JP4477258B2

JP4477258B2 - 指紋照合装置

Info

Publication number: JP4477258B2
Application number: JP2001099168A
Authority: JP
Inventors: 寿哉三浦
Original assignee: Secom Co Ltd
Current assignee: Secom Co Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002298127A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、指紋照合装置、それに用いる指紋登録方法及び指紋照合方法に関し、特に照合精度の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、指紋を光学式や静電容量式の指紋読み取りセンサで画像化し、予め登録された指紋と照合する指紋照合装置がある。ちなみに、指紋読み取りセンサには、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子等の光学式が多く用いられている。
【０００３】
指紋画像を取り込む際には指を入力部に押し当て、入力部に接触した指の接触領域の指紋が、センサにより画像化される。従来は、接触領域が所定の大きさになったときに、指紋画像の取り込みが行われる。それに合わせて、予め登録される指紋画像も所定の大きさを有するものが格納される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
照合時に取り込む入力指紋及び、それと照合される予め登録された登録指紋を所定の大きさの指紋画像とする従来の方法・構成では、指の大きさには個人差があるので、照合に好適な入力指紋・登録指紋が得られないことがあった。例えば、指紋画像が所定の大きさとなるときの入力部に対する指の押圧は、概して、指の大きい人では小さく、一方、指の小さい人では大きくなる。そのため、押圧が強くて指紋の隆線（凸部）がつぶれた指紋画像となったり、反対に押圧が弱くて隆線がかすれた指紋画像となることがあり、これら指紋画像では十分な照合精度が得られないという問題があった。
【０００５】
これに対して、指による押圧が所定値となったタイミングで、指紋を読み取る構成・方法とした場合には、皮膚の柔らかさの個人差によって、照合に好適な入力指紋・登録指紋が得られないことがある。例えば、一定の押圧で指紋を読み取ると、皮膚の固い人の場合は、入力部に接触する指の面積が小さく、指の一部分の指紋しか読み取れないことがあり、一方、皮膚の柔らかい人の場合は、隆線がつぶれてしまい、これらの指紋画像ではやはり十分な照合精度が得られないという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、個人差の影響を少なくして照合精度が向上する指紋照合装置、それに用いる指紋登録方法及び指紋照合方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る指紋照合装置は、指紋読み取りセンサに押し当てた指から入力指紋を読み取り、前記入力指紋と予め登録された登録指紋との照合を行う指紋照合装置において、前記指紋読み取りセンサに対する前記指の押圧が所定値以上となるとオン状態となる圧力スイッチと、被登録者の前記入力指紋に基づいて、当該被登録者の前記登録指紋を定めて登録する登録処理部とを有し、前記登録処理部が、前記圧力スイッチがオン状態に切り替わった時点から所定時間だけ遅延した読み取りタイミングにて、前記指紋読み取りセンサにより前記入力指紋を読み取る被登録者指紋サンプリング手段を有する。
【０００８】
本発明によれば、異なる被登録者に対して圧力スイッチは一定の押圧でオン状態となるが、登録指紋の採取はその圧力スイッチがオンしたタイミングではなく、その後、比較的短い所定時間だけ遅延したタイミングにて行われる。被登録者とは、装置に指紋を予め登録される者であり、通常は指紋照合によって認証を与えられるユーザである。圧力スイッチがオンする押圧の設定値は、指紋読み取りセンサに対する指の押圧が上昇する途中のレベルに設定され、オンした後、登録指紋の採取が行われる所定時間経過後には基本的にさらに押圧が増加している。そのときの押圧は、一般に被登録者に応じて異なる。採取される入力指紋は１つだけでもよいが、遅延した複数の所定読み取りタイミングにてそれぞれ読み取って、複数採取してもよい。同一の被登録者について複数の入力指紋を採取した場合には登録指紋は、例えばそれらのうちのいずれか好適なものを選択してもよい。
【０００９】
別の本発明に係る指紋照合装置は、前記登録処理部が、任意の前記被登録者について、前記読み取りタイミングを変えて複数の前記入力指紋を取得する。
【００１０】
本発明によれば、一人の被登録者に対し、圧力スイッチがオンしてからの経過時間が異なる複数のタイミングにて、それぞれ入力指紋の読み取りが行われ、それら複数の入力指紋に基づいて登録指紋が定められ、登録される。
【００１１】
本発明の好適な態様は、前記登録処理部が、任意の前記被登録者について、前記読み取りタイミングを変えながら、前記被登録者指紋サンプリング手段を複数回用いる指紋照合装置である。本態様では、被登録者は複数回、指紋読み取りセンサに指を押し当て、複数回、被登録者指紋サンプリング手段が起動される。被登録者指紋サンプリング手段は、同一の被登録者について連続して起動される度に、読み取りタイミングを変えて、入力指紋の読み取りを行って、異なるタイミングでの複数の入力指紋を採取する。
【００１２】
本発明の他の好適な態様は、前記被登録者指紋サンプリング手段が、前記圧力スイッチがオン状態となると、複数の前記読み取りタイミングにてそれぞれ前記入力指紋を読み取る指紋照合装置である。本態様では、被登録者が１回、指紋読み取りセンサに指を押し当て、被登録者指紋サンプリング手段が起動されると、被登録者指紋サンプリング手段は、圧力スイッチがオン状態となってからの経過時間が異なる複数の所定タイミングにて入力指紋の読み取りを行って、複数の入力指紋を採取する。
【００１３】
さらに別の本発明に係る指紋照合装置においては、前記登録処理部が、前記任意の被登録者について得られた複数の前記入力指紋のうち、前記照合に適したものを前記登録指紋として選択する選択手段と、前記登録指紋及び、当該登録指紋に対応する前記読み取りタイミングを前記被登録者に関連づけて登録する登録手段とを有する。
【００１４】
本発明によれば、複数採取された入力指紋のうち、照合に好適なものが原則として一つ選択され、登録指紋とされる。照合に好適であるかどうかは、採取された指紋の大きさ、指紋画像のコントラストが鮮明であるか、欠落部分がないかなどに基づいて判断することができる。登録指紋が被登録者と関連づけて記憶されるとともに、本発明では、登録指紋とされた入力指紋が採取された読み取りタイミング、すなわち、圧力スイッチがオンしてからの経過時間も被登録者と関連づけて記憶される。
【００１５】
また別の本発明に係る指紋照合装置は、前記被登録者と照合される被照合者により前記圧力スイッチがオン状態とされると、当該被登録者に関して登録された前記読み取りタイミングにて、当該被照合者について入力指紋を読み取る被照合者指紋サンプリング手段を有する。
【００１６】
本発明によれば、被照合者が或る被登録者であるか否かを指紋照合に基づいて判断する際に、被照合者の入力指紋は、当該被登録者について登録されている読み取りタイミングと基本的に同じタイミングにて読み取られる。すなわち、被照合者に対し圧力スイッチがオン状態となってからの時間が、被登録者に対する圧力スイッチがオン状態となってから登録指紋とされる入力指紋が採取された時点までの時間となったときに、被照合者からの入力指紋の読み取りが行われる。これにより、被照合者が照合対象とされる被登録者であれば、入力指紋の採取条件が登録指紋と同様となるという点で、両者を照合した場合の精度が向上する。また登録指紋は複数の入力指紋から照合に好適なものとして選択されたものであり、この登録指紋と同じタイミングで採取される入力指紋は、登録指紋と同様に、例えば鮮明である等の点で照合に好適であることが期待される。よって、この点でもこれら入力指紋と登録指紋とを照合した場合の精度向上が図られる。
【００１７】
本発明の指紋登録方法は、前記指紋読み取りセンサに対する前記指の押圧が所定値以上となった後、複数の読み取りタイミングにてそれぞれ前記入力指紋を読み取る指紋読み取りステップと、前記指紋読み取りステップにて任意の被登録者について得られた複数の前記入力指紋のうち、前記指紋照合に適したものを前記登録指紋として選択する選択ステップと、前記登録指紋及び、当該登録指紋に対応する前記読み取りタイミングを前記被登録者に関連づけて登録する登録ステップとを有する。
【００１８】
本発明に係る指紋照合方法は、被登録者の前記入力指紋に基づいて前記登録指紋を定めて登録する登録処理ステップと、被照合者の前記入力指紋と前記被登録者の前記登録指紋との照合を行う照合処理ステップとを有し、前記登録処理ステップは、前記指紋読み取りセンサに対する前記被登録者の指の押圧が所定値以上となった後、複数の読み取りタイミングにてそれぞれ前記入力指紋を読み取る被登録者指紋読み取りステップと、前記被登録者指紋読み取りステップにて任意の前記被登録者について得られた複数の前記入力指紋のうち、前記照合に適したものを前記登録指紋として選択する選択ステップと、前記登録指紋及び、当該登録指紋に対応する前記読み取りタイミングを前記被登録者に関連づけて登録する登録ステップとを含み、前記照合処理ステップは、前記指紋読み取りセンサに対する前記被照合者の指の押圧が前記所定値以上となった後、前記被登録者に関して登録された前記読み取りタイミングにて、当該被照合者の前記入力指紋を読み取る被照合者指紋読み取りステップを有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る指紋照合装置の概略のブロック図である。本装置は、本体モジュール２と操作モジュール４とからなる。操作モジュール４は、指紋照合による認証を必要とする箇所に設置される。例えば、操作モジュール４はセキュリティが保持されるエリアへの入口近傍に設置され、当該エリアへ入場しようとする者は、操作モジュール４に自分の指を提示して指紋照合による認証を受ける。操作モジュール４での照合結果は、本体モジュール２へ伝達される。本体モジュール２は、認証を与えるユーザの指紋情報（登録指紋）を記憶すると共に、例えば入口の電気錠の開閉等の制御を行う。本体モジュール２は登録指紋の漏えい等を防止するため、操作モジュール４とは別体に構成され、セキュリティが保たれる場所に設置される。
【００２１】
本体モジュール２は、記憶部１０、制御部１２を含んで構成される。記憶部１０には、例えば、登録ユーザ（被登録者）の情報が格納される。登録ユーザの情報は例えば、識別番号（ＩＤ番号）、登録指紋、及び後述する付加情報などである。制御部１２は操作モジュール４からの照合結果に基づいて、例えば電気錠の開閉やアラーム発生などを行う。
【００２２】
操作モジュール４は、指紋入力部２０、処理部２２、操作部２４、表示部２６を含んで構成される。
【００２３】
指紋入力部２０は、指紋読み取りセンサ３０、圧力スイッチ３２を含んで構成される。図２は、指紋入力部の模式的な断面図である。本装置では指紋読み取りセンサ３０は光学的に指紋を読み取るものである。具体的には、透明ガラス板等で構成された指置部４０へ向けて、ＬＥＤ（Light Emission Diode）等の光源４４からの光がプリズムレンズ４６を介して照射される。指置部４０の表面には、指４２が押し当てられ、その接触部分の指紋が現れる。その指紋がＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の撮像素子４８で撮影される。これら指置部４０、光源４４、プリズムレンズ４６及び撮像素子４８が指紋読み取りセンサ３０を構成する。
【００２４】
圧力スイッチ３２は、指置部４０の下に配置された感圧部５０に作用する押圧が所定値以上となるとオン状態となる。圧力スイッチ３２は感圧部５０自体がスイッチの機能を有するものであってもよいし、その他、例えば、感圧部５０を圧力センサとし、その圧力センサ及びその出力に応じてオン／オフを制御する制御回路によって圧力スイッチ３２を構成することもできる。圧力スイッチ３２は、指置部４０に指が押し当てられたときに、指紋読み取りセンサ３０による指紋読み取り動作を起動するためのものである。
【００２５】
処理部２２は、照合処理部６０、登録処理部６２を含んで構成される。処理部２２は、基本的には中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）で構成され、照合処理部６０、登録処理部６２はそれぞれＣＰＵで実行されるソフトウェアである。それぞれの処理内容については後述する。
【００２６】
操作部２４はユーザのＩＤ番号の入力や、指紋登録時の動作切り替え指示等を行うための入力部である。表示部２６は、入力されたＩＤ番号や装置の動作状態、操作案内、エラーメッセージなどを表示する出力部である。本装置では、操作部２４及び表示部２６はタッチパネル付きＬＣＤ（Liquid Crystal Display）で一体に構成される。
【００２７】
次に本装置における指紋登録時の動作・処理を説明する。図３は、指紋登録時の処理フロー図である。本装置により認証を与えるユーザを新たに登録する場合、又は既登録ユーザの情報を更新する場合には、登録処理部６２を起動して、当該ユーザの登録ユーザ情報を新たに記憶部１０に記録する。通常、処理部２２では照合処理部６０による照合処理が実行されているので、登録処理を行うためには登録処理部６２を起動して処理を照合処理から登録処理へ切り替える操作を操作部２４から別途行う（Ｓ１００）。
【００２８】
登録処理部６２が起動されると、被登録者に割り当てられたＩＤ番号が、当該被登録者自身又は他の操作者によって操作部２４から入力される（Ｓ１０５）。登録処理部６２は、指紋の読み取り回数ｋを１に初期化する（Ｓ１１０）。次に、被登録者は自分の指を指紋入力部２０の指置部４０に押し当て、装置は指紋読み取りセンサ３０で被登録者の指紋を読み取る。
【００２９】
この読み取り動作は、被登録者が指紋読み取りセンサ３０に押し当てた指の押圧が圧力スイッチ３２に設定された所定値以上となったことにより起動され、所定回数（ここでは例えば４回）、繰り返される。押圧が所定値以上となると圧力スイッチ３２がオン状態となり（Ｓ１１５）、登録処理部６２はこのオン状態となった時点からの経過時間を計時する。その経過時間が所定時間Ｔ_ｋとなると、登録処理部６２は指紋読み取りセンサ３０を駆動して、タイミングＴ_ｋでの指紋画像Ｐ_ｋを取り込む（Ｓ１２０）。なお、ここで、タイミングＴ_ｋは、ｋの値に応じて、すなわち読み取り動作の回毎に異なるように設定される。また読み取りタイミングＴ_ｋが異なることにより、指紋画像Ｐ_ｋも各回毎に異なり得る。例えば、Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４はそれぞれ０ミリ秒、１００ミリ秒、２００ミリ秒、３００ミリ秒とすることができる。これらＴ_ｋは例えば、指の押圧が増加している過渡期間内に設定され、これにより、指置部４０への密着度の異なる複数の指紋画像が得られる。
【００３０】
登録処理部６２は、指紋画像Ｐ_ｋが得られると、その指紋画像が照合に適している程度を示す評価値Ｖ_ｋを算出する（Ｓ１２５）。この評価値は、例えば、指紋画像のコントラストの鮮明度を用いることができる。コントラストの鮮明度は、例えば、指紋画像内のある直線上での画像データの変動パターンに基づいて定めることができる。例えば、隆線の部分と、隆線の間隙との画像データの変動が大きいことに基づいて、大きな評価値を与えることができる。また、指紋画像内の隆線が欠落した部分や隆線がつぶれた部分を認識して、それらの部分の割合が低いほど大きな評価値を与えることができる。また、指紋画像内に検出される特徴点の数、その鮮明度に基づいて評価値を定めることもできる。また、指紋照合を精度良く行うためにはある程度の数の特徴点を必要とし、これを満たすために指と指置部４０との接触面積がある程度以上であることを評価値算定において考慮してもよい。
【００３１】
上記ステップＳ１１５〜Ｓ１２５の処理が一回の指紋画像の読み込み動作である。登録処理部６２は、回数ｋを順次、インクリメントしながら（Ｓ１３０）、異なるタイミングＴ_ｋで指紋画像の読み込み動作を反復し、所定回数（ここでは４回）完了すると（Ｓ１３５）反復動作を終了する。そして登録処理部６２は、各指紋画像Ｐ_ｋについて求めた評価値Ｖ_ｋを比較し（Ｓ１４０）、最も優れた評価値が得られた指紋画像Ｐ_ｋを登録指紋Ｐ_Ｒとして、ステップＳ１０５で入力された当該被登録者のＩＤ番号と関連づけて記憶部１０に格納する。またその登録指紋Ｐ_Ｒが得られたタイミングＴ_ｋを、照合タイミングＴ_Ｒとし、当該被登録者の付加情報の一つとして記憶部１０に格納する（Ｓ１４５）。
【００３２】
次に本装置における指紋照合時の動作・処理を説明する。図４は、指紋照合時の処理フロー図である。指紋照合により認証を求める者、すなわち被照合者は基本的には既登録のユーザであり、自分のＩＤ番号を取得している。被照合者は自分のＩＤ番号を操作部２４から入力して（Ｓ２００）、指置部４０に指を押し当てる。照合処理部６０はＩＤ番号を入力されると、そのＩＤ番号に関連づけられている登録ユーザ情報、すなわち登録指紋Ｐ_Ｒ、照合タイミングＴ_Ｒを記憶部１０から読み出す（Ｓ２０５）。
【００３３】
次に、指置部４０に押し当てられた被照合者の指紋を読み取る動作は、上記指紋登録時と同様、被照合者が指紋読み取りセンサ３０に押し当てた指の押圧が圧力スイッチ３２に設定された所定値以上となったことにより起動される。押圧が所定値以上となると圧力スイッチ３２がオン状態となり（Ｓ２１０）、照合処理部６０はこのオン状態となった時点からの経過時間を計時する。その経過時間が照合タイミングＴ_Ｒとなると、照合処理部６０は指紋読み取りセンサ３０を駆動して、照合タイミングＴ_Ｒでの指紋画像（照合指紋Ｐ_Ｓ）を取り込む（Ｓ２１５）。なお、圧力スイッチ３２がオン状態となる圧力の設定値は、登録処理時と照合処理時とで同一である。
【００３４】
照合処理部６０は、照合指紋Ｐ_ＳとステップＳ２０５にて読み出された登録指紋Ｐ_Ｒとを照合する（Ｓ２２０）。照合判定の結果が合格であれば（Ｓ２２５）、合格時の処理として、照合処理部６０から本体モジュール２の制御部１２への通知が行われ、制御部１２は例えば、入口の電気錠の解錠等の処理を行う（Ｓ２３０）。一方、照合判定の結果が不合格であれば（Ｓ２２５）、照合処理部６０は不合格時の処理を行う（Ｓ２３５）。例えば、照合処理部６０は、不合格である旨のメッセージや照合指紋Ｐ_Ｓを表示部２６に表示する。また照合処理部６０は例えば、同一の被照合者が所定回数、連続して不合格となった場合などに、異常を制御部１２へ通知する。
【００３５】
上記構成は、複数のタイミングの異なる指紋画像を取り込む際に、被登録者はその都度、指置部４０を押し直して、圧力スイッチ３２をオン状態とするものである。これに対して、圧力スイッチ３２が一回オン状態とされると、登録処理部６２が異なるタイミングでの指紋画像を次々と取り込むように構成することもできる。
【００３６】
また、上記構成は、被照合者がＩＤ番号を入力し、そのＩＤ番号に関連づけられる登録指紋Ｐ_Ｒと照合指紋Ｐ_Ｓとが一対一で照合されるものである。ここで、例えば、本装置を家庭用とする場合などには、被登録者の人数が少ないので、ＩＤ番号の入力を省略し、照合指紋Ｐ_Ｓを全ての登録ユーザの登録指紋Ｐ_Ｒと照合するように構成しても、照合に要する時間は許容範囲内である。この構成ではＩＤ入力が不要となるので、ＩＤ番号を憶えることも不要となり、誰でも容易に操作することが可能となる。この場合には、登録指紋Ｐ_Ｒ毎に照合タイミングＴ_Ｒが異なり得る。ここでも照合処理部６０は、照合タイミングが同じ登録指紋と照合指紋とを照合する。そのために照合処理部６０は例えば、圧力スイッチ３２が一回オン状態とされると、異なるタイミングでの指紋画像を次々と取り込み、各照合タイミングでの指紋画像を取り込むように構成される。そして、それら被照合者から採取した複数の指紋画像のうち、照合対象となる登録指紋と同じタイミングのものが照合指紋として選択され、照合判定が行われる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の指紋照合装置、それに用いる指紋登録方法及び指紋照合方法によれば、照合に好適な登録指紋が個人毎に定められるので、照合精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である指紋照合装置の概略のブロック図である。
【図２】指紋入力部の模式的な断面図である。
【図３】指紋登録時の処理フロー図である。
【図４】指紋照合時の処理フロー図である。
【符号の説明】
２本体モジュール、４操作モジュール、１０記憶部、１２制御部、２０指紋入力部、２２処理部、２４操作部、２６表示部、３０指紋読み取りセンサ、３２圧力スイッチ、４０指置部、４４光源、４８撮像素子、５０感圧部、６０照合処理部、６２登録処理部。

Claims

指紋読み取りセンサに押し当てた指から入力指紋を読み取り、前記入力指紋と予め登録された登録指紋との照合を行う指紋照合装置において、
前記指紋読み取りセンサに対する前記指の押圧が所定値以上となるとオン状態となる圧力スイッチと、
被登録者の前記入力指紋に基づいて、当該被登録者の前記登録指紋を定めて登録する登録処理部と、
を有し、
前記登録処理部は、
任意の前記被登録者について、前記圧力スイッチがオン状態に切り替わった時点から読み取りタイミングを変えて前記指紋読み取りセンサにより複数の前記入力指紋を読み取る被登録者指紋サンプリング手段と、
前記任意の被登録者について得られた複数の前記入力指紋のうち、前記照合に適したものを前記登録指紋として選択する選択手段と、
前記登録指紋及び、当該登録指紋に対応する前記読み取りタイミングを前記被登録者に関連づけて登録する登録手段と、を有すること、
を特徴とする指紋照合装置。
請求項１記載の指紋照合装置において、
前記被登録者と照合される被照合者により前記圧力スイッチがオン状態とされると、当該被登録者に関して登録された前記読み取りタイミングにて、当該被照合者について入力指紋を読み取る被照合者指紋サンプリング手段を有すること、を特徴とする指紋照合装置。