴とする請求項７のパターン認識方法。
9. 前記第３のステップにおいては、前記第１の出力領域に対向した上で前記第２の出力領域に隣接して設定した第３の出力領域に、前記二つの１次空間周波数成分の他方を前記第３の出力領域に配置し、前記第４のステップにおいては、前記第１及び第３の出力領域にそれぞれ配置された前記相関像の強度分布を分別した上で、前記第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とする請求項７のパターン認識方法。
10. 前記第４のステップにおいては、前記第２の出力領域に配置された前記相関像の強度分布が所定の閾値未満である場合、前記第１の出力領域に配置された前記相関像の強度分布に基づいて前記第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とする請求項７記載のパターン認識方法。
11. 前記第４のステップにおいては、前記第１のパターンの像のみからなる前記入力像に対応して生成された前記相関像の強度分布と、前記第２のパターンの像のみからなる前記入力像に対応して生成された前記相関像の強度分布とを、前記第１及び第２のパターンの像からなる前記入力像に対応して生成された前記相関像の強度分布から除去した上で、当該相関像の強度分布に基づいて前記第１及び第２のパターンの像を照合判定することを特徴とする請求項７記載のパターン認識方法。

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