JP4460408B2

JP4460408B2 - Biometric authentication system

Info

Publication number: JP4460408B2
Application number: JP2004284330A
Authority: JP
Inventors: 利夫細貝; 千之白土; 信中野; 光春月折
Original assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006095056A

Description

本発明は生体情報を用いて個人を識別する生体認証装置およびシステムに関し、特に指の血管パターンに基づく生体認証装置およびシステムに関する。 The present invention relates to a biometric authentication apparatus and system for identifying an individual using biometric information, and more particularly to a biometric authentication apparatus and system based on a blood vessel pattern of a finger.

個人認証技術としては、ＩＣカードが銀行ＡＴＭ（現金自動出入機）の対応として普及しつつある。一方、個人認証の不正使用を防止するための有効な手段として、生体認証技術が提案され注目されている。生体認証の手段としては、指紋、眼底写真、および手や指の血管パターンの検出などがある。このうち、指の血管パターンによる方法は、ユーザにとって心理的抵抗感が少なく、生体内部の特徴を検出するので、偽造が困難という長所がある。 As a personal authentication technology, IC cards are becoming widespread as a support for bank ATMs (automatic cash-in / out machines). On the other hand, biometric authentication technology has been proposed and attracted attention as an effective means for preventing unauthorized use of personal authentication. Biometric authentication means include fingerprints, fundus photographs, and blood vessel patterns of hands and fingers. Among them, the method using the finger blood vessel pattern has the advantage that it is difficult for the user to counterfeit because the user feels less psychological resistance and detects the internal features of the living body.

従来提案されている指認証装置の一例として、特許文献１に開示される装置がある。その構成は、指の位置を決めるためのガイド部と、指を透過する透過光を照射する光源部と、指画像を撮影する撮像部と、撮影された画像の認証を行う認証部を備える。ここで光源部と撮像部は、指を上下から挟むように配置する。光源部は、指が挿入される空間の上部を屋根のようにして覆い、天井等からの照明が直接撮像部に侵入しないよう遮光する。また、ガイド部に関し、指の先端部分によってオンオフするスイッチ部を設けることで、指の位置を自然に特定の位置に誘導することで、指の位置が安定し、認証の精度を向上させることが述べられている。 As an example of a conventionally proposed finger authentication apparatus, there is an apparatus disclosed in Patent Document 1. The configuration includes a guide unit for determining the position of the finger, a light source unit that emits transmitted light that passes through the finger, an imaging unit that captures a finger image, and an authentication unit that authenticates the captured image. Here, the light source unit and the imaging unit are arranged so that the finger is sandwiched from above and below. The light source unit covers the upper part of the space in which the finger is inserted like a roof, and shields the illumination from the ceiling or the like from directly entering the imaging unit. In addition, regarding the guide unit, by providing a switch unit that is turned on / off by the tip of the finger, the finger position is naturally guided to a specific position, thereby stabilizing the finger position and improving the accuracy of authentication. It is stated.

特開２００３−３０６３２号公報JP 2003-30632 A

生体認証装置には、更なる小型化を要求されており、これを実現するには次の課題がある。特許文献１に提案の装置では、光源部とガイド部と撮像部からなる光学系が直線状に上下方向に配置されており、装置高さをより低くすることは困難であった。特に光源部は外部光を遮光するため屋根型構造としており、小型化のネックとなっていた。仮に屋根型部分を排除すると、外部光のため画像のＳ／Ｎが劣化して、認証精度が悪化してしまう。 The biometric authentication device is required to be further miniaturized, and there are the following problems to realize this. In the apparatus proposed in Patent Document 1, the optical system including the light source unit, the guide unit, and the imaging unit is linearly arranged in the vertical direction, and it is difficult to lower the apparatus height. In particular, the light source portion has a roof structure to shield external light, and has become a bottleneck in miniaturization. If the roof-type portion is excluded, the S / N of the image is deteriorated due to external light, and the authentication accuracy is deteriorated.

本発明の目的は、生体認証装置における画像のＳ／Ｎを悪化させずに装置サイズの小型化を実現することにある。 An object of the present invention is to reduce the size of an apparatus without deteriorating the S / N of an image in a biometric authentication apparatus.

本発明による生体認証装置は、認証する指の位置を案内する案内溝を設けた指置き台と、案内溝の側面に設けた発光部より、認証指に向けて側面から光を照射する光源部と、認証指を透過し案内溝の底面側に向かう光を受光し撮影する撮像部と、撮像部で撮影した画像から画像データを作成する画像処理部とを備える。 A biometric authentication device according to the present invention includes a finger rest provided with a guide groove that guides the position of a finger to be authenticated, and a light source unit that emits light from the side surface toward the authentication finger from a light emitting unit provided on the side surface of the guide groove And an imaging unit that receives and captures light that passes through the authentication finger and travels toward the bottom side of the guide groove, and an image processing unit that creates image data from an image captured by the imaging unit.

上記撮像部には、案内溝の底面から下方に向かう光を横方向に折り曲げて撮像部に入射させるミラーを設ける。 The imaging unit is provided with a mirror that bends light traveling downward from the bottom surface of the guide groove in the lateral direction and enters the imaging unit.

また上記光源部は、認証指に向けて照射する光がほぼ平行光となるよう構成し、好ましくは、発光部の出射側にフレネルレンズとルーバーフィルムを設ける。 In addition, the light source unit is configured such that the light emitted toward the authentication finger is substantially parallel light, and preferably, a Fresnel lens and a louver film are provided on the emission side of the light emitting unit.

また上記画像処理部は、撮像部で撮影した画像の各部分の輝度レベルを検出し、輝度レベルが予め設定したしきい値より大きい場合、その部分の画像データを除去する。 The image processing unit detects the luminance level of each part of the image captured by the imaging unit, and removes the image data of the part when the luminance level is higher than a preset threshold value.

本発明による生体認証システムは、上記生体認証装置とこれを制御するコンピュータを備え、コンピュータは、上記画像処理部にて作成した画像データから、指の血管パターンを抽出してメモリに登録し、新たに取得した指の画像から抽出した血管パターンをメモリに登録した血管パターンと照合することにより、生体の認証を行う。 A biometric authentication system according to the present invention includes the biometric authentication device and a computer that controls the biometric authentication device. The computer extracts a blood vessel pattern of a finger from the image data created by the image processing unit and registers it in a memory. The biometric authentication is performed by collating the blood vessel pattern extracted from the finger image acquired in this step with the blood vessel pattern registered in the memory.

本発明によれば、生体認証装置の装置サイズの小型化、省スペース化を実現できる。 According to the present invention, it is possible to reduce the size of the biometric authentication device and save space.

以下、本発明による生体認証装置及び認証システムを図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a biometric authentication device and an authentication system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は、本発明による生体認証システムの一実施例を示すブロック図である。図１に示すように、認証する指（一般には人差し指）２を、赤外線光を発生させる光源（赤外発光ダイオード：ＩｒＬＥＤ）１１と、撮像部（ＴＶカメラ）２１の間に挿入する。スイッチ６をオンして、ＴＶカメラ２１によって指の透過像を撮影すると、血管内の血液は照射された赤外線光を吸収する性質があるため、指内部の静脈血管などの部分は暗い影となる。撮影された画像は、輝度レベル切替器３３などの画像処理手段にて不要画像部分を除去され、画像入力器３４にてデジタルデータに変換され、インターフェース（Ｉ／Ｆ）を経由して、コンピュータ３７に送られる。ＣＰＵ３５は画像解析用プログラムを起動し、受け取った画像データから血管パターンを抽出して、個人認証用データとしてメモリ３６に保存（登録）しておく。一方認証時には、コンピュータ３７は、入力された画像データから血管パターンを抽出し、あらかじめメモリ３６に登録されている認証用データの血管パターンと一致するか否かを、認証用アルゴリズムにより判定する。一致すれば本人であると判断し、その結果を表示器４２に表示したり、外部の制御対象４１に対し適切な制御信号を送る。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a biometric authentication system according to the present invention. As shown in FIG. 1, a finger (generally an index finger) 2 to be authenticated is inserted between a light source (infrared light emitting diode: IrLED) 11 that generates infrared light and an imaging unit (TV camera) 21. When the switch 6 is turned on and a transmission image of the finger is photographed by the TV camera 21, the blood inside the blood vessel has a property of absorbing the irradiated infrared light. . In the photographed image, unnecessary image portions are removed by image processing means such as a brightness level switch 33, and the image is converted into digital data by the image input device 34. The computer 37 passes through an interface (I / F). Sent to. The CPU 35 activates an image analysis program, extracts a blood vessel pattern from the received image data, and stores (registers) it in the memory 36 as personal authentication data. On the other hand, at the time of authentication, the computer 37 extracts a blood vessel pattern from the input image data, and determines whether or not it matches with the blood vessel pattern of the authentication data registered in the memory 36 in advance by the authentication algorithm. If they match, it is determined that the user is the person, and the result is displayed on the display 42 or an appropriate control signal is sent to the external control object 41.

図２は、本発明による生体認証装置の一実施例を示す構造図である。図２（ａ）は、装置本体９の全体形状を示す斜視図、図２（ｂ）は、Ａ−Ａ’断面図である。本体９は、上面に認証指を挿入する案内溝７を有する。案内溝の両側面には、光源（発光部）１１Ａ、１１Ｂを設置し、認証指を側面から照射する構成である。案内溝７の底面には撮影開口部８があり、指を透過し下方に向う光を取り込む。撮影開口部８を経た光は、ミラー１５にて横方向に折り曲げられ、撮像部（カメラ）２１にて受光し撮影する。 FIG. 2 is a structural diagram showing an embodiment of a biometric authentication device according to the present invention. FIG. 2A is a perspective view showing the overall shape of the apparatus main body 9, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line A-A '. The main body 9 has a guide groove 7 for inserting an authentication finger on the upper surface. Light sources (light emitting units) 11A and 11B are installed on both side surfaces of the guide groove, and the authentication finger is irradiated from the side surfaces. A photographing opening 8 is provided on the bottom surface of the guide groove 7 and takes in light that passes through the finger and travels downward. The light that has passed through the photographing aperture 8 is bent in the lateral direction by the mirror 15 and received by the imaging unit (camera) 21 for photographing.

このように本実施例では、装置の上部を開放型にして、認証する指を装置上側からかざせるようにした。そのため、光源１１を指置き部の両側面に配置した。また、撮像部２１も横置きとし、そのためにミラー１５を用いた。これらの構成により、装置の小型化、特に光学路の変更により装置高さの低減を図ることができる。 As described above, in this embodiment, the upper part of the apparatus is opened, and the finger to be authenticated is held from the upper side of the apparatus. Therefore, the light source 11 is arranged on both side surfaces of the finger placement unit. In addition, the imaging unit 21 is also set horizontally, and the mirror 15 is used for this purpose. With these configurations, the height of the apparatus can be reduced by downsizing the apparatus, particularly by changing the optical path.

図３は、本発明の生体認証装置における指置き台の一例を示す平面図である。本実施例の指置き台は、（１）片手で指置き台全体を掴むことができる形状・大きさとし、（２）認証する指（一般には人差し指）を安定に位置決めさせる案内溝を設け、（３）本体側面には撮影用スイッチ６を設けたところに特徴がある。 FIG. 3 is a plan view showing an example of a finger rest in the biometric authentication device of the present invention. The finger rest of the present embodiment has (1) a shape and size that allows the entire finger rest to be grasped with one hand, and (2) a guide groove for stably positioning a finger to be authenticated (generally an index finger). 3) A feature is that a photographing switch 6 is provided on the side of the main body.

図３では、指置き台に対し手をかざした時の各指の位置を点線で示す。本体９は、認証する指２以外の親指３と小指等４でつかむ「しずく形」の全体形状とすることで、手のひら全体の姿勢を安定させることができる。認証指２は、案内溝７に沿って指位置ガイド５を目標に設定する。領域８は光学開口部を示す。そして、親指３で撮影用スイッチ６を操作する構造にしたので、認証指２の前後方向位置は、自動的に個人特有の定位置に規制される。これより、各個人の指形状に差があっても、再現性のある画像を取得することができ、認証精度が向上する。 In FIG. 3, the position of each finger when a hand is held over the finger rest is indicated by a dotted line. The main body 9 can be stabilized in the posture of the entire palm by adopting an overall “drop shape” that is grasped by the thumb 3 other than the finger 2 to be authenticated and the little finger 4. The authentication finger 2 sets the finger position guide 5 along the guide groove 7 as a target. Region 8 shows the optical aperture. Since the photographing switch 6 is operated with the thumb 3, the position of the authentication finger 2 in the front-rear direction is automatically restricted to a fixed position unique to the individual. Thereby, even if there is a difference in the finger shape of each individual, a reproducible image can be acquired, and the authentication accuracy is improved.

認証する指２が人差し指以外の場合についても、認証が可能である。さらに、スイッチ６の代わりに突起部を設けても、親指の位置決めの効果が得られる。本実施例では、生体認証装置の外形はほぼ指置き台のサイズに等しくなり、よって、小型で使いやすい生体認証装置を実現することができる。 Authentication is also possible when the finger 2 to be authenticated is other than the index finger. Further, even if a protrusion is provided instead of the switch 6, the effect of positioning the thumb can be obtained. In the present embodiment, the outer shape of the biometric authentication device is substantially equal to the size of the finger rest, so that a small and easy-to-use biometric authentication device can be realized.

図４は、本発明の生体認証装置における光学系の一例を示す。図は、装置正面側から見た断面図で、前記図２（ｂ）を模式的に示す。認証指２は紙面垂直方向に配置する。認証指２を挟んで２つの光源１１Ａ，１１Ｂを両側に配置し、認証指２に対してその側面から赤外光を照射する。特に光源１１の出射部には、フレネルレンズ１３およびルーバーフィルム１４を設けたことに特徴がある。認証指２を透過した光のうち、指の腹側から下方に向かう光を捉え、ミラー１５にて光路を折り曲げ、カメラ２１に横方向に導く構成とした。 FIG. 4 shows an example of an optical system in the biometric authentication apparatus of the present invention. The figure is a cross-sectional view seen from the front side of the apparatus, and schematically shows FIG. 2 (b). The authentication finger 2 is arranged in the direction perpendicular to the paper surface. Two light sources 11A and 11B are arranged on both sides of the authentication finger 2, and the authentication finger 2 is irradiated with infrared light from its side surface. In particular, the light source 11 is characterized in that a Fresnel lens 13 and a louver film 14 are provided at the light emitting portion. Of the light that has passed through the authentication finger 2, light that travels downward from the belly side of the finger is captured, the optical path is bent by the mirror 15, and the light is guided laterally to the camera 21.

まず、光源１１Ａ，１１Ｂを横置きにすること、またカメラ２１を横置きにすることで、装置全体の高さを大幅に低減することができる。半面、この構成では装置の幅を拡大させる要因になるものの、装置の幅は前述したように手のひらで掴めるサイズを前提としている。よって、本構成に変えても装置幅がそれ以上に拡大することはない。 First, when the light sources 11A and 11B are placed horizontally and the camera 21 is placed horizontally, the height of the entire apparatus can be greatly reduced. On the other hand, although this configuration causes an increase in the width of the apparatus, the width of the apparatus is premised on the size that can be grasped by the palm as described above. Therefore, even if it changes to this structure, an apparatus width does not expand any more.

本実施例では、認証指に対する赤外光の照射方向（図面横方向）と受光方向（下方向）とが直交しているため、いくつかの課題が発生する。まず、指内部での赤外光の拡散が不均一となり、画像の明るさが受光面内で不均一になる。つまり、光が入射する指の側面部は明るく、中心部は暗くなる。これは、横方向から指の一部にのみ強い光を入射しても、指内部の光拡散が一部（側面部分）にとどまるため、指全体に拡散させることは困難であるからである。そこで、本実施例の光学系は、指全体に出来るだけ均一な赤外光を入射させるようにしてこれを解決した。 In the present embodiment, since the irradiation direction (horizontal direction in the drawing) of the infrared light with respect to the authentication finger and the light receiving direction (downward direction) are orthogonal, several problems occur. First, the diffusion of infrared light inside the finger becomes non-uniform, and the brightness of the image becomes non-uniform within the light receiving surface. That is, the side part of the finger on which light is incident is bright and the center part is dark. This is because even if strong light is incident only on a part of the finger from the lateral direction, light diffusion inside the finger remains only partly (side surface part), and thus it is difficult to diffuse the entire finger. Therefore, the optical system of this embodiment solves this problem by making the infrared light as uniform as possible incident on the entire finger.

また、指の腹側表面に光源からの赤外光が直接照射されると、それが反射し、カメラで撮像する際に、指表面が光ってしまい血管画像が見えにくくなる。そこで本実施例の光学系は、撮影側の指腹側斜面２Ａ，２Ｂには赤外光が入射しないように遮断する構造とした。 In addition, when infrared light from a light source is directly applied to the ventral surface of the finger, it is reflected, and when the image is taken with a camera, the finger surface shines and the blood vessel image becomes difficult to see. In view of this, the optical system of the present embodiment has a structure in which infrared light is blocked from entering the finger-side slopes 2A and 2B on the photographing side.

上記の具体的手段として、図４に示すように、光源１１Ａ、１１Ｂから放射状に発する赤外光を平行光線にするためにフレネルレンズ１３を設けた。フレネルレンズはレンズ面を連続面ではなく階段状にしたレンズであり、通常の凸レンズに比べてレンズ自体の厚みを薄くできるので、装置の小型化に有利である。また、平行光から漏れた光を遮断するために、ルーバー構造を持ったルーバーフィルム１４を配置した。ルーバー構造により、透過光の方向を制限し、かつ薄膜状とすることで小型化に適する。ルーバーフィルム１４を通過した平行光は、認証指の腹側斜面部２Ａ，２Ｂには照射されないように、光源１１Ａ，１１Ｂの高さを設定した。さらに、指２の軸方向に平行で、約４５度傾斜してミラー１５を設置し、指からの透過光を横方向に折り曲げることで、横置きカメラ２１に入射させるようにした。 As a specific means described above, as shown in FIG. 4, a Fresnel lens 13 is provided in order to make infrared light emitted radially from the light sources 11A and 11B into parallel rays. The Fresnel lens is a lens having a stepped lens surface instead of a continuous surface, and the thickness of the lens itself can be made thinner than a normal convex lens, which is advantageous for downsizing of the apparatus. In addition, a louver film 14 having a louver structure was disposed in order to block light leaked from parallel light. Due to the louver structure, the direction of transmitted light is limited, and a thin film is suitable for downsizing. The heights of the light sources 11A and 11B were set so that the parallel light that passed through the louver film 14 was not irradiated on the ventral slopes 2A and 2B of the authentication finger. Furthermore, the mirror 15 is installed parallel to the axial direction of the finger 2 and inclined by about 45 degrees, and the transmitted light from the finger is bent in the horizontal direction so as to enter the horizontal camera 21.

なお、本構成では光学系の組み立て寸法誤差のため、カメラ上の画像位置がずれることがある。その場合、光学系の機械的調整を一々行うのは容易ではない。そこで本実施例では、装置固有の光学系の位置ずれを、カメラが捉える画像の位置ずれ量としてメモリ（コンフィグレーションＲＯＭ等）に記憶しておく。そして、画面全体から必要部分を切り取るなどの画像処理工程において、この位置ずれ情報をメモリから読み出して、処理範囲を補正する。これより、構造部分の調整箇所を無くし、装置の簡素化を図ることができ、製造原価を削減できる。 In this configuration, the image position on the camera may shift due to an assembly dimension error of the optical system. In that case, it is not easy to perform mechanical adjustment of the optical system one by one. Therefore, in this embodiment, the positional deviation of the optical system unique to the apparatus is stored in a memory (configuration ROM or the like) as the positional deviation amount of the image captured by the camera. Then, in an image processing step such as cutting out a necessary part from the entire screen, this positional deviation information is read from the memory and the processing range is corrected. Thereby, the adjustment part of a structure part can be eliminated, the apparatus can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

以上説明したように、本実施例の構造とすることで、光源からの光の大部分を指に入射することができ、その光が平行光であるため、指の一部に光強度が偏ることが無く、良好な拡散光（背景光）を作り出すことが出来る。その結果、拡散光に浮かんだ血管画像を、Ｓ／Ｎ比良く撮像することができる。さらに、指の方向に平行としたミラーによって、得られた血管画像を、小型の装置で捉えることが可能となる。 As described above, with the structure of the present embodiment, most of the light from the light source can be incident on the finger, and the light is parallel light, so the light intensity is biased to a part of the finger. And good diffused light (background light) can be produced. As a result, a blood vessel image floating in the diffused light can be captured with a high S / N ratio. Furthermore, the obtained blood vessel image can be captured by a small device by a mirror parallel to the direction of the finger.

図５は、本発明の生体認証装置における画像処理の一例を示す図である。ＴＶカメラ２１で得られる指およびその周囲の画像の処理を示す。従来、指内部からの光は指周辺に豊富に存在する光より弱く、周囲光が外乱光となるため、蛍光灯等の光が入射すると強い光に隠れてしまい、必要な情報が得られなかった。特に本実施例のように上部開放型構造の場合には、周囲光による外乱がより増加する。 FIG. 5 is a diagram showing an example of image processing in the biometric authentication apparatus of the present invention. Processing of a finger and the surrounding image obtained by the TV camera 21 is shown. Conventionally, the light from the inside of the finger is weaker than the light abundantly present around the finger, and the ambient light becomes disturbance light. It was. In particular, in the case of the upper open type structure as in this embodiment, disturbance due to ambient light is further increased.

そのために、図５（ａ）のように得られる画像２２は、認証する指部分２３と背景（周囲）部分とのコントラストの非常に高い画像となってしまう。図５（ｂ）は、Ａ−Ａ’断面の画像信号の明るさ分布の例を示す。ＴＶカメラ２１の画像信号２５は、横軸を輝度レベルとすると、背景部分が明るく、指の部分は暗くなる。背景部分の画像は認証するためには不要な部分で、また、背景部分のデータを引き続き処理するのは無駄な作業である。そこで、輝度レベルにしきい値２６を設定し、輝度レベルがしきい値２６より大きい指以外の部分の信号を除去する（信号レベルをゼロとする）。その結果、図５（ｃ）に示すように、指の画像２３のみの画像信号を得ることができる。 Therefore, the image 22 obtained as shown in FIG. 5A is an image having a very high contrast between the finger part 23 to be authenticated and the background (surrounding) part. FIG. 5B shows an example of the brightness distribution of the image signal of the A-A ′ cross section. The image signal 25 of the TV camera 21 has a bright background portion and a finger portion dark when the horizontal axis is the luminance level. The image of the background part is an unnecessary part for authentication, and it is wasteful to continue processing the data of the background part. Therefore, a threshold value 26 is set as the luminance level, and signals other than the finger whose luminance level is greater than the threshold value 26 are removed (the signal level is set to zero). As a result, as shown in FIG. 5C, an image signal of only the finger image 23 can be obtained.

この動作は、図１に示すように、ＴＶカメラ２１の出力を輝度レベル設定器３２および、輝度レベル比較器３１によって判断し、輝度レベル切替器３３にてレベルを切替え、指の画像２３のみのビデオ信号を得ることができる。 In this operation, as shown in FIG. 1, the output of the TV camera 21 is judged by the brightness level setter 32 and the brightness level comparator 31, and the level is switched by the brightness level switch 33 so that only the finger image 23 is displayed. A video signal can be obtained.

以上説明したように、全体の撮影画像から必要部分のみを切り出し、認証工程で不必要な情報を除去することで、処理精度の向上と処理速度向上を図るものである。その際、コンピュータの負担軽減を図りより安価で消費電力の少ないシステムを実現することが可能となる。 As described above, only necessary portions are cut out from the entire captured image, and unnecessary information is removed in the authentication process, thereby improving processing accuracy and processing speed. At that time, it is possible to realize a system that is less expensive and consumes less power by reducing the burden on the computer.

図６は、本発明の生体認証装置において、光源１１の電源回路の一例を示す。本実施例は、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）ポートを介して装置に電力を供給する場合を想定する。赤外線を発生させる光源１１の電源回路は、ＵＳＢ端子部４２と定電流充電回路４３と、昇圧回路４４と、コンデンサ４５、およびスイッチ４６を有する。カメラ制御装置４７は、ＴＶカメラ２１の同期信号に連動してスイッチ４６を制御する。 FIG. 6 shows an example of a power supply circuit of the light source 11 in the biometric authentication device of the present invention. In this embodiment, it is assumed that power is supplied to the apparatus via a USB (Universal Serial Bus) port. The power source circuit of the light source 11 that generates infrared rays includes a USB terminal unit 42, a constant current charging circuit 43, a booster circuit 44, a capacitor 45, and a switch 46. The camera control device 47 controls the switch 46 in conjunction with the synchronization signal of the TV camera 21.

ここで、ＵＳＢ端子部４２から供給できる電力は、規格により、電圧５Ｖ、最大電流は０．５Ａに制限されているので、最大２．５Ｗの電力となる。一方本実施例の生体認証装置では、光源１１に約４Ｗの電力が必要であり、そのままでは光源１１を十分発光させることができない。 Here, the power that can be supplied from the USB terminal unit 42 is a maximum of 2.5 W because the voltage is 5 V and the maximum current is limited to 0.5 A according to the standard. On the other hand, in the biometric authentication device of the present embodiment, the light source 11 needs about 4 W of power, and the light source 11 cannot be made to emit light as it is.

そこで、本実施例では、限られた電力の範囲内で光源を動作させるために、定電流充電回路４３とコンデンサ４５等の蓄電機能を使用する回路構成とした。光源１１には赤外線ＬＥＤを使用することから、多数個のＬＥＤを直列に使用すると効率がよいので、昇圧回路４４によって、必要とする電圧まで昇圧する。昇圧した電圧を、カメラ２１からの同期信号および、カメラ制御装置４７からの指令によって、スイッチ４６を必要な時間のみ閉じて光源１１に電力を供給する。すなわち、カメラ２１の同期信号及び制御装置４１からの信号によって、カメラ２１が撮像する瞬間のみ光源１１を点灯する。従って、ＵＳＢ電力を有効活用する回路構成は、ＵＳＢ電圧を直接、定電流充電回路４３により充電することによって、スーパーキャパシタ（電気二重層コンデンサ）のような定格電圧の低いコンデンサ４５を使用することにより、小型、省スペースの蓄電回路を実現する。 Therefore, in this embodiment, in order to operate the light source within a limited electric power range, a circuit configuration using a power storage function such as a constant current charging circuit 43 and a capacitor 45 is adopted. Since an infrared LED is used as the light source 11, it is efficient to use a large number of LEDs in series. Therefore, the voltage is boosted to a required voltage by the booster circuit 44. The boosted voltage is supplied to the light source 11 by closing the switch 46 only for a necessary time according to a synchronization signal from the camera 21 and a command from the camera control device 47. That is, the light source 11 is turned on only at the moment when the camera 21 captures an image according to the synchronization signal of the camera 21 and the signal from the control device 41. Therefore, the circuit configuration that effectively uses the USB power is obtained by charging the USB voltage directly by the constant current charging circuit 43 and using a capacitor 45 having a low rated voltage such as a super capacitor (electric double layer capacitor). Realize a small, space-saving power storage circuit.

図７は、本発明による生体認証システムにおける画像処理の一例を示す。ＴＶカメラ２１で取得された認証指２の画像は、一旦画像メモリ５２に蓄えられ、コンピュータ３７にデジタル画像として送信する。その際、ＴＶカメラ２１から取得される画像信号は、画像取り込み制御回路５１、輝度検出回路５３、およびスイッチ５４によって制御される。各段階毎に、得られる画像は、次の通りである。
画像Ａ：カメラが捉える画面全体（斜線部は認証に不要な部分）。
画像Ｂ：画像Ａのうち、認証に用いる画像領域。
画像Ｃ：画像Ｂの部分を切り出した状態。
画像Ｄ：輝度測定領域。 FIG. 7 shows an example of image processing in the biometric authentication system according to the present invention. The image of the authentication finger 2 acquired by the TV camera 21 is temporarily stored in the image memory 52 and transmitted to the computer 37 as a digital image. At that time, the image signal acquired from the TV camera 21 is controlled by the image capturing control circuit 51, the luminance detection circuit 53, and the switch 54. The image obtained for each stage is as follows.
Image A: The entire screen captured by the camera (the shaded area is a part unnecessary for authentication).
Image B: Image area used for authentication in image A.
Image C: A state in which the portion of image B is cut out.
Image D: Luminance measurement area.

ＴＶカメラ２１で捉える画面全体の画像Ａは、指静脈画像以外の認証に不必要な部分を含む。当然何らかの手段を持って、認証に必要な部分（画像Ｂ）を切り出さなければならない。コンピュータ３７によって、これを行うとすると、膨大な画像情報を処理せねばならず、高速のコンピュータ３７を必要とする。また、高速処理のため消費電力が大きくなり、ＵＳＢ電力のみでは実現が難しい。 The image A of the entire screen captured by the TV camera 21 includes a part unnecessary for authentication other than the finger vein image. Naturally, some means (image B) necessary for authentication must be cut out by some means. If this is done by the computer 37, a large amount of image information must be processed, and a high-speed computer 37 is required. In addition, power consumption increases due to high-speed processing, which is difficult to achieve with USB power alone.

そこで、画像の切り出し領域、および切り出す情報量等をコンピュータ３７により予め設定しておく。画像取り込み制御回路５１は、カメラ２１の動作する速さのリアルタイム処理（スイッチ５４）によって、予め設定した領域（画像Ｂ）の画像だけを取り込む。そして、取り込んだ画像Ｃのデータのみを画像メモリ５２に連続して蓄える。これにより、コンピュータ３７は切り出しのために膨大な量の画像情報（画像Ａ）を処理する必要はなくなり、その負担が軽減する。 In view of this, the computer 37 sets in advance an image cutout region, an amount of information to be cutout, and the like. The image capture control circuit 51 captures only an image of a preset area (image B) by real-time processing (switch 54) of the speed at which the camera 21 operates. Only the data of the captured image C is continuously stored in the image memory 52. This eliminates the need for the computer 37 to process an enormous amount of image information (image A) for clipping, thereby reducing the burden.

さらに、カメラ２１の捉えることができる明るさの範囲（ダイナミックレンジ）は狭いため、指静脈の領域の明るさが適当になるよう受光量（露出量）の調整を必要とする。その際、必要とする指静脈の領域と背景となる指周辺では明るさが極端に異なり、指領域部分で見ても明るさの分布が大きいので、一般に使用されるアイリスコントロール（光学絞り制御）では調整が不十分となる。そのため、指領域のうち必要面積部分（画像Ｄ）を抜き出し、輝度検出回路５３にて画像Ｄの明るさを積算平均化して捉える。その検出値に応じて、画像取り込み制御回路５１はスイッチ５４を制御し、受光量（露出量）を最適に調節する。 Furthermore, since the brightness range (dynamic range) that can be captured by the camera 21 is narrow, it is necessary to adjust the received light amount (exposure amount) so that the brightness of the finger vein region is appropriate. At that time, the brightness is extremely different between the necessary finger vein area and the background finger area, and the brightness distribution is large even when viewed from the finger area. Therefore, commonly used iris control (optical aperture control) is used. Then, adjustment becomes insufficient. Therefore, a necessary area portion (image D) is extracted from the finger region, and the brightness detection circuit 53 captures the brightness of the image D by averaging. In accordance with the detected value, the image capture control circuit 51 controls the switch 54 to optimally adjust the received light amount (exposure amount).

本実施例では、指定した領域内の輝度の値を、ロジック回路で積算することにより指定領域の明るさのデータを得るものである。その際、コンピュータによる、膨大な量のデータに対する指定領域内のデータを切り出し、及び積算という処理を必要としない。従って、カメラの明るさ調整は簡単な計算と制御で事足りる。その結果、高速のコンピュータを必要とせず省電力、省スペースの実現に貢献する。 In the present embodiment, the brightness value in the designated area is obtained by integrating the luminance values in the designated area with a logic circuit. At this time, it is not necessary to cut out and accumulate the data in the designated area for a huge amount of data by the computer. Therefore, simple calculation and control are sufficient for adjusting the brightness of the camera. As a result, it contributes to the realization of power saving and space saving without requiring a high-speed computer.

以上説明したように、本実施例によれば、マイコン、ロジックの機能分担の最適化により、小型で省電力の生体認証装置及びシステムが実現する。 As described above, according to the present embodiment, a small-sized and power-saving biometric authentication device and system are realized by optimizing the function sharing between the microcomputer and the logic.

本発明による生体認証システムの一実施例を示すブロック図。The block diagram which shows one Example of the biometrics authentication system by this invention. 本発明による生体認証装置の一実施例を示す構造図。1 is a structural diagram showing an embodiment of a biometric authentication device according to the present invention. 本発明における指置き台の一例を示す平面図。The top view which shows an example of the finger stand in this invention. 本発明における光学系の一例を示す図。The figure which shows an example of the optical system in this invention. 本発明における画像処理の一例を示す図。The figure which shows an example of the image processing in this invention. 本発明における光源の電源回路の一例を示す図。The figure which shows an example of the power supply circuit of the light source in this invention. 本発明における画像処理の一例を示す図。The figure which shows an example of the image processing in this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２…認証する指、５…指位置ガイド、６…スイッチ、７…案内溝、８…光学開口部、１１…光源（発光部）、１３…フレネルレンズ、１４…ルーバーフィルム、１５…ミラー、２１…撮像部（ＴＶカメラ）、２６…しきい値、３３…輝度レベル切替器、３４…画像入力器、３５…ＣＰＵ、３６…メモリ、３７…コンピュータ、４２…ＵＳＢ端子部、４３…定電流充電回路、４４…昇圧回路、４５…コンデンサ、４６…スイッチ、４７…カメラ制御装置、５１…画像取り込み制御回路、５２…画像メモリ、５３…輝度検出回路、５４…スイッチ。 2 ... Finger to be authenticated, 5 ... Finger position guide, 6 ... Switch, 7 ... Guide groove, 8 ... Optical opening, 11 ... Light source (light emitting part), 13 ... Fresnel lens, 14 ... Louver film, 15 ... Mirror, 21 ... Imaging unit (TV camera), 26 ... Threshold, 33 ... Brightness level switch, 34 ... Image input device, 35 ... CPU, 36 ... Memory, 37 ... Computer, 42 ... USB terminal unit, 43 ... Constant current charging Circuit 44. Boosting circuit 45. Capacitor 46. Switch 47 47 Camera control device 51 Image capture control circuit 52 Image memory 53 53 Luminance detection circuit 54 Switch

Claims

指の血管画像を基に生体を認証する生体認証装置とこれを制御するコンピュータを備えた生体認証システムにおいて、
上記生体認証装置は、
認証する指の位置を案内する案内溝を設けた指置き台と、
該案内溝の側面に設けた発光部より、該指に向けて側面から光を照射する光源部と、
該指を透過し上記案内溝の底面側に向かう光を受光し撮影する撮像部と、
該撮像部で撮影した画像から画像データを作成する画像処理部とを備え、
上記撮像部には、上記案内溝の底面から下方に向かう光を横方向に折り曲げて該撮像部に入射させるミラーを設けるとともに、
さらに、上記撮像部にて撮影可能な画像範囲のうち、予め設定した第１の領域の画像を取得する画像取り込み制御部と、
該取得した画像のうち、予め設定した第２の領域の画像の平均輝度を検出する輝度検出部と、
上記画像取り込み制御部の設定する第１の領域及び上記輝度検出部の検出した平均輝度に応じて、前記撮像部の撮影時間を制御するスイッチとを備え、
上記コンピュータは、上記画像処理部にて作成した画像データから、上記指の血管パターンを抽出してメモリに登録し、新たに取得した指の画像から抽出した血管パターンを該メモリに登録した血管パターンと照合することにより、生体の認証を行うことを特徴とする生体認証システム。 In a biometric authentication system comprising a biometric authentication device that authenticates a biometric based on a blood vessel image of a finger and a computer that controls the biometric authentication device,
The biometric authentication device is:
A finger rest provided with a guide groove for guiding the position of the finger to be authenticated;
A light source unit that emits light from the side surface toward the finger from the light emitting unit provided on the side surface of the guide groove;
An imaging unit that receives and shoots light passing through the finger and traveling toward the bottom side of the guide groove;
An image processing unit that creates image data from an image captured by the imaging unit;
The aforementioned imaging unit, Rutotomoni provided mirror to be incident on the image pickup portion by bending the light directed downward from the bottom surface of the guide groove in the lateral direction,
Furthermore, an image capturing control unit that acquires an image of a first region set in advance among image ranges that can be captured by the imaging unit;
Among the acquired images, a luminance detection unit that detects an average luminance of an image of a second region set in advance;
A switch for controlling the shooting time of the imaging unit according to the first area set by the image capture control unit and the average luminance detected by the luminance detection unit,
The computer extracts the blood vessel pattern of the finger from the image data created by the image processing unit and registers it in the memory, and stores the blood vessel pattern extracted from the newly acquired finger image in the memory. A biometric authentication system characterized in that biometric authentication is performed by collating with.

指の血管画像を基に生体を認証する生体認証装置とこれを制御するコンピュータを備えた生体認証システムにおいて、
上記生体認証装置は、
認証する指の位置を案内する案内溝を設けた指置き台と、
該案内溝の側面に設けた発光部より、該指に向けて側面から光を照射する光源部と、
該指を透過し上記案内溝の底面側に向かう光を受光し撮影する撮像部と、
該撮像部で撮影した画像から画像データを作成する画像処理部とを備え、
上記光源部には、上記指に向けて照射する光がほぼ平行光になる手段を設けるとともに、
さらに、上記撮像部にて撮影可能な画像範囲のうち、予め設定した第１の領域の画像を取得する画像取り込み制御部と、
該取得した画像のうち、予め設定した第２の領域の画像の平均輝度を検出する輝度検出部と、
上記画像取り込み制御部の設定する第１の領域及び上記輝度検出部の検出した平均輝度に応じて、前記撮像部の撮影時間を制御するスイッチとを備え、
上記コンピュータは、上記画像処理部にて作成した画像データから、上記指の血管パターンを抽出してメモリに登録し、新たに取得した指の画像から抽出した血管パターンを該メモリに登録した血管パターンと照合することにより、生体の認証を行うことを特徴とする生体認証システム。 In a biometric authentication system comprising a biometric authentication device that authenticates a biometric based on a blood vessel image of a finger and a computer that controls the biometric authentication device,
The biometric authentication device is:
A finger rest provided with a guide groove for guiding the position of the finger to be authenticated;
A light source unit that emits light from the side surface toward the finger from the light emitting unit provided on the side surface of the guide groove;
An imaging unit that receives and shoots light passing through the finger and traveling toward the bottom side of the guide groove;
An image processing unit that creates image data from an image captured by the imaging unit;
The aforementioned light source unit, Rutotomoni provided with means light irradiated is substantially collimated light toward the finger,
Furthermore, an image capturing control unit that acquires an image of a first region set in advance among image ranges that can be captured by the imaging unit;
Among the acquired images, a luminance detection unit that detects an average luminance of an image of a second region set in advance;
A switch for controlling the shooting time of the imaging unit according to the first area set by the image capture control unit and the average luminance detected by the luminance detection unit,
The computer extracts the blood vessel pattern of the finger from the image data created by the image processing unit and registers it in the memory, and stores the blood vessel pattern extracted from the newly acquired finger image in the memory. A biometric authentication system characterized in that biometric authentication is performed by collating with.

指の血管画像を基に生体を認証する生体認証装置とこれを制御するコンピュータを備えた生体認証システムにおいて、In a biometric authentication system comprising a biometric authentication device that authenticates a biometric based on a blood vessel image of a finger and a computer that controls the biometric authentication device,
上記生体認証装置は、The biometric authentication device is:
認証する指の位置を案内する案内溝を設けた指置き台と、A finger rest provided with a guide groove for guiding the position of the finger to be authenticated;
該案内溝の側面に設けた発光部より、該指に向けて側面から光を照射する光源部と、A light source unit that emits light from the side surface toward the finger from the light emitting unit provided on the side surface of the guide groove;
該指を透過し上記案内溝の底面側に向かう光を受光し撮影する撮像部と、An imaging unit that receives and shoots light passing through the finger and traveling toward the bottom side of the guide groove;
該撮像部で撮影した画像から画像データを作成する画像処理部とを備え、An image processing unit that creates image data from an image captured by the imaging unit;
上記画像処理部は、上記撮像部で撮影した画像の各部分の輝度レベルを検出し、該輝度レベルが予め設定したしきい値より大きい場合、その部分の画像データを除去するとともに、The image processing unit detects the luminance level of each part of the image captured by the imaging unit, and when the luminance level is larger than a preset threshold, removes the image data of the part,
さらに、上記撮像部にて撮影可能な画像範囲のうち、予め設定した第１の領域の画像を取得する画像取り込み制御部と、Furthermore, an image capturing control unit that acquires an image of a first region set in advance among image ranges that can be captured by the imaging unit;
該取得した画像のうち、予め設定した第２の領域の画像の平均輝度を検出する輝度検出部と、Among the acquired images, a luminance detection unit that detects an average luminance of an image of a second region set in advance;
上記画像取り込み制御部の設定する第１の領域及び上記輝度検出部の検出した平均輝度に応じて、前記撮像部の撮影時間を制御するスイッチとを備え、A switch for controlling the shooting time of the imaging unit according to the first area set by the image capture control unit and the average luminance detected by the luminance detection unit,
上記コンピュータは、上記画像処理部にて作成した画像データから、上記指の血管パターンを抽出してメモリに登録し、新たに取得した指の画像から抽出した血管パターンを該メモリに登録した血管パターンと照合することにより、生体の認証を行うことを特徴とする生体認証システム。The computer extracts the blood vessel pattern of the finger from the image data created by the image processing unit and registers it in the memory, and stores the blood vessel pattern extracted from the newly acquired finger image in the memory. A biometric authentication system characterized in that biometric authentication is performed by collating with.

請求項２記載の生体認証システムにおいて、The biometric authentication system according to claim 2, wherein
前記光源部には、前記発光部の出射側にフレネルレンズとルーバーフィルムを設けたことを特徴とする生体認証システム。The biometric authentication system characterized in that the light source unit is provided with a Fresnel lens and a louver film on the emission side of the light emitting unit.

請求項２または４に記載の生体認証システムにおいて、The biometric authentication system according to claim 2 or 4,
前記光源部は、前記指に向けて照射する光が前記指の底面側には照射しない構成としたことを特徴とする生体認証システム。The biometric authentication system, wherein the light source unit is configured so that light irradiated toward the finger does not irradiate the bottom surface side of the finger.

請求項１、２、３のいずれか１項に記載の生体認証システムにおいて、
前記発光部を駆動する電源部は、定電流充電回路、コンデンサ、昇圧回路及び発光用スイッチを備えることを特徴とする生体認証システム。 The biometric authentication system according to any one of claims 1, 2, and 3,
The biometric authentication system, wherein the power supply unit that drives the light emitting unit includes a constant current charging circuit, a capacitor, a booster circuit, and a light emitting switch .

請求項１、２、３のいずれか１項に記載の生体認証システムにおいて、
前記指置き台は、手のひら全体で掴める曲面形状とし、その一方の側面には、親指によって操作可能な撮影用スイッチを設けたことを特徴とする生体認証システム。 The biometric authentication system according to any one of claims 1, 2, and 3,
The biometric authentication system , wherein the finger rest has a curved shape that can be grasped by the entire palm, and a photographing switch that can be operated with a thumb is provided on one side surface thereof .