JPH0628464A

JPH0628464A - 指紋照合装置

Info

Publication number: JPH0628464A
Application number: JP3020000A
Authority: JP
Inventors: Seigo Igaki; 誠吾井垣; Taku Arasaki; 卓新埼
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1991-02-13
Filing date: 1991-02-13
Publication date: 1994-02-04
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JP2868909B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は入力した指紋像と辞書に格納されて
いる辞書パターンとを比較して本人を確認する指紋照合
装置に関し、出現頻度の高い特徴点を優先的に選択しつ
つ、処理時間を短くすることができる指紋照合装置を提
供することを目的としている。【構成】２値化回路１０の登録用指紋画像を格納する
第１の２値化メモリ１１と、該第１の２値化メモリ１１
の出力を受けて、特徴点を抽出して格納する特徴抽出部
１２と、前記２値化回路１０の異なる閾値により得た複
数の照合用指紋画像を格納する第２の２値化メモリ１３
と、前記第１の２値化メモリ１１の特徴点近傍の窓画像
と、第２の２値化メモリ１３に格納されている任意の照
合用指紋画像の対応する領域の窓画像との比較を行う比
較部１４と、該比較部１４の比較結果を格納しておき、
前記特徴抽出部１２に格納されている特徴点の指紋辞書
としての安定度評価を行う安定度評価部１５と、該安定
度評価部１５により選択された特徴点を指紋辞書として
格納する指紋辞書記憶部１６とを含んで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は入力した指紋像と辞書に
格納されている辞書パターンとを比較して本人を確認す
る指紋照合装置に関する。

【０００２】近年、コンピュータが広範な社会システム
の中に導入されるに伴い、システム・セキュリティに関
係者の関心が集まっている。コンピュータルームへの入
室や、端末利用の際の本人確認の手段として、これまで
用いられてきたＩＤカードやパスワードには、セキュリ
ティ確保の面から多くの疑問が提起されている。これに
対して、指紋は万人不同，終生不変という２大特徴を持
つため、本人確認の最も有力な手段と考えられ、指紋を
用いた簡便な個人照合システムに関して多くの研究開発
が行われている。

【０００３】

【従来の技術】図６は従来の指紋照合装置の構成概念図
である。先ず、登録時の動作について説明する。指紋セ
ンサ１に指を押しつけておいて指紋のパターンを検出
し、指紋センサ１内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）により
ディジタルデータに変換する。変換されたディジタルデ
ータ（指紋データ）は、続く２値化回路２により
“０”，“１”の２値データに変換され、フレームメモ
リ３に格納される。

【０００４】フレームメモリ３に格納された指紋データ
は、順次読出された後、特徴情報抽出部４に入り、特徴
情報が抽出される。ここで、特徴情報とは、例えば図７
（ａ）に示すような分岐点や（ｂ）に示すような端点等
をいう。このような分岐点や端点がどの位置に何個ある
かで指紋を特定することができる。抽出された特徴情報
は、指紋辞書記憶部５に格納される。以上の動作が複数
の個人について繰返され、個人の特徴情報が指紋辞書記
憶部５に格納される。

【０００５】このようにして特徴情報量の指紋辞書記憶
部５への登録が終了すると、今度は個人の指紋の照合動
作に入る。照合の場合、指紋センサ１に指（予め登録に
用いた指。例えば人さし指）を乗せてから、テンキー
（図示せず）で自分のＩＤ番号を入力する。この結果、
照合部６はＩＤ番号を基に指紋辞書記憶部５の検索する
範囲を決定して照合時に読出すことにより、検索する範
囲を絞ることができる。

【０００６】登録時と同様にして指紋のパターンを検出
し、指紋センサ１内のＡ／Ｄ変換器（図示せず）により
ディジタルデータに変換する。変換されたディジタルデ
ータは、続く２値化回路２により“０”，“１”の２値
データに変換され、フレームメモリ３に格納される。

【０００７】照合部６は、フレームメモリ３に格納され
ている照合用指紋画像と、指紋辞書記憶部５に格納され
ている個人毎の特徴情報とを読出し、双方の照合（パタ
ーンマッチング）を行う。特徴パターンの一致の数が所
定数以上あった時には、指紋が一致したと判定する。

【０００８】次に、パターンマッチング動作について、
更に詳細に説明する。図８の（ａ）は指紋センサ１で読
取り、２値化回路２で２値化され、フレームメモリ３に
入っている指紋画像である。図において、斜線で示す領
域は隆線（山線）、白い領域は谷線である。特徴情報抽
出部４は、この指紋画像から特徴点を抽出し、特徴点を
中心とした指紋画像（特徴パターン）を窓（ウィンド）
状に複数個切り出す。

【０００９】ここで、窓を切り出す場合には、図９に示
すように先ず、入力画像を予め幾つかの小領域に分割し
ておき、入力画像の中心に近い位置から順に（図の矢
印）特徴点を捜し、窓として登録する。

【００１０】図８の（ｂ）は指紋辞書としての特徴パタ
ーンを示す図である。図のＷが位置合わせ用窓、残りの
１から６が位置合わせ用窓Ｗの周囲に抽出された窓であ
る。この位置関係を保存したまま、辞書として指紋辞書
記憶部５に登録される。

【００１１】照合時には、照合部６が入力された指紋画
像に対して指紋辞書の窓をパターンマッチングさせる。
指紋辞書は、１個の位置合わせ用窓Ｗと複数の照合用の
周辺窓とに２分される。最初に、位置合わせ用窓Ｗを指
紋画像に対して走査を行い、パターンマッチングさせ、
登録画像に対する入力画像の移動量を把握する。その
後、照合用窓を位置合わせ用窓の移動量だけずらして照
合させる。図８の（ｃ）はパターンマッチングの様子を
示している。図において、Ｈは読み込んだ指紋画像であ
る。この指紋画像に対して位置合わせ用窓Ｗを走査さ
せ、一致するパターンを捜し、一致した位置で移動量を
覚えておく。そして、残りの照合用窓に対しても同じ移
動量だけ移動せさると、図（ｃ）の状態になる。このパ
ターンマッチングを行うに際しては、人間の皮膚の柔ら
かみによる歪みに対応させるため、照合用窓を若干量だ
け２次元的に走査させてパターンマッチングを行う。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述したようなムービ
ングウィンド法による指紋照合方法では、指紋の特徴点
近傍の２値画像を窓として切り出し、辞書（特徴パター
ン）として登録している。そして、登録の際には、入力
画像を予め幾つかの小領域に分割しておき、入力画像の
中心に近い小領域から順に特徴点を捜し、窓として登録
するようになっている。

【００１３】このため、発汗や指先の荒れ等に伴うパタ
ーンの太り、細りやかすれ等に対して安定な窓が必ずし
も優先的に選択されないという問題があった。

【００１４】ムービングウィンド法ではないが、複数回
の押捺で得た複数の多値画像のそれぞれを用いて特徴点
を抽出し、出現頻度の高い特徴点を優先的に選択する方
法が提案されている（特開昭６１−２７２８８６号）。

【００１５】しかしながら、この方法は毎回の押捺画面
の間で位置合わせを行い、選択された特徴点の対応づけ
を行う必要があり、処理時間が増大するという問題があ
る。

【００１６】これに対し、本出願人らは、１回の押捺過
程における複数の２値画像のそれぞれを用いて特徴点を
抽出し、出現頻度の高い特徴点を優先的に選択する方法
を提案した（特願昭６３−３１２５３３号，特願平０１
−２５３４５８号）。この方法によれば、特徴点相互の
対応づけが容易であるという利点がある。

【００１７】しかしながら、複数画面のそれぞれに対し
て特徴点の抽出を繰り返すことによる処理時間の増大と
いう問題点は解消されていない。

【００１８】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、出現頻度の高い特徴点を優先的に選択し
つつ、処理時間を短くすることができる指紋照合装置を
提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理ブロ
ック図である。図６と同一のものは、同一の符号を付し
て示す。図において、１は指紋画像を入力する指紋セン
サ、１０は該指紋センサ１の出力を受けて、複数の閾値
と比較して２値化を行えるようにした２値化回路、１１
は該２値化回路１０の登録用指紋画像を格納する第１の
２値化メモリ、１２は該第１の２値化メモリ１１の出力
を受けて、特徴点を抽出して格納する特徴抽出部、１３
は前記２値化回路１０の異なる閾値により得た複数の照
合用指紋画像を格納する第２の２値化メモリである。

【００２０】１４は前記第１の２値化メモリ１１の特徴
点近傍の窓画像と、第２の２値化メモリ１３に格納され
ている任意の照合用指紋画像の対応する領域の窓画像と
の比較を行う比較部、１５は該比較部１４の比較結果を
格納しておき、前記特徴抽出部１２に格納されている特
徴点の指紋辞書としての安定度評価を行う安定度評価
部、１６は該安定度評価部１５により選択された特徴点
を指紋辞書として格納する指紋辞書記憶部、１７は該指
紋辞書記憶部１６に格納された指紋辞書と照合用指紋画
像とのパターンマッチングを行う照合部である。

【００２１】

【作用】先ず、基準閾値を用いて２値化した画像を第１
の２値化メモリ１１に格納し、該２値化画像から特徴点
を抽出して特徴抽出部１２に格納しておく。次に、この
基準閾値を中心に上下に振った複数の閾値を用いて２値
化した画像を第２の２値化メモリ１３に閾値毎に格納し
ておく。そして、比較部１４が第１の２値化メモリ１１
の特徴点近傍の窓画像と第２の２値化メモリ１３に格納
されている任意の照合用指紋画像の対応する領域の窓画
像との比較を行い、安定度評価部１５は比較部１４の比
較結果に基づいて照合誤差の少ない窓を特徴パターンと
して用いるようにする。

【００２２】このような構成とすることにより、指先の
発汗状態の変化や、指先の状態の季節的変化に伴うパタ
ーンの太り，細りやかすれ等に対して安定な窓を優先的
に辞書として登録することができ、出現頻度の高い特徴
点を優先的に選択しつつ、処理時間を短くすることがで
きる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２４】先ず、本発明の原理について詳細に説明す
る。図２は指紋画像と指紋センサ出力波形の関係を示す
図である。指紋画像には、図に示すように汗腺ａが存在
する画像や、かすれｂが存在する画像や、汗腺ａに
加えて部分的発汗部ｃが存在する画像や、正常な画像
がある。

【００２５】図の→はスキャン方向を示す。それぞれの
指紋画像に対する指紋センサ１の出力波形を、その下の
段に示している。図より明らかなように、本来の隆線部
に比較して、汗腺ａやかすれｂのある部位では、出力
レベルが小さいことが分かる。これに対して、に示す
発汗部では出力レベルが上昇する。このため、発汗があ
ると、小区間の平均濃度等から求めた２値化閾値が、周
辺の小区間に比較して上昇することも明らかである。図
のＬ１〜Ｌ３は２値化閾値である。Ｌ１が通常閾値であ
る。

【００２６】このため、本来は隆線に含まれるべき部位
にボイド（欠け）や断線を生じることになる。そこで、
小区間の平均濃度等から求めた２値化閾値に対して、一
律にある係数をかけた複数の新たな２値化閾値を設定
し、それぞれの閾値による２値化結果を比較する。

【００２７】汗腺やかすれがない安定な隆線位置では、
２値化閾値の違いによる白画素数の変化が比較的穏やか
なのに対し、周囲に比較して汗腺やかすれの激しい部位
では、白画素数が大きく変化する。

【００２８】図３は２値化閾値と白画素数の関係を示す
図である。縦軸は白画素数、横軸は２値化閾値である。
２値化閾値を高くしていくと（図２の閾値Ｌのレベルを
上に上げることに相当）、白画素数は当然に減少する
が、その減少変化が大きい。従って、２値化閾値の大き
い領域Ａは不安定領域といえる。これに対し、２値化閾
値が低い領域からある値の領域までは白画素数のほぼ一
定な領域である。この領域Ｂは安定領域といえる。

【００２９】従って、異なる２値化閾値によって得た複
数の２値画像を相互に比較することにより、１回の押捺
によって得た１画面の多値画像から安定な隆線部と不安
定な隆線部とを分離するという本発明の目的を達成する
ことができる。

【００３０】図４は本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して
示す。図において、１８は第１の２値化メモリ１１に格
納されている登録用２値画像を読出して細線化処理を行
う細線化部である。この細線化部１８は、余分な指紋画
像のヒゲ等を除去して、指紋パターンを明確化するもの
である。

【００３１】特徴抽出部１２は、細線化部１８で細線化
された２値画像から特徴情報を抽出する特徴抽出回路１
２ａと、該特徴抽出回路１２ａで抽出した特徴点及びそ
の近傍を特徴パターンの窓として記憶する特徴点記憶メ
モリ１２ｂとで構成されている。その他の構成は、図１
と同じである。このように構成された装置の動作を図５
の動作フローチャートに沿って説明すれば、以下のとお
りである。

【００３２】先ず、指紋センサ１で登録用画像を入力し
（Ｓ１）、基準閾値ＴＨ_Ｓを用いて２値化回路１０で２
値化する（Ｓ２）。２値化された画像は、一旦第１の２
値化メモリ１１に格納される。次に、２値化メモリ１１
に入った画像は読出された後、細線化部１８で細線化処
理が行われる（Ｓ３）。

【００３３】細線化処理が終了すると、特徴抽出回路１
２ａは特徴点を抽出し（Ｓ４）、その近傍の画像と共に
窓画像（特徴パターン）として特徴点記憶メモリ１２ｂ
に格納する。

【００３４】登録用画像の入力が終了すると、次に照合
用指紋画像の入力を行う（Ｓ５）。指紋センサ１で検出
された指紋画像は、続く２値化回路１０で２値化される
（Ｓ６）。ここで、照合用の指紋画像は、複数の閾値で
２値化される。使用される閾値ＴＨｉは、ステップＳ２
で用いられた閾値ＴＨ_Ｓをその前後に若干量だけ振った
値を用いる。具体的には、基準閾値ＴＨ_Ｓにある係数を
掛けたものを用いる。

【００３５】２値化された画像は、順次第２の２値化メ
モリ１３に格納される（Ｓ７）。図４の１３ａは、複数
の２値画像が格納されている様子を示している。次に、
照合用画像の入力が終了したかどうかチェックし（Ｓ
８）、終了していない場合にはステップＳ５に戻り、他
の閾値での２値化とメモリへの格納処理を繰り返すこと
になる。

【００３６】全ての照合用画像の２値化処理が終了した
ら、特徴点の安定度評価作業に移る。先ず、特徴点記憶
メモリ１２ｂに格納されている各特徴点の窓画像に対応
した２値画像（第１の２値化メモリ１１から読出す）
と、第２の２値化メモリ１３ａに格納されている２値画
像の対応する領域とを照合し、白画素数の差を求める
（Ｓ９）。求めた白画素数の差分は、安定度評価部１５
に渡す。次に全ての特徴点について照合処理が終了した
かどうかチェックする（Ｓ１０）。ここでの全ての特徴
点とは、複数の閾値により２値化した指紋画像の全ての
特徴点の意味である。

【００３７】全ての特徴点についての白画素数の照合が
終了したら、安定度評価部１５には全ての特徴点につい
ての登録用画像と照合用画像の白画素数の差分データが
取り込まれている。そこで、安定度評価部１５は、これ
らデータを基に窓の登録順位を決定する（Ｓ１１）。つ
まり、全ての照合用窓との比較により白画素数の変化の
最も少なかった窓から順に順序付けを行う（Ｓ１１）。
この順位は、指紋照合に際して最も安定な特徴パターン
窓と一致する。

【００３８】窓の順序付けが終了したら、安定度評価部
１５は特徴抽出部１２に指令を送り、特徴点記憶メモリ
１２ｂから照合誤差の少ない順にソーティングして読み
出し、この順位を照合の際の利用順位として指紋辞書記
憶部１６に登録する（Ｓ１２）。このことは、出現頻度
の高い特徴点を優先的に選択することを意味し、これに
より、指紋辞書記憶部１６には、指の発汗やかすれ等に
対しても安定な特徴パターンが登録されたことになる。

【００３９】指紋画像の照合の際には、照合部１７は指
紋辞書１６に登録された特徴パターン（窓画像）と入力
画像との照合い、本人の確認を行う。

【００４０】指紋照合方法は、前述の実施例に限るもの
ではなく、定度評価部１５は、異なる２値化閾値間で得
られた２値画像の照合誤差の過多に応じて窓に重みづけ
をして指紋辞書記憶部１６に登録しておき、照合の際に
は照合部１７は重みづけしたスコアの合計値の大小によ
り本人確認を行うようにすることもできる。このように
すると、所定の誤照合率を維持したまま照合する窓の数
を減らすことができる。

【００４１】また、前記照合部１７は、異なる２値化閾
値で得られた２値画像間の照合誤差の過多に応じて、照
合の際の個々の窓の合否の判定閾値を変えるようにする
ことも照合率の向上に寄与する。

【００４２】また、閾値の決定方法としては、前記２値
化回路１０で用いる複数の２値化閾値の基準閾値とし
て、予め分割した小領域毎の平均濃度を用いるようにす
ることができる。更に、前記２値化回路１０で用いる複
数の２値化閾値の基準閾値として、分割した小領域毎に
予め記憶させておいた基準値を用いるようにすることも
できる。

【００４３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば登録用指紋画像から得られた特徴点を全て記憶し
ておき、これら特徴点に対応する登録用指紋２値画像と
照合用指紋２値画像とを窓単位で比較し、照合誤差の小
さいものから順に特徴パターンとして登録することによ
り、出現頻度の高い特徴点を優先的に選択しつつ、処理
時間を短くすることができる指紋照合装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理ブロック図である。

【図２】指紋画像と指紋センサ出力波形の関係を示す図
である。

【図３】２値化閾値と白画素数の関係を示す図である。

【図４】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図５】本発明の動作を示すフローチャートである。

【図６】従来の指紋照合装置の概念図である。

【図７】指紋の特徴情報例を示す図である。

【図８】パターンマッチングの動作説明図である。

【図９】窓の登録順位を示す図である。

【符号の説明】

１指紋センサ１０２値化回路１１第１の２値化メモリ１２特徴抽出部１３第２の２値化メモリ１４比較部１５安定度評価部１６指紋辞書記憶部１７照合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】指紋画像を入力する指紋センサ（１）
と、該指紋センサ（１）の出力を受けて、複数の閾値と比較
して２値化を行えるようにした２値化回路（１０）と、該２値化回路（１０）の登録用指紋画像を格納する第１
の２値化メモリ（１１）と、該第１の２値化メモリ（１１）の出力を受けて、特徴点
を抽出して格納する特徴抽出部（１２）と、前記２値化回路（１０）の異なる閾値により得た複数の
照合用指紋画像を格納する第２の２値化メモリ（１３）
と、前記第１の２値化メモリ（１１）の特徴点近傍の窓画像
と、第２の２値化メモリ（１３）に格納されている任意
の照合用指紋画像の対応する領域の窓画像との比較を行
う比較部（１４）と、該比較部（１４）の比較結果を格納しておき、前記特徴
抽出部（１２）に格納されている特徴点の指紋辞書とし
ての安定度評価を行う安定度評価部（１５）と、該安定度評価部（１５）により選択された特徴点を指紋
辞書として格納する指紋辞書記憶部（１６）と、該指紋辞書記憶部（１６）に格納された指紋辞書と照合
用指紋画像とのパターンマッチングを行う照合部（１
７）とにより構成された指紋照合装置。
【請求項２】前記比較部（１４）は、第１及び第２の
２値化メモリ（１１），（１３）から特徴点に対応した
窓画像毎にその白画素の数を比較するようにしたことを
特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項３】前記安定度評価部（１５）は、異なる閾
値間で得られた２値画像間の照合誤差の少ない順にソー
ティングした登録順位を照合の際の窓の利用順位とし
て、指紋辞書記憶部（１６）に登録するようにしたこと
を特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項４】前記安定度評価部（１５）は、異なる２
値化閾値間で得られた２値画像の照合誤差の過多に応じ
て窓に重みづけをして指紋辞書記憶部（１６）に登録し
ておき、照合の際には照合部（１７）は重みづけしたス
コアの合計値の大小により本人確認を行うようにしたこ
とを特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項５】前記照合部（１７）は、異なる２値化閾
値で得られた２値画像間の照合誤差の過多に応じて、照
合の際の個々の窓の合否の判定閾値を変えるようにした
ことを特徴とする請求項１記載の指紋照合装置。
【請求項６】前記２値化回路（１０）で用いる複数の
２値化閾値の基準閾値として、予め分割した小領域毎の
平均濃度を用いるようにしたことを特徴とする請求項１
記載の指紋照合装置。
【請求項７】前記２値化回路（１０）で用いる複数の
２値化閾値の基準閾値として、分割した小領域毎に予め
記憶させておいた基準値を用いるようにしたことを特徴
とする請求項１記載の指紋照合装置。