フーリエ位相解析を用いたスワイプセンサ画像アライメントの方法およびシステム
【課題】バイオメトリック画像解析に用いられ得る、背景ノイズ、不均一な照明、およびその他の画像化のアーチファクトの影響を低減するロバストな画像位置合わせ技術が必要とされている。
【解決手段】画像スライスを解析する方法であって、第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定することとを包含する、方法。
【解決手段】画像スライスを解析する方法であって、第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定することとを包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像アライメントに関する。より具体的には、本発明は、スワイプ形式のバイオメトリックセンサデバイスによって生成される部分的な画像を整列させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオメトリック画像解析の分野において、従来の技術は、画像（例えば、指紋）がセンサ機構を横切ってスワイプされるときに、その画像をサンプリングする。このセンサ機能（指紋センサであり得る）は、１回のスワイプの間に指紋の部分的な画像をキャプチャする。この１回のスワイプは、異なる時間の異なる座標系内のデータのセットを生成する。それ故、これらのデータのセットをサンプリングし、部分的な画像を組み合わせ、指紋の完全な画像を形成することによって全体の指紋に関する画像を再構成するために、コンピュータビジョン技術が用いられ得る。
【０００３】
これらの異なるデータのセットを１つの座標系に変換するプロセスは、画像位置合わせの当業者には公知である。位置合わせは、異なる測定結果から獲得されたデータを比較または統合することを可能にするために必要である。
【０００４】
従来の画像位置合わせ技術は、２つの分類、すなわち（ｉ）面積ベースおよび（ｉｉ）特徴ベースに含まれる。オリジナルの画像は、しばしば参照画像と称され、参照画像にマッピングされる画像は、ターゲット画像と称される。面積ベースの画像位置合わせ方法の場合、この技術は、相関量、フーリエ特性、およびその他の構造解析を介して、画像の構造を観察する。
【０００５】
しかしながら、ほとんどの特徴ベースの方法は、画像の特徴の相関に対し、マッピングを細かく調整する。これらの特徴は、例えば、直線、曲線、点、直線交差、境界等を含む。これらの特徴ベースの方法は、画像の全体構造を観察する代わりに、複数の画像を相関付ける。
【０００６】
しかしながら、これらの従来の画像位置合わせ技術の両方は、欠点がある。例えば、従来の技術は、背景ノイズ、不均一な照明、またはその他の画像化のアーチファクトの影響を受けやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、バイオメトリック画像解析に用いられ得る、背景ノイズ、不均一な照明、およびその他の画像化のアーチファクトの影響を低減するロバストな画像位置合わせ技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画像スライスを解析する方法に関する。本発明は、第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換し、変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、第１のスライスと第２のスライスとの間のシフトデータを決定することを含む。
【０００９】
本発明は、２つの部分的な画像の間で、空間領域（特に、指紋のようなバイオメトリック画像）におけるｘ方向およびｙ方向の相対的なシフトを調べるためのユニークなアプローチを提供する。より具体的には、本発明は、相関付けの必要なしに、ノイズのないレベルで、正確なｘ座標とｙ座標とを決定する手段を提供する。２つの連続する部分的な画像の間でｘシフトとｙシフトとの大きさを正確に決定することは、複数の部分的な画像の全てから再構成される全体の指紋を精密かつシームレスに構成することに対して、基本的なことである。
【００１０】
本発明の技術は、背景の照明の問題をほぼ無視する。例えば、指紋に関連する背景画像がグレーまたは暗い背景画像の場合（指紋を囲むリッジによって間違って表現され得る）は、無視される。このプロセスは、ｘシフトとｙシフトとのより正確な決定を助ける。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作は、添付図面を参照して以下に詳細に記載される。
【００１２】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
画像スライスを解析する方法であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定することと
を包含する、方法。
（項目２）
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用することと、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを得ることと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓およびＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、項目２に記載の方法。
（項目５）
上記大きな画像は、ブランク画像である、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記ＦＦＴは、２次元である、項目６に記載の方法。
（項目８）
上記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記垂直および水平のシフト情報に基づいて、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
画像スライスを解析する装置であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換する手段と、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定する手段と
を含む、装置。
（項目１２）
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用する手段と、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを得る手段と
をさらに含む、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
上記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓またはＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、項目１２に記載の装置。
（項目１４）
上記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、項目１２に記載の装置。
（項目１５）
上記大きな画像は、ブランク画像である、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
上記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、項目１１に記載の装置。
（項目１７）
上記ＦＦＴは、２次元である、項目１６に記載の装置。
（項目１８）
上記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、項目１１に記載の装置。
（項目１９）
上記垂直および水平のシフト情報に基づいて、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、項目１８に記載の装置。
（項目２０）
上記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、項目１１に記載の装置。
【００１３】
（摘要）
画像スライスを解析する方法が提供される。本方法は、第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、第１のスライスと第２のスライスとの間のシフトデータを決定することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、従来のスワイプ形式のバイオメトリックセンサデバイスの図示である。
【図２】図２は、指紋画像の一連の重なり合っている画像の図示である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にしたがって適用されるＴｕｋｅｙ窓のグラフ図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態にしたがって配列される拡大されたバイオメトリック画像スライスの図示である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの画像スライスの位相成分と振幅成分との図示である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態にしたがう、バイオメトリック画像アライメントプロセスのブロック図による図示である。
【図６】図６は、本発明が実施され得る例示的なコンピュータシステムのブロック図による図示である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付図面は、記載と一緒に本発明を示しており、さらには、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施および使用することを可能にする。
【００１６】
本発明は、以下、添付図面を参照して記載される。一般に図中では、同じ参照番号は、同一、機能的に類似および／または構造的に類似の要素を示している。要素が最初に現れる図面は、参照番号中の最も左の桁によって示される。
【００１７】
本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。記載されている（少なくとも１つの）実施形態ならびに本明細書中での「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」等への言及は、記載されている（少なくとも１つの）実施形態が、特定の特徴、構造または特性を含み得るが、必ずしも全ての実施形態がその特定の特徴、構造または特性を含むとは限らないということを意味する。さらに、そのようなフレーズは、必ずしも同じ実施形態を参照しない。さらに、特定の特徴、構造または特性が一実施形態に関連して記載されるときには、そのような特定の特徴、構造または特性は、明示的に記載されているか否かに関わらず、その他の実施形態に関連して、そのような特徴、構造または特性の実施のために、当業者の知識の範囲内にあるものとして示される。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態にしたがう、従来のスワイプ形式のバイオメトリックセンサデバイス１００の図示である。図１において、デバイス１００は、バイオメトリックデータ（例えば、指紋データ）を獲得するためのセンサ１０２を含む。一部の実施形態において、センサ１０２は、音響インピディオグラフィ（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄｉｏｇｒａｐｈｙ）または圧電デバイスであり得る。センサ１０２は、バイオメトリックデバイスの部分的な画像（例えば、上述のように指紋）をキャプチャするために用いられる。
【００１９】
図２は、図１のスワイプ形式のセンサ１０２から生成され得る指紋の一連の重なり合った部分的な画像２００の図示である。画像位置合わせの欠点（上述）は、部分的な画像２００内の連続的な画像のペアの各々の間で、ｘ方向およびｙ方向の両方の、空間的なシフトが予想され得るということである。
【００２０】
背景技術によると、２つの画像スライスの間の空間的なシフトの推定は、数学的には２つ以上の変換器の位置において受信される音響信号またはレーダ信号の間の時間遅延を推定することと等価である。受信信号の間での到着の時間遅延（ＴＤＯＡ；ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ）の精密な推定は、信号処理の無数の産業用途において決定的な役割を演じる。長年にわたって、様々なＴＤＯＡ推定の手順（特に、相互相関関数、ユニットインパルス応答計算、平滑化コヒーレンス変換、最尤推定等を含む）が提案および実施されてきた。
【００２１】
ＴＤＯＡ推定に用いられる一般的な離散時間モデルは、以下のように記述される：
ｕ０（ｎ）＝ｘ（ｎ）＋ｓ０（ｎ） （１）
ｕ１（ｎ）＝ｘ（ｎ−Ｄ）＋ｓ１（ｎ） （２）
ここで、ｕ０（ｎ）およびｕ１（ｎ）は、観察地点（すなわち、センサ）における２つの信号である。ｘ（ｎ）は、第１のセンサによる、参照される対象の信号（ゼロ時間遅延）であり、信号が第２のセンサに到着する時間の場合、時間Ｄの遅延を有し得る。ｓ０（ｎ）およびｓ１（ｎ）はそれぞれ、第１および第２のセンサのノイズ成分である。
【００２２】
ＴＤＯＡ推定の目的は、音源信号ｘ（ｎ）またはノイズに関する事前のどんな知識もなしに、各センサから獲得されるデータのセグメントが与えられた場合に、Ｄを推定することである。この問題は、過去に広く調べられ、考慮する用途に応じて、様々なアプローチが提案されてきた。
【００２３】
最も一般的に用いられるＴＤＯＡ推定技術は、相互相関である。相互相関において、実際のＴＤＯＡ Ｄに対する
推定
【００２４】
【数１】
は、
【００２５】
【数２】
によって得られ、周波数領域において計算され得る相互相関は、式
【００２６】
【数３】
となる。ここで、Ｕ０（ｅｊω）およびＵ１（ｅｊω）はそれぞれ、ｕ０（ｎ）およびｕ１（ｎ）の離散時間フーリエ変換である。
【００２７】
例えば、１９７２年ソナーシステムにおけるＴＤＯＡ推定のためのＰＨＡｓｅ変換（ＰＨＡｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）と呼ばれるアドホックな技術がＣｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州Ｎｅｗ ＬｏｎｄｏｎのＮａｖａｌ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｅｎｔｅｒで開発された。ＰＨＡｓｅ変換についてのさらなる情報は、Ｃｈａｒｌｅｓ Ｈ．ＫｎａｐｐおよびＧ．Ｃｌｉｆｆｏｒｄ Ｃａｒｔｅｒによる「Ｔｈｅ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ」，ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ，ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−２４，Ｎｏ．４，１９７６年８月、ならびにＯｍｉｄ Ｓ．ＪａｈｒｏｍｉおよびＰａｒｈａｍ Ａａｒａｂｉによる「Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．５，２００５年５月、を参照されたい。上記２つの文献は共に本明細書においてそれら全体が援用される。ＰＨＡｓｅ変換技術は、フーリエ変換の振幅を完全に無視し、時間遅延を推定するために以下の積分を用いる。
【００２８】
【数４】
ＰＨＡｓｅ変換は、周波数領域においては、「直線フィッティング」の形式として解釈され得る。例えば、ノイズが無視することが可能であることと、時間遅延Ｄが観測された信号ｕ０（ｎ）およびｕ１（ｎ）の長さよりもかなり小さいこととを仮定する。この場合、ｕ１（ｎ）がｕ０（ｎ）の循環桁上げされた（ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｓｈｉｆｔｅｄ）バージョンに非常に近いことが安全に仮定され得る。このことは、
【００２９】
【数５】
を意味する。
【００３０】
ＰＨＡｓｅ変換積分（５）は、直線ωＤと位相誤差∠Ｕ０（ｅｊω）−∠Ｕ１（ｅｊω）との間の相違が最小になるようなＤを見出すことを本質的に行う。しかし、ＰＨＡｓｅ変換技術と従来の方法（例えば、最良のフィッティングを計算するために最小二乗平均誤差を用いる直線フィッティング方法）との間には重要な違いがある。ＰＨＡｓｅ変換は、測定されたフーリエ位相差∠Ｕ０（ｅｊω）−∠Ｕ１（ｅｊω）と完全な直線ωＤとの間の誤差を計算するためにコサイン関数を用いる。この手法は、複素フーリエ変換係数を計算する間に生じる±２πのアンビギュイティが自動的に消去されるという利点を有する。
【００３１】
例えば、到着時間遅延を決定するためのフーリエ変換位相の使用は、当業者には周知である。最近になって、本出願の発明者によって、ＰＨＡｓｅ変換は、マルチレート信号に一般化された。さらなる情報に関しては、Ｏｍｉｄ Ｓ．ＪａｈｒｏｍｉおよびＰａｒｈａｍ Ａａｒａｂｉによる「Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．５，２００５年５月、を参照されたい。
【００３２】
理論的な観点から、２つのオーバーラップする画像間での空間シフトを推定するために、上記の一次元ＰＨＡｓｅ変換を一般化することが正しい。しかし、この手法には解決されなければならない問題が伴う。これらの問題は、本発明において解決され、本発明は、ＰＨＡｓｅ変換技術をバイオメトリック画像解析に適用する。より具体的には、本発明は、オーバーラップする指紋画像スライスを整列させるため、およびこれらのオーバーラップするスライスを結合して、完全でシームレスな指紋画像を形成するためにＰＨＡｓｅ変換技術を用いる。
【００３３】
ＰＨＡｓｅ変換技術をバイオメトリック画像解析に適用するために、まず、部分的な画像のエッジを平滑化するように丁寧に設計された窓関数を部分的な画像２００の各々に掛け合わせ得る。
【００３４】
図３は本発明の実施形態に従って適用された、例示的なＴｕｋｅｙ窓関数３００のグラフ表示である。Ｔｕｋｅｙ窓は、単なる例示的な手法として図３において用いられる。しかし、本発明は、Ｔｕｋｅｙ窓に限定されない。例えば、いくつか例を挙げると、Ｈａｍｍｉｎｇ窓またはＫａｉｓｅｒ窓もまた使用され得る。窓関数は、画像（部分的な画像２００など）のエッジ近くの画素のシャープネスを平滑化または減少させるために用いられる。
【００３５】
平滑化された後、次いで、部分的な画像が拡張のためにより大きな画像に埋め込まれる。すなわち、部分的な画像の各々はゼロパッドされ、その結果、画像のエリアが元のサイズのほぼ２倍にまで拡大される。
【００３６】
図４Ａは、本発明に従う、拡張された（ゼロパッドされた）バイオメトリック画像スライス４０２および４０４のプロット４００である。例えば、図４Ａにおいて、画像２００のうちの２枚（例えば、画像４０２および４０４）が、サイズにおいて拡大される。他の拡大サイズが選択され得るが、例示のために画像４０２および４０４は、６４×５１２であるように選択された。この選択は、下記されるように各画像スライスがフーリエ変換された後には、十分な空間−周波数分解能を提供する。
【００３７】
図４Ｂは、周波数領域に変換後の拡大された画像スライス４０２および４０４の位相成分および振幅成分のプロット４０６である。例示のために、図４Ｂは、拡大された画像スライス４０２のみへの二次元高速フーリエ変換の適用を表す。対応して、積Ｕ０（ｅｊω１，ｅｊω２）Ｕ１＊（ｅｊω１，ｅｊω２）は、拡大された画像スライス４０２へのＦＦＴの適用から導出される。プロット４０６において、この積は、振幅画像４０８および位相画像４１０によって表される。積のＵ０（ｅｊω１，ｅｊω２）部分は、振幅画像４０８を表す。積のＵ１＊（ｅｊω１，ｅｊω２）部分は、位相画像４１０を表す。
【００３８】
本発明において、スライス４０２に関連する位相画像４１０は重要であるが、振幅画像４０８は用いられず、それゆえ処分される。図４Ｂで見られ得るように、位相画像４１０は、波状パターン４１２を含み、このパターンからシフトデータが抽出され得る。このシフトデータは、シフトデータが拡大された画像スライス４０２を拡大された画像スライス４０４に整列させることに関して特に関連する。このシフトデータは、上述されるように、ＰＨＡｓｅ変換の適用によって抽出される。
【００３９】
拡大された画像スライス４０２を参照して上述されたプロセスが拡大された画像スライス４０４に関して繰り返されることに留意することが重要である。すなわち、拡大された画像スライス４０４に関連する位相成分および振幅成分は、ＦＦＴの適用を介して導出され、結果生じる振幅成分は処分される。拡大された画像スライス４０４の位相成分（図示せず）もまた波状パターンを含む。
【００４０】
より具体的には、位相画像４１０および拡大されたスライス４０４に関連する対応する位相画像からの波状パターン４１２の周波数は、これら２つの連続的な画像（すなわち拡大された画像スライス４０２および４０４）の間でのｙ（垂直）方向におけるシフトを表す。（完全に水平な波面に対する）波の傾斜は、画像スライス４０２および４０４の間のｘ（水平）方向におけるシフトを表す。
【００４１】
拡大された画像スライス４０２および４０４の間のｘおよびｙ方向におけるシフトの正確な値は、ＰＨＡｓｅ変換をそれぞれの位相成分に適用することによって、決定され得る。例示のために、ＰＨＡｓｅ変換は、以下の例示的な方法であらわされ得る。
【００４２】
【数６】
上記の（６）式において、
【００４３】
【数７】
は、連続的な拡大された画像スライス４０２および４０４の間のｘ方向におけるシフトを正確に表す。
【００４４】
【数８】
は、これらの連続的な画像スライス間のｙ方向のシフトを正確に表す。しかし、本発明は、ＰＨＡｓｅ変換が多くの他の方法によって決定され得るという点で、特定の式（６）に限定されない。このプロセスは、その後、下記されるように、オーバーラップする部分的な画像２００内の全ての連続的な画像スライスのペアに対して繰り返される。ｘ方向およびｙ方向におけるシフトを正確に決定することは、部分的な画像からの完全な指紋の正確でシームレスな構築に対して基礎的である。
【００４５】
図５は、本発明に従う、例示的な画像アラインメントプロセス５００のブロック図表示である。図５において、部分的な画像２００が示されている。これらの画像は、スワイプ型のバイオメトリックセンサ（例えば、図１のデバイス１００のセンサ１０２）を用いるキャプチャによって生成される。いくつかの他の同様なデバイスもまた使用され得る。次いで、特定の連続的な画像スライス５０２および５０４が部分的な画像２００から処理のために選択される。
【００４６】
Ｔｕｋｅｙ窓３００などの窓関数が、画像５０２および５０４の各々に適用され、上述のように平滑化する局面を提供する。適切な窓関数の適用後、結果生じる平滑化されたスライスは、拡張のために、より大きなブランクの画像に埋め込まれる。この拡張プロセスは、拡大された画像スライス４０２および４０４を生成する。拡大された画像スライス４０２および４０４は、次いで、ＦＦＴを適用することによって、画像領域に変換され、本質的に複素積を生成する。
【００４７】
すなわち、周波数領域において、拡大された画像スライス４０２および４０４の各々が対応する振幅成分および位相成分を有する。例えば、拡大された画像スライス４０２はそれぞれ位相成分４１０および振幅成分４０８を生成する。同様に、拡大された画像スライス４０４は、それぞれ、位相成分５０６および振幅成分５０８を生成する。本発明に従って、振幅成分４０８および５０８が処分される。
【００４８】
次いで、ＰＨＡｓｅ変換が位相成分４１０および５０６に適用され、連続的な画像スライス４０２および４０４の間の水平方向および垂直方向におけるシフトを決定する。図５の例において、ｙシフト５１０は垂直方向における画像４０２および４０４の間のシフトを表す。ｘシフト５１２は水平方向における画像４０２および４０４の間のシフトを表す。次いで、このプロセスは、部分的な画像２００からの残りの全ての連続的な画像に対して繰り返される。部分的な画像２００内の全ての連続的なスライスの相対的な位置を正確に決定することによって、これらの画像の全てが一体化され、示されるような完全な指紋５１４を形成し得る。
【００４９】
本発明の局面は、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせにおいて実装され得る。本発明のこれらの局面は、コンピュータシステムまたは他の処理システムに実装され得る。このようなコンピュータシステム６００の例が図６に示される。
【００５０】
図６において、コンピュータシステム６００は、１つ以上のプロセッサ（例えば、プロセッサ６０４）を含む。プロセッサ６０４は専用デジタル信号プロセッサまたは汎用デジタル信号プロセッサであり得る。プロセッサ６０４は通信インフラストラクチャ６０６（例えば、バスまたはネットワーク）に接続される。様々なソフトウェア実装がこの例示的なコンピュータシステムに関して記載される。この記載を読んだ後、他のコンピュータシステムおよび／またはコンピュータアーキテクチャを用いて本発明をどのように実装するかは、当業者にとって明らかとなる。
【００５１】
コンピュータシステム６００はまた、メインメモリ６０８（好ましくは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を含み、また、二次メモリ６１０も含み得る。二次メモリ６１０は、例えば、ハードディスクドライブ６１２および／または、（フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブなどを表す）取り外し可能ストレージドライブ６１４を含み得る。取り外し可能ストレージドライブ６１４は、周知の方法で、取り外し可能ストレージユニット６１８から読み出し、取り外し可能ストレージユニット６１８に書き込む。取り外し可能ストレージユニット６１８は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、光学ディスクなどを表し、これらは、取り外し可能ストレージドライブ６１４によって読み出され、取り外し可能ストレージドライブ６１４に書き込まれる。理解されるように、取り外し可能ストレージユニット６１８は、その中にコンピュータソフトウェアおよび／またはデータを格納するコンピュータ使用可能ストレージ媒体を含む。
【００５２】
代替的な実装において、二次メモリ６１０は、コンピュータプログラムまたは他の命令がコンピュータシステム６００にロードされることを可能にするための他の同様の手段を含み得る。このような手段は、例えば、取り外し可能ストレージユニット６２２およびインターフェース６２０を含み得る。このような手段の例は、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース（例えば、ビデオゲームデバイスにおいて見出される）、取り外し可能メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭ）および関連するソケット、ならびにその他の取り外し可能ストレージユニット６２２、およびソフトウェアとデータとが取り外し可能ストレージユニット６２２からコンピュータシステム６００へ転送されることを可能にするインターフェース６２０を含み得る。
【００５３】
コンピュータシステム６００はまた、通信インターフェース６２４を含み得る。通信インターフェース６２４は、ソフトウェアおよびデータがコンピュータシステム６００と外部デバイスとの間で伝送されることを可能にする。通信インターフェース６２４の例は、モデム、ネットワークインターフェース（例えば、イーサネット（登録商標）カード）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットとカードなどを含み得る。通信インターフェース６２４を介して伝送されたソフトウェアおよびデータは信号６２８の形式で伝送され、この信号６２８は、電子信号、光学信号または通信インターフェース６２４によって受信されることが可能なその他の信号であり得る。これらの信号６２８は、通信経路６２６を介して通信インターフェース６２４に提供される。通信経路６２６は、信号６２８を運び、ワイヤまたはケーブル、光ファイバ、電話線、セルラー電話リンク、ＲＦリンクおよびその他の通信チャネルを用いて実装され得る。
【００５４】
本願において、用語「コンピュータ読み取り可能媒体」および「コンピュータ使用可能媒体」は、概して、例えば、取り外し可能ストレージドライブ６１４、ハードディスクドライブ６１２にインストールされたハードディスク、および信号６２８を言うために用いられる。これらのコンピュータプログラム製品は、ソフトウェアをコンピュータシステム６００に提供するための手段である。
【００５５】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御論理とも呼ばれる）は、メインメモリ６０８および／または二次メモリ６１０に格納される。コンピュータプログラムはまた、通信インターフェース６２４を介して受信される。このようなコンピュータプログラムは、実行されると、コンピュータシステム６００が本明細書で議論される本発明を実装することを可能にする。
【００５６】
特に、コンピュータプログラムは、実行されると、プロセッサ６０４が本発明のプロセスを実装することを可能にする。従って、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム６００のコントローラを表す。例として、本発明の実施形態において、エンコーダおよび／またはデコーダの信号処理ブロックによって行われるプロセスおよび／または方法は、コンピュータ制御論理によって実行され得る。本発明は、ソフトウェアを用いて実装され、該ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に格納され得、取り外し可能ストレージドライブ６１４、ハードドライブ６１２または通信インターフェース６２４を用いて、コンピュータシステム６００にロードされ得る。
【００５７】
（結論）
本発明の方法、システムおよびコンポーネントの例示的な実施形態が本明細書に記載されてきた。いずれかの箇所で示したように、これらの例示的な実施形態は、例示のみのために記載され、限定されない。その他の実施形態は可能であり、かつ本発明に含まれる。このようなその他の実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、当業者には明らかである。従って、本発明の外延および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれにも限定されないが、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物にしたがってのみ規定される。
【００５８】
特定の実施形態の前述の記載は、本発明の一般的な特徴を完全に明らかにし、その結果、当業者の知識を適用することにより、その他が、過度の実験を行うことなしに、本発明の一般的な概念から逸脱することなしに、このような特定の実施形態のような様々な用途のために、修正および／または適応させることが可能である。それゆえ、このような適応および修正は、本明細書に示される教示および指示に基づき、開示される実施形態の均等物の意味および範囲内であることが意図される。本明細書における表現法または専門用語が、説明を意図しており、制限を意図したものではなく、その結果、本明細書の専門用語または表現法は、教示および指示に関して当業者によって解釈されるべきである。
【００５９】
本発明の外延および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれにも限定されるべきではないが、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物にしたがってのみ規定される。
【符号の説明】
【００６０】
２００ 部分的な画像
３００ Ｔｕｋｅｙ窓
４０２、４０４ 画像スライス
４０８、５０８ 振幅画像
４１０、５０６ 位相画像
５１０ ｙシフト
５１２ ｘシフト
５１４ 完全な指紋
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像アライメントに関する。より具体的には、本発明は、スワイプ形式のバイオメトリックセンサデバイスによって生成される部分的な画像を整列させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオメトリック画像解析の分野において、従来の技術は、画像（例えば、指紋）がセンサ機構を横切ってスワイプされるときに、その画像をサンプリングする。このセンサ機能（指紋センサであり得る）は、１回のスワイプの間に指紋の部分的な画像をキャプチャする。この１回のスワイプは、異なる時間の異なる座標系内のデータのセットを生成する。それ故、これらのデータのセットをサンプリングし、部分的な画像を組み合わせ、指紋の完全な画像を形成することによって全体の指紋に関する画像を再構成するために、コンピュータビジョン技術が用いられ得る。
【０００３】
これらの異なるデータのセットを１つの座標系に変換するプロセスは、画像位置合わせの当業者には公知である。位置合わせは、異なる測定結果から獲得されたデータを比較または統合することを可能にするために必要である。
【０００４】
従来の画像位置合わせ技術は、２つの分類、すなわち（ｉ）面積ベースおよび（ｉｉ）特徴ベースに含まれる。オリジナルの画像は、しばしば参照画像と称され、参照画像にマッピングされる画像は、ターゲット画像と称される。面積ベースの画像位置合わせ方法の場合、この技術は、相関量、フーリエ特性、およびその他の構造解析を介して、画像の構造を観察する。
【０００５】
しかしながら、ほとんどの特徴ベースの方法は、画像の特徴の相関に対し、マッピングを細かく調整する。これらの特徴は、例えば、直線、曲線、点、直線交差、境界等を含む。これらの特徴ベースの方法は、画像の全体構造を観察する代わりに、複数の画像を相関付ける。
【０００６】
しかしながら、これらの従来の画像位置合わせ技術の両方は、欠点がある。例えば、従来の技術は、背景ノイズ、不均一な照明、またはその他の画像化のアーチファクトの影響を受けやすい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、バイオメトリック画像解析に用いられ得る、背景ノイズ、不均一な照明、およびその他の画像化のアーチファクトの影響を低減するロバストな画像位置合わせ技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、画像スライスを解析する方法に関する。本発明は、第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換し、変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、第１のスライスと第２のスライスとの間のシフトデータを決定することを含む。
【０００９】
本発明は、２つの部分的な画像の間で、空間領域（特に、指紋のようなバイオメトリック画像）におけるｘ方向およびｙ方向の相対的なシフトを調べるためのユニークなアプローチを提供する。より具体的には、本発明は、相関付けの必要なしに、ノイズのないレベルで、正確なｘ座標とｙ座標とを決定する手段を提供する。２つの連続する部分的な画像の間でｘシフトとｙシフトとの大きさを正確に決定することは、複数の部分的な画像の全てから再構成される全体の指紋を精密かつシームレスに構成することに対して、基本的なことである。
【００１０】
本発明の技術は、背景の照明の問題をほぼ無視する。例えば、指紋に関連する背景画像がグレーまたは暗い背景画像の場合（指紋を囲むリッジによって間違って表現され得る）は、無視される。このプロセスは、ｘシフトとｙシフトとのより正確な決定を助ける。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作は、添付図面を参照して以下に詳細に記載される。
【００１２】
本発明は、さらに以下の手段を提供する。
（項目１）
画像スライスを解析する方法であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定することと
を包含する、方法。
（項目２）
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用することと、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを得ることと
をさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓およびＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、項目２に記載の方法。
（項目４）
上記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、項目２に記載の方法。
（項目５）
上記大きな画像は、ブランク画像である、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、項目１に記載の方法。
（項目７）
上記ＦＦＴは、２次元である、項目６に記載の方法。
（項目８）
上記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記垂直および水平のシフト情報に基づいて、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、項目８に記載の方法。
（項目１０）
上記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、項目１に記載の方法。
（項目１１）
画像スライスを解析する装置であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換する手段と、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定する手段と
を含む、装置。
（項目１２）
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用する手段と、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを得る手段と
をさらに含む、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
上記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓またはＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、項目１２に記載の装置。
（項目１４）
上記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、項目１２に記載の装置。
（項目１５）
上記大きな画像は、ブランク画像である、項目１４に記載の装置。
（項目１６）
上記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、項目１１に記載の装置。
（項目１７）
上記ＦＦＴは、２次元である、項目１６に記載の装置。
（項目１８）
上記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、項目１１に記載の装置。
（項目１９）
上記垂直および水平のシフト情報に基づいて、上記第１のスライスと上記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、項目１８に記載の装置。
（項目２０）
上記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、項目１１に記載の装置。
【００１３】
（摘要）
画像スライスを解析する方法が提供される。本方法は、第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、第１のスライスと第２のスライスとの間のシフトデータを決定することとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、従来のスワイプ形式のバイオメトリックセンサデバイスの図示である。
【図２】図２は、指紋画像の一連の重なり合っている画像の図示である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にしたがって適用されるＴｕｋｅｙ窓のグラフ図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の一実施形態にしたがって配列される拡大されたバイオメトリック画像スライスの図示である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの画像スライスの位相成分と振幅成分との図示である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態にしたがう、バイオメトリック画像アライメントプロセスのブロック図による図示である。
【図６】図６は、本発明が実施され得る例示的なコンピュータシステムのブロック図による図示である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
添付図面は、記載と一緒に本発明を示しており、さらには、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施および使用することを可能にする。
【００１６】
本発明は、以下、添付図面を参照して記載される。一般に図中では、同じ参照番号は、同一、機能的に類似および／または構造的に類似の要素を示している。要素が最初に現れる図面は、参照番号中の最も左の桁によって示される。
【００１７】
本明細書は、本発明の特徴を組み込んだ１つ以上の実施形態を開示する。記載されている（少なくとも１つの）実施形態ならびに本明細書中での「一実施形態」、「実施形態」、「例示的実施形態」等への言及は、記載されている（少なくとも１つの）実施形態が、特定の特徴、構造または特性を含み得るが、必ずしも全ての実施形態がその特定の特徴、構造または特性を含むとは限らないということを意味する。さらに、そのようなフレーズは、必ずしも同じ実施形態を参照しない。さらに、特定の特徴、構造または特性が一実施形態に関連して記載されるときには、そのような特定の特徴、構造または特性は、明示的に記載されているか否かに関わらず、その他の実施形態に関連して、そのような特徴、構造または特性の実施のために、当業者の知識の範囲内にあるものとして示される。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態にしたがう、従来のスワイプ形式のバイオメトリックセンサデバイス１００の図示である。図１において、デバイス１００は、バイオメトリックデータ（例えば、指紋データ）を獲得するためのセンサ１０２を含む。一部の実施形態において、センサ１０２は、音響インピディオグラフィ（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｉｍｐｅｄｉｏｇｒａｐｈｙ）または圧電デバイスであり得る。センサ１０２は、バイオメトリックデバイスの部分的な画像（例えば、上述のように指紋）をキャプチャするために用いられる。
【００１９】
図２は、図１のスワイプ形式のセンサ１０２から生成され得る指紋の一連の重なり合った部分的な画像２００の図示である。画像位置合わせの欠点（上述）は、部分的な画像２００内の連続的な画像のペアの各々の間で、ｘ方向およびｙ方向の両方の、空間的なシフトが予想され得るということである。
【００２０】
背景技術によると、２つの画像スライスの間の空間的なシフトの推定は、数学的には２つ以上の変換器の位置において受信される音響信号またはレーダ信号の間の時間遅延を推定することと等価である。受信信号の間での到着の時間遅延（ＴＤＯＡ；ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ）の精密な推定は、信号処理の無数の産業用途において決定的な役割を演じる。長年にわたって、様々なＴＤＯＡ推定の手順（特に、相互相関関数、ユニットインパルス応答計算、平滑化コヒーレンス変換、最尤推定等を含む）が提案および実施されてきた。
【００２１】
ＴＤＯＡ推定に用いられる一般的な離散時間モデルは、以下のように記述される：
ｕ０（ｎ）＝ｘ（ｎ）＋ｓ０（ｎ） （１）
ｕ１（ｎ）＝ｘ（ｎ−Ｄ）＋ｓ１（ｎ） （２）
ここで、ｕ０（ｎ）およびｕ１（ｎ）は、観察地点（すなわち、センサ）における２つの信号である。ｘ（ｎ）は、第１のセンサによる、参照される対象の信号（ゼロ時間遅延）であり、信号が第２のセンサに到着する時間の場合、時間Ｄの遅延を有し得る。ｓ０（ｎ）およびｓ１（ｎ）はそれぞれ、第１および第２のセンサのノイズ成分である。
【００２２】
ＴＤＯＡ推定の目的は、音源信号ｘ（ｎ）またはノイズに関する事前のどんな知識もなしに、各センサから獲得されるデータのセグメントが与えられた場合に、Ｄを推定することである。この問題は、過去に広く調べられ、考慮する用途に応じて、様々なアプローチが提案されてきた。
【００２３】
最も一般的に用いられるＴＤＯＡ推定技術は、相互相関である。相互相関において、実際のＴＤＯＡ Ｄに対する
推定
【００２４】
【数１】
は、
【００２５】
【数２】
によって得られ、周波数領域において計算され得る相互相関は、式
【００２６】
【数３】
となる。ここで、Ｕ０（ｅｊω）およびＵ１（ｅｊω）はそれぞれ、ｕ０（ｎ）およびｕ１（ｎ）の離散時間フーリエ変換である。
【００２７】
例えば、１９７２年ソナーシステムにおけるＴＤＯＡ推定のためのＰＨＡｓｅ変換（ＰＨＡｓｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）と呼ばれるアドホックな技術がＣｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ州Ｎｅｗ ＬｏｎｄｏｎのＮａｖａｌ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｅｎｔｅｒで開発された。ＰＨＡｓｅ変換についてのさらなる情報は、Ｃｈａｒｌｅｓ Ｈ．ＫｎａｐｐおよびＧ．Ｃｌｉｆｆｏｒｄ Ｃａｒｔｅｒによる「Ｔｈｅ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ」，ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ，ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−２４，Ｎｏ．４，１９７６年８月、ならびにＯｍｉｄ Ｓ．ＪａｈｒｏｍｉおよびＰａｒｈａｍ Ａａｒａｂｉによる「Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．５，２００５年５月、を参照されたい。上記２つの文献は共に本明細書においてそれら全体が援用される。ＰＨＡｓｅ変換技術は、フーリエ変換の振幅を完全に無視し、時間遅延を推定するために以下の積分を用いる。
【００２８】
【数４】
ＰＨＡｓｅ変換は、周波数領域においては、「直線フィッティング」の形式として解釈され得る。例えば、ノイズが無視することが可能であることと、時間遅延Ｄが観測された信号ｕ０（ｎ）およびｕ１（ｎ）の長さよりもかなり小さいこととを仮定する。この場合、ｕ１（ｎ）がｕ０（ｎ）の循環桁上げされた（ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｓｈｉｆｔｅｄ）バージョンに非常に近いことが安全に仮定され得る。このことは、
【００２９】
【数５】
を意味する。
【００３０】
ＰＨＡｓｅ変換積分（５）は、直線ωＤと位相誤差∠Ｕ０（ｅｊω）−∠Ｕ１（ｅｊω）との間の相違が最小になるようなＤを見出すことを本質的に行う。しかし、ＰＨＡｓｅ変換技術と従来の方法（例えば、最良のフィッティングを計算するために最小二乗平均誤差を用いる直線フィッティング方法）との間には重要な違いがある。ＰＨＡｓｅ変換は、測定されたフーリエ位相差∠Ｕ０（ｅｊω）−∠Ｕ１（ｅｊω）と完全な直線ωＤとの間の誤差を計算するためにコサイン関数を用いる。この手法は、複素フーリエ変換係数を計算する間に生じる±２πのアンビギュイティが自動的に消去されるという利点を有する。
【００３１】
例えば、到着時間遅延を決定するためのフーリエ変換位相の使用は、当業者には周知である。最近になって、本出願の発明者によって、ＰＨＡｓｅ変換は、マルチレート信号に一般化された。さらなる情報に関しては、Ｏｍｉｄ Ｓ．ＪａｈｒｏｍｉおよびＰａｒｈａｍ Ａａｒａｂｉによる「Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｕｌｔｉｒａｔｅ Ｓｅｎｓｏｒ Ａｒｒａｙｓ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ Ｏｎ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．５，２００５年５月、を参照されたい。
【００３２】
理論的な観点から、２つのオーバーラップする画像間での空間シフトを推定するために、上記の一次元ＰＨＡｓｅ変換を一般化することが正しい。しかし、この手法には解決されなければならない問題が伴う。これらの問題は、本発明において解決され、本発明は、ＰＨＡｓｅ変換技術をバイオメトリック画像解析に適用する。より具体的には、本発明は、オーバーラップする指紋画像スライスを整列させるため、およびこれらのオーバーラップするスライスを結合して、完全でシームレスな指紋画像を形成するためにＰＨＡｓｅ変換技術を用いる。
【００３３】
ＰＨＡｓｅ変換技術をバイオメトリック画像解析に適用するために、まず、部分的な画像のエッジを平滑化するように丁寧に設計された窓関数を部分的な画像２００の各々に掛け合わせ得る。
【００３４】
図３は本発明の実施形態に従って適用された、例示的なＴｕｋｅｙ窓関数３００のグラフ表示である。Ｔｕｋｅｙ窓は、単なる例示的な手法として図３において用いられる。しかし、本発明は、Ｔｕｋｅｙ窓に限定されない。例えば、いくつか例を挙げると、Ｈａｍｍｉｎｇ窓またはＫａｉｓｅｒ窓もまた使用され得る。窓関数は、画像（部分的な画像２００など）のエッジ近くの画素のシャープネスを平滑化または減少させるために用いられる。
【００３５】
平滑化された後、次いで、部分的な画像が拡張のためにより大きな画像に埋め込まれる。すなわち、部分的な画像の各々はゼロパッドされ、その結果、画像のエリアが元のサイズのほぼ２倍にまで拡大される。
【００３６】
図４Ａは、本発明に従う、拡張された（ゼロパッドされた）バイオメトリック画像スライス４０２および４０４のプロット４００である。例えば、図４Ａにおいて、画像２００のうちの２枚（例えば、画像４０２および４０４）が、サイズにおいて拡大される。他の拡大サイズが選択され得るが、例示のために画像４０２および４０４は、６４×５１２であるように選択された。この選択は、下記されるように各画像スライスがフーリエ変換された後には、十分な空間−周波数分解能を提供する。
【００３７】
図４Ｂは、周波数領域に変換後の拡大された画像スライス４０２および４０４の位相成分および振幅成分のプロット４０６である。例示のために、図４Ｂは、拡大された画像スライス４０２のみへの二次元高速フーリエ変換の適用を表す。対応して、積Ｕ０（ｅｊω１，ｅｊω２）Ｕ１＊（ｅｊω１，ｅｊω２）は、拡大された画像スライス４０２へのＦＦＴの適用から導出される。プロット４０６において、この積は、振幅画像４０８および位相画像４１０によって表される。積のＵ０（ｅｊω１，ｅｊω２）部分は、振幅画像４０８を表す。積のＵ１＊（ｅｊω１，ｅｊω２）部分は、位相画像４１０を表す。
【００３８】
本発明において、スライス４０２に関連する位相画像４１０は重要であるが、振幅画像４０８は用いられず、それゆえ処分される。図４Ｂで見られ得るように、位相画像４１０は、波状パターン４１２を含み、このパターンからシフトデータが抽出され得る。このシフトデータは、シフトデータが拡大された画像スライス４０２を拡大された画像スライス４０４に整列させることに関して特に関連する。このシフトデータは、上述されるように、ＰＨＡｓｅ変換の適用によって抽出される。
【００３９】
拡大された画像スライス４０２を参照して上述されたプロセスが拡大された画像スライス４０４に関して繰り返されることに留意することが重要である。すなわち、拡大された画像スライス４０４に関連する位相成分および振幅成分は、ＦＦＴの適用を介して導出され、結果生じる振幅成分は処分される。拡大された画像スライス４０４の位相成分（図示せず）もまた波状パターンを含む。
【００４０】
より具体的には、位相画像４１０および拡大されたスライス４０４に関連する対応する位相画像からの波状パターン４１２の周波数は、これら２つの連続的な画像（すなわち拡大された画像スライス４０２および４０４）の間でのｙ（垂直）方向におけるシフトを表す。（完全に水平な波面に対する）波の傾斜は、画像スライス４０２および４０４の間のｘ（水平）方向におけるシフトを表す。
【００４１】
拡大された画像スライス４０２および４０４の間のｘおよびｙ方向におけるシフトの正確な値は、ＰＨＡｓｅ変換をそれぞれの位相成分に適用することによって、決定され得る。例示のために、ＰＨＡｓｅ変換は、以下の例示的な方法であらわされ得る。
【００４２】
【数６】
上記の（６）式において、
【００４３】
【数７】
は、連続的な拡大された画像スライス４０２および４０４の間のｘ方向におけるシフトを正確に表す。
【００４４】
【数８】
は、これらの連続的な画像スライス間のｙ方向のシフトを正確に表す。しかし、本発明は、ＰＨＡｓｅ変換が多くの他の方法によって決定され得るという点で、特定の式（６）に限定されない。このプロセスは、その後、下記されるように、オーバーラップする部分的な画像２００内の全ての連続的な画像スライスのペアに対して繰り返される。ｘ方向およびｙ方向におけるシフトを正確に決定することは、部分的な画像からの完全な指紋の正確でシームレスな構築に対して基礎的である。
【００４５】
図５は、本発明に従う、例示的な画像アラインメントプロセス５００のブロック図表示である。図５において、部分的な画像２００が示されている。これらの画像は、スワイプ型のバイオメトリックセンサ（例えば、図１のデバイス１００のセンサ１０２）を用いるキャプチャによって生成される。いくつかの他の同様なデバイスもまた使用され得る。次いで、特定の連続的な画像スライス５０２および５０４が部分的な画像２００から処理のために選択される。
【００４６】
Ｔｕｋｅｙ窓３００などの窓関数が、画像５０２および５０４の各々に適用され、上述のように平滑化する局面を提供する。適切な窓関数の適用後、結果生じる平滑化されたスライスは、拡張のために、より大きなブランクの画像に埋め込まれる。この拡張プロセスは、拡大された画像スライス４０２および４０４を生成する。拡大された画像スライス４０２および４０４は、次いで、ＦＦＴを適用することによって、画像領域に変換され、本質的に複素積を生成する。
【００４７】
すなわち、周波数領域において、拡大された画像スライス４０２および４０４の各々が対応する振幅成分および位相成分を有する。例えば、拡大された画像スライス４０２はそれぞれ位相成分４１０および振幅成分４０８を生成する。同様に、拡大された画像スライス４０４は、それぞれ、位相成分５０６および振幅成分５０８を生成する。本発明に従って、振幅成分４０８および５０８が処分される。
【００４８】
次いで、ＰＨＡｓｅ変換が位相成分４１０および５０６に適用され、連続的な画像スライス４０２および４０４の間の水平方向および垂直方向におけるシフトを決定する。図５の例において、ｙシフト５１０は垂直方向における画像４０２および４０４の間のシフトを表す。ｘシフト５１２は水平方向における画像４０２および４０４の間のシフトを表す。次いで、このプロセスは、部分的な画像２００からの残りの全ての連続的な画像に対して繰り返される。部分的な画像２００内の全ての連続的なスライスの相対的な位置を正確に決定することによって、これらの画像の全てが一体化され、示されるような完全な指紋５１４を形成し得る。
【００４９】
本発明の局面は、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせにおいて実装され得る。本発明のこれらの局面は、コンピュータシステムまたは他の処理システムに実装され得る。このようなコンピュータシステム６００の例が図６に示される。
【００５０】
図６において、コンピュータシステム６００は、１つ以上のプロセッサ（例えば、プロセッサ６０４）を含む。プロセッサ６０４は専用デジタル信号プロセッサまたは汎用デジタル信号プロセッサであり得る。プロセッサ６０４は通信インフラストラクチャ６０６（例えば、バスまたはネットワーク）に接続される。様々なソフトウェア実装がこの例示的なコンピュータシステムに関して記載される。この記載を読んだ後、他のコンピュータシステムおよび／またはコンピュータアーキテクチャを用いて本発明をどのように実装するかは、当業者にとって明らかとなる。
【００５１】
コンピュータシステム６００はまた、メインメモリ６０８（好ましくは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））を含み、また、二次メモリ６１０も含み得る。二次メモリ６１０は、例えば、ハードディスクドライブ６１２および／または、（フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、磁気テープドライブ、光学ディスクドライブなどを表す）取り外し可能ストレージドライブ６１４を含み得る。取り外し可能ストレージドライブ６１４は、周知の方法で、取り外し可能ストレージユニット６１８から読み出し、取り外し可能ストレージユニット６１８に書き込む。取り外し可能ストレージユニット６１８は、フロッピー（登録商標）ディスク、磁気テープ、光学ディスクなどを表し、これらは、取り外し可能ストレージドライブ６１４によって読み出され、取り外し可能ストレージドライブ６１４に書き込まれる。理解されるように、取り外し可能ストレージユニット６１８は、その中にコンピュータソフトウェアおよび／またはデータを格納するコンピュータ使用可能ストレージ媒体を含む。
【００５２】
代替的な実装において、二次メモリ６１０は、コンピュータプログラムまたは他の命令がコンピュータシステム６００にロードされることを可能にするための他の同様の手段を含み得る。このような手段は、例えば、取り外し可能ストレージユニット６２２およびインターフェース６２０を含み得る。このような手段の例は、プログラムカートリッジおよびカートリッジインターフェース（例えば、ビデオゲームデバイスにおいて見出される）、取り外し可能メモリチップ（例えば、ＥＰＲＯＭまたはＰＲＯＭ）および関連するソケット、ならびにその他の取り外し可能ストレージユニット６２２、およびソフトウェアとデータとが取り外し可能ストレージユニット６２２からコンピュータシステム６００へ転送されることを可能にするインターフェース６２０を含み得る。
【００５３】
コンピュータシステム６００はまた、通信インターフェース６２４を含み得る。通信インターフェース６２４は、ソフトウェアおよびデータがコンピュータシステム６００と外部デバイスとの間で伝送されることを可能にする。通信インターフェース６２４の例は、モデム、ネットワークインターフェース（例えば、イーサネット（登録商標）カード）、通信ポート、ＰＣＭＣＩＡスロットとカードなどを含み得る。通信インターフェース６２４を介して伝送されたソフトウェアおよびデータは信号６２８の形式で伝送され、この信号６２８は、電子信号、光学信号または通信インターフェース６２４によって受信されることが可能なその他の信号であり得る。これらの信号６２８は、通信経路６２６を介して通信インターフェース６２４に提供される。通信経路６２６は、信号６２８を運び、ワイヤまたはケーブル、光ファイバ、電話線、セルラー電話リンク、ＲＦリンクおよびその他の通信チャネルを用いて実装され得る。
【００５４】
本願において、用語「コンピュータ読み取り可能媒体」および「コンピュータ使用可能媒体」は、概して、例えば、取り外し可能ストレージドライブ６１４、ハードディスクドライブ６１２にインストールされたハードディスク、および信号６２８を言うために用いられる。これらのコンピュータプログラム製品は、ソフトウェアをコンピュータシステム６００に提供するための手段である。
【００５５】
コンピュータプログラム（コンピュータ制御論理とも呼ばれる）は、メインメモリ６０８および／または二次メモリ６１０に格納される。コンピュータプログラムはまた、通信インターフェース６２４を介して受信される。このようなコンピュータプログラムは、実行されると、コンピュータシステム６００が本明細書で議論される本発明を実装することを可能にする。
【００５６】
特に、コンピュータプログラムは、実行されると、プロセッサ６０４が本発明のプロセスを実装することを可能にする。従って、このようなコンピュータプログラムは、コンピュータシステム６００のコントローラを表す。例として、本発明の実施形態において、エンコーダおよび／またはデコーダの信号処理ブロックによって行われるプロセスおよび／または方法は、コンピュータ制御論理によって実行され得る。本発明は、ソフトウェアを用いて実装され、該ソフトウェアは、コンピュータプログラム製品に格納され得、取り外し可能ストレージドライブ６１４、ハードドライブ６１２または通信インターフェース６２４を用いて、コンピュータシステム６００にロードされ得る。
【００５７】
（結論）
本発明の方法、システムおよびコンポーネントの例示的な実施形態が本明細書に記載されてきた。いずれかの箇所で示したように、これらの例示的な実施形態は、例示のみのために記載され、限定されない。その他の実施形態は可能であり、かつ本発明に含まれる。このようなその他の実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、当業者には明らかである。従って、本発明の外延および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれにも限定されないが、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物にしたがってのみ規定される。
【００５８】
特定の実施形態の前述の記載は、本発明の一般的な特徴を完全に明らかにし、その結果、当業者の知識を適用することにより、その他が、過度の実験を行うことなしに、本発明の一般的な概念から逸脱することなしに、このような特定の実施形態のような様々な用途のために、修正および／または適応させることが可能である。それゆえ、このような適応および修正は、本明細書に示される教示および指示に基づき、開示される実施形態の均等物の意味および範囲内であることが意図される。本明細書における表現法または専門用語が、説明を意図しており、制限を意図したものではなく、その結果、本明細書の専門用語または表現法は、教示および指示に関して当業者によって解釈されるべきである。
【００５９】
本発明の外延および範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれにも限定されるべきではないが、以下の特許請求の範囲およびそれらの均等物にしたがってのみ規定される。
【符号の説明】
【００６０】
２００ 部分的な画像
３００ Ｔｕｋｅｙ窓
４０２、４０４ 画像スライス
４０８、５０８ 振幅画像
４１０、５０６ 位相画像
５１０ ｙシフト
５１２ ｘシフト
５１４ 完全な指紋
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像スライスを解析する方法であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定することと
を包含する、方法。
【請求項２】
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用することと、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを得ることと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓およびＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記大きな画像は、ブランク画像である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＦＦＴは、２次元である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記垂直および水平のシフト情報に基づいて、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
画像スライスを解析する装置であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換する手段と、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定する手段と
を含む、装置。
【請求項１２】
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用する手段と、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを得る手段と
をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓またはＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記大きな画像は、ブランク画像である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記ＦＦＴは、２次元である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記垂直および水平のシフト情報に基づいて、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１】
画像スライスを解析する方法であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換することと、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定することと
を包含する、方法。
【請求項２】
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用することと、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを得ることと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓およびＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記大きな画像は、ブランク画像である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＦＦＴは、２次元である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記垂直および水平のシフト情報に基づいて、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
画像スライスを解析する装置であって、
第１のスライスと第２のスライスとを周波数領域に変換する手段と、
該変換された第１および第２のスライスの位相成分のみから、該第１のスライスと該第２のスライスとの間のシフトデータを決定する手段と
を含む、装置。
【請求項１２】
第３のスライスと第４のスライスとに関連付けられたエッジの平滑化のために、該第３のスライスと該第４のスライスとに窓を適用する手段と、
該窓を適用された第３のスライスと第４のスライスとの面積を拡大し、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを得る手段と
をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記窓を適用することは、Ｔｕｋｅｙ窓またはＨａｍｍｉｎｇ窓のうちの少なくとも１つを用いることによって実行される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記拡大することは、平滑化されたスライスを大きな画像に埋め込むことを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記大きな画像は、ブランク画像である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記変換することは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用することを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記ＦＦＴは、２次元である、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記シフトデータは、垂直方向および水平方向におけるシフト情報を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記垂直および水平のシフト情報に基づいて、前記第１のスライスと前記第２のスライスとを整列させることをさらに含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記決定することは、ＰＨＡｓｅ変換を適用することを含む、請求項１１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−１６３７４４（Ｐ２００９−１６３７４４Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９６５（Ｐ２００９−２９６５）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（５０８２６４５８６）ソナベーション， インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（５０８２６４５８６）ソナベーション， インコーポレイテッド (8)
【Ｆターム（参考）】
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