JPH02224076A - 指紋照合方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は指紋照合方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

指紋照合に関する従来の技術の原理は以下の通りである
。すなわち、指紋模様は隆線と呼ばれる線により構成さ
れる。その隆線には分岐している部分（以下分岐点）や
切れている部分（以下端点）がある。これら分岐点およ
び端点な特徴点と呼ぶ。２・つの指紋はこれらの点の位
置及び関係が原則的には過不足なく一致１．たときに同
一であると判定される。

この原理に従った指紋照合装置の詳細は特公昭６３−３
４５０８号公報を参照できる。この装置では、登録時に
登録すべき指紋から特徴点とそれらの関係が抽出されて
記録される。照合時には入力された指紋画像から特徴点
とそれらの関係が抽出され、抽出された特徴点と該特徴
点間の関係及び、登録時に記録された特徴点と該特徴点
間の関係が比較される。この比較により指紋の一致不−
致が比較される。

しかし、この装置では、指紋画像から特徴点と該特徴点
間の関係を抽出するため多大な計算量を必要とする。

従っテ、大型汎用コンビュ・−夕やスーパーコンピュー
タを利用して遺留指紋から被疑者を特定する犯罪走査に
は威力を発する。

しかし、入門管理におけるように照合時に個人の指紋が
特定さハ゛Ｃおり、その特定さ九た指紋と入門のため与
えられた指紋との照合処理のため安価で計算能力の劣っ
た処理装置で短時間に処理する必要が生じている。

この要請に応えた技術は、たとえば森田孝一部・浅井紘
による論文「個人識別用指紋照合端末」（電子情報通信
学会研究会資料、ＡＬ８５−８６．９７頁−１０４頁、
１９８５年）を参照できる。

この文献に記載されたターミナルでは、処理の高速性の
あまり要求されない登録時には、特徴点と該特徴点間の
関係を抽出する処理が実行され登録されるべき指紋の特
徴点リストが作成記録される。高速性の要求される照合
時には記録されている特徴点リストに記載されている特
徴点の情報に従い入力された指紋画像上に該特徴点の存
在するか否かが検出され、かつ検出された場合には該特
徴点の関係と１．て隆線数が計数される。次に、該特徴
点の存在の有無および隆線数に基づいて指紋が照合され
、指紋の一致不一致が判定される。

このように、計算能力の劣った処理装置の照合処理では
、登録されている特徴点リストに記載されている特徴点
が存在するか否か、また二特徴点間の隆線数が記載どお
りか否かを確認する方法が採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため、特徴点リストに記載されている特徴点が存在
しかつ二特徴点間の隆線数があれば、あるはずのない特
徴点が存在しても、一致１−だとして処理されるという
第１の欠点がある。すなわち、特徴点のない領域には照
合対象情報を見出せないため、誤認識の可能性が高いと
いう欠点がある。

また、次のような別のセキュ、リティ上の欠点がある。

すなわち、照合処理を実行し結果を必要としている機構
内に上述の特徴点の検出および隆線数の計数処理の能力
がなく、前記機構外にはこれら能力を有する装置がある
場合において、特徴点リストの記載内容の前記機構外へ
の漏洩防止が要請される状況を想定す。

第１の例として、ＩＣカードへのアクセスのための本人
確認を指紋で行なおうとする場合を想定する。

一般に、丁Ｃカー・ドに内蔵される集積回路は、種々の
制約から画像処理能力を持たない。しかも、外部の装置
は小規模な端末装置であるため、その装置は入力指紋画
像から特徴点リストを短時間に作成する能力を有しない
。

この状況で、ＩＣカード内に登録された特徴点リストを
外部装置に与えると「本人確認」として機能を果たさな
くなるという欠点がある。第２の例として指紋による入
門管理のため、登録特徴点リストを集中管理するセンタ
ーと入門管理実施場所に設置された端末装置とを通信回
線で結ぶシステムを想定する。

このシステムにおける端末袋Ｃには、入力指紋画像から
特徴点リストを短時間で作成する能力を持たない。また
、入力指紋画像のセンターへの送出は、回線の容量から
不可能な場合もあるという欠点がある。

本発明の主な目的は上述の欠点を除去１．て照合率を向
上させるようにｌ−だ指紋照合方法および装置を提供す
ることにある。

本発明の池の目的は上述の欠点を除去Ｉ−セキ。

リティの側面からの対策を施した指紋照合方法および装
置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１の態様に従った指紋照合方法は、指紋画像
を入力する入力ステップと、この入力ステップで入力さ
れた指紋画像の特徴点および非特徴点を有す照合点と照
合点１／コードリストに既に登録された照合点との照合
を行なう照合ステップとを含む。

本発明の第２の態様に従、った指紋照合装置は、特徴点
と非特徴点を有する照合点情報を保持する照合点レコー
ド保持手段および、この照合点レコード保持手段からの
照合点情報を画像処理ユニットに送出する送出手段を有
すＩＣカードと、このＩＣカードの送出手段からの照合
点情報に応答１−て照合点を探索し探索結果を前記ＩＣ
カードに送出する照合点探索手段を有する画像処理コ。

ニットとを含むことを特徴とする洲散恭府罷、。

本発明の第３の態様しご従った指紋照合装置は、前記第
２の態様に従った指紋照合装置が有するＩＣカー・ド内
の照合点レコード保持手段が乱数によりアクセスされる
ことを特徴とずろ。

本発明の第４の態様に従、フた指紋照合装置は前記第２
の態様に従った指紋照合装置が有゛するＵＣカー　ドは
、さらに前記画像処理ユニツトの照合点探索手段からの
探索結果に応答１−た前記送出手段の許容送出回数を予
め定めた値より大きな任意の値に設定することを特徴と
する。

〔実施例〕

まず、発明の背景に示される第】の欠点の解決法につい
で説明する、 認識率の低下という側面から、前述の計算能力の劣った
処理装置の照合処理では、特徴点の存在および一特徴点
間の隆線数のみの確認に問題がある。この問題点を解決
するため、本発明の特徴の１つは特徴点が存在１７ない
という情報または任意の二点間の関係も照合のための情
報として利用することにある。

第３Ａ図を参照すると、登録指紋画像において、黒丸は
照合に用いられる登録特徴点２１を示す。

いま、例えば、第３Ｂ図に示すような指紋画像が入力さ
れたと仮定する。この入力された指紋画像では第３Ａ図
に示される指紋画像における全ての特徴点２１、すなわ
ち第３Ｂ図に示される登録特徴点２２および第３Ａ図に
示される指紋画像では示されない、白丸で示される登録
特徴点以下の特徴点２３を有している。従って、第３Ａ
図で示される指紋画像および第３Ｂ図で示さｈる指紋画
像とは同一でない。■−か１６７、従来の照合方法では
、第３Ａ図の登録特徴点２１しか検索されない。

従って、第３Ａ図の登録特徴点２】は第３Ｂ図の登録特
徴点２２と同一であるため、両指紋画像は同一として取
扱われる。

本発明は、特徴点が存在１−ない点である非特徴点の情
報も利用することを特徴と１−でいる９例えば、第３Ａ
図に示される指紋画像と等し、い指紋画像において、第
４Ａ図に示される黒い四角で示される点を非特徴点３２
とする。照合動作において、与えられた非特徴点の位置
およびずれを考慮してその近傍を探索し、その特徴点探
索領域３３に特徴点が存在しないことが確認される。

従って、第３Ｂ図に示す指紋画像と等１−い指紋像が与
えられた場合、第４Ａ図に示される特徴点探索領域３３
に対応する場所が探索される。この結果、第４Ｂ図に示
虞れる白抜きの四角で示される非特徴点の近傍領域３６
に、第４Ａ図の指紋画像には存在しない特徴点３５が見
つかる。これは、第４Ａ図に示さｈる指紋画像と第４Ｂ
図に示される指紋画像とは、同一視されないことを意味
する。

次に本発明の一実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

まず、本発明の特徴である照合をするため、個人指紋デ
ータ生成フェーズの一例について説明する。

第）図を参照すると、この個人指紋データ生成フェーズ
の一例は登録指紋画像の入力ステップ２１；画像採取２
．方向検出３．方向平滑化・嘆、および隆線強調５の各
ステップを有する前処理１７；および位置合わせ情報生
成２２．特徴点検出２３゜非特徴点検出２４．リレーシ
ヨン検出２５および照合点レコード作成・記録２６の各
ステップを有する登録処理２０を備えている。照合点と
は端点および分岐点からなる特徴点の能弁特徴点も含む
。

このフェーズの一例は登録指紋画像の入力ステップ２１
から開始される。このステ、ブ２１では、インクを指先
に付■２て画像を得る方法の他、プリズム面に載置され
た指の指紋隆線とプリズム面との境界面に生じる全反射
現象によりＳｌＮ比の高い指紋画像を採取する「全反射
法」が採用できる。

次に、画像採取ステップ２２では、指紋画像が光学的に
読取られ電気信号に変換され画像データとしてメモリに
格納ざｈる。このようにして採取された画像データは、
方向抽出ステップ３で、以下のように隆線の方向が抽出
される。その後、第５図に示す各局所領域内の（８，８
）画素を中心とし、８方向を示す放射線上に配置された
画素上で３画素毎の濃淡値と中心画素の濃淡値との差の
絶対値の総和が第６図に示すように２次元平面上にプロ
ットされる。次に、そのプロットされた点と原点とが結
ばれ、結ばｈた線分をベクトルと考え８ベクトルが合成
され、得られた合成ベクトルの方向の垂直方向が２５６
（０〜２５５）方向に割り当てらＪ１６、局所領域での
流線の方向とされる。

また、この合成ベクトルの大きさが局所領域の方向安定
度とされる。

次に方向平滑化ステップ４では、隆線の方向が隣接ブロ
ックで連続となるように調整される。すなわち、方向抽
出された局所領域の８近傍局所領域からも方向抽出ステ
ップ３と同様な方法で方向および方向安定度が求められ
る。その後、中心局所領域を含む８近傍局所領域から得
られる９合成ベクトルが再合成され、近傍領域の方向を
考慮した平滑化が施される。

次に、隆線強調ステップ５で、抽出された隆線の方向を
もとに１〜でフィルタリングされ隆線が強調される。す
なわち方向抽出および方向平滑化の施された局所領域の
全画素について、第７図に示すような隆線方向に応じた
フィルタに、第８図に示すような重み付）弓がなされ、
方向性に依存１−だ濃淡の強調が行なわれる。

それから、位置合わせ情報生成ステップ２２で、隆線方
向の変化の激１−い５×５のブロックが設定される。す
なわち、第１図で示される照合処理１９における登録指
紋と入力指紋との基準位置合わせのために、登録指紋画
像上の１６Ｘ１６方向パターンの中から５×５方向パタ
ーンが選び出される。

次に特徴点検出ステップ２３では、特徴点の位置および
方向が検出される。すなわち、画像メモリに記憶されて
いる２５６Ｘ２５６画素のうちの濃淡画像の二値化され
た二値画像をブロック毎にスキャンニングすることによ
り、二値画像上で端点／分岐点の位置が検出される。そ
の方向は、その検出された特徴点の所属するブロックの
方向平滑化ステップ４で求められた方向と同一である８
なお、検出された特徴点には照合点番号が付与される。

次に非特徴点検出ステップ２４では以下のようにして非
特徴点が検出される。非特徴点は特徴点の存在■２ない
定められた大きさの領域の中心と１−で定義される。非
特徴点は、特徴点検出ステップ２３で行なわれた同じ動
作で特徴点のない領域の中心点を検出する。その方向は
、その検出された非特徴点の所属する方向平滑化ステッ
プ４で求められた方向と同一である。なお、検出された
非特徴点にも照合点番号が付与される。

リレーション検出ステップ２５では、ある照合点ｉで検
出された照合点の１つを原点と１〜て４象限を決定する
。それぞれの象限で一番近い特徴点が検出された特徴点
のうちから選択される。象限内にこの特徴点が存在しな
いときには、原点の特徴点に一番近い非特徴点が決定さ
れる。このように決定された各象限に特徴点あるいは非
特徴点を近傍照合点とよび、それぞれの照合点番号ｉが
近傍照合点番号となる６ 原点の照合点およびその近傍照合点が特徴点であれば、
２点を結ぶ隆数の数がリレーションの値となる。なお、
それ以外のケースであれば、数値は“０”となる。

このような処理のあと、照合点１ノコ一ド作成・記録ス
テップ２６で第２図で示される照合点レコードリスト２
７が形成される。このリスト２７は、各指紋に対して平
均４０個の１ノコードを有する。

次に本発明の一実施例の照合フェーズの一例について詳
細に説明する。

本発明の一実施例の照合フェーズでは、個人識別を目的
とするため、上述の個人指紋データ生成フェーズにより
登録された照合点レコードリスト２７および位置合わせ
データ２８からなる個人指紋データと、登録者により照
合時に入力される入力指紋との一対一照合が行なわれる
。従って、本発明の一実施例は、′トップダウン的照合
方式“を採用している。この方式では、登録者は、照合
時に自らのＩＤ番号もしくはそれに代わる情報を入力す
る。登録指紋の個人指数データ２７および２８がアクセ
スされ、そのデータ内の登録指紋の特徴が読出される。

この結果、入力指紋画像上で直接検証される。

本発明の・一実施例の照合フエ・−ズの一例は、指紋画
像の入力ステップ１；画像採取２．方向検出３、方向平
滑化４および隆線強調５の各ステップを有する前処理１
７；位置補正処理１８；および検索照合点選択７．ロー
カルエリア設定８．検索照合点検索９．近傍照合点選択
１０．近傍照合点検ｉｌｌ、ｌｌ−ション検索１２．ス
コアリング１３、回数判定１４．スコアリング１５．し
きい値判定１６および照合結果出力１７の各ステップを
有する照合処理１９を含む。指紋画像入力ステップ１お
よび前処理】７の動作は、上述のコード登録フェー・ズ
における動作と同一・である。

位置補正処理１８の中心位置合わせステップ６では、登
録フェーズの位置合わせ情報生成ステップ２２で生成さ
れた位置合わせデータ２８として得た５×５の方向デー
タパターンを入力指紋の方向データ上で移動し、最も適
合する位置を捜すことで位置合わせが行なわれる。

このようにして位置合わせの終了し５た指紋画像は照合
処理１９に入力される。

探索照合点選択ステップ７では、照合点レコードリスト
２７内の内容を参照して照合点レコードを順次選択する
。

いま、照合点レコード１が選択されたとする。

次にローカルエリア設定ステップ８では、照合の位置（
Ｘ、Ｙ）に対応する入力指紋画像上の位置を設定する。

このように設定された入力指紋画像に照合点レコード１
の照合点に対応する照合点が存在するか否かが検出され
る。

近傍照合点選択ステップ１０では、選択ステップ７で選
択された照合点レコード１内の近傍照合点番号で示され
る照合点番号を有する照合点レコードｊが探索される。

次に探索ステップ１１で、このレコード、ｉ内の照合点
で示される入力指紋画像の位置に照合点が存在するか否
かが検出される。それから、リレーション探索ステップ
１１では、レコード１内のりレーションフィールドを参
照Ｌ／、入力指紋画像のレコード１とレコードｊに対応
する２点を結ぶ線分上の隆線の数と参照されたレコード
記載の隆線の数とが同一であるか否かが検出される。

スコアリングステップ１３では、検出されたりレーショ
ンと照合点レコードリスト２７中のリレーションとの差
により一致度の重み付けが行なわれる。例えば差が大き
いどきはスコアを低くし、差が小さいときはスコアを高
くする。

所定回数の判定ステップ１４では、４象限の検出が行な
われるため４回が所定回数となる。しか１２、精度の向
上を期待するためには、４の累乗を所定回数とすること
ができる。

スコアリングステップ１５では、１つの原点となる照合
点に対Ｉ２て４つの近似照合点が検出され、リレーショ
ンによる重み付は総和により予め定められた総和の値に
従い原点とした照合点が登録されている照合点と一致す
るか否かの１つの照合点レコードに対する判定が行なわ
れる。

しきい値判定ステップ１６ではスコアリングステップ１
４で判定された照合点レコードの数が所定の数に達ｔ７
でいるか否かが判定される。この数は・一致した数が例
えば２０″でもよいし不一致の数が５”でもよい。

このように１−で非特徴点を含む照合点の個人指紋デー
タ生成および照合が行なわれる。

ところで、非特徴点の決定法の一例は、以下の通りであ
る。

非特徴点の位置は、特徴点の不存在を安定的に検出でき
る領域になるように予め定められ、特徴点リストととも
に格納される。この時、探索しやすいように探索すべき
近傍の隆線の方向も記録されうる。

画像処理の速度という観点から、非特徴点の探索照合処
理速度は特徴点の探索照合処理速度と同様に高速に実行
できる。この乱数表を使用した例を画像処理例とＩＣカ
ードとの分離により実現した第２の実施例について以下
図面を参照１７て詳細に説明する。

第９図を参照すると、本発明の第２の実施例では画像処
理。ゴ〜；、ツト３１で、まず照合要求が発生される（
ステップ３２）。この照合要求に応答１−てＩＣカード
３０内の個人指紋データの一部である位置合わせデータ
２８が読出される。これとともに、画像処理ユニット３
１では、照合要求に応答して、第１の実施例と同様に指
紋画像人力１゜前処理１７および位置補正処理１８が行
なわれる。

この位置補正処理Ｊ８でＩＣカード３０から与えられる
位置合わせデータ２８が利用される。

この第２の実施例では、第」の特徴であるＩＣカード３
０の利用に加え、第２の特徴である乱数を用いた照合点
探索について以下詳述する。

まず、ＩＣカード３０に内蔵されたタイマ３３の下位数
ビットにより乱数表３４がアクセスされる。次にこの乱
数表３４から読出された乱数により照合点１ノコ−トリ
スト２７がアクセスされ照合点レコー　ドが読出される
。検索照合点選択ステップ７では、この読出された照合
点レコードの内容に基づいて照合点の位！　（Ｘ、Ｙ）
および方向が決定され、画像処理ユニット３１に与えら
れる。

画像処理ユニット３１では、第１の実施例と同様にμ−
カルエリア設定ステップ８および探索照合点探索ステッ
プ９が実行され、探索結果として照合点の種別がＩＣカ
ード３０に送られる。ＩＣカード３０では、探索結果に
基づき前記選択ステップ７で参照されたレコー・ドと同
じレコードが参照され、近傍照合点の位置および方向が
決定され、画像処理ユニット３１に与えられる。画像処
理ツーニラＩ・３１ではこの近傍照合点の位置および方
向に基づき、第１の実施例と同様に近傍前８・点探索ス
テップ１１およびリレーション探索ステップ１２が実行
され、探索結果とじで照合点の種別およびリレー・−ジ
ョンがＩＣカード３０に送られる。

この方法により、画像処理装置側に照合点の種別やリレ
ーシコンをあらかじめ教えるζ二となく照合が実行でき
る。

なお、ＩＣカード３０内のスコアリングステップ１３２
回数判定７・アップ】４．およびスコアリングステップ
１５は第１の実施例と同じ処理がなされる。この第２の
実施例における画像処理ツーニラＩ・３１では問い合わ
せられた位置に登録された特徴点があるものなのかどう
かを知り得ないので、画像処理ユニット３１は登録さり
、ている照合点リストの内容を問い合わせから類推する
ことは困難である。ところが、問い合わせからは類推す
ることが困難でも、その応答を用いた照合結果と組合せ
て類推される場合、照合方法によっては容易に情報が漏
洩してしまう。例えば、−点だけを問い合わせ、その正
当性のみの照合結果を参照すｉＬば、画像処理例３１か
らの応答が照合点レコードリストに記載どおり、であっ
たか否かがわかる。

問い合わせの結果がずべて正１−い場合に限り照合でき
たとみなせば、盗聴している第三者にとって、すべての
問い合わせ事項に対する正答がわかってしまう。また、
反対に信頼性の面において、入力画像の雑音により正当
な本人も誤答してしまう可能性がある。そこで、本発明
の一実施例のステップ１６では、１．きい値を定めその
値に正答数が達すれば照合されたとみなし、反対に誤答
数がある１７きい値に達すれば、本人でないと結論づけ
た８このとき、正答数または誤答数がしきい値に達１〜
だ時点で判定を画像処理例３１に報ずれば、最後の質問
に対する応答によりそのしきい値に達したことがわかる
。すなわち、照合されれば、最後の応答が正答であった
ことを意味し、反対に照合されなげれば、最後の応答が
不正解であったことがわかる。これは最後の質問事項に
関する特徴点リストの内容秘匿に問題が残る。

本発明の第２の実施例における所定回数ステラカード３
０は画像処理側３１に照合点および近傍照合点の位置お
よび方向を問い合わせ探索結果を得た後、照合結果を画
像処理側３１に知らせて終了させる。但し、第三者によ
る盗聴の懸念がなく、正当な本人に対Ｉ４．．て照合点
リストを秘匿する必要がない場合、正答数がしきい値に
達しているにもかかわらず、一定数の質問を続けるのは
時間および通信缶′の無駄である７この場合には正答数
がしきい値に達した時点で照合結果を画像処理例３１に
送出する一方、誤答数がしきい値を越える場合は、その
まま一定数の質問を続行させる。

〔発明の効果〕

本発明は特徴点のみならず非特徴点を含む照合点で照合
をするため照合率が向上するという効果をもたらす、ま
た、本発明は照合点レコードリストをＩＣカード側に持
たせるため画像処理ユニットは探索した照合点が特徴点
か非特徴点かの区別がつがず真の特徴点、近傍特徴点お
よびリレーシ□ンの状態が認識できないという効果をも
たらす。さらに、本発明はＩＣカー・ドに照合点レコー
ドリストアクセスのために乱数を用い毎回異なる照６点
しコー　ドを用いること、および照合点情報の画像処理
ユニットへの間合せ回数をし７きい値以」二の任意の数
とすることにより照合点レコードリストの内容をより効
果的に秘匿できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図；第２図は第１
の実施例で作成される個人指紋データを示す図： 第３Ａ図、第３Ｂ図、第４Ａ図、おＪ、び第４Ｂ図は指
紋照合の作用を説明するための図；第５図から第８図は
本発明の実施例の前処理１７を説明するための図；およ
び 第９図は本発明の第２の実施例を示す図である。 図において、１，２］・・・・・・入力ステップ、１７
・・・・・・前処理、１８・・・・・・位置補正処理、
１９・・・・・・照合処理、２０・・・・・・登録処理
９ 端Ｚ図 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 国 ト 貧 ど Ｍｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、指紋画像を入力する入力ステップと、この入力ステ
   ップで入力された指紋画像の特徴点および非特徴点を有
   する照合点と照合点レコードリストに既に登録された照
   合点との照合を行なう照合ステップとを含むことを特徴
   とする指紋照合方法。 ２、特徴点と非特徴点を有する照合点情報を保持する照
   合点レコード保持手段および、この照合点レコード保持
   手段からの照合点情報を画像処理ユニットに送出する送
   出手段を有するＩＣカードと、このＩＣカードの送出手
   段からの照合点情報に応答して照合点を探索し探索結果
   を前記ＩＣカードに送出する照合点探索手段を有する画
   像処理ユニットとを含むことを特徴とする指紋照合装置
   。 ３、前記ＩＣカードが有する前記照合点レコード保持手
   段が乱数によりアクセスされることを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載の指紋照合装置。 ４、前記ＩＣカードは、前記画像処理ユニットの照合点
   探索手段からの探索結果に応答した前記送出手段の許容
   送出回数を予め定めた値より大きな任意の値に設定する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の指紋照合
   装置。