JP4126926B2 - 指紋採取方法及びその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、個人の識別のために指紋を採取する指紋採取方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
個人に特有である指紋データを、固体撮像素子、例えば、ラインセンサのような光学式のセンサ素子で１ライン毎にスキャンして採取し、その採取された指紋データと予め登録されている指紋データとを照合することで本人認証を行う指紋認証装置が考えられている。このような指紋認証装置によれば、ラインセンサの面上にユーザの指があることを検出してから、自動的に一定数のラインデータが採取されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、上記のような指紋認証装置の場合、ラインセンサの面上に置かれた指をスライドさせることで、ある一定範囲のラインデータが自動的に採取されるようになっているが、指紋認証に有効な指紋データを採取するには、ユーザが適切な速度で指をスライドさせる必要がある。仮に、ユーザが一呼吸してからゆっくりと指をスライドさせた場合、指のスライド速度が遅すぎるため、ラインセンサで採取される指紋画像の一部のエリアに偏りが生じてしまう。このため、指紋認証に有効な指紋画像が採取されず、結果的に本人認証の拒否率が増してしまうといった問題が生じる。すなわち、採取される指紋データの品質は指のスライド速度に依存してしまう。この問題を解決するためには、適切なタイミングと、適切な速度で指を滑らさせればよいが、これはユーザに対して高度な熟練を要求することであり、ユーザの負担増となってあまり現実的な解でない。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、特別な熟練などがなくとも指紋認証に有効となる指紋データのみを容易に採取することができ、しかも低コストで実現可能な指紋採取方法及びその装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、指を一次元ラインセンサ上でスライドさせながら該一次元ラインセンサにより、１ライン毎にラインデータを順次読取って１指紋分の画像データを採取する指紋採取方法において、前記一次元ラインセンサでラインデータを読取る毎に、今回読取ったラインデータと、それ以前に読取られたラインデータとの相関値を求め、その求めた相関値が閾値以下のときに、前記今回読取ったラインデータを破棄し、又は前記それ以前に読取られ保存されているラインデータを破棄して、前記今回読取ったラインデータを保存し、その求めた相関値が前記閾値を超えるときに、前記今回読取ったラインデータを保存することを特徴とするとしている。
【０００６】
このような指紋採取方法では、一次元ラインセンサで読取った２つのラインデータの相関値が求められ、得られた相関値に応じて、両ラインうちのいずれか一方のラインが破棄される。例えば、２つのラインデータの相関値が高ければ、両ラインデータを良く似たラインデータとみなして、一方のラインデータを保存せずに破棄する。すなわち、ユーザの指のスライド速度が遅すぎるような場合、ある局所的なエリアに限って、類似性の高いラインデータの偏りが生じるが、本発明によれば、これら類似性の高いラインデータを無駄な冗長部分とみなして破棄するので、指のスライド速度に関係なく指紋認証に有効な指紋データのみ採取することが可能である。したがって、ユーザに対する指のスライド速度の熟練を要求しなくて済むようになり，ユーザの負担を軽減することができる。
【０００７】
また、本発明によれば、１指紋分の画像データを採取するまで、順次２つのラインデータの類似度が求められて無駄なラインデータが破棄されていくので、制御部にかかる処理負担は重くはならない。このため、比較的安価なＣＰＵであっても高速に無駄な冗長ラインデータを破棄することができるので、指紋認証システム全体のコストを低く抑えることができる。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明は、請求項２に記載されるように、一次元ラインセンサ上でスライドされる指から該一次元ラインセンサにより、１ライン毎にラインデータを順次読取って指紋の画像データを採取する指紋採取装置において、前記一次元ラインセンサでラインデータを読取る毎に、今回読取ったラインデータと、それ以前に読取られたラインデータとの相関値を求める相関値算出手段と、前記相関値算出手段により求めた相関値が閾値以下のときに、前記今回読取ったラインデータを破棄し、又は前記それ以前に読取られ保存されているラインデータを破棄して、前記今回読取ったラインデータを保存し、前記相関値算出手段により求めた相関値が前記閾値を超えるときに、前記今回読取ったラインデータを保存するデータ制御手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、ユーザに対する指のスライド速度の熟練を緩和させることのできる指紋採取装置を提供することができる。
【００１０】
比較対象となる２つのラインデータの濃度変化に注目し、その濃度変化から互いのラインデータの似ている度合い（相関）を求めることができるという観点から、本発明は、請求項３に記載されるように、前記指紋採取装置において、前記相関値算出手段は、前記今回読取ったラインデータと、前記前回読取ったラインデータとの相関を求める相関演算手段を有し、前記相関演算手段は、前記今回読取ったラインデータの所定位置における画素の濃度値と、この画素に対応する前記前回読取ったラインデータの画素の濃度値との差分を求める濃度差検出手段と、得られた画素ごとの濃度差分値の絶対値を求めて総和をとる差分絶対値総和演算手段とを有するように構成される。
【００１１】
このような指紋採取装置では、比較対象となる２つのラインデータに対応する画素の差分総和により似ている度合い（相関演算）、すなわち相関値が求められる。この相関演算は、減算と加算が演算の中心であり、複雑な処理を必要としない。そのため、制御部（ＣＰＵ）にかかる処理負担が重くなく、比較的安価なＣＰＵであっても高速に演算結果を得ることができる。このため、一次元ラインセンサのスキャン中であっても、ほぼリアルタイムで冗長ラインを破棄することができる。
【００１２】
類似ラインの識別をより的確に行うことができるという観点から、本発明は、請相関値求項４に記載されるように、前記指紋採取装置において、前記データ制御手段は、前記類似度算出手段により得られた相関値が予め設定される閾値以下のときに、前記今回読取ったラインデータを破棄し、前記相関値が予め設定される閾値を超えるときに、前記今回読取ったラインデータを所定の記憶領域に保存させるよう制御するように構成される。
【００１３】
このような指紋採取装置では、例えば、類似ラインの誤識別を防ぐために統計等に基づいて得られる閾値が設定される。したがって、この閾値を適当な値に設定すれば、より高精度で類似ラインの破棄が可能となる。
【００１４】
また、一次元ラインセンサで読取った直後のラインデータとの相関値を求めることで、相関値の高いラインデータを破棄することが可能になるという観点から、本発明は、請求項５に記載されるように、前記指紋採取装置において、前記相関値算出手段は、前記一次元ラインセンサで今回読取ったラインデータと、それ以後に読取られたラインデータとを比較して相関値を求めるように構成される。
【００１５】
さらに、本発明は、請求項６に記載されるように、請求項２乃至５いずれか一項記載の指紋採取装置で採取された１指紋分の画像データを用いて指紋認証を行う指紋採取装置を提供することができる。
【００１６】
本発明によれば、上述の如く採取された１指紋分のラインデータを用いて指紋認証が行われるので、ユーザに対する熟練を下げつつも、本人認証の誤認識率を低くした指紋認証装置の実現が可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係る指紋採取方法が適用される指紋認証システムの構成例を示す図
である。
この指紋認証システムは、ユーザの指紋画像を１ライン毎に走査して読取るラインセンサ１０１を具備した指紋採取装置１００と、ホストコンピュータ２００から構成される。指紋採取装置１００は、ラインセンサ１０１の面上に置かれたユーザの指先のスライドを受け、１ライン毎にラインデータを順次読取って１指紋分の画像データを採取する。このとき、ラインセンサ１０１で読取られ、比較対象となった２つのラインデータについては互いの類似度が求められ、その求められた類似度に基づいて、冗長ラインとみなされるラインデータは破棄される。指紋採取装置１００では、このようなラインデータ間の比較処理を１指紋分の画像データが採取されるまで新たなラインデータを読込み度に順次継続して行う。ホストコンピュータ２００は、例えば一般のパソコン等であって、指紋採取装置１００で採取されたユーザの指紋に基づいて本人認証された結果を、通信回線３００を介して受信し、認証がとおった場合のみユーザによる利用を可能としている。
【００１９】
図２は、上記指紋採取装置１００の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、この指紋採取装置１００は、光学的に被認証者の指紋データを読み取るラインセンサ１０１と、該ラインセンサ１０１が出力するアナログのラインデータをアナログデジタルコンバータするＡ／Ｄ（Analog／Digital convertor）１０２と、ラインセンサ１０１でスキャンしたラインデータ間の類似度を求め、類似度の高いラインデータを冗長ラインとみなして破棄する処理を行う制御部（ＣＰＵ）１０３と、メモリ部１２０とから構成される。メモリ部１２０は、被認証者がラインセンサ１０１に指を乗せスライドさせた際に、該ラインセンサ１０１で読込まれた指紋データを記憶するＳＲＡＭ（static random access memory）１０４と、不揮発性メモリで指紋認証アルゴリズム等のプログラム及び指紋照合用の指紋データを記憶する領域をもったフラッシュメモリ（ＦＲＯＭ ：flash Read Only Memory）１０５とに分かれる。
【００２０】
次に、制御部１０３でなされるラインデータ間の類似度算出処理について、図３のフローチャート参照しながら説明する。尚、制御部１０３では、ＦＲＯＭ１０５に記憶されている類似度算出アルゴリズムのプログラムがすでに読み出されているものとする。
【００２１】
まず、制御部１０３は、ラインセンサ１０１で読取られて出力された1ライン分のラインデータをＳＲＡＭ１０４に保持（Ｓ１）させる。そして、次にラインセンサ１０１で読取られたラインデータを取得（Ｓ２）した際に、先にＳＲＡＭ１０４に保持させたラインデータを読み出し、両者の類似度を類似度算出アルゴリズムにしたがって算出（Ｓ３）する。この類似度算出アルゴリズムには、後述する相関演算を利用する。
【００２２】
（ラインデータの相関演算）
ラインデータには、１ライン当たり所定数の画素が含まれている。ラインデータの相関演算は、比較対象となる２つのラインデータ（本例の場合、今回取得したラインデータと、前回取得しＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータを表す）の対応する画素の濃度差の絶対値を求めて総和をとることである。例えば、前回取得しＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータの画素毎の濃度をＡ（a0,a1,a2,…,an-1）、今回取得したラインデータの画素毎の濃度をB（b0,b1,b2,…,bn-1）とすると、相関値Ｓは次式のようにして求めることができる。
【００２３】
【数１】

上記式により、２つのラインデータの対応する画素毎の濃度値が完全に一致すれば、Ｓ＝０となる。すなわち、Ｓが０に近いほど類似度が高い。逆に、全く似ていない場合は、Ｓは大きくなる。
【００２４】
制御部１０３は、上記のようにして今回取得したラインデータと、前回取得したＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータとの相関値を類似度Ｓとして求めた後、予め定められた閾値と比較（Ｓ４）し、該類似度Ｓが該閾値を超えていれば（Ｓ４でＹＥＳ）、「今回取得したラインデータと前回取得しＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータとの類似度は低い」とみなして今回取得したラインデータをＳＲＡＭ１０４に保持（Ｓ５）させる。
【００２５】
一方、上記比較（Ｓ４）で該類似度Ｓが該閾値を超えていないと判定されれば（Ｓ４でＮＯ）、「今回取得したラインデータと前回取得しＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータとの類似度は高い」とみなして今回取得したラインデータを破棄（Ｓ６）する。
【００２６】
制御部１０３は、上記今回のラインデータをＳＲＡＭ１０４に保持または破棄のいずれを判断した後、次のステップ（Ｓ７）に移行し、１画像分（＝１指紋画像）のラインセンサ１０１によるスキャンが終了したかどうかを判定（Ｓ７）する。この判定（Ｓ７）で、１画像分のラインセンサ１０１によるスキャンが終了したと判定された場合（Ｓ７でＹＥＳ）は、一連の処理を終了し、これまでＳＲＡＭ１０４に保持させた指紋データを指紋認証に用いる指紋データの保存領域を有するＦＲＯＭ１０５に一括書込みして蓄積させる。
【００２７】
一方、１画像分のラインセンサによるスキャンが終了していないと判定された場合（Ｓ７でＮＯ）は、次の１ライン分のラインデータを新たに取得して、上記同様の処理を１画像分取得し終わるまで繰り返す。
【００２８】
図４はＳＲＡＭ１０４内に設定される記憶領域の構成例を示す図である。図４に示すように、ＳＲＡＭ１０４内のアドレスＡからアドレスＥまでの記憶領域１１〜１５には、図３の（Ｓ４）の判定で「ラインデータを保存」（図３のＳ４でＹＥＳ）と判定されたラインデータが１画像分（Ｎ個（Ｎは自然数）のラインデータ）書込まれる。ポインタＸは、記憶領域内の記憶領域１１〜１５のアドレスを記憶するレジスタで、制御部１０３はポインタＸに記憶されたアドレスで示される記憶領域から情報を読出して新たにラインセンサで読取られたラインデータとの類似度を求める処理（図３のＳ４）を行い、類似度が低いとみなされたラインデータを当該記憶領域に順次記憶する。
【００２９】
上述したように、本実施例では、比較対象となる２つのラインデータの相関が求められ、類似度が高いとみなされたラインデータが破棄されるので、指紋認証に必要となる有効データのみの保存が可能である。また、相関演算のアルゴリズムは加減算のみで実装されるので、ラインデータの破棄または保存をスキャン中に高速に行うことができる。また、上記相関演算アルゴリズムは、演算量が少ないため、比較的安価なＣＰＵを採用することができる。そのため、システム全体のコスト増を招かないですむ。
【００３０】
図５、図６は、上記実施形態に基づいて実際に実験を行った結果を示す図である。尚、本実験で用いた制御部１０３のＣＰＵは比較的処理速度の遅いものが実装されている。図５は、類似ラインデータ破棄前の指紋データを示し、同図のＡ、Ｂ部には、指のスキャン速度が遅すぎたために生ずる指紋データの偏りがみられる。図６は、制御部１０３における類似ラインデータ破棄処理を施した後の指紋データである。同図から、図５Ａ、Ｂに示したデータの偏りが冗長部分として削除されているのが分る。
【００３１】
尚、これまでの説明では、予めＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータと、新たにラインセンサで読取ったラインデータとを比較し、類似度が高いと判定された場合は、新たに読取ったラインデータを破棄する実施形態であったが、本発明は、このような形態に限らず、すでにＳＲＡＭ１０４に保持されているラインデータを破棄し、新たに読取ったラインデータを保持するような形態であってもかまわない。
【００３２】
以上詳述したようにこの発明によれば、比較対象となる２つのラインの類似度が求められ、得られた類似度に応じて、新たに読取ったラインの破棄又は保存が決定される。すなわち、センサ上にのせた指のスライド速度が遅すぎるような場合であっても、類似度の高い無駄なラインの間引きが行われるので、特段な習熟をユーザに要求しなくても、指紋認証に必要な有効データのみを的確に採取することができる。この結果、本人認証の誤認識率を低くすることができる。
【００３３】
また、ラインデータの類似度を求める相関演算のアルゴリズムは、演算量が少ないため、高速な演算が可能である。このため、比較的安価で、処理速度が遅いＣＰＵであっても指紋データのスキャン中にほぼリアルタイムで類似ラインデータの破棄を行うことが可能である。もし、ラインデータのスキャン完了後にラインデータの類似度を求めて破棄するような実施形態にした場合は、スキャン中のラインデータを全て保持するためのメモリや超高速なＣＰＵが必要となるが、本発明によれば、ＣＰＵの演算量を抑えた簡易な算術アルゴリズムで類似ラインデータを破棄できるので、上記のようなメモリや超高速なＣＰＵを必要としない。したがって、指紋認証を行うシステム全体のコストを抑えた経済的なシステムの実現が可能である。
【００３４】
さらに、本例では、ラインセンサ１０１で今回読取ったラインデータと、それ以前に読取られたラインデータとして、前回読取ったラインデータを例にとり、両者の類似度を求める形態を説明したが、本発明は、これに限らず、今回読取ったラインデータと、その次に読取ったラインデータとを比較して類似度を求めるような形態であってもかまわない。
【００３５】
また、さらに、本例では、ラインセンサ１０１で今回読取ったラインデータを、一旦ＳＲＡＭ１０４に記憶して演算させる形態を説明したが、本発明は、これに限らず、今回読取ったラインデータを獲得しながら、直接前回読取ったデータまたは次回読取ったデータと比較して類似度を求めるような形態であってもかまわない。
【００３６】
上記例において、制御部１０３の演算機能が、類似度算出手段、相関演算手段、濃度差検出手段、差分絶対値総和演算手段、第1の類似度算出手段及び第２の類似度算出手段に対応する。また、同部１０３のデータ蓄積制御機能がデータ制御手段に対応する。さらに、ＳＲＡＭ１０４のデータ記憶機能がメモリ手段に対応する。
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１乃至６記載の本願発明によれば、センサ上にのせた指のスライド速度が遅すぎるような場合であっても、指紋データのうち類似度の高い無駄なラインは間引かれるので、特段な習熟をユーザに要求することなく、指紋認証に必要な有効データのみを採取することができるようになる。この結果、本人認証の誤認識率を低くすることができる。また、ラインデータの類似度を求める相関演算のアルゴリズムは、演算量が少ないため、高速な演算が可能である。このため、比較的安価で、処理速度が遅いＣＰＵであってもスキャン中に類似ラインデータの破棄が行えるようになるので、高価で超高速なＣＰＵを用いなくてすむ。したがって、指紋認証システム全体のコスト増を抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る指紋採取方法が適用される指紋採取装置を含むシステム構成図である。
【図２】指紋採取装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】制御部でなされるラインデータの類似度算出処理を示すフローチャートである。
【図４】ＳＲＡＭ内に設定される記憶領域の構成例を示す図である
【図５】類似ラインデータ破棄前の指紋データである。
【図６】類似ラインデータ破棄後の指紋データである。
【符号の説明】
１１〜１５ ラインデータの記憶領域
１００ 指紋採取装置
１０１ ラインセンサ
１０２ Ａ／Ｄ
１０３ 制御部（ＣＰＵ）
１０４ ＳＲＡＭ
１０５ ＦＲＯＭ（フラッシュＲＯＭ）
１２０ メモリ部
２００ ホストコンピュータ
３００ 通信回線

Claims (6)

1. 指を一次元ラインセンサ上でスライドさせながら該一次元ラインセンサにより、１ライン毎にラインデータを順次読取って１指紋分の画像データを採取する指紋採取方法において、
   前記一次元ラインセンサでラインデータを読取る毎に、今回読取ったラインデータと、それ以前に読取られたラインデータとの相関値を求め、
   その求めた相関値が閾値以下のときに、前記今回読取ったラインデータを破棄し、又は前記それ以前に読取られ保存されているラインデータを破棄して、前記今回読取ったラインデータを保存し、
   その求めた相関値が前記閾値を超えるときに、前記今回読取ったラインデータを保存することを特徴とする指紋採取方法。
2. 一次元ラインセンサ上でスライドされる指から該一次元ラインセンサにより、１ライン毎にラインデータを順次読取って指紋の画像データを採取する指紋採取装置において、
   前記一次元ラインセンサでラインデータを読取る毎に、今回読取ったラインデータと、それ以前に読取られたラインデータとの相関値を求める相関値算出手段と、
   前記相関値算出手段により求めた相関値が閾値以下のときに、前記今回読取ったラインデータを破棄し、又は前記それ以前に読取られ保存されているラインデータを破棄して、前記今回読取ったラインデータを保存し、前記相関値算出手段により求めた相関値が前記閾値を超えるときに、前記今回読取ったラインデータを保存するデータ制御手段とを有することを特徴とする指紋採取装置。
3. 請求項２記載の指紋採取装置において、
   前記相関値算出手段は、前記今回読取ったラインデータと、前記それ以前に読取られたラインデータとの相関を求める相関演算手段を有し、
   前記相関演算手段は、前記今回読取ったラインデータの所定位置における画素の濃度値と、この画素に対応する前記それ以前に読取られたラインデータの画素の濃度値との差分を求める濃度差検出手段と、得られた画素ごとの濃度差分値の絶対値を求めて総和をとる差分絶対値総和演算手段とを有することを特徴とする指紋採取装置。
4. 請求項２記載の指紋採取装置において、
   前記データ制御手段は、前記相関値算出手段により得られた相関値が予め設定される閾値以下のときに、前記今回読取ったラインデータを破棄し、前記相関値が予め設定される閾値を超えるときに、前記今回読取ったラインデータを所定の記憶領域に保存させるよう制御することを特徴とする指紋採取装置。
5. 請求項２又は３記載の指紋採取装置において、
   前記相関値算出手段は、前記一次元ラインセンサで今回読取ったラインデータと、それ以後に読取られたラインデータとを比較して相関値を求めることを特徴とする指紋採取装置。
6. 請求項２乃至５いずれか一項記載の指紋採取装置で採取された１指紋分の画像データを用いて指紋認証を行う指紋採取装置。

Images