JP4165203B2 - Image collation device, image collation method, and image collation program - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、個人認証などのために生体の画像(バイオメトリクス画像)、特に指紋の画像に対して照合を行なう画像照合装置、画像照合方法、及び画像照合プログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年では、個人を認証するために生体の画像(バイオメトリクス画像)、例えば指紋、掌紋、虹彩、静脈パターン、耳介の画像に対して照合を行なう画像照合装置が利用されてきている。
【0003】
従来、指紋または掌紋の紋様データの照合する紋様データ照合装置が、特開2001−67474に開示されている。この従来技術では、上位装置から複数の照合プログラムを受け、照合対象となる多数のファイル紋様データ情報としてそれぞれの特徴点情報に加えて、照合プログラム指定情報を上位装置から受ける構成としている。紋様データ照合装置の制御部は、上位装置から指定されたファイル紋様データ情報に付随する照合プログラム指定情報を読み取り、この情報が示す照合プログラムに基づいて比較照合を実行する。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−67474
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来技術の紋様データ照合装置では、複数の照合プログラムを用意することで照合精度、照合性能を図ろうとしているが、上位装置側から指定される照合プログラムを用いて照合を実行しているに過ぎない。すなわち、上位装置から指定される照合プログラムが、照合対象としているファイル紋様データ情報に適しているか不明であり、複数の照合プログラムを用意していても必ずしも照合精度や照合性能を向上させることができない。
【0006】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、照合対象とする画像に応じた適切な照合アルゴリズムに従って照合を実行することが可能な画像照合装置、画像照合方法、及び画像照合プログラムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像照合装置は、照合対象とする指紋の画像を複数回読み取る生体画像読み取り手段と、前記生体画像読み取り手段によって読み取られた複数の画像のそれぞれについて画素濃度の平均値を算出する画素濃度算出手段と、前記画素濃度算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきを算出するばらつき算出手段と、前記ばらつき算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきが閾値以下であれば、照合アルゴリズムとして、前記画像から抽出される特徴点をもとに照合を行なう特徴点方式を選択し、閾値以下でなければ前記画像のパターンをもとに照合を行なうパターンマッチング方式を選択する照合アルゴリズム選択手段と、前記照合アルゴリズム選択手段によって選択された前記照合アルゴリズムに従って、前記生体画像読み取り手段によって読み取られた画像を照合する照合手段とを具備したことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【0010】
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における画像照合装置10の構成を示すブロック図である。画像照合装置10は、例えば各種の記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されるコンピュータによって実現される。
【0011】
図1に示すように、画像照合装置10は、CPU11が記憶装置12、RAM13、入力装置14、出力装置15、及び生体画像読み取り装置16と相互に接続されている。
【0012】
CPU11は、画像照合装置10全体の制御を司るもので、ハードディスク装置やフラッシュメモリなどからなる記憶装置12に記録されたプログラムを実行することにより、RAM13をワークメモリとして各種の処理を実行する。CPU11は、記憶装置12に記録された画像照合プログラムを実行することにより、生体画像読み取り装置16から入力された生体の画像(以下、バイオメトリクス画像と称する)に対する照合を実行する。
【0013】
記憶装置12は、画像照合装置10の全体の動作を司る制御プログラムの他、画像照合処理のための画像照合プログラムなどが記憶される。画像照合プログラムには、バイオメトリクス画像に対する照合に用いる照合アルゴリズムに基づくプログラムが複数含まれている。照合アルゴリズムとしては、バイオメトリクス画像から抽出される特徴点をもとに照合を行なう特徴点方式(マニューシャ法)、バイオメトリクス画像のパターンをもとに照合を行なうパターンマッチング方式によるアルゴリズムが含まれる。なお、その他の照合アルゴリズムに対応するプログラムが含まれていても良い。
【0014】
RAM13は、CPU11によってアクセスされるプログラムやデータが記録される。
【0015】
入力装置14は、ボタンやポインティングデバイスなどにより構成され、データや各種の指示を入力するために用いられる。
出力装置15は、各種情報を表示するディスプレイや音声出力のためのスピーカなどにより構成される。ディスプレイは、CPU11による各種プログラムの実行に伴う画面を表示する。
【0016】
生体画像読み取り装置16は、画像照合処理による照合対象とするバイオメトリクス画像の読み取りを行なう装置である。生体画像読み取り装置16は、処理対象とするバイオメトリクス画像の種類に応じた構造によって構成される。例えば、照合対象とするバイオメトリクス画像を指紋の画像とする場合には、生体画像読み取り装置16には、指先を接触させるための読み取り面が、一般の人の指の大きさに応じたサイズで設けられる。生体画像読み取り装置16には、読み取り面に接触された指の指紋を光学画像として読み取るCCD(Charge Coupled Device)センサが設けられている。CCDセンサによって読み取られた指紋の画像データは、RAM13に記録されて画像照合処理に供される。また、生体画像読み取り装置16には、読み取り面に接触された指先を安定させて、良質な画像が読み取ることができるようにする指先位置決め機構などが設けられる。なお、バイオメトリクス画像として、例えば掌紋、虹彩、網膜、静脈パターン、耳介の画像を用いる場合には、それぞれの画像を読み取るための機構が生体画像読み取り装置16に設けられるものとする。例えば、静脈パターンの画像は、手のひらから検出するものとすると、手のひらに近赤外線を照射することで、皮下組織中にある静脈部分だけが黒く映ることを利用して撮影することができる。また、耳介の画像は、認証が必要とされている識別者に対して積極的識別行動を要求することなく外観を撮影するだけで良い。耳介では、珠骨の形状及びそれらが作る窪みから隆起部、陥没部、平坦部に分類される複数の構成要素が考えられ、これらから個人差より個人を識別することができる。
【0017】
次に、第1実施形態における画像照合装置10の画像照合処理について、図2に示すフローチャート及び図3に示す概念図を参照しながら説明する。画像照合処理は、記憶装置12に記憶された画像照合プログラムをCPU11が実行することで実現される。以下の説明では、バイオメトリクス画像として指紋の画像を対象として照合を実行する場合を例にして説明する。
【0018】
まず、CPU11は、生体画像読み取り装置16によって処理対象とする生体画像の読み取りを実行させる(ステップS1)。生体画像読み取り装置16は、指紋接触面に接触された指先部分を光学的にスキャンして指紋画像読み取り、指紋画像データをRAM13に格納する(図3(1))。CPU11は、RAM13に格納された指紋画像データに対して補正処理を行う。補正処理では、デジタル化された指紋画像データに対して、例えばゆがみやノイズを除き、拡大、縮小、回転などの画像処理を施す。
【0019】
次に、CPU11は、補正処理が施された指紋画像データをもとに、この画像の照合に用いる照合アルゴリズムを選択するためのスイッチングアルゴリズムを実行する(ステップS2)(図3(2))。
【0020】
図4には、第1実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャートを示している。
まず、CPU11は、指紋画像データから指紋の特徴点を検出する(ステップA1)。指紋の特徴点としては、隆線(指紋の山部分)の端点や分岐点構造を抽出する。CPU11は、指紋画像から抽出された特徴点の数をカウントする(ステップA2)。
【0021】
ここで、CPU11は、指紋画像が抽出された特徴点の数に応じて照合アルゴリズムを選択する。まず、CPU11は、特徴点の数が予め設定された下限値以上であるかを判別し、特徴点の数が下限値以上ではない場合には(ステップA3、No)、照合アルゴリズムとしてパターンマッチング方式を選択する(ステップA6)。
【0022】
一方、特徴点の数が下限値以上であった場合には(ステップA3、Yes)、さらに特徴点の数が予め設定された上限値以下であるかを判別する(ステップA4)。ここで、特徴点の数が上限値以下でなかった場合には(ステップA4、No)、照合アルゴリズムとしてパターンマッチング方式を選択する(ステップA6)。また、特徴点の数が上限値以下だった場合には(ステップA4、Yes)、照合アルゴリズムとして特徴点方式を用いる(ステップA5)。
【0023】
CPU11は、入力された指紋画像の照合に用いる照合アルゴリズムを、スイッチングアルゴリズムによって選択された照合アルゴリズムに決定し、この照合アルゴリズムに従って指紋画像に対する照合を行い、照合結果を出力する(ステップS3,S4)(図3(3)(4))。
【0024】
第1実施形態では、特徴点の数が予め設定された下限値と上限値の間の数である場合には、照合アルゴリズムとして特徴点方式を選択し、それ以外の特徴点の数の場合にはパターンマッチング方式を選択している。特徴点方式では、抽出された特徴点の数が少なすぎる場合(下限値より少ない場合)には精度良く照合できず、また特徴点が多すぎる場合(上限値を越える場合)も、変化する特徴点の要素が多くなり精度が落ちるので採用しないものとしている。
【0025】
特徴点方式の特徴は、特徴点を抽出するまでの時間はかかるが、その後は抽出された特徴点をもとにした登録されている特徴点情報についての検索作業になるので、1対Nの高速照合が可能である。しかし、必要十分な特徴点を抽出できることが前提であるので、特徴点が少ない指紋画像や多すぎる指紋画像に適用するのは好ましくない。一方、パターンマッチング方式では、指紋のパターン自体に対して種々の画像処理を施し、予め登録されている画像パターンとを比較して類似度を求めることで照合を行う。パターンマッチング方式では、データ量が多いのが欠点であるが、例えば指紋画像を対象としている場合には、さまざまな指の状態(乾燥肌、汗、傷など指紋画像への影響を)に対する対応力がある点が優れている。また、特徴点を抽出する必要がないので未対応率が少ないという長所がある。しかし、画像同士の比較を繰り返し行う必要があるため、特徴点方式に比べ照合に時間がかかってしまうという短所がある。
【0026】
第1実施形態では、特徴点の抽出をすることができる大部分の指紋画像に対しては、特徴点方式による照合アルゴリズムによって対応し、特徴の抽出しにくい少数の指紋画像に対してはパターンマッチング方式による照合アルゴリズムによって照合を行い、適切な特徴点を抽出することができない指紋画像を未対応として切り捨てることなく確実に照合行うことが可能となる。
【0027】
このようにして、第1実施形態では特徴点方式の高速であるという長所を利用しつつ、特徴点方式の未対応率が多いという短所を補うパターンマッチング方式を併用することにより、精度の良い高速な処理が可能な画像照合装置を提供することができる。
【0028】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、第1実施形態におけるスイッチングアルゴリズム(図2、ステップS2)が異なっているだけであるので、スイッチングアルゴリズムについて説明する。
【0029】
特徴点方式は、特徴点を抽出した際の全ての特徴点を使って照合するのではなく、特徴点の情報がある程度の割合で合致することにより指紋の判定が行われる。この場合、特徴点の数の変動が照合の特徴点数を超えている場合には特徴点方式による照合では精度は悪くなる可能性がでてくる。第2実施形態のスイッチングアルゴリズムでは、特徴点数のばらつきに基づいて照合アルゴリズムを選択する。
【0030】
図5には、第2実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャートを示している。
【0031】
CPU11は、生体画像読み取り装置16によって指紋画像をn回採取し、各指紋画像のそれぞれから特徴点を抽出する。ここで、各指紋画像から抽出した特徴点の数をMi(i=1〜n)とする(ステップB1,B2)。
【0032】
CPU11は、各指紋画像から抽出した特徴点の数の最大値Max(Mi)と最小値Min(Mi)と、その平均値Ave(Mi)との割合Rを計算する(ステップB3)。ここで、最大値と最小値との差とその平均値との割合Rが予め設定された閾値Rt以下であるかを判別する(ステップB4)。
【0033】
ここで、割合Rが予め設定された閾値Rth以下でなかった場合には、照合アルゴリズムとしてパターンマッチング方式を選択し(ステップB6)、割合Rが予め設定された閾値Rth以下であった場合には、照合アルゴリズムとして特徴点方式を選択する(ステップB5)。
【0034】
以下、画像照合装置10は、第1実施形態と同様にして、選択された照合アルゴリズムにより、照合対象とする指紋画像に対する照合を実行する。
【0035】
このようにして、n回採取された指紋画像から得られた特徴点数のばらつきに基づいて、照合アルゴリズムを選択することができるので、特徴点の数がばらついて特徴点方式を用いるのが好ましくない場合には、パターンマッチング方式を利用することができる。
【0036】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について説明する。第3実施形態では、第1実施形態におけるスイッチングアルゴリズム(図2、ステップS2)が異なっているだけであるので、スイッチングアルゴリズムについて説明する。
【0037】
指紋画像の採取を複数回行った場合には、指紋のあれ具合、指先の汚れ、汗の有無等の影響で、採取される指紋画像の画素の濃度値(指紋画像の濃度値の平均値)が採取する毎に変化してしまう場合がある。指紋画像の濃度値の平均値が採取する毎にばらついてしまう場合には、特徴点方式を用いた場合の特徴点の抽出段階で安定したものが得られない可能性がある。第3実施形態のスイッチアルゴリズムでは、指紋画像の濃度値の平均値に基づいて照合アルゴリズムを選択する。
【0038】
図6には、第3実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャートを示している。
【0039】
CPU11は、生体画像読み取り装置16によって指紋画像をn回採取し、各指紋画像のそれぞれについて画素値の平均値を、以下に示す式(1)に従って算出する。ここで、各指紋画像から算出した画素値の平均値をAi(i=1〜n)とする(ステップC1,C2)。
【0040】
【数1】
【0041】
CPU11は、各指紋画像から抽出した平均値の最大値Max(A(i))と最小値Min(A(i))と、その平均値Ave(A(i))との割合Raを計算する(ステップC3)。ここで、最大値と最小値との差とその平均値との割合Raが予め設定された閾値Rath以下であるかを判別する(ステップC4)。
【0042】
ここで、割合Raが予め設定された閾値Rath以下でなかった場合には、照合アルゴリズムとしてパターンマッチング方式を選択し(ステップC6)、割合Raが予め設定された閾値Rath以下であった場合には、照合アルゴリズムとして特徴点方式を選択する(ステップC5)。
【0043】
以下、画像照合装置10は、第1実施形態と同様にして、選択された照合アルゴリズムにより、照合対象とする指紋画像に対する照合を実行する。
【0044】
このようにして、n回採取された指紋画像から得られた画素値の平均値に基づいて、照合アルゴリズムを選択することができるので、指紋の状態が安定しないことにより平均値がばらついて特徴点方式を用いるのが好ましくない場合には、パターンマッチング方式を利用することができる。画素値の平均値を算出する処理は、特徴点抽出の処理よりも通常では処理負担が軽いので、このスイッチングアルゴリズムを用いることで、全体の処理時間に対してデメリットとならない範囲で照合アルゴリズムの切り替えを実行し、総合的に性能の良い画像照合装置を提供することができる。
【0045】
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について説明する。第4実施形態では、第1実施形態におけるスイッチングアルゴリズム(図2、ステップS2)が異なっているだけであるので、スイッチングアルゴリズムについて説明する。
【0046】
第3実施形態では、指紋画像の画素の濃度値(指紋画像の濃度値の平均値)に基づいて照合アルゴリズムを選択しているが、平均値が同じであっても標準偏差の差が大きい場合には性質の異なる指紋画像としてみることができる。第4実施形態のスイッチアルゴリズムでは、平均値だけでなく標準偏差σに基づいて照合アルゴリズムを選択する。
【0047】
図7には、第4実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャートを示している。
【0048】
CPU11は、生体画像読み取り装置16によって指紋画像をn回採取し、各指紋画像のそれぞれについて画素値の平均値と標準偏差を算出する。平均値は、第3実施形態において示す式(1)に従って算出し、標準偏差については以下に示す式(1)に従って算出する。ここで、各指紋画像から算出した画素値の標準偏差をσi(i=1〜n)とする(ステップD1,D2)。
【0049】
【数2】
【0050】
CPU11は、各指紋画像から抽出した平均値の最大値Max(A(i))と最小値Min(A(i))と、その平均値Ave(A(i))との割合Raを計算する(ステップD3)。ここで、最大値と最小値との差とその平均値との割合Raが予め設定された閾値Rath以下であるかを判別する(ステップD4)。
【0051】
ここで、割合Raが予め設定された閾値Rath以下でなかった場合には、照合アルゴリズムとしてパターンマッチング方式を選択する(ステップD8)。
【0052】
一方、割合Raが予め設定された閾値Rath以下であった場合には、CPU11は、各指紋画像から抽出した画素値の標準偏差の最大値Max(σ(i))と最小値Min(σ(i))と、その平均値Ave(σ(i))との割合Rsを計算する(ステップD5)。ここで、最大値と最小値との差とその平均値との割合Rsが予め設定された閾値Rsth以下であるかを判別する(ステップD6)。
【0053】
ここで、割合Rsが予め設定された閾値Rsth以下でなかった場合には、照合アルゴリズムとしてパターンマッチング方式を選択する(ステップD8)。
【0054】
一方、割合Rsが予め設定された閾値Rsth以下であった場合には、CPU11は、照合アルゴリズムとして特徴点方式を選択する(ステップD7)。
【0055】
以下、画像照合装置10は、第1実施形態と同様にして、選択された照合アルゴリズムにより、照合対象とする指紋画像に対する照合を実行する。
【0056】
このようにして、n回採取された指紋画像から得られた画素値の平均値と標準偏差に基づいて、照合アルゴリズムを選択することができるので、平均値がばらついていないとしても標準偏差にばらつきがあって特徴点方式を用いるのが好ましくない場合には、パターンマッチング方式を利用することができる。画素値の平均値だけでなく標準偏差に基づいて照合アルゴリズムの切り替えを実行することで、より正確な切り替えが可能となり、性能の良い画像照合装置を提供することができる。
【0057】
なお、前述した第4実施形態では、標準偏差σに基づいて照合アルゴリズムを選択しているが、分散値(標準偏差σの二乗値)に基づくものとしても良い。
【0058】
また、前述した第2〜第4実施形態では、スイッチングアルゴリズムにおいて、指紋画像から抽出される特徴点数のばらつきを、複数種類の特徴点、例えば端点と分岐などを合わせて判断しているが、特徴点の種類毎の数を独立して判断するようにしても良い。こり場合、特徴点の種類によって優先度をつける、重み付けをするといったことをしても良い。
【0059】
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について説明する。第2〜第4実施形態では、指紋画像の照合時に複数回(n回)の指紋画像の採取を行っているが、第5実施形態では、時間を経て行われる複数回の照合時に取得された指紋画像をもとに、スイッチングアルゴリズムにより照合アルゴリズムを切り替えるようにする。
【0060】
図8は、第5実施形態における画像照合装置10の処理の流れを説明するための図である。
【0061】
画像照合装置10は、画像照合処理を行なう前に、照合時に用いる登録画像を生成するために、生体画像読み取り装置16から画像の読み取りを行なう(図8(1))。CPU11は、生体画像読み取り装置16によって読み取られた画像をもとに、照合対象とする生体の画像を照合するための登録画像を生成する。ここでは、画像照合装置10に用意された複数の照合アルゴリズム、ここでは特徴点方式とパターンマッチング方式のそれぞれによる処理を実行して、入力された指紋画像を各方式に対応する登録画像に変換する(図8(2)(3)、図8(4)(5))。以下、生体画像読み取り装置16から入力された指紋画像に対して、それぞれの方式に応じた登録画像に基づく照合を行なう。
【0062】
画像照合装置10は、ある時点の照合時(d1)に生体画像読み取り装置16から入力された指紋画像(照合画像(d1)(図8(6)))の照合に用いる照合アルゴリズムを、スイッチングアルゴリズムにより選択する(図8(7))。例えば、これまでに入力された指紋画像が1つである場合には、前述した第1実施形態と同様にしてスイッチングアルゴリズムにより照合アルゴリズムを選択する。ここで、スイッチングアルゴリズムにより特徴点方式が選択されると、CPU11は、入力された照合画像(d1)について、予め登録されている特徴点方式による登録画像(d1)(図8(8))をもとにして、特徴点方式での照合処理を実行する(図8(9))。
【0063】
画像照合装置10は、次のある時点の照合時(d2)に生体画像読み取り装置16から入力された指紋画像(照合画像(d2)(図8(10)))の照合に用いる照合アルゴリズムを、スイッチングアルゴリズムにより選択する(図8(11))。例えば、現在(照合時(d1))と過去(照合時(d1))を含めて複数の指紋画像が採取されている場合には、前述した第2〜第4実施形態の何れかと同様にして、複数の指紋画像をもとにしたスイッチングアルゴリズムにより照合アルゴリズムを選択する(図8(11))。ここで、スイッチングアルゴリズムによりパターンマッチング方式が選択されると、CPU11は、入力された照合画像(d2)について、予め登録されているパターンマッチング方式による登録画像(d2)(図8(12))をもとにして、パターンマッチング方式での照合処理を実行する(図8(13))。
【0064】
すなわち、第5実施形態における画像照合装置10は、生体画像読み取り装置16によって読み取られた照合対象とする画像(照合画像)を含む、過去に読み取られた照合画像、例えば照合時(d1,d2,…)において生体画像読み取り装置16から読み取られた指紋画像をもとに、それぞれの時点における照合対象とする指紋画像の照合に用いる照合アルゴリズムを選択することができる。
【0065】
このようにして、登録時に各照合アルゴリズムに対応する登録画像を保存しておくことで、照合時に実行されるスイッチングアルゴリズムによって、照合に用いられる照合アルゴリズムが何れに選択されても、その照合アルゴリズムに対応する登録画像をもとに精度の良い安定した照合を行なうことができる。また、各時点の照合時に採取される時間を経た複数の指紋画像(照合画像)をもとに、スイッチングアルゴリズムによって照合アルゴリズムの選択を行なうので、時間経過に伴う指紋画像の変動に対して、より柔軟に対応することができるようになる。
【0066】
なお、前述した各実施形態(第1〜第5実施形態)の説明では、照合アルゴリズムとして特徴点方式とパターンマッチング方式の方式の2種類の方式を用いているが、その他の3種類以上の照合アルゴリズムを用いることも可能である。また、指紋画像を照合対象ととして説明しているが、その他の画像、例えば虹彩、網膜、静脈パターン、掌形、耳介等のバイオメトリクス画像に対しても適用可能であり、それぞれのバイオマトリクス画像に応じた照合アルゴリズムを複数用いることができる。また、複数のバイオメトリクス画像を対象とし、それぞれのバイオメトリクス画像に最適な複数の照合アルゴリズムを利用して照合する画像照合装置を構成することも可能である。これにより、総合的に性能の良い画像照合装置を提供することができる。また、画像パターン同士を比較するパターンマッチング方式の照合アルゴリズムとして、特に一方の画像に複数個のテンプレート配置し、他方の画像に対して、その相関係数が最大となる領域を検出し、両者の位置関係の相違により2つの画像の同一性を評価する方式を用いることが可能である。
【0067】
また、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、前述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られるので有れば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0068】
また、前述した各実施形態において記載した処理は、コンピュータに実行させることのできる画像プログラムとして、例えば磁気ディスク(フレキシブルディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリなどの記録媒体に書き込んで各種装置に提供することができる。また、通信媒体により伝送して各種装置に提供することも可能である。画像照合装置を実現するコンピュータは、記録媒体に記録された画像照合プログラムを読み込み、または通信媒体を介して画像照合プログラムを受信し、このプログラムによって動作が制御されることにより、上述した処理を実行する。
【0069】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、照合対象とする生体の画像をもとに、複数用意されている照合アルゴリズムから読み取られた画像の照合に用いる照合アルゴリズムを選択し、この選択した照合アルゴリズムに従って画像の照合を行なうので、照合対象とする画像に応じた適切な照合アルゴリズムに従って照合を実行することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における画像照合装置10の構成を示すブロック図。
【図2】本発明の実施形態における画像照合装置10の画像照合処理について説明するための示すフローチャート。
【図3】第1実施形態における画像照合装置10の画像照合処理について説明するための概念図。
【図4】第1実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャート。
【図5】第2実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャート。
【図6】第3実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャート。
【図7】第4実施形態におけるスイッチングアルゴリズムのフローチャート。
【図8】第5実施形態における画像照合装置10の処理の流れを説明するための図。
【符号の説明】
10…画像照合装置10、11…CPU11、12…記憶装置12、13…RAM13、14…入力装置14、15…出力装置15、16…生体画像読み取り装置16。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an image of a living body (biometric image) for personal authentication, Especially fingerprints The present invention relates to an image collation apparatus, an image collation method, and an image collation program for collating images.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in order to authenticate an individual, an image collation apparatus that collates a living body image (biometric image), for example, a fingerprint, a palm print, an iris, a vein pattern, and an auricle image has been used.
[0003]
Conventionally, a pattern data matching device for matching fingerprint or palm print pattern data is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-67474. In this prior art, a plurality of collation programs are received from a host device, and collation program designation information is received from the host device in addition to each feature point information as a large number of file pattern data information to be collated. The control unit of the pattern data collation apparatus reads the collation program designation information attached to the file pattern data information designated by the host apparatus, and executes comparison collation based on the collation program indicated by this information.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-67474 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional pattern data collation apparatus, a plurality of collation programs are prepared to attempt collation accuracy and collation performance. However, collation is executed using a collation program designated by the host apparatus side. There are only. That is, it is unclear whether the collation program specified by the host device is suitable for the file pattern data information to be collated, and even if a plurality of collation programs are prepared, the collation accuracy and collation performance cannot always be improved. .
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an image matching apparatus, an image matching method, and an image matching program capable of performing matching according to an appropriate matching algorithm according to an image to be verified. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The image collation device of the present invention is a collation target. fingerprint Images of More than once Biological image reading means for reading; Pixel density calculating means for calculating an average value of pixel density for each of the plurality of images read by the biological image reading means, and calculating variation in the average value of pixel density for each image calculated by the pixel density calculating means. If the variation of the average value of the pixel density for each image calculated by the variation calculation unit and the variation calculation unit is equal to or less than a threshold value, the verification is performed based on the feature points extracted from the image. Select a feature point method, and if it is not less than the threshold value, a pattern matching method that performs matching based on the pattern of the image A collation algorithm selecting unit to be selected, and a collating unit for collating the image read by the biological image reading unit in accordance with the collation algorithm selected by the collation algorithm selecting unit.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0010]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an
[0011]
As shown in FIG. 1, in the
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
The
[0015]
The
The
[0016]
The biometric
[0017]
Next, image collation processing of the
[0018]
First, the
[0019]
Next, the
[0020]
FIG. 4 shows a flowchart of the switching algorithm in the first embodiment.
First, the
[0021]
Here, the
[0022]
On the other hand, if the number of feature points is equal to or greater than the lower limit value (step A3, Yes), it is further determined whether the number of feature points is equal to or less than a preset upper limit value (step A4). Here, if the number of feature points is not less than or equal to the upper limit value (step A4, No), a pattern matching method is selected as a matching algorithm (step A6). If the number of feature points is equal to or less than the upper limit value (step A4, Yes), the feature point method is used as a matching algorithm (step A5).
[0023]
The
[0024]
In the first embodiment, when the number of feature points is a number between a preset lower limit value and upper limit value, the feature point method is selected as the matching algorithm, and in the case of the number of other feature points. Selects the pattern matching method. In the feature point method, if the number of extracted feature points is too small (less than the lower limit value), the matching cannot be performed with high accuracy, and if the number of feature points is too large (exceeding the upper limit value), the feature that changes Since the number of point elements increases and accuracy decreases, it is not adopted.
[0025]
The feature point method takes a long time to extract the feature points, but after that, it becomes a search operation for the registered feature point information based on the extracted feature points. High-speed verification is possible. However, since it is premised on that necessary and sufficient feature points can be extracted, it is not preferable to apply to a fingerprint image with few feature points or too many feature points. On the other hand, in the pattern matching method, various types of image processing are performed on the fingerprint pattern itself, and comparison is performed by comparing the image pattern with a pre-registered image pattern to obtain a similarity. The pattern matching method has a disadvantage that it has a large amount of data. For example, when it is targeted for fingerprint images, it can cope with various finger conditions (effects on fingerprint images such as dry skin, sweat, and scratches). There is an excellent point. In addition, since there is no need to extract feature points, there is an advantage that the uncorresponding rate is small. However, since it is necessary to repeatedly compare the images, there is a disadvantage that it takes longer time to collate than the feature point method.
[0026]
In the first embodiment, most fingerprint images from which feature points can be extracted are supported by a matching algorithm based on the feature point method, and pattern matching is applied to a small number of fingerprint images that are difficult to extract features. Collation is performed by a collation algorithm based on a method, and a fingerprint image for which an appropriate feature point cannot be extracted can be reliably collated without being discarded as unsupported.
[0027]
As described above, the first embodiment uses the advantage that the feature point method is high speed, and also uses the pattern matching method that compensates for the disadvantage that the feature point method is unsupported at a high speed. It is possible to provide an image collation apparatus that can perform simple processing.
[0028]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, since only the switching algorithm (FIG. 2, step S2) in the first embodiment is different, the switching algorithm will be described.
[0029]
In the feature point method, the fingerprint is determined when the feature point information matches at a certain rate, rather than using all the feature points when the feature points are extracted. In this case, if the variation in the number of feature points exceeds the number of feature points for matching, there is a possibility that accuracy will be deteriorated in matching by the feature point method. In the switching algorithm of the second embodiment, the matching algorithm is selected based on the variation in the number of feature points.
[0030]
FIG. 5 shows a flowchart of the switching algorithm in the second embodiment.
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
Here, when the ratio R is not equal to or less than the preset threshold value Rth, a pattern matching method is selected as a matching algorithm (step B6), and when the ratio R is equal to or less than the preset threshold value Rth. Then, the feature point method is selected as the matching algorithm (step B5).
[0034]
Thereafter, the
[0035]
In this way, since the matching algorithm can be selected based on the variation in the number of feature points obtained from the fingerprint image collected n times, it is not preferable to use the feature point method because the number of feature points varies. In some cases, a pattern matching method can be used.
[0036]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, since only the switching algorithm (FIG. 2, step S2) in the first embodiment is different, the switching algorithm will be described.
[0037]
When fingerprint images are collected multiple times, the density value of the fingerprint image pixels (average density value of the fingerprint image) due to the influence of the condition of the fingerprint, dirt on the fingertips, presence or absence of sweat, etc. May change each time it is collected. When the average value of the density values of the fingerprint image varies every time it is collected, there is a possibility that a stable image cannot be obtained at the feature point extraction stage when the feature point method is used. In the switch algorithm of the third embodiment, the matching algorithm is selected based on the average value of the density values of the fingerprint image.
[0038]
FIG. 6 shows a flowchart of the switching algorithm in the third embodiment.
[0039]
The
[0040]
[Expression 1]
[0041]
The
[0042]
Here, when the ratio Ra is not less than or equal to the preset threshold value Rath, a pattern matching method is selected as a matching algorithm (step C6), and when the ratio Ra is less than or equal to the preset threshold value Rath Then, a feature point method is selected as a matching algorithm (step C5).
[0043]
Thereafter, the
[0044]
In this way, since the collation algorithm can be selected based on the average value of the pixel values obtained from the fingerprint image taken n times, the average value varies due to the unstable state of the fingerprint. If it is not preferable to use a method, a pattern matching method can be used. The processing to calculate the average value of the pixel values is usually lighter than the feature point extraction processing, so by using this switching algorithm, the matching algorithm can be switched within a range where there is no disadvantage to the overall processing time. Can be executed to provide a comprehensively high-performance image matching apparatus.
[0045]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the fourth embodiment, since only the switching algorithm (FIG. 2, step S2) in the first embodiment is different, the switching algorithm will be described.
[0046]
In the third embodiment, the matching algorithm is selected based on the density value of the pixels of the fingerprint image (the average value of the density values of the fingerprint image). However, even if the average value is the same, the difference in standard deviation is large. Can be seen as fingerprint images with different properties. In the switch algorithm of the fourth embodiment, the matching algorithm is selected based on the standard deviation σ as well as the average value.
[0047]
FIG. 7 shows a flowchart of the switching algorithm in the fourth embodiment.
[0048]
The
[0049]
[Expression 2]
[0050]
The
[0051]
Here, when the ratio Ra is not less than or equal to the preset threshold value Rath, a pattern matching method is selected as a matching algorithm (step D8).
[0052]
On the other hand, when the ratio Ra is equal to or less than the preset threshold value Rath, the
[0053]
If the ratio Rs is not less than or equal to the preset threshold value Rsth, a pattern matching method is selected as a matching algorithm (step D8).
[0054]
On the other hand, when the ratio Rs is equal to or less than the preset threshold value Rsth, the
[0055]
Thereafter, the
[0056]
In this way, the collation algorithm can be selected based on the average value and standard deviation of the pixel values obtained from the fingerprint image taken n times, so that even if the average value does not vary, the standard deviation varies. If it is not desirable to use the feature point method, the pattern matching method can be used. By executing the switching of the matching algorithm based on the standard deviation as well as the average value of the pixel values, more accurate switching can be performed, and an image matching apparatus with good performance can be provided.
[0057]
In the fourth embodiment described above, the matching algorithm is selected based on the standard deviation σ, but may be based on a variance value (square value of the standard deviation σ).
[0058]
In the above-described second to fourth embodiments, the switching algorithm determines the variation in the number of feature points extracted from the fingerprint image by combining a plurality of types of feature points, for example, end points and branches. You may make it judge independently the number for every kind of point. In this case, priority may be given or weighted depending on the type of feature points.
[0059]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the second to fourth embodiments, fingerprint images are collected a plurality of times (n times) at the time of fingerprint image collation. In the fifth embodiment, the fingerprint images are obtained at a plurality of times of collation performed over time. Based on the fingerprint image, the matching algorithm is switched by the switching algorithm.
[0060]
FIG. 8 is a diagram for explaining a processing flow of the
[0061]
Prior to performing the image matching process, the
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
That is, the
[0065]
In this way, by storing a registered image corresponding to each collation algorithm at the time of registration, regardless of which collation algorithm used for collation is selected by the switching algorithm executed at the time of collation, Accurate and stable collation can be performed based on the corresponding registered image. In addition, since a matching algorithm is selected by a switching algorithm based on a plurality of fingerprint images (collation images) that have been collected at the time of collation at each time point, the fluctuation of the fingerprint image with the passage of time is more It becomes possible to respond flexibly.
[0066]
In the description of each of the above-described embodiments (first to fifth embodiments), two types of methods, that is, a feature point method and a pattern matching method are used as a matching algorithm, but other three or more types of matching are used. It is also possible to use an algorithm. In addition, the fingerprint image is described as the target of collation, but it can also be applied to other images such as iris, retina, vein pattern, palm shape, auricle and other biometric images. A plurality of matching algorithms corresponding to images can be used. It is also possible to configure an image matching apparatus that targets a plurality of biometric images and performs matching using a plurality of matching algorithms that are optimal for the respective biometric images. Thereby, it is possible to provide an image collating apparatus having a comprehensively high performance. In addition, as a matching algorithm of a pattern matching method for comparing image patterns, a plurality of templates are arranged in one image, and an area where the correlation coefficient is maximum is detected for the other image. It is possible to use a method for evaluating the identity of two images based on the difference in positional relationship.
[0067]
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the functions executed in the above-described embodiments may be combined as appropriate as possible. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, since an effect can be obtained, a configuration from which this constituent requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0068]
The processing described in each of the above-described embodiments is an image program that can be executed by a computer, such as a recording on a magnetic disk (flexible disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), a semiconductor memory, etc. It can be written on a medium and provided to various devices. It is also possible to transmit to a variety of devices by transmitting via a communication medium. The computer that implements the image collation apparatus reads the image collation program recorded on the recording medium or receives the image collation program via the communication medium, and performs the above-described processing by controlling the operation by this program. To do.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a collation algorithm used for collation of images read from a plurality of collation algorithms prepared based on a biological image to be collated is selected, and the selected collation algorithm is selected. Therefore, it is possible to perform collation according to an appropriate collation algorithm corresponding to the image to be collated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an
FIG. 2 is a flowchart for explaining image collation processing of the
FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining image matching processing of the
FIG. 4 is a flowchart of a switching algorithm in the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart of a switching algorithm in the second embodiment.
FIG. 6 is a flowchart of a switching algorithm in the third embodiment.
FIG. 7 is a flowchart of a switching algorithm in the fourth embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining a processing flow of an
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記生体画像読み取り手段によって読み取られた複数の画像のそれぞれについて画素濃度の平均値を算出する画素濃度算出手段と、
前記画素濃度算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきを算出するばらつき算出手段と、
前記ばらつき算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきが閾値以下であれば、照合アルゴリズムとして、前記画像から抽出される特徴点をもとに照合を行なう特徴点方式を選択し、閾値以下でなければ前記画像のパターンをもとに照合を行なうパターンマッチング方式を選択する照合アルゴリズム選択手段と
前記照合アルゴリズム選択手段によって選択された前記照合アルゴリズムに従って、前記生体画像読み取り手段によって読み取られた画像を照合する照合手段と
を具備したことを特徴とする画像照合装置。Biometric image reading means for reading a fingerprint image to be verified multiple times ;
Pixel density calculating means for calculating an average value of pixel density for each of the plurality of images read by the biological image reading means;
Variation calculating means for calculating a variation in the average value of the pixel density for each image calculated by the pixel density calculating means;
If the variation in the average value of the pixel density for each image calculated by the variation calculating means is less than or equal to the threshold value, a feature point method for matching based on the feature points extracted from the image is selected as a matching algorithm. If not less than the threshold , the biometric image reading unit reads the biometric image reading unit according to the matching algorithm selected by the matching algorithm selection unit that selects a pattern matching method for matching based on the pattern of the image. An image collating apparatus comprising collating means for collating images.
前記生体画像読み取り手段によって読み取られた複数の画像のそれぞれについて標準偏差値を算出する画素標準偏差算出手段と、 Pixel standard deviation calculating means for calculating a standard deviation value for each of the plurality of images read by the biological image reading means;
前記画素標準偏差算出手段によって算出された画像毎の標準偏差値のばらつきを算出する標準偏差ばらつき算出手段と、を有し、 Standard deviation variation calculating means for calculating the variation of the standard deviation value for each image calculated by the pixel standard deviation calculating means,
前記照合アルゴリズム選択手段は、前記ばらつき算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきが閾値以下であっても、標準偏差値のばらつきが閾値以下でない場合はパターンマッチング方式を選択するようにしたことを特徴とする請求項1記載の画像照合装置。 The matching algorithm selection unit selects the pattern matching method when the variation of the average value of the pixel density for each image calculated by the variation calculation unit is equal to or less than the threshold value, but the variation of the standard deviation value is not equal to or less than the threshold value. The image collating apparatus according to claim 1, which is configured as described above.
前記生体画像読み取りステップによって読み取られた複数の画像のそれぞれについて画素濃度の平均値を算出する画素濃度算出ステップと、 A pixel density calculating step for calculating an average value of pixel density for each of the plurality of images read by the biological image reading step;
前記画素濃度算出ステップによって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきを算出するばらつき算出ステップと、 A variation calculating step for calculating a variation in the average value of the pixel density for each image calculated by the pixel density calculating step;
前記ばらつき算出ステップによって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきが閾値以下であれば、照合アルゴリズムとして、前記画像から抽出される特徴点をもとに照合を行なう特徴点方式を選択し、閾値以下でなければ前記画像のパターンをもとに照合を行なうパターンマッチング方式を選択する照合アルゴリズム選択ステップと If the variation in the average value of the pixel density for each image calculated by the variation calculating step is less than or equal to the threshold value, a feature point method for matching based on the feature points extracted from the image is selected as a matching algorithm. A matching algorithm selection step for selecting a pattern matching method for matching based on the pattern of the image if not below the threshold;
前記照合アルゴリズム選択ステップによって選択された前記照合アルゴリズムに従って、前記生体画像読み取りステップによって読み取られた画像を照合する照合ステップと A collation step of collating the image read by the biometric image reading step according to the collation algorithm selected by the collation algorithm selection step;
を具備したことを特徴とする画像照合方法。An image collating method comprising:
照合対象とする指紋の画像を複数回読み取る生体画像読み取り手段、 Biological image reading means for reading a fingerprint image to be collated multiple times,
前記生体画像読み取り手段によって読み取られた複数の画像のそれぞれについて画素濃度の平均値を算出する画素濃度算出手段、 Pixel density calculation means for calculating an average value of pixel density for each of the plurality of images read by the biological image reading means;
前記画素濃度算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきを算出するばらつき算出手段、 Variation calculating means for calculating variation in average value of pixel density for each image calculated by the pixel density calculating means;
前記ばらつき算出手段によって算出された画像毎の画素濃度の平均値のばらつきが閾値以下であれば、照合アルゴリズムとして、前記画像から抽出される特徴点をもとに照合を行なう特徴点方式を選択し、閾値以下でなければ前記画像のパターンをもとに照合を行なうパターンマッチング方式を選択する照合アルゴリズム選択手段、 If the variation in the average value of the pixel density for each image calculated by the variation calculating means is less than or equal to the threshold value, a feature point method for matching based on the feature points extracted from the image is selected as a matching algorithm. , A matching algorithm selection means for selecting a pattern matching method for matching based on the pattern of the image if not below a threshold value,
前記照合アルゴリズム選択手段によって選択された前記照合アルゴリズムに従って、前記生体画像読み取り手段によって読み取られた画像を照合する照合手段として機能させるための画像照合プログラム。 An image collation program for functioning as a collation unit that collates an image read by the biological image reading unit according to the collation algorithm selected by the collation algorithm selection unit.
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