JPH0328978A - パターン画像処理装置 - 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） この発明は、たとえば指の画像情報を照合することによ
って人退出者を管理する入退出管理装置などに用いられ
るパターン画像処理装置に関する。

（従来の技術） 近年、個人の身体的特徴を利用して特定エリアへの入退
出の管理などを行う入退出管理装置としては、種々の認
証方式のものが開発されている。

この人退出管理装置の代表的なものとして、指紋照合装
置がある。この指紋照合装置の場合、入力された指の画
像情報と被照合用の特徴情報とで画素間のマッチングを
行うようにしている。すなわち、この指紋を利用した認
証の方法は、たとえば入力後に２値化された指紋画像（
特徴情報）とあらかじめ登録されている披照合川の指紋
画像との両画像の対応する画素間で排他的論理和を計算
し、対応する画素の一致／不一致度を判定するものであ
る。

ところで、この種の指紋照合装置で問題となるのは、上
記両画像の対応する画素を見つけることである。一般に
、入力された指紋画像には再現性がなく、一回ごとの入
力で穴なる画像が取り込まれる。また、指紋画像を入力
する際の指の置き方も毎回λなるため、入力画像上での
同一座標領域に指紋の同じ部分が対応している保証はな
い。したがって、指紋画像の移動し得る範囲内で比較す
る基準位置を変えながら、上記のマッチング処理を繰り
返さなければならない。

ここで、第５図を参照して、従来のマッチング処理につ
いて説明する。第５図（ａ）は、あらかじめ登録されて
いる登録画像（被照合用の特徴ｆ＋’Ｔ報）を示すもの
である。この場合、たとえば５１２Ｘ５１２画素の領域
に入力された指紋画像のうち、指紋画像におおむね外接
するＬｘＸＬｙの画素領域が登録されているものとする
。また、登録の開始点として、ＬｘＸＬｙの画素領域の
左下の点をＳ　（Ｓ　ｘ　ｏ，　　Ｓ　ｙ　ｏ）とする
。

ｍ５図（ｂ）は、照合時に認証者によって入力された指
紋画像を示すもので、この入力画像は５１２Ｘ５１２画
素の領域に入力されたものである。

上記登録画像と入力画像とのマッチング処理は、入力画
像上で、登録画像のＬｘＸＬｙの領域を１画素ずつ移動
させながら重ね合わせが行われる。

そして、それぞれに対応する画素間の排他的論理和が計
算され、この計算結果より対応する画素の一致／不一致
の度合が求められる。このマッチング処理においては、
登録画像を入力画像の全領域（５１２ｘ５１２画素）に
対して移動させた場合、その処理が膨大なものとなる。

そこで、登録画像から求められる領域の開始点Ｓ　（Ｓ
　ｘ　ｏ，　　Ｓ　Ｙ　Ｏ）を中心に、Ｘ座標およびｙ
座標について、入力画像を入力する際に指の移動する可
能性のある範囲±Ｐｘ，±ｐｙにしたがって開始点Ｓを
以下の如く変化させるようにしている。

Ｓｘｏ−Ｐｘ≦Ｘ≦ＳＸＯ＋ＰＸ　　　＝−　（　１　
）Ｓｙｏ−Ｐｙ≦ｙ≦Ｓｙｏ＋Ｐｙ　　　−　（　２　
）この範囲は、入力画像を入力する際に指を置く指置き
台に設けられる指ガイドなどの機械的な手段によって、
入力特に指の置く位置が変わる範囲を限定することによ
りあらかじめ決定される値である。

しかしながら、Ｘ方向とｙ方向とに対してそれぞれ画１
象の位置合わせを行うものにおいては、ＩＩｌｉ″ｉＩ
の照合に要する排他的論理和計算回数は、ＬｘＸＬｙ 上記照合を繰り返す回数は、 ２１’ｘＸ２Ｐｙ となる。

したがって、排他的論理和計算全回数は、４　（　Ｐ　
ｘ　Ｘ　Ｐ　ｙ　Ｘ　Ｌ　ｘ　Ｘ　Ｌ　ｙ　）　　　−
　（　３　）となる。

仮に、Ｌｘ−Ｌｙ−３００，Ｐｘ−Ｐｙ−５とした場合
の排他的論理和計算全回数は、９×１０６回となる。こ
の計算量はかなり大きなものであり、非常に処理峙＋ｐ
＋を要するものとなっていた。

（発明が解決しようとする課題） 上記したように、Ｘ方向とｙ方向とに対してそれぞれ画
像の位置合わせを行う従来の方式のものにおいては、か
なり大きな計算量となるため、処理に時間がかかるとい
う欠点があった。

そこで、この発明は、処理の高速化が可能となり、処理
時間を大幅に短縮することができるパターン画像処理装
置を堤供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、この発明のパターン画像
処理装置にあっては、少なくとも第１関節部を含む指の
画像情報を入力する入力手段と、この入力手段で入力さ
れた指の画像情報を指の長手方向と直交する方向に加算
して加算信号を算出する算出手段と、前記入力手段で入
力された指の画像情報から特徴情報を生成する生成手段
と、この生成手段で求めた特徴情報と披照合用の特徴ｆ
／Ｊ報と比較する比較手段とを具備し、前記比較手段に
よる比較処理において、指の長手方向に関する前記特徴
情報と披バａ合用の特徴情報との位置合わせを、前記算
出手段により得られる加算信号を用いて行うよう構成さ
れている。

（作　用） この発明は、上記した手段により、画像のＸ方向の位置
合わせを効率的に行い得るようになるため、計算量を大
幅に減らすことが可能とされるものである。

（実施例） 以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明
する。

第１図は、この発明のパターン画像処理装置として、た
とえば指紋照合装置を例に示すものである。

第１図において、指置き台としてのプリズム１１の近傍
には、プリズム１１の表面に光を照射する光源１２が儲
けられているとともに、プリズム１１の表面に置かれた
指Ｆからの反射光を受光し、少なくとも第１関節部を含
む指紋画像を撮像するたとえばテレビカメラ１３が設け
られている。

この場合、光源１２からの光は、指Ｆとプリズム１１と
の接触／非接触の違いにより、指紋などの四部において
は全反Ｕ．Ｊされ、それ以外の凸部においては拡散され
る。したがって、指Ｆのｗ部において拡散される光の一
部を反射光として受光することにより指紋画像が撮像で
きる。このカメラ１３から出力される指紋画像は、Ａ／
Ｄ変換回路１４に供給される。

このＡ／Ｄｉ換回路１４に供給された指紋画像は、たと
えば５１２Ｘ５１２画素、８ビット／画素のデジタルの
画像情報に変換される。このＡ／Ｄ変換回路１４より出
力される画像情報は、制御部１５に供給される。

この制御部１５は、装置全体の制御を行うものである。

この制御部１５には、ＩＣカード１８との間で情報の授
受を行う読取書込装置１つが接続されている。上記ＩＣ
カード１８には、各種の情報、および登録画像としての
認証者本人の指Ｆの２値画像（被照合用の特徴情報）と
彼照合用の加算信号（指Ｆの長手方向と直交する方向に
加算した１次元信号）とが記憶されるメモリ１８ａが設
けられている。

また、上記制御部１５には、上記Ａ／Ｄ変換回路１４か
ら供給される画像情報が一時的に記憶される第１の画像
メモリ２１、上記画像情報より算出される加算信号が一
〇的に格納される第１のメモリ２２、上記画像情報より
生成される入力画像としての指Ｆの２値画像（特徴情報
）が格納される第２の画像メモリ２３、上記ＩＣカード
１８より読み出された登録画像が格納される第３の画像
メモリ２４、および上記ＩＣカード１８より読み出され
た被照合用の加算信号が格納される第２のメモリ２５が
接続されている。

次に、上記の構戊における動作について説明する。

まず、第２図を参照して登録の手順について説明する。

すなわち、プリズム１１の表面に当接された指Ｆに光源
１２からの光が照射されると、この光は指Ｆの表面で全
反射あるいは拡散されて指紋に応じた濃度分布が生じる
。この濃度分布はカメラ１３によって撮像され、Ａ／Ｄ
変換回路１４においてデジタル信号に変換される。これ
により、５１２Ｘ５１２画素、８ビット／画素により、
少なくとも第１関節部を含む指紋画像１＋　　（Ｘ，ｙ
）の入力が行われる（ステップＳＴＩ）。ただし、上＝
己Ｘは０≦Ｘ≦５１１、ｙは０≦ｙ≦５１１である。

上記多値に量子化された指Ｆの画像情報（指紋画像１＋
　　（ｘ，ｙ））は、制御部１５を介して第１の画像メ
モリ２１に記憶される。

続いて、この第１の画像メモリ２１に記憶されている指
Ｆの画像情’ＭＪＩ＋　　（ｘ，ｙ）から加算信号Ｊ＋
（ｘ）が算出される（ステップＳＴ２）。

すなわち、第１の画像メモリ２１に記憶されている指Ｆ
の画像情報１＋　　（ｘ，ｙ）が、たとえば第３図（ａ
）に５１２Ｘ５１２で示す画素領域に取り込まれたもの
とすると、その両像情報ＩＩ　（Ｘ，ｙ）が指Ｆの長手
方向に沿って１ラインずつ読み出され、各画素の値が長
手方向と直交する方向に加算される。この結果、第３図
（ｂ）に示す如く、５１２個の要素をもつ１次元の信号
Ｊ＋　　（ｘ）（０≦Ｘ≦５１１）が算出される（ステ
ップＳＴ２）。

上記により求められた加算信号Ｊ．（ｘ）は、制御部１
５を介して第２の画像メモリ２３に記憶される。

こうして加算信号Ｊ，（ｘ）が求められると、次ぎに上
記第１の画像メモリ２１に記憶されている指Ｆの画像情
報ＩＩ　　（ｘ＋　　ｙ）が再び読み出され、２値化さ
れることにより２値画像ＩＢ，（ｘ，ｙ）（０≦Ｘ≦５
１１、０≦ｙ≦５１１）が生成される（ステップＳＴ３
）。

これにより求められた加算信号Ｊ．（ｘ）は、制御部１
５を介して第１のメモリ２２に記憶される。

このようにして、加算信号Ｊ＋　　（ｘ）と２値画像Ｉ
Ｂ＋　　（Ｘ．Ｖ）が求められると、上記加算信号Ｊ．
（ｘ）と２値画像ＩＢ＋　　（ｘ．ｙ）は、Ｘ，ｙにつ
いて次ぎの範囲を登録の領域として読取書込装ｒｉ１１
つを介してＩＣカードｌ８のメモリ１８ａに記憶される
（ステップＳＴ４）。

Ｓｘｏ≦Ｘ≦Ｓｘｏ＋Ｌｘ−１ Ｓｙｏ≦ｙ≦Ｓｙｏ＋Ｌｙ−１ この結果、第３図（ａ）にＬｘＸＬｙで示す画素領域の
画像情報ｌ．（ｘ．ｙ）に対応する２値画像ＩＢ＋　　
（ｘ，ｙ）が被照合用の特徴情報として、また第３図（
ｂ）にＬｘで示す範囲の加算信号Ｊ．（ｘ）が被照合用
の加算信号として、それぞれ登録されることになる。

第４図は、照合にかかる処理の手順を示すフローチャー
トである。

この照合処理において、ステップＳＴＩ　１〜ステップ
ＳＴＩ　３は、上述した登録の処理におけるステップＳ
Ｔ１〜ステップＳＴ３と同様である。すなわち、照合時
に認証者により、５１２×５１２画素、８ビット／画索
で入力された少なくとも第１関節部を含む指紋画像を、
１２　　（Ｘ，ｙ）（０≦Ｘ≦５１１、０≦ｙ≦５１１
）とする（ステップＳＴＩＩ）。また、この画像情報１
２（ＸＩｙ）から算出された加算信号を、Ｊ２　　（Ｘ
）　　（０≦Ｘ≦５１１）とする（ステップＳＴ１２）
。

さらに、上記画像情報Ｉ２　（ｘ．ｙ）から生成された
２値画像を、ＩＢ２　　（Ｘ，ｙ）（０≦Ｘ≦５１１、
０≦ｙ≦５１１）とする（ステップＳＴ１３）。

このようにして求められた加算信号Ｊ２　（ｘ）は、第
１のメモリ２２に、また２値画像ＩＢ２（ｘ．ｙ）は、
第２の画像メモリ２３にそれぞれご己憶されている。

一方、第３の画像メモリ２４には、読取書込装置１９を
介してＩＣカード１８のメモリ１８ａより読み出された
２１ｉ１１画像Ｉ　Ｂｌ　　（ｘ＋　　ｙ）が記憶され
ている。また、第２のメモリ２５には、読取書込装置１
つを介してＩＣカード１８のメモリ１８ａより読み出さ
れた加算信号Ｊ，（Ｘ）が記憶されている。

この状態Ｃ；おいて、まず第２のメモリ２５に記憶され
ている加算信号Ｊ＋　　（ｘ）と、第１のメモリ２２に
記憶されている加算信号Ｊ２ミ・（Ｘ）とが比較される
。これにより、画像のＸ方向の位置合わせが行われる。

この比較は、次に示すＳの関数により行われる（ステッ
プＳＴ１４〜１７）。

ただし、Ｓは−Ｐｘ≦Ｓ≦Ｐｘである。

こうして加算信号Ｊ＋　　（ｘ）と加算信号Ｊ２（Ｘ）
との差の２乗和が求められると、続いて上記Ｓの関数Ｗ
Ｊ　（Ｓ）を最小にするＳの値Ｓｘｍが求められる（ス
テップＳＴ１８）。これは、加算信号Ｊ＋　　（ｘ）を
右にＳｘｍの値だけシフトしたときに、加算信号Ｊ２　
　（Ｘ）と最も良く重なっていることを示すものである
。

このようにしてＳの値Ｓｘｍが求められる、つまり肖像
のＸ方向の位置合わせが終了されると、次に画像のｙ方
向の位置合わせが行われる。ここでは、第３の画像メモ
リ２４に記憶されている２値画像ＩＢＩ　　（Ｘ，”ｉ
）と、第２の画像メモリ２３に記憶されている２値画像
ＩＢ２　　（Ｘ．ｙ）とを、たとえばパターンマッチン
グすることにより行われる（ステップＳ７１９〜２２）
。

■ＩＩ３２（Ｘ＋ＳＸｌ．）’＋ＳｙＯ＋Ｓ））ただし
、Ｓはーｐｙ≦Ｓ≦Ｐｙ，演算■は排他的論理和を示す
。

ここで、上記処理にかかる計算量を具体的に示すと次の
ようになる。

１回の照合に要する排他的論理和計算回数は、ＬｘＸＬ
ｙ 上記照合を繰り返す回数は、 ２Ｐｙ となる。

したがって、排他的論理和計算全回数は、２　（Ｐｙｘ
ＬｘＸＬｙ） となる。

また、加算信号の差の２乗和を計算する回数は、Ｌｘ 上記の計算を繰り返す回数は、 ２Ｐｘ したがって、差の２乗和計界全回数は、２　（Ｐ　ｘ　
Ｘ　Ｌ　ｘ） 仮に、Ｌｘ−Ｌｙ＝３００、Ｐｘ−Ｐｙ＝５とした場合
の排他的論理和計算全回数は、９×１０’回となる。ま
た、差の２乗和計算全回数は３０００回となり、これら
を合わせても従来の計算ｍ９Ｘ１０′′回より少なくて
済むことがわかる。

続いて、上記の２値画像ＩＢ，（ｘ，ｙ）と２値画像Ｉ
Ｂ２　　（Ｘ，ｙ）との排他的論理和Ｗｌ（Ｓ）を最小
にするＳのｆＩ　Ｓ　ｙ　ｍが求められる（ステップＳ
Ｔ２３）。この排他的論理和Ｗｌ（Ｓ）を最小にするＳ
の値Ｓｙｍが、２値画像ＩＢ＋　　（Ｘ，ｙ）と２値画
像ＩＢ２　（ｘ，ｙ）との一致度を示すパラメータとな
っている。

この排他的論理和ｗｒ　（ｓ）を最小にするＳの値Ｓｙ
ｍは、あらかじめ定められたしきい値ＴＨと比較される
（ステップＳＴ２４）。この比較により、上記Ｓの値Ｓ
ｙｍがしきい値ＴＨよりも小さい場合（Ｗｌ（Ｓｙｍ）
≦ＴＨ．）には、「本人」と判定される（ステップＳＴ
２５）。また、Ｓの値Ｓｙｍがしきい値ＴＨよりも大き
い場合（Ｗｌ（Ｓ　ｙｍ）＞ＴＨ）には、「他人」と判
定される（ステップＳＴ２６）。

そして、上記判定の結果にしたがって各種の管理、たと
えば「本人」と判定された場合には入退出が許可され、
「他人」と判定された場合には人走出が拒絶されるなど
の管理が実施される。

上記したように、２値画（ｌＩＢ＋　　（Ｘ．Ｖ）と２
値画像ＩＢ２　（ｘ，ｙ）とのＸ方向の位置合わせに、
指の長手方向に垂直な方向に各画素の値が加算された１
次元の信号を用いるようにしている。

これにより、画像のＸ方尚の位置合わせを効率的に行い
得るようになる。このため、計算瓜を大幅に減らすこと
が可能となる。したがって、処理の高速化が可能となり
、処理時間を大幅に短縮することができるようになるも
のである。

なお、上記実施例においては、パターンマッチングによ
り画像のｙ方向の位置合わせを行う場合を例に説明した
が、これに限らず、たとえばマニューシャを用いるもの
にも適用できる。

［発明の効果］ 以上、詳述したようにこの発明によれば、処理の高速化
が可能となり、処理時間を大幅に短縮することができる
パターン画像処理装置を択供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す指紋照合装置の構成
図、第２図は立録の手順を説明するために示すフローチ
ャート、第３図は動作を説明するために示す図、第４図
は照合の手順を説明するために示すフローチャート、第
５図は従来技術とその問題点を説明するために示す図で
ある。 １１・・・プリズム、１２・・・光源、１３・・・テレ
ビカメラ、１５・・・制御部、１８・・・ＩＣカード、
２１・・・第１の画像メモリ、２２・・・第１のメモリ
、２３・・・ｍ２の画像メモリ、２４・・・第３の画像
メモリ、２５・・・第２のメモリ。 出廟人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 １ 図 第 ３ 図 第 ２ 図 第 ４ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも第１関節部を含む指の画像情報を入力する入
   力手段と、 この入力手段で入力された指の画像情報を指の長手方向
   と直交する方向に加算して加算信号を算出する算出手段
   と、 前記入力手段で入力された指の画像情報から特徴情報を
   生成する生成手段と、 この生成手段で求めた特徴情報と被照合用の特徴情報と
   比較する比較手段とを具備し、 前記比較手段による比較処理において、指の長手方向に
   関する前記特徴情報と被照合用の特徴情報との位置合わ
   せを、前記算出手段により得られる加算信号を用いて行
   うことを特徴とするパターン画像処理装置。