JP4931426B2 - 縞模様を含む画像の照合装置 - Google Patents
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なお、本発明に置いて縞模様とは、一定の方向に対して周期的に画素値が変動する模様をいう。ただしその周期自体が変動するかしないかは問わない。
なお本発明に係る照合装置において、所定の条件を満たさない場合、周波数成分選択制御部は、所定の閾値を変更する前よりも大きな値にすることが好ましい。
バンドパスフィルタ処理を行うことにより、画像に含まれる対象物とは関係のない周波数成分を除去することができ、画像から効率的にノイズを除去することができる。なお、所定の周波数範囲を、画像に含まれる対象物の構造に基づいて縞模様の縞方向が変化する角度に相当する周波数の変動量を含むように設定することが好ましい。縞方向の変動を考慮して画素値の変動成分を残せるため、誤ってその対象物の情報を失う危険性を低下させることができる。
本発明に係る照合装置の一例である指紋認証装置は、取得した指紋画像から、指紋の隆線の端点及び分岐点を特徴点として抽出した特徴点リストを作成し、予め記憶されている被照合者の指紋の特徴点リストと照合することにより認証を行う装置である。
操作・表示部2は、指紋認証装置1の操作者、すなわち被照合者が、識別番号INの入力、行いたい動作の選択(例えば、特定の部屋への入室)などの操作を行うものである。また操作・表示部2は、操作のガイダンスを表示又は音声指示するものであり、タッチパネルディスプレイとスピーカで構成される。また、タッチパネルの代わりに、キーボード又はマウスのような入力デバイスと液晶ディスプレイのような単純な表示デバイスで構成してもよい。なお、ガイダンスの音声指示を行わない場合には、スピーカを省略してもよい。
操作・表示部2で入力された識別番号INなどのデータは、画像照合部5で呼び出す登録特徴点リストFrのような登録指紋データの特定などに使用される。
登録特徴点リストFrは、予め登録された被照合者の指紋画像から作成した特徴点リストであり、隆線の分岐点、端点などの各特徴点の位置をリスト形式にしたものである。登録特徴点リストFrは、後述する画像照合部5による入力特徴点リストFiの作成と同じ方法で作成される。特徴点リストの詳細及び作成方法については、後述する。
また記憶部4は、画像照合部5が使用するプログラム、各種設定ファイル、パラメータなども記憶する。これらは、指紋認証装置1の起動時など、所定のタイミングで必要に応じて画像照合部5により読み出される。
制御部15は、記憶部4から読み込まれたプログラム及び操作・表示部2からの入力信号にしたがって、操作・表示部2、指紋入力部3、記憶部4及び出力部6の各部の制御、指紋画像など各種データの受け渡しなどを行う。また、制御部15は、画像照合部5内の画像修正部10、二値化部11、細線化部12、特徴抽出部13及び照合部14による処理を制御する。
画像修正部10は、画像分割部110、周波数スペクトル解析部120、スペクトル記憶部130、周波数成分選択部140、画質評価部150、周波数成分選択制御部160、選択パラメータ記憶部170、周波数フィルタ部180、画像再構成部190及び指紋画像合成部200を有する。そして画像分割部110は、多値指紋画像Mを複数の小領域に分割する。周波数スペクトル解析部120は、各小領域ごとにフーリエ変換を行って多値指紋画像Mの小領域ごとの周波数スペクトル画像を算出する。スペクトル記憶部130は、算出された各小領域ごとの周波数スペクトル画像を一時的に記憶する。周波数成分選択部140は、各周波数スペクトル画像について、ある程度以上の振幅を有する周波数成分のみを選択し、選択スペクトル画像を生成する。画質評価部150は、選択スペクトル画像に基づいて、隆線の縞方向を特定する。そして画質評価部150は、その縞方向に対する選択された周波数成分の集中度を表す指標に基づいて、周波数成分選択部140における周波数成分の選択が適切か否か評価する。周波数成分選択制御部160は、画質評価部150が周波数成分の選択を不適切と判断した場合、周波数成分選択基準を調整し、周波数成分選択部140において再度選択スペクトル画像を生成させる。また周波数成分選択基準を、再度の調整に利用するために選択パラメータ記憶部170に記憶させる。一方、画質評価部150が周波数成分の選択を適切と判断した場合、周波数フィルタ部180は、各選択スペクトル画像ごとに、隆線の縞方向に基づいて、隆線の端点及び分岐点の周波数特性を考慮して決定した所定の周波数帯域の周波数成分を残し、他を減弱させるようなバンドパスフィルタ処理を行う。画像再構成部190は、周波数フィルタ部180でバンドパスフィルタ処理された各選択スペクトル画像を逆フーリエ変換して各小領域ごとの指紋画像を再構成する。最後に指紋画像合成部200は、画像再構成部190で復元された各小領域ごとの指紋画像を合成してノイズ除去された多値指紋画像M’を得る。
画像分割部110は、指紋入力部3から取得した多値指紋画像Mを横p個、縦q個の複数の小領域Li(i=1,2,・・・,m)(ただし、m=p×q)に分割する。各小領域Liは、例えばそれぞれ矩形領域とすることができ、多値指紋画像Mを碁盤目状に分割する。また各小領域Liは、以後の処理で隆線の縞方向の周波数成分の特定を容易にするために、隆線が略平行な複数の直線状として観察されるような大きさとする。
なお、以下の説明において、各小領域内Liの画像をfi(x,y)と表記する。ここでxは水平方向の座標値であり、yは垂直方向の座標値である。またfi(x,y)の出力値は、座標(x,y)の画素の画素値を表す。
本実施形態では、各小領域Liの周波数スペクトル画像Fi(u,v)を32×32画素の画像として算出した。また算出された各周波数スペクトル画像Fi(u,v)は、スペクトル記憶部130及び周波数成分選択部140に送られる。
なお、スペクトル記憶部130の代わりに記憶部4を使用し、スペクトル記憶部130を省略することもできる。
生成された各選択スペクトル画像Fsi(u,v)は、スペクトル記憶部130及び画質評価部150へ送られる。
得られた方向線dl(傾きa)は、集中度算出手段152に送られる。
なお複雑度Cを求める式は上記に限られない。代わりに、以下の式を用いてもよい。
集中度算出手段152は、算出した指標(複雑度C)を評価手段153へ送る。
なお画質評価部150は、上記の画質評価を、全ての選択スペクトル画像Fsi(u,v)(i=1,2,・・・,m)に対して行う。
なお、選択パラメータ記憶部170の代わりに記憶部4を使用し、選択パラメータ記憶部170を省略することもできる。
多値指紋画像M’の生成が終了すると、画像修正部10は、その多値指紋画像M’を二値化部10へ送る。
二値化部11は、多値指紋画像M’の着目画素Cの画素値Icを所定の二値化閾値ThdBINと比較する。そして二値化部11は、多値指紋画像M’の着目画素Cに対応する二値指紋画像Bの画素の値BCを以下のように設定する。
IC≧ThdBINの場合、BC=‘255’
IC<ThdBINの場合、BC=‘0’
ここで、二値指紋画像Bにおいては、画素値‘255’を谷線画素値とし、‘0’を隆線画素値とする。つまり、BCの値が‘255’であることは、その画素が谷線画素であることを示す。一方、BCの値が‘0’であることは、その画素が隆線画素であることを示す。
なお、BCの値は、‘0’と‘255’の組み合わせに限られず、二値指紋画像Bを表現するデータ形式で扱うことが可能な任意の二つの異なる値、例えば‘0’と‘1’を使用することができる。
なお以下では、説明の便宜上、二値指紋画像B及び細線化二値指紋画像BTにおける隆線画素の値を‘0’、谷線画素の値を‘255’で表す。
図9において、黒く示された部分は細線化された隆線領域を表す。また、図9において、隆線領域の終端となっている部分900及び910が、隆線の端点であり、隆線が1本から2本に分岐している部分920が分岐点である。これらの特徴点の位置、数は、個人毎に異なるため、指紋の照合を行うための非常に有益な情報となる。
なお、抽出する特徴点は、上記のものに限られない。例えば、各特徴点間の位置関係、隣接する特徴点間の間に存在する隆線又は谷線の本数などを特徴点として抽出してもよい。
出力部6は、画像照合部5の照合結果を示す信号などを外部機器に出力する。
図10は、指紋認証装置1における、指紋認証の動作を示すフローチャートである。なお、以下に説明する指紋認証装置1の動作は、画像照合部5に読み込まれたプログラムにしたがって、画像照合部5の制御部15により実行される。
そして照合部14は、ステップS110において算出された類似度Siと所定の照合閾値ThdVを比較する(ステップS111)。ステップS111において、類似度Siが照合閾値ThdV以下の場合、画像照合部5は、認証に失敗したと判定する。そして指紋認証装置1は、操作・表示部2に認証に失敗したことを示すメッセージを表示する(ステップS112)。そして、再度操作者の指紋画像を取得するために、制御をステップS103の前に戻す。
例えば、ムラ補正は、多値指紋画像Mを32×32画素程度の部分領域に分割し、各部分領域について平均画素値及び画素値の分散を算出する。そして、その平均画素値及び画素値の分散が、多値指紋画像M全体の平均画素値及び画素値の分散と略等しくなるように画素値を変換する(画像解析ハンドブックp.478、高木幹雄、東京大学出版を参照)ことにより、ムラ補正を行うことができる。
2 操作・表示部
3 指紋入力部(画像入力部)
4 記憶部
5 画像照合部
6 出力部
10 画像修正部
11 二値化部
12 細線化部
13 特徴抽出部
14 照合部
15 制御部
110 画像分割部
120 周波数スペクトル解析部
130 スペクトル記憶部
140 周波数成分選択部
150 画質評価部
151 方向線算出手段
152 集中度算出手段
153 評価手段
160 周波数成分選択制御部
170 選択パラメータ記憶部
180 周波数フィルタ部
190 画像再構成部
200 指紋画像合成部
300 多値指紋画像
310、320、330 多値指紋画像の小領域
400、500、700、800 選択スペクトル画像
410、510、710、810 周波数成分
420、520、720、820 方向線
530、730 方向線の法線
600 多値指紋画像の小領域
610 隆線
620 分岐点
630 端点
900、910 特徴点(端点)
920 特徴点(分岐点)
Claims (4)
- 縞模様を含む画像を照合する画像の照合装置であって、
前記画像を取得する画像入力部と、
前記画像を周波数変換して周波数スペクトルを求める周波数スペクトル解析部と、
前記周波数スペクトルから、振幅の絶対値が所定の閾値以上である周波数成分を選択する周波数成分選択部と、
前記周波数成分選択部によって選択された周波数成分に基づいて、前記画像が照合に適する画質を満たすか否かを判断する画質評価部と、
前記画質評価部が、前記画像が前記画質を満たさないと判断した場合、前記所定の閾値を変更し、前記周波数成分選択部に該変更された所定の閾値以上の周波数成分を再選択させる周波数成分選択制御部と、
前記画質評価部が、前記画像が前記画質を満たすと判断した場合、前記選択された周波数成分に基づいて、前記周波数変換の逆変換を行って前記画像を再構成する画像再構成部と、
前記再構成された画像を用いて照合する照合部と、
を有し、
前記画質評価部は、
前記選択された周波数成分の分布に基づいて、前記画像に含まれる縞模様の縞方向を特定する方向線算出手段と、
前記選択された周波数成分が前記縞方向に集中している程度を表す指標を算出する集中度算出手段と、
前記指標が、略平行な複数の直線の周波数成分に対応する場合、前記画像が前記画質を満たし、一方、前記指標が当該周波数成分に対応しない場合、前記画像が前記画質を満たしていないと評価する評価手段を有する
ことを特徴とする照合装置。 - 前記画像が前記画質を満たさない場合、前記周波数成分選択制御部は、前記所定の閾値を変更する前よりも大きな値にする、請求項1に記載の照合装置。
- さらに、前記画質評価部が、前記画像が前記画質を満たすと判断した場合、前記選択された周波数成分に対し、前記縞方向に対応する周波数平面上の直線から所定の周波数以内の範囲に含まれない周波数成分を減弱させるバンドパスフィルタ処理を行う周波数フィルタ部を有し、
前記画像再構成部は、前記バンドパスフィルタ処理を行った周波数成分に基づいて画像を再構成する、請求項1または2に記載の照合装置。 - さらに、画像を複数の領域に分割する画像分割部と、該複数の領域に分割された画像を一つの画像に合成する画像合成部とを有し、
前記画像分割部は、前記画像入力部に入力された画像を縞模様が略平行な複数の直線とみなすことが可能な程度の複数領域に分割し、
前記周波数スペクトル解析部は、前記複数領域それぞれについて周波数スペクトルを求め、
前記周波数成分選択部は、前記複数領域それぞれについて、振幅の絶対値が前記所定の閾値以上である周波数成分を選択し、
前記画質評価部は、前記複数領域それぞれについて、選択された周波数成分に基づいて、当該領域が照合に適する画質を満たすか否かを判断し、
前記画像再構成部は、前記複数領域それぞれについて、当該領域が前記画質を満たすと判断した場合、該選択された周波数成分に基づいて画像を再構成し、
前記画像合成部は、前記再構成された画像を一つに合成する、請求項1〜3の何れか一項に記載の照合装置。
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