JP5977899B1 - 指紋認証システム、指紋認証プログラムおよび指紋認証方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、「特徴点方式」は、指紋画像を採取した際の隆線の途切れた端点または、隆線が枝分かれしている分岐点の20か所から30か所の情報を抽出登録させて照合を行う手法である。
さらに、「周波数解析方式」は、指紋紋様パターンをスライスした断面を波形として、波形スペクトル系列を特徴情報として利用し、最大相関を求めて照合を行う手法である。
本発明の他の目的は、母数に左右されることなく、高速処理できる指紋認証システム、指紋認証プログラムおよび指紋認証方法を提供することである。
一局面に従う指紋認証システムは、複数の階層を有する索引と、索引に応じて指紋データを登録する登録部を含み、登録部は、索引に応じて複数の指紋データグループを作成し、複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、索引の階層を変化させ、個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を所定数以下にするものである。
すなわち、第1段階における索引により、100%を、それぞれ約33.3%ずつにグループ分けして登録でき、第2段階における索引により、約11.1%ずつにグループ分けすることができる。その結果、登録部における指紋データを有効にグループ分けすることができる。
第2の発明にかかる指紋認証システムは、一局面に従う指紋認証システムにおいて、登録部は、索引の階層を変化させる場合、上位の索引および下位の索引との相関性が低くなるよう、索引順を再構築してもよい。
第3の発明にかかる指紋認証システムは、一局面に従うまたは第2の指紋認証システムにおいて、登録部は、索引の階層を変化させる場合、索引の条件の閾値を変化させてもよい。
第4の発明にかかる指紋認証システムは、一局面、第2、または第3に従う指紋認証システムにおいて、登録部は、索引の階層を変化させる場合、索引の階層を増加させて上階層の索引の条件を均等に区分した条件を索引として作成してもよい。
第5の発明にかかる指紋認証システムは、一局面に従う指紋認証システムにおいて、登録部は、索引の階層を増加させる場合、当該指紋データグループの偏差に基づいて指紋データを均等に区分できる条件を索引として作成する。
第6の発明に係る指紋認証システムは、一局面から第5の発明にかかる指紋認証システムにおいて、索引は、指紋データの特質または特徴に基づいてもよい。
第7の発明に係る指紋認証システムは、一局面から第6の発明に係る指紋認証システムにおいて、索引は、指紋データの紋様のパターンを含んでもよい。
第8の発明に係る指紋認証システムは、一局面から第7の発明に係る指紋認証システムにおいて、索引は、指紋データの少なくとも短線、棒線、毛線および島形線のうちいずれかに対する、少なくとも数、線の間隔、線の角度のいずれかを含んでもよい。
第9の発明に係る指紋認証システムは、一局面から第8の発明に係る指紋認証システムにおいて、索引は、指紋データの少なくとも分岐点、終止点、点、開始点および接合点のいずれかを含んでもよい。
他の局面に従う指紋認証システムは、複数の階層を有する索引と、索引に応じて指紋データを登録する登録部と、索引に応じて指紋データを照合する照合部と、を含み、登録部は、索引に応じて複数の指紋データグループを作成し、複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、索引の階層を変化させ、個々の一つに登録される指紋データ数を所定数以下にするものである。また、索引の階層化する順番は、その時点におけるデータグループにおいて効率のよい組み合わせを機械学習により算出する。そのため、例えば、Coreが中央に位置している指紋であれば、最初のグループ分けでFingerCodeを用いることや、分岐点が多い指紋であれば、分岐点の角度を最初のグループ分けで用いる等のデータグループによって階層化の優先順位も随時変更を行う。
さらに、照合部において、照合すべき指紋データが、複数の階層により11.1%の登録された指紋データの個数と照合することにより、短時間で指紋データの照合を行うことができる。
特に、第n段階(n:正の整数)の索引を形成することにより、指紋データの母数が数億個または数千万個ある場合においても、索引によりグループ分けされた数千個の指紋データと照合するだけで照合処理を行うことができるので、照合速度を短くすることができる。
第11の発明にかかる指紋認証システムは、他の局面に従う指紋認証システムにおいて、照合部は、複数の階層の最終段における指紋データの照合を、少なくとも周波数解析方式、ハイブリッド方式、マニューシャ方式、およびパターンマッチング方式のいずれかにより照合してもよい。
さらに他の局面に係る指紋認証プログラムは、複数の階層を形成する索引処理と、索引処理に応じて指紋データを登録する登録処理を含み、登録処理は、索引処理に応じて複数の指紋データグループを作成し、複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、索引処理の階層を変化させ、個々の一つに登録される指紋データ数を所定数以下にするものである。
すなわち、第1段階における索引処理により、100%を、それぞれ約33.3%ずつにグループ分けして登録でき、第2段階における索引により、約11.1%ずつにグループ分けすることができる。その結果、登録処理における指紋データを有効にグループ分けすることができる。
さらに他の局面に係る指紋認証プログラムは、複数の階層を形成する索引処理と、索引処理に応じて指紋データを登録する登録処理と、索引処理に応じて指紋データを照合する照合処理と、を含み、登録処理は、索引処理に応じて複数の指紋データグループを作成し、複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、索引の階層を増加し、個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を所定数以下にするものである。
すなわち、第1段階における索引処理により、100%を、それぞれ約33.3%ずつにグループ分けして登録でき、第2段階における索引により、約11.1%ずつにグループ分けすることができる。その結果、登録処理における指紋データを有効にグループ分けすることができる。
特に、第n段階(n:正の整数)の索引を形成することにより、指紋データの母数が数億個または数千万個ある場合においても、索引によりグループ分けされた数千個の登録された指紋データと照合するだけで照合処理を行うことができるので、照合速度を短くすることができる。
さらに他の局面に従う指紋認証方法は、複数の階層を形成する索引工程と、索引工程に応じて指紋データを登録する登録工程を含み、登録工程は、索引工程に応じて複数の指紋データグループを作成し、複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、索引の階層を変化させ、個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を所定数以下にするものである。
すなわち、第1段階における索引により、100%を、それぞれ約33.3%ずつにグループ分けして登録でき、第2段階における索引により、約11.1%ずつにグループ分けすることができる。その結果、登録工程における指紋データを有効にグループ分けすることができる。
さらに他の局面に従う指紋認証方法は、複数の階層を形成する索引工程と、索引工程に応じて指紋データを登録する登録工程と、索引工程に応じて指紋データを照合する照合工程と、を含み、登録工程は、索引に応じて複数の指紋データグループを作成し、複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、索引の階層を変化させ、個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を所定数以下にするものである。
すなわち、第1段階における索引により、100%を、それぞれ約33.3%ずつにグループ分けして登録でき、第2段階における索引により、約11.1%ずつにグループ分けすることができる。その結果、登録工程における指紋データを有効にグループ分けすることができる。
特に、第n段階(n:正の整数)の索引を形成することにより、指紋データの母数が数億個または数千万個ある場合においても、索引によりグループ分けされた数千個の登録された指紋データと照合するだけで照合処理を行うことができるので、照合速度を短くすることができる。
331、〜、33P 第n索引判定装置
400 登録部
600 照合装置
FD、TFD 指紋データ
(指紋認証システム100)
図1は、指紋認証システム100の概略構成の一例を示す模式図である。
最初に、指紋登録処理について説明を行う。
指紋登録処理においては、指紋登録装置900を用いる。指紋登録装置900は、指紋データ取得装置200、第1〜第n索引判定装置300および登録部400を含む。
まず、指紋データ取得装置200により指紋データFDが取得される。指紋データ取得装置200は、取得した指紋データFDを第1〜第n索引判定装置300に与える。
次いで、指紋照合処理について説明を行う。指紋照合処理においては、指紋認証システム100を用いる。
したがって、指紋照合処理においては、指紋データ取得装置200、第1〜第n索引判定装置300、登録部400、選定データ取得装置500、照合装置600、および判定結果表示部700を用いる。
指紋照合処理の場合、指紋データ取得装置200により指紋データFDが取得される。指紋データ取得装置200は、取得した指紋データFDを第1〜第n索引判定装置300に与える。
選定データ取得装置500は、当該索引データに応じて登録部400内の当該索引データに該当する登録された指紋データTFDを抽出する。
照合装置600は、登録部400から抽出した指紋データTFDと、指紋データ取得装置200からの指紋データFDとのパターンマッチングを行ない、判定結果を判定結果表示部700に与える。
判定結果表示部700は、内蔵された表示部(図示せず)に判定結果を表示する。
なお、上記においては、判定結果表示部700に内蔵された表示部を例示したが、これに限定されず、判定結果を信号出力する信号出力部を有してもよい。
次に、図2は、指紋登録装置の一例を示す模式図である。図2に示すように、第1〜第n索引判定装置300は、n+1個の段数を有する索引判定装置からなる(nは、任意の正の整数)。
例えば、第1索引判定装置310は、指紋データ取得装置200から指紋データFDを受け取り、3種類に判定し、区分して送信する。
具体的に、第1索引判定装置310は、指紋データFDの特徴または特質からLOOP、WHORLまたはARCHの3種類に大きく区分することができる。当該区分の詳細については、後述する。
さらに、第2索引判定装置320の下部には、第n索引判定装置331、および第n索引判定装置332が設けられる。
同様に、第2索引判定装置321の下部には、第n索引判定装置が複数設けられ(図示省略)、第2索引判定装置332の下部には、第n索引判定装置33P(Pは、任意の正の整数)が設けられる。
このように、第1〜第n索引判定装置300においては、複数の索引判定装置が複数の段階(n+1の段)で設けられている。
同様に、第n索引判定装置332の下部に、登録部400の第4グループ404、第5グループ405、第6グループ406が設けられる。
同様に、第n索引判定装置33Pの下部に、登録部400の第mグループ40m、第m+1グループ40m+1、第m+2グループ40m+2が設けられる。
図3は、本実施の形態における指紋登録処理の動作を示すフローチャートである。また、図4は、指紋データにおけるLOOP、WHORL、ARCHを説明するための模式図であり、図5は、指紋データにおける特質または特徴の一例を説明するための模式図である。
次いで、指紋データ取得装置200により取得された指紋データFDを第1索引判定装置310に送信し、第1索引判定結果が、LOOPに該当するか、WHORLに該当するか、ARCHに該当するか、を判定する(ステップS2)。
第1索引判定装置310は、ステップS2の処理において、指紋データFDがいずれに該当するかを判定する。
ここで、毛線C1は、隆線の太さが半分以下のものを意味し、短線C4は5mm未満の隆線を意味し、棒線C5は5mm以上の隆線を意味し、点C6は太さと長さが同じ隆線を意味する。
図6は、本実施の形態における指紋照合処理の動作を示すフローチャートであり、図7は、指紋照合処理における照合の一例を示す模式図である。
次いで、指紋データ取得装置200により取得された指紋データFDを第1索引判定装置310に送信し、第1索引判定結果が、LOOPに該当するか、WHORLに該当するか、ARCHに該当するか(図4参照)、を判定する(ステップS2)。
そして、選定データ取得装置500は、索引データに応じて、登録部400の第1グループ401から第m+2グループ40m+2までのいずれか1つの該当するグループに登録されたすべての指紋データTFDを取得する(ステップSn+1)。
図7に示すように、照合装置600は、登録された所定のグループの指紋データTFDと、照合対象の指紋データFDとをパターンマッチング照合させる(ステップS21)。
一方、照合装置600は、ステップS21の処理において、所定のグループの登録された全指紋データTFDの中から、照合対象の指紋データFDと一致すると判定した場合、判定結果表示部700に一致表示を表示させる(ステップS22)。
続いて、上記の実施の形態にかかる指紋認証システム100の自動形成の例について詳細に説明を行う。本実施の形態においては、1のグループに、数億万件または数千万件の指紋データTFDが登録された場合、照合処理を行う場合に、時間がかかるため多大な問題となる。
第1グループから第m+2グループのいずれかが1万個を超過している場合、相関性を判定し、索引の順番を入れ替える(ステップS52)。
したがって、上記の例示において、LOOP、WHORL、ARCHでの分類を行い、図3および図4のパターンは、一例であり、機械学習の結果により、索引の順番はこれに限定されず、入れ替わる可能性もある。
なお、機械学習を行う前の基本となるパターンについては、効率性、独立性、速度が高くなる組み合わせの索引および索引の順番を決定する。例えば、三角形(triplet)、周辺のテクスチャ情報 (FingerCode)等を優先させることが多い。
図8(a)に示すように、第1グループ、第2グループ、および第3グループのうち第2グループにおいて登録される指紋データ数が2万個になっている。したがって、ステップS51の処理において、Yesとなり、相関性を判定し、索引の順番を入れ替える。図8の例においては、第n索引判定結果Sn+1を、第n索引判定結果Sn+αに入れ替えている。
その結果、図8(b)に示すように、第2グループにおいて登録される指紋データ数が8500個まで低減させることができる。
一方、図9(b)に示すように、第n索引判定結果Snおよび第n索引判定結果Sn+αを用いた場合、8500個、8500個、6500個の3つに区分される。
したがって、第n索引判定結果Snおよび第n索引判定結果Sn+1は、相関性が高いため、指紋データ数を均等に区分することができないという問題がある。一方、第n索引判定結果Snおよび第n索引判定結果Sn+αは、相関性が低いため、指紋データ数をほぼ均等に区分することができるというメリットが生じる。
登録部400は、当該処理を繰り返し行い、データ数が均等になるまで、索引の順序を入れ替る。
図11に示すように、登録部400は、各グループに登録される指紋データ数が、1万個を超過していない場合であっても、隣接する各グループに登録される指紋データ数の差が50%以上か否か判定する(ステップS61)。
隣接するグループに登録される指紋データ数の差が50%以上の場合、相関性を判定し、索引の順番を入れ替える(ステップS62)。
その結果、隣接するグループに登録される指紋データ数の差を少なくし、各グループに登録される指紋データ数を均一にすることができる。
続いて、図12は、階層追加処理の一例を示す模式図であり、図13は、階層追加処理の一例を示すフローチャートである。
なお、図8から図11の処理を実施する前に、階層追加処理を行ってもよい。
その結果、第1グループから第m+2Lグル−プ40m+2L(Lは、任意の正の整数)まで増加させることができる。その後、登録部400の各グループのいずれか1つに個々に登録された指紋データTFDの個数が1万個を超過するか否かを再判定する(ステップS71)。
したがって、第1グループから第m+2Lグル−プ40m+2Lの個々に登録された指紋データTFDの個数を1万個以下にすることができるので、照合装置600が照合を行う際に、短時間で実施することができる。
なお、上記の例においては、5秒を超過した場合について説明したが、これに限定されず、1秒を超過、2秒を超過、3秒を超過、4秒を超過、7秒を超過、8秒を超過、9秒を超過、10秒を超過した場合等、任意の時間で自動的に第1〜第n索引判定装置を、第1〜第n+1索引判定装置へと索引判定装置を増加させてもよい。
例えば、第n索引判定装置の索引判定条件が、指紋データTFDにおけるマニューシャの毛線C1および棒線C5との間隔が、0.5mm以上かを判定していたと仮定する。
この場合、第n+1索引判定条件が、第n索引判定条件の結果YESの下位に設けられたと仮定した場合、指紋データTFDにおけるマニューシャの毛線C1および棒線C5との間隔が、0.7mm以上かを判定する索引判定を自動的に追加する。
その結果、0.5mm以上と0.5mm未満との2つのグループに登録される指紋データTFDを、0.3mm未満、0.3mm以上0.5mm未満、0.5mm以上0.7mm未満、0.7mm以上と4つのグループに分けることができる。
続いて、上記の実施の形態における、索引データの条件の一例として用いられる内容について説明する。
すなわち、ある程度の閾値を設定し、当該閾値の幅を広い状態から狭い状態へ変化させてもよい。
なお、特徴量それぞれで候補数をどれほど取得するべきかは、特徴量それぞれでの値の分布、または照合精度を用いることが望ましい。
なお、多くの候補数が無いと索引判定ができない指紋データFDと、少ない候補数でも索引判定できる指紋データFD等を特定するために、指紋データFDの識別モデルを用いてもよい。
また、与えられた指紋データFDの候補に対して、マニューシャの位置、種類、またはベクトルを用いた1対1の高精度認証を行ってもよい。
さらに、照合装置600において、照合すべき指紋データが、複数の階層(n+1)により区分され、当該索引データに応じて、予め登録部400に登録された指紋データTFDと照合されることにより、短時間で指紋データFDの照合を行うことができる。
特に、第n+1段階(n:正の整数)の索引を形成することにより、指紋データTFDの母数が数億個または数千万個ある場合においても、索引データによりグループ分けされた数千個の指紋データTFDと照合するだけで照合処理を行うことができるので、照合速度を短くすることができる。
また、索引データは、LOOP、WHORLまたはARCH、短線、棒線、毛線および島形線のうちいずれかに対する、数、線の間隔、線の角度によって、大きく区分して索引データとして有効に利用することができる。
さらに、分岐点、終止点、点、開始点および接合点のいずれかに区分することができるので、この場合、索引データとして有効に利用することができる。
Claims (15)
- 複数の階層を有する索引と、
前記索引に応じて指紋データを登録する登録部を含み、
前記登録部は、前記索引に応じて複数の指紋データグループを作成し、前記複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、前記索引の階層を変化させ、前記個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を前記所定数以下にする、指紋認証システム。 - 前記登録部は、前記索引の階層を変化させる場合、上位の索引および下位の索引との相関性が低くなるよう、索引順を再構築する、請求項1記載の指紋認証システム。
- 前記登録部は、前記索引の階層を変化させる場合、前記索引の条件の閾値を変化させる、請求項1または2記載の指紋認証システム。
- 前記登録部は、前記索引の階層を変化させる場合、前記索引の階層を増加させて上階層の索引の条件を均等に区分した条件を索引として作成する、請求項1から3のいずれか1項に記載の指紋認証システム。
- 前記登録部は、前記索引の階層を変化させる場合、前記索引の階層を増加させて当該指紋データグループの偏差に基づいて指紋データ数を均等に区分できる条件を索引として作成する、請求項1から4のいずれか1項に記載の指紋認証システム。
- 前記索引は、前記指紋データの特質または特徴に基づく、請求項1から5のいずれか1項に記載の指紋認証システム。
- 前記索引は、指紋データの紋様のパターンを含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の指紋認証システム。
- 前記索引は、指紋データの少なくとも短線、棒線、毛線および島形線のうちいずれかに対する、少なくとも数、線の間隔、線の角度のいずれかを含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の指紋認証システム。
- 前記索引は、指紋データの少なくとも分岐点、終止点、点、開始点および接合点のいずれかを含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の指紋認証システム。
- 複数の階層を有する索引と、
前記索引に応じて指紋データを登録する登録部と、
前記索引に応じて指紋データを照合する照合部と、を含み、
前記登録部は、前記索引に応じて複数の指紋データグループを作成し、前記複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、前記索引の階層を変化させ、前記個々の一つに登録される指紋データ数を前記所定数以下にする、指紋認証システム。 - 前記照合部は、前記複数の階層の最終段における指紋データの照合を、少なくとも周波数解析方式、ハイブリッド方式、マニューシャ方式、およびパターンマッチング方式のいずれかにより照合する、請求項10に記載の指紋認証システム。
- コンピュータに、複数の階層を形成する索引処理と、
前記索引処理に応じて指紋データを登録する登録処理を実行させ、
前記登録処理は、前記索引処理に応じて複数の指紋データグループを作成し、前記複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、前記索引処理の階層を変化させ、前記個々の一つに登録される指紋データ数を前記所定数以下にする、指紋認証プログラム。 - コンピュータに、複数の階層を形成する索引処理と、
前記索引処理に応じて指紋データを登録する登録処理と、
前記索引処理に応じて指紋データを照合する照合処理と、を実行させ、
前記登録処理は、前記索引処理に応じて複数の指紋データグループを作成し、前記複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、前記索引処理の階層を増加し、前記個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を前記所定数以下にする、指紋認証プログラム。 - 複数の階層を形成する索引工程と、
前記索引工程に応じて指紋データを登録する登録工程を含み、
前記登録工程は、前記索引工程に応じて複数の指紋データグループを作成し、前記複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、前記索引工程の階層を変化させ、前記個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を前記所定数以下にする、指紋認証方法。 - 複数の階層を形成する索引工程と、
前記索引工程に応じて指紋データを登録する登録工程と、
前記索引工程に応じて指紋データを照合する照合工程と、を含み、
前記登録工程は、前記索引工程に応じて複数の指紋データグループを作成し、前記複数の指紋データグループの個々のいずれか一つに登録される指紋データ数が所定数を超過した場合に、前記索引の階層を変化させ、前記個々のいずれか一つに登録される指紋データ数を前記所定数以下にする、指紋認証方法。
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