(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法において、前記方法は、第１の未知のパターンの周波数像をとって第１の周波数像を作り出すステップと、第１の周波数像を複数の周波数像領域に分割するステップと、周波数像領域の各々の周波数像エネルギに基づいて周波数像領域の各々に領域値を割当てるステップとを含み、前記方法は、
第１の周波数像の領域値を合わせて第１の数値パターンとするステップと、
第１の数値パターンと複数の数値パターン各々とを比較するステップとを含み、複数の数値パターン各々は像カテゴリの周波数像の代表であることを特徴とする、第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項２】
第１の数値パターンと複数の数値パターン各々とを比較するステップは、領域値の第１のセットを第１の空間像にエンコードするステップと、第１の空間像を複数の数値パターン各々に対応する空間像と相関づけるステップとを含む、請求項１に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項３】
相関づけるステップは、光学的相関づけを行なうステップを含む、請求項２に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項４】
周波数像平面を複数の領域に分割するステップは、各々周波数像平面の原点から放射状に延びる複数の角セグメントへと周波数像平面を分割するステップを含む、請求項３に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項５】
第１の像は第１の指紋像である、請求項１に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項６】
第１の数値パターンと複数の数値パターンの各々とを比較するステップは、領域値の第１のセットを第１の空間像へとエンコードするステップと、第１の空間像を複数の数値パターンの各々に対応する空間像と相関づけるステップとを含む、請求項５に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項７】
相関づけるステップは、光学的相関づけを行なうステップを含む、請求項６に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項８】
各領域は、周波数表示平面の原点から放射状に延びる周波数表示平面の角スライスを含む、請求項７に記載の指紋パターンを複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項９】
領域値を割当てるステップは、周波数表示の領域内に存在するエネルギの量を決定するステップを含む、請求項８に記載の指紋パターンを複数のカテゴリの１つに分類する方法。
【請求項１０】
第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づける方法であって、前記方法は、
複数の指紋表示を記憶するステップを含み、各指紋表示は、指紋カテゴリの代表であり、該ステップは、複数の代表的指紋各々について、
各指紋カテゴリについて代表的指紋の２次元周波数像をとるステップと、
周波数像の像平面を複数の領域に分割するステップと、
像平面領域内の周波数像内に存在するエネルギに基づいて、像平面領域の各々に領域値を割当てるステップと、
第１の周波数像についての領域値を合わせて、指紋値セットを発生させるステップと、
指紋値セットの表示を発生させ、該表示を記憶するステップとを含み、前記方法はさらに、
第１の未知の指紋の２次元周波数像をとり、第１の未知の周波数像を作り出すステップと、
第１の未知の周波数像の像平面を複数の領域に分割するステップと、
像平面領域内の第１の未知の周波数像内に存在するエネルギに基づいて、像平面領域の各々に対し領域値を割当てるステップと、
第１の未知の周波数像に対する領域値を合わせ、第１の未知の指紋値セットを発生させるステップと、
第１の未知の指紋値セットの表示を発生させるステップと、
発生された表示を、異なった指紋カテゴリの代表である記憶された表示各々と相関づけるステップとを含む、第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づける方法。
【請求項１１】
変換平面を領域に分割する該ステップは、各々変換平面の原点から放射状に延びる複数の角領域へと変換平面を分割するステップを含む、請求項１０に記載の第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づける方法。
【請求項１２】
第１の指紋値と、異なったカテゴリを代表する記憶された指紋値の各々とを比較する該ステップは、未知の指紋の指紋値の１次元周波数像を、記憶された指紋値の各々の１次元周波数像で巻込む（convolve）ステップを含む、請求項１１に記載の第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づける方法。
【請求項１３】
第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置であって、前記装置は、
複数の値セットを記憶するためのライブラリを含み、複数の値セットの各々は、それぞれの像カテゴリの代表的な周波数像を示し、前記装置はさらに、
第１の周波数像を作り出すために第１の未知のパターンの周波数像をとるための周波数像装置と、
第１の周波数像の周波数像平面を複数の周波数像平面領域に分割するためのサンプリング装置とを含み、該サンプリング装置はさらに、周波数像の周波数像平面領域内に存在するエネルギに基づいて周波数像平面領域の各々に領域値を割当て、第１の周波数像に対する領域値を合わせて、第１の領域値セットを発生させ、
前記装置はさらに、
領域値の第１のセットを記憶された値セットの各々と比較するための相関器を含む、第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置。
【請求項１４】
サンプリング装置は、各々周波数像平面の原点から放射状に延びる複数の角セグメントに周波数像平面を分割する、請求項１３に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置。
【請求項１５】
第１の像は、第１の指紋像である、請求項１３に記載の第１の未知の像を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置。
【請求項１６】
第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置であって、前記装置は、
各々指紋カテゴリを代表する複数の１次元周波数表示を記憶するためのメモリと、
第１の未知の周波数像を作り出すため、第１の未知の指紋の２次元周波数像をとるための変換装置と、
第１の周波数像の周波数像平面を複数の領域に分割し、周波数像の変換平面領域内に存在するエネルギに基づいて領域値を変換平面領域各々に割当て、第１の周波数像に対する領域値を合わせて第１の指紋値セットを発生させるためのサンプリング装置と、
第１の未知の指紋値セットの空間的表示を発生させるとともに、発生した空間的表示とメモリ内に記憶された種々の指紋カテゴリの代表的な空間的表示とをそれぞれ相関づけるための相関器とを含む、第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置。
【請求項１７】
サンプリング装置は、各々周波数像平面の原点から放射状に延びる、複数の角領域に周波数像平面を分割する、請求項１６に記載の第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つに位置づけるための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
この発明は一般に、指紋パターンなどの複雑な像またはパターンの類別および照合に関する。特に、この発明は、パターンの照合および識別において使用するための、予め定められたカテゴリへのこのようなパターンの自動的位置づけに関する。
【０００２】
この発明は特に、指紋パターンを、このような指紋パターンの照合を助けるため、カテゴリへと自動的に分類するため有用である。この発明は、ここで、指紋像の分析のための装置および方法の文脈において説明される。しかし、像処理の当業者は、この発明があらゆる像の分析のために応用され得ることを理解するであろう。
【０００３】
指紋パターンとは、人の指の先の隆起パターンである。各指紋は１つしかないものである。２人の個人が同一の指紋を有することはない。したがって、指紋パターンを照合することで、特定の個人を識別するために、指紋を使用し得る。
【０００４】
たとえば、指紋照合の一用途は、統制下にある建物または区域に入るための許可を得るときなどに、個人の身元を証明することである。進入しようとしている人が実際に、その人の進入が許可されている人であることを証明するため、その個人の指紋パターンは、記憶された指紋パターンのセットと比較されるだろう。
【０００５】
指紋パターン照合の他の用途は、特定の指紋パターンを有する人の可能な身元（identity）を確定することである。この用途はしばしば犯罪者調査において用いられる。人の指と物体とが接触すると、人の指紋パターンの写が物体の表面上に残るであろう。もし物体の上に見つけられた指紋パターンを、既知の個人の指紋パターンと照合できれば、この個人が、指紋パターンが発見された物体に触ったということが実質的に確かである。
【０００６】
したがって、指紋パターンが犯罪の現場で検出されるときは、警察はしばしばその指紋パターンを有する人の身元を確定したいと考える。しかし、身元の確定のためには、未知の指紋を既にファイルに記録されている指紋と比較する必要がある。
【０００７】
この比較プロセスは極めて複雑で時間がかかる。ファイルに指紋パターンが載せられている個人はかなり多数いるかもしれない。しかも、各指にその固有の指紋パターンがある。したがって、特定の指紋パターンを記録された指紋パターンの収集物と比較するためには、数百万個もあるかもしれない保管されている記録の各々について最大で１０個の指紋と未知の指紋パターンとを比較する必要があるだろう。
【０００８】
特定の指紋パターンを有する人の身元の確定の価値および比較処理の複雑性から、比較処理を単純化しようと試みてさまざまな技術が開発されてきた。
【０００９】
最も初期の単純化は、３つの指紋パターンのカテゴリを確立するものであった。各指紋パターンはこれらのカテゴリの１つへと分類され得る。これらのカテゴリは指紋パターンの見かけに基づいている。輪カテゴリ、渦巻きカテゴリおよび弓カテゴリがある。これらのカテゴリを使用することで、特定の指紋パターンを持つ個人の探索が若干単純化される。もし未知の指紋パターンが渦巻き型であれば、比較する必要のあるのはファイル中の渦巻きパターンのみである。しかし、カテゴリが３つしかないため、未知のパターンと比較せねばならないファイル上の指紋パターン（基準パターン）は依然として数百万あるかもしれない。この類別技術はそれでも広く使用されている。
【００１０】
指紋パターンの比較処理を自動化するためのいくつかの技術が開発された。現在の技術は、指紋像を直接比較する。いくつかの技術は、指紋パターンの細点（minutiae）などの特定の特徴を比較する。指紋は、隆起部および谷ならびに細点のパターンを含む。細点は、隆起部の端部にある点である。
【００１１】
指紋パターンの細点を比較する一技術では、指紋パターンのＸ−Ｙ平面内の細点の位置を比較する。この技術は単純だが、適切な比較のためには未知の指紋と基準の指紋とを注意深く整列させねばならないという不利点がこの技術にはある。このような整列は、特に、未知の指紋が完全な指紋パターンの一部でしかない場合に困難であろう。加えて、比較される指紋が異なった状況下で採られたときには、この技術には誤りが生じやすい。同じ指から採られた２つの指紋像を比較する場合を考えよう。もし、一方の指紋を採るときに指に加えられた圧力が、他方の指紋を採るときに加えられた圧力よりも大きければ、細点の位置が異なるかもしれず、細点間の関係も異なるかもしれない。より大きな圧力をかけて採られた指紋パターンにおいては細点の間隔はより離れているかもしれない。最後に、この技術では、基準指紋像と未知の指紋像とが同じ大きさである必要がある。
【００１２】
細点パターンを比較する他の技術は、細点と関連づけられる隆起部の相対的角度を比較する。この技術では、Ｘ−Ｙの変位による誤りは少なくなる。しかし、この技術は回転の影響を受けやすい。未知の指紋パターンは指紋の一部でしかないかもしれないので、指紋パターンの回転配向は不確かであろう。加えて、この技術は、比較される指紋が異なった条件下で採られたときに生じ得る細点の配向の変化に影響されるかもしれない。
【００１３】
細点を比較するためのさらに他の技術では、指紋パターンのいくつかの小さな領域の各々の中の細点を比較する。指紋の比較的小さい領域を使用することで、この技術は、指紋を採るときにより大きい圧力が指に加えられる場合に細点が広がる効果を限定する。指紋の小領域を調べることで、指紋を採るときの異なった指への圧力による広がりのための指紋パターンの歪みはより目立たなくなる。しかし、細点が広がる問題は完全になくなるのではない。加えて、この技術は、やはり回転の影響を受け、比較のために個別の領域を識別するためには、パターンを整列させねばならない。
【００１４】
上述の自動指紋照合技術は、特定の指紋パターンの照合に向けられている。上に指摘した課題に加えて、これらの自動照合技術では各々、極めて多量の計算作業が必要である。このような多量の作業には、実行のため大きなコンピュータおよび／またはかなりの時間が必要である。
指紋識別の１方策では、空間スペクトルを備える方向フィールドを使用する。方向フィールドを構築するため、光学的構成は、区画的回折格子からなる空間フィルタを備えるコヒーレントな相関器を使用する。このような方策は、ゾイファー（Soifer）他の「方向フィールドを使用した指紋識別（Fingerprint ldentification Using the Directions Field）」（第１３回パターン認識国際会議紀要（Preceedings of the 13th International Conference on Pattern Recognition）、オーストリア、ウィーン、１９９６年８月２５日〜２９日、５８６〜５９０頁）に提案される。ゾイファー他により提案される方策では、分析が方向フィールドに基づかねばならないこと、フーリエスペクトルを使用した指紋分析において角スペクトルの分布が使用されることが示唆される。光学的相関づけを使用することで計算の必要がいくぶん減じられるが、方向フィールドを構築し、特徴ベクトル間のユークリッド距離を計算することは、十分に大量の計算活動を必要とし、多数の指紋パターンの高速比較は不可能である。加えて、直接方向フィールドを使用すると、分析が指紋パターンの回転配向に依存することになる。
【００１５】
異なったパターン認識技術が、他のより単純な型のパターンとの照合のため適用されている。たとえば、未知の物体を基準パターンのライブラリと比較するための技術が開発された。このような技術は、トラック、戦車、または特定の種類の船舶または航空機などの物体を自動的に認識するため、物体認識システム用に開発された。
【００１６】
このようなパターンに関連して使用されるパターン認識技術の１つが、未知の物体の像を、特定の物体に各々対応するいくつかの記憶された像の各々と比較する際にフーリエ像または周波数表示を使用するものである。たとえば、未知の航空機が飛行機であるかまたはヘリコプターであるかを識別することは重要であろう。コンピュータに、１以上の既知の飛行機の像および１以上の既知のヘリコプターの像が記憶される。未知の航空機の像は、記憶された像と相関づけされ、最もよく一致するものが特定される。この相関づけは、像処理技術の当業者によって理解されるであろうように、フーリエ変換によって達成可能である。
【００１７】
上で最後に説明したパターン認識技術は、物体の表示を比較する。比較的単純なパターンを比較するとき、および比較的少数の異なったパターンを比較するときには、この処理はかなり有効であることがわかった。しかし、この技術は、指紋パターンなどの複雑なパターンを識別するためには成功裡に応用されていない。
【００１８】
上述のように、指紋パターンは極めて複雑である。したがって、このようなパターンの相関づけに関連する計算は極めて複雑であり、かなりの量の計算能力を必要とする。加えて、未知の指紋をファイル上の指紋と比較するときは、かなり多数の指紋パターンを比較せねばならない。したがって、未知の指紋パターンとファイル上の指紋パターンとの比較においては、上に最後に説明した技術は難しくかつ時間がかかるものとなる。
【発明の概要】
指紋像などの第１の未知の像を複数のカテゴリの１つへ分類する方法において、該方法は、第１の未知のパターンの周波数像をとり、第１の周波数像を作り出すステップと、第１の周波数像を複数の周波数像領域に分割するステップとを含む。該方法は次に、各周波数像領域内の周波数像エネルギの大きさに基づいて、各周波数像領域の各々に、領域値を割当てる。この発明の方法は、次に、第１の周波数像の領域値を第１の数値パターンへ合わせるステップ、および、第１の数値パターンを複数の数値パターンの各々と比較するステップを特徴とし、複数の数値パターン各々は、像カテゴリの周波数像の代表である。
【００１９】
この発明の目的は、未知の指紋と指紋パターンのデータベースとの照合処理を単純化することである。
【００２０】
この発明の目的は、未知の指紋との詳細な比較が行なわれなければならない記憶された指紋パターンの数を減じることである。
【００２１】
この発明の目的は、指紋パターンなどの複雑なパターンを予め定められたカテゴリに自動的に分類することである。
【００２２】
この発明の目的は、指紋パターンを指紋パターンの多数のカテゴリの適切な１つへと自動的に分類することである。
【００２３】
この発明の目的は、指紋の空間配列に関わらず指紋パターンを自動的に分類することである。
【００２４】
この発明の目的は、指紋の角配向に関わらず指紋パターンを自動的に分類することである。
【００２５】
この発明の目的は、指紋の大きさに関わらず、指紋パターンを自動的に分類することである。
【００２６】
この発明は、指紋像などの第１の未知の像を複数のカテゴリの１つへ自動的に位置づけるための方法および装置である。この発明は、指紋像の周波数表示を発生させる。周波数表示は、周波数表示の分解された領域（disjoint region）内のエネルギに基づいてサンプリングされ、領域値のセットが発生される。領域値のセットの表示が発生される。この空間表示は、各々予め定められた指紋カテゴリに対応する複数の記憶された表示の各々と相関づけられる。
【００２７】
この発明は、未知の像を類別するため、ライブラリ内に値セットの複数の表示を記憶するステップを含み、各値セットは、像カテゴリの周波数像の代表である。類別処理方法および装置は、第１の未知のパターンの周波数像をとり、第１の周波数像を作り出す。結果として得られる第１の周波数像の周波数平面は、複数の周波数像平面領域に分割される。各周波数像平面領域は、周波数像平面の原点から放射状に延びる角セグメントであり得る。周波数像平面領域内の周波数像エネルギの量に基づいて、各周波数像平面領域に領域値が割当てられる。第１の周波数像に対する領域値が合わされ、領域値の第１のセットが発生される。領域値の第１のセットは、比較器内で、記憶された値セットの各々と比較される。比較器は好ましくは、領域値の第１のセットを空間像へとエンコードし、その空間像を、記憶された値セットの各々に対応する空間像と相関づける。
【００２８】
第１の未知の指紋を複数のカテゴリの１つへ位置づける好ましい方法においては、方法は、各々指紋カテゴリの代表である複数の指紋表示を記憶するステップを含む。この記憶するステップは、複数の代表的指紋の各々について、各指紋カテゴリについての代表的指紋の２次元周波数像をとるステップと、周波数像の像平面を複数の領域に分割するステップとを含む。像平面領域内の周波数像に存在するエネルギに基づいて、各像平面領域に領域値が割当てられる。第１の周波数像に対する領域値が合わされて、代表的指紋値セットが発生される。代表的指紋値セットの空間表示が発生される。代表的指紋値セットの空間表示の１次元周波数表示が発生される。１次元周波数表示が記憶される。この発明によると、第１の未知の指紋の２次元周波数像がとられ、第１の未知の周波数像が作り出される。第１の未知の周波数像の像平面は複数の領域へ分割される。像平面領域内の第１の未知の周波数像内に存在するエネルギに基づいて、各像平面領域に領域値が割当てられる。第１の未知の周波数像に対する領域値が合わされ、第１の未知の指紋値セットが発生される。第１の未知の指紋値セットの空間表示が発生される。第１の未知の指紋値セットの空間表示の１次元周波数表示が発生される。１次元周波数表示は、異なった指紋カテゴリを代表する記憶された１次元周波数表示の各々と相関づけられる。
【００２９】
【詳細な説明】
概観
図１は、この発明を組み入れた指紋パターン分類器のブロック図である。
【００３０】
従来から利用可能な指紋像生成装置（imager device）２０いずれかを使用して指紋像が作り出される。始めの像は、紙の上に位置づけられたインクの刷りからとられ得る。そして、インクの像の光学像または写真がとられ得る。代替的に、指をガラスプレートに押し付けることで、像を光学的にとることもできよう。
【００３１】
現在のデジタル像処理機器においての処理を簡単にするため、像は好ましくはデジタル化される。デジタル化は、像デジタイザ２２によって行なわれ得る。
【００３２】
周波数像装置２４は、デジタル化された指紋像の表示または周波数像を発生させる。周波数像装置２４は、デジタル化された指紋像を空間ドメインから周波数ドメインへ変えるかまたは変換する。周波数像生成器２４は周波数表示を発生させるため、フーリエ変換を使用してもよい。
【００３３】
サンプラー２６は、周波数ドメイン像をサンプリングする。サンプラー２６は、指紋の周波数ドメイン像の周波数像平面を複数の領域に分割する。そして、サンプラー２６は、周波数像領域内の周波数ドメイン像内のエネルギに基づいて、周波数像領域の各々に領域値を割当てる。
【００３４】
比較器２８は、指紋パターンの周波数ドメイン像の領域値のセットまたはパターンと、領域値の代表的セットのいくつかのセット各々と比較する。領域値の各代表的パターンは、ライブラリ内に記憶され、指紋の特定のカテゴリまたは分類についての代表的指紋に対応する。この比較は、未知の指紋のフーリエ変換から導出される領域値パターンを、代表的領域値パターンと相関づけることによって行なわれ得る。比較器は、領域値のセットの空間表示を発生し得、その空間表示の１次元周波数表示を発生し得る。そして比較器２８は、１次元周波数表示を、各々指紋パターンのカテゴリを代表する領域値セットに対応する記憶された１次元周波数表示と比較し得る。
【００３５】
カテゴリ分析コンピュータ３０は、比較器２８で行なわれた比較において「最も一致したもの」を識別する。一定の状況下では、カテゴリ分析コンピュータ３０と比較器２８とは同一のコンピュータ装置であり得ることは、当業者は理解するであろう。
【００３６】
指紋パターン
図２は、３つの例示的指紋パターンを示す。各指紋パターンは、複数の隆起部および隆起部の間の谷を含む。指紋パターン内の各点において、隆起部は特定の方向配向および特定の周波数（１インチ当りの隆起部数）を有する。各指紋パターンは特異な隆起部のパターンを有するので、空間周波数およびそれらの配向の組合せは各指紋ごとに異なる。
【００３７】
この発明を使用して、周波数ドメインは、指紋パターンを予め定められたカテゴリに分類するため使用される。具体的には、指紋パターンの周波数表示が、指紋パターンを分類するため使用される。
【００３８】
指紋の隆起部は、ある周波数（インチ当りの隆起部数）および配向で生じるので、指紋パターンの周波数像は、指紋パターンに関する有用な情報を有する。周波数像または表示は、指紋像のフーリエ変換を使用して発生され得る。
【００３９】
周波数像を発生させるため、指紋像のフーリエ変換の一部が使用され得る。フーリエ変換に詳しい者ならば理解されるように、フーリエ変換は、ｘ成分およびｙ成分を有する空間像をとり、それを大きさおよび位相情報を有する周波数像に変換する。この装置および方法については、変換の大きさの部分が使用される。
【００４０】
フーリエ変換はよく理解されている。フーリエ変換の原理を説明する多くの参考文献が利用可能である。そのような参考文献の１つが、ゴンザレス（Gonzalez）およびウィンツ（Wintz）の『デジタル像処理（Digital Image Processing）』、アディソン−ウェズレー（Addison-Wesley）出版社（１９７７年）（特に第３章）である。
【００４１】
図３ａは、指紋の一部であろうものの簡略化されたパターンを示す。指紋パターンのこの部分は、特定の方向配向を有する隆起部および谷の連続を構成する。図３ｂは、図３ａのパターンの周波数表示におけるエネルギの３次元描写である。図３ｃは、図３ｂに示される表示の周波数像平面の２次元像である。
【００４２】
図３ａに示す簡略化されたパターンにおいては、隆起部は一定の周波数および配向を有する。したがって、周波数像は単純に２つのピークとなる。各ピークは大きさと、周波数表示平面における位置とを有する。実際の入力の周波数像は原点に関して対称であるため、ピークの一方のみが重要である。周波数像化（frequency imaging）に詳しい者は、図３ｂ、図３ｃ、図４ｂ、図４ｃ、図５ｂおよび図５ｃにおいてはこの発明を描写するのを助けるため、従来使用されているものとは黒白が反転されていることに気づくであろう。
【００４３】
変換ピークの位置は、隆起部パターンの周波数および隆起部パターンの配向の両方を示す。フーリエ変換に詳しい者によっては理解されるように、隆起部パターンの周波数は、変換のピークが変換平面の端縁に近づくにつれて増加する。逆に、隆起部周波数が減じるにつれて（隆起部が位置付けられる間隔が広がるにつれて）、周波数表示のピークは周波数像平面の中央へと動く。周波数像平面の中央には、ｘ軸とｙ軸とが出会う周波数像平面の原点がある。周波数が増加するに伴っての平面の端縁へ向けてのピークの移動および周波数が減少するに伴っての平面の中央への移動は、ｘ軸への投影およびｙ軸への投影の両方において別個に生じる。これが生じるのは、２次元周波数表示が分離可能であるためである。したがって入力パターンが回転させられているとき、周波数変換ピークは、変換平面上で回転させられる。したがって、変換はｘ軸およびｙ軸において新しい周波数投影を持つ。
【００４４】
図４ａは、指紋パターンの異なった部分であり得るものの簡略化されたパターンを示す。図４ａのパターンの隆起部の配向は、図３ａのパターンの隆起部の配向と異なっている。したがって、図４ｃに示す周波数像平面の２次元像に最も明確に示されるように、周波数像のピークは、図３ｃに示す周波数像平面内に示されるピークに対して回転させられている。しかし、図４ａに示されるパターン内の隆起部の周波数と、図３ａに示されるパターン内の隆起部の周波数とが同一であることがわかる。したがって、図４ｃ内の周波数像ピークは、図３ｃに示される周波数像ピークと同じ距離だけ周波数平面の原点から離れている。
【００４５】
図５ａは、図３ａおよび図４ａに示されるパターンよりも隆起部が互いにより近接したものの簡略化された隆起部パターンを示す。したがって、図５ａのパターン内の隆起部の周波数は、図３ａおよび図４ａの隆起部のパターンの周波数よりも高い。したがって、図５ｃに見られるように、周波数像関数のピークは、周波数像平面の原点からより遠くなり、周波数像平面の端縁により近くなる。さらに、図５ａに示される隆起部パターンの配向は、図３ａのパターンおよび図４ａのパターンの配向のいずれとも異なる。このように、図５ｃに示される周波数表示のピークは、図３ｃに示される周波数表示のピークに対し周波数像平面上で回転させられ、かつ、図４ｃに示される周波数表示に関しても周波数像平面上で回転させられる。
【００４６】
指紋像のデジタル化
デジタイザ２２は、指紋像をデジタル像に変換する。デジタル像は、現在のデジタルコンピュータ機器を使用して容易に処理され得る。像は、たとえば２５６×２５６の個別の画素または５１２×５１２個の個別の画素からなるデジタル像へと変換され得る。
【００４７】
指紋像に現われ得るグレーの影によって発生されるかまたはグレーの影から生じる不鮮明さを防止するため、指紋像は、純粋な黒白像または２値像に変換されることが好ましい。こうして変換されるべき２値像を作り出すことで、周波数ドメインにおける信号帯雑音関数が改善される。２値像への変換は、従来の適応的しきい値処理アルゴリズムを使用して実行され得る。グレースケール像の２値像または黒白像への変換は、また、デジタイザ２２によっても行ない得る。そのための技術および方法は像処理技術においてよく理解されている。
【００４８】
指紋像は通常、指の先に黒いインクを塗布し、インクの塗られた指の先を白い紙の上に押付けることでとられる。この技術を使用すると、指紋パターンの隆起部は白い背景上に黒く現れ、指紋パターンの外周のまわりには紙の大きな余白が残される。
【００４９】
（以下に説明する）周波数表示像生成器２４は、かなりの広さの余白領域を周波数の低い像の領域と解釈するかもしれず、それによって、周波数像平面の原点においておよび原点のまわりにおいて周波数像関数の大きなピークが生じさせられるであろう。周波数像平面の中央にこのような大きなピークがあると、その平面に現れるより高い周波数情報の分析が妨げられ得る。したがって、元の指紋像を白地に黒から黒地に白に反転させることが望ましい。反転させられた像においては、指紋パターンの隆起部が白で現われ、谷が黒く現れる。図６の指紋像はこのような態様で反転させられている。この像反転は、像デジタイザ２２によって行なわれ得る。
【００５０】
しかしやはり、指紋像は、周波数の低いパターンとして解釈されかねない部分を相当有する可能性が高い。これらの部分は、実際の指紋の関数というよりは像生成（imaging）および印刷処理の特性の関数である。このような部分によって、周波数像内の原点において高いピークが作り出されるであろう。このようなピークは、所望の情報である、より高い周波数の情報の分析を歪ませ得る。
【００５１】
周波数変換像の原点のこのピークをなくすため、指紋像を正規化し得る。正規化では、周波数像の純エネルギがゼロとなる像を生成するよう像が処理される。
【００５２】
指紋パターンの変換
もちろん、実際の指紋は、図３ａ、図４ａおよび図５ａに示すパターンよりもはるかに複雑である。これは、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに示される実際の指紋パターンを見れば明らかである。しかし、実際の指紋パターンの周波数像をとることができ、周波数変換に所定の特徴が見られよう。
【００５３】
指紋像の周波数像は、周波数表示像生成器２４により発生される。デジタイザ２２からのデジタル化された指紋像が、周波数表示像生成器または周波数変換器２４へ入力される。異なった種類の変換像生成器が利用可能である。このような装置は、周波数像を発生させるため光学的像生成を使用し得る。ロバート  Ｈ．アンダーソン（Robert H. Anderson）に発行された米国特許第４，５７３，１９８号に示される光学像処理システムの一部は、空間像の周波数ドメイン像を作り出すための光学的像生成を提供する。特に、この参考文献の発明の背景の部分を参照されたい。
【００５４】
図６ａ、図６ｂおよび図６ｃは、それぞれ、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃに示される実際の指紋像の周波数像表示を示す。図２ａに示される指紋像の周波数表示が図６ａに示される。同様に、図２ｂに示される指紋像の周波数表示が図６ｂに示される。図２ｃに示される指紋像の周波数表示は、図６ｃに見ることができる。
【００５５】
もし、入力された指紋像がまだ正規化されていなければ、変換平面の原点におけるエネルギのピークは、変換または周波数像平面の中央部分を「ゼロ・アウトする」ことによって除去され得る。たとえば、原点を含む領域が「ゼロ・アウト」され得る。多くの場合、ピークが生成されないように十分に元の像を処理するよりも、原点の周波数像を除去する方が簡単であろう。
【００５６】
上述のように、周波数表示のピークは原点に関して対称である（原点を通るように引かれた直線は線の両側で等しい値をとるであろう）。図６ａを参照し、図２ａに示された指紋像の周波数像はこの対称性を示している。周波数平面の第２象限に現れるパターンと同じパターンが第４象限にも現れる。同様に、周波数平面の第１象限に現れる周波数エネルギピークが第３象限にも現れる。したがって、分析する必要があるのは周波数像平面の２分の１のみである。以下の説明においては、ｘ軸よりも上の周波数像平面の部分が調べられる。
【００５７】
図２ａに示される指紋像を参照すると、隆起部線の大部分が斜めになっていることが明らかである。したがって、図６ａに示される、指紋像の周波数像表示においては、変換エネルギピークは、軸から遠ざかり周波数平面の隅近くに集中している。
【００５８】
図２ｂに示される指紋パターンを調べると、指紋パターンの隆起部が図２ａに示される指紋パターンの隆起部よりもより垂直向きになっていることがわかる。したがって、図６ｂに示される、図２ｂに示される指紋パターンの周波数表示は、図６ａに示される周波数表示よりもｘ軸の近くにエネルギピークが集中する。図６ｂに示される周波数表示におけるエネルギピークがｙ軸においてさらに集中していることは、図２ｂの指紋像では隆起部が実質的に水平向きであることを示す。これらの水平成分は、図２ｂに示される指紋像の下部近くに見ることができる。
【００５９】
図２ｃの指紋像を調べることでわかるように、隆起部の配向はさまざまな角度にさらにばらついている。したがって、図６ｃに示される周波数表示は、周波数平面においてより大きなばらつきを持つ。しかし、図２ｃに示される指紋像には１つの非常に強い斜めの成分がある。このため、周波数平面の第２象限および第４象限に、これに対応する強い周波数エネルギピークの集団が存在する。
【００６０】
図２ａを図６ａと、図２ｂを図６ｂと、そして図２ｃを図６ｃと比較することでわかるように、特定の指紋パターン内の隆起部は、実質的に均一な間隔または周波数である。したがって、各指紋像の周波数表示は、周波数像平面の原点から実質的に均一な距離に集中しがちである。
【００６１】
サンプリング
この発明によると、周波数像がサンプリングされる。サンプリングするため、サンプラ２６が、周波数像平面を複数の周波数像平面セクションまたは領域に分割する。周波数表示の各領域内に含まれる情報は、定量化され、各領域に対して領域値が発生される。個別の領域の量または値は合わされ、領域値のパターンが生成される。この値パターンは、各々特定の指紋分類カテゴリを代表する複数の代表的パターンと比較され得る。この比較から、検査中の指紋を分類するため「最もよく一致したもの」（“best fit”match）を決定できる。
【００６２】
この発明の好ましい一実施例では、周波数像平面は、複数の角領域に分割される。これらの角領域は、各々１度しかない小さな、またはそれよりもさらに小さな弧を含み得る。やはり、周波数像は原点に関して対称であるため、分析する必要があるのは周波数像の２分の１のみである。したがって、１度の角領域を使用すると、変換平面内に１８０個の分析されるべき領域が生成される。いくつかの応用においては、１８０個の領域を分析することに関連する計算上の問題があるので、周波数像平面の２分の１平面を約２０から４０個の領域に分割するのが有益であろう。この場合、角領域であれば、各領域は９度から４．５度の間の弧を含むであろう。角領域は大きさが等しいことが好ましい。
【００６３】
周波数像領域がより小さいと、より多数の領域ができる。領域の数がより多く、各々がその領域値を生成すると、領域値の列がより長くなる。このようなより長い値のパターンは、各パターンをそこへ位置付けるカテゴリまたは分類をより多くするので、より精密度の高いパターンの判別を可能にする。しかし、領域が少ないと、同じ指から異なった時点において採られた２つの指紋が、それらが採られた状況が異なることによる指紋パターンの変化のため、異なった分類にされる可能性が高くなる。
【００６４】
例示のみを目的に、極めて簡略化された周波数像を図７に示す。さらに説明を簡略化するため、ｘ軸よりも上の２分の１平面は、推奨される２０から４０個またはそれ以上の領域にではなく、４つの領域にのみ分割される。したがって、図７の簡略化された像内の各領域は、周波数像平面の４５°の弧または角部分を表わす。周波数像平面の各角領域に対して、周波数像のその領域内で現れるエネルギによって表わされる情報に基づいて、異なった値を割当てることができる。
【００６５】
たとえば、領域内のエネルギが調べられ得る。変換平面の特定の弧または角領域内のエネルギは、指紋パターン内の特定の配向を有する隆起部の数を示す。
【００６６】
周波数像の角領域を使用することで、比較処理において、異なった大きさの指紋を比較できよう。前に説明したように、指紋パターンの隆起部が互いにより近づいていると、周波数像要素は原点からより遠くなる。指紋の像がより小さいと、周波数像平面の原点からより遠くに要素を有する周波数像が生成されるであろう。したがって、指紋像の大きさは、周波数像の原点からの距離に関連する。しかし、角領域内の正規化された総エネルギを分析する場合、元の指紋像の大きさは無関係である。
【００６７】
さらに、もし異なった大きさの指紋像を比較する必要がなければ、周波数平面の原点からの各エネルギピークの距離が判定され分析され得る。前に説明したように、周波数平面の原点からのエネルギピークの距離は、指紋像内の隆起部の周波数を示す。ピークが周波数平面の原点から遠いほど、隆起部の周波数が高くなる。隆起部の周波数が高いほど、隆起部が互いにより近接していることを示す。しかし、隆起部の周波数または隆起部の間隔は、指紋を判別する特に有用な要素ではないようである。異なった指紋の間に見られる隆起部の周波数のばらつきはそれほどではない。さらに、同じ指を使って指紋を採るときに異なった大きさの圧力が加えられるかもしれないので、隆起部の間の距離（そしてその結果としての隆起部の周波数）に依存すると、同じ指によって付けられた２つの指紋が望ましくないことに異なったカテゴリに位置付けられるかもしれない。これは、指紋が相当の圧力を使用して採られるかもしれず、それによって指紋が広がるかもしれないからである。広がりによって、同じ指でより小さな圧力を使用してとった指紋よりも隆起部の間隔がより大きくなる。
【００６８】
しかし、周波数平面の特定の角領域内の周波数表示におけるエネルギピークまたは周波数エネルギの密集は、指紋の分類のための有用な情報を確かに提供する。前の情報から明らかなように、特定の領域に周波数エネルギピークが密集することまたは周波数像エネルギが集中することは、指紋像内の隆起部が特定の配向を有する傾向があることを示す。したがって、各特定の領域内のエネルギの量は、指紋カテゴリを判別する方策を提供する際に有用である。特定の領域内のエネルギは、また、特定の配向の隆起部が基本指紋像においてどの程度支配的であるかまたはどの程度まで存在するかについての情報を提供する。
【００６９】
領域値は、周波数平面の各領域内のエネルギを調べることで決定される。各エネルギピークはある大きさを有する。領域内のすべてのエネルギピークの大きさの合計が決定され得る。この合計が領域値であり得る。領域値は、領域内のエネルギの集中を表わす。すなわち、指紋像が特定の配向を有する隆起部を持つ程度を示す。
【００７０】
変換平面の各領域に割当てられる領域値は、通常、デジタル化される。たとえば、単一のデジタル化しきい値を使用して、領域値は２進であり得る。代替的に、領域値として利用可能な広範なデジタル値を与えるため、実質的に無制限の数のしきい値を使用し得る。
【００７１】
この説明を簡単にするため、領域値についての２進判定について考える。以下の説明は、極めて簡略化され、実際の実現例において使用されるであろう周波数平面領域よりもはるかに少ない周波数平面領域を含む、図７に示される簡略化された変換表示を参照する。図７を参照し、４つの角領域４１、４２、４３および４４の各々にエネルギピークがあることがわかる。また、簡単にするため、これらのエネルギピークは各々実質的に同じ大きさを持つと仮定する。このようなピークは、指紋像が実質的にすべての配向において少なくともいくつかの隆起部を有することを示す。図６ａ、図６ｂおよび図６ｃに示される周波数像と一致して、図７に示される簡略化された変換平面内の周波数点は、周波数像平面の原点から実質的に同じ距離のところに密集する。この密集は、隆起部が実質的に均一な間隔を有し、異なった隆起部間で同様の周波数を持つことを示す。
【００７２】
領域４１および４４内には領域４２および４３内よりも著しく多くのエネルギピークがある。周波数像の領域４１および４４の各々内の総エネルギは、領域４２および４３内の総エネルギよりも大きい。周波数像平面のｘ軸に比較的より近い領域内にエネルギが密集していることは、これがその周波数表示である指紋が、より垂直向きの隆起部をより水平向きの隆起部よりも多く有していることを示す。
【００７３】
領域内の周波数エネルギピークの数および大きさを示すため、周波数像平面の各領域に対し領域値が割当てられ得る。領域内のすべてのエネルギピークにより表わされる総エネルギが決定される。各領域についての２進値を確定するため、各領域内のエネルギレベルにしきい値処理アルゴリズムが適用され得る。こうして、第１の領域４１は、値１を有すると決定され得、一方第２の領域４２は値０を有すると決定され得る。同様に、第３の領域４３は値０を有すると決定され得、一方第４の領域４４は値１を有すると決定され得る。したがって、指紋パターンの周波数像表示は、領域値パターンまたはセット１００１を有する。
【００７４】
この領域値セットを使用して、指紋像の周波数表示は、空間像にエンコードされ得る。領域値セットは、空間表示に変換され得る。したがって、元の指紋像の周波数ドメイン表示から導出された領域値のセットは、空間ドメインにおいて表示され得る。たとえば、再び極めて簡略化された図７の周波数表示を参照し、図８ａに示すように、領域パターンまたはセットは図で表示され得る。
【００７５】
前に述べたように、周波数像は回転対称である。したがって、ｘ軸よりも下の変換パターンは、図７のｘ軸よりも上に示される像の鏡像となるであろう。したがって、もし領域数値パターンが３６０度全体をめぐって続くのであれば、パターンは１００１１００１となるであろう。拡張パターン（３６０度）は、図８ｂのように図で示され得る。
【００７６】
図９は、より多数の領域に分割された周波数表示から決定され得るような２進領域値の列またはパターンの図での表示例を示す。もちろん、各領域は、より小さな周波数像平面の弧を含む。この例は、１０個の領域へとサンプリングされた周波数像（２分の１平面）からのパターンを示す。したがって、各領域は１８度の弧を含む。図示されるパターンは０１００１０１１１０である。やはり、図９は、この発明の局面を示す助けとなる、極めて簡略化された例である。図９に示される値のセットは、図７に示される簡略化された周波数ドメイン像に関連しない。
【００７７】
図１０は、各々、４つの値のうち１つを有し得る領域値の列またはパターンの図的（空間）表示を示す。各領域値は、指紋像の周波数表示の領域内のエネルギ量（総エネルギ量）を表わす。領域内のすべてのエネルギピークの大きさを合計することで、総エネルギが決定され得る。各領域について２つ以上の値を使用することで、各領域内のエネルギピークの集中についてのより精密度の高い判別が可能となる。再び、１０個の１８度領域に分割された変換２分の１平面についてのパターンの例が示される。図１０に図示されるパターンは２１３３１００２３２である。
【００７８】
比較
次に、指紋パターンの周波数像から得られた領域値セットまたは数値パターンは、各々特定の指紋カテゴリを代表する例示的または代表的周波数像の数値表示と比較されてよい。この比較は、比較器２８（図１を参照）により行なわれ得る。
【００７９】
記憶された各数値パターンは、特定のカテゴリに対する代表的例示的指紋パターンに対応する。したがって、再び図７および図８の簡略化された例を参照すると、指紋の１カテゴリは、領域値１００１によって表わされ得、一方他のカテゴリはパターン０１１０により表わされ得る。
【００８０】
未知の指紋の数値パターンの１次元変換は、このとき、「最適一致（best fit）」を確定するため、代表的パターンの領域値の数値セットの各々に対し比較され得る。例として、図８に示される空間パターンは、基準パターンのライブラリ内に記憶されるパターンと比較され得る。ライブラリ内に記憶されるパターンの各々は、指紋パターンの特定のカテゴリを代表する。
【００８１】
基準数値パターンのこのライブラリは、いくつかの態様のいずれによって発生されてもよい。一技術は、カテゴリの代表的指紋を特定する。この代表的指紋パターンの周波数像をとることができる。そして、周波数像平面を未知のパターンを調べる際に使用されるであろう領域と同一の領域に分割し得、そして周波数像平面の各領域を調べることによって、展開された周波数表示から領域サンプルが採られ得る。結果として得られる領域値のセットまたはパターンは、そのカテゴリについての代表的パターンとして記憶され得る。
【００８２】
代替的に、特定されたカテゴリの各指紋像について周波数像変換または変更を行なうことにより、特定されたカテゴリの指紋の集団を分析し得る。周波数像各々についての領域値のパターンが特定され得、指紋のそのセットについての領域値の最も一般的セットが決定され得る。値の最も一般的セットまたはパターンは、そのカテゴリについての代表的パターンとして記憶され得る。
【００８３】
したがって、この発明により、未知の指紋像の周波数表示を、未知の指紋像を特定するため、指紋像の記憶された周波数表示と直接比較するのではなく、変換をセグメント化するまたはサンプリングすることで確立された数値パターンが、代表的数値パターンと比較される。
【００８４】
像および数値処理に詳しい者ならば理解されるように、領域値セットまたは数値パターンの比較は、未知の像（類別されるべき像）の数値パターンを、ライブラリ内に記憶された代表的数値パターン各々で乗算することにより行なわれ得る。乗算されるパターン間の同一性の度合が高いほど、乗算の積も大きくなる。
【００８５】
ここで、領域値のセットの空間表示が、比較的単純な２次元空間像であることが理解され得る。この空間像は、元の指紋像の周波数表示から作り出された。このようにして、未知の指紋像を表わす単純な空間像が作り出された。
【００８６】
同様に、異なった指紋カテゴリを代表する記憶された領域値パターン各々は、空間ドメイン内で図として表わされ得る。このような空間表示は、図８から図１０に示される表示に類似する。
【００８７】
さらにまた、像処理に詳しい者ならば十分理解されるように、２つの空間像を比較する所望の方法は、数値パターンを表わす空間像の１次元周波数表示を使用して、相関づけ機能を実行するものである。このような相関づけ機能は、可能な位置すべてについてのパターンまたは数値セット、またはセットの１つが他のセットの上を滑らされるに伴って２つのセットを乗算するのに等しい。このように、未知の指紋のフーリエ変換から導出された数値パターンの１次元周波数表示と、基準ライブラリ内に記憶された数値パターンを代表する１次元周波数表示との間の相関づけを行なうことにより、パターンが比較され得る。
【００８８】
領域値の空間表示の１次元周波数表示は、フーリエ変換関数を使用して獲得され得る。このような変換は、自動像処理の当業者ならば十分に理解される。
【００８９】
像は、記憶された基準パターンに対し回転させられるかもしれないので、すべての可能な回転についての表示を比較する必要がある。この比較は、未知の入力表示をそれ自体に付け加え、元の表示の２倍の長さのシーケンスを形成することで達成できる。この増加されたシーケンスを記憶された基準シーケンスと相関づけることにより、回転に依存せず、最もよく一致するものをやはり識別することができる。このようにして、この処理では指紋像の正しい回転配向がわかっていなくても、指紋像を正しく分類するであろう。この処理は特に、指紋像の回転配向が何であるか明らかでない部分的指紋を識別しようと試みるとき、貴重であり得る。
【００９０】
フーリエ変換技術の当業者により知られているように、（すべての有限サンプルシーケンスについて当てはまる）サンプリングされた帯域制限フーリエ変換は、増加された未知の入力シーケンスを自動的に発生させ、シーケンスの始めがその同じシーケンスの終わりと「接続される」循環領域を形成する（実際には、シーケンスは両方向において無限に複製される）。ほとんどの応用については、シーケンスは、フーリエ変換処理の前にこの「循環」効果を除去するよう変更されるが、この装置および方法では、照合処理を簡略化する。したがって、フーリエ変換に基づく相関づけ処理は、パターンを基準と照合し、パターンをずらし、（シフトし）再び照合し、そしてシフトする、などなど。すべての回転におけるパターンの位置が、基準パターンと比較される。このように、フーリエ変換に基づく相関づけ機能は、回転方向にオフセットされているかもしれないパターンを照合するために適用され得る。相関づけは、フーリエ変換相関器により行なわれ得る。フーリエ変換プロセッサは光学的またはデジタル方式であり得る。光学的フーリエ変換プロセッサは、領域値の未知のパターンを、領域値の基準パターンと高速で比較する。デジタル高速フーリエ変換（ＦＦＴ）プロセッサも、一連の比較を行なうため使用され得る。
【００９１】
未知の指紋パターンについての領域値のパターンと基準パターンとの相関づけは、光学バンデル・ルークト（Vander Lugt）相関器を使用して光学的に行なわれ得る。バンデル・ルークト相関器は当業において周知である。バンデル・ルークト相関器は、バンデル・ルークト，アンソニー（Vander Lugt, Anthony）、『光学信号処理（Optical Signal Processing）』（ワイリー、ニューヨーク）（ISDN 0-471-54682-8）に記載される。
【００９２】
比較器２８として使用され得る光学相関器の簡略化されたブロック図を、図１１に示す。領域値のセットの入力像が、入力空間光変調素子（ＳＬＭ）５０によって均一なコヒーレント光ビームにパターン化される。入力空間光変調素子５０は、位置の関数として光の強度を変化させることのできる装置である。レーザダイオードおよびコリメータ５２が光を与える。レーザダイオード５２からの光は、偏光子５４によって偏光される。
【００９３】
入力ＳＬＭ５０からのパターン化された光は、湾曲した凹面鏡５６によって反射され、凹面鏡５６はパターンをその空間周波数成分へ変換する。湾曲鏡は当然かつ自然に２次元周波数像変換を行なうことを当業者は理解するであろう。結果として得られる数値パターンの周波数表示は、次にポイントごとに、フィルタでパターン化されたフィルタ空間光変調素子６０によって乗算される。フィルタは、指紋パターンのカテゴリについての既知の代表的数値セットの整合フィルタである。このパターンは、次に第２の湾曲した凹面鏡６２によって反射され、パターンは空間ドメインに戻される。鏡５６、６２により反射された光は、偏光子５８、６４を通る。
【００９４】
第２の鏡６２からの空間パターンは、電荷結合素子のアレイ（ＣＣＤアレイ）６６などの２次元イメージングセンサにより検出される。ＣＣＤ平面でのパターンは、入力ＳＬＭ５０に印加された未知の入力値セットまたはパターンとフィルタＳＬＭ６０に印加されたフィルタ平面の既知のパターンとの数学的相関である。相関（ＣＣＤ）平面のピークの光の強度は、一致度に比例する。検出器エレクトロニクス６８は、ＣＣＤアレイ６６の検出器からデータを読出す。
【００９５】
ポストプロセッサ７０は、相関平面の評価、使用するべきフィルタの選択およびデータの出力を行ない得る。相関器２８は生の相関平面出力を提供する。ポストプロセッサ７０は、光のピークが相関づけ平面内に位置づけられる区域を選択する。ポストプロセッサは、相関強度を完全な一致の期待される相関強度と比較し、それによって信頼性レベルを得る。次にポストプロセッサ７０は、前のフィルタの結果に基づいて、フィルタＳＬＭ６０に適応する新しいフィルタを選択し得る。フィルタＳＬＭ６０用のフィルタの選択および適用は、フィルタ駆動エレクトロニクス７２を通じて行なわれる。ポストプロセッサ７０はまた、パターン認識タスクの結果を出力する。ポストプロセッサ７０は通常、カテゴリ分析コンピュータ３０と同じである。
【００９６】
ＳＬＭ５０として使用され得るような例示的空間光変調素子が、この発明と同一の譲受人に譲渡される米国特許第５，３８６，３１３（ツェゲディ（Szegedi）他）に示される。この発明を有益に実現するため使用できる光学相関器が、やはりこの発明と同一の譲受人に譲渡され、ここに引用により援用される米国特許第５，３１１，３５９号（ルーカス（Lucas）他）に記載される。光学相関器のさらなる説明が、やはりこの発明と同一の譲受人に譲渡される、米国特許第５，４５２，１３７号（ルーカス）に見られる。
【００９７】
代替的に、相関づけ機能を行なうため、従来のデジタルコンピュータが使用され得る。デジタルコンピュータは、ＦＦＴ相関づけ機能を行なうため一般的に利用可能なソフトウェアを使用し得る。
【００９８】
結論
上に説明したこの装置および処理方法は、指紋像の周波数表示を発生させる。周波数表示は次に領域へと分割され、周波数表示の各領域内のエネルギが定量化されて、領域値のセットが発生される。そして領域値のセットは空間ドメイン内に図的に表わされ得る。指紋像のこの空間表示は次に、指紋像が位置づけられ得る「最もよく一致する」カテゴリを特定するため、記憶された情報と比較され得る。比較するための比較的単純な像を発生させることにより、装置および処理方法は、従来の像処理および比較技術を使用することを可能にする。これによって、指紋などの複雑な像の実際的自動比較が可能となる。
【００９９】
指紋像のその周波数表示への変換は、指紋パターン像の正確なｘ−ｙ位置を正しく特定する必要性を取除く。ｘ−ｙに影響されやすい点の削除は、指紋像の個別の特徴ではなく、パターンを検査することで行なわれる。
【０１００】
上述のように、変換像の回転対称性によって、この発明の処理方法は、指紋パターンの回転方向への変動に影響されなくなる。
【０１０１】
またこれも上に説明したように、この比較処理は、元の指紋像の大きさの変化に影響されない。異なった大きさの像が比較され得る。像の大きさにかかわらず、隆起部の角配向は同じままである。指紋像が拡大されても縮小されても周波数表示のエネルギピークは同じ弧の中に留まるであろう。
【０１０２】
さらに、変換平面内の角領域を使用することで、指紋の採取時における異なった圧力が除去されるため、比較は、指紋の変動に影響されない。指紋を採る際に使用される異なった圧力によって、隆起部は間が離れ、それによって単純に変換点がより変換平面の原点にさらに近づけられるかまたはさらに遠くへ移動させられる。しかし、隆起部の角配向は一般に著しく影響はされない。したがって、同一の指から採られたが異なった圧力を加えて採られた２つの指紋についての変換点は、同一の角領域内に現われる。
【０１０３】
一旦特定されるべき指紋パターンが、上述の処理方法および装置を使用してあるカテゴリに位置づけられれば、具体的に指紋パターンを特定するためさらに詳細な比較処理が用いられ得る。このさらに詳細な処理は、手動の処理であってもよく、または、自動的パターン照合技術を用いてもよい。
【０１０４】
多くの場合、指紋パターンの詳細な比較は、熟練した人間の指紋技術者によって最もうまく行なわれる。上述の自動分類器は、指紋を類似したパターンの指紋のカテゴリに位置づける。これらの指紋は、未知の指紋パターンと一致する可能性が最も高い指紋である。技術者は、未知の指紋と、このカテゴリに分類された他の指紋とを詳細に比較するだけでよい。したがって、技術者が詳細に比較する必要のある指紋パターンの数は少なくなる。これによって、技術者は、一致する可能性の最も高い指紋に彼または彼女の注意を集中することができる。さらに、特定の指紋に対しての一致の発見を試みるために技術者が費やさねばならない時間が減じられる。
【０１０５】
さらに、自動指紋照合技術は、指紋の初期分類による利益を享受する。自動指紋照合処理は、照合処理が最も一致する可能性の高い指紋パターンのカテゴリに焦点を当てた場合に、正しい一致を見出す可能性がより高い。さらに、このようにより少数の指紋パターンに焦点を当てることで、詳細な比較を行なうために必要とされる計算量が減じられる。
【０１０６】
像処理および分析の当業者は、この発明の技術がどのような像にも使用できることを理解するであろう。これらの技術は特に、指紋などの極めて複雑な像を類別するため有用である。加えて、像処理および分析の当業者は、上に説明した好ましい実施例にさまざまな変更を加えることができることを理解するであろう。したがって、この発明の範囲は、上に説明した実施例に限定されてはならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明を組み入れた指紋分類器のブロック図を示す。
【図２】  ３つの例示的指紋パターンを示す。
【図３ａ】  指紋の一部であり得る簡略化されたパターンを示す。
【図３ｂ】  図３ａのパターンのフーリエ変換（回折パターン）におけるエネルギの３次元描写である。
【図３ｃ】  図３ｂに示すパターンの周波数平面の２次元像である。
【図４ａ】  指紋の一部であり得るものの簡略化されたパターンを示す。
【図４ｂ】  図４ａのパターンのフーリエ変換（回折パターン）内のエネルギの３次元描写である。
【図４ｃ】  図４ｂに示されるパターンの周波数平面の２次元像である。
【図５ａ】  指紋の一部であり得るものの簡略化されたパターンを示す。
【図５ｂ】  図５ａのパターンのフーリエ変換（回折パターン）内のエネルギの３次元描写である。
【図５ｃ】  図５ｂに示されるパターンの周波数平面の２次元像である。
【図６ａ】  図２ａに示される指紋像の周波数像の変換平面の２次元像である。
【図６ｂ】  図２ｂに示される指紋像の周波数像の変換平面の２次元像である。
【図６ｃ】  図２ｃに示される指紋像の周波数像の変換平面の２次元像である。
【図７】  指紋像の２次元変換の簡略化された図である。
【図８】  図７の簡略化された変換像の領域値のパターンの図的表示を示す。
【図９】  変換像についての領域値の異なった例示的パターンの図的表示を示す。
【図１０】  変換像についての領域値の第３の例示的パターンの図的表示を示す。
【図１１】  この発明に関連して使用され得るような光学的相関器のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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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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