指紋認証装置
【目的】指先を指紋センサに押圧する力が強すぎた場合においても、精度良く指紋認証を行うことが可能な指紋認証装置を提供することを目的とする。
【構成】指紋センサによって読み取られた指紋稜線を表す指紋画像における各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータを生成し、このヒストグラムデータに基づき指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定し、指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合に上記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施す。
【構成】指紋センサによって読み取られた指紋稜線を表す指紋画像における各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータを生成し、このヒストグラムデータに基づき指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定し、指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合に上記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め登録されている指紋画像と、実際に読み取られた指紋とを比較することにより指紋認証を行う指紋認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、登録者に対してだけ入退出の許可、又は情報機器へのアクセス許可を行う為の個人認証装置として、指紋認証装置が着目されている。
【０００３】
かかる指紋認証装置においては、指紋センサから得られる指紋の凹凸紋様を濃淡で表した指紋画像から求めた特徴情報と、予め登録されている各登録者毎の特徴情報の各々とを比較して一致度を求め、その一致度に基づいて個人認証を行うようにしている。
【０００４】
ここで、被験者の指紋を読み取るべく、指先を載せる為の押捺面を有するプリズムと、このプリズムの他方の面側から指紋を撮影するカメラと、を有する指紋センサを搭載した指紋押捺装置が提案されている（例えば、特許文献１の図１又は図４参照）。
【０００５】
しかしながら、このような指紋センサにおいては、指先を押捺面に押圧する力が強すぎると指紋の稜部が太くなり、本来、得られるべき指紋画像とは異なる指紋画像が撮影されてしまう。よって、かかる指紋画像から求められた特徴情報に関しても、予め登録されている本人の特徴情報とは異なるものとなってしまう場合があり、指紋の認証が正しく為されなくなるという問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２７２９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、上記の如き問題を解決すべく為されたものであり、指先を指紋センサに押圧する力が強すぎた場合においても、精度良く指紋認証を行うことが可能な指紋認証装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による指紋認証装置は、指紋センサによって読み取られた指紋画像に基づいて指紋の認証を行う指紋認証装置であって、前記指紋画像中に表されている指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定する指紋稜線潰れ判定部と、前記指紋稜線潰れ判定部において前記指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合には前記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施したものを検出指紋画像として得る一方、前記指紋稜線が潰れた状態にないと判定された場合には前記指紋画像をそのまま前記検出指紋画像とする指紋画像平滑化処理部と、前記検出指紋画像に基づく指紋特徴情報と予め登録されている指紋特徴情報とを比較することにより登録済みの指紋であるか否かを示す指紋認証結果を得る指紋照合部と、を備え、前記平滑化処理部では、前記指紋画像中の特定画素の周辺に位置する画素各々の輝度値の平均を平均輝度値として算出し、前記特定画素の輝度値を前記平均画素値に置換する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、指紋センサにて読み取られた指紋稜線を表す指紋画像に基づく指紋特徴情報と、予め登録されている指紋特徴情報とを比較することにより指紋の認証を行うにあたり、上記指紋稜線に潰れが生じている場合には、指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施すことにより指紋稜線の潰れを補正するようにしている。
【００１０】
これにより、指紋を読み取るべく、指先を指紋センサに強めに押圧してしまったが故に指紋稜線に潰れが生じても、精度良く指紋認証を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による指紋認証装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】指紋センサ１によって読み取られた指紋画像の一例を示す図である。
【図３】スペクトラルデータを生成する為に指紋画像内において区分けされる複数の矩形領域の形態例を示す図である。
【図４】登録された指紋画像、及び指紋認証時に潰れた状態で読み取られた指紋流線を表す指紋画像の一例を表す図である。
【図５】登録された指紋画像、及び指紋認証時に読み取られた指紋画像各々の１表示ライン上における各画素毎の輝度値の系列の一例を示す図である。
【図６】指紋画像検出部３の内部構成を示すブロック図である。
【図７】ヒストグラムデータ生成部３１によって生成されたヒストグラムデータＨＤの一例を示す図である。
【図８】平滑化処理における単位ブロックとしての画素ブロックの一例を示す図である。
【図９】指紋画像平滑化処理部３３の動作を説明する為の図である。
【図１０】平滑化処理前の各画素の輝度値、及び平滑化処理後の各画素の輝度値の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る指紋認証装置は、指紋センサによって読み取られた指紋稜線を表す指紋画像における各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータを生成し、このヒストグラムデータに基づき指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定し、指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合に上記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施す。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明による指紋認証装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、かかる指紋認証装置は、指紋センサ１、指紋画像メモリ２、指紋画像検出部３、スペクトラルデータ生成部４、指紋照合部５、及び指紋特徴データメモリ６からなる。
【００１５】
指紋センサ１は、光学式、電界式、又は半導体式の指紋読み取りセンサであり、被験者の指先が指紋読み取りエリア１ａに押圧された際に、その指先の指紋の凹凸形状を読み取り、凸部（又は凹部）による軌跡を指紋稜線として検出する。そして、指紋センサ１は、例えば図２に示す如き指紋稜線ＳＴを含む指紋画像を表す１フレーム分の指紋画像信号Ｆを指紋画像メモリ２に供給する。
【００１６】
指紋画像メモリ２は、指紋センサ１から供給された指紋画像信号Ｆによって表される１フレーム分の指紋画像を、図２に示すように、夫々がＮ個の画素からなる第１〜第Ｍ表示ライン（Ｎ、Ｍは自然数）の各々に対応づけして記憶する。また、指紋画像メモリ２は、記憶されている１フレーム分の指紋画像を読み出し、これを指紋画像信号ＦＭとして指紋画像検出部３に供給する。
【００１７】
指紋画像検出部３は、かかる指紋画像信号ＦＭに対して、その指紋画像中に表されている指紋流線に潰れが生じている場合には指紋画像補正処理（後述する）を施して得られたものを検出指紋画像信号ＦＭＱとしてスペクトラルデータ生成部４に供給する。一方、かかる指紋画像中に表されている指紋流線に潰れが生じていない場合には、指紋画像検出部３は、指紋画像信号ＦＭをそのまま上記検出指紋画像信号ＦＭＱとしてスペクトラルデータ生成部４に供給する。尚、指紋画像検出部３には、かかる指紋画像補正処理において、１表示ライン分の各画素の輝度値を一時的に保存する為の２つのラインバッファ３ａ及び３ｂが含まれている。
【００１８】
スペクトラルデータ生成部４は、検出指紋画像信号ＦＭＱによって表される指紋画像を図３に示す如く複数の矩形領域に分割し、各矩形領域毎に、その矩形領域内における指紋稜線パターンの特徴を複数のスペクトラルパラメータによって多角的に表すデータ（以降、スペクトラルデータと称する）を、指紋特徴情報として生成する。例えば、スペクトラルパラメータとしては、矩形領域内での指紋稜線の伸張方向、或いは、互いに隣接する指紋稜線同士の間隔等が挙げられる。この際、スペクトラルデータ生成部４は、例えば図３に示す如き破線にて区切られている各矩形領域毎に、指紋稜線が伸張する方向の平均方向を算出し、この平均方向を表す方向データＤＤを生成する。また、スペクトラルデータ生成部４は、図３に示す如き各矩形領域毎に、その矩形領域内において互いに隣接する指紋稜線同士の間隔の平均を算出し、この平均値を表す周波数データＦＤを生成する。スペクトラルデータ生成部４は、上記した如く算出した方向データＤＤ及び周波数データＦＤを、図３に示す如き各矩形領域の夫々の位置に対応づけして行列化したスペクトラルデータＳＤを指紋照合部５に供給する。
【００１９】
指紋特徴データメモリ６には、複数の登録者各々の指紋特徴情報としてのスペクトラルデータＱＤが予め記憶されている。
【００２０】
以下、指紋特徴データメモリ６へのスペクトラルデータＱＤの登録方法について説明する。
【００２１】
先ず、上記した指紋センサ１によって、指紋の登録希望者の指紋を読み取ることにより、図３に示す如き指紋画像を取得する。この際、読み取られた指紋画像に表されている指紋稜線が潰れている場合、つまり指紋稜線の太さが所定範囲内の幅を超えた場合、登録希望者は、その太さが所定範囲内に収まるまで、指紋センサ１による指紋読み取りを繰り返し行う。一方、読み取られた指紋画像に表されている指紋稜線の太さが所定範囲内に収まる場合、指紋センサ１は、その読み取った指紋画像を表す指紋画像信号を生成し、これをスペクトラルデータ生成部４に供給する。スペクトラルデータ生成部４は、この指紋画像信号に対して前述した如き処理を施すことによりスペクトラルデータを生成する。そして、かかるスペクトラルデータを登録希望者の識別ＩＤと対応づけしたものを、スペクトラルデータＱＤとして指紋特徴データメモリ６に書き込む。
【００２２】
指紋照合部５は、スペクトラルデータ生成部４から供給されたスペクトラルデータＳＤと、指紋特徴データメモリ６に記憶されている登録者毎のスペクトラルデータＱＤ各々とを比較し両者の類似度を求める。例えば、指紋照合部５は、スペクトラルデータＳＤ及びＱＤ各々における方向データＤＤ同士の差分値、並びに周波数データＦＤ同士の差分値を図３に示す如き各矩形領域毎に求め、夫々の差分値の累算値を類似度として得る。指紋照合部５は、かかる類似度を、指紋特徴データメモリ６に記憶されている全てのスペクトラルデータＱＤ各々毎に求め、その中で最も小なる類似度が所定類似度よりも大なる場合には、指紋登録者に該当してないことを示す認証結果信号を出力する。一方、最も小なる類似度が所定類似度よりも小なる場合には、指紋登録者であることを示す認証結果信号を出力する。
【００２３】
このように、図１に示される指紋認証装置においては、予め登録者各々の指紋画像の特徴情報として、スペクトラルデータＱＤを指紋特徴データメモリ６に登録しておく。その後、指紋の認証を行うべく自身の指を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧させると、この指紋センサ１によって読み取られた指紋画像における特徴情報として、スペクトラルデータＳＤが生成される。そして、かかるスペクトラルデータＳＤを、指紋特徴データメモリ６に登録されている各登録者毎のスペクトラルデータＱＤとの類似度を求めることにより、読み取られた指紋が登録済みのものであるか否かを判定するようにしている。
【００２４】
ところで、自身の指紋の特徴情報（スペクトラルデータＱＤ）を登録済みの登録者が、指紋の認証を行うべく、指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧させる場合、その押圧力を毎回一定にすることは困難である。この際、押圧力が強い場合には指紋稜線が潰れてしまう場合がある。これにより、登録時に読み取られた図４（ａ）に示す如き指紋画像によって表される指紋稜線に比して、図４（ｂ）に示す如く稜線の幅が大なる指紋稜線を表す指紋画像が得られてしまう。ここで、図４（ａ）に示されるラインＬ上での各画素毎の輝度値の系列の一例を図５（ａ）、図４（ｂ）に示されるラインＬ上での各画素毎の輝度値の系列の一例を図５（ｂ）として、このラインＬ上での輝度値の系列に基づき上記した周波数データＦＤの算出を行うことを考える。尚、ラインＬ上での輝度値の系列中において、極小値となる画素位置が指紋稜線の存在位置を示す。先ず、指紋登録時には、図５（ａ）に示す如き輝度値の系列中において白丸にて示される極小値の隣接するもの同士の間隔ＷＴが検出され、この間隔ＷＴを示す周波数データＦＤが生成され、この周波数データＦＤを含むスペクトラルデータＳＤが指紋特徴データメモリ６に書き込まれる。一方、指紋認証時には、スペクトラルデータ生成部４は、図５（ｂ）に示す如き輝度値の系列に基づいて周波数データＦＤを生成することになる。ところが、指紋稜線の潰れに伴い、図５（ｂ）にて破線で囲まれた区間、つまり極小値が輝度値「０」一定となる区間が生じる。よって、指紋登録時と同様な輝度値系列の変化が生じていないことから、指紋登録された図４（ａ）に示す如き指紋画像に基づき生成された周波数データＦＤとは異なる値を有する周波数データが生成されてしまう。従って、指紋登録済みの登録者の指紋から読み取られた指紋画像であるにも拘わらず、指紋照合部５は、指紋登録者に該当してないことを示す誤った認証結果を出力してしまう可能性が生じる。
【００２５】
そこで、このような不具合を回避すべく、図１に示される指紋認証装置には、上記した如き指紋画像検出部３が設けられている。
【００２６】
図６は、指紋画像検出部３の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図６に示すように、指紋画像検出部３は、ヒストグラムメモリ３０、ヒストグラムデータ生成部３１、指紋稜線潰れ判定部３２、及び指紋画像平滑化処理部３３から構成される。
【００２８】
ヒストグラムメモリ３０には、上記指紋画像信号ＦＭにおいて表現可能な輝度範囲、例えば最低の輝度値「０」〜最大の輝度値「６３」の各輝度値に対応した６４個の番地が割り当てられている。
【００２９】
ヒストグラムデータ生成部３１は、１フレーム分の指紋画像を表す上記指紋画像信号ＦＭに基づき、各画素毎にその画素に対応した輝度値を検出し、この輝度値に該当するヒストグラムメモリ３０の番地の記憶内容に１を加算する。かかる処理により、例えば図７に示す如く、最低の輝度値「０」〜最大の輝度値「６３」なる範囲内の各輝度値毎に、その輝度値を有する画素の総数、つまり各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータＨＤが生成され、これがヒストグラムメモリ３０に記憶される。ヒストグラムデータ生成部３１は、ヒストグラムメモリ３０からヒストグラムデータＨＤを読み出し、このヒストグラムデータＨＤにおける中央値（本明細書においては統計学上のメディアンのことを言う）を算出する。すなわち、ヒストグラムデータ生成部３１は、例えば図７に示す如きヒストグラムデータＨＤに対して、最低輝度値側から最高輝度値側に向けて順次、その輝度値に対応した頻度を積算して行き、その積算値が頻度の総和（指紋画像中の全画素数）の半分に達した際に加算対象となった輝度値を中央値ＭＥとし、これを指紋稜線潰れ判定部３２に供給する。
【００３０】
指紋稜線潰れ判定部３２は、中央値ＭＥが所定閾値よりも小であるか否かを判定する。この際、中央値ＭＥが所定閾値よりも小である場合、つまり指紋画像が全体的に黒い画像である場合には、指紋稜線潰れ判定部３２は、指紋稜線の幅が所定幅よりも大である、つまり指紋稜線が潰れた状態にあると判定し、その旨を示す潰れ判定結果信号ＴＳを指紋画像平滑化処理部３３に供給する。一方、上記中央値ＭＥが所定閾値よりも大である場合、つまり指紋画像が全体的に明るい画像である場合には、指紋稜線潰れ判定部３２は、指紋稜線の幅が所定幅よりも小である、つまり指紋稜線が潰れていないと判定し、その旨を示す潰れ判定結果信号ＴＳを指紋画像平滑化処理部３３に供給する。尚、指紋稜線潰れ判定部３２において指紋稜線が潰れているか否かを判定する為の所定閾値は、上記した指紋センサ１における検出特性を考慮して予め設定された値である。
【００３１】
指紋画像平滑化処理部３３は、指紋稜線の潰れが生じていないことを示す潰れ判定結果信号ＴＳが供給された場合には、指紋画像メモリ２から読み出された指紋画像信号ＦＭをそのまま検出指紋画像信号ＦＭＱとして上記スペクトラルデータ生成部４に供給する。
【００３２】
一方、指紋稜線の潰れが生じていることを示す潰れ判定結果信号ＴＳが供給された場合、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像メモリ２から読み出された指紋画像信号ＦＭに対して、以下の如き平滑化処理を施すことにより指紋稜線の潰れを補正した画像信号を生成し、これを検出指紋画像信号ＦＭＱとしてスペクトラルデータ生成部４に供給する。
【００３３】
すなわち、指紋画像平滑化処理部３３は、かかる平滑化処理において、先ず、指紋画像信号ＦＭによって表される１フレーム分の指紋画像に対して、例えば図８に示す如き３行×３列分の画素Ｇ１〜Ｇ９からなる画素ブロック毎に、中央の画素Ｇ５及びこの画素Ｇ５の上下左右に隣接する画素Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６及びＧ８各々での輝度値の平均を補正輝度値として算出する。尚、かかる画素ブロック内において、輝度値の平均を算出する際の対象とすべき画素の組み合わせは、上記した５つの画素（Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ８）に限定されない。例えば、中央の画素Ｇ５を省いた４つの画素（Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ８）だけでも良く、或いは９つの画素全てを輝度値の平均を算出する際の対象としても良い。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像信号ＦＭに基づく中央の画素Ｇ５の輝度値を、上記した補正輝度値に置き換えたものを検出指紋画像信号ＦＭＱとして生成する。
【００３４】
指紋画像平滑化処理部３３は、上記した如き平滑化処理を表示ライン毎に実行する。すなわち、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像メモリ２に記憶されている図２に示す如き１フレーム分の指紋画像中から、先ず、第１表示ラインに対応した画素各々の輝度値を読み出し、隣接する３つの画素各々毎にその輝度平均値を求めてラインバッファ３ａに書き込んで行く。例えば、図９（ａ）に示す如く、第１表示ライン中において連続配置されている５つの画素各々に対応した輝度値Ｐ１〜Ｐ５が指紋画像メモリ２に記憶されている場合には、輝度値Ｐ１〜Ｐ３の平均値が輝度平均値Ａ１、輝度値Ｐ２〜Ｐ４の平均値が輝度平均値Ａ２、輝度値Ｐ３〜Ｐ５の平均値が輝度平均値Ａ３としてラインバッファ３ａに書き込まれる。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、図２に示す如き１フレーム分の指紋画像中から、第２表示ラインに対応した画素各々の輝度値を読み出し、隣接する３つの画素各々毎にその輝度平均値を求めてラインバッファ３ｂに書き込んで行く。例えば、図９（ａ）に示す如く、第２表示ライン中において連続配置されている５つの画素各々に対応した輝度値Ｙ１〜Ｙ５が指紋画像メモリ２に記憶されている場合には、輝度値Ｙ１〜Ｙ３の平均値が輝度平均値Ｂ１、輝度値Ｙ２〜Ｙ４の平均値が輝度平均値Ｂ２、輝度値Ｙ３〜Ｙ５の平均値が輝度平均値Ｂ３としてラインバッファ３ｂに書き込まれる。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像メモリ２に記憶されている第１表示ライン中の各画素毎の輝度値を、ラインバッファ３ａに書き込まれている内容に書き換える。これにより、図９（ａ）に示す如く指紋画像メモリ２に記憶されていた第１表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｐ１〜Ｐ５が図９（ｂ）に示すように、輝度平均値Ａ１〜Ａ５に書き換えられる。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、図２に示す如き１フレーム分の指紋画像中から、第３表示ラインに対応した画素各々の輝度値を読み出し、隣接する３つの画素各々毎にその輝度平均値を求めてラインバッファ３ａに上書きする。例えば、図９（ｂ）に示す如く、第３表示ライン中において連続配置されている５つの画素各々に対応した輝度値Ｘ１〜Ｘ５が指紋画像メモリ２に記憶されている場合には、輝度値Ｘ１〜Ｘ３の平均値が輝度平均値Ｃ１、輝度値Ｘ２〜Ｘ４の平均値が輝度平均値Ｃ２、輝度値Ｘ３〜Ｘ５の平均値が輝度平均値Ｃ３としてラインバッファ３ａに上書きされる。
【００３５】
このような一連の処理により、図９（ｂ）に示すように、指紋画像メモリ２の第１表示ラインに対応した記憶領域には、第１表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｐ１〜Ｐ５に基づく輝度平均値Ａ１〜Ａ３が書き込まれる。また、ラインバッファ３ｂには、第２表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｙ１〜Ｙ５に基づく輝度平均値Ｂ１〜Ｂ３が書き込まれる。そして、ラインバッファ３ａには、第３表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｘ１〜Ｘ５に基づく輝度平均値Ｃ１〜Ｃ３が書き込まれる。よって、指紋画像メモリ２の第１表示ラインに対応した記憶領域には図８に示す如き画素Ｇ１〜Ｇ３の輝度平均値が書き込まれる。又、ラインバッファ３ｂには図８に示す如き画素Ｇ４〜Ｇ６の輝度平均値が書き込まれ、ラインバッファ３ａには図８に示す如き画素Ｇ７〜Ｇ９の輝度平均値が書き込まれる。従って、これらラインバッファ３ａ、３ｂ及び指紋画像メモリ２の第１表示ラインの記憶領域に記憶されている各輝度平均値の平均を算出することにより、図８に示す中央の画素Ｇ５に対応した補正輝度値が求まる。指紋画像平滑化処理部３３は、上記した如き一連の処理を第４表示ライン以降も同様に繰り返すことにより１フレーム分の指紋画像全体の平滑化を行う。
【００３６】
上記した平滑化処理によれば、指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧する押圧力が強かったが故に図４（ｂ）に示す如く指紋稜線が潰れてその幅が太くなってしまった指紋画像が読み取られても、この指紋稜線の幅を狭くすべき補正が施された検出指紋画像信号ＦＭＱがスペクトラルデータ生成部４に供給されるようになる。
【００３７】
例えば、図４（ｂ）に示される指紋稜線上の画素ブロックＦＢ内での各画素毎の輝度値が図１０（ａ）に示す如き値を有する場合、指紋稜線の潰れ部分は輝度値「０」で表され、潰れた分の指紋稜線の幅ＷＫは２画素分となる。この際、３行×３列の画素ブロック毎にその画素ブロック内の全画素の輝度値の平均によって中央画素に対する補正輝度値を算出すると、図１０（ａ）の破線にて囲まれた領域内の９個の画素各々に対する補正輝度値は、図１０（ｂ）に示す如きものとなる。かかる平滑化処理により、図１０（ａ）の破線にて囲まれた領域内の９つの画素各々の輝度値は全て、図１０（ｂ）に示す如く輝度値「０」よりも大なる輝度値に補正される。要するに、所定よりも強い押圧力で指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧したが故に潰れた状態で読み取られてしまった指紋稜線に対して、潰れが生じていない指紋稜線の形態に近づけるべき補正が為されるのである。この平滑化処理の施された検出指紋画像信号ＦＭＱによれば、指紋センサ１での指紋読み取り時の押圧力が強い場合であっても、登録時に取得した周波数データと略一致した周波数データをスペクトラルデータ生成部４において生成することが可能となる。
【００３８】
よって、指紋画像検出部３によれば、指紋センサ１での指紋読み取り時の押圧力が強い場合であっても、高精度に指紋認証を行うことができるようになるのである。
【００３９】
尚、上記実施例において、ヒストグラムデータ生成部３１及び指紋稜線潰れ判定部３２では、指紋稜線が潰れているか否かを判定する為に１フレーム分の指紋画像から求めたヒストグラムデータＨＤを用いるようにしているが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、１フレームの指紋画像を複数の画像領域に分割（例えば４分割）した各分割画像領域毎にヒストグラムデータＨＤを生成することにより、指紋稜線が潰れているか否かを分割画像領域毎に個別に判定し、指紋稜線が潰れていると判定された分割画像領域に対してのみ前述した平滑化処理を施すようにしても良い。すなわち、指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧する際に、指先の一部の領域に偏って強い押圧力が掛かる場合には、この領域が属する分割画像領域に対してのみ平滑化処理を施すことにより、処理時間の短縮を図ることができる。
【００４０】
また、指紋画像平滑化処理部３３では、指紋画像信号ＦＭによって表される指紋画像に対して３行×３列分の画素からなる画素ブロック毎に、中央の画素の輝度値をその画素ブロック内の各画素における平均輝度値に置換することにより、輝度値「０」で表される指紋稜線の潰れ箇所を排除するようにしている。しかしながら、かかる処理によると、画素ブロック内の全画素の輝度値が「０」である場合にはその平均値も「０」となる為、指紋稜線の潰れ箇所を排除することができなくなる。そこで、画素ブロック内の全画素の輝度値が「０」となる場合、輝度値の平均を算出する対象とすべき画素ブロックの大きさを広げるようにしても良い。例えば、指紋画像平滑化処理部３３は、３行×３列分の画素からなる画素ブロック内の全画素の輝度値が「０」となっている場合には、その画素ブロックを、上方向（又は下方向）に１行分、左方向（又は右方向）に１列分だけ拡張した４行×４列分の拡張画素ブロック内の画素の平均値を補正輝度値とする。そして、上記した３行×３列の画素ブロック内の中央画素の輝度値を、この補正輝度値に置き換えるのである。この際、拡張画素ブロックの大きさは４行×４列に限定されず、５行×５列或いはそれ以上の大きさのブロックであっても良い。
【００４１】
尚、上記指紋画像平滑化処理部３３では、特定画素としての中央の画素に隣接する各画素の平均輝度値を、この中央の画素に対する補正輝度値としているが、平均輝度を求める画素対象としては、中央の画素に隣接していない画素を含ませるようにしても良い。要するに、中央の画素に隣接する画素を少なくとも１つ含んだ周辺画素各々の平均輝度値を補正輝度値とすれば良いのである。
【００４２】
又、上記実施例では、指紋の特徴情報としてスペクトラルデータを用いて指紋照合を行うようにしているが、スペクトルデータ以外の指紋特徴情報を用いて指紋照合を行うようにしても良い。
【００４３】
又、上記指紋稜線潰れ判定部３２では、指紋画像が全体的に黒い画像であるか否かにより、指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定するようにしているが、その他の方法で指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１ 指紋センサ
２ 指紋画像メモリ
３ 指紋画像検出部
４ スペクトラルデータ生成部
５ 指紋照合部
６ 指紋特徴データメモリ
３１ ヒストグラムデータ生成部
３２ 指紋稜線潰れ判定部
３３ 指紋画像平滑化処理部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予め登録されている指紋画像と、実際に読み取られた指紋とを比較することにより指紋認証を行う指紋認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、登録者に対してだけ入退出の許可、又は情報機器へのアクセス許可を行う為の個人認証装置として、指紋認証装置が着目されている。
【０００３】
かかる指紋認証装置においては、指紋センサから得られる指紋の凹凸紋様を濃淡で表した指紋画像から求めた特徴情報と、予め登録されている各登録者毎の特徴情報の各々とを比較して一致度を求め、その一致度に基づいて個人認証を行うようにしている。
【０００４】
ここで、被験者の指紋を読み取るべく、指先を載せる為の押捺面を有するプリズムと、このプリズムの他方の面側から指紋を撮影するカメラと、を有する指紋センサを搭載した指紋押捺装置が提案されている（例えば、特許文献１の図１又は図４参照）。
【０００５】
しかしながら、このような指紋センサにおいては、指先を押捺面に押圧する力が強すぎると指紋の稜部が太くなり、本来、得られるべき指紋画像とは異なる指紋画像が撮影されてしまう。よって、かかる指紋画像から求められた特徴情報に関しても、予め登録されている本人の特徴情報とは異なるものとなってしまう場合があり、指紋の認証が正しく為されなくなるという問題が生じた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−２７２９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明は、上記の如き問題を解決すべく為されたものであり、指先を指紋センサに押圧する力が強すぎた場合においても、精度良く指紋認証を行うことが可能な指紋認証装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による指紋認証装置は、指紋センサによって読み取られた指紋画像に基づいて指紋の認証を行う指紋認証装置であって、前記指紋画像中に表されている指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定する指紋稜線潰れ判定部と、前記指紋稜線潰れ判定部において前記指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合には前記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施したものを検出指紋画像として得る一方、前記指紋稜線が潰れた状態にないと判定された場合には前記指紋画像をそのまま前記検出指紋画像とする指紋画像平滑化処理部と、前記検出指紋画像に基づく指紋特徴情報と予め登録されている指紋特徴情報とを比較することにより登録済みの指紋であるか否かを示す指紋認証結果を得る指紋照合部と、を備え、前記平滑化処理部では、前記指紋画像中の特定画素の周辺に位置する画素各々の輝度値の平均を平均輝度値として算出し、前記特定画素の輝度値を前記平均画素値に置換する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、指紋センサにて読み取られた指紋稜線を表す指紋画像に基づく指紋特徴情報と、予め登録されている指紋特徴情報とを比較することにより指紋の認証を行うにあたり、上記指紋稜線に潰れが生じている場合には、指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施すことにより指紋稜線の潰れを補正するようにしている。
【００１０】
これにより、指紋を読み取るべく、指先を指紋センサに強めに押圧してしまったが故に指紋稜線に潰れが生じても、精度良く指紋認証を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による指紋認証装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】指紋センサ１によって読み取られた指紋画像の一例を示す図である。
【図３】スペクトラルデータを生成する為に指紋画像内において区分けされる複数の矩形領域の形態例を示す図である。
【図４】登録された指紋画像、及び指紋認証時に潰れた状態で読み取られた指紋流線を表す指紋画像の一例を表す図である。
【図５】登録された指紋画像、及び指紋認証時に読み取られた指紋画像各々の１表示ライン上における各画素毎の輝度値の系列の一例を示す図である。
【図６】指紋画像検出部３の内部構成を示すブロック図である。
【図７】ヒストグラムデータ生成部３１によって生成されたヒストグラムデータＨＤの一例を示す図である。
【図８】平滑化処理における単位ブロックとしての画素ブロックの一例を示す図である。
【図９】指紋画像平滑化処理部３３の動作を説明する為の図である。
【図１０】平滑化処理前の各画素の輝度値、及び平滑化処理後の各画素の輝度値の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る指紋認証装置は、指紋センサによって読み取られた指紋稜線を表す指紋画像における各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータを生成し、このヒストグラムデータに基づき指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定し、指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合に上記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施す。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明による指紋認証装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示すように、かかる指紋認証装置は、指紋センサ１、指紋画像メモリ２、指紋画像検出部３、スペクトラルデータ生成部４、指紋照合部５、及び指紋特徴データメモリ６からなる。
【００１５】
指紋センサ１は、光学式、電界式、又は半導体式の指紋読み取りセンサであり、被験者の指先が指紋読み取りエリア１ａに押圧された際に、その指先の指紋の凹凸形状を読み取り、凸部（又は凹部）による軌跡を指紋稜線として検出する。そして、指紋センサ１は、例えば図２に示す如き指紋稜線ＳＴを含む指紋画像を表す１フレーム分の指紋画像信号Ｆを指紋画像メモリ２に供給する。
【００１６】
指紋画像メモリ２は、指紋センサ１から供給された指紋画像信号Ｆによって表される１フレーム分の指紋画像を、図２に示すように、夫々がＮ個の画素からなる第１〜第Ｍ表示ライン（Ｎ、Ｍは自然数）の各々に対応づけして記憶する。また、指紋画像メモリ２は、記憶されている１フレーム分の指紋画像を読み出し、これを指紋画像信号ＦＭとして指紋画像検出部３に供給する。
【００１７】
指紋画像検出部３は、かかる指紋画像信号ＦＭに対して、その指紋画像中に表されている指紋流線に潰れが生じている場合には指紋画像補正処理（後述する）を施して得られたものを検出指紋画像信号ＦＭＱとしてスペクトラルデータ生成部４に供給する。一方、かかる指紋画像中に表されている指紋流線に潰れが生じていない場合には、指紋画像検出部３は、指紋画像信号ＦＭをそのまま上記検出指紋画像信号ＦＭＱとしてスペクトラルデータ生成部４に供給する。尚、指紋画像検出部３には、かかる指紋画像補正処理において、１表示ライン分の各画素の輝度値を一時的に保存する為の２つのラインバッファ３ａ及び３ｂが含まれている。
【００１８】
スペクトラルデータ生成部４は、検出指紋画像信号ＦＭＱによって表される指紋画像を図３に示す如く複数の矩形領域に分割し、各矩形領域毎に、その矩形領域内における指紋稜線パターンの特徴を複数のスペクトラルパラメータによって多角的に表すデータ（以降、スペクトラルデータと称する）を、指紋特徴情報として生成する。例えば、スペクトラルパラメータとしては、矩形領域内での指紋稜線の伸張方向、或いは、互いに隣接する指紋稜線同士の間隔等が挙げられる。この際、スペクトラルデータ生成部４は、例えば図３に示す如き破線にて区切られている各矩形領域毎に、指紋稜線が伸張する方向の平均方向を算出し、この平均方向を表す方向データＤＤを生成する。また、スペクトラルデータ生成部４は、図３に示す如き各矩形領域毎に、その矩形領域内において互いに隣接する指紋稜線同士の間隔の平均を算出し、この平均値を表す周波数データＦＤを生成する。スペクトラルデータ生成部４は、上記した如く算出した方向データＤＤ及び周波数データＦＤを、図３に示す如き各矩形領域の夫々の位置に対応づけして行列化したスペクトラルデータＳＤを指紋照合部５に供給する。
【００１９】
指紋特徴データメモリ６には、複数の登録者各々の指紋特徴情報としてのスペクトラルデータＱＤが予め記憶されている。
【００２０】
以下、指紋特徴データメモリ６へのスペクトラルデータＱＤの登録方法について説明する。
【００２１】
先ず、上記した指紋センサ１によって、指紋の登録希望者の指紋を読み取ることにより、図３に示す如き指紋画像を取得する。この際、読み取られた指紋画像に表されている指紋稜線が潰れている場合、つまり指紋稜線の太さが所定範囲内の幅を超えた場合、登録希望者は、その太さが所定範囲内に収まるまで、指紋センサ１による指紋読み取りを繰り返し行う。一方、読み取られた指紋画像に表されている指紋稜線の太さが所定範囲内に収まる場合、指紋センサ１は、その読み取った指紋画像を表す指紋画像信号を生成し、これをスペクトラルデータ生成部４に供給する。スペクトラルデータ生成部４は、この指紋画像信号に対して前述した如き処理を施すことによりスペクトラルデータを生成する。そして、かかるスペクトラルデータを登録希望者の識別ＩＤと対応づけしたものを、スペクトラルデータＱＤとして指紋特徴データメモリ６に書き込む。
【００２２】
指紋照合部５は、スペクトラルデータ生成部４から供給されたスペクトラルデータＳＤと、指紋特徴データメモリ６に記憶されている登録者毎のスペクトラルデータＱＤ各々とを比較し両者の類似度を求める。例えば、指紋照合部５は、スペクトラルデータＳＤ及びＱＤ各々における方向データＤＤ同士の差分値、並びに周波数データＦＤ同士の差分値を図３に示す如き各矩形領域毎に求め、夫々の差分値の累算値を類似度として得る。指紋照合部５は、かかる類似度を、指紋特徴データメモリ６に記憶されている全てのスペクトラルデータＱＤ各々毎に求め、その中で最も小なる類似度が所定類似度よりも大なる場合には、指紋登録者に該当してないことを示す認証結果信号を出力する。一方、最も小なる類似度が所定類似度よりも小なる場合には、指紋登録者であることを示す認証結果信号を出力する。
【００２３】
このように、図１に示される指紋認証装置においては、予め登録者各々の指紋画像の特徴情報として、スペクトラルデータＱＤを指紋特徴データメモリ６に登録しておく。その後、指紋の認証を行うべく自身の指を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧させると、この指紋センサ１によって読み取られた指紋画像における特徴情報として、スペクトラルデータＳＤが生成される。そして、かかるスペクトラルデータＳＤを、指紋特徴データメモリ６に登録されている各登録者毎のスペクトラルデータＱＤとの類似度を求めることにより、読み取られた指紋が登録済みのものであるか否かを判定するようにしている。
【００２４】
ところで、自身の指紋の特徴情報（スペクトラルデータＱＤ）を登録済みの登録者が、指紋の認証を行うべく、指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧させる場合、その押圧力を毎回一定にすることは困難である。この際、押圧力が強い場合には指紋稜線が潰れてしまう場合がある。これにより、登録時に読み取られた図４（ａ）に示す如き指紋画像によって表される指紋稜線に比して、図４（ｂ）に示す如く稜線の幅が大なる指紋稜線を表す指紋画像が得られてしまう。ここで、図４（ａ）に示されるラインＬ上での各画素毎の輝度値の系列の一例を図５（ａ）、図４（ｂ）に示されるラインＬ上での各画素毎の輝度値の系列の一例を図５（ｂ）として、このラインＬ上での輝度値の系列に基づき上記した周波数データＦＤの算出を行うことを考える。尚、ラインＬ上での輝度値の系列中において、極小値となる画素位置が指紋稜線の存在位置を示す。先ず、指紋登録時には、図５（ａ）に示す如き輝度値の系列中において白丸にて示される極小値の隣接するもの同士の間隔ＷＴが検出され、この間隔ＷＴを示す周波数データＦＤが生成され、この周波数データＦＤを含むスペクトラルデータＳＤが指紋特徴データメモリ６に書き込まれる。一方、指紋認証時には、スペクトラルデータ生成部４は、図５（ｂ）に示す如き輝度値の系列に基づいて周波数データＦＤを生成することになる。ところが、指紋稜線の潰れに伴い、図５（ｂ）にて破線で囲まれた区間、つまり極小値が輝度値「０」一定となる区間が生じる。よって、指紋登録時と同様な輝度値系列の変化が生じていないことから、指紋登録された図４（ａ）に示す如き指紋画像に基づき生成された周波数データＦＤとは異なる値を有する周波数データが生成されてしまう。従って、指紋登録済みの登録者の指紋から読み取られた指紋画像であるにも拘わらず、指紋照合部５は、指紋登録者に該当してないことを示す誤った認証結果を出力してしまう可能性が生じる。
【００２５】
そこで、このような不具合を回避すべく、図１に示される指紋認証装置には、上記した如き指紋画像検出部３が設けられている。
【００２６】
図６は、指紋画像検出部３の構成を示すブロック図である。
【００２７】
図６に示すように、指紋画像検出部３は、ヒストグラムメモリ３０、ヒストグラムデータ生成部３１、指紋稜線潰れ判定部３２、及び指紋画像平滑化処理部３３から構成される。
【００２８】
ヒストグラムメモリ３０には、上記指紋画像信号ＦＭにおいて表現可能な輝度範囲、例えば最低の輝度値「０」〜最大の輝度値「６３」の各輝度値に対応した６４個の番地が割り当てられている。
【００２９】
ヒストグラムデータ生成部３１は、１フレーム分の指紋画像を表す上記指紋画像信号ＦＭに基づき、各画素毎にその画素に対応した輝度値を検出し、この輝度値に該当するヒストグラムメモリ３０の番地の記憶内容に１を加算する。かかる処理により、例えば図７に示す如く、最低の輝度値「０」〜最大の輝度値「６３」なる範囲内の各輝度値毎に、その輝度値を有する画素の総数、つまり各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータＨＤが生成され、これがヒストグラムメモリ３０に記憶される。ヒストグラムデータ生成部３１は、ヒストグラムメモリ３０からヒストグラムデータＨＤを読み出し、このヒストグラムデータＨＤにおける中央値（本明細書においては統計学上のメディアンのことを言う）を算出する。すなわち、ヒストグラムデータ生成部３１は、例えば図７に示す如きヒストグラムデータＨＤに対して、最低輝度値側から最高輝度値側に向けて順次、その輝度値に対応した頻度を積算して行き、その積算値が頻度の総和（指紋画像中の全画素数）の半分に達した際に加算対象となった輝度値を中央値ＭＥとし、これを指紋稜線潰れ判定部３２に供給する。
【００３０】
指紋稜線潰れ判定部３２は、中央値ＭＥが所定閾値よりも小であるか否かを判定する。この際、中央値ＭＥが所定閾値よりも小である場合、つまり指紋画像が全体的に黒い画像である場合には、指紋稜線潰れ判定部３２は、指紋稜線の幅が所定幅よりも大である、つまり指紋稜線が潰れた状態にあると判定し、その旨を示す潰れ判定結果信号ＴＳを指紋画像平滑化処理部３３に供給する。一方、上記中央値ＭＥが所定閾値よりも大である場合、つまり指紋画像が全体的に明るい画像である場合には、指紋稜線潰れ判定部３２は、指紋稜線の幅が所定幅よりも小である、つまり指紋稜線が潰れていないと判定し、その旨を示す潰れ判定結果信号ＴＳを指紋画像平滑化処理部３３に供給する。尚、指紋稜線潰れ判定部３２において指紋稜線が潰れているか否かを判定する為の所定閾値は、上記した指紋センサ１における検出特性を考慮して予め設定された値である。
【００３１】
指紋画像平滑化処理部３３は、指紋稜線の潰れが生じていないことを示す潰れ判定結果信号ＴＳが供給された場合には、指紋画像メモリ２から読み出された指紋画像信号ＦＭをそのまま検出指紋画像信号ＦＭＱとして上記スペクトラルデータ生成部４に供給する。
【００３２】
一方、指紋稜線の潰れが生じていることを示す潰れ判定結果信号ＴＳが供給された場合、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像メモリ２から読み出された指紋画像信号ＦＭに対して、以下の如き平滑化処理を施すことにより指紋稜線の潰れを補正した画像信号を生成し、これを検出指紋画像信号ＦＭＱとしてスペクトラルデータ生成部４に供給する。
【００３３】
すなわち、指紋画像平滑化処理部３３は、かかる平滑化処理において、先ず、指紋画像信号ＦＭによって表される１フレーム分の指紋画像に対して、例えば図８に示す如き３行×３列分の画素Ｇ１〜Ｇ９からなる画素ブロック毎に、中央の画素Ｇ５及びこの画素Ｇ５の上下左右に隣接する画素Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６及びＧ８各々での輝度値の平均を補正輝度値として算出する。尚、かかる画素ブロック内において、輝度値の平均を算出する際の対象とすべき画素の組み合わせは、上記した５つの画素（Ｇ２、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ８）に限定されない。例えば、中央の画素Ｇ５を省いた４つの画素（Ｇ２、Ｇ４、Ｇ６、Ｇ８）だけでも良く、或いは９つの画素全てを輝度値の平均を算出する際の対象としても良い。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像信号ＦＭに基づく中央の画素Ｇ５の輝度値を、上記した補正輝度値に置き換えたものを検出指紋画像信号ＦＭＱとして生成する。
【００３４】
指紋画像平滑化処理部３３は、上記した如き平滑化処理を表示ライン毎に実行する。すなわち、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像メモリ２に記憶されている図２に示す如き１フレーム分の指紋画像中から、先ず、第１表示ラインに対応した画素各々の輝度値を読み出し、隣接する３つの画素各々毎にその輝度平均値を求めてラインバッファ３ａに書き込んで行く。例えば、図９（ａ）に示す如く、第１表示ライン中において連続配置されている５つの画素各々に対応した輝度値Ｐ１〜Ｐ５が指紋画像メモリ２に記憶されている場合には、輝度値Ｐ１〜Ｐ３の平均値が輝度平均値Ａ１、輝度値Ｐ２〜Ｐ４の平均値が輝度平均値Ａ２、輝度値Ｐ３〜Ｐ５の平均値が輝度平均値Ａ３としてラインバッファ３ａに書き込まれる。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、図２に示す如き１フレーム分の指紋画像中から、第２表示ラインに対応した画素各々の輝度値を読み出し、隣接する３つの画素各々毎にその輝度平均値を求めてラインバッファ３ｂに書き込んで行く。例えば、図９（ａ）に示す如く、第２表示ライン中において連続配置されている５つの画素各々に対応した輝度値Ｙ１〜Ｙ５が指紋画像メモリ２に記憶されている場合には、輝度値Ｙ１〜Ｙ３の平均値が輝度平均値Ｂ１、輝度値Ｙ２〜Ｙ４の平均値が輝度平均値Ｂ２、輝度値Ｙ３〜Ｙ５の平均値が輝度平均値Ｂ３としてラインバッファ３ｂに書き込まれる。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、指紋画像メモリ２に記憶されている第１表示ライン中の各画素毎の輝度値を、ラインバッファ３ａに書き込まれている内容に書き換える。これにより、図９（ａ）に示す如く指紋画像メモリ２に記憶されていた第１表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｐ１〜Ｐ５が図９（ｂ）に示すように、輝度平均値Ａ１〜Ａ５に書き換えられる。次に、指紋画像平滑化処理部３３は、図２に示す如き１フレーム分の指紋画像中から、第３表示ラインに対応した画素各々の輝度値を読み出し、隣接する３つの画素各々毎にその輝度平均値を求めてラインバッファ３ａに上書きする。例えば、図９（ｂ）に示す如く、第３表示ライン中において連続配置されている５つの画素各々に対応した輝度値Ｘ１〜Ｘ５が指紋画像メモリ２に記憶されている場合には、輝度値Ｘ１〜Ｘ３の平均値が輝度平均値Ｃ１、輝度値Ｘ２〜Ｘ４の平均値が輝度平均値Ｃ２、輝度値Ｘ３〜Ｘ５の平均値が輝度平均値Ｃ３としてラインバッファ３ａに上書きされる。
【００３５】
このような一連の処理により、図９（ｂ）に示すように、指紋画像メモリ２の第１表示ラインに対応した記憶領域には、第１表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｐ１〜Ｐ５に基づく輝度平均値Ａ１〜Ａ３が書き込まれる。また、ラインバッファ３ｂには、第２表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｙ１〜Ｙ５に基づく輝度平均値Ｂ１〜Ｂ３が書き込まれる。そして、ラインバッファ３ａには、第３表示ライン中の５つの画素各々に対応した輝度値Ｘ１〜Ｘ５に基づく輝度平均値Ｃ１〜Ｃ３が書き込まれる。よって、指紋画像メモリ２の第１表示ラインに対応した記憶領域には図８に示す如き画素Ｇ１〜Ｇ３の輝度平均値が書き込まれる。又、ラインバッファ３ｂには図８に示す如き画素Ｇ４〜Ｇ６の輝度平均値が書き込まれ、ラインバッファ３ａには図８に示す如き画素Ｇ７〜Ｇ９の輝度平均値が書き込まれる。従って、これらラインバッファ３ａ、３ｂ及び指紋画像メモリ２の第１表示ラインの記憶領域に記憶されている各輝度平均値の平均を算出することにより、図８に示す中央の画素Ｇ５に対応した補正輝度値が求まる。指紋画像平滑化処理部３３は、上記した如き一連の処理を第４表示ライン以降も同様に繰り返すことにより１フレーム分の指紋画像全体の平滑化を行う。
【００３６】
上記した平滑化処理によれば、指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧する押圧力が強かったが故に図４（ｂ）に示す如く指紋稜線が潰れてその幅が太くなってしまった指紋画像が読み取られても、この指紋稜線の幅を狭くすべき補正が施された検出指紋画像信号ＦＭＱがスペクトラルデータ生成部４に供給されるようになる。
【００３７】
例えば、図４（ｂ）に示される指紋稜線上の画素ブロックＦＢ内での各画素毎の輝度値が図１０（ａ）に示す如き値を有する場合、指紋稜線の潰れ部分は輝度値「０」で表され、潰れた分の指紋稜線の幅ＷＫは２画素分となる。この際、３行×３列の画素ブロック毎にその画素ブロック内の全画素の輝度値の平均によって中央画素に対する補正輝度値を算出すると、図１０（ａ）の破線にて囲まれた領域内の９個の画素各々に対する補正輝度値は、図１０（ｂ）に示す如きものとなる。かかる平滑化処理により、図１０（ａ）の破線にて囲まれた領域内の９つの画素各々の輝度値は全て、図１０（ｂ）に示す如く輝度値「０」よりも大なる輝度値に補正される。要するに、所定よりも強い押圧力で指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧したが故に潰れた状態で読み取られてしまった指紋稜線に対して、潰れが生じていない指紋稜線の形態に近づけるべき補正が為されるのである。この平滑化処理の施された検出指紋画像信号ＦＭＱによれば、指紋センサ１での指紋読み取り時の押圧力が強い場合であっても、登録時に取得した周波数データと略一致した周波数データをスペクトラルデータ生成部４において生成することが可能となる。
【００３８】
よって、指紋画像検出部３によれば、指紋センサ１での指紋読み取り時の押圧力が強い場合であっても、高精度に指紋認証を行うことができるようになるのである。
【００３９】
尚、上記実施例において、ヒストグラムデータ生成部３１及び指紋稜線潰れ判定部３２では、指紋稜線が潰れているか否かを判定する為に１フレーム分の指紋画像から求めたヒストグラムデータＨＤを用いるようにしているが、かかる構成に限定されるものではない。例えば、１フレームの指紋画像を複数の画像領域に分割（例えば４分割）した各分割画像領域毎にヒストグラムデータＨＤを生成することにより、指紋稜線が潰れているか否かを分割画像領域毎に個別に判定し、指紋稜線が潰れていると判定された分割画像領域に対してのみ前述した平滑化処理を施すようにしても良い。すなわち、指先を指紋センサ１の指紋読み取りエリア１ａに押圧する際に、指先の一部の領域に偏って強い押圧力が掛かる場合には、この領域が属する分割画像領域に対してのみ平滑化処理を施すことにより、処理時間の短縮を図ることができる。
【００４０】
また、指紋画像平滑化処理部３３では、指紋画像信号ＦＭによって表される指紋画像に対して３行×３列分の画素からなる画素ブロック毎に、中央の画素の輝度値をその画素ブロック内の各画素における平均輝度値に置換することにより、輝度値「０」で表される指紋稜線の潰れ箇所を排除するようにしている。しかしながら、かかる処理によると、画素ブロック内の全画素の輝度値が「０」である場合にはその平均値も「０」となる為、指紋稜線の潰れ箇所を排除することができなくなる。そこで、画素ブロック内の全画素の輝度値が「０」となる場合、輝度値の平均を算出する対象とすべき画素ブロックの大きさを広げるようにしても良い。例えば、指紋画像平滑化処理部３３は、３行×３列分の画素からなる画素ブロック内の全画素の輝度値が「０」となっている場合には、その画素ブロックを、上方向（又は下方向）に１行分、左方向（又は右方向）に１列分だけ拡張した４行×４列分の拡張画素ブロック内の画素の平均値を補正輝度値とする。そして、上記した３行×３列の画素ブロック内の中央画素の輝度値を、この補正輝度値に置き換えるのである。この際、拡張画素ブロックの大きさは４行×４列に限定されず、５行×５列或いはそれ以上の大きさのブロックであっても良い。
【００４１】
尚、上記指紋画像平滑化処理部３３では、特定画素としての中央の画素に隣接する各画素の平均輝度値を、この中央の画素に対する補正輝度値としているが、平均輝度を求める画素対象としては、中央の画素に隣接していない画素を含ませるようにしても良い。要するに、中央の画素に隣接する画素を少なくとも１つ含んだ周辺画素各々の平均輝度値を補正輝度値とすれば良いのである。
【００４２】
又、上記実施例では、指紋の特徴情報としてスペクトラルデータを用いて指紋照合を行うようにしているが、スペクトルデータ以外の指紋特徴情報を用いて指紋照合を行うようにしても良い。
【００４３】
又、上記指紋稜線潰れ判定部３２では、指紋画像が全体的に黒い画像であるか否かにより、指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定するようにしているが、その他の方法で指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定するようにしても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１ 指紋センサ
２ 指紋画像メモリ
３ 指紋画像検出部
４ スペクトラルデータ生成部
５ 指紋照合部
６ 指紋特徴データメモリ
３１ ヒストグラムデータ生成部
３２ 指紋稜線潰れ判定部
３３ 指紋画像平滑化処理部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋センサによって読み取られた指紋画像に基づいて指紋の認証を行う指紋認証装置であって、
前記指紋画像中に表されている指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定する指紋稜線潰れ判定部と、
前記指紋稜線潰れ判定部において前記指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合には前記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施したものを検出指紋画像として得る一方、前記指紋稜線が潰れた状態にないと判定された場合には前記指紋画像をそのまま前記検出指紋画像とする指紋画像平滑化処理部と、
前記検出指紋画像に基づく指紋特徴情報と予め登録されている指紋特徴情報とを比較することにより登録済みの指紋であるか否かを示す指紋認証結果を得る指紋照合部と、
を備え、
前記平滑化処理部では、前記指紋画像中の特定画素の周辺に位置する画素各々の輝度値の平均を平均輝度値として算出し、前記特定画素の輝度値を前記平均画素値に置換することを特徴とする指紋認証装置。
【請求項２】
前記指紋稜線潰れ判定部は、前記指紋画像における各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータに基づき前記指紋画像中に表されている指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項３】
前記指紋稜線潰れ判定部は、前記ヒストグラムデータによって示される輝度値の中央値が所定の閾値よりも大であるか否かにより、前記指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の指紋認証装置。
【請求項４】
前記平均輝度値がゼロとなる場合には、前記１の画素の輝度値を、当該画素ブロックの周辺の画素各々をも含めた拡張画素ブロック内の各画素の輝度値の平均を前記平均輝度値とすることを特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項５】
前記指紋特徴情報は、前記指紋画像中に表される前記指紋稜線の隣接するもの同士の間隔の平均値を示す情報を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の指紋認証装置。
【請求項１】
指紋センサによって読み取られた指紋画像に基づいて指紋の認証を行う指紋認証装置であって、
前記指紋画像中に表されている指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定する指紋稜線潰れ判定部と、
前記指紋稜線潰れ判定部において前記指紋稜線が潰れた状態にあると判定された場合には前記指紋画像に対して輝度値の平滑化処理を施したものを検出指紋画像として得る一方、前記指紋稜線が潰れた状態にないと判定された場合には前記指紋画像をそのまま前記検出指紋画像とする指紋画像平滑化処理部と、
前記検出指紋画像に基づく指紋特徴情報と予め登録されている指紋特徴情報とを比較することにより登録済みの指紋であるか否かを示す指紋認証結果を得る指紋照合部と、
を備え、
前記平滑化処理部では、前記指紋画像中の特定画素の周辺に位置する画素各々の輝度値の平均を平均輝度値として算出し、前記特定画素の輝度値を前記平均画素値に置換することを特徴とする指紋認証装置。
【請求項２】
前記指紋稜線潰れ判定部は、前記指紋画像における各輝度値毎の出現頻度を表すヒストグラムデータに基づき前記指紋画像中に表されている指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項３】
前記指紋稜線潰れ判定部は、前記ヒストグラムデータによって示される輝度値の中央値が所定の閾値よりも大であるか否かにより、前記指紋稜線が潰れた状態にあるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の指紋認証装置。
【請求項４】
前記平均輝度値がゼロとなる場合には、前記１の画素の輝度値を、当該画素ブロックの周辺の画素各々をも含めた拡張画素ブロック内の各画素の輝度値の平均を前記平均輝度値とすることを特徴とする請求項１記載の指紋認証装置。
【請求項５】
前記指紋特徴情報は、前記指紋画像中に表される前記指紋稜線の隣接するもの同士の間隔の平均値を示す情報を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の指紋認証装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４１６７７（Ｐ２０１２−１４１６７７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２４３８（Ｐ２０１０−２９２４３８）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（３０８０３３７１１）ラピスセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（３０８０３３７１１）ラピスセミコンダクタ株式会社 (898)
【Ｆターム（参考）】
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