JP4877392B2

JP4877392B2 - 特徴属性計算装置、特徴量抽出装置とパターン照合装置と方法及びプログラム

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Publication number: JP4877392B2
Application number: JP2009520623A
Authority: JP
Inventors: 雷黄
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Publication date: 2012-02-15
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Description

（関連出願についての記載）
本願は、先の日本特許出願２００７−１６９０１６号（２００７年６月２７日出願）の優先権を主張するものであり、前記先の出願の全記載内容は、本書に引用をもって繰込み記載されているものとみなされる。
本発明は、パターンの照合技術に関し、特に、パターン特徴の属性を計算する特徴属性計算装置、特徴量抽出装置とパターン照合装置と方法及びプログラムに関する。

この種のパターン照合装置の一例（関連技術）として、例えば特許文献１の記載が参照される。このパターン照合装置は、指紋を照合する装置であって、第１の指紋（特許文献１では「探索指紋」という）パターンの各パターン特徴（特許文献１では「特徴点」という）に対し、第２の指紋（特許文献１では「ファイル指紋」という）パターンの各パターン特徴を、それぞれのパターン特徴のもつ局所的特徴データを比較することによって、パターン特徴の対応関係（特許文献１では「対」関係という）を検出することにより、指紋パターンの同一性を照合する。

上記パターン特徴の局所的特徴データとして、該パターン特徴の位置を中心として該パターン特徴の向き（特許文献１では「方向」という）によって決定される局所座標系に於ける近傍パターン特徴の位置と向きと、近傍パターン特徴との間の交差隆線数を用いる。

特許文献２には、入力画像と参照画像の局所的な流線方向の共分散の偏りによって指紋画像の品質を検出する構成が開示されている。特許文献３には、指紋画像データと指面の三次元位置データから指面の曲面形状に沿った曲線座標系で表現された中間データを得、中間データから曲面を仮想的に平面展開した仮想平面の座標系で表現される照合用のデータを取得する構成が開示されている。

特開昭５６−２４６７５号公報特開２０００−０５７３３８号公報特開２００６−１７２２５８号公報特開昭５５−１３８１７４号公報特開平８−７０９７号公報

しかしながら、前述したパターン照合装置においては、次のような問題がある（以下の内容は、本発明者の検討結果による）。

第１の問題点は、指の押捺による紋様の変形がある場合、各パターン特徴を中心とした局所座標で表わした近傍パターン特徴の位置と向きなどの局所的特徴データに、紋様変形による変動が含まれる、ということである。

第２の問題点は、パターン特徴の対応関係を精度よく検出できない場合がある、ということである。すなわち、上記局所的特徴データには、紋様変形による変動が含まれるため、それを比較することによって、パターン特徴の対応関係を検出するためには、大きな変動を許容する閾値に設定せざるを得ない。しかしながら、大きな変動を許容する閾値を設定すると、パターン特徴の対応関係の検出精度が粗くなり、精度よく検出することはできない。

第３の問題点は、上記大きな変動を許容する閾値設定で検出されたパターン特徴の対応関係を基に、指紋パターンの同一性を照合する場合、類似指紋との分離が劣化し、識別精度の低下を引き起こすことがある、ということである。

したがって、本発明の目的は、パターンに変形があっても、該変形による影響を抑制して、パターン特徴の属性を導出可能とする装置と方法並びにプログラムを提供することにある。

本発明の他の目的は、パターンに変形があっても、該変形による影響を抑制して、パターン特徴の属性の相対関係を抽出可能とする装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、パターンに変形があっても該変形による影響を抑制してパターン特徴の対応関係を検出可能とする装置を提供することにある。

本願で開示される発明は、前記課題を解決するため、概略以下の構成とされる。

本発明の１つのアスペクト（側面）に係る装置（特徴属性計算装置）においては、パターン信号における紋様の流れ（例えば指掌紋の場合、隆線や谷線の方向に沿った紋様の流れ）方向の分布によって定められた流線座標系でパターン特徴の属性を求め、特にパターン特徴の流線座標系での位置や姿勢を求める。

本発明においては、パターン信号を入力し前記パターン信号内の流線を検出する手段と、前記検出された流線の方向に対応した座標軸を有する流線座標系を設定する手段と、前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性（特徴データ）を求める手段と、を備える。

本発明において、前記特徴の属性は、前記パターン特徴の前記流線座標系での位置と前記パターン特徴の前記流線座標系での姿勢とのうちの少なくとも１つを含む。

本発明において、前記流線座標系を設定する手段は、前記パターン信号内の流線上の互いに異なる複数の点に関して、前記複数の点における流線の方向にそれぞれ対応した複数の局所流線座標系を設定し、前記複数の局所流線座標系の集まりによって前記流線座標系を構成する、ようにしてもよい。

本発明において、前記流線座標系を設定する手段は、前記パターン信号内の流線の流れ方向を、前記流線座標系の１つの座標軸の接線方向とする、ようにしてもよい。

本発明において、前記流線座標系を設定する手段は、前記パターン信号内の流線の流れ方向と平行な軸を、前記流線座標系の１つの座標軸とする、ようにしてもよい。

本発明において、前記流線座標系を設定する手段は、前記パターン信号における紋様の流れ方向の分布を基にパターン特徴を通過する流線を求め、前記流線を、前記流線座標系の１つの座標軸とする、ようにしてもよい。

本発明において、前記流線座標系を設定する手段は、パターン特徴の姿勢を基に流線座標系を設定する、ようにしてもよい。

本発明において、前記流線を検出する手段は、前記流線を、前記パターン信号内の局所領域の信号によって定められた流れ方向の分布を基に求める、ようにしてもよい。

本発明において、前記流線を検出する手段は、前記パターン信号内の所定のパターン特徴の位置から流れの向きに、所定量移動し、移動前の位置での流れの向きと連続するように、新しい位置での向きを定め、前記新しい位置から定められた新しい向きに所定量移動して次の向きを定める操作を繰り返すことで、前記所定のパターン特徴を通る前記流線の位置とその方向を決定する、ようにしてもよい。

本発明において、前記パターン信号を指掌紋とし、前記パターン特徴は指掌紋の微細構造としてもよい。このほかにも、各種紋様（テクスチャ）パターン、等高線パターン等、任意のパターンの特徴の属性計算、抽出、照合に用いられる。

本発明の他のアスペクト（側面）に係る装置（特徴量抽出装置）においては、複数のパターン特徴に対し上記特徴属性計算装置で求められた属性の相対関係を特徴量とする。例えば、パターン特徴間の流線座標系での位置の関係や姿勢の関係を、該相対関係の特徴量としてもよい。

本発明においては、前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での位置、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での姿勢のずれ、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での距離、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での方位、
の少なくとも１つを含む。

本発明において、前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での位置であり、前記位置を、１つのパターン特徴を座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる距離を基に求めるようにしてもよい。

本発明において、前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での姿勢のずれであり、前記姿勢のずれを、１つのパターン特徴を座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる姿勢のずれを基に求めるようにしてもよい。

本発明において、前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での距離であり、前記距離を、１つのパターン特徴を座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる距離を基に求める、ようにしてもよい。

本発明において、前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での方位であり、前記方位を、１つのパターン特徴を座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる距離を基に求めるようにしてもよい。

本発明においては、入力パターン信号から紋様の特徴であるパターン特徴の位置と向きを検出する特徴検出部と、入力パターン信号の点について、該点の周辺パターン情報を用いて、該点の主方向を検出する方向検出部と、検出されたパターン特徴のそれぞれについて、パターン特徴の位置と向きの情報と入力パターン信号内の各点の主方向の情報とを用いて、該パターン特徴を通過する流線の位置と向きを検出する流線検出部と、検出されたパターン特徴のそれぞれについて、該パターン特徴と該パターン特徴を通過する流線特徴のそれぞれを、局所流線座標系の原点と軸として設定し、他のパターン特徴の流線軸への投影点を求め、該他のパターン特徴の局所流線座標系における位置と向きの情報を、パターン特徴の属性をなす流線リレーションとして検出する流線リレーション検出部と、を備えている。

本発明のさらに他のアスペクト（側面）に係る装置（パターン特徴対応付け装置）においては、パターン特徴に関して前記特徴属性計算装置で求められた流線座標系での属性、又は、前記特徴量抽出装置で求められた、流線座標系での属性の相対関係を基に、パターン特徴の対応関係を検出する。

本発明のパターン特徴対応付け装置においては、特徴属性計算装置により、パターン特徴の流線リレーションを求め、探索特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持する探索特徴記憶部と、ファイル特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持するファイル特徴記憶部と、前記探索特徴記憶部と前記ファイル特徴記憶部にそれぞれ保持された各パターン特徴のデータを順次読み出し、流線リレーションに対応する他のパターン特徴からの相対位置と向きを比較して、前記探索特徴記憶部のパターン特徴と前記ファイル特徴記憶部のパターン特徴から対となるパターン特徴を検出する対検査部と、を備える。

本発明のさらに別のアスペクト（側面）に係る装置（パターン照合装置）は、パターン特徴に関して前記特徴属性計算装置で求められた流線座標系での属性、または、前記特徴量抽出装置で求められた、流線座標系での属性の相対関係を基に検出されたパターン特徴の対応関係を用いて、第１のパターン信号と第２のパターン信号の照合を行う。

本発明においては、前記特徴属性計算装置により、パターン特徴の流線リレーション特徴を求め、探索特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持する探索特徴記憶部と、ファイル特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持するファイル特徴記憶部と、前記探索特徴記憶部と前記ファイル特徴記憶部にそれぞれ保持された各パターン特徴のデータを順次読み出し、流線リレーションに対応する他のパターン特徴からの相対位置と向きを比較して、前記探索特徴記憶部のパターン特徴と前記ファイル特徴記憶部のパターン特徴から対となるパターン特徴を検出する対検査部と、前記対検査部で検出された対となるパターン特徴のデータを保持する対特徴記憶部と、前記対特徴記憶部に保持された対となるパターン特徴のデータ、又は、対となるパターン特徴のデータと前記探索特徴記憶部と前記ファイル特徴記憶部にそれぞれ保持されているパターン特徴データとからパターンの一致性を判定する照合判定部と、を備えた構成としてもよい。

本発明の方法においては、パターン信号を入力し前記パターン信号内の流線を検出する工程と、
前記検出された流線の方向に対応した座標系（「流線座標系」という）を設定する工程と、
前記流線座標系を基準としてパターン信号内のパターン特徴の属性を求める工程と、
を含む。

本発明に係る方法において、前記流線座標系を設定する工程は、
前記パターン信号内の流線上の互いに異なる複数の点のそれぞれに関して複数の局所流線座標系を構成し、前記複数の局所流線座標系から、前記流線座標系を設定する。

本発明に係る方法において、前記流線を検出する工程は、
前記パターン信号内の所定のパターン特徴（特徴点、特異点）の位置から流れの向きに所定量移動し、
移動前の位置での流れの向きと連続するように、新しい位置での向きを定め、定められた新しい向きに所定量移動して次の向きを定める操作を繰り返すことで、前記所定のパターン特徴を通過する流線の位置とその方向を決定する。

本発明に係る方法において、入力パターン信号から紋様の特徴であるパターン特徴の位置と向きを検出する特徴検出工程と、
入力パターン信号の点について、該点の周辺パターン情報を用いて、該点の主方向を検出する方向検出工程と、
検出されたパターン特徴のそれぞれについて、パターン特徴の位置と向きの情報と入力パターン信号内の各点の主方向の情報とを用いて、該パターン特徴を通過する流線の位置と向きを検出する流線検出工程と、
検出されたパターン特徴のそれぞれについて、該パターン特徴と該パターン特徴を通過する流線特徴のそれぞれを、局所流線座標系の原点と軸として設定し、他のパターン特徴の流線軸への投影点を求め、該他のパターン特徴の局所流線座標系における位置と向きの情報を、パターン特徴の属性をなす流線リレーションとして検出する流線リレーション検出工程と、
を含む。

本発明に係るコンピュータプログラムは、パターン信号を入力し前記パターン信号内の流線を検出する処理と、
前記検出された流線の方向に対応した座標系（「流線座標系」という）を設定する処理と、
前記流線座標系を基準としてパターン信号内のパターン特徴の属性を求める処理と、
をコンピュータに実行させるプログラムよりなる。

本発明によれば、上記した方法発明とプログラム発明のほかにも、上記した各アスペクトの装置発明に対応した、方法発明、プログラム発明が提供される。

本発明によれば、パターンに変形があっても、変形の影響を抑制し、変動が小さいパターン特徴の属性を計算することができる。

また、本発明によれば、パターンに変形があっても、変形の影響を抑制し、変動が小さいパターン特徴の属性の相対関係を抽出することができる。

さらに本発明によれば、パターンに変形があっても、変形の影響を抑制し、パターン特徴の対応関係を精度よく検出できる。本発明によれば、パターンに変形があっても、パターンの同一性を精度よく照合することができる。

座標曲線網での複数の場所の間の相対位置の計測方法の説明図である。流線によって定められた局所流線座標系を説明するための指紋紋様の部分拡大図である。本発明の第１の実施例の構成を示す図である。本発明の第２の実施例の構成を示す図である。本発明の第３の実施例の構成を示す図である。本発明に係る方法を説明する流れ図である。

符号の説明

１０特徴検出部
２０方向検出部
３０流線検出部
４０流線リレーション検出部
５０、５１探索特徴記憶部
６０、６１ファイル特徴記憶部
７０、７１対検査部
８０対特徴記憶部
９０照合判定部

上記した本発明についてさらに詳細に説明する。本発明は、例えば、指紋、掌紋、あるいは、地図、文字等の２次元以上のパターン信号の認識において、紋様（テクスチャ）パターンから構成された紋様の同一性を、パターン特徴によって照合する装置、および上記照合装置等で用いるパターン特徴（紋様特徴）のコード化に好適な装置、方法、プログラムを提供する。

本発明においては、パターン信号を入力し該パターン信号内の流線を検出する工程（図６のＳ１）と、
前記パターン信号内で検出された流線の方向に対応した座標系（流線座標系）を設定する工程（図６のＳ２）と、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を求める工程（図６のＳ３）と、を含む。本発明によれば、上記各工程（Ｓ１乃至Ｓ３）を実行する手段を備えた装置が提供される。さらに、本発明によれば、上記各工程（Ｓ１乃至Ｓ３）の処理をコンピュータで実行させるプログラムが提供される。

本発明によれば、パターン特徴の属性が、パターン特徴の変形に対して、不変となるか、ほとんど影響を受けない座標系（流線座標系）が導入される。これまで、パターン特徴の照合において、座標系は、固定とされているのに対して、本発明では、座標系の方を、変形の可能性があるパターン特徴にあわせた上で、特徴データを求めるという全く新しい手法を提供する。

本発明においては、パターン信号内のパターン特徴の位置や姿勢を、パターン信号内の紋様によって決定される紋様の流れ（流線）との関係によって測る。紋様の流れによって決定される流線座標系を基準として求めたパターン特徴の属性、及び、パターン特徴間の属性の相対関係は、パターンの変形があっても、変動が小さい性質を持つ。本発明によれば、パターン信号に内在する紋様の流れ（流線）によって決定される流線座標系を用いることで、パターンの変形が発生した場合でも、該変形の影響を抑制し、パターン特徴の属性、対応関係を精度よく検出することができる。このため、本発明によれば、パターンに変形があっても、パターンの同一性を精度よく照合することができる。

はじめに、本発明において、抽出される特徴、及び、抽出時に考慮されるべき注意点について図面を用いて説明する。特に制限されないが、以下では、処理対象とする画像（イメージ）情報として、指紋画像を例に説明する。なお、本発明は、指紋画像に限定されるものでなく、任意のパターン信号に対して適用可能であることは勿論である。

図２（ａ）と図２（ｂ）には、縞状パターンの一例として、指紋紋様の部分拡大図が模式的に示されている。図２（ｂ）には、図２（ａ）に示された紋様に変形が加えた場合の紋様が示されている。

図２（ａ）を参照して、指紋の濃淡画像が黒く表示されている隆線部と白く表示されている谷線部が交互に繰り返されるパターンである。

指紋パターンを構成する隆線の模様には、多数の微細構造、即ち、隆線の端点Ｍ、Ｍ１、分岐点Ｍ０、Ｍ２のようなパターン特徴が散在している。なお、端点、分岐点は、特徴点ともいう。

ある一つのパターン特徴Ｍ（ここでは、端点である）に着目し、この点の位置座標（Ｘ、Ｙ）及びその向きＤを図に示すように定める。

また、隆線分岐点Ｍ０のようなパターン特徴の場合、その向きは、谷線の端点の向きとして一意的に定められる。

一般的に、指紋パターンのような縞状模様のパターンについて、各点には、その近傍の紋様の流れ方向によって方向が決められる。本明細書では、この方向を、該点の主方向と定義する。

また、このようなパターン信号における主方向の分布を、連続で、滑らかなベクトル場とみなす場合、各点において、流れの接線が該点の主方向と平行となる曲線が定められる。本明細書では、この紋様の流れを表わす曲線を、流線と定義する。

流線は、指紋の隆線や谷線のように、目視によって、直接、確認できる特徴ではないが、パターンの紋様によって固有に定められる、という特徴である。

一方、２次元パターンにおいて、各点における主方向を定めると、主方向に直交する（垂直な）方向も定められる。このため、流線曲線と直交する法線曲線も定められる。

図１を参照して、一般的２次元パターンにおける流線曲線群（族）の例Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_Ａと共に、それに直交する法線曲線群（族）の例Ｎ_１、Ｎ_２、Ｎ_Ａが示されている。

このように、本明細書では、変形する縞状パターンの上に、紋様の流れ方向の分布によって固有に決定され、互いに直交する流線曲線と法線曲線からなる曲線群によって定められる座標系を、パターンの流線座標系（「自然座標系」ともいう）と定義する。そして、該曲線群を「座標曲線群」といい、パターン内の各点の流線座標系での位置や姿勢などの属性を、該点と各座標曲線との関係によって定める。

さらに、パターン内の異なる点の間の関係についても、例えば図１に示されるように、点Ｏに対する点Ｐの相対位置は、点Ｐと点Ｈの法線曲線上の距離、及び、点Ｏと点Ｈの流線曲線上の距離として定める。

ここで、上記点Ｈは、点Ｏを通過する流線と点Ｐを通過する法線の交差点である。

一般的に、縞状パターンの各点における主方向の向きが一意的に決められないため、流線族の向きも一意的に決められない。

本明細書では、パターン特徴間の位置や姿勢の相対関係を測る場合、一つのパターン特徴を基準とし、該パターン特徴の姿勢によって、該パターン特徴を通過する流線の向きを定めることによって、他の流線や法線の向きも定め、基準パターン特徴の局所流線座標系を定める。

また、パターン上に特別なパターン特徴（例えば指紋のコア特徴、デルタ特徴のような特異点）が存在し、安定的に検出できる場合、該特別なパターン特徴を基準としたグローバル流線座標系を、パターン信号上に定めてもよい。この場合、他のパターン特徴の基準パターン特徴に関する流線座標系上の位置や姿勢の関係は、各パターン特徴の属性となる。一般に、グローバル流線座標系と比べ、複数のパターン特徴をそれぞれ基準とする複数の局所流線座標系を用いた方が、パターン信号内に不明瞭な領域が存在する場合でも、パターン特徴間に属性の相対関係の特徴量を抽出できる可能性が高い。また、複数の局所流線座標系を用いた場合、流線族の間での複雑なグローバルな位置関係を考慮しなくても、簡易な構成で、流線座標系における特徴量を抽出することができる。

さらに、流線座標系は、パターン信号内の流線上の互いに異なる複数の点のそれぞれに関して、複数の局所流線座標系を設定し、該複数の局所流線座標系から、大域的な座標系として構成するように設定してもよい。

図２（ａ）の例において、パターン特徴Ｍを基準として、パターン特徴Ｍを通過する流線ｓが描かれている。この例では、流線ｓの（各点の）向きが、パターン特徴Ｍの向きと一致するように定められている。また、流線ｓの向きが定まると、流線ｓに垂直する法線の向きも定められる。図２（ａ）には、パターン特徴Ｍを通過する法線ｎとその向きが描かれている。

前述したように、本発明において、変形するパターン上のパターン特徴間の位置や、姿勢の関係を、パターンに内在する流線によって固有に定められた流線座標系で計測する。

図２（ａ）の例を参照して、パターン特徴の流線座標の詳細を説明する。

図２（ａ）において、パターン特徴Ｍを中心特徴として、流線ｓを中心流線とした流線座標系が示されている。中心特徴Ｍに対して、あるパターン特徴Ｍ_０の流線座標は次のように定義されている。

Ｍ_０を通過する法線曲線と中心流線ｓと交差する点を、投影点Ｈ_０とし、
Ｍ_０とＨ_０の法線曲線上の符号つき距離をｎ_０とし、
ＭとＨ_０の流線曲線上の符号つき距離をｓ_０として、
（ｓ_０、ｈ_０）は、Ｍ０の該流線座標系における位置座標とする。

ここで、符号付き距離は、例えば、中心特徴ＭからＨ_０までの向きが流線ｓの向きと一致する場合、距離ｓ_０の符号を正にし、一致しない場合、負にするというように定めるとよい。

また、この例では、該流線座標系における、Ｍ_０の向きも、例えばＭ_０とＨ_０との向きの差として定義できる。

以上では、指紋パターンの例を使って説明したが、一般的な縞状パターンにおいて、例えば地図データには、端点や分岐点のようなタイプのパターン特徴が多くない。

しかし、このような一般的なパターンには、紋様曲線の曲率の大きい部分の位置が抽出でき、その向きも定義できる。

紋様曲線の曲率の大きい部分の構造をパターン特徴とみなした場合、本発明は、地図データのようなパターンにも適用できる。

次に、本発明の実施例として、パターン特徴のコード化を行う特徴属性計算装置の例について説明する。図３は、本発明の第１の実施例の構成を示す図である。図３を参照すると、本実施例の特徴属性計算装置（パターン特徴コード化装置）は、特徴検出部１０と、方向検出部２０と、流線検出部３０と、流線リレーション検出部４０と、を備えている。これらの構成要素はそれぞれ概略つぎのように動作する。

特徴検出部１０は、入力パターンから紋様の特徴であるパターン特徴の位置と向きを検出する。

方向検出部２０は、入力パターンの各点について、該点の周辺パターン情報を用いて、該点の主方向を検出する。

流線検出部３０は、検出されたパターン特徴のそれぞれについて、パターン特徴の位置と向きの情報と入力パターン内の各点の主方向の分布情報とを用いて、該パターン特徴を通過する流線特徴、及び流線特徴の向きを検出する。

流線リレーション検出部４０は、検出されたパターン特徴のそれぞれについて、該パターン特徴と該パターン特徴を通過する流線特徴のそれぞれを、流線座標系の原点と軸として、他のパターン特徴の流線軸への投影点を求め、該他のパターン特徴の流線座標系における位置と向きの情報を、パターン特徴をなす流線リレーションとして検出する。

次に、図３を参照して、本実施例の各部について詳細に説明する。特徴検出部１０では、入力パターンから紋様の特徴であるパターン特徴の位置と向きを検出する。縞状パターンのパターン特徴の位置と向きの検出方法の一例として、例えば特許文献４の記載が参照される。

方向検出部２０では、入力パターンの各点における局所流れ方向を検出する。縞状パターンの局所流れ方向である主方向の検出方法の一例として、例えば特許文献５の記載が参照される。

流線検出部３０では、パターン特徴を通過する流線を検出する。流線の検出方法は、例えば、上記パターン特徴の位置から出発して、該パターン特徴の向きまたは反対向きへ少しだけ移動して、新しい位置に移動前の位置の向きを参照して、向きの連続性により、新しい位置の主方向の向きを定めて、定められた新しい向きへさらに少しだけ移動していく。このような操作を繰り返していくと、流線の位置とその向きが定められる。

流線リレーション検出部４０は、パターン特徴の流線リレーションを検出する。

流線リレーションとしては、
・一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での位置(location)、
・一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での姿勢(orientation)のずれ、
・一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での距離(distance)、
・一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での方位(direction)、
の少なくとも１つが用いられる。

流線リレーションの検出の一例として、
・パターン特徴と該パターン特徴を通過する流れの流線のそれぞれを流線座標系の原点と座標軸として、他のパターン特徴の該座標軸への投影点を求め、
・図２（ａ）を参照して説明したように、該他のパターン特徴と、他のパターン特徴の該座標軸への投影点の符号付き距離ｎ_０を求め、
・さらに、該他のパターン特徴の該座標軸への該投影点と、原点との符号付き距離ｓ_０を求め、
・（ｓ_０、ｎ_０）を該他のパターン特徴の流線リレーションとすることができる。

あるいは、該他のパターン特徴と、該他のパターン特徴の該座標軸への投影点との向きの差を、該他のパターン特徴の流線リレーションとするようにしてもよい。

さらに、流線座標系上の位置座標（ｓ_０、ｎ_０）によって、原点とその向きに対する他のパターン特徴の距離や、方位も定められる。

ここで、該他のパターン特徴と投影点の符号付き距離ｎ_０は、計算を簡単にするため、例えば、法線曲線上の距離ではなく、Ｍ_０と流線ｓとの最短直線距離としてもよい。

また、流線リレーションとして、複数の近傍パターン特徴に対して検出することが望ましい。

流線リレーション検出部４０で検出された流線リレーションのデータは、記憶装置に出力される。例えば、所定の形式でハードディスクやフラッシュメモリディスクなど外部記憶装置に記憶してもよい。

なお、図３の特徴検出部１０、方向検出部２０、流線検出部３０、流線リレーション検出部４０はコンピュータ上で動作するプログラムによってその処理・機能を実現するようにしてもよい。

図３において、流線リレーション検出部４０からの流線リレーションのデータを用いて、パターン特徴の属性の相対関係を特徴量として出力する装置（特徴量抽出装置）が構成される。すなわち、パターン特徴の属性の相対関係として、パターン特徴間の流線座標系での位置、姿勢、距離、方位の少なくとも１つが出力される。

図４は、本発明の第２の実施例の構成を示す図である。図４を参照すると、本実施例のパターン照合装置は、探索特徴記憶部５０と、ファイル特徴記憶部６０と、対検査部７０と、対特徴記憶部８０と、照合判定部９０とを備えている。これらの構成要素はそれぞれ概略つぎのように動作する。

探索特徴記憶部５０では、探索すべきパターンから検出されたパターン特徴（探索特徴）と、そのパターン特徴の流線リレーションのデータを保持する。探索特徴記憶部５０に保持されるパターン特徴の流線リレーションのデータは、図３の流線リレーション検出部４０で計算される。

ファイル特徴記憶部６０はファイル特徴（探索特徴と照合されるパターン特徴）とその流線リレーション特徴のデータを保持する。ファイル特徴記憶部６０に保持されるファイル特徴の流線リレーションのデータは、図３の流線リレーション検出部４０で計算され、パターン照合の基準（リファレンス）とされる。

対検査部７０は、探索特徴記憶部５０とファイル特徴記憶部６０に保持された各パターン特徴のデータを順次読み出し、流線リレーション特徴である他のパターン特徴からの相対位置、向きを比較して、探索特徴記憶部５０のパターン特徴と、ファイル特徴記憶部６０のパターン特徴から、対となるパターン特徴を検出する。

流線リレーション特徴の比較方法としては、例えば、探索特徴記憶部５０のパターン特徴とファイル特徴記憶部６０のパターン特徴のすべてのパターン特徴の組合せに対し、流線リレーションの差と、あらかじめ定められた閾値とを比較し、その差が閾値以下であれば、該パターン特徴の組合せを「対」として検出するようにしてもよい。

対特徴記憶部８０は、対検査部７０で検出された、対パターン特徴群のデータを保持する。

照合判定部９０は、対特徴記憶部８０に保持された対パターン特徴群のデータと、探索特徴記憶部５０及びファイル特徴記憶部６０に保持されているパターン特徴のデータとから、パターンの一致性を判定する。例えば、対特徴記憶部８０に保持された対パターン特徴群の数（ｍ）と、探索特徴記憶部５０及びファイル特徴記憶部６０に保持されているパターン特徴のデータ数（ｎ１、ｎ２）とから、スコア（例えばｍ／ｍａｘ｛ｎ１，ｎ２｝）を導出し、該スコアが予め定められた閾値を越えている場合、パターン照合結果が一致していると判定するようにしてもよい。あるいは、対パターン特徴群の数（ｍ）に基づき照合するか否かを判定してもよい。対となるパターン特徴の検出、パターン照合判定の手法は、各種提案されており、例えば特許文献１に記載されている手法等を用いてもよい。

本実施例の装置を指紋照合システム（セキュリティ管理システム）に用いた場合、照合判定部９０での判定結果は、例えば建物への入退室や建物内のエリア内への入退室の許可等に用いられる。

本実施例では、流線リレーションを用いてパターン特徴の対応関係を検出しているため、例えば、図２（ａ）の状態から、図２（ｂ）に示されているように、パターンの変形があった場合にも、図２（ａ）のパターン特徴Ｍ_０の流線座標（ｓ_０、ｎ_０）と、図２（ｂ）のパターン特徴Ｍ’０の流線座標（ｓ’_０、ｎ’_０）の変動が小さいため、精度よく、対応パターン特徴を検出することができる。この結果、高精度のパターン照合を実現可能としている。

なお、図４の対検査部７０、照合判定部９０は、コンピュータ上で動作するプログラムによってその処理・機能を実現するようにしてもよい。

次に、本発明によるパターン特徴対応付け装置について説明する。図５は、本発明の第３の実施例の構成を示す図である。図５を参照すると、このパターン特徴対応付け装置は、探索特徴記憶部５１と、ファイル特徴記憶部６１と、対検査部７１とを備えている。これらの動作は、それぞれ、図４の探索特徴記憶部５０、ファイル特徴記憶部６０、対検査部７０と同じである。すなわち、対検査部７１は、探索特徴記憶部５１とファイル特徴記憶部６１に保持された各パターン特徴のデータを順次読み出し、流線リレーション特徴である他のパターン特徴からの相対位置、向きを比較して、対となるパターン特徴群を検出する。

本発明によれば、指掌紋パターンの照合による個人識別、身元確認、容疑者候補検索といった用途に適用できる。

また、本発明によれば、航空画像と地図データとの照合による道路交通情報解析といった用途にも適用できる。

さらに、本発明によれば、地形パターンの照合による飛行体の位置姿勢制御といった用途にも適用できる。さらに、本発明によれば、文字パターン認識といった用途にも適用できる。さらに、ＣＴ（Computer Tomography）、ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)、サーモグラフィ、超音波測定（診断）等のイメージデータにおけるパターン特徴の属性の計算、パターン照合にも適用することができる。

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

Claims

パターン信号を入力し前記パターン信号内の流線を検出する手段と、
検出された前記パターン信号内流線の方向に対応した流線曲線と該流線曲線に直交する法線曲線によって定められる座標系（「流線座標系」という）を設定する手段と、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を導出する手段と、
を備えた、ことを特徴とする特徴属性計算装置。
前記パターン特徴の属性は、
前記パターン特徴の前記流線座標系での位置と、
前記パターン特徴の前記流線座標系での姿勢と、
のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１記載の特徴属性計算装置。
前記流線座標系を設定する手段は、
前記パターン信号内の流線上の互いに異なる複数の点に関して、前記複数の点における流線の方向にそれぞれ対応した複数の局所流線座標系を設定し、前記複数の局所流線座標系の集まりによって前記流線座標系を構成する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の特徴属性計算装置。
前記流線座標系を設定する手段は、
前記パターン信号内の流線の流れ方向を、前記流線座標系の１つの座標軸の接線方向とする、ことを特徴とする請求項１又は２記載の特徴属性計算装置。
前記流線座標系を設定する手段は、
前記パターン信号内の流線の流れ方向と平行な軸を、前記流線座標系の１つの座標軸とする、ことを特徴とする請求項１又は２記載の特徴属性計算装置。
前記流線座標系を設定する手段は、
前記パターン信号における紋様の流れ方向の分布を基にパターン特徴を通過する流線を求め、前記流線を、前記流線座標系の１つの座標軸とする、ことを特徴とする請求項１又は２記載の特徴属性計算装置。
前記流線座標系を設定する手段は、
パターン特徴の姿勢を基に、前記流線座標系を設定する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の特徴属性計算装置。
前記流線を検出する手段は、
前記パターン信号内の局所領域の信号によって定められた流れ方向の分布を基に前記流線を求める、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の特徴属性計算装置。
前記流線を検出する手段は、
前記パターン信号内の所定のパターン特徴の位置から流れの向きに、所定量移動し、移動前の位置での流れの向きと連続するように、新しい位置での向きを定め、
前記新しい位置から定められた新しい向きに所定量移動して次の向きを定める操作を繰り返すことで、前記所定のパターン特徴を通る前記流線の位置とその方向を決定する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の特徴属性計算装置。
前記パターン信号は指掌紋を含み、
前記パターン特徴は指掌紋の微細構造を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の特徴属性計算装置。
パターンの特徴量を抽出する装置であって、
複数のパターン特徴に対し、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の特徴属性計算装置で求められた、パターン特徴の属性の相対関係を、特徴量として抽出する、ことを特徴とする特徴量抽出装置。
前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での位置、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での姿勢のずれ、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での距離、
一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での方位、
のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１１記載の特徴量抽出装置。
前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での位置であり、
前記位置を、１つのパターン特徴を流線座標系の座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる距離を基に、求める、ことを特徴とする請求項１１記載の特徴量抽出装置。
前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での姿勢のずれであり、
前記姿勢のずれを、１つのパターン特徴を流線座標系の座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる姿勢のずれを基に、求める、ことを特徴とする請求項１１記載の特徴量抽出装置。
前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での距離であり、
前記距離を、１つのパターン特徴を流線座標系の座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる距離を基に、求める、ことを特徴とする請求項１１記載の特徴量抽出装置。
前記複数のパターン特徴の属性の相対関係は、一方のパターン特徴から見た他方のパターン特徴の流線座標系での方位であり、
前記方位を、１つのパターン特徴を流線座標系の座標軸上に置いたときの、他のパターン特徴の該座標軸によって測られる距離を基に、求める、ことを特徴とする請求項１１記載の特徴量抽出装置。
パターン信号内の１つ又は複数のパターン特徴に関して、
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の特徴属性計算装置で求められた属性を基に、前記パターン特徴の対応関係を検出する、パターン特徴対応付け装置。
パターン信号内の複数のパターン特徴に関して、
請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の特徴量抽出装置で求められた、パターン特徴の属性の相対関係を基に、前記パターン特徴の対応関係を検出する、パターン特徴対応付け装置。
請求項１７又は１８記載のパターン特徴対応付け装置で検出されたパターン特徴の対応関係を用いて、第１のパターン信号と第２のパターン信号のパターン照合を行う、パターン照合装置。
入力パターン信号から紋様の特徴であるパターン特徴の位置と向きを検出する特徴検出部と、
前記入力パターン信号の点について、該点の周辺パターン情報を用いて、該点の主方向を検出する方向検出部と、
検出されたパターン特徴のそれぞれについて、パターン特徴の位置と向きの情報と入力パターン信号内の各点の主方向の情報とを用いて、該パターン特徴を通過する流線の位置と向きを検出する流線検出部と、
前記検出されたパターン特徴のそれぞれについて、該パターン特徴と該パターン特徴を通過する流線のそれぞれを、流線曲線と該流線曲線に直交する法線曲線によって定められる局所流線座標系の原点と軸として設定し、他のパターン特徴の流線軸への投影点を求め、
該他のパターン特徴の局所流線座標系における位置と向きの情報を、パターン特徴の属性をなす流線リレーションとして検出する流線リレーション検出部と、
を備えた、特徴属性計算装置。
請求項２０記載の特徴属性計算装置により、パターン特徴の流線リレーションを求め、
探索特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持する探索特徴記憶部と、
ファイル特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持するファイル特徴記憶部と、
前記探索特徴記憶部と前記ファイル特徴記憶部にそれぞれ保持された各パターン特徴のデータを順次読み出し、流線リレーションに対応する他のパターン特徴からの相対位置と向きを比較して、前記探索特徴記憶部のパターン特徴と前記ファイル特徴記憶部のパターン特徴から対となるパターン特徴を検出する対検査部と、
を備えた、パターン特徴対応付け装置。
請求項２０記載の特徴属性計算装置により、パターン特徴の流線リレーションを求め、
探索特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持する探索特徴記憶部と、
ファイル特徴をなすパターン特徴と流線リレーションのデータ群を保持するファイル特徴記憶部と、
前記探索特徴記憶部と前記ファイル特徴記憶部にそれぞれ保持された各パターン特徴のデータを順次読み出し、流線リレーションに対応する他のパターン特徴からの相対位置と向きを比較して、前記探索特徴記憶部のパターン特徴と前記ファイル特徴記憶部のパターン特徴から対となるパターン特徴を検出する対検査部と、
前記対検査部で検出された対となるパターン特徴のデータを保持する対特徴記憶部と、
前記対特徴記憶部に保持された対となるパターン特徴のデータ、又は、前記対となるパターン特徴のデータと前記探索特徴記憶部と前記ファイル特徴記憶部にそれぞれ保持されているパターン特徴データとから、パターンの一致性を判定する照合判定部と、
を備えたパターン照合装置。
パターン信号を入力し前記パターン信号内の流線を検出する工程と、
検出された前記パターン信号内の流線の方向に対応した流線曲線と該流線曲線に直交する法線曲線によって定められる座標系（「流線座標系」という）を設定する工程と、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を求める工程と、
を含む、ことを特徴とする特徴属性計算方法。
前記流線座標系を設定する工程は、
前記パターン信号内の流線上の互いに異なる複数の点に関して、複数の局所流線座標系をそれぞれ設定し、前記複数の局所流線座標系の集まりによって前記流線座標系を構成する、ことを特徴とする請求項２３記載の特徴属性計算方法。
前記流線を検出する工程は、
前記パターン信号内の所定のパターン特徴の位置から流れの向きに、所定量移動し、移動前の位置での流れの向きと連続するように、新しい位置での向きを定め、
前記新しい位置から定められた新しい向きに所定量移動して次の向きを定める操作を繰り返すことで、前記所定のパターン特徴を通る前記流線の位置とその方向を決定する、ことを特徴とする請求項２３記載の特徴属性計算方法。
入力パターン信号から紋様の特徴であるパターン特徴の位置と向きを検出する特徴検出工程と、
前記入力パターン信号の点について、該点の周辺パターン情報を用いて、該点の主方向を検出する方向検出工程と、
検出されたパターン特徴のそれぞれについて、パターン特徴の位置と向きの情報と入力パターン信号内の各点の主方向の情報とを用いて、該パターン特徴を通過する流線の位置と向きを検出する流線検出工程と、
検出されたパターン特徴のそれぞれについて、該パターン特徴と該パターン特徴を通過する流線のそれぞれを、流線曲線と該流線曲線に直交する法線曲線によって定められる局所流線座標系の原点と軸として設定し、他のパターン特徴の流線軸への投影点を求め、該他のパターン特徴の局所流線座標系における位置と向きの情報を、パターン特徴の属性をなす流線リレーションとして検出する流線リレーション検出工程と、
を含む、パターン特徴量計算方法。
パターン信号を入力し前記パターン信号内の流線を検出する処理と、
検出された前記パターン信号内の流線の方向に対応した流線曲線と該流線曲線に直交する法線曲線によって定められる座標系（「流線座標系」という）を設定する処理と、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を求める処理と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
パターン信号内で検出された流線上の互いに異なる複数の点に関して、前記複数の点における流線の方向にそれぞれ対応した複数の局所流線座標系を設定し、前記複数の局所流線座標系の集まりによって流線座標系を構成する手段と、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を導出する手段と、
を備えた、ことを特徴とする特徴属性計算装置。
パターン信号内で検出された流線上の互いに異なる複数の点に関して、前記複数の点における流線の方向にそれぞれ対応した複数の局所流線座標系を設定し、前記複数の局所流線座標系の集まりによって流線座標系を構成し、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を導出する、
ことを特徴とする特徴属性計算方法。
パターン信号内で検出された流線上の互いに異なる複数の点に関して、前記複数の点における流線の方向にそれぞれ対応した複数の局所流線座標系を設定し、前記複数の局所流線座標系の集まりによって流線座標系を構成する処理と、
前記流線座標系を基準として前記パターン信号内のパターン特徴の属性を導出する処理と、をコンピュータに実行させるプログラム。