JP6075084B2 - Image conversion apparatus, image conversion method, biometric authentication apparatus, biometric authentication method, and computer program for image conversion - Google Patents

Image conversion apparatus, image conversion method, biometric authentication apparatus, biometric authentication method, and computer program for image conversion Download PDF

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Description

本発明は、例えば、画像に写った被写体の情報を非画像情報に変換する画像変換装置及び画像変換方法、画像変換用コンピュータプログラム、及びそのような画像変換方法を利用する生体認証装置及び生体認証方法に関する。   The present invention relates to, for example, an image conversion apparatus and image conversion method for converting information of a subject in an image into non-image information, a computer program for image conversion, and a biometric authentication apparatus and biometric authentication using such an image conversion method. Regarding the method.

近年、指紋または掌紋などの生体情報を利用して、個人を認証するか否か判定する生体認証技術が開発されている。生体認証技術は、入退室管理システム、ボーダーコントロール用システムまたは国民識別番号を用いたシステムといった登録された利用者の数が多い大規模なシステムから、コンピュータまたは携帯端末といった特定の個人が利用する装置まで、広く利用されている。   In recent years, biometric authentication technology for determining whether to authenticate an individual using biometric information such as fingerprints or palm prints has been developed. Biometric authentication technology is a device used by a specific individual such as a computer or mobile terminal from a large-scale system with a large number of registered users, such as an entrance / exit management system, a border control system, or a system using a national identification number. Until widely used.

例えば、生体情報として何れかの指の指紋が利用される場合、生体認証装置は、指紋を表す生体画像を入力生体画像として取得する。そして生体認証装置は、入力生体画像に表された利用者の指紋である入力生体情報を、予め登録された登録利用者の生体画像に表された指紋である登録生体情報と照合する。生体認証装置は、照合処理の結果に基づいて、入力生体情報と登録生体情報が一致すると判定した場合、その利用者を正当な権限を有する登録利用者として認証する。そして生体認証装置は、認証された利用者が生体認証装置が組み込まれた装置または生体認証装置と接続された他の装置を使用することを許可する。   For example, when a fingerprint of any finger is used as biometric information, the biometric authentication device acquires a biometric image representing the fingerprint as an input biometric image. Then, the biometric authentication device collates the input biometric information that is the fingerprint of the user represented in the input biometric image with the registered biometric information that is the fingerprint represented in the biometric image of the registered user registered in advance. If the biometric authentication device determines that the input biometric information and the registered biometric information match based on the result of the verification process, the biometric authentication device authenticates the user as a registered user having a legitimate authority. The biometric authentication device permits an authenticated user to use a device in which the biometric authentication device is incorporated or another device connected to the biometric authentication device.

また、生体画像から抽出された特徴情報をベクトル化し、そのベクトル化された特徴情報を照合に利用する技術が提案されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1を参照)。   In addition, a technique has been proposed in which feature information extracted from a biological image is vectorized and the vectorized feature information is used for collation (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1).

特開平10−177650号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-177650

Haiyun Xu他、「Spectral Minutiae: A Fixed-length Representation of a Minutiae Set」, Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW '08. IEEE Computer Society Conference, 2008年Haiyun Xu et al., “Spectral Minutiae: A Fixed-length Representation of a Minutiae Set”, Computer Vision and Pattern Recognition Workshops, CVPRW '08. IEEE Computer Society Conference, 2008

特徴情報をベクトル化して、その特徴情報ベクトルを照合に利用することにより、照合時の演算処理が簡単化される。そのため、いわゆる1:N認証方式のように多数の照合処理が実行される場合、あるいは、演算能力の低いプロセッサを用いて照合処理が実行される場合でも、照合に要する時間が短縮される。また、特徴情報ベクトルから、元の生体画像を復元することは困難であるため、生体認証装置が登録利用者の生体画像を記憶せず、特徴情報ベクトルのみを記憶することで、登録利用者の生体情報が漏洩するリスクが軽減される。特に、特徴情報ベクトルに対して不可逆な暗号処理を施すことにより、万が一、第3者が登録利用者の暗号化された特徴情報ベクトルを不正に取得しても、その第3者が登録利用者の特徴情報ベクトルを再現することは困難である。   By calculating the feature information as a vector and using the feature information vector for matching, the calculation processing at the time of matching is simplified. Therefore, even when a large number of collation processes are executed as in the so-called 1: N authentication method, or even when collation processes are performed using a processor with low calculation capability, the time required for collation is reduced. In addition, since it is difficult to restore the original biometric image from the feature information vector, the biometric authentication device does not store the biometric image of the registered user, but stores only the feature information vector. Risk of leaking biometric information is reduced. In particular, by applying irreversible encryption processing to the feature information vector, even if a third party illegally obtains the encrypted feature information vector of the registered user, the third party is the registered user. It is difficult to reproduce the feature information vector.

しかしながら、特徴情報ベクトルは、比較的少ない情報量しか持たないので、元の生体情報が有する、個人ごとに固有な情報が特徴情報ベクトルに十分に反映されないことがある。そのため、特徴情報ベクトルを照合処理に利用した生体認証装置では、認証精度が不十分となるおそれがある。一方、特徴情報ベクトルに含まれる要素の数が多いほど、個人ごとに固有な情報を十分に反映させることも可能であるが、要素の数が増えるほど、照合に要する演算量が増大してしまう。   However, since the feature information vector has a relatively small amount of information, information unique to each individual included in the original biological information may not be sufficiently reflected in the feature information vector. For this reason, in the biometric authentication device that uses the feature information vector for the collation processing, the authentication accuracy may be insufficient. On the other hand, as the number of elements included in the feature information vector increases, it is possible to sufficiently reflect information unique to each individual. However, as the number of elements increases, the amount of calculation required for matching increases. .

そこで、一つの側面では、本明細書は、要素数を抑制しつつ、画像上に写った被写体の特徴を適切に反映するベクトルを生成可能な画像変換装置を提供することを目的とする。   In view of this, in one aspect, an object of the present specification is to provide an image conversion apparatus capable of generating a vector that appropriately reflects the characteristics of a subject captured on an image while suppressing the number of elements.

一つの実施形態によれば、画像変換装置が提供される。この画像変換装置は、被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出する周波数変換部と、周波数スペクトル画像から、被写体の特徴を表す周波数帯域を選択する帯域選択部と、選択された周波数帯域を特定する要素と、選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成するベクトル生成部とを有する。   According to one embodiment, an image conversion device is provided. This image conversion apparatus includes a frequency converter that calculates a frequency spectrum image by converting an image of a subject from a spatial domain to a frequency domain, and a band selection that selects a frequency band that represents the characteristics of the subject from the frequency spectrum image. And a vector generation unit that generates a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band.

本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.

本明細書に開示された画像変換装置は、要素数を抑制しつつ、画像上に写った被写体の特徴を適切に反映するベクトルを生成できる。   The image conversion apparatus disclosed in the present specification can generate a vector that appropriately reflects the characteristics of a subject captured on an image while suppressing the number of elements.

画像変換装置の一つの実施形態である生体認証装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the biometrics apparatus which is one Embodiment of an image conversion apparatus. 処理部の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a processing part. (a)は指紋の紋様パターンの一例を示す図であり、(b)は指紋のエッジパターンの一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the pattern pattern of a fingerprint, (b) is a figure which shows an example of the edge pattern of a fingerprint. 画像変換処理における、指紋の特徴を表す周波数帯域を選択するための処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the process for selecting the frequency band showing the characteristic of a fingerprint in an image conversion process. 特徴情報ベクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the feature information vector. 画像変換処理の動作フローチャートを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flowchart of an image conversion process. 生体認証処理の動作フローチャートを示す図である。It is a figure which shows the operation | movement flowchart of a biometrics authentication process. 実施形態またはその変形例による画像変換装置が実装された、生体認証システムの一例の概略構成図である。It is a schematic structure figure of an example of a biometrics system by which an image conversion device by an embodiment or its modification was mounted.

以下、図を参照しつつ、様々な実施形態による、画像変換装置について説明する。
この画像変換装置は、利用者の生体情報の登録時または照合時において取得された、被写体である生体情報を表す生体画像から、被写体が写った被写体領域を抽出し、その被写体の周波数情報を表す周波数スペクトル画像を算出する。そしてこの画像変換装置は、周波数スペクトル画像から抽出した特定の方向の被写体の周波数スペクトルを曲線近似した後、被写体の特徴を表す周波数帯域を選択し、その選択された周波数帯域及びその周波数帯域内の周波数スペクトルをベクトル化する。
Hereinafter, image conversion devices according to various embodiments will be described with reference to the drawings.
This image conversion apparatus extracts a subject region in which a subject is captured from a biological image representing biological information that is a subject acquired at the time of registration or verification of the biological information of the user, and represents frequency information of the subject. A frequency spectrum image is calculated. Then, the image conversion apparatus approximates the frequency spectrum of the subject in a specific direction extracted from the frequency spectrum image, and then selects a frequency band representing the characteristics of the subject, and the selected frequency band and the frequency band within the frequency band. Vectorize the frequency spectrum.

本実施形態では、画像変換装置は、被写体となる生体情報として何れかの指の指紋を利用する。しかし、被写体となる生体情報は、掌紋、手のひらの静脈パターンなど、生体画像上に表すことができる他の生体情報であってもよい。
また、本明細書において、「照合処理」という用語は、利用者の生体情報と登録利用者の生体情報の相違度合いまたは類似度合いを表す指標を算出する処理を示すために使用される。また、「生体認証処理」という用語は、照合処理だけでなく、照合処理により求められた指標を用いて、利用者を認証するか否かを決定する処理を含む、認証処理全体を示すために使用される。
In the present embodiment, the image conversion apparatus uses the fingerprint of any finger as biometric information about the subject. However, the biological information as the subject may be other biological information that can be represented on the biological image, such as a palm print or a palm vein pattern.
Further, in this specification, the term “collation process” is used to indicate a process of calculating an index representing the degree of difference or the degree of similarity between the biometric information of the user and the biometric information of the registered user. In addition, the term “biometric authentication process” is used to indicate the entire authentication process including not only the verification process but also the process of determining whether to authenticate the user using the index obtained by the verification process. used.

図1は、画像変換装置の一つの実施形態である生体認証装置の概略構成図を示す。図1に示されるように、生体認証装置1は、表示部2と、入力部3と、生体情報取得部4と、記憶部5と、処理部6とを有する。表示部2、入力部3及び生体情報取得部4は、記憶部5と処理部6が収容された筺体とは別個に設けられてもよい。あるいは、表示部2、入力部3、生体情報取得部4、記憶部5及び処理部6は、いわゆるノート型パーソナルコンピュータまたはタブレット型端末のように、一つの筺体に収容されてもよい。また生体認証装置1は、磁気ディスク、半導体メモリカード及び光記憶媒体といった記憶媒体にアクセスする記憶媒体アクセス装置(図示せず)をさらに有してもよい。そして生体認証装置1は、例えば、記憶媒体アクセス装置を介して、記憶媒体に記憶された、処理部6上で実行される生体認証処理用のコンピュータプログラムを読み込み、そのコンピュータプログラムに従って生体認証処理を実行してもよい。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a biometric authentication apparatus which is one embodiment of an image conversion apparatus. As illustrated in FIG. 1, the biometric authentication device 1 includes a display unit 2, an input unit 3, a biometric information acquisition unit 4, a storage unit 5, and a processing unit 6. The display unit 2, the input unit 3, and the biological information acquisition unit 4 may be provided separately from the housing in which the storage unit 5 and the processing unit 6 are accommodated. Or the display part 2, the input part 3, the biometric information acquisition part 4, the memory | storage part 5, and the process part 6 may be accommodated in one housing like what is called a notebook personal computer or a tablet-type terminal. The biometric authentication device 1 may further include a storage medium access device (not shown) that accesses a storage medium such as a magnetic disk, a semiconductor memory card, and an optical storage medium. The biometric authentication device 1 reads, for example, a computer program for biometric authentication processing executed on the processing unit 6 stored in the storage medium via the storage medium access device, and performs biometric authentication processing according to the computer program. May be executed.

生体認証装置1は、生体情報取得部4により生成された利用者の指の指紋を表す生体画像を用いて、その指紋を登録利用者の指紋と照合することにより、生体認証処理を実行する。そして生体認証装置1は、生体認証処理の結果、利用者を登録利用者の何れかとして認証した場合、生体認証装置1が実装された装置をその利用者が使用することを許可する。あるいは、生体認証装置1は、図示しない他の装置へ、利用者が認証された旨を表す信号を送信して、その利用者が他の装置を使用することを許可する。   The biometric authentication device 1 performs biometric authentication processing by using the biometric image representing the fingerprint of the user's finger generated by the biometric information acquisition unit 4 and collating the fingerprint with the registered user's fingerprint. When the biometric authentication device 1 authenticates the user as one of the registered users as a result of the biometric authentication process, the biometric authentication device 1 permits the user to use the device on which the biometric authentication device 1 is mounted. Alternatively, the biometric authentication device 1 transmits a signal indicating that the user has been authenticated to another device (not shown), thereby permitting the user to use the other device.

表示部2は、例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置を有する。そして表示部2は、例えば、照合に用いられる部位(何れかの指)を示すメッセージ、または生体情報取得部4が適正な生体画像を取得可能な位置へその部位を配置させるためのガイダンスメッセージを利用者に対して表示する。また表示部2は、処理部6により実行された生体認証処理の結果を表すメッセージ、あるいはアプリケーションに関連する各種情報などを表示する。   The display unit 2 includes a display device such as a liquid crystal display, for example. The display unit 2 then displays, for example, a message indicating a part (any finger) used for collation, or a guidance message for placing the part at a position where the biological information acquisition unit 4 can acquire a proper biological image. Display to users. Further, the display unit 2 displays a message representing the result of the biometric authentication process executed by the processing unit 6 or various information related to the application.

入力部3は、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパッドなどのユーザインターフェースを有する。そして入力部3を介して利用者により入力された利用者のユーザ名あるいはコマンド若しくはデータは、処理部6へ渡される。ただし、利用者が生体情報以外の情報を生体認証装置1に対して入力する必要がない場合、入力部3は省略されてもよい。   The input unit 3 has a user interface such as a keyboard, a mouse, or a touch pad, for example. Then, the user name or command or data input by the user via the input unit 3 is passed to the processing unit 6. However, the input unit 3 may be omitted when the user does not need to input information other than the biometric information to the biometric authentication device 1.

生体情報取得部4は、例えば、エリアセンサを用いた指紋センサを有する。この指紋センサは、例えば、光学式、静電容量式、電界式または感熱式の何れかの方式を採用したセンサとすることができる。そして生体情報取得部4は、利用者が指紋センサのセンサ面に指を載置している間に、その指の表面を撮影することにより、指紋が表された生体画像を生成する。
なお、生体情報取得部4は、スライド式の指紋センサを有してもよい。この場合、生体情報取得部4は、指紋センサに対して指をスライドさせている間に、所定の時間間隔で順次部分画像を生成する。部分画像には、その指の表面の指紋の一部が写されており、複数の部分画像を生成された時間順に連結することで、その指の指紋全体が写った生体画像が合成される。
The biological information acquisition unit 4 includes, for example, a fingerprint sensor using an area sensor. This fingerprint sensor can be, for example, a sensor that employs any one of an optical type, a capacitance type, an electric field type, and a thermal type. The biometric information acquisition unit 4 generates a biometric image representing a fingerprint by photographing the surface of the finger while the user places the finger on the sensor surface of the fingerprint sensor.
The biometric information acquisition unit 4 may have a slide type fingerprint sensor. In this case, the biometric information acquisition unit 4 sequentially generates partial images at predetermined time intervals while sliding a finger on the fingerprint sensor. In the partial image, a part of the fingerprint on the surface of the finger is copied. By connecting a plurality of partial images in order of generation time, a biometric image in which the entire fingerprint of the finger is captured is synthesized.

生体情報取得部4は、生体画像を生成する度に、その生体画像を処理部6へ渡す。   The biometric information acquisition unit 4 passes the biometric image to the processing unit 6 every time a biometric image is generated.

記憶部5は、例えば、不揮発性の半導体メモリ及び揮発性の半導体メモリを有する。そして記憶部5は、生体認証装置1で使用されるアプリケーションプログラム、少なくとも一人の登録利用者のユーザ名、ユーザ識別番号及び個人設定情報、各種のデータ等を記憶する。また記憶部5は、生体認証処理を実行するためのプログラムを記憶する。さらに記憶部5は、登録利用者それぞれについて、登録利用者の登録生体情報である特定の指の指紋の特徴を表す特徴情報ベクトルを、その登録利用者のユーザ名、ユーザ識別番号といった登録利用者の識別情報とともに記憶する。なお、特徴情報ベクトルの詳細については後述する。
さらに記憶部5は、生体情報取得部4から受け取った生体画像を一時的に記憶してもよい。
The storage unit 5 includes, for example, a nonvolatile semiconductor memory and a volatile semiconductor memory. And the memory | storage part 5 memorize | stores the application program used with the biometrics authentication apparatus 1, the user name of at least one registered user, a user identification number, personal setting information, various data, etc. The storage unit 5 stores a program for executing biometric authentication processing. Further, for each registered user, the storage unit 5 stores a feature information vector representing the characteristics of a fingerprint of a specific finger, which is registered biometric information of the registered user, and a registered user such as the user name and user identification number of the registered user. Together with the identification information. Details of the feature information vector will be described later.
Further, the storage unit 5 may temporarily store the biological image received from the biological information acquisition unit 4.

処理部6は、1個または複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして処理部6は、生体情報取得部4から取得した生体画像から、その生体画像に写っている指紋の特徴を表す特徴情報ベクトルを算出する。そして処理部6は、その特徴情報ベクトルを用いた生体認証処理または登録処理を実行する。   The processing unit 6 includes one or a plurality of processors and their peripheral circuits. Then, the processing unit 6 calculates a feature information vector representing the feature of the fingerprint shown in the biological image from the biological image acquired from the biological information acquisition unit 4. Then, the processing unit 6 executes biometric authentication processing or registration processing using the feature information vector.

図2は、処理部6の機能ブロック図である。図2に示されるように、処理部6は、周波数変換部11と、曲線近似部12と、帯域選択部13と、ベクトル生成部14と、照合部15と、認証判定部16と、登録部17とを有する。処理部6が有するこれらの各部は、処理部6が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムによって実装される機能モジュールである。あるいは、処理部6が有するこれらの各部は、ファームウェアとして生体認証装置1に実装されてもよい。   FIG. 2 is a functional block diagram of the processing unit 6. As illustrated in FIG. 2, the processing unit 6 includes a frequency conversion unit 11, a curve approximation unit 12, a band selection unit 13, a vector generation unit 14, a matching unit 15, an authentication determination unit 16, and a registration unit. 17. Each of these units included in the processing unit 6 is a functional module implemented by a computer program executed on a processor included in the processing unit 6. Alternatively, these units included in the processing unit 6 may be implemented in the biometric authentication device 1 as firmware.

周波数変換部11、曲線近似部12、帯域選択部13及びベクトル生成部14は生体認証処理及び登録処理の両方で使用される。また照合部15及び認証判定部16は、生体認証処理において使用される。一方、登録部17は、登録処理において使用される。そこで以下では、先ず、生体認証処理及び登録処理で共通する各部の処理について説明する。   The frequency conversion unit 11, the curve approximation unit 12, the band selection unit 13, and the vector generation unit 14 are used in both the biometric authentication process and the registration process. The verification unit 15 and the authentication determination unit 16 are used in the biometric authentication process. On the other hand, the registration unit 17 is used in the registration process. Therefore, in the following, first, processing of each unit common to biometric authentication processing and registration processing will be described.

周波数変換部11は、生体画像に写っている被写体の周波数情報を表す周波数スペクトル画像を算出する。
本実施形態では、周波数変換部11は、先ず、生体画像上で被写体である指紋が写っている被写体領域を抽出する。被写体領域内の輝度と被写体が写っていない背景領域内の輝度は異なる。そこで、周波数変換部11は、生体画像を、例えば、横方向m個×縦方向n個(ただし、m、nは2以上の整数)のブロックに分割する。なお、各ブロックは、複数の隆線を含むサイズに設定されることが好ましい。周波数変換部11は、ブロックごとに、画素値の平均値または中央値といった統計的代表値を閾値として算出する。そして周波数変換部11は、ブロックごとに、そのブロック内の各画素の値を閾値と比較することにより、ブロック内で被写体領域に含まれる画素と背景領域に含まれる画素を識別する。例えば、被写体領域に含まれる画素値よりも背景領域に含まれる画素値の方が高い場合、周波数変換部11は、ブロックごとに、そのブロックについての閾値よりも低い画素値を持つ画素を被写体領域に含め、その閾値以上の画素値を持つ画素を背景領域に含める。
The frequency conversion unit 11 calculates a frequency spectrum image representing the frequency information of the subject shown in the biological image.
In the present embodiment, the frequency conversion unit 11 first extracts a subject area in which a fingerprint, which is a subject, appears on a biological image. The brightness in the subject area is different from the brightness in the background area where the subject is not shown. Therefore, the frequency conversion unit 11 divides the biological image into, for example, blocks of m in the horizontal direction × n in the vertical direction (where m and n are integers of 2 or more). Each block is preferably set to a size including a plurality of ridges. The frequency conversion unit 11 calculates, for each block, a statistical representative value such as an average value or a median value of pixel values as a threshold value. Then, for each block, the frequency conversion unit 11 compares the value of each pixel in the block with a threshold value to identify the pixel included in the subject area and the pixel included in the background area in the block. For example, when the pixel value included in the background region is higher than the pixel value included in the subject region, the frequency conversion unit 11 assigns, for each block, a pixel having a pixel value lower than the threshold value for the block to the subject region. And a pixel having a pixel value equal to or greater than the threshold value is included in the background area.

あるいは、生体画像の輝度ムラが無視できる程度である場合、周波数変換部11は、生体画像全体に対して一つの閾値を設定してもよい。例えば、その閾値は、生体画像全体の画素値の平均値または中央値、予め設定された固定値(例えば128)、あるいは生体画像全体の画素値に対して判別分析を実行することによって定められた値とすることができる。上記の実施形態と同様に、周波数変換部11は、生体画像の各画素の値をその閾値と比較することにより、各画素を、被写体領域に含めるか否かを判定する。例えば、被写体領域に含まれる画素値よりも背景領域に含まれる画素値の方が高い場合、周波数変換部11は、閾値よりも低い画素値を持つ画素を被写体領域に含め、その閾値以上の画素値を持つ画素を背景領域に含める。   Alternatively, when the luminance unevenness of the biological image is negligible, the frequency conversion unit 11 may set one threshold for the entire biological image. For example, the threshold value is determined by performing discriminant analysis on the average value or median value of the pixel values of the entire biological image, a preset fixed value (for example, 128), or the pixel value of the entire biological image. Can be a value. Similar to the above embodiment, the frequency conversion unit 11 determines whether or not each pixel is included in the subject region by comparing the value of each pixel of the biological image with the threshold value. For example, when the pixel value included in the background region is higher than the pixel value included in the subject region, the frequency converter 11 includes a pixel having a pixel value lower than the threshold value in the subject region, and a pixel equal to or higher than the threshold value. Include pixels with values in the background area.

周波数変換部11は、背景領域に含まれる各画素の値を所定の値(例えば、0、128、255、または被写体領域内の画素値の平均値)に置換する。これにより、周波数変換部11は、周波数スペクトル画像に、背景領域の周波数スペクトルが含まれることを防止する。
周波数変換部11は、背景領域内の各画素が所定値に置換された生体画像を、空間領域から周波数領域へ変換することで、被写体の周波数情報を表す周波数スペクトル画像を算出する。なお、周波数変換部11は、空間領域から周波数領域への変換処理として、例えば、離散コサイン変換または高速フーリエ変換を使用できる。また、周波数スペクトル画像では、各画素の値は、その画素に対応する周波数のパワースペクトル、あるいは、その画素に対応する周波数のスペクトルの振幅の絶対値を表す。
The frequency conversion unit 11 replaces the value of each pixel included in the background area with a predetermined value (for example, 0, 128, 255, or an average value of pixel values in the subject area). Thereby, the frequency converter 11 prevents the frequency spectrum of the background region from being included in the frequency spectrum image.
The frequency conversion unit 11 calculates a frequency spectrum image representing the frequency information of the subject by converting a biological image in which each pixel in the background region is replaced with a predetermined value from the spatial region to the frequency region. Note that the frequency transform unit 11 can use, for example, discrete cosine transform or fast Fourier transform as the transform process from the spatial domain to the frequency domain. In the frequency spectrum image, the value of each pixel represents the power spectrum of the frequency corresponding to the pixel or the absolute value of the amplitude of the spectrum of the frequency corresponding to the pixel.

また、生体画像上で、被写体が写っている領域以外では、ほぼ輝度が一定となる場合、周波数変換部11は、生体画像全体に対して離散コサイン変換または高速フーリエ変換を直接実行して、周波数スペクトル画像を算出してもよい。これにより、生体認証装置は、周波数スペクトル画像の算出に要する演算量を削減できる。   In addition, when the luminance is substantially constant in a region other than the region in which the subject is captured on the biological image, the frequency conversion unit 11 directly performs discrete cosine transformation or fast Fourier transformation on the entire biological image, and the frequency A spectral image may be calculated. Thereby, the biometric authentication apparatus can reduce the amount of calculation required for calculating the frequency spectrum image.

周波数変換部11は、周波数スペクトル画像を、ゼロ周波数を中心とし、水平方向を0度とする極座標系で表された画像に変換する。そして周波数変換部11は、極座標系で表された周波数スペクトル画像を曲線近似部12へ渡す。   The frequency conversion unit 11 converts the frequency spectrum image into an image represented by a polar coordinate system with the zero frequency as the center and the horizontal direction as 0 degrees. Then, the frequency conversion unit 11 passes the frequency spectrum image expressed in the polar coordinate system to the curve approximation unit 12.

曲線近似部12は、極座標系で表された周波数スペクトル画像から、1以上の方向の周波数スペクトルを抽出する。例えば、曲線近似部12は、水平方向、水平方向と45°をなす方向及び垂直方向の周波数スペクトルを抽出する。そして曲線近似部12は、各方向の周波数スペクトルを、多項式で曲線近似する。このような近似を行うことにより、生体認証装置1は、生体情報読み取り時における、指の表面の状態等による、周波数スペクトルの変形の影響を軽減して、周波数スペクトルから被写体の特徴的な情報を抽出可能とする。   The curve approximation unit 12 extracts a frequency spectrum in one or more directions from a frequency spectrum image expressed in a polar coordinate system. For example, the curve approximation unit 12 extracts frequency spectra in the horizontal direction, the direction that forms 45 ° with the horizontal direction, and the vertical direction. The curve approximating unit 12 approximates the frequency spectrum in each direction with a polynomial. By performing such approximation, the biometric authentication device 1 reduces the influence of the deformation of the frequency spectrum due to the state of the finger surface and the like when reading the biometric information, and obtains characteristic information of the subject from the frequency spectrum. It can be extracted.

本実施形態では、被写体である指紋は、生体画像上で、隆線と谷線のパターンとして表される。
図3(a)は指紋の紋様パターンの一例を示す図であり、図3(b)は指紋のエッジパターンの一例を示す図である。図3(a)に示された画像300において、隆線301が明るい部分に相当する。また図3(b)に示された画像310において、隆線と谷線との間のエッジ311が、明るい線で表される。
発明者は、指紋の周波数スペクトルに寄与するのは、主として、画像300に示されるような、隆線と谷線の紋様パターンと、画像310に示されるような、隆線と谷線間のエッジパターンであるという知見を得た。
In the present embodiment, a fingerprint that is a subject is represented as a pattern of ridges and valleys on a biological image.
FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a fingerprint pattern, and FIG. 3B is a diagram illustrating an example of an edge pattern of a fingerprint. In the image 300 shown in FIG. 3A, the ridge 301 corresponds to a bright portion. In the image 310 shown in FIG. 3B, the edge 311 between the ridge line and the valley line is represented by a bright line.
The inventor has primarily contributed to the frequency spectrum of the fingerprint, mainly the ridge and valley pattern, as shown in image 300, and the edge between the ridge and valley, as shown in image 310. I got the knowledge that it was a pattern.

隆線と谷線の紋様パターンについて、画像300内の部分領域302の拡大図302aに示されるように、隆線と谷線がある程度の幅を持っており、かつ、隆線内の各画素間の輝度差及び谷線内の各画素の輝度差は比較的小さい。したがって、周波数スペクトルにおいて、隆線の間隔に相当する、比較的低い周波数帯域で周波数スペクトルの強度が高くなる。
一方、画像310内の部分領域312の拡大図312aに示されるように、隆線と谷線間のエッジ311は、隆線及び谷線よりも狭く、またエッジ近傍で、エッジと交差する方向に沿って画素値が急激に変化する。そのため、周波数スペクトル上では、隆線と谷線間のエッジパターンに相当する周波数帯域は、隆線と谷線の紋様パターンに相当する周波数帯域よりも高い。
With respect to the pattern of ridges and valleys, as shown in the enlarged view 302a of the partial region 302 in the image 300, the ridges and valleys have a certain width, and between the pixels in the ridges. And the difference in brightness of each pixel in the valley are relatively small. Therefore, in the frequency spectrum, the intensity of the frequency spectrum increases in a relatively low frequency band corresponding to the ridge interval.
On the other hand, as shown in the enlarged view 312a of the partial region 312 in the image 310, the edge 311 between the ridge line and the valley line is narrower than the ridge line and the valley line, and in the direction intersecting the edge near the edge. The pixel value changes rapidly along. Therefore, on the frequency spectrum, the frequency band corresponding to the edge pattern between the ridge and the valley is higher than the frequency band corresponding to the pattern of the ridge and the valley.

このように、指紋の周波数スペクトルは、主として、隆線と谷線の紋様パターンに相当する周波数帯域と、隆線と谷線間のエッジパターンに相当する周波数帯域という二つの周波数帯域において、周波数スペクトルの強度が高くなる、二峰性の形状を持つ。そこで、生体認証装置1は、これら二つの周波数帯域の周波数スペクトルを表す情報のみを特徴情報ベクトル化することにより、十分な認証精度が得られる程度に情報の欠落を抑制しつつ、特徴情報ベクトルのサイズを削減できる。
曲線近似部12は、このような二峰性の形状を表せるように、例えば、4次以上、例えば、4次または6次の多項式を用いて、例えば、最小二乗法により、各方向の周波数スペクトルを曲線近似する。
Thus, the frequency spectrum of the fingerprint is mainly in two frequency bands, a frequency band corresponding to the pattern pattern of ridges and valleys, and a frequency band corresponding to the edge pattern between the ridges and valleys. It has a bimodal shape that increases its strength. Therefore, the biometric authentication device 1 converts only the information representing the frequency spectra of these two frequency bands into a feature information vector, thereby suppressing the lack of information to the extent that sufficient authentication accuracy can be obtained, and the feature information vector. The size can be reduced.
The curve approximation unit 12 can express such a bimodal shape by using, for example, a fourth or higher order polynomial, for example, a fourth or sixth order polynomial, for example, the frequency spectrum in each direction by the least square method. Approximate the curve.

なお、曲線近似部12は、多項式を用いる代わりに、フーリエ級数またはスプライン補間を用いて各方向の周波数スペクトルを曲線近似してもよい。
あるいは、曲線近似部12は、周波数スペクトルの極大点を結ぶ包絡線を求め、その包絡線によって周波数スペクトルを曲線近似してもよい。
曲線近似部12は、曲線近似された各方向の周波数スペクトルを帯域選択部13へ渡す。
The curve approximation unit 12 may approximate the frequency spectrum in each direction using a Fourier series or spline interpolation instead of using a polynomial.
Or the curve approximation part 12 calculates | requires the envelope which connects the maximum point of a frequency spectrum, and may curve approximate a frequency spectrum with the envelope.
The curve approximation unit 12 passes the frequency spectrum in each direction approximated to the curve to the band selection unit 13.

帯域選択部13は、各方向の曲線近似された周波数スペクトルから、被写体の特徴を表す周波数帯域を選択する。被写体の特徴を表す周波数帯域では、一般に、その被写体の模様に応じた周波数成分が含まれるので、比較的スペクトルの強度が高くなる。そこで本実施形態では、方向ごとに、周波数スペクトルの近似曲線の2次導関数を計算することにより、その近似曲線の変曲点を検出する。そして帯域選択部13は、隣接する二つの変曲点間の2次導関数が負となるとき、すなわち、近似曲線が上に凸となるとき、その二つの変曲点間の周波数帯域を、被写体の特徴を表す周波数帯域とする。本実施形態では、被写体は指紋であるため、周波数スペクトルの近似曲線は、二峰性を有する。そのため、二つの周波数帯域が選択される。この二つの周波数帯域のうち、低い方の周波数帯域は、隆線と谷線の紋様パターンに対応し、一方、高い方の周波数帯域は、隆線と谷線間のエッジパターンに対応する。   The band selection unit 13 selects a frequency band representing the characteristics of the subject from the frequency spectrum approximated by a curve in each direction. In the frequency band representing the characteristics of the subject, generally, frequency components corresponding to the pattern of the subject are included, so the intensity of the spectrum is relatively high. Therefore, in this embodiment, the inflection point of the approximate curve is detected by calculating the second derivative of the approximate curve of the frequency spectrum for each direction. And when the second derivative between two adjacent inflection points becomes negative, that is, when the approximate curve is convex upward, the band selection unit 13 determines the frequency band between the two inflection points, The frequency band represents the characteristics of the subject. In the present embodiment, since the subject is a fingerprint, the approximate curve of the frequency spectrum has bimodality. Therefore, two frequency bands are selected. Of these two frequency bands, the lower frequency band corresponds to the pattern of ridges and valleys, while the higher frequency band corresponds to the edge pattern between the ridges and valleys.

また本実施形態では、指紋読み取り時における、指の表面の乾燥状態によって、隆線と谷線間のコントラストが変動する。そのため、指紋の周波数スペクトルにおける、各周波数のスペクトル強度も変動する。しかし、周波数スペクトルの近似曲線における変曲点の位置は、スペクトル強度の絶対値にあまり影響されない。またこの例では、指紋の周波数スペクトルは4次または6次といった比較的低い次数の多項式で近似できるので、近似曲線の変曲点の位置は、近似の精度による影響も少ない。そこで近似曲線の変曲点を被写体の特徴を表す周波数帯域の上限または下限とすることで、帯域選択部13は、適切に被写体の特徴を表す周波数帯域を選択できる。   In the present embodiment, the contrast between the ridges and the valleys varies depending on the dry state of the finger surface during fingerprint reading. Therefore, the spectrum intensity of each frequency in the frequency spectrum of the fingerprint also varies. However, the position of the inflection point in the approximate curve of the frequency spectrum is not significantly affected by the absolute value of the spectrum intensity. In this example, since the frequency spectrum of the fingerprint can be approximated by a polynomial of a relatively low order such as 4th order or 6th order, the position of the inflection point of the approximate curve is less affected by the accuracy of the approximation. Therefore, by setting the inflection point of the approximate curve as the upper limit or lower limit of the frequency band representing the characteristics of the subject, the band selection unit 13 can appropriately select the frequency band representing the characteristics of the subject.

なお、帯域選択部13は、Pタイル法に従って、方向ごとに、周波数スペクトル全体に対して、スペクトル強度が高い方から順に一定の比率(例えば、30%〜50%)の周波数帯域を、被写体の特徴を表す周波数帯域として選択してもよい。あるいは、帯域選択部13は、周波数ごとのスペクトル強度の平均値または中央値といった統計的代表値、あるいは、予め定めた固定値を、スペクトル強度に対する閾値として設定してもよい。そして帯域選択部13は、その閾値以上のスペクトル強度を持つ周波数帯域を、被写体の特徴を表す周波数帯域として選択してもよい。   Note that the band selection unit 13 assigns a frequency band of a certain ratio (for example, 30% to 50%) in order from the highest spectrum intensity to the entire frequency spectrum for each direction according to the P tile method. You may select as a frequency band showing a characteristic. Alternatively, the band selection unit 13 may set a statistical representative value such as an average value or median value of spectrum intensity for each frequency, or a predetermined fixed value as a threshold value for the spectrum intensity. Then, the band selecting unit 13 may select a frequency band having a spectral intensity equal to or higher than the threshold as a frequency band representing the characteristics of the subject.

図4は、画像変換処理における、被写体である指紋の特徴を表す周波数帯域を選択するための処理の流れを示す図である。
処理部6は、生体画像400が得られると、生体画像400から被写体領域を抽出した後に、空間領域から周波数領域への変換処理を行って、周波数スペクトル画像410を得る。そして処理部6は、周波数スペクトル画像410を極座標変換することで、極座標系で表された周波数スペクトル画像420を算出する。そして処理部6は、極座標系で表された周波数スペクトル画像420から、矢印421で示されるように予め指定された1以上の特定の方向に対応する周波数スペクトル430を抽出する。処理部6は、抽出した周波数スペクトル430を曲線近似することにより、周波数スペクトル430の近似曲線440を求める。そして処理部6は、近似曲線440の変曲点441〜444を求め、その変曲点に基づいて、隆線と谷線の紋様パターンに相当する周波数帯域451と、隆線と谷線間のエッジパターンに相当する周波数帯域452を選択する。
FIG. 4 is a diagram showing a flow of processing for selecting a frequency band representing the characteristics of a fingerprint as a subject in the image conversion processing.
When the biological image 400 is obtained, the processing unit 6 extracts a subject region from the biological image 400 and then performs a conversion process from the spatial region to the frequency region to obtain the frequency spectrum image 410. And the process part 6 calculates the frequency spectrum image 420 represented by the polar coordinate system by carrying out polar coordinate conversion of the frequency spectrum image 410. FIG. Then, the processing unit 6 extracts a frequency spectrum 430 corresponding to one or more specific directions specified in advance as indicated by an arrow 421 from the frequency spectrum image 420 expressed in the polar coordinate system. The processing unit 6 obtains an approximate curve 440 of the frequency spectrum 430 by performing curve approximation on the extracted frequency spectrum 430. And the process part 6 calculates | requires the inflection points 441-444 of the approximate curve 440, and based on the inflection point, the frequency band 451 equivalent to the pattern pattern of a ridge and a valley line, and between a ridge and a valley line A frequency band 452 corresponding to the edge pattern is selected.

帯域選択部13は、予め設定された各方向について、選択された周波数帯域及びその周波数帯域内の周波数スペクトルをベクトル生成部14へ通知する。   The band selection unit 13 notifies the vector generation unit 14 of the selected frequency band and the frequency spectrum within the frequency band for each preset direction.

ベクトル生成部14は、予め設定された方向ごとに、選択された周波数帯域を特定する要素と、その周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む特徴情報ベクトルを生成する。   The vector generation unit 14 generates a feature information vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the frequency band for each preset direction.

図5は、特徴情報ベクトルの一例を示す図である。この例では、選択された周波数帯域ごとに特徴情報ベクトルが生成される。特徴情報ベクトル500は、隆線と谷線の紋様パターンに対応する周波数帯域の特徴情報ベクトルであり、特徴情報ベクトル510は、隆線と谷線間のエッジパターンに対応する周波数帯域の特徴情報ベクトルである。特徴情報ベクトル500、510は、それぞれ、その要素として、例えば、選択された周波数帯域の幅501と、ゼロ周波数から選択された周波数帯域までのオフセット502と、紋様パターンかエッジパターンかを表すフラグ503を含む。さらに、特徴情報ベクトル500、510は、その要素として、選択された周波数帯域を所定のサンプリング数、例えば、5〜20で等分でサンプリングされた各周波数における周波数スペクトルの強度の正規化値504を含む。あるいは、特徴情報ベクトル500、510は、選択された周波数帯域内の各周波数における周波数スペクトルの強度の正規化値を含んでもよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the feature information vector. In this example, a feature information vector is generated for each selected frequency band. The feature information vector 500 is a frequency band feature information vector corresponding to the ridge and valley line pattern patterns, and the feature information vector 510 is a frequency band feature information vector corresponding to the edge pattern between the ridge and valley lines. It is. Each of the feature information vectors 500 and 510 includes, for example, a selected frequency band width 501, an offset 502 from the zero frequency to the selected frequency band, and a flag 503 indicating a pattern pattern or an edge pattern. including. Further, the feature information vectors 500 and 510 include, as elements, a normalized value 504 of the intensity of the frequency spectrum at each frequency obtained by sampling the selected frequency band equally at a predetermined sampling number, for example, 5 to 20. Including. Alternatively, the feature information vectors 500 and 510 may include normalized values of the intensity of the frequency spectrum at each frequency within the selected frequency band.

選択された周波数帯域の幅501は、例えば、周波数スペクトル画像のサンプリング周波数に対する、選択された周波数帯域の幅の比に、所定の定数、例えば、255を乗じて得られた値の整数部分で表される。また、選択された周波数帯域のオフセット502は、例えば、選択された周波数帯域の下限周波数、上限周波数または中心の周波数を周波数スペクトル画像のサンプリング周波数で除した値に、所定の定数、例えば、255を乗じて得られた値の整数部分で表される。
フラグ503は、1ビットの値で表される。例えば、隆線と谷線の紋様パターンに対応する周波数帯域について、フラグ503は'0'となり、隆線と谷線間のエッジパターンに対応する周波数帯域について、フラグ503は'1'となる。
周波数スペクトルの強度の正規化値504は、周波数スペクトルの近似曲線の最大値と最小値の差に対する、サンプリングされた周波数のスペクトル強度とその近似曲線の最小値の差の比に、所定の定数、例えば、255を乗じて得られた値の整数部分で表される。
The width 501 of the selected frequency band is expressed by an integer part of a value obtained by multiplying a ratio of the width of the selected frequency band to the sampling frequency of the frequency spectrum image by a predetermined constant, for example, 255, for example. Is done. The selected frequency band offset 502 is, for example, a value obtained by dividing the lower limit frequency, the upper limit frequency, or the center frequency of the selected frequency band by the sampling frequency of the frequency spectrum image, and a predetermined constant, for example, 255. It is represented by the integer part of the value obtained by multiplication.
The flag 503 is represented by a 1-bit value. For example, the flag 503 is '0' for the frequency band corresponding to the ridge and valley line pattern, and the flag 503 is '1' for the frequency band corresponding to the edge pattern between the ridge and valley lines.
The normalized value 504 of the frequency spectrum intensity is a ratio of the difference between the spectral intensity of the sampled frequency and the minimum value of the approximate curve to the difference between the maximum value and the minimum value of the approximate curve of the frequency spectrum. For example, it is represented by the integer part of the value obtained by multiplying by 255.

図6は、処理部6により実行される画像変換処理の動作フローチャートである。
処理部6が生体情報取得部4から利用者の指紋が表された生体画像を取得する(ステップS101)と、処理部6の周波数変換部11は、生体画像から被写体である指紋が写った被写体領域を抽出する(ステップS102)。そして周波数変換部11は、被写体領域以外の背景領域の各画素の値を所定値に置換した後、その生体画像から周波数スペクトル画像を算出する(ステップS103)。さらに周波数変換部11は、その周波数スペクトル画像を、極座標系で表される画像に変換する(ステップS104)。
FIG. 6 is an operation flowchart of image conversion processing executed by the processing unit 6.
When the processing unit 6 acquires a biometric image representing the user's fingerprint from the biometric information acquisition unit 4 (step S101), the frequency conversion unit 11 of the processing unit 6 captures the subject that has the fingerprint as a subject from the biometric image. An area is extracted (step S102). The frequency conversion unit 11 replaces the value of each pixel in the background area other than the subject area with a predetermined value, and then calculates a frequency spectrum image from the biological image (step S103). Furthermore, the frequency conversion unit 11 converts the frequency spectrum image into an image represented by a polar coordinate system (step S104).

処理部6の曲線近似部12は、極座標系で表された周波数スペクトル画像から、1以上の特定方向の周波数スペクトルを選択し、選択した周波数スペクトルを曲線近似する(ステップS105)。   The curve approximation unit 12 of the processing unit 6 selects one or more frequency spectra in a specific direction from the frequency spectrum image expressed in the polar coordinate system, and performs curve approximation on the selected frequency spectrum (step S105).

処理部6の帯域選択部13は、選択された方向のそれぞれについて、曲線近似された周波数スペクトルから、2次導関数が負となる周波数帯域を、被写体の特徴を表す周波数帯域として選択する(ステップS106)。そして処理部6のベクトル生成部14は、選択された方向のそれぞれについて、選択された周波数帯域を特定する要素とその周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む特徴情報ベクトルを生成する(ステップS107)。そして処理部6は、画像変換処理を終了する。   The band selection unit 13 of the processing unit 6 selects, as the frequency band representing the characteristics of the subject, the frequency band in which the second derivative is negative from the frequency spectrum approximated by the curve for each of the selected directions (step). S106). Then, the vector generation unit 14 of the processing unit 6 generates a feature information vector that includes an element that identifies the selected frequency band and an element that represents the frequency spectrum within the frequency band for each selected direction (step). S107). Then, the processing unit 6 ends the image conversion process.

(生体認証処理)
図7は、処理部6により実行される生体認証処理の動作フローチャートである。
処理部6は、入力部3を介して、認証対象となる登録利用者を特定するためのユーザ名またはユーザ識別番号を取得する(ステップS201)。また処理部6は、生体情報取得部4から認証を受けようとする利用者の生体情報である入力生体情報が写った入力生体画像を受け取る。そして処理部6は、入力生体画像に対して画像変換処理を実行することによって、入力生体画像に写っている利用者の生体情報を表す特徴情報ベクトルである入力特徴情報ベクトルを算出する(ステップS202)。
(Biometric authentication process)
FIG. 7 is an operation flowchart of the biometric authentication process executed by the processing unit 6.
The processing unit 6 acquires a user name or a user identification number for specifying a registered user to be authenticated via the input unit 3 (step S201). Further, the processing unit 6 receives an input biometric image in which input biometric information that is biometric information of a user who wants to receive authentication is received from the biometric information acquisition unit 4. And the process part 6 calculates the input feature information vector which is a feature information vector showing the user's biometric information reflected in the input biometric image by performing an image conversion process with respect to the input biometric image (step S202). ).

処理部6の照合部15は、入力部3を介して入力されたユーザ名などにより特定される登録利用者の生体情報の特徴を表す特徴情報ベクトルである、登録特徴情報ベクトルを記憶部5から読み込む。そして照合部15は、入力特徴情報ベクトルと登録特徴情報ベクトルを照合することにより、利用者の生体情報と登録利用者の生体情報の類似度を算出する(ステップS203)。   The collation unit 15 of the processing unit 6 receives a registered feature information vector, which is a feature information vector representing features of biometric information of a registered user specified by a user name or the like input via the input unit 3, from the storage unit 5. Read. Then, the collation unit 15 collates the input feature information vector with the registered feature information vector to calculate the similarity between the user's biometric information and the registered user's biometric information (step S203).

照合部15は、方向ごとに、かつ、選択された周波数帯域ごとに、入力特徴情報ベクトルと登録特徴情報ベクトル間の距離を算出する。なお、これら二つのベクトル間の距離は、例えば、二つの特徴情報ベクトルの各要素のL1ノルムまたはL2ノルムとすることができる。あるいは、照合部15は、オフセット及び選択された周波数帯域の幅に基づいて、各特徴情報ベクトル間で互いに一致する周波数を特定し、一致する周波数のスペクトル強度についてのL1ノルムまたはL2ノルムを二つの特徴情報ベクトル間の距離としてもよい。本実施形態では、照合部15は、方向ごとに、隆線と谷線の紋様パターンに相当する周波数帯域についての二つの特徴情報ベクトル間の距離と、隆線と谷線間のエッジパターンに相当する周波数帯域についての二つの特徴情報ベクトル間の距離を算出する。そして照合部15は、各特徴情報ベクトル間の距離の総和を類似度とする。この場合、類似度の値が小さいほど、利用者の生体情報と登録利用者の生体情報は似ていることになる。
なお、生体情報の読み取り時ごとに、生体情報取得部4のセンサ面に対する指の方向が異なる可能性がある場合、照合部15は、入力特徴情報ベクトルについての方向と、登録特徴情報ベクトルについての方向との組み合わせを変更しつつ、距離の総和を算出する。そして照合部15は、その距離の総和の最小値を類似度としてもよい。
The matching unit 15 calculates the distance between the input feature information vector and the registered feature information vector for each direction and for each selected frequency band. The distance between these two vectors can be, for example, the L1 norm or L2 norm of each element of the two feature information vectors. Alternatively, the matching unit 15 identifies frequencies that match each other between the feature information vectors based on the offset and the width of the selected frequency band, and sets the L1 norm or L2 norm for the spectrum intensities of the matching frequencies to two. It may be a distance between feature information vectors. In the present embodiment, the matching unit 15 corresponds to the distance between two feature information vectors for the frequency band corresponding to the ridge and valley line pattern patterns and the edge pattern between the ridge and valley lines for each direction. The distance between two feature information vectors for the frequency band to be calculated is calculated. And the collation part 15 makes the sum total of the distance between each feature information vector a similarity. In this case, as the similarity value is smaller, the biometric information of the user and the biometric information of the registered user are more similar.
If the direction of the finger with respect to the sensor surface of the biometric information acquisition unit 4 may be different every time biometric information is read, the collation unit 15 determines the direction about the input feature information vector and the registered feature information vector. The total distance is calculated while changing the combination with the direction. And the collation part 15 is good also considering the minimum value of the sum total of the distance as a similarity.

照合部15は、類似度を、登録利用者のユーザ名またはユーザ識別番号とともに、認証判定部16へ渡す。   The collation unit 15 passes the similarity to the authentication determination unit 16 along with the user name or user identification number of the registered user.

認証判定部16は、類似度が認証判定閾値以下となるか否か判定する(ステップS204)。類似度が認証判定閾値以下である場合(ステップS204−Yes)、認証判定部16は、利用者の生体情報と登録利用者の生体情報は一致すると判定する。そして認証判定部16は、利用者を、その登録利用者として認証する(ステップS205)。認証判定部16は、利用者を認証すると、その認証結果を処理部6へ通知する。そして処理部6は、認証された利用者が生体認証装置1が実装された装置あるいは生体認証装置1が接続された装置を利用することを許可する。   The authentication determination unit 16 determines whether or not the similarity is equal to or lower than an authentication determination threshold value (step S204). When the similarity is equal to or lower than the authentication determination threshold (step S204—Yes), the authentication determination unit 16 determines that the biometric information of the user matches the biometric information of the registered user. And the authentication determination part 16 authenticates a user as the registered user (step S205). When authenticating the user, the authentication determination unit 16 notifies the processing unit 6 of the authentication result. Then, the processing unit 6 permits the authenticated user to use the device on which the biometric authentication device 1 is mounted or the device to which the biometric authentication device 1 is connected.

一方、類似度が認証判定閾値より大きい場合(ステップS204−No)、利用者の生体情報は登録利用者の生体情報と一致しないと判定する。そのため、認証判定部16は利用者を認証しない(ステップS206)。そして認証判定部16は、利用者を認証しないことを処理部6へ通知する。この場合、処理部6は、認証されなかった利用者が生体認証装置1が実装された装置あるいは生体認証装置1が接続された装置を使用することを拒否する。また処理部6は、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させてもよい。
ステップS205またはS206の後、処理部6は、生体認証処理を終了する。
On the other hand, when the similarity is larger than the authentication determination threshold value (step S204-No), it is determined that the biometric information of the user does not match the biometric information of the registered user. Therefore, the authentication determination unit 16 does not authenticate the user (step S206). Then, the authentication determination unit 16 notifies the processing unit 6 that the user is not authenticated. In this case, the processing unit 6 refuses that a user who has not been authenticated uses a device in which the biometric authentication device 1 is mounted or a device to which the biometric authentication device 1 is connected. The processing unit 6 may cause the display unit 2 to display a message indicating that the authentication has failed.
After step S205 or S206, the processing unit 6 ends the biometric authentication process.

なお、認証判定閾値は、登録利用者本人が利用者である場合にのみ、認証判定部16が認証に成功するような値に設定されることが好ましい。そして認証判定閾値は、登録利用者とは異なる他人が利用者である場合には、認証判定部16が認証に失敗するような値に設定されることが好ましい。   The authentication determination threshold is preferably set to a value such that the authentication determination unit 16 succeeds in authentication only when the registered user is a user. The authentication determination threshold is preferably set to a value that causes the authentication determination unit 16 to fail authentication when another person different from the registered user is the user.

また、いわゆる1:N認証方式が採用されている場合、すなわち、登録利用者のユーザ名といった登録利用者の識別情報が入力されない場合、照合部15は、各登録利用者について、それぞれ類似度を求める。そして照合部15は、類似度が最小となる登録利用者を選択する。照合部15は、類似度の最小値及びその最小値に対応する登録利用者のユーザ名またはユーザ識別番号を認証判定部16へ渡す。認証判定部16は、類似度の最小値が認証判定閾値以下であれば、利用者を、その類似度の最小値に対応する登録利用者として認証する。   In addition, when the so-called 1: N authentication method is adopted, that is, when the registered user identification information such as the registered user's user name is not input, the matching unit 15 determines the similarity for each registered user. Ask. Then, the matching unit 15 selects a registered user with the minimum similarity. The verification unit 15 passes the minimum value of the similarity and the user name or user identification number of the registered user corresponding to the minimum value to the authentication determination unit 16. The authentication determination unit 16 authenticates the user as a registered user corresponding to the minimum value of the similarity if the minimum value of the similarity is equal to or less than the authentication determination threshold.

(登録処理)
登録処理でも、処理部6は、生体情報取得部4から登録対象の利用者の生体情報が写った生体画像を受け取る。そして処理部6は、その生体画像に対して画像変換処理を実行することによって、その生体画像に写っている利用者の生体情報を表す特徴情報ベクトルを算出する。
(registration process)
Also in the registration process, the processing unit 6 receives a biometric image in which the biometric information of the user to be registered is shown from the biometric information acquisition unit 4. And the process part 6 calculates the characteristic information vector showing the user's biometric information reflected in the biometric image by performing an image conversion process with respect to the biometric image.

登録部17は、入力部3から、登録対象の利用者のユーザ名を取得する。そして登録部17は、その利用者に対して一意に設定されるユーザ識別番号を設定する。そして登録部17は、利用者のユーザ名及びユーザ識別番号を、ベクトル生成部14から出力された特徴情報ベクトルとともに記憶部5に記憶する。これにより、利用者は、生体認証装置1が実装された装置の使用が許可される登録利用者として登録される。   The registration unit 17 acquires the user name of the registration target user from the input unit 3. The registration unit 17 sets a user identification number that is uniquely set for the user. Then, the registration unit 17 stores the user name and user identification number of the user in the storage unit 5 together with the feature information vector output from the vector generation unit 14. As a result, the user is registered as a registered user who is permitted to use the device on which the biometric authentication device 1 is mounted.

以上に説明してきたように、この画像変換装置の一例である生体認証装置は、スペクトル強度が高い周波数帯域及びその周波数帯域に含まれる周波数スペクトルから特徴情報ベクトルを生成する。そのため、その特徴情報ベクトルは、被写体の特徴を適切に表すことができる。またこの生体認証装置は、被写体の情報が含まれると想定される周波数帯域に関する情報のみを特徴情報ベクトルに含めるので、特徴情報ベクトルのサイズを抑制できる。   As described above, the biometric authentication device which is an example of the image conversion device generates a feature information vector from a frequency band having a high spectrum intensity and a frequency spectrum included in the frequency band. Therefore, the feature information vector can appropriately represent the feature of the subject. In addition, since this biometric authentication device includes only information related to a frequency band that is assumed to include subject information in the feature information vector, the size of the feature information vector can be suppressed.

変形例によれば、処理部6は、選択された各方向の周波数スペクトルを複数の周波数帯域ごとに区分して、それぞれ、線形近似することにより、その周波数スペクトルを折線近似してもよい。この場合には、帯域選択部13は、Pタイル法に従って、周波数スペクトル全体に対して、スペクトル強度が高い方から順に一定の比率の周波数帯域を、被写体の特徴を表す周波数帯域として選択してもよい。あるいは、帯域選択部13は、周波数ごとのスペクトル強度の平均値または中央値といった統計的代表値あるいは、予め定めた固定値を、スペクトル強度に対する閾値として設定してもよい。そして帯域選択部13は、その閾値以上のスペクトル強度を持つ周波数帯域を、被写体の特徴を表す周波数帯域として選択してもよい。   According to the modified example, the processing unit 6 may divide the frequency spectrum in each selected direction into a plurality of frequency bands and linearly approximate each of the frequency spectra, thereby approximating the frequency spectrum by a polygonal line. In this case, according to the P tile method, the band selection unit 13 may select a frequency band having a certain ratio in order from the higher spectrum intensity as the frequency band representing the characteristics of the subject with respect to the entire frequency spectrum. Good. Alternatively, the band selection unit 13 may set a statistical representative value such as an average value or a median value of the spectrum intensity for each frequency or a predetermined fixed value as a threshold for the spectrum intensity. Then, the band selecting unit 13 may select a frequency band having a spectral intensity equal to or higher than the threshold as a frequency band representing the characteristics of the subject.

他の変形例によれば、照合部15は、1:N認証方式に従って利用者と各登録利用者の間で照合処理を実行する場合、照合時の演算量を削減するために、特徴情報ベクトルの一部のみを用いて算出した簡易類似度により、登録利用者を選択してもよい。そして照合部15は、選択した登録利用者について、特徴情報ベクトルの他の一部を利用して、利用者と照合してもよい。   According to another modification, when the collation unit 15 performs collation processing between the user and each registered user according to the 1: N authentication method, the feature information vector is used to reduce the amount of computation at the time of collation. The registered user may be selected based on the simple similarity calculated using only a part of the registered user. Then, the collation unit 15 may collate the selected registered user with the user by using another part of the feature information vector.

例えば、照合部15は、利用者の隆線と谷線の紋様パターンに相当する特徴情報ベクトルと、登録利用者の隆線と谷線の紋様パターンに相当する特徴情報ベクトルとの間の距離を、簡易類似度として算出してもよい。そして照合部15は、簡易類似度の値が小さい方から順に所定数の登録利用者を選択する。所定数は、例えば、登録利用者の総数の1/100〜1/10、あるいは、固定の数(例えば、10)に設定される。あるいは、照合部15は、簡易類似度の値が所定の選択用閾値以下となる登録利用者を全て選択してもよい。そして照合部15は、選択された登録利用者のそれぞれについて、利用者の隆線と谷線間のエッジパターンに相当する特徴情報ベクトルと、選択された登録利用者の隆線と谷線間のエッジパターンに相当する特徴情報ベクトルとの間の距離を類似度として算出する。認証判定部16は、選択された登録利用者のそれぞれについて算出された類似度のうちの最小値が認証判定閾値以下となる場合、利用者をその類似度の最小値に対応する登録利用者として認証する。一方、認証判定部16は、類似度の最小値が認証判定閾値よりも大きければ、利用者を認証しない。   For example, the matching unit 15 calculates the distance between the feature information vector corresponding to the pattern of the ridge and valley lines of the user and the feature information vector corresponding to the pattern of the ridge and valley lines of the registered user. Alternatively, it may be calculated as a simple similarity. And the collation part 15 selects a predetermined number of registered users in an order from the one where a value of simple similarity is small. The predetermined number is set to, for example, 1/100 to 1/10 of the total number of registered users, or a fixed number (for example, 10). Alternatively, the collation unit 15 may select all registered users whose simple similarity values are equal to or less than a predetermined selection threshold. Then, for each of the selected registered users, the matching unit 15 includes a feature information vector corresponding to an edge pattern between the ridges and valleys of the user, and between the ridges and valleys of the selected registered user. The distance between the feature information vector corresponding to the edge pattern is calculated as the similarity. If the minimum value of the similarities calculated for each of the selected registered users is equal to or less than the authentication determination threshold value, the authentication determining unit 16 sets the user as a registered user corresponding to the minimum value of the similarity. Certify. On the other hand, if the minimum value of the similarity is larger than the authentication determination threshold, the authentication determination unit 16 does not authenticate the user.

なお、照合部15は、利用者の隆線と谷線間のエッジパターンに相当する特徴情報ベクトルと各登録利用者の隆線と谷線間のエッジパターンに相当する特徴情報ベクトル間の距離を簡易類似度として算出し、その簡易類似度に基づいて登録利用者を選択してもよい。そして照合部15は、選択された登録利用者について、隆線と谷線の紋様パターンに相当する特徴情報ベクトルを用いて、利用者と照合してもよい。   The matching unit 15 calculates the distance between the feature information vector corresponding to the edge pattern between the ridge and valley lines of the user and the feature information vector corresponding to the edge pattern between the ridge and valley lines of each registered user. It may be calculated as a simple similarity and a registered user may be selected based on the simple similarity. And the collation part 15 may collate with a user about the selected registration user using the characteristic information vector corresponded to the pattern pattern of a ridge and a valley.

また他の変形例によれば、生体認証装置は、1:N認証方式によって生体認証処理を行う場合において、特徴情報ベクトルに基づく照合処理を、生体情報から抽出された特徴点に基づく照合処理を行う登録利用者を選択するために利用してもよい。   According to another modification, when the biometric authentication device performs the biometric authentication process by the 1: N authentication method, the biometric authentication apparatus performs the collation process based on the feature information vector and the collation process based on the feature point extracted from the biometric information. It may be used to select a registered user to perform.

この場合には、各登録利用者について、それぞれ、その登録利用者の生体画像から、隆線の分岐点、端点といったマニューシャが抽出され、各マニューシャの位置と種別とが、その登録利用者の識別情報とともに記憶部5に予め記憶される。
そのために、処理部6は、例えば、登録処理の実行時において、登録利用者の生体画像の各画素の値を2値化して、隆線を表す画素と谷線を表す画素とを区別する。2値化のための閾値は、例えば、被写体領域内の画素値の平均値とすることができる。次に処理部6は、2値化された生体画像について、隆線に相当する画素値を持つ画素に対して細線化処理を行うことにより、隆線を表す画素が連結した線を、例えば1画素幅を持つ線に細線化する。そして処理部6は、隆線の分岐点または端点に対応する2値パターンを持つ複数のマスクパターンを用いて細線化された生体画像を走査することにより、何れかのマスクパターンと一致するときの、生体画像上の位置を検出する。そして処理部6は、検出された位置の中心画素を、マニューシャとし、かつ一致したマスクパターンが表すマニューシャの種類(すなわち、分岐点または端点)を、検出されたマニューシャの種類とする。
In this case, for each registered user, minutiae such as ridge branch points and end points are extracted from the registered user's biometric image, and the position and type of each minutiae identify the registered user. It is stored in advance in the storage unit 5 together with information.
For this purpose, for example, when the registration process is executed, the processing unit 6 binarizes the value of each pixel of the registered user's biological image, and distinguishes between a pixel representing a ridge and a pixel representing a valley. The threshold value for binarization can be, for example, an average value of pixel values in the subject area. Next, the processing unit 6 performs a thinning process on a pixel having a pixel value corresponding to a ridge with respect to a binarized biological image, so that a line connecting pixels representing a ridge is, for example, 1 Thinning into lines with pixel width. Then, the processing unit 6 scans the thinned biological image using a plurality of mask patterns having a binary pattern corresponding to a branch point or an end point of the ridge, thereby matching with any mask pattern. The position on the biological image is detected. Then, the processing unit 6 sets the center pixel at the detected position as the minutiae, and sets the type of minutia (that is, the branch point or the end point) represented by the matched mask pattern as the type of the detected minutiae.

この変形例では、照合部15は、特徴情報ベクトルに基づいて算出された類似度の値が小さい方から順に、所定数の登録利用者を選択する。また照合部15は、生体認証処理の実行時において、利用者の生体画像からマニューシャを検出する。そして照合部15は、選択された登録利用者の生体情報と、利用者の生体情報を、マニューシャマッチングにより照合する。   In this modification, the matching unit 15 selects a predetermined number of registered users in order from the smallest similarity value calculated based on the feature information vector. Moreover, the collation part 15 detects a minutiar from a user's biometric image at the time of execution of a biometrics authentication process. Then, the collation unit 15 collates the biometric information of the selected registered user with the biometric information of the user by minutia matching.

照合部15は、例えば、利用者の生体画像から抽出されたマニューシャのうちの注目するマニューシャを、選択された登録利用者の生体画像から抽出されたマニューシャの何れかと位置合わせする。そして照合部15は、利用者の生体画像から抽出されたマニューシャのうち、選択された登録利用者の生体画像から抽出されたマニューシャと一致するマニューシャの数を求める。なお、照合部15は、二つのマニューシャ間の距離が、例えば、隆線間隔以下であれば、その二つのマニューシャは一致すると判定する。また照合部15は、二つのマニューシャの種類が一致する場合に限り、その二つのマニューシャが一致すると判定してもよい。   For example, the collation unit 15 aligns a noticed minutia among minutiae extracted from the user's biological image with any of the minutiae extracted from the selected registered user's biological image. And the collation part 15 calculates | requires the number of the minutia which matches the minutia extracted from the biometric image of the selected registration user among the minutia extracted from the biometric image of the user. The collation unit 15 determines that the two minutiae match if the distance between the two minutiae is, for example, equal to or less than the ridge interval. The collation unit 15 may determine that the two minutiae match only when the two minutiae types match.

照合部15は、位置合わせをするマニューシャの組を変えつつ、一致するマニューシャの数を求める。そして照合部15は、利用者の生体画像から抽出されたマニューシャの総数に対する、一致するマニューシャの数の比を類似度とする。
照合部15は、選択された登録利用者のそれぞれについて、マニューシャマッチングによる類似度を算出し、その類似度のうちの最大値をもとめる。
認証判定部16は、類似度の最大値が認証判定閾値以上であれば、利用者をその最大値に対応する登録利用者として認証し、類似度の最大値が認証判定閾値未満であれば、利用者を認証しない。
The matching unit 15 obtains the number of matching minutiae while changing the set of minutiae to be aligned. Then, the matching unit 15 sets the ratio of the number of matching minutiae to the total number of minutiae extracted from the user's biological image as the similarity.
The collation unit 15 calculates the similarity by minutia matching for each selected registered user, and obtains the maximum value of the similarities.
The authentication determination unit 16 authenticates the user as a registered user corresponding to the maximum value if the maximum value of the similarity is greater than or equal to the authentication determination threshold, and if the maximum value of the similarity is less than the authentication determination threshold, Do not authenticate users.

さらに、本明細書に開示された画像変換装置及び画像変換方法は、利用者が何らかの操作を行うために、利用者の生体情報と、予め登録された生体情報間で生体認証処理を実行する、各種の装置またはシステムに適用可能である。   Furthermore, the image conversion apparatus and the image conversion method disclosed in the present specification execute a biometric authentication process between the user's biometric information and pre-registered biometric information in order for the user to perform some operation. Applicable to various devices or systems.

図8は、上記の各実施形態またはその変形例による画像変換装置が実装された、生体認証システムの一例の概略構成図である。
例えば、生体認証システム100は、少なくとも1台の端末110とサーバ120とを有する。そして端末110とサーバ120は、有線または無線の通信ネットワーク130を介して接続される。なお、図6において、生体認証システム100が有する構成要素のうち、図1に示した生体認証装置1が有する構成要素の何れかと対応する構成要素には、生体認証装置1が有する構成要素の参照番号と同じ参照番号を付した。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an example of a biometric authentication system in which the image conversion apparatus according to each of the above embodiments or modifications thereof is mounted.
For example, the biometric authentication system 100 includes at least one terminal 110 and a server 120. The terminal 110 and the server 120 are connected via a wired or wireless communication network 130. In FIG. 6, among the constituent elements of the biometric authentication system 100, the constituent elements corresponding to any of the constituent elements of the biometric authentication apparatus 1 shown in FIG. 1 are referred to the constituent elements of the biometric authentication apparatus 1. The same reference numbers as the numbers are attached.

このシステムでは、端末110は、例えば、携帯電話機またはタブレット型端末といった携帯端末、あるいは、固定的に設置される端末であり、表示部2、入力部3及び生体情報取得部4を有する。さらに、端末110は、記憶部21と、画像取得制御部22と、インターフェース部23とを有する。
記憶部21は、例えば、半導体メモリ回路を有し、生体情報取得部4により生成された生体画像を一時的に記憶する。また画像取得制御部22は、一つまたは複数のプロセッサとその周辺回路とを有し、端末110の各部を制御し、かつ、端末110で動作する各種のプログラムを実行する。そして画像取得制御部22は、生体情報取得部4により生成された生体画像を、端末110を通信ネットワーク130と接続するためのインターフェース回路を有するインターフェース部23を介してサーバ120へ送信する。さらに画像取得制御部22は、入力部3を介して入力されたユーザ識別情報もサーバ120へ送信してもよい。
In this system, the terminal 110 is a mobile terminal such as a mobile phone or a tablet terminal, or a terminal that is fixedly installed, and includes a display unit 2, an input unit 3, and a biological information acquisition unit 4. Further, the terminal 110 includes a storage unit 21, an image acquisition control unit 22, and an interface unit 23.
The storage unit 21 includes, for example, a semiconductor memory circuit, and temporarily stores a biological image generated by the biological information acquisition unit 4. The image acquisition control unit 22 includes one or a plurality of processors and peripheral circuits thereof, controls each unit of the terminal 110, and executes various programs that operate on the terminal 110. Then, the image acquisition control unit 22 transmits the biometric image generated by the biometric information acquisition unit 4 to the server 120 via the interface unit 23 having an interface circuit for connecting the terminal 110 to the communication network 130. Further, the image acquisition control unit 22 may also transmit user identification information input via the input unit 3 to the server 120.

サーバ120は、記憶部5と、処理部6と、サーバ120を通信ネットワーク130と接続するためのインターフェース回路を有するインターフェース部24とを有する。サーバ120の処理部6は、インターフェース部24を介して受信した生体画像を用いて、上記の各実施形態の何れかまたはその変形例による処理部が有する各部の機能を実現することにより、生体認証処理を実行する。そしてサーバ120は、認証に成功したか否かの判定結果をインターフェース部24を介して端末110へ返信する。   The server 120 includes a storage unit 5, a processing unit 6, and an interface unit 24 having an interface circuit for connecting the server 120 to the communication network 130. The processing unit 6 of the server 120 uses the biometric image received via the interface unit 24 to realize the function of each unit included in the processing unit according to any one of the above embodiments or a modification thereof, thereby biometric authentication. Execute the process. Then, the server 120 returns a determination result as to whether or not the authentication is successful to the terminal 110 via the interface unit 24.

あるいは、端末110の画像取得制御部22が、上記の各実施形態による処理部の機能のうち、画像変換処理に関連する処理、すなわち、周波数変換部、曲線近似部、帯域選択部及びベクトル生成部の処理を実行してもよい。この場合、端末110からサーバ120へ、利用者の生体画像から抽出された特徴情報ベクトルと利用者の識別情報がサーバ120へ送信されてもよい。一方、サーバ120の処理部6は、上記の各実施形態による処理部の機能のうち、照合部、認証判定部及び登録部の処理のみを実行する。これにより、サーバ120の負荷が軽減されるので、同時に多数の生体認証処理が実行されても、生体認証システム100は、利用者に対する待ち時間を抑制できる。   Alternatively, the image acquisition control unit 22 of the terminal 110 performs processing related to the image conversion processing among the functions of the processing units according to the above embodiments, that is, a frequency conversion unit, a curve approximation unit, a band selection unit, and a vector generation unit. The process may be executed. In this case, the feature information vector extracted from the user's biological image and the user identification information may be transmitted from the terminal 110 to the server 120 to the server 120. On the other hand, the processing unit 6 of the server 120 executes only the processes of the collation unit, the authentication determination unit, and the registration unit among the functions of the processing units according to the above embodiments. Thereby, since the load of the server 120 is reduced, the biometric authentication system 100 can suppress the waiting time for the user even if a large number of biometric authentication processes are executed at the same time.

また、上記の各実施形態による処理部の機能をコンピュータに実現させる命令を有するコンピュータプログラムは、磁気記録媒体、光記録媒体あるいは不揮発性の半導体メモリといった、記録媒体に記録された形で提供されてもよい。なお、コンピュータ読取可能な記録媒体には、搬送波は含まれない。   A computer program having instructions for causing a computer to realize the functions of the processing units according to the above embodiments is provided in a form recorded in a recording medium such as a magnetic recording medium, an optical recording medium, or a nonvolatile semiconductor memory. Also good. Note that the computer-readable recording medium does not include a carrier wave.

ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。   All examples and specific terms listed herein are intended for instructional purposes to help the reader understand the concepts contributed by the inventor to the present invention and the promotion of the technology. It should be construed that it is not limited to the construction of any example herein, such specific examples and conditions, with respect to showing the superiority and inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.

以上説明した実施形態及びその変形例に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出する周波数変換部と、
前記周波数スペクトル画像から、前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択する帯域選択部と、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成するベクトル生成部と、
を有する画像変換装置。
(付記2)
前記周波数スペクトル画像から特定方向に沿った周波数スペクトルを選択し、該選択された方向の周波数スペクトルを曲線近似する曲線近似部をさらに有し、
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルから前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択する、付記1に記載の画像変換装置。
(付記3)
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる少なくとも一つの周波数帯域を、前記被写体の特徴を表す周波数帯域として選択する、付記2に記載の画像変換装置。
(付記4)
前記被写体は指紋であり、
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる第1及び第2の周波数帯域を、それぞれ、前記被写体の特徴を表す周波数帯域として選択し、
前記ベクトル生成部は、前記第1の周波数帯域を特定する要素と前記第1の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第1のベクトルと、前記第2の周波数帯域を特定する要素と前記第2の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第2のベクトルを生成する、付記3に記載の画像変換装置。
(付記5)
前記帯域選択部は、前記周波数スペクトルの強度が高い方から順に所定数の周波数を含む周波数帯域を前記被写体の特徴を表す周波数帯域として選択する、付記1に記載の画像変換装置。
(付記6)
前記周波数変換部は、前記画像上で前記被写体が写っている被写体領域と前記被写体が写っていない背景領域とを識別し、前記背景領域内の各画素の値を所定値に置換した後に、空間領域から周波数領域へ変換する、付記1〜5の何れか一項に記載の画像変換装置。
(付記7)
被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出し、
前記周波数スペクトル画像から、前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択し、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成する、
ことを含む画像変換方法。
(付記8)
被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出し、
前記周波数スペクトル画像から、前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択し、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成する、
ことをコンピュータに実行させるための画像変換用コンピュータプログラム。
(付記9)
登録利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を特定する要素と、前記周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む登録ベクトルを記憶する記憶部と、
利用者の生体情報が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出する周波数変換部と、
前記周波数スペクトル画像から、前記利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を選択する帯域選択部と、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成するベクトル生成部と、
前記登録ベクトルと前記ベクトルとを照合することにより、前記利用者の生体情報と前記登録利用者の生体情報の類似度を求める照合部と、
前記類似度に応じて前記利用者を認証するか否かを判定する認証判定部と、
を有する生体認証装置。
(付記10)
前記記憶部は、複数の登録利用者のそれぞれについて、前記登録ベクトルとして、前記登録利用者の生体情報の特徴を表す第1の周波数帯域を特定する要素と、前記第1の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第1の登録ベクトルと、前記第1の周波数帯域よりも高く、前記登録利用者の生体情報の特徴を表す第2の周波数帯域を特定する要素と、前記第2の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第2の登録ベクトルとを記憶し、
前記周波数スペクトル画像から特定方向に沿った周波数スペクトルを選択し、該選択された方向の周波数スペクトルを曲線近似する曲線近似部をさらに有し、
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる第3の周波数帯域と、該第3の周波数帯域よりも高く、かつ前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる第4の周波数帯域を、それぞれ、前記生体情報の特徴を表す周波数帯域として選択し、
前記ベクトル生成部は、前記第3の周波数帯域を特定する要素と、前記第3の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第3のベクトルと、前記第4の周波数帯域を特定する要素と、前記第4の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第4のベクトルを生成し、
前記照合部は、前記複数の登録利用者のうち、前記第1の登録ベクトルが前記第3のベクトルと類似している方から順に所定数の登録利用者を選択し、
前記認証判定部は、前記選択された登録利用者の前記第2の登録ベクトルのうち、前記第4の登録ベクトルに最も類似している第2の登録ベクトルについての前記類似度に基づいて前記利用者を認証するか否かを判定する、付記9に記載の生体認証装置。
(付記11)
利用者の生体情報が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出し、
前記周波数スペクトル画像から、前記利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を選択し、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成し、
登録利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を特定する要素と、前記周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む登録ベクトルと前記ベクトルとを照合することにより、前記利用者の生体情報と前記登録利用者の生体情報の類似度を求め、
前記類似度に応じて前記利用者を認証するか否かを判定する、
ことを含む生体認証方法。
The following supplementary notes are further disclosed regarding the embodiment described above and its modifications.
(Appendix 1)
A frequency converter that calculates a frequency spectrum image by converting an image of a subject from a spatial domain to a frequency domain;
A band selection unit that selects a frequency band representing the characteristics of the subject from the frequency spectrum image;
A vector generation unit that generates a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
An image conversion apparatus.
(Appendix 2)
Selecting a frequency spectrum along a specific direction from the frequency spectrum image, and further comprising a curve approximation unit that approximates the frequency spectrum of the selected direction by a curve;
The image conversion apparatus according to appendix 1, wherein the band selection unit selects a frequency band representing the characteristics of the subject from the frequency spectrum approximated by the curve.
(Appendix 3)
The image conversion apparatus according to appendix 2, wherein the band selection unit selects at least one frequency band in which a second derivative of the frequency spectrum approximated by the curve is negative as a frequency band representing the characteristics of the subject.
(Appendix 4)
The subject is a fingerprint;
The band selection unit selects the first and second frequency bands in which the second derivative of the frequency spectrum approximated by the curve is negative as frequency bands representing the characteristics of the subject,
The vector generation unit includes a first vector including an element that specifies the first frequency band and an element that represents a frequency spectrum in the first frequency band, and an element that specifies the second frequency band. The image conversion apparatus according to appendix 3, wherein a second vector including an element representing a frequency spectrum in the second frequency band is generated.
(Appendix 5)
The image conversion apparatus according to appendix 1, wherein the band selection unit selects a frequency band including a predetermined number of frequencies in descending order of the intensity of the frequency spectrum as a frequency band representing the characteristics of the subject.
(Appendix 6)
The frequency conversion unit identifies a subject area where the subject appears in the image and a background area where the subject does not appear, and after replacing the value of each pixel in the background area with a predetermined value, The image conversion device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the image conversion device converts the region into the frequency region.
(Appendix 7)
A frequency spectrum image is calculated by converting the image of the subject from the spatial domain to the frequency domain,
From the frequency spectrum image, select a frequency band representing the characteristics of the subject,
Generating a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
An image conversion method.
(Appendix 8)
A frequency spectrum image is calculated by converting the image of the subject from the spatial domain to the frequency domain,
From the frequency spectrum image, select a frequency band representing the characteristics of the subject,
Generating a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
An image conversion computer program for causing a computer to execute the above.
(Appendix 9)
A storage unit that stores a registration vector including an element that specifies a frequency band that represents the characteristics of biometric information of a registered user, and an element that represents a frequency spectrum within the frequency band;
A frequency converter that calculates a frequency spectrum image by converting an image in which a user's biological information is reflected from a spatial domain to a frequency domain;
A band selection unit that selects a frequency band representing characteristics of the user's biological information from the frequency spectrum image;
A vector generation unit that generates a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
A collation unit for obtaining a similarity between the biometric information of the user and the biometric information of the registered user by collating the registered vector and the vector;
An authentication determination unit for determining whether to authenticate the user according to the similarity;
A biometric authentication device.
(Appendix 10)
The storage unit includes, for each of a plurality of registered users, an element that identifies a first frequency band representing characteristics of biometric information of the registered user as the registration vector, and a frequency within the first frequency band. A first registration vector including an element representing a spectrum; an element specifying a second frequency band higher than the first frequency band and representing characteristics of biometric information of the registered user; and the second A second registration vector including an element representing a frequency spectrum in the frequency band;
Selecting a frequency spectrum along a specific direction from the frequency spectrum image, and further comprising a curve approximation unit that approximates the frequency spectrum of the selected direction by a curve;
The band selection unit includes a third frequency band in which a second derivative of the frequency spectrum approximated by the curve is negative, and a second order of the frequency spectrum higher than the third frequency band and approximated by the curve. Selecting a fourth frequency band having a negative derivative as a frequency band representing the characteristics of the biological information,
The vector generation unit includes a third vector that includes an element that specifies the third frequency band, an element that represents a frequency spectrum in the third frequency band, and an element that specifies the fourth frequency band. And a fourth vector including an element representing a frequency spectrum in the fourth frequency band,
The verification unit selects a predetermined number of registered users in order from the one in which the first registered vector is similar to the third vector among the plurality of registered users,
The authentication determining unit uses the second registration vector of the selected registered user based on the similarity with respect to a second registration vector that is most similar to the fourth registration vector. The biometric authentication device according to appendix 9, wherein it is determined whether to authenticate a person.
(Appendix 11)
The frequency spectrum image is calculated by converting the image showing the user's biological information from the spatial domain to the frequency domain,
From the frequency spectrum image, select a frequency band representing the characteristics of the user's biological information,
Generating a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
By collating a registered vector including an element for specifying a frequency band representing characteristics of biometric information of a registered user and an element representing a frequency spectrum in the frequency band with the vector, the biometric information of the user Obtaining the similarity of biometric information of the registered user;
It is determined whether to authenticate the user according to the similarity.
A biometric authentication method.

1 生体認証装置(画像変換装置)
2 表示部
3 入力部
4 生体情報取得部
5 記憶部
6 処理部
11 周波数変換部
12 曲線近似部
13 帯域選択部
14 ベクトル生成部
15 照合部
16 認証判定部
17 登録部
100 生体認証システム
110 端末
120 サーバ
130 通信ネットワーク
21 記憶部
22 画像取得制御部
23、24 インターフェース部
1 Biometric authentication device (image conversion device)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Display part 3 Input part 4 Biometric information acquisition part 5 Memory | storage part 6 Processing part 11 Frequency conversion part 12 Curve approximation part 13 Band selection part 14 Vector generation part 15 Collation part 16 Authentication determination part 17 Registration part 100 Biometric authentication system 110 Terminal 120 Server 130 Communication network 21 Storage unit 22 Image acquisition control unit 23, 24 Interface unit

Claims (9)

被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出する周波数変換部と、
前記周波数スペクトル画像から、特定方向に沿った周波数スペクトルの周波数帯域ごとの強度に応じて前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択する帯域選択部と、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成するベクトル生成部と、
を有する画像変換装置。
A frequency converter that calculates a frequency spectrum image by converting an image of a subject from a spatial domain to a frequency domain;
A band selection unit that selects a frequency band representing the characteristics of the subject according to the intensity of each frequency band of the frequency spectrum along a specific direction from the frequency spectrum image;
A vector generation unit that generates a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
An image conversion apparatus.
前記周波数スペクトル画像から前記特定方向に沿った周波数スペクトルを選択し、該選択された方向の周波数スペクトルを曲線近似する曲線近似部をさらに有し、
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルから前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択する、請求項1に記載の画像変換装置。
Wherein selecting a frequency spectrum along the specific direction from the frequency spectral images, further comprising a curve approximation unit for curve approximation a frequency spectrum of the selected direction,
The image conversion apparatus according to claim 1, wherein the band selection unit selects a frequency band representing the characteristics of the subject from the frequency spectrum approximated by the curve.
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる少なくとも一つの周波数帯域を、前記被写体の特徴を表す周波数帯域として選択する、請求項2に記載の画像変換装置。   The image conversion apparatus according to claim 2, wherein the band selection unit selects at least one frequency band in which a second derivative of the frequency spectrum approximated by the curve is negative as a frequency band representing the characteristics of the subject. . 前記周波数変換部は、前記画像上で前記被写体が写っている被写体領域と前記被写体が写っていない背景領域とを識別し、前記背景領域内の各画素の値を所定値に置換した後に、空間領域から周波数領域へ変換する、請求項1〜3の何れか一項に記載の画像変換装置。   The frequency conversion unit identifies a subject area where the subject appears in the image and a background area where the subject does not appear, and after replacing the value of each pixel in the background area with a predetermined value, The image conversion apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the image conversion device performs conversion from a region to a frequency region. 被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出し、
前記周波数スペクトル画像から、特定方向に沿った周波数スペクトルの周波数帯域ごとの強度に応じて前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択し、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成する、
ことを含む画像変換方法。
A frequency spectrum image is calculated by converting the image of the subject from the spatial domain to the frequency domain,
From the frequency spectrum image, select a frequency band representing the characteristics of the subject according to the intensity for each frequency band of the frequency spectrum along a specific direction ,
Generating a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
An image conversion method.
被写体が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出し、
前記周波数スペクトル画像から、特定方向に沿った周波数スペクトルの周波数帯域ごとの強度に応じて前記被写体の特徴を表す周波数帯域を選択し、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成する、
ことをコンピュータに実行させるための画像変換用コンピュータプログラム。
A frequency spectrum image is calculated by converting the image of the subject from the spatial domain to the frequency domain,
From the frequency spectrum image, select a frequency band representing the characteristics of the subject according to the intensity for each frequency band of the frequency spectrum along a specific direction ,
Generating a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
An image conversion computer program for causing a computer to execute the above.
登録利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を特定する要素と、前記周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む登録ベクトルを記憶する記憶部と、
利用者の生体情報が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出する周波数変換部と、
前記周波数スペクトル画像から、特定方向に沿った周波数スペクトルの周波数帯域ごとの強度に応じて前記利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を選択する帯域選択部と、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成するベクトル生成部と、
前記登録ベクトルと前記ベクトルとを照合することにより、前記利用者の生体情報と前記登録利用者の生体情報の類似度を求める照合部と、
前記類似度に応じて前記利用者を認証するか否かを判定する認証判定部と、
を有する生体認証装置。
A storage unit that stores a registration vector including an element that specifies a frequency band that represents the characteristics of biometric information of a registered user, and an element that represents a frequency spectrum within the frequency band;
A frequency converter that calculates a frequency spectrum image by converting an image in which a user's biological information is reflected from a spatial domain to a frequency domain;
From the frequency spectrum image, a band selection unit that selects a frequency band representing the characteristics of the user's biological information according to the intensity of each frequency band of the frequency spectrum along a specific direction ;
A vector generation unit that generates a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
A collation unit for obtaining a similarity between the biometric information of the user and the biometric information of the registered user by collating the registered vector and the vector;
An authentication determination unit for determining whether to authenticate the user according to the similarity;
A biometric authentication device.
前記記憶部は、複数の登録利用者のそれぞれについて、前記登録ベクトルとして、前記登録利用者の生体情報の特徴を表す第1の周波数帯域を特定する要素と、前記第1の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第1の登録ベクトルと、前記第1の周波数帯域よりも高く、前記登録利用者の生体情報の特徴を表す第2の周波数帯域を特定する要素と、前記第2の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第2の登録ベクトルとを記憶し、
前記周波数スペクトル画像から前記特定方向に沿った周波数スペクトルを選択し、該選択された方向の周波数スペクトルを曲線近似する曲線近似部をさらに有し、
前記帯域選択部は、前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる第3の周波数帯域と、該第3の周波数帯域よりも高く、かつ前記曲線近似された周波数スペクトルの2次導関数が負となる第4の周波数帯域を、それぞれ、前記生体情報の特徴を表す周波数帯域として選択し、
前記ベクトル生成部は、前記第3の周波数帯域を特定する要素と、前記第3の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第3のベクトルと、前記第4の周波数帯域を特定する要素と、前記第4の周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む第4のベクトルを生成し、
前記照合部は、前記複数の登録利用者のうち、前記第1の登録ベクトルが前記第3のベクトルと類似している方から順に所定数の登録利用者を選択し、
前記認証判定部は、前記選択された登録利用者の前記第2の登録ベクトルのうち、前記第4の登録ベクトルに最も類似している第2の登録ベクトルについての前記類似度に基づいて前記利用者を認証するか否かを判定する、請求項7に記載の生体認証装置。
The storage unit includes, for each of a plurality of registered users, an element that identifies a first frequency band representing characteristics of biometric information of the registered user as the registration vector, and a frequency within the first frequency band. A first registration vector including an element representing a spectrum; an element specifying a second frequency band higher than the first frequency band and representing characteristics of biometric information of the registered user; and the second A second registration vector including an element representing a frequency spectrum in the frequency band;
Wherein selecting a frequency spectrum along the specific direction from the frequency spectral images, further comprising a curve approximation unit for curve approximation a frequency spectrum of the selected direction,
The band selection unit includes a third frequency band in which a second derivative of the frequency spectrum approximated by the curve is negative, and a second order of the frequency spectrum higher than the third frequency band and approximated by the curve. Selecting a fourth frequency band having a negative derivative as a frequency band representing the characteristics of the biological information,
The vector generation unit includes a third vector that includes an element that specifies the third frequency band, an element that represents a frequency spectrum in the third frequency band, and an element that specifies the fourth frequency band. And a fourth vector including an element representing a frequency spectrum in the fourth frequency band,
The verification unit selects a predetermined number of registered users in order from the one in which the first registered vector is similar to the third vector among the plurality of registered users,
The authentication determining unit uses the second registration vector of the selected registered user based on the similarity with respect to a second registration vector that is most similar to the fourth registration vector. The biometric authentication device according to claim 7, wherein it is determined whether to authenticate a person.
利用者の生体情報が写った画像を空間領域から周波数領域へ変換することで周波数スペクトル画像を算出し、
前記周波数スペクトル画像から、特定方向に沿った周波数スペクトルの周波数帯域ごとの強度に応じて前記利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を選択し、
前記選択された周波数帯域を特定する要素と、前記選択された周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含むベクトルを生成し、
登録利用者の生体情報の特徴を表す周波数帯域を特定する要素と、前記周波数帯域内の周波数スペクトルを表す要素とを含む登録ベクトルと前記ベクトルとを照合することにより、前記利用者の生体情報と前記登録利用者の生体情報の類似度を求め、
前記類似度に応じて前記利用者を認証するか否かを判定する、
ことを含む生体認証方法。
The frequency spectrum image is calculated by converting the image showing the user's biological information from the spatial domain to the frequency domain,
From the frequency spectrum image, select a frequency band representing the characteristics of the user's biological information according to the intensity of each frequency band of the frequency spectrum along a specific direction ,
Generating a vector including an element that identifies the selected frequency band and an element that represents a frequency spectrum within the selected frequency band;
By collating a registered vector including an element for specifying a frequency band representing characteristics of biometric information of a registered user and an element representing a frequency spectrum in the frequency band with the vector, the biometric information of the user Obtaining the similarity of biometric information of the registered user;
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A biometric authentication method.
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