JP4456240B2

JP4456240B2 - 指紋照合装置

Info

Publication number: JP4456240B2
Application number: JP2000241159A
Authority: JP
Inventors: 暢彦安藤; 敏男大江; 将志宮脇; 康之玉木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002056382A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、セキュリティー等のために個人判別の手段として用いられる指紋照合装置、及びこの指紋照合装置の利用者に対するガイダンス表示に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
個人判別の手段として用いられる指紋照合装置は、様々なセキュリティー確保のために用いられる。例えば指紋照合装置をパーソナルコンピュータ等のコンピュータ装置と接続すれば、指紋照合によってコンピュータ装置へログインするための個人認証を行うことができる。以下に、図１０を用いて、コンピュータ装置へログインするための個人認証を行う従来の指紋照合装置の構成を説明する。
【０００３】
図１０は従来のコンピュータ装置に接続された指紋照合装置の構成を示すブロック構成図である。図１０において、指紋照合装置１は、検出対象である利用者の指を置くプリズム２ａ、プリズム２ａに置かれた指の指紋画像を撮るカメラ等の撮像手段２ｂ、プリズム２ａへ光を放射するＬＥＤ等の光源手段２ｃ、この光源手段２ｃのＯＮ／ＯＦＦを制御する光源制御手段２ｄ、撮像手段２ｂから出力された画像から指がプリズム２ａ上に置かれているか否かを判別する指置き判定手段３、指紋の照合処理を行う指紋照合手段４、指紋照合手段４での照合結果をコンピュータ装置６に送信する通信手段５により構成されている。
【０００４】
前述の様に構成された従来の指紋照合装置は、最初に指紋データを登録し、その後プリズム２ａ上に置かれた指の指紋画像が、先に登録された指紋データと一致するかを確認して指紋照合処理を行う。そして、その照合結果により接続されているコンピュータ装置６へのログインの可否が決定されるものであり、その流れを図１１により説明する。
図１１は、従来の指紋照合装置によってコンピュータ装置へのログイン認証を行う流れを示すフロー図である。まず、コンピュータ装置６の電源を入れて、コンピュータ装置６の立ち上げ動作を行う（ステップ３０１）。以下、「ステップ」をＳと略す。コンピュータ装置６が立ち上げられると、コンピュータ装置６のディスプレイは、指紋照合装置１のプリズム２ａ上に指を置く旨の「指置き」ガイダンスを表示する（Ｓ３０２）。
【０００５】
そして、指置き判定手段３は、撮像手段２ｂからの出力画像を基に、プリズム２ａ上に指が置かれているか否かを判定する。指置きが無い場合には（Ｓ３０３のＮＯ）、次の動作へと移行せず、指置き判定手段３は指が置かれているか否かの判定を継続する。一方、指置きがある場合には（Ｓ３０３のＹＥＳ）、指置き判定手段３は撮像手段２ｂからの出力指紋画像を指紋照合手段４へ出力する（Ｓ３０４）。
続いて、コンピュータ装置６のディスプレイは、指紋照合装置１のプリズム２ａ上から指を離す旨の「指離し」ガイダンスを表示する（Ｓ３０５）。また、指紋照合手段４は入力された指紋画像を基に、予め登録しておいた指紋データと一致するかを確認する指紋照合処理を行う（Ｓ３０６）。
【０００６】
指紋照合結果が一致しない場合には（Ｓ３０６のＮＯ）、コンピュータ装置６へのログインは失敗する（Ｓ３０７）。そして、コンピュータ装置６のディスプレイは、指紋照合結果が一致しない旨の「指紋照合ＮＧ」ガイダンスを表示する（Ｓ３０８）。一方、指紋照合結果が一致する場合には（Ｓ３０６のＹＥＳ）、コンピュータ装置６へのログインは成功する（Ｓ３０９）。そして、コンピュータ装置６のディスプレイは、指紋照合結果が一致した旨の「指紋照合ＯＫ」ガイダンスを表示する（Ｓ３１０）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の指紋照合装置を用いたコンピュータ装置へのログイン認証では、利用者に対する指紋照合の操作ガイダンスがコンピュータ装置のディスプレイ上に表示されていた。この場合、利用者はコンピュータ装置のディスプレイを見ながら指紋照合装置で指紋照合する必要があり、コンピュータ装置へのログイン手続きが煩雑になっていた。
【０００８】
本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、指紋照合装置に対応するのみで個人認証の手続きを行うことができ、操作が簡易で分かり易く、低コストな指紋照合装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、指が接触する平面部が露出する光学部材を有する筐体と、前記光学部材の平面部に接触した指に対して光を照射する光源手段と、前記平面部に接触した指による反射光を撮像して前記指の指紋の画像を得る撮像手段と、を備え、前記筐体は、前記光源手段からの光を該筐体外部へ透過する部材を有するものである。
【００１０】
また、本発明は、前記光源手段の点灯、消灯、点滅により、指紋照合のガイダンス表示を行うものである。
【００１１】
また、本発明は、前記光源手段は複数の光源から構成され、この複数の光源のうちの任意の光源の点灯により指紋照合のガイダンス表示を行うものである。
【００１２】
また、本発明は、前記光源手段は、異なる色を発光する複数の光源から構成されているものである。
【００１３】
また、本発明は、前記光源を格子状に配置したものである。
【００１４】
また、本発明は、前記平面部に接触する指の位置ずれに基づいて、前記光源を点灯させるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明による指紋照合装置の一実施形態について図１を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係わる指紋照合装置の構成を示すブロック構成図である。以下、本実施の形態では、コンピュータ装置へログインするための個人認証を行う指紋照合装置について説明する。
【００１６】
図１において、１は指紋照合装置、２ａは検出対象である利用者の指を置くプリズム、２ｂはプリズム２ａに置かれた指の指紋画像を撮るカメラ等の撮像手段、２ｃはプリズム２ａに置かれた人の指に対して光を放射するＬＥＤ等から構成される光源手段、２ｄは光源手段２ｃの点灯及び消灯を制御する光源制御手段である。また、３は撮像手段２ｂから出力された画像から指がプリズム２ａ上に置かれているかを判別する指置き判定手段、４は指置き判定手段３を介して入力される指紋画像から、指紋照合のための検出アルゴリズムによって、検出すべき当人か否か、また、指紋照合した人間が登録されている人間の内の誰かなどの照合を行い、その照合結果を出力する指紋照合手段である。５は指紋照合手段４での照合結果をコンピュータ装置６に送信する等のコンピュータ装置６との通信を行う通信インターフェースたる通信手段である。
【００１７】
また、ここで、プリズム２ａ、撮像手段２ｂ、光源手段２ｃ、光源制御手段２ｄからなる部分を、単体の装置として製造、販売することも可能であり、この人間の指の指紋画像を得ることのできる装置を指紋センサ２と呼ぶこととする。この指紋センサ２は、指紋照合装置１を構成する筐体で覆われており、プリズム２ａが一部露出している。そして、このプリズム２ａの周辺部の筐体は、例えば透明なプラスチック材等の透明部材２ｅで構成されている。次に、指紋照合装置１の外観について図２を用いて説明する。図２は指紋照合装置の外観図である。図２において、プリズム２ａ上に置かれた指を照射するための光源手段２ｃの放射光は、透明部材２ｅを介して外部へ透過して指紋照合を行う利用者の視覚に訴えることができる構成になっている。この透明部材２ｅの代わりに、半透明の部材を用いることもでき、利用者が視覚で光を認識可能な程度に、光源手段２ｃからの放射光を透過する部材であればどのような部材を用いても良い。
【００１８】
次に、図１に示す本実施形態の指紋照合装置の動作について図３を用いて説明する。図３は本発明の実施の形態１に係わる指紋照合装置によってコンピュータ装置へのログイン認証を行う流れを示すフロー図である。まず、コンピュータ装置６の電源を入れて、コンピュータ装置６の立ち上げ動作を行う（Ｓ１０１）。コンピュータ装置６が立ち上げられると、コンピュータ装置６から指紋照合装置１に、コンピュータ装置６へログイン認証するための「指紋照合開始」が送信される。そして、指紋照合装置１の通信手段５が、コンピュータ装置６からの「指紋照合開始」を受信すると、指紋照合装置１は指紋照合を開始する。まず、指紋センサ２の光源制御手段２ｄは、光源手段２ｃを点灯させて（Ｓ１０２）、図４の（ａ）に示すようにその光を外部から視覚で認識可能にして利用者の注意を惹き、利用者がプリズム２ａ上に指を置くことを促す。
【００１９】
そして、指置き判定手段３は、撮像手段２ｂからの出力画像を基に、プリズム２ａ上に指が置かれているか否かを判定する。指置きが無い場合には（Ｓ１０３のＮＯ）、次の動作へと移行せず、指置き判定手段３は指が置かれているか否かの判定を継続する。一方、指置きがある場合には（Ｓ１０３のＹＥＳ）、指置き判定手段３は撮像手段２ｂからの出力指紋画像を指紋照合手段４へ出力する（Ｓ１０４）。
続いて、撮像手段２ｂからの出力指紋画像を指紋照合手段４へ出力すると、指紋画像の取込みは終了しているので、光源制御手段２ｄは光源手段２ｃを消灯する（Ｓ１０５）。利用者は、図４の（ｂ）に示すように透明部材２ｅを介して光源手段２ｃが点灯状態から消灯状態へ変わったことを確認でき、指紋照合装置１のプリズム２ａから指を離して良いことを認識する。そして、指紋照合手段４は入力された指紋画像を基に、予め登録しておいた指紋データと一致するかを確認する指紋照合処理を行う。
【００２０】
指紋照合結果が一致しない場合には（Ｓ１０６のＮＯ）、コンピュータ装置６へのログインは失敗する（Ｓ１０７）。そして、コンピュータ装置６へのログインが失敗したことを利用者に知らせるために、指紋照合装置１の光源手段２ｃは３回点滅を繰り返してから再点灯する（Ｓ１０８）。一方、指紋照合結果が一致する場合には（Ｓ１０６のＹＥＳ）、コンピュータ装置６へのログインは成功する（Ｓ１０９）。そして、コンピュータ装置６へのログインが成功したことを利用者に知らせるために、指紋照合装置１の光源手段２ｃは１回点滅してから消灯する（Ｓ１１０）。
指紋照合結果の一致・不一致を利用者に知らせるための光源手段２ｃの点灯、点滅及び消灯の制御は、指紋照合結果の一致・不一致を区別できる方法であれば、その他の方法を用いることもできる。尚、光源手段２ｃの点灯、点滅及び消灯がどのような指紋照合操作のガイダンス表示を示すものかは、指紋照合装置１に貼付した説明用シール等を用いて予め利用者に知らせておく事によって、より正確に利用者にガイダンス表示の意味を伝えることができる。
【００２１】
上記のような構成であれば、コンピュータ装置６へのログイン認証時に指紋照合装置１のみに対処すれば良く、利用者がコンピュータ装置６のディスプレイ画面と指紋照合装置１の両方に対処する煩雑さを解消でき、認証手続きを簡素化することができる。
また、指紋照合装置１の光源手段２ｃに、プリズム２ａ上の指を照射する機能と、指紋照合操作のガイダンス指示の機能との両方を持たせたことにより、指紋照合装置１に新たな部品を付加すること無く、指紋照合操作が分かり易い指紋照合装置１を得ることができる。
【００２２】
また、上記のような構成であれば、指紋照合装置１とコンピュータ装置６との通信異常が生じたとき等に、光源手段２ｃを点灯させて指紋照合装置１の異常を利用者に知らせることもでき、指紋照合装置１の通信チェックなどの保守機能を実行した場合には、光源手段２ｃを点滅させて指紋照合装置１の動作状況を利用者に知らせることもできる。
【００２３】
なお、本実施の形態では、コンピュータ装置へログインするための個人認証を行う指紋照合装置について説明しているが、本発明はこれに限られるものではなく、セキュリティー等のために個人判別の手段として用いられる指紋照合装置一般に用いることができる。この場合、指紋照合装置１に操作ガイダンス用の新たな部品（ＬＥＤ等）を付加すること無く、指紋照合操作が分かり易い指紋照合装置を得ることができる。また、このことは実施の形態２・３についても同様である。
【００２４】
実施の形態２．
本発明による指紋照合装置の一実施形態について図５を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態２に係わる指紋照合装置の構成を示すブロック構成図であり、光源手段２ｃの構成を除いて、他の点は実施の形態１で説明した図１と同様である。なお、実施の形態１と同一又は相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。
【００２５】
図５において、２ｃはプリズム２ａへ光を放射するＬＥＤ等から構成される光源手段、２ｄは光源手段２ｃの点灯及び消灯を制御する光源制御手段である。光源手段２ｃは３個の点光源（光源）たるＬＥＤから構成されており、それぞれのＬＥＤは緑・赤・橙の異なる色を発色するものである。次に、光源手段２ｃの３個のＬＥＤの点灯例について図６を用いて説明する。図６は本発明の実施の形態２に係わる光源手段２ｃの点灯例を示す説明図である。図６において、指紋照合の結果が一致した場合は、光源制御手段２ｄは緑のＬＥＤを点灯させる。また、指紋照合の結果が一致しない場合は、リトライを要求するために光源制御手段２ｄは橙のＬＥＤを点灯させる。また、連続して所定回数以上リトライしても指紋照合の結果が一致しない場合は、光源制御手段２ｄは赤のＬＥＤを点灯させる。
【００２６】
次に、図５に示す本実施形態の指紋照合装置の動作について図７を用いて説明する。図７は本発明の実施の形態２に係わる指紋照合装置によってコンピュータ装置へのログイン認証を行う流れを示すフロー図である。Ｓ２０１からＳ２０６までは、実施の形態１で説明したＳ１０１からＳ１０６までと同様であるので説明は省略する。
指紋照合結果が一致しない場合には（Ｓ２０６のＮＯ）、コンピュータ装置６へのログインは失敗する（Ｓ２０７）。そして、未だ連続して所定回数以下しかリトライしていない場合には（Ｓ２０８のＹＥＳ）、光源制御手段２ｄは橙色のＬＥＤを点灯する（Ｓ２０９）。また、連続して所定回数以上リトライしている場合には（Ｓ２０８のＮＯ）、光源制御手段２ｄは赤色のＬＥＤを点灯し（Ｓ２１０）、指紋照合がＮＧであることを利用者に知らせる。
【００２７】
一方、指紋照合結果が一致する場合には（Ｓ２０６のＹＥＳ）、コンピュータ装置６へのログインは成功する（Ｓ２１１）。そして、コンピュータ装置６へのログインは成功したことを利用者に知らせるために、光源制御手段２ｄは緑色のＬＥＤを点灯する（Ｓ２１２）。
【００２８】
上記のような構成であれば、利用者は光源手段２ｃからの光の色別に操作ガイダンス表示を認識できるため、より指紋照合装置１での照合結果が分かり易くなり、指紋照合装置１の操作性を向上させることができる。
また、上記のような構成であれば、指紋照合装置１とコンピュータ装置６との異常が生じたとき等に、異常の内容毎に点灯する光源手段２ｃのＬＥＤの色を変えることにより、利用者に指紋照合装置１の異常内容を分かりやすく伝えることも可能である。更に、指紋照合装置１の通信チェックなどの保守機能を実行した場合には、保守点検の内容毎に点灯する光源手段２ｃのＬＥＤの色を変えることにより、利用者に指紋照合装置１の保守点検の内容を分かりやすく伝えることもできる。
【００２９】
実施の形態３．
指紋センサ２に入力された指紋画像からプリズム２ａ上の指の位置ずれを検出する検出方法の一例について、実施の形態１で説明した図１と、図８とを用いて説明する。図８は、プリズム２ａ上の指の位置ずれの検出を説明するための説明図である。
利用者が指紋照合装置１のプリズム２ａ上に指を置くと、指紋照合手段４は撮像手段２ｂからの出力指紋画像から図８の（ｂ）に示すような照合指紋方向角データを得ることができる。この方向角データは、指紋隆線の大局的な流れの方向をコード化して求められる。ここでは、出力指紋画像を２０×２０のウインド領域に分割し、各ウインド毎に指紋隆線の流れの方向を計算し、例えば４方向に分類・コード化して方向角データを得る。
【００３０】
この照合指紋方向角データをＡｓ、予め指紋を登録する際に得られた登録指紋方向角データをＡｆとして、それぞれ、
【００３１】
【数１】

【００３２】
とする。ここにｎ，ｍはそれぞれＸ，Ｙ方向に並ぶウインド領域の数を表す。いま図８（ｂ）に示すように、照合指紋方向角データが登録指紋方向角データに対して、Ｘ，Ｙ方向にそれぞれｐ，ｑウインドだけ平行移動した場合を考える。このとき対応するウインド領域の方向角の差の２乗平均Ｓ（ｐ，ｑ）は次の式から算出される。
【００３３】
【数２】

ここに、
【００３４】
【数３】

【００３５】
【数４】

【００３６】
そして、上記ｐ，ｑの条件を満たす全ての（ｐ，ｑ）の組み合わせに対して、Ｓ（ｐ，ｑ）の値を計算する。このＳ（ｐ，ｑ）の値は、実際の位置ずれ（平行移動）に最も近い（ｐ，ｑ）の組み合わせ（Ｐ，Ｑ）に対して、最小になると考えられる。即ち、照合指紋方向角データと登録指紋方向角データとが一致する部分が最大になるときに、Ｓ（ｐ，ｑ）が最小になる。そこでこのベクトル（Ｐ，Ｑ）が登録指紋に対する照合指紋のおよその位置ずれを表すと考える。従って、（Ｐ，Ｑ）方向に指をずらせば、照合指紋方向角データと登録指紋方向角データとが一致する部分が大きくなり、指紋照合率が向上する。
【００３７】
次に、上述のように検出したプリズム２ａ上に置かれた指の位置ずれを利用者に知らせて、正しい指置き位置へガイダンスするガイダンス表示について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係わる光源手段２ｃを構成するＬＥＤの配置構成を示す配置構成図である。図９（ａ）において、光源手段２ｃは３×３のマトリクス状（格子状）に並べられた９個の点光源（光源）たるＬＥＤから構成されている。また、光源制御手段２ｄは９個のＬＥＤの内、任意のＬＥＤのみを点灯及び消灯させることができる。従って、プリズム２ａ上に置かれた利用者の指を照射する場合には、９個のＬＥＤの全てを発光させても、その内の一部のＬＥＤを発光させても良い。
【００３８】
求められた位置ずれ方向ベクトル（Ｐ，Ｑ）の方向成分から、指紋照合手段４はいずれの方向に位置ずれしているかを判定して、その方向に対応するＬＥＤを中央のＬＥＤを除いた８個のＬＥＤの内から選択して、そのＬＥＤを点灯させる。即ち、３６０°を８個のＬＥＤに対応する８方向成分に分割し、方向ベクトル（Ｐ，Ｑ）がこの８方向の内いずれであるかを判定し、このＬＥＤを点灯する。このようにすれば、指紋照合装置１のプリズム２ａ上に置かれた指の位置ずれを利用者に知らせて、適切な位置に指を置くようにガイダンスすることができ、照合指紋方向角データと登録指紋方向角データとが一致する部分が大きくすることで、指紋照合率を向上させることができる。
【００３９】
また、実施の形態２ではＳ２０９で説明したように、指紋照合結果が一致しない場合には、光源制御手段２ｄはリトライを示す橙色のＬＥＤを点灯させているが、本実施の形態では位置ずれを修正する方向のＬＥＤを点灯させることで、指紋照合結果が一致せずにリトライすべきことを利用者に知らせることができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の発明から明らかなように本発明に係わる指紋照合装置は、操作が簡易で分かり易く、また、指の位置ずれについても適切に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態１に係わる指紋照合装置の構成を示すブロック構成図である。
【図２】この発明の実施形態１に係わる指紋照合装置の外観図である。
【図３】この発明の実施形態１に係わる指紋照合装置によってコンピュータ装置へのログイン認証を行う流れを示すフロー図である。
【図４】この発明の実施形態１に係わる指紋照合装置の光源手段の点灯及び消灯を示す説明図である。
【図５】この発明の実施形態２に係わる指紋照合装置の構成を示すブロック構成図である。
【図６】この発明の実施形態２に係わる指紋照合装置の光源手段の点灯例を示す説明図である。
【図７】この発明の実施形態２に係わる指紋照合装置によってコンピュータ装置へのログイン認証を行う流れを示すフロー図である。
【図８】この発明の実施形態３に係わる指紋照合装置のプリズム上の指置き位置の位置ずれの検出を説明するための説明図である。
【図９】この発明の実施形態３に係わる指紋照合装置の光源手段の配置構成を示す図である。
【図１０】従来の指紋照合装置の構成を示すブロック構成図である。
【図１１】従来の指紋照合装置によってコンピュータ装置へのログイン認証を行う流れを示すフロー図である。
【符号の説明】
１指紋照合装置、２指紋センサ、２ａプリズム、２ｂ撮像手段、２ｃ光源手段、２ｄ光源制御手段、３指置き判定手段、４指紋照合手段、５通信手段、６コンピュータ装置。

Claims

指が接触する平面部が露出する光学部材を有する筐体と、
前記光学部材の平面部に接触した指に対して光を照射する光源手段と、
前記平面部に接触した指による反射光を撮像して前記指の指紋画像を出力する撮像手段と、
あらかじめ撮像した指紋画像をＸＹ座標のＸ方向とＹ方向との複数の領域に分割して、分割した領域ごとに求めた指紋隆線の流れの方向を示す登録指紋方向角データをあらかじめ記憶し、前記撮像手段が出力した指紋画像と、前記あらかじめ記憶した登録指紋方向角データとから、前記平面部に接触された指の位置ずれを検出する指紋照合手段とを備え、
前記光源手段は、格子状に配置された複数の光源を有し、
前記指紋照合手段は、前記撮像手段が出力した指紋画像を前記複数の領域に分割し、分割した領域ごとに指紋隆線の流れの方向を示す照合指紋方向角データを求め、求めた照合指紋方向角データとあらかじめ記憶した登録指紋方向角データとを比較して照合指紋方向角データと登録指紋方向角データとが一致する領域の数が最大になる場合の指紋画像のＸ方向の位置ずれとＹ方向の位置ずれとを求め、求めたＸ方向の位置ずれとＹ方向の位置ずれとに対応する光源を前記格子上に配置された複数の光源から選択し、選択した光源を点灯させる
ことを特徴とする指紋照合装置。