JP4269654B2 - Fingerprint authentication apparatus and method, and authentication apparatus and method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の生体的な特徴や行動上の特徴を利用して、本人であれば本人であると認証し、且つ、本人以外の人(又は物質)であれば拒否をするという本人認証を行う認証装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
人間の指の第1関節より先端側の内側部分の表面に形成されている渦状の凹凸の模様(指紋)を識別して、本人認証を行う指紋認証装置がある。指紋認証装置には、指紋センサが設けられ、その指紋センサによって指紋を検出している。指紋センサには、例えば、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点の静電容量を感知して指紋を検出する静電容量検出型指紋センサ(例えば特許文献1参照。)、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点の圧力を感知して指紋を検出する圧力検出型指紋センサ、又は、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点からの反射光を感知して指紋を検出する光検出型指紋センサ等がある。指紋認証装置は、これらのセンサにより検出された指紋と、予め登録してある指紋とを照合することによって、本人認証を行う。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−197135号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、指紋認証装置は、指紋センサの検出精度に限界があること、環境や状況又は本人のコンディション等の違いにより同一の人物の指紋であっても指紋センサの検出出力がその時々により異なってしまうこと等の理由から、100%の精度で本人認証を行うことは困難である。
【0005】
しかしながら、指紋認証装置は、その機能の本質的な要請から、本人認証の確実性を100%に近づけるための精度向上が常に求められる。つまり、指紋認証装置では、本人の指紋であれば本人であると認証し、且つ、本人以外の指紋(又は物質)であれば拒否をする精度の向上が常に求められる。
【0006】
本発明は、このような実状に鑑みて提案されたものであり、指紋認証とともに用いることによって本人認証の精度を向上させることができる認証装置及び認証方法、並びに、この認証装置が適用された指紋認証装置及び指紋認証方法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】
本発明に係る指紋認証装置は、検出対象である指の先端の表面に形成された指紋を検出するための検出面に対して指の先端の全面が置かれた場合に検出面に設けられた複数の感知素子によって検出される指紋のイメージデータと、指の先端の表面の一部が検出面に接触してから指の先端の表面の全面が検出面に接触するまでの間に、指の先端の表面の少なくとも一部が検出面に接触した場合に、当該検出面に設けられた各感知素子によって検出される時刻毎の指紋のデータからなる指紋のモーションデータとを検出する指紋センサと、指紋センサの検出面に指がかれたときに指の先端の表面の一部が検出面に接触してから指の先端の全面が検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサに検出される指紋のモーションデータと検出面に指の先端の全面が接触した場合に指紋センサに検出される指紋のイメージデータとが、ユーザ毎に記憶されている登録情報記憶手段と、検出対象である指検出面に対して置かれる際に、指の先端の全面が検出面に接触した場合に、当該指紋センサに検出される指紋のイメージデータと、登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとから、指紋センサにより検出されたイメージデータと登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間に相関性があるかを示す一致度をイメージデータ内に含まれる複数の領域ごとに検出して、当該検出の結果、一致度が所定の閾値よりも大きい全ての領域の位置に関するデータを抽出し、抽出された結果、得られた一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータと、登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータから生成された一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータとから、指紋センサによって検出されたイメージデータと登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間で類似度の高い領域の数を示す照合率を検出し、検出した照合率が所定の閾値以上であるかによって、指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第1の認証処理と、検出対象である指が上記検出面に対して置かれる際に、指の先端の表面の一部が検出面に接触してから指の先端の全面が検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサの検出面内に設けられた複数の感知領域ごとに検出される指紋の出力レベルから算出された検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値を時系列モニタリングした場合に、指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化し始めた第1の時刻から指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化しなくなる第2の時刻までの間の平均値として得られたデータ、第1の時刻から第2の時刻までの間の経過時間のデータ、第1の時刻から第2の時刻までの間の任意の時刻の検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値のデータ、及び第2の時刻における検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値の各感知領域間の相関関係の少なくとも1つを含む特徴情報を有するモーションデータと、登録情報記憶手段に記憶されたモーションデータとから、指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第2の認証処理と、第1の認証処理の処理結果と第2の認証処理の処理結果とが指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であることを示す場合にのみ、その旨を外部に出力する出力処理とを実行する認証手段とを備える。
【0008】
また、本発明に係る指紋認証方法は、検出対象である指の先端の表面に形成された指紋を検出するための検出面に対して指の先端の全面が置かれた場合に検出面に設けられた複数の感知素子によって検出される指紋のイメージデータと、指の先端の表面の一部が検出面に接触してから指の先端の表面の全面が検出面に接触するまでの間に、指の先端の表面の少なくとも一部が検出面に接触した場合に、当該検出面に設けられた各感知素子によって検出される時刻毎の指紋のデータからなる指紋のモーションデータとを検出面が設けられた指紋センサで検出する指紋検出ステップと、検出対象である指が検出面に対して置かれる際に、指の先端の全面が検出面に接触した場合に、当該指紋センサに検出される指紋のイメージデータと、指紋センサの検出面に指が置かれたときに指の先端の表面の一部が検出面に接触してから指の先端の全面が検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサに検出される指紋のモーションデータと、検出面に指の先端の全面が接触した場合に指紋センサに検出される指紋のイメージデータとが、ユーザ毎に記憶されている登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとから、指紋センサにより検出されたイメージデータと登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間に相関性があるかを示す一致度をイメージデータ内に含まれる複数の領域ごとに検出して、当該検出の結果、一致度が所定の閾値よりも大きい全ての領域の位置に関するデータを抽出し、抽出された結果、得られた一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータと、登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータから生成された一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータとから、指紋センサによって検出されたイメージデータと登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間で類似度の高い領域の数を示す照合率を検出し、検出した照合率が所定の閾値以上であるかによって、指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第1の認証処理を実行する第1の認証処理ステップと、検出対象である指が検出面に対して置かれる際に、指の先端の表面の一部が検出面に接触してから指の先端の全面が検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサの検出面内に設けられた複数の感知領域ごとに検出される指紋の出力レベルから算出された検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値を時系列モニタリングした場合に、指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化し始めた第1の時刻から指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化しなくなる第2の時刻までの間の平均値として得られたデータ、第1の時刻から第2の時刻までの間の経過時間のデータ、第1の時刻から第2の時刻までの間の任意の時刻の検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値のデータ、及び第2の時刻における検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値の各感知領域間の相関関係の少なくとも1つを含む特徴情報を有するモーションデータと、登録情報記憶手段に記憶されたモーションデータとから、指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第2の認証処理を実行する第2の認証処理ステップと、第1の認証処理の処理結果と第2の認証処理の処理結果とが、指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であることを示す場合にのみ、その旨を外部に出力する出力処理を実行する出力ステップとを含む
【0009】
以上の本発明の指紋認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合するとともに、検出された被検出物の表面の凹凸の模様と登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【0013】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態について説明をする前に、指紋認証時の人間の指の動作について説明をする。
【0014】
指紋認証装置1は、図1に示すように、人間の指の第1関節より先端側の内側部分の表面に形成されている渦状の凹凸の模様(指紋)を検出する指紋センサ2を備えている。指紋センサ2は、本人認証を行う人の指の第1関節より先端側の内側部分が置かれる検出面3を有している。検出面3には、指紋の凹凸のピッチよりも充分に細かいピッチで例えばマトリクス状に配置された複数の感知素子が設けられている。各感知素子は、例えば、静電容量、圧力又は反射光量等を感知し、検出面3からその検出面3に置かれた物質までの距離に応じた感知出力レベルを出力する。指紋センサ2は、各感知素子から得られた感知出力レベルに基づき、検出面3に置かれた物質の表面の凹凸の模様の2次元のイメージを生成し、その2次元イメージを指紋データとして出力する。
【0015】
このような指紋認証装置1では、検出面3に対して指が置かれ、且つ、その検出面3に対して一定の圧力が加わっている状態のときに、指紋センサ2がその検出面3に置かれた指の指紋データを検出する。指紋認証装置1は、指紋センサ2により検出された指紋データと、予め登録してある指紋データとを照合して、本人認証を行う。
【0016】
ところで、指紋認証装置1により指紋認証を行う際において、指紋センサ2により指紋データの検出が開始されるまで、つまり、指の先端により検出面3が一定の圧力で押されるまでの、指の動作は、次のようになる。
【0017】
指の先端が指紋認証装置1の遠方から検出面3に徐々に近づけられていき、指の先端の内側部分の一部が検出面3に接触する。続いて、検出面3に指の先端の内側部分の一部が接触してから徐々に他の部分も接触していき、一定時間後に指の先端の内側部分のほぼ全面が検出面3に対して押し付けられる。そして、指により、検出面3が一定の圧力で押された状態となる。
【0018】
このように、指が一定の圧力で検出面3を押した状態となった後に、指紋認証装置1が指紋を検出する。
【0019】
ここで、本発明者は、指紋認証装置1により指紋認証を行う際において、指紋データの検出が開始されるまで、つまり、指の先端により検出面3が一定の圧力で押されるまでの、検出面3上の各位置の感知素子の感知出力レベルを観察した。そうすると、各感知素子の感知出力レベルは、初期状態のレベル(検出面3に何も置かれていなく且つ近接もしていないときのレベル)から、徐々に上昇していった。そして、検出面3が指の先端の内側部分によって一定の圧力で押された状態となると、各感知素子の感知出力レベルは、一定の値で変動しなくなり、飽和した。また、感知出力レベル及びその時間変化量は、感知素子毎に異なっていた。
【0020】
さらに、本発明者は、以上のような各感知素子の感知出力レベルの特性の観察を、不特定多数の人に対して行った。そうしたところ、各感知素子の感知出力レベルの特性が、個人毎に異なっていた。つまり、本発明者は、検出面に対して指を置く際における、指の先端により検出面3が一定の圧力で押されるまでの各感知素子の出力特性に、個人毎の動作特徴があることを見出した。
【0021】
本発明者は、以上のような個人毎の動作特徴を利用した発明を行った。
【0022】
以下、本発明の実施の形態として、本発明を適用した指紋認証装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
図2に、本発明の実施の形態の指紋認証装置10の外観図を示す。
【0023】
指紋認証装置10は、図2に示すように、筐体11上に平面状の検出面13が露出するように設けられた指紋センサ12を備えている。指紋センサ12は、検出面13上に置かれた指の指紋を検出するセンサである。
【0024】
指紋認証装置10に適用される指紋センサ12は、例えば静電容量方式によって指紋の2次元イメージを検出するセンサである。静電容量方式の指紋センサ12は、図3に示すように、検出面13に、指紋の凹凸のピッチよりも充分に細かいピッチでマトリクス状に配置されている複数のコンデンサ14が設けられている。各コンデンサ14が、指紋センサ12の感知素子となる。各コンデンサ14は、物質が近接すると、その物質までの距離に応じて容量値が変化する。そのため、検出面13に指の第1関節より先端側の内側部分が置かれると、その指の指紋の凹凸に応じて、対向する部分に位置するコンデンサ14の容量値が変化する。
【0025】
指紋センサ12は、マトリクス状に配置されている複数のコンデンサ14の容量値を感知出力レベルとして抽出し、抽出した感知出力レベルに基づき各コンデンサ14の位置に対応させた2次元イメージデータを生成する。この2次元イメージデータが、指紋の凹凸模様に対応したイメージデータとなる。指紋センサ12は、このイメージデータを、指紋イメージデータとして出力する。
【0026】
また、指紋センサ12は、指紋イメージデータとともに、検出面13に指を置いた時の動作特徴を示すモーションデータも生成する。モーションデータの詳細については、後で説明をする。
【0027】
なお、ここでは、静電容量検出方式の指紋センサを例にとって説明をしているが、指紋センサ12は、2次元の指紋イメージを検出することができれば、その検出方式はどのようなものであってもよい。例えば、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点の圧力を感知して指紋を検出する圧力検出型指紋センサや、指の先端の内側部分を検出面に置いたときにおける検出面上の各点からの反射光を感知して指紋を検出する光検出型指紋センサ等を、上記指紋センサ12として適用してもよい。
【0028】
つぎに、指紋認証装置10の内部構成について説明をする。図4に指紋認証装置10の内部ブロック図を示す。
【0029】
指紋認証装置10は、図4に示すように、指紋センサ12と、登録指紋格納部21と、登録モーション格納部22と、照合部23と、出力部24とを備えている。
【0030】
指紋センサ12は、検出面13上に置かれた指の指紋の模様を示す指紋イメージデータ、及び、検出面13に指を置いた時の動作特徴を示すモーションデータを検出し、外部に出力する。
【0031】
登録指紋格納部21は、ユーザの登録指紋の指紋イメージデータを格納している。
【0032】
登録モーション格納部22は、ユーザの登録モーションのモーションデータを格納している。
【0033】
照合部23は、指紋センサ12により検出された指紋イメージデータと、登録されている指紋イメージデータとを照合する。それとともに、照合部23は、指紋センサ12により検出されたモーションデータと、登録されているモーションデータとを照合し、その両者により検出面13に指を置いたユーザに対する本人認証を行う。照合部13は、本人と認証されれば、OKの出力を行い、本人と認証されなければNGの出力を行う。
【0034】
出力部24は、照合部23から出力されたOK/NGの判断結果を、外部に設けられている例えばセキュリティ装置等に報知する。
【0035】
また、以上のようなブロック構成の指紋認証装置10を具体的にハードウェアで構成すると、図5に示すような構成となる。
【0036】
指紋認証装置10は、指紋センサ12と、USBインタフェースケーブルが接続されるUSB端子32と、USBコントローラ33と、CPU34と、プログラム用RAM又はROM35と、フラッシュメモリ36と、指紋照合用LSI37とを備えている。また、USBコントローラ33、CPU34、プログラム用RAM又はROM35、フラッシュメモリ36、及び、指紋照合用LSI37は、それぞれデータ転送用のバス38に接続されている。
【0037】
USBコントローラ33は、USBプロトコルに従いデータの転送を行う回路である。図4に示す出力部24の機能を実現している。USBコントローラ33は、例えば、外部のパーソナルコンピュータ、セキュリティ装置との間でUSBプロトコルに従いデータの転送を行うインタフェース回路である。なお、指紋認証装置10は、USBインタフェースではなく、例えばRS232C等の他のインタフェースを用いて、外部のパーソナルコンピュータ等とデータの転送を行っても良い。
【0038】
CPU34は、プログラム用RAM又はROM35に格納されているプログラムに基づき、装置全体の動作制御を行う回路である。例えば、図4に示す照合部23の動作制御を行う。
【0039】
フラッシュメモリ36は、不揮発性のメモリである。フラッシュメモリ36は、図4に示す登録指紋格納部21及び登録モーション格納部22の機能を実現し、登録された指紋イメージデータ及び登録されたモーションデータを格納している。
【0040】
指紋照合用LSI37は、フラッシュメモリ36に格納されている指紋イメージデータ及びモーションデータに基づき、指紋センサ12により検出された指紋イメージデータ及びモーションデータの認証を行う。図4に示す照合部23の機能を実現している。
【0041】
つぎに、指紋認証装置10の動作について説明をする。
【0042】
指紋認証装置10は、まず、指紋認証を行う場合の初期設定動作として、ユーザの指紋の登録動作を行う。
【0043】
指紋の登録を行う場合には、まず、そのユーザが検出面13に所定の指(例えば人差し指)を載せる。指紋認証装置10は、その指の指紋イメージデータ及び、その指を置いたときのモーションデータを指紋センサ12で取り込む。指紋認証装置10は、取り込んだ指紋イメージデータ及びモーションデータを、登録データとして登録指紋格納部21及び登録モーション格納部22に格納する。以上のような動作を行うことによって、ユーザの指紋の登録が完了する。また、複数ユーザの指紋の登録を行う場合には、例えば、ユーザ毎ID等を設けて、そのIDに対応させて指紋イメージデータ及びモーションデータを登録すればよい。
【0044】
指紋認証装置10は、以上の指紋登録が完了すると、そのユーザに対する本人認証を行うことができる。
【0045】
続いて指紋認証時の動作は次のようになる。
【0046】
まず、指紋認証装置10は、例えば検出面13になんらかの物体が置かれたことを検出したり、又は、ユーザID等が入力されたことを検出したりすることにより、認証動作を開始する。本人認証動作を開始すると、指紋センサ12が、検出面13に置かれた物体の指紋イメージデータ及びモーションデータを検出し、照合部23に供給する。
【0047】
照合部23は、指紋センサ13により検出された指紋イメージデータと、登録されている指紋イメージデータとが一致するか否かを、例えばパターンマッチング等を行って判断する。照合部23は、両者の指紋イメージデータが一致すれば、登録されているユーザ本人の指紋であると判断する。照合部23は、両者の指紋イメージデータが一致しなければ、登録されているユーザ以外の指紋(又は物質)であると判断する。なお、指紋の照合は、指紋全体に対して行っても良いし、指紋の任意の部分だけを抽出して行っても良い。
【0048】
さらに、照合部23は、指紋センサ13により検出されたモーションデータと、登録されているモーションデータとに充分な相関性があるか否かを、例えば相関度等を検出して判断する。照合部23は、両者のモーションデータに充分に相関性があれば、登録されているユーザ本人が指を置いたと判断する。照合部23は、両者のモーションデータに充分に相関性がなければ、登録されているユーザ以外が指(又は物質)を置いたと判断する。
【0049】
照合部23は、指紋イメージデータ及びモーションデータの両者とも登録されているユーザであるという照合結果を得た場合には、登録されているユーザであるという本人認証の判断結果(OK)を出力する。また、照合部23は、指紋イメージデータ及びモーションデータのいずれか一方でも登録されているユーザではないという照合結果を得た場合には、登録されているユーザではないという本人認証の判断結果(NG)を出力する。
【0050】
指紋認証装置10は、以上のような動作を行って得られた判断結果を、コンピュータや各種セキュリティ装置に供給し、アクセス管理やプライバシー保護等を実現させる。
【0051】
つぎに、指紋照合処理の具体的手順について説明する。
【0052】
指紋認証装置10では、以下に説明を行うパターマッチング方式により、指紋認証処理を行う。
【0053】
本パターンマッチング方式は、指紋の登録時には、登録すべき指紋画像の一部から複数の線状の画像D1を抽出し、この線状画像D1とその抽出位置を登録データとして内部に記憶する。指紋照合時には、照合対象となる指紋画像D2に対して、各線状画像D1の位置をずらしながらパターンマッチングを行い、一致度が高い位置を検出する。そして、一致度が高い位置の線状画像毎の相互関係と、登録されている各線状画像の抽出位置の相互関係とが等しいときに、同一の指紋であると判定する方式である。
【0054】
例えば、本パターンマッチング方式では、複数の線状画像D1として、図6に示すように、9本の水平方向登録データD1H0〜D1H8及び垂直方向登録データD1V0〜D1V8と、各登録データD1H0〜D1H8、D1V0〜D1V8の位置情報(X0,Y0)〜(X8,Y0)、(X0,Y0)〜(X0,Y8)とを、ユーザID毎に登録する。
【0055】
水平方向登録データD1H0〜D1H8は、図7に示すように、登録対象となる指紋画像の一部を水平方向に64ピクセル分切り出した画像データである。具体的には、指紋画像から、垂直方向に1画素、水平方向に64画素の領域が計9個切り出されている。垂直方向登録データD1V0〜D1V8は、図8に示すように、登録対象となる指紋画像の一部を垂直方向に64ピクセル分切り出した画像データである。具体的には、指紋画像から、水平方向に1画素、垂直方向に64画素の領域が計9個切り出されている。
【0056】
位置情報(X0,Y0)〜(X8,Y0)、(X0,Y0)〜(X0,Y8)は、以上のように切り出された各線状画像の基準位置(例えば、左端、上端の画素位置)を特定する値である。
【0057】
このパターンマッチング方式では、以上のような登録データに基づき、次のように照合が行われる。
【0058】
まず、照合部23では、各線状画像の画像データD1H0〜D1H8、D1V0〜D1V8を順次読み出して、この読み出した線状画像を、照合対象となる指紋画像D2上で順次移動させる。照合部23は、各移動位置で、線状画像D1と照合対象となる指紋画像D2間の相関関係の程度を示す一致度を検出する。
【0059】
一致度の検出は、例えば水平方向に連続する線状画像の指紋データD1H0〜D1H8の場合、図9に示すように、照合対象となる指紋画像D2上を水平方向にラスタ走査させ、各走査位置で各ビットの一致不一致を判定することにより行う。また、例えば垂直方向に連続する線状画像の指紋データD1V0〜D1V8の場合、図10に示すように、照合対象となる指紋画像D2上を垂直方向にラスタ走査させ、各走査位置で各ビットの一致不一致を判定することにより行う。
【0060】
照合部23は、この検出結果に基づき、各線状画像に対して、一致度が所定の閾値を越えるような照合位置を抽出する。
【0061】
そして、照合部23は、求めた一致度の分布の各線状画像間の相互関係と、登録されている線状画像の抽出位置の相互関係とに基づき、同一の指紋であると判定する。
【0062】
以上の指紋照合処理は、具体的には図11のフローチャートに示す手順で行われる。以下の指紋照合処理は、例えば図5に示すCPU34により行われる。
【0063】
まず、指紋センサ12から検出された線状画像データD2を入力する(ステップS11)。
【0064】
続いて、変数mを値0にセットする(ステップS12)。変数mは、登録された9×2個の線状画像データ(登録データ)を特定する変数である。
【0065】
続いて、例えばキー入力されたユーザIDに基づき、対応するユーザIDについての水平方向のm番目の登録データDをフラッシュメモリ36から読み出して、この登録データを例えば指紋照合用LSI37にロードする(ステップS13)。
【0066】
続いて、指紋センサ3から検出された指紋データD2を、指紋照合用LSI37に出力する(ステップS14)。この結果、水平方向の線状画像を指紋データD2による画像上でラスタ走査させながら、各位置における一致度が検出され一致度が所定の閾値を越えるような照合位置の分布が求められる。
【0067】
続いて、変数mをインクリメントする(ステップS15)。
【0068】
続いて、変数mが値9を越えたか否か判断する(ステップS16)。このステップS16で、9本の線状画像について、それぞれ一致度分布を検出したか否か判断できる。ステップS16では、否定結果が得られると、ステップS13に戻る。これによりステップS13−S14−S15−S16の処理手順を繰り返し、水平方向(又は垂直方向)に切り出した9本の線状画像の全てについて、一致度の高い照合位置の分布を検出することができる。
【0069】
ステップS16で肯定結果が得られ、9本の線状画像についてそれぞれ一致度の高い照合位置の分布を検出すると、続いて、垂直方向の登録データについて一致度の高い照合位置の分布を検出したか否か判断する(ステップS17)。否定結果が得られると、処理対象を垂直方向の登録データに切り換え(ステップS18)、ステップS13に戻る。これにより、ステップS13−S14−S15−S16の処理手順を繰り返し、垂直方向に切り出した9本の線状画像についてそれぞれ一致度の高い照合位置の分布を検出することができる。
【0070】
ステップS17で肯定結果が得られ、一致度の高い照合位置の分布を検出すると、続いて、照合率検出処理を実行し、9×2の各線状画像の各々に関して、D2上における一致度の高い照合位置の分布から、登録画像における各線状画像の相対位置と類似度の高い相対位置の組み合わせを検出し、類似度の高い相対位置の数を照合率Nとする。9×2本の線状画像について検出した一致度の分布より照合率Nを検出する(ステップS19)。
【0071】
続いて、照合率Nが一定値以上か否か判断する(ステップS20)。照合率Nが一定値以上の場合、一致の判定結果を出力して(ステップS21)、処理を終了する。照合率Nが一定値以下の場合、不一致の判定結果を出力して(ステップS22)、処理を終了する。
【0072】
指紋認証装置10では、指紋照合処理が以上のように行われる。
【0073】
つぎに、指紋センサ12により検出されるモーションデータについて詳細に説明をする。
【0074】
指紋センサ12には、検出面13上の任意の複数の位置に、モーションデータの検出エリアが設定されている。検出面13上には、例えばマトリクス状に形成されている複数の感知素子(静電容量方式の指紋センサの場合にはコンデンサ)が設けられているが、各検出エリアは、任意数の感知素子を含むように設定されている。
【0075】
検出エリアの設定例を図12に示す。この図12に示す例では、検出面13の全体が水平128ドット×垂直192ドットの感知素子で構成されており、この検出面13に対して、水平16ドット×垂直16ドットの矩形状の検出エリアが、5箇所設定されている。図12に示す各検出エリア(A〜E)は、指の先端の内側部分が検出面13に置かれたときに、その周縁部分を囲むような位置に設定されている。
【0076】
指紋センサ12は、ユーザにより検出面13に対して指が置かれた際に、以上のように設定された各検出エリアから、各検出エリア内の全ての感知素子の感知出力レベルの平均値Xを算出し、それを所定時間の間、時系列にモニタする。モニタの開始タイミングは、被検出物が検出面13に近接することによって、感知素子からの感知出力レベルが変動を開始したタイミングである。また、モニタの終了タイミングは、被検出物により検出面13に一定の圧力が加わり、感知素子からの感知出力レベルが変動をしなくなる、つまり、感知出力レベルが飽和したタイミングである。
【0077】
指紋センサ12は、以上のモニタの結果を、モーションデータとして出力する。
【0078】
具体的に静電容量方式の指紋センサの場合におけるモーションデータの生成方法について説明をする。
【0079】
静電容量方式の指紋センサ12の場合、各感知素子からの感知出力レベルは、図13に示すように、1ライン毎に、アナログ信号(Rf)で抽出される。さらに、静電容量方式の指紋センサ12の場合、指紋の凹凸は、周囲の感知出力レベルとの差で表される。そのため、静電容量方式の指紋センサ12の場合において各検出エリア内の全感知素子の感知出力レベルの平均値Xを算出するには、次のように行う。
【0080】
まず、着目している感知素子に対して、その周囲の所定数の感知素子を含めた平均のRFレベルを求める。例えば、図14に示すように、着目している感知素子を中心として、その周囲の7×7の感知素子の平均のRFレベル(AVE_Rf)を求める。続いて、この平均のRFレベル(AVE_Rf)から、着目している感知素子の出力レベル(Rf)を減算し、その減算結果の絶対値|(RF−AVE_Rf)|を求める。続いて、この減算結果の絶対値|(RF−AVE_Rf)|を各検出エリア内で平均化し、平均値Xを求める。
【0081】
静電容量方式の指紋センサの場合における各検出エリア内の全感知素子の感知出力レベルの平均値Xは、以上のように求めることができる。
【0082】
続いて、静電容量方式の指紋センサ12は、以上の平均値Xを、各検出エリア毎に求め、求めた平均値Xを時系列にモニタする。そして、指紋センサ12は、少なくとも、指の先端が検出面13に近接したことにより感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点から、検出面13に対して指により一定の圧力が加わったことにより感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点までの、各検出エリアから得られる時系列の平均値Xをモーションデータとして出力する。
【0083】
このように生成されたモーションデータは、指紋の山の部分と谷の部分とがどれだけ明確に出力されているかを表したパラメータの時系列データとなる。すなわち、Rf=“山部(又は谷部)の出力値”となり、AVE_Rf=“近傍の平均値”となるので、|Rf−AVE_Rf|=“近傍からみた山(又は谷)の高さ(又は低さ)の絶対値”ということとなり、従って、モーションデータは、この絶対値を一定領域で累積したものの時系列変化となる。このため、例えば、山と谷の高さの差がほとんどない指紋は、指紋センサ12からの総出力が大きくとも、Rf−AVE_Rf=0となるので、上記絶対値を一定領域で累積した値が0となる。
【0084】
図15に、あるユーザが検出面13に指を置いた場合における、モーションデータの一例を示す。図15では、横軸が時刻、縦軸が感知出力レベルの平均値Xとなっている。なお、この図15に示したモーションデータは、図12に示したような、全体が水平128ドット×垂直192ドットの感知素子で構成されて検出面13の、水平16ドット×垂直16ドットの矩形状の検出エリアA〜Eから取得したモーションデータである。図15では、検出面Aから得られた感知出力レベルの平均値をグラフXAで示し、検出面Bから得られた感知出力レベルの平均値をグラフXBで示し、検出面Cから得られた感知出力レベルの平均値をグラフXCで示し、検出面Dから得られた感知出力レベルの平均値をグラフXDで示し、検出面Eから得られた感知出力レベルの平均値をグラフXEで示している。
【0085】
図15に示すグラフの場合、指の先端が検出面13に近接したことにより感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点は、約100msの時点(T1)となる。また、検出面13に対して指により一定の圧力が加わったことにより感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点は、約550msの時点(T2)となる。この550msの時点(T2)以降の感知出力レベルは、安定した値となる。指紋センサ12は、本例の場合、100ms(時刻T1)から550ms(時刻T2)まで各検出エリアA〜Xの感知出力レベルの平均値XA〜XEを、モーションデータとして出力することとなる。
【0086】
このように生成されたモーションデータは、例えば、個々の指の形状や指の内側の形状の違いや、個人毎の動作の癖の違いにより、個人毎に特徴がありユニークなものである。
【0087】
そして、このように指紋センサ12から出力されたモーションデータは、照合部23に供給され、供給部23により予め登録されてあるモーションデータとの相関性を照合され、本人認証が行われる。
【0088】
なお、指紋センサ12は、モーションデータは、感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点(T1)から、感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点(T2)までの全データとせずに、特徴情報のみを抽出してモーションデータとしてもよい。特徴情報としては、例えば、次の(1)〜(3)のようなものが挙げられる。
【0089】
(1)ある1つの検出エリアに対する、感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点(T1)から、感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点(T2)までの時間(T2−T1)。図15に示す例の場合は、550ms−100ms=450msとなる。また、検出エリアが複数ある場合には、各検出エリアに対するそれぞれの時間。
【0090】
(2)感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなった時点(T2)における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Xの値。また、感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点(T1)から、感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点(T2)までの間の任意の時刻における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Xの値。
【0091】
(3)感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなった時点(例えば、図15中の400msの時点)における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Xの相関関係。例えば、図15に示す場合であれば、領域Aのレベルが最も高く、次に検出エリアBのレベルが高く、次に検出エリアCのレベルが高いといったような関係。また、感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点(T1)から、感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点(T2)までの間の任意の時刻における、各検出エリアの感知出力レベルの平均値Xの相関関係。
【0092】
また、指紋センサ12は、以上の(1)〜(3)のいずれかの1つの特徴情報ではなく、これらの組み合わせの情報をモーションデータとしてもよい。
【0093】
すなわち、指紋センサ12は、感知出力レベルの平均値Xが変化を開始した時点(T1)から、感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点(T2)までの間における所定の時間での感知出力レベルの平均値Xの変化量やレベル値を特徴点として抽出して、モーションデータとしてもよい。
【0094】
このように、特徴点のみをモーションデータとすることにより、モーションデータの生成のための処理量を少なくし、また、照合処理時の演算量を少なくすることができる。
【0095】
以上のように、指紋認証装置10では、指紋照合を行うとともに、指紋照合時における動作特徴を検出して、その動作特徴の認証も行うようにしている。このため、指紋認証装置10では、より確実に本人認証を行うことができる。
【0096】
また、指紋認証装置10では、微細な位置関係にある素子の間における出力レベルの変化の度合いを求め、この時系列変化を測定することで、指紋に特徴的である微細な縞模様を検知し、また、検知の過程を測定、格納、照合することで、より精度の高い指紋照合を行うことができる。
【0097】
なお、指紋センサ12により検出されるモーションデータは、検出面13に対して指が置かれる位置によって、値が異なってしまう場合がある。例えば、検出エリアの設定の仕方によっては、例えば、指を検出面13の中心部分に置いた場合と、指を検出面13の端の部分に置いた場合とで、モーションデータが異なってしまう場合がある。このようなことを考慮して、例えば、図16に示すように、検出エリアを帯状にして、検出面13全体にわたり横縞状の検出領域を形成してもよい。又は、先に指紋イメージデータに基づく認証処理を行う際に、検出面13に対して指が置かれた位置を指紋イメージデータが算出し、この算出した位置に基づき、モーションデータを補正してもよい。また、又は、検出面13の全面に対して検出エリアを設定して、指が検出面13上のどの位置に置かれても、確実にモーションデータを検出できるように設定してもよい。
【0098】
また、モーションデータを安定的に検出できるようにするため、検出面13を弾性機構により支持するようにしてもよい。検出面13が弾性機構により支持された指紋センサ12の構成を図17及び図18に示す。
【0099】
図17及び図18に示すように、指紋センサ12は、指紋認証装置10の筐体に固定された支持基板31を備えている。支持基板31の主面上には、4つのスプリング32a〜32dが設けられている。スプリング32a〜32dは、支持基板31の主面に対して垂直な方向が、弾性変形する方向となるようにされている。また、指紋センサ12は、主面に検出面13が取り付けられた矩形状の薄板状の可動基板33を備えている。可動基板33は、検出面13が取り付けられていない裏面側の4つのコーナー部分が、スプリング32a〜32dを介して、支持基板31により支えられている。このように指紋センサ12では、検出面13が、弾性部材によって、その主面に対して垂直な方向に移動可能に支持されている。
【0100】
また、指紋センサ12には、支持基板31と可動基板33との間に、指置き検出スイッチ34が設けられている。この指置き検出スイッチ34は、可動基板33が、一定距離Zだけ支持基板31の方向に移動したときに、ONとなるスイッチである。
【0101】
このような構成の指紋センサ12では、検出面13が裏面側から弾性部材で支持されているので、この検出面13に対して指等が載せられたときに、弾性部材の弾性力で定まる一定の圧力しか、この検出面13に加わらない。
【0102】
従って、このような構成の指紋センサ12であれば、感知出力レベルの平均値Xが変化しなくなる時点(T2)を正確に検出することができ、安定的にモーションデータを検出することができる。また、指紋センサ12には、指置き検出スイッチ34が設けられているので、検出面13に対して弾性力で定まる一定の圧力が加わったことを確実に且つ短い時間で検出することができる。
【0103】
さらに、このような構成の指紋センサ12では、弾性部材の弾性力で定まる一定の圧力が加わらなければ、指紋イメージデータの検出がされない。従って、例えば、柔らかな部材で形成された擬似指紋等が載せられたときにでも、一定の圧力で押すことを要求することとなるので、その擬似指紋の形状を崩させることができる。
【0104】
【発明の効果】
本発明にかかる指紋認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合するとともに、検出された被検出物の表面の凹凸の模様と登録されている指紋とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【0105】
このため、この指紋認証装置及び方法では、本人認証の精度を向上させることができる。
【0106】
本発明にかかる認証装置及び方法では、センサの検出面に対して指等の被検出物が置かれたときに、当該被検出物の動作特徴と登録されている動作特徴とを照合して、上記被検出物を置いたユーザの本人認証を行う。
【0107】
このため、この認証装置及び方法では、指紋認証とともに用いることにより、本人認証の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の指紋認証装置の構成図である。
【図2】本発明の実施の形態の指紋認証装置の概略の斜視図である。
【図3】指紋センサに設けられている感知素子の配置について説明をするための図である。
【図4】本発明の実施の形態の指紋認証装置のブロック構成図である。
【図5】指紋認証装置をハードウェアで構成した場合のブロック図である。
【図6】登録データの内容について説明をするための図である。
【図7】水平方向に切り出した線状画像について説明をするための図である。
【図8】垂直方向に切り出した線状画像について説明をするための図である。
【図9】図7の線状画像の走査順序について説明をするための図である。
【図10】図8の線状画像の走査順序について説明をするための図である。
【図11】指紋の照合動作を示すフローチャートである。
【図12】検出エリアの配置例を説明するための図である。
【図13】検出エリアから検出される感知出力について説明をするための図である。
【図14】平均化されたRfレベルの検出について説明するための図である。
【図15】モーションデータについて説明をするための図である。
【図16】検出エリアの他の配置例を説明するための図である。
【図17】弾性機構を設けた指紋センサの側面図である。
【図18】弾性機構を設けた指紋センサの平面図である。
【符号の説明】
1,10 指紋検出装置、2,12 指紋センサ、3,13 検出面、21 登録指紋格納部、22 登録モーション格納部、23 照合部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses personal biological characteristics and behavioral characteristics to authenticate a person who authenticates the person and rejects a person other than the person (or substance). It is related with the authentication apparatus which performs.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is a fingerprint authentication device that performs personal authentication by identifying a spiral pattern (fingerprint) formed on the surface of an inner portion on the tip side of a first joint of a human finger. The fingerprint authentication apparatus is provided with a fingerprint sensor, and the fingerprint is detected by the fingerprint sensor. As the fingerprint sensor, for example, a capacitance detection type fingerprint sensor that detects the fingerprint by sensing the capacitance of each point on the detection surface when the inner part of the tip of the finger is placed on the detection surface (for example, Patent Documents) 1), a pressure detection type fingerprint sensor that detects the fingerprint by sensing the pressure of each point on the detection surface when the inner portion of the finger tip is placed on the detection surface, or the inner portion of the finger tip There is a photodetection type fingerprint sensor that detects a fingerprint by sensing reflected light from each point on the detection surface when placed on the detection surface. The fingerprint authentication device performs personal authentication by collating a fingerprint detected by these sensors with a pre-registered fingerprint.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-197135
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the fingerprint authentication device, the detection accuracy of the fingerprint sensor is limited, and the detection output of the fingerprint sensor varies from time to time even for fingerprints of the same person due to differences in environment, situation, or condition of the person. For this reason, it is difficult to perform identity authentication with 100% accuracy.
[0005]
However, the fingerprint authentication apparatus is always required to improve accuracy in order to bring the authenticity of the personal authentication closer to 100% due to the essential request for its function. That is, in the fingerprint authentication device, it is always required to improve the accuracy of authenticating the person's fingerprint and rejecting the person's fingerprint (or substance).
[0006]
The present invention has been proposed in view of such a situation, and can be used together with fingerprint authentication to improve the accuracy of personal authentication, an authentication method, and a fingerprint to which the authentication device is applied. An object is to provide an authentication device and a fingerprint authentication method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention Affect The fingerprint authentication device For detecting the fingerprint formed on the surface of the tip of the finger that is the detection target For detection surface Fingertip image data detected by multiple sensing elements provided on the detection surface when the entire surface of the fingertip is placed and the fingertip after a part of the fingertip surface touches the detection surface When at least a part of the surface of the tip of the finger comes into contact with the detection surface until the entire surface of the surface comes into contact with the detection surface, for each time detected by each sensing element provided on the detection surface Fingerprint motion data consisting of fingerprint data and Detect fingerprint A sensor, Fingerprint sensor On the detection surface Finger Place Was sometimes The fingerprint motion data detected by the fingerprint sensor between the time when a part of the surface of the tip of the finger touches the detection surface and the time when the entire surface of the finger touches the detection surface. , Detected by the fingerprint sensor when the entire surface of the finger tip touches the detection surface fingerprint Image data and But for each user Memory Registered information storage means, Finger to be detected But For detection surface Be placed When the entire surface of the tip of the finger touches the detection surface, the fingerprint is detected from the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor and the image data stored in the registration information storage means. Detected by sensor A degree of coincidence indicating whether or not there is a correlation between the image data and the image data stored in the registered information storage unit is detected for each of a plurality of regions included in the image data. Data relating to the positions of all areas larger than a predetermined threshold is extracted, and as a result of extraction, data relating to the interrelationship between the areas of the obtained degree of coincidence distribution and image data stored in the registration information storage means The number of regions having high similarity between the image data detected by the fingerprint sensor and the image data stored in the registered information storage means based on the data relating to the correlation between the regions of the distribution of coincidence generated from The fingerprint detected from the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor is detected depending on whether the detected verification rate is equal to or greater than a predetermined threshold. The first authentication process for determining whether the fingerprint is the fingerprint, and when the finger to be detected is placed on the detection surface, the finger is touched after a part of the front surface of the finger contacts the detection surface. Provided in the detection surface calculated from the output level of the fingerprint detected for each of the plurality of sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor until the entire surface of the tip of the finger contacts the detection surface. When the average value of the output level in all sensing regions is monitored in time series, the detection surface of the fingerprint sensor from the first time when the average value of all sensing regions provided in the detection surface of the fingerprint sensor starts to change. Data obtained as an average value from the first time to the second time until the second time when the average value of all the sensing areas provided in the inside does not change, data of the elapsed time from the first time to the second time, Arbitrary time between the first time and the second time At least the correlation between the sensing areas of the average value of the output level in all sensing areas provided in the detection surface and the average value of all sensing areas provided in the detection surface at the second time The fingerprint detected by the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor from the motion data having feature information including one and the motion data stored in the registration information storage means is the user's fingerprint registered in advance. The fingerprint detected from the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor is pre-registered with the second authentication process for determining whether the second authentication process, the first authentication process result, and the second authentication process result Only when it shows that it is a user's fingerprint, it executes an output process that outputs the fact to the outside And authentication means.
[0008]
Also, in the present invention Affect The fingerprint authentication method is Fingerprints detected by a plurality of sensing elements provided on the detection surface when the entire surface of the fingertip is placed on the detection surface for detecting the fingerprint formed on the surface of the fingertip that is the detection target Image data and at least part of the finger tip surface is detected between when the part of the finger tip surface touches the detection surface and when the entire surface of the finger tip touches the detection surface. A fingerprint detection step of detecting, by a fingerprint sensor provided with a detection surface, fingerprint motion data consisting of fingerprint data for each time detected by each sensing element provided on the detection surface when touching the surface; When the finger to be detected is placed on the detection surface and the entire surface of the tip of the finger touches the detection surface, the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor and the detection surface of the fingerprint sensor When the finger is placed The fingerprint motion data detected by the fingerprint sensor between the time when a part of the edge surface touches the detection surface and the time when the entire tip of the finger touches the detection surface, and the finger tip on the detection surface. The image data and registration information detected by the fingerprint sensor from the image data stored in the registration information storage means stored for each user and the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor when the entire surface is in contact A degree of coincidence indicating whether there is a correlation with the image data stored in the storage means is detected for each of a plurality of regions included in the image data, and as a result of the detection, the degree of coincidence is lower than a predetermined threshold value. Data relating to the positions of all large areas is extracted, and the data obtained as a result of the extraction is obtained from data relating to the interrelationship between the areas of the obtained distribution of coincidence and the image data stored in the registration information storage means. The number of regions having high similarity between the image data detected by the fingerprint sensor and the image data stored in the registered information storage means based on the data relating to the correlation between the regions of the distribution of coincidence generated from Is detected, and it is determined whether the fingerprint detected from the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor is a pre-registered user's fingerprint based on whether the detected verification rate is equal to or greater than a predetermined threshold. A first authentication processing step for executing the first authentication processing, and when the finger to be detected is placed on the detection surface, the finger is placed after a part of the surface of the tip of the finger contacts the detection surface. Provided in the detection surface calculated from the output level of the fingerprint detected for each of the plurality of sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor until the entire surface of the tip of the finger contacts the detection surface. In all sensing areas When the average value of the output level is monitored in time series, it is provided in the detection surface of the fingerprint sensor from the first time when the average value of all the sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor starts to change. Data obtained as an average value until the second time when the average value of all the sensing areas does not change, data of elapsed time from the first time to the second time, from the first time The data of the average value of the output level in all the sensing areas provided in the detection surface at an arbitrary time until the second time, and all the sensing areas provided in the detection surface in the second time Detected from a finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor from motion data having feature information including at least one of the correlations between the sensing areas of the average value and motion data stored in the registered information storage means Fingerprints The second authentication processing step for executing the second authentication processing for determining whether the user's fingerprint is registered, the processing result of the first authentication processing, and the processing result of the second authentication processing are fingerprints. Only when the fingerprint detected from the finger placed on the detection surface of the sensor indicates that the fingerprint of the user is registered in advance, an output step of executing an output process for outputting the fact to the outside is included. .
[0009]
In the above-described fingerprint authentication apparatus and method of the present invention, when a detection object such as a finger is placed on the detection surface of the sensor, the operation characteristic of the detection object is compared with the registered operation characteristic. At the same time, the detected uneven surface pattern of the detected object is collated with a registered fingerprint to authenticate the user who placed the detected object.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, before describing the embodiment of the present invention, the operation of a human finger during fingerprint authentication will be described.
[0014]
As shown in FIG. 1, the fingerprint authentication device 1 includes a fingerprint sensor 2 that detects a spiral-shaped uneven pattern (fingerprint) formed on the surface of the inner portion on the tip side of the first joint of a human finger. Yes. The fingerprint sensor 2 has a detection surface 3 on which the inner part on the tip side from the first joint of the finger of a person who performs personal authentication is placed. The detection surface 3 is provided with a plurality of sensing elements arranged, for example, in a matrix at a pitch sufficiently finer than the pitch of the concave and convex portions of the fingerprint. Each sensing element senses, for example, capacitance, pressure, or amount of reflected light, and outputs a sensing output level corresponding to the distance from the detection surface 3 to the substance placed on the detection surface 3. The fingerprint sensor 2 generates a two-dimensional image of the uneven pattern on the surface of the substance placed on the detection surface 3 based on the sensing output level obtained from each sensing element, and outputs the two-dimensional image as fingerprint data. To do.
[0015]
In such a fingerprint authentication device 1, when a finger is placed on the detection surface 3 and a certain pressure is applied to the detection surface 3, the fingerprint sensor 2 is applied to the detection surface 3. The fingerprint data of the placed finger is detected. The fingerprint authentication device 1 compares the fingerprint data detected by the fingerprint sensor 2 with the fingerprint data registered in advance, and performs personal authentication.
[0016]
By the way, when fingerprint authentication is performed by the fingerprint authentication device 1, the operation of the finger until the detection of the fingerprint data by the fingerprint sensor 2 is started, that is, until the detection surface 3 is pressed with a constant pressure by the tip of the finger. Is as follows.
[0017]
The tip of the finger is gradually brought closer to the detection surface 3 from a distance from the fingerprint authentication device 1, and a part of the inner part of the tip of the finger contacts the detection surface 3. Subsequently, after a part of the inner part of the tip of the finger comes into contact with the detection surface 3, the other part gradually comes into contact with the detection surface 3. Pressed. And the detection surface 3 will be in the state pressed by fixed pressure with the finger | toe.
[0018]
As described above, after the finger presses the detection surface 3 with a constant pressure, the fingerprint authentication device 1 detects the fingerprint.
[0019]
Here, when performing fingerprint authentication by the fingerprint authentication device 1, the present inventor detects until the detection of the fingerprint data is started, that is, until the detection surface 3 is pressed with a constant pressure by the tip of the finger. The sensing output level of the sensing element at each position on the surface 3 was observed. Then, the sensing output level of each sensing element gradually increased from the initial level (the level when nothing was placed on the detection surface 3 and not in proximity). When the detection surface 3 is pressed with a constant pressure by the inner part of the tip of the finger, the sensing output level of each sensing element does not vary at a constant value and is saturated. Further, the sensing output level and the amount of change over time differed for each sensing element.
[0020]
Furthermore, the inventor has observed the characteristics of the sensing output level of each sensing element as described above for a large number of unspecified persons. As a result, the characteristics of the sensing output level of each sensing element are different for each individual. That is, the present inventor has an individual operation characteristic in the output characteristics of each sensing element until the detection surface 3 is pressed with a constant pressure by the tip of the finger when placing the finger on the detection surface. I found.
[0021]
The inventor of the present invention has made use of the above-described individual operation characteristics.
[0022]
Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a fingerprint authentication device to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
In FIG. 2, the external view of the fingerprint authentication apparatus 10 of embodiment of this invention is shown.
[0023]
As shown in FIG. 2, the fingerprint authentication device 10 includes a fingerprint sensor 12 provided on a housing 11 so that a planar detection surface 13 is exposed. The fingerprint sensor 12 is a sensor that detects a fingerprint of a finger placed on the detection surface 13.
[0024]
The fingerprint sensor 12 applied to the fingerprint authentication device 10 is a sensor that detects a two-dimensional image of a fingerprint by, for example, a capacitance method. As shown in FIG. 3, the capacitive fingerprint sensor 12 is provided with a plurality of capacitors 14 arranged in a matrix at a pitch sufficiently finer than the pitch of the fingerprint irregularities on the detection surface 13. . Each capacitor 14 serves as a sensing element of the fingerprint sensor 12. Each capacitor 14 changes its capacitance value according to the distance to the substance when the substance is close. Therefore, when the inner portion on the tip side from the first joint of the finger is placed on the detection surface 13, the capacitance value of the capacitor 14 located in the opposite portion changes according to the unevenness of the fingerprint of the finger.
[0025]
The fingerprint sensor 12 extracts the capacitance values of the plurality of capacitors 14 arranged in a matrix form as a sensing output level, and generates two-dimensional image data corresponding to the position of each capacitor 14 based on the extracted sensing output level. . This two-dimensional image data becomes image data corresponding to the uneven pattern of the fingerprint. The fingerprint sensor 12 outputs this image data as fingerprint image data.
[0026]
The fingerprint sensor 12 also generates motion data indicating operation characteristics when the finger is placed on the detection surface 13 together with the fingerprint image data. Details of the motion data will be described later.
[0027]
Here, the electrostatic capacity detection type fingerprint sensor has been described as an example, but the fingerprint sensor 12 may be any detection method as long as it can detect a two-dimensional fingerprint image. May be. For example, a pressure detection type fingerprint sensor that detects the fingerprint by sensing the pressure at each point on the detection surface when the inner part of the finger tip is placed on the detection surface, or the inner part of the finger tip is placed on the detection surface A photodetection type fingerprint sensor that detects a fingerprint by sensing reflected light from each point on the detection surface at the time may be applied as the fingerprint sensor 12.
[0028]
Next, the internal configuration of the fingerprint authentication device 10 will be described. FIG. 4 shows an internal block diagram of the fingerprint authentication device 10.
[0029]
As shown in FIG. 4, the fingerprint authentication device 10 includes a fingerprint sensor 12, a registered fingerprint storage unit 21, a registered motion storage unit 22, a collation unit 23, and an output unit 24.
[0030]
The fingerprint sensor 12 detects fingerprint image data indicating a fingerprint pattern of a finger placed on the detection surface 13 and motion data indicating operation characteristics when the finger is placed on the detection surface 13 and outputs the detected motion data to the outside. .
[0031]
The registered fingerprint storage unit 21 stores fingerprint image data of a user's registered fingerprint.
[0032]
The registered motion storage unit 22 stores motion data of user registered motion.
[0033]
The collation unit 23 collates the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor 12 with the registered fingerprint image data. At the same time, the collation unit 23 collates the motion data detected by the fingerprint sensor 12 with the registered motion data, and authenticates the user who placed the finger on the detection surface 13 by using both. The collation unit 13 outputs OK if the user is authenticated, and outputs NG if the user is not authenticated.
[0034]
The output unit 24 notifies the OK / NG determination result output from the verification unit 23 to, for example, a security device provided outside.
[0035]
Further, when the fingerprint authentication device 10 having the above block configuration is specifically configured by hardware, a configuration as shown in FIG. 5 is obtained.
[0036]
The fingerprint authentication device 10 includes a fingerprint sensor 12, a USB terminal 32 to which a USB interface cable is connected, a USB controller 33, a CPU 34, a program RAM or ROM 35, a flash memory 36, and a fingerprint verification LSI 37. ing. The USB controller 33, CPU 34, program RAM or ROM 35, flash memory 36, and fingerprint verification LSI 37 are connected to a data transfer bus 38, respectively.
[0037]
The USB controller 33 is a circuit that transfers data according to the USB protocol. The function of the output unit 24 shown in FIG. 4 is realized. The USB controller 33 is an interface circuit that transfers data to / from an external personal computer or security device according to the USB protocol, for example. Note that the fingerprint authentication apparatus 10 may transfer data with an external personal computer or the like using another interface such as RS232C instead of the USB interface.
[0038]
The CPU 34 is a circuit that controls the operation of the entire apparatus based on a program stored in the program RAM or ROM 35. For example, the operation control of the matching unit 23 shown in FIG. 4 is performed.
[0039]
The flash memory 36 is a nonvolatile memory. The flash memory 36 realizes the functions of the registered fingerprint storage unit 21 and the registered motion storage unit 22 shown in FIG. 4, and stores registered fingerprint image data and registered motion data.
[0040]
The fingerprint verification LSI 37 authenticates the fingerprint image data and motion data detected by the fingerprint sensor 12 based on the fingerprint image data and motion data stored in the flash memory 36. The function of the collation unit 23 shown in FIG. 4 is realized.
[0041]
Next, the operation of the fingerprint authentication device 10 will be described.
[0042]
First, the fingerprint authentication device 10 performs a user's fingerprint registration operation as an initial setting operation when performing fingerprint authentication.
[0043]
When registering a fingerprint, first, the user places a predetermined finger (for example, an index finger) on the detection surface 13. The fingerprint authentication device 10 captures the fingerprint image data of the finger and the motion data when the finger is placed by the fingerprint sensor 12. The fingerprint authentication device 10 stores the captured fingerprint image data and motion data in the registered fingerprint storage unit 21 and the registered motion storage unit 22 as registration data. By performing the operation as described above, registration of the user's fingerprint is completed. When registering fingerprints of a plurality of users, for example, an ID for each user may be provided, and fingerprint image data and motion data may be registered corresponding to the ID.
[0044]
When the above fingerprint registration is completed, the fingerprint authentication device 10 can authenticate the user.
[0045]
Next, the operation during fingerprint authentication is as follows.
[0046]
First, the fingerprint authentication device 10 starts an authentication operation, for example, by detecting that any object is placed on the detection surface 13 or by detecting that a user ID or the like has been input. When the personal authentication operation is started, the fingerprint sensor 12 detects fingerprint image data and motion data of an object placed on the detection surface 13 and supplies it to the collation unit 23.
[0047]
The collation unit 23 determines whether or not the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor 13 matches the registered fingerprint image data by performing pattern matching or the like, for example. If both fingerprint image data match, the collation unit 23 determines that the fingerprint is the registered user's own fingerprint. If the two fingerprint image data do not match, the collation unit 23 determines that the fingerprint (or substance) is other than the registered user. The fingerprint verification may be performed on the entire fingerprint, or only an arbitrary part of the fingerprint may be extracted.
[0048]
Furthermore, the collation unit 23 determines whether there is sufficient correlation between the motion data detected by the fingerprint sensor 13 and the registered motion data, for example, by detecting the degree of correlation. The collation unit 23 determines that the registered user himself / herself has placed his / her finger if the two pieces of motion data are sufficiently correlated. The collation unit 23 determines that a user (or substance) other than the registered user has placed a finger if the motion data of both is not sufficiently correlated.
[0049]
When the collation unit 23 obtains a collation result indicating that both the fingerprint image data and the motion data are registered users, the collation unit 23 outputs a personal authentication determination result (OK) indicating that the user is a registered user. . When the collation unit 23 obtains a collation result indicating that either the fingerprint image data or the motion data is not a registered user, the verification result (NG) indicating that the user is not a registered user. ) Is output.
[0050]
The fingerprint authentication device 10 supplies the determination result obtained by performing the above operation to a computer and various security devices, thereby realizing access management, privacy protection, and the like.
[0051]
Next, a specific procedure for fingerprint collation processing will be described.
[0052]
The fingerprint authentication device 10 performs fingerprint authentication processing by the pattern matching method described below.
[0053]
In the pattern matching method, when a fingerprint is registered, a plurality of linear images D1 are extracted from a part of the fingerprint image to be registered, and the linear images D1 and their extraction positions are stored therein as registration data. At the time of fingerprint collation, pattern matching is performed on the fingerprint image D2 to be collated while shifting the position of each linear image D1, and a position with a high degree of coincidence is detected. This is a method for determining that the fingerprints are the same when the mutual relationship between the linear images at positions with a high degree of coincidence and the mutual relationship between the extracted positions of the registered linear images are equal.
[0054]
For example, in this pattern matching method, as shown in FIG. 6, nine horizontal registration data D1H0 to D1H8, vertical registration data D1V0 to D1V8, and registration data D1H0 to D1H8, as a plurality of linear images D1, Position information (X0, Y0) to (X8, Y0) and (X0, Y0) to (X0, Y8) of D1V0 to D1V8 are registered for each user ID.
[0055]
As shown in FIG. 7, the horizontal direction registration data D1H0 to D1H8 are image data obtained by cutting out a part of a fingerprint image to be registered for 64 pixels in the horizontal direction. Specifically, a total of nine regions of 1 pixel in the vertical direction and 64 pixels in the horizontal direction are cut out from the fingerprint image. As shown in FIG. 8, the vertical direction registration data D1V0 to D1V8 are image data obtained by cutting out a part of a fingerprint image to be registered for 64 pixels in the vertical direction. Specifically, a total of nine areas of one pixel in the horizontal direction and 64 pixels in the vertical direction are cut out from the fingerprint image.
[0056]
The position information (X0, Y0) to (X8, Y0) and (X0, Y0) to (X0, Y8) are the reference positions (for example, the pixel positions at the left end and the upper end) of each linear image cut out as described above. Is a value that identifies
[0057]
In this pattern matching method, collation is performed as follows based on the registration data as described above.
[0058]
First, the collation unit 23 sequentially reads the image data D1H0 to D1H8 and D1V0 to D1V8 of each linear image, and sequentially moves the read linear image on the fingerprint image D2 to be collated. The collation unit 23 detects the degree of coincidence indicating the degree of correlation between the linear image D1 and the fingerprint image D2 to be collated at each movement position.
[0059]
For example, in the case of fingerprint data D1H0 to D1H8 of linear images that are continuous in the horizontal direction, the degree of coincidence is detected by raster scanning the fingerprint image D2 to be collated in the horizontal direction as shown in FIG. This is done by determining whether each bit matches or not. For example, in the case of fingerprint data D1V0 to D1V8 of linear images that are continuous in the vertical direction, as shown in FIG. 10, the fingerprint image D2 to be collated is raster scanned in the vertical direction, and each bit at each scanning position. This is done by determining the match / mismatch.
[0060]
Based on this detection result, the collation unit 23 extracts a collation position where the degree of coincidence exceeds a predetermined threshold for each linear image.
[0061]
Then, the collation unit 23 determines that the fingerprints are the same based on the mutual relationship between the linear images of the obtained distribution of coincidence and the mutual relationship between the extracted positions of the registered linear images.
[0062]
The above fingerprint collation processing is specifically performed according to the procedure shown in the flowchart of FIG. The following fingerprint collation processing is performed by, for example, the CPU 34 shown in FIG.
[0063]
First, the linear image data D2 detected from the fingerprint sensor 12 is input (step S11).
[0064]
Subsequently, the variable m is set to 0 (step S12). The variable m is a variable that specifies the registered 9 × 2 linear image data (registered data).
[0065]
Subsequently, for example, based on the user ID input by the key, the m-th registration data D in the horizontal direction for the corresponding user ID is read from the flash memory 36, and this registration data is loaded into the fingerprint verification LSI 37 (step 37) S13).
[0066]
Subsequently, the fingerprint data D2 detected from the fingerprint sensor 3 is output to the fingerprint verification LSI 37 (step S14). As a result, while the horizontal linear image is raster-scanned on the image based on the fingerprint data D2, the degree of coincidence at each position is detected, and a collation position distribution is obtained so that the degree of coincidence exceeds a predetermined threshold.
[0067]
Subsequently, the variable m is incremented (step S15).
[0068]
Subsequently, it is determined whether or not the variable m exceeds the value 9 (step S16). In this step S16, it can be determined whether or not a coincidence distribution has been detected for each of the nine linear images. If a negative result is obtained in step S16, the process returns to step S13. As a result, the processing procedure of steps S13-S14-S15-S16 is repeated, and the matching position distribution having a high degree of coincidence can be detected for all nine linear images cut out in the horizontal direction (or vertical direction). .
[0069]
If an affirmative result is obtained in step S16 and a matching position distribution having a high degree of coincidence is detected for each of the nine linear images, then a matching position distribution having a high degree of coincidence has been detected for the registered data in the vertical direction. It is determined whether or not (step S17). If a negative result is obtained, the processing target is switched to vertical registration data (step S18), and the process returns to step S13. Thereby, the processing procedure of steps S13-S14-S15-S16 is repeated, and the distribution of the collation positions having a high degree of coincidence can be detected for each of the nine linear images cut out in the vertical direction.
[0070]
If an affirmative result is obtained in step S17 and a matching position distribution with a high degree of matching is detected, then a matching rate detection process is executed, and each of the 9 × 2 linear images has a high degree of matching on D2. A combination of a relative position of each linear image in the registered image and a relative position with a high similarity is detected from the distribution of the verification positions, and the number of relative positions with a high similarity is set as a verification rate N. The matching rate N is detected from the distribution of coincidence detected for the 9 × 2 line images (step S19).
[0071]
Subsequently, it is determined whether or not the verification rate N is equal to or greater than a certain value (step S20). If the collation rate N is equal to or greater than a certain value, a match determination result is output (step S21), and the process ends. If the verification rate N is less than or equal to a certain value, a mismatch determination result is output (step S22), and the process ends.
[0072]
In the fingerprint authentication device 10, the fingerprint collation process is performed as described above.
[0073]
Next, the motion data detected by the fingerprint sensor 12 will be described in detail.
[0074]
In the fingerprint sensor 12, motion data detection areas are set at arbitrary positions on the detection surface 13. On the detection surface 13, for example, a plurality of sensing elements (capacitors in the case of a capacitive fingerprint sensor) formed in a matrix are provided. Each detection area has an arbitrary number of sensing elements. Is set to include.
[0075]
An example of setting the detection area is shown in FIG. In the example shown in FIG. 12, the entire detection surface 13 is composed of horizontal 128 dots × vertical 192 dots sensing elements, and the detection surface 13 has a rectangular detection of horizontal 16 dots × vertical 16 dots. Five areas are set. Each detection area (A to E) shown in FIG. 12 is set to a position that surrounds the periphery when the inner part of the tip of the finger is placed on the detection surface 13.
[0076]
When the finger is placed on the detection surface 13 by the user, the fingerprint sensor 12 determines the average value X of the sensing output levels of all the sensing elements in each detection area from each detection area set as described above. Is calculated and monitored in time series for a predetermined time. The start timing of the monitor is a timing at which the sensing output level from the sensing element starts to fluctuate due to the detection target approaching the detection surface 13. The monitor end timing is a timing at which a constant pressure is applied to the detection surface 13 by the object to be detected and the sense output level from the sensing element does not fluctuate, that is, the sense output level is saturated.
[0077]
The fingerprint sensor 12 outputs the above monitor results as motion data.
[0078]
Specifically, a method for generating motion data in the case of a capacitive fingerprint sensor will be described.
[0079]
In the case of the capacitive fingerprint sensor 12, the sensing output level from each sensing element is extracted as an analog signal (Rf) for each line as shown in FIG. Further, in the case of the capacitive fingerprint sensor 12, the unevenness of the fingerprint is represented by a difference from the surrounding sensing output level. Therefore, in the case of the capacitive fingerprint sensor 12, the average value X of the sensing output levels of all the sensing elements in each detection area is calculated as follows.
[0080]
First, an average RF level including a predetermined number of surrounding sensing elements is obtained for the sensing element of interest. For example, as shown in FIG. 14, the average RF level (AVE_Rf) of the 7 × 7 sensing elements around the sensing element of interest is obtained. Subsequently, the output level (Rf) of the sensing element of interest is subtracted from this average RF level (AVE_Rf), and an absolute value | (RF−AVE_Rf) | of the subtraction result is obtained. Subsequently, the absolute value | (RF−AVE_Rf) | of the subtraction result is averaged in each detection area to obtain an average value X.
[0081]
In the case of a capacitive fingerprint sensor, the average value X of the sensing output levels of all sensing elements in each detection area can be obtained as described above.
[0082]
Subsequently, the capacitive fingerprint sensor 12 obtains the above average value X for each detection area, and monitors the obtained average value X in time series. The fingerprint sensor 12 applies a certain pressure to the detection surface 13 with the finger from the time when the average value X of the sensed output level starts changing at least because the tip of the finger approaches the detection surface 13. Thus, the time-series average value X obtained from each detection area until the point when the average value X of the sensed output level does not change is output as motion data.
[0083]
The motion data generated in this way is parameter time-series data representing how clearly the crest and trough portions of the fingerprint are output. That is, Rf = “output value of the peak (or valley)” and AVE_Rf = “average value in the vicinity”, so | Rf−AVE_Rf | = “the height of the peak (or valley) as viewed from the vicinity (or Therefore, the motion data is a time-series change of the absolute value accumulated in a certain region. For this reason, for example, a fingerprint that has almost no difference in height between peaks and valleys has Rf−AVE_Rf = 0 even if the total output from the fingerprint sensor 12 is large. 0.
[0084]
FIG. 15 shows an example of motion data when a certain user places a finger on the detection surface 13. In FIG. 15, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the average value X of the sensing output level. Note that the motion data shown in FIG. 15 is composed of a sensing element of 128 horizontal pixels × vertical 192 dots as shown in FIG. It is the motion data acquired from the shape detection areas A to E. In FIG. 15, the average value of the sensing output level obtained from the detection surface A is shown by a graph XA, the average value of the sensing output level obtained from the detection surface B is shown by a graph XB, and the sensing value obtained from the detection surface C is shown. The average value of the output level is indicated by a graph XC, the average value of the sensed output level obtained from the detection surface D is indicated by a graph XD, and the average value of the sensed output level obtained from the detection surface E is indicated by a graph XE. .
[0085]
In the case of the graph shown in FIG. 15, the time when the average value X of the sensed output level starts changing due to the finger tip approaching the detection surface 13 is about 100 ms (T1). Further, the time point when the average value X of the sensed output level does not change due to the constant pressure applied to the detection surface 13 by the finger is the time point (T2) of about 550 ms. The sensed output level after the time 550 ms (T2) is a stable value. In this example, the fingerprint sensor 12 outputs the average values XA to XE of the detection output levels of the detection areas A to X as motion data from 100 ms (time T1) to 550 ms (time T2).
[0086]
The motion data generated in this way is unique and unique to each individual due to, for example, differences in the shape of individual fingers, the shape of the inside of the finger, or differences in movement between individuals.
[0087]
The motion data output from the fingerprint sensor 12 in this way is supplied to the collation unit 23, and the correlation with the motion data registered in advance by the supply unit 23 is collated, and personal authentication is performed.
[0088]
In the fingerprint sensor 12, the motion data is not all data from the time when the average value X of the sensing output level starts to change (T1) until the time when the average value X of the sensing output level does not change (T2). Alternatively, only feature information may be extracted and used as motion data. Examples of the characteristic information include the following (1) to (3).
[0089]
(1) Time (T2−T1) from the time point (T1) when the average value X of the sensing output level starts to change for a certain detection area to the time point (T2) when the average value X of the sensing output level does not change ). In the case of the example shown in FIG. 15, 550 ms-100 ms = 450 ms. In addition, when there are a plurality of detection areas, the time for each detection area.
[0090]
(2) The value of the average value X of the sensing output level in each detection area at the time point (T2) when the average value X of the sensing output level no longer changes. In addition, the sensing output of each detection area at an arbitrary time from the time when the average value X of the sensing output level starts to change (T1) to the time when the average value X of the sensing output level does not change (T2). The average value X of the level.
[0091]
(3) Correlation of the average value X of the sensing output level of each detection area at the time when the average value X of the sensing output level no longer changes (for example, at the time of 400 ms in FIG. 15). For example, in the case shown in FIG. 15, the relationship is such that the level of the region A is the highest, the level of the detection area B is the next highest, and the level of the detection area C is the next highest. In addition, the sensing output of each detection area at an arbitrary time from the time when the average value X of the sensing output level starts to change (T1) to the time when the average value X of the sensing output level does not change (T2). Correlation of the average value X of the level.
[0092]
In addition, the fingerprint sensor 12 may use the combination information as motion data instead of any one of the above-described feature information (1) to (3).
[0093]
That is, the fingerprint sensor 12 senses at a predetermined time from the time point (T1) when the average value X of the sensed output level starts changing (T1) to the time point (T2) when the average value X of the sensed output level stops changing. A change amount or level value of the average value X of the output level may be extracted as a feature point and used as motion data.
[0094]
Thus, by using only feature points as motion data, the amount of processing for generating motion data can be reduced, and the amount of computation at the time of collation processing can be reduced.
[0095]
As described above, the fingerprint authentication device 10 performs fingerprint collation, detects an operation characteristic at the time of fingerprint collation, and authenticates the operation characteristic. For this reason, the fingerprint authentication device 10 can more reliably authenticate the person.
[0096]
Further, the fingerprint authentication apparatus 10 detects the fine stripe pattern characteristic of the fingerprint by obtaining the degree of change of the output level between the elements having a fine positional relationship and measuring the time series change. Further, by measuring, storing, and collating the detection process, fingerprint collation with higher accuracy can be performed.
[0097]
Note that the motion data detected by the fingerprint sensor 12 may have different values depending on the position where the finger is placed on the detection surface 13. For example, depending on how the detection area is set, for example, when the finger is placed at the center of the detection surface 13 and when the finger is placed at the end of the detection surface 13, the motion data differs. There is. In consideration of this, for example, as shown in FIG. 16, the detection area may be formed in a strip shape, and a detection region having a horizontal stripe shape may be formed over the entire detection surface 13. Alternatively, when the authentication process based on the fingerprint image data is performed first, the fingerprint image data calculates the position where the finger is placed on the detection surface 13, and the motion data is corrected based on the calculated position. Good. Alternatively, a detection area may be set for the entire detection surface 13 so that the motion data can be reliably detected regardless of the position of the finger on the detection surface 13.
[0098]
Further, the detection surface 13 may be supported by an elastic mechanism so that motion data can be detected stably. The configuration of the fingerprint sensor 12 in which the detection surface 13 is supported by an elastic mechanism is shown in FIGS.
[0099]
As shown in FIGS. 17 and 18, the fingerprint sensor 12 includes a support substrate 31 fixed to the casing of the fingerprint authentication device 10. Four springs 32 a to 32 d are provided on the main surface of the support substrate 31. The springs 32 a to 32 d are configured such that the direction perpendicular to the main surface of the support substrate 31 is the direction in which the spring 32 a to 32 d is elastically deformed. The fingerprint sensor 12 includes a rectangular thin plate-shaped movable substrate 33 having a detection surface 13 attached to the main surface. The movable substrate 33 is supported by the support substrate 31 via springs 32a to 32d at the four corners on the back surface side to which the detection surface 13 is not attached. Thus, in the fingerprint sensor 12, the detection surface 13 is supported by the elastic member so as to be movable in a direction perpendicular to the main surface.
[0100]
The fingerprint sensor 12 is provided with a finger placement detection switch 34 between the support substrate 31 and the movable substrate 33. The finger placement detection switch 34 is a switch that is turned on when the movable substrate 33 moves in the direction of the support substrate 31 by a certain distance Z.
[0101]
In the fingerprint sensor 12 having such a configuration, since the detection surface 13 is supported by the elastic member from the back surface side, when a finger or the like is placed on the detection surface 13, the constant is determined by the elastic force of the elastic member. Only the pressure is applied to the detection surface 13.
[0102]
Therefore, with the fingerprint sensor 12 having such a configuration, it is possible to accurately detect the time point (T2) at which the average value X of the sensed output level does not change, and to detect motion data stably. In addition, since the finger placement detection switch 34 is provided in the fingerprint sensor 12, it can be detected reliably and in a short time that a certain pressure determined by the elastic force is applied to the detection surface 13.
[0103]
Furthermore, in the fingerprint sensor 12 having such a configuration, fingerprint image data is not detected unless a certain pressure determined by the elastic force of the elastic member is applied. Therefore, for example, even when a pseudo-fingerprint or the like formed of a soft member is placed, it is required to press with a constant pressure, so that the shape of the pseudo-fingerprint can be destroyed.
[0104]
【The invention's effect】
In the fingerprint authentication device and method according to the present invention, when an object to be detected such as a finger is placed on the detection surface of the sensor, the operation characteristic of the object to be detected is compared with the registered operation characteristic. Then, the detected unevenness of the surface of the detected object is collated with a registered fingerprint to authenticate the user who placed the detected object.
[0105]
For this reason, in this fingerprint authentication apparatus and method, the accuracy of personal authentication can be improved.
[0106]
In the authentication apparatus and method according to the present invention, when a detection object such as a finger is placed on the detection surface of the sensor, the operation characteristic of the detection object is compared with the registered operation characteristic, The identity of the user who placed the detected object is authenticated.
[0107]
For this reason, in this authentication apparatus and method, the accuracy of personal authentication can be improved by using it together with fingerprint authentication.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fingerprint authentication device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the fingerprint authentication device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining the arrangement of sensing elements provided in a fingerprint sensor.
FIG. 4 is a block configuration diagram of the fingerprint authentication device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a fingerprint authentication device configured with hardware.
FIG. 6 is a diagram for explaining the contents of registration data.
FIG. 7 is a diagram for explaining a linear image cut out in the horizontal direction;
FIG. 8 is a diagram for explaining a linear image cut out in the vertical direction;
9 is a diagram for explaining the scanning order of the linear image in FIG. 7; FIG.
10 is a diagram for explaining the scanning order of the linear image in FIG. 8; FIG.
FIG. 11 is a flowchart showing a fingerprint collating operation.
FIG. 12 is a diagram for explaining an example of arrangement of detection areas;
FIG. 13 is a diagram for explaining a sensed output detected from a detection area.
FIG. 14 is a diagram for explaining detection of an averaged Rf level.
FIG. 15 is a diagram for describing motion data.
FIG. 16 is a diagram for explaining another arrangement example of detection areas;
FIG. 17 is a side view of a fingerprint sensor provided with an elastic mechanism.
FIG. 18 is a plan view of a fingerprint sensor provided with an elastic mechanism.
[Explanation of symbols]
1,10 fingerprint detection device, 2,12 fingerprint sensor, 3,13 detection surface, 21 registered fingerprint storage unit, 22 registered motion storage unit, 23 collation unit

Claims (8)

検出対象である指の先端の表面に形成された指紋を検出するための検出面に対して指の先端の全面が置かれた場合に上記検出面に設けられた複数の感知素子によって検出される指紋のイメージデータと、上記指の先端の表面の一部が上記検出面に接触してから上記指の先端の表面の全面が上記検出面に接触するまでの間に、指の先端の表面の少なくとも一部が上記検出面に接触した場合に、当該検出面に設けられた上記各感知素子によって検出される時刻毎の指紋のデータからなる指紋のモーションデータとを検出する指紋センサと、
上記指紋センサの検出面に指がかれたときに上記指の先端の表面の一部が上記検出面に接触してから上記指の先端の全面が上記検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサに検出される指紋のモーションデータと、上記検出面に指の先端の全面が接触した場合に上記指紋センサに検出される指紋のイメージデータとが、ユーザ毎に記憶されている登録情報記憶手段と、
検出対象である指上記検出面に対して置かれる際に、上記指の先端の全面が上記検出面に接触した場合に、当該指紋センサに検出される指紋のイメージデータと、上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとから、上記指紋センサにより検出されたイメージデータと上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間に相関性があるかを示す一致度を上記イメージデータ内に含まれる複数の領域ごとに検出して、当該検出の結果、一致度が所定の閾値よりも大きい全ての領域の位置に関するデータを抽出し、抽出された結果、得られた一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータと、上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータから生成された一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータとから、上記指紋センサによって検出されたイメージデータと上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間で類似度の高い領域の数を示す照合率を検出し、検出した照合率が所定の閾値以上であるかによって、上記指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第1の認証処理と、検出対象である指が上記検出面に対して置かれる際に、上記指の先端の表面の一部が上記検出面に接触してから上記指の先端の全面が上記検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサの検出面内に設けられた複数の感知領域ごとに検出される指紋の出力レベルから算出された上記検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値を時系列モニタリングした場合に、上記指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化し始めた第1の時刻から上記指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化しなくなる第2の時刻までの間の平均値として得られたデータ、上記第1の時刻から上記第2の時刻までの間の経過時間のデータ、上記第1の時刻から上記第2の時刻までの間の任意の時刻の上記検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値のデータ、及び上記第2の時刻における検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値の各感知領域間の相関関係の少なくとも1つを含む特徴情報を有するモーションデータと、上記登録情報記憶手段に記憶されたモーションデータとから、上記指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第2の認証処理と、上記第1の認証処理の処理結果と上記第2の認証処理の処理結果とが上記指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であることを示す場合にのみ、その旨を外部に出力する出力処理とを実行する認証手段と
を備える指紋認証装置。
When the entire surface of the finger tip is placed on the detection surface for detecting the fingerprint formed on the surface of the finger tip that is the detection target, the detection is made by a plurality of sensing elements provided on the detection surface. The fingerprint image data and the surface of the tip of the finger between the part of the surface of the finger tip touching the detection surface and the time when the entire surface of the finger tip touches the detection surface. A fingerprint sensor that detects motion data of a fingerprint consisting of fingerprint data for each time detected by each of the sensing elements provided on the detection surface when at least a part of the sensor touches the detection surface ;
During a portion of the surface of the tip of the finger when the finger is put it in any detection surface of the fingerprint sensor from the contact with the detection surface to the entire surface of the tip of the finger is in contact with the detection surface, Registered information stored for each user includes fingerprint motion data detected by the fingerprint sensor and fingerprint image data detected by the fingerprint sensor when the entire tip of the finger contacts the detection surface. Storage means;
When the finger to be detected is placed on the detection surface, when the entire tip of the finger touches the detection surface, the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor and the registration information storage A degree of coincidence indicating whether there is a correlation between the image data detected by the fingerprint sensor and the image data stored in the registered information storage means from the image data stored in the means in the image data Detection is performed for each of a plurality of regions included, and as a result of the detection, data relating to the positions of all regions having a degree of coincidence larger than a predetermined threshold is extracted. From the data relating to the interrelationship between the areas and the data relating to the interrelationships between the areas of the distribution of coincidence generated from the image data stored in the registered information storage means, Whether a collation rate indicating the number of regions having a high degree of similarity between the image data detected by the sensor and the image data stored in the registration information storage means is detected, and whether the detected collation rate is equal to or greater than a predetermined threshold value The first authentication process for determining whether the fingerprint detected from the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor is a pre-registered user's fingerprint and the detection target finger against the detection surface When a part of the surface of the tip of the finger comes into contact with the detection surface until the entire surface of the tip of the finger comes into contact with the detection surface. When the average value of the output level in all the sensing areas provided in the detection surface calculated from the output level of the fingerprint detected for each of the plurality of sensing areas provided is time-series monitored, the fingerprint sensor detection From the first time when the average value of all the sensing areas provided in the region starts to change to the second time when the average value of all the sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor does not change Data obtained as an average value between, the data of the elapsed time from the first time to the second time, the above at any time from the first time to the second time The data of the average value of the output level in all the sensing areas provided in the detection surface, and the correlation between each sensing area of the average value of all the sensing areas provided in the detection surface at the second time From the motion data having feature information including at least one and the motion data stored in the registration information storage means, the fingerprint detected by the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor is registered in advance. Is a fingerprint The fingerprint detected from the finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor in advance is a second authentication process for determining whether or not the result of the first authentication process and the result of the second authentication process are A fingerprint authentication apparatus comprising: an authentication unit that executes an output process of outputting the fact to the outside only when indicating that the fingerprint is a registered user .
上記感知領域は、矩形状である請求項記載の指紋認証装置。The sensing region, the fingerprint authentication device of the rectangular der Ru請 Motomeko 1 wherein. 上記指紋センサには、指を上記検出面に載せたときのその指の周縁部に位置するように、矩形状の上記感知領域が設定されている請求項記載の指紋認証装置。The above fingerprint sensor, the finger to be positioned at the periphery of the finger when placed on the detection surface, the fingerprint authentication device Motomeko 2 wherein rectangular said sensing region that has been set. 上記感知領域は、帯状である請求項記載の指紋認証装置。The sensing region, the fingerprint authentication device of the belt-like Der Ru請 Motomeko 1 wherein. 上記指紋センサには、上記検出面の全面にわたって所定の間隔で配置されるように、帯状の上記感知領域が設定されている請求項記載の指紋認証装置。Above the fingerprint sensor, so as to be arranged at predetermined intervals over the entire surface of the detection surface, the fingerprint authentication device of a strip-shaped Motomeko 4, wherein the sensing area is it is configured. 上記指紋センサは、上記検出面上の複数点に対する静電容量を検出して、当該検出面に置かれたの表面の凹凸の模様である指紋を検出する請求項1記載の指紋認証装置。The fingerprint sensor is above detects the capacitance to a plurality of points on the detection surface, the fingerprint authentication Motomeko 1, wherein you detect fingerprint is a pattern unevenness of the surface of the finger placed on the detection surface apparatus. 上記指紋センサは、上記検出面の裏面側が弾性部材により支持されている請求項1記載の指紋認証装置。The fingerprint sensor is a fingerprint authentication device Motomeko 1, wherein the back surface side of the detection surface that is supported by an elastic member. 検出対象である指の先端の表面に形成された指紋を検出するための検出面に対して指の先端の全面が置かれた場合に上記検出面に設けられた複数の感知素子によって検出される指紋のイメージデータと、上記指の先端の表面の一部が上記検出面に接触してから上記指の先端の表面の全面が上記検出面に接触するまでの間に、指の先端の表面の少なくとも一部が上記検出面に接触した場合に、当該検出面に設けられた上記各感知素子によって検出される時刻毎の指紋のデータからなる指紋のモーションデータとを上記検出面が設けられた指紋センサで検出する指紋検出ステップと、When the entire surface of the finger tip is placed on the detection surface for detecting the fingerprint formed on the surface of the finger tip that is the detection target, the detection is made by a plurality of sensing elements provided on the detection surface. The fingerprint image data and the surface of the tip of the finger between the part of the surface of the finger tip touching the detection surface and the time when the entire surface of the finger tip touches the detection surface. When at least a part of the sensor touches the detection surface, the fingerprint motion data including the fingerprint data for each time detected by each of the sensing elements provided on the detection surface and the fingerprint provided with the detection surface are provided. A fingerprint detection step detected by a sensor;
検出対象である指が上記検出面に対して置かれる際に、上記指の先端の全面が上記検出面に接触した場合に、当該指紋センサに検出される指紋のイメージデータと、上記指紋センサの検出面に指が置かれたときに上記指の先端の表面の一部が上記検出面に接触してから上記指の先端の全面が上記検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサに検出される指紋のモーションデータと、上記検出面に指の先端の全面が接触した場合に上記指紋センサに検出される指紋のイメージデータとが、ユーザ毎に記憶されている登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとから、上記指紋センサにより検出されたイメージデータと上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間に相関性があるかを示す一致度を上記イメージデータ内に含まれる複数の領域ごとに検出して、当該検出の結果、一致度が所定の閾値よりも大きい全ての領域の位置に関するデータを抽出し、抽出された結果、得られた一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータと、上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータから生成された一致度の分布の各領域間の相互関係に関するデータとから、上記指紋センサによって検出されたイメージデータと上記登録情報記憶手段に記憶されたイメージデータとの間で類似度の高い領域の数を示す照合率を検出し、検出した照合率が所定の閾値以上であるかによって、上記指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第1の認証処理を実行する第1の認証処理ステップと、When the finger to be detected is placed on the detection surface, when the entire tip of the finger touches the detection surface, the fingerprint image data detected by the fingerprint sensor and the fingerprint sensor When a finger is placed on the detection surface, a part of the surface of the tip of the finger touches the detection surface until the entire surface of the finger tip contacts the detection surface. The motion data of the detected fingerprint and the image data of the fingerprint detected by the fingerprint sensor when the entire surface of the finger touches the detection surface are stored in the registration information storage means stored for each user. The image data includes a degree of coincidence indicating whether there is a correlation between the image data detected by the fingerprint sensor and the image data stored in the registered information storage means. Each region of the distribution of coincidence obtained as a result of the extraction, extracting data related to the positions of all the regions where the degree of coincidence is greater than a predetermined threshold. Image data detected by the fingerprint sensor, and data related to the interrelationship between the regions of the distribution of coincidence generated from the image data stored in the registration information storage means A collation rate indicating the number of regions having a high degree of similarity with the image data stored in the registration information storage means is detected. Depending on whether the detected collation rate is equal to or greater than a predetermined threshold, the detection surface of the fingerprint sensor is A first authentication processing step for executing a first authentication processing for determining whether a fingerprint detected from a placed finger is a fingerprint of a user registered in advance;
検出対象である指が上記検出面に対して置かれる際に、上記指の先端の表面の一部が上記検出面に接触してから上記指の先端の全面が上記検出面に接触するまでの間に、当該指紋センサの検出面内に設けられた複数の感知領域ごとに検出される指紋の出力レベルから算出された上記検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値を時系列モニタリングした場合に、上記指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化し始めた第1の時刻から上記指紋センサの検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値が変化しなくなる第2の時刻までの間の平均値として得られたデータ、上記第1の時刻から上記第2の時刻までの間の経過時間のデータ、上記第1の時刻から上記第2の時刻までの間の任意の時刻の上記検出面内に設けられた全ての感知領域における出力レベルの平均値のデータ、及び上記第2の時刻における検出面内に設けられた全ての感知領域の平均値の各感知領域間の相関関係の少なくとも1つを含む特徴情報を有するモーションデータと、上記登録情報記憶手段に記憶されたモーションデータとから、上記指紋センサの検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であるかを判定する第2の認証処理を実行する第2の認証処理ステップと、When a finger to be detected is placed on the detection surface, a part of the surface of the tip of the finger contacts the detection surface until the entire surface of the finger tip contacts the detection surface. In the meantime, the average value of the output levels in all the sensing areas provided in the detection surface calculated from the output level of the fingerprint detected for each of the plurality of sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor In the case of time series monitoring, all the sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor from the first time when the average value of all the sensing areas provided in the detection surface of the fingerprint sensor starts to change. Data obtained as an average value from the first time to the second time, data obtained from the first time to the second time, and from the first time to the above Any time between the second time The data of the average value of the output level in all the sensing areas provided in the detection surface, and the correlation between each sensing area of the average value of all the sensing areas provided in the detection surface at the second time A user who has previously registered a fingerprint detected from a finger placed on the detection surface of the fingerprint sensor from motion data having feature information including at least one of the above and motion data stored in the registration information storage means A second authentication processing step for executing a second authentication processing for determining whether the fingerprint is a fingerprint of
上記第1の認証処理の処理結果と上記第2の認証処理の処理結果とが、上記指紋センサThe processing result of the first authentication processing and the processing result of the second authentication processing are determined by the fingerprint sensor. の検出面に置かれた指から検出された指紋が予め登録されたユーザの指紋であることを示す場合にのみ、その旨を外部に出力する出力処理を実行する出力ステップとAn output step for executing an output process for outputting the fact to the outside only when the fingerprint detected from the finger placed on the detection surface indicates that the fingerprint of the user is registered in advance
を含む指紋認証方法。Fingerprint authentication method including.
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