JP5574515B2 - 生体認証デバイス及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、指紋情報による個人の識別の生体登録又は生体認証のためのデバイス及び方法に関する。本発明により、従来技術と比べてメモリ要件及び指紋センササイズを低減することができる。

例えばパスワード、アクセスコードなどによって保護される様々なタイプの設備の使用を単純化する１つの方法は、異なる物理的特徴に基づいてユーザを認識するデバイス、いわゆる生体認証でコードを置き換えることである。生体特徴の一タイプは指紋情報であり、指紋情報を使用して、設備、敷地などへのアクセスを得ようとするユーザの試行をテストし、確認又は拒否することができ、そのことはユーザ識別検証と呼ばれる。指紋情報を用いた検証は、ほとんどの場合、あらかじめ自分の指紋情報を当該の機器に格納しているユーザによって行われ、その手段によってテンプレートが作成される。このテンプレートを作成するための情報を、ユーザが後でアクセスしたい設備に入力することができ、又は中央の設備を介して入力することができる。

ユーザが当該の機器に対するアクセスを得ようと試みるとき、機器に対するアクセスをユーザに許可すべきか否かを判定するために、生体認証デバイスがユーザの指から情報を入力し、入力情報をテンプレートと比較する。

指紋情報を用いて検証する機器は、いくつかの要件、例えば信頼性及び速度を満たさなければならない。ポータブルデバイス、例えば携帯電話、ポータブルコンピュータ、様々なカードなどでの検証はさらに、機器が可能な限り小型、軽量で、エネルギー効率の良いものでなければならないことを必要とする。別の要件は、機器が可能な限り安価であるべきことである。

指紋情報を用いてユーザの識別を検証する周知のタイプのデバイスは、ユーザの指紋から情報を読み取り、入力情報を指紋の表現と組み合わせ、次いでそれをあらかじめ格納されたテンプレートと比較することによって情報をテンプレートと比較する。そのようなタイプの機器の欠点は、蓄積される指紋の表現のために多量のメモリを必要とすることである。これは、基準情報を登録する周知のデバイスの欠点でもある。メモリはコストが高く、スペースを占有し、多量の電流を必要とし、そのことは、周知のデバイスが比較的コストが高く、大型であることを意味する。多量のメモリの使用により、システムが低速にもなる。

コストに影響を及ぼし、スペースを占有する別のパラメータは、検証のために指紋情報を読み取るのに使用されるセンサの表面積である。この表面積は、ラインセンサと呼ばれるもの、言い換えれば、指とセンサが互いに相対的に移動することなしに完全な指紋を読み取るにはその表面積が小さ過ぎるセンサを使用することによって削減することができる。そのようなセンサを用いた検証又は登録の間、指がセンサに対して移動し、上述の指紋の表現が、連続的に入力された部分的エリアに基づいてメモリ内に蓄積される。したがって、ラインセンサは、実際のセンサのサイズ及びコストに関する要件を満たすが、メモリに対する要件は残る。ラインセンサを使用して、機器は、指がそれに対して単に置かれ、又は保持される表面エリアセンサを使用する機器とは別個のものとして、移動する指から情報を読み取ることができなければならない。

従来技術の一例は、部分的イメージのシーケンスを使用して、指紋の複合イメージを集める方法を扱うスウェーデン特許公開５１５２３９号である。この文書は、例えば指紋のイメージを集めることをもっぱら扱うように見え、とりわけ、メモリ空間を大いに必要とするという上述の欠点がある。

欧州特許第０８１３１６４Ｂ１号は、指とセンサとの間の相対的摺動運動によって指紋イメージが収集されるシステムを開示する。センサは、ラインセンサ、即ち、指の幅より長く指の長さに対し相対的に短いバーの形態である。したがって、センサは、指紋イメージの部分的イメージを収集し、それらを加え合わせて完全なイメージにし、それがメモリに格納される。指紋のイメージは、センサ要素のマトリックスから形成される。

欧州特許第１３１７７３０Ｂ１号は、指紋をチェックする方法及びデバイスを開示する。この方法は、指エリアの少なくとも２つのデジタルイメージを連続して記録するステップと、記録イメージのそれぞれを、基準指エリアからの少なくとも１つの以前に記録した基準指紋を表す基準イメージと比較するステップとを含む。

欧州特許第０４７０５３０Ｂ１号は、２つの方向に対する、対応する指紋イメージに関する部分的密度差分を実施するステップと、対応する部分的差分値のヒストグラムの極値が両方の方向で生じる、特徴中心としての点を求めるステップと、対応する特徴中心の使用によって指紋検証を実施するステップとを含む指紋検証方法を開示する。

欧州特許第１１５０６０８Ｂ１号は、指先によって作成された指紋を記録するように構成されるセンサを備える、指紋をチェックするシステムを開示する。センサの表面は非常に小さいので、センサは、単に部分的指紋を記録することができるだけである。この部分的指紋が、完全な、以前に格納された基準指紋の様々な部分と比較され、部分的指紋が基準指紋と同一人物によるものかどうかが判定される。

英国特許第２３１０５２２Ｂ号は、入力指紋イメージデータを登録された指紋イメージデータと比較する指紋ＩＤシステムを開示し、指紋が登録されたデータに対応するかどうかを判定するために、詳細バルジライン方向パターン及びバルジライン曲率パターンが比較され、指紋イメージデータと登録されたデータとの間の合致度が２つのしきい値と比較される。合致度が２つのしきい値の間であるとき、詳細が、詳細高密度エリア及び詳細中密度エリアで次々に比較される。

米国特許第３６９９５１９Ａ号は、フライングスポットスキャナを使用して、指紋が一度に小さい部分だけ観測されるシステムを開示し、フライングスポットスキャナのスポットが各位置の所定の経路に沿って移動し、各位置の指紋の性質を示す電気的アナログ信号が与えられる。アナログ信号がデジタル形式に変換され、複数の記憶素子を有するメモリに一時的に格納される。メモリに格納された信号は、各記憶素子を通じて常に循環し、その角度方向の如何に関わらず詳細の検出（すなわち、リッジ終端、分岐など）が実現される。指定の詳細の発生を検出することは、記憶素子のうちの指定のものの状態を感知することによって達成される。

米国特許第４５８２９８５Ａ号は、カード検証プロセス中に所有者の供給される識別情報を処理し、肯定的な検証の結果として受諾信号を生成する内部プロセッサを備えるデータキャリアを開示する。内部プロセッサは、所有者の指先を感知し、対応する指紋ライン情報を得るセンサを備える検証デバイスを含む。指紋が有効と検証されたとき、受諾信号が生成される。

米国特許第４６０７３８４Ａ号は、リッジのパターンを有する指紋に関する分類コードを生成する構成を開示し、リッジは複数の基準特徴を有し、構成は、基準特徴のうちの第１のものの１対の十字線の交点を重ね合わせることを含む。基準特徴のうちの第２のものから第１の基準特徴に線が重ね合わされる。十字線は、十字線の象限を２等分するように配向される。十字線の所定の部分が交差するリッジは、分類コードを生成するようにカウントされる。

欧州特許第１３３０１８５Ｂ２号は、コントローラ及びメモリ手段と、指の部分的エリアからの指紋情報を連続的に読み取り、前記メモリ手段に格納する手段と、部分的エリアから読み取った指紋情報から検証データを抽出し、前記メモリ手段に格納する手段と、抽出した検証データの処理を検証する手段と、新しい部分的エリアからの指紋情報を読み取ったかどうかを判定する意思決定手段とを備える、指紋情報による個人の識別の生体認証のためのデバイスを開示する。少なくとも、新しい部分的エリアからの指紋情報を読み取った時点が、コントローラ手段によって使用され、メモリ手段の内容が更新され、前記更新は、以前に読み取った部分的エリアから指紋情報を除去することを含み、コントローラ手段はまた、格納された検証データを前記時点で、又は前記時点の前に更新する。このデバイスでは、フルサイズセンサを使用するシステムと比べたとき、指紋検証のためのメモリ要件が低減される。フルサイズセンサを使用するシステムと比べたとき、センサ表面のサイズも低減される。

上述のデバイス及び方法のすべては、かなりの量のメモリ及び／又は比較的大きいセンサ表面を必要とする。したがって、生体認証のための改良型のデバイス及び改良型の方法が依然として求められている。

スウェーデン特許公開５１５２３９号 欧州特許第０８１３１６４Ｂ１号 欧州特許第１３１７７３０Ｂ１号 欧州特許第０４７０５３０Ｂ１号 欧州特許第１１５０６０８Ｂ１号 英国特許第２３１０５２２Ｂ号 米国特許第３６９９５１９Ａ号 米国特許第４５８２９８５Ａ号 米国特許第４６０７３８４Ａ号 欧州特許第１３３０１８５Ｂ２号

したがって、本発明の目的は、ラインセンサ表面サイズが低減された、改良型の生体認証デバイスを提供することである。本発明の別の目的は、必要とするメモリが少ない、改良型の生体認証デバイスを提供することである。本発明の別の目的は、メモリ要件を低減することを可能にする、生体認証のための方法を提供することである。本発明の別の目的は、ラインセンサ表面サイズを低減することを可能にする、生体認証のための方法を提供することである。

本発明によるこの問題に対する解決策が、デバイスに関する請求項１の特徴部分及び方法に関する請求項１０に記載される。他の請求項は、本発明によるデバイス及び方法の有利な実施形態及び別の開発を含む。

処理手段と、指とラインセンサとの間の相対的摺動運動を通じて指のフラクショナルエリアからフラクショナル指紋イメージを連続的に取り込むラインセンサと、指紋情報を第１のメモリに連続的に格納する手段と、第１のメモリに格納された情報が部分的指紋エリアを構成するときを判断する意思決定手段と、第１のメモリに格納された部分的指紋エリアから有意なデータを抽出し、抽出した有意なデータを第２のメモリに格納する抽出手段とを備える、指紋情報を取り込み、部分的指紋エリアから有意なデータを抽出する生体認証デバイスを用いて、本発明の目的は、いくつかの連続するフラクショナルイメージが以前に格納したイメージと比較され、互いに組み合わされて、有意なデータの抽出に十分な大きさの部分的指紋エリアが形成されるように、取り込んだフラクショナル指紋イメージが第１のメモリに格納され、新しい指紋イメージデータが第１のメモリに格納されたとき、最も古く格納した指紋イメージデータが第１のメモリから廃棄される点で達成される。

本発明による生体認証デバイスのこの第１の実施形態により、限定されたサイズのラインセンサ、特に、限定されたライン数を有するラインセンサが使用されてフラクショナル指紋イメージが取り込まれ、フラクショナル指紋イメージが部分的指紋エリアに集められ、部分的指紋エリアが有意なデータの抽出のために使用されるデバイスが提供される。このようにして、メモリ要件が低減されると同時に、センササイズを削減することができ、センサ自体に関するコストと、メモリに関するコストがどちらも節約される。したがって、コスト効果のある生体認証デバイスが提供される。

本発明による生体認証デバイスの有利な別の開発では、ラインセンサは１０未満のラインを含む。好ましくは、８は２のべき乗であるので、ラインセンサに８ラインが含まれる。

指紋情報を取り込み部分的指紋エリアから有意なデータを抽出する本発明の方法は、指とラインセンサとの間の相対的摺動運動を通じて指のフラクショナルエリアからフラクショナル指紋イメージを連続的に取り込むステップと、第１のメモリに指紋情報を連続的に格納するステップと、有意なデータの抽出が実施されるように、集合部分的指紋エリアを構成するのに十分なフラクショナルエリアが第１のメモリに格納されるときを判定するステップと、第１のメモリに格納された集合部分的指紋エリアから有意なデータを抽出するステップと、抽出した有意なデータを第２のメモリに格納するステップと、各フラクショナルイメージを以前に取り込んだフラクショナルイメージと比較するステップと、フラクショナルイメージを組み合わせて、有意なデータの抽出に十分な大きさの部分的指紋を形成するステップと、新しい指紋イメージデータが第１のメモリに格納されたとき、第１のメモリから最も古く格納した指紋イメージデータを廃棄するステップと、を備える。

添付の図面に示される実施形態を参照しながら、以下でより詳細に本発明を説明する。

ラインセンサ上で走査される概略的な指を示す図である。 本発明によるデバイスの概略図を示す図である。 指紋エリアの一部の概略図である。 本発明の方法の流れ図である。

以下で説明するさらなる開発を伴う本発明の実施形態は、一例に過ぎないとみなすべきであり、特許請求の範囲によって与えられる保護範囲をいかなる形でも限定するものではない。

図１に、センサ表面エリアに隣接して配置されたセンサ要素により、指から情報を読み取り、登録するのに使用されるセンサ２に対して配置される指Ｆを概略図で示す。センサは、この場合はラインセンサと呼ばれるものであり、言い換えれば、指紋全体を入力し、又は読み取るために、指とセンサを互いに対して移動しなければならないような合計センサ表面積Ｌを有するセンサである。これは通常、速度ｖでラインセンサを横切る摺動運動で指を移動することによって行われる。

ラインセンサによって覆われるエリアＬは矩形であり、例として、８ラインのセンサ要素、いわゆるピクセルを含む。ラインセンサはもちろん、１２などの他の数のラインも含むことができるが、シリコンを節約するために、ラインセンサの表面は可能な限り小さくなるべきである。本発明のデバイス内に含まれるラインセンサは、単一のイメージからの有意なデータの抽出を可能とするのに十分な大きさである１つの部分的指紋エリアを読み取ることができるには小さ過ぎる。センサの幅は、完全な指幅又は指幅の一部を覆うように選ぶことができる。センサ要素がそれに従って働くセンサ原理は、大部分は任意に選ぶことができるが、例として、光センサ、容量型センサ、熱センサ、及び圧力センサを挙げることができる。各ピクセルは、一定の解像度、例えば８ビットで値を読み取ることができ、言い換えれば、ピクセルが読み取り／生成する値は、０〜２５５の間で変化することができる。ピクセル要素の物理的サイズは、例えば１０〜１００平方μｍの範囲でよく、好ましくは５０〜７０平方μｍの間の範囲でよい。

図２に、本発明によるデバイスの概略図を示す。デバイスは、指がそれに対して走査されるラインセンサ２を備える。指紋の読取りの開始前に、デバイスはスタンバイモードであり、デバイスのメモリは空である。特定の第１の時刻に、その特定の時刻にラインセンサを覆う指紋のフラクショナルエリアの表現を含む第１のイメージがセンサから取り込まれる。イメージが第１のメモリ６に格納され、バッファにも保存される。図示する例では、イメージは、８ラインのピクセルを有するラインセンサから得られた８ラインの情報を含む。特定の第２の時刻に、第２のイメージが取り込まれる。

第２のイメージが、第１のメモリに格納されたイメージと比較され、新しい情報の量が識別される。次いで、例えば第２のイメージで検出された新しいラインのみを追加することにより、又は例えば平均化方法を使用して、完全な第２のイメージを格納されたイメージにマージすることにより、第２のイメージの情報が、格納されたイメージに追加される。このとき、メモリは、第１のイメージからの情報と、第２のイメージからの情報のどちらも含む。第３のイメージが取り込まれ、バッファに格納されたイメージと比較され、新しい情報が識別され、第３のイメージが、上記と同様の方式で、格納されたイメージと組み合わされる。このようにして、第１のメモリに格納されたイメージが、取り込まれた各イメージと共に増大する。例えばラインセンサのライン数及びクロック速度に応じて、いくつかの反復の後、部分的指紋エリアに対応するイメージが、第１のメモリで集められる。部分的指紋エリアのサイズが、登録又は検証アルゴリズムによって必要とされる有意なデータ抽出のために十分な大きさであるとき、格納されたイメージはもはや増大する必要はなく、新しいイメージデータの追加後に、バッファ内の最も古いイメージに対応するデータを廃棄することができる。これにより、この時点の後、格納されたイメージデータが、ある程度一定に保たれる。

イメージ取込みに関する特定の時刻の間の間隔、すなわちクロック速度を求める方式は、様々な方式で行うことができる。１つの方式は単に、定義済みのクロック速度を有するクロックを使用することである。そのような方法は、指がセンサ上で走査される速度の如何に関わらず同じ時間間隔でイメージを取り込むので、比較的柔軟性が低い。このようにして、同一の情報を含むいくつかのイメージが取り込まれることがあり、それ自体はシステムには影響を及ぼさないが、より多くのエネルギーを必要とする。外部センサを使用して指速度を求めることができ、このセンサを使用して、クロックのクロック速度を制御することができる。

コントローラ手段に、２つの連続的に取り込まれたイメージを比較させ、２つのイメージ間の差を評価させることも可能である。この情報を使用して、次のイメージ取込みまでの時間間隔を判断することができる。システムは、指に対する最高の許容走査速度に対して適合された、イメージ取込みに関する高いクロック速度で開始し、次いで指の実際の走査速度に対して適合される。このようにして、システムは、必要以上のイメージを取り込まず、それにより、システムについての必要なエネルギーが低減される。

クロック速度を求めるための別の可能性は、まず、いくつかの取り込まれたイメージを指の走査速度を検出するためだけに使用し、この情報を使用して、指紋の取込みのためのクロック速度を設定することである。次いで、メモリが消去され、指紋の実際の取込みが開始される。

エネルギーを節約する別の方式は、イメージ取込みレートを最高の許容指速度に適合させることである。この場合、イメージは定常状態で取り込まれる。次いで、取り込まれた各イメージが前のイメージと比較され、それらの間の差が特定の値未満であるである場合、例えば差が４ライン未満であるとき、イメージが廃棄され、次いで次のイメージが使用される。このようにして、メモリへのイメージの格納操作数が削減される。

取り込まれたイメージは、このようにしてメモリ内で共に加えられ、部分的指紋エリアが蓄積される。部分的指紋エリアはフラクショナル指紋エリアよりも広い。いくつかの周知の生体認証システムでは、完全な部分的指紋エリアを読み取ることのできるラインセンサが使用される。そのような場合、部分的指紋エリアを使用して、有意なデータを直接的に抽出することができる。図示する例では、部分的指紋エリアは、例えば３２ラインの情報を含むことができる。取り込まれたイメージ間の重なりに応じて、説明する例では、部分的指紋エリアを得るために、少なくとも５つのフラクショナル指紋エリアを取り込まなければならない。

メモリが、少なくとも定義済みの数のライン、すなわち３２ライン又はそれ以上からなる部分的指紋エリアを含むとき、部分的指紋エリアからの有意なデータを、格納されたイメージから抽出することができる。好ましくは、有意なデータは、１つ又は複数の有意なエリアＰからなり、それを使用してユーザの指紋を特徴付けることができる。部分的指紋エリアの残りの部分から有意なエリア（複数可）を選び出し、同時に有意なデータを格納するためのメモリ要件を低減する方法で、有意なエリア（複数可）が、部分的指紋エリアから抽出される。有意なデータの抽出の準備ができているとき、１つ又は複数の有意なエリアの形の有意なデータが、第２のメモリに格納され、余分なデータが廃棄される。同時に、新しいデータがメモリに追加されるとき、有意なデータの抽出のために使用される部分的指紋エリアの最も古い部分を、第１のメモリから除去することができる。取り込まれたフラクショナルイメージからの情報の新しいラインを追加することができるためには、少なくともいくつかのラインの情報を保存する必要がある。有意なデータの抽出のために必要な部分的指紋エリアよりもいくぶん大きい循環バッファとして第１のメモリを実装することが有利である。スタックドメモリが使用されるとき、第１のメモリに最も早期のデータ情報をシフトアウトさせること、又は新しいデータが環状バッファに格納されるとき、使用されるデータ情報を上書きすることも可能である。このようにして、新しい取り込まれたイメージを挿入するための十分な場所と共に、メモリから抽出することのできる部分的指紋エリアが常に同時に存在することになる。部分的指紋エリアのデータを直接的に第１のメモリから使用することが好ましいが、有意なデータが抽出される前に、それを別のバッファに移動することも可能である。

有意なデータの抽出間の時間間隔を自由に選ぶことができる。しかし、部分指紋エリア内の情報を複数の抽出操作について使用することが有利である。例えば、部分的指紋エリアへの特定の新しい数のピクセルラインの追加後に抽出を実施することができる。一例では、８ピクセルラインが部分的指紋エリアに追加された後に抽出が実施される。このようにして、部分的指紋エリア内の情報の一部が４つの抽出操作で使用される。抽出間隔間の他の間隔も可能であり、好ましくは部分的指紋エリアの半分〜４分の１の間である。完全な部分的指紋エリアが単一の読取り操作で取り込まれる、以前に周知の方法では、有意なデータがそのエリアから抽出され、イメージの位置合せのために使用される境界線を除いて、後でエリアが廃棄され、新しい部分的指紋エリアが取り込まれる。そのような方法では、境界エリアは、抽出操作のために使用されない。本発明の方法では、完全な指紋エリアを使用して、有意なデータを抽出することができる。したがって、本発明の方法は、有意なデータを抽出するためにすべての指紋情報を使用することを可能にする摺動ウィンドウを提供する。これにより、システムの解像度が改善され、有意な情報を抽出する際の精度も改善される。これにより、検証又は登録のための精度を維持しながら有意なエリアの数を低減することが可能であるので、格納された有意なデータのサイズを低減することができる。

取り込まれたイメージが以前に取り込まれたイメージと重なり合うことは重要である。このようにして、メモリに格納された部分的指紋エリアに追加すべき、取り込まれたイメージの部分を検出することが可能となる。より大きい重なりも可能であったとしても、１〜２ラインの重なりが好ましい。使用されるラインセンサはサイズが非常に限定されるので、一度に取り込むことのできるのは、指紋のフラクショナルエリアのみである。いくつかのフラクショナルイメージが集められ、部分的指紋エリアが形成される。部分的指紋エリアは、抽出手段２３０が部分的指紋エリアから有意なデータを抽出することができるための十分な情報を含む。

図２に、本発明によるデバイスの概略図と、本発明に従ってどのようにデバイスで情報が処理され、データが抽出されるかの概略図を示す。ここでは、「抽出データ」という用語は、登録の場合の基準データ、及び検証の場合の検証データを指す。指のフラクショナルエリアから指紋情報を連続的に読み取るラインセンサ２、読み取った情報から一定の有意なデータを抽出する手段４、並びに処理手段８及び第１のメモリ手段６を備える制御及び計算のための手段が、本発明によるデバイス１内に含まれる。抽出及びさらなる処理を以下で詳細に説明する。デバイスは、意思決定手段３をさらに備える。

ラインセンサ２を用いた指紋情報の読取りは、指の移動と共にセンサによって指のフラクショナルエリアを読み取ることを含む。好ましくは、フラクショナルエリアは、イメージ取込み時にラインセンサ表面エリアを覆っている指の区間からなる。抽出手段４での抽出は、必ずしもそうではないが、いくつかのフラクショナルエリアがセンサ２によって読み取られ、その後で共に追加されて部分的指紋エリアが形成されたときに適切に開始される。

意思決定手段３の機能は、抽出手段４による指紋データの抽出を可能にするために、十分なフラクショナル指紋エリアが取り込まれ、部分的指紋エリアが形成されたかどうかを判定することを含む。複数の取り込まれたフラクショナルイメージから集められた部分的指紋エリアから抽出された有意なデータが、第２のメモリ７に格納される。本発明によれば、新しいデータが第１のメモリに格納されるとき、第１のメモリ６に格納された指紋情報の少なくとも一部を除去することができる。

好ましくは、意思決定手段３は、取り込まれたフラクショナルイメージデータが格納される第１のメモリ６、例えばＲＡＭを含むことができる。新しい部分的指紋エリアが集められたとき、抽出手段４は、これらのデータに対する作業を開始することができる。好ましくは、抽出手段は、新しい部分的指紋エリアをそこへコピーすることのできる第２のメモリ７、例えばやはりＲＡＭを備える。デバイス１はまた、制御及び計算のための手段８、例えばプロセッサ、ＣＰＵをも含む。十分なフラクショナルイメージデータが取り込まれ、抽出を行うための新しい部分的指紋エリアとして集められたと意思決定手段が判定したとき、集合部分的指紋エリアが意思決定手段から抽出手段に転送された後、抽出プロセスが抽出手段によって開始される。意思決定手段は、新しい部分的指紋エリアが集められたかどうかを引き続き確認する。

本発明の別の例では、フラクショナル指紋イメージが、直ちには部分的イメージに組み合わされない。その代わりに、すべて又はいくつかの取り込まれたフラクショナル指紋エリアが、メモリに連続的に格納され、すなわち互いに比較されるが、集められず、したがって指走査の完了後に、全指紋エリアからの情報がメモリに配置される。次いで、後のステージで、上述のような有意なデータの抽出をオフラインで処理することができる。このことは、メモリを節約するためにリアルタイムで実施しなければならない上記の方法と比べて、デバイスのプロセッサ能力をずっと低くすることができる点で有利である。オフライン処理の欠点は、メモリ要件が高くなることである。しかし、連続するフラクショナルイメージ間の比較データを使用することにより、重複イメージをなくすことができ、かなりのメモリ空間をなお節約することができる。次いで、部分的指紋エリアに分割された全指紋エリアに対して有意なデータの抽出を通常通り実施することができる。

有意なデータを、検証データ又は基準データのどちらとしても使用することができる。基準データは、最初にユーザがセンサの上でユーザの指を走査するときに格納されたデータである。基準データが、セキュリティシステムの外部メモリに格納され、新しく読み取った指紋を比較するための基準として使用される。基準データを読み取るとき、データが外部メモリに格納される。検証データを読み取るとき、検証データが、システムに格納された基準データと比較されるだけである。２つのデータセットが合致する場合、ユーザの識別が確認され、検証データが廃棄される。

本発明と共に使用することのできる一方法によれば、ユーザの指紋の全エリアからいくつかの有意なエリアＰを抽出することができる。使用することのできる有意なデータの一タイプを以下で説明するが、他のタイプの有意なデータ、例えばパターン認識に関する表現又はいわゆる詳細も本発明の範囲内で使用することができる。

デバイスは、抽出手段によって抽出された有意なデータを処理するように構成される別の処理手段５をさらに備える。別の処理手段は、ユーザの識別の後の検証で使用される、有意なデータの登録及び格納を含むことができ、又は実際の検証からなることができる。本発明によるデバイスを用いた登録と検証の両方を以下で説明する。別の処理手段５はこの場合、第２のメモリ７に格納された有意なデータを、内蔵又は外付けでよい、例えば第３のメモリ９に格納された、以前に格納された有意なデータと比較する。

本発明によるデバイスを用いた登録では、検証のために後で使用することができるように、いくつかの有意なデータ、基準データを抽出すべきである。本発明と共に使用することのできる一方法によれば、全指紋エリアＡからいくつかの有意なエリアＰを抽出することができる。使用することのできる有意なデータの一タイプを以下で説明するが、他のタイプの有意なデータ、例えばパターン認識の表現又はいわゆる詳細も本発明の範囲内で使用することができる。図３に、使用されるエリアの概略図を示す。

好ましくは、有意なエリアＰはすべて同一のサイズ及び形状であり、ここで使用する例では矩形である。集めた部分的指紋エリアＰａから有意なエリアＰを抽出するために、部分的指紋エリアよりも小さいが有意なエリアＰよりも大きい周囲エリアＱが使用される。好ましくは、周囲エリアＱは矩形である。Ｌは、フラクショナルイメージを読み取るセンサエリアである。

部分的指紋エリアＰａは、デカルト座標系を構成するとみなされ、周囲エリアＱは当初、座標系Ｐａ内の一定の位置、好ましくは座標系の左上隅に配置される。実施される手順では、その後で、周囲エリアＱが、部分的指紋エリアＰａ内で段階的に、好ましくは第１の軸上で一度に１ピクセルだけ移動し、第２の軸上の座標が維持され、その後で、第１の軸上の座標が一定のステップ、好ましくは１ピクセルだけ延長され、その後、第１の軸上の新しい座標を有するＱが、第２の軸上で一度に１ピクセルだけ移動し、部分的指紋エリアＰａの所望の部分が覆われるまで、又は所望の数の有意なエリアＰが部分的指紋エリア内で見つかるまで、その手順が反復される。

周囲エリアＱは、Ｐａ内の点（ｘ，ｙ）に原点を有する、座標系Ｐａ内の可動座標系とみなすこともできる。次いで、Ｑによって行われる移動は、Ｑに関する原点からのＰａ内の移動、言い換えればｘ及びｙの移動と見ることができる。

ｘ及びｙの値の各組合せについて（言い換えれば、Ｑの原点についての各位置について）、所定のサイズのＰで囲まれたエリアが固有のエリアであるかどうか、したがって後の検証のための基礎を形成することのできるテーブルに格納すべきかどうかを判定するためにチェックが行われる。所定のサイズを有するエリアを有意なエリアＰとみなすべきであると判定する条件は、周囲エリアＱ内で、そのエリアが、多数の方式で変更することのできる一定の所定の条件に従って、対応する所定のサイズのすべての他のエリアと異なることである。囲まれたエリアをその周囲の中で固有であるとみなすべきときを判定する厳密な基準は、いくつかの方式で変更することができ、したがってここでは詳細には説明しない。

上述の登録プロセスがいくつかの閉じられたエリアについて実施されたとき、テーブルは、有意なエリアＰの数を含むことになる。見つかった有意なエリアの数が定義済みの数未満である場合、登録は不成功であった可能性がある。登録手順で得られたテーブルは、後の検証のために使用される、それぞれの有意なエリアＰについて、又は少なくとも所定の数の有意なエリアＰについての情報を含まなければならない。

ユーザが上述の手順に従ってユーザ自身を登録したとき、テーブルに格納された情報を後のステージで使用して、例えば上述のタイプのセンサ、言い換えればラインセンサにより、ユーザの識別を検証することができ、すなわちある機器、建築物などへのアクセスをユーザに許可すべきかどうかを判定するのに使用することができる。この場合、したがって、さらなる処理のための手段は検証手段となる。

従来技術によれば、さらなる処理、例えば検証のために、ラインセンサによって読み取られるデータが格納され、一緒にされ、指紋の大きな部分のイメージ又は他の表現が形成される。

しかし、これによって多量のメモリが必要となり、コストが必要となり、検証機器が比較的大型となる。本発明は、以下で説明するように、多量のメモリ回路を必要とすることなくユーザの指紋の検証を可能にする解決策を提供する。

検証のために使用される実際のデバイス及び方法は、本発明の範囲内で変更することができるが、１つの可能なデバイス及び方法を以下で説明する。情報を読み取り、データを抽出する主な構成要素及びステップは、登録に関して上記で説明したものと適切にほぼ同様であり、その理由で、ここでは再び説明しない。

例えば、好ましくは上述の手順に従って、前の登録で作成されたテーブルを使用して、検証を実施することができ、前記テーブルは、ユーザの指のいくつかの別個のエリアからの検証データ、すなわち有意なデータを含む。

したがって、検証手段の役割は、集合部分的指紋エリアが、受け入れられる精度で、テーブルに格納されるのと同一の有意なエリアを含むかどうかを確認することであり、その手順がすべての有意なエリアについて反復される。抽出手段によって最初に抽出された集合部分的指紋エリアからのデータが、検証手段に直接的に転送され、検証手段は、有意なエリアがテンプレートに格納された有意なエリアのうちの１つと同一かどうかを検査する。後続の集合部分的指紋エリアについて、意思決定手段は、登録に関して先に説明したのと同一の機能を有し、言い換えれば、意思決定手段が、抽出手段が新しい集合部分的指紋エリアと共にいつ作業を開始すべきかを制御するのに使用される。

集合部分的指紋エリアがいくつかの格納された有意なエリアのうちの１つと同一である有意なエリアを含むかどうかを判定するためにチェックを行うべきとき、このことは、テーブルで利用可能な有意なデータが、集合部分的指紋エリアから抽出された対応する有意なエリアに対して受け入れられる類似性を有するかどうかを検査することによって行われる。

集合部分的指紋エリアから抽出された有意なエリアが、格納されたテーブル内の有意なエリアのいずれとも同一ではなく、又は同一に近くない場合、この有意なエリアの検証が不成功であったとみなされる。集合部分的指紋エリアからの有意なエリアうちの過度に多く又はすべてが、格納された有意なエリアと異なる場合、ユーザの識別の検証が不成功であったとみなされる。有意なエリアのすべて又は大部分が、集合部分的指紋エリアからの有意なエリアと同一であり、又は同一に近い場合、検証は成功であったとみなされる。

一定の有意なエリアの存在が検証されたと考えられるとき、その後で集められる、集合部分的指紋エリアから抽出された有意なエリアを検証するときに、それがどの有意なエリアであったかの知識を使用することが可能である。例えば、最初に集められた集合部分的指紋エリアから抽出された有意なエリアが、テンプレート内の第１の有意なエリアに対応すると考えられるように検証される場合、次の有意なエリアを検査して、それがテンプレート内の第２の有意なエリアであるかどうかを確認し、以下同様であることで十分である。このことは、多数の異なる方式で行うことができ、選ばれる方式は、本発明にとって決定的な重要性があるわけではない。

上記で論じた検証の代替では、集合部分的指紋エリアから、上記に従って有意なデータ、例えば有意なエリアを抽出し、後のステージで、こうしたデータをテーブルに順番に格納し、このテーブル内のデータを、登録から保存されたデータと比較することが可能である。

本発明は、上述の実施形態には限定されず、その代わりに、添付の特許請求の範囲内で自由に変更することができる。

デバイスに含まれる手段の物理的分割はもちろん、すべて原理上は受け入れられる多数の方式で行うことができる。図２に示されるのと同様に、読取り手段及び意思決定手段は別々の物理的ユニットでよく、抽出手段は、別の処理のための手段と一緒に１つのユニットを形成することができ、又は各手段は、別々の物理ユニットでよい。物理的ユニット及び機能ユニットのすべての組合せが、本発明の範囲内で原理上は想到できる。

図４の流れ図に示される、指紋情報を取り込み、部分的指紋エリアから有意なデータを抽出する本発明の方法は、指とラインセンサとの間の相対的摺動運動を通じて指のフラクショナルエリアからフラクショナル指紋イメージを連続的に取り込むステップと、第１のメモリに指紋情報を連続的に格納するステップと、有意なデータの抽出が実施されるように、集合部分的指紋エリアを構成するのに十分なフラクショナルエリアが第１のメモリに格納されるときを判定するステップと、第１のメモリに格納された集合部分的指紋エリアから有意なデータを抽出するステップと、抽出した有意なデータを第２のメモリに格納するステップと、各フラクショナルイメージを以前に取り込んだフラクショナルイメージと比較するステップと、フラクショナルイメージを組み合わせて、有意なデータの抽出に十分な大きさの部分的指紋を形成するステップと、新しい指紋イメージデータが第１のメモリに格納されたとき、第１のメモリから最も古く格納した指紋イメージデータを廃棄するステップとを含む。

ステップ１００では、デバイスはスタンバイ状態にある。デバイスは、指がラインセンサ上に配置されるときを検出する。ステップ１１０では、指のフラクショナルエリアの第１のフラクショナル指紋イメージが、指とラインセンサとの間の相対的摺動運動を通じて取り込まれる。使用されるラインセンサは、シリコンエリアを節約するために小さく保たれるので、フラクショナル指紋イメージは、６〜１２ラインの範囲の非常に限定された数のラインを含む。

ステップ１２０では、最初の取り込まれたフラクショナル指紋エリアが、第１のメモリＭ１に格納される。ステップ１３０では、指のフラクショナルエリアの別のフラクショナル指紋イメージが取り込まれる。ステップ１４０では、別のフラクショナル指紋イメージが、以前に取り込まれたフラクショナル指紋イメージと比較される。フラクショナル指紋データが組み合わされ、第１のメモリに格納され、有意なデータの抽出に十分な大きさの部分的指紋エリアが形成される。指の完全な指紋が読み取られるまで、ステップが反復される。ステップ１５０では、ラインセンサ上にまだ指が置かれているかどうかがチェックされる。そうでない場合、イメージの取込み及び処理が停止し、デバイスはスタンバイ状態１００に戻る。指が存在するが、センサ上で移動していない場合、有意なデータ抽出プロセスが停止する。指が移動中か否かを検出するために、前のイメージが、取り込まれたイメージと比較される。特定の時間にイメージに差がない場合、指の動きがないと想定されるが、動きが検出されるまで、イメージ取込みプロセスは続行し、動きが検出されたとき、有意なデータの抽出が再開される。指が表面を離れた場合、プロセスが停止し、デバイスはスタンバイ状態１００に戻る。

ステップ１６０では、第１のメモリ内の内容がチェックされる。第１のメモリ内のラインの量が定義済みの数より上であるとき、すなわち第１のメモリに格納されたイメージが部分的指紋エリアに対応し、有意なデータの抽出のために十分な大きさであるとき、イメージが、部分的指紋エリアから有意なデータを抽出するために使用される。同時に、新しい指紋イメージデータが第１のメモリに格納されたとき、最も古く格納された指紋イメージデータが第１のメモリから廃棄される。フラクショナル指紋エリアの次の格納が可能となるように、ポインタも第１のメモリでセットバックされる。有意なデータの抽出がステップ１７０で行われる。抽出された有意なデータが、第２のメモリＭ２に格納される。

ステップ１８０では、第１のメモリに格納された部分的指紋エリアがそれ以上あるかどうかがチェックされる。第１のメモリ内にもうイメージがなく、指が終了し、又は停止したことをステップ１５０が検出したとき、ステップ１９０で抽出が打ち切られる。

第２のメモリに格納された、有意な抽出後データは、ユーザの指紋によってユーザを識別するのに使用することのできる情報を含む。有意なデータを基準値として格納することができ、又は検証プロセスで格納された基準値と比較することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるとみなされるべきではなく、後続の特許請求の範囲内で、いくつかの追加の変形形態及び修正形態が可能である。

１： デバイス
２： ラインセンサ
３： 意思決定手段
４： 抽出手段
５： 別の処理手段
６： 第１のメモリ
７： 第２のメモリ
８： 処理手段
９： 以前に格納された有意なデータ
Ａ： 指紋エリア
Ｌ： ラインセンサエリア
Ｐ： 有意なエリア
Ｐａ： 部分的指紋エリア
Ｑ： 周囲エリア

Claims (11)

1. 指紋情報を取り込み、部分的指紋エリアから有意なデータを抽出する生体認証デバイス（１）であって、
   処理手段（８）と、
   指とラインセンサとの間の相対的摺動運動を通じて前記指のフラクショナルエリアからフラクショナル指紋イメージを連続的に取り込むラインセンサ（２）と、
   前記フラクショナル指紋イメージから得られた指紋情報を第１のメモリ（６）に連続的に格納する手段と、
   前記第１のメモリに格納された前記情報が、有意なデータを抽出するのに十分な大きさの部分的指紋エリアを構成するとき、を判断する意思決定手段（３）と、
   前記第１のメモリ（６）に格納された前記部分的指紋エリアから有意なデータを抽出し、抽出した有意なデータを第２のメモリ（７）に格納する抽出手段（４）と、
   を備え、
   いくつかの連続するフラクショナル指紋イメージが、以前に取り込んだフラクショナル指紋イメージと比較され、互いに組み合わされて、前記有意なデータの抽出に十分な大きさの部分的指紋エリアが形成されるように、取り込んだフラクショナル指紋イメージが前記第１のメモリ（６）に格納され、
   新しいフラクショナル指紋イメージが前記第１のメモリ（６）に格納されたとき、最も古く格納されたフラクショナル指紋イメージが前記第１のメモリ（６）から廃棄される、
   ことを特徴とする、生体認証デバイス。
2. 部分的指紋エリアが、少なくとも２つのフラクショナル指紋イメージからの情報を含むことを特徴とする、請求項１に記載の生体認証デバイス。
3. 部分的指紋エリアが、少なくとも５つのフラクショナル指紋イメージからの情報を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の生体認証デバイス。
4. 前記ラインセンサ（２）が２０未満のラインを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体認証デバイス。
5. 前記ラインセンサ（２）が１０未満のラインを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体認証デバイス。
6. 前記部分的指紋エリアが４０未満のラインを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体認証デバイス。
7. 前記第２のメモリ（７）に格納された前記有意なデータを、ユーザの指紋を表す以前に格納された基準値と比較するように構成された別の処理手段（５）、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の生体認証デバイス。
8. 前記取り込んだフラクショナル指紋イメージが矩形であり、新しいフラクショナル指紋イメージが、当該新しいフラクショナル指紋イメージの縁部のうちの１つで、以前に取り込んだフラクショナル指紋イメージと所定の重なりを有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の生体認証デバイス。
9. 抽出した有意なデータが以前に抽出した特徴と比較されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体認証デバイス。
10. 指紋情報を取り込み、部分的指紋エリアから有意なデータを抽出する方法であって、
    指とラインセンサとの間の相対的摺動運動を通じて前記指のフラクショナルエリアからフラクショナル指紋イメージを連続的に取り込むステップと、
    前記フラクショナル指紋イメージから得られた指紋情報を第１のメモリに連続的に格納するステップと、
    有意なデータの抽出が実施されるように、有意なデータを抽出するのに十分な大きさの集合部分的指紋エリアを構成するのに十分なフラクショナル指紋イメージが、前記第１のメモリに格納されるとき、を判定するステップと、
    前記第１のメモリに格納された集合部分的指紋エリアから有意なデータを抽出するステップと、
    抽出した有意なデータを第２のメモリに格納するステップと、
    を備え、
    各フラクショナル指紋イメージを、以前に取り込んだフラクショナル指紋イメージと比較するステップと、
    前記フラクショナル指紋イメージを組み合わせて、前記有意なデータの抽出に十分な大きさの部分的指紋エリアを形成するステップと、
    新しいフラクショナル指紋イメージが前記第１のメモリに格納されたとき、最も古く格納されたフラクショナル指紋イメージを前記第１のメモリから廃棄するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする方法。
11. 前記取り込んだフラクショナル指紋イメージが矩形であり、新しいフラクショナル指紋イメージが、当該新しいフラクショナル指紋イメージの縁部のうちの１つで、以前に取り込んだフラクショナル指紋イメージと所定の重なりを有する、請求項１０に記載の方法。

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