JP4578109B2 - 指紋読取装置及び指紋照合装置 - Google Patents

Description

本発明は、指紋読取装置及び指紋照合装置に係り、さらに詳しくは、光を照射し、指先を透過する透過光に基づいて指紋画像の生成を行う指紋読取装置の改良に関する。

個人認証を行うための手段としては、指紋を用いる指紋照合装置がある。指紋照合装置は、予め記憶させたユーザごとの指紋画像と、光を照射して指先を透過する透過光から得られる指紋画像とを照合し、照合結果に基づいて個人認証を行っている（例えば、特許文献１）。

この指紋照合装置では、光が指の上方から照射され、透過光に基づいて指紋画像が生成されるので、指紋画像として指の骨や血管の影が撮影されてしまい、指紋照合のための指紋パターンが不鮮明になってしまうという問題があった。また、爪にマニキュア（manicure）などが塗られている場合には、爪の表面において光が反射したり吸収されたりするので、透過光の強度が減少してしまい、指紋画像のコントラストが低下してしまうという問題もあった。この様に画質が低下した指紋画像では、指紋パターンが抽出できず、新たな指紋画像の登録が行えなかったり、指紋照合エラーが生じたりするので、認証精度が低下してしまう。
特開２００３−４４８３８号公報

上述した通り、従来の指紋照合装置では、指紋照合のための指紋パターンが不鮮明になるという問題があった。また、爪にマニキュアなどが塗られている場合には、指紋画像のコントラストが低下するという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、認証精度を向上させた指紋読取装置及び指紋照合装置を提供することを目的としている。特に、鮮明な指紋パターンを得ることができる指紋読取装置を提供することを目的としている。また、爪にマニキュアなどが塗られている場合であっても、コントラストが良好である指紋画像を得ることができる指紋読取装置を提供することを目的としている。

本発明による指紋読取装置は、光を照射し、指先を透過する透過光に基づいて指紋画像の生成を行う指紋読取装置において、２以上の方向から交互に指先へ光を照射する光照射手段と、光を照射する上記方向の異なる指紋画像をそれぞれ生成する画像生成手段と、照射方向に基づいて上記指紋画像から骨又は血管の影が重畳されていない領域をフレーム領域として切り出す領域切り出し手段と、切り出された上記フレーム領域を合成し、新たな指紋画像を生成する画像合成手段により構成される。

この様な構成によれば、２以上の方向から光が照射され、その透過光に基づいて指紋画像が生成されるので、指の骨や血管の影により指紋画像の画質が低下するのを抑制することができる。すなわち、指の骨や血管は、指紋がある腹面よりも高い位置に存在するので、例えば、２以上の光源を光照射手段として設置し、これらの光源が一斉に点灯するように構成すれば、影の形成を抑制することができる。また、２以上の光源を順次に点灯させることによって、照射方向が互いに異なる透過光に基づいて指紋画像が順次に生成されるように構成すれば、照射方向に応じて影が形成される位置が異なるので、指紋画像から影を除去することができる。従って、指の骨や血管の影による画質の低下が抑制され、鮮明な指紋パターンを得ることができる。また、爪にマニキュアなどが塗られている場合であっても、同様に画質の低下が抑制され、コントラストが良好である指紋画像を得ることができる。

本発明による指紋照合装置は、光を照射し、指先を透過する透過光に基づいて指紋画像の生成を行う指紋照合装置であって、２以上の方向から交互に指先へ光を照射する光照射手段と、光を照射する上記方向の異なる指紋画像をそれぞれ生成する画像生成手段と、照射方向に基づいて上記指紋画像から骨又は血管の影が重畳されていない領域をフレーム領域として切り出す領域切り出し手段と、切り出された上記フレーム領域を合成し、新たな指紋画像を生成する画像合成手段と、ユーザごとの指紋画像を記憶する指紋画像記憶手段と、生成された指紋画像に基づいて、ユーザ識別を行う指紋識別手段により構成される。

本発明による指紋読取装置及び指紋照合装置によれば、２以上の方向から光が照射され、その透過光に基づいて指紋画像が生成されるので、指の骨や血管の影による指紋画像の画質の低下が抑制され、鮮明な指紋パターンを得ることができる。また、爪にマニキュアなどが塗られている場合であっても、コントラストが良好である指紋画像を得ることができる。従って、認証精度を向上させることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による指紋照合装置における光照射手段の一例を示した平面図であり、イメージセンサー２の指紋読み取り面に載置された指先Ａ１の上方に配置された複数の光源１が示されている。本実施の形態による指紋照合装置は、光を照射する光照射手段と、指先Ａ１を透過する透過光に基づいて指紋画像を生成するイメージセンサー２とからなる。

イメージセンサー２は、フォトセンサーなどの受光素子がアレイ状に配置された撮像手段であり、指紋読み取り面に載置された指先Ａ１から指紋を読み取り、指紋画像として出力する。指紋は、指先Ａ１の腹にある皮膚のしわであり、その形状としては、渦状のものや、弓状のもの、蹄状のものなどがある。その様な指紋を有する腹面が指紋読み取り面に当接する状態で指紋読み取りが行われる。

光照射手段は、２以上の方向から指先Ａ１に光を照射する投光手段であり、例えば、指の両側及び爪Ａ２の前後から光を照射する複数の光源１からなる。ここでは、指紋読み取り面に関して各光源１が一様に配置されているものとし、指の左側、中央部及び右側からそれぞれ光を照射する各光源１と、爪Ａ２の前方、中央部及び後方からそれぞれ光を照射する各光源１とを合わせて９つの光源１が用いられる。なお、照射光は、指先Ａ１を透過し、指紋を読み取ることが可能なものであればよく、例えば、可視光が用いられる。指紋読み取りの際には、これらの光源１が一斉に点灯する。

一般に、指の中心部にある骨や血管は、腹面よりも高い位置にあり、その高さは、指紋の凹凸に比べて大きい。このため、照射方向に応じて骨や血管の影が形成される位置が異なるので、照射方向が異なる各光源１を一斉に点灯させることにより、影の形成を抑制することができる。特に、指の両側からの照射光により、指に沿って形成される骨や血管の影を効果的に除去することができる。従って、指の骨や血管の影による画質の低下が抑制され、鮮明な指紋パターンを得ることができる。

また、爪Ａ２に艶出しや色つけのためにマニキュアなどが塗られている場合、マニキュアなどの塗布層が光を反射及び吸収するので、爪Ａ２を透過する透過光の強度が減少する。本実施の形態によれば、照射方向が異なる各光源１を一斉に点灯させることにより、爪Ａ２の影の形成を抑制することができる。特に、爪Ａ２の前後からの照射光により、爪Ａ２の影を効果的に除去することができる。従って、透過光の強度の減少による画質の低下が抑制され、コントラストが良好である指紋画像を得ることができる。

なお、本実施の形態では、各光源１を一斉に点灯させる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、各光源１を時系列に１つずつ点灯させることにより、指紋画像を生成するようなものであっても良い。この様な構成によっても、指紋画像における画質の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、照射方向が異なる複数の光源からの照射光に基づいて指紋画像が生成される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、照射方向ごとの指紋画像が順次に生成される場合について説明する。

図２は、本発明の実施の形態２による指紋照合装置の一構成例を示したブロック図である。本実施の形態による指紋照合装置１０は、光を照射し、指先を透過する透過光に基づいて指紋画像を生成する指紋読取部１６と、ユーザごとの指紋画像を記憶する指紋画像記憶手段１５と、生成された指紋画像に基づいてユーザ識別を行う指紋識別手段１４とからなる。指紋読取部１６は、光照射手段１１、イメージセンサー２、領域切り出し手段１２及び画像合成手段１３により構成される。

光照射手段１１は、２つの方向から指先Ａ１に光を照射する投光手段であり、指の両側から光を照射する複数の光源１からなる。例えば、イメージセンサー２の指紋読み取り面に対向して配置され、指の左側及び右側からそれぞれ光を照射する２つの光源１が用いられる。指紋読み取りの際には、これらの光源１が１つずつ順次に点灯する。

イメージセンサー２は、照射方向が互いに異なる透過光に基づいて指紋画像を順次に生成している。すなわち、イメージセンサー２は、一方の光源１が点灯されると、この光源１からの透過光に基づいて指紋画像（第１の指紋画像）を生成し、次に他方の光源１が点灯されると、この光源１からの透過光に基づいて指紋画像（第２の指紋画像）を生成する。

領域切り出し手段１２は、イメージセンサー２により生成された指紋画像から、照射方向に基づいて所定のフレーム領域を切り出す切り出し処理を行っている。この切り出し処理は、各光源１を順次に点灯させて得られる指紋画像ごとに行われ、例えば、照射方向から指先Ａ１の骨や血管の影が撮影されると予想される領域を判別し、この領域を含まないフレーム内の領域が当該指紋画像から切り出される。つまり、照射方向に応じて影が形成される位置が異なるので、指紋画像から影が重畳していないフレーム領域を切り出すことができる。

画像合成手段１３は、指紋画像ごとに切り出されたフレーム領域を合成し、新たな指紋画像（第３の指紋画像）の生成を行っている。このフレーム領域の合成では、第１の指紋画像及び第２の指紋画像から切り出されたフレーム領域間のマッチング処理が行われ、指紋パターンにずれが生じるのが防止される。この様にして、指先Ａ１の骨や血管により指紋パターンが不鮮明となることなく、高画質な指紋画像（第３の指紋画像）を得ることができる。

指紋識別手段１４では、生成された第３の指紋画像に基づくユーザ識別及びユーザ登録が行われる。例えば、指紋画像から指紋パターンが抽出され、指紋パターンに基づいて、指紋画像記憶手段１５に記憶させた指紋画像との照合処理が行われる。この照合結果に基づいて個人認証が行われる。つまり、ユーザがイメージセンサー２の指紋読み取り面に指先Ａ１を載置すると、光源１が順次に点灯し、第１及び第２の指紋画像が順次に生成される。これらの指紋画像からフレーム領域が切り出されて第３の指紋画像が合成され、この指紋画像に基づいて当該ユーザの個人認証が行われる。また、ユーザ登録時には、第３の指紋画像が名前などのユーザ情報とともに指紋画像記憶手段１５に格納される。

図３（ａ）及び（ｂ）は、図２の指紋照合装置における指紋読み取り時の状態の一例を対比例と比較して示した断面図であり、図３（ａ）には、本実施の形態による指紋照合装置１０におけるイメージセンサー２の指紋読み取り面に載置された指先Ａ１の様子が示され、図３（ｂ）には、１方向からのみ光が照射される対比例の様子が示されている。

１方向からのみ光を照射するものでは、指先Ａ１の骨や血管Ｂ１の影が指紋Ｂ２に重畳されてしまうので、指紋画像の画質が低下し、指紋パターンが不鮮明になってしまう。これに対し、本実施の形態による指紋照合装置１０では、骨や血管Ｂ１の両側から光を順次に照射することによって、影が形成される位置を異ならせて指紋画像を生成することができる。このため、骨や血管Ｂ１の影が重畳されていない領域を切り出して合成することによって、指紋パターンが鮮明である高画質な指紋画像を得ることができる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、図２の指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を透過光の照射方向ごとに示した図であり、図４（ａ）には、指の右側からの照射光に基づいて指先Ａ１から読み取った指紋画像２１ａが示され、図４（ｂ）には、指の左側からの照射光に基づいて読み取った指紋画像２１ｂが示されている。

指紋画像２１ａ及び２１ｂには、ユーザの手からイメージセンサー２により読み取られた指先Ａ１の輪郭２２及び指紋パターン２３がそれぞれ撮影されている。指の右側からの照射光に基づいて読み取られた指紋画像２１ａには、指の中央部よりも左側に骨や血管Ｂ１の影２４が形成され、指の左側からの照射光に基づいて読み取られた指紋画像２１ｂには、指の中央部よりも右側に骨や血管Ｂ１の影２４が形成されている。

この様に、照射方向ごとに影２４が形成される位置が異なるので、骨や血管Ｂ１の影２４が重畳されていない領域を切り出して合成することができる。すなわち、指紋画像２１ａでは、指の中央部を含む右側領域２５ａが切り出され、指紋画像２１ｂでは、指の中央部を含む左側領域２５ｂが切り出される。

図５は、図２の指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を示した図である。この指紋画像２６は、画像合成手段１３により生成される第３の指紋画像であり、領域切り出し手段１２が指紋画像２１ａから切り出した右側領域２５ａと、指紋画像２１ｂから切り出した左側領域２５ｂとからなる。この様にして、指紋パターン２３が鮮明である高画質な指紋画像２６を得ることができる。

本実施の形態によれば、照射方向に応じて影２４が形成される位置が異なるので、指紋画像から影を除去することができ、指の骨や血管Ｂ１の影２４による画質の低下が抑制され、鮮明な指紋パターン２３を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、２つの方向から指先Ａ１に光を照射するのに２つの光源１が用いられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、可動式の光源３１が用いられる場合について説明する。

図６は、本発明の実施の形態３による指紋照合装置における指紋読み取り時の状態遷移の一例を示した図である。本実施の形態による指紋照合装置では、可動式の光源３１を用いて、指の右側又は左側の一方から指先Ａ１に光を照射し、第１の指紋画像が生成されると、光源３１を移動させて指の右側又は左側の他方から指先Ａ１に光を照射して第２の指紋画像が生成される。例えば、指の右側からの照射光に基づく第１の指紋画像の生成が終了すると、光源３１が左側に移動され、指の左側からの照射光に基づく第２の指紋画像の生成が開始される。

図７は、本発明の実施の形態３による指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を透過光の照射方向ごとに示した図である。イメージセンサー２は、指の右側からの照射光に基づいて指先Ａ１から読み取った指紋画像３２ａと、指の左側からの照射光に基づいて読み取った指紋画像３２ｂとを時系列に生成する。この様にして生成された指紋画像３２ａ及び３２ｂから右側領域３３ａ及び左側領域３３ｂがそれぞれ切り出され、骨や血管Ｂ１の影２４のない指紋画像が合成される。この様な構成によっても、指紋パターン２３が鮮明である高画質な指紋画像２６を得ることができる。

本実施の形態によれば、指紋画像２６の画質を向上させることができるとともに、光の照射に用いられる光源を削減することができるので、製造コストを抑制することができる。

実施の形態４．
実施の形態２では、指の両側から光が照射される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、爪Ａ２の前後から光が照射される場合について説明する。

図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態４による指紋照合装置における指紋読み取り時の状態の一例を対比例と比較して示した側面図であり、図８（ａ）には、本実施の形態による指紋照合装置におけるイメージセンサー２の指紋読み取り面に載置された指先Ａ１の様子が示され、図８（ｂ）には、１方向からのみ光が照射される対比例の様子が示されている。

爪Ａ２に艶出しや色つけのためにマニキュアなどが塗られている場合、マニキュアなどの塗布層が光を反射及び吸収するので、１方向からのみ光を照射するものでは、爪Ａ２の影が指紋Ｂ２に重畳され、コントラストが低下してしまう。これに対し、本実施の形態による指紋照合装置では、２つの光源４１を用いて、爪Ａ２の前後から光を順次に照射することによって、影が形成される位置を異ならせて指紋画像を生成することができる。このため、爪Ａ２の影が重畳されていない領域を切り出して合成することによって、コントラストが良好である高画質な指紋画像を得ることができる。

ここでは、爪Ａ２の影が指紋パターンの中央部よりも前側又は後側に形成されるように、照射方向の角度付けが行われるものとする。すなわち、爪Ａ２の後方又は前方から適切な角度でもって光が照射される。

図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態４による指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を照射方向ごとに示した図であり、図９（ａ）には、爪Ａ２の後方からの照射光に基づいて指先Ａ１から読み取った指紋画像４２ａが示され、図９（ｂ）には、爪Ａ２の前方からの照射光に基づいて読み取った指紋画像４２ｂが示されている。

爪Ａ２の後方からの照射光に基づいて読み取られた指紋画像４２ａには、指紋パターン２３の中央部よりも前方に爪Ａ２の影４４が形成され、爪Ａ２の前方からの照射光に基づいて読み取られた指紋画像４２ｂには、指紋パターン２３の中央部よりも後方に爪Ａ２の影４５が形成され、それぞれ指紋パターン２３のコントラストが低下している。

この様に、照射方向ごとに影４４及び４５が形成される位置が異なるので、爪Ａ２の影４４及び４５が重畳されていない領域、すなわち、コントラストが良好である領域を切り出して合成することができる。例えば、指紋画像４２ａでは、指紋パターン２３の中央部を含む後方領域４３ａが切り出され、指紋画像４２ｂでは、指紋パターン２３の中央部を含む前方領域４３ｂが切り出される。これらの後方領域４３ａ及び前方領域４３ｂを合成することによって、コントラストが良好である指紋画像が生成される。

本実施の形態によれば、爪Ａ２にマニキュアなどが塗られている場合であっても、画質の低下が抑制され、コントラストが良好である指紋画像を得ることができる。

実施の形態５．
実施の形態４では、爪Ａ２の前後から指先Ａ１に光を照射するのに２つの光源４１が用いられる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、可動式の光源５１が用いられる場合について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態５による指紋照合装置における指紋読み取り時の状態遷移の一例を示した図である。本実施の形態による指紋照合装置では、可動式の光源５１を用いて、爪Ａ２の後方又は前方の一方から指先Ａ１に光を照射し、第１の指紋画像が生成されると、光源５１を移動させて爪Ａ２の後方又は前方の他方から指先Ａ１に光を照射して第２の指紋画像が生成される。例えば、爪Ａ２の後方からの照射光に基づく第１の指紋画像の生成が終了すると、光源５１が前側に移動され、爪Ａ２の前方からの照射光に基づく第２の指紋画像の生成が開始される。

図１１は、本発明の実施の形態５による指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を照射方向ごとに示した図である。イメージセンサー２は、爪Ａ２の後方からの照射光に基づいて指先Ａ１から読み取った指紋画像５２ａと、爪Ａ２の前方からの照射光に基づいて読み取った指紋画像５２ｂとを時系列に生成する。この様にして生成された指紋画像５２ａ及び５２ｂから後方領域５３ａ及び前方領域５３ｂがそれぞれ切り出され、爪Ａ２の影４４及び４５のない指紋画像が合成される。この様な構成によっても、コントラストが良好である高画質な指紋画像を得ることができる。

本実施の形態によれば、指紋画像の画質を向上させることができるとともに、光の照射に用いられる光源を削減することができるので、製造コストを抑制することができる。

本発明の実施の形態１による指紋照合装置における光照射手段の一例を示した平面図である。 本発明の実施の形態２による指紋照合装置の一構成例を示したブロック図である。 図２の指紋照合装置における指紋読み取り時の状態の一例を対比例と比較して示した断面図である。 図２の指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を透過光の照射方向ごとに示した図である。 図２の指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を示した図である。 本発明の実施の形態３による指紋照合装置における指紋読み取り時の状態遷移の一例を示した図である。 本発明の実施の形態３による指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を透過光の照射方向ごとに示した図である。 本発明の実施の形態４による指紋照合装置における指紋読み取り時の状態の一例を対比例と比較して示した側面図である。 本発明の実施の形態４による指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を照射方向ごとに示した図である。 本発明の実施の形態５による指紋照合装置における指紋読み取り時の状態遷移の一例を示した図である。 本発明の実施の形態５による指紋照合装置により生成される指紋画像の一例を照射方向ごとに示した図である。

符号の説明

１，３１，４１，５１ 光源、２ イメージセンサー、１０ 指紋照合装置、
１１ 光照射手段、１２ 領域切り出し手段、１３ 画像合成手段、１４ 指紋識別手段、１５ 指紋画像記憶手段、１６ 指紋読取部、
２１ａ，２１ｂ，２６，３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂ，５２ａ，５２ｂ 指紋画像、２２ 指先の輪郭、２３ 指紋パターン、２４ 骨・血管の影、４４，４５ 爪の影、
Ａ１ 指先、Ａ２ 爪、Ｂ１ 骨・血管、Ｂ２ 指紋

Claims (5)

1. 光を照射し、指先を透過する透過光に基づいて指紋画像の生成を行う指紋読取装置において、
   ２以上の方向から交互に指先へ光を照射する光照射手段と、
   光を照射する上記方向の異なる指紋画像をそれぞれ生成する画像生成手段と、
   照射方向に基づいて上記指紋画像から骨又は血管の影が重畳されていない領域をフレーム領域として切り出す領域切り出し手段と、
   切り出された上記フレーム領域を合成し、新たな指紋画像を生成する画像合成手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の指紋読取装置。
2. 上記光照射手段が可動式の光源からなることを特徴とする請求項１に記載の指紋読取装置。
3. 上記光照射手段が指の両側から光を照射することを特徴とする請求項１に記載の指紋読取装置。
4. 上記光照射手段が爪の前後から光を照射することを特徴とする請求項１に記載の指紋読取装置。
5. 光を照射し、指先を透過する透過光に基づいて指紋画像の生成を行う指紋照合装置であって、
   ２以上の方向から交互に指先へ光を照射する光照射手段と、
   光を照射する上記方向の異なる指紋画像をそれぞれ生成する画像生成手段と、
   照射方向に基づいて上記指紋画像から骨又は血管の影が重畳されていない領域をフレーム領域として切り出す領域切り出し手段と、
   切り出された上記フレーム領域を合成し、新たな指紋画像を生成する画像合成手段と、
   ユーザごとの指紋画像を記憶する指紋画像記憶手段と、
   生成された指紋画像に基づいて、ユーザ識別を行う指紋識別手段とを備えたことを特徴とする指紋照合装置。

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