JP4246607B2 - パターン照合装置 - Google Patents

Description

この発明は、周波数特性または空間周波数特性に基づいてＮ次元のパターン（Ｎは１以上の自然数）の照合を行うパターン照合装置に関するものである。

近年、コンピュータ室や重要機械室への入退室管理、コンピュータ端末や銀行の金融端末へのアクセス管理などの個人認識を必要とする分野において、これまでの暗証番号やＩＤカードに代わって、音声照合装置や指紋照合装置が採用されつつある。
そこで、本出願人は、先に、空間周波数特性に基づいてＮ次元のパターン〔例えば、音声（１次元）、指紋（２次元）、立体（３次元）〕の照合を行うパターン照合装置を提案した（例えば、特許文献１参照）。

このパターン照合装置では、照合指紋の画像データ（２次元パターンデータ）に２次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエ画像データを作成する。そして、この照合フーリエ画像データと同様の処理を施して作成されている登録指紋の登録フーリエ画像データとを合成し、この合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理（ｌｏｇ処理）を行ったうえ、２次元離散的フーリエ変換を施して相関データとする。この相関データは、周波数空間における振幅が抑制されているが、基本的には照合指紋と登録指紋とを畳み込んだデータと考えることができ、照合指紋と登録指紋との相関を表すものである。

そして、この相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が最大のものを相関ピークとして求め、この相関ピークからの距離に応じた重み付け処理を相関成分エリアの各画素の相関成分に施したうえ、これら相関成分の中から強度の高い上位ｎ画素を抽出する。そして、この抽出したｎ画素の相関成分の強度の平均を相関値として求め、この相関値と予め定められたしきい値と比較し、相関値がしきい値よりも高ければ登録指紋と照合指紋とは一致したと判断する。

図９（ａ）に相関成分エリアにおける１つの軸に沿った各画素の相関成分の強度の分布図を示す。この図では、分かり易いように、相関成分の強度の高い順に番号を付している。番号（１）が相関ピークであり、本人−他人（登録指紋が本人、照合指紋が他人）の場合には、この図のように相関ピークから離れたところに２番目以降のピークが出る。これは照合指紋が登録指紋と似ている他人の指紋である場合、離れたところにある局所的なエリアで類似度が高いことが起こり得るからである。

図９（ｂ）にこの相関成分エリアの各画素の相関成分に施される重み付け処理に際して使用する重み付け関数の一例を示す。この重み付け関数を用いることにより、相関ピークとして抽出された画素位置を起点として、その周囲の例えば１６画素の相関成分に重み付け係数として１が乗じられ、この周囲１６画素を越える相関成分エリア内の各画素の相関成分に重み付け係数として０が乗じられる。

図９（ｃ）に重み付け処理後の相関成分エリアにおける１つの軸に沿った各画素の相関成分の強度の分布図を示す。この例では、番号（２），（３），（８）の相関成分の強度が０とされ、番号（１），（４），（５），（６），（７）の相関成分が残される。この残された相関成分の中から強度の高い上位ｎ画素が抽出され、この抽出されたｎ画素の相関成分の強度の平均が相関値とされる。例えば、ｎ＝５とすれば、相関値は（（１）＋（４）＋（５）＋（６）＋（７））／５として求められる。これに対し、重み付け処理前の相関値は、ｎ＝５とした場合、（（１）＋（２）＋（３）＋（４）＋（５））／５として求められる。したがって、重み付けせずに相関値を求める場合と比較して、重み付け処理後では本人−他人の場合の相関値が低くなり、照合精度が高まる。

特開平１０−６３８４７号公報 コンピュータ画像処理入門（日本工業技術センター編、総研出版（株）発行、Ｐ．４４〜４５）

しかしながら、上述した方法では、重み付け処理後の相関成分の中から強度の高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の強度の平均を相関値として求めるようにしているため、本人−他人の場合に出現する相関ピークから離れたところに位置する強度の高い相関成分が有効に活用されていなかった。すなわち、図９に示した例では、重み付け処理前では相関ピークから離れた位置に番号（２），（３）で示される強度の高い相関成分が生じているが、重み付け処理後ではこの番号（２），（３）で示される強度の高い相関成分が０となり、相関値の算出に用いられていない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、登録パターンと照合パターンとが異なる場合に出現する相関ピークから離れたところに位置する強度の高い相関成分を有効に活用し、照合精度や照合スピードをアップすることができるパターン照合装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、登録フーリエＮ次元パターンデータと照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、抽出したｎ画素のうち相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０又は負の重みをかけたうえで、これらｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求め、この相関値に基づいて登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合手段とを設けたものである。

この発明によれば、照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換が施されて照合フーリエＮ次元パターンデータが作成され、この照合フーリエＮ次元パターンデータと同様の処理を施して作成されている登録フーリエＮ次元パターンデータとが合成され、この合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換あるいはＮ次元離散的逆フーリエ変換が施されて相関データとされる。そして、この相関データ上の所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素が抽出され、この抽出されたｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分が相関ピークとされ、抽出されたｎ画素のうち相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０又は負の重みがかけられる。そして、この重みがかけられた画素を含むｎ画素の相関成分の強度の平均値が相関値として求められ、この相関値に基づいて登録パターンと照合パターンとの照合が行われる。

第４発明（請求項４に係る発明）は、第１発明のパターン照合手段に代えて、パターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、抽出したｎ画素のうち相関ピークからの距離が１つでも所定値以上離れた画素があった場合、登録パターンと照合パターンとは不一致であると判断するパターン照合手段を設けたものである。
この発明によれば、フーリエ変換の施された合成フーリエＮ次元パターンデータ上の所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素が抽出され、この抽出されたｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分が相関ピークとされ、抽出されたｎ画素のうち相関ピークからの距離が１つでも所定値以上離れた画素があれば、直ちに登録パターンと照合パターンとが不一致であると判断される。

第２発明（請求項１に係る発明）および第５発明（請求項５に係る発明）は、第１発明および第４発明における「合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施す」のに代えて、「合成フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を行ったうえＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施す」ようにしたものである。
この発明によれば、合成フーリエＮ次元パターンデータに対してｌｏｇ処理や√処理等の振幅抑制処理が行われたうえ、Ｎ次元離散的フーリエ変換あるいはＮ次元離散的逆フーリエ変換が施される。

第３発明（請求項３に係る発明）および第６発明（請求項６に係る発明）は、第１発明および第４発明における「登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する」のに代えて、「登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施してから振幅抑制処理を行うことにより登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する」ようにしたものである。また、「照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する」のに代えて、「照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施してから振幅抑制処理を行うことにより照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する」ようにしたものである。
この発明によれば、登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換が施され、ｌｏｇ処理や√処理等の振幅抑制処理が行われることにより、登録フーリエＮ次元パターンデータが作成される。また、照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換が施され、ｌｏｇ処理や√処理等の振幅抑制処理が行われることにより、照合フーリエＮ次元パターンデータが作成される。

本発明によれば、相関データ上の所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素が抽出され、この抽出されたｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分が相関ピークとされ、抽出されたｎ画素のうち相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０又は負の重みがかけられ、この重みがかけられた画素を含むｎ画素の相関成分の強度の平均値が相関値として求められ、この相関値に基づいて登録パターンと照合パターンとの照合が行われるものとなり、登録パターンと照合パターンとが異なる場合に出現する相関ピークから離れたところに位置する強度の高い相関成分が積極的にマイナス評価されて相関値が小さくなり、これにより照合精度がさらに高まるものとなる。
また、本発明によれば、相関データ上の所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素が抽出され、この抽出されたｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分が相関ピークとされ、抽出されたｎ画素のうち相関ピークからの距離が１つでも所定値以上離れた画素があれば、直ちに登録パターンと照合パターンとが不一致であると判断されるものとなり、登録パターンと照合パターンとが異なる場合に出現する相関ピークから離れたところに位置する強度の高い相関成分が積極的に照合に用いられ、演算量が少なくて済み、これにより照合スピードがアップするものとなる。

以下、本発明を実施の形態に基づき詳細に説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す指紋照合装置のブロック構成図である。同図において、１０は操作部、２０はコントロール部であり、操作部１０にはテンキー１０−１，ディスプレイ（ＬＣＤ）１０−２と共に指紋センサ１０−３が設けられている。指紋センサ１０−３は光源１０−３１，プリズム１０−３２，ＣＣＤカメラ１０−３３を備えている。コントロール部２０は、ＣＰＵを有してなる制御部２０−１と、ＲＯＭ２０−２と、ＲＡＭ２０−３と、ハードディスク（ＨＤ）２０−４と、フレームメモリ（ＦＭ）２０−５と、外部接続部（Ｉ／Ｆ）２０−６と、フーリエ変換部（ＦＦＴ）２０−７とを備えており、ＲＯＭ２０−２には登録プログラムと照合プログラムが格納されている。

〔指紋の登録〕
この指紋照合装置において利用者の指紋は次のようにして登録される。すなわち、運用する前に、利用者は、テンキー１０−１を用いて自己に割り当てられたＩＤナンバを入力のうえ（図２に示すステップ２０１）、指紋センサ１０−３のプリズム１０−３２上に指を置く。プリズム１０−３２には光源１０−３１から光が照射されており、プリズム１０−３２の面に接触しない指紋の凹部（谷線部）では、光源１０−３１からの光は全反射し、ＣＣＤカメラ１０−３３に至る。逆にプリズム１０−３２の面に接触する指紋の凸部（隆線部）では全反射条件がくずれ、光源１０−３１からの光は散乱する。これにより、指紋の谷線部は明るく、隆線部は暗い、コントラストのある指紋の紋様が採取される。この採取された指紋（登録指紋）の紋様は、Ａ／Ｄ変換により、例えば３２０×４００画素，２５６階調の濃淡画像（画像データ：２次元パターンデータ）として、コントロール部２０へ与えられる。

制御部２０−１は、この操作部１０より与えられる登録指紋の画像データをフレームメモリ２０−５を介して取り込み（ステップ２０２）、この取り込んだ登録指紋の画像データに対し縮小処理を行う（ステップ２０３）。この縮小処理は、３２０×４００画素，２５６階調の原画像データに対し、そのｘ方向（横方向）については左右の端を３２画素づつ除いて４画素ビッチで間引くことにより、そのｙ方向（縦方向）については上下の端を８画素づつ除いて３画素ピッチで間引くことにより行う。これにより、登録指紋の画像データが、６４×１２８画素，２５６階調の画像データに縮小される（図３参照）。

そして、制御部２０−１は、この縮小した登録指紋の画像データ（図４（ａ）参照）をフーリエ変換部２０−７へ送り、この登録指紋の画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ２０４）。これにより、図４（ａ）に示された登録指紋の画像データは、同図（ｂ）に示されるようなフーリエ画像データ（登録フーリエ画像データ）となる。制御部２０−１は、このフーリエ画像データを登録指紋の原画像データとして、ハードディスク２０−４内にＩＤナンバと対応させてファイル化する（ステップ２０５）。なお、２次元離散的フーリエ変換については、例えば非特許文献１等に説明されている。

〔指紋の照合〕
この指紋照合装置において利用者の指紋の照合は次のようにして行われる。すなわち、運用中、利用者は、テンキー１０−１を用いて自己に割り当てられたＩＤナンバを入力のうえ（図５に示すステップ５０１）、指紋センサ１０−３のプリズム１０−３２上に指を置く。これにより、指紋の登録の場合と同様にして、採取された指紋（照合指紋）の紋様が、３２０×４００画素，２５６階調の濃淡画像（画像データ：２次元パターンデータ）として、コントロール部２０へ与えられる。

制御部２０−１は、テンキー１０−１を介してＩＤナンバが与えられると、ハードディスク２０−４内にファイル化されている登録指紋の原画像データから、そのＩＤナンバに対応する登録指紋のフーリエ画像データを読み出す（ステップ５０２）。
また、制御部２０−１は、操作部１０より与えられる照合指紋の画像データをフレームメモリ２０−５を介して取り込み（ステップ５０３）、この取り込んだ照合指紋の画像データに対してステップ２０３で行ったと同様の縮小処理を行う（ステップ５０４）。これにより、照合指紋の画像データが、６４×１２８画素，２５６階調の画像データに縮小される。

そして、制御部２０−１は、この縮小した照合指紋の画像データ（図４（ｅ）参照）をフーリエ変換部２０−７へ送り、この照合指紋の画像データに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ５０５）。これにより、図４（ｅ）に示された照合指紋の画像データは、同図（ｆ）に示されるようなフーリエ画像データ（照合フーリエ画像データ）となる。

次に、制御部２０−１は、ステップ５０５で得た照合指紋のフーリエ画像データとステップ５０２で読み出した登録指紋のフーリエ画像データとを合成し（ステップ５０６）、合成フーリエ画像データを得る。

本実施の形態では、合成フーリエ画像データは、照合指紋のフーリエ画像データをＡ・ｅｘｐ（ｊθ）とし、登録指紋のフーリエ画像データをＢ・ｅｘｐ（ｊφ）とした場合、照合指紋のフーリエ画像データに登録指紋のフーリエ画像データの複素共役を乗じることによって得られるＡ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））で表される。但し、Ａ，Ｂ，θ，φとも空間周波数（フーリエ）空間（ｕ，ｖ）の関数とする。

そして、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））は、
Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））＝Ａ・Ｂ・ｃｏｓ（θ−φ）＋ｊ・Ａ・Ｂ・ｓｉｎ（θ−φ） ・・・（１）
として表され、Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）＝α₁ ＋ｊβ₁ 、Ｂ・ｅｘｐ（ｊφ）＝α₂ ＋ｊβ₂ とすると、Ａ＝（α₁ ²＋β₁ ²）^1／2，Ｂ＝（α₂ ²＋β₂ ²）^1／2，θ＝ｔａｎ⁻¹（β₁ ／α₁ ），φ＝ｔａｎ⁻¹（β₂ ／α₂ ）となる。この（１）式を計算することにより合成フーリエ画像データを得る。

なお、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））＝Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊθ）・ｅｘｐ（−ｊφ）＝Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）・Ｂ・ｅｘｐ（−ｊφ）＝（α₁ ＋ｊβ₁ ）・（α₂ −ｊβ₂ ）＝（α₁ ・α₂ ＋β₁ ・β₂ ）＋ｊ（α₂ ・β₁ −α₁ ・β₂ ）として、合成フーリエ画像データを求めるようにしてもよい。

そして、制御部２０−１は、このようにして合成フーリエ画像データを得た後、振幅抑制処理を行う（ステップ５０７）。これは、各画素値のうち（１）式の振幅Ａ・Ｂの大きさの違いによるばらつきを抑えるためのもので、この実施の形態では、振幅抑制処理として、ｌｏｇ処理を行う。すなわち、前述した合成フーリエ画像データの演算式であるＡ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））の振幅Ａ・Ｂのｌｏｇをとり、ｌｏｇ（Ａ・Ｂ）・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））とすることにより、振幅であるＡ・Ｂをｌｏｇ（Ａ・Ｂ）に抑制する（Ａ・Ｂ＞ｌｏｇ（Ａ・Ｂ））。

図４（ｄ）に振幅抑制処理後の合成フーリエ画像データを示す。振幅抑制処理を施した合成フーリエ画像データでは登録指紋の採取時と照合指紋の採取時の照度差による影響が小さくなる。すなわち、振幅抑制処理を行うことにより、合成フーリエ画像データの各画素に対応するスペクトラム強度のばらつきが抑圧され、飛び抜けた値がなくなり、より多くの情報が有効となる。また、振幅抑制処理を行うことにより、指紋情報の内、個人情報である特徴点（端点，分岐点）や隆線の特徴（渦，分岐）がより強調され、一般的指紋情報である隆線全体の流れ・方向が抑えられる。

なお、この実施の形態では、振幅抑制処理としてｌｏｇ処理を行うものとしたが、√処理を行うようにしてもよい。また、ｌｏｇ処理や√処理に限らず、振幅を抑制することができればどのような処理でもよい。振幅抑制で全ての振幅を例えば１にすると、すなわち位相のみにすると、ｌｏｇ処理や√処理等に比べ、計算量を減らすことができるという利点とデータが少なくなるという利点がある。

ステップ５０７で振幅抑制処理を行った後、制御部２０−１は、その振幅抑制処理を行った合成フーリエ画像データをフーリエ変換部２０−７へ送り、もう一度、２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施す（ステップ５０８）。これにより、図４（ｄ）に示された合成フーリエ画像データは、図４（ｈ）に示されるような相関データとなる。この相関データは、周波数空間における振幅が抑制されているが、基本的には照合指紋と登録指紋とを畳み込んだデータと考えることができ、照合指紋と登録指紋との相関を表すものである。

そして、制御部２０−１は、ステップ５０８で得られた相関データを取り込み、この相関データ上に定められる所定の相関成分エリアの各画素の強度（振幅）をスキャンし、照合指紋と登録指紋との各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度が高い上位ｎ画素（この実施の形態では、５画素）を抽出する（ステップ５０９）。ここで、上記相関成分エリアは、図４（ｈ）に示される合成フーリエ画像データに対し、白い点線で囲んだ領域Ｓ０として定められている。なお、この相関成分エリアの大きさは、本人他人の指紋データベースから相関成分エリアの大きさを変えてその場合毎に認識率を算出し、その認識率の最もよい相関成分エリアの大きさとして定める。

そして、制御部２０−１は、ステップ５０９で抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、抽出した各画素について相関ピークからの距離を算出する（ステップ５１０）。そして、重み付け処理として、相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０をかけたうえ（ステップ５１１）、これらｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求める（ステップ５１２）。

さらに、制御部２０−１は、ステップ５１３で得た相関値を予め定められているしきい値と比較し（ステップ５１３）、相関値がしきい値よりも大きければ、登録指紋と照合指紋とが一致したと判断し（ステップ５１４）、その旨の表示を行う。相関値がしきい値以下であれば、登録指紋と照合指紋とは不一致であると判断し（ステップ５１５）、その旨の表示を行ったうえ、ステップ５０１へ戻る。

図６（ａ）に相関成分エリアにおける１つの軸に沿った各画素の相関成分の強度の分布図を示す。この図は従来の図９（ａ）に対応する図であり、この図においても分かり易いように相関成分の強度の高い順に番号を付している。番号（１）が相関ピークであり、本人−他人の場合には、相関ピークから離れたところに２番目以降のピークが出る。ステップ５０９では、図６（ａ）に示された各画素の相関成分のうち、相関成分の強度が高い上位ｎ画素（５画素）が抽出される。すなわち、図６（ｂ）に示すように、番号（１），（２），（３），（４），（５）の相関成分が抽出される。

図６（ｃ）にステップ５１１での重み付け処理に際して使用される重み付け関数の一例を示す。この重み付け関数を用いることにより、相関ピークとして抽出された画素位置を起点として、抽出されたｎ画素のうち、その周囲の例えば１６画素内に位置する画素の相関成分に重み付け係数として１が乗じられ、それ以外の画素の相関成分には重み付け係数として０が乗じられる。すなわち、相関ピークからの距離が所定値Ｌ＝１７画素以上離れた画素の相関成分に０がかけられる。この例では、番号（１），（４），（５）の相関成分に重み係数として１が乗じられ、番号（２），（３）の相間成分に重み係数として０が乗じられる。

したがって、ステップ５１２では、番号（２），（３）の相関成分の強度を０として相関値が求められ（図６（ｄ）参照）、すなわち（（１）＋（２）＋（３）＋（４）＋（５））／５＝（（１）＋０＋０＋（４）＋（５））／５として相関値が求められ、重み付け処理後の（（１）＋（４）＋（５）＋（６）＋（７））／５として相関値を求める従来方法と比較して本人−他人の場合の相関値が低くなり、これにより照合精度がさらに高まる。この効果は、本人−他人の場合に出現する相関ピークから離れたところに位置する強度の高い相関成分、すなわち図６（ａ）に示された番号（２），（３）の相関成分を有効に活用し、この強度の高い相関成分を積極的にマイナス評価することにより得られるものである。

なお、上述した実施の形態では、ステップ５１１での重み付け処理に使用する重み付け関数を図６（ｃ）に示すような矩形状の重み関数としたが、例えば図６（ｅ）に示すような三角形状の重み関数としたり、台形状としたり、正弦波状としたり、半円状としたりするなど、種々の重み関数が考えられる。また、例えば図６（ｆ）や図６（ｇ）に示すように、相関ピークからの距離が所定値Ｌ以上離れた画素に対してその相関成分の強度に負の重み係数をかけるような重み関数としてもよい。この重み関数はアプリケーションやセンサの特性などによって変わるものである。

また、本実施の形態では、ステップ５１１での重み付け処理がステップ５０９で得られた上位ｎ画素の相関成分に対してのみ行われるので、相関成分エリア内の全画素の相関成分に重み付け処理を施す従来方法と比較して演算に要する時間が短くて済み、照合スピードをアップすることができるという効果も得られる。

上述した実施の形態では、ステップ５１０での相関ピークからの距離の算出後、その距離が所定値Ｌ以上離れた画素の相関成分に０をかけたうえ（ステップ５１１）、これらｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求めるようにしたが（ステップ５１２）、図７にフローチャートを示すように、ステップ５１０での相関ピークからの距離の算出後、その距離が１つでも所定値Ｌ以上離れた画素があった場合（ステップ５１６のＹＥＳ）、直ちにステップ５１５へ進み、登録指紋と照合指紋とは不一致であると判断するようにしてもよい。これにより、本人−他人の場合に出現する相関ピークから離れたところに位置する強度の高い相関成分が積極的に照合に用いられ、演算量が少なくて済み、照合スピードがアップするものとなる。

なお、ステップ５１６において、相関ピークからの距離が１つでも所定値Ｌ以上離れた画素がなかった場合には、図５に示したフローチャートと同様にして、ステップ５１１で重み付け処理を行い、この重み付け処理後のｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求め（ステップ５１２）、この相関値と予め定められているしきい値と比較する（ステップ５１３）。そして、相関値がしきい値よりも大きければ、登録指紋と照合指紋とが一致したと判断し（ステップ５１４）、その旨の表示を行う。相関値がしきい値以下であれば、登録指紋と照合指紋とは不一致であると判断する（ステップ５１５）。

上述した実施の形態では、２次元離散的フーリエ変換をフーリエ変換部２０−７において行うものとしたが、ＣＰＵ２０−１内で行うものとしてもよい。また、上述した実施の形態では、登録指紋の画像データに対しステップ２０３で縮小処理を行うようにしたが、登録指紋のフーリエ画像データを読み出した後の段階（ステップ５０２と５０３との間）で縮小処理を行うようにしてもよい。また、登録指紋や照合指紋の画像データに対しては必ずしも縮小処理を行わなくてもよく、入力画像データをそのまま用いてフーリエ画像データを作成するようにしてもよい。縮小処理を行うようにすれば、その分、入力画像データの処理に際して用いる画像メモリの容量を少なくすることができる。

また、上述した実施の形態では、図５に示したステップ５０８にて２次元離散的フーリエ変換を行うようにしたが、２次元離散的フーリエ変換ではなく２次元離散的逆フーリエ変換を行うようにしてもよい。すなわち、振幅抑制処理の施された合成フーリエ画像データに対して２次元離散的フーリエ変換を行うのに代えて、２次元離散的逆フーリエ変換を行うようにしてもよい。２次元離散的フーリエ変換と２次元離散的逆フーリエ変換とは、定量的にみて照合精度は変わらない。２次元離散的逆フーリエ変換については、非特許文献１に説明されている。

また、上述した実施の形態では、図５や図７に示したステップ５０７で振幅抑制処理を行うようにしたが、振幅抑制処理を省略してもよい。ステップ５０７で振幅抑制処理を行うことにより、合成フーリエ画像データにおける登録指紋の採取時と照合指紋の採取時の照度差による影響が小さくなり、また指紋情報の内、個人情報である特徴点（端点，分岐点）や隆線の特徴（渦，分岐）がより強調され、照合精度が格段にアップする。

また、上述した実施の形態では、合成後のフーリエ画像データに対して振幅抑制処理を施して２次元離散的フーリエ変換を行うようにしたが（ステップ５０７，５０８）、合成前の登録指紋および照合指紋のフーリエ画像データにそれぞれ振幅抑制処理を行った後に合成するようにしてもよい。すなわち、図８（ａ）に示すように、図２のステップ２０４と２０５との間に振幅抑制処理を行うステップ２０６を設け、図８（ｂ）に示すように、図５や図７のステップ５０６と５０７とを入れ替えるようにしてもよい。

このようにした場合、ステップ２０６の振幅抑制処理によって、図４（ｃ）に示すような振幅抑制処理の施された登録指紋のフーリエ画像データ（登録フーリエ画像データ）が得られ、ステップ５０６と５０７との入れ替えによって、図４（ｇ）に示すような振幅抑制処理の施された照合指紋のフーリエ画像データ（照合フーリエ画像データ）が得られる。そして、それぞれ振幅抑制処理の施された登録指紋および照合指紋のフーリエ画像データが合成され、図４（ｄ）に示されるような合成フーリエ画像データが得られる。

この時の合成フーリエ画像データの振幅の抑制率は、合成フーリエ画像データとしてから振幅抑制処理を行う場合に対して小さい。したがって、合成フーリエ画像データとしてから振幅抑制処理を行う方が、振幅抑制処理を行ってから合成フーリエ画像データとする方法に比べて、その照合精度がアップする。なお、振幅抑制処理を行ってから合成フーリエ画像データとする場合にも、合成フーリエ画像データに対して２次元離散的フーリエ変換ではなく、２次元離散的逆フーリエ変換を行うようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態では、指紋照合を行う場合を例として説明したが、声紋照合を行う場合にも同様にして適用することができ、指紋，声紋に拘らず画像データとして取り扱うことのできる各種の２次元パターンの照合に用いることができる。また、２次元パターンの照合に限ることはなく、１次元パターンや３次元パターン等、Ｎ次元パターンの照合についても同様にして行うことが可能である。

また、上述した実施の形態では、２次元パターンを画像として得るものとしたが、必ずしも画像として得るようにしなくてもよい。例えば、振動検出器を各場所に２次元的に配置し、この２次元的に配置された振動検出器により得られる２次元パターン（地震波）を照合パターンとし、予め登録されているパターンと照合するようにしてもよい。また、各部位に流量計測器を２次元的に配置し、この２次元的に配置された流量計測器により得られる２次元パターン（流量分布）を照合パターンとし、予め登録されているパターンと照合するようにしてもよい。

本発明に係る指紋照合装置一実施の形態を示すブロック構成図である。 この指紋照合装置における指紋登録動作を説明するためのフローチャートである。 この指紋照合装置における画像データに対する縮小処理を説明するための図である。 この指紋照合装置における指紋照合過程を説明するための画像を示すディスプレイ上の写真である。 この指紋照合装置における指紋照合動作を説明するためのフローチャートである。 この指紋照合装置における指紋照合に際して用いられる相関値の算出過程を説明する図である。 この指紋照合装置における指紋照合動作の他の例を説明するためのフローチャートである。 指紋登録動作および指紋照合動作において振幅抑制処理の位置を入れ替えた例を説明するためのフローチャートある。 従来の指紋照合装置における指紋照合に際して用いられる相関値の算出過程を説明する図である。

符号の説明

１…操作部、２０…コントロール部、１０−１…テンキー、１０−２…ディスプレイ（ＬＣＤ）、１０−３…指紋センサ、１０−３１…光源、１０−３２，プリズム、１０−３３…ＣＣＤカメラ、２０−１…制御部、２０−２…ＲＯＭ、２０−３…ＲＡＭ、２０−４…ハードディスク（ＨＤ）、２０−５…フレームメモリ（ＦＭ）、２０−６…外部接続部（Ｉ／Ｆ）、２０−７…フーリエ変換部（ＦＦＴ）。

Claims (6)

1. 登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエＮ次元パターンデータと前記照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、前記抽出したｎ画素のうち前記相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０又は負の重みをかけたうえで、これらｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求め、この相関値に基づいて前記登録パターンと前記照合パターンとの照合を行うパターン照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
2. 登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエＮ次元パターンデータと前記照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を行ったうえＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、前記抽出したｎ画素のうち前記相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０又は負の重みをかけたうえで、これらｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求め、この相関値に基づいて前記登録パターンと前記照合パターンとの照合を行うパターン照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
3. 登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施してから振幅抑制処理を行うことにより登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施してから振幅抑制処理を行うことにより照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエＮ次元パターンデータと前記照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、前記抽出したｎ画素のうち前記相関ピークからの距離が所定値以上離れた画素の相関成分に０又は負の重みをかけたうえで、これらｎ画素の相関成分の強度の平均値を相関値として求め、この相関値に基づいて前記登録パターンと前記照合パターンとの照合を行うパターン照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
4. 登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエＮ次元パターンデータと前記照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、前記抽出したｎ画素のうち前記相関ピークからの距離が１つでも所定値以上離れた画素があった場合、前記登録パターンと前記照合パターンとは不一致であると判断するパターン照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
5. 登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエＮ次元パターンデータと前記照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を行ったうえＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、前記抽出したｎ画素のうち前記相関ピークからの距離が１つでも所定値以上離れた画素があった場合、前記登録パターンと前記照合パターンとは不一致であると判断するパターン照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
6. 登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施してから振幅抑制処理を行うことにより登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
   照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施してから振幅抑制処理を行うことにより照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
   前記登録フーリエＮ次元パターンデータと前記照合フーリエＮ次元パターンデータとを合成し、これによって得られる合成フーリエＮ次元パターンデータに対してＮ次元離散的フーリエ変換およびＮ次元離散的逆フーリエ変換の何れか一方を施して相関データとするパターン処理手段と、
   このパターン処理手段によって得られた相関データ上に定められた所定の相関成分エリアの個々の画素毎の相関成分の中からその強度が高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分のうちその強度が最も高い相関成分を相関ピークとし、前記抽出したｎ画素のうち前記相関ピークからの距離が１つでも所定値以上離れた画素があった場合、前記登録パターンと前記照合パターンとは不一致であると判断するパターン照合手段と
   を備えたことを特徴とするパターン照合装置。

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