(57)【要約】【課題】照合に要する時間の増大を抑制しつつ、本人棄却率を低下させることができる生体情報照合装置を提供する。【解決手段】生体情報照合装置１は、二つの特徴情報を照合部１４０で照合する。照合部１４０は、特徴情報の一方から複数の特徴点を選択し、選択した複数の特徴点と特徴情報の他方においてそれら特徴点に対応する複数の特徴点との組を位置合わせ候補に設定し、その一組の特徴点の位置情報を略一致させる位置補正量を算出する候補設定手段１５０と、特徴点の位置情報を補正する位置補正手段１５５と、設定した位置合わせ候補のうち、位置補正量に基づいて補正した位置合わせ候補の特徴点の近傍領域に含まれる特徴点が、二つの特徴情報で所定以上の一致度となるものを選別する候補選別手段１６０と、選別した位置合わせ候補に対する位置補正量にて補正した特徴点の一致度合いに基づき、二つの特徴情報の同一性を判定する判定手段１７０を備える。【選択図】図２
2007272568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体情報を取得する取得部と、
前記生体情報から複数の特徴点の位置情報を含む特徴情報を抽出する特徴抽出部と、
前記特徴抽出部にて抽出された二つの特徴情報を照合する照合部とを備えた生体情報照合装置において、
前記照合部は、
照合する前記二つの特徴情報の一方から複数の特徴点を選択し、当該選択した複数の特徴点と前記二つの特徴情報の他方において当該選択した複数の特徴点に対応する複数の特徴点との組を位置合わせ候補に設定し、当該一組の特徴点の位置情報を略一致させる位置補正量を算出する候補設定手段と、
前記特徴情報に含まれる特徴点の位置情報を前記位置補正量に基づいて補正する位置補正手段と、
設定した前記位置合わせ候補のうち、前記位置補正量に基づいて補正した前記位置合わせ候補の特徴点の近傍領域に含まれる特徴点が、前記二つの特徴情報で所定以上の一致度となる位置合わせ候補を選別する候補選別手段と、
選別した前記位置合わせ候補に対する位置補正量にて補正した前記二つの特徴情報に含まれる特徴点の一致度合いに基づき、当該二つの特徴情報の同一性を判定する判定手段と、
を備えることを特徴とした生体情報照合装置。
【請求項２】
前記近傍領域は、各特徴情報において前記位置合わせ候補の特徴点のそれぞれを端点とした線分を内包する領域である請求項１に記載の生体情報照合装置。
【請求項３】
前記候補設定手段は、照合する前記特徴情報の一方から所定以上離間した二個の特徴点を選択し、当該二個の特徴点と前記二つの特徴情報の他方において当該二個の特徴点に対応する二個の特徴点との組を位置合わせ候補に設定する請求項２に記載の生態情報照合装置。
【請求項４】
前記特徴点には、それぞれ前記特徴抽出部による当該特徴点の抽出の信頼性を表す信頼度が関連付けられ、
前記候補設定手段は、所定以上の信頼度を有する前記特徴点を、前記位置合わせ候補の特徴点とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の生体情報照合装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記補正した二つの特徴情報に含まれる特徴点のうち、所定の一致基準を満たす特徴点の数に基づいて当該二つの特徴情報の同一性を判定し、
前記近傍領域外における前記一致基準を、前記近傍領域内における前記一致基準よりも緩やかに設定する請求項１〜４の何れか一項に記載の生体情報照合装置。
【請求項６】
前記候補設定手段は、照合する前記二つの特徴情報に対して複数の位置合わせ候補を設定する請求項１〜５の何れか一項に記載の生体情報照合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報照合装置に関し、より詳しくは、各生体情報の特徴点を位置合わせし、対応する特徴点同士の一致度合いに基づいて照合を行う生体情報照合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物への入退館規制又はコンピュータネットワークへのアクセス規制など、様々な場面において、人それぞれに固有の生体情報に基づく認識技術（バイオメトリクス）を用いた生体情報照合装置が利用されている。照合に用いられる生体情報には、例えば、指紋、掌紋、血管パターン、虹彩などがある。以下、生体情報照合装置の一例として、指紋を用いて個人認証を行う指紋認証装置について説明する。
【０００３】
指紋認証装置は、利用者の指紋の凹凸を指紋センサにて読み取り、得られた指紋画像に対して補正処理、２値化処理、細線化処理などを施し、隆線紋様を表す指紋画像を生成する。そして指紋認証装置は、この指紋画像から隆線の端点、分岐点といった特徴点の情報（特徴情報）を抽出し、予め登録された指紋の特徴情報との間で照合を行い、高い類似性が認められた場合に入力された指紋と登録された指紋が同一であると判定することにより、利用者の認証を行う。照合処理に際しては、入力指紋（照合用の指紋）の一部の特徴点を位置合わせ特徴点に用いて登録指紋と位置合わせを行い、位置合わせされた状態で各特徴点による照合を行っている。
【０００４】
しかし、同一の利用者が指紋入力を行う場合であっても、入力の都度、指紋センサに対する指の載置位置などが異なるため、登録指紋の指紋画像と入力指紋の指紋画像とで特徴点の位置に相違が生じる。このため、一つの位置合わせ特徴点に基づいて位置合わせを行うと、対応特徴点が見つからず、位置合わせに失敗する場合がある。この場合、利用者が登録された本人であるにも拘らず棄却（照合不成立）してしまう。
【０００５】
そこで、指紋認証装置として利用できる、特許文献１に記載された指紋照合装置では、位置合わせ特徴点を複数パターン選定し、一つの位置合わせ特徴点による位置合わせが失敗した場合には別の位置合わせ特徴点を用いることで、位置合わせの失敗による本人棄却の発生を抑制している。
【０００６】
指紋照合装置においては、上述した単純な特徴点の位置ずれの他、指紋入力の際、指を指紋センサに押圧したときの指の押圧状態の違いによって、特徴点同士の相対的な位置関係にも相違が生じる。指先の表面形状は平面的ではないため、センサ面に対する指の押圧中心又は押圧方向に応じて指先の表面形状が変形し、特徴点間の距離が長くなったり、短くなったりする。そのため、同一の指であっても、指紋入力時の押圧状態が異なれば、それぞれの指紋画像から得られる指紋の特徴情報では、特徴点間の距離や方向の関係が大きく相違する部分が発生する。
【０００７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）にこの様子を示す。図１（ａ）は細線化された登録指紋画像の一例を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）と同一の指紋についての細線化された入力指紋画像の一例を示す概略図である。それぞれの図において、黒い線は隆線に相当し、図の上側が指の先端方向に対応する。また、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すそれぞれの指紋画像は、指紋センサに対して同じ位置に指を置いて取得したものであるが、（ｂ）に示す入力指紋画像は、（ａ）に示す登録指紋画像に比べて指を奥に押しつけた為に下に向かって潰れた状態で取得した場合に相当する。図１（ａ）及び図１（ｂ）の領域３４０は、登録時と入力時で特に押圧状態の差が大きい部分であり、図から明らかなように、押圧状態の差が大きい領域３４０では、隆線の歪み方が大きく異なってしまう。
【０００８】
登録指紋と入力指紋との間で歪み方が大きく異なる領域に含まれる特徴点を基準として位置合わせを行うと、登録指紋と入力指紋とで他の特徴点の位置関係が大きく異なってしまうため、本人棄却の可能性が高くなる。
【０００９】
上記の理由による本人棄却率を低減させるためには、位置合わせ特徴点をより多くのパターン用意し、照合が成功するまで網羅的に（総当り的に）位置合わせ及び照合処理を繰り返し行う方法が考えられる。しかし、このような方法では、適切な位置合わせに到達して照合に成功するまでに膨大な時間を要し、利便性を欠く。
【００１０】
そこで、照合に要する時間の増加を抑えつつ、本人棄却率を低減させた生体情報照合装置の開発が求められている。
【００１１】
【特許文献１】特開平６−２８４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、照合に要する時間の増加を抑えつつ、本人棄却率を低減させた生体情報照合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の問題に鑑み、本発明に係る生体情報照合装置は、生体情報を取得する取得部と、生体情報から複数の特徴点の位置情報を含む特徴情報を抽出する特徴抽出部と、特徴抽出部にて抽出された二つの特徴情報を照合する照合部とを備え、その照合部が、照合する二つの特徴情報の一方から複数の特徴点を選択し、選択した複数の特徴点と二つの特徴情報の他方において選択した複数の特徴点に対応する複数の特徴点との組を位置合わせ候補に設定し、その一組の特徴点の位置情報を略一致させる位置補正量を算出する候補設定手段と、特徴情報に含まれる特徴点の位置情報を位置補正量に基づいて補正する位置補正手段と、設定した位置合わせ候補のうち、位置補正量に基づいて補正した位置合わせ候補の特徴点の近傍領域に含まれる特徴点が、二つの特徴情報で所定以上の一致度となる位置合わせ候補を選別する候補選別手段と、選別した位置合わせ候補に対する位置補正量にて補正した二つの特徴情報に含まれる特徴点の一致度合いに基づき、二つの特徴情報の同一性を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
位置合わせの基準として用いた特徴点の近傍に存在する特徴点がある程度一致するのであれば、位置合わせの基準として用いた特徴点が存在する領域が各生体情報間の歪み方の相違が小さい領域であるか、位置合わせによって歪み方の相違による特徴点の位置ずれが吸収された良好な位置合わせであるといえる。そこで、複数パターン設定した位置合わせの候補から、上記近傍領域に含まれる特徴点の位置を良好に位置合わせできるものを選別し、二つの特徴情報全域において対応する各特徴点の位置ずれが小さく良好に位置合わせされる可能性が高いものに絞り込む。これにより、位置合わせの失敗を防ぐために複数パターン設定した位置合わせの候補のうち、照合に適したものに限定して全体の照合を行えるため、位置合わせの候補を増やしたことに伴う照合に要する時間の増加を効果的に抑えることができる。よって、照合に要する時間を抑えつつ、本人棄却率を低減させることができる。
【００１５】
また本発明に係る生体情報照合装置において、近傍領域は、各特徴情報において位置合わせ候補の特徴点のそれぞれを端点とした線分を内包する領域であることが好ましい。位置合わせに用いた特徴点を結ぶ線分の周辺を近傍領域として、これらの特徴点の間に挟まれた領域に存在する特徴点の一致度合いを調べることで、特徴点による位置合わせの適否を精度よく判定することができる。
【００１６】
また本発明に係る生体情報照合装置において、候補設定手段は、照合する特徴情報の一方から所定以上離間した二個の特徴点を選択し、その二個の特徴点と二つの特徴情報の他方において二個の特徴点に対応する二個の特徴点との組を位置合わせ候補に設定することが好ましい。位置合わせの基準として用いる特徴点の数を、各特徴情報について２個に限定することで、特徴点の組み合わせのパターン数を抑えられるため、照合に要する時間を減らすことができる。また、それら特徴点を所定以上離すことで、局所内に歪み方の相違が小さいだけの不適切な位置合わせを誤って選別してしまうことを防ぐことができる。
【００１７】
また本発明に係る生体情報照合装置において、特徴点には、それぞれ特徴抽出部による特徴点の抽出の信頼性を表す信頼度が関連付けられ、候補設定手段は、所定以上の信頼度を有する特徴点を、位置合わせ候補の特徴点とすることが好ましい。
【００１８】
また本発明に係る生体情報照合装置において、判定手段は、補正した二つの特徴情報に含まれる特徴点のうち、所定の一致基準を満たす特徴点の数に基づいて二つの特徴情報の同一性を判定し、近傍領域外における一致基準を、近傍領域内における一致基準よりも緩やかに設定することが好ましい。二つの特徴情報に対して、位置合わせの基準となる特徴点の近傍領域において、各特徴点間の一致度合いがよくなるように位置合わせを行っているため、その近傍領域外では、各特徴情報が抽出された生体情報に加えられた歪みの相違が近傍領域内と比較して大きい可能性がある。そこで近傍領域外では、各特徴点間の一致を判定する一致基準を緩やかにすることにより、対応する特徴点同士であるにもかかわらず、一致していないと誤判定される危険性を減少させることができる。
【００１９】
本発明に係る生体情報照合装置において、候補設定手段は、照合する二つの特徴情報に対して複数の位置合わせ候補を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、照合に要する時間の増加を抑えつつ、本人棄却率を低減させた生体情報照合装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置について、図を参照しつつ説明する。まず最初に、指紋認証装置全体の概略を説明する。
図２は、本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置１の機能ブロック図である。指紋認証装置１は、生体情報として指紋を使用する。そして図２に示すように、指紋認証装置１は、操作・表示部１００、指紋入力部１０５、記憶部１１０、処理部１１５及び出力部１８０を備える。そして処理部１１５は、指紋の照合処理を行うための照合部１４０などを備える。本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置１は、操作者を識別番号により特定し、予め登録されているその操作者の指紋と、指紋認証装置１で読み取る操作者の指紋の照合を行って本人と確認できた場合のみ認証を行う。そして指紋認証装置１は、出力部１８０を通じて接続される電気錠の施解錠制御装置を制御する。指紋認証装置１は、認証に成功した場合、出力部１８０を通じて接続される電気錠の施解錠制御装置に電気錠を解錠させる制御信号を送信する。以下、指紋認証装置１の指紋認証動作の概要を、図３及び図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、以下に説明する指紋認証装置１の動作は、処理部１１５に読み込まれたプログラムにしたがって、処理部１１５の制御部１２０により実行される。
【００２２】
図３に示すように、まず、指紋認証装置１は、例えば図示しない近赤外線センサなどにより、操作者の接近を検知すると、所定のガイダンスを操作・表示部１００に表示し、操作者にそのガイダンスにしたがって指紋認証作業を行うよう促すとともに、指紋認証動作を開始する。
【００２３】
最初に、指紋認証装置１は、操作・表示部１００から操作者の入力識別番号を取得する（ステップＳ１０１）。なお、操作者が識別番号を入力する前に、指紋入力部１０５の載置センサが指を検知した場合には、指紋認証装置１は、操作・表示部１００を通じて識別番号の入力を促すメッセージを表示する。そして指紋認証装置１は、取得した入力識別番号が記憶部１１０に登録されているか否か検索する。入力識別番号が記憶部１１０に登録されている場合、指紋認証装置１は、操作者の指紋画像（入力指紋画像）を取得するために、指を指紋入力部１０５の所定位置に置くように操作・表示部１００を通じて操作者に対するガイダンスを行う。一方、取得した入力識別番号が登録されていなければ、指紋認証装置１は、操作・表示部１００を通じて識別番号未登録のエラーメッセージを表示する。そして、識別番号の入力待ち状態を継続する。
【００２４】
ステップＳ１０１の後、指紋入力部１０５の載置センサが指を検知すると指紋入力部１０５は操作者の入力指紋画像を取得する（ステップＳ１０２）。入力指紋画像を取得すると、処理部１１５の画像処理部１２５は、その入力指紋画像に対して前処理となる二値化、細線化などの画像処理を行う（ステップＳ１０３）。そして処理部１１５の特徴抽出部１３０は、その画像処理を施された入力指紋画像から隆線領域の端点、分岐点などの特徴点を抽出し、抽出された特徴点（以下、入力特徴点という）から入力指紋の特徴を表す入力特徴情報である入力特徴点リストＦｉを作成する（ステップＳ１０４）。
【００２５】
入力特徴点リストＦｉが作成されると、処理部１１５は、記憶部１１０から入力識別番号に関連付けられた特徴点リスト（以下、登録特徴点リストという）Ｆｒを読み出す。そして、処理部１１５の照合部１４０は、入力特徴点リストＦｉに含まれる入力特徴点と登録特徴点リストＦｒに含まれる登録特徴点の位置合わせの基準となる特徴点の組を、入力特徴点リストＦｉ及び登録特徴点リストＦｒからそれぞれ抽出し、位置合わせ候補として設定する（ステップＳ１０５）。このとき、位置合わせ候補の入力特徴点と登録特徴点の位置を合わせるための位置補正量Ｐｃを算出する。
【００２６】
なお、登録特徴点リストＦｒの作成に使用した画像を、以下では登録指紋画像と言い、その登録指紋画像に撮影されている指紋を登録指紋と言う。そして、登録特徴点リストＦｒは、登録指紋の特徴を表す登録特徴情報であり、登録指紋画像から抽出された複数の登録特徴点を含む。
【００２７】
そして図４に示すように、照合部１４０は、１以上の位置合わせ候補が設定されたか否か調べる（ステップＳ１０６）。そして、位置合わせ候補がなければ、照合に失敗したと判定し、操作者に対する認証を与えずに処理を終了する。
【００２８】
一方、ステップＳ１０６において、位置合わせ候補が１個でもあると、照合部１４０は、各位置合わせ候補に関連付けられた位置補正量Ｐｃに基づいて、その位置合わせ候補に含まれる入力特徴点及び登録特徴点の近傍領域に存在する入力特徴点と登録特徴点を位置合わせし、その一致度合いを調べる。照合部１４０は、その一致度合いに基づいて、適切な位置合わせができていると考えられる位置合わせ候補を選別する（ステップＳ１０７）。そして照合部１４０は、全ての位置合わせ候補について適否判定を行った後、選別された位置合わせ候補があるか否かを調べる（ステップＳ１０８）。適切な位置合わせ候補が一つもない場合、処理部１１５は、照合に失敗したと判定し、操作者に対する認証を与えずに処理を終了する。一方ステップＳ１０８において、適切な位置合わせ候補がある場合、照合部１４０は、その位置合わせ候補を用いて、入力特徴点リストＦｉ全体と登録特徴点リストＦｒ全体を位置合わせする（すなわち、位置合わせ候補に関連付けられた位置補正量Ｐｃを用いて、全入力特徴点と全登録特徴点を位置合わせする）。そして入力特徴点リストＦｉに含まれる入力特徴点と登録特徴点リストＦｒに含まれる登録特徴点の一致度合いに基づいて入力指紋画像と登録指紋画像の全体照合を行う（ステップＳ１０９）。そして照合部１４０は、何れかの位置合わせパターンで照合に成功したか否かを調べる（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０において、照合に成功した場合、処理部１１５は、操作者に本人であることの認証を与え、その認証を示す制御信号を出力部１８０を通じて出力する（ステップＳ１１１）。出力部１８０には、例えば電気錠の施解錠制御装置が接続される。そして、電気錠の施解錠制御装置は、電気錠の解錠を行う。そして指紋認証装置１は、処理を終了する。一方、ステップＳ１１０において、照合に成功した位置合わせペアがない場合、処理部１１５は、操作者に認証を与えずに処理を終了する。この場合、電気錠の施解錠制御装置は、電気錠の施錠を維持する。
【００２９】
上記のように、指紋認証装置１は、設定した位置合わせ候補のうち、全体照合に適したものに絞り込んだ上で全体照合を行うため、複数の位置合わせの候補を設けたことに伴う、照合に要する時間の増加を抑えつつ、本人棄却率を低減することができる。
【００３０】
以下、指紋認証装置１の各部について詳細に説明する。
操作・表示部１００は、指紋認証装置１の操作者、すなわち被照合者が、識別番号の入力、行いたい動作の選択（例えば、特定の部屋への入室）などの操作を行うものである。また操作・表示部１００は、操作のガイダンスを表示又は音声指示するものであり、タッチパネルディスプレイとスピーカで構成される。また、タッチパネルの代わりに、キーボード又はマウスのような入力デバイスと液晶ディスプレイのような単純な表示デバイスで構成してもよい。なお、ガイダンスの音声指示を行わない場合には、スピーカを省略してもよい。
【００３１】
操作・表示部１００で入力された識別番号などのデータは、処理部１１５で呼び出す登録指紋データの特定などに使用される。
【００３２】
指紋入力部１０５は、照合処理に使用する生体情報として指紋画像を生成するものであり、載置された指を撮像してデジタル信号に変換するＣＣＤカメラをモジュール化した指紋センサ、指紋センサへの指の載置を検出する載置センサ、撮像時に指を照明するＬＥＤ、操作者に指の載置位置を正しく認識させるための指ガイド部材を有する。本実施形態では、一例として指紋センサとして全反射法光学式のものを使用した。しかし、本発明で使用可能な指紋センサはこれに限られない。例えば、指紋センサとして、指内部特性検出型光学式、光路分離法光学式、表面突起不規則反射式などの光学式センサ、静電容量式、電界式、感圧式、超音波方式などの非光学式センサを使用してもよい。またエリアセンサ型の指紋センサに限られず、ラインセンサ型の指紋センサを使用してもよい。
指紋入力部１０５では、載置センサが指紋センサ上に指が載置されたことを検出すると、指紋センサがその指を撮像し、入力指紋の入力指紋画像を生成する。
【００３３】
記憶部１１０は、予め登録された操作者の識別番号と登録特徴点リストＦｒを関連付けた登録指紋情報を記憶するものであり、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、ハードディスクなどの磁気記録媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−Ｒ／Ｗなどの光記録媒体を有する。
ここで登録特徴点リストＦｒは、予め登録された操作者の指紋画像（登録指紋画像）から作成した特徴点リストであり、隆線の分岐点、端点などの各特徴点の位置をリスト形式にしたものである。登録特徴点リストＦｒは、後述する処理部１１５による入力特徴点リストＦｉの作成と同じ方法で作成される。各特徴点リストの詳細及び作成方法については、後述する。
また記憶部１１０は、処理部１１５が使用するプログラム、各種設定ファイル、パラメータなども記憶する。これらは、指紋認証装置１の起動時など、所定のタイミングで必要に応じて処理部１１５により読み出される。
【００３４】
処理部１１５は、指紋入力部１０５から取得した入力指紋画像と記憶部１１０から取得した登録特徴点リストＦｒに基づいて指紋の照合を行うものであり、中央演算装置（ＣＰＵ）、数値演算プロセッサ、ＲＯＭ又はＲＡＭのような半導体メモリなどで構成される。また処理部１１５は、記憶部１１０から読み込まれたプログラムにしたがって、所定の動作を実行する。さらに処理部１１５は、操作・表示部１００、指紋入力部１０５、記憶部１１０、及び出力部１８０と接続されており、それら各部に所定の制御信号を出力して制御を行う。また処理部１１５は、指紋の照合及び各部の制御を行うために、制御部１２０、画像処理部１２５、特徴抽出部１３０及び照合部１４０を備える。
【００３５】
処理部１１５は、操作・表示部１００から操作者の識別番号が入力されると、その識別番号（以下入力識別番号という）が記憶部１１０に登録されているか否か探索する。そして処理部１１５は、入力識別番号と一致する識別番号が登録されていれば、その識別番号と関連付けられた登録特徴点リストＦｒを記憶部１１０から読み出す。また処理部１１５の画像処理部１２５は、指紋入力部１０５から取得した入力指紋画像に対してムラ補正、二値化、細線化などの画像処理を行う。そして処理部１１５は、特徴抽出部１３０において、そのような画像処理を施された入力指紋画像から、入力指紋の入力特徴点リストＦｉを作成する。入力特徴点リストＦｉが作成されると、処理部１１５の照合部１４０は、入力特徴点リストＦｉと登録特徴点リストＦｒとに基づいて照合を行う。最後に処理部１１５は、認証に成功したか否かに関する照合結果を操作・表示部１００に表示させ、また照合結果を示す信号を出力部１８０を介して電気錠制御装置など外部の機器へ出力する。
【００３６】
以下、処理部１１５の各部について詳細に説明する。
制御部１２０は、記憶部１１０から読み込まれたプログラム及び操作・表示部１００からの入力信号にしたがって、操作・表示部１００、指紋入力部１０５、記憶部１１０及び出力部１８０の各部の制御、指紋画像など各種データの受け渡しなどを行う。また、制御部１２０は、処理部１１５内の画像処理部１２５、特徴抽出部１３０及び照合部１４０による処理を制御する。
【００３７】
画像処理部１２５は、操作者の入力指紋画像から照合に利用する入力特徴点リストＦｉを作成するために、入力指紋画像に前処理となる画像処理を施す。画像処理部１２５は、例えば以下のような画像処理を施す。まず画像処理部１２５は、入力指紋画像の濃度ムラを補正する。次に、画像処理部１２５は、その濃度ムラを補正した入力指紋画像を、隆線領域と谷線領域とに二値化する。そして画像処理部１２５は、二値化された入力指紋画像の隆線領域を細線化する。これらムラ補正処理、二値化処理、細線化処理には、公知の種々の処理を利用することができるため、詳細な説明は省略する。
【００３８】
特徴抽出部１３０は、画像処理部１２５において画像処理を施された入力指紋画像に基づいて、入力指紋画像の特徴情報を抽出する。ここで特徴情報とは、指紋画像における隆線領域の端点、分岐点など複数の特徴点の情報である。特徴抽出部１３０は、入力指紋画像から抽出した特徴点のそれぞれについて、その特徴点の情報を予め定められた形式にしたがって入力特徴点リストＦｉとして作成する。なお上記のように、特徴抽出部１３０による特徴抽出方法と同じ方法を用いて、照合を行う以前に予め登録指紋画像から特徴抽出を行い、登録特徴点リストＦｒが作成される。
【００３９】
特徴抽出部１３０による特徴情報の抽出処理について、詳細に説明する。
図５は、細線化された指紋画像における特徴点の概略を示す。図５において、黒く示された部分は細線化された隆線領域を表す。また、図５において、隆線領域の終端となっている部分３００及び３１０が、隆線の端点であり、隆線が１本から２本に分岐している部分３２０が分岐点である。これらの特徴点の位置、数は、個人毎に異なるため、指紋の照合を行うための非常に有益な情報となる。
【００４０】
特徴情報抽出部１３０は、指紋画像から隆線の端点、分岐点を抽出し、位置、方向、信頼度の各要素を求める。例えば、隆線画素のうちで、且つ隣接する８近傍画素のうち、１画素だけが隆線画素である画素を端点とする。また隆線画素のうちで、隣接する８近傍画素のうち、３画素が隆線画素であり、且つそれら８近傍画素中の隆線画素同士が隣接していない画素を分岐点とする。また端点３００、３１０又は分岐点３２０の入力指紋画像上の座標値（ＸＴ，ＹＴ）を各特徴点の位置とする。ただしＸＴは入力指紋画像上の水平方向座標値、ＹＴは入力指紋画像上の垂直方向座標値である。
【００４１】
特徴点の方向θＴは、その特徴点における隆線の方向を表す。また特徴点の方向θＴは、図５に示すように、例えば入力指紋画像の水平方向軸と時計回りの方向になす角で表される。特徴点が端点３００、３１０の場合、その端点３００、３１０と隣接する隆線画素を結んだ直線と、入力指紋画像の水平方向軸とのなす角を特徴点の方向θＴとして求める。また特徴点が分岐点３２０の場合、分岐点３２０と、分岐点３２０から２画素の距離にある隆線画素との線分を求める（そのような線分は３本あるはずである）。次に、それぞれの線分同士のなす角を求める。そして、最もなす角が狭い２本の線分の２等分線を求める。その２等分線と入力指紋画像の水平方向軸とのなす角を特徴点の方向θＴとする。なお、特徴点の方向θＴの求め方は、上記に限られるものではなく、他の公知の方法を用いてもよい。
【００４２】
特徴点の信頼度Ｔは、その特徴点の存在、位置、方向の信頼性を示す値である。例えば、指紋画像では、局所的に見ると複数の隆線が略平行に並んでいる。そのため、複数の特徴点が含まれる局所的な領域を考えると、その領域内では、それぞれの特徴点の方向θＴは、ほぼ同じ方向となる。そこで、以下のように信頼度Ｔを設定することができる。まず、着目する特徴点を中心とした局所的な領域（例えば、３２×３２画素程度）を設定する。次に、その局所的な領域中に含まれる各特徴点の方向θＴを表す方向単位ベクトルを平均化した方向ベクトルを算出する。そして、着目特徴点の方向θＴを表す方向単位ベクトルのうち、平均化された方向ベクトルの成分と平行な方向の成分の絶対値を信頼度Ｔとする。信頼度Ｔは、近傍の隆線方向と整合性の度合いを反映した値となり、近傍隆線方向が全て同一となるとき最大値をとり、傷などで隆線が途切れた場所にできる擬似特徴点などでは小さな値となる。また信頼度Ｔは、相対的な評価を容易にするために、例えば、０〜１の値をとるように正規化される。
特徴抽出部１３０は、上記のように指紋画像から特徴点を抽出し、抽出した特徴点の情報（特徴点の種類（端点か分岐点か）、位置、方向、信頼度）から、予め定められた形式にしたがって特徴点リストを生成する。
【００４３】
照合部１４０は、操作者の指紋画像から特徴抽出部１３０において抽出した入力特徴点リストＦｉと、記憶部１１０から読み出した登録特徴点リストＦｒとを照合する。
上記のように、同じ指の指紋を入力した場合であっても、入力時の指の押圧状態などによって得られる指紋画像は異なる。そのため、指紋画像によって、抽出される特徴点の位置、方向、信頼度も異なってしまい、特徴点リストも同一とはならない。そのため、正確な照合を行うために、照合部１４０は、入力指紋の歪みと登録指紋の歪みの差が少ない領域に基づいて適切な位置合わせを行い、その後に各特徴点の一致度合いを評価することが好ましい。
【００４４】
図６を用いてこの様子を説明する。図６は、特徴点リストの情報を模式的に示した図であって、登録特徴点リストＦｒに含まれる登録特徴点と入力特徴点リストＦｉに含まれる入力特徴点を画像上に展開し、重ね合わせた模式図である。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）において、領域４１０は図１（ａ）の登録指紋画像における画像全体の領域に対応し、領域４２０は図１（ｂ）の入力指紋画像における画像全体の領域に対応する。また、白抜きの三角形４５０は登録指紋画像から抽出された登録特徴点、すなわち、登録特徴点リストＦｒに含まれる各特徴点を表し、ハッチングされた三角形４６０は入力指紋画像から抽出された入力特徴点、すなわち、入力特徴点リストＦｉに含まれる各特徴点を表す。そして、これら三角形４５０、４６０の重心が特徴点の位置（ＸＴ，ＹＴ）であり、最も鋭角な角の向いている方向が、特徴点の方向θＴを表す。図６（ａ）は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した登録指紋画像及び入力指紋画像に対して、図１における押圧状態の差が大きい領域３４０を避けた領域、すなわち比較的歪みの差の少ない画像下部において位置合わせを行った例を示す。具体的には、登録特徴点の組（４５０ａ、４５０ｂ）及び対応する入力特徴点の組（４６０ａ、４６０ｂ）を位置合わせの基準として、特徴点４５０ａと４６０ａ、及び特徴点４５０ｂと４６０ｂが略一致するように位置合わせを行った例を示す。一方、図６（ｂ）は、図１における押圧状態の差が大きい領域３４０に含まれる歪みの差が大きい上部側において位置合わせを行った例を示す。具体的には、登録特徴点の組（４５０ｃ、４５０ｄ）及び対応する入力特徴点の組（４６０ｃ、４６０ｄ）をそれぞれ略一致するように位置合わせを行った例を示す。
【００４５】
図６（ａ）に示されるように、登録指紋と入力指紋の歪みの差が少ない部分領域４３０の特徴点で位置合わせを行った場合、登録特徴点と対応する入力特徴点の位置の差は、ほぼ入力指紋と登録指紋の歪みの差のみに起因する。そのため、部分領域４３０以外でも、入力指紋と登録指紋の歪みの差が大きい一部の領域を除けば、登録特徴点４５０と対応する入力特徴点４６０との位置及び方向はほぼ一致する。一方、図６（ｂ）に示されるように、登録指紋と入力指紋の歪みの差が大きい部分領域４４０の特徴点で位置合わせを行うと、その歪みの差が位置合わせ時の位置補正量Ｐｃに反映され、各登録特徴点４５０と対応する入力特徴点４６０の位置及び方向は殆ど一致せず、登録指紋と入力指紋の位置ずれを正しく補正できないことが分かる。したがって、指紋画像全体において、登録特徴点と対応する入力登録特徴点の位置の差が大きくなり、正確な照合を行うことができなくなるため、このような位置合わせは照合に適切でない。
【００４６】
そこで、照合部１４０は、位置合わせを行うパターンを複数設定し、その中から位置合わせの基準とした特徴点の近傍領域（例えば、図６（ａ）における部分領域４３０）に含まれる特徴点を用いて、登録特徴点と入力特徴点の位置ずれが少なく、良好に位置合わせされたものに絞り込む。そして照合部１４０は、その良好に位置合わせされたものに基づいて、指紋画像全域（全体領域）にわたって登録特徴点と入力特徴点の位置合わせを行った上で登録特徴点リストＦｒと入力特徴点リストＦｉとを照合する。
【００４７】
そのために、照合部１４０は、候補設定手段１５０と、位置補正手段１５５と、候補選別手段１６０と、判定手段１７０を備える。候補設定手段１５０は、登録特徴点リストＦｒから位置合わせ用に２個の登録特徴点からなる登録特徴点ペアを複数選択する。そして候補設定手段１５０は、それぞれの登録特徴点ペアについて、相対的な位置関係が一致する２個の入力特徴点からなる入力特徴点ペアを入力特徴点リストＦｉから選択する。そして、相対的な位置関係が一致する登録特徴点ペアと入力特徴点ペアの組み合わせを位置合わせ候補ペアとして設定する。さらに、その位置合わせ候補ペアに含まれる入力特徴点を登録特徴点と一致させるための位置補正量Ｐｃを算出し、位置合わせ候補ペアと関連付ける。また位置補正手段１５５は、位置合わせを行うために、位置補正量Ｐｃに基づいて入力特徴点リストＦｉに含まれる入力特徴点の位置及び方向を補正する。そして候補選別手段１６０は、位置合わせ候補ペアの中から入力指紋と登録指紋の歪みの差が小さいところで適切に位置合わせできていると考えられるものを位置合わせペアとして選別する。最後に判定手段１７０は、特徴点同士の一致度合いから求めた類似度を算出して入力特徴点リストＦｉと登録特徴点リストＦｒの照合を行う。以下照合部１４０の各部について説明する。
【００４８】
候補設定手段１５０は、図３のＳ１０５、図４のＳ１０６の処理を実行する手段である。候補設定手段１５０は、上記のように、登録特徴点リストＦｒから位置合わせ用に複数の登録特徴点ペアを順次選択する。そして候補設定手段１５０は、各ペアについて入力特徴点リストＦｉに含まれる各特徴点のうち対応する特徴点を検索する。つまり、登録特徴点ペアと特徴点間の距離や方向の関係が同等である、相対的な位置関係が一致する入力特徴点のペアを検索する。そして、候補設定手段１５０は、登録特徴点ペアと対応する入力特徴点ペアとの組み合わせを位置合わせ候補ペアとして求める。さらに、その位置合わせ候補ペアに含まれる入力特徴点の位置を登録特徴点の位置と一致させるための位置補正量Ｐｃを算出し、位置合わせ候補ペアと関連付ける。
【００４９】
ここで候補設定手段１５０は、位置合わせの失敗による本人棄却を避けるために、登録特徴点ペアを複数用意し、入力特徴点の様々な組み合わせと総当り的に位置合わせを行う。また計算時間の長大化を避けるために、それぞれの登録特徴点ペアに含まれる特徴点の数は少ない方が好ましい。そこで本実施形態では、各登録特徴点ペアは、２個の登録特徴点から構成されることとした。したがって、対応する入力特徴点ペアも、２個の入力特徴点から構成される。なお、登録特徴点ペアに含まれる登録特徴点の数は２個に限られるものではなく、処理部１１５の処理能力に応じて、その数を増やしてもよい。
【００５０】
図７及び図８を用いて、候補設定手段１５０における位置合わせ候補設定の動作を説明する。図７は、位置合わせ候補ペア設定の動作を示すフローチャートであり、図３のＳ１０５の処理の詳細を示したものである。図８は、特徴点リストの情報を模式的に示した図であって、図８（ａ）が登録特徴点リストＦｒの情報を示し、図８（ｂ）が入力特徴点リストＦｉの情報を示している。図８（ａ）において、白抜きの三角形は登録特徴点４５０を表す。同様に、図８（ｂ）において、ハッチングされた三角形は入力特徴点４６０を表す。なお、図８（ａ）及び図８（ｂ）において、登録特徴点４５０ａ〜４５０ｄ及び入力特徴点４６０ａ〜４６０ｄは、それぞれ図６（ａ）及び図６（ｂ）に示される登録特徴点４５０ａ〜４５０ｄ及び入力特徴点４６０ａ〜４６０ｄに対応する。
【００５１】
図７に示すように、候補設定手段１５０は、位置合わせ候補ペアの設定にあたって、所定の条件を満たす２個の登録特徴点を登録特徴点ペアとして選択する（ステップＳ２０１）。ここで、選択される２個の登録特徴点は、所定の距離よりも離れたものである。このように、所定の距離よりも離れた登録特徴点から登録特徴点ペアを選択することにより、後述する候補選別手段１６０の処理を精度よく行うことができる。なお、所定の距離とは、隆線の幅数本分程度に相当する。
【００５２】
選択された登録特徴点ペアは、処理部１１５を構成するメモリ又は記憶部１１０に記憶する。なお、登録特徴点ペアは、登録特徴点リストＦｒを登録する際に予め選択しておき、登録特徴点リストＦｒと関連付けて記憶部１１０に保存しておいてもよい。このように登録特徴点ペアを予め選択しておくことにより、照合の際に要する処理時間を短縮することができる。
【００５３】
登録特徴点ペアが選択されると、候補設定手段１５０は、登録特徴点ペアと相対的な位置関係が一致する、対応する入力特徴点の組（入力特徴点ペア）が有るか否かを調べる（ステップＳ２０２）。そのために、まず候補設定手段１５０は、登録特徴点ペアに含まれる両登録特徴点の座標値から、登録特徴点間の距離ｄｒを求める。次に、候補設定手段１５０は、入力特徴点リストＦｉから順次二つの入力特徴点を選択し、その入力特徴点間の距離ｄｉを求め、上記の距離ｄｒと比較する。そして、候補設定手段１５０は、距離ｄｒと略等しい距離ｄｉとなる二つの入力特徴点が選択された場合（例えば、図８（ａ）及び（ｂ）において、登録特徴点の組（４５０ａ、４５０ｂ）に対する入力特徴点の組（４６０ａ、４６０ｂ）、若しくは登録特徴点の組（４５０ｃ、４５０ｄ）に対する入力特徴点の組（４６０ｃ、４６０ｄ））、選択した入力特徴点同士を結ぶ線分が、登録特徴点ペアに含まれる登録特徴点同士を結ぶ線分と平行になるように、選択した入力特徴点を回転する。そして、回転されたそれぞれの入力特徴点の方向が、登録特徴点ペアに含まれる対応する登録特徴点のそれぞれの方向と略一致する場合、候補設定手段１５０は、その選択した入力特徴点を入力特徴点ペアとして抽出する。
【００５４】
次に、候補設定手段１５０は、登録特徴点ペアに対応する入力特徴点ペアを抽出すると、登録特徴点ペアに含まれる登録特徴点と、対応する入力特徴点ペアに含まれる入力特徴点の位置を一致させるための位置補正量Ｐｃを算出する（ステップＳ２０３）。そのために、候補設定手段１５０は、登録特徴点リストＦｒと入力特徴点リストＦｉの座標軸を一致させた状態から、登録特徴点ペアと重ね合わせるために入力特徴点ペアの平行移動・回転移動に必要な移動量を求める。そして、算出された入力特徴点ペアに対する水平方向移動量Ｍｘ、垂直方向移動量Ｍｙ、及び回転移動量Ｒを位置補正量Ｐｃとする。なお、上記の重ね合わせた状態とは、両特徴点ペアの特徴点間を結ぶ線分を重複させ、２組の対応する特徴点同士の位置の誤差が最小となる位置とする。
【００５５】
候補設定手段１５０は、位置補正量Ｐｃを算出すると、登録特徴点ペア及び対応する入力特徴点ペアを位置合わせ候補ペアとして設定する（ステップＳ２０４）。そして、候補設定手段１５０は、位置合わせ候補ペアに上記の位置補正量Ｐｃを関連付け、記憶部１１０に記憶する。
【００５６】
その後、候補設定手段１５０は、登録特徴点リストＦｒから、上記の所定の条件を満たす全ての登録特徴点の組について、登録特徴点ペアの選択を試みたか否かを調べる（ステップＳ２０５）。全ての組について、登録特徴点ペアの選択を試みている場合、候補設定手段１５０は、位置合わせ候補ペアの設定を終了する。一方、ステップＳ２０５において、登録特徴点ペアの選択を試みていない登録特徴点の組が存在する場合、ステップＳ２０１の前に制御を戻し、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理を行う。
【００５７】
候補設定手段１５０は、位置合わせ候補ペアが０組の場合、照合に失敗したと判定する。そして、以後の照合処理は行わない。入力特徴点リストＦｉに含まれる入力特徴点と登録特徴点リストＦｒに含まれる登録特徴点には相対的な位置関係が一致するものが存在しないので、登録指紋と入力指紋が同一のものである可能性は殆ど存在しないためである。逆に位置合わせ候補ペアが複数存在する場合、各位置合わせ候補ペアに対して、後続の処理を行う順序を定める優先度を設定してもよい。優先度は、例えば、位置合わせ候補ペアに含まれる各特徴点ごとの信頼度Ｔの和が大きいものから順に高くなるように設定することができる。また、登録特徴点ペアと入力特徴点ペアの一致度合いが高いほど、優先度を高くするように設定してもよい。
【００５８】
なお、上記のステップＳ２０１において、登録特徴点ペアを１組も選択できない場合には、登録特徴点ペアの選択基準を緩めて再度選択を行うようにしてもよい。特に、特徴点の配置に関しては、個人差が大きいため、再選択の際には、特徴点間の距離に関する上記の所定距離を小さく変更することが好ましい。また、特徴点間の距離の上限を設けている場合には、その上限を高く変更することが好ましい。
【００５９】
また、登録特徴点ペアとして選択する２個の特徴点間の距離に上限を設けてもよい。上限を設けることにより、後述する候補選別手段１６０の処理を効果的に行うことができるとともに、設定される登録特徴点ペアの数を制限し、処理に要する時間を抑制することができる。
【００６０】
さらに、候補設定手段１５０は、画像取得時等のノイズの影響によって生じた、いわゆる擬似特徴点の可能性が少ないと考えられる程度に高い信頼度Ｔを有する登録特徴点のみから、登録特徴点ペアを選択してもよい。例えば上記のように、信頼度Ｔが０〜１で正規化され、実験的に信頼度Ｔが０．８以上であれば、擬似特徴点の可能性はほぼ０であると分かっている場合、候補設定手段１５０は、信頼度Ｔが０．８以上である登録特徴点のみから登録特徴点ペアを選択する。同様に、候補設定手段１５０は、入力特徴点ペアの選択に使用する入力特徴点についても、擬似特徴点の可能性が少ないと考えられる程度に高い信頼度Ｔを有する入力特徴点のみに限定してもよい。このように高い信頼度を有する入力特徴点のみを対象とすることで、位置合わせの精度を向上することができる。
【００６１】
また、上記のステップＳ２０３において、入力特徴点の位置を調整する代わりに、登録特徴点の位置を調整するための各移動量を位置補正量Ｐｃとして求め、位置合わせ候補ペアに関連付けて記憶してもよい。この場合、以下に説明する各手段において、特徴点同士の位置合わせを行う際、入力特徴点を移動する代わりに登録特徴点を移動する。
【００６２】
なお、候補設定手段１５０は、１組の登録特徴点ペアに対して複数の入力特徴点ペアを選択してもよい。逆に、１組の入力特徴点ペアが複数の登録特徴点ペアに対応してもよい。また、上記では、登録特徴点リストＦｒから位置合わせ用の登録特徴点ペアを選択することとしたが、これとは逆に、入力特徴点リストＦｉから位置合わせ用の入力特徴点ペアを選択し、位置合わせ候補ペアを求めても同様である。
【００６３】
位置補正手段１５５は、位置補正量Ｐｃ（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｒ）に基づいて、候補選別手段１６０又は判定手段１７０で必要とされる領域（入力特徴点リストＦｉの一部又は全体の領域）に含まれる各入力特徴点の位置情報を補正することにより、位置合わせ候補ペアを基準として登録特徴点リストＦｒの特徴点と入力特徴点リストＦｉの特徴点を位置合わせする。具体的には、各入力特徴点をアフィン変換を用いて移動する。すなわち、入力特徴点の位置座標をＰ（ＸＴ，ＹＴ）（ただし、ＸＴは水平座標、ＹＴは垂直座標）、位置補正後の位置座標Ｐ’（ＸＴ’，ＹＴ’）とすると、位置補正手段１５５は、次式によって位置座標Ｐ’（ＸＴ’，ＹＴ’）を算出する。
【数１】
2007272568.tif 000003
また、位置補正手段１５５は、各入力特徴点の方向θＴも、回転補正量Ｒに基づいて回転する。
全ての入力特徴点の位置座標及び方向を補正すると、位置補正手段１５５は、その結果を候補選別手段１６０又は判定手段１７０へ出力する。なお、位置補正手段１５５は、入力特徴点リストＦｉの全ての特徴点を補正するのみの構成としてもよい。この場合、候補選別手段１６０の実行時に全特徴点を補正してこれを記憶しておき、判定手段１７０の実行時にこれを読み出して再利用することができる。
【００６４】
候補選別手段１６０は、図４のＳ１０７、Ｓ１０８の処理を実行する手段である。候補選別手段１６０は、一又は複数得られた位置合わせ候補ペアから、指紋全体における特徴点の位置ずれが小さく、指紋画像全体の特徴点の一致度合いを調べるのに適したものを位置合わせペアとして選別する。すなわち、位置合わせ候補ペアに基づいて位置合わせした場合に、位置合わせ候補ペアを構成する特徴点の近傍領域を、求めた位置補正量Ｐｃによる位置合わせが適切であるか否か判定するための部分領域として設定し、その部分領域内で登録指紋と入力指紋がある程度一致しているか否か判定し、一致すると判定した位置合わせ候補ペアに基づく位置合わせを全体照合に適したものと判断し、全体照合に用いる位置合わせペアとして選別する。このように、位置合わせの基準となる領域で、入力指紋画像と登録指紋画像との歪み方の相違が少ない場合や、歪み方の相違が位置合わせによって吸収される場合の位置合わせペアに絞り込むことができる。例えば、図６（ａ）では、部分領域４３０に含まれる各登録特徴点４５０と各入力特徴点４６０の位置及び方向は、ほぼ一致している。したがって、このような位置合わせを行える位置合わせ候補ペアは、位置合わせペアとして選別される。一方、図６（ｂ）では、部分領域４４０に含まれる各登録特徴点４５０と対応する各入力特徴点４６０の位置及び方向は一致していない。したがって、このような位置合わせを行う位置合わせ候補ペアは、棄却され、記憶部１１０から消去される。
【００６５】
再度図８を参照して、設定される部分領域のイメージを説明する。図８（ａ）において、位置合わせ候補ペアに含まれる登録特徴点ペア（４５０ａ、４５０ｂ）を端点とする線分を直径とする円形領域が、登録指紋画像について設定された部分領域５１０である。同様に、図８（ｂ）において、位置合わせ候補ペアに含まれる入力特徴点ペア（４６０ａ、４６０ｂ）を直径の両端とする円形領域が、入力指紋画像について設定された部分領域５２０である。図８（ａ）に示した部分領域５１０及び図８（ｂ）に示した部分領域５２０は、それぞれ位置合わせ候補ペアに基づいて定められるため、ほぼ同じ大きさとなる。
【００６６】
そこで候補選別手段１６０は、まず、上記位置合わせ候補ペアの近傍領域を、求めた位置補正量Ｐｃによる位置合わせが適切であるか否か判定するための部分領域として、位置合わせ候補ペアごとに設定する。そして候補選別手段１６０は、入力特徴点リストＦｉから、それら部分領域に含まれる入力特徴点を選択する。また、選択された入力特徴点の位置及び方向を、位置合わせ候補ペアに関連付けて記憶されている位置補正量Ｐｃ（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｒ）に基づいて補正し、登録特徴点と位置合わせした結果を位置補正手段１５５から受け取る。その後候補選別手段１６０は、上記の部分領域内に存在する各入力特徴点について、登録特徴点リストＦｒに含まれる登録特徴点と一致するものを探す。そして候補選別手段１６０は、部分領域内に存在する入力特徴点のうち、登録特徴点と略一致するものの数に基づいて、位置合わせに適切な位置合わせ候補ペアか否か判定する。
【００６７】
このように、位置合わせ候補ペアによる位置合わせの適否判定を指紋画像の一部領域に限定して行うことにより、画像全体に対して行う場合と比較して扱うデータ量及び必要な演算量を抑制できるので、処理に要する時間の増大を抑制することができる。また、位置合わせ候補ペアの近傍領域である部分領域に含まれる特徴点の一致度合いを用いることにより、例え位置合わせ候補ペア自体が一致していても、その近傍領域に存在する特徴点が一致しないような位置合わせ候補ペアを排除するため、登録指紋と入力指紋の歪みの差の少ないところで設定された位置合わせ候補ペアに絞り込むことができる。
【００６８】
図９は、候補選別手段１６０における位置合わせ候補ペア選別の動作を示すフローチャートであり、図４のＳ１０７の処理の詳細を示したものである。
まず、候補選別手段１６０は、候補設定手段１５０にて設定した各位置合わせ候補ペア及び関連する位置補正量Ｐｃを記憶部１１０から読み出し、処理部１１５を構成するメモリに保存する（ステップＳ３０１）。次に、候補選別手段１６０は、各位置合わせ候補ペアの中から、着目する位置合わせ候補ペアを選択する（ステップＳ３０２）。
【００６９】
着目する位置合わせ候補ペアを選択すると、候補選別手段１６０は、その位置合わせ候補ペアに含まれる登録特徴点ペアを直径の両端とする円形領域を、登録特徴点を抽出するための部分領域として設定する（ステップＳ３０３）。次に、候補選別手段１６０は、登録指紋特徴点リストＦｒから部分領域に存在する登録特徴点を抽出する（ステップＳ３０４）。
【００７０】
同様に、候補選別手段１６０は、その位置合わせ候補ペアに含まれる入力特徴点ペアを直径の両端とする円形領域を、入力特徴点を抽出するための部分領域として設定する（ステップＳ３０５）。そして、候補選別手段１６０は、入力指紋特徴点リストＦｉから部分領域に存在する登録特徴点を抽出する（ステップＳ３０６）。
なお、部分領域は、入力特徴点と登録特徴点で部分領域の設定が同じ方式を採用する方が選別精度の向上の観点からは好ましい。
【００７１】
次に、候補選別手段１６０は、抽出された各入力特徴点及び位置補正量Ｐｃを、位置補正手段１５５へ送る。そして位置補正手段１５５から、補正された各入力特徴点の位置及び方向を取得する（ステップＳ３０７）。
【００７２】
さらに、候補選別手段１６０は、移動された部分領域５２０の各入力特徴点と、部分領域５１０内の各登録特徴点との一致度合いを算出する（ステップＳ３０８）。例えば、各部分領域５１０、５２０に含まれる入力特徴点と登録特徴点の合計（ＬＡｌｌ）に対する、一致していると判定された入力特徴点と登録特徴点の合計（ＬＣ）の比（ＬＣ／ＬＡｌｌ）を一致度合いとして算出する。ここで入力特徴点と対応する登録特徴点とが一致しているか否かは、特徴点同士の位置の差、方向の差などに基づいて判定される。それぞれの差が所定の一致基準を満たしていれば、入力特徴点と対応する登録特徴点は一致していると判定される。なお、この一致基準は、実験又は経験に基づいて適切な値を設定できる。また一致度合いの算出の際、各特徴点の信頼度Ｔを加味してもよい。例えば、上記の一致していると判定された入力特徴点と登録特徴点の合計（ＬＣ）に代わりに、一致していると判定された入力特徴点の信頼度Ｔと登録特徴点の信頼度Ｔの合計を用いてもよい。さらに、着目する位置合わせ候補ペアに含まれる入力特徴点及び登録特徴点については、当然ながら一致するため、これら入力特徴点及び登録特徴点を除いて、上記の比を計算してもよい。
【００７３】
候補選別手段１６０は、特徴点の一致度合いを表す上記の比（ＬＣ／ＬＡｌｌ）を所定の閾値と比較する（ステップＳ３０９）。特徴点の一致度合いが所定の閾値未満であれば、着目する位置合わせ候補ペアに基づく位置合わせは不適切と判定し、この位置合わせ候補ペアを上記のメモリ及び記憶部１１０から消去する。一方、ステップＳ３０９において、特徴点の一致度合いが所定の閾値以上であれば、着目する位置合わせ候補ペアを位置合わせペアに設定する（ステップＳ３１０）。なお、所定の閾値は、例えば０．５〜０．８程度の値とすることができる。この閾値の値が大きいほど、入力特徴点と登録特徴点の一致がより厳密な場合のみ位置合わせが適切と判定され、選別される位置合わせ候補ペアの数が減少することになる。しかし、一致度合いが最も高い場合が必ずしも最適な位置合わせとなるわけではないため、ここでは適切な位置合わせペアへの絞り込みをするべく、所定の閾値を０．７とした。
【００７４】
候補選別手段１６０は、全ての位置合わせ候補ペアについて上記の処理を行ったか否か判定する（ステップＳ３１１）。そして、まだ処理が行われていない位置合わせ候補ペアが存在する場合は、制御をステップＳ３０２の前に戻す。一方、全ての位置合わせ候補ペアについて上記の処理が終了している場合は、設定された位置合わせペア及び関連する位置補正量Ｐｃを判定手段１７０へ渡す。なお、位置合わせペアが０個の場合、照合に失敗したと判定し、以後の照合処理を行わない。
【００７５】
なお、部分領域５１０、５２０は上記の円領域に限られるものではない。例えば、登録指紋画像について設定される部分領域５１０を、着目する位置合わせ候補ペアに含まれる登録特徴点を長軸の両端とする楕円領域に設定してもよい。また、部分領域５１０を、着目する位置合わせ候補ペアに含まれる登録特徴点を対角とする矩形領域としてもよく、また特徴点を結ぶ線分から所定の距離の範囲を含む領域としてもよい。さらに部分領域５１０を、着目する位置合わせ候補ペアに含まれる登録特徴点をそれぞれ中心とする二つの円形領域としてもよい。なお、入力指紋画像について設定される部分領域５２０についても同様に、部分領域５１０と同様、様々な形状とすることができる。ただし、何れの形状を採用する場合であっても、位置補正量Ｐｃの適否を正確に判定するために、上記の部分領域５１０、５２０は、着目する位置合わせ候補ペアに含まれる入力特徴点又は登録特徴点の近傍領域に設定することが好ましい。
【００７６】
また、ステップＳ３０４及びＳ３０６において、候補選別手段１６０は、これら二つの部分領域５１０、５２０内に、特徴点の一致度合いを調べるのに十分な数の特徴点が存在するか否かを判定してもよい。部分領域５１０に含まれる登録特徴点又は部分領域５２０に含まれる入力特徴点の何れかが所定数未満であれば、候補選別手段１６０は、部分領域５１０と５２０に含まれる特徴点の一致度合いを評価できないため、着目する位置合わせ候補ペアを、上記のメモリ及び記憶部１１０から消去し、制御をステップＳ３１１の前へ移行する。この場合、候補選別手段１６０は、例えば上記の所定数を３とすることができる。なお、上記の所定数は３に限られない。特徴点の一致度合いをより正確に評価するために、所定数を３より大きくしてもよい。
【００７７】
判定手段１７０は、図４のＳ１０９、Ｓ１１０の処理を実行する手段である。判定手段１７０は、候補選別手段１６０で選別された位置合わせペアに基づいて、入力特徴点リストＦｉ及び登録特徴点リストＦｒ内の全ての入力特徴点と登録特徴点の位置合わせを行った場合の類似度を調べる。ここで類似度は、入力指紋と登録指紋の同一性を表す尺度であり、入力特徴点と登録特徴点の一致度合いに基づいて算出される。そして、算出された類似度が照合閾値以上の場合、判定手段１７０は、照合に成功したと判定する。一方、類似度が照合閾値未満の場合、判定手段１７０は別の位置合わせペアに基づいて、位置合わせ、類似度の算出、及び類似度と照合閾値の比較を行う。このように、判定手段１７０は、何れかの位置合わせペアに対して算出した類似度が、照合閾値以上であれば照合に成功したと判定し、何れの位置合わせペアに対しても、算出した類似度が照合閾値未満であれば、照合に失敗したと判定する。
【００７８】
そこで、判定手段１７０は、候補選別手段１６０から取得した位置合わせペアの中から、着目する位置合わせペアを設定する。そして判定手段１７０は、その着目する位置合わせペアと関連する位置補正量Ｐｃ（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｒ）と、入力特徴点リストＦｉに含まれる全ての入力特徴点を位置補正手段１５５へ送る。そして位置補正手段１５５から、補正された各入力特徴点の位置及び方向を取得し、各入力特徴点と対応する各登録特徴点との位置合わせが為される。このとき、判定手段１７０は、上記の候補選別手段１６０において一致していると判定された入力特徴点と登録特徴点について、それぞれ重心を算出し、その重心のずれをなくすように、位置補正量Ｐｃ（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｒ）を補正して使用してもよい。
【００７９】
次に、判定手段１７０は、候補選別手段１６０において部分領域５１０、５２０内に存在する各登録特徴点と入力特徴点について一致しているか否かを判定したのと同様の方法を用いて、入力特徴点リストＦｉに含まれる各入力特徴点が、登録特徴点リストＦｒに含まれる各登録特徴点の何れかと所定の一致基準を満たしているか否かを判定する。そして、入力特徴点リストＦｉに含まれる入力特徴点の数と登録特徴点リストＦｒに含まれる登録特徴点の合計（ＳＡｌｌ）に対する、一致していると判定される入力特徴点と登録特徴点の合計（ＳＣ）の比（ＳＣ／ＳＡｌｌ）を類似度として算出する。
【００８０】
ここで候補選別手段１６０において、入力指紋画像と登録指紋とで歪み方の相違が小さい領域の特徴点を用いた位置合わせを選別したため、画像全体を観察した場合には各特徴点の位置関係のずれが小さくなっているが、部分領域外では、部分領域内と比較して入力指紋画像と登録指紋画像の歪みの差が大きく、各特徴点のずれが大きくなっている可能性がある。そこで上記部分領域外では、上記の一致基準を上記部分領域内よりも緩やかに設定してもよい。例えば、部分領域外の一致基準における特徴点同士の位置の差及び／又は方向の差に関する許容誤差を部分領域内の一致基準におけるそれら許容誤差の１．５倍とすることができる。また、一般的に歪みの差は、歪みの差が少ないと判定されるところから離れるほど大きくなる可能性が高い。そこで、上記何れかの部分領域の中心又は外周からの距離が大きくなるにつれて、上記の一致基準を緩やかになるよう設定してもよい。また、上記部分領域の面積が広くなるにつれて、類似度を高くするように修正してもよい。これは、上記部分領域が広い場合ほど、入力指紋画像と登録指紋画像の歪みの差が少なく、良好な位置合わせができていると考えられるためである。逆に、部分領域の面積が狭くなるにつれて、類似度を低くなるように修正してもよい。このような修正を行うために、判定手段１７０は、例えば、部分領域５１０又は５２０の面積と対応して予め定められた所定の修正量を類似度に加えることができる。あるいは、その面積と対応して予め定められた所定の係数を類似度に乗じて類似度を修正することができる。さらに、部分領域の面積を用いる代わりに、着目する位置合わせペアに含まれる入力特徴点又は登録特徴点間の距離を用いてもよい。
【００８１】
さらに判定手段１７０は、一致度合いの算出の際、候補選別手段１６０の処理と同様に、各特徴点の信頼度Ｔを加味してもよい。また一致しない特徴点の数又は信頼度Ｔに基づいて、類似度を低下させるような補正を行ってもよい。
【００８２】
なお、上記候補選別手段１６０において、上記部分領域内の特徴点の合計ＬＡＬＬ及び一致する特徴点の合計ＬＣを位置合わせペアと関連付けて記憶しておくことにより、判定手段１７０はそれらの値を利用することができ、計算に要する時間を短縮することができる。
【００８３】
判定手段１７０は、何れかの位置合わせペアについて算出された類似度が予め定められた照合閾値以上であれば、照合に成功したと判定する（すなわち、入力指紋は、登録指紋と一致する）。
【００８４】
出力部１８０は、指紋認証装置１と外部の機器（例えば、電気錠の施解錠制御装置）を接続し、信号の入出力を行うインターフェースであり、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、ＳＣＳＩ、ＲＳ−２３２Ｃなどの規格に準拠した通信ポート、電子回路及びドライバソフトウェアなどで構成される。
そして出力部１８０は、処理部１１５の照合結果を示す信号などを外部機器に出力する。
【００８５】
以上説明してきたように、本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置１は、多種パターンの特徴点による位置合わせの中から、位置合わせに用いた一部の領域における特徴点の一致度合いにて照合に適した位置合わせを選別し、全体領域における照合（全体照合）を行う。したがって、位置合わせ候補を増加させたことによる全体照合の処理量を効果的に削減することができるため、照合に要する時間を抑えつつ本人棄却率を低減させた照合を実現することができる。さらに、操作者本人に対しては、照合の際に算出される類似度の値が従来よりも高くなることが期待できるので、照合閾値を高めに設定することにより、他人受容率も低下させることができる。
【００８６】
なお、上記の実施形態では、指紋認証装置１は、操作者が予め登録された特定の一人と同一人か否かを認証するものであるが、本発明はこの実施形態に限られない。例えば、入力指紋画像から得られた入力特徴点リストＦｉを、予め登録されている全ての登録特徴点リストＦｒと位置合わせを行い、それぞれについて類似度を算出し、算出された類似度のうち、最も高いものが所定の閾値以上であれば、照合に成功したと判定するようにしてもよい。この場合、上記の実施形態と異なり、操作者の識別情報を入力する手順を省略しても、照合を行うことができる。
【００８７】
また、本発明の生体情報照合装置で使用できる生体情報は、指紋だけに限られない。本発明は、例えば、掌紋、網膜パターンのように、入力時と登録時の撮影条件によって特徴量を抽出する際の特徴点の位置関係に相違が生じる可能性のある生体情報に対して、好適に使用することができる。
【００８８】
以上のように、本発明の範囲内で、実施される形態に合わせて様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】（ａ）は登録指紋画像の一例を示す概略図であり、（ｂ）は（ａ）と同一の指紋についての入力指紋画像の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置における、指紋認証の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の生体情報照合装置を適用した指紋認証装置における、指紋認証の動作を示すフローチャートである。
【図５】細線化された指紋画像における特徴点の概略を示す図である。
【図６】（ａ）は登録特徴点及び入力特徴点を画像上に展開し、位置合わせを行った様子を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）と異なる位置を基準として位置合わせを行った様子を示す模式図である。
【図７】位置合わせ候補ペア設定のフローチャートである。
【図８】（ａ）は登録特徴点を画像上に展開した模式図であり、（ｂ）は入力特徴点を画像上に展開した模式図である。
【図９】位置合わせ候補ペア選別のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１    指紋認証装置（生体情報照合装置）
１００    操作・表示部
１０５    指紋入力部
１１０    記憶部
１１５    処理部
１２０    制御部
１２５    画像処理部
１３０    特徴抽出部
１４０    照合部
１５０    候補設定手段
１５５    位置補正手段
１６０    候補選別手段
１７０    判定手段
１８０    出力部
３００、３１０    特徴点（端点）
３２０    特徴点（分岐点）
３４０    歪み差の大きい領域
４１０    登録指紋画像相当領域
４２０    入力指紋画像相当領域
４３０    歪み差の小さい領域
４４０    歪み差の大きい領域
４５０    登録特徴点
４６０    入力特徴点
４５０、４５０ａ〜４５０ｄ    登録特徴点
４６０、４６０ａ〜４６０ｄ    入力特徴点
５１０、５２０    部分領域
【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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