JPH03296873A - 指紋照合装置 - 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（よ指紋読取部に置かれた被験者の指から光学的
に指紋データを採取し、予め登録されている登録指紋デ
ータと照合する指紋照合装置に関する。

［従来の技術］ 従来、光学的に指紋データを採取して照合を行う指紋照
合装置において（よ被験者から安定した指紋データを採
取することが困難な問題の１つとして知られている。

すなわち、光学的に得られる指紋データは指の表面状態
に大きく左右されるために個人差が大きく、たとえ同一
人であっても採取した指紋データが常に安定しているこ
とは望めない。

この問題を解決するために、特開昭６３−２４４２８４
に開示される技術によれ（戯　光学的に得られた指紋デ
ータのコントラストを被験者に表示し、そのコントラス
トが指紋照合に適当な値となるまで指紋データの入力を
繰り返させている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、被験者に指紋データの入力を繰り返させる従来
の指紋照合装置によれば、照合に必要なコントラストの
指紋データが得られるまでに長時間となる可能性がある
。

特に、指先が乾燥している場合に（よ指紋の凹凸による
光の反射量の差が小さく、十分なコントラストが得られ
ないことが知られている。従ってこの様な場合には、指
紋データの入力を繰り返し実行しても、指紋照合に必要
なコントラストの指紋データが得られず、目的としてい
る指紋照合が不能となる可能性があった。

本発明は上記課題乞解決するためになされたもので、被
験者の個人差及び指先の乾燥の程度に左右されず、迅速
かつ正確に被験者より安定した指紋データを光学的に採
取し、指紋照合の精度を高く維持しつつ高速に指紋照合
を実行することができる優れた指紋照合装置を提供する
ことを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために本発明の構成した手段（よ第
１図の基本的構成図に示すごとく、指紋読取部に置かれ
た被験者の指から光学的に指紋データを採取し、予め登
録されている登録指紋データと照合する指紋照合装置に
おいて、前記指紋読取部に被験者の指が置かれる以前に
指紋データの採取と同一の光学的なデータの採取を実行
し、該指紋読取部の背景画像データを得る背景画像デー
タ採取手段と、 前記指紋読取部に被験者の指が置かれたとき、前記光学
的なデータの採取を実行し、当該被験者の指紋データを
得る指紋データ採取手段と、該指紋データ採取手段及び
前記背景画像データ採取手段により得られた指紋データ
と背景画像データとの差分画像を閾値を用いて２値化し
、濃淡の２値化データを得る差分画像２値化手段と、該
差分画像２値化手段により得られた２値化データの濃淡
の比率を算出する濃淡比算出手段と、該濃淡比算出手段
の算出した濃淡の比率が所定範囲となるよう１：、前記
差分画像２値化手段の閾値を増減させる閾値変更手段と
、 該閾値変更手段により変更された閾値が予め定められた
下限以上であり、かつ、前記濃淡比算出手段により算出
された濃淡の比率が前記所定範囲となったとき、前記差
分画像２値化手段により得られた２値化データと予め登
録された登録指紋データとの照合を実行する照合手段と
、 を備えることを特徴とする指紋照合装置をその要旨とし
ている。

［作用］ 本発明の指紋照合装置は、被験者より光学的な指紋デー
タ左採取する以前に背景画像データ採取手段が作動し、
指紋データの採取と同一の光学的なデータの採取を実行
して指紋読取部の背景画像データを得る。しかる後に、
指紋データ採取手段により、指紋読取部に置かれた被験
者の指から光学的な指紋データを採取する。

この様にして得られた２つの光学的データ、すなわち指
紋データと背景画像データは、差分画像２値化手段によ
り差分が取られ、かつ、その差分画像は閾値を用いて２
値化さね濃淡の２値化データに変換される。これにより
、指紋データに現れる背景画像の影響、例えば光学系の
照度むらなどが相殺さね指紋の凹凸のみに起因する光学
的な２値化データを得ることができる。

次に、濃淡比算出手段は、差分画像２値化手段により得
られた２値化データの濃淡の比率を算出する。−船釣に
、光学的に採取された指紋データが的確に２値化された
場合には、指紋の凹凸に応じて生じる濃淡比は１：］を
中心として個人差による所定範囲内に納まる特性がある
。そこで、そのＪ淡化を算出することで、２値化に際し
ての閾値が的確であるか、換言するならば指紋データに
最適のコントラストが得られたか否かが判断される。

閾値変更手段は、濃淡比算出手段の算出した濃淡の比率
が所定範囲となるように、差分画像２値化手段の閾値を
増減させ、的確な指紋データのコントラストを得る。

そして、照合手段（よ閾値変更手段により変更された閾
値が予め定められた下限以上であり、かつ、濃淡比算出
手段により算出された濃淡の比率が所定範囲となったと
き、差分画像２値化手段により得られた２値化データと
予め登録された登録指紋データとの照合を実行する。

ここで、閾値に下限値が設定されるの（よ　次の理由に
よる。指紋読取部に被験者の指先を首き光学的な指紋デ
ータの採取を実行した後に（よ　その指紋読取部に被験
者の指紋が残留することになる。

この様な残留指紋の指紋データは、容易に推測されるご
とく、通常の光学的な方法により採取される指紋データ
に比較してコントラストの低いデータである。従って、
閾値変更手段により変更された閾値が異常に低い値であ
るとき、差分画像２値化手段により得られた２値化デー
タは残留指紋のデータであると判断することが妥当であ
り、この様な場合には指紋データの照合を禁止して照合
の精度を高めるのである。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を挙
げて詳述する。

［実施例］ 第２図は、本発明の一実施例である指紋照合装置の電気
回路ブロック図である。

図示するように本実施例の指紋照合装置は、光学的な指
紋データを採取する指紋入力部］０及び当該指紋入力部
１０から入力された指紋データを加工して予め登録され
ている登録指紋データと照合する照合部２０とから構成
されている。

まず、これら各部の詳細な構成から説明する。

指紋入部１０は、照明１０ａ、指紋後土用のプリズム１
０ｂ及びイメージセンサ１０ｃより構成される。照明１
０ａｌ＆　光学的な指紋データを得るために十分な輝度
の参照光をプリズム１０ｂに向けて照射する。通常、プ
リズム１０ｂ上には被験者の指先ｆが置かれるが、この
プリズム１０ｂ上からの反射光はイメージセンサ１０ｃ
により光電変換されて映像信号が作成され、照合回路部
２０へと伝送される。

照合回路部２０［＆　入力された映像信号を多階調のデ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２０ａ及び以下の機
能を有する画像メモリ２０ｂ、２０ｅ、引算回路２０ｃ
、２値化回路２０ｄ、処理回路２０ｆから構成されてい
る。

第一画像メモリ２０ｂ（友　Ａ／Ｄ変換器２０ａからの
デジタル信号あるいは後述する引算回路２０ｃから出力
される差分画像を格納するデジタル情報の記憶素子であ
る。

引算回路２Ｏｃｔ上　Ａ／Ｄ変換器２０ａの出力と第一
画像メモリ２０ｂに一旦記憶された画像信号との差分を
とり、その結果である差分画像を再度第一画像メモリ２
０ｂに書込む機能を有する。

すなわち、Ａ／Ｄ変換器２０ａによって多階調のデジタ
ル信号に変換された指紋データが入力されると、引算回
路２０ｃはその指紋データの入力に同期して第１の画像
メモリ２０ｂ予め入力された画像データを読み比し、こ
れを引算して再度第一画像メモリ２０ｂに格納する。

例え（戴　２次元データである画像データの水平方向を
ｉ方向、垂直方向を」方向とし１方向の分解能をＮ、　
　ｊ方向の分解能をＭとする。引算回路２０ｃにｔ、Ａ
／Ｄ変換器２０ａによって出力される指紋データの画素
値Ｐｆ　　（ｉ、　　ｊ）と第一画像メモリ２０ｂから
読み呂される予め格納された画像の画素値Ｐｂ　　（ｉ
、　　ｊ）から次式で求められる画素値Ｐｓ　　（ｉ、
　　ｊ）を有する差分画像を求め、第一画像メモリ２０
ｂに再度書き込むのである。

Ｐ　ｓ　（ｉ、　ｊ）：　ｐｂ（ｉ、　ｊ）−Ｐ　ｆ　
（ｉ、　ｊ）　　　・・・（１）但し１＝１〜Ｎ　、　
ｊ＝１〜Ｍ ２値化回路２０　ｄ　ｆ；Ｌ　第一画像メモリ２０ｂの
所定記憶領域に格納された差分画像の画素値Ｐｓ（ｉ、
　　ｊ）を順次読み出しては２値化閾値ＴＨを比較し、
次式に従ってｒＯＪあるいは「］」の値を有する画素値
Ｐ（ｉ、ｊ）の２値画像に変換してその画素値Ｐ（ｉ、
ｊ）を第二画像メモリ２０ｅに格納する。

Ｐ（ｉ、ｊ）＝１　　　（Ｐｓ（ｉ、ｊ）＜ＴＨ）　　
　−（２）＝＝Ｏ（Ｐｓ（ｉ、ｊ）≧ＴＨ） なお、この２値化に使用される閾値Ｔｌ−（は、後述の
ごとく可変に構成されるものである。そして、目的とし
ている指紋照合に最適な画素値Ｐ（１゜ｊ）を得るため
１ミ　照合の際の基準データである個人の登録指紋デー
タの登録時に決定した閾値ＴＨを初期閾値ＴＨＯとして
登録する。

第二画像メモリ２０ｅ［；１２値化回路２０ｄがら入力
される画素値Ｐ（ｉ、ｊ）の−時的な記憶機能の他に、
指紋照合の基準となる個人の登録指紋データを不揮発的
に格納する大容量の記憶素子である。

処理回路２　Ｏｆ　１１　　次のような複数の機能を有
する。まず、第二画像メモリ２０ｅに格納された差分画
像を２値化した画素値Ｐ（ｉ、ｊ）の濃淡上ヒ　すなわ
ち白・黒に対応する「０」又は「１」の画素数を計測・
比較し、その比が所定範囲となるように２値化回路２０
ｄの閾値ＴＨを変更する閾値変更機能を備える。従って
、２値化回路２０ｄ及び処理回路２Ｏｆの閾値変更機構
とにより、第二画像メモリ２０ｅには常に一定コントラ
ストの２値画像が一時的に記憶される。

なお、ここで濃淡比の所定範囲と（よ第二画像メモリ２
０ｅに予め格納される登録指紋データの採り得る濃淡比
の範囲であり、記憶されている登録指紋データに基づき
自動的にあるいは別途の設定操作により決定される。

例えば本実施例で（上最適な２値化閾値ＴＨを決定する
ために、指紋特有の性質を利用する。すなわち、指紋は
検出用プリズムに接触する凸部、すなわち隆線部分と接
触しない凹部がほぼ１対］で形成されているため、２値
化した指紋データの状態を指紋領域内の「Ｏ」あるいは
「］」の画素が存在する割合で評価できる。例えばｒＱ
ＪＯ画素数が存在する割合が低い場合（よ指紋隆線がカ
スれた状態であり、逆に「０」の画素数の割合が多すぎ
る場合は隆線の潰れた状態であると考えられる。

そこで、コントラストが大きく変化する指紋画像に対し
て常に安定した２値画像を得るために、第二画像メモリ
２０ｅに書き込まれた画素値Ｐ（Ｊ）を処理回路１０に
送り指紋領域内のｒＱＪ又は「］」の画素数を計測し、
指紋領域内の「０」の割合が、適切な割合になるまで２
値化閾値ＴＨを変化させ２値化をくり返す。すなわち指
紋領域内の総画素数ＮＴに対する「０」の画素数Ｎの割
合がＮａ以上である場合（Ｎ／ＮＴ≧Ｎａ）は、２値化
閾値ＴＨを増加させる。逆（二、その割合がＮｂ以下で
ある場合（Ｎ／ＮＴ≦Ｎｂ）は、２値化閾値Ｔｌ−１を
減少させる。

ここで、ＮａとＮｂ（Ｎｂ＜Ｎａ）（ｉ　次式で表わさ
れる。

Ｎａ＝０．５＋α　　　　　　　　　・・・（３）Ｎｂ
＝０．５−β　　　　　　　　　　　　　　・・・　（
４）Ｎａ、Ｎｂは理想的には指紋の凸部と四部が１対］
となるため０．　５程度となることが望ましいが、Ｎａ
、Ｎｂは個人ごと変動するため（こ登録指紋データの登
録時に入力された指紋画像から０゜５程度を目標にして
上限をＮａ、　　下限をＮｂとして前もって決定さね、
前記２値化閾値ＴＨＯと同様に登録指紋データと共に記
憶されている。そして、後述のごとく照合時には指定さ
れた登録指紋データと共にＮａ、Ｎｂ、Ｔｆ−１ｏが読
み出さね指紋データの上記処理に利用される。

また、処理回路２０　ｆ　Ｅ　上記閾値変更機能により
一定コントラストの２値画像が第二画像メモリ２０ｅに
得られると、その２値画像と登録指紋データとを第二画
像メモリ２０ｅから読み出し、通常の照合処理を実行し
てその結果を高力する照合機能を有する。照合処理に（
表　従来より知られる各種の照合方法が適宜利用される
。

更に、本実施例の処理回路２Ｏｆは、閾値変更機能によ
り変更される２値化回路２０ｄの閾値ＴＨの値が下限値
Ｔ　Ｈｍｉｎ以下となるとき（Ｔ）Ｉ≦ＴＨｍｉｎ）、
上記照合処理を実行することなくその旨の出力を実行す
る照合中断機能を有している。

次に、以上のごとき各構成要素からなる本実施例の指紋
照合装置の作動について、処理の流れ図及び説明図を参
照しつつ詳述する。

第３図１よ本実施例の指紋照合装置の各構成要素の作動
を理解容易とするため、各構成要素にて実行される処理
を時系列的に図示した処理の流れ図である。また、第４
図ないし第７図（上本指紋照合装置において実行される
処理の内容等を模式的に表現した説明図である。

第３図１こ示すように本実施例の指紋照合装置（よ照合
開始が指示されると同時にステップ１００で指定された
登録指紋データと同時に登録時に設定した２値化閾値Ｔ
ＨＯと指紋画像中の「０」の画素の許容範囲Ｎａ、Ｎｂ
　　（Ｎａ　＞Ｎｂ）を読み出し、以下の処理に備える
。

次に、ステップ］０］で指紋画像の入力及び引算回路２
０ｃによる背景との差分画像の作成が実行される。ここ
で背景画像とは、指紋入力部］０のプリズム１０ｂ上に
被験者の指先ｆが置かれる以前に指紋入力部１０を作動
させて得られたプリズム１０ｂの背景の画像情報であり
、第一画像メモリ２０ｂに予め格納されているものであ
る。このステップ］０］にて実行される差分画像の作成
により次のようにして、背景画像の影響が完全に相殺さ
れる。

第４図（よ　２次元の画像データとして得られた背景画
像の説明図であり、任意の水平及び垂直位置と明るさと
の関係を示している。背景画像（よプリズム１０ｂ上に
光を反射する物体が何ら存在しないときの画像であるか
ら、明るさは一定のデータとなると思われる。しかし、
現実にはプリズム１０ｂ上の汚れや照明１０ａの照度む
ら等から第４図に示すように水平及び垂直位置に対して
変化する。そして、この様な特性を示す指紋入力部］０
を用いて指紋データを入力するなら（戴第５図に示すよ
う（二　指紋による明るさの変化はその背景画像に重畳
されて得られる。

そこで、予め入力した指紋入力部］Ｏの背景画像と指紋
データとの差分を取ることで第６図の様な差分画像、す
なわち指紋により現れる明暗のみの画像を得るのである
。

更にステップ１０２にて、この様にして得られた差分画
像を２値化回路に入力し、濃淡の２値化データに変換す
る。なお、２値化に際しての閾値ＴＨとして（よ初期値
としてステップ］００で読出した登録時の２値化閾値Ｔ
ＨＯが設定される。

ステップ１０３〜１０７［ｉ　処理回路２Ｏｆの閾値変
更機能に相当する処理を図示したものである。すなわち
、ステップ１０２にて得られた差分画像の指紋領域中の
黒すなわちｒＯＪの画素値を持つ画素数の計測する（ス
テップ１０３）。次に「０」の画素数の比率を上限値Ｎ
ａと比較し、Ｎａより大きい場合（ステップ１０４）（
ｉ　隆線が潰れた状態であるため２値化閾値ＴＨを増加
させる（ステップ］０５）。反対に、下限値Ｎｂより小
さい場合（ステップ１０６）は、カスした指紋画像であ
ると判断されるため２値化閾値ＴＨを減少させ（ステッ
プ１０７）る。この様な２値化を実行し「０」の画素数
の比率が適切な比率になるまで２値化閾値Ｔｌ−１を増
減させて２値化をくり返す。この様にして適切な「０」
の画素数比率が得られたときの２値化閾値ＴＨは、例え
ば第６図に示す直線のごときレベルである。これにより
、図示するごとく、差分画像の総画素数の略半分が「０
」の画素数となる。

続いてステップ１０９では、設定された２値化閾値ＴＨ
７’＋＜登録時に設定された２値化閾値Ｔｌ−ｔ。

の１／２以上であるか判断し、１７２以上であればステ
ップ１１１により登録指紋データとの照合処理を行い、
次いでステップ］１２によりその照合の結果を出力して
本プログラムを終了する。

一方、ステップ１０９にて２値化閾値ＴＨｈ（登録時に
比べ］／２以下に減少したと判断された場合には、ステ
ップ１１０でその２値化閾値ＴＨと登録時に設定した登
録者中の最低の２値化閾値ＴＨｍｉｎとの大小比較を行
い、この最低値Ｔ　Ｈｍｉｎ以下に２値化閾値下Ｈｈ＜
減少した場合は、入力した指紋は残留指紋と判断して照
合処理を中断する。

また、２値化閾値ＴＨ７’＋＜ＴＨｍｉｎ以上であれｆ
ｉ上記同様にステップ］１］及びステップ］］２に進み
照合処理及びその結果の表示を実行する。

この様な２値化閾値ＴＨの下限値ＴＨｍｉｎを指紋照合
の必要条件としたのは、次の理由による。

第７図に示すごとく、光学的に採取される指紋データの
コントラストは大きな個人差があることが知られている
。特に、湿った指の場合はコントラストが高く、乾燥し
た指の場合はコントラストが低い指紋データとなる。従
って、同一人の指であっても湿潤状態に左右されて入力
される指紋データのコントラストが変動する。このため
、最適な２値化閾値ＴＨを特定値に固定することは不可
能であり、最適コントラストの画像が得られるように閾
値ＴＨを増減調整している。

しかし、そのために本照合装置では低コントラストの指
紋画像の入力が可能となり、例えば指紋入力部１０のプ
リズム１０ｂ表面に残された残留指紋の入力も可能とな
るため、これを排除する何らかの技術が必要となる。第
７図に指紋入力部］０によって残留指紋画像の差分画像
を得た場合の濃度分布を同時に示している。

この図から理解されるごとく残留指紋は、指先の乾燥に
応じたコントラストの低下に比較しても更に低いコント
ラストで入力される。従って、通常ならば２値化閾値Ｔ
ＨＩ〜ＴＨ２の範囲内で指先の湿潤状態に左右されない
十分なコントラストの画像データを得ることができるが
、残留指紋の差分画像を十分なコントラストに２値化す
る２値化閾値Ｔ　Ｈｍｉｎはきわめて小さい値となる。

そこで、２値化閾値ＴＨに下限値を設は十分なコントラ
ストの画像データを得るための２値化閾値ＴＨがその下
限値Ｔ　Ｈｍｉｎよりも小さい場合には、その入力した
指紋データは残留指紋である可能性が高く、正確な指紋
照合が不能であると判断するのである。

以上のごとく構成さね　作動する本実施例の指紋照合装
置によれば、次のような優れた効果が明らかである。

指紋データを簡便に採取することができる光学式の指紋
照合装置は、被験者の個人差及び指先の乾燥の程度によ
り得られる指紋データのコントラストが大きく変動する
。そこで、本実施例の指紋照合装置は、指紋照合に必要
かつ十分なコントラストの指紋データを得るために２値
化閾値の増減調整という簡易な技術を採用する。

これにより、被験者に指紋データの入力を繰り返し催促
するなどの操作性の悪化を招かず、しかも複雑で高価な
画像処理装置を必要とせずに、迅速かつ正確に被験者よ
り安定した指紋データを光学的に採取し、指紋照合の精
度を高く維持しつつ高速に指紋照合を実行することがで
きる。

また、２値化閾値の増減調整により残留指紋を誤って照
合しないように、残留指紋の画像データに特有のコント
ラストの低さを利用し、この２値化閾値に下限値を定め
ている。従って、その指紋照合の精度はきわめて高く、
また使用の度にプリズム１０ｃ上の残留指紋を拭き取る
などの手間も不要となる。

［発明の効果］ 本発明の指紋照合装置は、指紋データと背景画像データ
との差分画像を指紋照合に利用するに際し、差分画像を
２値化する２値化閾値を増減調整して適正なコントラス
トの画像データを得ると共に、その２値化閾値に下限値
を定めている。

従って、指先の乾燥状態等に左右されず、１回の入力に
より指紋照合に必要かつ十分なコントラストの指紋デー
タを作成することができる。このため、被験者に指紋デ
ータの入力を繰り返させる手間が省略さね　迅速に指紋
照合を実行することができる。

また、２値化閾値に下限値を定めているため、残留指紋
を入力された指紋データであると誤って照合動作する、
いわゆる誤動作の可能性が回避さね指紋照合の精度はき
わめて高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成図、第２図は実施例である
指紋照合装置の構成ブロック図、第３図はその構成ブロ
ックの処理の手順を示すフローチャート、第４図ないし
第７図はその処理の概念を説明するための説明図を示し
ている。 １０・・・指紋入力部　１０ａ・・・照明１０ｂ・・・
プリズム　　１０ｃ・・・イメージセンサ２０・・・照
合部　　　２０ａ・・・Ａ／Ｄ変換器２０ｂ・・・第一
画像メモリ　２０ｃ・・弓１算回路２０ｄ・・・２値化
回路　２０ｅ・・・第二画像メモリ２Ｏｆ・・・処理回
路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　指紋読取部に置かれた被験者の指から光学的に指紋
   データを採取し、予め登録されている登録指紋データと
   照合する指紋照合装置において、前記指紋読取部に被験
   者の指が置かれる以前に指紋データの採取と同一の光学
   的なデータの採取を実行し、該指紋読取部の背景画像デ
   ータを得る背景画像データ採取手段と、 前記指紋読取部に被験者の指が置かれたとき、前記光学
   的なデータの採取を実行し、当該被験者の指紋データを
   得る指紋データ採取手段と、該指紋データ採取手段及び
   前記背景画像データ採取手段により得られた指紋データ
   と背景画像データとの差分画像を閾値を用いて２値化し
   、濃淡の２値化データを得る差分画像２値化手段と、該
   差分画像２値化手段により得られた２値化データの濃淡
   の比率を算出する濃淡比算出手段と、該濃淡比算出手段
   の算出した濃淡の比率が所定範囲となるように、前記差
   分画像２値化手段の閾値を増減させる閾値変更手段と、 該閾値変更手段により変更された閾値が予め定められた
   下限以上であり、かつ、前記濃淡比算出手段により算出
   された濃淡の比率が前記所定範囲となつたとき、前記差
   分画像２値化手段により得られた２値化データと予め登
   録された登録指紋データとの照合を実行する照合手段と
   、 を備えることを特徴とする指紋照合装置。