JPH0799546B2 - 指紋の特徴抽出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、指紋の照合を簡単に行わせるようにする指
紋の特徴抽出装置に関する。

［従来の技術］ 例えば、特定される機密保持の必要な部屋への入室管理
手段として、指紋を鍵として使用することが考えられて
いる。このような入室管理等に使用される指紋の照合装
置としては、指紋画像に基づいて、各個人の情報を表現
するようになる指紋特徴点を抽出することが必要不可欠
となる。この特徴点としては、指紋の隆線の端点や分岐
点が使用されるものである。

一般的に、入室管理を実行するような場合、画像読み取
り装置によって入室しようとする人の指紋画像を読み取
るようになるものであるが、この指紋画像を充分にクリ
アな状態で読み取ることは困難であり、入力指紋画像に
「にじみ」や「かすれ」が存在するのが通常である。

指紋入力画像の通常の処理手段としては、入力された画
像情報を２値化、さらに細線化し、このようにして得ら
れた細線化画像（骨格化画像）の端点および分岐点を抽
出するようになるものであるが、上記「にじみ」や「か
すれ」によって、本来の端点や分岐点による特徴点以外
の「疑似特徴点」が多数得られるようになってしまう。

したがって、このような状態では精度の高い指紋照合が
実行できないものであり、指紋照合の精度を向上させる
ためには、何等かの手段によって、上記疑似特徴点を除
去するようにしなければならない。

このような疑似特徴点の除去手段としては、例えば特開
昭59-144982号公報に示されるように、指紋の隆線側を
細線化した画像（山画像）と、上記隆線以外を細線化し
て表現される画像（谷画像）を用い、疑似特徴点を除去
する方法が考えられている。しかし、このような手段で
は、山画像および谷画像それぞれの画像において、端点
および分岐点の両点を検出する必要があるものであり、
複雑な手数と共に多くの処理時間を必要とするものであ
った。

［発明が解決しようとする問題点］ この発明は上記の点に鑑みなされたもので、充分に簡単
な手段によって入力指紋の特徴点の抽出が実行されるよ
うにするものであり、上記のような入室管理はもとよ
り、車両用のキーレスシステムとしても効果的に利用で
きるようにする指紋の特徴抽出装置を提供しようとする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわち、この発明に係る指紋の特徴抽出装置にあって
は、入力された指紋画像から指紋隆線に対応する山画
像、および上記隆線以外の部分に対応する谷画像を作製
し、この山画像および谷画像のそれぞれ端点を特徴点と
して抽出させるようにする。この場合、上記抽出された
端点から骨格線に沿って特定される区間を求め、その特
定される区間で新たな端点あるいは分岐点が検出された
ような場合には、上記端点を疑似特徴点と判定する。そ
して、この疑似特徴点を除く山画像および谷画像それぞ
れの端点からなる特徴点を登録パターンと対比するよう
にしている。ここでこの装置を特に車両用に使用する場
合には、指紋入力操作に対応して動作されるスイッチ手
段を設け、このスイッチ手段からの信号に基づいて、指
紋入力操作時にのみ、上記画像入力手段、さらに特徴点
検出動作部分に、車載のバッテリから電源を供給するよ
うにしているものである。

［作用］ 上記のような指紋の特徴抽出装置にあっては、指紋の隆
線に対応する山画像の分岐点が谷画像の端点に対応する
ものであり、さらに谷画像の分岐点が山画像の端点に相
当するものであることに着目し、これらの分岐点を検出
せずに比較的簡単に抽出できるようになる端点のパター
ンによって指紋照合動作が実行できるようになる。つま
り、入力画像の中に含まれる疑似画像に基づき検出され
るようになる端点は、その端点からの骨格線に沿って特
定される区間内で他の端点若しくは分岐点の存在を確認
することによって、疑似特徴点であるか否かを判別でき
るようになっている。したがって、分岐点に基づく疑似
特徴点の判別が不要となり、特徴点パターンが簡単に抽
出されるようになり、精度の良い指紋照合が短い処理時
間で効果的に実行されるようになるものである。

また、車両用に鍵に代用する手段として、この装置が使
用されるような場合には、指紋照合動作時にのみ容量に
限界のある車載バッテリ電源が有効に使用されるものて
あり、例えばドアの解錠手段として効果的に使用できる
ものである。

［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。
この実施例は、例えば自動車においてキーを使用するこ
となく施錠したドアを開くことができるようにするキー
レスエントリーシステムに適用した場合の例を示してい
るもので、指紋模様を読み取る指紋画像読取り装置11
は、ドアの例えば取って部分に設けられるものである。
この画像読取り装置11の構成は後述するものであるが、
この画像読取り装置11からは指紋の隆線の模様に対応す
る画像情報が読み出されるもので、この画像情報はA/D
変換器12でディジタル画像データに変換され、この画像
データは画像メモリ13に記憶させるようにする。そし
て、この画像メモリ13に記憶された画像データが、指紋
の特徴点の抽出動作、さらに照合動作を実行するマイク
ロコンピュータ14に供給されるようにする。

このマイクロコンピュータ14には、登録されている指紋
の特徴点を記憶設定したEEPROM15からの登録パターンデ
ータが供給されるようになっているものであり、さらに
上記特徴点抽出および照合動作を行わせるためのプログ
ラムデータ等を記憶するROM16、および演算過程で使用
されるデータ等を記憶するRAM17が設けられている。

そして、上記マイクロコンピュータ14で入力指紋データ
が登録データと一致したと判定した場合には、インター
フェース18を介して信号が出力され、リレー等のスイッ
チ回路19を介して、この車両に搭載されているバッテリ
電源20からの電力を、ドアのアンロック制御を実行させ
るアクチュエータ21に供給し、ドアの解錠動作が実行さ
れるようにする。

また、指紋検出動作を実行する画像読取り装置11に関連
して、指を所定の場所にセットした際に作動されるよう
にするタッチセンサ22が設定されているものであり、こ
のセンサ22からの検出信号は検出処理回路23で所定の動
作指令信号に変換される。そして、このタッチセンサ22
からの検出信号に基づく指令信号は、リレー等によって
構成されるスイッチ回路24を動作させ、上記バッテリ電
源20らの電力を定電圧電源25に供給して、所定の電圧の
電源電圧が発生されるようにする。この定電圧電源25
は、上記マイクロコンピュータを含む指紋読取り処理
部、さらに指紋を読取る際に指先を照明するランプ26に
動作電源を供給するようになるものである。

上記バッテリ電源20は、イグニッションスイッチ27を介
して、この図では示されないスタータ等を含むエンジン
動作回路等に供給される。また上記マイクロコンピュー
タ14には、適宜操作指令を入力する、例えば指紋登録指
令を入力するための操作部28からの操作指令信号が入力
されるようになっている。

第２図は指紋画像読取り装置11部分の具体的な構成例を
示すもので、指紋検出面はプリズム31によって構成され
ている。そして、このプリズム31の１つの面に指紋を検
出しようとする指先32が押付け設定されるようにしてい
る。このプリズム31部分には、検出部となるプリズム31
面の汚れ防止、および指32のガイドを兼用するようにし
たカバー33が設けられている。

上記プリズム31には、ランプ26からの光線をレンズ系3
4、スリット35等を介して平行光線とし、ミラー36を介
して入力されるようにして、設定された指先32の指紋面
を照射するようにしている。

また、このように照明された指先32の指紋面の映像は、
ミラー37およびレンズ系38を介してCCD等の撮像部39に
導かれ撮像されるもので、CCDインタフェース回路40を
介して上記指紋の隆線に対応する画像情報が出力される
ようになるものである。

ここで、上記プリズム31の検出面に対応する部分には、
指先32がカバー33内に挿入された際に接触され、操作さ
れるようにしたタッチセンサ22が設けられている。

このように構成される装置にあっては、まず指紋の登録
が実行されるものであるが、この登録作業ではまず画像
読取り装置11のカバー33で囲まれたプリズム31の検出面
部分に、登録しようとする指紋が存在する指先32を設定
する。このように指先を設定するとタッチセンサ22でこ
の指先の存在が検出されるようになり、スイッチ回路24
がオンされて定電圧電源25にバッテリ電源20が接続され
るようになる。すなわち、ランプ26が点灯され、マイク
ロコンピュータ14を含む指紋特徴検出動作を実行する部
分に電源が供給設定され、動作状態とされるようになる
もので、プリズム31の検出面に設定された指先32の指紋
の映像がCCD撮像部39で撮像されるようになる。この場
合、タッチセンサ22からの検出信号の供給される検出処
理回路23にあっては、タッチセンサ22からの検出信号が
立上がってから所定の時間範囲でスイッチ回路24をオン
制御するもので、指紋の映像が読み取られるに必要な時
間範囲で、上記画像読取り装置11さらにマイクロコンピ
ュータ14部分が動作状態に設定されるものである。

上記画像読取り装置11部で読み取られた指紋の隆線に対
応する映像に基づく画像情報は、A/D変換器12でディジ
タル画像データに変換されて画像メモリ13に記憶され
る。

このような状態で操作部28に設定されている登録ボタン
を操作すると、この操作部28からの指令によって、マイ
クロコンピュータ14は上記画像メモリ13に格納されてい
る指紋画像データを読み込み処理し、この指紋画像の特
徴点のパターンをEEPROM15に格納するようになる。そし
て、このEEPROM15には、例えばこの車両を使用するよう
になる複数の人の指紋が適宜登録設定されるようになる
ものである。

このように指紋登録が完了した状態で、この車両を使用
する人がその指先を指紋画像読取り装置11の所定の部分
に設定すれば、その指紋が上記登録時と同様に読み取ら
れて画像メモリ13に格納されるようになる。マイクロコ
ンピュータ14では上記登録時と同様に指紋処理を実行
し、上記入力指紋の特徴点パターンとEEPROM15に格納さ
れている特徴パターンとを順次照合するようになる。そ
して、上記入力指紋の特徴パターンに一致する特徴パタ
ーンの登録があることが確認されたならば、マイクロコ
ンピュータ14はインタフェース18に出力を発生し、スイ
ッチ回路19をオンして、ドアのアンロック作業を実行さ
せるようになるものである。

すなわち、利用者は指を指紋画像読取り装置11の読み取
り部に、軽くタッチするような状態で設定するだけで、
この自動車のドアが解錠されるものであり、またこの際
に確実に個人が識別されているものであるため、盗難防
止等の効果も発揮されるようになるものである。

指紋の特徴点について以下に説明する。第３図の（Ａ）
は入力される指紋の画像の例を示しているもので、この
画像は画像メモリに入力された指紋画像を適当な閾値で
２値化した２値画像である。このような（Ａ）図の指紋
画像からは、この指紋の隆線に対応する第３図（Ｂ）に
示すような山画像が骨格線として得られるようになる。
そして、この山画像が読取り画像データとして使用され
るようになる。また、上記隆線ではない部分を骨格線と
して抽出すると、隆線相互間の谷部分に対応して第３図
（Ｃ）で示すような谷画像として得られるようになる。

この第３図は疑似画像の存在しない場合を示しているも
ので、（Ａ）図で示した指紋隆線の映像では、a1で示す
端点、およびa2で示す分岐点が、照合に使用される特徴
点となるものである。

ここで、第３図の（Ａ）図で示した指紋の隆線の映像か
ら、（Ｂ）図および（Ｃ）図で示す山画像および谷画像
を得る手段は、例えばヒルデイッチ（Hilditch）法等の
手段が知られているものであり、画像メモリ13に記憶さ
れた指紋画像データに基づいて作製されるものである。

そして、上記第３図の（Ｂ）および（Ｃ）で示した山画
像および谷画像をみると、上記特徴点a1およびa2は、そ
れぞれ山画像の端点b1および谷画像の端点c1として表現
されるようになるものであり、指紋映像の特徴点となる
端点および分岐点は、それぞれ山画像および谷画像の端
点として表現されるようになる。

第４図乃至第８図はそれぞれ疑似特徴点の例を示してい
るもので、それぞれ（Ａ）図は山画像を示し、（Ｂ）図
は上記（Ａ）図に対応する谷画像を示している。そし
て、第４図は山画像で「ひげ」が存在している場合を示
し、第５図および第６図の場合は小さな線分が画像の一
部に疑似画像として現れた場合を、第７図および第８図
は「わたり」が疑似画像としてできた場合をそれぞれ示
している。そして、これらの図から明らかなように、第
４図の「ひげ」の場合を除き、山画像あるいは谷画像に
おいて全て２つの端点が近接して存在するようになる。
すなわち、２つの端点が近接して存在するような場合に
は、この端点が疑似特徴点であるとして除去するように
すればよい。しかし、真実の特徴点が近接して存在した
ような場合には、この真実の特徴点も除去されてしま
う。

このため、例えば第５図で示しているように、山画像に
おいて検出された端点5aから骨格線に沿って数点トレー
スしこの端点の方向Ｄを求め、上記端点5aより上記求め
られた方向に沿って特定される区間として破線で示すよ
うなマスク41を設定し、このマスク41内に他の新たな端
点が存在するか否かを判断して、他の端点5bが存在した
場合には、これを疑似特徴点と判断するようにすればよ
い。尚、このマスク41は方向Ｄに沿う領域で、端点5aを
中心として両側に広がる特定の近傍区間の領域を示して
いる。

また、第４図で示されるような「ひげ」を除去するため
には、上記同様に山画像における端点4aよりこの「ひ
げ」の骨格線をトレースするようにすると、その途中で
分岐点4bが現れるようになる。したがって、この分岐点
4bが現れた段階でこの端点は疑似特徴点であると判断し
て、これを除去することができるものである。また、第
８図で示された「わたり」を除去する場合は、谷画像に
おいて検出された端点8aから骨格線に沿ってトレース
し、この端点の方向Ｄを求める。そして、上記端点8aか
ら方向Ｄに沿ってマスク41を設定し、このマスク41内に
他の端点8bが存在すると判断されたときに、これを疑似
特徴点として判定するようにすればよいものである。

第６図および第７図において6aおよび7aはそれぞれ検出
された端点であり、6bおよび7bはそれぞれマスク41内に
存在する他の端点を示している。

このように山画像と谷画像のいずれか一方で検出された
端点（4a、5a、6a、7a、8a）から、骨格線に沿って特定
される区間内に他の端点（5b、6b、7b、8b）若しくは分
岐点4bの存在すると、この検出された端点が疑似特徴点
として判断できるようになる。このとき、山画像あるい
は谷画像の一方で、上記疑似特徴点に対応して存在する
分岐点（5c、5d、6c、6d、7c、7d、8c、8d）について
は、何等判定処理をすることが不要であり、したがって
これに対応する分岐点の座標を検出することと、この分
岐点に基づく疑似特徴点の判断が不要となるものであっ
て、この判定処理速度が効果的に向上されるものであ
る。

ここで、上記のような山画像および谷画像から端点を検
出する手段としては、第９図（Ａ）乃至（Ｃ）にそれぞ
れ例示するように、例えば「３×３」のマスクによっ
て、数値「１」の並びの方向を設定した多数の端点パタ
ーンを用意し、このようなマスクを逐次全画面にかける
ことによって検出できるものである。

第10図は上記のような疑似特徴点を除去するための、マ
イクロコンピュータ14における処理の流れを示している
もので、まずステップ101で山画像の端点を検出し、次
いでステップ102で谷画像の端点を検出する。そして、
次のステップ103でまず山画像の端点座標を検出させ
る。

このようにして山画像の端点座標が求められたならば、
次の山画像の疑似端点処理過程200に入るもので、この
処理過程200にあっては、まずステップ104で上記検出さ
れた第１の端点より骨格線に沿って数点トレースする。
このようにしてトレースした結果、このトレースした骨
格線上に分岐点が存在するか否かを、次ぎのステップ10
5で監視するようになるもので、このステ105で分岐点の
存在が判定された場合には、ステップ106に進んで、処
理中の第１の端点は疑似特徴点であると認定する。ま
た、ステップ105で分岐点が存在しないと判定された場
合には、ステップ107で上記端点とトレース後の骨格線
上の点とから方向Ｄを算出する。

ステップ108では、上記方向Ｄの方向に所定のマスクを
設定し、このマスク内に他の端点が存在するか否かを判
定する。そして、他の端点が存在すると判定されたなら
ば上記ステップ106に進んで、上記処理中の第１の端点
は疑似特徴点であると認定する。また、ステップ108で
所定のマスク内に端点が存在しないと判定された場合は
ステップ109に進む。このステップ109では山画像の中に
存在する全ての端点処理が終了したか否かを判断し、ま
だ終了していない場合にはステップ103に戻り、次の端
点座標を検出して上記処理200を繰返し実行するように
なる。

このようにして山画像に存在する全ての端点に対する処
理が終了されたならば、上記ステップ109からステップ1
10に進み、改めて谷画像の端点座標を検出させる。そし
て、この谷画像の端点座標が検出されたならば処理過程
201に進む。この処理過程201では、前記山画像の処理過
程200と同様の処理が実行されるもので、ここではその
詳細な流れは省略して示している。すなわち、この処理
過程201にあっては、上記処理過程200と同様にステップ
110で検出された谷画像の端点が疑似特徴点であるか否
かを判定し、ステップ111に進んで各端点の処理を繰返
し実行させるものである。そして、ステップ111でこの
谷画像の端点全てについての処理が終了したと判定され
た状態で、この疑似特徴点を除去する処理が終了される
ものである。

このようにして疑似特徴点を除いた、山画像および谷画
像のそれぞれ端点による特徴点それぞれの座標が得られ
るようになるもので、この特徴点パターンを登録されて
いる特徴点パターンと照合すればよいものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る指紋の特徴抽出装置によれ
ば、入力された指紋画像に基づいて、上記入力指紋画像
の特徴点となる隆線の端点および分岐点が、上記入力指
紋画像に基づいて作製された山画像および谷画像の端点
によってそれぞれ検出されるようになるものであり、疑
似特徴点となる端点を効果的に除去できるようになるも
のである。したがって、分岐点を検出する手段、さらに
分岐点に対応した疑似特徴点の除去が不要となる。ま
た、本発明では、近接する２つの端点が特徴点か疑似特
徴点かを判定する場合、第１の端点から骨格線に沿う方
向の微小領域内に第２の端点が存在する時のみ、疑似特
徴点であると判定するため、簡素で且つ処理時間の短縮
化が効果的に計れるようになる。すなわち、比較的簡単
な端点検出によって、疑似的な特徴点を除いた真の特徴
点パターンが得られるようになり、精度の良い指紋照合
が簡単に実行できるようになるものであり、例えばキー
レスエントリーシステム等に効果的に適用できるように
なる。

特に実施例に示されるように自動車用等に使用するよう
にした場合、容量に制限のある車載用バッテリを無駄無
く効果的に利用することができるものであり、指紋を利
用したドアアンロック制御等が確実に且つ信頼性をもっ
て実行されるようになるものである。

【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の特徴抽出装置
を説明する構成図、第２図は上記特徴抽出装置で使用さ
れる指紋画像読取り装置部分の構成を説明する断面構成
図、第３図は（Ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ疑似特徴点の
無い指紋の状態並びに山画像および谷画像の例を示す
図、第４図乃至第８図はそれぞれ疑似特徴点の存在する
状態の例を示しているもので、それぞれ（Ａ）は山画像
（Ｂ）は谷画像を示す図、第９図（Ａ）乃至（Ｃ）はそ
れぞれ端点を検出するためのパターンの例を示す図、第
10図は疑似特徴点の除去処理の流れを説明するフローチ
ャートである。 11……指紋画像読取り装置、13……画像メモリ、14……
マイクロコンピュータ、15……EPROM（登録パターン記
憶）、19、24……スイッチ回路（リレー）、20……バッ
テリ（車載用）、21……ドアアンロック制御用アクチュ
エータ、22……タッチセンサ、27……イグニッションス
イッチ。

フロントページの続き (72)発明者 名倉 道長 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 川崎 孝二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−221471（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−53972（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−225488（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−144982（ＪＰ，Ａ) 特表 昭58−500423（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指紋画像を読み取る画像入力装置と、 この入力装置から入力された指紋の隆線に対応する山画
   像に基づき、この山画像の骨格線の端点を検出する手段
   と、 前記入力装置から入力された隆線の画像に基づき作成さ
   れる、前記隆線の間の谷部分に対応する谷画像の骨格線
   の端点を検出する手段と、 前記山画像および谷画像それぞれから検出した第１の端
   点から前記骨格線に沿う判定方向を求め、前記第１の端
   点から前記判定方向に沿う微小領域内に第２の端点が存
   在するかどうかを検出し、前記第２の端点が検出された
   場合に前記第１および第２の端点が疑似特徴点であるこ
   とを判定する手段とを具備し、 前記疑似特徴点と判定された端点を除く前記山画像の特
   徴点のパターンが登録パターンと比較されるようにした
   ことを特徴とする指紋の特徴抽出装置。