JPS5927945B2 - シマモンヨウホウコウケツテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は指紋、魚鱗等縞紋様を抽出する際に使用される
縞紋様方向決定装置に関するものである。

一般に、縞紋様のうち、多数の隆線によつて構成される
指紋は終生不変及び万人不同という２つの大きな特徴を
もつているため、犯罪捜査等において古くから人物確認
の手段として利用されている。最近、この指紋の照合処
理をコンピュータを利用したパターン認識技術を用いて
自動的に行なうシステムが提案されている。このような
システムでは指紋上に点在する特徴点例えば隆線が切れ
た端点及び隆線が分岐合流する分岐点を抽出し、これら
特徴点を照合することによつて指紋の照合処理を自動化
している。したがつて、押捺された指紋から特徴点の位
置を抽出することが極めて重要な作業である。一方、指
紋のように多数の隆線によつて構成される縞紋様では隆
線の流れる方向は非常に安定な情報であるから、この隆
線方向を抽出できれば、照合及び同定処理は円滑かつ安
定に行なえるものと考えられる。

従来、指紋の隆線方向を抽出する方式としては特公昭４
６−１７６９９号公報において述べられているように、
遊星歯車という特殊機械系を用いて画像を回転走査し、
その結果得られる出力中の濃淡の変動周波数が縞の方向
に応じて変化することを利用して抽出する方式が提案さ
れている。しかしながら、この方法は機械的な処理を行
なつているため、処理能力並びに電子装置との整合の面
で充分とは言えず、また雑音の影響を受け易い欠点があ
る。

本発明の目的は電子的に縞紋様の方向を抽出することが
できる紋様方向抽出装置を提供することである。

本発明の他の目的は雑音等の影響を軽減できる縞紋様方
向抽出装置を提供することである。

本発明のより他の目的は放射状方向に濃淡値を読出すこ
とができるアドレス変換器を提供することである。本発
明によれは、縞紋様濃淡画像のある絵素における縞の方
向は縞と同一方向において濃淡の変動が小さく、縞と直
交方向において変動が大きいことを利用して、予め定め
られた複数の量子化方向上の濃淡の変動量の極値を求め
、この極値から縞の方向を決定する縞紋様方向決定装置
が得られる。

以下、図面を参照して本発明を説明する。

第１図Ａ，ｂは本発明の原理を説明するための図であり
、第１図ａは量子化された２次元縞紋様濃淡画像の全体
を示し、第１図ｂはその一部を拡大して示している。

第１図ａを参照すると、指紋画像によつて代表される縞
紋様は複数の層状隆線ｆを有し、その方向は非常に安定
な情報である。第１図ｂを参照すると、この部分画像で
は一方向に流れる隆線ｆが示されている。ここで、隆線
ｆの方向と同じ方向をＤｓとし、隆線ｆと直角方向をＤ
Ｎとし、中心絵素をＶｃとして白字部分が選択されてい
る場合を説明する。まず、隆線ｆの方向と同じ方向Ｄｓ
に配列された絵素列Ｌｓについて、絵素濃度の濃淡変動
を考えると、中心絵素Ｖｃの濃度と、この中心絵素Ｖｃ
から距離Ｒｉだけ離れた除素ＬＳｌの濃度は紙面に汚れ
等がないときには、互いに等しく、したがつて濃淡変動
は生じない。以下同様に、中心絵素Ｖｃから距離Ｒ２，
・・・・・・ＲＯだけ離れた点における絵素濃度Ｌｓ２
〜ＬｓＯをそれぞれ直前（ハ）巾離Ｒｌ，・・・・・・
ＲＯ−１の濃度ＬＳｌ〜ＬＳ（。−１）と比較しても、
実質上濃淡変動は小さい。一方、隆線ｆと交又する直交
方向ＤＮにある瞼素列ＬＮについて、中心絵素Ｖｃから
の距離ｒ１〜Ｒｎ点における連続する絵素ＬＮｌ〜ＬＮ
Ｏの濃度をそれぞれ比較すると、隆線ｆと交又する位置
では大きな濃度変動が生じていることがわかる。

そこで、各点における中心絵素Ｖｃから方向ＤＮ位置に
於ける連続する２絵素の絶対値の意味での濃度差を加え
合せた値は隆線ｆの方向Ｄｓにおける濃度差の加算値よ
り大きいことがわかる。画像上のある絵素を中心とし、
この中心絵素Ｖｃから距離Ｒｌ，・・・・・・Ｒｎだけ
離れた点における連続絵素濃度を比較する操作を種々の
方向について行ない、それぞれ濃度差の加算値を求め、
各方向の加算値を比べると、隆線ｆの方向Ｄｓにおける
加算値が極小であることがわかる。

したがつて、中心絵素Ｖｃの近傍において、上述した極
小値を求める操作を行なうことにより、隆線ｆの方向を
抽出することができる。第２図ａ及びｂは前述した操作
を数式的に説明するための図である。

第２図ａは絵素濃度の変動を示す図であり、ここでは横
軸に中心絵素Ｖｃからの距離ｒ１縦軸に絵素濃度Ｐをと
つて示している。第２図ａからも明らかな通り、隆線ｆ
の方向Ｄｓに配列された絵素列Ｌｓの濃淡変動は距離ｒ
１〜ＲＯにわたつて極めて少ないが、隆線ｆと直交する
方向ＤＮに配列された絵素列ＬＮの濃淡変動は絵素列Ｌ
ｓに比して非常に大きい。第２図ｂは中心絵素Ｖｃから
の距離ｒを横軸にとり、絵素列Ｌｓ，ＬＮの濃度変動の
積分値数Ｇ（ｒ）を縦軸にとつて示す図である。

ここで、絵素濃淡の変動をｆ（ｒ）とし、適当な単調増
加関数ｇを選べば、前述した積分値は離散形表現でわす
ことができる。

第２図ｂを参照すると、絵素列ＬＮに関するＧＮ（ｒ）
は濃淡の変動によつて、距離ｒとともに急速に増加する
が、絵素列Ｌｓに関するＧｓ（ｒ）は濃度の変動の小さ
い経路を通るので、増加の割合はＧＮ（ｒ）に比べて少
ない。このため、中心絵素Ｖｓから一定距離Ｒだけ離れ
た位置におけるＧ（ｒ）を比較すると、Ｇｓ（Ｒ）の値
はＧＮ（Ｒ）より小さいことがわかる。そこで、予め定
められた方向Ｄｉ（１−１，２，・・・・・・ｍ）にお
けるＧ（ｒ）をＧｉ（ｒ）とし、一定距離ＲにおけるＧ
，（Ｒ）をそれぞれ求めると、中心絵素Ｖｃにおける方
向ｄはｄ＝ＤｉｌｍｉｎＧｉ（Ｒ）であられすことがで
きる。

以上述べたように、濃淡変動差の絶対値を求め、これを
積分することにより、隆線の方向を決定する本発明では
経路中に雑音となる汚れ等があつても、これらの影響に
よる誤動作は生じない。したがつて、方向抽出動作を非
常に安定に且つ円滑に行なうことかできる。本発明を実
施する場合、積分の方向を８方向あるいは１６方向に量
子化し、且つ、各方向の予め定められた複数個の点で中
心絵素Ｖｃとの濃度の比較を行なうことにより、方向抽
出を迅速に行なえる。

第３図ａ及びｂは本発明の一実施例を示すプロツク図及
び波形図である。

第３図ａを参照すると、この実施例は２次元アレイ状絵
素に量子化された縞紋様濃淡値を記憶する画像記憶装置
１０、抽出された縞紋様の方向を記憶する方向記憶装置
２０、各種制御信号を発生する制御回路３０とを備えて
いる。更に、この実施例では画像記憶装置１０の読み出
すべきアドレスを指定するアドレス変換回路４０、連続
する絵素の濃淡値の差の絶対値を算出する変動算出回路
５０、及び各量子化方向毎に変動算出回路５０からの値
の累和をとると共に、累和の極小値を算出する方向決定
回路６０とが設けられている。また、変動算出回路５０
及び方向決定回路６０からの出力を分配するマルチプレ
クサ７０、マルチプレクサ７０と方向決定回路６０の動
作条件を定めるゲート７１，７２及びレジスタ６３の出
力を否定するインバータ７３とが変動算出回路５０と方
向決定回路６０のインタフエースとして設けられている
。一方、方向決定回路６０で極小値が見出されたときの
方向値を保持するレジスタ８０が備えられており、この
レジスタ８０の内容は１中心絵素に対する処理の終了後
、方向記憶装置２０に与えられる。前述した各回路のう
ち、制御回路３０は画像記憶装置１０の中心絵素のアド
レスＩ。

，ＪＯを指定すると共に、このアドレスＩ。，ＪＯの近
傍の濃淡値を読み出すために、量子化方向ｄｌと中心絵
素からの量子化距離Ｒ，をも指定できるように構成され
ている。次に、アドレス変換回路４０は制御回路３０か
ら中心絵素のアドレスＩ。，ＪＯを受けると、信号変換
を行ない画像記憶装置１０の対応アドレスを指定し、さ
らに匍脚回路３０から方向Ｄｉ及び距離Ｒｊが与えられ
ると、中心絵素から指定された方向Ｄｉ及び距離Ｒｊに
あるアドレスを指定できるように構成されている。この
ような動作を行なう回路は与えられる方向Ｄｉ及び距離
Ｒｊに応じて中心絵素からのアドレスの差を予めＲＯＭ
に記憶しておき、方向Ｄｉ及び距離Ｒｊが指ポされた時
点で中心絵素のアドレスに上述したアドレスの差が加算
されるように構成することにより、実現できる。以下、
第３図ａに示す実施例の動作を第３図ｂの波形図を参照
して説明する。まず、制御回路３０において中心絵素。
，ＪＯのアドレスが指定されると、アドレス変換回路４
０ではこのアドレスを変換して、中心絵素のアドレス（
以下、主アドレスと呼ぶ）として、制御回路３０から次
の主アドレスが指示されるまで保持する。次に、アドレ
ス変換回路４０では匍脚回路３０から与えられる方向ｄ
１及び距離Ｒｊにしたがつて、順次、画像記憶装置１０
の中心絵素近傍から読み出しを行なう。この場合、方向
ｄ１が指ポされる度毎に、まず、中心絵素の濃淡値が読
み出された後、この方向ｄ１にある２ｎ個の点（ここで
は中心絵素からの距離をｒ１〜ＲＯとする）の濃淡値が
読み出され、変動算出回路５０に供給される。変動算出
回路５０は１濃淡値を遅延させるためのシフトレジスタ
５１、第１及び第２のインバータ５２及び５３、最下位
のキヤリア信号Ｃ。

を゛１゛に設定された加算器５４とを有し、レジスタ５
１には制御回路３０から与えられるタイミング信号Ｔｎ
の時点に、画像記憶装置１０からの濃淡値が順次シフト
・セツトされる。周、第１番目の方向ｄ１が制御回路３
０から出された時点で、タイミング信号ＴＯ及びＴｅが
制御回路３０からレジスタ８０及び方向決定回路６０に
供給され、各回路における状態はりセツトされる。

変動算出回路５０のシフトレジスタ５１に最初の濃淡値
として中心絵素の濃淡値がセツトされた後、制御回路３
０からの距離Ｒ，の指定により、中心絵素近傍の指定方
向ｄ１上にある濃淡値が順次画像記憶装置１０から変動
算出回路５０に到来する。

この場合、中心絵素に近い位置から読み出されるものと
すると、中心絵素に最も近い量子化距離Ｒ，にある濃淡
値から順次遠距離位置にある濃淡値が変動算出回路５０
に与えられることになる。そして距離ＲＯの濃淡値が読
出されると反転方向ｄ１′について再び中心絵素から順
次読出される。変動算出回路５０では各量子化位置にあ
る濃淡値を次段の演算のためにシフトレジスタ５１にシ
フト・セツトするとともに、インバータ５２で受信し、
加算器５４に送出する。加算器５４では最下位のキヤリ
信号Ｃ。が“１″゜に設定されているから連続する量子
化位置ｒ１−１，ｒｉの２つの濃淡値の差が求められ、
両者の大小をあられす出力最上位ビツト０Ｎとともに、
マルチプレクサ７０に送出する。マルチプレクサ７０は
最上位ビツト０Ｎが“０゛のときには、加算器５４の出
力Ａ。をそのまま方向決定回路６０に送出し、他方、最
上位ビツト０Ｎが゛１゛゜のときには、加算器５４から
インバータ５３を通して与えられる出力Ａ。を、即ち上
記差の絶対値を方向決定回路６０に供給する。周、マル
チプレクサ７０はタイミング信号Ｃｄによつて、出力Ａ
又はＢが選択されるものとする。方向決定回路６０は加
算器６１、第１及び第２のレジスタ６２及び６３、ゲー
ト６４とを備え、方向決定回路６０では変動算出回路５
０からマルチプレクサ７０を介して与えられる濃淡値の
差の絶対値を加算器６１において受信する。

一方、第１のレジスタ６２の内容は各方向Ｄｉの設定時
にクリアされ、以下、各量子化位置における演算時点毎
に、加算器６１の内容をセツトする。したがつて、加算
器６１では第１のレジスタ６２に与えられているタイミ
ング信号ＴＯ・Ｒｊによつて正方向量子化位置Ｒｊにお
ける加算を行ない、その結果を第１のレジスタ６２に保
持した後、タイミング信号ＴＯ−Ｒｊ７によつて逆方向
量子化距離Ｒｊ′おける力煩を行なう。順次、量子化距
離ｒ１・・・・・・Ｒｎの位置でゲート７１及び７２に
よつて定められる動作条件にしたがつて、一量子化方向
Ｄｉに対する濃淡値の差の絶対値の累和が加算器６１で
求められ、第１のレジスタ６２に保持される。予め定め
られた量子化距離ＲＯまでの２ｎ回の加算動作が終了す
ると、制御回路３０からタイミング信号Ｃｄがマルチプ
レクサ７０及び加算器６１に与えられる。

これによつて、マルチプレクサ７０は出力を方向決定回
路６０に供給する状態となり、他方、加算器６１は最下
位のキヤリア信号Ｃ。が゛ピとなる。初期方向ｄ１に対
する累和が終了した時点では、方向決定回路６０の第２
レジスタ６３は初期化されて最大数が格納されているか
ら、インバータ７３及びマルチプレクサ７０を介して、
加算器６１に与えられる出力は最大数の２進補数１で、
このため、初期方向ｄ１の演算の際には、ＣＯが゛１゛
であることから加算器６１の最上位ビツト０Ｎばビとな
り第１のレジスタ６２の内容がタイミング信号Ｔｄの時
点に第２のレジスタ６３にセツトされる。次に、初期方
向ｄ１に対する演算が終了し、方向決定回路６０の第２
のレジスタ６３に累和が設定されると、第２の方向Ｄ２
に存在する各量子化距離ｒ１〜ＲＯの位置において、濃
淡値の差の絶対値を加算していく。

量子化距離ＲＯまでの２ｎ個の累和が求められ、方向決
定回路６０の第１のレジスタ６２に累和が保持されると
、タイミング信号Ｃｄが制御回路３０から加算器６１及
びマルチプレクサ７０に与えられる。この状態では第２
のレジスタ６３に保持されている初期方向ｄ１の累和が
インバータ７３及びマルチプレクサ７０を介して加算器
６１に与えられている。

一方、加算器６１の最下位のキヤリ信号ＣＯばビである
から、初期方向ｄ１の累和と第１のレジスタ６２内の第
２の方向Ｄ２に対する累和との差が算出される。この場
合、第１のレジスタ６２の内容が第２のレジスタ６３の
内容より小さければ、最上位ビツト０Ｎ（『１”となる
から、タイミング信号Ｔｄの時点にゲート６４が開き、
第１のレジスタ６２の内容は第２のレジスタ６３に送ら
れる。しかし、第１のレジスタ６２の内容が第２のレジ
スタ６３の内容より大きいときには、最上位ビツトへば
＼゛であるから、ゲート６４は開かず、第２のレジスタ
６３の内容は以前の状態に保持される。以下、同様に、
各方向Ｄｉについて演算処理が行なわれ、極小値が第２
のレジスタ６３に保持される。

また、方向決定回路６０のゲ゛一ト６４からは極小値が
求まる時点毎にレジスタ８０にセツト信号が与えられ、
その時点において制御回路３０からの方向Ｄｉをセツト
し、次の主アドレスに関する処理開始時に送出されるタ
イミング信号Ｔｅによつて方向記憶装置２０に送出され
るとともに次の主アドレスに関するために初期化される
。以上述べた通り、本発明では任意の位置にある中心絵
素に対して、その近傍に放射状に位置する各絵素を読出
し、連続する２絵素の濃淡値の差を利用することによつ
て、容易に隆線の方向を抽出することができる。

また、方向抽出操作は画像を構成する全ての絵素につい
て行なう必要はなく、１つおきあるいは２つおきに中心
絵素を選択しても充分な方向情報を抽出することができ
る。更に、本発明は各方向に対して積分を行なつている
ため、経路に存在する汚れ等の影響を大幅に軽減できる
と共に、積分路の指定をＲＯＭを用いて画一的に行なえ
るため、装置においても簡略化することが可能である。
本発明の実施例の説明に於ては、濃淡値の差を算出する
際、連続する放射状位置Ｒｉ−１，ｒｉについて、その
差を算出したが、縞紋様の特性を考慮して縞の繰返し巾
を２ｋとするとき距離Ｒｉ−Ｋ，ｒｌに於ける濃淡値の
差を用いたことは非常に効果的である。

この場合は、第３図ａのプロツク図中のシフトレジスタ
５１をｋ＋１段にしてｋ段遅延を行うだけでよい。さら
に原理で述べた単調増加函数ｇは、実施例ではｇ（ｘ）
＝ｘの最も単純なものとしたが、さらにｇ（ｘ）−Ｘ２
等の複雑な函数を考えることができる。この場合、第３
図中に於いて、マルチプレクサ７０の入力のＡ。，ｌと
Ｂ。，ｌとは分離し、．ＡＯ，，の選択された出力に対
してｇ（ｘ）を実現する適当な回路を付加すればよく、
この分野の技術者にとつて公知の種々な回路が考えられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，ｂは本発明によつて方向抽出される縞紋様の
状態を模式的に示す図、第２図は本発明の原理を説明す
る図、第３図は本発明の−実施例を示すプロツク図であ
る。 記号の説明１０：画像記憶装置、２０：方向記憶装置、
３０：制御回路、４０：アドレス変換回路、５０．変動
算出回路、６０：方向決定回路、７０：マルチプレクサ
、８０：レジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２次元アレイ状絵子に量子化された縞紋様濃淡画像
   の紋様方向を抽出する縞紋様方向決定装置において、前
   記量子化された画像絵素の濃淡値を保持する画像記憶装
   置と、該画像記憶装置に保持された画像絵素の番地を任
   意に指定すると共に、指定された画像絵素の位置を中心
   とし、予め定められた量子化方向上で放射状に位置する
   画像絵素の番地を順次指定することができるアドレス交
   換回路と、該アドレス交換回路によつて指定された前記
   画像記憶装置の番地から画像絵素の濃淡値を受け、順次
   、放射状に読み出された画像絵素の濃淡値を以前に読み
   出された濃淡値との差の絶対値の増加関数値を算出する
   変動算出回路と、該変動算出回路の出力である変動量を
   前記量子化方向別に累和をとり、その累和の極値により
   量子化方向を決定する方向決定回路と、前記決定された
   量子化方向を前記画像記憶装置に記憶された絵素の少な
   くとも一部に対応して格納する方向記憶装置、及び前記
   各回路に必要な制御信号を与える制御回路とを有する縞
   紋様方向決定装置。