(57)【要約】【課題】  指紋の特徴情報を生成するにあたり、スイープ型指紋センサにて読み取った部分指紋画像の全てを格納し得る広大なバッファメモリ空間が必要とされた。【解決手段】  スイープ型指紋センサ（20）と、該センサにより読取った部分指紋画像を格納するメモリ（30）と、センサに接続されたプロセッサ（10）とを備える指紋読取システム（101）。プロセッサは、スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を逐次的に取得しメモリへ保存する画像取得部（11）と、部分指紋画像の位置情報を算出する位置算出部（12）と、位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を部分指紋画像から切り出す画像分割部（13）と、単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出部（14）とを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読み取るためのスイープ型指紋センサを具備するシステムが、
前記スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を取得する画像取得プロセスと、該プロセスにて部分指紋画像を取得したとき該画像の位置情報を求める位置算出プロセスと、該プロセスにて位置情報を求めたとき該位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割プロセスと、該プロセスにて単位画像を切り出したとき該単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出プロセスとを実行することを特徴とする指紋読取方法。
【請求項２】
前記位置算出プロセスにおいて、当該部分指紋画像が、前記指から読み取った最初の部分指紋画像であるか否かを判定し、否のとき、該部分指紋画像の前画像に対する相対位置を該部分指紋画像の位置情報として算出することを特徴とする請求項１記載の指紋読取方法。
【請求項３】
前記位置算出プロセスにおいて、当該部分指紋画像が前記最初の部分指紋画像であるとき、該部分指紋画像の位置情報として原点位置を設定することを特徴とする請求項２記載の指紋読取方法。
【請求項４】
前記画像分割プロセスにおいて、切り出した単位画像の位置情報を記録し、該記録した位置情報に基づいて、前記切り出した単位画像に連続する新たな単位画像を切り出すことを特徴とする請求項１記載の指紋読取方法。
【請求項５】
スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読み取るためのスイープ型指紋センサと、該センサにより読取った部分指紋画像を格納するメモリと、前記スイープ型指紋センサに接続されたプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
前記スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を逐次的に取得し前記メモリへ保存する画像取得部と、該画像取得部が取得した部分指紋画像の位置情報を求める位置算出部と、該位置算出部が求めた位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割部と、該画像分割部が切り出した単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出部とを有することを特徴とする指紋読取システム。
【請求項６】
前記位置算出部は、前記スイープ型指紋センサが読み取る最初の部分指紋画像を除くそれ以降の部分指紋画像について、該部分指紋画像の前画像に対する相対位置を該部分指紋画像の位置情報として算出することを特徴とする請求項５記載の指紋読取システム。
【請求項７】
前記位置算出部は、前記スイープ型指紋センサが読み取る最初の部分指紋画像の位置情報として原点位置を設定することを特徴とする請求項６記載の指紋読取システム。
【請求項８】
前記画像分割部は、切り出した単位画像の位置情報を記録し、該記録した位置情報に基づいて、前記切り出した単位画像に連続する新たな単位画像を切り出すことを特徴とする請求項５記載の指紋読取システム。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記画像取得部を含む第１のプロセッサ部分と、該第１のプロセッサ部分より高速な演算処理が可能であり且つ前記特徴抽出部を有する第２のプロセッサ部分とから成ることを特徴とする請求項５記載の指紋読取システム。
【請求項１０】
スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読み取るためのスイープ型指紋センサに接続されたコンピュータに、
前記スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を取得する画像取得プロセスと、該プロセスにて部分指紋画像を取得したとき該画像の位置情報を求める位置算出プロセスと、該プロセスにて位置情報を求めたとき該位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割プロセスと、該プロセスにて切り出した単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出プロセスとを実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１１】
前記コンピュータに、前記位置算出プロセスにおいて、当該部分指紋画像が、前記指から読み取った最初の部分指紋画像であるか否かを判定し、否のとき、該部分指紋画像の前画像に対する相対位置を該部分指紋画像の位置情報として算出させることを特徴とする請求項１０記載のプログラム。
【請求項１２】
前記コンピュータに、前記位置算出プロセスにおいて、当該部分指紋画像が前記最初の部分指紋画像であるとき、該部分指紋画像の位置情報として原点位置を設定させること特徴とする請求項１１記載のプログラム。
【請求項１３】
前記コンピュータに、前記画像分割プロセスにおいて、切り出した単位画像の位置情報を記録させ、該記録した位置情報に基づいて、前記切り出した単位画像に連続する新たな単位画像の切り出しを実行させることを特徴とする請求項１０記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指の指紋画像を取得し該画像に基づき指紋の特徴情報を生成する指紋読取方法に関し、特に、スライド動作する指から、その指紋を表す一連の部分指紋画像を逐次的に取得する所謂スイープ（sweep）型指紋センサを用いた指紋読取方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、指紋による個人認証は、警察司法関係における容疑者の特定のみならず、一般社会においても、例えば、入室の可否判定あるいは装置の利用可否を判定するための手段として広く普及している。昨今では、このような指紋による個人認証を行うための機構を携帯情報機器に搭載することも試みられているが、その場合、認証機構のサイズを極力小さくすることが求められる。
【０００３】
上記のような要求を満たす手段として、指の幅と同等の横幅を持つ感知面上をスライドする指から逐次的に指紋画像を読み取るスイープ型指紋センサが知られている。スイープ型指紋センサから得られる各画像は、指紋の一部に相当する部分画像に過ぎないため、取得した部分画像が全体画像のどこに位置するのかを示す情報を得るために、センサが読み取った部分画像をつなぎ合わせて全体指紋画像を再構成するという方法が採られる。
【０００４】
この方法に関する技術として、従来、後述の特許文献１及び２に記載のものが開示されている。両文献に記載の手法は、読取った部分指紋画像を逐次重ね合わせることにより全体の指紋画像を再構成し、その全体指紋画像を個人情報の登録や照合に用いるというものである。
【特許文献１】特開平１０−０９１７６９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３１２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１及び２の手法によれば、取得した部分指紋画像を重ね合わせることにより、全体指紋画像に欠落箇所が生じることを防止できる。しかしながら、上記各手法では、センサが読み取る全ての部分指紋画像をバッファメモリに格納したうえで全体指紋画像を再構成することから、バッファリングのための広大なメモリ空間を必要とされる。また、全ての部分指紋画像を揃えて全体指紋画像を完成させるまでは、指紋の特徴情報を生成するといった次の処理に移行できないという不都合がある。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スイープ型指紋センサにより読み取った指紋画像から効率よく指紋の特徴情報を生成し得る指紋読取方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る指紋読取方法は、スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読み取るためのスイープ型指紋センサを具備するシステムが、前記スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を取得する画像取得プロセスと、該プロセスにて部分指紋画像を取得したとき該画像の位置情報を求める位置算出プロセスと、該プロセスにて位置情報を求めたとき該位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割プロセスと、該プロセスにて単位画像を切り出したとき該単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出プロセスとを実行するという方法である。
【０００８】
本発明に係る指紋読取システムは、スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読み取るためのスイープ型指紋センサと、該センサにより読取った部分指紋画像を格納するメモリと、前記スイープ型指紋センサに接続されたプロセッサとを備え、前記プロセッサは、前記スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を逐次的に取得し前記メモリへ保存する画像取得部と、該画像取得部が取得した部分指紋画像の位置情報を求める位置算出部と、該位置算出部が求めた位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割部と、該画像分割部が切り出した単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出部とを有する。
【０００９】
本発明に係るプログラムは、スライド動作する指からその指紋を表す一連の部分指紋画像を読み取るためのスイープ型指紋センサに接続されたコンピュータに、前記スイープ型指紋センサが読み取った部分指紋画像を取得する画像取得プロセスと、該プロセスにて部分指紋画像を取得したとき該画像の位置情報を求める位置算出プロセスと、該プロセスにて位置情報を求めたとき該位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割プロセスと、該プロセスにて切り出した単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出プロセスとを実行させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、指紋の特徴情報を生成するにあたって、スイープ型指紋センサにより読み取られる全ての部分指紋画像を揃える必要がないことから、指紋の読み取りから指紋照合処理に至る過程の処理が効率化され、その結果、処理時間の短縮が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［実施例］
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る指紋読取システムの実施例の構成を示すブロック図である。実施例の指紋読取システム１０１は、情報処理端末において個人認証を行うための指紋の特徴情報を生成する機能を果たすものであり、その主なハードウエア構成としては、図１に示すように、後述の複数のプロセスを実行するプロセッサ１０と、該プロセッサ１０に接続されたスイープ型指紋センサ２０と、該センサ２０により読み取る指紋の画像データを格納するＲＡＭ及び後述の各プロセスを実行するためのプログラムが格納されたＲＯＭを含むメモリ素子３０とを有する。
【００１２】
プロセッサ１０は、各プロセスを順次的に処理するもの、あるいは同時並行的に処理するもののいずれでもよい。同時並行的に処理させる場合は、その処理をオペレーティングシステムにより制御する。
【００１３】
スイープ型指紋センサ２０は、例えば図２に示すように、指２１の幅と同等な横幅を持つ矩形の感知面２０ａを有し、この面上の縦幅方向、すなわち図示の矢印方向に指２１がスライド動作する間に、一連の部分指紋画像をプロセッサ１０の制御に基づき逐次的に読取るセンサである。スイープ型指紋センサ２０及びプロセッサ１０、並びに両者間の接続手段としては、指２１の移動速度に比して十分に短い時間間隔にて指紋を読取る性能を持つものであればよい。
【００１４】
メモリ素子３０は、プロセッサ１０における後述の各構成からのアクセスが可能な新規画像保存領域３０ａおよび比較画像保存領域３０ｂを有する。
【００１５】
プロセッサ１０は、図１に示すように、スイープ型指紋センサ２０により部分指紋画像を逐次的に取得する画像取得部１１と、該画像取得部１１が取得した部分指紋画像の位置情報を求める位置算出部１２と、該位置算出部１２が求めた位置情報に基づき所定面積を有する画像領域に対応する無二の単位画像を前記部分指紋画像から切り出す画像分割部１３と、該画像分割部１３が切り出した単位画像の特徴情報を抽出する特徴抽出部１４とを有する。これらの各部１１〜１４は、本発明に係る画像取得プロセス、位置算出プロセス、画像分割プロセス、及び特徴抽出プロセスを実行する機能を果たす。
【００１６】
図３に沿って指紋読取システム１０１の動作手順を説明する。指紋を入力しようとする操作者が、図２に示すような態様でスイープ型指紋センサ２０に指の指紋を読み取らせる際、指紋読取システム１０１は以下のように振舞う。
【００１７】
まず、画像取得部１１は、スイープ型指紋センサ２０に操作者の指が触れることにより部分指紋画像が読み取られたとき（ステップＡ１）、この部分指紋画像を新規画像保存領域３０ａに置き（ステップＡ２）、その旨を位置算出部１２に知らせる（ステップＡ３）。ここで、対象となる指２１の指紋が例えば図４に示すような形状とすれば、部分指紋画像は、図５に示す部分指紋画像５１のような短冊状のものとなる。画像取得部１１は、新たな部分指紋画像を取得する都度（ステップＡ４）、上記ステップＡ１〜Ａ３の手順を実行する。
【００１８】
位置算出部１２は、スイープ型指紋センサ２０により読み取られた部分指紋画像が新規画像保存領域３０ａに置かれるのを待機し（ステップＢ１）、画像取得部１１から上記ステップＡ３による通知を受けたとき、当該部分指紋画像が最初の画像か否か、すなわちスイープ型指紋センサ２０から最初に入力された部分指紋画像であるのか、あるいは２つ目以降の部分指紋画像かを判定する（ステップＢ２）。その結果、部分指紋画像が最初のものであれば、これに原点位置を与えて基準画像として認識し（ステップＢ３）、該画像の複製を比較画像保存領域３０ｂに保存する（ステップＢ４）。
【００１９】
また、例えば図６に示す部分指紋画像６１に対する部分指紋画像６２のように、当該部分指紋画像が最初のものでない場合、位置算出部１２は、この部分指紋画像６２と、既に比較画像保存領域３０ｂに保存されている前画像である部分指紋画像６１との位置関係を比較し、部分指紋画像６１に対する部分指紋画像６２の相対位置を算出する（ステップＢ５）。算出を終えると、部分指紋画像６２の複製を比較画像保存領域３０ｂの部分指紋画像６１上に上書き保存する（ステップＢ４）。
【００２０】
さらに、位置算出部１２は、比較画像保存領域３０ｂに新たに部分指紋画像を保存した旨と、該画像の位置情報となる上記の原点位置あるいは相対位置とを画像分割部１３に通知する（ステップＢ６）。
【００２１】
画像分割部１３は、位置情報の通知を待機し（ステップＣ１）、位置算出部１２から上記ステップＢ５による通知を受けると、通知された位置情報に基づき、当該部分指紋画像における後述の単位画像の位置を算出する（ステップＣ２）。単位画像とは、当該部分指紋画像における所定面積の画像領域に対応する画像部分であり、具体的には、例えば図７に示す部分指紋画像６１における単位領域７１のような領域の画像部分である。この単位領域（７１）は、部分指紋画像（６１）と同様な幅の単位幅７３ａと、連続する部分指紋画像の最小重複長よりも短い単位長７３ｂとにより規定される画像領域である。
【００２２】
上記の単位長７３ｂについて、さらに図６を用いて説明すると、図示の重複長６３のように２つの部分指紋画像が重なり合う箇所の長さの最小値をＸとし、スイープ型指紋センサ２０に対する指の最大掃引速度をＶ、感知面の長さに相当する部分指紋画像の長さ６４をＤ、及び、センサの読み出し時間をＴとすると、重複長６３の最小値Ｘは「Ｘ＝Ｄ−ＶＴ」により求めることができる。そして、この最小値Ｘよりも小さな値を、図７に単位長７３ｂとして示すような単位長として予め設定する。
【００２３】
画像分割部１３は、図７の部分指紋画像６１について、単位領域７１に対応する単位画像の位置を該部分指紋画像６１の位置情報に基づき算出した後、部分指紋画像６１に対し、単位領域７１に連続する新たな単位領域７２の割り当てが可能かどうか、すなわち新たな単位領域７２が部分指紋画像６１内に収まるかどうかを判定する（ステップＣ３）。その結果、図示の例のように新たな単位領域（７２）を割り当て可能な場合、ステップＣ２に戻って当該単位画像の位置を算出し、また、仮に、新たな割り当てが不可能であれば、それまでに算出した単位画像の位置に基づき、新規画像保存領域３０ａの部分指紋画像６１から単位領域の単位画像を切り出す（ステップＣ４）。
【００２４】
ここで、上記ステップＣ３における判定の基準について説明する。例えば、図７に示す部分指紋画像６１をスイープ型指紋センサ２０からの最初の部分指紋画像と仮定すると、画像分割部１３は、まず、部分指紋画像６１の底部から単位領域７１および単位領域７２を順次割り当てた後、さらに、新たな単位領域の割り当てを試みる。図７の例では、単位領域７２に続く新たな単位領域は部分指紋画像６１内に収まらないと判断し、更なる割り当ては不可能であると判定する。
【００２５】
その後、例えば図８に示すように、スイープ型指紋センサ２０から新たに部分指紋画像６２が入力されると、この部分指紋画像６２に対し、単位領域７２に続く単位領域８１を割り当てる。このとき部分指紋画像６２には単位領域８１の他に単位領域７２も含まれるが、単位領域７２は、既に部分指紋画像６１に割り当てられたことから、後続の部分指紋画像６２には採用しない。よって、割り当てた各単位領域（７１、７２、８１）から得られる単位画像は、それぞれ無二の指紋部分を表す連続的な画像となる。
【００２６】
また、スイープ型指紋センサ２０にて指の移動速度が低下した場合は、例えば図９に示す部分指紋画像９１のように、前画像である部分指紋画像６１との差異が微小となる。この場合は、部分指紋画像９１が新たな単位領域８１を十分に満たさないとの判断のもとに、部分指紋画像９１に対し単位領域の割り当てを行わない。
【００２７】
部分指紋画像が単位領域を満たすか否かの判断にあたっては、部分指紋画像（９１）が単位領域（８１）をどの程度満たせば良いかについての閾値を予め設定しておく。そして、当該閾値を下回る場合、すなわち単位領域（８１）が部分指紋画像（９１）から外れる度合いが許容範囲内である場合は、部分指紋画像（９１）に対し単位領域（８１）の割り当てを行うと判定する。なお、許容範囲内で部分的に外れる箇所については、例えば空白データで補填する等の処理を施し、各単位画像間の位置関係を完全に整合させ、相互の連続性を維持させるようにする。
【００２８】
画像分割部１３は、上記ステップＣ４にて、当該部分指紋画像から可能な限りの単位画像を切り出すと、それを特徴抽出部１４に与え、また、切り出した単位画像の最終列の位置を記録する（ステップＣ５）。最終列とは、例えば図８における単位領域８１の単位画像に対応する。このように最終列の位置を記録することにより、次回の切り出し開始位置を速やかに特定することができる。
【００２９】
特徴抽出部１４は、画像分割部１３により単位画像が切り出されるのを待機し（ステップＤ１）、切り出された単位画像を受けると、この単位画像について、高速フーリエ変換処理等の周波数解析手段を利用した画像処理により、指紋隆線の方向成分や画像の鮮明度といった要素情報を算出し（ステップＤ２）、算出した要素情報と、当該単位画像の位置とに基づいて、隆線の分岐点や端点がどこに位置するか等の特徴情報を生成する（ステップＤ３）。特徴抽出部１４にて生成された特徴情報は、その後の指紋照合処理にて利用される。
【００３０】
上記説明した手順を繰り返すことにより、図４に示す指の指紋について、図１０に示すような互いに重畳しない連続的な単位画像が得られる。特徴抽出部１４は、これらの全てが揃うまで待機することなく、各単位画像を受け取る都度、上記ステップＤ２およびＤ３を実行する。
【００３１】
以上説明した実施例の指紋読取システム１０１によれば、スイープ型指紋センサ２０が部分指紋画像を読み取る都度、この部分指紋画像から無二の単位画像を切り出し、切り出した画像から、順次、指紋の特徴情報を生成することから、特徴情報の生成にあたっては、全ての部分指紋画像が保存されるまで待つ必要がない。よって、指紋の読み取りから指紋照合処理に至る過程の処理時間を短縮することができる。また、同時的に保存すべき部分指紋画像は、新規画像保存領域３０ａ及び比較画像保存領域３０ｂに保存される２つの部分指紋画像に過ぎないため、バッファリングに際し、広大なメモリ空間は不要となる。
【００３２】
［他の実施例］
図１１は、指紋読取システムの他の実施例の構成を示すブロック図である。図示の指紋読取システム１０２は、主プロセッサとなるプロセッサ１０とメモリ素子３０を共用するＤＳＰ（Digital Signal Processor）４０を具備し、このＤＳＰ４０に、指紋特徴抽出プログラム４０Ａを実行させる点に図１のシステムとの差異がある。ＤＳＰ４０は、特定の演算処理を主プロセッサとなるＣＰＵよりも高速に実行させるために設けられる従来知られたプロセッサの一種であり、本実施例では、ＤＳＰ４０が本発明に係る指紋読取システムの特徴抽出部の機能を担う。
【００３３】
指紋読取システム１０２の動作手順について、主に、図１の指紋読取システム１０１と異なる点を説明すると、特徴抽出部１４は、画像分割部１３が部分指紋画像から切り取った単位画像を受け取る都度、これをＤＳＰ４０に与える。ＤＳＰ４０は、指紋特徴抽出プログラム４０Ａを起動させ、画像分割部１３から受けた単位画像について、図３に沿って説明したステップＤ２およびＤ３と同様な手順により当該指紋の特徴情報を生成する。
【００３４】
よって、図１１に示す指紋読取システム１０２によれば、上記のＤＳＰ４０を設けたことにより、主プロセッサとなるプロセッサ１０における処理と並行し、且つそれよりも早い処理速度にて指紋の特徴情報を生成することができる。これにより、処理時間の短縮を図ることが可能となる。
【００３５】
なお、図１１に示す構成は、指紋特徴抽出プログラム４０Ａの処理対象となる単位画像を特徴抽出部１４がＤＳＰ４０へ供給するものであるが、これに代えて、画像分割部１３が、単位画像を切り取ったときに、これを直接的にＤＳＰ４０へ渡す構成、すなわちプロセッサ１０の特徴抽出部１４を不要とする構成としてもよい。
【００３６】
上記説明した各実施例では、単位領域として、例えば図７に単位領域７１として示すような形状を採用したが、このように単位幅（７３ａ）を部分指紋画像（６１）の幅と同様とすることに代えて、部分指紋画像の幅を複数に等分して得られる寸法を単位幅としてもよい。その場合、１つの単位領域は、例えば図７の単位領域７１を等分に縦割りしたうちの１つに対応する。
【００３７】
上記説明した実施例の動作手順をコンピュータに実行させるためのプログラムを、スイープ型指紋センサを具備する種々の携帯情報端末、例えば、パーソナルコンピュータおよびその周辺機器、携帯電話機あるいはスケジュール端末機等に搭載することにより、当該機器の利用者に対する個人認証を上記説明した実施例の手順と同様にして行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による実施例の指紋読取システムのブロック図である。
【図２】実施例のスイープ型指紋センサを説明するための説明図である。
【図３】実施例の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】実施例の処理対象となる指紋を説明するための説明図である。
【図５】実施例の部分指紋画像を説明するための説明図である。
【図６】実施例の連続する部分指紋画像を説明するための説明図である。
【図７】実施例の単位領域を説明するための説明図である。
【図８】実施例の単位領域の割り当て手順を説明するための説明図である。
【図９】実施例の単位領域の割り当て手順を説明するための説明図である。
【図１０】実施例の指紋に対する単位画像を説明するための説明図である。
【図１１】本発明による他の実施例の指紋読取システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０１、１０２  指紋読取システム
１０  プロセッサ
１１：画像取得部、１２：位置算出部、１３：画像分割部、１４：特徴抽出部
２０  スイープ型指紋センサ
３０  メモリ素子
３０ａ：新規画像保存領域、３０ｂ：比較画像保存領域
４０  ＤＳＰ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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