JP4389971B2 - 指紋画像形成装置及びこれに用いる指移動量推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、指紋画像形成装置及びこれに用いる指移動量推定方法に関し、特に、２本のラインセンサを用いた指紋画像形成装置及びこれに用いる指移動量推定方法に関する。

従来から、表面領域が指紋の表面領域よりも小さいセンサ上で指がスイープしたときに、センサで指紋を読み取り、指紋の部分イメージから、指紋のイメージを再構成するようにした指紋読み取りシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる部分イメージのみ取得可能なセンサを用いることにより、指紋画像取得のためのセンサが小型化され、指紋を１回で撮像する二次元のイメージセンサよりも省スペース及び安価に指紋入力装置を構成することができる。

一般的にラインセンサと呼称される上述の特許文献１に記載の構成のような指紋読み取りシステムによる画像形成に際しては、上述のように得られるイメージは指紋全体の中の搭載ライン分の部分イメージであり、これらを積み重ねて全体画像を構成する場合、単純な積み重ねでは指のスイープ速度に応じて部分イメージ間の重なり量が変動し、結果スイープ速度に応じて画像全体長が変動、すなわち伸縮が発生する。画像形成の主目的である個人認証に対して、画像伸縮はその性能を阻害する課題である。したがって、ラインセンサによる画像形成に際しては、前記部分イメージ間の重なりを正確に除去することが重要な課題となっている。

かかる観点から、２ライン構成によるセンサを用いた指紋入力装置が提案されている（例えば、特許文献２）。特許文献２においては、２ラインセンサを用いて指の移動速度を求め、指の移動速度から指紋画像のゆがみを検出し、前記部分イメージ間の重なりを除去する方法が提案されている。
特開平１０−９１７６９号公報 特許第３７０９３４４号公報

しかしながら、上述の特許文献２に記載の構成では、各ラインイメージを所定量蓄積する必要があり、相応の資源を必要とする点から小規模な組み込みシステムには不向きであるという問題があった。

そこで、本発明は、前記部分イメージ間の重なりを除去するために指がラインセンサの１ラインを超える移動をした時期を確実に検出し、さらに前記部分イメージ間の重なりを除去するために各ラインイメージを所定量蓄積する必要が無く、各部分イメージ取得時点で前記重なり除去をリアルタイムで処理し、さらに指の移動速度が異なっても画像伸縮の少ない画像形成を可能とする指紋画像形成装置及びこれに用いる指移動量推定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る指紋画像形成装置（１００）は、第１のセンサ（１１）と第２のセンサ（１２）を有する部分センサ（１０）を備え、該部分センサ（１０）上を前記第１のセンサ（１１）から前記第２のセンサ（１２）の方向にスイープする指（７０）の指紋画像を、前記部分センサ（１０）で取得された部分画像を合成することにより形成する指紋画像形成装置（１００）であって、
前記第２のセンサ（１２）で取得された基準部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ０））を記憶する基準画像記憶手段（２０）と、
前記基準部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ０））と、前記第１のセンサ（１１）で取得された部分画像（ＬｉｎｅＡ（ｔ０））とを比較し、部分画像同士の基準画像差（α）を算出する画像差算出手段（３０）とを有し、
該画像差算出手段（３０）は、前記第２のセンサ（１２）で取得される部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ））と、前記基準画像記憶手段（２０）に記憶された前記基準部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ０））とを比較して取得画像差（β）を算出した後、該取得画像差（β）と前記基準画像差（α）の相関関係に基づいて前記指の移動量及び／又は移動位置を推定し、
推定された前記指の移動量及び／又は移動位置に基づいて前記部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ））を記録し、指紋画像を形成することを特徴とする。

これにより、指のスイープ移動速度が異なっても、指の移動量及び／又は移動位置を検出することができ、指の移動量及び／又は移動位置に基づいて部分画像の記録を行なうことができ、指紋画像全体の伸縮を低減させることができる。

第２の発明は、第１の発明に係る指紋画像形成装置（１００）において、
前記画像差算出手段（３０）は、前記取得画像差（β）の前記基準画像差（α）に対する割合（β／α）が１以上となったときに、前記指の移動量及び／又は移動位置が前記第１のセンサ（１１）及び／又は前記第２のセンサ（１２）の１ライン以上を超えたと判定することを特徴とする。

これにより、指が１ライン以上移動したことを正確に判定することができる。

第３の発明に係る指移動量推定方法は、第１のセンサ（１１）と第２のセンサ（１２）とを有する部分センサ（１０）を用い、前記第１のセンサ（１１）から前記第２のセンサ（１２）の方向にスイープする指（７０）の移動量及び／又は移動位置を推定する方法であって、
部分画像（ＬｉｎｅＡ（ｔ０）、ＬｉｎｅＢ（ｔ０））を前記第１のセンサ（１１）及び前記第２のセンサ（１２）により取得し、
前記部分画像から、前記第２のセンサ（１２）で取得した基準部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ０））を記憶するとともに、前記第１のセンサ（１１）で取得した部分画像（ＬｉｎｅＡ（ｔ０））と前記基準部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ０））を比較して基準画像差(α)を算出し、
前記第２のセンサ（１２）で取得される取得部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ））と、記憶された前記基準部分画像（ＬｉｎｅＢ（ｔ０））との取得画像差（β）を算出し、該取得画像差（β）と前記基準画像差（α）の相関関係に基づいて前記指（７０）の移動量及び／又は移動位置を推定することを特徴とする。

これにより、指の移動量及び／又は移動位置を正確に推定することができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、指紋読み取りシステムにおいて、指のスイープ速度に依存しない、画像伸縮の少ない指紋画像形成が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明を適用した実施例に係る指紋画像形成装置１００の概略構成を示した図である。図１において、本実施例に係る指紋画像形成装置１００の主要構成要素は、部分センサ１０と、演算制御手段５０とから構成される。演算制御手段５０は、基準画像記憶手段２０と、画像差算出手段３０と、部分画像データ更新判定位置設定手段４０とを備える。演算制御手段５０の構成要素は、コンピュータ等と同様に種々の演算手段により構成されてよい。本実施例に係る指紋画像形成装置１００は、他に、支持台６０を備えてもよく部分センサ１０は、支持台６０に設けられてよい。更に、本実施例に係る指紋画像形成装置１００は、画像を合成して指紋全体の画像を生成するための合成メモリ９０を備えてもよい。

部分センサ１０は、検出面上をスイープして移動する指７０の指紋画像を取得するセンサである。指７０の移動は、例えば、図１に示すように、指７０を手前に引く向きに行われる。指紋画像取得手段１０は、例えばフォトディテクタ等の光に感応する素子であってもよいし、静電容量を検出する素子等であってもよく、指紋の凹凸を画像として取得できる手段であれば、その種類や形式は問わない。

部分センサ１０は、矩形状に構成され、指７０の表面画像を部分的にしか取得することができないが、指７０が移動することにより、指７０の移動中に指紋画像を取得し、その画像を合成することにより、指紋全体の画像を形成することができる。本実施例に係る指紋画像形成装置１００においては、部分センサ１０は、第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２の２本で構成される。また、詳細は後述するが、平行に隣接して配置した第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２との２本を用いることにより、指７０がラインセンサ１１、１２をスイープする際の移動量及び／又は移動位置が、１ラインを超えたか否かを正確に判定し、検出することができる。

なお、第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２は、必ずしも１次元の線状のラインセンサのみではなく、全体として矩形を構成している、２列又は３列程度の画素が配列されているセンサも含むものとする。よって、本実施例に係る第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２には、１列の画素が配列された、１次元のラインセンサが複数まとめられて１つのセンサとしての役割を果たす場合も含むものとする。従って、本実施例に係るラインセンサ１１、１２は、広い意味での矩形状のセンサを含んでよく、一度に指紋の一部しか撮像できない、指の表面積よりも小さい撮像面しか有していない種々の態様のセンサを含んでよい。

また、本実施例においては、便宜上、第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２を固定して説明するが、指７０がスイープ移動する方向に対して、第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２の位置関係が定まるものとする。即ち、指７０がスイープ移動する方向側に位置するのが第２のラインセンサ１２であり、指７０がスイープ移動する反対側に位置するのが第１のラインセンサ１１とする。従って、図１において、指７０が先端側（図１中、上方向）に移動する場合には、第１のラインセンサをラインセンサ１２とし、第２のラインセンサをラインセンサ１２として、本実施例を適用してよい。また、指７０の移動方向を判定できる機能を設け、指７０のスイープ方向に関わらず、本実施例を適用できるように指紋画像形成装置１００を構成してもよい。本実施例に係る指紋画像形成装置１００においては、指７０のスイープ移動の方向が変わっても、第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２の機能を入れ替えることにより、容易に同様の処理を行うことができる。従って、本実施例においては、便宜上、図１に示したように、第１のラインセンサ１１が指７０の先端側にあり、第２のラインセンサ１２が指７０の根元側に配置され、指７０は第１のラインセンサ１１から第２のラインセンサに移動する例を挙げて説明するが、指７０の移動方向に応じて、第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２の関係は適宜入れ替え可能であるものとする。

支持台６０は、指７０がラインセンサ１１、１２上をスイープし易いようにラインセンサ１１、１２を支持する手段であり、種々の材質及び形状が適用されてよい。

基準画像記憶手段２０は、所定時刻の第２のラインセンサ１２で取得した指紋のライン画像を記憶するための手段である。書き換え可能なメモリ等の記憶手段であればよく、例えば揮発性メモリ等が利用されてよい。詳細は後述するが、基準画像記憶手段２０で、所定時刻の第２のラインセンサ１２で取得したライン画像を基準ライン画像として記憶しておくことにより、これを比較参照のための基準画像とし、これとの対比により１ライン移動等の判断を行うことが可能となる。

なお、本実施例に係る指紋画像形成装置１００においては、ラインセンサ１１、１２を含む部分センサ１０を適用した例で説明するため、ラインセンサ１１、１２により取得された画像はライン画像と呼ぶが、本発明は、上述のように種々の態様の部分センサに適用できるため、ライン画像は、部分画像と読み替えて種々の態様の部分センサに適用可能であるものとする。

画像差算出手段３０は、２つのライン画像同士を比較し、この画像差を算出するための演算手段である。画像差は、２つの画像の相違度、非類似度を示す、画像の異なり度合を示す指標を意味する。２つの画像の画像差が大きければ、その２つの画像の間には大きな差があり、その異なり度合が大きい状態を意味する。一方、２つの画像の画像差が小さければ、その２つの画像は類似していることを意味する。同一の画像の場合は、画像差はゼロとなる。

なお、画像差の算出は、種々の手法が適用されてよいが、例えば、第１のラインセンサ１１で取得したライン画像と第２のラインセンサ１２で取得したライン画像を比較する場合には、互いに同座標にある画素同士の信号値を比較して差分を取り、差分の絶対値をラインセンサの総ての画素について合計した値で示してもよい。また、このような比較は、同一時刻に取得されたライン画像同士だけではなく、一旦基準画像記憶手段２０に記憶されたライン画像と、指７０が移動中に連続的に取得するライン画像との間で行うことも可能である。

画像差算出手段３０は、その内部に算出した画像差を記憶するメモリ３１等を備えてよい。本実施例に係る指紋画像形成装置１００においては、初期時刻等の所定時刻に取得した基準画像差を比較用の閾値とし、これに基づいて指７０が１ライン以上移動したか否かを判定するので、閾値たる基準画像差を記憶しておく必要がある。メモリ３１は、かかる基準画像差を記憶する役割を果たす。

部分画像データ更新位置設定手段４０は、指７０が１ライン以上移動したと判定したときに、次のライン移動の判定を行う位置を設定するための手段である。その具体的な演算内容の詳細は、後述する。

合成メモリ９０は、画像差算出手段３０により指７０が１ライン以上移動したと判定され、ライン更新が行われる際に、ラインセンサ１１、１２で取得したライン画像データを記録し、合成画像を生成するためのメモリである。画像データを記録できる通常のメモリが用いられてよい。

次に、図２を用いて、本実施例に係る指紋画像形成装置１００による正確な１ライン移動判定の演算制御内容について説明する。図２は、第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２により取得したライン画像データの、時間推移について説明するための図である。図２（ａ）は、時刻ｔ０における第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２で取得したライン画像を示した図である。

図２（ａ）において、第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサ１２が平行に隣接して配列され、指７０がその上を手前側にスイープ移動している状態を示している。図２（ａ）においては、ある時刻ｔ０における指７０と第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２の位置関係が示されている。時刻ｔ０における第１のラインセンサ１１で取得される指紋のライン画像をＬｉｎｅＡ（ｔ０）、第２のラインセンサ１２で取得される指紋のライン画像をＬｉｎｅＢ（ｔ０）とすると、第２のラインセンサ１２で取得されるライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）は、基準ライン画像として基準画像記憶手段２０に記憶される。同時に、画像差算出手段３０は、時刻ｔ０における第１のラインセンサ１１で得られるライン画像と、第２のラインセンサ１２で得られるライン画像とを比較し、これらの画像差αを基準画像差として算出する。また、時刻ｔ０における基準画像差αは、メモリ３１に記憶されてよい。

この後、時間の経過につれて指７０はスイープして移動するため、第１のラインセンサ１１で取得されるライン画像及び第２のラインセンサ１２で取得されるライン画像は、ＬｉｎｅＡ（ｔ０）及びＬｉｎｅＢ（ｔ０）のライン画像が徐々に下側（手前側）にずれた画像となり、変化してゆく。そして、指７０がラインセンサ１１、１２の１本分の量を移動した時刻をｔ１とすると、時刻ｔ０におけるライン画像ＬｉｎｅＡ（ｔ０）が、時刻ｔ１における第２のラインセンサ１２で取得されることになる。

図２（ｂ）は、時刻ｔ１における第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２で取得したライン画像を示した図である。図２（ｂ）において、時刻ｔ１における第２のラインセンサ１２で取得されたライン画像をＬｉｎｅＢ（ｔ１）とすると、上述のように時刻ｔ１において、ＬｉｎｅＡ（ｔ０）とＬｉｎｅＢ（ｔ１）の両画像は同一画像であるので、（Ａ）式のように表される。

ここで便宜上、画像差を記号⇔で表現すると、（Ａ）式より次式が導出される。

これは時刻ｔ０における第２のラインセンサ１２で取得及び記憶した基準ライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）と、第２のラインセンサ１２で撮像取得するライン画像とを比較して画像差算出手段３０で両画像の画像差を算出し、これが基準画像差αに達した時刻ｔ１を１ライン移動と判定できることを意味している。つまり、第２のラインセンサ１２で取得されているライン画像と、基準ライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）との画像差を取得画像差βとすると、α＝βとなった時刻ｔ１が、指７０が１ライン分移動したタイミングである。

時刻ｔ０から時刻ｔ１に到達するまでの取得画像差βの変化について考えると、まず時刻ｔ０のときの第２のラインセンサ１２で取得されるライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）は、基準ライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）との関係で言えば、当然に同一画像であるので、その取得画像差β（ｔ０）は、β（ｔ０）＝０である。つまり、以下の（Ｃ）式が成り立つ。

さらに時刻ｔ０から時刻ｔ１への経過において、時刻ｔ０での基準ライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）と、ｔ<ｔ１である任意の時刻ｔでの第２のラインセンサ１２で取得されるライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ）との画像差β（ｔ）は、（Ｄ）式から(Ｅ)式のようになる。

このような関係から、時刻ｔ０における第１のラインセンサ１１のライン画像ＬｉｎｅＡ（ｔ０）と第２のラインセンサ１２のライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）同士の基準画像差αに対し、任意の時刻ｔにおける第２のラインセンサ１２で撮像されるライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ）を取得し、取得画像差βがβ≧αとなった時点で、指７０が１ライン以上移動したと判断することができる。そして、ライン移動の判定を行った段階で、基準ライン画像ＬｉｎｅＢ（ｔ０）と基準画像差αを順次更新するようにすれば、常に更新地点から次の１ライン移動の正確な判定が実施できることを意味する。

このようにして随時得られる部分イメージに対し、１ライン未満の移動時の部分イメージは都度除去し、１ライン以上の移動時の部分イメージのみを記録することで、部分イメージ毎の重なりをリアルタイムで除去できることになる。

次に、本実施例に係る指紋画像形成装置１００において、基準画像差αと、取得画像差βを用いて、画像取り込み周期を考慮し、指紋画像の伸縮を防止した指紋画像を形成する制御演算の内容について説明する。

一般に、ラインセンサで取得したライン画像データを取り込む場合、データ処理やデータ送信等の装置特性的制約から、所定の取り込み周期でしか画像データを取り込めないという制約がある。この画像取り込み周期は、装置やラインセンサの特性等によっても異なるが、例えば１００μｓｅｃ等の程度の数値である。

よって、図１及び図２で説明した１ライン移動判定の演算制御の手法において、指７０のスイープ速度が遅い場合には、取得画像差βの変化が緩やかであり、画像取り込み周期に対する指７０の実移動量が少ないので、β＝αとなるタイミングが得やすく指紋に忠実な画像のみを取り込んで記憶することが可能となる。しかしながら、スイープ速度が速い場合には、画像取り込み周期に対して指７０の実移動量が大きいため、１ライン移動を検出した時点で既に１ライン以上移動している場合もあり得る。つまりこの時点でβ>αとなってしまっている。

ここで、独自の実験結果により、取得画像差βの変化は、前述のｔ０<ｔ<ｔ１区間においてはほぼ線形に推移することが既知となっている。これはすなわち、前述のようにβ＝αの到達時点が指の１ライン分移動を意味していることから、αに対するβの到達度、つまりβ／αは１ライン移動に対する指の移動度合いを示し得るということになる。言い換えるならばβ／αによって、その時点のライン換算での指の移動量及び／又は移動位置が推定できるということになる。

本実施例に係る指紋画像形成装置１００では、かかる性質を利用して、画像差により指７０のライン換算移動量及び／又は移動位置を推定し、同様に画像差により次の部分画像データ更新判定位置を設定することを行う。

本実施例に係る指紋画像形成装置１００の部分画像データ更新位置設定手段４０で行われる、ラインデータ更新時の変移量に応じて、次回のライン移動完了判定値を加減する補償制御について、図３を用いて説明する。上述のように、画像差算出手段３０でライン移動判定と、指７０の移動量及び／又は移動位置と同義の画像差βが算出されるので、これに基づいて、部分画像データ位置設定手段４０により、次ラインの移動完了判定を行う位置を設定する以下のような補償制御演算を行なう。

図３は、所定時刻ｔ０から、画像データ取り込み周期△ｔの１周期が経過したｔ＝ｔ０＋△ｔの状態の指７０の種々のスイープパターンにおける取得画像差βの推移を示した図である。

図３において、Ｓｗｅｅｐ１の変移特性においては、時刻ｔ＝ｔ０＋△ｔ時点での取得画像差（すなわち指移動量及び／又は移動位置、もしくは変移量）βは、１α<β<１．５αである。仮に、Ｓｗｅｅｐ１の変移特性において、時刻ｔ＝ｔ０＋△ｔ時点での取得画像差βを、β＝１．２αとする。ここで、取得画像差βは、１αを超えているので、ライン更新を実施する。

ライン更新時の理想的画像差変移量は、β＝αとなるタイミングであり、この条件のとき、ラインセンサ１２により得られたライン画像を合成メモリ９０に１ラインずつ順に記録すれば、指紋実画像と等しい合成画像が得られることになる。別の観点で重要なポイントとして、合成メモリ９０にはライン単位（整数単位）でしか記録できないことに注意が必要である。

しかしながら、実際には、データ取り込み周期△ｔ、スイープスピードとの兼ね合いで、画像データを取り込んだ時点が１ラインを超えた移動となる場合も想定される。例えば、Ｓｗｅｅｐ１の場合では、ライン更新時の取得画像差がβ＝１．２αであり、１α＝１ラインであるので、ライン更新時の指７０の変移量は１．２ライン分となる。ここでライン更新を行い、その地点から次に１ライン先のライン判定位置を設定すると、次の部分画像データ更新判定位置は、ｔ０時の位置からすると２．２ラインの位置となってしまう。これを繰返すと、０．２ライン分は、そのまま繰り越されることになる。更に言えば、次のデータ取り込み周期（ｔ０＋２Δｔ）における変移量もβ＝１．２αであると予測され、実際の移動量及び／又は移動位置はｔ０時の位置からすると２．４ラインの位置となり、片や２Δｔの時点で合成メモリ上に追加記録したライン数は前述のように整数単位でしか記録できないため２ライン分のみとなっているので、そのはみ出し分（実移動量及び／又は実移動位置と合成メモリ９０上の組立画像長との誤差）は、２．４−２＝０．４ライン分となり、更に拡大する事態をも招く。

そこで、本実施例に係る指紋画像形成装置１００においては、Ｓｗｅｅｐ１の例のようなライン更新時の変移量が１．２ラインであった場合には、次の１ライン移動完了判定位置を、当地点でのはみ出し量分である０．２ライン分だけ手前に設定することとしている。つまり、次ラインの移動完了判定画像差をαｎｅｘｔとすると、αｎｅｘｔ＝０．８α（ただしα＝ＬｉｎｅＡ（ｔ０＋Δｔ）⇔ＬｉｎｅB（ｔ０＋Δｔ））に設定する。これにより、ライン更新した段階での変移量はβ＝１．２αであるから、次のライン移動完了判定位置をこれより０．８αの位置に設定すれば、１．２α＋０．８α＝２αであり、はみ出し分が相殺され、次のライン移動判定時に、正しい２ライン目の移動位置でライン移動完了判定を行うことができる。

次に、図３のＳｗｅｅｐ２の変移特性線においては、時刻ｔ＝ｔ０＋△ｔの時点での画像差βが、１．５α<β<２αである。例えば、β＝１．８αとすると、この場合はライン更新時の変移量が１．８ラインとなっているので、この場合には、１ラインの更新とするよりも、同時に２ライン分更新した方が、実移動量及び／又は実移動位置と合成メモリ９０上での組立画像長との誤差が少なくなる。つまり、実際１．８ライン分移動している状況に対し、１ラインのみライン更新するとしてラインセンサ１２の画像データのみを合成メモリ９０に記録すると、残り０．８ラインがズレ量として残るが、２ライン分のライン更新をするとしてラインセンサ１１およびラインセンサ１２の画像データを合成メモリ９０に記録すると、実移動量及び／又は実移動位置とのズレ分は、１．８−２．０＝−０．２ライン分で収まることになり、絶対量的には、こちらの方が少なくなる。よって、この場合には、次の１ライン移動完了判定位置を、不足分である０．２分補い、０．２ライン分奥側（先の方）に設定する。つまり、αｎｅｘｔ＝１．２αとなる。

次に、Ｓｗｅｅｐ３の変移特性線においては、時刻ｔ＝ｔ０＋△ｔの時点での画像差が、２α<βである。例えば、画像差β＝２．２αとすると、この場合はライン更新時の変移量が２．２ラインとなっているので、当然同時に２ライン分更新することとなるが、Ｓｗｅｅｐ２の場合とは異なり、この場合は２．２−２＝０．２ライン分はみ出していることになる。この場合の、次の１ライン移動判定位置は、αｎｅｘｔ＝０．８αとなる。よって、Ｓｗｅｅｐ１の場合と同様、はみ出した０．２α分手前側に部分画像データ更新判定位置を設定する。

なお、図３を用いて説明した部分画像データの更新判定と、次の部分画像データ更新判定位置の設定の方法は、指７０の移動量及び／又は移動位置を把握できる手段があれば、基準画像差や取得画像差を求めなくても、適用可能である。この場合には、取得画像差算出手段３０で行っていた部分画像データ更新を行うか否かの判定を、別途部分画像データ更新判定手段を設け、これにより行うようにしてよい。このように、指７０の移動量及び／又は移動位置を推定でき、部分画像データを記録するか否かの判定を行う部分画像データ更新判定手段及び次ラインの移動完了判定を行う位置を設定する部分画像データ更新位置設定手段を備えていれば、本発明を種々の態様の指紋画像形成装置１００に適用することができる。

次に、図４を用いて、指紋画像形成装置１００により実行される処理フローについて説明する。図４は、指紋画像形成装置１００により実行される処理フローを示したフロー図である。

図４において、ステップ１００では、フレームデータの取得が行われる。図１乃至図３で説明した実施例においては、時刻ｔ０で第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２により部分画像（ライン画像）を取得した状態を意味する。

ステップ１１０では、部分画像データ取得が１回目か否かが判定される。部分画像データ取得が１回目であればステップ１２０に進み、部分画像データ取得が２回目以降であれば、ステップ１６０に進む。

ステップ１２０では、１ライン更新がなされ、１ライン分の部分画像データが保存される。図１乃至図３の例で言えば、第２のラインセンサ１２で時刻ｔ０に取得された部分画像データＬｉｎｅＢ（ｔ０）が合成メモリ９０に記録され、基準部分画像となる。

ステップ１３０では、ライン更新に伴い、更新ライン数を考慮して、更新してデータ保存を行った部分画像の画像データ総量（ライン換算移動量）、つまり画像長の指７０の実移動位置に対する過不足量を算出し、これを更新する処理を行うが、ステップ１２０では、処理開始初期の基準部分画像となる部分画像データが保存されたに過ぎないので、まだ指７０の移動は検出しておらず、累積過不足量は当然にゼロとなる。

ステップ１４０では、ステップ１００で取得されたフレームデータから、基準画像差αが算出される。図１乃至図３の例で言えば、時刻ｔ０において第１のラインセンサ１１と第２のラインセンサで取得された部分画像ＬｉｎｅＡ（ｔ０）、ＬｉｎｅＢ（ｔ０）同士の基準画像差αが画像差算出手段３０により算出されることになる。

ステップ１５０では、１画像分の画像データ取得が完了したか否かが判定される。これは、指紋全体の画像データを取得したか否かの判定である。指紋全体の画像データ取得を完了すれば、本実施例に係る画像形成装置１００による画像形成処理は終了するが、終了していなければ、ステップ１００に戻る。

ステップ１００では、再度部分センサ１０により、新たなフレームデータが取得される。具体的には、第１のラインセンサ１１及び第２のラインセンサ１２により、部分画像データが取得される。

ステップ１１０では、データ取得が１回目か否かが判定され、２回目以上であれば、ステップ１６０に進む。

ステップ１６０では、今回取得した第２のラインセンサ１２の部分画像データと、前回の部分画像データ更新時に保存した第２のラインセンサ１２の部分画像データとの取得画像差βが算出される。図１乃至図３の例においては、任意の時刻ｔにおいて取得された第２のラインセンサ１２の部分画像データＬｉｎｅＢ（ｔ）と、時刻ｔ０における部分画像データＬｉｎｅＢ（ｔ０）とを比較して、取得画像差βを算出して取得していく処理に該当する。これらの比較算出処理は、画像差算出手段３０により実行されてよい。

ステップ１７０では、累積過不足量を加味した上で、１ライン以上の指７０の移動がなされたか否かが判定される。今まで説明してきた処理フローでは、ステップ１３０の段階では、累積過不足量はゼロであったので、過不足量を考慮することなく、β／αが１以上となったか否かが判定される。一方、既に前回の部分画像データ更新時に、指７０がΔαの過不足分を生じている場合には、過不足分を考慮し、β／αが１−Δα以上であるか否かが判定される。例えば、前回の部分画像データ更新時に、指７０が、Δα＝０．２ライン幅進み過ぎていたとすれば、β／αが１−０．２＝０．８以上であるか否かが判定される。

β／α＋Δαが１未満の場合には、ステップ２００に進み、今回取得した部分画像データは保存せず、破棄するものとする。そして、ステップ１５０に進み、今までと同様の処理フローを繰返す。

一方、β／α＋Δαが１以上である場合には、ラインセンサ１１、１２の１ライン分以上指７０が移動したと判断し、ステップ１８０に進む。

ステップ１８０では、累積過不足量を加味し、指７０の現在位置が１．５ライン未満か否かが判定される。つまり、部分画像データの更新が、１ライン分更新すべきか、２ライン分更新すべきか否かが判定される。

例えば、累積過不足量がゼロのときには、β／αが１．５ライン未満か否かを判定すればよい。一方、前回の部分画像データ更新時の累積過不足分Δαが存在する場合には、β／α＋Δαが１．５未満か否かを判定すればよい。例えば、ステップ１７０で説明したように、前回の部分画像データ更新時の累積過不足量Δαが、０．２ライン分進み過ぎて０．２過量となっている場合には、β／α＋０．２が１．５未満か否かを判定する。

β／α＋Δαが１．５未満のときには、ステップ１２０に進む。例えば、累積過不足量Δαが０．２であり、今回取得した部分画像データにおけるβ／α＝１．２だった場合には、β／α＋Δα＝１．２＋０．２＝１．４となり、１．５未満であるので、ステップ１２０に進み、１ライン分の部分画像データ更新を行い、合成メモリ９０に１ライン分の部分画像データを保存する。

ステップ１３０では、ステップ１２０のライン更新に伴い、更新ライン数を考慮して累積過不足量Δαを更新するが、この例では、β／α＋Δα＝１．４であり、ここから１ライン分を控除すると、１．４−１＝０．４であり、これが新たな累積過不足量Δαとなり、更新される。そして、ステップ１４０に進み、この時点のフレームデータにて、基準画像差αが算出され、累積過不足量Δαは、次の処理フローの循環時のステップ１７０、ステップ１８０及びステップ１３０で用いられることになる。

次に、ステップ１８０に戻り、累積過不足量Δαを加味した指７０の現在位置が、１．５以上であった場合を説明する。例えば、前回部分画像データ更新時の累積過不足量Δαが０．４であり、今回取得したフレームデータによるβ／αが１．４だった場合には、β／α＋Δα＝１．４＋０．４＝１．８となり、２ライン更新した方が、次の累積過不足量Δαの絶対値が小さいので、ステップ１９０に進む。

ステップ１９０では、２ライン分の部分画像データ更新がなされ、２ライン分の部分画像データが合成メモリ９０に記録保存され、ステップ１３０に進む。

ステップ１３０では、ステップ１９０における部分画像データ更新に伴い、更新ライン数を考慮して累積過不足量Δαを更新するので、この例では、２ライン更新するので、β／α＋Δα−２＝１．４＋０．４−２＝−０．２となり、０．２ライン分不足となる。よって、累積過不足量Δα＝−０．２となり、これが更新される。ステップ１４０以降は、今までの説明と同様であり、更新された累積過不足量Δαは、次の処理フロー循環時のステップ１７０、ステップ１８０及びステップ１３０で活用される。

このような累積過不足量補間方式による補償制御を、本実施例に係る指紋画像形成装置１００の演算制御手段５０で行うことにより、指紋の実像と得られる画像長が大きく異ならない、伸縮の少ない指紋画像を形成することができる。

このように、本実施例に係る指紋画像形成装置１００及びこれに用いる指紋画像形成方法によれば、固定閾値ではなく、実際の指７０の指紋画像に適応してライン移動判定の閾値である基準画像差αを定めることから、より正確なライン移動判定が行え、結果、より実像に忠実な画像形成が実現できる。また、スイープ速度の相違による画像伸縮を防ぐことができ、指紋の認証性能の向上を図ることができる。更に、本実施例に係る指紋画像形成装置１００の演算制御手段５０で実行する累積過不足量補間方式においては、ライン更新時の入力画像の変移量（移動量）により次のラインの移動判定量を決定する方式のため、入力画像のデータ取り込み周期△ｔに依存しないライン移動判定方法及び指紋画像形成方法を採用したシステムであると言える。よって、不定周期で画像データが取り込まれるシステムにおいても、有効に機能する。これにより、システムに対する適用許容度が増す。

なお、本実施例に係る指紋画像形成装置１００においては、補間可能な変移量としては、必要に応じて２ライン画像をそのまま取り込むようにし、最大で３００％までのはみ出し量を許容している。つまり、β／α＝３となった場合、２ライン画像を適用し、更にまだ１ライン分ライン画像が不足しているので、補償量としては、１ライン分手前に設定することとしている。はみ出し量が多くなると、線形性が損なわれてゆくおそれはあるが、３００％以上のはみ出し量に対しては、近似画像として現ライン画像を複数回適応させて画像補填し、より高速スイープに対応することも可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本発明を適用した実施例に係る指紋画像形成装置１００の概略構成図である。 ラインセンサ１１、１２によるライン画像データの時間推移の説明図である。図２（ａ）は、時刻ｔ０におけるライン画像を示した図である。図２（ｂ）は、時刻ｔ１におけるライン画像を示した図である。 指７０の種々のスイープパターンのスイープ特性線を示した図である。 指紋画像形成装置１００により実行される処理フロー図である。

符号の説明

１０ 部分センサ
１１ 第１のラインセンサ（第１のセンサ）
１２ 第２のラインセンサ（第２のセンサ）
２０ 基準画像記憶手段
３０ 画像差算出手段
３１ メモリ
４０ 部分画像データ更新判定位置設定手段
５０ 演算制御手段
６０ 支持台
７０ 指
９０ 合成メモリ
１００ 指紋画像形成装置

Claims (3)

1. 第１のセンサと第２のセンサを有する部分センサを備え、該部分センサ上を前記第１のセンサから前記第２のセンサの方向にスイープする指の指紋画像を、前記部分センサで取得された部分画像を合成することにより形成する指紋画像形成装置であって、
   前記第２のセンサで取得された基準部分画像を記憶する基準部分画像記憶手段と、
   前記基準部分画像と、前記第１のセンサで取得された部分画像とを比較し、部分画像同士の基準画像差を算出する画像差算出手段とを有し、
   該画像差算出手段は、前記第２のセンサで取得される部分画像と、前記基準部分画像記憶手段に記憶された前記基準部分画像とを比較して取得画像差を算出した後、該取得画像差と前記基準画像差の相関関係に基づいて前記指の移動量及び／又は移動位置を推定し、
   推定された前記指の移動量及び／又は移動位置に基づいて前記部分画像を記録し、指紋画像を形成することを特徴とする指紋画像形成装置。
2. 前記画像差算出手段は、前記取得画像差の前記基準画像差に対する割合が１以上となったときに、前記指の移動量及び／又は移動位置が前記第１のセンサ及び／又は前記第２のセンサの１ライン以上を超えたと判定することを特徴とする請求項１に記載の指紋画像形成装置。
3. 第１のセンサと第２のセンサとを有する部分センサを用い、前記第１のセンサから前記第２のセンサの方向にスイープする指の移動量及び／又は移動位置を推定する方法であって、
   部分画像を前記第１のセンサ及び前記第２のセンサにより取得し、
   前記部分画像から、前記第２のセンサで取得した基準部分画像を記憶するとともに、前記第１のセンサで取得した部分画像と前記基準部分画像を比較して基準画像差を算出し、
   前記第２のセンサで取得される取得部分画像と、記憶された前記基準部分画像との取得画像差を算出し、該取得画像差と前記基準画像差の相関関係に基づいて前記指の移動量及び／又は移動位置を推定することを特徴とする指移動量推定方法。

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