JPH1145336A - 皮膚紋様特徴抽出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 皮膚紋様特徴抽出装置において、品質が悪い
入力画像に対してオペレータが隆線形状や端点・分岐点
などの微細構造を人手で入力あるいは修正する場合に、
正確な入力を支援する。 【解決手段】 原画像を画像保持部１１に保持して画像
提示部１２でオペレータに提示する。オペレータは原画
像の注目部分について、より良く隆線群を見るための回
転方向と圧縮比を視点変換指示入力部１３から入力す
る。視点変換計算部１４がそれに従って視点変換（アフ
ィン変換）により結果画像を生成し、視点変換画像提示
部１５でユーザに提示する。オペレータはその画像を参
照してマニュアルプロット、マニュアルトレースの作業
を実行し、その結果が人手入力部１６から入力されて記
録され、特徴データ変換部１７において特徴データに変
換されて出力される。

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・掌紋など皮膚
紋様画像を提示する皮膚紋様特徴抽出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】指紋や掌紋といった皮膚紋様（以下指紋
で代表させる）は「万人不同」「終生不変」という特徴
を有しているため、採取された指紋画像からその隆線の
形状や、隆線の端点分岐点の位置関係といった特徴を抽
出し、予め登録された指紋の特徴と照合することにより
個人を識別するというシステムが提案・実用化され、高
い信頼性を示している。これらのシステムで高い照合精
度を得るには、画像から隆線の端点と分岐点の位置を正
確に抽出することが必要である。

【０００３】このように採取指紋の特徴を抽出する場
合、特に採取指紋が遺留指紋であるなどの理由でその品
質が悪い場合には、自動処理のみで上述のような特徴を
抽出すると十分な識別精度を実現することができない。
そのため経験を積んだオペレータがスキャナで読みとら
れデジタル化された遺留指紋画像をディスプレイ画面上
に表示し、自動処理で抽出できなかったあるいは誤って
抽出した特徴の位置をマウスなどの入力手段で入力ある
いは修正する、という手続きが必要となる。この作業を
支援するために、例えば特開平５−３５８５６「指紋特
徴抽出装置」が提案されている。本装置は ・入力される指紋を含む画像から、指定した部分を切り
出す ・指定した部分について画像強調処理を施す ・指示により特徴抽出の修正を行う などの機能を持ち、それぞれの処理の前の原画像と処理
後の画像をオペレータに提示することにより、以上のよ
うな人手による特徴抽出の支援を行えるようになってい
る。このような装置を使用することにより、オペレータ
が目視して手動により端点分岐点の位置・方向を入力す
る「マニュアルプロット」、隆線をなぞるなどして流れ
を入力する「マニュアルトレース」の作業が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように人手で指
掌紋などの皮膚紋様から特徴抽出を行う際、特に入力画
像となる画像が遺留のもののように低品質な場合や、得
られた押捺画像部分の面積が狭い場合、多数の皺が重畳
した掌紋画像の場合には、隆線の流れやそれらの端点・
分岐点といった微少な特徴がノイズに紛れてオペレータ
に見にくい、というケースが多々ある。そのような画像
の一例を図７に示す。この場合、隆線は揃って左右に流
れているのがわかるが、その端点・分岐点の位置はかな
り判別しにくく、熟練したオペレータの人手介入をもっ
てしてもその位置の誤りのために個人識別の精度が低下
しがちであった。

【０００５】本発明の目的は、採取画像の品質が悪く隆
線の流れやその中に埋もれた端点・分岐点といった特徴
の抽出が可能で、個人識別の精度を高めることのできる
皮膚紋様特徴抽出装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の皮膚紋様特徴抽
出装置は、オペレータからの視点変換指示を入力させる
視点変換指示入力手段と、与えられた画像に対してその
指示に基づいて視点変換を行う視点変換計算手段と、そ
の結果をオペレータに提示する視点変換画像提示手段と
を有する。

【０００７】本発明の実施態様によれば、視点変換指示
入力手段が、画像のある方向についての幾何学的画像圧
縮の程度、またはある点を中心とする画像の幾何学的回
転の回転角、またはその両方を使用者に入力させる。

【０００８】本発明の他の実施態様によれば、視点変換
計算手段が、ある方向についての幾何学的画像圧縮、ま
たはある点を中心とする幾何学的回転、またはその両方
をアフィン変換により入力画像に対して施す。

【０００９】本発明の他の皮膚紋様特徴抽出装置は、オ
ペレータからの注目点位置の指示を入力させる注目点指
示入力手段と、指示された注目点付近での入力画像の性
質から視点変換の内容を決定する視点変換パラメタ決定
手段と、その決定に基づいて視点変換を行う視点変換計
算手段とを有する。

【００１０】本発明の実施態様によれば、視点変換パラ
メタ決定手段が、指定された局所画像を入力として、視
点変換での幾何学的回転の回転角、または視点変換での
幾何学的画像圧縮の程度、またはその両方を決定する。

【００１１】本発明の実施態様によれば、視点変換計算
手段が視点変換パラメタ決定手段の決定した回転角と圧
縮の程度に基づいてアフィン変換を入力画像に対して施
す。

【００１２】本発明の実施態様によれば、画像から自動
または人手により抽出された特徴を原画像の上に重畳す
る特徴データ重畳手段を有し、重畳した画像またはその
重畳した画像を視点変換した画像をオペレータに提示す
る。

【００１３】ここで、視点変換とは、画像上の皮膚紋様
の隆線群を含む２次元形式の画像、例えばその画像を写
した写真が２次元的に、つまり机の上などにおいてある
時に、机の周りの３次元空間のどこの視点からその画像
を見るかによって、隆線の微細な構造の見え易さが異な
るという経験上の性質を利用して、構造がより可視化さ
れるように視点の位置を変えた画像を仮想的に生成する
ことである。

【００１４】実際には画像を固定し視点を移動するので
はなく、逆に視点を固定して画像を３次元空間内で操作
することにより同じ効果を実現する。例えば図７のよう
な画像の場合、この画像の写された写真を水平において
（垂直な視線で）見るよりは、右側が手前で左側が奥に
なるように角度φだけ写真を傾けて見る方が、さらにま
た写真を中央を中心に角度θだけ回転させて隆線群が上
限に流れるように見る方が、画像中心付近の構造が見え
やすい、という事実が経験上知られている。図７の原画
像をそのような視点変換により傾けて回転させた画像を
図８に示す。本発明ではこの経験に基づき、適切な視線
変換処理を行った結果を提示することにより装置を使用
するオペレータの隆線構造の視認を容易にする。

【００１５】オペレータは元々見ることができた原画像
に加えて、提示された視点変換結果画像を参照しながら
人手で（例えば原画像上に）特徴点をマニュアルプロッ
トし、あるいは隆線形状をマニュアルトレースする。

【００１６】視点変換（アフィン変換）結果を参照する
ことにより、低品質な原画像では見えにくかった隆線の
流れの視認性が高まり、より容易に判別可能になった流
れの中での特異点である隆線の端点や分岐点の位置プロ
ットおよび隆線のトレースが、従来に比較して正確に実
行できる。

【００１７】プロット・トレースの正確性が増すことで
照合精度が改善でき、また入力容易性が増すことでオペ
レータの負荷を軽減し、処理生産性を向上させることが
できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１９】図１を参照すると、本発明の第１の実施形
態の皮膚紋様特徴抽出装置は画像保持部１１と画像提示
部１２と視点変換指示入力部１３と視点変換計算部１４
と視点変換画像提示部１５と人手入力部１６と特徴デー
タ変換部１７で構成されている。

【００２０】画像保持部１１はデジタル化された入力画
像を保持する。画像提示部１２は画像保持部１１に保持
されている入力画像をディスプレイ画面上にオペレータ
に対して表示する。

【００２１】この提示された画像をオペレータは、視点
変換指示入力部１３に対して自分が欲する視点変換の指
定を入力する。

【００２２】オペレータは前述のような視点変換の効果
を得るために、与えられた画像の傾け角φと回転角θに
相当するパラメタを装置に与え、装置はそれに従って結
果の仮想画像を生成してそれをオペレータに提示すれば
よい。例えば上述のように画像中心付近をよく可視化す
るための視点変換の結果画像は、 １．原画像を中心付近の隆線群の流れの方向である左右
方向が変換後の上下方向となるように画像を角度θだけ
回転し、 ２．さらにその結果をＹ方向にｒ＝ｃｏｓφだけ上下圧
縮する（０＜ｒ＜１）という２つのアフィン変換により
得られる。この処理の様子を図２に示す。

【００２３】原画像の濃度分布をｆ（ｘ，ｙ）（０＜ｘ
＜Ｘ，０＜ｙ＜Ｙ）とする（ただしＸ，Ｙは画像のＸ，
Ｙ方向のサイズ）。画像（ｘ，ｙ）を角度θだけ回転
し、さらに上下に比率ｒだけ圧縮するというアフィン変
換を施した後の対応点の座標を（ｘ’，ｙ’）とする
と、それらは

【００２４】

【数１】 という関係で表わされるので、これを実現すればよい。

【００２５】図３に視点変換指示入力部１３に対してオ
ペレータがパラメタを与える際に使用するディスプレイ
の一部で使用する表示画面を示す。横軸が回転角θを、
縦軸が傾け角に相当する圧縮比ｒに相当し、それらの交
わる点にマウスカーソルを移動してマウスクリックで入
力を指示することにより、視点変換指示入力部１３に対
して回転角θと圧縮比ｒを指定することができる。

【００２６】つまりこの装置の視点変換機能を使用する
際は、オペレータは自分がその付近の隆線形状及び特徴
点位置をよりよく見たいと考える注目エリア付近の大ま
かな隆線群の流れを判断し、それが上下になるように画
像を回転し、さらに適当な角度で画像を傾けるつもりで
それを実現するパラメタを図３のような指示画面を通じ
て視点変換指示入力部１３に指示すればよい。

【００２７】視点変換計算部１４は、視点変換指示入力
部１３から渡されたこの２つのパラメタを元に式（１）
に基づいてアフィン変換を行い、視点変換後の画像ｆ
（ｘ’，ｙ’）を生成する。これを実際に実現するに
は、まず式（１）の逆変換の式（２）

【００２８】

【数２】 に視点変換後の画像の各点（ｘ’，ｙ’）を代入して元
の画像の対応点を求める。この点（ｘ，ｙ）は一般に実
数なので、原画像でこの点の４つの近接格子点 (int(x), int(y)), (int(x)+1, int(y)), (int(x)+1, int(y)+1), (int(x), int(y)+1) を求め、それらの点の画像濃度 f(int(x), int(y)), f(int(x)+1, int(y)), f(int(x)+1, int(y)+1), f(int(x), int(y)+1) の、その点と対応点（ｘ，ｙ）との距離に応じた加重平
均を取ってｆ（ｘ’，ｙ’）の値とする（ただし、ｉｎ
ｔ（ｘ）は実数ｘの小数点以下を切り捨てて整数化する
関数）。

【００２９】視点変換画像提示部１５は、視点変換計算
部１４で求められた視点変換後の画像をオペレータに提
示する。この際、ディスプレイ上で原画像提示部１２の
提示する画像の横に並んだ隣の領域に表示すると、視点
変換の効果がはっきり見られ、オペレータによるより正
確な隆線認識や特徴点視認に役立つと考えられる。その
画面イメージを図４に示す。

【００３０】オペレータは視点変換画像提示部１５によ
って提示された視点変換の結果画像を参照画像として、
画像提示部１２が提示する画像上でマウスポインタを動
かすことによりマニュアルプロット、マニュアルトレー
スの作業を実行し、その結果が人手入力部１６から入力
されて記録される。図４に示すように、原画像及びマニ
ュアルプロット、マニュアルトレースの作業画面（図４
（１））と視点変換による参照画面（図４（２））を並
べたものが作業画面となる。記録された隆線と特徴点の
位置の情報から特徴データ変換部１７において特徴デー
タ（例えば各特徴点について各近接特徴点と結ぶ線分に
ついての交差隆線数など）に変換されて出力され、この
データが皮膚紋様照合装置において個人識別に使用され
ることになる。

【００３１】上述の実施形態においては、オペレータは
マウスを図２のような指示画面上で動かしクリックする
ことで、１組の（θ，ｒ）という視点変換パラメタを決
定し１回の視点変換を起動して１枚の視点変換画像を生
成、提示していた。しかしこれは十分速いサンプリング
によってマウスの位置を検出しその視点変換パラメタの
サンプルごとに画像を生成することで、オペレータが動
かすマウスにリアルタイム的に追従して動く視点転換画
像を次々と提示し、使用者の操作容易性を高めることも
できる。

【００３２】また、上記実施形態では入力機器としてマ
ウスを用いているが、ジョイスティックなどのより使い
やすい機器を介してオペレータの指示を入力すること
で、操作性をさらに高めオペレータの負荷を軽減するこ
ともできる。

【００３３】また、上記実施形態ではｒを一定とした
が、ｒの値をｘｙ座標に依存させてもよい。

【００３４】図５を参照すると、本発明の第２の実施形
態の皮膚紋様特徴抽出装置は、第１の実施形態の視点変
換指示入力部１３の代りに注目点指示入力部１８と視点
変換パラメタ決定部１９を有している。

【００３５】デジタル化された入力画像は、画像保持部
１１に保持されるとともに、画像提示部１２により例え
ばディスプレイ画面上でオペレータに対して表示され
る。

【００３６】この提示された画像を見てオペレータは、
入力画像中のどの局所領域の隆線構造を注視したいかを
決め、注目点指示入力部１８に対してその位置を指示す
る。この入力は例えば画像提示部１２の提示する画像上
で注目部分を決め、その中心にマウスカーソルを移動し
てそこでマウスをクリックするという方法で与えること
ができる。この指定を得て、注目点指示入力部１８はそ
の指定された位置を視点変換パラメタ決定部１９へ送
る。

【００３７】視点変換パラメタ決定部１９では、その位
置指定を入力として、その付近の局所画像で隆線構造の
可視化を効果的に行うための視点変換のパラメタを決定
する。その局所領域の隆線群の方向を求め、その隆線群
の方向に平行な方向が垂直方向になるように視点変換の
回転角θを決定すればよいことになる。

【００３８】皮膚紋様画像の局所的な隆線の方向を求め
るには、例えば特開平８−７０９７「隆線方向抽出装
置」記載の方法を用いればよい。この方法では、画像の
濃度勾配と隆線方向が直交することを利用し、画像上の
各点についてその近傍の画像濃度から勾配ベクトルを計
算し、勾配ベクトルの分布の主軸方向と直交する方向を
隆線方向として決定している。

【００３９】また、幾何学的画像圧縮の圧縮比について
は、画像にノイズが少なく鮮明で隆線が見易ければそれ
だけ大きな比で圧縮を掛けても微細な隆線構造は観察し
易い、という仮定に基づき、ｒ＝３／４〜１／４の範囲
で局所画像の隆線方向決定の信頼度に反比例してｒを決
定すればよい。この信頼度も、上記特開平８−７０９７
にある方法で、局所領域の濃度勾配ベクトルの分布の分
散共分散行列の固有値から求められる「隆線方向の信頼
度」を使用して決定できる。これが高ければｒを小さく
し、低ければｒを大きく（１に近く）することで、局所
画像の隆線品質に応じた視点変換が可能になる。

【００４０】以上の方法により視点変換パラメタ決定部
１９が視点変換のパラメタである回転角θと圧縮比ｒを
決定し、視点変換計算部１４はそれに応じたアフィン変
換を実行する。この計算は第１の実施形態で説明した方
法と同様であって、原画像の濃度分布をｆ（ｘ，ｙ）
（０＜ｘ＜Ｘ，０＜ｙ＜Ｙ）としたとき（ただし、Ｘ，
Ｙは画像のＸ，Ｙ方向のサイズ）、画像（ｘ，ｙ）を角
度θだけ回転し、さらに上下に比率ｒだけ圧縮するとい
うアフィン変換を施した後の対応点の座標を（ｘ’，
ｙ’）とすると、それらは

【００４１】

【数３】 という関係で表されることになる。

【００４２】視点変換画像提示部１５は、視点変換計算
部１４で求められた視点変換後の画像をオペレータに提
示する。この際、ディスプレイ上で画像提示部１２の提
示する画像の横に並んだ隣の領域に表示すると、視点変
換の効果がはっきり見られ、オペレータによるより正確
な隆線認識や特徴点視認に役立つと考えられる。

【００４３】オペレータは視点変換画像提示部１５によ
って提示された視点変換の結果画像を参照画像として、
原画像提示部１２が提示する画像上でマウスポインタを
動かすことによりマニュアルプロット、マニュアルトレ
ースの作業を実行し、その結果が人手入力部１６から入
力されて記録される。記録された隆線と特徴点の位置の
情報から特徴データ変換部１７において特徴データ（例
えば各特徴点について各近接特徴点と結ぶ線分について
の交差隆線数など）に変換されて出力され、このデータ
が皮膚紋様照合装置において個人識別に使用されること
になる。

【００４４】上述の実施形態においては、オペレータが
提示された原画像上の一点を指示し、この周囲の局所画
像から視点変換パラメタ決定部１９が視点変換パラメタ
を決定してその視点変換に従って得られた画像を提示す
るだけであったが、このように自動で決定されたパラメ
タによる視点変換がオペレータの所望のものでなかった
場合には、改めてオペレータが視点変換パラメタを指定
して視点変換を再実行できた方が望ましい。そのために
は、第２の実施形態に第１の実施形態にあるような視点
変換指示入力部１３を設置し、その機能を通じてオペレ
ータが自分の判断でパラメタを入力できるようにすれば
よい。

【００４５】以上、２つの実施形態について説明した
が、本発明はその主旨を変えない範囲で、さまざまな変
形が可能であるのはもちろんである。

【００４６】例えば上記実施形態では図４に示したよう
に原画像は一切視点変換していないが、原画像、かつ入
力画像の方も参照画像と同じ角度θで回転だけ掛ける方
が左右の画像の対応点が発見しやすくオペレータの入力
に便利であれば、入力画像にも視点変換で使用された回
転角分だけアフィン変換を掛ける機構を設けてその結果
を提示することも可能である。

【００４７】さらには、特徴データ変換部１７に記録さ
れている隆線の位置、端点分岐点の位置といった特徴デ
ータ（これには自動処理で得られたものとオペレータに
よって手動で入力されたものが含まれる）を原画像に重
畳して表示し、次の作業の参考にすることもできる。こ
れを実現する第３の実施形態の皮膚紋様特徴抽出装置の
構成を図６に示す。本実施形態では、特徴データ重畳部
２０で、特徴のうち隆線を曲線で、端点分岐点を○印、
×印などで原画像に重畳して表示し、これを表示する。
さらにはこのようにして得られた画像を再び視点変換し
て参照画像としてオペレータに示すことができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、与えら
れた画像に対しオペレータからの指示に基づいて視点変
換し、その結果を表示することにより、低品質な原画像
では見えにくかった隆線の流れの視認性が高まり、個人
識別の精度が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の皮膚紋様特徴抽出装
置のブロック図である。

【図２】視点変換の流れと段階毎の結果画像のイメージ
を示す図である。

【図３】視点変換指示入力部１３に対する入力画面の例
を示す図である。

【図４】原画像と視点変換によって生成された参照画像
を並べた作業画面のイメージを示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の皮膚紋様特徴抽出装
置のブロック図である。

【図６】本発明の第３の実施形態の皮膚紋様特徴抽出装
置のブロック図である。

【図７】皮膚紋様特徴抽出装置への入力前の画像の例を
示す図である。

【図８】図７の画像を入力して、皮膚紋様特徴抽出装置
の視点変換により生成された画像の例を示す図である。

【符号の説明】

１１ 画像保持部 １２ 画像提示部 １３ 視点変換指示入力部 １４ 視点変換計算部 １５ 視点変換画像提示部 １６ 人手入力部 １７ 特徴データ変換部 １８ 注目点指示入力部 １９ 視点変換パラメタ決定部 ２０ 特徴データ重畳部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 皮膚紋様画像を提示する特徴抽出装置に
   おいて、 オペレータからの視点変換指示を入力させる視点変換指
   示入力手段と、与えられた画像に対してその指示に基づ
   いて視点変換を行う視点変換計算手段と、その結果をオ
   ペレータに提示する視点変換画像提示手段とを有するこ
   とを特徴とする皮膚紋様特徴抽出装置。
2. 【請求項２】 前記視点変換指示入力手段が、画像のあ
   る方向についての幾何学的画像圧縮の程度、またはある
   点を中心とする画像の幾何学的回転の回転角、またはそ
   の両方を使用者に入力させる請求項１記載の皮膚紋様特
   徴抽出装置。
3. 【請求項３】 前記視点変換計算手段が、ある方向につ
   いての幾何学的画像圧縮、またはある点を中心とする幾
   何学的回転、またはその両方をアフィン変換により入力
   画像に対して施す請求項１記載の皮膚紋様特徴抽出装
   置。
4. 【請求項４】 皮膚紋様画像を提示する特徴抽出装置に
   おいて、 オペレータからの注目点位置の指示を入力させる注目点
   指示入力手段と、指示された注目点付近での入力画像の
   性質から視点変換の内容を決定する視点変換パラメタ決
   定手段と、その決定に基づいて視点変換を行う視点変換
   計算手段とを有することを特徴とする皮膚紋様特徴抽出
   装置。
5. 【請求項５】 前記視点変換パラメタ決定手段が、指定
   された局所画像を入力として、視点変換での幾何学的回
   転の回転角、または視点変換での幾何学的画像圧縮の程
   度、またはその両方を決定する請求項４記載の皮膚紋様
   特徴抽出装置。
6. 【請求項６】 前記視点変換計算手段が前記視点変換パ
   ラメタ決定手段の決定した回転角と圧縮の程度に基づい
   てアフィン変換を入力画像に対して施す請求項５記載の
   皮膚紋様特徴抽出装置。
7. 【請求項７】 画像から自動または人手により抽出され
   た特徴を原画像の上に重畳する特徴データ重畳手段を有
   し、重畳した画像またはその重畳した画像を視点変換し
   た画像をオペレータに提示する請求項２記載の皮膚紋様
   特徴抽出装置。