JP2990488B2 - 指紋照合装置及び指紋押捺判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、指紋照合に於ける誤判
定を防止した指紋照合装置及び指紋押捺判定方法に関す
る。予め指紋を登録し、本人確認を行う時に指紋撮像部
により指紋を撮像して、登録指紋と照合する指紋照合装
置が知られており、その場合の照合すべき指紋を正しく
撮像していているか否かを判定することが必要である。

【０００２】

【従来の技術】図５は指紋撮像部の説明図であり、２１
はカメラ、２２は光源、２３はプリズム、２４は弾性
膜、２５は指紋押捺の為の指を示す。カメラ２１は、例
えば、ＣＣＤカメラとすることができ、押捺面（弾性膜
２４の面）に対して臨界角θ以下の角度に配置され、光
源２２からプリズム２３を介して押捺面を照明した時、
指２５が載置されていない場合は、カメラ２１に反射光
が入射されない構成となり、押捺面の弾性膜２４上に指
２５をのせると、その指２５の指紋を形成する隆線，谷
線に対応した反射光がカメラ２１に入射され、カメラ２
１から指紋を撮像した信号が出力される。

【０００３】又弾性膜２４は、指２５との密着性を向上
して、乾燥した指でも鮮明な指紋を撮像できるようにす
る為のものであり、或る程度の耐磨耗性が必要である。
その為、使用可能で無色透明な材料が存在しない。従っ
て、強い光が外部から押捺面に入射されると、弾性膜２
４自身による散乱光が発生してカメラ２１に入射される
ことがある。又弾性膜２４に疵がついた場合や塵埃が付
着した場合、光源２２からの照明により反射光が生じて
カメラ２１に入射される。

【０００４】指紋照合装置としては、指紋押捺面（弾性
膜２４上）に指２５を載置し、カメラ２１により指紋を
撮像して処理することになるが、カメラ２１からの画像
信号が指紋撮像によるものであるか否かを判定する必要
がある。その為に、従来例の指紋照合装置に於いては、
例えば、（ａ）押捺面に指を載置した時に、その指から
の反射光がカメラ２１に入射されるから、カメラ２１に
よる撮像画面内の指紋照合等に用いる判定エリア内の平
均輝度を求め、この平均輝度が予め設定された閾値を超
えた時に、指２５による反射光がカメラ２１に入射され
たものと推定して、指紋押捺と判定し、その時の撮像画
像信号を取込み、指紋登録や指紋照合を行う方式が知ら
れている。

【０００５】又（ｂ）判定エリア内を複数のブロックに
分割し、各ブロック内の平均輝度が閾値を超えたブロッ
クの数が所定値以上の時に、押捺状態と判定する方式も
知られている。又判定エリア内のブロック数をｊ、ブロ
ック内画素数をｍ、判定エリア内の画素の輝度をＰ_qnと
すると、或るブロックの平均輝度Ａ_q は、 Ａ_q ＝（Σ_n=1 ^n=m Ｐ_qn）／ｍ …（１） と表すことができる。そして、或る閾値ａに対して前述
の平均輝度がＡ_q ＞ａとなるブロックの総数を求めてＮ
とし、この総数Ｎが或る閾値ｂに対してＮ＞ｂの関係と
なった時に、指紋押捺と判定する方式も知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来例の（ａ）
の判定エリア内の平均輝度が閾値を超えた時に、指紋押
捺と判定する方式は、直射日光等のように、強い光が指
紋押捺面に入射されると、弾性膜２４の散乱光がカメラ
２１に入射されて、全面が全体的に白い画面となり、平
均輝度が上昇する。即ち、押捺判定に於いて誤りが生じ
ることになる。

【０００７】又従来例（ｂ）の判定エリア内の各ブロッ
クの平均輝度が閾値ａを超えた数Ｎを求め、その数Ｎが
閾値ｂを超えた時に、指紋押捺と判定する方式は、光源
２２の照明むらを救済できるとしても、従来例の（ａ）
の場合と同様に、強い光が押捺面に入射されると、各ブ
ロックの平均輝度が大きくなるから、押捺判定に誤りが
生じることになる。本発明は、このような押捺判定の誤
りを防止した指紋照合装置及び指紋押捺判定方法を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の指紋照合装置及
び指紋押捺判定方法は、光源からの照明による反射光を
入射させて撮像する構成の指紋撮像部１と、指紋判定エ
リア内を複数のブロックに分割し、指紋撮像部１からの
多値画像信号を基に、ブロック内の平均輝度を算出する
ブロック内平均輝度算出部２と、このブロック内平均輝
度算出部２からのブロック内平均輝度と判定エリア内の
各画素の輝度との偏差を求め、この偏差に対応する画素
数を求める輝度偏差算出，配列化部３と、この輝度偏差
算出，配列化部３からの偏差に対応する画素数につい
て、偏差が零近傍の所定の範囲内の画素数が閾値を超え
ない時に、指紋撮像部１に対して指紋押捺状態となった
と判定する押捺判定部４と、この押捺判定部４による指
紋押捺状態を判定した時の指紋撮像部１からの多値画像
信号を基に指紋照合を行う指紋照合部５とを備えてい
る。

【０００９】又指紋照合装置に於ける指紋押捺判定方法
は、指紋撮像部１によって撮像した多値画像信号を基
に、指紋の判定エリア内の複数のブロック毎に平均輝度
を求め、このブロック毎の平均輝度とそのブロック内の
画素の輝度との偏差を求め、判定エリア全体について偏
差に対応する画素数を求め、横軸を偏差、縦軸を画素数
に配列した時に、偏差が零の点から横軸方向に所定の値
をシフトした点を中心とした所定範囲内に於ける画素数
が閾値を超えたか否かを判定し、超えない時は指紋押捺
状態であると判定する過程を含むものである。

【００１０】

【作用】ＣＣＤカメラ等を含む指紋撮像部１からの多値
画像信号は、インタフェース部６を介してブロック内平
均輝度算出部２に加えられ、このブロック内平均輝度算
出部２は、撮像エリア内の判定エリアを複数のブロック
に分割して、各ブロック内の平均輝度を算出する。輝度
偏差算出，配列化部３は、ブロック内平均輝度とそのブ
ロック内の各画素の輝度との偏差を求め、判定エリアの
全画素について処理し、偏差と画素数との対応を求め
る。押捺判定部４は、偏差が零近傍の所定範囲内の画素
数が閾値を超えた時は、外光が指紋撮像部１に入射した
ものと判定し、又超えない時は、指紋撮像部１に対して
指紋押捺状態となっていると判定し、その時の指紋撮像
部１からの多値画像信号を二値化部７に於いて二値化
し、記憶部８に登録された二値化登録指紋と指紋照合部
５に於いて照合し、照合判定を出力する。

【００１１】又押捺判定方法は、指紋の判定エリア内の
複数のブロック毎に平均輝度を求めて、このブロックの
各画素の輝度とブロック内平均輝度との偏差を求め、次
に、判定エリア全体について偏差と画素数との関係を求
める。そして、横軸を偏差、縦軸を画素数とすると、外
光入射の場合、或いはこれと反対に指紋撮像部１への入
射光が僅かの反射光のみの場合、殆どの画素は、ブロッ
ク内平均輝度との偏差が零又はそれに近いものとなり、
偏差零近傍の画素数は閾値を超える程度に多くなる。こ
れに対して、指紋押捺状態の場合は、指紋に対応した反
射光が指紋撮像部１に入射されるから、偏差零近傍の画
素数は少なくなり、この偏差零近傍を中心に双峰特性の
画素数分布となって、偏差零近傍の画素数は閾値を超え
ないものとなる。又指紋撮像部１や各部の構成の電気的
な特性に対応して、偏差に対する画素数分布特性は、偏
差零を中心に対象性を有するものではないから、偏差零
の点から横軸方向に所定の値をシフトした点を中心とし
て、所定範囲内の画素数が閾値を超えたか否かを判定す
る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の実施例の指紋照合装置の説明
図であり、１は指紋撮像部、２はブロック内平均輝度算
出部、３は輝度偏差算出，配列化部、４は押捺判定部、
５は指紋照合部、６はインタフェース部、７は二値化
部、８は記憶部である。指紋撮像部１は、図５に示すよ
うに、カメラ２１と光源２２とプリズム２３と弾性膜２
４とを含む構成を有するものである。

【００１３】この指紋撮像部１による多値画像信号は、
例えば、インタフェース部６に於いてディジタル信号に
変換されてブロック内平均輝度算出部２に加えられる。
このブロック内平均輝度算出部２と輝度偏差算出，配列
化部３と押捺判定部４とは、それぞれの機能の論理回路
によって実現することもできるが、マイクロプロセッサ
等による演算処理機能によっても容易に実現することが
できる。

【００１４】図２は本発明の実施例のフローチャートで
あり、ステップ（ａ）〜（ｆ）によって指紋押捺判定の
動作を示し、以下図１も参照して説明する。指紋撮像部
１により撮像した撮像多値画像をインタフェース部６を
介して取込み（ａ）、ブロック内平均輝度算出部２に於
いて判定エリア内の各ブロック内平均輝度を算出する
（ｂ）。

【００１５】例えば、図３に示す撮像エリア１１を５１
２×５１２画素構成とすると、その中の判定エリア１２
は、例えば、４００×３２０画素構成とすることがで
き、又判定エリア１２を複数のブロック１３に分割す
る。各ブロック１３は、例えば、１６×１６画素構成と
することができる。

【００１６】前述と同様にして、判定エリア１２内のブ
ロック１３の数をｊ、ブロック内画素数をｍ、判定エリ
ア１２内の画素の輝度をＰ_qnとすると、ブロック内平均
輝度Ａ_q は、（１）式によって求めることができる。前
述のように、判定エリア１２の画素数を４００×３２
０、ブロック１３の画素数を１６×１６とすると、ｊ＝
５００、ｍ＝２５６となる。

【００１７】ブロック内平均輝度を求め（ｂ）、更に、
各画素の輝度と各ブロック内平均輝度との差を求め、こ
の差が同一の画素数を求める（ｃ）。即ち、輝度偏差算
出，配列化部３に於いて、ブロック内平均輝度Ａ_q とこ
のブロック内の各画素の輝度Ｐ_qnと偏差を求め、判定エ
リア１２内の全画素についてそれぞれ偏差を求めて、同
一偏差の画素数を求める。

【００１８】そして、横軸に偏差、縦軸に画素数となる
ように、偏差に対する画素数分布を求める。即ち、輝度
偏差算出，配列化部３に於いて同一偏差の画素数を累算
して、テーブル等を用いて偏差対応に画素数を配列す
る。図４は偏差に対する画素数分布の一例を示し、同図
の曲線Ａは外光が入射した場合、曲線Ｂは指紋押捺の場
合を示す。即ち、外光が入射した場合には、判定エリア
１２内の各ブロック１３は殆ど同一の輝度となるから、
偏差０近傍の画素数が多くなる。従って、単峰特性とな
る。理想的には、判定エリア１２内が均一輝度であれ
ば、偏差０の画素数は、前述の場合１２８０００とな
り、他の偏差の画素数は０となる。このように、指紋押
捺状態でない場合は、閾値をσとすると、単峰特性とな
るから、閾値σを超えることになる。

【００１９】又指紋を撮像した場合は、指紋の隆線と谷
線との微小パターンに対応した輝度分布となるから、偏
差０近傍の画素数は比較的少なくなる。即ち、ブロック
内平均輝度と同一の輝度の画素は少なくなり、偏差の比
較的広い範囲にわたって偏差対応の画素数の分布とな
り、偏差＋又は偏差−の或る値で画素数が最大となる双
峰特性となる。この場合の最大画素数は閾値σを超えな
いものとなる。

【００２０】実際には、偏差と画素数との関係は、指紋
撮像部１の特性、インタフェース部６等に於ける増幅特
性、多値画像信号のディジタル化特性等によって、曲線
Ａの最大値又は曲線Ｂの谷部は偏差０の位置と一致しな
いことになる。そこで、偏差０の位置から特性に対応し
た所定値αだけ横軸方向にシフトした点を中心に±βの
範囲を定め、この範囲内の画素数が閾値σを超えている
か否かを調べる（図２のステップ（ｄ））。図４に於い
ては偏差０の位置から−偏差方向にシフトした場合を示
すが、各部の特性によっては＋偏差方向にシフトするこ
ともある。又±βの値は、曲線Ａ，Ｂの形状等を考慮し
て選定するものであり、曲線Ｂの偏差０近傍の画素数の
少ない範囲を含み、且つ曲線Ａの偏差０近傍の画素数の
多い範囲を含むように設定し、判定誤りを低減すること
ができる。

【００２１】そして、±βの範囲内に閾値σを超える画
素数があるか否かを判定し（図２のステップ（ｅ））、
閾値σを超えた画素数があれば、指紋押捺状態ではな
く、外光等によるものであるから、ステップ（ａ）に移
行し、閾値σを超えた画素数がなければ、指紋押捺と判
定し、指紋の登録，照合の処理を行う（ｆ）。即ち、押
捺判定部４に於いて、ステップ（ｅ）の処理を行い、指
紋押捺状態と判定すると、二値化部７に於いて二値化
し、指紋登録時は記憶部８に登録し、指紋照合時は、記
憶部８から登録した指紋を読出して、指紋照合部５に於
いて照合し、本人確認か否かの照合判定出力が得られ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の指紋照合
装置は、指紋撮像部１と、ブロック内平均輝度算出部２
と、輝度偏差算出，配列化部３と、押捺判定部４と、指
紋照合部５とを含み、判定エリアの各ブロック内平均輝
度と各画素の輝度との偏差を求めて、同一偏差の画素数
を求めて、その画素数が閾値σを超えるか否かを判定
し、超えない場合は指紋押捺状態と判定して、指紋照合
を行うものであり、指紋押捺状態でなく、強い外光が入
射した場合、又は反対に何も入射されない場合に、偏差
０近傍の画素数が多くなるから、指紋押捺状態を確実に
判定することができる利点があり、指紋照合時は勿論、
指紋登録時に於いても、指紋を正しく読取ったか否かを
判定することができる。

【００２３】又指紋撮像部１と、ブロック内平均輝度算
出部２と、輝度偏差算出，配列化部３と、押捺判定部４
とを含む指紋照合装置に於いて、判定エリア内の複数の
ブロック毎の平均輝度とブロック内の画素の輝度との偏
差を求め、横軸に偏差、同一偏差の画素数を縦軸に表し
た時に、偏差０の点から横軸方向に所定の値αシフトし
た点を中心に、±βの範囲内に於ける画素数が閾値σを
超えない時に、指紋押捺状態と判定するもので、各部の
特性に対応してシフト値α、判定範囲βを選定すること
により、指紋押捺状態を正しく判定することができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の指紋照合装置の説明図であ
る。

【図２】本発明の実施例のフローチャートである。

【図３】判定エリアの説明図である。

【図４】本発明の実施例の押捺判定の説明図である。

【図５】指紋撮像部の説明図である。

【符号の説明】

１ 指紋撮像部 ２ ブロック内平均輝度算出部 ３ 輝度偏差算出，配列化部 ４ 押捺判定部 ５ 指紋照合部 ６ インタフェース部 ７ 二値化部 ８ 記憶部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの照明による反射光を入射させ
   て撮像する構成の指紋撮像部と、 指紋の判定エリア内を複数のブロックに分割し、前記指
   紋撮像部からの多値画像信号を基に、前記ブロック内の
   平均輝度を算出するブロック内平均輝度算出部と、 該ブロック内平均輝度算出部からのブロック内平均輝度
   と前記判定エリア内の各画素の輝度との偏差を求め、該
   偏差に対応する画素数を求める輝度偏差算出，配列化部
   と、 該輝度偏差算出，配列化部からの偏差に対応する画素数
   について、偏差が零近傍の所定の範囲内の画素数が閾値
   を超えない時に、前記指紋撮像部に対して指紋押捺状態
   となったと判定する押捺判定部と該押捺判定部による指
   紋押捺状態を判定した時の前記指紋撮像部からの前記多
   値画像信号を基に指紋照合を行う指紋照合部とを備えた
   ことを特徴とする指紋照合装置。
2. 【請求項２】 指紋撮像部によって撮像した多値画像信
   号を基に、指紋の判定エリア内の複数のブロック毎に平
   均輝度を求め、該ブロック毎の平均輝度と該ブロック内
   の画素の輝度との偏差を求め、前記判定エリア全体につ
   いて前記偏差に対応する画素数を求め、横軸を前記偏
   差、縦軸を前記画素数に配列した時に、偏差が零の点か
   ら横軸方向に所定の値をシフトした点を中心とした所定
   範囲内に於ける前記画素数が閾値を超えたか否かを判定
   し、超えない時は指紋押捺状態であると判定する過程を
   含むことを特徴とする指紋照合装置に於ける指紋押捺判
   定方法。