(57)【要約】【課題】倍率の違いによる誤認率の上昇を防ぐと共に、処理負荷を低減し、照合を迅速に行う。採取時の照度差が大きい場合でも高精度に照合を行えるようにする。【解決手段】登録指紋の画像データＲおよび照合指紋の画像データＩに２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施し、登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF を作成する。ＲF およびＩF に振幅抑制処理を施してＲFLおよびＩFLとする。ＲFLおよびＩFLの座標系を極座標系に変換してＲPLおよびＩPLとする。ＲPLおよびＩPLに距離抑制処理を施してＲPLL およびＩPLL とする。ＲPLL とＩPLL とを振幅抑制相関法によって照合（粗照合）し、その照合過程で得られる相関ピークの位置から両者の倍率ずれを求め、登録指紋の画像データＲあるいは照合指紋の画像データＩに倍率ずれ補正を行って、振幅抑制相関法によって照合（精照合）する。指紋など２次元に限らず、１次元、３次元などのパターンでも同様にして適用できる。【選択図】  図６
2007179267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
登録パターンのＮ（Ｎ≧１）次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、
照合パターンのＮ（Ｎ≧１）次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、
前記登録フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を施す第１の振幅抑制手段と、
前記照合フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を施す第２の振幅抑制手段と、
前記第１の振幅抑制手段によって振幅抑制処理された登録フーリエＮ次元パターンデータの座標系を原点からの距離と角度とで表される極座標系に変換する第１の極座標系変換手段と、
前記第２の振幅抑制手段によって振幅抑制処理された照合フーリエＮ次元パターンデータの座標系を原点からの距離と角度とで表される極座標系に変換する第２の極座標系変換手段と、
前記第１の極座標系変換手段によって極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータと前記第２の極座標系変換手段によって極座標系に変換された照合フーリエＮ次元パターンデータとを振幅抑制相関法によって照合する第１の照合手段と、
この第１の照合手段での照合過程で得られる相関ピークの位置から両者の倍率ずれを求める倍率ずれ測定手段と、
この倍率ずれ測定手段で求められた倍率ずれに基づいて前記登録パターンと前記照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行う倍率ずれ補正手段と、
この倍率ずれ補正手段によりその何れか一方に倍率ずれ補正が行われた前記登録パターンと前記照合パターンとを振幅抑制相関法によって照合する第２の照合手段と
を備えたことを特徴とするパターン照合装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたパターン照合装置において、
前記第１の極座標系変換手段によって極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータに対して距離抑制処理を施す第１の距離抑制手段と、
前記第２の極座標系変換手段によって極座標系に変換された照合フーリエＮ次元パターンデータに対して距離抑制処理を施す第２の距離抑制手段とを備え、
前記第１の照合手段は、前記第１の距離抑制手段によって距離抑制処理が施された登録フーリエＮ次元パターンデータと前記第２の距離抑制手段によって距離抑制処理が施された照合フーリエＮ次元パターンデータとを振幅抑制相関法によって照合する
ことを特徴とするパターン照合装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたパターン照合装置において、
前記倍率ずれ測定手段によって測定された倍率ずれを記憶する倍率ずれ記憶手段を備え、
前記倍率ずれ補正手段は、前記倍率ずれ記憶手段に倍率ずれが記憶された場合、以降の前記登録パターンと照合パターンとの照合に際し、前記倍率ずれ記憶手段に記憶されている倍率ずれに基づいて前記登録パターンと前記照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行う
ことを特徴とするパターン照合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、登録パターンと照合パターンとの照合を行うパターン照合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピュータ室や重要機械室への入退室管理、コンピュータ端末や銀行の金融端末へのアクセス管理などの個人認証を必要とする分野において、これまでの暗証番号やＩＤカードに代わって、指紋などの生体情報に基づいて個人認証を行うパターン照合装置の開発が進められている。
【０００３】
この種のパターン照合装置は、例えば指紋を入力する指紋入力部と、指紋入力部を介して入力された指紋を登録指紋（登録パターン）として記憶する登録指紋記憶部と、指入力部を介して入力された指紋を照合指紋（照合パターン）として登録指紋と照合し、照合結果を出力する指紋判定部とから構成される。
【０００４】
このパターン照合装置（指紋照合装置）では、運用中に指紋入力部に故障が生じた場合、指紋入力部のみを正常品と取り替えて運用を再開する。しかし、取り替えた指紋入力部と故障した指紋入力部とで画像取込の倍率が異なることがあり、これによる登録指紋と照合指紋との倍率の違いから指紋判定部が同じ指紋であっても同一と判定できず、同一指紋同士の照合時の誤認率が高くなるという問題がある。
【０００５】
また、１つの指紋判定部に対して、通信ネットワークを通じて複数の指紋入力部を接続して、指紋の入力を任意の指紋入力部から行えるようにした指紋照合装置もある。この通信ネットワークを通じた指紋照合装置では、登録時と照合時でそれぞれ別の指紋入力部を使用し、かつ、それらの指紋入力部の画像取込の倍率が異なっているような場合、登録指紋と照合指紋とが同一であるにも拘わらず、同一ではないと誤認する確率が高くなる。
これに対し、例えば下記に示す特許文献１や特許文献２には、登録パターンと照合パターンとの倍率の違いによる誤認率の上昇を照合の過程で防ぐ技術が示されている。
【０００６】
〔特許文献１〕
特許文献１では、読み取った登録指紋（登録パターン）の画像だけではなく、その登録指紋の画像から倍率が異なる複数の登録指紋の画像を作成し、これら登録指紋の画像と照合指紋の画像とを１つずつ照合する。
【０００７】
〔特許文献２〕
特許文献２では、認識対象画像（照合パターン）の極座標を直交座標変換し、すなわち認識対象画像の注目点を中心とする任意の半径の線分上の画素値を切り出し、その座標系を注目点からの距離と角度（横軸を角度軸，縦軸を距離軸）とで表される極座標系に変換し、この極座標系変換した画像を距離軸方向に拡大または縮小し、この拡大または縮小した極座標系変換画像のそれぞれと基準画像（登録パターン）の極座標系変換画像との正規化相関値を求め、この求めた正規化相関値の最大値が基準値を超えた場合に、両者を同一パターンと認識する。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１２６７８２号公報
【特許文献２】特開２００３−２１６９３１号公報
【非特許文献１】コンピュータ画像処理入門（日本工業技術センター編、総研出版（株）発行、Ｐ．４４〜４５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示された技術によると、倍率が異なる複数の登録指紋の画像を作成しなければならず、また、特許文献２に示された技術によると、距離軸方向に拡大または縮小した複数の極座標系変換画像を作成しなければならず、装置に負荷がかかるとともに照合に時間がかかるという問題がある。
また、特許文献２に示された技術では、認識対象画像の極座標系変換画像と基準画像の極座標系変換画像との正規化相関値を求め、この求めた正規化相関値より照合を行っているので、基準画像の採取時と認識対象画像の採取時の照度差が大きい場合、認識精度が落ちるという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、登録パターンと照合パターンとの倍率の違いによる誤認率の上昇を防ぐと共に、処理負荷を低減し、照合を迅速に行うことができる、また登録パターンの採取時と照合パターンの採取時の照度差が大きい場合でも高精度に照合を行うことができるパターン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】
【００１１】
このような目的を達成するために、第１発明（請求項１に係る発明）は、登録パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエＮ次元パターンデータを作成する登録フーリエパターンデータ作成手段と、照合パターンのＮ次元パターンデータにＮ次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエＮ次元パターンデータを作成する照合フーリエパターンデータ作成手段と、登録フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を施す第１の振幅抑制手段と、照合フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を施す第２の振幅抑制手段と、第１の振幅抑制手段によって振幅抑制処理された登録フーリエＮ次元パターンデータの座標系を原点からの距離と角度とで表される極座標系に変換する第１の極座標系変換手段と、第２の振幅抑制手段によって振幅抑制処理された照合フーリエＮ次元パターンデータの座標系を原点からの距離と角度とで表される極座標系に変換する第２の極座標系変換手段と、第１の極座標系変換手段によって極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータと第２の極座標系変換手段によって極座標系に変換された照合フーリエＮ次元パターンデータとを振幅抑制相関法によって照合する第１の照合手段と、この第１の照合手段での照合過程で得られる相関ピークの位置から両者の倍率ずれを求める倍率ずれ測定手段と、この倍率ずれ測定手段で求められた倍率ずれに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行う倍率ずれ補正手段と、この倍率ずれ補正手段によりその何れか一方に倍率ずれ補正が行われた登録パターンと照合パターンとを振幅抑制相関法によって照合する第２の照合手段とを設けたものである。
【００１２】
この発明によれば、登録パターンのＮ次元パターンデータ（Ｒ）にＮ次元離散的フーリエ変換が施されて登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲF ）が作成され、照合パターンのＮ次元パターンデータ（Ｉ）にＮ次元離散的フーリエ変換が施されて照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩF ）が作成され、登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲF ）および照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩF ）に対してｌｏｇ処理や√処理等の振幅抑制処理が行われ、この振幅抑制処理された登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲFL）および照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩFL）の座標系が原点からの距離と角度とで表される極座標系に変換され、この極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲPL）と照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩPL）とが第１の照合手段により振幅抑制相関法によって照合される。この第１の照合手段による照合を粗照合と呼ぶ。この場合、登録パターンと照合パターンとが同じで、倍率ずれがない或いは小さいものとすれば、登録パターンと照合パターンとは一致する。すなわち、粗照合によって、「一致」という照合結果が得られる。これに対して、倍率ずれが大きいと、登録パターンと照合パターンとが一致せず、粗照合では「不一致」という結果が得られる。
【００１３】
本発明において、登録パターンと照合パターンとの間の倍率ずれは、第１の照合手段の照合過程で得られる相関ピークの位置から求めることができる。そこで、本発明では、この相関ピークの位置から登録パターンと照合パターンとの間の倍率ずれ（Δｒｍ）を求め、この倍率ずれΔｒｍに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行う。すなわち、倍率ずれがなくなるように、登録パターンあるいは照合パターンに対して倍率ずれ補正を行う。そして、この何れか一方に倍率ずれ補正を行った登録パターンと照合パターンとを第２の照合手段により振幅抑制相関法によって照合する。この第２の照合手段による照合を精照合と呼ぶ。
【００１４】
なお、登録パターンと照合パターンとの間の倍率ずれΔｒｍは、例えば登録パターンに対する照合パターンの比率として求める。この場合、登録パターンと照合パターンの倍率が同じであれば、倍率ずれΔｒｍはΔｒｍ＝１となり、照合パターンの倍率が登録パターンの倍率の２倍であれば、倍率ずれΔｒｍはΔｒｍ＝２となる。また、登録パターンと照合パターンとの間の倍率ずれΔｒｍは、登録パターンと照合パターンとの倍率差として求めるようにしてもよい。この場合、登録パターンと照合パターンの倍率が同じであれば、倍率ずれΔｒｍはΔｒｍ＝０となる。
【００１５】
本発明において、極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲPL）と照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩPL）とを振幅抑制相関法で照合すると、相関ピークが出現するエリアが狭すぎて倍率ずれを正確に求めることができない場合がある。そこで、第２発明（請求項２に係る発明）では、極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲPL）と照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩPL）に対して距離抑制処理を施し、この距離抑制処理が施された登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲPLL ）と照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩPLL ）とを振幅抑制相関法で照合するようにする。なお、距離抑制処理とは、極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータ（ＲPL）や照合フーリエＮ次元パターンデータ（ＩPL）の距離成分にｌｏｇ処理を施す処理を言う。
【００１６】
本発明において、登録パターンと照合パターンとの倍率ずれは照合の度に求めるようにしてもよいが、例えば登録パターンや照合パターンを入力するパターン入力部を正常品と取り替えて運用を再開する際の一度だけとしてもよい。すなわち、正常品と交換されたパターン入力部の倍率は交換前のパターン入力部の倍率と異なることがあるのに対し、交換後の倍率は変わらない。そこで、第３発明（請求項３に係る発明）では、測定された倍率ずれを記憶する倍率ずれ記憶手段を設け、倍率ずれ記憶手段に倍率ずれが記憶された場合、以降の登録パターンと照合パターンとの照合に際し、倍率ずれ記憶手段に記憶されている倍率ずれに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行うようにする。
【００１７】
これにより、例えば、パターン入力部のみを正常品と取り替えて運用を再開し、この運用再開後に登録パターンと照合パターンとの倍率ずれが測定されて倍率ずれ記憶手段に記憶されると、次の照合からは倍率ずれの測定を行うことなく、直ちに倍率ずれ記憶手段に記憶されている倍率ずれに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正が行われ、この何れか一方に倍率ずれ補正が行われた登録パターンと照合パターンとが照合されるようになる。すなわち、粗照合が省略され、すぐに精照合が実行される。
【００１８】
なお、本発明において、第１の極座標系変換手段による座標系を極座標系へ変換する処理は、第１の振幅抑制手段によって振幅抑制処理された登録フーリエＮ次元パターンデータに対して、その位相の符号を振幅に付加し、符号付き振幅成分のみ抽出したうえで、その座標系を極座標系に変換する処理を含む。
【００１９】
また、本発明において、第１の振幅抑制手段による振幅抑制を施す処理は、登録フーリエＮ次元パターンデータの位相成分を除去したうえでこの登録フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を施す処理を含む。また、第２の振幅抑制手段による振幅抑制を施す処理は、照合フーリエＮ次元パターンデータの位相成分を除去したうえでこの照合フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理を施す処理を含む。
このような処理方式とすると、極座標変換して振幅抑制相関法で相関ピークを求める際の性能が向上するという効果が得られる。すなわち、位相は各画素の連続性が乏しく、逆に振幅は各画素の連続性がよい。したがって、位相成分を除去することによって、極座標変換して振幅抑制相関法で相関ピークを求める際の性能が向上する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明（第１発明）によれば、粗照合の過程で得られる相関ピークの位置から登録パターンと照合パターンとの倍率ずれが求められ、この求められた倍率ずれに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行ったうえで、登録パターンと照合パターンとが照合されるものとなり、倍率が異なる複数の登録パターンの画像を作成したり、距離軸方向に拡大または縮小した複数の極座標系変換画像を作成したりする必要がなく、登録パターンと照合パターンとの倍率の違いによる誤認率の上昇を防ぐと共に、処理負荷を低減し、照合を迅速に行うことができるようになる。
【００２１】
また、本発明（第１発明）によれば、登録フーリエＮ次元パターンデータおよび照合フーリエＮ次元パターンデータに対して振幅抑制処理が行われ、この振幅抑制処理された登録フーリエＮ次元パターンデータおよび照合フーリエＮ次元パターンデータの座標系が極座標系に変換され、この極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータと照合フーリエＮ次元パターンデータとが振幅抑制相関法によって照合（粗照合）されるので、また倍率ずれ補正が行われた登録パターンと照合パターンとが振幅抑制相関法によって照合（精照合）されるので、すなわち粗照合，精照合ともに振幅抑制相関法によって照合が行われるので、各画素のスペクトラム強度が抑圧され、また特徴的な情報がより強調され、一般的な情報が抑えられ、登録パターンの採取時と照合パターンの採取時の照度差が大きい場合でも、高精度で両パターンを照合することができるようになる。
【００２２】
また、本発明（第２発明）によれば、極座標系に変換された登録フーリエＮ次元パターンデータと照合フーリエＮ次元パターンデータに対して距離抑制処理を施し、この距離抑制処理が施された登録フーリエＮ次元パターンデータと照合フーリエＮ次元パターンデータとを粗照合するようにしたので、登録パターンと照合パターンとの倍率差が圧縮されるものとなり、限りのあるエリア内で倍率ずれを確実に求めることができるようになる。
【００２３】
また、本発明（第３発明）によれば、倍率ずれ記憶手段に倍率ずれが記憶された場合、以降の登録パターンと照合パターンとの照合に際し、倍率ずれ記憶手段に記憶されている倍率ずれに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正を行うようにしたので、例えば、パターン入力部のみを正常品と取り替えて運用を再開し、この運用再開後に倍率ずれが測定されて倍率ずれ記憶手段に記憶されると、次の照合からは倍率ずれの測定を行うことなく、直ちに倍率ずれ記憶手段に記憶されている倍率ずれに基づいて登録パターンと照合パターンの何れか一方に倍率ずれ補正が行われ、この何れか一方に倍率ずれ補正が行われた登録パターンと照合パターンとが照合されるものとなり、粗照合を省略して、すぐに精照合を実行し、照合スピードをアップすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１はこの発明の一実施の形態を示す指紋照合装置のブロック構成図である。同図において、１０は操作部、２０はコントロール部であり、操作部１０にはテンキー１０−１，ディスプレイ（ＬＣＤ）１０−２と共に指紋センサ１０−３が設けられている。指紋センサ１０−３は光源１０−３１とプリズム１０−３２とＣＣＤカメラ１０−３３とを備えている。コントロール部２０は、ＣＰＵを有してなる制御部２０−１と、ＲＯＭ２０−２と、ＲＡＭ２０−３と、ハードディスク（ＨＤ）２０−４と、フレームメモリ（ＦＭ）２０−５と、外部接続部（Ｉ／Ｆ）２０−６と、フーリエ変換部（ＦＦＴ）２０−７とを備えており、ＲＯＭ２０−２には登録プログラムと照合プログラムが格納されている。
【００２５】
〔指紋の登録〕
この指紋照合装置において、登録パターンとなる利用者の指紋（以下、登録指紋という）は次のようにして登録される。運用する前に、利用者は、テンキー１０−１を用いて自己に割り当てられたＩＤナンバを入力のうえ（図２に示すステップ１０１）、指紋センサ１０−３のプリズム１０−３２上に指を置く。
【００２６】
プリズム１０−３２には光源１０−３１から光が照射されており、プリズム１０−３２の面に接触しない指紋の凹部（谷線部）では、光源１０−３１からの光は全反射し、ＣＣＤカメラ１０−３３に至る。逆にプリズム１０−３２の面に接触する指紋の凸部（隆線部）では全反射条件がくずれ、光源１０−３１からの光は散乱する。
【００２７】
これにより、指紋の谷線部は明るく、隆線部は暗い、コントラストのある指紋の紋様が採取される。この採取された指紋（登録指紋）の紋様は、Ａ／Ｄ変換により、例えば５１２×５１２画素，２５６階調の濃淡画像（画像データ：２次元パターンデータ）として、コントロール部２０へ与えられる（ステップ１０２）。
【００２８】
制御部２０−１は、この操作部１０より与えられる登録指紋の画像データに対して縮小処理を行い（ステップ１０３）、縮小した登録指紋の画像データＲを原画像データとして、ＩＤナンバと対応させてファイル化する（ステップ１０４）。ここでの縮小処理は、５１２×５１２画素，２５６階調の登録指紋の画像データに対し、そのｘ方向（横方向）およびｙ（縦方向）方向について、所定画素ピッチでその画素ラインを間引くことにより行う。例えば、ｘ方向，ｙ方向について、それぞれ４画素ピッチでその画素ラインを間引いて１２８×１２８画素の縮小データを得る。
【００２９】
なお、登録指紋の原画像データＲに後述する２次元離散的フーリエ変換を施して登録フーリエ画像データＲF とし、この登録フーリエ画像データＲF を登録指紋の原画像データとしてＩＤナンバと対応させてファイル化するようにしてもよい。
【００３０】
〔指紋の照合（照合方式（１））：倍率不変型振幅抑制相関法（振幅抑制＋位相有り）＋振幅抑制相関法〕
この指紋照合装置において利用者の指紋の照合は次のようにして行われる。運用中、利用者は、テンキー１０−１を用いて自己に割り当てられたＩＤナンバを入力のうえ（図４に示すステップ２０１）、指紋センサ１０−３のプリズム１０−３２上に指を置く。これにより、照合パターンとなる指紋（照合指紋）の紋様が、指紋の登録の場合と同様にして採取され、５１２×５１２画素，２５６階調の濃淡画像（画像データ：２次元パターンデータ）として、コントロール部２０へ与えられる。
【００３１】
制御部２０−１は、テンキー１０−１を介してＩＤナンバが与えられると、ハードディスク２０−４内にファイル化されている登録指紋の原画像データの中から、そのＩＤナンバに対応する画像データＲを読み出す（ステップ２０２：図５（ａ）参照）。また、採取された照合指紋を取り込み（ステップ２０３）、この照合指紋に対して登録指紋の場合と同様にして縮小処理を行い（ステップ２０４）、照合指紋の画像データＩを得る（図５（ｂ）参照）。そして、倍率不変型振幅抑制相関法で、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとを照合（第１照合：粗照合）する（ステップ２０５）。
【００３２】
〔粗照合（第１照合）〕
図６にステップ２０５で行われる粗照合のフローチャートを示す。制御部２０−１は、読み出した登録指紋の画像データＲに対し２次元離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）を施して登録フーリエ画像データＲF とし（ステップ３０１：図５（ｃ）参照）、ステップ２０４で得た照合指紋の画像データＩに対し２次元離散的フーリエ変換を施して照合フーリエ画像データＩF とする（ステップ３０２：図５（ｄ）参照）。
【００３３】
この登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF には振幅成分と位相成分とが含まれている。また、この登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF は、デカルト座標系すなわち（ｘ，ｙ）座標系とされている。なお、２次元離散的フーリエ変換については、例えば非特許文献１等に説明されているので、ここでの詳しい説明は省略する。
【００３４】
次に、制御部２０−１は、この登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF に対し振幅抑制処理を行い（ステップ３０３，３０４）、この振幅抑制処理された登録フーリエ画像データＲFLおよび照合フーリエ画像データＩFLの座標系を極座標系に変換し（ステップ３０５，３０６）、極座標系に変換された登録フーリエ画像データＲPLおよび照合フーリエ画像データＩPLを得る（図５（ｅ），（ｆ）参照）。なお、この例では、振幅抑制処理として、登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF の振幅成分にｌｏｇ処理を施す。
【００３５】
ここで、極座標変換とは、デカルト座標系（ｘ，ｙ）を極座標系（θ，ｒ）に変換する処理のことを言う。すなわち、図３（ａ）に示されるデカルト座標系（ｘ＝ｒｃｏｓθ，ｙ＝ｒｓｉｎθ）を図３（ｂ）に示されるような原点からの距離ｒと角度θとで表される極座標系（θ＝ｔａｎ-1（ｙ／ｘ），ｒ＝（ｘ2 ＋ｙ2 ）1/2 ）に変換する処理のことを言う。
【００３６】
そして、ステップ３０５で得た極座標系とされた登録フーリエ画像データＲPLとステップ３０６で得た極座標系とされた照合フーリエ画像データＩPLにそれぞれ距離抑制処理を施す（ステップ３０７，３０８）。この例では、距離抑制処理として、極座標系とされた登録フーリエ画像データＲPLおよび照合フーリエ画像データＩPLの距離成分であるｒにｌｏｇ処理を施し、登録フーリエ画像データＲPLL および照合フーリエ画像データＩPLL とする。なお、ここでの距離抑制処理は、後述するように限りのあるエリア内で倍率ずれを求めるために施すものであり、エリアに余裕があれば施さなくてもよい。また、距離抑制処理は、全ての距離を１とする処理は含まないものとする。全ての距離を１とすると倍率ずれが得られなくなってしまう。これに対し、振幅抑制処理は、全ての振幅を１とする処理を含むものとする。
【００３７】
次に、制御部２０−１は、距離抑制処理が施された登録フーリエ画像データＲPLL および照合フーリエ画像データＩPLL に対して２次元離散的フーリエ変換を施し（ステップ３０９，３１０）、登録フーリエ画像データＲPLLFおよび照合フーリエ画像データＩPLLFを得る。そして、この登録フーリエ画像データＲPLLFおよび照合フーリエ画像データＩPLLFとを合成し（ステップ３１１）、合成フーリエ画像データを得る。
【００３８】
ここで、合成フーリエ画像データは、登録フーリエ画像データＲPLLFをＡ・ｅｘｐ（ｊθ）とし、照合フーリエ画像データＩPLLFをＢ・ｅｘｐ（ｊφ）とした場合、登録フーリエ画像データＲPLLFに照合フーリエ画像データＩPLLFの複素共役を乗じることによって得られるＡ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））で表される。但し、Ａ，Ｂ，θ，φとも空間周波数（フーリエ）空間（ｕ，ｖ）の関数とする。
【００３９】
そして、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））は、
Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））＝Ａ・Ｂ・ｃｏｓ（θ−φ）＋ｊ・Ａ・Ｂ・ｓｉｎ（θ−φ）  ・・・（１）
として表され、Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）＝α1 ＋ｊβ1 、Ｂ・ｅｘｐ（ｊφ）＝α2 ＋ｊβ2 とすると、Ａ＝（α12＋β12）1/2，Ｂ＝（α22＋β22）1/2，θ＝ｔａｎ-1（β1 ／α1 ），φ＝ｔａｎ-1（β2 ／α2 ）となる。この（１）式を計算することにより合成フーリエ画像データを得る。
【００４０】
なお、Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））＝Ａ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊθ）・ｅｘｐ（−ｊφ）＝Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）・Ｂ・ｅｘｐ（−ｊφ）＝（α1 ＋ｊβ1 ）・（α2 −ｊβ2 ）＝（α1 ・α2 ＋β1 ・β2 ）＋ｊ（α2 ・β1 −α1 ・β2 ）として、合成フーリエ画像データを求めるようにしてもよい。
【００４１】
そして、制御部２０−１は、このようにして合成フーリエ画像データを得た後、振幅抑制処理を行う（ステップ３１２）。この実施の形態では、振幅抑制処理として、ｌｏｇ処理を行う。すなわち、前述した合成フーリエ画像データの演算式であるＡ・Ｂ・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））の振幅Ａ・Ｂのｌｏｇをとり、ｌｏｇ（Ａ・Ｂ）・ｅｘｐ（ｊ（θ−φ））とすることにより、振幅であるＡ・Ｂをｌｏｇ（Ａ・Ｂ）に抑制する（Ａ・Ｂ＞ｌｏｇ（Ａ・Ｂ））。
【００４２】
振幅抑制処理を施した画像データでは登録指紋の採取時と照合指紋の採取時の照度差による影響が小さくなる。すなわち、振幅抑制処理を行うことにより、各画素のスペクトラム強度が抑圧され、飛び抜けた値がなくなり、より多くの情報が有効となる。また、振幅抑制処理を行うことにより、指紋情報の内、個人情報である特徴点（端点，分岐点）や隆線の特徴（渦，分岐）がより強調され、一般的指紋情報である隆線全体の流れ・方向が抑えられる。
【００４３】
なお、この実施の形態では、振幅抑制処理としてｌｏｇ処理を行うものとしたが（ステップ３０３，３０４，３１２）、√処理を行うようにしてもよい。また、ｌｏｇ処理や√処理に限らず、振幅を抑制することができればどのような処理でもよい。振幅抑制で全ての振幅を例えば１にすると、すなわち位相のみにすると、ｌｏｇ処理や√処理等に比べ、計算量を減らすことができるという利点とデータが少なくなるという利点がある。
【００４４】
ステップ３１２で振幅抑制処理を施した後、制御部２０−１は、その振幅抑制処理を施した合成フーリエ画像データをフーリエ変換部２０−７へ送り、２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ３１３）。この２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データ（図５（ｆ）参照）は、周波数空間における振幅が抑制されているが、基本的には登録指紋と照合指紋とを畳み込んだ画像データと考えることができ、これら２つの画像の相関を表すものである。
【００４５】
なお、この実施の形態では、ＲPLLFとＩPLLFとの合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理を行ったが、ＲPLLFおよびＩPLLFに対して振幅抑制処理を行って登録フーリエ画像データＲPLLF ’および照合フーリエ画像データＩPLLF ’とし、このＲPLLF ’とＩPLLF ’とを合成するようにしてもよい。また、ステップ３１３での２次元離散的フーリエ変換は、２次元離散的逆フーリエ変換としてもよい。
【００４６】
そして、制御部２０−１は、この２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データより所定の相関成分エリアの各画素の相関成分の強度（振幅）をスキャンし、各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度の高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の強度の平均を相関値（スコア）として求める（ステップ３１４）。
【００４７】
ここで、求められた相関値が予め定められているしきい値よりも高ければ（ステップ３１５のＹＥＳ）、粗くではあるが登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとは「一致」したと判断する（ステップ３１６）。この場合、制御部２０−１は、直ちにステップ２０６（図４）へ進み、ステップ２０６でのＹＥＳに応じて、登録指紋と照合指紋とが一致したとの判定結果を出す（ステップ２０７）。この判定結果は、外部接続部２０−６を介して、解錠指令などとして出力される。
【００４８】
これに対し、求められた相関値が予め定められているしきい値よりも低ければ（ステップ３１５のＮＯ）、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとは「不一致」と判断し、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとの倍率ずれを求めたうえ（ステップ３１７）、ステップ２０６（図４）へ進み、ステップ２０６でのＮＯに応じて、ステップ２０８へ進む。
【００４９】
〔倍率ずれの測定〕
ステップ３１７での倍率ずれは次のようにして求める。ステップ３１３で得た２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データより相関成分の強度の最も高い画素を相関ピークとして求める。この相関ピークの位置から登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとの倍率ずれΔｒｍを求める。
【００５０】
図７に２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データ中に現れる相関ピークの出現例を示す。この例では、２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データの画像領域Ｇ１中に、相関ピークとしてＰ１が出現している。この相関ピークＰ１と相関成分エリアの中心Ｐ０との位置関係から倍率ずれΔｒｍを求める。すなわち、Ｐ０を中心とする相関ピークＰ１の縦軸方向の位置から倍率ずれΔｒｍを求める。この例では、縦軸方向のＰ０の位置がΔｒｍ＝１倍を示し、縦軸方向の下限の位置がΔｒｍ＝０倍，縦軸方向の上限の位置がΔｒｍ＝２倍を示す。なお、この場合の倍率ずれΔｒｍは、登録指紋の画像データＲに対する照合指紋の画像データＩの比率とする。
【００５１】
〔倍率ずれの補正〕
粗照合で登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとが「不一致」と判断された場合（ステップ３１５のＮＯ）、制御部２０−１は、上述のようにして登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとの倍率ずれΔｒｍを求めたうえ（ステップ３１７）、ステップ２０８へ進む。ステップ２０８では、倍率ずれΔｒｍに基づいて、照合指紋の画像データＩに対して倍率ずれ補正を行う。
【００５２】
この例では、倍率ずれΔｒｍをΔｒｍ＝１倍とするように、照合指紋の画像データＩの倍率を補正し、照合指紋の画像データＩN とする。これにより、倍率ずれ補正が施された照合指紋の画像データＩN （図９（ｂ）参照）は、その倍率が登録指紋の画像データＲ（図９（ａ）参照）の倍率と合致することになる。なお、この例では、照合指紋の画像データＩに対して倍率ずれ補正を行うようにしたが、登録指紋の画像データＲに対して倍率ずれ補正を行うようにしてもよい。
【００５３】
〔精照合（第２照合）〕
制御部２０−１は、ステップ２０８で照合指紋の画像データＩに対して倍率ずれ補正を行った後、振幅抑制相関法によって登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩN とを照合（第２照合：精照合）する（ステップ２０９）。図８にステップ２０９で行われる精照合のフローチャートを示す。
【００５４】
制御部２０−１は、倍率ずれ補正が施された照合指紋の画像データＩN に対して２次元離散的フーリエ変換を施し（ステップ４０１）、照合フーリエ画像データＩNFを得る（図９（ｅ）参照）。そして、この照合フーリエ画像データＩNFと先のステップ３０１で得られている登録フーリエ画像データＲF （図９（ｃ）参照）とを合成し（ステップ４０２）、合成フーリエ画像データを得る。
【００５５】
そして、この合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理を行い（ステップ４０３）、この振幅抑制処理を行った合成フーリエ画像データ（図９（ｇ）参照）に２次元離散的フーリエ変換を施す（ステップ４０４）。そして、この２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データ（図９（ｈ）参照）より所定の相関成分エリアの各画素の相関成分の強度（振幅）をスキャンし、各画素の相関成分の強度のヒストグラムを求め、このヒストグラムより相関成分の強度の高い上位ｎ画素を抽出し、この抽出したｎ画素の相関成分の強度の平均を相関値（スコア）として求める（ステップ４０５）。
【００５６】
そして、ステップ４０５で得た相関値を予め定められているしきい値と比較し、相関値がしきい値以上であれば（ステップ４０６のＹＥＳ）、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩN とが「一致（ＯＫ）」したと判断する（ステップ４０７）。相関値がしきい値以下であれば（ステップ４０６のＮＯ）、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩN とは「不一致（ＮＧ）」と判断する（ステップ４０８）。
【００５７】
そして、制御部２０−１は、ステップ２１０（図４）へ進み、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩN とが一致したとの判断が得られていれば（ステップ２１０のＹＥＳ）、登録指紋と照合指紋とが一致したとの判定結果を出す（ステップ２０７）。これに対し、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩN とが不一致であるとの判断が得られていれば（ステップ２１０のＮＯ）、登録指紋と照合指紋とが不一致であるとの判定結果を出す（ステップ２１１）。
【００５８】
なお、この例では、ＲF とＩNFとの合成フーリエ画像データに対して振幅抑制処理を行ったが、ＲF およびＩNFに対してそれぞれ振幅抑制処理を行って登録フーリエ画像データＲF ’および照合フーリエ画像データＩNF’とし、このＲF ’とＩNF’とを合成するようにしてもよい。また、振幅抑制処理において全ての振幅を１、すなわち位相のみとしてもよい。
【００５９】
以上の説明から分かるように、本実施の形態によれば、粗照合の過程で得られる相関ピークＰ１の位置から登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとの倍率ずれΔｒｍが求められ、この求められた倍率ずれΔｒｍに基づいて照合指紋の画像データＩに倍率ずれ補正を行ったうえで、登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとが照合されるものとなり、倍率が異なる複数の登録指紋の画像データを作成したり、距離軸方向に拡大または縮小した複数の極座標系変換画像を作成したりする必要がなく、登録指紋と照合指紋との倍率の違いによる誤認率の上昇を防ぐと共に、処理負荷を低減し、照合を迅速に行うことができるようになる。
【００６０】
また、本実施の形態によれば、２次元離散的フーリエ変換が施された登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF に対して振幅抑制処理が行われ、この振幅抑制処理された登録フーリエ画像データＲFLおよび照合フーリエ画像データＩFLの座標系が極座標系に変換され、この極座標系に変換された登録フーリエ画像データＲPLおよび照合フーリエ画像データＩPLとが振幅抑制相関法によって照合（粗照合）されるので、また倍率ずれ補正が行われた登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとが振幅抑制相関法によって照合（精照合）されるので、すなわち粗照合，精照合ともに振幅抑制相関法によって照合が行われるので、各画素のスペクトラム強度が抑圧され、また特徴的な情報がより強調され、一般的な情報が抑えられ、登録指紋の採取時と照合指紋の採取時の照度差が大きい場合でも、高精度で両指紋を照合することができるようになる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、極座標系に変換された登録フーリエ画像データＲPLと照合フーリエ画像データＩPLに対して距離抑制処理を施し、この距離抑制処理が施された登録フーリエ画像データＲPLL と照合フーリエ画像データＩPLL とを粗照合するようにしたので、登録指紋と照合指紋との倍率差が圧縮されるものとなり、限りのある画像領域Ｇ１内で倍率ずれΔｒｍを確実に求めることができるようになる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、粗照合によって登録指紋の画像データＲと照合指紋の画像データＩとが一致すると判定された場合、倍率ずれ補正や精照合を実行せずに直ちにその判定結果を出力するので、一致すると判定された場合の照合結果の出力が速くなる。すなわち、粗照合での一致／不一致の結果に拘わらず精照合を実行するようにしてもよいが、このようにすると一致すると判定された場合の照合結果の出力が遅くなる。これに対して、粗照合での結果が不一致であった場合にのみ、倍率ずれ補正を施しての精照合を実行することによって、一致すると判定された場合の照合結果の出力が速くなる。
【００６３】
〔倍率ずれΔｒｍを使用することによる粗照合の省略〕
登録指紋と照合指紋との倍率ずれΔｒｍは照合の度に求めるようにしてもよいが、例えば指紋センサ１０−３を正常品と取り替えて運用を再開する際の一度だけとしてもよい。すなわち、正常品と交換された指紋センサ１０−３の倍率は交換前の指紋センサ１０−３の倍率と異なることがあるのに対し、交換後の倍率は変わらない。そこで、本実施の形態の変形例では、登録指紋と照合指紋との倍率ずれΔｒｍの測定を指紋センサ１０−３を正常品と取り替えて運用を再開する際の一度だけとし、この場合にステップ３１７で測定された倍率ずれΔｒｍをハードディスク２０−４に記憶させておく。
【００６４】
すなわち、指紋センサ１０−３を正常品と取り替えて運用を再開する場合、最初に入力される照合指紋に対してはステップ２０５で粗照合を行って倍率ずれΔｒｍを求め（ステップ３１７）、それまでの倍率ずれΔｒｍと置き換えてハードディスク２０−４に記憶させる。なお、ステップ３１５で「一致」との粗照合の結果が得られた場合には、倍率ずれΔｒｍをΔｒｍ＝１として記憶させるものとする。
【００６５】
そして、次の照合からは倍率ずれΔｒｍの測定を行うことなく、ハードディスク２０−４に記憶されている倍率ずれΔｒｍに基づいて照合指紋の画像データＩに倍率ずれ補正を行い、この倍率ずれ補正を行った照合指紋の画像データＩN と登録指紋の画像データＲとの照合を行う。これにより、ステップ２０５による粗照合が省略され、すぐにステップ２０９による精照合が実行され、照合スピードがアップする。
【００６６】
なお、通信ネットワークを通じて複数の指紋センサ１０−３を接続して、指紋の入力を任意の指紋センサ１０−３から行えるようにした指紋照合装置では、指紋センサ１０−３毎に測定した最初の倍率ずれΔｒｍをハードディスク２０−４に記憶させておき、それを使用して倍率ずれ補正を行うようにすればよい。
【００６７】
〔照合方式(２)：倍率不変型振幅抑制相関法（振幅抑制＋位相無し）＋振幅抑制相関法〕
上述した照合方式(１)では、登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF に対し振幅抑制処理を行い、この振幅抑制処理された登録フーリエ画像データＲFLおよび照合フーリエ画像データＩFLについて、その座標系を極座標系に変換した。
【００６８】
これに対して、照合方式(２)では、登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF に対して位相成分を除去し、この位相成分の除去された登録フーリエ画像データＲF ’および照合フーリエ画像データＩF ’に対して振幅抑制処理を行い、この振幅抑制処理された登録フーリエ画像データＲFL’および照合フーリエ画像データＩFL’について、その座標系を極座標系に変換する。但し、ここでの振幅抑制処理では、すべての振幅を１とする振幅抑制処理とせず、ｌｏｇ処理や√処理とする。図１０にこの場合のフローチャートを示す。
【００６９】
図６のフローチャートと比較して分かるように、この照合方式(２)では、ステップ３２０，３２１を付加し、登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF に対して振幅成分のみを抽出（位相成分をカット）し、この位相成分の除去された登録フーリエ画像データＲF ’および照合フーリエ画像データＩF ’に対して振幅抑制処理を行い（ステップ３０３，３０４）、この振幅抑制処理された登録フーリエ画像データＲFL’および照合フーリエ画像データＩFL’の座標系を極座標系に変換してＲPL’およびＩPL’を得る（ステップ３０５，３０６）。
【００７０】
この照合方式(２)によれば、登録フーリエ画像データＲF および照合フーリエ画像データＩF に対して位相成分を除去したうえで振幅抑制処理を行うことによって、照度変化の影響を受けにくくなり、登録時と照合時で照度に差があっても高精度での照合が可能となるのに加えて、極座標変換して振幅抑制相関法で相関ピークを求める際の性能が向上するという効果が得られる。すなわち、位相は各画素の連続性が乏しく、逆に振幅は各画素の連続性がよい。したがって、位相成分を除去することによって、極座標変換して振幅抑制相関法で相関ピークを求める際の性能が向上する。
【００７１】
但し、この時、図１１に示すように、相関成分エリア上では相関ピークとしてＰ１，Ｐ２が出現している。これは振幅スペクトルが点対称であることによる。この相関ピークＰ１，Ｐ２のうちの１つを、マスク処理を行うことによって倍率ずれΔｒｍを示す正規の相関ピークと判定し、この判定した相関ピークから倍率ずれΔｒｍを求める。例えば、相関ピークＰ１が正規の相関ピークと判定されれば、図における領域中の相関ピークＰ１の縦方向の位置から倍率ずれΔｒｍを求める。
【００７２】
なお、上述した実施の形態では、指紋照合などの２次元パターンの照合について説明したが、音声などの１次元パターン、立体像などの３次元パターンなどＮ次元パターンの照合についても同様にして適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一実施の形態を示す指紋照合装置のブロック構成図である。
【図２】この指紋照合装置における指紋の登録処理を示すフローチャートである。
【図３】デカルト座標系からの極座標系への変換を説明するための図である。
【図４】この指紋照合装置における指紋の照合処理を示すフローチャートである。
【図５】この指紋の照合処理における粗照合過程を説明するための画像を示すディスプレイ上の写真である。
【図６】粗照合の処理過程（照合方式（１）における粗照合過程）を示すフローチャートである。
【図７】２次元離散的フーリエ変換が施された合成フーリエ画像データ中に現れる相関ピークの出現例を示す図である。
【図８】精照合の処理過程を示すフローチャートである。
【図９】精照合過程を説明するための画像を示すディスプレイ上の写真である。
【図１０】照合方式(２)における粗照合過程を示すフローチャートである。
【図１１】照合方式(２)における粗照合過程を説明するための画像を示すディスプレイ上の写真である。
【符号の説明】
【００７４】
１０…操作部、２０…コントロール部、１０−１…テンキー、１０−２…ディスプレイ（ＬＣＤ）、１０−３…指紋センサ、１０−３１…光源、１０−３２，プリズム、１０−３３…ＣＣＤカメラ、２０−１…制御部、２０−２…ＲＯＭ、２０−３…ＲＡＭ、２０−４…ハードディスク（ＨＤ）、２０−５…フレームメモリ（ＦＭ）、２０−６…外部接続部（Ｉ／Ｆ）、２０−７…フーリエ変換部（ＦＦＴ）。
【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】
2007179267.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007179267.tif 000011
【図１０】
2007179267.tif 000012
【図１１】
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