JP2000003441A - 指紋画像処理方法および指紋画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な方法ないし処理によって指紋画像から
指紋の中心を検出できるようにする。 【解決手段】 指紋押捺面に押捺された指紋を光学的に
読み取るなどによって得られた多値画像の指紋画像の、
注目画素の画素値Ｓｉと注目画素周辺の複数画素の平均
画素値Ｔｈｉとの差分Ｓｄの絶対値Ｓｄｚを、指紋画像
のそれぞれの画素ごとに求め、その得られた差分絶対値
Ｓｄｚを基準値Ｔｈｏと比較して二値化する。その得ら
れた二値画像の、画素に応じて画素値が０または１とな
る画像領域を、指紋画像の指が置かれた画像部分として
検出し、その画像領域の重心位置を、指紋の中心として
算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、指紋登録照合シ
ステムにおいて指紋を登録する場合などに用いる指紋画
像処理方法および指紋画像処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】指紋登録照合システムにおいて、指紋押
捺面に押捺された指紋を光学的に読み取るなどによって
得られた指紋画像を本人の指紋として登録するととも
に、同様の方法で得られた照合すべき指紋を登録されて
いる指紋と照合する方法としては、登録時には、上記の
ように得られた指紋画像から、指紋の特徴を最も良く表
している複数の部分画像（テンプレート）を抽出して、
指紋として登録し、照合時には、これら部分画像と照合
すべき指紋画像との間でテンプレートマッチングを行っ
て、一致度の高い点の位置関係から、照合すべき指紋が
登録されている指紋と一致するか否かを判定する方法
が、知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の方法では、照合
時に、照合すべき指紋が登録されている指紋と一致する
か否かを正確に判定するには、登録時に、上記のように
得られた指紋画像から、指紋の特徴を最も良く表してい
る部分を正確に抽出することが、重要となる。しかしな
がら、このように指紋の特徴を最も良く表している部分
を正確に抽出するのは、簡単ではなく、複雑な処理を必
要とする。

【０００４】そこで、この発明は、簡単な方法ないし処
理によって指紋画像から指紋の中心を検出することがで
き、これによって、指紋を登録する際などには、指紋画
像から指紋の特徴を最も良く表している部分を正確かつ
容易に抽出することができるようにしたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の指紋画像処理
方法では、多値画像の指紋画像を、二値化しきい値と比
較して二値化し、その得られた二値画像の、画素に応じ
て画素値が０または１となる画像領域を、指紋画像の指
が置かれた画像部分として検出し、その画像領域の重心
位置を、指紋の中心として算出する。

【０００６】指紋押捺面に押捺された指紋を光学的に読
み取ると、指紋の隆起部では読み取り光の乱反射によっ
て暗くなり、指紋の谷部では読み取り光の全反射によっ
て明るくなるような、多値画像（グレイスケール画像）
の指紋画像が得られるとともに、指紋押捺面の指が置か
れた所では、上記のような指紋の隆起部と谷部との違い
によって、多値画像の指紋画像の画素値が最小値と最大
値との間で大きく変動し、指紋押捺面の指が触れない所
では、読み取り光が全反射することによって、多値画像
の指紋画像の画素値が最小値または最大値（最小値が最
も明るいとすれば最小値、最大値が最も明るいとすれば
最大値）に近い値となるとともに、その変動が小さくな
る。

【０００７】したがって、その多値画像の指紋画像を、
適切な二値化しきい値によって二値化すれば、得られた
二値画像は、指紋画像の指が置かれた画像部分では、画
素に応じて画素値が０または１となるのに対して、指が
触れない画像部分では、画素にかかわらず画素値が０ま
たは１（上記のように最小値が最も明るいとすれば０、
最大値が最も明るいとすれば１）に保持される。

【０００８】この発明の指紋画像処理方法では、このよ
うに多値画像の指紋画像を二値化し、その得られた二値
画像の、画素に応じて画素値が０または１となる画像領
域を、指紋画像の指が置かれた画像部分として検出する
ので、指紋画像の指が置かれた画像部分を確実かつ容易
に検出することができ、この画像領域の重心位置を、指
紋の中心として算出するので、指紋の中心を確実かつ容
易に検出することができる。

【０００９】そして、このように指紋の中心を検出する
ことによって、指紋を登録する際などには、指紋画像か
ら指紋の特徴を最も良く表している部分を正確かつ容易
に抽出することができるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、指紋登録照合システムで
用いられる画像取り込み部の一例を示し、この例の画像
取り込み部１０では、三角プリズム１１の一面が指紋押
捺面とされて、これに指が置かれ、指紋が押捺される。
そして、光源１２からの読み取り光が三角プリズム１１
を介して指に照射され、指からの反射光が三角プリズム
１１を介してＣＣＤカメラ３のＣＣＤ上に結像される。

【００１１】指紋の隆起部では、読み取り光が乱反射し
て、ＣＣＤに照射される反射光の光量が少なくなり、指
紋の谷部では、読み取り光が全反射して、ＣＣＤに照射
される反射光の光量が多くなるので、ＣＣＤカメラ３か
らは、指紋の隆起部では暗く、谷部では明るい指紋画像
が得られる。

【００１２】この指紋画像は、ＡＤコンバータによって
適当な時間間隔で標本化され、例えば、水平方向２５６
画素、垂直方向１２８画素、各画素につき８ビット、０
から２５５までの２５６階調のデジタル多値画像（グレ
イスケール画像）とされる。

【００１３】この多値画像の指紋画像は、適当な方法に
よって、各画素が０または１の画素値を有する二値画像
に変換され、さらに細線化などの前処理がなされた後、
登録すべきものについては登録のための処理がなされ
る。図２は、二値化された指紋画像の例を示し、黒い部
分が指紋の隆起部、白い部分が指紋の谷部を示す。

【００１４】この発明では、以下のような方法で、上記
のような多値画像の指紋画像を二値化し、指紋の中心を
算出する。具体的に、以下の実施形態は、二値化のため
に、まず、多値画像の指紋画像の、注目画素の画素値と
注目画素周辺の複数画素の平均画素値との差分の絶対値
を、指紋画像のそれぞれの画素ごとに求める場合であ
る。

【００１５】多値画像の指紋画像は、例えば、上述した
ように、水平方向２５６画素、垂直方向１２８画素、各
画素につき８ビットのデジタルデータで、この場合、水
平方向を指の短手方向、垂直方向を指の長手方向とす
る。

【００１６】図３は、二値化のために上記のような差分
絶対値を求める差分検出部の一例を示し、この例の差分
検出部２０では、それぞれ２５６バイトの７個のＦＩＦ
Ｏ（first-in,first-out）２１〜２７が直列に接続さ
れ、上記の指紋画像の多値画像データが、ＦＩＦＯ２１
に供給されて、ＦＩＦＯ２１〜２７により順次、１ライ
ン期間ずつ遅延される。

【００１７】さらに、ＦＩＦＯ２１〜２７からの多値画
像データが、それぞれ水平方向総和ブロック３１〜３７
に供給される。水平方向総和ブロック３１では、それぞ
れ８ビット幅のＤフリップフロップ３１ａが７個、直列
に接続され、ＦＩＦＯ２１からの多値画像データが、各
段のＤフリップフロップ３１ａにより順次、１画素期間
ずつ遅延されるとともに、各段のＤフリップフロップ３
１ａからの多値画像データが、加算器３１ｂで加算され
る。他の水平方向総和ブロック３２〜３７も、同様であ
る。

【００１８】水平方向総和ブロック３１〜３７のそれぞ
れの加算器からの、それぞれＮライン目〜（Ｎ−６）ラ
イン目における、それぞれ水平方向に連続する７個の画
素の画素値の総和は、加算器４１で加算されて、加算器
４１から、注目画素周辺（注目画素を含む）の７×７個
の画素の画素値の総和が得られ、さらに、この４９個の
画素の画素値の総和が、除算器４２で１／４９の値にさ
れて、除算器４２から、注目画素周辺の４９個の画素の
平均画素値Ｔｈｉが得られる。

【００１９】そして、水平方向総和ブロック３４の４段
目のＤフリップフロップからの多値画像データが、注目
画素の画素値Ｓｉとして取り出され、減算器４３におい
て、その注目画素の画素値Ｓｉと、除算器４２からの平
均画素値Ｔｈｉとの差分Ｓｄが求められ、さらに絶対値
算出回路４４において、その差分Ｓｄの絶対値Ｓｄｚが
求められる。

【００２０】図４は、二値化のための他の回路部を含む
中心算出部の一例を示し、この例の中心算出部５０で
は、図３の差分検出部２０の絶対値算出回路４４から得
られた差分絶対値Ｓｄｚが比較器５１に供給され、シス
テムを制御するＣＰＵ６１によって予めレジスタ５２に
設定された基準値Ｔｈｏが比較器５１に供給されて、比
較器５１から、差分絶対値Ｓｄｚが基準値Ｔｈｏより大
きくなる画素では１となり、差分絶対値Ｓｄｚが基準値
Ｔｈｏ以下となる画素では０となる二値画像データＳｏ
が得られる。

【００２１】上述したように、指紋画像の指が置かれた
画像部分では、多値画像の指紋画像の画素値が最小値と
最大値との間で大きく変動し、指が触れない画像部分で
は、多値画像の指紋画像の画素値が最小値または最大値
（最小値が最も明るいとすれば最小値、最大値が最も明
るいとすれば最大値）に近い値となるとともに、その変
動が小さくなる。

【００２２】すなわち、指紋画像の上述した８ビット、
２５６階調の多値画像は、最小値０が最も明るいとすれ
ば、その多値画像データ、すなわち図３の減算器４３の
プラス入力である注目画素の画素値Ｓｉは、指が置かれ
た画像部分では、図５の左側最上段に示すように、最小
値０と最大値２５５との間で大きく変動し、指が触れな
い画像部分では、同図の右側最上段に示すように、最小
値０に近い値となるとともに、その変動が小さくなる。

【００２３】したがって、図５で「しきい値」として示
す、図３の減算器４３のマイナス入力である平均画素値
Ｔｈｉは、指が置かれた画像部分では、図５の左側に示
すように、大きい値となり、指が触れない画像部分で
は、同図の右側に示すように、小さい値となり、図３の
減算器４３の出力である差分Ｓｄ、および絶対値算出回
路４４の出力である差分絶対値Ｓｄｚは、それぞれ、指
が置かれた画像部分では、図５の左側に示すようにな
り、指が触れない画像部分では、同図の右側に示すよう
になる。

【００２４】したがって、図４のレジスタ５２に設定す
る基準値Ｔｈｏを、図５に示すように、指が置かれた画
像部分での差分絶対値Ｓｄｚの変化範囲の中間で、かつ
指が触れない画像部分での差分絶対値Ｓｄｚの最大値よ
り大きい値とすることによって、図４の比較器５１の出
力の二値画像データＳｏは、指が置かれた画像部分で
は、図５の左側最下段に示すように、画素に応じて０ま
たは１となるのに対して、指が触れない画像部分では、
同図の右側最下段に示すように、画素にかかわらず０に
保持される。

【００２５】図６は、このようにして得られた二値画像
の例を示し、右上の黒い部分は、指が触れない画像部分
である。

【００２６】そして、図４の中心算出部５０では、さら
に、この二値画像データＳｏの、画素に応じて画素値が
０または１となる画像領域、すなわち、この場合には画
素値が１となる画素で囲まれた画像領域が、指紋画像の
指が置かれた画像部分として検出され、その画像領域の
重心位置が、指紋の中心として算出される。

【００２７】具体的に、比較器５１からの二値画像デー
タＳｏが、水平方向２５６ビット、垂直方向１２８ビッ
ト、各アドレスが１ビットの深さのメモリ６２に書き込
まれる。この場合、書き込みアドレスは、アドレスジェ
ネレータ６３からセレクタ６４を通じてメモリ６２に与
えられ、そのアドレス値は、それぞれの画素の指紋画像
上での位置を示すものとされる。

【００２８】そして、指紋画像の全ての画素についての
二値画像データＳｏがメモリ６２に書き込まれたら、Ｃ
ＰＵ６１は、セレクタ６４を通じてメモリ６２に読み出
しアドレスを供給し、メモリ６２から二値画像データＳ
ｏを読み出して、上記の画像領域、すなわち指紋画像の
指が置かれた画像部分を検出し、その画像領域の重心位
置を算出する。

【００２９】図７および図８は、このＣＰＵ６１が行う
中心算出処理ルーチンの一例を示し、この例の中心算出
処理ルーチン７０では、ＣＰＵ６１は、まず、ステップ
７１において、後述する輪郭内画素数総和を記憶するレ
ジスタｓｕｍａ、水平方向アドレス和総和を記憶するレ
ジスタｓｕｍｂ、および垂直方向アドレス和総和を記憶
するレジスタｓｕｍｃを、それぞれ０に初期設定する。

【００３０】次に、ＣＰＵ６１は、ステップ７２におい
て、垂直アドレスｊを最小値０にセットし、ステップ７
３において、水平アドレスｉを最小値０にセットし、さ
らにステップ７４において、アドレス（ｉ，ｊ）の内容
ｂ（ｉ，ｊ）を読み出して、それが０であるか否かを判
断する。

【００３１】そして、アドレス（ｉ，ｊ）の内容ｂ
（ｉ，ｊ）が０であるときには、ステップ７４からステ
ップ７５に進んで、水平アドレスｉを１だけインクリメ
ントし、さらにステップ７６に進んで、水平アドレスｉ
が２５６に達したか否かを判断し、達していなければ、
ステップ７４に戻って、内容ｂ（ｉ，ｊ）が初めて１に
なるまで、水平アドレスｉの増加方向に順次、内容ｂ
（ｉ，ｊ）を読み出す。

【００３２】垂直アドレスｊが０のときに、水平アドレ
スｉが最大値２５５に達しても、内容ｂ（ｉ，ｊ）が１
にならなければ、ステップ７５で水平アドレスｉを２５
５から２５６にインクリメントし、ステップ７６で水平
アドレスｉが２５６に達したと判断した上で、ステップ
７６からステップ８５に進んで、垂直アドレスｊを１だ
けインクリメントし、さらにステップ８６に進んで、垂
直アドレスｊが１２８に達したか否かを判断し、達して
いなければ、ステップ７３に戻って、水平アドレスｉを
０にセットして、上記の処理を繰り返す。

【００３３】内容ｂ（ｉ，ｊ）が初めて１になって、ス
テップ７４で、それを確認したら、ステップ７４からス
テップ７７に進んで、そのときの水平アドレスｉを、開
始アドレスとして、レジスタｓｔａｒｔ・ａｄｒｓに記
憶し、次にステップ７８に進んで、水平アドレスｉを最
大値２５５にセットし、さらにステップ７９に進んで、
アドレス（ｉ，ｊ）の内容ｂ（ｉ，ｊ）を読み出して、
それが０であるか否かを判断する。

【００３４】そして、アドレス（ｉ，ｊ）の内容ｂ
（ｉ，ｊ）が０であるときには、ステップ７９からステ
ップ８１に進んで、水平アドレスｉを１だけデクリメン
トし、さらにステップ７９に戻って、内容ｂ（ｉ，ｊ）
が初めて１になるまで、水平アドレスｉの減少方向に順
次、内容ｂ（ｉ，ｊ）を読み出す。

【００３５】水平アドレスｉの減少方向に内容ｂ（ｉ，
ｊ）が初めて１になって、ステップ７９で、それを確認
したら、ステップ７９からステップ８２に進んで、その
ときの水平アドレスｉを、終了アドレスとして、レジス
タｅｎｄ・ａｄｒｓに記憶する。

【００３６】次に、ステップ８３に進んで、二値画像の
画素値が１となる画素で囲まれた画像領域の一次重心を
求めるために、式（１）で示す輪郭内画素数を求めると
ともに、開始アドレスと終了アドレスに挟まれた画素の
それぞれの水平アドレスを加えた、式（２）で示す水平
方向アドレス和、および開始アドレスと終了アドレスに
挟まれた画素のそれぞれの垂直アドレスを加えた、式
（３）で示す垂直方向アドレス和を求め、これら輪郭内
画素数、水平方向アドレス和および垂直方向アドレス和
を、それぞれレジスタｎｕｍ、ｈａｄｒｓ・ｓｕｍおよ
びｖａｄｒｓ・ｓｕｍに記憶する。

【００３７】 輪郭内画素数 ＝（終了アドレス−開始アドレス）＋１ …（１） 水平方向アドレス和 ＝（開始アドレス＋終了アドレス）×輪郭内画素数／２…（２） 垂直方向アドレス和 ＝垂直アドレス×輪郭内画素数 …（３）

【００３８】次に、ステップ８４に進んで、輪郭内画素
数総和、水平方向アドレス和総和および垂直方向アドレ
ス和総和として、上記のレジスタｎｕｍ、ｈａｄｒｓ・
ｓｕｍおよびｖａｄｒｓ・ｓｕｍの内容、すなわち輪郭
内画素数、水平方向アドレス和および垂直方向アドレス
和を、ステップ７１で示したレジスタｓｕｍａ，ｓｕｍ
ｂおよびｓｕｍｃの内容に加える。

【００３９】次に、ステップ８５に進んで、垂直アドレ
スｊを１だけインクリメントし、さらにステップ８６に
進んで、垂直アドレスｊが１２８に達したか否かを判断
し、達していなければ、ステップ７３に戻って、水平ア
ドレスｉを０にセットして、上記の処理を繰り返す。

【００４０】このように垂直アドレスｊが最大値１２７
に達するまで上記の処理を繰り返して、ステップ８６で
垂直アドレスｊが１２８に達したと判断したら、ステッ
プ８６からステップ８７に進んで、二値画像の画素値が
１となる画素で囲まれた画像領域の一次重心として、そ
れまでにレジスタｓｕｍａ，ｓｕｍｂおよびｓｕｍｃに
得られた輪郭内画素数総和、水平方向アドレス和総和お
よび垂直方向アドレス和総和から、水平方向アドレス和
総和を輪郭内画素数総和で除した、式（４）で示す水平
方向中心アドレス、および垂直方向アドレス和総和を輪
郭内画素数総和で除した、式（５）で示す垂直方向中心
アドレスを求める。

【００４１】 水平方向中心アドレス ＝水平方向アドレス和総和／輪郭内画素数総和 …（４） 垂直方向中心アドレス ＝垂直方向アドレス和総和／輪郭内画素数総和 …（５）

【００４２】以上のようにして、画素値が１となる画素
で囲まれた画像領域を、指紋画像の指が置かれた画像部
分として検出し、その画像領域の重心位置を、指紋の中
心として算出することができる。

【００４３】なお、上述した例のように、全ての垂直ア
ドレスで、輪郭内画素数、水平方向アドレス和および垂
直方向アドレス和を求める処理を行うと、全体の処理に
時間がかかる場合には、垂直方向に適当に間引いた垂直
アドレスでのみ、上記の処理を行うようにすればよい。
例えば、８ライン中の１ラインについてのみ、上記の処
理を行うようにすれば、全体の処理に要する時間を１／
８に短縮することができる。

【００４４】また、上述した例の二値化方法では、例え
ば、水平方向２５６画素、垂直方向１２８画素の指紋画
像の外側では多値画像データの値が０になるとすると、
指紋画像の周辺部では、注目画素周辺の複数画素に指紋
画像の外側の画素が含まれることによって、図５の右側
に示した平均画素値Ｔｈｉが非常に小さくなり、図５の
右側に示した差分絶対値Ｓｄｚが基準値Ｔｈｏより大き
くなって、二値画像データＳｏが１になる恐れがある。

【００４５】そこで、この場合には、水平方向、垂直方
向ともに、指紋画像の外側のデータの影響を受けないよ
うに、例えば、上記の例であれば、水平方向にはアドレ
ス３からアドレス２５２まで、垂直方向にはアドレス３
からアドレス１２４までの範囲内で、画像の走査を行う
ようにする。

【００４６】上述した例の二値化方法によれば、画像読
み取り時、外光の影響などによって図５に示した平均画
素値Ｔｈｉが変動する場合でも、多値画像データＳｉお
よび差分絶対値Ｓｄｚの変動の大きさ（振幅）は変化せ
ず、指が置かれた画像部分では、図５の左側に示すよう
に、変動が大きくなり、指が触れない画像部分では、同
図の右側に示すように、変動が小さくなるので、指が置
かれた画像部分と指が触れない画像部分とで、二値画像
データＳｏに図５に示したような違いを確実に生じ、指
が置かれた画像部分を確実に検出することができる。

【００４７】しかし、外光の影響などが無ければ、上述
したような二値化方法によらずに、多値画像の指紋画像
を、単純に所定のしきい値と比較して二値化するように
してもよい。例えば、図５に示すような多値画像データ
Ｓｉを、同図の左側に示すような値のしきい値Ｔｈｉと
比較すれば、同図の左側に示すような指が置かれた画像
部分では、画素に応じて０または１となるのに対して、
同図の右側に示すような指が触れない画像部分では、画
素にかかわらず０に保持される二値画像データが得られ
る。

【００４８】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、簡
単な方法ないし処理によって指紋画像から指紋の中心を
検出することができ、これによって、指紋を登録する際
などには、指紋画像から指紋の特徴を最も良く表してい
る部分を正確かつ容易に抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】指紋登録照合システムで用いられる画像取り込
み部の一例を示す図である。

【図２】二値化された指紋画像の例を示す図である。

【図３】この発明の指紋画像処理方法の一実施形態に用
いる差分検出部を示す図である。

【図４】この発明の指紋画像処理方法の一実施形態に用
いる中心算出部を示す図である。

【図５】この発明の指紋画像処理方法の一実施形態にお
ける二値化方法の説明に供する図である。

【図６】この発明の指紋画像処理方法の一実施形態にお
ける二値化方法によって得られた二値画像の例を示す図
である。

【図７】この発明の指紋画像処理方法の一実施形態にお
ける中心算出処理ルーチンの一例の一部を示す図であ
る。

【図８】図７の中心算出処理ルーチンの続きを示す図で
ある。

【符号の説明】

１０…画像取り込み部、２０…差分検出部、５０…中心
算出部、７０…中心算出処理ルーチン

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多値画像の指紋画像を、二値化しきい値と
   比較して二値化し、その得られた二値画像の、画素に応
   じて画素値が０または１となる画像領域を、指紋画像の
   指が置かれた画像部分として検出し、その画像領域の重
   心位置を、指紋の中心として算出する指紋画像処理方
   法。
2. 【請求項２】請求項１の指紋画像処理方法において、 前記二値化は、前記多値画像の指紋画像の、注目画素の
   画素値と注目画素周辺の複数画素の平均画素値との差分
   の絶対値を、指紋画像のそれぞれの画素ごとに求め、そ
   の得られた差分絶対値を基準値と比較することによっ
   て、行うことを特徴とする指紋画像処理方法。
3. 【請求項３】請求項１または２の指紋画像処理方法にお
   いて、 前記画像領域の重心位置は、前記画像領域を構成する画
   素のアドレスから算出することを特徴とする指紋画像処
   理方法。
4. 【請求項４】多値画像の指紋画像を、二値化しきい値と
   比較して二値化する二値化部と、 この二値化部から得られた二値画像の、画素に応じて画
   素値が０または１となる画像領域を、指紋画像の指が置
   かれた画像部分として検出し、その画像領域の重心位置
   を、指紋の中心として算出する中心算出部と、 を備える指紋画像処理装置。
5. 【請求項５】請求項４の指紋画像処理装置において、 前記二値化部は、前記多値画像の指紋画像の、注目画素
   の画素値と注目画素周辺の複数画素の平均画素値との差
   分の絶対値を、指紋画像のそれぞれの画素ごとに求める
   差分検出部と、その得られた差分絶対値を基準値と比較
   する比較部と、からなることを特徴とする指紋画像処理
   装置。
6. 【請求項６】請求項４または５の指紋画像処理装置にお
   いて、 前記中心算出部は、前記画像領域を構成する画素のアド
   レスから、前記画像領域の重心位置を算出することを特
   徴とする指紋画像処理装置。