(57)【要約】【課題】不正目的として使用される残留指紋に対して、高い防御性を保つ。【解決手段】イメージセンサーを用いて指紋画像を採取する指紋読み取り部２０と、指紋読み取り部により採取した指紋画像を解析し、特徴点を抽出する画像解析部２１と、画像解析部２１により解析された解析データを保存する保存部２２と、指紋読み取り部により採取した指紋画像の第１の解析データと、保存部に保存されている第２の解析データとを比較する比較判断部２３と、を備え、比較判断部は、第１の解析データと第２の解析データとの比較によりイメージセンサー上での指紋画像の移動量を検出し、指紋画像の移動量が設定された閾値以下のときに残留指紋を検出したとして、指紋読み取り部により指紋画像を再度採取する制御部２４を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージセンサーを用いて指紋画像を採取する指紋読み取り手段と、前記指紋読み取り手段により採取した指紋画像を解析する画像解析手段と、前記画像解析手段により解析された解析データを保存する保存手段と、前記指紋読み取り手段により採取した指紋画像の第１の解析データと前記保存手段に保存されている第２の解析データとを比較する比較手段と、を備えた指紋認識装置において、
前記比較手段は、前記第１の解析データと前記第２の解析データとの比較により前記イメージセンサー上での指紋画像の移動量を検出し、
指紋画像の該移動量が設定された閾値以下のときに前記指紋読み取り手段により指紋画像を再度採取する制御手段を有することを特徴とする指紋認識装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は指紋認識装置に係わり、特に、イメージセンサーを用いて指紋画像を採取し、採取された指紋画像により指紋を認識する指紋認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指を指紋採取部に接触させることにより指紋データを採取する指紋認証装置、例えば光学式接触型の指紋認証装置では、その指紋採取部に指紋の跡（残留指紋）が残るため、外部より強い光が照射されると指紋採取部に指を接触させていないのにも関わらず指紋データが取得される恐れがある。
【０００３】
そのため特許文献１では、始めに内部照明を消灯して指紋画像を取得し、その後、照明を点灯して指紋画像を取得し、お互いの明度差を取ることにより残留指紋を判断するものが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−７４３４５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１の構成では、残留指紋対策のために指紋画像を必ず２回取得しなければならず、取得時間が長くなる傾向にある。また、外光の強い状況、たとえば太陽光直下で使用する場合には、指内部を光の大部分が透過してしまい、内部照明のＯＮ／ＯＦＦだけでははっきりとした明度差が生じなくなることが予想される。
【０００６】
本発明の目的は、指を指紋採取部に接触させて、その指紋画像を読み取る際に残る残留指紋による不正を検知し、防止することが可能な指紋認識装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の指紋認識装置は、イメージセンサーを用いて指紋画像を採取する指紋読み取り手段と、前記指紋読み取り手段により採取した指紋画像を解析する画像解析手段と、前記画像解析手段により解析された解析データを保存する保存手段と、前記指紋読み取り手段により採取した指紋画像の第１の解析データと前記保存手段に保存されている第２の解析データとを比較する比較手段と、を備えた指紋認識装置において、
前記比較手段は、前記第１の解析データと前記第２の解析データとの比較により前記イメージセンサー上での指紋画像の移動量を検出し、
指紋画像の該移動量が設定された閾値以下のときに前記指紋読み取り手段により指紋画像を再度採取する制御手段を有することを特徴とする。
【０００８】
【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。
【０００９】
ここでは指紋読み取り装置として、光学式接触型の指紋読み取り装置を例にとって説明するが、光学式に限定されず残留指紋を検出が残り、それを検出してしまう指紋読み取り装置であれば本発明を適用することができる。また光学式接触型の指紋読み取り装置としては、例えば他に、三角プリズムの一面に指を配置し（この部分に残留指紋が残る）、他の一面に光源を配置し、更に他の一面にイメージセンサーを配置し、光源から光を放出し、指からの反射光をイメージセンサーで検出する方式のものもある。
【００１０】
図２は光学式接触型の指紋読み取り装置の概念図である。図２において、指１０を、指紋読み取りセンサー１４をカバーしているカバーガラス１３の上に接触させ、ＬＥＤ等の照明手段１２を点灯する。このとき照明の光は反射板１１によって指１０の内部に入射し、指内を散乱，透過し、その透過光によって指紋をセンサー１４の面上に結像させる。
【００１１】
図１は本発明の指紋認識装置の構成を示すブロック図である。指紋読み取り部２０の内部には、図２で示した指紋読み取り装置が含まれ、またセンサー出力にゲインをかけるプログラマブル・ゲイン・アンプやセンサー出力をディジタル化するＡＤコンバーター、センサー駆動のためのタイミングジェネレーターも含まれる。このような構成の指紋読み取り部２０にて指紋画像を精度良く取得する。
【００１２】
その後、画像解析部２１により指紋画像の解析を行う。ここでの解析内容については図３以降に説明を行うが、この画像解析部２１によって解析された解析データ（第１の解析データ）と、保存部２２に既に保存されている保存データ（第２の解析データ）を比較判断器２３において比較する。このとき解析データと保存データとのそれぞれの特徴点や特徴点パターンの位置関係が近い、又は解析データと保存データとのそれぞれの、指紋画像からライン毎に抽出された周波数軸の強度分布が似ているときには、イメージセンサー上での指紋画像の移動量がなく、残留指紋による不正の可能性があるので、制御部２４にその情報を伝達し、再度指紋読み取り部２０から指紋を取得し直す。解析データと保存データとのそれぞれの特徴点や特徴点パターンの位置関係が近くない、又は解析データと保存データとのそれぞれの、指紋画像からライン毎に抽出された周波数軸の強度分布が似ていないときは、イメージセンサー上での指紋画像の移動量があり、残留指紋の可能性が低いので、解析データを保存部２２に上書きし、次の指紋画像の読み出しにおいて残留指紋かどうかを判断する保存データとする。
【００１３】
指紋画像の読み取りにおいて残留指紋を読み取った場合には、カバーガラス１３の上での残留指紋の位置は変わらないので、イメージセンサー上での指紋画像の移動量がなく、一方、カバーガラス１３上に置かれた指の指紋を読み取った場合には、カバーガラス上１３の全く同じ位置に指を配置することはほとんどないので、イメージセンサー上での指紋画像の移動量が或る程度存在するものと考えられる。そこで、解析データと保存データとのそれぞれの特徴点や特徴点パターンの位置関係（例えば位置の差分、すなわち距離）又は指紋画像からライン毎に抽出された周波数軸の強度分布の関係（例えばピーク値の差分）を評価することで、前記イメージセンサー上での指紋画像の移動量を検出し、距離やピーク値の差分がある閾値以下の場合、すなわち、イメージセンサー上での指紋画像の移動量がある閾値以下の場合には指紋読み取り手段により指紋画像を再度採取する制御を行うことにする。なお、残留指紋を読み取った場合基本的には指紋画像の移動量は０であるが、読み取り誤差や解析誤差等により移動量が検出される場合がある。上記閾値はこのような誤差を考慮して設定される。誤差がない場合には閾値を０に設定し、移動量が０（移動がない）の場合のみ再度の指紋採取を行うこととしてよいことは勿論であり、「閾値以下」とはこのような場合も含むものとする。
【００１４】
指紋画像の読み出しにおいて残留指紋かどうかを判断するアルゴリズムについては後にフローチャートを用いて説明する。
【００１５】
次に図１のブロック図における画像解析部２１の解析内容について説明する。
【００１６】
図３は指紋の特徴点を説明するための概念図である。ここで図示している指紋は、その指紋の芯線のイメージである。指紋の特徴として分岐点３０（図中○で示す）や三角州３１（図中傾いた□で示す）、端点３２（図中□で示す）、中心点３３（図中△で示す）などが知られている。このような特徴点を画像解析部２１にて抽出し、保存部２２にこの特徴点を保存するが、ここではイメージセンサー上での画素のＸ，Ｙアドレスを位置情報として保存し、また特徴点の種類も保存する。残留指紋であるか否かの判断は、解析データと保存データとのそれぞれの特徴点間の位置の差分（距離）により判断できる。例えば、特徴点間の距離を算出し、その最大値が設定された閾値以下かどうかを評価したり、特徴点間の距離の平均値を算出し、その平均値が設定された閾値以下かどうかを評価することで残留指紋であるか否かの判断を行うことができる。
【００１７】
図４は指紋画像からの特徴点パターンを説明するための概念図である。ここでは先ほどの図３で図示した指紋と同じものを用いているが、特徴点そのものを用いているわけではなく、特徴点から導かれる特徴点パターンを用いている。例えば図４（ａ）では、特徴点をそれぞれ線で結んだものであるが、ここでの線の結び方はそれぞれの線がお互いを交差しないように結んだものである。図４（ｂ）は特徴点の種類で分類し、距離的にもっとも近いもの同士を結んだものである。図４（ｃ）は中心点３３から全ての特徴点に向かって線を結んだものである。
【００１８】
このように、特徴点パターンを画像解析部２１にて抽出し、保存部２２において特徴点パターンを中心点に対しての位置や向きなど２次元的に記憶する。残留指紋であるか否かの判断は、解析データと保存データとのそれぞれの特徴点パターン間の位置の差分（距離）により判断できる。例えば、特徴点パターン間の最も離れた距離を算出し、その距離が設定された閾値以下かどうかを評価することで残留指紋であるか否かの判断を行うことができる。
【００１９】
図５は指紋画像からの複数ラインによる周波数分布を検出する概念図である。ここで図の上部左側に示した指紋画像のＡ−Ａ′、Ｂ−Ｂ′、Ｃ−Ｃ′ラインでの信号を図の上部右側に示した。このように、各ラインによって指紋周波数が異なるため、それぞれのラインを周波数軸に変換したときに強度分布の波形形状が異なってくる。その概念図を図の下部に示した。このようにして画像解析部２１ではこれらの周波数軸に変換した強度分布まで導出し、保存部２２には、各ライン毎に記憶する。
【００２０】
残留指紋であるか否かの判断は、解析データと保存データとのそれぞれの強度分布のピーク値の差分により判断できる。
【００２１】
次に、図１で図示した指紋認識装置の動作を説明するためのフローチャートを図６に示す。
【００２２】
まず始めに、ステップＳ１において、指紋読み取り装置に指が置かれ、動かないように安定したところで照明が点灯し指紋画像を取得する（ステップＳ２）。次に、指紋画像データの特徴点、特徴点パターン又は指紋画像からライン毎に抽出された周波数軸の強度分布の画像解析を行い（ステップＳ３）、さらにその解析データ（第１の解析データ）と既に保存されている保存データ（第２の解析データ）の差分を取り比較する（ステップ４）。このとき、特徴点、特徴点パターンの場合、単純に位置の差分（距離）をとるが、周波数軸の強度分布の場合、その周波数に対する強度のピーク値の差分を取る。
【００２３】
次に比較判断（ステップＳ５）であるが、ここでは指紋画像データの特徴点の位置の差分（距離）を評価するものとすると、距離の絶対値が設定された閾値より小さい場合、残留指紋の可能性があるので、画像取得から再スタートすることになる（ステップＳ２に戻る）。距離の絶対値が設定された閾値より大きい場合、残留指紋の可能性は低いので、そのまま解析データが保存データとして上書きされ（ステップＳ６）、動作を終了する（ステップＳ７）。この上書きによって、次の指紋読み取りにおける、指に対する残留指紋対策用のデータとして保存される。
【００２４】
なお、閾値の設定を０にすれば、解析データと保存データが一致したときのみ再取得するようになることは言うまでもない。
【００２５】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明の好適な実施の態様は以下に説明する態様である。
【００２６】
（実施態様１）  イメージセンサーを用いて指紋画像を採取する指紋読み取り手段と、前記指紋読み取り手段により採取した指紋画像を解析する画像解析手段と、前記画像解析手段により解析された解析データを保存する保存手段と、前記指紋読み取り手段により採取した指紋画像の第１の解析データと前記保存手段に保存されている第２の解析データとを比較する比較手段と、を備えた指紋認識装置において、
前記比較手段は、前記第１の解析データと前記第２の解析データとの比較により前記イメージセンサー上での指紋画像の移動量を検出し、
指紋画像の該移動量が設定された閾値以下のときに前記指紋読み取り手段により指紋画像を再度採取する制御手段を有することを特徴とする指紋認識装置。
【００２７】
（実施態様２）  実施態様１に記載の指紋認識装置において、前記制御手段は、指紋画像の前記移動量が設定された閾値を超えるときに、前記第１の解析データを前記保存手段に保存されている前記第２の解析データに上書きすることを特徴とする指紋認識装置。
【００２８】
（実施態様３）  実施態様１又は２に記載の指紋認識装置において、前記第１及び第２の解析データは指紋画像から抽出された複数の特徴点であり、前記比較手段は、前記第１の解析データの複数の特徴点と前記第２の解析データの複数の特徴点との互いの位置関係を比較することを特徴とする指紋認識装置。
【００２９】
（実施態様４）  実施態様１又は２に記載の指紋認識装置において、前記第１及び第２の解析データは指紋画像から抽出された複数の特徴点を結んだ特徴点パターンであり、前記比較手段は、前記第１の解析データの特徴点パターンと前記第２の解析データの特徴点パターンとを比較することを特徴とする指紋認識装置。
【００３０】
（実施態様５）  実施態様１又は２に記載の指紋認識装置において、前記第１及び第２の解析データは指紋画像からライン毎に抽出された周波数軸の強度分布であり、前記比較手段は、前記第１の解析データの前記強度分布と前記第２の解析データの前記強度分布とを比較することを特徴とする指紋認識装置。前記比較判断器において前記強度分布を比較することを特徴とする指紋認識装置。
【００３１】
（実施態様６）  実施態様１から５のいずれか１項に記載の指紋認識装置において、前記第１及び第２の解析データは、前記指紋読み取り手段におけるイメージセンサー上での画素のＸ−Ｙアドレス情報を含むこと特徴とする指紋認識装置。
【００３２】
（実施態様７）  実施態様６に記載の指紋認識装置において、前記移動量は前記Ｘ−Ｙアドレスでの差分データであることを特徴とする指紋認識装置。
【００３３】
【発明の効果】
本発明を用いれば、不正目的として使用される残留指紋に対して、高い防御性を保つことが可能となる。
【００３４】
また使用者が２回取得するために指を長時間センサー面に接触させる必要が無く、わずらわしさを感じさせずにすばやく認証することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の指紋認識装置の構成を示すブロック図である。
【図２】光学式接触型の指紋読み取り装置の概念図である。
【図３】指紋の特徴点を説明するための概念図である。
【図４】指紋画像からの特徴点パターンを説明するための概念図である。
【図５】指紋画像からの複数ラインによる周波数分布を検出する概念図である。
【図６】本発明の指紋認識装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２０  指紋読み取り部
２１  画像解析部
２２  保存部
２３  比較判断器
２４  制御部
【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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