(57)【要約】特徴情報抽出部１４は、指紋画像採取部１０で採取した指紋画像から識別対象者の特徴情報を抽出する。また、特徴情報記憶部２６には、登録者の指紋画像から抽出した特徴情報が登録指紋として記憶されている。登録指紋絞り込み部１６は、識別対象者の特徴情報の一部分と登録指紋の対応する部分との類似度を算出し、算出した類似度から同一性判定を行う登録指紋を絞り込む。同一性判定部１８は、特徴情報により識別対象者の指紋画像と絞り込まれた登録指紋との同一性を判定する。これにより、補助的な情報を抽出することなく同一性判定を行う指紋画像を絞り込める。また、指紋照合時間を短縮することができる。
2002029720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
識別対象者の指紋と登録されている複数の指紋との照合を行う指紋照合装置であって、
登録者の指紋画像から抽出された特徴情報を記憶する特徴情報記憶手段と、
指紋画像を採取する指紋画像採取手段と、
指紋画像採取手段によって採取された指紋画像から特徴情報を抽出する特徴情報抽出手段と、
特徴情報抽出手段で抽出された識別対象者の特徴情報の一部分と前記特徴情報記憶手段に記憶されている登録者の特徴情報の対応する部分の類似度を算出し、その算出された類似度から同一性判定を行う登録指紋を絞込む登録指紋絞込み手段と、
その登録指紋絞込み手段で絞り込まれた登録指紋の特徴情報と前記特徴情報抽出手段で抽出された識別対象者の特徴情報との同一性を判定する同一性判定手段とを備えた指紋照合装置。
【請求項２】
前記同一性判定手段は、前記登録指紋絞り込み手段で類似度が算出されていない他の部分について、識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報と絞り込まれた登録指紋の特徴情報との類似度を算出し、その算出された類似度と前記登録指紋絞込み手段により算出されている類似度の総和から同一性を判定する請求の範囲第１項に記載の指紋照合装置。
【請求項３】
前記特徴情報が、指紋画像を構成する直交する２方向の各走査線について、走査線上の濃度値変化を時系列信号とみなしてそれぞれ周波数変換して得られるスペクトル特性である請求の範囲第２項に記載の指紋照合装置。
【請求項４】
前記登録指紋絞込み手段は、識別対象者の指紋画像から抽出された一方向のスペクトル特性と、登録者の対応する一方向のスベクトル特性との類似度を算出し、その算出された類似度から登録指紋の絞込みを行う請求の範囲第３項に記載の指紋照合装置。
【請求項５】
前記同一性判定手段は、前記登録指紋絞込み手段で類似度が算出されなかった方向のスペクトル特性について、識別対象者の指紋画像から抽出されたスペクトル特性と絞り込まれた登録指紋のスペクトル特性との類似度を算出し、その算出された類似度と前記登録指紋絞込み手段により算出されている類似度の総和から同一性を判定する請求の範囲第４項に記載の指紋照合装置。
【請求項６】
前記登録指紋絞込み手段は、指紋画像から抽出される特徴情報のうち指紋画像を識別するための識別情報が多く含まれる部分を、前記一部分として類似度を算出して登録指紋の絞込みを行う請求の範囲第１〜５項のいずれか一つに記載の指紋照合装置。
【請求項７】
前記登録指紋絞込み手段は、識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報の一部分と、記憶されている登録指紋の特徴情報の対応する部分の類似度を算出する際に、両特徴情報のずれ幅を計算して記憶する請求の範囲第１項に記載の指紋照合装置。
【請求項８】
前記同一性判定手段は、前記登録絞り込み手段により記憶されたずれ幅を中心に所定の範囲内で、識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報と、絞り込まれた登録指紋の特徴情報との類似度を算出し、算出された類似度から同一性を判定する請求の範囲第７項に記載の指紋照合装置。
【請求項９】
識別対象者の指紋と登録されている複数の指紋との照合を行う指紋照合装置において、
登録者の指紋画像から抽出した特徴情報を記憶する特徴情報記憶部と、
指紋画像を採取する指紋画像採取部と、
その指紋画像採取部で採取された指紋画像から特徴情報を抽出し、その抽出された特徴情報の一部分と前記特徴情報記憶部に記憶されている各特徴情報の対応する部分とをそれぞれ照合することで登録指紋の数を絞込み、その絞り込まれた登録指紋の特徴情報と識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報との同一性判定を行う指紋照合部と、を備えた指紋照合装置。
【請求項１０】
識別対象者の指紋と登録されている複数の指紋との照合を行う指紋照合装置であって、
登録者の同一指から採取した複数の指紋画像についてそれぞれ抽出した複数の特徴情報を、複数の登録者について記憶する特徴情報記憶部と、
指紋画像を採取する指紋画像採取部と、
その指紋画像採取部で採取された指紋画像から特徴情報を抽出し、その抽出された特徴情報の一部又は全てと、前記特徴情報記憶部に記憶されている特徴情報から登録者毎に選択された一部の特徴情報の対応部分をそれぞれ照合することで同一性判定を行う登録者を絞込み、その絞り込まれた登録者の各特徴情報と識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報との同一性判定を行う指紋照合部と、を備えた指紋照合装置。
【請求項１１】
登録者の指紋画像から抽出した特徴情報を特徴情報記憶部に記憶し、識別対象者の指紋画像から抽出した特徴情報と前記特徴情報記憶部に記憶されている各特徴情報とを照合することで識別対象者の指紋画像が登録者の指紋画像と同一か否かを判断する指紋照合方法において、
識別対象者の指紋画像から抽出した特徴情報の一部分と、前記特徴情報記憶部に記憶されている各特徴情報の対応する部分の類似度を算出することで、前記特徴情報記憶部に記憶されている特徴情報の絞込みを行い、その絞り込まれた各特徴情報と前記採取した指紋画像から抽出した特徴情報との同一性を判定することで識別対象者の指紋画像が登録者の指紋画像と同一か否かを判断する指紋照合方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、採取した指紋と登録されている複数の指紋との照合を行う指紋照合技術に関する。
背景技術
指紋照合装置では、識別対象者から採取した指紋画像と、登録されている指紋画像を照合することで、識別対象者の指紋画像が登録者の指紋画像との同一性が判定される。指紋画像同士の同一性判定は、指紋画像から抽出した特徴情報〔例えば、マニューシャ（特徴点）、スペクトル特性等の指紋画像を識別するための識別情報〕同士を照合することで行われる。このため、指紋照合装置では予め登録者の指紋画像から抽出された特徴情報を記憶する記憶装置が設けられる。そして、指紋照合時には、識別対象者の指紋画像から特徴情報を抽出し、その特徴情報と予め記憶している特徴情報とを照合することで指紋画像同士の同一性が判定される。
このような指紋照合装置においては、ＩＤコード等の補助的な識別情報の入力を省略し、識別対象者の指紋画像と登録されている全ての指紋画像を照合するタイプのものがある。このタイプの指紋照合装置では、登録されている指紋の数が多くなると、その数だけ照合時間が長くなるという問題が生じる。このため、予め識別対象者の指紋と照合（同一性判定）を行う登録指紋の数を絞り込み、絞り込んだ登録指紋についてのみ照合を行う技術が開発されている（例えば、特開平１０−１８７９７０号等）。
上記公報に記載された指紋照合装置では、登録指紋は紋様パターン毎に分類されて記憶される。そして、識別対象者の指紋画像が採取されると、その指紋画像から紋様パターンが求められる。そして、登録されている複数の登録指紋の中から、その求めた紋様パターンと同一の分類に属する指紋画像が選択される。そして、その選択された分類に属する指紋画像の特徴情報と、採取された指紋画像の特徴情報とが照合される。
しかしながら、上記公報に記載の技術では、識別対象者の指紋画像から指紋画像の同一性判定のために必要な特徴情報に加えて、紋様パターン等の補助的な情報を抽出しなければならない。このため、補助的な情報を抽出するための処理が余分に必要となり、システムの複雑化等を招くこととなる。
本発明は、採取された指紋画像から紋様パターン等の補助的な情報を抽出することなく、登録されている複数の指紋画像から照合（同一性判定）を行う指紋画像を絞り込むことができる指紋照合技術を提供することである。
発明の開示
本願発明の指紋照合装置は、識別対象者の指紋と登録されている複数の指紋との照合を行う装置であり、登録者の指紋画像から抽出された特徴情報を記憶する特徴情報記憶手段を備えている。また、指紋画像を採取する指紋画像採取手段を備え、この指紋画像採取手段により識別対象者の指紋が採取される。
指紋画像採取手段により採取された指紋画像は、以下に説明する手段により登録されている指紋画像と照合される。まず、特徴情報抽出手段によって、採取された指紋画像から特徴情報が抽出される。次に、登録指紋絞込み手段によって、特徴情報抽出手段で抽出された識別対象者の特徴情報の一部分と特徴情報記憶手段に記憶されている登録者の特徴情報の対応する部分との類似度が算出され、その算出された類似度から同一性判定を行う登録指紋が絞込まれる。そして、同一性判定手段によって、登録指紋絞込み手段で絞り込まれた登録指紋の特徴情報と特徴情報抽出手段で抽出された識別対象者の特徴情報との同一性が判定される。
上記指紋照合装置によれば、対比する指紋画像の同一性判定のために使用される特徴情報を使用して同一性判定を行う登録指紋の数を絞り込むため、採取された指紋画像から紋様パターン等の補助的な情報を抽出する必要がない。また、登録指紋の絞込みは、指紋画像から抽出された特徴情報の一部分を使用して行われるため計算量の増加が防止される。
ここで、「特徴情報」とは、指紋画像の同一性を判定するために用いられる情報をいう。したがって、例えば、指紋画像に所定の処理を施すことで得られるマニューシャ（特徴点）や、スペクトル特性等が「特徴情報」に相当する。
また、「特徴情報の一部分」とは、特徴情報に所定の処理を施すことによりそのデータ量が減ぜられた情報をいう。例えば、抽出した特徴情報の中から適宜選択した一部分（所定領域）や、特徴情報に対してデータ圧縮処理等が施された後の情報等が「特徴情報の一部分」に相当する。
また、「対応する部分」とは、識別対象者の「特徴情報の一部分」と完全に１対１に対応することまでを意味するのではない。例えば、識別対象者の「特徴情報の一部分」の少なくとも一部と対応する部分が含まれている場合をも含まれる。したがって、上記「対応する部分」が「特徴情報の一部分」より広くても良いし、逆に「対応する部分」の方が「特徴情報の一部分」より狭くなるような場合でも良い。
また、前記同一性判定手段は、登録指紋絞り込み手段で類似度が算出されていない他の部分について、識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報と絞り込まれた登録指紋の特徴情報との類似度を算出し、その算出された類似度と登録指紋絞込み手段により算出されている類似度の総和から同一性を判定することが好ましい。
このような構成によれば、同一性判定の際は登録指紋の絞込みの際に類似度が算出されなかった部分と、その部分に対応する特徴情報との類似度が算出される。そして、その算出された類似度と絞込みの際に算出されている類似度の総和によって、指紋画像の同一性が総合的に判断される。したがって、絞込みの際に計算された類似度を同一性の判定に利用することで、さらに計算量を減らすことができる。
また、前記特徴情報は、指紋画像を構成する直交する２方向の各走査線について、走査線上の濃度値変化を時系列信号とみなしてそれぞれ周波数変換して得られるスペクトル特性であることが好ましい。
このような構成によれば、指紋画像を少ないデータで表現することができ、絞込み及び同一性判定の際の処理速度を高速化することができる。具体例をあげて説明する。指紋画像データ（ｎ×ｍドット）は、各点（ドット）における濃度値で表される（データ数は（ｎ×ｍ））。一方、各方向の各走査線について周波数変換処理（例えば、ｘチャンネルに離散的周波数変換処理）すると、一の方向の走査線についてのデータは（ｎ走査線×ｘチャンネル）となり、他の方向についてのデータは（ｍ走査線×ｘチャンネル）となる。一般的に、チャンネル数ｘはｎ，ｍに比して小さな値とすることができるため、大幅にデータ数を少なくすることができる。
本願発明の一つの指紋照合装置では、登録指紋絞込み手段は、識別対象者の指紋画像から抽出された一方向のスペクトル特性と、登録者の対応する一方向のスペクトル特性との類似度を算出し、その算出された類似度から登録指紋の絞込みを行うことが好ましい。また、同一性判定手段は、前記登録指紋絞込み手段で類似度が算出されなかった方向のスペクトル特性について、識別対象者の指紋画像から抽出されたスペクトル特性と絞り込まれた登録指紋のスペクトル特性との類似度を算出し、その算出された類似度と登録指紋絞込み手段により算出されている類似度の総和から同一性を判定することが好ましい。
このような構成によれば、スペクトル特性の一方向成分の類似度を算出することで絞込み処理が行われる。したがって、絞込み処理により算出された類似度を、そのまま同一性判定に利用することができる。
また、前記登録指紋絞込み手段は、指紋画像から抽出される特徴情報のうち指紋画像を識別するための識別情報が多く含まれる部分を、前記一部分として類似度を算出して登録指紋の絞込みを行うことが好ましい。
このような構成によれば、識別情報が多い部分を一部分として使用するため絞込み処理の精度を高めることができる。
また、前記登録指紋絞込み手段は、識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報の一部分と、記憶されている登録指紋の特徴情報の対応部分の類似度を算出する際に、両特徴情報のずれ幅を計算して記憶することが好ましい。そして、前記同一性判定手段は、前記登録絞り込み手段により記憶されたずれ幅から所定の範囲内において、識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報と、絞り込まれた登録指紋の特徴情報との同一性を判定することが好ましい。
このような構成によれば、登録指紋絞込み手段により計算されたずれ幅を利用して同一性判定が行われるため、同一性判定に際して必要とされる計算量を減らすことができる。
ここで、「ずれ幅」とは、同一指の指紋画像を採取する際に、指紋採取板に対して指をどの位置に押印するかによって生じる両指紋画像のずれのことをいう。典型的には、両指紋画像の長手方向、幅方向（直交する２方向）のずれ及び長手方向（又は幅方向）のずれ角によって決まる。
なお、上述した本願発明の装置を構成する特徴情報抽出手段、登録指紋絞込み手段、同一性判定手段は、１の制御装置（マイコン，プロセッサー等）によって実現（各機能を実行するプログラムにより実現）することができる。また、その他のハード構成等も、種々に構成することができる。
また、本願発明の他の装置は、識別対象者の指紋と登録されている複数の指紋との照合を行う指紋照合装置であり、登録者の同一指から採取した複数の指紋画像についてそれぞれ抽出した複数の特徴情報を、複数の登録者について記憶する特徴情報記憶部を備える。また、指紋画像を採取する指紋画像採取部を備え、この指紋画像採取部で識別対象者の指紋が採取される。
採取された指紋画像は、指紋照合部により特徴情報記憶部に記憶されている登録者の指紋画像と、次の手順により同一性が判定される。まず、指紋画像採取部で採取された指紋画像から特徴情報が抽出される。次に、その抽出された特徴情報の一部又は全てと、特徴情報記憶部に記憶されている特徴情報から登録者毎に選択された一部の特徴情報の対応部分とをそれぞれ照合することで同一性判定する登録者を絞込む。そして、その絞り込まれた登録者の特徴情報群の各特長情報と識別対象者の指紋画像から抽出された特徴情報との同一性判定を行う。
この指紋照合装置では、登録者毎に絞り込みが行われるので、効率的に同一性判定をする指紋画像（特徴情報）の絞り込みを行うことができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明を具現化した指紋照合装置の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、指紋照合装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
図１に示すように、指紋照合装置は、記憶装置として登録者の指紋画像から抽出された特徴情報を記憶する特徴情報記憶部２６を備える。また、指紋照合装置は、指紋入力部として指紋を撮影してビデオ信号を出力する指紋画像採取部１０を備える。指紋画像採取部１０にはＡ／Ｄ変換部１２が接続され、Ａ／Ｄ変換部１２は指紋画像採取部１０から出力されるビデオ信号（アナログ信号）を指紋画像データ（デジタルデータ）に変換する。Ａ／Ｄ変換部１２でデジタル化された指紋画像データは、マイクロコンピュータ２８によって処理される。
マイクロコンピュータ２８は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＣＰＵ等が一体化されており、ＲＯＭに内蔵したプログラムに従がって動作することで種々の機能を果す。すなわち、マイクロコンピュータ２８は、特徴情報抽出部１４、登録指紋絞込み部１６、同一性判定部１８、指紋登録部２０、制御部２２として機能する。特徴情報抽出部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２から入力する指紋画像データから識別対象者を識別するための特徴情報を抽出する。登録指紋絞込み部１６は、指紋画像採取部１０で採取した指紋と同一性判定を行う登録指紋を絞り込む。同一性判定部１８は、登録指紋絞込み部１６で絞り込まれた登録指紋と採取した指紋との同一性判定を行う。指紋登録部２０は、特徴情報抽出部１４で抽出された特徴情報を特徴情報記憶部２６に登録する。制御部２２は、登録や照合等の動作を制御する。このマイクロコンピュータ２８には入力部２４が接続され、入力部２４には登録か照合かの動作を選択するためのキー等が配設されている。
指紋画像採取部１０は入室扉の近くに設置される。指紋画像採取部１０は、図３に示すように、指１００の指紋面１０１が押圧されるプリズム上面１２１を有する直角プリズム１２０を備える。この直角プリズム１２０のプリズム斜面１２２と対向する位置には、プリズム斜面１２２に照明光を投光する光源１３０が設けられている。一方、直角プリズム１２０のプリズム斜面１２３と対向する位置にはＣＣＤカメラ１４０が配される。ＣＣＤカメラ１４００は、指紋隆線部に対応する反射光を暗い像、指紋隆線谷部に対応する反射光を明るい像として取り込む。ＣＣＤカメラ１４０で採取したビデオ信号（指紋隆線の濃淡画像）は、所定時間毎（数百ｍｓ）に同軸ケーブルを介してＡ／Ｄ変換部１２に伝送される。
Ａ／Ｄ変換部１２は、指紋画像採取部１０から伝送されて来るビデオ信号（アナログ信号）をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された指紋画像データ（二次元のディジタル濃淡データ）は、マイクロコンピュータ２８の内蔵メモリに格納される。
特徴情報抽出部１４は、Ａ／Ｄ変換部１２で変換された画像データから特徴情報を抽出する処理を行う。この特徴情報を抽出するための処理手順について、図４〜図６を参照して説明する。図４は指紋画像データの構成を説明するための図である。図５は指紋画像、抽出した特徴情報、及び指紋画像データ上の一走査線における濃度値変化を示す図である。図６は走査線上の濃度値変化から求めた群遅延スペクトル（以下、ＧＤＳという。）の一例である。
指紋画像採取部１０で採取された指紋画像（図５（ａ）参照）は、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換部１２によりｘ方向及びｙ方向にそれぞれｎ×ｍドットの濃度値データに変換されている。すなわち、指紋画像採取部１０で採取された指紋画像は、ｘ方向及びｙ方向の各座標値（ａ，ｂ）における濃度値データｄに変換されている。この各座標の濃度値データから特徴情報（ＧＤＳ）が抽出される。
具体的には、上述した画像データ（ｎ×ｍドット）には、ｘ方向にｍ本の走査線、また、ｙ方向にｎ本の走査線が設定される。そして、これら各走査線上における濃度値の変化を求める。求めた濃度値変化の一例を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）から明らかなように、濃度値は走査線上の位置によって上下に振幅し、指紋隆線上の点は濃度値が低く（暗く）、指紋谷線上の点は濃度値が高く（明るく）なる。
次に、この求めた走査線上の濃度値変化を、時系列信号とみなして周波数変換処理を行いＧＤＳを求める。ＧＤＳは、周波数チャンネル（ｃｈ）毎のＧＤＳ強度として算出され、図６に示すように１本の走査線から１本のＧＤＳパターンが得られる。したがって、抽出されたＧＤＳは、各走査線（ｉ番目）及び各周波数チャンネル（ｃｈ）毎のＧＤＳ強度として定義される。すなわち、ＧＤＳ強度は、式１に示すように走査線及び周波数チャンネル（ｉ，ｃｈ）の値によって定まる関数として定義される。
（式１）
ＧＤＳ＝ＧＤＳ（ｉ，ｃｈ）
なお、上述した手順で求めたＧＤＳを、ＧＤＳ強度の大きさに応じて濃淡を付けて二次元的に表現したもの（以下、ＧＤＳパターンという）が、図５（ａ）の指紋画像の右側方と下方に示されている。すなわち、ｘ方向のｍ本の走査線から求めたＧＤＳパターンが指紋画像の右側方に表示されている。また、ｙ方向のｎ本の走査線から求めたＧＤＳパターンが指紋画像の下方に表示されている。これらのＧＤＳパターンは、指紋隆線（指紋谷線）の特徴（個人の特徴）によりそのパターンが異なる。本実施形態では、このＧＤＳパターンの類似度を判定することで、識別対象者から採取した指紋が登録された指紋と同一であるか否かが判断される。
指紋登録部２０は、特徴情報抽出部１４で抽出された特徴情報（ＧＤＳ）を登録者毎に関連付けて特徴情報記憶部２６に記憶する。すなわち、指紋登録部２０は、抽出された特徴情報と入力部２４より入力された登録対象者を特定する識別情報（氏名又はＩＤ番号等）とを関連付けて特徴情報記憶部２６に格納する。なお、特徴情報記憶部２６には、同一指から採取された複数の指紋画像（ａ枚）について、それぞれ抽出された特徴情報が登録されている。したがって、指紋照合装置に登録される登録者がｂ人である場合には、特徴情報記憶部２６に記憶される特徴情報の数はａ×ｂ枚の指紋画像から抽出された特徴情報（本実施形態では、ｘ方向及びｙ方向のそれぞれにａ×ｂ個）が登録されることとなる。
なお、登録指紋絞込み部１６及び同一性判定部１８については、以下に説明する“指紋登録時の動作”及び“指紋照合時の動作”において詳述するため、ここではその説明を省略する。
つぎに、上述のように構成される指紋照合装置の“指紋登録時”の動作を、図２のフローチャートに基づいて簡単に説明する。
まず、指紋登録を行う場合は、指紋登録者は入力部２４を操作（登録ボタン及びＩＤ番号を入力）して指紋登録を行うことを入力する（Ｓ０１）。入力部２４に指紋登録が行われる旨が入力されると、制御部２２は指紋画像採取部１０に指紋画像採取処理を開始するよう指示を出力し、指紋画像採取部１０により指紋画像採取処理が行われる（Ｓ０２）。指紋画像採取処理では、まず、指紋画像採取部１０及びＡ／Ｄ変換部１２を動作状態とすることで画像データを採取可能な状態とする。次に、採取される画像データの時間的な変化率が一定となったか否かが判定される。そして、採取された画像データが安定（直角プリズム１２０（指紋採取板）への指の押圧力が安定）した場合には、指紋画像が採取されたとして指紋画像採取処理を終了する。なお、この指紋画像採取処理については、例えば特開平９−２７４６５６号に記載の技術を使用することができる。
指紋画像採取処理が終了すると、採取された指紋画像からｘ方向及びｙ方向のＧＤＳパターン（特徴情報）が抽出される（Ｓ０３）。そして、抽出された特徴情報が入力された識別番号と関連づけられて特徴情報記憶部２６に記憶される（Ｓ０４）。以上の動作が、指紋登録時における指紋照合装置の動作である。
つぎに、“指紋照合時”における指紋照合装置の動作を説明する。図２に示すように指紋照合を行う場合は、識別対象者は入力部２４を操作（指紋照合ボタンを操作）して指紋照合を行うことを入力する（Ｓ０１）。指紋照合を行うことが入力されると指紋画像採取処理が行われ（Ｓ０５）、採取された指紋画像から特徴情報（ＧＤＳ）が抽出される（Ｓ０６）。指紋画像から特徴情報が抽出されると、登録指紋絞込み部１６は、抽出した特徴情報の一部を用いて登録指紋の絞込み処理を行う（Ｓ０７）。以下、ステップＳ０７の登録指紋の絞込み処理について詳述する。
既に説明したように、特徴情報抽出部１４より抽出される特徴情報〔特徴情報記憶部２６に記憶される特徴情報〕は、指紋画像からｘ方向とｙ方向に抽出されたＧＤＳパターンである。登録指紋絞込み部１６は、ｘ方向とｙ方向にそれぞれ抽出された２つのＧＤＳパターンのうち、一方のＧＤＳパターンと特徴情報記憶部２６に記憶されている対応するＧＤＳパターンとをそれぞれ照合することで登録指紋の絞込みを行う。本実施形態では、図７に示すようにｘ方向のＧＤＳパターンを利用して登録指紋の絞込みを行っている。これは、指紋画像は、一般的にｙ方向と比較してｘ方向の走査線と交差する隆線の数が多く、その濃度波形が複雑となる。このため、ｘ方向に関して抽出されたＧＤＳパターンの方がより多くの識別情報が含まれるためである。このようにｘ方向のＧＤＳパターンを利用することで、本実施形態では絞込みの精度を高めている。ただし、登録指紋を絞り込む絞込み条件（絞込み数）の設定等によっては、本実施形態に示すｘ方向のＧＤＳパターンによらず、ｙ方向のＧＤＳパターンを用いて絞込みを行ってもかまわない。
具体的な登録指紋の絞込み手順を説明する。登録指紋絞込み部１６は、図７に示すように、採取した指紋画像から抽出されたｘ方向のＧＤＳパターンと、特徴情報記憶部２６に記憶されているｘ方向のＧＤＳパターンのそれぞれについて距離（ｄｉｓｔｘ）を計算する。この距離（ｄｉｓｔ）とは、採取した指紋画像から抽出されたＧＤＳパターン〔ＧＤＳｔ（ｉ，ｃｈ）〕と、登録した指紋画像から抽出されたＧＤＳパターン〔ＧＤＳｉ（ｉ，ｃｈ）〕の類似度を評価するために算出される値である。本実施形態では、式２に示すように、全ての走査線（ｉ）及び周波数チャンネル（ｃｈ）について、両ＧＤＳ強度の差の絶対値を求め、これらの和を距離（ｄｉｓｔ）としている。
（式２）
ｄｉｓｔｘ＝ΣΣ｜ＧＤＳｔ（ｉ，ｃｈ）−ＧＤＳｉ（ｉ，ｃｈ）｜
なお、本実施形態では、上述した距離（ｄｉｓｔｘ）を算出する際、両指紋画像のずれを考慮する。このため、図８に示すように照合する二つのＧＤＳパターンの中心を−ＷＤ０から＋ＷＤ０までの範囲でずらして距離をそれぞれ計算し、最も小さくなる距離を両ＧＤＳパターンの距離としている。なお、この最小となる距離を与える両ＧＤＳパターンのずれ量を、両ＧＤＳパターンのずれ幅ということとする。
上述した手順で特徴情報記憶部２６に記憶されている全てのｘ方向のＧＤＳパターンと採取した指紋画像から抽出されたｘ方向のＧＤＳパターンとの距離を算出する。そして、これら算出した距離の中から距離が小さいものから所定数（ｎ個）を選択し、その選択されたものを同一性判定を行う登録指紋とする。
上述したように登録指紋の絞込みが行われると、同一性判定部１８により絞込まれた登録指紋について同一性判定が行われる（Ｓ０８、Ｓ０９）。
すなわち、上述したステップＳ０７によりｘ方向のＧＤＳパターンに関して距離が算出されている。このため、ステップＳ０８では、図９に示すように採取した識別対象者の指紋画像から抽出したｙ方向のＧＤＳパターンと、ステップＳ０７で絞り込まれた登録指紋のｙ方向のＧＤＳパターンとの距離を算出する（Ｓ０８）。ｙ方向のＧＤＳパターンの距離を算出する手順についても、上述したｘ方向のＧＤＳパターンにおける距離を算出する場合と同様に、式３により算出することができる。
（式３）
ｄｉｓｔｙ＝ΣΣ｜ＧＤＳｔ（ｉ，ｃｈ）−ＧＤＳｉ（ｉ，ｃｈ）｜
なお、ｙ方向のＧＤＳパターンの距離を算出する際にも、ｙ方向の指紋画像のずれが考慮される。このため、照合する二つのＧＤＳパターンの中心を−ＷＤ０から＋ＷＤ０までの範囲でずらしてそれぞれ距離を計算し、距離が最小となるものをｙ方向の距離（ｄｉｓｔｙ）としている。
ｙ方向のＧＤＳパターンの距離（ｄｊｓｔｙ）が算出されると、次に、ステップＳ０７で算出されたｘ方向のＧＤＳパターンに関する距離（ｄｉｓｔｘ）と、ステップＳ０８で算出されたｙ方向のＧＤＳパターンに関する距離（ｄｉｓｔｙ）とに基づいて同一性の判定が行われる（Ｓ０９）。具体的には、どちらの方向に識別情報が多く含まれているかを判定結果に反映するため、ｘ方向及びｙ方向に関して算出した各距離ｄｉｓｔｘ、ｄｉｓｔｙに重み付けｗｘをする。そして、式４に示すように重み付けがされた各距離の和を、二つのＧＤＳパターンの総合的な距離（ｄｉｓｔｘ，ｙ）とする。
（式４）
ｄｉｓｔｘ，ｙ＝ｗｘ・ｄｉｓｔｘ＋（１−ｗｘ）・ｄｉｓｔｙ
式４に示す距離計算を絞り込まれた登録指紋のそれぞれについて行う。距離計算が終わると、求められた距離のうち最小となる距離を最終的な距離として決定する。そして、最終的に決定された距離が閾値を超える場合には識別対象者を登録者ではないと判断し、最終的に決定された距離が閾値以下となる場合には識別対象者を登録者と判断する。識別対象者が登録者である場合は扉が開放され、登録者でない場合にはブザーが鳴り入室が禁止される（Ｓ１０）。以上の動作が、指紋照合時の指紋照合装置の動作である。
上述したことから明らかなように、この指紋照合装置では、同一性判定に使用されるＧＤＳパターンの一部（ｘ方向のＧＤＳパターン）を用いて、同一性判定を行うべき対象のＧＤＳパターン（指紋画像）を絞り込む。したがって、同一性判定を行うためのＧＤＳパターン以外の他の情報を指紋画像から抽出する必要がなく、計算量を少なくすることができる。また、指紋画像の同一性判定の際には、絞込み処理の際に算出したｘ方向の距離（ｄｊｓｔｘ）が利用され、より計算量を少なくすることができる。これらの理由により、指紋画像を採取してから結果判定を出力するまでの時間を短くすることができる。
なお、上述した装置では登録指紋の絞込みを行う場合に、ｘ方向のＧＤＳパターンの全体を使用して絞込みを行った。しかしながら、本発明はこのような形態に限られず、種々の形態で絞込み処理を行うことができる。以下、絞込み処理の他の例について図面を用いて説明する。なお、以下に説明する各実施形態においても、絞込み処理以外の他の構成（装置構成及び同一性判定処理等）については上述した実施形態と同一であるので、以下の説明では絞込み処理についてのみ説明する。
（変形例１）
変形例１の絞込み処理では、図１０に示すように、採取された指紋画像から抽出されたｘ方向のＧＤＳパターンの中央部分のみを使用し、特徴情報記憶部２６に格納されているｘ方向の各ＧＤＳパターンとの距離計算を行う。すなわち、指紋画像から抽出されたＧＤＳパターンの中央部分と、登録されているＧＤＳパターンの対応部分（中央部分）との距離を計算する。この場合においても、両指紋画像のずれが考慮されて距離計算が行われる。全ての登録されているｘ方向のＧＤＳパターンについて距離計算が行われると、距離が小さいものから順に所定数（ｎ個）の登録指紋を同一性判定の候補として選択する。
なお、上述した例とは逆に、図１１に示すように採取された指紋画像から抽出されたＧＤＳパターンと、特徴情報記憶部２６に記憶されているＧＤＳパターンの中央部分のみを距離計算に使用することもできる。図１１に示す場合においても、距離計算は両ＧＤＳパターンの中央部分が使用されることから、図１０に示す場合と略同様の結果を得ることができる。
なお、図１０及び図１１に示すようなパターンで絞込み処理を行った場合は、図１２に示すように、ｘ方向のＧＤＳパターン全体を用いて再度ｘ方向の距離計算を行い、その結果とｙ方向のＧＤＳパターン全体の距離計算結果とに基づいて同一性判定を行うようにすることが好ましい。これにより、同一性判定の精度を高めることができる。
また、図１２に示すｘ方向のＧＤＳパターン全体の距離を再計算する際には、絞込み処理の際に算出したずれ幅を記憶しておき、その記憶したずれ幅をずれ幅候補として利用して再度の距離計算を行うことが好ましい。すなわち、図１０及び図１１に示す中央部分のみの距離計算を行う際に算出されるずれ幅ｗｄを記憶する。そして、ｘ方向のＧＤＳパターン全体の距離を算出する際に、このずれ幅ｗｄの位置を中心に距離計算を行うようにすれば良い。これにより、ずれ幅を探索するための計算量を少なくすることができる。
なお、このずれ幅は、絞り込まれた登録指紋毎に記憶しておき、これら絞り込まれた登録指紋のＧＤＳパターン全体の距離を計算する際にそれぞれ使用されることが好ましい。これにより、各登録指紋に応じたずれ幅を用いて距離計算を行うことができる。
（変形例２）
上述した変形例１では、照合する二つのＧＤＳパターンの中央部分を一部分として絞込みのための距離計算を行った。しかしながら、本発明はこのような例に限られず、次に示す各態様を採ることができる。
例えば、図１３では、ｘ方向のＧＤＳパターンの全体にわたって短冊状に選択する。このように選択した場合には、ＧＤＳパターンの全体にわたる傾向を考慮して絞込みが行われる。
また、例えば、図１４に示すようにＧＤＳパターンの低周波成分のみを選択して、絞込みのための距離計算を行うこともできる。このように低周波成分のみを選択した場合には、高周波成分に含まれるノイズ成分の影響等を除去することができる。なお、低周波成分を選択した場合においても、さらに、図１５に示すように中央部分のみを選択して距離計算を行うこともできる。この場合、距離計算を行う対象領域をＧＤＳパターンの走査線方向に狭い範囲としても、この距離計算に使用されるＧＤＳパターンからは高周波成分が除去されているため精度良く登録指紋を絞り込むことができる。
また、絞込み処理のためにＧＤＳパターン内に設定される領域は、例えば、図１６に示すように、その絞込み精度等に応じて設計者等が適宜設定することができる。また、登録されている指紋画像のＧＤＳパターンを母集団として、各周波数領域における分散や標準偏差等を求め、これらの分散や標準偏差の大きい周波数領域を設定するようにしても良い。このような場合には、距離計算の相違が出やすくなり、絞込み処理を効率的に行うことができる。
（変形例３）
上述した変形例１及び変形例２は、指紋画像から抽出したＧＤＳの一部分を絞込みのための距離計算に使用する領域とした。しかしながら、本発明はこのような例に限られず、図１７（ｂ）に示すように特徴情報抽出部１４で抽出されたＧＤＳパターンを圧縮し、その圧縮したＧＤＳパターンを用いて絞込み処理を行っても良い（図１７（ａ）参照）。このようにＧＤＳパターンを圧縮することで、距離計算するデータ数を少なくすることができ、絞込みのための計算時間を短縮することができる。なお、圧縮したスペクトルパターンを利用して絞込みを行った場合、同一性判定時においては圧縮前のスペクトルパターンを用いて同一性判定を行うことが好ましい。これにより、照合精度が低下することを防止することができる。
（変形例４）
上述した各絞り込み処理では、絞り込み処理により指紋画像単位で同一性判定を行う指紋画像を絞り込んだ。しかしながら、本発明はこのような例に限らず、登録者単位で絞り込みを行うようにしても良い。このような方法を、図１８及び図１９を参照して説明する。
この方法では、図１８に示すように識別対象者から抽出したｘ方向ＧＤＳパターンとｙ方向ＧＤＳパターンの両者を使用する。また、特徴情報記憶部２６に格納されているｘ方向及びＹ方向の各ＧＤＳパターンの中から、登録者毎に１組のＧＤＳパターンを使用する。そして、ｘ方向のＧＤＳパターンとｙ方向のＧＤＳパターンの両者について距離計算を行い、登録者毎に総合的な距離を算出する（式４参照）。距離が算出されると、次に、距離が小さい（類似度が高い）登録者からＮ人が選択される。
登録者Ｎ人が選択されると、図１９に示すように採取された指紋画像のＧＤＳパターン（ｘ方向，ｙ方向）と、選択された登録者の残り（登録枚数がａ組であればａ−１組）のＧＤＳパターン（ｘ方向，Ｙ方向）との距離を計算する。そして、算出された距離のうちの最小値が閾値以下となるか否かで、識別対象者が登録者か否かを判断する。
このような方法では、採取された指紋画像のｘ方向とｙ方向の両者のＧＤＳパターンを用いて絞り込みを行うため、絞込みの精度を向上することができる。また、採取された指紋画像のｘ方向とｙ方向の両者を使用しても、登録者毎に選択された１組だけで行うので、その計算量を少なく抑えることができる。
なお、同一登録者の複数組のＧＤＳパターンから選択される１組のＧＤＳパターンは、識別情報（指紋隆線情報）が多く含まれた質の高い１組のＧＤＳパターンが選択されることが好ましい。識別情報が多く含まれた質の高い画像が選択されることで、絞込み精度を高くすることができる。
さらに、上述した例では、登録者毎に１組だけＧＤＳパターンを選択したが、登録者毎に複数組（例えば、２組）を選択し、各組の距離計算を総合して同一性判定を行う登録者を絞り込むようにしても良い。このような方法によると、より絞り込み精度を向上することができる。
なお、登録者単位の絞り込みを行う場合においても、既に述べてきた実施形態と同様に、ｘ方向のＧＤＳパターンのみで登録者の絞り込みを行っても良いし、ｙ方向のＧＤＳパターンのみで登録者の絞り込みを行っても良い。すなわち、採取された識別対象者の指紋画像から抽出されたｘ方向（又はｙ方向）のＧＤＳパターンと、登録されている登録者毎に１つだけ選択されたｘ方向（又はｙ方向）のＧＤＳパターンを用いて絞込みを行っても良い。このような例によると、絞り込みのための計算量をより少なくすることができる。
さらには、図１０，図１１，図１３，図１４，図１５の各例に示すように、ＧＤＳパターンの一部のみを用いて登録者の絞込みを行ってもよい。このような例によると、より絞り込みのための計算量を少なくすることができる。
以上、本発明の好ましい各実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。
例えば、上述した各実施形態では、採取した指紋画像から抽出したＧＤＳパターンを用いて絞込み及び同一性判定を行う例であった。しかしながら、本発明は、これ以外の各種周波数変換処理により得られたスペクトル（ＦＦＴスペクトル、ＤＦＴスペクトル、ＬＰＣスペクトル等）に基づいて絞込み及び同一性判定を行うようにしても良い。また、周波数変換して得られたスペクトルの対数スペクトルを波形信号と見なしてフーリエ逆変換することにより得られるケプストラムに基づいて絞込み処理及び同一性判定を行っても良い。
また、マニューシャ（特徴点）を用いて絞込み処理及び同一性判定処理を行っても良い。すなわち、複数のマニューシャについて優先度を設定し、優先度の高い一定数のマニューシャについて照合した結果に基づいて登録指紋の絞込みを行う。そして、同一性判定時は所定の照合精度が得られるように照合するマニューシャの数を多くして照合を行うようにしても良い。
また、登録指紋の絞込みや登録指紋の照合を行う際の類似度の判定には、上述した二つのＧＤＳパターンの距離を計算する以外にも種々の方法を採ることができる。例えば、両ＧＤＳパターンの差の二乗の和を評価値としても良いし、両ＧＤＳパターンの差の相乗平均を評価値等としても良い。
さらに、指紋採取方式としては、どのような方式で指紋画像を採取しても良く、例えば、指紋読取チップを使用して非光学方式で指紋を採取しても良い。また、上述した実施形態と同様に光学方式で指紋を採取する場合においても、指紋を採取する方法は、光路分離法を使用しても良いし、全反射法を使用しても良い。
図面の簡単な説明
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施形態に係る指紋照合装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
図２は、指紋登録及び指紋照合時の指紋照合装置の動作を示すフローチャートである。
図３は、指紋画像採取部の概略構成を示す模式図である。
図４は、指紋画像採取部で採取された指紋画像のデータ構成を説明するための図である。
図５は、指紋画像、その指紋画像から抽出されたＧＤＳ、及び一走査線方向の濃度値変化の一例を示す図である。
図６は、一走査線方向の濃度値変化から得られたＧＤＳパターンの一例を示す図である。
図７は、絞込み処理の一例を説明するための図である。
図８は、ずれ幅を考慮して距離を算出するための手順を説明するための図である。
図９は、同一性判定におけるｙ方向のＧＤＳパターンの照合を説明するための図である。
図１０は、絞込み処理の他の例を説明するための図である。
図１１は、図１０の絞込み処理の変形例を説明するための図である。
図１２は、図１０及び図１１の例において行われる再度のｘ方向のＧＤＳパターンの照合を説明するための図である。
図１３は、一方向のＧＤＳパターンに設定される照合領域の他の例を示す図である。
図１４は、一方向のＧＤＳパターンに設定される照合領域の他の例を示す図である。
図１５は、図１４に示す例の変形例である。
図１６は、一方向のＧＤＳパターンに設定される照合領域の他の例を示す図である。
図１７は、絞込み処理の他の例を説明するための図である。
図１８は、登録者一人につき複数枚の指紋画像が登録されている際に、同一性判定を行う登録者を絞り込む絞込み処理の例を説明するための図である。
図１９は、図１８で絞り込まれた登録者に対して行われる同一性判定を模式的に示す図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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