JP2000348178A

JP2000348178A - 指紋照合装置

Info

Publication number: JP2000348178A
Application number: JP11162290A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kato; 隆幸加藤; Masuji Oshima; 満寿治大嶋
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】指紋照合の処理時間を大幅に短縮することが
できる指紋照合装置を提供する。【解決手段】指紋照合装置１０は、中心位置検出部１
２、明暗信号検出部１４、一致度判定指標算出部１６、
照合部１８、及びメモリ２０で構成され、中心位置検出
部１２は、照合指紋画像から抽出された隆線画像の紋様
の中心位置を検出する。明暗信号検出部１４は、検出し
た中心位置を通る複数の直線の明暗信号を検出する。一
致度指標算出部１６は、検出された明暗信号をウェーブ
レット変換により時間・周波数領域信号へ変換する。照
合部１８では、照合指紋画像及びメモリ２０に記憶され
た登録指紋画像の直線の時間・周波数領域信号のパワー
成分値に基づいて各直線の一致度を算出し、これに基づ
いて登録指紋画像と照合指紋画像とが一致するか否かを
判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指紋照合装置に係
り、特に、指紋画像の画像データに基づいて指紋照合を
行う指紋照合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、指紋を照合することにより個人を
認識する指紋照合装置が提案されている。例えば、特開
平９−２２４０６号公報に記載された装置では、予め登
録した指紋の画像データに二次元離散的フーリエ変換を
施し、フーリエ画像データに変換する。そして、照合す
る指紋の画像データにも二次元離散的フーリエ変換を施
してフーリエ画像データに変換し、登録指紋のフーリエ
画像データと合成する。

【０００３】次に、合成したフーリエ画像データに対し
て振幅抑制処理であるｌｏｇ処理を行い、振幅抑制処理
された合成フーリエ画像データに対して更に二次元的離
散フーリエ変換を施す。そして、相関成分エリアの相関
成分の強度から相関値を求め、この相関値が所定しきい
値以上の場合には登録指紋と照合指紋とが一致したと判
定する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、照合指紋の画像データに対する二次元離散
的フーリエ変換、登録指紋のフーリエ画像データとの照
合、振幅抑制処理、及び相関値を求めるための二次元離
散的フーリエ変換の各演算処理が、画像データについて
画素単位に繰り返し行われるため、処理時間が長くなる
という問題があった。

【０００５】本発明は、上記問題を解決すべく成された
ものであり、指紋照合の処理時間を大幅に短縮すること
ができる指紋照合装置を提供することが目的である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明の指紋照合装置は、照合指紋画
像の紋様の中心位置を検出する中心位置検出手段と、検
出した中心位置を通る予め定めた複数の直線上の画素の
明暗信号を各々検出する明暗信号検出手段と、検出した
複数の明暗信号を予め定めた指紋の隆線の平均ピッチに
相当する周波数よりも高い周波数で時間・周波数領域信
号へ変換する変換手段と、前記複数の直線の時間・周波
数領域信号の所定成分と、予め定めた登録指紋画像につ
いて該画像の紋様の中心位置を通り、前記予め定めた複
数の直線に相当する直線上の画素列に関する時間・周波
数領域信号の所定成分とに基づいて各直線の相互相関値
を算出し、該算出した相互相関値に基づいて各直線の一
致度を各々算出する一致度算出手段と、各々算出された
一致度に基づいて前記照合指紋画像と前記登録指紋画像
との照合を行う照合手段と、を有することを特徴として
いる。

【０００７】請求項１記載の発明によれば、中心位置検
出手段は、照合指紋画像の紋様の中心位置を検出する。
この中心位置は、例えば指紋が楕円状の場合には、この
楕円の長軸と短軸の交点を紋様の中心位置として検出す
ることができる。また、照合指紋画像にエッジ強調等公
知の画像処理を施し、この画像処理後の照合指紋画像か
ら中心位置を検出するようにしてもよい。

【０００８】明暗信号検出手段は、画素の濃度等を検出
することにより、中心位置検出手段により検出された中
心位置を通る複数の直線を予め定め、この複数の直線上
の画素の明暗信号を各々検出する。複数の直線は、例え
ば予め基準となる直線を定め、この基準となる直線を、
中心位置を原点として等角度ずつ回転させた直線として
定める。また、等角度ずつ回転させず、異なる角度で回
転させた直線として定めてもよい。

【０００９】変換手段は、各々検出した複数の明暗信号
を時間・周波数領域信号へ変換する。この変換は、請求
項４にも記載したように、時間分解能に優れたウェーブ
レット変換により行うことができる。このとき、変換周
波数は、予め定めた指紋の隆線の平均ピッチに相当する
周波数よりも高い周波数とする。これにより、指紋の隆
線の明暗をより強調することができる。

【００１０】一致度算出手段は、照合指紋画像の紋様の
中心位置を通る複数の直線の時間・周波数領域信号の所
定成分と、予め定めた登録指紋画像の紋様の中心位置を
通る予め定めた複数の直線上の画素の明暗信号を変換し
て得られた各々の時間・周波数領域信号の所定成分とに
基づいて各直線の相互相関値を算出する。なお、所定成
分は、請求項３にも記載したように、パワー成分及び位
相成分の少なくとも一方とすることができる。パワー成
分及び位相成分の両方に基づいて相互相関値を算出すれ
ば、一致度の精度を高めることができる。

【００１１】照合手段は、各々算出された一致度に基づ
いて前記照合指紋画像と前記登録指紋画像との照合を行
う。例えば、各々算出された一致度のうち、所定値以上
のものが所定個以上ある場合を指紋が一致したと判断す
ることができる。このように、２次元の指紋画像を指紋
画像の中心位置を通る複数の直線の明暗信号、すなわち
１次元の信号として検出し、この検出した１次元の明暗
信号を時間・周波数領域へ変換して処理するので、すべ
ての画素について変換処理する場合と比較して処理時間
を大幅に短縮することができると共に、照合指紋画像の
位置ずれに影響されることなく、正確に照合することが
できる。

【００１２】また、一致度算出手段は、請求項２にも記
載したように、照合指紋画像の中心位置を通る複数の直
線の中の予め定めた直線に関する時間・周波数領域信号
の所定成分と、登録指紋画像の中心位置を通る複数の直
線に関する時間・周波数領域信号の所定成分との相互相
関値を各々算出し、該算出した相互相関値が最も高い直
線を基準としてその他の各直線の一致度を各々算出する
ことができる。このように、照合指紋画像の中心位置を
通る複数の直線の中から１つの直線を予め定め、この予
め定めた直線に関する時間・周波数領域信号の所定成分
と登録指紋画像の複数の直線に関する時間・周波数領域
信号の所定成分との相互相関値が最も高い直線を基準と
して一致度を算出するので、照合指紋画像と登録指紋画
像とに回転ずれが有る場合でも正確に照合することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１４】図１には、本実施の形態に係る指紋照合装
置１０が示されている。指紋照合装置１０は、中心位置
検出部１２、明暗信号検出部１４、ウェーブレット変換
部１６、照合部１８、及びメモリ２０で構成されてい
る。

【００１５】中心位置検出部１２は、図示しないＣＣＤ
カメラ等により撮像した照合すべき指紋画像（以下、照
合指紋画像という）の画像データに対してエッジ強調等
の従来より公知の種々の画像処理方法を施すことにより
求められた個人を特定する隆線（指紋の凸部）画像を取
りこむ。そして、この隆線画像の紋様の中心位置を検出
する。

【００１６】例えば、求めた隆線画像が、図２（Ａ）に
示すような楕円状の隆線画像の場合には、まず楕円を特
定し、特定した楕円の長軸と短軸との交点を求め、これ
を紋様の中心位置Ｘとして検出することができる。ま
た、図２（Ｂ）に示すように、紋様が１つの渦巻き状の
渦巻き線になっている場合には、この渦巻き線の始点
（渦巻き線の中心部側の端点）を紋様の中心位置Ｘとし
て検出することができる。また、図２（Ｃ）に示すよう
に、紋様が複数の渦巻き状の渦巻き線によりなっている
場合には、それぞれの渦巻き線の始点の中間位置を検出
し、これを紋様の中心位置Ｘとすることができる。ま
た、図２（Ｄ）に示すように、隆線の形状が楕円状にな
っていない場合には、紋様の中心にある隆線の変曲点を
検出し、これを中心位置Ｘとすることができる。この変
曲点は、例えば紋様の最も内側にある隆線の接線を微分
し、この微分値が０となる接線と隆線との交点を検出す
ることにより検出することができる。

【００１７】明暗信号検出部１４は、図３に示すよう
に、例えば中心位置Ｘを通る図３において水平な直線Ａ
₁−ａ₁を基準として定め、これを時計回りに１８０度の
範囲で等角度ずつ回転して得られるＮ個の直線を定め
る。例えば１０度ずつ回転させた場合には、１８本の直
線が定められる。そして、このＮ本の直線Ａ₁−ａ₁、Ａ
₂−ａ₂、・・・Ａ_n−ａ_n上の画素列の濃度を検出するこ
とにより明暗信号を各々の直線について検出する。な
お、基準となる直線は任意に設定することができる。ま
た、複数の直線のパターンを予め定めておき、このパタ
ーンを照合指紋画像に当てはめるようにしてもよい。

【００１８】明暗信号検出部１４において検出した直線
Ａ₁−ａ₁の明暗信号の例を図４（Ａ）に示す。図４
（Ａ）の縦軸は、明暗の度合いを示し、横軸は、画像位
置を時間に変換したものを示している。ここで、明部
は、指紋の谷線部（凹部）を示し、暗部は、指紋の隆線
部（凸部）を示している。すなわち、この明暗信号は、
指紋の隆線（又は谷線）のピッチ（間隔）に対応してい
る。

【００１９】ウェーブレット変換部１６は、図４（Ａ）
に示された明暗信号を時間・周波数領域信号へ変換す
る。この時間・周波数領域信号への変換は、時間分解能
で優れた公知のウェーブレット変換を用いて行う。な
お、ウェーブレット変換周波数は、前記隆線の平均ピッ
チをＴとした場合の周波数ｆ（＝１／Ｔ）の所定倍（例
えば２倍）以上の周波数とする。これにより、明暗の変
化、すなわち隆線部を強調することができる。図４
（Ｂ）に、図４（Ａ）に示す明暗信号に対してウェーブ
レット変換を施して得られた時間・周波数領域信号のパ
ワー成分を示す。このように、指紋の谷線部はパワーが
小さくなり、指紋の隆線部はパワーが大きくなる。ウェ
ーブレット変換部１６では、このようなウェーブレット
変換を残りの直線についてそれぞれ行う。

【００２０】メモリ２０には、照合指紋画像の照合対称
となる指紋画像（以下、登録指紋画像という）につい
て、前述した登録指紋画像の中心位置の検出、検出した
中心位置を通る複数の直線の明暗信号の検出、検出した
明暗信号の時間・周波数領域信号への変換の各処理を予
め行うことにより得られた登録指紋画像の直線Ｂ₁−ｂ₁
〜Ｂ_n−ｂ_nの時間・周波数領域信号のパワー成分値が記
憶されている。この登録指紋画像の直線Ｂ₁−ｂ₁〜Ｂ_n
−ｂ_nは、照合指紋画像の直線Ａ₁−ａ₁〜Ａ_n−ａ_nと同
様に、水平な直線Ｂ₁−ｂ₁を基準として、これを時計回
りに１８０度の範囲で等角度ずつ回転して得られるＮ個
の直線である。なお、隣接する各直線が成す角度は、等
角度に限らず任意に設定でき、また、直線の数は限定さ
れず、少なくとも照合指紋画像と登録指紋画像との照合
を行うために最低限必要な本数あればよい。

【００２１】照合部１８では、このメモリ２０に記憶さ
れた登録指紋画像の直線Ｂ₁−ｂ₁〜Ｂ_n−ｂ_nに関する時
間・周波数領域信号のパワー成分値と、ウェーブレット
変換部１６で算出された照合指紋画像の直線Ａ₁−ａ₁〜
Ａ_n−ａ_nに関する時間・周波数領域信号のパワー成分値
とに基づいて算出した各々の直線の一致度に基づいて、
以下に示すように登録指紋画像と照合指紋画像とが一致
するか否かを判断する。なお、メモリ２０には、この判
断を行う制御ルーチンや所定閾値等のデータも記憶され
ている。

【００２２】次に、照合部１８で実行される制御ルーチ
ンについて図５に示すフローチャートを参照して説明す
る。

【００２３】まず、照合部１８では、予めメモリ２０に
記憶されている登録指紋画像の直線に関する時間・周波
数領域信号の各々のパワー成分値を読み込み、ウェーブ
レット変換部１６で算出した照合指紋画像の直線Ａ₁−
ａ₁に関する時間・周波数領域信号のパワー成分値との
相互相関値を各々算出する（ステップ１００）。

【００２４】すなわち、照合指紋画像の直線Ａ₁−ａ₁に
関する時間・周波数領域信号のパワー成分値と登録指紋
画像の直線Ｂ₁−ｂ₁に関するパワー成分値との相互相関
値を求め、次に照合指紋画像の直線Ａ₁−ａ₁に関する時
間・周波数領域信号のパワー成分値と登録指紋画像の直
線Ｂ₂−ｂ₂に関する時間・周波数領域信号のパワー成分
値との相互相関値を求める。以下同様にして、残りの直
線のそれぞれ相互相関値を求める。

【００２５】この相互相関値の算出は、例えば、照合指
紋画像及び登録指紋画像のそれぞれの直線上の対応する
画素同士の積和値（内積）を求めることにより行う。ま
た、相互相関値を求める時の時間（画像では位置）の差
の範囲は、例えば、中心位置Ｘを原点とし、この原点を
中心として直線に沿った方向に±２０画素の範囲内の画
素とする。例えば、照合指紋画像の直線Ａ₁−ａ₁のパワ
ー成分値と直線Ｂ₁−ｂ₁を１画素ずらしたときのパワー
成分値との内積を求めることにより相互相関値を求め
る。同様に±２０画素の範囲内で直線Ｂ₁−ｂ₁のパワー
成分値を１画素ずつずらしたときの直線Ａ₁−ａ₁との相
互相関値を求める。

【００２６】図６（Ａ）に照合指紋画像の直線の明暗信
号と登録指紋画像の直線の明暗信号とが一致した場合の
例を、図６（Ｂ）に照合指紋画像の直線の明暗信号と登
録指紋画像の直線の明暗信号とが不一致の場合の例を示
す。図６（Ｂ）に示すように、照合指紋画像の直線の明
暗信号と登録指紋画像の直線の明暗信号とが不一致の場
合には、照合指紋画像の谷線部（又は隆線部）と登録指
紋画像の隆線部（又は谷線部）との信号が互いに打ち消
しあい、相互相関値はほぼ同じような値となる。

【００２７】次に、算出した各々の直線の相互相関値か
ら、各々の直線の一致度を算出する（ステップ１０
２）。この一致度Ｓは、ステップ１００で直線毎に求め
た各々の画素の相互相関値の最大値をＣｍａｘ、最小値
をＣｍｉｎとして（図６（Ａ）参照）、以下の（１）式
により求める。

【００２８】Ｓ＝（Ｃｍａｘ−Ｃｍｉｎ）／Ｃｍｉｎ・・・（１）次に、ステップ１０２で求めたそれぞれの直線の一致度
Ｓのうち、閾値Ｔ以上となる一致度Ｓが存在するか否か
を判断する（ステップ１０４）。そして、閾値Ｔ以上と
なる一致度Ｓが１つも存在しない場合には、照合指紋画
像と登録指紋画像とが不一致であると判断し、その旨を
図示しない表示装置等に出力し（ステップ１１６）、本
制御ルーチンを終了する。なお、上記と同様の処理を複
数回繰り返しても閾値Ｔ以上となる一致度Ｓが１つも存
在しない場合に本制御ルーチンを終了させるようにして
もよい。

【００２９】一方、閾値Ｔ以上となる一致度Ｓが存在す
る場合には、照合指紋画像と登録指紋画像との回転ずれ
角度を算出する（ステップ１０６）。この回転ずれ角度
の算出は、算出した一致度Ｓが最大である直線の傾き角
度を求めることにより行う。すなわち、例えば直線の数
Ｎが１８の場合、照合指紋画像の直線Ａ₁−ａ₁と登録指
紋画像の直線Ｂ₁−ｂ₁との一致度Ｓが最大であった場合
には、回転ずれ角度は０度であり、照合指紋画像の直線
Ａ₁−ａ₁と登録指紋画像の直線Ｂ₂−ｂ₂との一致度Ｓが
最大であった場合には、回転ずれ角度は１０度である。

【００３０】次に、照合指紋画像の直線に関する時間・
周波数領域信号のパワー成分値とステップ１０６で求め
た回転ずれ角度分ずらした（補正した）登録指紋画像の
直線に関する時間周波数領域信号のパワー成分値との相
互相関値をそれぞれ求める（ステップ１０８）。すなわ
ち、回転ずれ角度が１０度であった場合には、照合指紋
画像の直線Ａ₂−ａ₂に関する時間・周波数領域信号のパ
ワー成分値と登録指紋画像の直線Ｂ₃−ｂ₃に関する時間
・周波数領域信号のパワー成分値との相互相関値を算出
し、照合指紋画像の直線Ａ₃−ａ₃に関する時間・周波数
領域信号のパワー成分値と登録指紋画像の直線Ｂ₄−ｂ₄
に関する時間・周波数領域信号のパワー成分値との相互
相関値を算出する。以下同様にしてＮ−１個分の相互相
関値を算出する。

【００３１】次に、算出した相互相関値から（１）式に
よりそれぞれの直線の一致度Ｓを算出する（ステップ１
１０）。そして、閾値Ｔ以上の一致度Ｓが所定個Ｙ以上
存在するか否かを判断する（ステップ１１２）。閾値Ｔ
以上の一致度Ｓが所定個Ｙ以上存在しない場合には、照
合指紋画像と登録指紋画像とが不一致であると判断し、
その旨を図示しない表示装置等に出力し（ステップ１１
６）、本制御ルーチンを終了する。なお、閾値Ｔ以上の
一致度Ｓが所定個Ｙ以上存在しない場合には、照合指紋
画像の直線Ａ₁−ａ₁との一致度Ｓが例えば２番目に大き
い登録指紋画像の直線の傾き角度を求めて回転ずれ角度
として上記の処理を再び行うようにしてもよい。

【００３２】一方、閾値Ｔ以上の一致度Ｓが所定個Ｙ以
上存在する場合には、照合指紋画像と登録指紋画像とが
一致したと判断し、その旨を図示しない表示装置等に出
力し（ステップ１１４）、本制御ルーチンを終了する。

【００３３】このように、指紋画像の中心位置を通る直
線上の画像（１次元の明暗信号）を時間・周波数領域へ
変換して処理することにより、照合指紋画像の位置ずれ
や回転ずれに影響されることなく、正確に照合すること
ができる。また、時間・周波数領域へ変換するための周
波数を隆線の平均ピッチに相当する周波数の２倍以上と
することにより、隆線部を強調して検出することがで
き、より正確に照合することができる。さらに、２次元
の画像を所定数の１次元の明暗信号に分割して処理する
ので、従来のように画素単位で各演算処理をする場合と
比較して処理時間を大幅に短縮することができる。

【００３４】なお、本実施の形態では、明暗信号にウェ
ーブレット変換を施して得られた時間・周波数領域信号
のパワー成分値に基づいて相互相関値を求めたが、これ
に限らず、図４（Ｃ）に示すような、明暗信号にウェー
ブレット変換を施して得られた時間・周波数領域信号の
位相成分に基づいて相互相関値を求めるようにしてもよ
い。また、パワー成分及び位相成分の両方に基づいて相
互相関値を求めるようにしてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、照合指紋画像を中心位置を通る予め定めた
複数の直線上の画素の明暗信号を検出し、これを時間・
周波数領域信号へ変換して処理するので、処理時間を大
幅に短縮することができると共に、照合指紋画像の位置
ずれに影響されることなく、正確に照合することができ
る、という効果を有する。

【００３６】請求項２記載の発明によれば、照合指紋画
像と登録指紋画像とに回転ずれが有る場合でも正確に照
合することができる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】指紋照合装置の概略構成図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は指紋の紋様の一例を示す図で
ある。

【図３】指紋をの中心位置を通る直線の一例を示す図で
ある。

【図４】（Ａ）は明暗信号を示す図、（Ｂ）はウェーブ
レット変換後の明暗信号のパワーを示す図、（Ｃ）ウェ
ーブレット変換後の明暗信号の位相を示す図である。

【図５】照合部で実行される制御ルーチンの流れを示す
フローチャートである。

【図６】（Ａ）は、照合指紋及び登録指紋の明暗信号が
一致した場合の相互相関値を示す図、（Ｂ）は、照合指
紋及び登録指紋の明暗信号が不一致だった場合の相互相
関値を示す図である。

【符号の説明】

１０指紋照合装置１２中心位置検出部（中心位置検出手段）１４明暗信号検出部（明暗信号検出手段）１６ウェーブレット変換部（ウェーブレット変換手
段）１８照合部（一致度算出手段、照合手段）２０メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5B043 AA09 BA02 EA07 EA10 GA04 5L096 AA06 BA15 CA12 FA26 FA34 FA62 JA03 JA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照合指紋画像の紋様の中心位置を検出す
る中心位置検出手段と、検出した中心位置を通る予め定めた複数の直線上の画素
の明暗信号を各々検出する明暗信号検出手段と、検出した複数の明暗信号を予め定めた指紋の隆線の平均
ピッチに相当する周波数よりも高い周波数で時間・周波
数領域信号へ変換する変換手段と、前記複数の直線の時間・周波数領域信号の所定成分と、
予め定めた登録指紋画像について該画像の紋様の中心位
置を通り、前記予め定めた複数の直線に相当する直線上
の画素列に関する時間・周波数領域信号の所定成分とに
基づいて各直線の相互相関値を算出し、該算出した相互
相関値に基づいて各直線の一致度を各々算出する一致度
算出手段と、各々算出された一致度に基づいて前記照合指紋画像と前
記登録指紋画像との照合を行う照合手段と、を有する指紋照合装置。
【請求項２】前記一致度算出手段は、前記照合指紋画
像の中心位置を通る複数の直線の中の予め定めた直線に
関する時間・周波数領域信号の所定成分と、前記登録指
紋画像の中心位置を通る前記予め定めた複数の直線に関
する時間・周波数領域信号の所定成分との相互相関値を
各々算出し、該算出した相互相関値が最も高い直線を基
準として他の各直線の一致度を各々算出することを特徴
とする請求項１に記載の指紋照合装置。
【請求項３】前記所定成分は、パワー成分及び位相成
分の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１又
は請求項２に記載の指紋照合装置。
【請求項４】前記変換は、ウェーブレット変換である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に
記載の指紋照合装置。