JPH11514771A - 展開されていない指紋の識別方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 非展開指紋画像のより良好な識別のために、手の２本の並びあった指（１、２）の手のしわの画像が記録される。正規方向（Ｎ）に対する指の長手軸（Ｌ１、Ｌ２）の方位が求められ、案内手段（１３）によって指の、それらの長手軸まわりの捻じれ（Ｗ１）が大幅に回避されるので、完全な展開指紋（Ａ）の中のほぼ一致する所定の部分画像集合（Ｂ３、Ｂ４）が検出されて、評価アルゴリズムによって縮小されたデータ集合に変換される。これが、より小さい記憶容量と、より簡単な評価アルゴリズムを用いてはるかに高い識別信頼性を得ることを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】 展開されていない指紋の識別方法及び装置 技術分野及び背景技術 本発明は展開されていない指紋を識別する方法及び装置に関する。指紋の識別 を可能にする多数の方法及び装置が知られている。一般に、指をコントラスト像 を生成するための適当な光学装置、例えばプリズムを用いた装置、に押し付けて 、阻止された全反射原理によって、皮膚のしわの像が作られる。例えば、デジタ ル・グレー値画像が記録され、２進画像に変換されて、適当なアルゴリズムによ り比較的小さな記憶容量を要する生物測定紋様に圧縮された後、識別のため、分 類されたデータバンク中に記憶された指紋パターンと比較される。指を転がして 展開してとった皮膚のしわ画像による指紋識別は、警察の分野では、精巧に確立 、検証されている。しかしながら、増大する非警察的用途の多数は、展開されて いない指紋への適用を必要とする。というのは、大抵の場合、指紋の展開を命ず ることは可能性がないか、望ましくないからである。しかも、多くの場合、法的 に禁止されている。しかしながら、通常の用途で必要とされる展開されていない 指紋では、非常に重大な問題が生じる。つまり、指の長手軸に対する方向、すな わち画像撮影面に対して指の捻じれが起こった場合は、載せられた指の捻じれ角 に応じて指を包む指紋全体の中の全く異なる部分の画像集合が記録される。極端 な場合、記録された指の表面の部分画像集合は、指をその軸まわりに例えば＋２ ０°と−２０°回転させるとこれら両方の位置からの共通の指のしわの画像集合 を取得することを意味するので、数学的方法を基準に使用して、異なった状態で 載せられた指により十分な精度で人物を同定することは実際上不可能になる。す なわち、この共通のしわの画像集合は、含有する情報量が全く少なすぎて、確実 な同定は不可能である。 発明の開示 本発明の課題は、この重大な問題を克服すると共に識別の確実性と精度をかな り向上させることを可能とし、重要なパターン用に比較的小さい記憶容量で 実行可能な方法及び装置を提供することである。 本発明によれば、この課題は、請求項１に係る方法と請求項９に係る装置によ って解決される。手の二本の並びあって位置する指の皮膚のしわの像が撮影され る。その際に、それらの長手軸Ｌ１、Ｌ２の向きが規定されるか算出されるよう になっており、指のその長手軸まわりの回転が案内手段によって大幅に避けられ るので、指はほぼ正規の位置に保持され、そのため常に規定されて、指を包む指 紋画像全体のうちほぼ同一の部分画像集合が記録される。そして、適当な評価ア ルゴリズムによって縮小データ集合に変換される。捻れていない姿勢と指の長手 軸の規定により評価アルゴリズムは簡単になる。というのは、一般に、指の長手 軸が規定されていない場合、回転に依存しない、例えば、ローレンツ不変式のよ うなより複雑なアルゴリズムが必須になるからである。本発明の方法によれば、 一方ではより簡単なアルゴリズムをもたらし、他方では同一の記憶容量でより重 要なパターンの確認が可能となる。同時に２指の画像情報を取得することによっ て、誤採択率ＦＡＲ（Ｆalse Ａcceptance Ｒate）と誤拒否率ＦＲＲ（Ｆalse Ｒeject Ｒate）は大幅に改善される。例えば、ある方法でのＦＡＲが１指当た り1:1,000の場合、２指の使用による識別の信頼性は1:1,000,000になる。あるい はその逆に、両指のより簡単な特徴を用いて同一の認識信頼性を達成することが できる。 従属請求項は、システム費用、記憶容量、識別信頼性及び像記録の実行と評価 に関する更なる改良についての本発明の更に有効な展開に関する。 本発明を、実施例と添付図面に基づいて、以下に更に詳しく説明する。 図面の簡単な説明 図１ａ〜ｃは、指の長手軸まわりの捻じれに依存した非展開指紋の部分画像集 合を示している。 図２は、指の長手軸の規定を示している。 図３は、本発明に係る装置を示している。 図４は、捻じれのない状態で指を支持する案内手段としての支持面を示してい る。 図５は、案内手段の別の例を示している。 図６は、平行案内用の側面ストッパ面を有する支持プレートを示している。 図７は、指をあてがう副木を有する支持プレートを示している。 図８は、センサを有する先端ストッパを示している。 図９は、コア位置の規定を示している。 発明を実施するための最良の形態 図１は、指の長手軸Ｌ１まわりの捻じれＷ１に依存する非展開指紋の部分画像 集合を示している。図１ａは指１の断面図を示しており、その部分画像集合Ｂ０ 〜Ｂ２が、指の長手軸Ｌ１まわりの捻じれＷ１に依存して記録、評価される。こ のとき、指を包む指紋像の全体は、領域Ａの全体に及んでいる。より単純には、 画像記録プレート１２上の指を転がさずに支持することで、図１ｂと１ｃに示す ように、捻じれ角Ｗ１に応じて異なる部分画像Ｂ０〜Ｂ４を生じさせる。Ｗ１． １＝０の捻じれなしの指の場合には、部分画像領域Ｂ０が記録される。 図４と５に例示的に示した捻じれ案内手段１３は、記録指１、２をこの位置Ｂ ０にできるだけ近付けるために使用される。しかし、一本の指だけが画像記録プ レート上にかなり任意に配置された場合は、任意の多かれ少なかれ大きな捻じれ 角Ｗ１が発生する。 大きく捻られた指、例えばＷ１．１＝＋２０°とＷ１．２＝−２０°の場合は 、対応する大きく異なる部分画像集合Ｂ１とＢ２が記録されるので、共通の画像 領域、すなわちＢ１かつＢ２の和集合Ｓ１は非常に小さくなる。したがって、こ の和集合Ｓ１には、特徴はもはやほんのわずかにすぎず、信頼性のある指紋の識 別はもはや不可能になる。そのため、例えばＢ１（図１ｂ）の例のコア位置Ｃを 把握することさえ不可能だろう。けれども、本発明による２本の記録指の配列で は、この捻じれは大幅に削減され、例えば＋３°〜−３°となり、図１ｃの例に よれば、相応した和集合Ｓ３が大きなものとなるほぼ同一の部分画像集合Ｂ３、 Ｂ４が記録される。これらは、常に確実にコア位置Ｃを含み、したがって、はる かに容易で確実な指紋の評価と識別を可能とするものである。 評価時には、例えばＷ１＝＋３°と−３°の和集合Ｓ３あるいはＷ１＝＋５° と−５°の和集合Ｓ５といった一つの和集合に対応する一つの部分画像領 域のみのアルゴリズムを用いた簡易化された評価を考慮することも可能である。 この選択もパラメータとして入力できるだろう。 図２は、２本の記録指１、２が定位されず、平行でもなく、比較的自由に、支 持面１２上に開口角δを有して配置された場合の各指の長手軸Ｌ１、Ｌ２の測定 を示している。そのために、各々の指について重心線Ｌ１とＬ２が算出され、そ れらから正規方向Ｎに対するそれらの方位α１、α２と、開口角δ＝α１−α２ とが近似的に算出される。これを用いて、より容易に指紋画像を各々の正規位置 に戻す計算を行うことができる。本発明によれば、記録指１、２が正規方向Ｎに 整列している場合（すなわちα１＝α２＝０）は、特に容易かつ確実に識別でき 、これについては以下に説明する。 上述のように、本発明の原理は、２本の記録指もまた２度、案内または位置決 めされるという点にある。 − 一方では、案内手段１３によって、Ｗ１まわりの捻じれが発生しないように 、そして − 他方では、指の長手軸Ｌ１、Ｌ２を検出して容易な評価に役立てるためであ る。 この捻じれなしのガイド１３を図４と５に示し、平行ガイドを図６と７に示す。 図３は、本発明による方法を実行する装置を概略的に示したものであり、画像 記録装置１０、評価用電子装置１４、評価アルゴリズム１５、および比較指紋パ ターンが記憶された分類データバンク１９を備えている。この装置はまた、入出 力装置１６（例えばパラメータ入力、操作案内及び結果表示用）並びに上位のシ ステム２０への接続も含む。指のしわの記録は、例えば、画像記録プレート１２ として用いられるプリズムの全反射によって行なわれる。画像処理モジュールに デジタル・グレー値画像は記録され、そこから、縮小された記憶容量を有する２ 進画像が導かれ、同画像から、適当なアルゴリズムを使って比較的小容量を必要 量とする生物測定パターンが決定される。この装置は案内手段１３を持ち、それ を介して記録指１と２が、それらの長手軸Ｌ１、Ｌ２に対し て平行に位置決めされる。この記録指の捻じれなしの整列は、まず第一に支持プ レート１２上で画像検出のために２本の並びあった指を配置することによっ てもたらされる。 捻じれ案内手段１３の更なる例を図４と図５で説明する。図４によれば、案内 手段１３は、例えば手の少なくとも４本の指１〜４、すなわち人差し指から小指 まで、用の平面支持面３１を備えている。したがって、これら４指全てが支持面 上に水平に捻じれのない状態で載置され、これにより支持面のうちある平面部分 領域１２だけが２本の記録指１、２（すなわち、人差し指と中指）用の画像記録 プレートとして構成される。また、代替方法として示すように、手全体用の支持 面３２を設けてもよく、その結果、手全体が水平に支持され、指１〜４のすべて が捻じれのない状態になる。 図５では、２本の記録指だけを記録プレート１２上に載置し（ここでは例えば 、中指２と薬指３）、手の残りの指１、４を適合な形状１３に曲げて支持プレー トの下に平行に整列させて配置するように、プレートを構成してもよい。 図６及び図７に示すように、追加として、指の長手軸Ｌ１、Ｌ２も平行案内手 段２２、２５によって定位される。特に有利な構成の場合、記録指の正規位置は 、対応する案内面によって保証される。図６によれば、これは正規方向Ｎ（α＝ ０）を定める側面ストッパ面２２であり、その面に対して記録指１の外側の面を この正規方向に平行に当てることができる。指を閉じることで、指２も平行に配 置される。 図７による更なる変形例では、細い副材２５を正規方向Ｎに設けており、それ に対して両側から両記録指１、２を当てることができる。こうして、細い副材２ ５は、両指によって挟み込まれる。指を副材の両側に接するよう確実に位置決め するために、両側のセンサ２６が両指との接触を監視、確認できるようになって いる。このような平行案内手段２２、２５の使用は特に有効であり、これによっ て検出用光学ユニットに対する指の方位を固定し、従って評価アルゴリズムがそ れに応じて簡易化される。 並びあった記録指は当然、中指と薬指（２、３）でもよいし、薬指と小指（３ 、４）でもよい。指１と３あるいは２と４を使用することも考えられるけれども 、実用的でなく、より複雑で、あまり正確でなくなるだろう。 迫加の位置決め手段として、図７と図８にその側面を示しているのは、圧力セ ンサ２９を有する先端ストッパ副木２８である。それにより、所定の接触押 圧範囲あるいは力の範囲を検出して制御可能であり、画像記録のためにはそれに 指を押し当てなければならない。利点として、先端ストッパは、指先の内側７に のみ作用するので、指１は爪がぶつかることがなく、従って指位置は、爪の長さ が異なってもこれに依存しない。 一般的には、本発明による記録指の位置決めの最適化及び制御のために、案内 手段と組合せてその他のセンサもまた使用できる。 本発明によれば、以下に詳細に説明するように、識別精度を向上させるため、 その他の幾何学的パラメータを使用できる。そして更に、個々の指紋画像からコ ア位置その他の適切な基準点、例えば重心を算出して互いに関連づけろことで、 各人毎に、特徴的な指の幾何学的輸郭線を利用できる。 図９は好適な実施例として、両指のコア位置Ｃ１、Ｃ２を主要な一次生物測定 データとして使用する場合を示しており、その際に、コア位置から間隔ベクトル 、すなわち間隔Ｒとその方向ｂとが測定パラメータとして算出される。更に、例 えばコア位置から関節のしわＦ１、Ｆ２、ここでは最上部の関節、までの間隔Ｄ １、Ｄ２も算出、利用できる。 このような特定の人物に関する不変の情報は、指紋データバンクの検索時に関 連情報探索の簡易化と著しい高速化のために使用可能である。というのは、この データバンクは、対象となっているデータを間引くために、例えば、間隔と角度 情報、あるいは一次生物測定データをもともとの完全な指紋情報に代えて使用す るように索引づけされているからである。２指のコア位置だけを使用する代わり に、もちろん図９にＣ３で示すように、３本あるいは４本の指を識別に使用する こともできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．手の少なくとも２本の並びあっている指（１、２）の手のしわの画像が記 録され、それらの指の長手軸（Ｌ１、Ｌ２）の方位が規定されるか算定されるよ うになっており、それらの長手軸まわりの回転（Ｗ１）が案内手段（１３）によ って大幅に阻止されることによって、各識別プロセスの間、指を包む指紋全体の うち所定のほぼ同一の部分画像集合（Ｂ３、Ｂ４）が検出され、評価アルゴリズ ムによって縮小されたデータ集合に変換されることを特徴とする非展開指紋画像 の識別方法。 ２．前記指の長手軸（Ｌ１、Ｌ２）は、各指紋画像の重心線を検出することに よって求められるとともにこれを基にしてそれらの方位角（α１、α２）とそれ らの開口角δ＝α１−α２とが求められることを特徴とする請求項１記載の方法 。 ３．前記指の長手軸（Ｌ１、Ｌ２）は、平行案内手段によって平行かつ正規方 向Ｎに保持される（α１＝α２＝０）ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．２本の記録指（１、２）のコア位置（Ｃ１、Ｃ２）が求められ、該位置か らそれらの間隔（Ｒ）と方向（β）とが検出されることを特徴とする請求項１記 載の方法。 ５．さらに生物測定パラメータ、例えば指紋の重心、間隔（Ｄ１、Ｄ２）及び 最上部の関節のしわの相対位置等を求めることを特徴とする請求項１記載の方法 。 ６．比較パターン（１９）を有する分類データバンクが一次生物測定データに よって索引づけされていることを特徴とする請求項１記載の方法。 ７．一次データとしてコア位置（Ｃ）、姿勢、角度および間隔情報（Ｄ）を用 いることを特徴とする請求項１記載の方法。 ８．評価アルゴリズム（１５）によって評価するために、制限された画像和集 合（Ｓ、Ｓ３）を用いることを特徴とする請求項１記載の方法。 ９．請求項１記載の方法を実行する装置であって、案内手段（１３）によって その上に２本の記録指（１、２）をそれらの長手軸（Ｌ１、Ｌ２）に対して捻じ れのない状態で位置決めさせる支持プレート（１２）を有する画像記録装 置（１０）を備えており、評価アルゴリズムを内蔵した評価用電子装置と比較パ ターンを内蔵した分類データバンク（１９）とを備えていることを特徴とする装 置。 １０．前記案内手段（１３）は、手の少なくとも４本の指（３１）あるいは手 全体（３２）の水平支持面を備えており、その表面の部分領域が、２本の記録指 １、２の画像記録プレート（１、２）として構成されていることを特徴とする請 求項９記載の装置。 １１．正規方向（Ｎ）を規定する側面ストッパ面（２２）が前記支持プレート に配置されており、その面に対して記録指の外側の面を正規方向に平行に当て得 ることを特徴とする請求項９記載の装置。 １２．平行案内手段は正規方向（Ｎ）の副材（２５）によって構成され、その 両側に両記録指（１、２）の内側を当て得ることを特徴とする請求項９記載の装 置。 １３．前記副材（２５）の両側のセンサ（２６）は、両指（１、２）の内側と の接触を監視することを特徴とする請求項１２記載の装置。 １４．長い方の記録指用の先端ストッパ（２８）を備えていることを特徴とす る請求項９記載の装置。 １５．前記先端ストッパ（２８）は、長い方の記録指の爪の下の指先（７）と 接触することを特徴とする請求項１４記載の装置。 １６．センサ（２９）を用いて、前記先端ストッパ（２８）に対する指、例え ば１ないし２Ｎの、接触を所定の圧力範囲に設定可能であることを特徴とする請 求項１４記載の装置。