JP3873167B2 - 画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば指紋画像を照合するための画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば本人であるか否かの認証行う技術的手段として、予め登録された指紋画像と本人確認のために読み込まれた指紋画像とを照合してその類似度を判定し、この照合類似度が所定の類似度より高い場合に本人であるとして認証する指紋画像の照合装置が考えられている。
【０００３】
このような指紋画像の照合装置では、登録された指紋画像（登録画像）と今回読み込まれた指紋画像（照合画像）との類似度を判定するのに、まず、登録画像上に矩形領域を定義し、この矩形領域と同一形状の領域を照合画像上に設定する。そして、この照合画像上での設定領域の位置を変化させながら、登録画像と照合画像上のこれら領域間の画像の相関係数を求め、最大の相関関係が得られた照合画像上での矩形領域の位置と、その相関係数の値に基づいて類似度を判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記指紋画像の照合装置では、指紋画像のイメージ読み取りに際して、その読み取り窓に置かれる被験者の指の角度がその都度異なってくるため、登録指紋画像と照合指紋画像との照合に際し、照合指紋画像を回転させながら、その各回転された照合指紋画像のそれぞれについて前記の矩形領域を設定した相関係数の計算を行わなければならない。
【０００５】
このため特に、登録指紋画像に対し、照合指紋画像における指紋の読み取り角度が大きく異なる場合には、照合指紋画像を所定角度ずつ回転しながらの登録指紋画像との相関係数の計算処理量が増大し、照合指紋画像のイメージ読み取りを行ってから判定結果が得られるまでに多大な時間を要してしまう。
【０００６】
また、指紋画像のイメージ読み取りに際しては、読み取り窓に置いた被験者の指の周囲から回り込んで入射する外光や該指を透過して入射する外光の影響で、指紋画像の濃度がその都度異なってくるため、登録指紋画像と照合指紋画像との濃淡のばらつきが大きい場合には、照合指紋画像が登録指紋画像の本人の指紋画像である場合でも、照合エラーとなることがあり、認証不能になる問題がある。
【０００７】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、指紋画像の照合を行うのに際し、回転ずれのない適切な指紋画像を取り込み、容易に指紋照合を行うことが可能になる画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る画像データ照合装置は、予め登録された指紋画像と新たに読み取った指紋画像とを比較して照合する画像データ照合装置であって、指紋画像データに対し所定の楕円パターンを一定角度ずつ回転させながら各回転角度における相関値を算出し、最大の相関値が算出されたところの該楕円パターンの回転角度を前記指紋画像データにおける指紋の傾きとする傾き算出手段と、この傾き算出手段により算出された指紋画像データの傾きに基づいて照合される画像データの傾きを合わせる傾き補正手段と、この傾き補正手段により指紋の傾きが合わされた照合指紋画像データと登録指紋画像データとを照合する画像照合手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【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について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の画像データ照合装置の実施形態に係る指紋照合装置１０の電子回路の構成を示すブロック図である。
【００１４】
この指紋照合装置１０の電子回路は、コンピュータにより構成されるもので、ＣＰＵからなる制御部１１を備えている。
【００１５】
制御部（ＣＰＵ）１１は、記憶装置１２に予め記憶されている制御プログラム、あるいはフロッピ（Ｒ）ディスクＦＤなどの外部記録媒体１３からフロッピディスク（Ｒ）ドライブＦＤＤなどの記録媒体読み取り部によって記憶装置１２に読み込まれた指紋照合処理プログラム、あるいは外部のコンピュータ端末（プログラムサーバ）から通信ネットワークＮを経由し通信制御部１４を介して記憶装置１２に読み込まれた指紋照合処理プログラムを起動させ、ＲＡＭ１９をワークメモリとして回路各部の動作を制御する。
【００１６】
記憶装置１２は、半導体メモリのＲＯＭやハードディスク装置ＨＤ等で構成し、本照合装置の電源投入直後に制御部（ＣＰＵ）１１により読み出される前述の制御プログラムを予め格納している。
【００１７】
なお、この記憶装置１２に格納される指紋照合処理の制御プログラムとしては、指紋データ採取処理（図４参照）、光量制御処理（図５参照）、登録処理（図６参照）、照合処理（図７参照）、傾き角度算出処理（図８・図１０・図１２参照）が含まれる。
【００１８】
ＲＡＭ１９は、前述の制御プログラムを実行する際に制御部（ＣＰＵ）１１が使用するワークメモリである。
【００１９】
そして、記憶装置１２に格納されている指紋照合処理の制御プログラムは、入力装置１５からの入力信号に応じて起動されるもので、制御部（ＣＰＵ）１１には、前記記憶装置１２、通信制御部１４、入力装置１５、ＲＡＭ１９が接続される他に、接触センサ１６（１６ａ〜１６ｄ）、撮像素子１７、光源１８（１８ａ，１８ｂ）、表示装置２０が接続される。
【００２０】
接触センサ１６（１６ａ〜１６ｄ）は、指紋読み取りユニット（図２参照）における読み取り透明板２１の読み取り面上において、例えば一般成人の指紋面積に応じて予め設定された指紋読み取り範囲Ｈの４角に透明体として設けられ、指紋画像の読み取りに際しての指の接触を検出するもので、この接触センサ１６（１６ａ〜１６ｄ）の全てにおいて指との接触が検出されることで、指紋読み取り範囲Ｈの正しい位置に指が載せられたと判断される。
【００２１】
撮像素子１７は、指紋読み取りユニット（図２参照）に備えられ、ＣＣＤ（電荷結合素子）などのイメージセンサからなるもので、被験者の登録指紋画像や照合指紋画像を光学的に撮像し、その画像データを該画像の濃淡階調に対応した電気信号に変換して出力する。この撮像素子１７における撮像速度（シャッタースピード）は、読み取り透明板２１に載せられた被験者の指紋面の周囲から入り込む回り込み光量に応じて可変設定されるもので、例えば回り込み光量が多い場合にはシャッタースピードは速く、少ない場合には遅く設定される。
【００２２】
光源１８（１８ａ，１８ｂ）は、指紋読み取りユニット（図２参照）における読み取り透明板２１の下側に配設され、読み取り透明板２１上の読み取り面に載せられた被験者の指紋面を照明するもので、この光源１８における照明の光量は、読み取り透明板２１に載せられた被験者の指紋面の周囲から入り込む回り込み光量に応じて可変設定される。例えば回り込み光量が多い場合には照明の光量は増加設定され、少ない場合には減少設定される。
【００２３】
表示部２０は、登録指紋画像と照合指紋画像との照合の判定結果を表示する、例えばＣＲＴや液晶などといったディスプレイ装置である。
【００２４】
入力装置１５は、本照合装置の使用者が指紋画像の採取指示や後述の指紋照合処理の開始を制御部（ＣＰＵ）１１に指示するための、例えばキーボード装置などの入力装置である。
【００２５】
図２は前記指紋照合装置１０における指紋読み取りユニットの構成を示す図である。
【００２６】
この指紋読み取りユニットには、被験者の指をその指紋面を接触させて載せるための読み取り透明板２１が備えられ、この読み取り透明板２１の読み取り面における指紋読み取り範囲Ｈの４角には、指紋画像の読み取りに際し指の接触を検出するための透明体の接触センサ１６ａ〜１６ｄが設けられる。
【００２７】
また、前記読み取り透明板２１の指紋読み取り範囲Ｈに対応する下側には、撮像レンズ２２が配設され、この撮像レンズ２２を介し前記透明板２１の読み取り面を焦点距離とする該撮像レンズ２２の下側に、撮像素子１７が配置される。
【００２８】
そして、前記読み取り透明板２１の下側における撮像レンズ２２の両側には、光源１８ａ，１８ｂが配設され、透明板２１に載せられた被験者の指の指紋面を照明する。
【００２９】
なお、指紋画像の読み取りに際しては、接触センサ１６ａ〜１６ｄの全てにおいて指との接触が検出されることで、指紋読み取り範囲Ｈの正しい位置に指が載せられたと判断される。
【００３０】
図３は前記指紋照合装置１０のＲＡＭ１９に確保されるデータメモリを示す図である。
【００３１】
ＲＡＭ１９には、第１指紋画像メモリ１９ａ、第２指紋画像メモリ１９ｂ、光量設定メモリ１９ｃ、シャッタースピード設定メモリ１９ｄ、入力指紋画像メモリ１９ｅ、登録指紋画像メモリ１９ｆ、照合指紋画像メモリ１９ｇ、傾き角度メモリ１９ｈ、相関値メモリ１９ｉ、ワークエリア１９ｊが確保され、さらに、楕円パターンメモリ１９ｋ、回転角度／相関値メモリ１９ｌが用意される。
【００３２】
第１指紋画像メモリ１９ａには、指紋データの採取処理（図４参照）に際して、光源１８による照明を行わない状態で撮像素子１７により撮像された指紋画像データが第１の指紋画像として格納される。
【００３３】
第２指紋画像メモリ１９ｂには、指紋データの採取処理（図４参照）に際して、光源１８による照明を行った状態で撮像素子１７により撮像された指紋画像データが第２の指紋画像として格納される。
【００３４】
光量設定メモリ１９ｃには、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された第１の指紋画像データに基づき判断された回り込み光量に応じた光源１８用の光量が設定記憶される。
【００３５】
シャッタースピード設定メモリ１９ｄには、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された第１の指紋画像データに基づき判断された回り込み光量に応じた撮像素子１７用のシャッタースピードが設定記憶される。
【００３６】
入力指紋画像メモリ１９ｅには、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された第１の指紋画像データと、前記設定光量及び設定シャッタースピードに従い撮像素子１７に撮像されて第２指紋画像メモリ１９ｂに格納された第２の指紋画像データとの差分が、被験者の指紋画像データＧＳとして格納される。
【００３７】
つまり、光源１８による照明を行わないで撮像した第１の指紋画像データと、当該光源１８による照明を行って撮像した第２の指紋画像データとの差分を被験者の指紋画像データＧＳとして採取することで、指紋Ｓの周辺あるいは指紋Ｓを透過して回り込む外光の影響による明るさの部分は除去され、光源１８の照明によって指紋部分Ｓのみ明るさを得た指紋画像ＧＳが得られることになる。
【００３８】
登録指紋画像メモリ１９ｆには、登録すべき被験者の指紋画像データを採取した際に、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳが、その指紋の回転方向の傾きを補正した状態にして記憶される。
【００３９】
照合指紋画像メモリ１９ｇには、前記登録指紋画像に対し比較照合すべき被験者の指紋画像データを採取した際に、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳが、その指紋の回転方向の傾きを補正した状態にして記憶される。
【００４０】
傾き角度メモリ１９ｈには、例えば第１の傾き角度算出処理（図８・図９参照）では、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳを画像認識し、その指紋Ｓにある個々の紋様の最大曲率位置を結んだ線を指紋採取の傾き軸Ｊとし、この軸Ｊの傾き角度θが記憶される。
【００４１】
つまり、前記登録指紋画像メモリ１９ｆに記憶される登録指紋画像データ、及び前記照合指紋画像メモリ１９ｇに記憶される照合指紋画像データは、何れも前記傾き軸Ｊによる傾き角度θ分の傾きが補正されて記憶されることになる。
【００４２】
相関値メモリ１９ｉには、例えば登録指紋画像データと照合指紋画像データとの各画像データ間で計算される相関係数値が記憶される。
【００４３】
ワークエリア１９ｊには、この指紋照合装置１０による各種の制御処理に伴い制御部（ＣＰＵ）１１に入出力される各種のデータが必要に応じて一時的に記憶保持される。
【００４４】
楕円パターンメモリ１９ｋには、第２の傾き角度算出処理（図１０・図１１参照）によって前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θを所定の楕円パターンＰとの比較相関により求めるための当該所定の標準楕円パターンＰが記憶される。
【００４５】
回転角度／相関値メモリ１９ｌには、前記第２の傾き角度算出処理では、標準楕円パターンＰを一定角度ずつ回転させながら入力指紋画像データＧＳとの間で相関係数値を算出した際の各回転角及び相関値が記憶され、また、第３の傾き角度算出処理（図１２・図１３参照）では、入力指紋画像データＧＳの中心分割軸Ｘを一定角度ずつ回転させながら当該分割軸Ｘを中心に分割されて対象となる両側の入力指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２同士の相関係数値を算出した際の各回転角及び相関値が記憶される。
【００４６】
次に、前記構成による指紋照合装置１０の動作について説明する。
【００４７】
図４は前記指紋照合装置１０による指紋データ採取処理を示すフローチャートである。
【００４８】
被験者の指紋画像を採取する際に、入力装置１５により指紋採取の指示操作が行われると、指紋読み取りユニット（図２参照）の読み取り透明板２１上にその指紋読み取り範囲Ｈに対応させて設けた４つの接触センサ１６ａ〜１６ｄからの指との接触検出信号がチェックされ（ステップＡ１）、全ての接触センサ１６ａ〜１６ｄから指との接触検出信号が出力されているか、つまり、指紋読み取り範囲Ｈ上に正しく被験者の指紋面が載せられたか判断される（ステップＡ２）。
【００４９】
ここで、前記４つの接触センサ１６ａ〜１６ｄのうち、１つの接触センサでも指との接触検出信号が出力されていない、つまり、指紋読み取り範囲Ｈ上に正しく被験者の指紋面が載せられていないと判断された場合には、指紋読み取りユニットに対する指の載せ方が不良であることを示すエラーメッセージが表示装置２０に出力され、ユーザに対しエラー報知される（ステップＡ２→Ａ３）。
【００５０】
一方、全ての接触センサ１６ａ〜１６ｄから指との接触検出信号が出力されている、つまり、指紋読み取り範囲Ｈ上に正しく被験者の指紋面が載せられたと判断された場合には、光源１８による照明をＯＦＦにした状態で、撮像素子１７により前記読み取り透明板２１上の指紋読み取り範囲Ｈに対応する指の指紋Ｓが第１の指紋画像データとして撮像され、ＲＡＭ１９内の第１指紋画像メモリ１９ａに格納される（ステップＡ２→Ａ４）。
【００５１】
続いて、光源１８による照明をＯＮにした状態で、撮像素子１７により前記読み取り透明板２１上の指紋読み取り範囲Ｈに対応する指の指紋Ｓが第２の指紋画像データとして撮像され、ＲＡＭ１９内の第２指紋画像メモリ１９ｂに格納される（ステップＡ５）。
【００５２】
すると、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された照明無しでの第１の指紋画像データと前記第２指紋画像メモリ１９ｂに格納された照明有りでの第２の指紋画像データとの各画素データ毎の差分が計算されて外光の回り込みによる明るさが除去された指紋画像データＧＳが求められ、入力指紋画像メモリ１９ｅに格納される（ステップＡ６）。
【００５３】
図５は前記指紋照合装置１０の指紋データ採取処理に伴う光量制御処理を示すフローチャートである。
【００５４】
この光量制御処理では、前記指紋データ採取処理（図４参照）に際して、光源１８による光量及び撮像素子１７による撮像速度（シャッタースピード）が最適制御されるもので、まず、前記ステップＡ４において、光源１８による照明をＯＦＦした状態での第１の指紋画像データが取り込まれると、当該第１の指紋画像データに基づき外光の回り込み光量が判断される（ステップＢ１）。
【００５５】
すると、この外光の回り込み光量に基づき、光源１８による光量、及び撮像素子１７による撮像速度（シャッタースピード）が設定制御される（ステップＢ２，Ｂ３）。
【００５６】
例えば外光による回り込み光量が多い場合には光源１８による照明の光量は増加設定され、少ない場合には減少設定され、また、外光による回り込み光量が多い場合には撮像素子１７によるシャッタースピードは速く、少ない場合には遅く設定されることで、外光による指紋画像への悪影響が極力抑制されるもので、これにより、入力指紋画像メモリ１９ｅには、指紋Ｓの周辺あるいは指紋Ｓを透過して回り込む外光の影響による明るさの部分は除去され、光源１８の照明によって指紋部分Ｓのみ明るさを得た指紋画像データＧＳが得られるようになる。
【００５７】
図６は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理を示すフローチャートである。
【００５８】
前記図４における指紋データ採取処理及び前記図５における光量制御処理に従って、登録すべき被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると（ステップＣ１）、図８における傾き角度算出処理に従って、当該入力された登録対象の指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θが算出される（ステップＣＥ）。
【００５９】
すると、この指紋Ｓの傾き角度θ分だけ前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されている登録対象の指紋画像データＧＳは回転補正され、指紋Ｓの傾きが無い状態での指紋画像データＧＳが登録指紋画像メモリ１９ｆに格納されて登録される（ステップＣ２）。
【００６０】
図７は前記指紋照合装置１０による指紋画像照合処理を示すフローチャートである。
【００６１】
前記図４における指紋データ採取処理及び前記図５における光量制御処理に従って、照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると（ステップＤ１）、図８における傾き角度算出処理に従って、当該入力された照合対象の指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θが算出される（ステップＤＥ）。
【００６２】
すると、この指紋Ｓの傾き角度θ分だけ前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されている照合対象の指紋画像データＧＳは回転補正され、指紋Ｓの傾きが無い状態での指紋画像データＧＳが照合指紋画像メモリ１９ｇに格納された後、この指紋Ｓの傾きが補正された照合指紋画像データと、前記同様に指紋Ｓの傾きが補正されて登録指紋画像メモリ１９ｆに格納された登録指紋画像データとが比較されてその相関係数値が算出され、相関値メモリ１９ｉに記憶される（ステップＤ２）。
【００６３】
そして、前記登録指紋画像データと照合指紋画像データとの相関係数値が予め設定された閾値以上であるか否か判断され、閾値以上の相関値が得られたと判断された場合には、登録指紋と照合指紋とが一致判定されて本人一致の判定メッセージが表示装置２０から出力され、また、閾値未満の相関値であると判断された場合には、登録指紋と照合指紋とは不一致判定されて本人不一致の判定メッセージが表示装置２０から出力される（ステップＤ３）。
【００６４】
（第１の傾き角度算出処理）
図８は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第１の傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【００６５】
図９は前記指紋照合装置１０の第１の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応する指紋Ｓの読み取り状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図である。
【００６６】
すなわち、指紋画像登録処理（図６参照）では登録対象となる被験者の指紋画像データＧＳが、また、指紋画像照合処理（図７参照）では照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると、この第１の傾き角度算出処理に移行され、まず、指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの紋様が画像認識され、複数の指紋の稜線それぞれにおける最大曲率となる位置が求められる（ステップＥ１）。
【００６７】
すると、前記指紋画像データＧＳにおける各指紋稜線それぞれの最大曲率位置を結ぶ軸Ｊが設定され（ステップＥ２）、当該軸Ｊの傾き角度θが計算されて、前記入力指紋画像ＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θとして求められ傾き角度メモリ１９ｈに記憶される（ステップＥ３）。
【００６８】
（第２の傾き角度算出処理）
図１０は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第２の傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【００６９】
図１１は前記指紋照合装置１０の第２の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳと相関係数の算出される標準楕円パターンＰを示す図である。
【００７０】
すなわち、指紋画像登録処理（図６参照）では登録対象となる被験者の指紋画像データＧＳが、また、指紋画像照合処理（図７参照）では照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると、この第２の傾き角度算出処理に移行され、まず、楕円パターンメモリ１９ｋに記憶されている標準楕円パターンＰが読み出される（ステップＥ１１）。
【００７１】
すると、この標準楕円パターンＰが所定角度ずつ回転処理されながら、その各回転位置での標準楕円パターンＰ毎に、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに採取格納された指紋画像データＧＳとの間で相関係数が計算され、当該楕円パターンＰの各回転角度と各回転角度に対応して計算された指紋画像データＧＳとの相関係数値とが、順次、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶される（ステップＥ１２〜Ｅ１３）。
【００７２】
そして、例えば±９０°の範囲について前記楕円パターンＰを所定角度ずつ回転した場合のそれぞれの回転角度における入力指紋画像データＧＳとの相関係数が計算されて、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶され、設定回転角度の全範囲に渡る相関値の計算が終了したと判断されると（ステップＥ１３）、当該回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶された楕円パターンＰの各回転角度に対応する入力指紋画像データＧＳとの相関値の内、最大の相関値が得られたところの回転角度が、前記入力指紋画像ＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θとして求められ傾き角度メモリ１９ｈに記憶される（ステップＥ１５）。
【００７３】
（第３の傾き角度算出処理）
図１２は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第３の傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【００７４】
図１３は前記指紋照合装置１０の第３の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）（Ｃ）は読み取り指紋画像データＧＳ上に異なる回転角度で分割軸Ｘを設定した場合の分割対称画像ＧＳ１：ＧＳ２間での相関状態を示す図である。
【００７５】
すなわち、指紋画像登録処理（図６参照）では登録対象となる被験者の指紋画像データＧＳが、また、指紋画像照合処理（図７参照）では照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると、この第３の傾き角度算出処理に移行され、まず、入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳの中央位置に分割軸Ｘ１が設定され、この分割軸Ｘ１を中心対称とする左右２つの指紋画像データＧＳ１，ＧＳ２に分けられる（ステップＥ２１）。
【００７６】
すると、この分割軸Ｘ１により分割された左右の指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２間において該分割軸Ｘ１を中心対称とする相関係数が計算され、その軸Ｘ１の角度と相関係数値が、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶される（ステップＥ２２）。
【００７７】
するとさらに、前記分割軸Ｘ１が所定角度ずつＸ２，Ｘ３，…と回転処理されながら、その各回転位置で分割された左右の指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２間における該分割軸Ｘ２，Ｘ３，…を中心対称とする相関係数が計算され、その都度、各対応する分割軸角度と相関係数値とが、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶される（ステップＥ２２〜Ｅ２４）。
【００７８】
そして、例えば±９０°の範囲について、前記分割軸ＸをＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…，Ｘｎと所定角度ずつ回転した場合のそれぞれの回転角度における分割対称指紋画像ＧＳ１：ＧＳ２間の相関係数が計算されて、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶され、設定回転角度の全範囲に渡る相関値の計算が終了したと判断されると（ステップＥ２３）、当該回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶された分割軸Ｘの各回転角度に対応する分割対称指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２間の相関値の内、最大の相関値が得られたところの分割軸Ｘの回転角度が、前記入力指紋画像ＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θとして求められ傾き角度メモリ１９ｈに記憶される（ステップＥ２５）。
【００７９】
したがって、前記構成の指紋照合装置１０による指紋画像の照合機能によれば、登録対象となる指紋画像データ及び照合対象となる指紋画像データを採取した際には、その何れの指紋画像データＧＳにあっても、当該指紋画像データＧＳ内における指紋Ｓの傾き角度θが求められると共に、この傾き角度θ分だけ指紋画像データＧＳが回転補正されて、指紋Ｓの傾きが無い状態での登録指紋画像データが登録指紋画像メモリ１９ｆに、同指紋Ｓの傾きが無い状態での照合指紋画像データが照合指紋画像メモリ１９ｇに格納される。そして、前記登録指紋画像データと照合指紋画像データとの比較相関により、照合一致の有無が判定されるので、登録指紋と照合指紋との照合処理時において、照合指紋画像データを所定角度ずつ回転させながら、その回転の都度、登録画像データとの比較判定を行うという大きな処理負担を強いられることなく、照合指紋の採取を行ってからその判定結果が得られるまでの時間を短縮できるようになる。
【００８０】
また、前記構成の指紋照合装置１０による指紋画像の照合機能によれば、指紋読み取り面Ｈの下側に設けた光源１８から照明をしない状態で撮像素子１７に取り込んだ第１の指紋画像と、照明をした状態で取り込んだ同一の第２の指紋画像との濃淡の差分を計算して入力指紋画像データＧＳとし、これを登録指紋画像データあるいは照合指紋画像データとして採取する構成としたので、外光の回り込みの影響により指紋採取の都度その指紋画像データの濃淡にばらつきが生じるのを防止することができ、登録本人の指紋画像が照合エラーとなるなどの不具合を解消することができる。
【００８１】
また、前記構成の指紋照合装置１０による指紋画像の照合機能によれば、光源１８から照明をしない状態で撮像素子１７に取り込んだ第１の指紋画像に基づき、外光の回り込み光量を判断し、光源１８による照明の光量及び撮像素子１７におけるシャッタースピード（撮像速度）を適切に可変設定し、より外光による影響の少ない指紋画像データを採取する構成としたので、さらに信頼性の高い指紋照合を行うことができる。
【００８２】
なお、前記実施形態では、登録指紋画像データならびに照合指紋画像データの何れにあっても、その指紋画像内の指紋Ｓの傾き角θを求め、該傾き角θ分だけ各指紋画像データを回転補正し、指紋採取時の傾きが無い状態にして登録指紋画像メモリ１９ｆならびに照合指紋画像メモリ１９ｇに記憶させ、各画像間の比較相関による照合判定の処理を画像回転などの重い処理を用いず非常に簡単に行う構成としたが、前記指紋Ｓの傾き角θを登録指紋画像データならびに照合指紋画像データの傾き情報として付加するようにし、各画像間の比較相関による照合判定に際して、一方の指紋画像の傾き角θ１に対し他方の指紋画像の傾き角θ２が合うように回転補正する構成としてもよい。この場合でも、予め各指紋画像における傾き角θが明確となっているので、直ちに指紋画像の回転方向を合わせ素速い照合処理を行うことができる。
【００８３】
なお、前記各実施形態において記載した手法、すなわち、前記図４のフローチャートで示した指紋データ採取処理、前記図５のフローチャートで示した光量制御処理、前記図６のフローチャートで示した指紋画像登録処理、前記図７のフローチャートで示した指紋画像照合処理、前記図８のフローチャートで示した第１の傾き角度算出処理、前記図１０のフローチャートで示した第２の傾き角度算出処理、前記図１２のフローチャートで示した第３の傾き角度算出処理などの各手法は、コンピュータに実行させることができるプログラムとして、メモリカード（ＲＯＭカード、ＲＡＭカード等）、磁気ディスク（フロッピ（Ｒ）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の外部記録媒体１３に格納して配布することができる。そして、指紋照合装置のコンピュータは、この外部記録媒体１３に記録されたプログラムを記憶装置１２に読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、前記各実施形態において説明した指紋画像の採取・照合機能を実現し、前述した手法による同様の処理を実行することができる。
【００８４】
また、前記各手法を実現するためのプログラムのデータは、プログラムコードの形態として通信ネットワークＮ上を伝送させることができ、このネットワークＮに接続された指紋照合装置の通信制御部１４によって前記のプログラムデータを取り込み、前述した指紋画像の採取・照合機能を実現することもできる。
【００８５】
本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る画像データ照合装置によれば、読み取られた指紋画像データにおける指紋の傾きが傾き算出手段により算出され、この算出された指紋画像データの傾きに基づいて照合される画像データの傾きが合わされる。そして、この指紋の傾きが合わされた照合指紋画像データと登録指紋画像データとが照合されるので、回転ずれのない適切な指紋画像により容易に指紋照合を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像データ照合装置の実施形態に係る指紋照合装置１０の電子回路の構成を示すブロック図。
【図２】前記指紋照合装置１０における指紋読み取りユニットの構成を示す図。
【図３】前記指紋照合装置１０のＲＡＭ１９に確保されるデータメモリを示す図。
【図４】前記指紋照合装置１０による指紋データ採取処理を示すフローチャート。
【図５】前記指紋照合装置１０の指紋データ採取処理に伴う光量制御処理を示すフローチャート。
【図６】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理を示すフローチャート。
【図７】前記指紋照合装置１０による指紋画像照合処理を示すフローチャート。
【図８】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第１の傾き角度算出処理を示すフローチャート。
【図９】前記指紋照合装置１０の第１の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応する指紋Ｓの読み取り状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図。
【図１０】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第２の傾き角度算出処理を示すフローチャート。
【図１１】前記指紋照合装置１０の第２の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳと相関係数の算出される標準楕円パターンＰを示す図。
【図１２】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第３の傾き角度算出処理を示すフローチャート。
【図１３】前記指紋照合装置１０の第３の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）（Ｃ）は読み取り指紋画像データＧＳ上に異なる回転角度で分割軸Ｘを設定した場合の分割対称画像ＧＳ１：ＧＳ２間での相関状態を示す図。
【符号の説明】
１０ …指紋照合装置
１１ …制御部（ＣＰＵ）
１２ …記憶装置
１３ …外部記録媒体
１４ …通信制御部
１５ …入力装置
１６（１６ａ〜１６ｄ）…接触センサ
１７ …撮像素子
１８（１８ａ，１８ｂ）…光源
１９ …ＲＡＭ
１９ａ…第１指紋画像メモリ
１９ｂ…第２指紋画像メモリ
１９ｃ…光量設定メモリ
１９ｄ…シャッタースピード設定メモリ
１９ｅ…入力指紋画像メモリ
１９ｆ…登録指紋画像メモリ
１９ｇ…照合指紋画像メモリ
１９ｈ…傾き角度メモリ
１９ｉ…相関値メモリ
１９ｊ…ワークエリア
１９ｋ…楕円パターンメモリ
１９ｌ…回転角度／相関値メモリ
２０ …表示装置
２１ …読み取り透明板
２２ …撮像レンズ
Ｎ …通信ネットワーク
Ｈ …指紋読み取り範囲
ＧＳ…指紋画像データ
Ｓ …指紋
Ｊ …指紋中心軸
θ …指紋傾き角
Ｐ …標準楕円パターン
Ｘ …指紋分割軸
ＧＳ１，ＧＳ２…分割対称指紋画像データ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば指紋画像を照合するための画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば本人であるか否かの認証行う技術的手段として、予め登録された指紋画像と本人確認のために読み込まれた指紋画像とを照合してその類似度を判定し、この照合類似度が所定の類似度より高い場合に本人であるとして認証する指紋画像の照合装置が考えられている。
【０００３】
このような指紋画像の照合装置では、登録された指紋画像（登録画像）と今回読み込まれた指紋画像（照合画像）との類似度を判定するのに、まず、登録画像上に矩形領域を定義し、この矩形領域と同一形状の領域を照合画像上に設定する。そして、この照合画像上での設定領域の位置を変化させながら、登録画像と照合画像上のこれら領域間の画像の相関係数を求め、最大の相関関係が得られた照合画像上での矩形領域の位置と、その相関係数の値に基づいて類似度を判定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記指紋画像の照合装置では、指紋画像のイメージ読み取りに際して、その読み取り窓に置かれる被験者の指の角度がその都度異なってくるため、登録指紋画像と照合指紋画像との照合に際し、照合指紋画像を回転させながら、その各回転された照合指紋画像のそれぞれについて前記の矩形領域を設定した相関係数の計算を行わなければならない。
【０００５】
このため特に、登録指紋画像に対し、照合指紋画像における指紋の読み取り角度が大きく異なる場合には、照合指紋画像を所定角度ずつ回転しながらの登録指紋画像との相関係数の計算処理量が増大し、照合指紋画像のイメージ読み取りを行ってから判定結果が得られるまでに多大な時間を要してしまう。
【０００６】
また、指紋画像のイメージ読み取りに際しては、読み取り窓に置いた被験者の指の周囲から回り込んで入射する外光や該指を透過して入射する外光の影響で、指紋画像の濃度がその都度異なってくるため、登録指紋画像と照合指紋画像との濃淡のばらつきが大きい場合には、照合指紋画像が登録指紋画像の本人の指紋画像である場合でも、照合エラーとなることがあり、認証不能になる問題がある。
【０００７】
本発明は、前記のような問題に鑑みなされたもので、指紋画像の照合を行うのに際し、回転ずれのない適切な指紋画像を取り込み、容易に指紋照合を行うことが可能になる画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る画像データ照合装置は、予め登録された指紋画像と新たに読み取った指紋画像とを比較して照合する画像データ照合装置であって、指紋画像データに対し所定の楕円パターンを一定角度ずつ回転させながら各回転角度における相関値を算出し、最大の相関値が算出されたところの該楕円パターンの回転角度を前記指紋画像データにおける指紋の傾きとする傾き算出手段と、この傾き算出手段により算出された指紋画像データの傾きに基づいて照合される画像データの傾きを合わせる傾き補正手段と、この傾き補正手段により指紋の傾きが合わされた照合指紋画像データと登録指紋画像データとを照合する画像照合手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【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について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の画像データ照合装置の実施形態に係る指紋照合装置１０の電子回路の構成を示すブロック図である。
【００１４】
この指紋照合装置１０の電子回路は、コンピュータにより構成されるもので、ＣＰＵからなる制御部１１を備えている。
【００１５】
制御部（ＣＰＵ）１１は、記憶装置１２に予め記憶されている制御プログラム、あるいはフロッピ（Ｒ）ディスクＦＤなどの外部記録媒体１３からフロッピディスク（Ｒ）ドライブＦＤＤなどの記録媒体読み取り部によって記憶装置１２に読み込まれた指紋照合処理プログラム、あるいは外部のコンピュータ端末（プログラムサーバ）から通信ネットワークＮを経由し通信制御部１４を介して記憶装置１２に読み込まれた指紋照合処理プログラムを起動させ、ＲＡＭ１９をワークメモリとして回路各部の動作を制御する。
【００１６】
記憶装置１２は、半導体メモリのＲＯＭやハードディスク装置ＨＤ等で構成し、本照合装置の電源投入直後に制御部（ＣＰＵ）１１により読み出される前述の制御プログラムを予め格納している。
【００１７】
なお、この記憶装置１２に格納される指紋照合処理の制御プログラムとしては、指紋データ採取処理（図４参照）、光量制御処理（図５参照）、登録処理（図６参照）、照合処理（図７参照）、傾き角度算出処理（図８・図１０・図１２参照）が含まれる。
【００１８】
ＲＡＭ１９は、前述の制御プログラムを実行する際に制御部（ＣＰＵ）１１が使用するワークメモリである。
【００１９】
そして、記憶装置１２に格納されている指紋照合処理の制御プログラムは、入力装置１５からの入力信号に応じて起動されるもので、制御部（ＣＰＵ）１１には、前記記憶装置１２、通信制御部１４、入力装置１５、ＲＡＭ１９が接続される他に、接触センサ１６（１６ａ〜１６ｄ）、撮像素子１７、光源１８（１８ａ，１８ｂ）、表示装置２０が接続される。
【００２０】
接触センサ１６（１６ａ〜１６ｄ）は、指紋読み取りユニット（図２参照）における読み取り透明板２１の読み取り面上において、例えば一般成人の指紋面積に応じて予め設定された指紋読み取り範囲Ｈの４角に透明体として設けられ、指紋画像の読み取りに際しての指の接触を検出するもので、この接触センサ１６（１６ａ〜１６ｄ）の全てにおいて指との接触が検出されることで、指紋読み取り範囲Ｈの正しい位置に指が載せられたと判断される。
【００２１】
撮像素子１７は、指紋読み取りユニット（図２参照）に備えられ、ＣＣＤ（電荷結合素子）などのイメージセンサからなるもので、被験者の登録指紋画像や照合指紋画像を光学的に撮像し、その画像データを該画像の濃淡階調に対応した電気信号に変換して出力する。この撮像素子１７における撮像速度（シャッタースピード）は、読み取り透明板２１に載せられた被験者の指紋面の周囲から入り込む回り込み光量に応じて可変設定されるもので、例えば回り込み光量が多い場合にはシャッタースピードは速く、少ない場合には遅く設定される。
【００２２】
光源１８（１８ａ，１８ｂ）は、指紋読み取りユニット（図２参照）における読み取り透明板２１の下側に配設され、読み取り透明板２１上の読み取り面に載せられた被験者の指紋面を照明するもので、この光源１８における照明の光量は、読み取り透明板２１に載せられた被験者の指紋面の周囲から入り込む回り込み光量に応じて可変設定される。例えば回り込み光量が多い場合には照明の光量は増加設定され、少ない場合には減少設定される。
【００２３】
表示部２０は、登録指紋画像と照合指紋画像との照合の判定結果を表示する、例えばＣＲＴや液晶などといったディスプレイ装置である。
【００２４】
入力装置１５は、本照合装置の使用者が指紋画像の採取指示や後述の指紋照合処理の開始を制御部（ＣＰＵ）１１に指示するための、例えばキーボード装置などの入力装置である。
【００２５】
図２は前記指紋照合装置１０における指紋読み取りユニットの構成を示す図である。
【００２６】
この指紋読み取りユニットには、被験者の指をその指紋面を接触させて載せるための読み取り透明板２１が備えられ、この読み取り透明板２１の読み取り面における指紋読み取り範囲Ｈの４角には、指紋画像の読み取りに際し指の接触を検出するための透明体の接触センサ１６ａ〜１６ｄが設けられる。
【００２７】
また、前記読み取り透明板２１の指紋読み取り範囲Ｈに対応する下側には、撮像レンズ２２が配設され、この撮像レンズ２２を介し前記透明板２１の読み取り面を焦点距離とする該撮像レンズ２２の下側に、撮像素子１７が配置される。
【００２８】
そして、前記読み取り透明板２１の下側における撮像レンズ２２の両側には、光源１８ａ，１８ｂが配設され、透明板２１に載せられた被験者の指の指紋面を照明する。
【００２９】
なお、指紋画像の読み取りに際しては、接触センサ１６ａ〜１６ｄの全てにおいて指との接触が検出されることで、指紋読み取り範囲Ｈの正しい位置に指が載せられたと判断される。
【００３０】
図３は前記指紋照合装置１０のＲＡＭ１９に確保されるデータメモリを示す図である。
【００３１】
ＲＡＭ１９には、第１指紋画像メモリ１９ａ、第２指紋画像メモリ１９ｂ、光量設定メモリ１９ｃ、シャッタースピード設定メモリ１９ｄ、入力指紋画像メモリ１９ｅ、登録指紋画像メモリ１９ｆ、照合指紋画像メモリ１９ｇ、傾き角度メモリ１９ｈ、相関値メモリ１９ｉ、ワークエリア１９ｊが確保され、さらに、楕円パターンメモリ１９ｋ、回転角度／相関値メモリ１９ｌが用意される。
【００３２】
第１指紋画像メモリ１９ａには、指紋データの採取処理（図４参照）に際して、光源１８による照明を行わない状態で撮像素子１７により撮像された指紋画像データが第１の指紋画像として格納される。
【００３３】
第２指紋画像メモリ１９ｂには、指紋データの採取処理（図４参照）に際して、光源１８による照明を行った状態で撮像素子１７により撮像された指紋画像データが第２の指紋画像として格納される。
【００３４】
光量設定メモリ１９ｃには、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された第１の指紋画像データに基づき判断された回り込み光量に応じた光源１８用の光量が設定記憶される。
【００３５】
シャッタースピード設定メモリ１９ｄには、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された第１の指紋画像データに基づき判断された回り込み光量に応じた撮像素子１７用のシャッタースピードが設定記憶される。
【００３６】
入力指紋画像メモリ１９ｅには、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された第１の指紋画像データと、前記設定光量及び設定シャッタースピードに従い撮像素子１７に撮像されて第２指紋画像メモリ１９ｂに格納された第２の指紋画像データとの差分が、被験者の指紋画像データＧＳとして格納される。
【００３７】
つまり、光源１８による照明を行わないで撮像した第１の指紋画像データと、当該光源１８による照明を行って撮像した第２の指紋画像データとの差分を被験者の指紋画像データＧＳとして採取することで、指紋Ｓの周辺あるいは指紋Ｓを透過して回り込む外光の影響による明るさの部分は除去され、光源１８の照明によって指紋部分Ｓのみ明るさを得た指紋画像ＧＳが得られることになる。
【００３８】
登録指紋画像メモリ１９ｆには、登録すべき被験者の指紋画像データを採取した際に、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳが、その指紋の回転方向の傾きを補正した状態にして記憶される。
【００３９】
照合指紋画像メモリ１９ｇには、前記登録指紋画像に対し比較照合すべき被験者の指紋画像データを採取した際に、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳが、その指紋の回転方向の傾きを補正した状態にして記憶される。
【００４０】
傾き角度メモリ１９ｈには、例えば第１の傾き角度算出処理（図８・図９参照）では、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳを画像認識し、その指紋Ｓにある個々の紋様の最大曲率位置を結んだ線を指紋採取の傾き軸Ｊとし、この軸Ｊの傾き角度θが記憶される。
【００４１】
つまり、前記登録指紋画像メモリ１９ｆに記憶される登録指紋画像データ、及び前記照合指紋画像メモリ１９ｇに記憶される照合指紋画像データは、何れも前記傾き軸Ｊによる傾き角度θ分の傾きが補正されて記憶されることになる。
【００４２】
相関値メモリ１９ｉには、例えば登録指紋画像データと照合指紋画像データとの各画像データ間で計算される相関係数値が記憶される。
【００４３】
ワークエリア１９ｊには、この指紋照合装置１０による各種の制御処理に伴い制御部（ＣＰＵ）１１に入出力される各種のデータが必要に応じて一時的に記憶保持される。
【００４４】
楕円パターンメモリ１９ｋには、第２の傾き角度算出処理（図１０・図１１参照）によって前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θを所定の楕円パターンＰとの比較相関により求めるための当該所定の標準楕円パターンＰが記憶される。
【００４５】
回転角度／相関値メモリ１９ｌには、前記第２の傾き角度算出処理では、標準楕円パターンＰを一定角度ずつ回転させながら入力指紋画像データＧＳとの間で相関係数値を算出した際の各回転角及び相関値が記憶され、また、第３の傾き角度算出処理（図１２・図１３参照）では、入力指紋画像データＧＳの中心分割軸Ｘを一定角度ずつ回転させながら当該分割軸Ｘを中心に分割されて対象となる両側の入力指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２同士の相関係数値を算出した際の各回転角及び相関値が記憶される。
【００４６】
次に、前記構成による指紋照合装置１０の動作について説明する。
【００４７】
図４は前記指紋照合装置１０による指紋データ採取処理を示すフローチャートである。
【００４８】
被験者の指紋画像を採取する際に、入力装置１５により指紋採取の指示操作が行われると、指紋読み取りユニット（図２参照）の読み取り透明板２１上にその指紋読み取り範囲Ｈに対応させて設けた４つの接触センサ１６ａ〜１６ｄからの指との接触検出信号がチェックされ（ステップＡ１）、全ての接触センサ１６ａ〜１６ｄから指との接触検出信号が出力されているか、つまり、指紋読み取り範囲Ｈ上に正しく被験者の指紋面が載せられたか判断される（ステップＡ２）。
【００４９】
ここで、前記４つの接触センサ１６ａ〜１６ｄのうち、１つの接触センサでも指との接触検出信号が出力されていない、つまり、指紋読み取り範囲Ｈ上に正しく被験者の指紋面が載せられていないと判断された場合には、指紋読み取りユニットに対する指の載せ方が不良であることを示すエラーメッセージが表示装置２０に出力され、ユーザに対しエラー報知される（ステップＡ２→Ａ３）。
【００５０】
一方、全ての接触センサ１６ａ〜１６ｄから指との接触検出信号が出力されている、つまり、指紋読み取り範囲Ｈ上に正しく被験者の指紋面が載せられたと判断された場合には、光源１８による照明をＯＦＦにした状態で、撮像素子１７により前記読み取り透明板２１上の指紋読み取り範囲Ｈに対応する指の指紋Ｓが第１の指紋画像データとして撮像され、ＲＡＭ１９内の第１指紋画像メモリ１９ａに格納される（ステップＡ２→Ａ４）。
【００５１】
続いて、光源１８による照明をＯＮにした状態で、撮像素子１７により前記読み取り透明板２１上の指紋読み取り範囲Ｈに対応する指の指紋Ｓが第２の指紋画像データとして撮像され、ＲＡＭ１９内の第２指紋画像メモリ１９ｂに格納される（ステップＡ５）。
【００５２】
すると、前記第１指紋画像メモリ１９ａに格納された照明無しでの第１の指紋画像データと前記第２指紋画像メモリ１９ｂに格納された照明有りでの第２の指紋画像データとの各画素データ毎の差分が計算されて外光の回り込みによる明るさが除去された指紋画像データＧＳが求められ、入力指紋画像メモリ１９ｅに格納される（ステップＡ６）。
【００５３】
図５は前記指紋照合装置１０の指紋データ採取処理に伴う光量制御処理を示すフローチャートである。
【００５４】
この光量制御処理では、前記指紋データ採取処理（図４参照）に際して、光源１８による光量及び撮像素子１７による撮像速度（シャッタースピード）が最適制御されるもので、まず、前記ステップＡ４において、光源１８による照明をＯＦＦした状態での第１の指紋画像データが取り込まれると、当該第１の指紋画像データに基づき外光の回り込み光量が判断される（ステップＢ１）。
【００５５】
すると、この外光の回り込み光量に基づき、光源１８による光量、及び撮像素子１７による撮像速度（シャッタースピード）が設定制御される（ステップＢ２，Ｂ３）。
【００５６】
例えば外光による回り込み光量が多い場合には光源１８による照明の光量は増加設定され、少ない場合には減少設定され、また、外光による回り込み光量が多い場合には撮像素子１７によるシャッタースピードは速く、少ない場合には遅く設定されることで、外光による指紋画像への悪影響が極力抑制されるもので、これにより、入力指紋画像メモリ１９ｅには、指紋Ｓの周辺あるいは指紋Ｓを透過して回り込む外光の影響による明るさの部分は除去され、光源１８の照明によって指紋部分Ｓのみ明るさを得た指紋画像データＧＳが得られるようになる。
【００５７】
図６は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理を示すフローチャートである。
【００５８】
前記図４における指紋データ採取処理及び前記図５における光量制御処理に従って、登録すべき被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると（ステップＣ１）、図８における傾き角度算出処理に従って、当該入力された登録対象の指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θが算出される（ステップＣＥ）。
【００５９】
すると、この指紋Ｓの傾き角度θ分だけ前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されている登録対象の指紋画像データＧＳは回転補正され、指紋Ｓの傾きが無い状態での指紋画像データＧＳが登録指紋画像メモリ１９ｆに格納されて登録される（ステップＣ２）。
【００６０】
図７は前記指紋照合装置１０による指紋画像照合処理を示すフローチャートである。
【００６１】
前記図４における指紋データ採取処理及び前記図５における光量制御処理に従って、照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると（ステップＤ１）、図８における傾き角度算出処理に従って、当該入力された照合対象の指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θが算出される（ステップＤＥ）。
【００６２】
すると、この指紋Ｓの傾き角度θ分だけ前記入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されている照合対象の指紋画像データＧＳは回転補正され、指紋Ｓの傾きが無い状態での指紋画像データＧＳが照合指紋画像メモリ１９ｇに格納された後、この指紋Ｓの傾きが補正された照合指紋画像データと、前記同様に指紋Ｓの傾きが補正されて登録指紋画像メモリ１９ｆに格納された登録指紋画像データとが比較されてその相関係数値が算出され、相関値メモリ１９ｉに記憶される（ステップＤ２）。
【００６３】
そして、前記登録指紋画像データと照合指紋画像データとの相関係数値が予め設定された閾値以上であるか否か判断され、閾値以上の相関値が得られたと判断された場合には、登録指紋と照合指紋とが一致判定されて本人一致の判定メッセージが表示装置２０から出力され、また、閾値未満の相関値であると判断された場合には、登録指紋と照合指紋とは不一致判定されて本人不一致の判定メッセージが表示装置２０から出力される（ステップＤ３）。
【００６４】
（第１の傾き角度算出処理）
図８は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第１の傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【００６５】
図９は前記指紋照合装置１０の第１の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応する指紋Ｓの読み取り状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図である。
【００６６】
すなわち、指紋画像登録処理（図６参照）では登録対象となる被験者の指紋画像データＧＳが、また、指紋画像照合処理（図７参照）では照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると、この第１の傾き角度算出処理に移行され、まず、指紋画像データＧＳにおける指紋Ｓの紋様が画像認識され、複数の指紋の稜線それぞれにおける最大曲率となる位置が求められる（ステップＥ１）。
【００６７】
すると、前記指紋画像データＧＳにおける各指紋稜線それぞれの最大曲率位置を結ぶ軸Ｊが設定され（ステップＥ２）、当該軸Ｊの傾き角度θが計算されて、前記入力指紋画像ＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θとして求められ傾き角度メモリ１９ｈに記憶される（ステップＥ３）。
【００６８】
（第２の傾き角度算出処理）
図１０は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第２の傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【００６９】
図１１は前記指紋照合装置１０の第２の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳと相関係数の算出される標準楕円パターンＰを示す図である。
【００７０】
すなわち、指紋画像登録処理（図６参照）では登録対象となる被験者の指紋画像データＧＳが、また、指紋画像照合処理（図７参照）では照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると、この第２の傾き角度算出処理に移行され、まず、楕円パターンメモリ１９ｋに記憶されている標準楕円パターンＰが読み出される（ステップＥ１１）。
【００７１】
すると、この標準楕円パターンＰが所定角度ずつ回転処理されながら、その各回転位置での標準楕円パターンＰ毎に、前記入力指紋画像メモリ１９ｅに採取格納された指紋画像データＧＳとの間で相関係数が計算され、当該楕円パターンＰの各回転角度と各回転角度に対応して計算された指紋画像データＧＳとの相関係数値とが、順次、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶される（ステップＥ１２〜Ｅ１３）。
【００７２】
そして、例えば±９０°の範囲について前記楕円パターンＰを所定角度ずつ回転した場合のそれぞれの回転角度における入力指紋画像データＧＳとの相関係数が計算されて、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶され、設定回転角度の全範囲に渡る相関値の計算が終了したと判断されると（ステップＥ１３）、当該回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶された楕円パターンＰの各回転角度に対応する入力指紋画像データＧＳとの相関値の内、最大の相関値が得られたところの回転角度が、前記入力指紋画像ＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θとして求められ傾き角度メモリ１９ｈに記憶される（ステップＥ１５）。
【００７３】
（第３の傾き角度算出処理）
図１２は前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第３の傾き角度算出処理を示すフローチャートである。
【００７４】
図１３は前記指紋照合装置１０の第３の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）（Ｃ）は読み取り指紋画像データＧＳ上に異なる回転角度で分割軸Ｘを設定した場合の分割対称画像ＧＳ１：ＧＳ２間での相関状態を示す図である。
【００７５】
すなわち、指紋画像登録処理（図６参照）では登録対象となる被験者の指紋画像データＧＳが、また、指紋画像照合処理（図７参照）では照合対象となる被験者の指紋画像データＧＳが採取され、ＲＡＭ１９内の入力指紋画像メモリ１９ｅに格納されると、この第３の傾き角度算出処理に移行され、まず、入力指紋画像メモリ１９ｅに格納された指紋画像データＧＳの中央位置に分割軸Ｘ１が設定され、この分割軸Ｘ１を中心対称とする左右２つの指紋画像データＧＳ１，ＧＳ２に分けられる（ステップＥ２１）。
【００７６】
すると、この分割軸Ｘ１により分割された左右の指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２間において該分割軸Ｘ１を中心対称とする相関係数が計算され、その軸Ｘ１の角度と相関係数値が、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶される（ステップＥ２２）。
【００７７】
するとさらに、前記分割軸Ｘ１が所定角度ずつＸ２，Ｘ３，…と回転処理されながら、その各回転位置で分割された左右の指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２間における該分割軸Ｘ２，Ｘ３，…を中心対称とする相関係数が計算され、その都度、各対応する分割軸角度と相関係数値とが、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶される（ステップＥ２２〜Ｅ２４）。
【００７８】
そして、例えば±９０°の範囲について、前記分割軸ＸをＸ１，Ｘ２，Ｘ３，…，Ｘｎと所定角度ずつ回転した場合のそれぞれの回転角度における分割対称指紋画像ＧＳ１：ＧＳ２間の相関係数が計算されて、回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶され、設定回転角度の全範囲に渡る相関値の計算が終了したと判断されると（ステップＥ２３）、当該回転角度／相関値メモリ１９ｌに記憶された分割軸Ｘの各回転角度に対応する分割対称指紋画像データＧＳ１：ＧＳ２間の相関値の内、最大の相関値が得られたところの分割軸Ｘの回転角度が、前記入力指紋画像ＧＳにおける指紋Ｓの傾き角度θとして求められ傾き角度メモリ１９ｈに記憶される（ステップＥ２５）。
【００７９】
したがって、前記構成の指紋照合装置１０による指紋画像の照合機能によれば、登録対象となる指紋画像データ及び照合対象となる指紋画像データを採取した際には、その何れの指紋画像データＧＳにあっても、当該指紋画像データＧＳ内における指紋Ｓの傾き角度θが求められると共に、この傾き角度θ分だけ指紋画像データＧＳが回転補正されて、指紋Ｓの傾きが無い状態での登録指紋画像データが登録指紋画像メモリ１９ｆに、同指紋Ｓの傾きが無い状態での照合指紋画像データが照合指紋画像メモリ１９ｇに格納される。そして、前記登録指紋画像データと照合指紋画像データとの比較相関により、照合一致の有無が判定されるので、登録指紋と照合指紋との照合処理時において、照合指紋画像データを所定角度ずつ回転させながら、その回転の都度、登録画像データとの比較判定を行うという大きな処理負担を強いられることなく、照合指紋の採取を行ってからその判定結果が得られるまでの時間を短縮できるようになる。
【００８０】
また、前記構成の指紋照合装置１０による指紋画像の照合機能によれば、指紋読み取り面Ｈの下側に設けた光源１８から照明をしない状態で撮像素子１７に取り込んだ第１の指紋画像と、照明をした状態で取り込んだ同一の第２の指紋画像との濃淡の差分を計算して入力指紋画像データＧＳとし、これを登録指紋画像データあるいは照合指紋画像データとして採取する構成としたので、外光の回り込みの影響により指紋採取の都度その指紋画像データの濃淡にばらつきが生じるのを防止することができ、登録本人の指紋画像が照合エラーとなるなどの不具合を解消することができる。
【００８１】
また、前記構成の指紋照合装置１０による指紋画像の照合機能によれば、光源１８から照明をしない状態で撮像素子１７に取り込んだ第１の指紋画像に基づき、外光の回り込み光量を判断し、光源１８による照明の光量及び撮像素子１７におけるシャッタースピード（撮像速度）を適切に可変設定し、より外光による影響の少ない指紋画像データを採取する構成としたので、さらに信頼性の高い指紋照合を行うことができる。
【００８２】
なお、前記実施形態では、登録指紋画像データならびに照合指紋画像データの何れにあっても、その指紋画像内の指紋Ｓの傾き角θを求め、該傾き角θ分だけ各指紋画像データを回転補正し、指紋採取時の傾きが無い状態にして登録指紋画像メモリ１９ｆならびに照合指紋画像メモリ１９ｇに記憶させ、各画像間の比較相関による照合判定の処理を画像回転などの重い処理を用いず非常に簡単に行う構成としたが、前記指紋Ｓの傾き角θを登録指紋画像データならびに照合指紋画像データの傾き情報として付加するようにし、各画像間の比較相関による照合判定に際して、一方の指紋画像の傾き角θ１に対し他方の指紋画像の傾き角θ２が合うように回転補正する構成としてもよい。この場合でも、予め各指紋画像における傾き角θが明確となっているので、直ちに指紋画像の回転方向を合わせ素速い照合処理を行うことができる。
【００８３】
なお、前記各実施形態において記載した手法、すなわち、前記図４のフローチャートで示した指紋データ採取処理、前記図５のフローチャートで示した光量制御処理、前記図６のフローチャートで示した指紋画像登録処理、前記図７のフローチャートで示した指紋画像照合処理、前記図８のフローチャートで示した第１の傾き角度算出処理、前記図１０のフローチャートで示した第２の傾き角度算出処理、前記図１２のフローチャートで示した第３の傾き角度算出処理などの各手法は、コンピュータに実行させることができるプログラムとして、メモリカード（ＲＯＭカード、ＲＡＭカード等）、磁気ディスク（フロッピ（Ｒ）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の外部記録媒体１３に格納して配布することができる。そして、指紋照合装置のコンピュータは、この外部記録媒体１３に記録されたプログラムを記憶装置１２に読み込み、この読み込んだプログラムによって動作が制御されることにより、前記各実施形態において説明した指紋画像の採取・照合機能を実現し、前述した手法による同様の処理を実行することができる。
【００８４】
また、前記各手法を実現するためのプログラムのデータは、プログラムコードの形態として通信ネットワークＮ上を伝送させることができ、このネットワークＮに接続された指紋照合装置の通信制御部１４によって前記のプログラムデータを取り込み、前述した指紋画像の採取・照合機能を実現することもできる。
【００８５】
本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る画像データ照合装置によれば、読み取られた指紋画像データにおける指紋の傾きが傾き算出手段により算出され、この算出された指紋画像データの傾きに基づいて照合される画像データの傾きが合わされる。そして、この指紋の傾きが合わされた照合指紋画像データと登録指紋画像データとが照合されるので、回転ずれのない適切な指紋画像により容易に指紋照合を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像データ照合装置の実施形態に係る指紋照合装置１０の電子回路の構成を示すブロック図。
【図２】前記指紋照合装置１０における指紋読み取りユニットの構成を示す図。
【図３】前記指紋照合装置１０のＲＡＭ１９に確保されるデータメモリを示す図。
【図４】前記指紋照合装置１０による指紋データ採取処理を示すフローチャート。
【図５】前記指紋照合装置１０の指紋データ採取処理に伴う光量制御処理を示すフローチャート。
【図６】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理を示すフローチャート。
【図７】前記指紋照合装置１０による指紋画像照合処理を示すフローチャート。
【図８】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第１の傾き角度算出処理を示すフローチャート。
【図９】前記指紋照合装置１０の第１の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応する指紋Ｓの読み取り状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図。
【図１０】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第２の傾き角度算出処理を示すフローチャート。
【図１１】前記指紋照合装置１０の第２の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）は読み取り指紋画像データＧＳと相関係数の算出される標準楕円パターンＰを示す図。
【図１２】前記指紋照合装置１０による指紋画像登録処理ならびに指紋画像照合処理に伴う第３の傾き角度算出処理を示すフローチャート。
【図１３】前記指紋照合装置１０の第３の傾き角度算出処理に伴う指紋傾き角θの算出原理を示す図であり、同図（Ａ）は指紋読み取り範囲Ｈに対応して読み取られた指紋画像データＧＳの入力指紋画像メモリ１９ｅにおける格納状態を示す図、同図（Ｂ）（Ｃ）は読み取り指紋画像データＧＳ上に異なる回転角度で分割軸Ｘを設定した場合の分割対称画像ＧＳ１：ＧＳ２間での相関状態を示す図。
【符号の説明】
１０ …指紋照合装置
１１ …制御部（ＣＰＵ）
１２ …記憶装置
１３ …外部記録媒体
１４ …通信制御部
１５ …入力装置
１６（１６ａ〜１６ｄ）…接触センサ
１７ …撮像素子
１８（１８ａ，１８ｂ）…光源
１９ …ＲＡＭ
１９ａ…第１指紋画像メモリ
１９ｂ…第２指紋画像メモリ
１９ｃ…光量設定メモリ
１９ｄ…シャッタースピード設定メモリ
１９ｅ…入力指紋画像メモリ
１９ｆ…登録指紋画像メモリ
１９ｇ…照合指紋画像メモリ
１９ｈ…傾き角度メモリ
１９ｉ…相関値メモリ
１９ｊ…ワークエリア
１９ｋ…楕円パターンメモリ
１９ｌ…回転角度／相関値メモリ
２０ …表示装置
２１ …読み取り透明板
２２ …撮像レンズ
Ｎ …通信ネットワーク
Ｈ …指紋読み取り範囲
ＧＳ…指紋画像データ
Ｓ …指紋
Ｊ …指紋中心軸
θ …指紋傾き角
Ｐ …標準楕円パターン
Ｘ …指紋分割軸
ＧＳ１，ＧＳ２…分割対称指紋画像データ
Claims (2)
- 予め登録された指紋画像と新たに読み取った指紋画像とを比較して照合する画像データ照合装置であって、
指紋画像データに対し所定の楕円パターンを一定角度ずつ回転させながら各回転角度における相関値を算出し、最大の相関値が算出されたところの該楕円パターンの回転角度を前記指紋画像データにおける指紋の傾きとする傾き算出手段と、
この傾き算出手段により算出された指紋画像データの傾きに基づいて照合される画像データの傾きを合わせる傾き補正手段と、
この傾き補正手段により指紋の傾きが合わされた照合指紋画像データと登録指紋画像データとを照合する画像照合手段と、
を備えたことを特徴とする画像データ照合装置。 - コンピュータを制御して予め登録された指紋画像と新たに読み取った指紋画像とを比較して照合するための画像データ照合処理プログラムであって、
前記コンピュータを、
指紋画像データに対し所定の楕円パターンを一定角度ずつ回転させながら各回転角度における相関値を算出し、最大の相関値が算出されたところの該楕円パターンの回転角度を前記指紋画像データにおける指紋の傾きとする傾き算出手段、
この傾き算出手段により算出された指紋画像データの傾きに基づいて照合される画像データの傾きを合わせる傾き補正手段、
この傾き補正手段により指紋の傾きが合わされた照合指紋画像データと登録指紋画像データとを照合する画像照合手段、
として機能させるようにしたコンピュータ読み込み可能な画像データ照合処理プログラム。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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| JP2001138729A JP3873167B2 (ja) | 2001-05-09 | 2001-05-09 | 画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラム |
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| JP2001138729A Expired - Fee Related JP3873167B2 (ja) | 2001-05-09 | 2001-05-09 | 画像データ照合装置、及び画像データ照合処理プログラム |
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