JP2005140667A - 目画像撮像装置および携帯端末装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】新たな測距センサ等を搭載することなしに、小型、軽量、安価でかつ測距機能を備えた目画像撮像装置を提供する。
【解決手段】使用者の目画像を撮像する撮像部120と、近赤外線を使用者の目を含む領域に照射する照明部110と、照明部が照射した照射領域を目画像の中から検出する照射領域検出部132と、照射領域の検出結果にもとづいて目までの距離を算出する距離算出部133を備え、撮像距離に依存して目画像中の照射領域が変化することを利用して目までの距離を算出することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】使用者の目画像を撮像する撮像部120と、近赤外線を使用者の目を含む領域に照射する照明部110と、照明部が照射した照射領域を目画像の中から検出する照射領域検出部132と、照射領域の検出結果にもとづいて目までの距離を算出する距離算出部133を備え、撮像距離に依存して目画像中の照射領域が変化することを利用して目までの距離を算出することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、携帯端末装置等に搭載する虹彩認証用の目画像撮像装置に関する。
一般に虹彩認証は、近赤外線照明等で使用者の目およびその周辺を照明し、カメラを用いて目およびその周辺の画像(以下、目画像と略記する)を撮像し、得られた目画像から虹彩情報を抽出して、すでに登録されている虹彩情報データベースの虹彩情報と比較照合することにより個人認証を行うものである。このとき用いられる目画像撮像装置は、使用者の虹彩情報を正確に抽出する必要があるので目画像を精度良く撮像できるものでなければならない。
一方、近年では携帯電話器等の携帯端末装置を用いた決済システム等の普及に伴い、本人認証の信頼性の高い虹彩認証装置をこれら携帯端末装置に搭載する試みがなされている。ところが、これら携帯端末装置に目画像撮像装置を搭載するにあたっては、設置スペース、重量、コスト等の制約が大きく、自動焦点機構を搭載することはきわめて困難となっている。このようなことから、携帯端末装置用の目画像撮像装置としては、固定焦点レンズを用いた小型、軽量、安価なカメラを搭載し、使用者の目を固定焦点レンズの合焦位置へ誘導するという方法が一般的である(たとえば特許文献1参照)。
特開2003−157430号公報
しかしながら、このような従来の目画像撮像装置では、使用者が固定焦点レンズの合焦位置へ目を移動させるため、レンズと目との距離を覚えておく等、ある程度その装置の使用に習熟することが必要であり、焦点の合った目画像を得るまでに長い時間を要する場合があるという課題があった。
本発明は、これら従来の課題を解決するもので、携帯電話機等の設置スペースの限られた携帯端末装置に最適な、小型、軽量、安価でかつ測距機能を備えた目画像撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の目画像撮像装置は、使用者の目画像を撮像する撮像部と、使用者の目を含む領域を照射する複数の光源を有する照明部と、照明部が照射した照射領域を目画像の中から検出する照射領域検出部と、照射領域検出部の検出結果にもとづいて目までの距離を算出する距離算出部を備え、距離算出部は複数の光源のうち少なくとも2つの光源のそれぞれに対応する照射領域の検出結果にもとづいて撮像部から目までの距離を算出する。この構成により、携帯電話機等の設置スペースの限られた携帯端末装置に最適な、小型、軽量、安価でかつ測距機能を備えた目画像撮像装置を提供することができる。
また、本発明の目画像撮像装置の照明部の複数の光源は、近赤外線を発する近赤外線光源であってもよい。近赤外線光源を用いることで使用者に違和感を与えずに目画像の撮像ができること、得られる目画像のコントラストが高く可視光に比較して良好な目画像が得られるという利点がある。
また、本発明の目画像撮像装置の撮像部は固定焦点レンズを有し、撮像部から目までの距離が固定焦点レンズにより決まる撮像部の合焦距離に等しいとき、複数の光源のうち少なくとも2つの光源の照射領域を略一致させた構成としてもよい。この構成により、合焦距離の位置では複数の光源が虹彩を照射するようにし、目画像を取得する上での障害にならないように光のあたらない部分も小さくすることができる。
また、本発明の目画像撮像装置の距離算出部は、照明部が照射した照射領域の検出結果と撮像距離の実測値とにもとづく変換テーブルを用いて距離を算出する構成としてもよい。この構成により、製造工程において合焦距離で左右それぞれの光源の照射領域を厳密に重なるように調整する必要がなくなるので、製造時の煩雑さを避けることができる。
本発明の携帯端末装置は、請求項1から請求項4までのいずれかに記載の目画像撮像装置を具備したことを特徴とする。この構成により、使用者は特別な習熟を必要とせずに固定焦点レンズの合焦位置へ目を移動させることができ、容易に認証動作を行うことができる。
本発明によれば、携帯電話機等の設置スペースの限られた携帯端末装置に最適な、小型、軽量、安価でかつ測距機能を備えた目画像撮像装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態の目画像撮像装置について、図面を用いて説明する。
(実施の形態)
図1は本発明の実施の形態における目画像撮像装置のブロック図である。
図1は本発明の実施の形態における目画像撮像装置のブロック図である。
目画像撮像装置100は、近赤外線を使用者の目を含む領域に照射する照明部110、使用者の目画像を撮像し目画像を出力する撮像部120、目画像信号にもとづき撮像距離を計算する信号処理部130、文字あるいは画像等の情報を表示する表示部140、およびこれらを制御するための制御部150を備えている。
照明部110は、2つの近赤外線光源111R、111Lと、照明制御部112とを有し、目画像取得に適した光量の近赤外線を使用者の目を含む領域に照射する。ここで用いる近赤外線光源111R、111Lは強い指向性を持つLEDであり、使用者の顔へ縦方向に長い帯状もしくは楕円状の領域に近赤外線を照射する。照明制御部112は、近赤外線光源111R、111Lをそれぞれ独立にオン、オフによる輝度制御を行う。なお、2つの近赤外線光源に代えて可視光線を発する可視光源を用いてもよいが、近赤外線光源を用いることで使用者に違和感を与えずに目画像の撮像ができること、得られる目画像のコントラストが高く可視光に比較して良好な目画像が得られるという利点がある。
撮像部120は、レンズ121、可視光カットフィルタ122、撮像素子123、画像信号変換部124および誘導ミラー125を有する。実施の形態においては、レンズ121として固定焦点レンズを用いることにより光学系の小型化と低コスト化を実現している。誘導ミラー125は使用者が目を映すことで目を撮像に適した位置へ誘導する。具体的には、誘導ミラー125に位置決めのための指示マークが付与されており、その指示マークにしたがって目を映すように使用者の目を導く。そして、近赤外線光源111R、111Lにより照射された使用者の目は、レンズ121および可視光カットフィルタ122を通して撮像素子123で撮像される。画像信号変換部124は、撮像素子123の出力信号を画像信号に変換し、ゲイン調整等必要な処理を行った上で、目画像信号として認証部200に出力する。
信号処理部130は、画質判定部131、照射領域検出部132および距離算出部133を有する。画質判定部131は、撮像された目画像信号の輝度、コントラスト等の画質の判定を行う。照射領域検出部132は、取得した目画像の中から、照明部110が照射した領域(以下、照射領域と称する)を検出する。具体的には、取得した目画像信号を垂直方向に積分し、その信号を2値化して照明の照射領域の境界を示す水平座標(以下、照射領域座標と称する)を求める。距離算出部133は、近赤外線光源111Rと近赤外線光源111Lとにおける照明の照射領域座標にもとづき、目までの撮像距離を算出する。そして撮像距離の算出結果を、認証部200へ出力し撮像距離が合焦距離の許容範囲内になったときに、合焦した目画像が得られたことを知らせる。
表示部140は、液晶表示装置またはEL表示装置等であり、適切な目画像を撮像するための情報を表示するための表示装置である。表示内容は、たとえば撮像距離でもよいし、あるいは合焦した目画像を得るためにカメラを目に近づけるべきか目から遠ざけるべきかを使用者に知らせるための情報でもよい。
制御部150は、各回路ブロックを制御する。特に距離算出部133で算出した撮像距離が合焦距離の許容範囲にあるか否かを判定し、その結果にもとづいて各ブロックの制御を行う。
図2は本発明の実施の形態における照射領域検出部132の動作を説明するための図であり、目画像信号の中から照明の照射領域座標を求める方法を説明するための図でもある。図2(a)は近赤外線光源の一方のみ、たとえば近赤外線光源111Lが点灯している場合の撮像部120で撮像した目画像160の一例である。上述したように実施の形態においては指向性の強い近赤外線光源を使用しているため、目画像160の左右の端部では近赤外線が照射されず影になっている。図2(b)はこの目画像信号を垂直方向に積分した信号を示しており、目画像の左右の影になっている部分では積分値は小さく、近赤外線が照射している部分では大きくなっている。図2(c)はさらにこの信号を所定の閾値で2値化して照明の照射領域を求めたものである。ここでXLlは近赤外線光源111Lによる照射領域左端の水平座標を示し、XLrは近赤外線光源111Lによる照射領域右端の水平座標を示す。なお、もう一方の近赤外線光源111Rについても同様に照射範囲を求めることができ、その照射領域左端および右端の水平座標をそれぞれXRl、XRrと記す。
図3は照明の照射領域にもとづき撮像距離を求めることができる理由を説明するための図である。図3(a)は実施の形態における照明部110の照射領域および撮像部120の撮像範囲と撮像距離との関係の一例を示す図であり、この例では撮像距離が200mmの位置で合焦するものとする。2つの近赤外線光源111R、111Lはレンズ121の光軸に関して水平方向に左右の対称の位置にそれぞれ設置されている。そしてレンズ121から目までの距離が合焦距離200mmよりも近いときは右側の近赤外線光源111Rは目の撮像範囲の右寄りを照射し、左側の近赤外線光源111Lは目の撮像範囲の左寄りを照射するが、目までの距離が遠ざかるにつれて右側の近赤外線光源111Rの照射領域は左に移動し、左側の近赤外線光源111Lの照射領域は右に移動する。そして合焦距離において2つの照明の照射領域が一致し、さらに遠ざかると右側の近赤外線光源111Rは目の撮像範囲の左寄りを照射し、左側の近赤外線光源111Lは目の撮像範囲の右寄りを照射するようになる。
実施の形態においては、上述の条件を満たすように撮像部120の画角、近赤外光源111R、111Lの照射角およびレンズ121までの距離等の光学系を設計した。具体的な設計値としては、レンズ121の光軸と近赤外線光源111R、111Lとの間隔は10mmとした。また、合焦する撮像距離200mmにおける撮像範囲(水平方向)を50mm、各近赤外線光源111R、111Lの近赤外線照射領域(水平方向)を40mmとした。もちろんこれらの値は、使用する撮像部120および照明部110の光学特性、あるいは接続される虹彩認証装置の特性等にもとづいて最適化することが望ましい。
図3(b)〜(e)はこのとき取得した目画像の一例を示し、それぞれ100mm、150mm、200mm、250mmにおける撮像距離での目画像である。このように撮像距離が大きくなるにつれて撮像される目の大きさは小さくなるが、目の大きさそのものは個人差が大きいので撮像距離を表す指標にはならない。しかし、照明の照射領域座標XRl、XRr、XLl、XLrは撮像距離によって一意的に決まるので、演算回路、変換テーブル等を用いて撮像距離に変換することができる。なお、XR、XLはそれぞれ近赤外線光源111R、111Lによる照射領域の中心座標を示す。
図4は本発明の実施の形態における目画像撮像装置の撮像距離と照射領域座標XRl、XRr、XLl、XLrとの関係を示した図である。このように原理的には4つの座標XRl、XRr、XLl、XLrのうち1つがわかれば撮像距離を求めることができる。しかしながら、一般に近赤外線光源111R、111Lの照射領域の境界は鮮明でなく明確ではないこと、また、合焦距離以外では目画像そのものがある程度ぼけること、さらに目画像撮像時の外光等により画像全体の輝度やコントラストが変化する等の影響により照射領域座標を厳密に決めることは難しい。したがって照射領域にもとづいて撮像距離を算出する場合にはこれら照射領域の水平座標XRl、XRr、XLl、XLrの値に誤差が含まれていることを考慮しておくことが必要である。実施の形態においてはこれらの誤差の影響を抑えるために、近赤外線光源111Rのみをオンとした場合の目画像と近赤外線光源111Lのみをオンとした場合の目画像との2つの目画像を用いて撮像距離を算出する。まず、近赤外線光源111Rのみをオンとした場合の照射領域の中心座標XRとしてXR=(XRl+XRr)/2、近赤外線光源111Lのみをオンとした場合の照射領域の中心座標XLとしてXL=(XLl+XLr)/2を求め、つぎにその差ΔX=XR−XLを求め、その後、メモリ等にあらかじめ準備しておいた変換テーブルを用いて中心座標の差ΔXを撮像距離の値に変換している。
なお、図3(b)〜(e)には照射領域の水平座標に加えて照射領域の中心座標XR、XLも示した。また、その差ΔXを矢印で示した。このように差ΔXと撮像距離とは1対1に対応することがわかる。
ここで、図3(b)に示す目画像からはXRr、XLlを求めることができないが、この場合は、たとえば画像の右端の座標をXRr、左端の座標をXLlとおいて座標XR、XLを求めてもよく、あるいは撮像距離が近すぎるとして再度目画像を取得するように指示してもよい。
以上のように、本発明によれば撮像距離に依存して撮像画像中の照射領域が変化することを利用して目までの距離を算出しているので、上述の実施の形態においては、左右それぞれの光源の近赤外線照射領域座標が撮像距離によって変化するので、この照射領域を検出することにより使用者の目までの距離を知ることができる。加えて、実施の形態においては、合焦距離で左右の近赤外線光源の照射領域が撮像すべき目の部分を含み、かつ略一致するように照射光の広がりと角度を設計しているため、合焦距離では両側の光源が虹彩を照射し、目画像を取得する上での障害にならないように影の部分も両側に小さくできている。
このように照明用光源を用いて距離測定を行うので、距離測定を行うための新たな部材を追加する必要がなく、小型、軽量、安価に測距機能を備えた目画像撮像装置を提供することができる。
つぎに、本発明の実施の形態における目画像撮像装置100の動作について説明する。図5は、本発明の実施の形態における目画像撮像装置100の動作手順を示すフローチャートである。
使用者が認証開始操作を行って認証を始めると、まず表示部140は認証を始める旨のメッセージ、たとえば「認証を始めます。」等を表示する(S11)。
続いて、撮像部120が目画像の取り込みを行う。このとき近赤外線光源111Rのみの目画像および近赤外線光源111Lのみの目画像の2つを順次取り込む(S12)。画質判定部131は取り込んだ目画像の輝度、コントラストが適切かどうか判定し、適切でなければ制御部150は画像信号変換部124を制御して再度目画像の取り込みを行う(S13)。適切であれば、照射領域検出部132は取り込んだ2つの目画像について照射領域座標XRl、XRrおよびXLl、XLrを求める(S14)。距離算出部133は4つの照射領域座標の値にもとづいて使用者の目までの撮像距離を算出する(S15)。このときの算出方法は、上述したように、4つの照射領域座標XRl、XRr、XLl、XLrから中心座標の差ΔXを求め、変換テーブルを用いて差ΔXを撮像距離の値に換算している。
制御部150は、取り込んだ目画像の撮像距離が合焦距離の許容範囲に入っているかどうかを判定する(S16)。撮像距離が合焦距離の許容範囲に入っていない場合は、表示部140は、カメラを適切な撮像距離に誘導するための情報を表示する(S17)。合焦した目画像が得られた場合には、その旨のメッセージ、たとえば認証結果等を表示する(S18)。
なお、実施の形態においては、合焦距離において左右それぞれの光源の近赤外線照射領域が一致するものとして説明してきた。しかし照射領域が厳密に一致しない場合であっても、あらかじめ合焦距離における左右の照射領域の相対関係、たとえば中心座標の差ΔXの値がわかっていれば、相対関係から撮像距離が合焦距離より長いか短いかを判定することは可能である。つまり、合焦距離において左右それぞれの光源の照射領域が部分的にしか重ならなくても撮像距離の適否を判定することはできる。特に製造工程において合焦距離で左右それぞれの光源の照射領域が厳密に重なるように調整するのは煩雑でありコストアップにもつながる。したがって現実的には、距離算出部はメモリ等を用いた変換テーブルを備え、被写体までの距離を変えながら左右の光源に対する照射領域座標を測定し、その結果を変換テーブルに書き込むことによって照射領域座標を撮像距離に変換することが望ましい。
こうして、個々の目画像撮像装置に対して工場出荷前に撮像距離を実測しながら照射領域を測定して変換テーブルを設定することにより、照明の照射領域やカメラの光軸等、光学系の精度にある程度ばらつきがあっても、そのばらつきを吸収することが可能となり、製造歩留まりを上げることができる。
また、実施の形態においては、近赤外線光源111R、111Lとして2つの光源を用いたが、3つ以上の光源を用いてそれぞれの光源の照射領域座標と撮像距離との関係から目までの距離を算出する構成としてもよい。
さらに、実施の形態においては、水平方向に強い指向性を持つ照明を用いて使用者の顔に縦方向に長い領域の近赤外線を照射し、その照射領域の境界の水平座標にもとづいて撮像距離を求めた。しかし、使用者の目を含む領域に近赤外線を照射する光源を用いて、目画像の中からその照射領域を特徴付ける特徴量が検出できれば照射領域の境界の水平座標に限定されるものではなく、照射領域の境界の垂直座標、あるいは照射領域の半径等でもよい。
図6は本発明の目画像撮像装置を搭載した携帯電話の一例を示す斜視図である。携帯端末装置の1つである携帯電話300には本発明における目画像撮像装置が搭載されており、撮像部120、および2つの近赤外線光源111R、111Lが表示部140(携帯電話の表示部と兼用)の下部に設けられている。
使用者が携帯電話300を用いて認証動作を行う際に最初から固定焦点レンズの合焦位置に目を合わすことができなくても、目画像撮像装置が測距機能をあわせ持っているため、合焦した画像を得るためには目を撮像部120に近づけるべきか遠ざけるべきかを算出することができる。そしてその結果を表示部140に表示することによって、使用者は特別な習熟を必要とせずに固定焦点レンズの合焦位置へ目を移動させることができ、容易に認証動作を行うことができる。
本発明にかかる目画像撮像装置は、小型、軽量、安価でかつ測距機能を備えた目画像撮像装置を提供することが可能となり、携帯端末装置等に搭載する虹彩認証用の目画像撮像装置等として有用である。
100 目画像撮像装置
110 照明部
111L,111R 近赤外線光源
112 照明制御部
120 撮像部
121 レンズ
122 可視光カットフィルタ
123 撮像素子
124 画像信号変換部
125 誘導ミラー
130 信号処理部
131 画質判定部
132 照射領域検出部
133 距離算出部
140 表示部
150 制御部
160 目画像
200 認証部
300 携帯電話
110 照明部
111L,111R 近赤外線光源
112 照明制御部
120 撮像部
121 レンズ
122 可視光カットフィルタ
123 撮像素子
124 画像信号変換部
125 誘導ミラー
130 信号処理部
131 画質判定部
132 照射領域検出部
133 距離算出部
140 表示部
150 制御部
160 目画像
200 認証部
300 携帯電話
Claims (5)
- 使用者の目画像を撮像する撮像部と、
前記使用者の目を含む領域を照射する複数の光源を有する照明部と、
前記照明部が照射した照射領域を前記目画像の中から検出する照射領域検出部と、
前記照射領域検出部の検出結果にもとづいて前記目までの距離を算出する距離算出部とを備え、
前記距離算出部は複数の前記光源のうち少なくとも2つの光源のそれぞれに対応する照射領域の検出結果にもとづいて前記撮像部から前記目までの距離を算出することを特徴とする目画像撮像装置。 - 前記光源は、近赤外線を発する近赤外線光源であることを特徴とする請求項1に記載の目画像撮像装置。
- 前記撮像部は固定焦点レンズを有し、
前記撮像部から前記目までの距離が、前記固定焦点レンズにより決まる前記撮像部の合焦距離に等しいとき、複数の前記光源のうち少なくとも2つの光源の照射領域を略一致させたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の目画像撮像装置。 - 前記距離算出部は、前記照明部が照射した照射領域の検出結果と撮像距離の実測値とにもとづく変換テーブルを用いて距離を算出することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の目画像撮像装置。
- 請求項1から請求項4までのいずれかに記載の目画像撮像装置を具備したことを特徴とする携帯端末装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003378293A JP2005140667A (ja) | 2003-11-07 | 2003-11-07 | 目画像撮像装置および携帯端末装置 |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2010124043A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Denso Corp | 画像撮影装置および方法 |
-
2003
- 2003-11-07 JP JP2003378293A patent/JP2005140667A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010124043A (ja) * | 2008-11-17 | 2010-06-03 | Denso Corp | 画像撮影装置および方法 |
JP4666062B2 (ja) * | 2008-11-17 | 2011-04-06 | 株式会社デンソー | 画像撮影装置および方法 |
US8208027B2 (en) | 2008-11-17 | 2012-06-26 | Denso Corporation | Image shooting device and method for shooting image |
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