JP4415702B2 - 画像照合装置、および画像照合処理プログラム、画像照合方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば指紋画像データの照合を行うための画像照合装置、および画像照合処理プログラム、画像照合方法に関する。

近年、例えば重要施設への入退室管理システムや各種情報機器へのアクセス許可システムにおいて、指紋画像、虹彩画像、顔画像など、生体画像を基にして本人認証を行うシステムが広く導入されるようになっている。

このような本人認証システムにおいて、画像の照合方法には、これまで様々な手法が考えられているが、パターンマッチング法の１つとして次に説明するような手法のものがある（例えば、特許文献１参照。）。

なお、ここでは指紋画像の照合手法について説明する。

図１１は、従来の画像照合処理を示すフローチャートである。

図１２は、従来の画像照合処理に伴う登録指紋画像Ｇ0上での基準マスク領域（テンプレート）ｔ１，ｔ２の配置状態と照合指紋画像Ｇs上での最大相関位置（領域）ｋ１，ｋ２とを示す図である。

まず、認証すべき本人の指紋画像が、登録指紋画像Ｇ0として予め読み込まれ記憶されている。

そこで、照合対象者の指紋画像Ｇsが入力されると（ステップＳ１）、図１２（Ａ）に示すように、登録指紋画像Ｇ0に対して全画像領域の中央位置や画像有効領域の重心位置などを基準にした複数の基準マスク（領域）ｔ１，ｔ２，…（この場合は２つ）が定義配置され（ステップＳ２）、この２つの基準マスク領域ｔ１，ｔ２それぞれの画像と照合指紋画像Ｇs上で最大の相関係数が算出される各最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２が、図１２（Ｂ）に示すように、検索される（ステップＳ３，Ｓ４）。

すると、登録指紋画像Ｇ0における基準マスク（領域）ｔ１，ｔ２相互間の位置関係ＸＹｔと、照合指紋画像Ｇsにおける最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２相互間の位置関係ＸＹｋが算出され、各位置関係ＸＹｔ：ＸＹｋの類似度が判定される（ステップＳ５，Ｓ６）。

そして、前記基準マスク（領域）ｔ１，ｔ２相互間の位置関係ＸＹｔと、その最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２相互間の位置関係ＸＹｋとの誤差（位置ずれ）に応じた類似度（位置ずれ「小」→類似度「大」）が予め設定された閾値以上であるか否か判断され（ステップＳ７）、登録指紋画像Ｇ0に対する照合指紋画像Ｇsの一致判定（ステップＳ８）、または不一致判定がなされる（ステップＳ９）。

なお、照合指紋画像Ｇs上に前記基準マスクｔ１，ｔ２を配置し、登録指紋画像Ｇ0上からその最大相関位置（領域）ｋ１，ｋ２を検索して照合判定してもよい。
特開２０００−１９４８６２号公報

図１３は、指紋読み取り装置（イメージスキャナ）での指の置き方による入力指紋画像の相違を示す図である。

図１４は、読み取り良好な指紋画像Ｇ0と一部欠落した読み取り不良な指紋画像Ｇsとの間での基準マスクｔに基づく最大相関位置（領域）ｋの検索状態を示す図である。

前記従来の画像照合処理システムにおいて、例えば指紋画像に基づいた照合判定を行う場合、その指紋読み取り装置の読み取り窓に対する指の置き方によって、図１３（Ａ）に示すように、指の腹全体が均等に読み取られた良好な指紋画像Ｇ0が得られたり、図１３（Ｂ）に示すように、左下の一部が欠けた不適当な指紋画像Ｇ1が得られたり、図１３（Ｃ）に示すように、右上の一部が欠けた不適当な指紋画像Ｇ2が得られたりして、照合対象となる指紋画像の取得領域が大きくばらついてしまう不具合がある。

このため、例えば図１４（Ａ）に示すように、良好に読み取られた登録指紋画像Ｇ0に基準マスクｔを配置し、図１４（Ｂ）に示すように、大きく欠けて読み取られた不適当な照合指紋画像Ｇsからその最大相関領域ｋを検索する際に、当該欠けた照合指紋画像Ｇsにはそもそも前記基準マスクｔの領域画像に対応する画像領域ｋ0が含まれていない場合がある。

この場合、登録指紋画像Ｇ0における基準マスクｔの領域画像に対し、欠落した照合指紋画像Ｇsでは、結果的に実際とは異なる類似の領域を最大相関位置（領域）ｋとして検索することになるため、照合一致と判定すべき指紋画像Ｇsであっても照合不一致として誤判定して本人拒否してしまう問題がある。

本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、登録指紋画像と照合指紋画像との各指紋画像領域にばらつきがある場合でも、誤判定することなく、正しく照合判定することが可能になる画像照合装置、および画像照合処理プログラム、画像照合方法を提供することを目的とする。

本発明に係る画像照合は、装置登録指紋画像と照合指紋画像とを照合して両指紋の同一性を判定する画像照合装置であって、指紋画像を含む対象画像にエッジ抽出処理をして背景画像を除いた有効指紋領域からなる指紋画像の面積を算出する面積算出手段と、この面積算出手段により算出された前記登録指紋画像の面積と前記照合指紋画像の面積を比較して大小を判断する面積比較判断手段と、この面積比較判断手段により比較判断された小さい方の指紋画像に指紋画像の重心位置を基準にして複数の基準画像を定義する基準画像定義手段と、この基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義された複数の基準画像にそれぞれ対応する複数の画像を前記面積比較判断手段により比較判断された大きい方の指紋画像から検索する対応画像検索手段と、前記基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義された基準画像の位置関係と前記対応画像検索手段により大きい方の指紋画像から検索された対応画像の位置関係との位置ずれ量に基づいて前記登録指紋画像と照合指紋画像との類似度を判断する類似度判断手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係る画像照合装置によれば、登録指紋画像と照合指紋画像の指紋領域の大きさが異なる場合でも、登録指紋画像または照合指紋画像の何れか小さい方の基準画像に定義し、この基準画像に対応する画像を大きい方の画像上から検索するので、基準画像が指紋画像から外れて誤った不一致判定をおこなうことが防止できるようになる。

以下図面により本発明の実施の形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の画像照合装置の実施形態に係る指紋画像照合装置の電子回路の構成を示すブロック図である。

この指紋画像照合装置は、制御部（ＣＰＵ）１１、記憶装置１２、ＲＡＭ１３、イメージ読み取り装置１４、表示部１５、入力部１６、記憶媒体読み取り部１８、伝送制御部１９より構成され、バス１７を介して相互に接続されている。

制御部（ＣＰＵ）１１は、入力部１２からの入力信号に応じて、記憶装置１２に予め記憶されている制御プログラム、あるいはフロッピディスクＦＤなどの外部記憶媒体１８ａからフロッピディスクドライブＦＤＤなどの記憶媒体読み取り部１８を介して記憶装置１２に読み込まれた指紋照合処理プログラム、あるいは外部のコンピュータ端末（プログラムサーバ２１）の記憶装置２２から通信ネットワーク２０を経由し伝送制御部１９を介して記憶装置１２に読み込まれた指紋照合処理プログラムを起動させ、ＲＡＭ１３をワークメモリとして回路各部の動作を制御する。

記憶装置１２は、半導体メモリのＲＯＭやハードディスク装置ＨＤＤ等で構成し、本照合装置の電源投入直後に制御部（ＣＰＵ）１１により読み出される前述の制御プログラムを予め格納している他に、イメージ読み取り装置１４により読み取られた登録指紋画像Ｇ0を格納している。

ＲＡＭ１３は、前述の制御プログラムを実行する際に制御部（ＣＰＵ）１１が使用するワークメモリである。

イメージ読み取り装置１４は、登録指紋画像Ｇ0や照合指紋画像Ｇsを取得するための装置であり、例えば、イメージスキャナ装置やＣＣＤ（電荷結合素子）などのイメージセンサである。

表示部１５は、登録指紋画像Ｇ0と照合指紋画像Ｇsとの照合の判定結果を表示する、例えばＣＲＴや液晶などといったディスプレイ装置である。

入力部１６は、本照合装置の使用者が指紋画像の取得指示や後述の指紋照合処理の開始を制御部（ＣＰＵ）１１に指示するための、例えばキーボード装置などの入力装置である。

図２は、前記指紋画像照合装置のＲＡＭ１３に確保されるデータメモリを示す図である。

ＲＡＭ１３には、読み取り画像メモリ１３ａ、登録指紋画像メモリ１３ｂ、照合指紋画像メモリ１３ｃ、登録画像有効面積メモリ１３ｄ、登録画像重心メモリ１３ｅ、照合画像有効面積メモリ１３ｆ、照合画像重心メモリ１３ｇ、基準マスクサイズ・位置情報メモリ１３ｈ、最大相関位置情報メモリ１３ｉ、照合判定結果メモリ１３ｊ、照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｋ、基準マスク利用可能な照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｌなどが確保される。

読み取り画像メモリ１３ａには、イメージ読み取り装置１４により読み取られた指紋の画像データが多階調画像として一時記憶される。

登録指紋画像メモリ１３ｂには、前記記憶装置１２に格納登録すべきイメージ読み取り装置１４により読み取られた登録者本人の指紋画像データＧ0が、指紋登録処理（図３参照）に伴う登録処理対象の指紋画像として記憶保持される。

照合指紋画像メモリ１３ｃには、イメージ読み取り装置１４により読み取られた照合すべき指紋画像データＧsが多階調画像として記憶される。

登録画像有効面積メモリ１３ｄには、前記登録指紋画像データＧ0において指紋画像として有効な面積Ｓ１が算出されて記憶される。

登録画像重心メモリ１３ｅには、前記登録指紋画像データＧ0の有効面積Ｓ１における重心位置の座標（ｘ0，ｙ0）が算出されて記憶される。

照合画像有効面積メモリ１３ｆには、前記照合指紋画像データＧsにおいて指紋画像として有効な面積Ｓ２が算出されて記憶される。

照合画像重心メモリ１３ｇには、前記照合指紋画像データＧsの有効面積Ｓ２における重心位置の座標（ｘs，ｙs）が算出されて記憶される。

基準マスクサイズ・位置情報メモリ１３ｈには、本指紋照合装置において照合すべき一方の指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）上に配置する基準マスク領域（テンプレート）ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ（本実施形態の場合はｔ１，ｔ２の２つ）のマスクサイズ、配置位置情報が予めデフォルトで設定記憶される。

最大相関位置情報メモリ１３ｉには、前記照合すべき一方の指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）上に配置した基準マスク領域ｔ１，ｔ２それぞれの画像に対して、他方の指紋画像データ（ＧsまたはＧ0）上で最大の相関係数が算出される各最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２の位置情報が検索されて記憶される。

照合判定結果メモリ１３ｊには、前記一方の指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）に対しての基準マスク領域ｔ１，ｔ２の相互位置関係ＸＹｔと、前記他方の指紋画像データ（ＧsまたはＧ0）上での最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２の相互位置関係ＸＹｋとの相違に応じて評価判定される登録指紋画Ｇ0と照合指紋画像Ｇsとの一致／不一致の判定結果が記憶される。

照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｋには、イメージ読み取り装置１４により読み取られた指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）の有効面積Ｓが、照合処理に用いるのに適切な最小限界の面積を有するか否かを判断するための照合可能限界閾値Ｓthが予め設定されて記憶される。

基準マスク利用可能な照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｌには、イメージ読み取り装置１４により読み取られた指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）の有効面積Ｓが、照合処理においてデフォルトの基準マスクｔ１，ｔ２を配置するのに適切な最小限界の面積を有するか否かを判断するためのデフォルトマスクサイズ配置条件等利用限界値Ｓthsが予め設定されて記憶される。

この実施形態の指紋画像照合装置では、登録指紋画像データＧ0と照合指紋画像データＧsとの照合を行うときに、そのそれぞれの指紋画像有効面積Ｓ１，Ｓ２を算出し、何れか狭い方の指紋有効面積Ｓnの指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）に対して基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎとなる複数個の矩形領域を定義して配置する（図３〜図５参照）。そして、基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎに対して相関係数が最大となる矩形領域（最大相関位置）ｋ１，ｋ２，…，ｋｎを広い方の指紋有効面積Ｓｎの指紋画像データ（ＧsまたはＧ0）から検出する。

そして、前記指紋有効面積Ｓが狭い方の指紋画像（Ｇ0またはＧs）内に定義した複数の基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎの相互位置関係（領域位置分布）ＸＹｔと前記指紋有効面積Ｓが広い方の指紋画像（ＧsまたはＧ0）上から検出した最大相関位置（領域）ｋ１，ｋ２，…，ｋｎの相互位置関係（領域位置分布）ＸＹｋとを比較することにより、登録指紋画像Ｇ0と照合指紋画像Ｇsの照合を行う（図６・図７参照）。

次に、前記構成による指紋画像照合装置における第１実施形態の指紋照合機能について説明する。

図３は、前記指紋画像照合装置により正規ユーザ本人の指紋画像を登録するための指紋登録処理を示すフローチャートである。

図４は、前記指紋画像照合装置による指紋画像の有効面積検出・算出処理を示すフローチャートである。

指紋登録処理において、イメージ読み取り装置１４により正規ユーザ本人の指紋画像が読み取られ、ＲＡＭ１３内の読み取り画像メモリ１３ａに記憶されると、この読み取り画像は登録指紋画像メモリ１３ｂに対し登録指紋画像データＧ0として記憶される（ステップＡ１）。

すると、図４に示す指紋画像の有効面積検出・算出処理（ステップＡＢ）に移行され、前記登録指紋画像メモリ１３ｂに記憶された登録指紋画像データＧ0の指紋画像としての有効領域が検出された後（ステップＡＢ１）、この有効領域の面積Ｓ１が算出される（ステップＡＢ２）。

そして、前記指紋画像の有効面積検出・算出処理（ステップＡＢ）にて算出された登録指紋画像データＧ0の有効領域面積Ｓ１は、ＲＡＭ１３内の登録画像有効面積メモリ１３ｄに記憶される（ステップＡ２）。

ここで、前記指紋画像の有効面積検出・算出処理（ステップＡＢ）について、図４を参照して説明する。

すなわち、図４（Ａ）に示すように、イメージ読み取り装置１４により有効面積算出対象の指紋画像Ｇａが読み取られて生指紋画像として読み取り画像メモリ１３ａに記憶されると（ステップＢ１ａ）、この生指紋画像（Ｇａ）に対して、Prewittのテンプレート法などによりエッジ抽出が施される（ステップＢ１ｂ）。

このエッジ抽出処理（ステップＢ１ｂ）により、図４（Ｂ）に示すように、指紋の有効領域内はエッジが多いのでその値が大きくなり、指紋外の周辺エリアはエッジが存在しないのでその値が小さくなる、エッジ抽出指紋画像Ｇｂが得られる。

なお、前記エッジ抽出により指紋の有効領域を検出する方法は、読み取りセンサ（１４）の性質による背景の明るさに影響されにくいので、良好に指紋の有効領域を検出することが可能である。

こうして、指紋の有効領域が検出されたエッジ抽出指紋画像Ｇｂが得られると、判別分析法などにより予め設定された閾値に基づいて２値化処理が施され、図４（Ｃ）に示すような指紋領域検出後の２値化指紋画像Ｇｃが得られる（ステップＢ１ｃ）。

すると、この２値化指紋画像Ｇｃに対しては、当該画像の解像度に応じた膨張処理が施され、図４（Ｄ）に示すようなエッジ間画像を白画素にして指紋領域を強調した指紋領域膨張画像Ｇｄが得られる（ステップＢ１ｄ）。

なお、前記膨張処理とは、画像内の各画素における画素の近傍（４近傍，８近傍）に１つでも“１”（白画素）がある場合には、その全近傍画素を“１”（白画素）に変換して領域強調する処理である。

こうして、指紋領域が白画像として強調された指紋領域膨張画像Ｇｄが得られると、その白画素数がカウントされ（ステップＢ２ａ）、指紋画像部分の有効領域面積Ｓが算出される（ステップＢ２ｂ）。

なお、前記指紋領域膨張画像Ｇｄが得られると、その指紋領域の重心位置（ｘ，ｙ）が計算され、ＲＡＭ１３内の対応するメモリに記憶される（ステップＢ３，Ｂ４）。

これにより、前記登録指紋画像Ｇ0の有効領域面積Ｓ１が取得されて前記登録画像有効面積メモリ１３ｄに記憶されると共に、当該登録指紋画像Ｇ0の有効領域上の重心位置（ｘ0，ｙ0）も取得され登録画像重心メモリ１３ｅに記憶される。

図５は、前記指紋画像照合装置により指紋画像に基準マスク領域（テンプレート）を配置して指紋照合を行うための基準マスク配置画像判定／照合処理（その１）を示すフローチャートである。

図６は、前記指紋画像照合装置により指紋画像に基準マスク領域（テンプレート）を配置して指紋照合を行うための基準マスク配置画像判定／照合処理（その２）を示すフローチャートである。

図７は、前記指紋画像照合装置の基準マスク配置画像判定／照合処理に伴う登録指紋画像Ｇ0と照合指紋画像Ｇs間での基準マスクｔ１，ｔ２の配置状態および最大相関位置（領域）ｋ１，ｋ２の検出状態を示す図である。

イメージ読み取り装置１４により被照合人物の指紋画像が読み取られ、ＲＡＭ１３内の読み取り画像メモリ１３ａに記憶されると、この読み取り画像は照合指紋画像メモリ１３ｃに対し照合指紋画像データＧｓとして記憶される（ステップＣ１）。

すると、前記図４を参照して説明した、指紋画像の有効面積検出・算出処理（ステップＣＢ）に移行され、前記照合指紋画像メモリ１３ｃに記憶された照合指紋画像データＧｓの指紋画像としての有効領域が検出された後（ステップＣＢ１）、この有効領域の面積Ｓ２が算出され、ＲＡＭ１３内の照合画像有効面積メモリ１３ｆに記憶される。この際、前記照合指紋画像Ｇｓの有効領域上の重心位置（ｘｓ，ｙｓ）も計算取得され照合画像重心メモリ１３ｇに記憶される（ステップＣＢ２）。

すると、ＲＡＭ１３内の登録画像有効面積メモリ１３ｄに既に算出記憶されている登録指紋画像Ｇ0の有効領域面積Ｓ１が読み出され（ステップＣ２）、この登録指紋画像Ｇ0の有効領域面積Ｓ１が前記照合画像有効面積メモリ１３ｆに算出記憶された照合指紋画像Ｇｓの有効領域面積Ｓ２以下であるか否か、つまり、登録画像有効領域面積Ｓ１が照合画像有効領域面積Ｓ２と同じあるいは狭いか（Ｙｅｓ）、または照合画像有効領域面積Ｓ２の方が狭いか（Ｎｏ）が判断される（ステップＣ３）。

ここで、登録画像有効領域面積Ｓ１が照合画像有効領域面積Ｓ２と同じあるいは狭いと判断された場合には、当該狭い方の登録指紋画像Ｇ0を対象に基準マスク領域ｔ１，ｔ２を配置することが決定され（ステップＣ４）、または前記登録画像有効領域面積Ｓ１よりも照合画像有効領域面積Ｓ２の方が狭いと判断された場合には、当該狭い方の照合指紋画像Ｇｓを対象に基準マスク領域ｔ１，ｔ２を配置することが決定される（ステップＣ５）。

本実施形態では、登録画像有効領域面積Ｓ１よりも照合画像有効領域面積Ｓ２の方が狭いと判断され、当該狭い方の照合指紋画像Ｇｓを対象に基準マスク領域ｔ１，ｔ２を配置することが決定された場合について説明する。

まず、図７（Ｂ）に示すように、有効領域が狭い方の照合指紋画像Ｇｓに対して、前記基準マスクサイズ・位置情報メモリ１３ｈに記憶定義されている基準マスク情報に基づき、前記照合画像重心メモリ１３ｇに記憶された重心位置（ｘｓ，ｙｓ）を基準にした２つの基準マスク領域ｔ１，ｔ２が配置される（ステップＣ６）。

すると、この照合指紋画像Ｇs上での２つの基準マスク領域ｔ１，ｔ２それぞれの画像と登録指紋画像Ｇ0上で最大の相関係数が算出される各最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２が、各基準マスク毎に、図７（Ａ）に示すように検索される（ステップＣ７，Ｃ８）。

すると、照合指紋画像Ｇsに配置した基準マスク（領域）ｔ１，ｔ２相互間の位置関係ＸＹｔと、登録指紋画像Ｇ0上で検出された最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２相互間の位置関係ＸＹｋが算出され、各位置関係ＸＹｔ：ＸＹｋの類似度が判定される（ステップＣ９，Ｃ１０）。

そして、前記基準マスク（領域）ｔ１，ｔ２相互間の位置関係ＸＹｔと、その最大相関（位置）領域ｋ１，ｋ２相互間の位置関係ＸＹｋとの誤差（位置ずれ）に応じた類似度（位置ずれ「小」→類似度「大」）が予め設定された閾値以上であるか否か判断され（ステップＣ１１）、登録指紋画像Ｇ0に対する照合指紋画像Ｇsの一致判定（ステップＣ１２）、または不一致判定がなされる（ステップＣ１３）。

そして、前記登録指紋画像Ｇ0に対する照合指紋画像Ｇsの一致または不一致の判定結果は、照合判定結果メモリ１３ｊに記憶され、例えば本指紋画像照合装置が入退室管理システムに利用されている場合には、その一致／不一致の判定結果に応じて入退室が許可／拒否される。

したがって、前記構成の指紋画像照合装置における第１実施形態の指紋照合機能によれば、登録指紋画像データＧ0の指紋有効領域面積Ｓ１と照合指紋画像データＧsの指紋有効領域面積Ｓ２とを算出比較して、何れか狭い方の指紋画像データ（Ｇ0またはＧs）の指紋有効領域に対して基準マスク領域ｔ１，ｔ２を配置した後に、この基準マスク領域ｔ１，ｔ２の各画像に最大相関する領域ｋ１，ｋ２をもう一方の指紋画像データ（ＧsまたはＧ0）上から検出し、前記基準マスク領域ｔ１，ｔ２間の相互位置関係ＸＹｔとその最大相関領域ｋ１，ｋ２間の相互位置関係ＸＹｋとの類似度（位置ずれ（誤差）量など）に応じて、前記登録指紋画像Ｇ0と照合指紋画像Ｇsとの一致／不一致を判定するようにしたので、登録指紋画像Ｇ0の読み取り指紋領域面積（Ｓ１）と照合指紋画像Ｇsの読み取り指紋領域面積（Ｓ２）とにばらつきがある場合でも、基準マスク領域ｔ１，ｔ２を配置した一方の指紋画像（Ｇ0またはＧs）上での各領域画像を他方の指紋画像（ＧsまたはＧ0）上に確実に存在させることができ、本人拒否などの誤判定を招くのを防止できるようになる。

また、前記構成の指紋画像照合装置における第１実施形態の指紋照合機能によれば、登録指紋画像データＧ0の指紋有効領域面積Ｓ１は、正規ユーザ本人の指紋登録処理（図３参照）に伴い予め検出算出して記憶しておき、照合指紋画像データＧsの読み取りに伴う指紋照合処理に際して、前記予め記憶された登録指紋画像Ｇ0の指紋有効面積Ｓ１と照合指紋画像データＧsから検出算出した指紋有効面積Ｓ２との何れが狭いか比較判定し基準マスク領域ｔ１，ｔ２の配置対象画像を決定するので、前記誤判定の招きを防止できるだけでなく、照合処理での負担を極力軽減し、高速な指紋照合を行うことができるようになる。

また、前記構成の指紋画像照合装置における第１実施形態の指紋照合機能によれば、登録指紋画像データＧ0や照合指紋画像データＧsにおける指紋有効領域面積Ｓの検出・算出処理にあっては、対象画像のエッジ抽出を施してその指紋画像部分の有効領域を検出明確化した後に、当該有効領域の面積を算出するので、指紋読み取りに伴う全体画像の中から指紋画像として有効な領域を高精度に検出して面積算出できるようになる。

なお、前記実施形態の読み取り指紋画像に対する指紋有効領域面積Ｓの検出・算出処理において、イメージ読み取り装置１４におけるイメージセンサの特性により、指紋の背景画像部分が暗く（または明るく）読み取られる場合には、エッジ抽出処理を行わずに、当該背景画像との差分により直接２値化処理を行って指紋有効領域を検出するようにしてもよい。

また、前記実施形態の指紋照合処理では、パターンマッチング法による照合処理を用いた場合について説明したが、特徴点抽出法による照合処理を用いた場合でも前記実施形態と同様の効果を発揮することができる。

すなわち、照合すべき２つの指紋画像において、指紋有効領域Ｓの小さい（狭い）方の指紋画像（Ｇ0またはＧs）から抽出した特徴点を基準にすることで、指紋有効領域Ｓの大きい（広い）方の指紋画像（ＧsまたはＧ0）には前記基準の特徴点に対応した特徴点が存在する確率が非常に高くなるので、前記パターンマッチングの場合と同様に本人拒否などの誤判定を招くのを防止できるようになる。

また、前記実施形態における指紋画像の有効面積検出・算出処理において、算出された指紋画像の面積Ｓが照合処理に適用可能な最小限界値Ｓthより小さい（狭い）場合には、照合不能であると判断として指紋読み取りのやり直しをユーザに促す構成としてもよい。この具体例について、次の第２実施形態において説明する。

（第２実施形態）
図８は、前記指紋画像照合装置の第２実施形態に係る適正画像採取処理を示すフローチャートである。

まず、イメージ読み取り装置１４により読み取られた指紋画像Ｇ（Ｇ0またはＧs）が読み取り画像メモリ１３ａに記憶され（ステップＤ１）、前記指紋登録処理（図３参照）または前記基準マスク配置画像判定処理（図５参照）での処理と同様にして、当該読み取り指紋画像Ｇにおける指紋有効領域が検出され（ステップＤＢ１）、その有効領域面積Ｓが算出されることで（ステップＤＢ２）、指紋画像の有効面積検出・算出処理が実施される（ステップＤＢ）。

すると、照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｋに記憶されている照合処理に適用可能な最小限界値Ｓthが読み出され、前記検出・算出された読み取り指紋画像Ｇの有効領域面積Ｓが、当該最小限界値Ｓth以上に大きい（広い）か、または小さい（狭い）か判断される（ステップＤ２）。

ここで、読み取り指紋画像Ｇの有効領域面積Ｓが照合処理に適用可能な最小限界値Ｓth以上に大きい（広い）と判断された場合には、当該読み取り指紋画像Ｇに基づいて、前記基準マスク配置画像判定／照合処理（図５・図６参照）へ移行される（ステップＤ２→Ｄ３）。

一方、読み取り指紋画像Ｇの有効領域面積Ｓが照合処理に適用可能な最小限界値Ｓthよりも小さい（狭い）と判断された場合には、表示部１５によりユーザに対するウォーニング（警告）メッセージが表示され、指紋画像Ｇの取り直しが促されると共に、当該取り直し指紋画像Ｇの読み取り待機状態となる（ステップＤ２→Ｄ４→Ｄ１）。

したがって、前記構成の指紋画像照合装置の第２実施形態に係る適正画像採取機能によれば、照合処理に適用可能な最小限界値Ｓtよりも小さい（狭い）指紋画像Ｇが登録指紋画像Ｇ0や照合指紋画像Ｇsとして読み込まれ、照合処理に適用されるのを未然に阻止することができるので、より誤判定を招くことのない正しい画像照合処理を行うことができるようになる。

また、前記実施形態では、登録指紋画像Ｇ0か照合指紋画像Ｇsの何れか有効領域面積Ｓが小さい方の指紋画像（Ｇ0，Ｇs）に対して基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎを配置する構成としたが、この基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎの配置対象である指紋画像Ｇが、基準マスクサイズ・位置情報メモリ１３ｈに予め記憶されているデフォルトのサイズ・位置の各基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎを配置不可能なほど狭い有効領域面積Ｓの指紋画像Ｇである場合には、次の第３実施形態において説明するように、デフォルト設定された基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎのマスクサイズを小さく、また配置位置を狭く変更設定して、当該基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎを有効に配置対象の指紋画像Ｇ内に配置可能にする構成としてもよい。

（第３実施形態）
図９は、前記指紋画像照合装置の第３実施形態に係る基準マスク条件設定処理を示すフローチャートである。

図１０は、前記指紋画像照合装置の基準マスク条件設定処理に伴う指紋有効領域面積Ｓと基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎのサイズ・配置条件との関係を示す図である。

まず、イメージ読み取り装置１４により読み取られた指紋画像Ｇ（Ｇ0またはＧs）が読み取り画像メモリ１３ａに記憶され（ステップＥ１）、前記指紋登録処理（図３参照）または前記基準マスク配置画像判定処理（図５参照）での処理と同様にして、当該読み取り指紋画像Ｇにおける指紋有効領域が検出され（ステップＥＢ１）、その有効領域面積Ｓが算出されることで（ステップＥＢ２）、指紋画像の有効面積検出・算出処理が実施される（ステップＥＢ）。

すると、基準マスク利用可能な照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｌに記憶されているデフォルト基準マスク利用可能な最小限界値Ｓthsが読み出され、前記検出・算出された読み取り指紋画像Ｇの有効領域面積Ｓが、当該最小限界値Ｓth以上に大きい（広い）か、または小さい（狭い）か判断される（ステップＥ２）。

ここで、例えば図１０（Ａ）に示すように、読み取り指紋画像Ｇ0の有効領域面積Ｓがデフォルト基準マスク利用可能な最小限界値Ｓths以上に大きい（広い）と判断された場合には、基準マスクサイズ・位置情報メモリ１３ｈに記憶されているデフォルトでの基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎのサイズ・配置条件がそのまま適用されることに決定され（ステップＥ２→Ｅ３）、前記基準マスク配置画像判定／照合処理（図５・図６参照）へ移行される（ステップＥ４）。

一方、例えば図１０（Ｂ）に示すように、読み取り指紋画像Ｇ1の有効領域面積Ｓがデフォルト基準マスク利用可能な最小限界値Ｓthsよりも小さい（狭い）と判断された場合には、前記デフォルトでの基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎのサイズ・配置条件が、図１０（Ｂ）に示すように、当該読み取り指紋画像Ｇ1の有効領域面積Ｓ内に収まるサイズ・配置条件に変更設定され（ステップＥ２→Ｅ５）、この条件変更された基準マスク領域ｔ１′，ｔ２′，…，ｔｎ′に基づいて、前記基準マスク配置画像判定／照合処理（図５・図６参照）でのマスク配置処理および画像照合処理が実行される（ステップＥ４）。

なお、前記基準マスク利用可能な照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｌに記憶されているデフォルト基準マスク利用可能な最小限界値Ｓthsは、前記第２実施形態において説明した、照合画像有効面積最小限界値メモリ１３ｋに記憶されている照合処理に適用可能な最小限界値Ｓth以上の値として設定する。

したがって、前記構成の指紋画像照合装置の第３実施形態に係る基準マスク条件設定機能によれば、読み取り指紋画像Ｇの有効領域面積Ｓが小さくデフォルトでのサイズ・位置条件の基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎを配置できない場合には、当該マスクサイズ・位置条件を縮小変更した基準マスク領域ｔ１′，ｔ２′，…，ｔｎ′を配置して照合処理を実行するので、指紋画像Ｇの読み取り領域に多少のばらつきがある場合でも、確実に基準マスク領域を配置して指紋画像の照合処理を行うことができるようになる。

なお、前記各実施形態において記載した指紋画像照合装置による各処理の手法、すなわち、図３のフローチャートに示す正規ユーザ本人の指紋画像を登録するための指紋登録処理、図４のフローチャートに示す指紋画像の有効面積検出・算出処理、図５・図６のフローチャートに示す指紋画像に基準マスク領域（テンプレート）を配置して指紋照合を行うための基準マスク配置画像判定／照合処理、図８のフローチャートに示す適正画像採取処理、図９のフローチャートに示す基準マスク条件設定処理等の各手法は、何れもコンピュータに実行させることができるプログラムとして、メモリカード（ＲＯＭカード、ＲＡＭカード等）、磁気ディスク（フロッピディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の外部記録媒体１８ａに格納して配布することができる。そして、指紋読み取り機能を備えた種々のコンピュータ端末は、この外部記録媒体１８ａに記憶されたプログラムを記憶媒体読取部１８によって記憶装置１２に読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、前記各実施形態において説明した画像読み込み／登録／照合機能を実現し、前述した手法による同様の処理を実行することができる。

また、前記各手法を実現するためのプログラムのデータは、プログラムコードの形態として通信ネットワーク（インターネット）２０上を伝送させることができ、この通信ネットワーク（インターネット）２０に接続されたコンピュータ端末（プログラムサーバ２１）の記憶装置２２から前記のプログラムデータを取り込み、前述した画像読み込み／登録／照合機能を実現することもできる。

なお、本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。

本発明の画像照合装置の実施形態に係る指紋画像照合装置の電子回路の構成を示すブロック図。 前記指紋画像照合装置のＲＡＭ１３に確保されるデータメモリを示す図。 前記指紋画像照合装置により正規ユーザ本人の指紋画像を登録するための指紋登録処理を示すフローチャート。 前記指紋画像照合装置による指紋画像の有効面積検出・算出処理を示すフローチャート。 前記指紋画像照合装置により指紋画像に基準マスク領域（テンプレート）を配置して指紋照合を行うための基準マスク配置画像判定／照合処理（その１）を示すフローチャート。 前記指紋画像照合装置により指紋画像に基準マスク領域（テンプレート）を配置して指紋照合を行うための基準マスク配置画像判定／照合処理（その２）を示すフローチャート。 前記指紋画像照合装置の基準マスク配置画像判定／照合処理に伴う登録指紋画像Ｇ0と照合指紋画像Ｇs間での基準マスクｔ１，ｔ２の配置状態および最大相関位置（領域）ｋ１，ｋ２の検出状態を示す図。 前記指紋画像照合装置の第２実施形態に係る適正画像採取処理を示すフローチャート。 前記指紋画像照合装置の第３実施形態に係る基準マスク条件設定処理を示すフローチャート。 前記指紋画像照合装置の基準マスク条件設定処理に伴う指紋有効領域面積Ｓと基準マスク領域ｔ１，ｔ２，…，ｔｎのサイズ・配置条件との関係を示す図。 従来の画像照合処理を示すフローチャート。 従来の画像照合処理に伴う登録指紋画像Ｇ0上での基準マスク領域（テンプレート）ｔ１，ｔ２の配置状態と照合指紋画像Ｇs上での最大相関位置（領域）ｋ１，ｋ２とを示す図。 指紋読み取り装置（イメージスキャナ）での指の置き方による入力指紋画像の相違を示す図。 読み取り良好な指紋画像Ｇ0と一部欠落した読み取り不良な指紋画像Ｇsとの間での基準マスクｔに基づく最大相関位置（領域）ｋの検索状態を示す図。

符号の説明

１１ …ＣＰＵ
１２ …記憶装置
１３ …ＲＡＭ
１３ａ…読み取り画像（Ｇ）メモリ
１３ｂ…登録指紋画像（Ｇ0）メモリ
１３ｃ…照合指紋画像（Ｇs）メモリ
１３ｄ…登録画像有効面積（Ｓ１）メモリ
１３ｅ…登録画像重心（ｘ0，ｙ0）メモリ
１３ｆ…照合画像有効面積（Ｓ２）メモリ
１３ｇ…照合画像重心（ｘｓ，ｙｓ）メモリ
１３ｈ…基準マスクサイズ・位置情報（ｔ１，ｔ２，…，ｔｎ）メモリ
１３ｉ…最大相関位置情報（ｋ１，ｋ２，…，ｋｎ）メモリ
１３ｊ…照合判定結果メモリ
１３ｋ…照合画像有効面積最小限界値（Ｓth）メモリ
１３ｌ…基準マスク利用可能な照合画像有効面積最小限界値（Ｓths）メモリ
１４ …イメージ読み取り装置
１５ …表示部
１６ …入力部
１７ …バス
１８ …記憶媒体読み取り部
１８ａ…外部記憶媒体
１９ …電送制御部
２０ …通信ネットワーク（インターネット）
２１ …プログラムサーバ
２２ …サーバ記憶装置
Ｇ0 …登録指紋画像データ
Ｇs …照合指紋画像データ

Claims (7)

1. 登録指紋画像と照合指紋画像とを照合して両指紋の同一性を判定する画像照合装置であって、
   指紋画像を含む対象画像にエッジ抽出処理をして背景画像を除いた有効指紋領域からなる指紋画像の面積を算出する面積算出手段と、
   この面積算出手段により算出された前記登録指紋画像の面積と前記照合指紋画像の面積を比較して大小を判断する面積比較判断手段と、
   この面積比較判断手段により比較判断された小さい方の指紋画像に指紋画像の重心位置を基準にして複数の基準画像を定義する基準画像定義手段と、
   この基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義された複数の基準画像にそれぞれ対応する複数の画像を前記面積比較判断手段により比較判断された大きい方の指紋画像から検索する対応画像検索手段と、
   前記基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義された基準画像の位置関係と前記対応画像検索手段により大きい方の指紋画像から検索された対応画像の位置関係との位置ずれ量に基づいて前記登録指紋画像と照合指紋画像との類似度を判断する類似度判断手段と、
   を備えたことを特徴とする画像照合装置。
2. さらに、
   指紋画像を読み取る画像読み取り手段と、
   この画像読み取り手段により読み取られた登録指紋画像を記憶する登録画像記憶手段と、
   前記画像読み取り手段により読み取られた登録指紋画像を前記登録画像記憶手段により記憶する際に、前記面積算出手段により算出した登録指紋画像の面積を記憶する登録画像面積記憶手段とを備え、
   前記面積比較判断手段により比較判断する登録指紋画像の面積は、前記登録画像面積記憶手段により記憶された登録指紋画像の面積である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像照合装置。
3. 前記基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義する複数の基準画像は、当該小さい方の指紋画像に配置した複数の基準マスク領域それぞれの領域画像であり、
   前記対応画像検索手段は、前記基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に配置した複数の基準マスク領域それぞれの領域画像に対応する複数の画像領域を前記面積比較判断手段により比較判断された大きい方の指紋画像から検索し、
   前記類似度判断手段は、基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に配置した基準マスク領域の位置関係と前記対応画像検索手段により大きい方の指紋画像から検索された対応画像領域の位置関係との位置ずれ量に基づいて前記登録指紋画像と照合指紋画像との類似度を判断する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像照合装置。
4. さらに、
   前記面積算出手段により算出された指紋画像の面積が予め設定された照合可能最小面積より小さい場合には、当該指紋画像の再入力を促すメッセージを出力する画像入力警告手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の画像照合装置。
5. さらに、
   前記面積算出手段により算出された指紋画像の面積が予め設定されたデフォルトでのサイズ・配置条件の前記基準マスク領域を配置可能な最小面積より小さい場合には、当該基準マスク領域のデフォルトでのサイズ・配置条件を変更する基準マスク条件変更手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の画像照合装置。
6. 登録指紋画像と照合指紋画像とを照合して両指紋の同一性を判定する画像照合装置のコンピュータを制御するための画像照合処理プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   指紋画像を含む対象画像にエッジ抽出処理をして背景画像を除いた有効指紋領域からなる指紋画像の面積を算出する面積算出手段、
   この面積算出手段により算出された前記登録指紋画像の面積と前記照合指紋画像の面積を比較して大小を判断する面積比較判断手段、
   この面積比較判断手段により比較判断された小さい方の指紋画像に指紋画像の重心位置を基準にして複数の基準画像を定義する基準画像定義手段、
   この基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義された複数の基準画像にそれぞれ対応する複数の画像を前記面積比較判断手段により比較判断された大きい方の指紋画像から検索する対応画像検索手段、
   前記基準画像定義手段により小さい方の指紋画像に定義された基準画像の位置関係と前記対応画像検索手段により大きい方の指紋画像から検索された対応画像の位置関係との位置ずれ量に基づいて前記登録指紋画像と照合指紋画像との類似度を判断する類似度判断手段、
   として機能させるようにしたコンピュータ読み込み可能な画像照合処理プログラム。
7. 登録指紋画像と照指紋合画像とを照合して両指紋の同一性を判定するための画像照合方法であって、
   指紋画像を含む対象画像にエッジ抽出処理をして背景画像を除いた有効指紋領域からなる指紋画像の面積を算出する面積算出ステップと、
   この面積算出ステップにより算出された前記登録指紋画像の面積と前記照合指紋画像の面積を比較して大小を判断する面積比較判断ステップと、
   この面積比較判断ステップにより比較判断された小さい方の指紋画像に指紋画像の重心位置を基準にして複数の基準画像を定義する基準画像定義ステップと、
   この基準画像定義ステップにより小さい方の指紋画像に定義された複数の基準画像にそれぞれ対応する複数の画像を前記面積比較判断ステップにより比較判断された大きい方の指紋画像から検索する対応画像検索ステップと、
   前記基準画像定義ステップにより小さい方の指紋画像に定義された基準画像の位置関係と前記対応画像検索ステップにより大きい方の指紋画像から検索された対応画像の位置関係との位置ずれ量に基づいて前記登録指紋画像と照合指紋画像との類似度を判断する類似度判断ステップと、
   からなることを特徴とする画像照合方法。

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