JPH09147113A

JPH09147113A - 指紋照合方法及び装置

Info

Publication number: JPH09147113A
Application number: JP7307340A
Authority: JP
Inventors: Shigeto Koda; 成人幸田; Kazuo Kimura; 一夫木村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1995-11-27
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】必ずしも充分良好でない指紋画像に対して
も、計算量の少ない簡単な処理で、指紋の渦中心線を誤
りなく検出し、該渦中心線を基に、登録指紋画像と検査
指紋画像の照合を行う。【解決手段】個人識別を判定する指紋照合方法におい
て、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像と、該指紋画像をＸ座標
の一定方向に所定量シフトしたシフト指紋画像との画像
間処理画像を生成し、それに所定の閾値処理を行い、各
Ｙ座標毎に、Ｘ方向の全画素の強度の累積値を計算し、
該累積値の最大値を与えるＹ座標値を前期指紋画像のＸ
方向の渦中心線と特定し、もしくは、Ｘ座標の所定の範
囲ΔＸ毎に、Ｙ方向の全画素の強度の累積値を計算し、
該累積値の包絡線の極小値を与えるΔＸ範囲内のＸ座標
値を前期指紋画像のＹ方向の渦中心線と特定し、該渦中
心線を含む部分指紋画像を基に同一性を照合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋照合方法及び
装置に関し、特に、指紋照合装置における部分画像の抽
出技術に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】個人を識別する簡便で信頼性の高いシス
テムとして指紋照合装置が周知である。指紋照合システ
ムでは、特定個人の指紋を撮像装置を用いて指紋画像と
して入力し、所望の画像処理を施して個人の特徴を抽出
し登録指紋として予め登録しておく。検査すべき入力指
紋も同じく撮像装置を用いて指紋画像として入力され、
所定の画像処理の後、登録指紋との同一性を照合するこ
とにより、本人かどうかの判定を行う。この様なシステ
ムは種々提案されている。

【０００３】かかる指紋照合装置では、登録指紋画像
と、検査指紋画像のＸＹ座標軸に対する位置が通常一致
しないため、２つの指紋画像のパターンマッチでは必ず
しも高い相関値は得られない。このため従来は、何れか
一方の指紋画像をＸＹ座標上で２次元的に微小距離シフ
トさせながら相関値を計算し高い相関値を探していた
が、シフト範囲が広がると計算量が増大し、照合に時間
が罹る問題があった。

【０００４】一方、かかる指紋照合装置ではパターンマ
ッチの相関値計算量を削除するため、登録指紋画像や検
査指紋画像として、入力指紋画像の部分指紋画像を用い
ることが有効である。従来は例えば、撮像範囲中の中心
座標の周辺を部分指紋画像として切り出したり、撮像範
囲中の指紋領域を抽出してその重心の周辺を部分指紋画
像として切り出したりしたが、入力時の指の位置が一定
しないため、本人であっても高い相関値を得られなくな
る問題が生じた。併せて、登録時の指紋画像が大きくシ
フトしたり、指の側面が部分指紋画像になった場合に
は、良好な検査指紋が入力されても照合による一致を見
ることはできなかった。

【０００５】このような問題に対処するため、従来より
渦中心を含む部分画像を照合に用いることが有用である
ことが示されており、そのための指紋の渦中心を画像か
ら検出する方法も提案されてきた（例えば、特開平２−
１５３４７９号公報、特開昭６１−５９５８３号公
報）。特に、特開平４−９５１７５号公報には、図９に
示すように、指紋画像１０１を例えばＸ方向について強
度偏微分してＹ方向の線分１０２を抽出し、Ｙ軸に沿っ
た累積偏微分値のヒストグラム１０３の極大値１０４か
ら指紋のＸ方向中心線１０５を検出する方法が述べられ
ている。この方法は、微分フィルタを指紋画像の各画素
に施すだけでよく、それまでに提案された他の方法に比
べ処理が簡単で計算量等に有利で優れた方法であると考
えられた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。

【０００７】前記特開平４−９５１７５号公報記載され
る方法では、４５°の斜め線に対する強度偏微分値が、
Ｙ方向の線分１０２と同じ強度で発生すること、また、
原指紋画像に指紋線の潰れや分断１０８があると、それ
らの部分で偏微分値が増大するため、ヒストグラムに多
くの極大値１０９が発生し、正しい中心線位置の強度と
雑音強度の比（Ｓ／Ｎ）が低下し、中心線位置を誤検出
することも多かった。また、大きな偏微分値を得るため
には、コントラストの高い良好な指紋画像を必要とした
が、実際の指紋撮像においては、指の汚れや照明光の影
響などで必ずしも充分良好な指紋画像が得られないた
め、実用上は大きな制限を伴っていた。

【０００８】図１０はその一例で、１１０は水平方向の
強度偏微分を得るために一般的に使用する微分フィル
タ、１１１は垂直線分１１２と４５°線分１１３とから
なる指紋画像の一部である。１１５は画像１１１に微分
フィルタ１１０を施した結果、１１６は水平方向の強度
の累積を表わしたヒストグラムである。画像１１５では
４５°線分に対しても相応の強度が発生するため、強度
の累積をとると垂直線分１１２と４５°線分１１３との
間に明確な差が得られないことが分かる。また、微分フ
ィルタ１１０を用いれば隣接８画素間の演算を行わねば
ならず、計算量が増加する問題もあった。

【０００９】本発明の目的は、隆線の潰れや分断の発
生、指の汚れや照明光の不均一の影響、コントラストの
低下などで必ずしも充分良好でない指紋画像に対して
も、計算量の少ない簡単な処理で、指紋の渦中心線ある
いは渦の中心座標を誤りなく検出し、該渦中心線あるい
は渦中心座標を基に、登録指紋画像と検査指紋画像の照
合を行うことが可能な技術を提供することにある。

【００１０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば以下
のとおりである。

【００１２】（１）登録された指紋画像と入力された指
紋画像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合方
法において、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像と、該指紋画像
をＸ座標の一定方向に所定量シフトしたシフト指紋画像
との画像間演算処理画像を生成し、該演算処理画像に所
定の閾値処理を行い、さらに、各Ｙ座標毎あるいはＹ座
標の所定の範囲ΔＹ毎に、Ｘ方向の全画素の強度の累積
値を計算し、該累積値の最大値を与えるＹ座標値、ある
いは最大値を与えるΔＹ範囲内のＹ座標値を前期指紋画
像のＸ方向の渦中心線と特定し、該渦中心線を含む部分
指紋画像を基に同一性を照合する。

【００１３】（２）登録された指紋画像と入力された指
紋画像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合方
法において、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像と、該指紋画像
をＸ座標の一定方向に所定量シフトしたシフト指紋画像
との画像間演算処理画像を生成し、該演算処理画像に所
定の閾値処理を行い、さらに、Ｘ座標の所定の範囲ΔＸ
毎に、Ｙ方向の全画素の強度の累積値を計算し、該累積
値の包絡線の極小値を与えるΔＸ範囲内のＸ座標値を前
期指紋画像のＹ方向の渦中心線と特定し、該渦中心線を
含む部分指紋画像を基に同一性を照合する。

【００１４】（３）登録された指紋画像と入力された指
紋画像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合方
法において、前記請求１項に記載の指紋照合方法あるい
は、請求項２に記載の指紋照合方法、あるいはそれら両
方の指紋照合方法を使用して、Ｘ方向の渦中心線の特
定、及びＹ方向の渦中心線の特定とを行い、両渦中心線
の交点を前期指紋画像の渦の中心と特定し、該渦の中心
を含む部分指紋画像を基に同一性を照合する。

【００１５】（４）登録された指紋画像と入力された指
紋画像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合装
置において、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像をＸ座標の一定
方向に所定量シフトさせる手段と、該シフト指紋画像と
の画像間演算処理画像を生成する手段と、該演算処理画
像に所定の閾値処理を行う手段と、各Ｙ座標毎あるいは
Ｙ座標の所定の範囲ΔＹ毎に、Ｘ方向の全画素の強度の
累積値を計算する手段と、該累積値の最大値を与えるＹ
座標値、あるいは最大値を与えるΔＹ範囲内のＹ座標値
を前期指紋画像のＸ方向の渦中心線と特定する手段と、
該渦中心線を含む部分指紋画像を基に同一性を照合する
手段を具備する。

【００１６】（５）登録された指紋画像と入力された指
紋画像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合装
置において、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像をＸ座標の一定
方向に所定量シフトさせる手段と、該シフト指紋画像と
の画像間演算処理画像を生成する手段と、該演算処理画
像に所定の閾値処理を行う手段と、Ｘ座標の所定の範囲
ΔＸ毎に、Ｙ方向の全画素の強度の累積値を計算する手
段と、該累積値の包絡線の極小値を与えるΔＸ範囲内の
Ｘ座標値を前期指紋画像のＹ方向の渦中心線と特定する
手段と、該渦中心線を含む部分指紋画像を基に同一性を
照合する手段を具備する。

【００１７】（６）登録された指紋画像と入力された指
紋画像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合装
置において、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像をＸ座標の一定
方向に所定量シフトさせる手段と、該シフト指紋画像と
の画像間演算処理画像を生成する手段と、該演算処理画
像に所定の閾値処理を行う手段と、各Ｙ座標毎あるいは
Ｙ座標の所定の範囲ΔＹ毎に、Ｘ方向の全画素の強度の
累積値を計算する手段と、該累積値の最大値を与えるＹ
座標値、あるいは最大値を与えるΔＹ範囲内のＹ座標値
を前期指紋画像のＸ方向の渦中心線と特定する手段と、
Ｘ座標の所定の範囲ΔＸ毎に、Ｙ方向の全画素の強度の
累積値を計算する手段と、該累積値の包絡線の極小値を
与えるΔＸ範囲内のＸ座標値を前期指紋画像のＹ方向の
渦中心線と特定する手段と、前記特定された両渦中心線
の交点を前期指紋画像の渦の中心と特定する手段と、該
渦の中心を含む部分指紋画像を基に同一性を照合する手
段を具備する。

【００１８】（７）前記（４）乃至（６）のいずれか１
つの指紋照合装置において、前記指紋画像は階調指紋画
像であり、前記演算処理画像は原指紋画像とシフト指紋
画像の強度の差分量の関数を強度とする画像である。

【００１９】（８）前記（４）乃至（７）のいずれか１
つの指紋照合装置において、前記指紋画像は２値指紋画
像であり、前記演算処理画像は前記２値指紋画像とシフ
ト指紋画像との差分強度をとりＹ方向成分を強調して階
調化した画像である。

【００２０】（９）前記（４）乃至（８）のいずれか１
つの指紋照合装置において、前記演算処理画像に施す閾
値処理は、所定の強度以下の画素の強度を零とする強度
変換を含む。

【００２１】（１０）前記（４）乃至（９）のいずれか
１つの指紋照合装置において、シフト指紋画像生成のた
めのシフト量は、原指紋画像の指紋の隆線ピッチの１／
２の距離より小さい。

【００２２】（１１）前記（４）乃至（１０）のいずれ
か１つの指紋照合装置において、累積強度の最大点ある
いは極小点から特定される指紋画像の中心線として与え
られる直線が、Ｘ-Ｙ２次元画像面の境界より所定距離
以内にあることを検出する手段を具備する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明についてその実施形
態とともに図面を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の実施形態（実施例）の指紋
照合装置の概略構成を示すブロック構成図であり、１は
ＣＣＤカメラ等の指紋入力装置、１ＡはＣＣＤカメラ、
２はアナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、３は画
像処理回路、４は制御・照合用の中央演算処理装置（Ｃ
ＰＵ）であり、制御・照合ソフトウエアを含む。５は画
像メモリ、６は登録指紋ファイルメモリ、７はキーボー
ド、８はディスプレイ等の表示装置、９は外部機器、１
０はデータバスである。

【００２５】図２は本実施形態１の指紋照合装置の概略
機能構成を示すブロック図であり、２０１は指紋撮像手
段、２０２はアナログ階調画像、２０３はＡ／Ｄ変換手
段、２０４は階調画像メモリ、２０５は画像座標変換手
段、２０６はＸシフト階調画像メモリ、２０７は画像間
演算手段、２０８は輝度差分画像メモリ、２０９は閾値
処理手段、２１０は閾値処理画像メモリ、２１１は画素
強度累積手段、２１２は最大・最小値座標検出手段、２
１３は指紋渦中心座標、２１４は画像領域切り出し手
段、２１５は部分指紋画像メモリ、２１６は２値化・細
線化等の画像処理手段、２１７は検査指紋、２１８は指
紋情報登録処理手段、２１９は登録指紋ファイルメモ
リ、２２０は登録指紋、２２１は照合手段、２２２は照
合結果、２２３は照合結果表示手段、２２４はセキュリ
ティ装置制御等の手段である。

【００２６】本実施形態の指紋照合装置の指紋照合機能
は、大きく分けて、指紋画像の入力、指紋渦中心の検
出、部分指紋画像の生成、指紋情報の登録及び照合、照
合結果の出力からなっており、照合結果は各種のセキュ
リティ装置等に伝送されて、スイッチのオン／オフは、
ドアの開閉用の制御信号として用いられる。

【００２７】本実施形態の指紋照合装置の指紋照合処理
動作を図１及び図２を用いて詳細に説明する。

【００２８】指紋入力装置１では、登録指紋であるか検
査指紋であるかに関わらず、まず、生体の指紋を撮像し
て指紋画像情報を得る。指紋撮像には、従来より周知で
あるプリズムとＣＣＤカメラ１Ａ等の撮像素子とを内蔵
した指紋入力装置１が用いられる。この指紋入力装置１
においては、指先をプリズムの一平面に押し付けるとき
に得られる指紋隆線パターンが、ＣＣＤカメラ１Ａに入
力され、アナログ階調画像２０２として出力される。こ
のとき、ある瞬間の指紋撮像を行うために、一連の動画
像から１フレームをサンプリングするか、シャッタ機能
を持つＣＣＤ素子を用いて静止画像として取り出す。撮
像されたアナログ階調画像２０２はＡ／Ｄ変換手段２０
３（Ａ／Ｄ変換回路２）によりＡ／Ｄ変換され、（図１
の画像処理回路３を通して）ディジタル階調画像として
階調画像メモリ２０４（図１の画像メモリ５）に蓄えら
れる。

【００２９】次に、撮像された指紋画像から指紋の渦中
心を検出する。まず、階調画像メモリ２０４に蓄えられ
た指紋画像を、画像座標変換手段２０５によって、例え
ば、座標軸Ｘ方向に１画素分シフトし、Ｘシフト階調画
像メモリ２０６に蓄える。階調画像メモリ２０４とＸシ
フト階調画像メモリ２０６に蓄えられた２つの指紋画像
は、画像間演算手段２０７を用いて、同一の画素アドレ
ス毎に階調値（強度値）間の差分計算を行い、その結果
を輝度差分画像メモリ２０８に蓄える。なお、輝度差分
画像メモリ２０８はハードウェアとしてはＸシフト階調
画像メモリ２０６と同一であってもよい。

【００３０】次に、輝度差分画像メモリ２０８の画像に
閾値処理手段２０９を用いて閾値処理を施し、結果を閾
値処理画像メモリ２１０に蓄える。閾値処置の方法とし
ては、２値化処理、半閾値処理等、また、閾値の値も固
定、可変、ブロック化等、何れも従来から周知の方法が
利用できる。

【００３１】次に、Ｘ軸方法及びＹ軸方法の両方向につ
いて、画素強度累積手段２１１により画素強度の累積値
を計算し、最大・最小値座標検出手段２１２により強度
ヒストグラムの最大値あるいは極小値を与えるＹ座標及
びＸ座標を検出する。この機能の詳細は、後述する。

【００３２】このようして得られた最大値あるいは極小
値から与えられる（Ｘｃ，Ｙｃ）座標は、肉眼で見た指
紋の渦中心位置とほぼ同一であり、これを指紋照合画像
の基準点とする指紋渦中心座標２１３と定義して差し支
えない。なお、前記得られた（Ｘｃ，Ｙｃ）座標が予め
設定した範囲にないと判断した場合には、アラーム手段
もしくは表示手段により報知して、再度の指紋撮像を促
す。

【００３３】次に、指紋の登録、検査、照合の元にな
る、指紋の個人特徴を多く含む部分画像を生成する。そ
のために、公知の画像領域切り出し手段２１４を用い
て、階調画像メモリ２０４に蓄えられた指紋画像から、
渦中心座標（Ｘｃ，Ｙｃ）を中心とした一定範囲を部分
指紋画像を切り出し、部分指紋画像メモリ２１５に蓄え
る。切り出す範囲としては、５ｍｍ角〜１５ｍｍ角が適
当である。

【００３４】次に、生成された部分指紋画像を元に、登
録、検査、照合を行う。すでに、渦中心座標を指紋画像
の基準としないで指紋照合を行うためのアルゴリズムは
数多く提案・研究されている。本発明の指紋照合装置に
おいても、登録、検査、照合の対象とする指紋画像を上
記部分指紋画像とすることで、以降の処理は従来アルゴ
リズムの何れにも適用可能である。そこで、以降は機能
は概略の説明に止める。

【００３５】通常、まず、部分指紋画像に２値化・細線
化等画像処理手段２１６により２値化ないし細線化処理
等を施し、より特徴の明確な画像指紋情報とする。場合
によっては、更に指紋画像からマニューシャの種類と座
標位置を抽出し特徴指紋情報とする。

【００３６】指紋情報が未だ登録されていない場合に
は、指紋情報は、指紋情報登録処理手段２１８によって
登録指紋ファイルメモリ２１９に登録される（登録指紋
情報）。次に、セキュリティ装置使用のために入力され
た検査指紋画像も、登録指紋と同様に部分指紋画像が生
成され、それを元に検査指紋情報が抽出される。登録指
紋情報は、検査の度に登録指紋ファイルメモリ２１９か
ら読み出され、検査指紋情報と共に照合手段２２１に送
られ、相互の一致度が計算される。

【００３７】最後に、照合結果２２２の出力処理を行
う。検査時の指紋と登録指紋との一致度が所定の値以上
であれば、検査者は登録者と同一人物と判断し、セキュ
リティ装置制御等の手段２２４を通してセキュリティ装
置に対してスイッチのオン、ドアの開錠等のガード解除
の制御信号を送る。

【００３８】一方、一致度が所定の値以下であれば、検
査者は登録者以外と判断し、ガードのための信号をセキ
ュリティ装置に送る。これらに併せて、照合結果２２２
は表示装置（表示手段）２２３に送られ表示される。こ
の様にして、指紋の撮像から指紋照合の一連の処理動作
を行う（機能が達成できる）。

【００３９】なお、以上１名の登録者の本人確認を想定
して説明したが、複数の登録者グループが複数の指紋情
報を登録し、登録指紋の何れかに一致すれば、登録者グ
ループの内の一人と判断し、ガード解除を行う等、種々
の拡張が可能である。また、ここでは指紋情報のみの照
合を説明したが、一般には、登録時には登録者のパスワ
ードやＩＤ番号を伴って指紋情報が登録され、指紋情報
の照合と、パスワードやＩＤ番号の照合とを併せてセキ
ュリティ性能の向上を図る場合が多い。この様な拡張も
本発明の上で容易に実現できる。

【００４０】図３は前記指紋の渦中心を特定する方法を
説明するための概念図であり、１１は階調指紋画像、１
２は差分演算処理画像、１４，１６，１７，１９は強度
の累積分布及びヒストグラム、１３はバタフライ形画
像、１５，１８は指紋の中心線、２０は渦中心である。

【００４１】図４は前記指紋の渦中心を特定する方法の
処理手順を示すフローチャートである。

【００４２】本実施形態の指紋照合装置において、指紋
の渦中心を特定する方法の処理手順を図３及び図４を用
いて説明する。

【００４３】一般に、指紋照合装置においては、指紋は
ＣＣＤカメラ等の指紋入力装置１（図１）より撮像さ
れ、階調指紋画像として画像メモリ５（図１）（図２の
２０４）に蓄えられる。図３及び図４に示すように、Ｘ
-Ｙ２次元空間上の階調指紋画像１１を生成し（図４の
４０１）、これを原画像とする。次に、この画像階調指
紋画像１１をＸ方向に所定距離シフトさせたシフト指紋
画像を生成する（図４の４０２）。ここで、シフト量は
指紋の隆線の幅の半分より小さな値、すなわち、概ね１
００μｍ以下とする。これは、後述の画像間演算におい
て同じ隆線同志あるいは同じ谷線同志の演算となるよう
にするためである。

【００４４】次に、前記画像間の演算を行い、Ｘ方向あ
るいはＹ方向の成分を抽出した処理画像１２を得る（図
４の４０３）。演算子は種々考えられるが、できるだけ
簡単で方向成分抽出効率の高い方法がよい。例えば、強
度の差分をとると、Ｙ方向の線分はそのＹ方向エッジが
強調され、Ｘ方向線分は両端を除いて相殺された画像を
得る。この効果は従来の偏微分演算と類似であるが、画
像演算がシフトした画素との１回でよいため計算量が大
幅に削減できる。しかし、この段階では斜め線などの線
分や端点、分岐点等に対しても、図１０に示すように、
エッジとして強度が残っている。

【００４５】本実施形態では、次に、閾値処理を施し
（図４の４０４）、Ｙ方向線分のみを効率的に強調させ
る。閾値処理の方法としては、斜め線とＹ方向線分の強
度の中間値を閾値として、２値化するか、あるいは閾値
以上の強度のみを階調値として強度の低い画素を０レベ
ルに縮退させる等の方法が利用できる。この様にして演
算処理された画像は、バタフライ形画像１３に示すよう
に、指紋等同心円状画像から派生した、渦中心を節とし
た固有のバタフライパターン状の画像１３となる。従っ
て、このバタフライ状のパターン１３から節の座標を検
出すれば、渦中心座標２０を得ることができる。元来、
指紋は完全な同心円ではないが、同心円的特徴が顕著で
あるため、本実施形態１の処理によりバタフライ状のパ
ターンを顕在化させることができる。また、入力時の隆
線の潰れや分断の発生、指の汚れや照明光の不均一、コ
ントラストの低下などに対しても、閾値処理によりこれ
らの影響を概ね除去できる。

【００４６】次に、バタフライ状のパターン１３からＸ
方向の中心線とＹ方向の中心線の各々の検出方法を説明
する。Ｘ方向の中心線は、各Ｙ座標毎にＸ方向の全画素
の強度の累積値分布１４をとり、その最大値を与えるＹ
座標を通るＸ方向の直線１５で与えられる。一方、積値
分布１４の代わりに、Ｙ座標の所定の範囲ΔＹ毎に累積
値をとってヒストグラム１６を作成すれば（図４の４０
５）、特異点やドットノイズによる誤ピークを防止でき
る。この場合の中心線は、最大強度を与えるΔＹの中心
Ｙ座標とすればほぼ正確である。

【００４７】Ｙ方向の中心線は、Ｘ方向と同じく強度の
累積値分布１７をとればよい。指紋の線が離散的なので
分布１７は離散的となるが、その包絡線には極小値があ
り、そのＸ座標を通る直線１８がＹ方向の中心線と特定
できる（図４の４０６）。あるいは、Ｘ座標の所定の範
囲ΔＸ毎に累積値をとりヒストグラム１９を作成すれば
（図４の４０７）、極小強度を与えるΔＸの中心Ｘ座標
を通る直線でほぼ正確に中心線１８を特定できる（図４
の４０８）。ここで所定の範囲ΔＸは２〜３本の指紋線
にまたがって累積値を計算できる値とすべきで、例えば
０.５〜１ｍｍが適当である。

【００４８】以上の説明からわかるように、本実施形態
によれば、Ｘ方向とＹ方向の中心線が特定されたので、
それらの中心線の交点２０の座標は容易に計算できる
（図４の４０９）。この座標点２０は、指紋画像の統計
的中心の意味しか持たないが、実際の指紋渦中心とみな
される点にほぼ近いところに位置することは実験的にも
確認できた。なお、元来、指紋の渦中心は厳密に定義で
きないので、同じ指紋の特定点が入力状態に依存せずに
検出できれば、実用的には充分である。

【００４９】前記実施形態１では、画像１３のＸ方向と
Ｙ方向の異なる強度の累積値分布の特徴を用いて、Ｘ方
向とＹ方向の中心線を一つの画像から検出したが、一方
の累積値分布の特徴のみを用いて中心座標を検出するこ
とも当然可能である。即ち、Ｘ方向とＹ方向について、
シフト、演算処理、中心検出を独立に行い、それぞれか
らＸ方向とＹ方向の中心線を特定すればよいことは容易
にわかる。また、必ずしも中心座標が必要でなく、一方
向の中心線のみを検出し、他方向は従来の方法を用いる
ことも可能である。

【００５０】図３及び図４に示す実施形態では、本発明
の入力指紋画像が階調画像の場合を説明したが、入力指
紋画像が２値画像の場合がある。入力指紋画像が２値画
像の場合は若干処理が異なる。

【００５１】図５は本発明の入力指紋画像が２値指紋画
像の場合の指紋の渦中心の特定する他の方法を説明する
ための概念図である。図５において、２１はＸ-Ｙ２次
元空間上の２値指紋画像であり、これを所定量Ｘ方向に
シフトさせたシフト２値画像との画像間演算を行い、処
理画像２２を得る。シフト量は図３及び図４の場合と同
様でよい。

【００５２】前記得られた画像２２は、Ｘ方向線分や面
的画像の消えた２値画像であるが、斜め線や端点などの
特異点は依然残っている。この画像２２に対してＹ方向
の成分を強調する処理を行い、階調画像を得る。図６
（Ｙ方向成分強調フィルタの例を示す図）に示すＹ方向
成分強調フィルタ３０を用いて画像２２を階調画像化す
る。

【００５３】さらに、前記図３及び図４の場合と同様の
閾値処理を施せば、渦中心を節とした固有のバタフライ
状のパターン２３が得られ、Ｘ、Ｙ方向に強度の累積分
布等２４及び２６をとれば中心線２５および２７を特定
できる。

【００５４】図７は、本発明の指紋照合装置における指
紋照合手段の一実施形態の概略構成を説明するための模
式図であり、４１は指紋登録時の入力指紋画像を示す。
撮像範囲４２に対して、指紋画像４１は右上にずれて入
力されており、かつ、指の第１関節近くまで撮像されて
いるとする。次に、図３及び図４で説明した指紋の渦中
心の検出方法により、渦中心座標４３を中心とした部分
指紋画像４４を切り出す。前述したように個人の指紋特
徴は、渦中心の周囲に集まっているため、比較的小さな
１０ｍｍ角程度の部分画像で精度の良い照合ができるた
め、この画像あるいはこれから特徴量を抽出したデータ
を登録指紋画像（情報）として蓄積する。前記渦中心座
標４３を中心とした部分指紋画像４４を切り出す手段は
公知のものを用いる。

【００５５】一方、検査時の入力指紋画像は、たとえ本
人であっても指紋の入力位置や撮像範囲が登録時のそれ
と同じである保障はない。例えば、入力指紋画像４５は
撮像範囲４２に対して、左下にずれて入力されており、
かつ、指先まで撮像されている。しかし、検査指紋画像
に対しても渦中心の検出と、登録時と同じ位置の部分指
紋画像４６の切り出しを行うことにより、登録指紋画像
と同一の指紋画像範囲に対して照合が可能になる。

【００５６】本実施形態においては、登録指紋画像（部
分指紋画像）と検査指紋画像（部分指紋画像）間の照合
４７は周知の方法を用い、照合の結果４８は「一致」又
は「不一致」として出力される。照合方法には、例え
ば、マニューシャの種類と座標位置を特徴量としてパタ
ーン認識する方法や、画像の状態で相互相関によるパタ
ーンマッチ法等が用いられる。本実施形態（実施例）に
より、登録指紋画像と検査指紋画像は入力位置や入力指
紋の範囲に依存せずに同じ座標系を使用できるので、従
来のように照合時に画像を走査させる処理が不要とな
り、高速な照合が可能である。

【００５７】本発明の指紋中心検出技術は、図７に示す
座標系の規格化以外にも別の応用もある。指紋入力時に
は、図７に示すように、指紋の画像位置は撮像範囲内で
不確定であり、場合によっては撮像範囲の境界にはみ出
して入力される可能性がある。従来この様な画像に対し
ても所定の手順に沿った照合処理が行われたため、当然
不一致になるにもかかわらず多くの時間を費やしてい
た。

【００５８】図８は指紋画像位置が撮像範囲内で大幅に
ずれ、照合に必要な部分指紋画像を切り出せないことを
早期に検出する原理図であり、５０，５１は位置の異な
る同じ入力指紋画像、５２は撮像範囲、５３は切り出す
べき部分画像であり、大きさをｍ×ｎ画素とする。図８
から容易に分かるように、部分画像が撮像範囲内に収ま
るためには、指紋の渦中心が図８のハッチ領域５５内に
なければならない。

【００５９】即ち、渦中心座標を特定したときに領域５
５内にある入力指紋画像５０は照合処理に進めるが、領
域５５内にない入力指紋画像５１の場合は、直ちに指紋
の再入力を催促することができ、むだな照合処理をしな
くてすむ。

【００６０】もちろん、中心座標まで検出しないで、Ｘ
方向あるいはＹ方向の一方の中心線が、撮像範囲の境界
からｍ／２あるいはｎ／２以内にあれば、同様に指紋の
再入力を促す処理に移ることができる。また、実際の中
心線が境界の外にある場合には、強度の分布からは見か
けの中心線は境界上にあるため、前記と同じ原理で直ち
に指紋の再入力を促す処理に移ることができる。

【００６１】以上、本発明を、前記実施形態（実施例）
に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態
（実施例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱
しない範囲において種々変更可能であることは勿論であ
る。

【００６２】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。

【００６３】（１）隆線の潰れや分断の発生、指の汚れ
や照合光の不均一の影響、コントラストの低下などで必
ずしも充分良好でない指紋画像に対しても、計算量の少
ない簡単な処理で、指紋の渦中心線あるいは渦の中心座
標を誤りなく検出し、該渦中心線あるいは渦中心座標を
検出し、この検出した渦中心座標を基に、登録指紋画像
と検査指紋画像を、入力位置や入力指紋の範囲に依存し
ない同じ座標系に変換するので、従来のように照合時に
画像をシフトさせ、一致座標系を探す処理が不要とな
り、高速に指紋照合をすることができる。

【００６４】（２）入力指紋が撮像範囲内で大幅にずれ
た場合にも、中心検出処理でずれが分かるので、直ちに
指紋の再入力を促すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（実施例）の指紋照合装置の
概略構成を示すブロック構成図である。

【図２】本実施形態の指紋照合装置の概略機能構成を示
すブロック図である。

【図３】本実施形態の指紋の渦中心を特定する方法を説
明するための概念図である。

【図４】本実施形態の指紋の渦中心を特定する方法の処
理手順を示すフローチャートである。

【図５】本実施形態の入力指紋画像が２値指紋画像の場
合の指紋の渦中心の特定する他の方法の概念を説明する
ための図である。

【図６】本実施形態におけるＹ方向成分強調フィルタの
一例を示す図である。

【図７】本実施形態の指紋照合を行う方法の概念を説明
するための図である。

【図８】本実施形態の入力指紋位置の異常を検出する原
理を説明するための図である。

【図９】従来の中心線検出方法の原理図と問題点を説明
するための図である。

【図１０】従来の中心線検出方法の原理図と問題点を説
明するための図である。

【符号の説明】

１…指紋入力装置、１Ａ…ＣＣＤカメラ、２…アナログ
・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換回路、３…画像処理回路、
４…制御・照合用の中央演算処理装置（ＣＰＵ）、５…
画像メモリ、６…登録指紋ファイルメモリ、７…キーボ
ード、８…表示装置９…外部機器、１０…データバス、
１１…階調指紋画像、１２…差分演算処理画像、１４，
１６，１７，１９…強度の累積分布及びヒストグラム、
１３…バタフライ形画像、１５，１８…指紋の中心線、
２０…渦中心、４１，４５…入力指紋画像、４４…登録
指紋画像、４６…検査指紋画像、２０１…指紋撮像手
段、２０２…アナログ階調画像、２０３…Ａ／Ｄ変換手
段、２０４…階調画像メモリ、２０５…画像座標変換手
段、２０６…Ｘシフト階調画像メモリ、２０７…画像間
演算手段、２０８…輝度差分画像メモリ、２０９…閾値
処理手段、２１０…閾値処理画像メモリ、２１１…画素
強度累積手段、２１２…最大・最小値座標検出手段、２
１３…指紋渦中心座標、２１４…画像領域切り出し手
段、２１５…部分指紋画像メモリ、２１６…画像処理手
段、２１７…検査指紋、２１８…指紋情報登録処理手
段、２１９…登録指紋ファイルメモリ、２２０…登録指
紋、２２１…照合手段、２２２…照合結果、２２３…照
合結果表示手段、２２４…セキュリティ装置制御等の手
段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】登録された指紋画像と入力された指紋画
像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合方法に
おいて、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像と、該指紋画像をＸ
座標の一定方向に所定量シフトしたシフト指紋画像との
画像間演算処理画像を生成し、該演算処理画像に所定の
閾値処理を行い、さらに、各Ｙ座標毎あるいはＹ座標の
所定の範囲ΔＹ毎に、Ｘ方向の全画素の強度の累積値を
計算し、該累積値の最大値を与えるＹ座標値、あるいは
最大値を与えるΔＹ範囲内のＹ座標値を前期指紋画像の
Ｘ方向の渦中心線と特定し、該渦中心線を含む部分指紋
画像を基に同一性を照合することを特徴とする指紋照合
方法。
【請求項２】登録された指紋画像と入力された指紋画
像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合方法に
おいて、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像と、該指紋画像をＸ
座標の一定方向に所定量シフトしたシフト指紋画像との
画像間演算処理画像を生成し、該演算処理画像に所定の
閾値処理を行い、さらに、Ｘ座標の所定の範囲ΔＸ毎
に、Ｙ方向の全画素の強度の累積値を計算し、該累積値
の包絡線の極小値を与えるΔＸ範囲内のＸ座標値を前期
指紋画像のＹ方向の渦中心線と特定し、該渦中心線を含
む部分指紋画像を基に同一性を照合することを特徴とす
る指紋照合方法。
【請求項３】登録された指紋画像と入力された指紋画
像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合方法に
おいて、前記請求１項に記載の指紋照合方法あるいは、
請求項２に記載の指紋照合方法、あるいはそれら両方の
指紋照合方法を使用して、Ｘ方向の渦中心線の特定、及
びＹ方向の渦中心線の特定とを行い、両渦中心線の交点
を前期指紋画像の渦の中心と特定し、該渦の中心を含む
部分指紋画像を基に同一性を照合することを特徴とする
指紋画像処理方法。
【請求項４】登録された指紋画像と入力された指紋画
像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合装置に
おいて、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像をＸ座標の一定方向
に所定量シフトさせる手段と、該シフト指紋画像との画
像間演算処理画像を生成する手段と、該演算処理画像に
所定の閾値処理を行う手段と、各Ｙ座標毎あるいはＹ座
標の所定の範囲ΔＹ毎に、Ｘ方向の全画素の強度の累積
値を計算する手段と、該累積値の最大値を与えるＹ座標
値、あるいは最大値を与えるΔＹ範囲内のＹ座標値を前
期指紋画像のＸ方向の渦中心線と特定する手段と、該渦
中心線を含む部分指紋画像を基に同一性を照合する手段
を具備することを特徴とする指紋照合装置。
【請求項５】登録された指紋画像と入力された指紋画
像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合装置に
おいて、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像をＸ座標の一定方向
に所定量シフトさせる手段と、該シフト指紋画像との画
像間演算処理画像を生成する手段と、該演算処理画像に
所定の閾値処理を行う手段と、Ｘ座標の所定の範囲ΔＸ
毎に、Ｙ方向の全画素の強度の累積値を計算する手段
と、該累積値の包絡線の極小値を与えるΔＸ範囲内のＸ
座標値を前期指紋画像のＹ方向の渦中心線と特定する手
段と、該渦中心線を含む部分指紋画像を基に同一性を照
合する手段を具備することを特徴とする指紋照合装置。
【請求項６】登録された指紋画像と入力された指紋画
像の同一性を照合し個人識別を判定する指紋照合装置に
おいて、Ｘ-Ｙ２次元の原指紋画像をＸ座標の一定方向
に所定量シフトさせる手段と、該シフト指紋画像との画
像間演算処理画像を生成する手段と、該演算処理画像に
所定の閾値処理を行う手段と、各Ｙ座標毎あるいはＹ座
標の所定の範囲ΔＹ毎に、Ｘ方向の全画素の強度の累積
値を計算する手段と、該累積値の最大値を与えるＹ座標
値、あるいは最大値を与えるΔＹ範囲内のＹ座標値を前
期指紋画像のＸ方向の渦中心線と特定する手段と、Ｘ座
標の所定の範囲ΔＸ毎に、Ｙ方向の全画素の強度の累積
値を計算する手段と、該累積値の包絡線の極小値を与え
るΔＸ範囲内のＸ座標値を前期指紋画像のＹ方向の渦中
心線と特定する手段と、前記特定された両渦中心線の交
点を前期指紋画像の渦の中心と特定する手段と、該渦の
中心を含む部分指紋画像を基に同一性を照合する手段を
具備することを特徴とする指紋照合装置。
【請求項７】請求項４乃至６のいずれか１項に記載の
指紋照合装置において、前記指紋画像は階調指紋画像で
あり、前記演算処理画像は原指紋画像とシフト指紋画像
の強度の差分量の関数を強度とする画像であることを特
徴とする指紋照合装置。
【請求項８】請求項４乃至７のいずれか１項に記載の
指紋照合装置において、前記指紋画像は２値指紋画像で
あり、前記演算処理画像は前記２値指紋画像とシフト指
紋画像との差分強度をとりＹ方向成分を強調して階調化
した画像であることを特徴とする指紋照合装置。
【請求項９】請求項４乃至８のいずれか１項に記載の
指紋照合装置において、前記演算処理画像に施す閾値処
理は、所定の強度以下の画素の強度を零とする強度変換
を含むことを特徴とする指紋照合装置。
【請求項１０】請求項４乃至９のいずれか１項に記載
の指紋照合装置において、シフト指紋画像生成のための
シフト量は、原指紋画像の指紋の隆線ピッチの１／２の
距離より小さいことを特徴とする指紋照合装置。
【請求項１１】請求項４乃至１０のいずれか１項に記
載の指紋照合装置において、累積強度の最大点あるいは
極小点から特定される指紋画像の中心線として与えられ
る直線が、Ｘ-Ｙ２次元画像面の境界より所定距離以内
にあることを検出する手段を具備することを特徴とする
指紋照合装置。