JP2011191838A

JP2011191838A - 指静脈認証装置

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Publication number: JP2011191838A
Application number: JP2010055293A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kitane; 佳司喜種
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: US20110222740A1; CN102194100A; CN102194100B; KR101210750B1; KR20110103322A; EP2364645A1; JP4997305B2

Abstract

【課題】指静脈認証装置において、指の画像から指を軸とした指の回転を検出できなかったり、指先のくぼみ部分に爪が引っ掛かって正常に置くことができなかったり、撮影窓を指よりも狭くして撮影窓を完全に塞ぐような撮影方式では指の輪郭が撮影できず、輪郭から指の回転を検出できなかったりするなどの問題を解決する。
【解決手段】指先載置部に、指先の位置と形状を取得できるＸ−Ｙマトリクス状のタッチセンサーを設置し、指先載置部の形状を指を置きやすいフラットな形状にする。また、センサーで読み取った指先の位置と形状のデータから、カメラの光軸を軸とした指の回転、指を軸とした指の回転、ならびに指の位置ズレを検出し、それらのデータにより正しく静脈を抽出し、正しい位置に指を置けるようにユーザーへのガイダンスに使用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、指静脈認証装置に関するものである。

生体認証技術において、静脈認証は生体内部の静脈パターンを利用するため、指紋認証に比べて偽造・改竄が困難であり、より安全性の高い生体認証装置を実現することができる。静脈認証装置の中でも、指の静脈パターンを使用した指静脈認証装置は、手の平静脈認証装置等他の静脈認証装置と比較して小型化が可能であり、機器への組込みが容易であるため、様々な分野への応用が期待されている。

指静脈認証装置は、指の静脈が近赤外光を吸収し静脈以外の部分が近赤外光を透過することを利用して、近赤外光を指に照射し近赤外光感度を持った赤外線カメラで指を撮影することにより静脈の画像を撮影し、その静脈のパターンを認証に利用している。

特許文献１には、指静脈認証による個人認証装置において、撮像された画像から指輪郭を検出して撮像された指画像の回転を補正する構成が開示されている。

特許文献２、特許文献３には、指を載置する位置へ案内するガイド手段と、指先に設けたボタンスイッチにより、指の載置する位置を決定する構成が開示されている。また、特許文献４には、タッチパネルを有する位置センサーで指の外形範囲を認識し対応する近赤外光源を点灯する構成が開示されており、位置センサーは指の回転や傾斜も検出可能としているが具体的な説明はない。

特開２００２−８３２９８号公報特開２００３−３０６３２号公報特開２００６−１５５５７５号公報特開２００７−３２５７９３号公報

静脈パターンによる認証を正しく行うためには、登録時と認証時の撮影条件を同じにして、指の同じ部分の静脈パターンで、登録された静脈パターンと認証される静脈パターンとのマッチングを行うことが重要である。登録時と認証時で撮影条件が異なっていた場合、例えば、認証装置への指載置位置が登録時と認証時で異なっていた場合、赤外線カメラで撮影された静脈の画像が、登録時と認証時で異なってしまうことにより、抽出される静脈パターンも異なって見えてしまう。これにより、本人が認証入力しているにも関わらず、異なって見えた静脈パターンにより他人であると判断してしまう本人拒否が発生する可能性がある。また、他人が認証入力しているにも関わらず、指の位置がずれたことによって偶然に静脈パターンが一致していると判断してしまう他人受入が発生する可能性がある。

登録時と認証時の指の位置ズレがある程度の範囲内であれば、特許文献１のように、撮影した画像から指の輪郭を抽出し、輪郭から指の回転や浮き上がり等の位置補正を行い認証する方法も考えられているが、指載置位置が正規位置から大きく異なっていた場合は、輪郭データによる補正は困難になる。

さらに、撮影窓を指より狭くし、撮影窓を指で完全に塞ぐことにより外光の影響を受けないようにした小型の開放型指静脈認証装置では、撮影した画像に指の輪郭が含まれないため、指の輪郭データにより指載置位置の位置ズレや回転を補正することができない。

これを回避するため、特許文献２や特許文献３のように、指先載置部にスイッチやセンサーを設けることにより、ユーザーに指載置位置を毎回同じ位置とさせるようにした指静脈認証装置が考えられているが、赤外線カメラの光軸を軸とした同一平面内での指の回転は防止できても、指の軸を中心とした指の回転を防止することができない。

また、指の位置ズレを防止するために、指先載置部に指がずれないように図１に示す指先案内部のくぼみを有する指静脈認証装置がある。図1において１００は指静脈認証装置、１は近赤外光照射部、Ｗは近赤外光透過フィルター２を設けた撮像窓、３は指先案内部、４は認証対象ユーザーの指である。

指静脈認証装置１００では、指のズレを防止するために指先案内部３の深さを深くすると、図２Ａに示すように通常の太さの指の人は正常に置くことができるが、図２Ｂに示すように爪の長い場合や付け爪を付けた場合には爪が指先案内部３の縁に引っ掛かるため、指の厚みが薄い場合には指が浮き上がって安定して置くことができない。また、爪が引っ掛からないように指先案内部３の深さを浅くすると、図２Ｃに示すように置き方によっては指が乗り上げて位置ズレが大きくなってしまう。

本発明は、近赤外光を用いて、赤外線カメラにより撮影窓から指静脈パターンを撮影して生体認証を行う指静脈認証装置において、前記撮影窓の外側に設けた指先載置部に、ＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有するタッチセンサーを設け、該タッチセンサーで検出した指先形状データ及び前記赤外線カメラで検出した指輪郭データから、前記指静脈認証装置への正しい指載置位置からの指変位量を検出して、取得した指静脈パターンの補正を行い、指静脈認証装置への登録時の指静脈パターンと同一の指静脈パターンを自動的に取得することを特徴とする。

さらに、指変位量は、前記赤外線カメラの光軸を中心とする同一平面内での指の回転ずれ、または指の軸を中心とする回転方向の位置ずれ、または指の軸方向の前後位置ずれであることを特徴とする。

また、指載置部はほぼフラットな形状としたことを特徴とする。

また、指変位量が所定のしきい値を越えた時にユーザーにガイダンス情報を出力し、正しい載置位置にユーザーが指を置き直すように通知することを特徴とする。

さらに、近赤外光を用いて、赤外線カメラにより、指で閉鎖される狭い撮影窓から指静脈パターンを撮影して生体認証を行う指静脈認証装置において、前記撮影窓の外側に設けた指先載置部に、ＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有する第１タッチセンサーを設け、前記撮影窓の外側に設けた指根本載置部にＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有する第２タッチセンサーを設け、該第１タッチセンサー及び第２タッチセンサーで検出した指先形状データ及び指根本形状データから、正しい指載置位置からの指変位量を検出して補正を行い、指静脈認証装置への登録時の指静脈パターンと同一の指静脈パターンを自動的に取得することを特徴とする。

さらに、タッチセンサーに、タッチセンサーへの押圧力を検出する圧力センサーを設けたことを特徴とする。

さらに、タッチセンサーを抵抗膜型タッチセンサーで構成したことを特徴とする。

本発明は、撮影窓の外側に設けた指先載置部に、ＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有するタッチセンサーを設け、タッチセンサーで検出した指先形状データ及び前記赤外線カメラで検出した指輪郭データから、正しい指載置位置からの指変位量を検出して指静脈パターンの補正を行い、指静脈認証装置への登録時の指静脈パターンと同一の指静脈パターンを自動的に取得することにより、指先載置部をほぼフラットな形状として指を置きやすくすると同時に、認証精度が高く、使い勝手の良い指静脈認証装置を実現することができる。

従来の一般的な開放型指静脈認証装置を示す斜視図従来の指先案内部の模式図従来の指先案内部の模式図従来の指先案内部の模式図指先載置部にタッチセンサーを実装した実施例１の斜視図実施例１のタッチセンサーと赤外線カメラで取得したデータの模式図実施例１の照合テンプレート作成方法を示す模式図正常に指が置けていない時のタッチセンサーによる指データの模式図正常に指が置けていない時のタッチセンサーによる指データの模式図指の軸を中心とした指回転検出方法の模式図指の軸を中心とした指回転検出方法の模式図実施例２の指静脈認証装置で取得する静脈データの模式図実施例３でタッチセンサーに圧力センサーを設けた場合の模式図実施例４で接触型タッチセンサーを示す模式図

以下に本発明の実施例を図面について説明する。

図３は本発明を使用した指静脈認証ユニット１０１の斜視図である。指先載置部はフラットな面とし、場合によっては爪が当たらないような十分に浅いくぼみを設けても良い。指先載置部には、Ｘ−Ｙマトリクス状に分割された複数の検出領域を有する静電センサーからなるタッチセンサー５を実装する。指静脈の画像は、近赤外光透過フィルター２を通して、下側に設けた赤外線カメラ６で撮影する。近赤外光は指の上面または側面から指に向かって照射するものとする。タッチセンサー５及び赤外線カメラ６のデータに基づき、画像処理装置２００で所定の照合用テンプレートが生成され、認証処理装置３００で認証処理される。画像処理装置２００および認証処理装置３００は、指静脈認証装置１０１に搭載したプロセッサ、又はこれに接続されたＰＣ等の機器上に設けることが出来る。

指先載置部に設けたタッチセンサー５は、指の接触部分と非接触部分を正確に検出できるものとし、指を置いた時に、指先の位置と形状のデータを取得する。

図４に、実施例１の指静脈認証ユニット１０１で取得される指のデータについて説明する。指静脈認証ユニット１０１に指を置いた時、図４に示すように、指４が接触している灰色部分Ｇがタッチセンサー５による指検出部分となる。指４の断面は丸いので、タッチセンサー５は赤外線カメラ６で撮影した画像の輪郭よりも狭い範囲で指と接触するため、タッチセンサー５で検出された指は画像で見たときよりも小さい形状となる。７はタッチセンサー検出エリア、８は赤外線カメラ検出エリアを示す。

赤外線カメラ６では、指４の静脈パターンＰと指の輪郭９を画像データとして取得する。この２種類のデータを繋ぎ合わせ、タッチセンサー５が検出した指４の検出部分端点をＡ、Ａ’とする。点ＡとＡ’から、それぞれ画像で取得した指の輪郭９に平行に線Ａ−Ｂ、Ａ’−Ｂ’を引き、その線の内側の画像データとタッチセンサー５の検出データを合成して接触輪郭データ１０とする。図５に示すように、この接触輪郭データ１０を元に赤外線カメラ６で指全体を撮影した画像から対応する位置の静脈データを切り取って照合用のテンプレートを作成する。

上記プロセスを具体的に説明する。指４の全体を撮影した画像の特定のエリアをテンプレート作成エリア１１とし、テンプレート作成エリア１１の画像を切り取ってテンプレートを作成する際、指４が斜めに置かれた場合には接触輪郭データ１０から指４がどの程度斜めになっているか検出し、そのデータを元に指がほぼ垂直になるように指静脈画像を画像処理装置２００上で回転させる。次に、テンプレート作成エリア１１の画像を切り取ることにより、指４が指静脈認証ユニット１０１の指載置位置に対し斜めに置かれても正規に置いた時と同じ位置の静脈データを取得できる。

指載置位置が所定位置に対し指の軸方向で前後にずれていた場合には、指の接触輪郭データ１０に指先部分も含まれているため、接触輪郭データ１０から前後にどの程度ずれているかを検出し、そのデータを元に指静脈画像を画像処理装置２００上で移動させる。次いで、テンプレート作成エリア１１の画像を切り取ることにより、前後にずれていても登録時に置いた時と同じ位置の静脈データを取得できる。このように、指の接触輪郭データ１０から指の回転及び軸方向前後位置の補正を行うことにより、指の載置位置が多少ずれても正しく照合用のテンプレートを作成することができる。

また、登録・認証時の最初にタッチセンサー５で取得したデータをチェックし、図６に示すように、指がはみ出している場合や、少ししか乗っていない場合は、指のズレが大きく、指が正しく置かれていないと判断する。この場合は上記の自動的補正可能範囲を越えているため、正しい位置に指を置き直すよう音声、文字、シグナル等でガイダンスを出力し、ユーザーが正しい指載置位置に指を置けるようにしてデータを再取得する。

次に、指の回転検出について説明する。タッチセンサー５と撮像窓の境界線において、図７Ａに示すようにタッチセンサーによる指の輪郭点をＡ、Ａ’、画像データによる指の輪郭点をＢ、Ｂ’とすると、指を水平に置いた時はＡ−ＢとＡ’−Ｂ’の距離はほぼ同じになるが、指が指の軸方向に回転した場合は、図７Ｂに示すように、人間の指が扁平しているため、Ａ−ＢとＡ’−Ｂ’の距離の差が大きくなる。

Ａ−ＢとＡ’−Ｂ’の距離の差があるしきい値を越えた場合は指が回転していると判断し、正しく指を置き直すようガイダンスを出力し、ユーザーが正しい位置に指を置けるようにして、データを再取得する。このように、タッチセンサー５の位置データと赤外線カメラ６で撮影した画像から抽出した輪郭データを比較することにより、指の軸方向を中心とした回転を検出することができる。

以上のように、指先側にタッチセンサーを実装することにより、指載置位置や、カメラの光軸を軸とした同一平面上の回転や指の軸を中心とした回転を検出し、静脈データの補正を行い、ユーザーに適切な置き方をガイダンスすることにより、精度が高く、使い勝手が良い指静脈認証装置を実現することができる。

小型の開放型指静脈認証装置では、撮影窓Ｗを指より狭くして指で完全に閉鎖することにより外光の影響を受けないようにしている。この場合には、撮影窓Ｗが小さく図８に示す画像取得エリアの部分しか撮影できないため、指の輪郭線を赤外線カメラ６の画像で取得することができない。この場合には、指の根本側にもタッチセンサーを実装することにより、輪郭データが無くても指の回転を検出することができる。

図８に示すように、赤外線カメラ検出エリア８の上下に設けた、指先タッチセンサー検出エリア１２と根本タッチセンサー検出エリア１３にて検出した指の接触面のＡ点とＢ点、Ａ’点とＢ’点をそれぞれ結んだ線Ａ−Ｂ、およびＡ’−Ｂ’の傾きから指の回転角度を算出し、それを元に画像取得エリア１４で撮影した画像を回転させる。また、指先側のタッチセンサー５の指先頂点部のＣ点から指軸方向の前後のズレを算出し、画像を前後に移動させる。

こうして得られたデータから、画像取得エリア１４の静脈パターンが指のどの部分に相当するかを割り出し、それを元に照合テンプレートのマッチングを行うことにより、精度の高い指静脈認証装置を実現することができる。

従来は、撮影窓から撮影した静脈パターンが指のどの部分かわからないため、指がずれたり回転した場合において、登録している静脈パターンと認証する静脈パターンの位置をあわせてから認証することができず、本人以外の人でもパターンが一致してしまう他人受け入れや、本人であるにもかかわらず他人と認識してしまったりする本人拒否が発生する可能性があり、認証率が低下してしまう可能性があった。しかしながら、本実施例のように静脈パターンが指のどの部分かを判別できれば、登録している静脈パターンと認証する静脈パターンの位置をあわせてから認証することが可能であるため、指のずれや回転による認証率の低下を抑えることが可能である。

指を押しつける力が強い時は、指先が扁平に拡がりタッチセンサー５との接触面が大きくなり、タッチセンサー５で検出したデータが登録時と異なる。またはその逆に押しつける力が弱すぎる時はタッチセンサー５との接触面が小さくなり、タッチセンサーで検出したデータが登録時と異なる可能性が考えられる。登録時と認証時でタッチセンサー５の検出データが異なると、認証率を低下させる原因になる。

これを回避するために、図９に示す様に、タッチセンサー５の真下に圧力センサーＰを実装し、指４がタッチセンサー５を押しつける力を検出する。登録・認証できる圧力の範囲をあらかじめ決めておき、それよりも高い場合は、軽く置くようにガイダンスを出力する。逆に低い場合は、しっかりと置くようにガイダンスを出力する。これにより、登録時の指の置き方をより忠実に再現させることができ、認証率を向上させることができる。

実施例１〜３の指静脈認証装置において、指先の位置と形状の検出に使用している静電型のタッチセンサー５の代わりに、Ｘ−Ｙマトリクス状の抵抗膜や電極を配置した接触型のタッチセンサー５０を使用しても、静電型のタッチセンサーと同様に指先の位置と形状を検出することができる。

図１０に示すように、接触型のタッチセンサー５０はＸ方向のＸ電極１５とＹ方向のＹ電極１６を上下に重ねた構造とし、指を置いて上から圧力が掛かった部分だけ上下の電極が接触するような構造とする。Ｘ電極１５に順次電圧を印可し、その都度Ｙ電極１６の電圧を測定することにより、指が接触している位置・形状を検出することができる。

１近赤外光照射部
２近赤外光透過フィルター
３指先載置部
４指
５、５０タッチセンサー
６赤外線カメラ
７タッチセンサー検出エリア
８赤外線カメラ検出エリア
９指の輪郭
１０接触輪郭データ
１１テンプレート作成エリア
１２指先タッチセンサー検出エリア
１３根本タッチセンサー検出エリア
１４画像取得エリア
１５Ｘ電極
１６Ｙ電極
１０１指静脈認証ユニット
２００画像処理装置
３００認証処理装置
Ｗ：撮影窓
Ｐ：圧力センサー

Claims

近赤外光を用いて、赤外線カメラにより撮影窓から指静脈パターンを撮影して生体認証を行う指静脈認証装置において、
前記撮影窓の外側に設けた指先載置部に、ＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有するタッチセンサーを設け、該タッチセンサーで検出した指先形状データ及び前記赤外線カメラで検出した指輪郭データから、前記指静脈認証装置への正しい指載置位置からの指変位量を検出して、取得した指静脈パターンの補正を行い、指静脈認証装置への登録時の指静脈パターンと同一の指静脈パターンを自動的に取得することを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１に記載された指静脈認証装置において、前記指変位量は、前記赤外線カメラの光軸を中心とする同一平面内での指の回転ずれであることを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１に記載された指静脈認証装置において、前記指変位量は指の軸を中心とする回転方向の位置ずれであることを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１に記載された指静脈認証装置において、前記指変位量は指の軸方向の前後位置ずれであることを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の指静脈認証装置において、前記指載置部はほぼフラットな形状としたことを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１乃至４のいずれかに記載の指静脈認証装置において、前記指変位量が所定のしきい値を越えた時にユーザーにガイダンス情報を出力し、正しい載置位置にユーザーが指を置き直すように通知することを特徴とする指静脈認証装置。
近赤外光を用いて、赤外線カメラにより、指で閉鎖される狭い撮影窓から指静脈パターンを撮影して生体認証を行う指静脈認証装置において、
前記撮影窓の外側に設けた指先載置部に、ＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有する第１タッチセンサーを設け、前記撮影窓の外側に設けた指根本載置部にＸＹ方向に連続した複数の検出領域を有する第２タッチセンサーを設け、該第１タッチセンサー及び第２タッチセンサーで検出した指先形状データ及び指根本形状データから、正しい指載置位置からの指変位量を検出して補正を行い、指静脈認証装置への登録時の指静脈パターンと同一の指静脈パターンを自動的に取得することを特徴とする指静脈認証装置。
請求項７に記載された指静脈認証装置において、前記指変位量は、前記赤外線カメラの光軸を中心とする同一平面内での指の回転ずれであることを特徴とする指静脈認証装置。
請求項７または８のいずれかに記載の指静脈認証装置において、前記指載置部は、フラットかほぼフラットに近い形状としたことを特徴とする指静脈認証装置。
請求項７乃至９のいずれかに記載の指静脈認証装置において、前記指変位量が所定のしきい値を越えた時に、ユーザーにガイダンス情報を出力し、正しい載置位置にユーザーが指を置き直すように通知することを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１乃至１０のいずれかに記載の指静脈認証装置において、前記タッチセンサーに、タッチセンサーへの押圧力を検出する圧力センサーを設けたことを特徴とする指静脈認証装置。
請求項１乃至１０のいずれかに記載の指静脈認証装置において、前記タッチセンサーを抵抗膜型タッチセンサーで構成したことを特徴とする指静脈認証装置。