JPH02178780A - 個人特徴登録装置および個人認証装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、個人の身体的特徴を登録する個人特徴登録装
置および個人の認証を行う個人認証装置に関する。

（従来の技術） 指画像の濃度を指の長手方向に垂直な方向に加算して得
られる加算信号を用いる個人認証装置としては、たとえ
ば特願昭６３−１５４２２８に記載のものがある。この
個人認証装置は、指置き台と指の接触・非接触の違いに
よって得られる指の画像の濃度を指の長手方向に垂直な
方向に加算して得られる加算信号と、予め辞書に登録し
ておいた加算信号との間で位置合わせを行った後、比較
照合することにより個人を認証するものである。

この位置合わせの処理は、一方の加算信号をずらしなが
ら２つの加算信号の自乗誤差を計算することによって行
う。

しかしながら、このような個人認証装置では登録時にお
ける入力が悪いと，照合に失敗することがあった。また
認証精度が悪いという問題があった。

（発明が解決しようとする課ＷＪ） このように従来の個人認証装置では登録に失敗したり，
認証精度が悪いという問題があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは登録が確実に行える個人特徴登録装
置および認証精度が高い個人認証装置を提供することに
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために第１の発明は，個人の身体的
特徴を表わす同一の対象を複数回入力する入力手段と，
この入力手段により入力した前記身体的特徴を表わす対
象をそれぞれのあいだで比較する比較手段と．この比較
手段の比較結果に基づき前記入力手段により入力された
対象のうちから登録すべきものを選択する選択手段と，
を具備することを特徴とする個人特徴登録装置である。

第２の発明は，個人の身体的特徴を表わす同一の対象を
複数回入力する入力手段と，・この入力手段により入力
した前記身体的特徴を表わす対象をそれぞれのあいだだ
で比較する比較手段と，この比較手段の比較結果にもと
ずき前記入力手段により入力された対象のうちで最も類
似度の高いものを選択する選択手段と、この選択手段に
よって選択された対象の類似度を規定値と比較し規定値
よりも類似度が低い場合は前記入力手段の入力回数を増
やす手段と、を具備することを特徴とする特許 第３の発明は．同一の指の画像を複数回撮像する撮像手
段と，この撮像手段で撮像した各画像をそれぞれについ
て比較することによりそれぞれの撮像画像間の類似度を
求める類似度算出手段と。

この類似度算出手段の算出結果にもとずき前記撮像手段
が撮像した指の画像のうちで最も類似度の高いものを選
択して登録画像として記憶する記憶手段と，を具備する
ことを特徴とする個人特徴登録装置である。

第４の発明は，個人の身体的特徴を読み取る読取手段と
、前記読取手段によって複数回読み取られた個人の身体
的特徴を表す信号をそれぞれ記憶する記憶手段と、前記
記憶手段に記憶された信号を比較する比較手段と、前記
比較手段の比較結果により前記記憶手段に記憶された信
号から登録すベき信号を選択する選択手段と、前記選択
手段によって選択された信号を登録する登録手段と、を
具備することを特徴とする個人特徴登録装置である。

第５の発明は，光源と、長手方向に指が当接されるプリ
ズムと、前記光源から発せられ前記指の反射光を撮像す
る撮像手段とを有している読取手段と、前記読取手段の
出力信号を記憶する記憶手段と、照合時に前記読取手段
によって読み取られた信号と前記記憶手段に記憶されて
いる信号とを照合する照合手段と、を具備することを特
徴とする個人認証装置である。

（作用） 本発明に係る個人特徴登録装置では登録時に複数の信号
を入力し、入力信号の任意の２信号の組合せに対して照
合処理を行って登録信号の良否を判定し、その中から良
いものを選んで登録用の信号とするため、登録を確実に
行うことができる。

また本発明に係る個人認証装置では，指画像を入力する
と、指の長手方向、すなわち指の付は根側と先端側にお
ける撮像画像上での長さの違いが発生せず、指の短手方
向のみについて長さの違いが発生するが、指の短手方向
の長さは、指の長手方向の長さと比べて充分に短いため
、長さの違いは無視できる程度に小さくなる。

したがって、より正確な指画像を入力することができ、
その結果、照合の信頼性を大幅に向上させることができ
る。

（実施例） 以下，図面に基ずいて発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、個人特徴登録装置の実施例を示したものであ
る。この個人特徴登録装置は、指紋を登録する際に、５
回の入力を行い、この中から登録するのに最も良好な状
態の指紋の特徴を選択するものである。

同図に示されるようにこの個人特徴登録装置は直角２等
辺プリズム１、照明部３、テレビカメラ５からなる読取
部７、処理部１１，特徴記憶部１３−１、・・・１３−
５、比較部１５、選択部１７、登録部１９、指示部２１
′、制御部２３を有している。なお符号９は、直角２等
辺プリズム１上に載置される指である。

照明部３は、直角２等辺プリズム１に光を照射する。テ
レビカメラ５は、直角２等辺プリズムｌを介して指９の
・反射光を読み取る。処理部１１は、テレビカメラ５か
ら、送られてくる信号を２値化し指紋画像全体を３２Ｘ
３２（個）のブロックに分割し、各ブロック内に存在す
る指紋のパターンが持つ代表的な方向を８方向に量子化
し、抽出する。

第３図は方向コードの定義を示すものである。

特徴記憶部１３−１、・・・　１３−５は、テレビカメ
ラ５によって読み取られた指９の信号を記憶する。この
際、テレビカメラ５は５回，指９の信号を読み取るので
、１回毎に読み取った信号が各特徴記憶部１３−１、・
・・　１３−５に記憶される。

比較部１５は、特徴記憶部１３−１、・・・　１３−５
に記憶された指９の信号を比較する。

選択部１７は，比較部１５の比較結果により特徴記憶部
１３−１、・・・、１３−５に記憶された信号から登録
すべき信号を選択する。登録部１９は選択部１７によっ
て選択された信号を選択する。

指示部２１は被認証者に直角２等辺プリズム１に指を載
置する旨の指示を行う。制御部２３はこの個人特徴登録
装置の各部を制御する。

次にこの個人特徴登録装置の動作を説明する。

まず、入力者に対して指示部２１から直角２等辺プリズ
ム１に指を置くように指示される。この指示部２１は、
ＣＲＴに文字で表示するものであったり、音声で指示す
るものであったり、あるいは両方を用いるものなど種々
の方法が考えられる。

入力者は、指示に従い直角２等辺プリズム１に指を置き
、たとえば図示しない入力スイッチを押すことにより入
力のタイミングを指示し、指画像を入力する。あるいは
、システムが入力画像の濃度の変化を検知することによ
り、指が置かれたことを自動的に判定し、自動的に入力
する方法も考えられる。

直角２等辺プリズム１の底面は照明部３で照明される。

指紋によって指９の腹面には凹凸が存在し、直角２等辺
プリズム１にはこの画部分だけが接触し、その部分では
光は全反射せず拡散するため、テレビカメラ５に到達で
きる光が減少する。

一方、指９の腹面の凹部骨はプリズム面に接触しないた
め光は全反射し、その大部分がテレビカメラ５に入力さ
れ、この結果、凹凸に対応したコントラストをもつ指紋
画像がテレビカメラ５に入力される。

指紋画像は、たとえば１６本／■の解像度、５１２Ｘ５
１２　　（画素）のサイズで入力され、まず処理部１１
において２値化される。次に同じ処理部１１で指紋画像
全体を３２Ｘ　３２　（個）のブロックに分割され、各
ブロック内に存在する指紋のパターンが持つ代表的な方
向が８方向に量子化され、方向コードが抽出される。こ
の方向コードは、指紋の特徴として、特徴記憶部１３−
１に格納される。

次に、再び指示部２１からの指紋画像の入力指示に従っ
て入力を行い、同様の処理が行われて、第２の特徴記憶
部１３−２にその特徴が格納される。以下同様に、第３
の特徴記憶部１３−３、第４の特徴記憶部１３−４、第
５の特徴記憶部１３−５に指紋の特徴が格納される。以
上の処理により、５回分の入力指紋から抽出した特徴が
得られる。

次に、これらの５回分の特徴から任意の２つずつの組合
せ（すなわち、この場合は、１０通りの組合せ）をつく
り、これらに対して照合処理を行い評価関数の値を求め
る。評価関数は、たとえば比較する二つの指紋画像から
抽出した方向コードについて、対応する位置のコード間
の差をとり、これを平方して加算するものが一般的であ
る。この場合、二つの指紋がよく似ているほど評価関数
は小さい値をとる。式（１）に、評価関数の例を示す。

ここで、Ｓの値が評価関数値である。また、ｆ　ｐ（１
，ｊ）、ｆ　ｑ（１，ｊ）は指紋ＦｐＳＦｑの方向コー
ドを表わす。

ｓ　Ｉ）、Ｑ−ΣΣＤ　１．ｊ　　　　　　　・・・・
・・（１）ここで、 Ｄ！、ｊ　−ｄｌ、ｊ　２　　　　（ｄｉ、ｊ≦４）Ｄ
ｌ、ｊ　　−（８−ｄｌ、ｊ　　）”　　（ｄｌ、ｊ　
　＞４　　）ただし、ｄ　１．ｊ”　Ｉ　ｆ　ｐ（１，
Ｊ）　−ｆ　ｑ（１，ｊ）、１いま、ここに５種類の入
力指紋から抽出した方向コードがある。これらを、任意
に二つずつ組合わせると、その組合せ総数は１０通りで
ある。この１０通りについて式（１）で表わされる評価
関数を計算することを考える。

指紋を入力するときに細心の注意を払っても、全く同じ
ように入力することは一般に不可能であるから、計算さ
れた１０種類の評価関数値は、すべて異なっていると考
えられる。ここで、５種類の入力指紋をＦ　１　、Ｆ　
２　、Ｆ　３　、Ｆ　４　、Ｆ　５とする。

そして、仮に入力指紋Ｆ４とＦ５とが入力の状態が悪い
指紋であるとすると、１０種類の評価関数値は、その大
きさから次の二つのグループに分かれると考えられる。

グループＡ（値が小さいもの） Ｓｌ、２％ｓｉ、３％　Ｓ２．３ グループＢ（値が大きいもの） Ｓｌ、４、Ｓｌ、５、Ｓ２．４、Ｓ２．５、Ｓ３＋　４
　ｓ　Ｓｌ、５　ｓ　Ｓｌ　＊　　５したがって、これ
を利用すると、入力時に状態の悪い指紋を採ってしまっ
た場合でも、このように二つずつ組合せて、それぞれに
ついて評価関数値を計算することによって、入力状態の
悪い指紋を推定することができ、上記の例では、グルー
プＡに含まれず、グループＢに含まれているＦ４とＦ５
が悪い指紋であるということが容易に推定できる。

逆にＦ　Ｔ　、Ｆ　２　、Ｆ　３が良い指紋であること
も推定できるが、さらにこの中から一つだけを選ぶとし
たら、グループＡの３種類の値のうち最も小さい値を与
える組を選び、さらに他の二つのうち小さい値を与えて
いるものの構成要素を含むものを最も良い入力指紋とし
て選ぶことができる。たとえば仮に、グループＡの値に
次のような大小関係があるとする。

Ｓ１＋　　２＞Ｓ２．３＞Ｓｌ、３ この場合は、まずＦｌとＦｌが候補となり、さらに対Ｆ
２との関係で小さい値を与えているＦｌがこの場合、最
も入力状態の良い指紋であると判定される。

ここでは、５８類の中で２種類が不良である場合につい
て説明したが、不良数が１．２．３の場合はいずれも容
易に良好な指紋を推定することがでさる。ところが、不
良数が４．５になると、グループＡに含まれる組合せが
なくなり、良好な指紋を推定することができなくなる。

この場合はさらに別の入力要求を出して、グループＡに
含まれるものが出現するまで、入力を続ければよい。

以上は、本発明についてその原理を理解し易く説明した
が、次に上記の５　Ｐｉ類の指紋から最も良いものを選
択するための単純化した処理アルゴリズムを第２図に示
す。

これは、Ｆ　１　、Ｆ２　＊　　Ｆ　３　、Ｆ　４　、
Ｆ　５から二つずつ選んで作った１０通りの組合せによ
る評価関数値をすべて計算し、この中の最小値を記録し
た組合せを求め、それがたとえば前の例と同じようにＦ
ｌとＦｌの組合せによるものであったとすれば、登録用
の指紋としてＦｌまたはＦｌを選択するものである。Ｆ
ｌまたはＦｌのいずれを選ぶかは、実際上大きな差とな
って現われないので、ここでは処理時間の短縮効果を優
先して、任意に選択する例を示す。

まずパラメータにの値が「０」にセットされる（ステッ
プ２０１）。次に読取部７から画像が入力され（ステッ
プ２０２）　、ｋの値が１増加され（ステップ２０３）
、ｋの値が５を越えているが否かが判断される（ステッ
プ２０４）。すなわちステップ２０２による画像の入力
が５回行われる。

次にパラメータＭＩＮに充分大きな定数がセットされ（
ステップ２０５）、パラメータｐにｒＯＪがセットされ
（ステップ２０６）、パラメータｑにｐ＋１がセットさ
れ（ステップ２０７）、前述したようにｓｅ、＞が計算
される（ステップ２ｏ８）。

次にＳｔ’、）がパラメータＭＩＮより小さいか否がが
判断され（ステップ２０９）、小さい場合にはＭ　Ｉ　
Ｎ　ｌ：　Ｓｙ、）が、ＭＩＮＰにｐが、ＭＩＮＱにｑ
がセットされる（ステップ２１０）。

次にｑの値が１増加され（ステップ２１１）、ｑの値が
６を越えているか否かが判断される（ステップ２１２）
。ｑの値が６以下の場合にはステップ２０８に戻り、ｑ
が６以上の場合にはｐの値が１増加される（ステップ２
１３）。

次にｐの値が５を越えているか否かが判断され（ステッ
プ２１４）、ｐの値が５未満ならばステップ２０７に戻
・す、５以上の場合にはＭＩＮがＳｔより小さいか否か
が判断される（ステップ２１５）。このＳｔは、予め設
定されたしきい値である。

ＭＩＮがＳｔより小さい場合にはＦｓｌｈｒを登録指紋
として選択しその特徴ｍを登録する（ステップ２１６）
、なおＦＭ！ＭＰ　　ＦＭＸ＃Ｑのいずれを選ぶかはこ
こでは任意とする。

これ以外に、たとえば評価関数値をＦｌが関係するもの
とＦｌが関係するものを別々に合計し、値の小さい方を
選ぶことによってＦｌまたはＦｌのうち最適なものを選
択することも可能である。

なお、最初に計算した１０通りの評価関数値が、すべて
予め設定されたしきい値よりも大きい場合は、登録すべ
き指紋がない、または選択が困難であると判断し、再入
力を要求するものとする。

以上説明したように本実施例によれば、指紋等の身体的
特徴を登録する際に、複数回候補を入力し、これらのす
べてを二つずつ組合せ、照合時と同じ処理を行い、評価
関数値を計算することによって、入力状態の悪い指紋を
推定し、状態のよい指紋だけを登録することが可能とな
り、その結果、認証精度を改善することができる。

なお２本実施例では、身体的特徴として指紋。

指の関節間長、指の長手方向に垂直な方向の画素値を加
算した量、掌紋、声紋、網膜のパターン等を用いること
ができる。

第４図は個人認証装置の構成を示すブロック図である。

この個人認証装置は、その長手方向に指９を載置し、指
９との接触・非接触の違いにより指画像を得る直角２等
辺プリズム１．直角２等辺プリズム１に光を照射する照
明部３、得られた指画像を電気信号に変換するテレビカ
メラ５、その電気信号をディジタル量に変換するＡ／Ｄ
変換器２５、Ａ／Ｄ変換器２５によって得られたディジ
タル指画像を格納しておく画像メそり２９、照合等の処
理の中核をなす制御部２３、ＩＣカード３３に被認証者
各人の加算信号を書込み、また、逆に１０カード３３か
ら読み出す読取り書・込み部２７からなる。承ストマシ
ン３１は、制御部２３からの信号に応じて、たとえばド
アの開閉や警報ブザーの鳴動等を制御する。ホストマシ
ン３１の制御対象はこの個人認証装置を応用するセキュ
リティシステムによって異なる。

次に、この個人認証装置の処理の流れについて述べる。

ところで、認証は大きく２つの処理に分けることができ
る。「登録」と「照合」である。

まず、登録について述べる。

く登録〉 登録の処理の流れを第６図に示す。まず、第５図に示し
た指とプリズムの関係を満足するように指をプリズム面
に当接して、面ＡＡ’　Ｂ　’　Ｂ側から照明し、面Ａ
Ａ’　Ｃ’　Ｃ側から撮像することにより指画像を取込
み（ステップ１８０１）、指の長手方向に対して垂直な
方向にその指画像の濃度を加算することによって加算信
号を抽出する（ステップ１８０２）。次に、この加算信
号を辞書（ＩＣカード３３）に登録する（ステップ１８
０３）。

〈照合〉 照合の処理の流れを第７図に示す。ステップ１９０１と
ステップ１９０２の指画像入力と加算信号の抽出は登録
におけるそれらと同様の処理である。次に、Ｔめ辞書に
登録しである加算信号を読み出しくステップ１９０３）
、この辞書より読み出した加算信号と入力画像より求め
たそれとを位置合わせをする（ステップ１９０４）。

いま、辞書から読み出した加算信号Ａ　ｄ　（１）、入
力された指画像より求めた加算信号をＡ　（１）とし、
各加算信号の要素の数をＮとする。Ａ　ｄ　（１）と票
だけずらしたＡ　（１＋ｍ）との２乗誤差をある範囲に
わたって和算したものを５（−）とする。

ｍ≧０のとき、 −Ａ　ｄ　（１）ｌ　２　・・・・・・　（２）ｍ　＜
　０のとき、 −Ａ　ｄ　（１）ｌ”　　・・・・・・　（３）Ｓ　（
＊）はＡ（１＋■）とＡ　ｄ　（１）との−成度を表わ
すパラメータであり、Ｓ　（ｍ）の値が小さいほど一致
していることを示す。位置合わせは■をある範囲で変化
させ、最もＳ　（ｍ）の値が小さくなるときの舅のとこ
ろで位置合わせができたとし、そのときのＳ　（Ｍ）の
値を照合結果とする（ステップ１９０５）。

次に前述したのと同様に本人／他人の判断を行う（ステ
ップ１９０６）。この判断結果をホストマシン３１に送
出しくステップ１９０７）、ホストマシン３１では判断
結果に応じた処理を行う。

また、第５図において、照明をＡＡ’　Ｂ　’　Ｂ側か
ら行うものとしたが、撮像側と同じ面ＡＡ’　Ｃ’　Ｃ
側から行ってもよい。

以上説明したように本実施例によれば、指の各部分にお
ける実際の長さと、撮像画像上での長さの関係にはほと
んど違いが発生しないため、より正確な照合処理を行う
ことが可能となり、認証の精度を著しく向上させること
ができる。

なお１本実施例では、指画像の濃度を指の長手方向に対
して垂直な方向に加算して得られる加算信号、指の関節
部分で区切られる部分の長さ、指の長さ等を用いること
ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、登録が確実に行え
る個人特徴登録装置および認証精度が高い個人認証装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は個人特徴登録装置の構成を示すブロック図、第
２図はこの個人特徴登録装置の動作を示すフローチャー
ト、第３図は方向コードを示す図、第４図は個人認証装
置を示す図、第５図は第２の発明における指の置き方を
示す図、第６図および第７図は第２の発明の動作を示す
フローチャート図である。 １・・・・・・・・・プリズム ３・・・・・・・・・照明部 ５・・・・・・・・・カメラ ７・・・・・・・・・読取部 １１・・・・・・・・・処理部 １３−１　、　・・・　　１ １５・・・・・・・・・比較部 １７・・・・・・・・・選択部 １９・・・・・・・・・登録部 ２１・・・・・・・・・指示部 ２３・・・・・・・・・制御部 ２７・・・・・・・・・読取書込部 ２９・・・・・・・・・画像メモリ ３１・・・・・・・・・ホストマシン

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）個人の身体的特徴を表わす同一の対象を複数回入
   力する入力手段と、 この入力手段により入力した前記身体的特徴を表わす対
   象をそれぞれのあいだで比較する比較手段と、 この比較手段の比較結果に基づき前記入力手段により入
   力された対象のうちから登録すべきものを選択する選択
   手段と、 を具備することを特徴とする個人特徴登録装置。
2. （２）個人の身体的特徴を表わす同一の対象を複数回入
   力する入力手段と、 この入力手段により入力した前記身体的特徴を表わす対
   象をそれぞれのあいだだで比較する比較手段と、 この比較手段の比較結果にもとずき前記入力手段により
   入力された対象のうちで最も類似度の高いものを選択す
   る選択手段と、 この選択手段によって選択された対象の類似度を規定値
   と比較し規定値よりも類似度が低い場合は前記入力手段
   の入力回数を増やす手段と、を具備することを特徴とす
   る個人特徴登録装置。
3. （３）同一の指の画像を複数回撮像する撮像手段と、 この撮像手段で撮像した各画像をそれぞれについて比較
   することによりそれぞれの撮像画像間の類似度を求める
   類似度算出手段と、 この類似度算出手段の算出結果にもとずき前記撮像手段
   が撮像した指の画像のうちで最も類似度の高いものを選
   択して登録画像として記憶する記憶手段と、 を具備することを特徴とする個人特徴登録装置。
4. （４）個人の身体的特徴を読み取る読取手段と、前記読
   取手段によって複数回読み取られた個人の身体的特徴を
   表す信号をそれぞれ記憶する記憶手段と、 前記記憶手段に記憶された信号を比較する比較手段と、 前記比較手段の比較結果により前記記憶手段に記憶され
   た信号から登録すべき信号を選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択された信号を登録する登録手
   段と、 を具備することを特徴とする個人特徴登録装置。
5. （５）前記身体的特徴は、指紋であることを特徴とする
   請求項第４項記載の個人特徴登録装置。
6. （６）前記身体的特徴は、指の関節間長であることを特
   徴とする請求項第４項記載の個人特徴登録装置。
7. （７）前記身体的特徴は、指の長手方向に垂直な方向の
   画素値を加算した量であることを特徴とする請求項第４
   項記載の個人特徴登録装置。
8. （８）光源と、長手方向に指が当接されるプリズムと、
   前記光源から発せられ前記指の反射光を撮像する撮像手
   段とを有している読取手段と、前記読取手段の出力信号
   を記憶する記憶手段と、照合時に前記読取手段によって
   読み取られた信号と前記記憶手段に記憶されている信号
   とを照合する照合手段と、 を具備することを特徴とする個人認証装置。
9. （９）前記照合手段は、指画像の濃度を指の長手方向に
   対して垂直な方向に加算して得られる加算信号を用いて
   照合を行うことを特徴とする請求項第１５項記載の個人
   認証装置。
10. （１０）前記照合手段は、指の関節部分で区切られる部
    分の長さを用いて照合を行うことを特徴とする請求項第
    １５項記載の個人認証装置。
11. （１１）前記照合手段は、指の長さを、用いて照合を行
    うことを特徴とする請求項第１５項記載の個人認証装置
    。