JPH05746B2 - - Google Patents

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JPH05746B2
JPH05746B2 JP57130469A JP13046982A JPH05746B2 JP H05746 B2 JPH05746 B2 JP H05746B2 JP 57130469 A JP57130469 A JP 57130469A JP 13046982 A JP13046982 A JP 13046982A JP H05746 B2 JPH05746 B2 JP H05746B2
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JP
Japan
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fingerprint image
fourier transform
peak point
fourier
plane
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JP57130469A
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Japanese (ja)
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Akihiro Shimizu
Masahiko Hase
Hiroyuki Hoshino
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12Fingerprints or palmprints
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06V10/88Image or video recognition using optical means, e.g. reference filters, holographic masks, frequency domain filters or spatial domain filters

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Collating Specific Patterns (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、指紋照合あるいは指紋形状の分類
などにおいて、その処理の一つとして用いられる
指紋画像コード化方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a fingerprint image encoding method used as one of the processes in fingerprint verification or fingerprint shape classification.

指紋画像のコード化は、指紋形状の大分類ある
いはIDカード等の補助のための簡易指紋識別な
どを目的として種々の手法が報告されている。従
来のこれらの手法は、例えば方向コードを与える
場合の微分オペレータなどのように、画素単位の
デジタル画像処理技術を用いたものが主である。
これらの手法においては、2値化、ノイズ除去な
どの前処理の手順を数多く必要とし、また、処理
の局所的な性質のために、方向コード化がなされ
た後も弛緩法などを用いたスムージングなどの処
理を必要とする。そのため、正確な方向コード化
を行うためには、ソフトあるいはハード規模が大
きくなるなどの欠点がある。
Various methods have been reported for encoding fingerprint images for the purpose of general classification of fingerprint shapes or simple fingerprint identification for assistance with ID cards, etc. These conventional methods mainly use pixel-by-pixel digital image processing techniques, such as a differential operator when giving a direction code.
These methods require many preprocessing steps such as binarization and noise removal, and due to the local nature of the processing, smoothing using relaxation methods etc. is required even after direction encoding. etc. processing is required. Therefore, in order to perform accurate direction encoding, there are drawbacks such as an increase in software or hardware size.

さらに、この発明と同様に、フーリエ変換を行
うものが実用化されている。これは、レーザ、レ
ンズ等を用いて、まず入力指紋画像を全画面フー
リエ変換してそのホログラムを作成し、ついで、
同様の手順で得られたフアイル中の指紋画像のホ
ログラムを重ねて逆フーリエ変換を施し、その光
学的相関を求め、指紋照合を行うものである。
Furthermore, similar to the present invention, devices that perform Fourier transformation have been put into practical use. This uses a laser, lens, etc. to first perform a full-screen Fourier transform on the input fingerprint image to create a hologram, and then,
Holograms of fingerprint images in a file obtained using the same procedure are superimposed and subjected to inverse Fourier transformation, and the optical correlation is determined to perform fingerprint matching.

この従来方法は、全画面フーリエ変換を用いて
指紋照合を行つているため、指紋の大まかな形状
分類はできるものの、細部にわたつて識別には適
していない。すなわち、膨大なフアイルの中か
ら、入力指紋と形状が類似していると思われるも
のを抽出するのには適しているが、例えばIDカ
ードの補助などのように1対1の高精度な照合が
要求される用途には適していない。
This conventional method uses full-screen Fourier transform to perform fingerprint matching, and therefore, although it is possible to roughly classify the shape of fingerprints, it is not suitable for identifying fine details. In other words, it is suitable for extracting fingerprints that are considered to be similar in shape to the input fingerprint from among a huge number of files, but it is not suitable for high-precision one-on-one matching, such as for ID card assistance. Not suitable for applications that require

この発明は、光学的実時間処理およびデジタル
処理の両方の処理が可能であり、また、2次元フ
ーリエ変換により周期性を巨視的に評価できるこ
とを利用して、2次元フーリエ変換を細分化され
た指紋画像の各2次元小領域に適用して、隆線方
向、周期性等の特徴的情報としてコード化を図る
ことを特徴としており、その目的は、コード化の
際の前処理、後処理の軽減および指紋画像コード
化の簡易なハードウエアの実現にある。以下、こ
の発明について説明する。
This invention is capable of both optical real-time processing and digital processing, and utilizes the fact that periodicity can be evaluated macroscopically by two-dimensional Fourier transform. It is characterized by applying it to each two-dimensional small region of a fingerprint image and encoding it as characteristic information such as ridge direction and periodicity. The purpose of this invention is to realize simple hardware for reduction and fingerprint image encoding. This invention will be explained below.

この発明の一実施例として、指紋画像を均等な
正方形の2次元小領域に分割し、個々の2次元小
領域を、Nを整数としてN×Nの大きさを持つデ
ジタル画像f(x,y)=(x=0,1,…,N−
1、y=0,1,…,N−1)としたときに、そ
のfにデジタルフーリエ変換を施してコード化を
行う場合の方法について、以下説明する。
As an embodiment of the present invention, a fingerprint image is divided into even square two-dimensional small regions, and each two-dimensional small region is divided into a digital image f(x, y )=(x=0,1,...,N-
1, y=0, 1, .

上記のように、指紋画像を均等な小領域に分割
する方法は、例えば512×512の指紋画像を32×32
の大きさを有する2次元小領域に分けてコード化
を行つた場合、16×16のコードデータが得られる
といつた具合に、指紋画像データを圧縮して取り
扱うことができるという利点があり、簡易な指紋
識別あるいは分類に適しているといえる。また、
2次元小領域を正方領域とした場合には、デジタ
ル処理のプログラム作成上好都合であり、特に、
Nが2n(nは正の整数)の場合にはFFTを用いる
ことができる。これに対して、指紋画像中の2次
元小領域を領域同士の重複を許しながら連続的に
規定してコード化を行う場合には、フーリエ変換
として光学的アナログフーリエ変換を用いる場合
や、均等分割に比べてより詳しいコード化を行う
場合に適しているといえる。
As mentioned above, the method of dividing a fingerprint image into even small areas is, for example, dividing a 512 x 512 fingerprint image into a 32 x 32 area.
The advantage is that fingerprint image data can be compressed and handled, such as when coding is performed by dividing it into two-dimensional small areas with a size of 16 x 16 code data. It can be said that it is suitable for simple fingerprint identification or classification. Also,
When the two-dimensional small area is a square area, it is convenient for creating digital processing programs, and in particular,
When N is 2 n (n is a positive integer), FFT can be used. On the other hand, when encoding two-dimensional small areas in a fingerprint image by continuously defining them while allowing overlap between the areas, optical analog Fourier transform is used as the Fourier transform, or even division is performed. It can be said that it is suitable for performing more detailed encoding than .

N×Nのデジタル画像f(x,y)(x=0,
1,…,N−1、y=0,1,…,N−1)の2
次元デジタルフーリエ変換F(u,v)(u=0,
1,…,N−1,v=0,1,…,N−1)は次
式で与えられる。
N×N digital image f(x,y)(x=0,
1,...,N-1, y=0,1,...,N-1) of 2
Dimensional digital Fourier transform F(u,v)(u=0,
1,...,N-1,v=0,1,...,N-1) is given by the following equation.

F(u,v)=1/NN-1x=0 N-1 〓 〓y=0 f(x,y)・exp〔−j2π(ux+vy)/N〕……(1
) ここで|F(u,v)|は、f(x,y)のフー
リエスペクトラムという。
F(u,v)=1/N N-1x=0 N-1 〓 〓 y=0 f(x,y)・exp[−j2π(ux+vy)/N]……(1
) Here, |F(u,v)| is called the Fourier spectrum of f(x,y).

このとき、F(0,0)を考えると、 F(0,0)=1/NN-1x=0 N-1y=0 f(x,y)=N(x,y) ……(2) すなわち、平均濃度のN倍になつていること
が分かる。このF(0,0)が、フーリエスペク
トラム平面上で最大値となるわけであるが、これ
を第1ピーク点と呼ぶことにする。これ以外のフ
ーリエスペクトラムはすべてf(x,y)の周期
性を示す指標となる。
At this time, considering F(0,0), F(0,0)=1/N N-1x=0 N-1y=0 f(x,y)=N(x,y) ...(2) In other words, it can be seen that the concentration is N times higher than the average concentration. This F(0,0) is the maximum value on the Fourier spectrum plane, and will be referred to as the first peak point. All other Fourier spectra serve as indicators of the periodicity of f(x, y).

このF(0,0)を変換面の中心へ持つてくる
ためには、f(x,y)の代りに、f(x,y)・
(−1)x+yに対して変換を行つてやればよいこと
は容易に証明できる。すなわち、 f(x,y)・(-1)x+y⇔F(u−N/2,v−N/2) ……(3) となるわけである。このような原点シフト型のフ
ーリエ変換を用いることによつて、フーリエスペ
クトラム平面は中心対称型になる。
In order to bring this F(0,0) to the center of the conversion surface, instead of f(x,y), f(x,y)・
(-1) It can be easily proven that all you need to do is transform x+y . That is, f(x,y)・(-1) x+ y⇔F(u−N/2, v−N/2)……(3). By using such origin-shifting Fourier transform, the Fourier spectrum plane becomes centrosymmetric.

このように、中心対称型になつたフーリエスペ
クトラム平面上の各点の値は、中心点(第1ピー
ク点)とその点を結ぶ線分と同方向に、その線分
の長さに等しい周期成分を持つ画像が存在する可
能性の強さを表わしており、画像の周期性および
その方向性の検出が容易になる。
In this way, the value of each point on the centrally symmetric Fourier spectrum plane is expressed in the same direction as the line segment connecting the center point (first peak point) and with a period equal to the length of that line segment. It represents the strength of the possibility that an image with the component exists, and it becomes easy to detect the periodicity of the image and its directionality.

もし、このフーリエスペクトラム平面上におい
て、第1ピーク点以外の点が単一の顕著なピー
ク、すなわち、第2ピーク点を形成しておれば、
もとの画像f(x,y)は単一方向の周期性の顕
著な画像であり、しかもその方向は、第1ピーク
点と第2ピーク点とを結ぶ直線の方向プラス90゜
の相対角度の方向性を有する図形であるというこ
とが分かる。この例を第1図に示す。
If, on this Fourier spectrum plane, points other than the first peak point form a single prominent peak, that is, the second peak point, then
The original image f(x, y) is an image with significant periodicity in a single direction, and its direction is a relative angle of 90° plus the direction of the straight line connecting the first peak point and the second peak point. It can be seen that the figure has the directionality of . An example of this is shown in FIG.

第1図aはN=32の指紋画像であり、1が隆線
を示している。第1図bは第1図aを2次元デジ
タルフーリエ変換して得られるフーリエスペクト
ラム平面を示している。すなわち、第1図aがf
(x,y)、第1図bが|F(u,v)|を表わして
いるわけである。第1図bにおいては、2が第1
ピーク点、3は第2ピーク点であり、4が前記第
1ピーク点2と第2ピーク点3を結ぶ直線、θ2
直線4のv軸となす角度、5が前記直線4と直交
する直線であり、第1図bのフーリエスペクトラ
ム平面から求められる方向性を示す。
FIG. 1a is a fingerprint image of N=32, where 1 indicates a ridge. FIG. 1b shows a Fourier spectrum plane obtained by two-dimensional digital Fourier transformation of FIG. 1a. In other words, a in Figure 1 is f
(x, y), FIG. 1b represents |F(u, v)|. In Figure 1b, 2 is the first
The peak point 3 is the second peak point, 4 is the straight line connecting the first peak point 2 and the second peak point 3, θ 2 is the angle made with the v axis of the straight line 4, and 5 is perpendicular to the straight line 4. It is a straight line and shows the directionality determined from the Fourier spectrum plane of FIG. 1b.

直線5が求まると、後はこの直線5の角度を任
意に量子化してコードを割り付ければよい。すな
わち、例えば中心角πradを8等分し、あらかじ
め角度(方向)に応じたコードを付しておき、角
度θ2の値に応じてコード割り付ければよい。
Once the straight line 5 is found, the angle of the straight line 5 can be arbitrarily quantized and a code can be assigned. That is, for example, the central angle πrad may be divided into eight equal parts, codes corresponding to the angles (directions) may be assigned in advance, and codes may be assigned according to the value of the angle θ 2 .

ここで、第2図のように場合について考えて見
る。第2図aは第1図aと同様N=32の画像であ
り、第2図bは第2図aのフーリエスペクトラム
平面である。第2図aは第1図aに比べて単一周
期性の明確でない例であるが、第2図bのフーリ
エスペクトラム平面から分かるように、第2ピー
ク点3がはつきりしていない。しかしながらこの
実施例においては、第1ピーク点2と第2ピーク
点3の位置のみを問題にするので、この場合も第
2図bの方向性を示す直線5が求められ、第1図
と同様にコードが割り付けられる。
Let's consider the case shown in Figure 2. FIG. 2a is an image of N=32 similar to FIG. 1a, and FIG. 2b is a Fourier spectrum plane of FIG. 2a. FIG. 2a is an example in which the single periodicity is less clear than in FIG. 1a, but as can be seen from the Fourier spectrum plane in FIG. 2b, the second peak point 3 is not sharp. However, in this example, only the positions of the first peak point 2 and the second peak point 3 are considered, so in this case as well, the straight line 5 indicating the directionality shown in FIG. A code will be assigned.

第2図aのような複数周期性を有する画像と第
1図aのような単一周期性を有する画像の違い
は、次に一例を示す式の値などにより別途評価す
る。
The difference between an image having multiple periodicity as shown in FIG. 2a and an image having single periodicity as shown in FIG.

第4式は単一周期性の度合を評価する式の一つ
であり、d(u,v)は点(u,v)の、第1ピ
ーク点2と第2ピーク点3を結ぶ直線までの距
離、FSは第2ピーク点3のフーリエスペクトラム
の値である。第(4)式によつて求めるAの値は、フ
ーリエスペクトラム平面上における第1ピーク点
2と第2ピーク点3とを結ぶ直線付近への他の点
の値の集中度合を示すものである。すなわち、A
の値が大きくなるにつれてfは複数周期性を有
し、小さくなるにつれて単一周期性を有する。
The fourth equation is one of the equations that evaluates the degree of monoperiodicity, and d(u,v) is from the point (u,v) to the straight line connecting the first peak point 2 and the second peak point 3. The distance F S is the value of the Fourier spectrum of the second peak point 3. The value of A determined by equation (4) indicates the degree of concentration of values at other points near the straight line connecting the first peak point 2 and the second peak point 3 on the Fourier spectrum plane. . That is, A
As the value of f becomes larger, f has multiple periodicity, and as it becomes smaller, f has single periodicity.

以上、デジタルフーリエ変換を用いた指紋画像
の2次元小領域のコード化について述べたが、同
様に、レンズ系を用いて光学的にフーリエ変換を
行う方法によつてもこの方法の実現が可能であ
る。光学的アナログフーリエ変換を用いるとリア
ルタイム処理が可能であり、他の処理方法との結
合も容易になる。すなわち、指紋画像に所要の2
次元領域上を大きさを有するレーザ光スポツトで
走査し、その反射光を光学レンズを通してフーリ
エ変換し、CCDアレイセンサ等により光電変換
すればよい。
The above describes the encoding of a small two-dimensional area of a fingerprint image using digital Fourier transform, but this method can also be realized by optically performing Fourier transform using a lens system. be. Using optical analog Fourier transform allows real-time processing and makes it easy to combine with other processing methods. In other words, the required 2
A dimensional area may be scanned with a laser beam spot having a certain size, and the reflected light is subjected to Fourier transformation through an optical lens, and photoelectrically converted using a CCD array sensor or the like.

なお、この発明は、指紋画像以外にも、周期性
を有する画像のコード化に対しては同様に用いる
ことができる。
Note that the present invention can be similarly used for encoding periodic images other than fingerprint images.

以上説明したようにこの発明は、指紋画像に対
して、複数の2次元小領域を規定し、前記2次元
小領域のそれぞれに2次元のフーリエ変換を施
し、このフーリエ変換によつて得られる各変換面
上の情報を用いて前記各2次元小領域をコード化
するようにしたので、ノイズの影響を受けにく
く、コード化のための前処理、後処理が軽減さ
れ、ハードウエアが簡易になる。また、フーリエ
スペクトラム平面上の第1ピーク点と第2ピーク
点のみを用いて2次元小領域の方向性を求め、コ
ード化を行うようにしたものは、 単一方向周期性の顕著な画像を対象とする場
合は、ノイズによる影響を軽減できる。
As explained above, the present invention defines a plurality of two-dimensional small regions for a fingerprint image, performs two-dimensional Fourier transform on each of the two-dimensional small regions, and obtains each of the two-dimensional small regions obtained by the Fourier transform. Since each of the two-dimensional small regions is coded using information on the conversion surface, it is less susceptible to noise, reduces pre-processing and post-processing for coding, and simplifies the hardware. . In addition, when the directionality of a two-dimensional small area is determined and encoded using only the first and second peak points on the Fourier spectrum plane, it is possible to generate images with significant unidirectional periodicity. If targeted, the effects of noise can be reduced.

複数方向周期性の顕著な画像を対象とする場
合は、最優勢方向成分のみを抽出する。
When targeting an image with significant periodicity in multiple directions, only the most dominant direction component is extracted.

以上二つの大きな利点がある。 There are two big advantages.

また、フーリエスペクトラム平面上における第
1ピーク点と第2ピーク点を結ぶ直線付近への他
の点の値の集中度合を示す関数値を用いてコード
化を行うようにしたものは単一方向周期性の度合
を評価できるため、この後により幅広い特徴抽出
処理を結合させることができる。したがつて前述
した第1ピーク点と第2ピーク点のみを用いてコ
ード化する場合の評価にも用いることができる利
点がある。
In addition, encoding is performed using a function value that indicates the degree of concentration of the values of other points near the straight line connecting the first peak point and the second peak point on the Fourier spectrum plane. Since the degree of sensitivity can be evaluated, a wider range of feature extraction processes can be combined after this. Therefore, there is an advantage that it can be used for evaluation when encoding is performed using only the first peak point and second peak point described above.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a,bは単一方向周期性を有する指紋画
像小領域に対してこの発明を適用した場合の例を
示すもので、第1図aはフーリエ変換されるもと
の画像を示す図、第1図bは第1図aの画像をフ
ーリエ変換した結果得られるフーリエスペクトラ
ム両面とそれを用いて方向性を抽出する手順を説
明するための図、第2図a,bは他の例を示すも
ので、第1図a,bと同様な図である。 図中、1は隆線、2は第1ピーク点、3は第2
ピーク点、4,5は直線である。
Figures 1a and 1b show an example in which the present invention is applied to a small region of a fingerprint image with unidirectional periodicity, and Figure 1a shows the original image to be Fourier transformed. , Figure 1b is a diagram for explaining both sides of the Fourier spectrum obtained as a result of Fourier transformation of the image in Figure 1a, and the procedure for extracting directionality using it. Figures 2a and b are other examples. This is a diagram similar to FIGS. 1a and 1b. In the figure, 1 is the ridge, 2 is the first peak point, and 3 is the second peak point.
Peak points 4 and 5 are straight lines.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 指紋画像をフーリエ変換し、その特徴を検出
してコード化する指紋画像コード化方法であつ
て、前記指紋画像に対して、複数の2次元小領域
を規定し、前記2次元小領域のそれぞれに2次元
のフーリエ変換を施し、このフーリエ変換によつ
て得られる各変換面上の情報を用いて前記各2次
元小領域をコード化することを特徴とする指紋画
像コード化方法。 2 2次元小領域として、指紋画像中の任意の領
域を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の指紋画像コード化方法。 3 2次元小領域として指紋画像を均等に分割し
て得られる正方領域を用いることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載の指紋画像コード。 4 フーリエ変換として、光学的アナログフーリ
エ変換を用いることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の指紋画像コード化方法。 5 フーリエ変換として、変換の原点を変換面の
中心へシフトするデジタルフーリエ変換を行い、
前記変換面上の情報として、フーリエスペクトラ
ム平面上に生じるピーク点の位置関係を用いるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の指紋
画像コード化方法。 6 ピーク点の位置関係として、フーリエスペク
トラム平面上の中心に位置し最大の大きさを有す
る第1ピーク点と、2番目の大きさを有する第2
ピーク点を結ぶ直線が2次元小領域の座標系とな
す角度によつて前記2次元小領域に方向性を示す
コードを与えることを特徴とする特許請求の範囲
第5項記載の指紋画像コード化方法。 7 フーリエ変換として、変換の原点を変換面の
中心へシフトするデジタルフーリエ変換を用い、
前記変換面上の情報として、フーリエスペクトラ
ム平面上の中心に位置し最大の大きさを有する第
1ピーク点と第2ピーク点以外の点が前記第1ピ
ーク点と第2ピーク点を結ぶ直線への集中度合い
示す関数値を用いることを特徴とする特許請求の
範囲第1項記載の指紋画像コード化方法。
[Scope of Claims] 1. A fingerprint image encoding method for Fourier transforming a fingerprint image, detecting and encoding its features, which method defines a plurality of two-dimensional small regions for the fingerprint image, and A fingerprint image code characterized in that a two-dimensional Fourier transform is applied to each of the two-dimensional small regions, and each of the two-dimensional small regions is coded using information on each transformation plane obtained by the Fourier transform. method. 2. Claim 1, characterized in that an arbitrary area in the fingerprint image is used as the two-dimensional small area.
Fingerprint image encoding method described in Section. 3. The fingerprint image code according to claim 1, wherein a square area obtained by equally dividing a fingerprint image is used as the two-dimensional small area. 4. The fingerprint image encoding method according to claim 1, wherein an optical analog Fourier transform is used as the Fourier transform. 5 As a Fourier transform, perform a digital Fourier transform that shifts the origin of the transformation to the center of the transformation surface,
2. The fingerprint image encoding method according to claim 1, wherein the information on the conversion plane uses a positional relationship of peak points occurring on a Fourier spectrum plane. 6 As for the positional relationship of the peak points, the first peak point is located at the center on the Fourier spectrum plane and has the largest size, and the second peak point has the second largest size.
Fingerprint image encoding according to claim 5, characterized in that a code indicating directionality is given to the two-dimensional small area based on the angle that a straight line connecting the peak points makes with the coordinate system of the two-dimensional small area. Method. 7 As a Fourier transform, use a digital Fourier transform that shifts the origin of the transformation to the center of the transformation plane,
As information on the conversion plane, points other than the first peak point and the second peak point located at the center on the Fourier spectrum plane and having the largest size are connected to a straight line connecting the first peak point and the second peak point. The fingerprint image encoding method according to claim 1, characterized in that a function value indicating the degree of concentration of is used.
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JPS5922173A JPS5922173A (en) 1984-02-04
JPH05746B2 true JPH05746B2 (en) 1993-01-06

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