(57)【要約】【課題】スイープ型指紋センサにより入力されたスライス画像から異常な指紋画像が構成されることを防止する。【解決手段】移動する指から指紋を逐次読み取るセンサ（101）を具備する指紋入力装置（100）であって、センサにより読み取られた指紋の部分画像を読み取り順序に関連付けて記憶デバイス（104）へ格納する手段（102A）と、読み取り順序が連続する一対の部分画像ごとに相互に対応する画素間の差分の平均値を求める手段（102B）と、求めた平均値の履歴に基づき指の移動速度の適否を判定する手段（102C）と、判定の結果を出力デバイス（103）により出力する手段（102D）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動する指から指紋を逐次読み取るセンサを具備する指紋入力装置であって、
前記センサにより読み取られた指紋の部分画像を読み取り順序に関連付けて記憶デバイスへ格納する手段と、
読み取り順序が連続する一対の部分画像ごとに相互に対応する画素間の差分の平均値を求める手段と、
求めた平均値の履歴に基づき指の移動速度の適否を判定する手段と、
前記判定の結果を出力デバイスにより出力する手段とを備えることを特徴とする指紋入力装置。
【請求項２】
前記平均値を求めるとき、当該一対の部分画像の相互に対応する領域において画素間の差分の絶対値を平均化する演算を行うことを特徴とする請求項１記載の指紋入力装置。
【請求項３】
前記平均値を求めるとき、当該一対の部分画像の相互に対応する領域において画素間の差分の二乗値を平均化する演算を行うことを特徴とする請求項１記載の指紋入力装置。
【請求項４】
前記平均値の履歴が連続的に基準値を超えることを示すとき指の移動速度が不適であると判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の指紋入力装置。
【請求項５】
コンピュータを請求項１乃至４のいずれか１項に記載の指紋入力装置として機能させることを特徴とするプログラム。
【請求項６】
移動する指から指紋を逐次読み取るセンサを具備する指紋入力装置が、
前記センサにより読み取られた指紋の部分画像を読み取り順序に関連付けて記憶デバイスへ格納するステップと、
読み取り順序が連続する一対の部分画像ごとに相互に対応する画素間の差分の平均値を求めるステップと、
求めた平均値の履歴に基づき指の移動速度の適否を判定するステップと、
前記判定の結果を出力デバイスにより出力するステップとを実行することを特徴とする指紋入力方法。
【請求項７】
前記指紋入力装置が、前記平均値を求める前記ステップにおいて、
当該一対の部分画像の相互に対応する領域において画素間の差分の絶対値を平均化する演算を行うことを特徴とする請求項６記載の指紋入力方法。
【請求項８】
前記指紋入力装置が、前記平均値を求める前記ステップにおいて、
当該一対の部分画像の相互に対応する領域において画素間の差分の二乗値を平均化する演算を行うことを特徴とする請求項６記載の指紋入力方法。
【請求項９】
前記指紋入力装置が、指の移動速度の適否を判定する前記ステップにおいて、
前記平均値の履歴が連続的に基準値を超えることを示すとき指の移動速度が不適であると判定することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の指紋入力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人認証などに用いる指紋画像を入力する装置に関し、特に、スイープ型の指紋センサにより取得した画像を処理する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、指紋を読み取るセンサの一種にスイープ型センサが知られている。スイープ型センサは、一般に、手指の幅より若干広い幅の矩形のセンサ面を持ち、そのセンサ面上を滑る指の指紋を複数のラインで読み取るものである。読み取られる指紋は、読み取りタイミングごとにスライス画像で入力され、それら複数のスライス画像の組み合わせにより、１つの指紋の全体画像が形成される。
【０００３】
上記のようなスイープ型センサにより入力した指紋画像の構成処理に関し、例えば、後述の特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、読み取りの前後関係にある指紋画像に基づきスイープ速度を求め、速度変動があった画像部分のゆがみを補正するという技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２１６１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されているような従来の技術では、現在のスライス画像と直前のスライス画像との重なり部分が存在することを前提として、指紋画像の構成処理が行われる。しかしながら、この手法では、次のような問題点がある。
【０００５】
従来、指紋のスライス画像が順次入力されると、図６に示すように、入力の前後関係にある画像間の画素値の誤差を計算し、誤差が最も小さい位置が両画像の重ね合わせ位置として決定される。
【０００６】
ところが、センサの読み取り周期より速く指がスイープされた場合は、読み取り処理が間に合わず、指紋全体をくまなく読み取ることが困難となる。その結果、図７に示すように、連続して入力されたスライス画像間には重なり領域が得られず、画像上に指紋部分の欠落が生じる。
【０００７】
このような状況にあっても、従来の技術では、入力された指紋画像を強制的に重ね合わせて出力することから、図８に示すような異常な指紋画像が出力されるおそれがある。異常な指紋画像により個人認証が行われると、たとえ正当な被験者であっても、認証に失敗するという事態が起こる。
【０００８】
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入力されたスライス画像から異常な指紋画像が構成されることを防止する技術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】
【０００９】
本発明に係る指紋入力装置は、移動する指から指紋を逐次読み取るセンサを具備する指紋入力装置であって、前記センサにより読み取られた指紋の部分画像を読み取り順序に関連付けて記憶デバイスへ格納する手段と、読み取り順序が連続する一対の部分画像ごとに相互に対応する画素間の差分の平均値を求める手段と、求めた平均値の履歴に基づき指の移動速度の適否を判定する手段と、前記判定の結果を出力デバイスにより出力する手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、センサに対する指の移動速度が不適切であることを被験者へ直ちにフィードバックすることができる。また、入力された指紋の有効性を指紋の照合処理に先立ち検証できるため、不適切なスライス画像を照合に用いるという無駄な処理を防ぐことができる。これにより、装置の処理が効率化されると共に、被験者を長時間待たせることを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に、本発明の実施形態の構成を示す。本実施形態の指紋入力装置100は、従来知られたスイープ型のライン指紋センサ101を備える。ライン指紋センサ101の読み取り形式は、光学検知式、静電容量式、あるいは感圧式等の何れであってもよい。このライン指紋センサ101から指紋を入力するには、図２に示すように、指紋201がセンサ面（101）に接触した状態の指202を、センサ面（101）の長手方向に直交する方向、すなわち図示のスイープ方向203に滑らせる。
【００１２】
指紋入力装置100は、図１に示すように、ライン指紋センサ101が読み取った指紋のスライス画像を処理するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）及びプログラムを含むコンピュータ102と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）あるいはＣＲＴ（Cathode Ray Tube）のような表示装置103と、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などを含む記憶装置104とを備える。
【００１３】
コンピュータ102には、ＣＰＵが実行するプログラムとして、スライス画像記憶領域操作モジュール102A、画素差平均値計算モジュール102B、スイープ速度判定モジュール102C、及び、結果表示モジュール102Dがインストールされている。これらのプログラムによる作用は後に説明する。
【００１４】
記憶装置104には、入力された最新のスライス画像を記憶する現在スライス画像記憶領域104_1と、その直前に入力されていたスライス画像を記憶する直前スライス画像記憶領域104_2と、最新及びその直前のスライス画像に関する後述の画素差平均値を記憶する画素差平均値記憶領域104_3とが設けられている。
【００１５】
図３に示すフローチャートを参照して、指紋入力装置100の動作について説明する。ライン指紋センサ101に指が置かれてスイープが開始されると、コンピュータ102のスライス画像記憶領域操作モジュール102Aが、ライン指紋センサ101から取得したスライス画像１つ分のデータを直前スライス画像記憶領域104_2へ格納する（ステップＳ１）。
【００１６】
スライス画像記憶領域操作モジュール102Aは、続いて、ライン指紋センサ101から新たなスライス画像データを取得すると、それを現在スライス画像記憶領域104_1へ格納する（ステップＳ２）。この時点で、入力が開始されてから最初のスライス画像とその次のスライス画像とが記憶されたことになる。
【００１７】
画素差平均値計算モジュール102Bは、直前スライス画像記憶領域104_2のスライス画像と、現在スライス画像記憶領域104_1のスライス画像との重なり領域Ｕを認識する。この重なり領域Ｕは、公知の手法により判断し認識する。そして、この重なり領域Ｕに関し、重なり合う画素の組み合わせを認識し、各組み合わせにおける画素値νの差分を計算する。さらに、算出した差分を重なり領域Ｕで平均化することにより平均値Ａを求める（ステップＳ３）。
【００１８】
図４を参照して、平均値Ａの算出について具体的に説明する。現在スライス画像Ｓ(t) （Ｓ：スライス画像、ｔ：時間）と直前スライス画像Ｓ(t-1)との重なり領域Ｕに、図示のようなＮ個（「1」〜「N」）の画素の組み合わせが存在する場合、「1」〜「N」のそれぞれについて画素値νの差分を計算する。
【００１９】
例えば、画素「1」の場合であれば、現在スライス画像Ｓ(t)における「1」の画素値ν(t)と、直前スライス画像Ｓ(t-1)の「1」の画素値ν(t-1)との差分を求める。この要領にて「1」〜「N」の全てについて差分を求めた後、重なり領域Ｕにおける各差分の平均値Ａを計算する。したがって、平均値Ａは、次の［数１］により求めることができる。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
画素差平均値計算モジュール102Bは、求めた平均値Ａを記憶装置104の画素差平均値記憶領域104_3へ格納する（ステップＳ４）。また、後続のスライス画像の処理に備えて、現在スライス画像記憶領域104_1にあるスライス画像を直前スライス画像記憶領域104_2へ移動させる（ステップＳ５）。
【００２２】
スイープ速度判定モジュール102Cは、画素差平均値記憶領域104_3に格納された平均値Ａの履歴に基づいて、ライン指紋センサ101での指のスイープ速度の適否を判定する。その判定にあたり、まず、スイープ速度の判定に関し予め設定された基準値εと、前述の平均値Ａとを比較する（ステップＳ６）。そして、平均値Ａが基準値εを超えるという比較結果（Ａ＞ε）が連続的に出ているか否かを判定する（ステップＳ７）。
【００２３】
上記判定の閾値としての連続回数は、３回や５回等、判定に関し求められる精度に応じて予め設定しておく。また、平均値Ａと比較する基準値εとしては、例えば、図５に示すような値を適用することができる。図示のグラフは、重なり領域Ｕの有無と平均値Ａとの関連を度数分布により表したものである。このグラフを利用し、重なり領域に関する２つの度数分布の交点にあたる平均値を基準値εとして採用する。
【００２４】
上記判定の結果、平均値Ａが基準値εを超えない、あるいは、超えているが連続していない場合は（ステップＳ７：No）、スイープ速度が適正であると判断する（ステップＳ８）。なお、ここでは、スライス画像の入力初期であり、平均値Ａの履歴数は１つである。よって、現段階ではスイープ速度に問題がないと判断される。
【００２５】
以降、新たなスライス画像が入力されるごとに、それを現在スライス画像記憶領域104_1へ格納し（ステップＳ２）、上記手順に従って平均値Ａを算出し基準値εと比較する（ステップＳ３〜Ｓ６）。その過程で平均値Ａが基準値εを連続的に上回ることなくスライス画像の入力が終了した場合は（ステップＳ９：Yes）、指紋の入力が終始正常に行われたものとして処理を終了する。正常に入力されたスライス画像は、後の指紋照合処理に使用される。
【００２６】
一方、平均値Ａが基準値εを連続的に上回ることを検知したときは（ステップＳ７：Yes）、結果表示モジュール102Dが起動し、スイープ速度が不適切、すなわち速すぎる旨の警告画面を表示装置103へ表示する（ステップＳ１０）。警告の内容としては、スイープ速度を緩めつつ再入力することを被験者に促す内容とし、例えば、「入力エラー：指の移動が速すぎます。ゆっくりと再入力してください。」等を表示する。そして、その時点で指紋の入力処理を中断し、今回入力されたスライス画像を無効化する。
【００２７】
以上説明した実施形態によれば、ライン指紋センサ101に対する指のスイープ速度が不適切であり且つ再入力すべきことを被験者へ直ちにフィードバックすることができる。また、入力された指紋の有効性を指紋の照合処理に先立ち検証できるため、不適切なスライス画像を照合に用いるという無駄な処理を防ぐことができる。これにより、装置の処理が効率化されると共に、被験者を長時間待たせることを回避できる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、平均値Ａの算出に関し、２つの画素値の差分の絶対値を平均化するという演算式（［数１］）を提示したが、これに替えて、次の［数２］に示すような二乗誤差値を平均化するという演算でもよい。二乗誤差値は負の値とならないため、判定条件を簡素化することができる。
【００２９】
【数２】
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【００３０】
また、上記実施形態では、平均値Ａの算出に重なり領域の全画素を用いたが、平均化の対象を重なり領域の一部の画素としてもよい。これにより、計算時間を短縮することができる。
【００３１】
さらにまた、上記実施形態では、スイープ速度に関する警告を画面により通知したが、これに替えて、例えば、スピーカによる音声ガイダンスにて警告する、あるいは画面表示と音声ガイダンスとを併用するという形態でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態の指紋入力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態におけるライン指紋センサに対する指紋入力に関する説明図である。
【図３】実施形態の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】実施形態における平均値Ａの算出に関する説明図である。
【図５】実施形態における基準値εの設定に関する説明図である。
【図６】従来の指紋入力方法に関する説明図である。
【図７】従来の指紋入力方法に関する説明図である。
【図８】従来の指紋入力方法に関する説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
100  指紋入力装置
101  ライン指紋センサ
102  コンピュータ
102A  スライス画像記憶領域操作モジュール
102B  画素差平均値計算モジュール
102C  スイープ速度判定モジュール
102D  結果表示モジュール
103  表示装置
104  記憶装置
104_1  現在スライス画像記憶領域
104_2  直前スライス画像記憶領域
104_3  画素差平均値記憶領域
【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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