JP2575676B2

JP2575676B2 - 指紋照合における照合点自動追尾方法

Info

Publication number: JP2575676B2
Application number: JP61306643A
Authority: JP
Inventors: 弘己入江; 市雄中畑; 泰之浅羽; 道郎佐々木
Original assignee: SAIBI EREKUTORONIKUSU KK
Current assignee: SAIBI EREKUTORONIKUSU KK
Priority date: 1986-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1997-01-29
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JPS63159990A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は本人識別用の指紋照合方法に関し、例えば
扉開閉用やICカード・キャッシュカード等に代わってフ
ィンガー・キー（指紋照合による鍵）として用いられる
ものである。

（発明の概要）この発明は撮像位置のずれている２つの指紋画像の同
一性を識別する方式において、両画像の照合開始基準点
（例えば、近似中心点）を定め、該基準点を中心とする
同心円状に３つ以上の探索範囲を設け、各範囲を４〜８
ブロックに分割する。

１番内側の円内を規定領域とし、４つの扇形ブロック
に分割する。中間の円内を第１の推論領域とし、４〜８
つの扇形ブロックに分割する。一番外側の円内を８つの
扇形ブロックに分割し、第２の推論領域とする。照合一
致点探索は上記基準点から開始し、順次基準点を第１の
推論領域、第２の推論領域と移動して２つの画像を照合
し、本人であると判別できるまで続けられる。ただし、
規定領域及び第１の推論領域にいずれにも一定値以上の
照合率を示す点が存在しない時は２つの画像は別の指紋
であると判定されて探索は中止される。

規定領域から第１の推論領域及び第１の推論領域から
第２の推論領域への探索範囲の移動は、前者は、予測係
数が高かったブロック順に、後者は移動前のブロックよ
り予測係数が増加した場合に、その外側のブロックへ行
なわれる。

第２の推論領域のさらに外側の照合一致点が存在する
と予測される場合は最高照合率点を新たに探索開始点と
して同様の探索を再スタートする。

（従来の技術）従来、本人照合の手段として、暗証番号や印鑑が用い
られているが、前者は暗証番号が洩れてしまえば他人で
も使えるし、印鑑も他人が用いればそれまでである。ま
た、印鑑そのものも、印鑑から本物と殆ど見分けのつか
ない印像コピーを作り出すことが最近の印刷技術では可
能である。

指紋は本人個有であり、印像コピーも作りにくい。ま
た、指紋の場合別出願でも述べる如く印像コピーと本物
とはある程度識別できる。本人識別手段としてこれほど
確実なものはない。

既に、指紋識別装置としては犯罪捜査用のものがある
が、この装置は不特定多数の人間から特定者を割り出す
ものであって、その目的は第三者の選別にあり、画像認
識の方式は指紋の特徴点抽出とその照合を基本としてい
る（マニューシャ・ネットワーク法）。

また、現場から採取した指紋は不完全なものが多く、
限られた指紋情報を細大もらさずピックアップするた
め、大型コンピュータによる大規模システムとなってい
る。

この発明の如く本人自身が指紋を鍵に用いようとする
時、採取される指紋情報はほぼ完全なものが得られる。
しかし、そのままの情報量を全面照合方法によって照合
一致点の探索を行うためには、例えば、小型CPUを用い
て分単位の時間を必要とし、未だ実用的でない。

一方、全面照合でなく指紋の特徴点を抽出し、この特
徴点の位置関係のパターンから本人を識別しようとする
試みもなされているが、特徴点の再現性は、指および押
捺状態によって大きく左右されるので潜在的に未照合の
要因が多く、また特徴点抽出の処理が複雑で時間が長く
かかるため、価格的にも未だ実用化しえないのが現状で
ある。

（発明が解決しようとする問題点）この発明は実用的な短い時間（２〜３秒以内）で、し
かも小型CPUで処理できる、安価で実用的な本人識別用
の指紋照合方法を提供することを目的としている。

この発明は、さらに、指紋はその代表的紋様部分を有
効なサイズだけ切り出して比較すれば同一の指紋が殆ど
存在しない事実に注目して、切出し部分の全面照合によ
り処理時間の短縮化を図り、なおかつ、２つの指紋画像
の照合一致点を最も短い時間で、すなわち最少の処理回
数で見つけ出すための効率的な照合点自動追尾方法を提
供することを目的としている。

（目的を解決するための手段）この発明に用いられる指紋画像は、約13mm×10mmの大
きさで光学的に撮像され、画像は固体撮像素子（CCD）
の２値化出力で記憶される。２値化出力は0.05mm/ビッ
トに相当する。実際に照合に用いられる画像は上記撮像
された中で、その指紋の代表的な紋様部分を表わす約5m
m²の照合用画像である。代表的部分の抽出は、別出願で
も述べる如く撮像画像の隆線密度（隆線本数／単位）を
読取り、該密度が一定値を越える領域の平均アドレスを
中心点として切り出すことにより行なわれる。

あらかじめ登録されたマスター画像と新たに入力され
たサンプル画像について同一性を識別のため、上記照合
用画像が全面照合される。問題はこのマスター画像とサ
ンプル画像は通常位置がずれているので、その照合一致
点をいかに早く、効率的に最短距離で見つけ出すかとい
う点にある。

（実施例）撮像された指紋画像（256×192ビット）は第１図に示
す如く、XY軸別に隆線本数／単位を読取り、その変化分
を解析して両軸別に密度分布が一定値を越える範囲の平
均アドレスを求め、これを近似中心点と定義する。この
近似中心点は撮像領域や画質変化（画像端の欠落）など
によって変動する近似値である。この近似中心点が、実
際に２つの指紋画像を照合する際の最初の位置合わせに
用いられる。マスター画像及びサンプル画像は、まずそ
の近似中心点を中心に切り出す両照合用画像（96×96ビ
ット）について全面照合される（画像の２値化出力の全
ての値について比較照合する）。幸運な場合はこの最初
の照合で本人と識別される。通常、近似中心点で満足な
照合率が得られず、その周辺に少しずつマスター画像の
位置合わせ基準点をずらせて照合を繰返し、照合一致点
を探索することになる。

従来は、例えば、画像の端から１ビットずつずらせて
正解が得られるまで順次照合処理を行なっていたために
膨大な処理時間を要していたが、この発明の場合は、ほ
ぼ両画像のアドレスが一致している近似中心点から照合
探索が開始できるので、照合一致点に達するまでの時間
が短い。また、近似中心点からどの位の範囲内に照合一
致点があるか実験的に確かめられているので、ある範囲
内のみを探索するだけで別の指紋である旨の判定も簡単
に出せる効果がある。

２つの画像を多数例照合した場合、照合率の分布は第
２図の如くなることが確かめられている。すなわち、本
人指紋の場合、照合率70〜96％の発生回数が全回数の95
％を占める。一方、他人指紋の場合では照合率が70％を
越える発生回数は全回数のわずか0.1％未満である。こ
の結果から、照合率80％を実用基準値（照合率80％以上
を本人と判定する基準）とすれば、他人指紋を誤認する
ことなく、十分本人であるとの判定がなされる。

前述の如く、この発明ではまず指紋画像は近似中心点
を相互基準として照合処理が開始される。通常は、近似
中心点と両画像の照合一致点とはずれている。

従って、この近似中心点を中心とする一定範囲（半径
10ビットの円内）に上記マスター画像の照合基準点をず
らしながら、照合一致点の探索を行なう。第３図A₁〜D₁
に示される最も内側の探索領域を規定領域と定義し、半
径10ビットの円内の各点について規定の順位で照合用画
像の全面照合が継続される。この探索中に80％以上の照
合率を示す点が存在すれば本人であると判定されて照合
処理は終了する。

規定領域内に80％以上の照合率を示す点が存在しない
時、規定領域を第３図に示す如く第１〜４象限の４ブロ
ック（図のA₁〜D₁）に分割し、ブロック別に照合率が一
定値を越える探索点（例えば、60％以上の点）の分布を
蓄積し、この探索点比率を予測係数と定義する。なお、
この予測係数の高かった領域のラジカル方向に両画像の
照合一致点が存在する確率が高いことは、実験的に確認
されている。従って、最高の予測係数を示すブロックの
外側の円内（第２図のA₂〜D₂のうち、例えば高予測係数
ブロックA₁に対してはA₂）が、次に照合一致点の探索を
行うのに最も有効な領域と予測できる。この２番目の探
索領域、半径19ビットの円内（第３図のA₂〜D₂）を第１
の推論領域と定義する。前と同様、この第１の推論領域
の探索ブロック（第３図A₂）内に80％以上の照合率を示
す点が存在しない時には、このブロックを２つに分け
（第３図A₂₁とA₂₂）、この２つのブロックのうち予測係
数の高い方の外側へ探索を優先することになる。これが
第３図においてA₃₁、A₃₁…D₃₁、D₃₂に示す半径25ビット
の第２の推論領域である。

例えば、A₁からA₂に探索領域を進め、さらにA₃₁に進
んだ時、A₃₁領域での予測係数がA₂₁領域の予測係数より
下がり、かつ、A₂₂領域には予測係数が発生していない
場合がある。この経過の場合は、推論を規定領域内にも
どし、A₁に次ぐ高い予測係数を持っていたブロック（こ
の場合はD₁）の外側に位置する第１の推論領域（この場
合はD₂）、さらに、第２の推論領域（この場合はD₃₂）
に探索領域を移行する。これは実験的にＹ軸上の左側近
辺（ＡとＤの境界領域）に照合一致点が存在している場
合によくある自動追尾の経過である。

結果として、D₃₂領域にも照合率80％以上の点は存在
しなかったが、予測係数がより高くなった場合、照合一
致点は更に外側のD₄領域に存在することが予測される。
この場合はD₄領域に探索領域を拡大するのではなく、最
後に探索した領域（この場合D₃₂領域）内で最も照合率
の高かった点を新たな出発点として、これまでの探索と
同じことを改めて行なう。これを自動更新追尾という。
これはD₄領域にまで探索領域を拡大するより、新たに探
索開始点を移動して再スタートした方が探索の効率がよ
いからである。

なお、規定領域に60％以上の照合率を示す点が存在し
ない時は第１の推論領域の全ブロックに照合基準点を移
して探索が行なわれる（この場合の第１推論領域は規定
領域の延長として取扱う）。この第１の推論領域にも60
％以上の照合率を示す点が存在しない時は探索は中止さ
れ、照合した両画像は別の指紋であると判定される。な
ぜなら、マスター画像とサンプル画像は近似中心点を最
初の相互基準点としているので、既に、両画像の位置は
ほぼ一致している。そのため本人指紋であれば規定領域
か第１の推論領域内には少なくとも予測係数が発生する
はずである。

ただし、この発明による照合点自動追尾の全行程を終
了しても、最終的に80％以上の照合率を示す点が存在し
ない場合がある。この場合は本人である確率が第２図か
らみて高いが、指紋画像を撮像する時指の押し具合など
によって生じる画像の歪等によって画像が整合しない例
である。このときは別出願に述べる如く、画像歪を修正
して照合する補正照合が実施される。補正照合による第
２次判定を行なえば、本人であるか他人であるか判別で
きないケースは殆ど皆無に近いことが実験的にも確認さ
れている。

一方、照合一致点を探索する経過で、両画像が完全に
一致していなくても照合率が高い値を示す点がある。一
般に照合率は照合一致点に近づくにつれて高くなってい
く。両画面が完全に一致していなくても照合率が80％を
越えれば本人と判定しても何ら問題がない。当然のこと
ながら照合率が80％を越えた時点で照合処理は完了す
る。

（発明の効果）この発明の照合点自動追尾（探索）方法は以下の利点
をもつ。

（１）この発明の場合の探索開始は、まず両面像の近似
中心点を合わせて照合用画像の全面照合を行なうことか
ら始まる。従って本人指紋の場合、両画像は照合開始時
点でかなり一致点に近い位置関係であり、画像端から順
次照合一致点を探索する従来の方法に比べ非常に探索効
率がよい。

（２）両画像の照合が近似中心点を探索の開始点とする
ことは、他人指紋の場合の判定も近似中心点近傍の一定
範囲内を探索するだけでできることになり、この判定時
間も非常に短くなる。

（３）この発明の場合の照合点自動追尾方法は、順次、
領域内の照合一致点探索と平行して予測係数を求めてお
り、照合一致点の方向を直ちに予測して、最も確率の高
い次の探索領域を決めることができる。無指向性に探索
領域を拡大する方法に比較してはるかに探索効率がよ
い。

（４）照合一致点が第２の推論領域外と予測された場
合、むやみに探索領域を拡大することなく、探索基準点
を自動更新して再スタートすることにより探索時間を短
くできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の近似中心点を求める実施例を示し、
第２図は照合率分布の実例を示す。第３図はこの発明に
用いる照合点追尾（探索）の領域を説明する図である。Ｃ……近似中心点、A₁〜D₁……規定領域、A₂〜D₂……第
１の推論領域、A₃₁、A₃₂〜D₃₁、D₃₂……第２の推論領
域。

フロントページの続き (72)発明者入江弘己東京都東村山市諏訪町２丁目11番14号 (72)発明者中畑市雄神奈川県伊勢原市高森５丁目７番504号 (72)発明者浅羽泰之神奈川県相模原市清新１丁目６番20号 (72)発明者佐々木道郎東京都町田市金森1736−３番地審査官千葉輝久

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】マスター指紋画像とサンプル指紋画像を照
合してその同一性を識別する方法において、照合を開始
する基準点（例えば、近似中心点）を定め、該基準点を
中心に同心円状の探索範囲を少なくとも３つ設定し、該
基準点を中心とする中心点近傍の円内を４ブロックの扇
形領域（規定領域）に分割し、その外側の規定領域を除
く円内を４〜８ブロックの扇形領域（第１の推論領域）
に分割し、さらにその外側の規定領域及び第１の推論領
域を除く円内を８ブロックの扇形領域（第２の推論領
域）に分割し、規定領域、第１の推論領域、第２の推論
領域の順にマスター画像の照合基準点を移動して照合一
致点を予測しながら探索することを特長とする照合点自
動追尾方法。
【請求項２】規定領域で照合一致点が存在しなかった
時、最も予測係数の高かった規定領域の外側の第１の推
論領域を次に探索することを特長とする特許請求の範囲
第１項記載の照合点自動追尾方法。
【請求項３】規定領域及び第１の推論領域のいずれにも
一定基準以上の照合率を示す点が存在しない時、両画像
は別のものであると判定することを特長とする特許請求
の範囲第１項記載の照合点自動追尾方法。
【請求項４】第１の推論領域にも照合一致点は存在しな
かったが、予測係数が発生した時は、この予測係数と規
定領域内での予測係数を比較して、増加した時は優先的
にその外側の第２の推論領域を探索し、減少した時は規
定領域での予測順位に従って第１の推論領域の別ブロッ
クを次に探索することを特長とする特許請求の範囲第２
項記載の照合点自動追尾方法。
【請求項５】規定領域及び第１、第２の推論領域とも照
合一致点が存在せず、かつ予測係数が順次増加している
場合（第２の推論領域の外側に照合一致点が存在すると
予測される場合）、最終探索領域の最高照合率点を新た
な照合開始点として前記第１〜第４項の自動追尾を再ス
タートさせることを特長とする特許請求の範囲第４項記
載の照合点自動追尾方法