JPH1049657A - 指紋画像入力装置及びその入力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 指紋画像データを生成する際、コントラスト
が良好で鮮明な指紋画像データを得るとともにノイズレ
ベルの低い指紋画像データを生成しさらに強力な光に指
紋採取者が晒される等の操作上の難点を回避する。 【解決手段】 第１の光源１による全反射光及び散乱光
画像データから第２の光源２による散乱光画像データを
減算して全反射光画像データのみによる指紋画像データ
を形成する。この結果、全反射法において不要な散乱光
を除去してコントラストの良い鮮明な画像を得ることが
できる。さらに、光路分離法のように２次元イメージセ
ンサの感度を向上するとともに光源光量を増加させる必
要がなく、この結果、Ｓ／Ｎ比に優れた指紋画像データ
が得られるばかりでなく強力な透過光に指紋採取者が晒
される等の操作上の難点を回避することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体の指表面の汗
腺の集まりである指紋を用いて個人を識別するための指
紋照合装置に関し、特に、指紋画像をコンピュータ等に
入力する際に用いられる指紋画像入力装置及びその入力
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、指紋照合の際には押捺指紋画像
をコンピュータ等の照合装置に入力する必要があるが、
従来、押捺指紋画像の入力の際には、指紋の凹凸による
反射率の差異に着目して、指による反射光を受光するこ
とによって指紋の凹凸を濃淡画像として得て、この濃淡
画像を指紋画像としてコンピュータ等の照合装置に入力
している。

【０００３】例えば、図１０を参照して、従来の代表的
な指紋照合装置に用いられる指紋画像入力装置は、白色
光を光源とする光源１１１と、指との接触面において全
反射条件を満たすように光源１１１から入射され白色光
を反射するプリズム１１２と、プリズム１１２からの反
射光を受光して指紋画像を得る撮像素子１１３とを備え
ている（特開昭５４−８５６００号公報）。

【０００４】上述の指紋画像入力装置では、プリズム１
１２に指が接触していない場合、光源１１１から入射さ
れた白色光はプリズム１１２の上面で全反射され、撮像
素子１１３に与えられる。この結果、撮像素子１１３に
から得られる画像は全面が明るい画像となる。

【０００５】指紋入力時には、プリズム１１２の上面に
指が押し当てられる。この際、指紋の凸部では皮膚とプ
リズム１１２とが接触しているため、全反射条件が満た
されなくなり、光源１１１からの白色光の大部分が皮膚
に吸収され、その一部のみが接触面で反射されることに
なる。一方、指紋の凹部では皮膚とプリズム１１２とが
接触していないため、全反射条件を満たすことになり、
光源１１１からの白色光は接触面で全反射されて、撮像
素子１１３に入射されることになる。これによって、指
紋の凹部は明るく、凸部は暗くなり、明るい背景に対し
て、隆線部分の暗い指紋画像が得られることになる。

【０００６】ここで、図１１に、光路分離法により指紋
画像を入力する装置の構成を示す。図１１を参照して、
この入力装置では、白色光を光源とする光源１２１、プ
リズム１２２、及び撮像素子１２３を備えており、これ
ら光源１２１、プリズム１２２、及び撮像素子１２３は
図示の配置関係とされる。

【０００７】光源１２１から光（白色光）がプリズムを
介して指との接触面に与えられると、プリズム１２２に
接触しない指紋の凹部における散乱光は、空気中からプ
リズム１２２へ入射した後、再び空気中に抜けることに
なる。ところが、スネルの法則によって、この散乱光は
撮像素子１２３の存在する領域には到達できない。撮像
素子１２３には指紋の凸部における散乱光の一部が到達
でき、この結果、この入力装置では、指紋の凹部は暗
く、凸部は明るくなり、暗い背景に対して隆線部分の明
るい指紋画像が得られる（例えば、大和一晴：“指紋照
合技術と入出管理セキュリティシステムの動向”，映像
情報（Ｉ），１９９２，Ｖｏｌ．２４）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の全反
射法を用いた指紋画像入力装置では、不可避的に隆線部
分の凸部からの散乱光も検出してしまい、つまり、画像
データとして必要のない隆線部分のデータまで検出して
しまい、この結果、指紋画像のコントラストが悪くなる
という問題点がある。

【０００９】一方、光路分離法を用いた指紋画像入力装
置では、前述のように、指紋の凸部における散乱光の一
部のみを検出するため、つまり、微弱な散乱光を検出す
るため、撮像素子の感度を上げる必要があるが、このよ
うに、撮像素子の感度を上げると、ノイズレベルも増幅
されてしまい、結果的に、Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏ
ｉｓｅ）比が悪くなってしまうという問題点がある。

【００１０】加えて、光路分離法を用いた指紋画像入力
装置では、光源からの光はプリズムを透過して外部に照
射され、その光量も微弱な散乱光を検出するため極めて
強い光量となっている。このため、光源からの強力な光
が指紋採取者に照射されてしまうという問題点がある。

【００１１】本発明の目的は、コントラストの良い指紋
画像をを得ることのできる指紋画像入力装置を提供する
ことにある。

【００１２】本発明の他の目的は、ノイズレベルの低い
Ｓ／Ｎ比の優れた指紋画像を形成できる指紋画像入力装
置を提供することにある。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、光源光量の増
加を防いで強力な光に指紋採取者をさらす等の操作上の
難点を回避することのできる指紋画像入力装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、光強度
に応じた電気信号を出力する２次元イメージセンサと、
指の指紋面が載置される接触面を有する透明多面体と、
前記透明多面体に平行光を入射して前記接触面からの反
射光が第１の反射光として前記２次元イメージセンサに
対して全反射するように配置された第１の光源と、前記
透明多面体に平行光を入射して前記接触面からの散乱光
が第２の反射光として前記２次元イメージセンサに入射
するように配置された第２の光源とを有し、前記２次元
イメージセンサは前記第１及び前記第２の反射光に応じ
てそれぞれ第１及び第２の電気信号を出力し、さらに、
前記第１及び前記第２の光源を選択的に点灯させて前記
第１及び前記第２の電気信号をそれぞれ第１及び第２の
ディジタル画像データに変換して前記第１及び前記第２
のディジタル画像データに基いて指紋画像データを生成
する制御部を有することを特徴とする指紋画像入力装置
が得られる。

【００１５】さらに、本発明によれば、指紋面が載置さ
れる接触面を有する透明多面体の前記接触面に第１の光
源から平行光を照射して前記接触面で前記平行光を全反
射させて第１の反射光を得る第１のステップと、前記第
１の反射光を第１の電気信号に変換する第２のステップ
と、前記第１の電気信号を第１のディジタル画像データ
に変換して記録する第３のステップと、前記接触面に第
２の光源から平行光を照射して前記接触面で前記平行光
を散乱させて第２の反射光を得る第４のステップと、前
記第２の反射光を第２の電気信号に変換する第５のステ
ップと、前記第２の電気信号を第２のディジタル画像デ
ータに変換して記録する第６のステップと、前記第１及
び前記第２のディジタル画像データに基いて指紋画像デ
ータを得る第７のステップとを有することを特徴とする
指紋画像入力方法が得られる。

【００１６】このように、本発明では、第１及び第２の
ディジタル画像データに基いて（例えば、第１のディジ
タル画像データから第２のディジタル画像データを減算
する）指紋画像データを生成しているので、つまり、全
反射光のみの指紋画像データを生成しているので、コン
トラストの良好な指紋画像データを得ることができる。

【００１７】さらに、光路分離法のように、２次元イメ
ージセンサの感度を上げる必要がなく、ノイズレベルの
低いＳ／Ｎに優れた指紋画像データを生成できるばかり
でなく光路分離法のように光源光量を増加する必要がな
く、強力な光に指紋採取者をさらす等の操作上の難点を
回避することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。

【００１９】図１を参照して、図示指紋画像入力装置
は、光源１及び２、透明多面体３、２次元イメージセン
サ４、及び制御部５を備えている。光源１は、透明多面
体３に平行光を入射し、透明多面体３と指との接触面か
らの反射光が２次元イメージセンサ４に対して全反射す
る位置に配置されている。光源２は透明多面体３に平行
光を入射し、透明多面体３と指との接触面からの散乱光
（反射光）が２次元イメージセンサ４に入射する位置に
配置されている。この結果、２次元イメージセンサ４に
は光源１による反射光（以下第１の反射光と呼ぶ）及び
光源２による反射光（以下第２の反射光と呼ぶ）が与え
られることになり、２次元イメージセンサ４は、第１の
反射光強度及び第２の反射光強度に応じてそれぞれ第１
及び第２の電気信号を出力する。制御部５では光源１と
光源２を切り替えて点灯させ、第１及び第２の電気信号
をそれぞれ第１のディジタル画像データ及び第２のディ
ジタル画像データに変換して記録するとともに第１のデ
ィジタル画像データから第２のディジタル画像データを
減算して後述するようにして指紋画像データを生成す
る。

【００２０】ここで、図２を参照して、いま、制御部５
によって光源１のみが点灯されたとすると（つまり、全
反射法を利用すると）、透明多面体３に接触していない
指の部分（谷）では、光源１からの入射光は実線で示す
全反射光６として反射される。一方、透明多面体３に接
触している指の部分（隆線）では屈折率が変わるので、
全反射条件が満たされなくなり、光源１からの入射光
は、散乱光として散乱され、その一部が破線で示すよう
に散乱光７として２次元イメージセンサ４に与えられ
る。つまり、全反射光６及び散乱光７が第１の反射光と
して２次元イメージセンサ４に与えられることになる。

【００２１】２次元イメージセンサ４では、第１の反射
光を検出して、光強度に応じて第１の電気信号に変換す
る。そして、制御部５では第１の電気信号を第１のディ
ジタル画像データに変換して記録する。つまり、全反射
光６の光強度が指紋の谷部として、散乱光７の光強度が
隆線部として記録されることになる。

【００２２】ここで、図３に全反射法を利用した際の全
反射光６及び散乱光７の光強度を示す。図３から容易に
理解できるように、全反射法を利用すると、透明多面体
３と指との接触面において、つまり、指の隆線におい
て、不可避的に光が散乱される結果、２次元イメージセ
ンサ４に散乱光７が入力され、２次元イメージセンサ４
ではこの散乱光７まで検出してしまうことになる。この
結果、指紋画像データとして、全反射光６による明るい
背景（谷）に対して散乱光７による隆線部分の暗い画像
が得られることになる。このように、全反射法を利用し
た際には、散乱光７も検出されるため、指紋画像のコン
トラストが悪くなってしまう。

【００２３】図４を参照して、いま、制御部５によって
光源２のみが点灯されたとすると（つまり、光路分離法
を利用すると）、透明多面体３に接触していない指の部
分では、入射光は実線で示すように反射され、スネルの
法則により２次元イメージセンサ４の位置には到達でき
ず、透明多面体３に接触している指の部分では、光源２
からの入射光は、散乱光として散乱され、その一部が破
線で示すように散乱光８として２次元イメージセンサ４
に到達する。

【００２４】２次元イメージセンサ４では、この散乱光
８を検出して、光強度に応じて第２の電気信号に変換す
る。そして、制御部５では第２の電気信号を第２のディ
ジタル画像データに変換して記録する。つまり、散乱光
８がその光強度に応じて指紋の隆線部として、散乱光が
検出されない部分が谷部として記録されることになる。

【００２５】ここで、図５に光路分離法を利用した際の
散乱光８の光強度を示す。図５から容易に理解できるよ
うに、光路分離法を利用した際には、指紋画像として、
暗い背景（谷）に対して、散乱光８による隆線部分の明
るい画像が得られる。このように、光路分離法を用いた
際には、谷部からの散乱光がないから、鮮明な指紋画像
が得られるが、散乱光８は微弱光であるため、ノイズの
影響を受けやすい。

【００２６】上述の記載から理解できるように、図２及
び図３で説明した指紋画像（全反射法を用いた指紋画
像）と図４及び図５で説明した指紋画像（光路分離法に
よる指紋画像）との関係は各画素位置の明部と暗部とが
反転した画像となる。

【００２７】ここで、図１及び図６を参照して、本発明
による指紋画像入力装置の動作について説明する。

【００２８】まず、制御部５は、光源１を点灯させる
（ステップＳ９１）。透明多面体３からの全反射光６及
び散乱光７が第１の反射光として２次元イメージセンサ
４に与えられ、２次元イメージセンサ４は光強度に応じ
た第１の電気信号を出力する（ステップＳ９２）、制御
部５では第１の電気信号をディジタル全反射光データ及
び散乱光データに変換して第１のディジタル画像データ
として記録する（ステップＳ９３）。

【００２９】上述のようにして、光源１による画像デー
タを記録した後、制御部５は光源１を消灯し、光源２を
点灯する（ステップＳ９４）。透明多面体３からの散乱
光８が第２の反射光として２次元イメージセンサ４に与
えられ、２次元イメージセンサ４は光強度に応じた第２
の電気信号を出力する（ステップＳ９５）。制御部５で
は第２の電気信号をディジタル散乱光データに変換して
第２のディジタル画像データとして記録する（ステップ
Ｓ９６）。

【００３０】次に、制御部５では、第１のディジタル画
像データから第２のディジタル画像データを減算して後
述するように全反射光データのみによる指紋画像データ
を生成する（ステップＳ９７）。

【００３１】次に図１及び図７を参照して、図１に示す
指紋画像入力装置において、制御部５では前述のように
第１のディジタル画像データから第２のディジタル画像
データを減算するが、この減算の結果得られた画像にお
ける光強度は図７のようになる。つまり、制御部５で
は、光源１のみを点灯させた際得られる全反射光６と散
乱光７によって形成される指紋画像の各画素位置に対応
する光強度から光源２のみを点灯させた際得られる散乱
光８によって形成される指紋画像の各画素位置に対応す
る光強度を減算することになる。この際、散乱光７の光
強度と散乱光８の光強度がほぼ等しくなるように光源２
の光量が調整される。この結果、散乱光７と散乱光８と
はほぼ相殺され、全反射光６のみが残りる。つまり、背
景（谷）が残ることになる。従って、指紋画像として
は、全反射法を用いた際の画像と同様に、明るい背景
（谷）に対して、隆線部分の暗い画像が形成されること
になるが、全反射法のみを用いた場合と異なり、散乱光
７による隆線部分の光強度が削除される結果、コントラ
ストの良い鮮明な指紋画像が得られる。

【００３２】ところで、実際には、図８に示すように、
不可避的に散乱光によるノイズ成分が僅かに残るが、全
反射光６は、ほぼ光源１の入射光強度に等しくなるた
め、その光強度の絶対値は大きく、一方、ノイズ９の値
は全反射光６に比べ極めて小さい値となる。従って、指
紋照合の際、ノイズの影響を受けることはほとんどな
い。

【００３３】一方、光源２のみを用いた際にも、散乱光
８の他に不可避的に他の散乱光が２次元イメージセンサ
４に到達する。この関係を図９に示す。光源２のみを用
いた際には、散乱された光の一部を散乱光８として検出
するため、光源２からの入射光の光強度に比べて散乱光
８の光強度はその絶対値が極めて小さい値となる。この
ため散乱光８を検出して得られる第２の電気信号を増幅
させる必要がある。この際、他の散乱光によるノイズ１
０も増幅されてしまい、ノイズ１０の値が無視できない
大きさとなってしまう。

【００３４】散乱光８の光強度を増加させるため、光源
２の光量を増加させると、前述のように、ノイズ１０
は、主に散乱光によるものであるため、光源２の光量を
増加させることによってノイズ１０も増加して、ノイズ
１０の値が無視できなくなってしまう（つまり、散乱光
８に対してノイズ１０が無視できない程度に大きくなっ
てしまう）。

【００３５】このように、図１に示す指紋画像入力装置
では、全反射法を用いた程度のＳ／Ｎ比が得られること
になる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、全反
射法を用いた際得られる指紋谷部の全反射光データ及び
隆線部の散乱光データから光路分離法を用いた際得られ
る隆線部の散乱光データを減算するようにしたので、指
紋隆線部の散乱光データが削除でき、指紋谷部による全
反射光データのみの指紋画像が生成でき、その結果、コ
ントラストの良好な鮮明な指紋画像データを得ることが
できるという効果がある。

【００３７】さらに、本発明では、検出すべき反射光が
十分な光強度をもっているため、反射光を増幅する必要
がない。この結果、ノイズが増幅されない。しかも、光
源光強度を強くする必要がないため、ノイズの主成分で
ある散乱光の光強度が増加することがない。従って、Ｓ
／Ｎ比の良好な指紋画像データを得ることができる。

【００３８】また、本発明では、散乱光を用いて指紋画
像データを得る必要がなく、このため、光路分離法のよ
うに光源の光強度を増加させる必要がない。従って、透
明多面を透過する光量を少なくでき、外部の指紋採取者
に強力な光が照射されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による指紋画像入力装置の一例を示す図
である。

【図２】全反射法を用いた際の光源と透明多面体との関
係を示す図である。

【図３】図２において指が透明多面体に接触する部分及
び接触しない部分の反射光の強度を示す図である。

【図４】光路分離法を用いた際の光源と透明多面体との
関係を示す図である。

【図５】図４において指が透明多面体に接触する部分及
び接触しない部分の散乱光の強度を示す図である。

【図６】図１に示す指紋画像入力装置の動作を説明する
ためのフローチャートである。

【図７】図１に示す指紋画像装置で得られる画像データ
における光強度分布を説明するための図である。

【図８】全反射法における全反射光強度とノイズの大き
さを示す図である。

【図９】光路分離法における散乱光強度とノイズの大き
さを示す図である。

【図１０】全反射法を用いた従来の指紋画像入力装置を
示す図である。

【図１１】光路分離法を用いた従来の指紋画像入力装置
を示す図である。

【符号の説明】

１，２ 光源 ３ 透明多面体 ４ ２次元イメージセンサ ５ 制御部 ６ 全反射光 ７，８ 散乱光 ９，１０ ノイズ １１１，１２１ 光源 １１２，１２２ プリズム １１３，１２３ 撮像素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光強度に応じた電気信号を出力する２次
   元イメージセンサと、指の指紋面が載置される接触面を
   有する透明多面体と、前記透明多面体に平行光を入射し
   て前記接触面からの反射光が第１の反射光として前記２
   次元イメージセンサに対して全反射するように配置され
   た第１の光源と、前記透明多面体に平行光を入射して前
   記接触面からの散乱光が第２の反射光として前記２次元
   イメージセンサに入射するように配置された第２の光源
   とを有し、前記２次元イメージセンサは前記第１及び前
   記第２の反射光に応じてそれぞれ第１及び第２の電気信
   号を出力し、さらに、前記第１及び前記第２の光源を選
   択的に点灯させて前記第１及び前記第２の電気信号をそ
   れぞれ第１及び第２のディジタル画像データに変換して
   前記第１及び前記第２のディジタル画像データに基いて
   指紋画像データを生成する制御部を有することを特徴と
   する指紋画像入力装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された指紋画像入力装置
   において、前記制御部は前記第１のディジタル画像デー
   タから前記第２のディジタル画像データを減算して前記
   指紋画像データを生成するようにしたことを特徴とする
   指紋画像入力装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載された指紋画像入
   力装置において、前記透明多面体は前記接触面において
   前記第１及び前記第２の光源からの平行光をそれぞれ全
   反射及び透過することを特徴とする指紋画像入力装置。
4. 【請求項４】 指紋面が載置される接触面を有する透明
   多面体の前記接触面に第１の光源から平行光を照射して
   前記接触面で前記平行光を全反射させて第１の反射光を
   得る第１のステップと、前記第１の反射光を第１の電気
   信号に変換する第２のステップと、前記第１の電気信号
   を第１のディジタル画像データに変換して記録する第３
   のステップと、前記接触面に第２の光源から平行光を照
   射して前記接触面で前記平行光を散乱させて第２の反射
   光を得る第４のステップと、前記第２の反射光を第２の
   電気信号に変換する第５のステップと、前記第２の電気
   信号を第２のディジタル画像データに変換して記録する
   第６のステップと、前記第１及び前記第２のディジタル
   画像データに基いて指紋画像データを得る第７のステッ
   プとを有することを特徴とする指紋画像入力方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載された指紋画像入力方法
   において、前記第７のステップでは前記第１のディジタ
   ル画像データから前記第２のディジタル画像データを減
   算して前記指紋画像データを得るようにしたことを特徴
   とする指紋画像入力方法。
6. 【請求項６】 請求項４又は５に記載された指紋画像入
   力方法において、前記透明多面体は、前記透明多面体は
   前記接触面において前記第１及び前記第２の光源からの
   平行光をそれぞれ全反射及び透過することを特徴とする
   指紋画像入力方法。