JP4588577B2 - Palmprint authentication apparatus, palmprint authentication program, palmprint authentication method, palmprint image extraction method, and mobile phone terminal provided with palmprint authentication apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、手の平の掌紋を使って電子的な認証を行う掌紋認証にかかり、特に、手の平の一部分の掌紋によって認証を行う掌紋認証に関する。   The present invention relates to palm print authentication that performs electronic authentication using a palm palm print, and more particularly to palm print authentication that performs authentication using a palm print of a part of the palm.

近年、電子商取引や入退場管理など日常の様々な場面において、電子的な個人認証が広く利用されるようになっている。こうした個人認証には、以前からIDカードやパスワード等を使った単純な方法も用いられているが、より高い信頼性でセキュリティを確保することが可能な方法として、指紋や眼の虹彩、声など人間の身体的特徴を利用して本人であることを確認する、いわゆるバイオメトリクス認証も実現されている。
手の平の掌紋、すなわち、感情線や生命線等の「主線」やその他の細かい「しわ」、および皮膚の「***線」からなる紋様は、指紋と同様に個人を識別する生体情報として利用することができ、しかも指先の指紋とは異なり加齢や摩耗による“かすれ”が少ないという特徴を持っている。このようなことから、バイオメトリクス認証の1つとして掌紋認証の技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
In recent years, electronic personal authentication has been widely used in various daily situations such as electronic commerce and entrance / exit management. For such personal authentication, a simple method using an ID card or a password has been used for some time, but fingerprints, irises of eyes, voices, etc. are methods that can ensure security with higher reliability. So-called biometric authentication that confirms the identity of a person by using human physical characteristics has also been realized.
Palm palm prints, that is, "main lines" such as emotion lines and life lines, and other fine "wrinkles", and skin "protrusion lines" can be used as biometric information to identify individuals in the same way as fingerprints. In addition, unlike the fingertip fingerprint, it has a feature that there is little “fading” due to aging and wear. For this reason, palmprint authentication technology has been proposed as one of biometric authentication (see Non-Patent Document 1, for example).

ここで、非特許文献1で提案されている掌紋認証の方法について説明する。この認証方法は、手の平の画像の採取、認証に用いる画像エリアの設定、画像データからビット行列への変換、ビット行列と登録されたデータとの照合、の4つのプロセスからなっている。以下順に解説する。なお、本願明細書においては、「掌紋」の語を、上記「主線」、「しわ」および「***線」を含んだ語であると定義する。   Here, a palmprint authentication method proposed in Non-Patent Document 1 will be described. This authentication method consists of four processes: collection of a palm image, setting of an image area used for authentication, conversion from image data to a bit matrix, and collation between a bit matrix and registered data. We will explain in the following order. In the present specification, the term “palmprint” is defined as a word including the “main line”, “wrinkle”, and “lift line”.

(1)画像採取
非特許文献1の方法では、CCDカメラ等により構成された専用のスキャン装置を用いて、手の平の全体の画像データを採取する。採取された画像の例を図5に示す。
(1) Image collection In the method of Non-Patent Document 1, image data of the entire palm is collected using a dedicated scanning device constituted by a CCD camera or the like. An example of the collected image is shown in FIG.

(2)認証用エリアの設定
非特許文献1では、採取した手の平の全体の画像ではなく、「主線」や「しわ」が比較的多く集まっている手の平の中央部付近の一部分の画像を使って認証を行っている。この画像エリアは図5において破線で示した領域であり、次のような処理によって決定される。
まず、人差し指と中指の付け根の間の谷間部分(点Aとする)、および薬指と小指の付け根の間の谷間部分(点Bとする)が手の平全体の画像から抽出される。これは、周知の画像認識技術による処理である。そして、これら2点A、Bを結ぶ直線をy軸とし、このy軸に垂直かつ2点A、Bの中点を通る直線をx軸とした時、x軸上に中心を持ち、その1辺がx軸と平行である正方形を設定する。この正方形が上記の破線部の領域となる。ただし、正方形の大きさ(1辺の長さ)は経験値によって定まるパラメータである。このようにして設定された認証用の正方形エリアの画像データが、図5の手の平の全体の画像から切り出される。
(2) Authentication area setting In Non-Patent Document 1, instead of using the entire collected palm image, a partial image near the center of the palm where “main lines” and “wrinkles” are gathered is used. Authentication is performed. This image area is an area indicated by a broken line in FIG. 5 and is determined by the following processing.
First, a valley portion (referred to as point A) between the base of the index finger and the middle finger and a valley portion (referred to as point B) between the base of the ring finger and the little finger are extracted from the image of the entire palm. This is processing by a known image recognition technique. When a straight line connecting these two points A and B is taken as the y-axis, and a straight line passing through the middle point between the two points A and B is taken as the x-axis, the center is on the x-axis. Set a square whose sides are parallel to the x-axis. This square is the area of the broken line. However, the size of the square (the length of one side) is a parameter determined by an empirical value. The image data of the authentication square area set in this way is cut out from the entire image of the palm of FIG.

(3)ビット行列への変換
切り出された認証用の画像データは、ガボールフィルタを用いることによって画像の畳み込み処理が施される。ガボールフィルタは、与えられた画像から特定の方向と幅(周期)を持ったエッジを抽出するためによく使われる空間フィルタであり、2次元のガボール関数は次式で表される。
(3) Conversion to Bit Matrix The extracted image data for authentication is subjected to image convolution processing by using a Gabor filter. The Gabor filter is a spatial filter often used to extract an edge having a specific direction and width (period) from a given image, and a two-dimensional Gabor function is expressed by the following equation.

Figure 0004588577
Figure 0004588577

上式において、iは虚数単位、uは空間周波数、θは抽出するエッジの方向、σはガウス関数の半値幅である。認証用の画像データをF(x,y)と表記することにすると、ガボール関数Gとの畳み込みH(x,y)は次式のように書くことができる。ただし、ガボール関数は適切に補正(座標系の変換等)された後、下記の(数式2)に適用されることもある。   In the above equation, i is the imaginary unit, u is the spatial frequency, θ is the direction of the edge to be extracted, and σ is the half width of the Gaussian function. If the image data for authentication is expressed as F (x, y), the convolution H (x, y) with the Gabor function G can be written as the following equation. However, the Gabor function may be applied to the following (Equation 2) after being appropriately corrected (coordinate system conversion or the like).

Figure 0004588577
Figure 0004588577

ここで、pおよびqについての和は、認証用画像データの全ピクセルに対して行うものとする。上記演算によって、認証用画像(図5の破線で示された正方形内の掌紋)から画像に含まれるエッジ(「主線」や「しわ」など)が抽出される。図6は、抽出後の画像の一例である。エッジ抽出の結果、白と黒の2値からなるビット行列として画像が表現されている。   Here, the sum about p and q shall be performed with respect to all the pixels of the image data for authentication. By the above calculation, edges (such as “main line” and “wrinkle”) included in the image are extracted from the authentication image (the palm print in the square indicated by the broken line in FIG. 5). FIG. 6 is an example of an image after extraction. As a result of the edge extraction, the image is expressed as a bit matrix consisting of binary values of white and black.

(4)データの照合
上記のようにして得られたビット行列は、あらかじめ同様の手順により処理され登録されているマスターデータと照合される。照合は、認証の対象となるビット行列(Pとする)とマスターデータのビット行列(Qとする)との正規化ハミング距離を計算することによって行われる。ここで、ハミング距離とは、2つのビット行列の対応するビット同士を比較して異なるビットの数を求めたものである。PとQの正規化ハミング距離Dは次式で表される。
(4) Data collation The bit matrix obtained as described above is collated with master data that has been processed and registered in the same procedure in advance. The collation is performed by calculating a normalized Hamming distance between a bit matrix (P) to be authenticated and a bit matrix (Q) of the master data. Here, the Hamming distance is obtained by comparing the corresponding bits of the two bit matrices to obtain the number of different bits. The normalized Hamming distance D between P and Q is expressed by the following equation.

Figure 0004588577
Figure 0004588577

上式において、添え字のRとIはそれぞれ実数部と虚数部を表し、Nは縦(または横)方向のピクセル数である。正規化ハミング距離Dは、その定義から明らかなように、ビット行列PとQの類似度が高いほど値が小さくなる(完全に同一の場合D=0)ので、閾値Dを設け、D≦Dとなる場合に認証用画像がマスターデータと一致したとみなし認証を行うようにする。D>Dの場合は認証が行われない。
David Zhang 他、“Online Palmprint Identification”、IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence、2003年9月、 Vol. 25, No. 9, pp. 1041-1050
In the above equation, the subscripts R and I represent the real part and the imaginary part, respectively, and N is the number of pixels in the vertical (or horizontal) direction. As is clear from the definition, the normalized Hamming distance D becomes smaller as the similarity between the bit matrices P and Q becomes higher (D = 0 when they are completely the same). Therefore, a threshold D 0 is provided, and D ≦ In the case of D 0 , authentication is performed assuming that the authentication image matches the master data. D> In the case of D 0 authentication is not performed.
David Zhang et al., “Online Palmprint Identification”, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, September 2003, Vol. 25, No. 9, pp. 1041-1050

上述のように、非特許文献1に記載されている方法を用いて掌紋認証を実現することが可能である。しかしながら、同方法では手の平全体の画像を採取するため、スキャン装置の画像読み取り部だけでも数十センチメートル四方の大きさが必要であり、システムを小型化することができないという問題があった。また、画像採取の際、手の平の掌紋部分を正しく画像読み取り部に位置合わせする必要があるので、認証を受ける人が自ら能動的・意識的に認証動作を起こさなければならないというデメリットもあった。
また、仮にスキャン装置を小型化したとすると、その場合は手の平全体の画像が得られなくなってしまうため、上述の(2)の手法では認証用の画像を抽出することができず、掌紋認証を行うことが不可能となってしまう。
As described above, palmprint authentication can be realized using the method described in Non-Patent Document 1. However, in this method, since an image of the entire palm is collected, the image reading unit of the scanning device needs to be several tens of centimeters square, and there is a problem that the system cannot be reduced in size. Further, since it is necessary to correctly align the palm palm portion of the palm with the image reading unit at the time of image collection, there is a demerit that a person who is authenticated must perform an authentication operation actively and consciously.
Also, if the scanning device is downsized, an image of the entire palm cannot be obtained in this case, so that the image for authentication cannot be extracted by the above method (2), and palmprint authentication is performed. It becomes impossible to do.

この発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、手の平に収まるサイズの画像読み取りセンサによって採取した、手の平の一部分の掌紋を用いて認証をすることが可能な掌紋認証装置、掌紋認証プログラム、及び掌紋認証方法を提供することにある。また、上記掌紋を抽出するための掌紋画像の抽出方法、並びに掌紋認証装置を備えた携帯電話端末を提供する。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to perform palmprint authentication that can be performed by using a palmprint of a part of the palm collected by an image reading sensor having a size that fits in the palm of the hand. An apparatus, a palm print authentication program, and a palm print authentication method are provided. Also provided are a palmprint image extraction method for extracting the palmprint and a mobile phone terminal provided with a palmprint authentication apparatus.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、像を採取するセンサと、前記センサによって採取された手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ画像であって手の平の軸方向に対して傾いた画像から前記谷間部分を基準点として検出する画像認識手段と、前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択する画像選択手段と、前記選択された画像内の掌紋をエッジの検出によって抽出し、該画像をエッジで構成された画像に変換する画像変換手段と、特定の登録された人物にかかる照合用画像を記憶する記憶手段と、前記変換された画像を前記照合用画像と照合し、所定の閾値を基準として両者が一致すると見做された場合に認証を行う照合手段と、を具備することを特徴とする掌紋認証装置である。 The present invention has been made to solve the above problems, a first aspect of the present invention, a sensor for collecting images, the base near the center and the middle finger and ring finger of the palm taken by said sensor an image recognition means for detecting an image containing a valley portion the trough between portions of inclined image with respect to the axial direction of the palm between the reference point in the image, there by line segments passing through the reference point Image selection means for selecting a square image parallel to the short side of the image and having a line segment of the same length as one side; and palmprints in the selected image are extracted by edge detection; An image converting means for converting to an image composed of edges, a storage means for storing a collation image for a specific registered person, the collated image is collated with the collation image, and a predetermined threshold value is set. Both match as criteria That the matching means for performing authentication in the case where it is regarded as a palmprint authentication apparatus characterized by comprising.

また、請求項2に記載の発明は、コンピュータに、手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ入力画像であって手の平の軸方向に対して傾いた入力画像から、前記谷間部分を基準点として検出するステップと、前記入力画像において、前記基準点を通る線分であって該入力画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択するステップと、前記選択された画像内の掌紋をエッジの検出によって抽出し、該画像をエッジで構成された画像に変換するステップと、前記変換された画像を、記憶部に記憶している特定の登録された人物にかかる照合用画像と照合するステップと、前記照合の結果、所定の閾値を基準として画像が一致すると見做された場合に認証を行うステップと、を実行させるための掌紋認証プログラムである。 The invention according to claim 2 is an input image including a valley portion between the middle of the palm and the base of the middle finger and the ring finger in the computer, and the input image is inclined with respect to the axial direction of the palm . detecting the valleys between the parts as a reference point, in the input image, a line segment that passes through the reference point of the square to one side of a line segment of a short side and parallel and the same length of the input image A step of selecting an image, a step of extracting a palm print in the selected image by detecting an edge, converting the image into an image composed of edges, and storing the converted image in a storage unit. A step of collating with a matching image for a specific registered person, and a step of performing authentication when it is determined that the images match based on a predetermined threshold as a result of the collation of A fingerprint authentication program.

また、請求項3に記載の発明は、センサを用いて手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ画像であって手の平の軸方向に対して傾いた画像を採取するステップと、前記採取した画像から前記谷間部分を基準点として画像認識により検出するステップと、前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択するステップと、前記選択された画像内の掌紋を抽出するステップと、前記抽出した掌紋を、記憶部に記憶している特定の登録された人物にかかる掌紋と照合するステップと、前記照合の結果、所定の閾値を基準として掌紋が一致すると見做された場合に認証を行うステップと、からなることを特徴とする掌紋認証方法である。 In addition, the invention according to claim 3 uses an image sensor to collect an image including a portion near the center of the palm and a valley between the middle finger and the base of the ring finger and tilted with respect to the axial direction of the palm. the method comprising the steps of detecting by image recognition as a reference point the valleys between portions from the image above taken in the image, parallel to the short sides and the same length of the image a line segment that passes through the reference point A step of selecting a square image having one side of the line segment, a step of extracting a palm print in the selected image, and a specific registered person storing the extracted palm print in a storage unit And a step of performing authentication when it is assumed that the palm prints match based on a predetermined threshold as a result of the collation.

また、請求項4に記載の発明は、画像認識により、手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ画像であって手の平の軸方向に対して傾いた画像から、前記谷間部分を基準点として検出するステップと、前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を抽出するステップと、からなることを特徴とする画像抽出方法である。 The invention according to claim 4, the image recognition, from the inclined image with respect to the axial direction of the palm to an image including a valley portion between the base of the central area and the middle finger and ring finger of the palm, the extraction detecting a valley between the parts as a reference point, in the image, the image of a square a line segment that passes through the reference point and one side of a line segment of a short side and parallel and the same length of the image the method comprising, an image extraction how to characterized in that it consists of.

また、請求項5に記載の発明は、紋認証装置を備えた携帯電話端末であって、前記掌紋認証装置は、テンキー等からなる主操作部が設けられた筐体面と反対側の面に配置され、手の平から掌紋を含んだ画像を採取するセンサと、前記採取した画像から中指と薬指の付け根の間の谷間部分を基準点として検出する画像認識手段と、前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択する画像選択手段と、前記選択された画像内の掌紋をエッジの検出によって抽出し、該画像をエッジで構成された画像に変換する画像変換手段と、特定の登録された人物にかかる照合用画像を記憶する記憶手段と、前記変換された画像を前記照合用画像と照合し、所定の閾値を基準として両者が一致すると見做された場合に認証を行う照合手段と、を具備することを特徴とする携帯電話端末である。
The invention of claim 5 is a mobile phone terminal having a palm fingerprint authentication device, wherein the palm pattern authentication equipment, the surface opposite to the main operation unit is provided housing surface consisting of ten keys or the like A sensor that collects an image including a palm print from a palm, an image recognition unit that detects a valley portion between a middle finger and a root of a ring finger from the collected image as a reference point, and the reference point in the image An image selecting means for selecting a square image that is a line segment passing through the image and having a line segment parallel to the short side of the image and having the same length as one side; and the palm print in the selected image is detected by edge detection. Image conversion means for extracting and converting the image into an image composed of edges, storage means for storing a verification image for a specific registered person, and verification of the converted image with the verification image And based on a predetermined threshold A mobile telephone terminal, characterized by comprising: a matching means for performing authentication when both are considered to match, and.

本発明によれば、センサを使って採取した手の平の画像において、中指と薬指の付け根の間の谷間部分を基準点として検出し、当該基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択し、このように選択された画像を用いて掌紋認証を行っているので、手の平の一部分の画像からでも認証に必要な掌紋の情報(前記正方形の画像)を的確に抽出することができる。そして、採取する画像には手の平の中央付近の一部分と上記基準点とが含まれていればよいので、センサを手の平に収まるサイズにまで小型化することが可能となる。また、センサが小型で済むようになることから、携帯電話のような小型情報端末にも掌紋認証の機能を搭載できるようになり、端末を紛失し、あるいは盗難された場合にもセキュリティが確保される。   According to the present invention, in a palm image collected using a sensor, a valley portion between the middle finger and the base of the ring finger is detected as a reference point, a line segment passing through the reference point, and the short side of the image Since a square image with a parallel line segment of the same length as one side is selected and palm print authentication is performed using the selected image, the palm print required for authentication can be obtained from an image of a part of the palm. Information (the square image) can be accurately extracted. Since the image to be collected only needs to include a part near the center of the palm and the reference point, the sensor can be downsized to a size that fits in the palm. In addition, since the sensor can be made small, a palmprint authentication function can be installed in a small information terminal such as a mobile phone, and security is ensured even if the terminal is lost or stolen. The

さらに、請求項5に記載の発明によれば、端末を手で持った時手の平に接する部分にセンサが配置されているので、ユーザが意識的に認証動作を起こすことなく、端末を握るだけで受動的、自動的に認証処理を行ったり、他の操作(例えば発呼操作)を行いながら認証を受けたりすることが可能である。   Furthermore, according to the invention described in claim 5, since the sensor is arranged at the part that comes in contact with the palm of the hand when the terminal is held by hand, the user does not consciously perform the authentication operation but only holds the terminal. It is possible to perform authentication processing passively and automatically, or to receive authentication while performing other operations (for example, call operation).

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態による掌紋認証装置1の構成を示すブロック図である。この掌紋認証装置1は、一般的な携帯電話端末に掌紋認証の機能が搭載されたものであり、電話機能部10と、掌紋センサ21と、画像認識部22と、画像選択部23と、画像変換部24と、照合部25と、掌紋DB(データベース)26とから構成されている。なお、この掌紋認証装置1は、外形上は一般的な折り畳み型の携帯電話端末と同じ形状をしている(図2を参照)。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a palmprint authentication apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. This palm print authentication device 1 is a general mobile phone terminal equipped with a palm print authentication function, and includes a telephone function unit 10, a palm print sensor 21, an image recognition unit 22, an image selection unit 23, and an image. The conversion part 24, the collation part 25, and the palm print DB (database) 26 are comprised. In addition, this palmprint authentication apparatus 1 has the same shape as a general foldable mobile phone terminal in its outer shape (see FIG. 2).

電話機能部10は、一般的な携帯電話としての機能を発揮する部分であり、音声を捉えて電気信号として出力するマイク、入力信号を音として発音するスピーカ、マイクからの入力信号やスピーカへの出力信号の音声処理を行う音声処理回路、送信信号の変調処理および受信信号の復調処理を行う変復調回路や無線回路、無線電波を送受信するアンテナ、テンキー等からなる操作部、各種情報を表示する液晶ディスプレイ、その他動作制御用のCPUやカメラ、バイブレータなどから構成されている。なお、電話機能部10を構成している上記各部は、携帯電話端末のごく一般的な構成要素であって本発明の本質とは無関係であるので、上記の各構成要素は図1中に表示していない。   The telephone function unit 10 is a part that exhibits a function as a general mobile phone, a microphone that captures sound and outputs it as an electrical signal, a speaker that produces an input signal as sound, an input signal from the microphone and a speaker Audio processing circuit that performs audio processing of output signal, modulation / demodulation circuit and radio circuit that performs modulation processing of transmission signal and demodulation processing of received signal, operation unit consisting of antenna for transmitting / receiving radio waves, numeric keypad, etc., liquid crystal that displays various information It consists of a display, other operation control CPU, camera, vibrator and the like. Note that each of the above components constituting the telephone function unit 10 is a general component of a mobile phone terminal and is not related to the essence of the present invention. Not done.

掌紋センサ21は、手の平の掌紋を画像データとして採取する光学式センサであり、図2に示すように、掌紋認証装置1においてテンキー等が設けられた方の筐体の背面に配置し、センサの大きさは当該筐体背面の3分の2程度である。このような配置と大きさに設計されているため、使用者がテンキーを操作できるように自然な形で携帯電話端末(掌紋認証装置1)を右手に持った状態では、掌紋センサ21は手の平に対して図2の破線で示す長方形(センサと同じ形)の部分に相対して接することになる。すなわち、このような持ち方をした時、手の平の軸方向(人差し指から小指が生えている方向)に対してほぼ45度傾いた長方形の領域部分の掌紋画像が掌紋センサ21によって採取されるようになっている。   The palm print sensor 21 is an optical sensor that collects a palm palm print as image data. As shown in FIG. 2, the palm print sensor 21 is arranged on the back of the casing provided with a numeric keypad in the palm print authentication apparatus 1. The size is about two-thirds of the back of the casing. Since it is designed in such an arrangement and size, the palmprint sensor 21 is placed in the palm of the hand when the mobile phone terminal (palmprint authentication device 1) is held in the right hand so that the user can operate the numeric keypad. On the other hand, it is in contact with a rectangular portion (the same shape as the sensor) indicated by a broken line in FIG. In other words, when the hand is held in such a manner, a palm print image of a rectangular area portion inclined by approximately 45 degrees with respect to the palm axis direction (the direction in which the little finger grows from the index finger) is collected by the palm print sensor 21. It has become.

なお、掌紋センサ21による画像の読み取りは、センサ内のレーザダイオードからレーザ光を出射させて対象物上をスキャンし、対象物からの反射光を計測してその光強度の大小を識別することによって行っている。   The image reading by the palmprint sensor 21 is performed by emitting laser light from a laser diode in the sensor, scanning the object, measuring reflected light from the object, and identifying the magnitude of the light intensity. Is going.

図1に戻って説明を続ける。
画像認識部22は、掌紋センサ21によって採取された手の平の掌紋画像(図2の破線の長方形画像)から、実際に掌紋の照合に使用する一部分の画像を取り出すための基準となる点Pを検出する画像処理を行う。この基準点として、本掌紋認証装置1では中指と薬指の付け根の間の谷間部分を利用する。図3に、上記採取した掌紋画像の一例と同画像において検出された基準点Pを示す。
Returning to FIG. 1, the description will be continued.
The image recognition unit 22 detects a point P serving as a reference for extracting a partial image actually used for collation of palm prints from the palm palm print image (broken rectangle image in FIG. 2) collected by the palm print sensor 21. Perform image processing. As the reference point, the palm print authentication apparatus 1 uses a valley portion between the middle finger and the base of the ring finger. FIG. 3 shows an example of the collected palmprint image and the reference point P detected in the image.

基準点Pの検出には、周知の従来技術である一般的な画像認識の手法を用いるものとする。例えば、掌紋画像から輪郭線(エッジ)を抽出して、上記指の間の谷間の曲線形状を有する部分を検出する方法や、あらかじめ多数の掌紋画像(図3に相当する部分)をリファレンス画像として記憶しておいて、採取した掌紋画像とリファレンス画像との間でパターンマッチングを行うことにより基準点を検出する方法などを適用することができる。   For the detection of the reference point P, a general image recognition method which is a well-known conventional technique is used. For example, a contour line (edge) is extracted from a palm print image and a portion having a curved shape of a valley between the fingers is detected, or a large number of palm print images (portions corresponding to FIG. 3) are previously used as reference images. For example, a method of detecting a reference point by performing pattern matching between the collected palmprint image and the reference image can be applied.

画像選択部23は、図3の掌紋画像から実際に掌紋の照合に使用する部分を決定する処理を行う。具体的には、まず、画像認識部22によって検出された基準点Pを通り、図3の掌紋画像の1辺JKに平行な直線TUをy軸、y軸に垂直で線分TUの中点を通る直線をx軸とする直交座標系が設定される。そして、線分TUを1辺とする正方形TUVW内の画像が、実際に掌紋の照合に使用する画像として選択される。   The image selection unit 23 performs a process of determining a part that is actually used for collation of the palm print from the palm print image of FIG. Specifically, first, a straight line TU passing through the reference point P detected by the image recognition unit 22 and parallel to one side JK of the palm print image of FIG. 3 is a midpoint of the line segment TU perpendicular to the y axis and the y axis. An orthogonal coordinate system is set with the straight line passing through x as the x-axis. Then, an image in the square TUWW with one side of the line segment TU is selected as an image that is actually used for collation of palm prints.

ここで、このようなアルゴリズムによって画像選択部23に選択された正方形TUVW内は、図3からも分かるように、多くの代表的な「主線」や「しわ」などが集まっている部分である。すなわち、本アルゴリズムにより照合領域(正方形TUVW)を選択することで、高々携帯電話端末程度のサイズの掌紋センサ21を用いて採取した画像から、後述する掌紋の照合を精度良く行うために必要となる十分な量の掌紋情報を取得することが可能となっている。   Here, in the square TUWW selected by the image selection unit 23 by such an algorithm, as can be seen from FIG. 3, many representative “main lines” and “wrinkles” are gathered. That is, by selecting a collation area (square TUWW) using this algorithm, it is necessary to perform collation of palm prints described later with high accuracy from an image collected using a palm print sensor 21 having a size of at most a mobile phone terminal. It is possible to acquire a sufficient amount of palm print information.

画像変換部24は、画像選択部23によって選択された正方形TUVWの画像のデータに対し空間フィルタ関数を作用させることにより、当該画像内のエッジを抽出する演算を行う。空間フィルタ関数としては、非特許文献1に記載の従来技術と同じく、前掲の(数式1)で表される2次元のガボール関数を採用するものとする。具体的なエッジ抽出の演算式も、従来技術と同じ前掲の(数式2)を用いる。すなわち、上述したxy座標系における、ガボール関数G(x,y,θ,u,σ)による正方形領域TUVWの画像データF(x,y)の畳み込みH(x,y)が、画像変換部24によって計算され、この計算により、画像内に含まれる掌紋がエッジとして抽出されることとなる。   The image conversion unit 24 performs an operation of extracting an edge in the image by applying a spatial filter function to the data of the square TUWW image selected by the image selection unit 23. As the spatial filter function, the two-dimensional Gabor function expressed by the above-described (Equation 1) is adopted as in the conventional technique described in Non-Patent Document 1. A specific equation for edge extraction uses the same (Formula 2) as in the prior art. That is, the convolution H (x, y) of the image data F (x, y) of the square area TUUV by the Gabor function G (x, y, θ, u, σ) in the xy coordinate system described above is the image conversion unit 24. By this calculation, the palm prints included in the image are extracted as edges.

エッジとして抽出された掌紋の画像は、例えば図6に示すようなものとなる(ただし同図は一例であり、図3の掌紋とは対応していない)。図6の抽出結果に表されているように、縦横Nピクセルからなる白黒画像に変換された掌紋が得られる。ここで、Nは一定の精度で後述する認証が成功するように選択される、設計上のパラメータである。なお、このようにして得られたN×Nピクセルのデータは、白黒に対応する0と1を要素とするN行N列のビット行列として後続の処理で利用される。   The palmprint image extracted as an edge is, for example, as shown in FIG. 6 (however, this figure is an example and does not correspond to the palmprint of FIG. 3). As shown in the extraction result of FIG. 6, a palm print converted into a black and white image composed of N pixels vertically and horizontally is obtained. Here, N is a design parameter selected so that the authentication described later succeeds with a certain accuracy. The N × N pixel data obtained in this way is used in subsequent processing as a bit matrix of N rows and N columns having 0 and 1 elements corresponding to black and white.

掌紋DB26は、特定の人物について掌紋センサ21、画像認識部22、画像選択部23、および画像変換部24で処理した掌紋のデータをマスターデータとして記憶する記憶装置であり、記憶されたマスターデータは、照合部25において行われる掌紋の照合処理の際に呼び出されて利用される。なお、本実施形態の掌紋認証装置1は携帯電話端末であるため、マスターデータを登録する人物の数は1人(携帯電話の使用者)であるものとする。ただし、登録人数は複数人であってもよく、その場合は、複数の登録者のマスターデータが照合に供されるため順次呼び出されることとなる。   The palm print DB 26 is a storage device that stores, as master data, palm print data processed by the palm print sensor 21, image recognition unit 22, image selection unit 23, and image conversion unit 24 for a specific person. It is called and used during the palmprint matching process performed in the matching unit 25. In addition, since the palmprint authentication apparatus 1 of this embodiment is a mobile phone terminal, it is assumed that the number of persons who register master data is 1 (user of mobile phone). However, there may be a plurality of registered persons. In this case, since the master data of the plurality of registered persons is used for verification, they are sequentially called.

照合部25は、画像変換部24から入力されたビット行列に対して、掌紋DB26に記憶されているマスターデータと照合する演算を行い、所定の演算結果が得られた場合に当該ビット行列にかかる掌紋を登録されたマスターデータと一致したと見做して、その人物を登録者本人として認証する。具体的には、非特許文献1と同じ手法、すなわち、認証対象となるビット行列をP、マスターデータのビット行列をQとして前掲の(数式3)を用い、PQの正規化ハミング距離Dが算出される。そして、所定の閾値Dに対し、D≦Dの場合にのみ、当該人物に認証が与えられる。 The collation unit 25 performs an operation of collating the master matrix stored in the palm print DB 26 on the bit matrix input from the image conversion unit 24, and applies a predetermined calculation result to the bit matrix. Assuming that the palm print matches the registered master data, the person is authenticated as the registrant himself. Specifically, the normalized Hamming distance D of PQ is calculated using the same method as in Non-Patent Document 1, that is, the bit matrix to be authenticated is P and the bit matrix of the master data is Q, using the above-described (Equation 3). Is done. Then, authentication is given to the person only when D ≦ D 0 with respect to the predetermined threshold value D 0 .

次に、上述した掌紋認証装置1の動作を図4に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、初期設定として携帯電話端末(掌紋認証装置1)の使用者を登録する登録モードについて説明する(図4(a))。初めに、使用者が操作部のテンキー等を使って所定のコマンドを入力することにより、掌紋認証装置1を登録モードに設定する(ステップS10)。ここで、上記の所定のコマンドは、正規の権限を持った使用者にしか知らされていないものであるものとする。すなわち、正規使用者以外の他人は、この掌紋認証装置1のモードを登録モードに変更できないようになっている。
Next, the operation of the palm print authentication apparatus 1 described above will be described using the flowchart shown in FIG.
First, a registration mode for registering a user of a mobile phone terminal (palmprint authentication device 1) as an initial setting will be described (FIG. 4A). First, when the user inputs a predetermined command using the numeric keypad or the like of the operation unit, the palm print authentication device 1 is set to the registration mode (step S10). Here, it is assumed that the predetermined command is known only to a user having a proper authority. That is, other than the regular user cannot change the mode of the palm print authentication device 1 to the registration mode.

登録モードになると、掌紋センサ21が使用者の手の平の掌紋画像を取得する(ステップS12)。上述の通り、取得される画像は図2の破線部分である。
そして、当該画像は、画像認識部22、画像選択部23、画像変換部24によって順次処理され(ステップS13〜ステップS15)、N行N列のビット行列が生成される。生成されたビット行列は掌紋DB26にマスターデータとして格納され(ステップS16)、登録モードが終了する。これにより、この掌紋認証装置1に使用者の掌紋が登録され、以降本装置1は、次に述べる認証の手続きを経ない限り一切の操作が不能な状態、すなわち認証モードに移行する。
In the registration mode, the palm print sensor 21 acquires a palm print image of the user's palm (step S12). As described above, the acquired image is a broken line portion in FIG.
Then, the image is sequentially processed by the image recognition unit 22, the image selection unit 23, and the image conversion unit 24 (step S13 to step S15), and a bit matrix of N rows and N columns is generated. The generated bit matrix is stored as master data in the palm print DB 26 (step S16), and the registration mode ends. As a result, the palm print of the user is registered in the palm print authentication apparatus 1, and thereafter, the apparatus 1 shifts to a state in which no operation is possible, i.e., the authentication mode unless the authentication procedure described below is performed.

次に、認証モードにおいて、携帯電話端末(掌紋認証装置1)を実際に使用する際に実行される認証処理について説明する(図4(b))。初めに、使用者(掌紋を登録した正規の使用者でも他人でもよい)が掌紋認証装置1を手に持って任意のキーを押下すると(ステップS11)、掌紋センサ21が当該使用者の手の平の掌紋画像を取得する(ステップS12)。   Next, an authentication process executed when the mobile phone terminal (palmprint authentication device 1) is actually used in the authentication mode will be described (FIG. 4B). First, when a user (which may be a legitimate user who registered a palm print or another person) holds the palm print authentication apparatus 1 in his hand and presses an arbitrary key (step S11), the palm print sensor 21 detects the palm of the user's palm. A palm print image is acquired (step S12).

取得された画像は、登録モードと同じく画像認識部22、画像選択部23、画像変換部24によって順次処理されて(ステップS13〜ステップS15)、N行N列のビット行列が生成される。   The acquired image is sequentially processed by the image recognition unit 22, the image selection unit 23, and the image conversion unit 24 in the same manner as in the registration mode (step S13 to step S15), and a bit matrix of N rows and N columns is generated.

そして、照合部25において、上記生成されたビット行列と掌紋DB26から呼び出されたマスターデータのビット行列との照合が行われ(ステップS17)、両者が一致すると見做された場合(ステップS18で“Yes”)は認証が成立し、携帯電話端末は操作可能な状態になる(ステップS19)。一方、両者が一致すると見做されなかった場合(ステップS18で“No”)は認証が拒否され、携帯電話端末は操作不能状態が維持される(ステップS20)。   Then, the collation unit 25 collates the generated bit matrix with the bit matrix of the master data called from the palm print DB 26 (step S17), and when it is considered that both match (in step S18, “ Yes "), authentication is established, and the mobile phone terminal becomes operable (step S19). On the other hand, if it is not considered that the two match (“No” in step S18), the authentication is rejected and the mobile phone terminal is maintained in an inoperable state (step S20).

このように、上記実施形態によれば、掌紋センサ21によって使用者の手の平の画像が採取され、画像認識部22においてその画像から中指と薬指の付け根の間の谷間部分が基準点Pとして検出され、次いで画像選択部23において、基準点Pを通り該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形TUVWが照合に使用する部分として選択される。これにより、上記基準点Pと手の平の中央付近を含む必要最小限の大きさの手の平の一部分の画像から、多くの「主線」や「しわ」の情報を有する掌紋の部分が照合用画像として抽出可能となっている。そして上記実施形態によれば、選択された正方形TUVW内の画像のエッジを検出することで掌紋が抽出され、マスターデータとの照合が行われる。したがって、センサは手の平の一部分の画像を採取できれば十分であるので小型のものを用いることができ、掌紋認証装置1を携帯電話端末のような小さい電子機器にも搭載することができる。   As described above, according to the above-described embodiment, the palm print sensor 21 captures the palm image of the user, and the image recognition unit 22 detects the valley portion between the middle finger and the base of the ring finger as the reference point P from the image. Then, in the image selection unit 23, a square TUWW passing through the reference point P and parallel to the short side of the image and having a line segment having the same length as one side is selected as a portion used for collation. As a result, from the image of a part of the palm of the minimum necessary size including the reference point P and the center of the palm, a portion of the palm print having a lot of “main line” and “wrinkle” information is extracted as a matching image. It is possible. According to the above embodiment, the palm print is extracted by detecting the edge of the image in the selected square TUUV, and collation with the master data is performed. Therefore, since it is sufficient for the sensor to be able to collect an image of a part of the palm, a small sensor can be used, and the palm print authentication device 1 can be mounted on a small electronic device such as a mobile phone terminal.

なお、ユーザが携帯電話端末を持つ時、端末の側面を親指の付け根付近のふくらみに当てて保持する持ち方が自然であることから、手の平と携帯電話端末(掌紋認証装置1)との位置関係は大きくずれてしまうことがなく、採取される画像は常にほぼ同一範囲の画像となり、認証の精度がよくなるというメリットがある。   In addition, when a user has a mobile phone terminal, since the way of holding the side of the terminal against the bulge near the base of the thumb is natural, the positional relationship between the palm and the mobile phone terminal (palmprint authentication device 1) The images collected are always in the same range, and there is an advantage that the accuracy of authentication is improved.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本発明にかかる掌紋認証装置は携帯電話端末に限定されるものではなく、個人を識別し認証する機能が搭載された情報機器であればどのようなものであっても構わない。特に、従来の大型の個人認証装置に代替可能で利用者が手で握るだけで認証が行われる小型の認証専用装置や、上記実施形態において認証処理を担う部分(掌紋センサ21、画像認識部22、画像選択部23、画像変換部24、照合部25、掌紋DB26)をモジュール化した他の機器に組み込み可能な小型認証デバイスなどの形で本発明を実施することもできる。
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above, and various design changes and the like can be made without departing from the scope of the present invention. It is possible to
For example, the palm print authentication apparatus according to the present invention is not limited to a mobile phone terminal, and may be any information device provided with a function for identifying and authenticating an individual. In particular, a small dedicated authentication device that can be replaced with a conventional large personal authentication device and is authenticated only by a user's hand, or a portion responsible for authentication processing in the above embodiment (palmprint sensor 21, image recognition unit 22). The present invention can also be implemented in the form of a small authentication device that can be incorporated into other devices in which the image selection unit 23, the image conversion unit 24, the collation unit 25, and the palm print DB 26) are modularized.

また、掌紋センサ21には、上記において説明した光学式センサのほか、静電容量式のセンサ、すなわち、マトリックス状に配置した微小な多数のコンデンサからなり、手の平を接触させた時に「しわ」等の凹凸を反映して生じる容量変化を検出するタイプのセンサを用いてもよい。さらにまた、CCD(電化結合素子)カメラにより掌紋の画像を直接撮影してもよい。
なお、上記実施形態では、掌紋センサ21の大きさを携帯電話端末筐体の3分の2程度と説明したが、これは1つの目安であり、手の平からおよそ3〜5cm四方の大きさの掌紋の画像を採取できるセンササイズであることが望ましい。
In addition to the optical sensor described above, the palm print sensor 21 is composed of a capacitance sensor, that is, a large number of minute capacitors arranged in a matrix, and “wrinkles” or the like when the palm is brought into contact. A type of sensor that detects a change in capacitance caused by reflecting the unevenness may be used. Furthermore, an image of a palm print may be directly taken with a CCD (electrically coupled device) camera.
In the above embodiment, the palm print sensor 21 has been described as having about two-thirds the size of the mobile phone terminal housing. However, this is one guideline and the palm print has a size of about 3 to 5 cm square from the palm. It is desirable that the sensor size be capable of collecting the images.

本発明の一実施形態による掌紋認証装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the palm print authentication apparatus by one Embodiment of this invention. 図1の掌紋認証装置における掌紋センサ、および同センサと手の平との位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the palm print sensor in the palm print authentication apparatus of FIG. 1, and the sensor and a palm. 図2の掌紋センサによって採取された手の平の画像の一例である。It is an example of the image of the palm collected by the palm print sensor of FIG. 図1の掌紋認証装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the palm print authentication apparatus of FIG. 従来の掌紋認証方法において採取された手の平の画像の一例である。It is an example of the palm image extract | collected in the conventional palm print authentication method. 採取された手の平の画像からエッジ抽出された掌紋のデータの一例である。It is an example of palm print data that is edge-extracted from a collected palm image.

符号の説明Explanation of symbols

1…掌紋認証装置 10…電話機能部 21…掌紋センサ 22…画像認識部 23…画像選択部 24…画像変換部 25…照合部 26…掌紋DB

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Palmprint authentication apparatus 10 ... Telephone function part 21 ... Palmprint sensor 22 ... Image recognition part 23 ... Image selection part 24 ... Image conversion part 25 ... Collation part 26 ... Palmprint DB

Claims (5)

像を採取するセンサと、
前記センサによって採取された手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ画像であって手の平の軸方向に対して傾いた画像から前記谷間部分を基準点として検出する画像認識手段と、
前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択する画像選択手段と、
前記選択された画像内の掌紋をエッジの検出によって抽出し、該画像をエッジで構成された画像に変換する画像変換手段と、
特定の登録された人物にかかる照合用画像を記憶する記憶手段と、
前記変換された画像を前記照合用画像と照合し、所定の閾値を基準として両者が一致すると見做された場合に認証を行う照合手段と、
を具備することを特徴とする掌紋認証装置。
A sensor for collecting the images,
Image detecting an image including valley portions the trough between portions of inclined image with respect to the axial direction of the palm between the base of the central area and the middle finger and ring finger of the palm taken by the sensor as a reference point Recognition means;
In the image, image selection means for selecting a square image that is a line segment that passes through the reference point and that is parallel to the short side of the image and has a line segment having the same length as one side;
Image conversion means for extracting a palm print in the selected image by detecting an edge and converting the image into an image composed of edges;
Storage means for storing a matching image for a specific registered person;
A collation means for collating the converted image with the image for collation, and performing authentication when it is considered that both match based on a predetermined threshold;
A palmprint authentication apparatus comprising:
コンピュータに、
手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ入力画像であって手の平の軸方向に対して傾いた入力画像から、前記谷間部分を基準点として検出するステップと、
前記入力画像において、前記基準点を通る線分であって該入力画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択するステップと、
前記選択された画像内の掌紋をエッジの検出によって抽出し、該画像をエッジで構成された画像に変換するステップと、
前記変換された画像を、記憶部に記憶している特定の登録された人物にかかる照合用画像と照合するステップと、
前記照合の結果、所定の閾値を基準として画像が一致すると見做された場合に認証を行うステップと、
を実行させるための掌紋認証プログラム。
On the computer,
From the input image which is inclined an input image including a valley portion between the base of the central area and the middle finger and ring finger of the palm relative to the axial direction of the palm, and detecting the valleys between the parts as a reference point,
In the input image, and selecting an image of a square a line segment that passes through the reference point and one side of a line segment of a short side and parallel and the same length of the input image,
Extracting a palm print in the selected image by detecting an edge, and converting the image into an image composed of edges;
Collating the converted image with a collation image for a specific registered person stored in the storage unit;
As a result of the verification, authenticating when it is considered that the images match based on a predetermined threshold; and
A palm print authentication program to execute
センサを用いて手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ画像であって手の平の軸方向に対して傾いた画像を採取するステップと、
前記採取した画像から前記谷間部分を基準点として画像認識により検出するステップと、
前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択するステップと、
前記選択された画像内の掌紋を抽出するステップと、
前記抽出した掌紋を、記憶部に記憶している特定の登録された人物にかかる掌紋と照合するステップと、
前記照合の結果、所定の閾値を基準として掌紋が一致すると見做された場合に認証を行うステップと、
からなることを特徴とする掌紋認証方法。
Using sensors, the method comprising: collecting an image which is inclined an image including a central vicinity of the middle and valley portions between the base of the ring finger of the palm relative to the axial direction of the palm,
Detecting by image recognition as a reference point the valleys between portions from the image the collected,
In the image, selecting a square image that is a line segment passing through the reference point and having a line segment parallel to the short side of the image and having the same length as one side;
Extracting a palm print in the selected image;
Collating the extracted palmprint with a palmprint of a specific registered person stored in the storage unit;
As a result of the collation, performing authentication when it is considered that the palm prints match based on a predetermined threshold;
A palmprint authentication method characterized by comprising:
画像認識により、手の平の中央付近と中指と薬指の付け根の間の谷間部分を含んだ画像であって手の平の軸方向に対して傾いた画像から、前記谷間部分を基準点として検出するステップと、
前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を抽出するステップと、
からなることを特徴とする画像抽出方法。
The image recognition, from the inclined image an image including a valley portion between the base of the central area and the middle finger and ring finger of the palm relative to the axial direction of the palm, and detecting the valleys between the parts as a reference point ,
Extracting a square image having a line segment passing through the reference point and parallel to the short side of the image and having the same length as one side in the image;
Image extracted out how to characterized in that it consists of.
紋認証装置を備えた携帯電話端末であって、
前記掌紋認証装置は
テンキー等からなる主操作部が設けられた筐体面と反対側の面に配置され、手の平から掌紋を含んだ画像を採取するセンサと、
前記採取した画像から中指と薬指の付け根の間の谷間部分を基準点として検出する画像認識手段と、
前記画像において、前記基準点を通る線分であって該画像の短辺と平行かつ同一の長さの線分を一辺とする正方形の画像を選択する画像選択手段と、
前記選択された画像内の掌紋をエッジの検出によって抽出し、該画像をエッジで構成された画像に変換する画像変換手段と、
特定の登録された人物にかかる照合用画像を記憶する記憶手段と、
前記変換された画像を前記照合用画像と照合し、所定の閾値を基準として両者が一致すると見做された場合に認証を行う照合手段と、
を具備することを特徴とする携帯電話端末。
A mobile phone terminal with a palm fingerprint authentication device,
The palm print authentication equipment is,
A sensor that is arranged on the surface opposite to the housing surface provided with a main operation unit such as a numeric keypad, and that collects an image including a palm print from the palm;
Image recognition means for detecting, as a reference point, a valley portion between the middle finger and the base of the ring finger from the collected image;
In the image, image selection means for selecting a square image that is a line segment that passes through the reference point and that is parallel to the short side of the image and has a line segment having the same length as one side;
Image conversion means for extracting a palm print in the selected image by detecting an edge and converting the image into an image composed of edges;
Storage means for storing a matching image for a specific registered person;
A collation means for collating the converted image with the image for collation, and performing authentication when it is considered that both match based on a predetermined threshold;
A mobile phone terminal comprising:
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