JPH01283674A - 指紋照合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、例えばコンピュータルーム等の重要機密室
への入室管理、あるいはキーレスエントリーシステム等
に適用され、各個人の指紋をキーとして使用されるよう
にするための指紋照合装置に関する。

［従来の技術］ 個人１別の手段として、指紋を用いるようにすることか
、従来から種々提案されている。指紋の入力方法として
は、例えばプリズムの面に所定の指先を押付け、その画
像を光学的に読み取るようにするのが一般的に知られて
いる。そして、この光学的に読み取られた指紋の照合指
紋画像と、すでに登録され記憶されている登録指紋画像
とを比較し、特定される個人を判別するようにしている
。

この指紋の照合方法としては、指紋隆線の端点と分岐点
（以下マニューシャと呼ぶ）を抽出し、この抽出された
マニューシャの座標、方向、さらにマニューシャ間の隆
線数等のデータを登録指紋画像と入力された照合指紋画
像との間で比較して行なう特徴点抽出法がある。また、
登録指紋の画像データ自体を、照合時に入力された照合
指紋画像データと比較するパターンマツチング法が知ら
れている。

しかし、上記した光学的な読み取り手段による照合指紋
の人力手段を用いた場合、原理上指の表面が乾燥してい
るような場合には、入力画像に隆線の切れが多く発生し
、指紋凸部の低い指紋の場合には、隆線に潰れが発生し
易い。

このように隆線の切れや潰れが多量に発生した入力指紋
に対しても照合可能とされ、且つこれと相反する性質と
なる認識率を向上させると共に、他人と誤って本人と認
識する誤認識率を低下させるようにする手段については
、これまでも各種提案がされている。

しかし、−殻内に照合時に入力させる指の位置のずれを
考慮すると、この位置ずれ量を算出しない場合にあって
は、照合画像の全体の領域を探索する必要があり、必然
的に照合時間が増大し、実用性に乏しい装置となる。

個人を認識判別するための指紋照合装置にあっては、上
記のような認識率の向上と共に誤認識率を低下させ、さ
らに照合時間を短縮させることが重要である。この指紋
照合動作の処理時間を短縮するためには、登録されてい
る登録指紋画像と照合時に入力された照合指紋画像との
位置ずれ量を算出し、指紋画像の照合領域を限定させる
ことが有効となる。

このような位置ずれ量の算出手段としては、例えば特開
昭５８−５５５４９号公報に示されるように、隆線を追
跡して指紋中心点を求め、この求められた中心点の位置
ずれ量から画像全体の位置ずれ量を求めるようにするこ
とが知られている。

また通信学会研究会資料ＰＲＥ８７−５２では、指紋画
像の小領域毎に隆線の平均的な流れの方向を算出し、こ
れを基準にして位置ずれ量を算出させることが提案され
ており、さらに通信学会、全国大会資料Ｎｏ、１２５で
は隆線数と隆線幅を用いた位置合せ方法が提案されてい
る。

しかし、このような位置合せ方法では、いずれも隆線の
検出を前提としているものであり、このため入力指紋の
隆線の切れや潰れが多量に発生した不鮮明な入力画像に
対しては、位置合せ精度を高精度にすることが困難であ
る。

このような問題点を解決するためには、画像を濃淡によ
って入力させ、濃淡画像処理によって画像を修正するよ
うにすればよいものであるが、このような画像修正処理
を行なうようにしたのでは回路規模が増大し、さらに処
理時間を短縮することはできない。また、濃淡処理によ
る画像修正を行なった後であっても、隆線が明確に求め
ることができない指紋も少なくない。

［発明が解決しようとする課８］ この発明は上記のような点に鑑みなされたもので、例え
ば入力指紋画像において、隆線に切れや潰れが多く存在
し、入力指紋画像が不鮮明な場合であっても、この入力
指紋画像と登録指紋画像との位置ずれ量が精度良く算出
可能とされ、短時間で登録指紋画像と入力指紋画像との
照合が行なえるようにする指紋照合装置を提供しようと
するものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る指紋照合装置にあっては、登録指紋画像
および照合指紋画像の特定されたウィンド領域を座標軸
ｉおよびｊに対応して複数に分割し、この複数に分割さ
れたそれぞれ特定される画素数となる複数の各小領域に
おいて、“１　“あるいは“０°となる例えば白の画素
数ＰＲ（ＩＩＪ）およびＰＶ　　（ｉ、ｊ）を算出し、
この両者から位置ずれ関数５（ｉｏ、Ｊｏ）を求め、こ
の位置ずれ関数が最小とされるｉｏおよびｊｏを求める
。

そして、このｉｏおよびｊｏに基づいて位置ずれ量を算
出し、登録指紋画像あるいは照合指紋画像を移動してそ
の両者の位置を一致させ、この状聾で照合動作が実行さ
れるようにする。

［作用コ 上記のような指紋照合装置にあっては、まず登録指紋画
像と照合指紋画像のそれぞれ特定される領域をそれぞれ
座標軸に対応して小領域に分割し、その各小領域おける
例えば白の画素数を計測比較するようになる。そして、
この比較結果によって登録指紋画像と照合指紋画像との
位置ずれ量が算出され、登録指紋画像と照合指紋画像と
の位置合せが行われて照合動作が実行される。この位置
合せ作業においては、指紋の隆線は使用されず、特定さ
れた小領域の特定される画素の数の比較が行われ、これ
によって位置ずれ量が算出される。したがって、例えば
人力指紋画像の品質が悪いような場合であっても、その
隆線を特に認識する必要のないものであり、充分な精度
をもって容易且つ簡単に短時間で位置合せ処理が行われ
るようになり、特に指紋による個人識別のための指紋照
合が効率的に行われるようになる。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。

第１図はその基本的な構成を示すもので、入力される照
合指紋は、例えばプリズム面に押付けられた指先の映像
をイメージセンサ１１で撮像することによって行われ、
このイメージセンサ１１では指紋画像を映像信号に変換
し、画像入力回路１２に入力される。この画像入力回路
１２では、入力された指紋映像信号をディジタル信号に
変換し、その後画像バス１３を介して画像メモリ１４に
伝送され、このメモリ１４に格納される。この画像メモ
リ１４に格納された指紋画像のデータは、画像バス１３
を介して適宜画像処理回路１５に送られるようになり、
処理後の画像データは画像バス１３を介して画像メモリ
１４に戻される。

上記画像入力回路１２、画像処理回路１５および画像メ
モリ１４は、制御バス１６を介して結合されるマイクロ
コンピュータ１７によって制御される。このマイクロコ
ンピュータ１７にあっては、指紋照合時に指紋画像の入
力動作、この入力された指紋画像と前もって登録されて
いる指紋画像とを照合するためのデータ処理の実行を指
令する。そして、処理後にあっては画像処理回路１５内
の処理結果を読み出し、本人の指紋であるか否かの判定
を行なう。

ここで、上記照合動作あるいは登録のためのプログラム
は、ディスクドライバ１８によって駆動制御されるフロ
ッピーディスク１９等による外部記憶装置に適宜記憶さ
れるものであり、登録用の指紋データは上記フロッピー
ディスク１９、あるいはＩＣカード等の記録媒体、ある
いは電源の遮断時にも記憶保持可能な画像メモリに記録
されている。

第２図は上記画像処理回路１５と画像メモリ１４部分の
構成を詳細に示しているもので、登録画像を格納する第
１の画像メモリ２１を備えている。この画像メモリ２１
には、登録指紋の例えば中央の領域ａ１さらにこの領域
の例えば両側の領域すおよびＣの指紋画像が格納されて
いる。また、照合時に入力される照合指紋の画像は、第
２の画像メモリ２２に格納されるもので、照合動作時に
あっては、画像切出し回路２３によって登録指紋画像に
対応する領域の画像を画像メモリ２２に格納された画像
データから切出すようになる。

このようにして第２の画像メモリ２２から切出された指
紋画像と第１の画像メモリ２１に格納された登録指紋画
像とは、マツチング回路２４においてマツチング処理を
行なう。このマツチング回路２４におけるマツチング結
果は、第３の画像メモリ２５に入力されると共に、画素
数計測回路２６に供給され、登録指紋画像と入力された
照合指紋画像との間で一致しない画素数を計測する。

このような画像処理は、切出し回路２３によって第２の
画像メモリ２２に格納された照合指紋画像の切出す画像
の位置を変え、上記同様の処理を繰返し実行するもので
、不一致画素数が最小となる場所を探索する。そして、
不一致画素数によって、人力した個人が本人であるか否
かの判定が行われるようにする。

登録指紋画像と照合指紋画像との位置合せを行なうため
には、まず登録指紋画像に対する照合指紋画像の位置ず
れ量を算出する必要があるものであり、このため入力さ
れた指紋画像を小領域毎に分割する。

すなわち、第３図で示すように座標軸ｉおよびｊの方向
に、ΔｉおよびΔｊごとに指紋画像を分割し、この分割
された各小領域毎に画素が“１”、すなわち白い部分の
画素数を計渭１する。これは、登録指紋画像においても
同様に小領域に分割し、その各領域それぞれに対応して
白い画素数が計測されているもので、この登録指紋画像
における画素数をＰＲ（ｉ、ｊ）とし、照合指紋画像の
小領域における白い画素数をＰＶ　　（ｔ＋　　Ｊ）と
すると、以下に示す式（１）で求められる位置ずれ関数
Ｓ　（ｉｏ、ｊｏ）を最小とする（ｉｏ、ｊｏ）を用い
ることによって、登録指紋画像と照合指紋画像との位置
ずれ量が算出できる。

５（ｉｏ、Ｊｏ）−ΣｌＰＶ　　（ｉ、ｊ）−ＰＲ（ｉ
＋ｉｏ、ｊ＋ｊｏ）／Ｎ ・・・・・・（１） Ｎ−ΣΔｉ・Δｊ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）ここで、Σの範囲は 求める位置ずれｆｆ１（ＳＩＳＳｊ）は次の式で求めら
れる。

５ｉ−−ｉ０ＸΔｉ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・（４）Ｓｊ　”−ｊｏ　ＸΔｊ・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（５）次にこれをさら
に詳細に説明する。いま、登録時において第４図の（Ａ
）に示すように斜線で示した範囲が黒い画像が入力され
、また照合時に第４図の（Ｂ）で示すような画像が入力
されたちのとする。ここで、この画像はそれぞれｉおよ
びｊの方向に共に５分割され、ΔｉおよびΔｊ共に１０
画素であると仮定するとＰＲ（ｉ、ｊ）およびＰＶ（１
１３）はそれぞれ以下のようになる。

となり、位置ずれが無い場合の位置ずれ関数値Ｓ　（０
，０）は次のようになる。

Ｓ　　（０，Ｏ）　　−１２５−１００１＋　　＋　　
５０−１００　１＋・・・・・・／１０Ｘ１０Ｘ５　　
Ｘ５−７００　　／２５００−０．　２８ 一方位置ずれ関数Ｓ（ｉ、ｊ）が最小となるのは、次の
場合である。

Ｓ　（１，１）　−１２５−２５１＋・・・・・・／１
０Ｘ１０Ｘ４０Ｘ４−０／１６００ −〇 したがって、 １ｏ−１、ｊＯ−１ Ｓｉｘ−ｉ０ＸΔ１−−ＩＸＩＯ−−１０ＳＩ＝　　ｊ
ｏＸΔｊ−−ＩＸＩＯ−−１０となり、照合指紋画像は
登録指紋画像に比べてｉの方向に“−１０”画素、ｊの
方向に“−１０″画素だけ位置ずれしていることが判明
する。

したがって、照合時にあっては、上記のようにして得ら
れた位置ずれ量だけ登録指紋画像を予め移動させること
によって、その近傍の小領域に探索領域を限定すること
ができるものであり、全体の領域を探索する場合に比較
して、大幅な照合時間の短縮を可能にしている。

上記（１）式は画像間での２次元的な濃度分布を比較す
ることと等価であり、隆線の切れや潰れのある不鮮明な
画像であっても、同一人の指紋であれば、濃度分布は一
致するものであるため、高精度の位置ずれ量の算出が可
能となる。また、分割された小領域毎の“１″の画素の
算出は、第２図で示した画像処理回路で実行できるもの
であり、特別の回路の付加は不要である。また位置ずれ
関数Ｓ　（ｉｏ、ｊｏ）の最小値Ｓ　ｗｉｎは、濃度分
布の類似度を表わすようになるものであるため、この最
小値Ｓ　ｍｉｎが一定の閾値以上になる場合は、他人の
指紋と判定できるものであり、また以下の場合は照合一
致と認定できるようになって、以後の照合処理が不要と
なる。

第５図はこの照合処理の流れを示しているもので、この
照合動作に先立って、まずステップ１００で入力された
照合指紋画像からＰＶ　　（１，Ｊ）を求め、登録時の
画像から求めたＰＲ（ｔ、ｊ）と比較し、ステップｌｏ
ｔで位置ずれ量を算出し、Ｓ　（ｉｏ、ｊｏ）が最小と
されるｉｏおよびｊｏを求める、最小の位置ずれ関数Ｓ
　ａ＋１ｎを求める。

そして、ステップ１０２でこのＳ■ｉｎと予め設定され
た閾値Ｓｏとを比較して判定するもので、Ｓ　ｗｉｎが
Ｓｏより大きいと判定されたならば、不一致と判定する
。またＳ　１ｎがＳ。より小さいと判定されたならば、
ステップ１０３に進む。

ここで、Ｓ　（ｉｏ、ｊｏ）がＮｏ以上となる（ｉｏ、
ｊｏ）が複数存在した場合には、上記５（ｉｏ＋Ｊｏ）
の値が小さい順に位置ずれ量の候補とする。

ステップ１０３では上記画像（ａ）の粗照合を行なうも
ので、求めた位置ずれ量だけ登録画像（ａ）を移動し、
この近傍で登録指紋画像と照合指紋画像との粗照合を行
なう。粗照合は隆線間隔の１／２以下のステップで登録
画像を移動して照合を行なう。そして、ステップ１０４
で上記素照合の結果不一致画素数ｎ□が予め設定された
閾値Ｎ。

以上であれば、不一致と判定する。位置ずれ量の候補が
複数である場合には、順位設定された次の位置ずれ全候
補によって得られた位置ずれ量だけ登録画像（ａ）を移
動し、上記同様の粗照合を行なう。そして、この結果得
られた不一致画素数ｎｏが再びＮｏ以上であれば、次の
位置ずれ候補を用いて同様の粗照合を繰返す。

全ての位置ずれ候補を用いて粗照合を行なった後でも、
ｎ（、がＮｏ以上であれば、これは不一致と判定する。

このようにして粗照合が行われ、ステップ１０４で不一
致画素数ｎ□がＮｏ以上と判定されたならば、次の精照
合を行なうステップ１０５に進む。このステップ１０５
においては、登録指紋画像を上記位置ずれ量に対応する
位置に設定した状態、すなわち登録指紋画像と照合指紋
画像とが最も一致するようにされた状態で、上記位置ず
れ量に対応する位置を中心として、登録指紋画像を一画
素づつ移動して、上下および左右のいずれの方向に移動
されても、不一致画素数が現在の不一致画素数より多く
なる場所を求める。すなわち、不一致画素数が最も少な
くなる登録指紋画像の場所が求められるもので、この場
所の位置ずれ量を求めて、次のステップ１０６でこの場
所における不一致画素数ｎａを求める。

ステップ１０７では、上記ステップ１０６で求められた
不一致画素数ｎａと判定値Ｎｌおよびこれより大きいＮ
３とを比較し、ｎａがＮｌより小さいと判定されたなら
ば照合一致と判定する。またｎａがＮ３より大きいと判
定されたときは、不一致と判定するものであり、ｎａが
Ｎ１とＮ３との間にあると判定されたならば、ステップ
１０ｇに進む。

すなわち、ステップ１０７における判定処理においては
、照合一致とも照合不一致とも判定できない場合にステ
ップ１０８に進むもので、このステップ１０８において
は、上記ステップ１０５の照合仮定で求められた最終的
な位置ずれ量に対応する場所を中心として、第２の領域
ｂ（第２図参照）に対応する登録指紋画像と、この領域
すに対応する入力照合指紋画像との精照合を行ない、ス
テップ１０９でこの精照合によって得られた不一致画素
数ｎｂを求める。そして、次のステップ１１０では上記
ステップ１０８と同様にして第２のウィンド領域Ｃの登
録指紋画像と照合指紋画像との精照合を行ない、ステッ
プ１１１でこのウィンド領域における不一致画素数ｎｃ
を計測する。

このようにして第２のウィンド領域すおよびＣにおける
精照合によって、不一致画素すあｎｂおよびｎｃが求め
られたならば、ステップ１１２で判定処理を行なう。す
なわち、このステップ１１２に対応して設定される判定
閾値Ｎ４と上記不一致画素数ｎｂおよびｎｃそれぞれと
の比較を行なうもので、’ｎｂ　＞Ｎ４　”あるいは“
ｎｃ　＞Ｎ４　”の判定結果が得られたならば、これを
照合不一致と判定する。また“ｎｌ）≦Ｎ４”で且つ“
ｎｃ≦Ｎ４°の判定か得られたならば、照合一致の判定
出力が得られるようにしている。

尚、上記実施例においては、第２段階における照合処理
において、照合の主要部となる領域ａの両側に領域すお
よびＣを設定し、この２つの領域すおよびＣでそれぞれ
不一致画素数を計測するようにした。しかし、実際には
その一方の領域すあるいはＣのみによっても、充分に信
頼績の得られる照合結果が得られる。

一般的に登録指紋画像が照合指紋画像のどの位置に対応
するかを探索する画像（ａ）の粗照合に処理時間を要す
る。

したがって、これまでの実施例で示されるように予め位
置ずれ量を算出するようにすれば、探索領域が小領域に
限定できるものであり、照合時間の短縮のために非常に
有効である。また、この位置ずれ算出手段にあっては、
指紋特有の隆線検出を行なっていない。したがって、こ
れは指紋検出認識以外の装置の位置ずれ全算出にも適宜
応用可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る指紋照合装置によれは、登
録指紋画像および入力された照合指紋画像のそれぞれ隆
線に係るデータを使用することなく、登録指紋画像と照
合指紋画像との位置ずれ量が算出されるようになるもの
であるため、特に人力指紋画像の質が、隆線切れあるい
は潰れ等により悪い場合でも、上記位置ずれ量が簡単に
且つ高精度に算出されるようになり、容易に且つ高速に
登録指紋画像と照合指紋画像の位置を一致させ、照合動
作に入ることができる。したがって、例えば個人を認識
するセキュリティ等のための指紋照合動作が、非常に円
滑に且つ高速に実行できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る指紋照合装置の基本
構成を示す図、第２図は上記装置の画像処理回路を詳細
にして示した構成図、第３図は処理される登録画像の状
態を説明する図、第４図の（Ａ）および（Ｂ）はそれぞ
れ位置ずれ量を算出する手段を説明するための登録画像
および照合画像の状態を説明する図、第５図は照合動作
の流れを説明するフローチャートである。 １１・・・イメージセンサ、１２・・・画像入力回路、
１４・・・画像メモリ、１５・・・画像処理回路、１７
・・・マイクロコンピュータ、２１．２２．２５・・・
第１乃至第３の画像メモリ、２３・・・切出し回路、２
４・・・マツチング回路、２６・・・（不一致）画素数
計測回路。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 Δ１＝１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 登録指紋画像の特定されたウインド領域を座標軸ｉおよ
   びｊに対応して複数に分割し、この複数に分割されたそ
   れぞれ特定された画素数の複数の各小領域毎の“１”あ
   るいは“０”とされる画素数Ｐ＿Ｒ（ｉ、ｊ）を算出す
   る手段と、 照合のため入力された照合指紋画像の特定されたウイン
   ド領域を座標軸ｉおよびｊに対応して複数に分割し、こ
   の複数に分割されたそれぞれ特定された画素数の複数の
   各小領域毎の“１”あるいは“０”とされる画素数Ｐ＿
   Ｖ（ｉ、ｊ）を算出する手段と、 上記登録指紋画像および照合指紋画像それぞれの各小領
   域毎の上記画素数Ｐ＿Ｒ（ｉ、ｊ）およびＰ＿Ｖ（ｉ、
   ｊ）に基づき、その差が最小とされる位置ずれ関数Ｓ（
   ｉ＿ｏ、Ｊ＿ｏ）のｉ＿ｏおよびｊ＿ｏを算出する手段
   と、 この手段で算出された位置ずれ量ｉ＿ｏおよびｊ＿ｏに
   対応する量だけ、上記登録指紋画像もしくは照合指紋画
   像の一方を移動させ、上記位置ずれ関数が最小とされる
   ように位置合せする手段とを具備し、 この位置合せされた状態で上記登録指紋画像と照合指紋
   画像との照合動作が行われるようにしたことを特徴とす
   る指紋照合装置。