JP4659688B2 - 生体認証装置 - Google Patents

Description

本発明は生体認証装置に係り、特に指静脈をスイープして得られる静脈情報を用いて個人を認証する静脈認証装置に関する。

生体情報を利用して個人を認証する技術の１つとして、指静脈を用いた認証装置の開発が進み、最近、ＰＣや携帯端末、ＡＴＭ（現金自動取引装置）、自動車等に実用化され始めている。
静脈認証装置は、生体に近赤外光を照射させ、生体内部で散乱しその後外部に透過する近赤外光を生体情報画像として撮像することを原理としている。血液中のヘモグロビンは近赤外光を吸収するため、撮像した画像には暗い影のパターンとして現れる。これにより静脈をその影のパターンとして得ることが可能となる。静脈認証装置は、このパターンと予め登録した生体情報画像のパターンとの相関関係を算出することで、個人認証を行う。

この種の静脈認証装置としては、例えば、特開２００５−２５３９８９号公報（特許文献１）や特開２００５−２３５０４９号公報（特許文献２）に開示されたものが知られている。

特開２００５−２５３９８９号公報 特開２００５−２３５０４９号公報

従来の静脈認証装置は、計測対象とする生体全体の生体情報を取得する必要があるため、装置の構造を対象の生体よりも大きくせざるを得なかった。然るに、認証装置の構造を大きくすると、コスト増となり、また認証装置を実装する場合にも制約となることがある。そこで、より小型化した静脈認証装置が望まれている。

本発明の目的は、安価で小型な生体認証装置を実現することにある。
本発明はまた、生体をスイープさせて生体情報を取得する場合、スイープする速度が変動しても一定の静脈画像パターンを得ることができる静脈認証装置を提供することにある。

本発明の好ましい例では、生体認証装置において、指を移動可能に支持する支持機構と、近赤外光を発する光源と、略水平方向に取り付けた反射光源と、光源および反射光源から発せられた光によって、指の複数の静脈画像及び複数の表面画像を撮像する撮像部と、得られた複数の表面画像から１つの静脈画像に合成処理する画像処理部とを有し、反射光源は、指の左側から可視光を発する第一の反射光源と、指の右側から可視光を発する第二の反射光源とを有し、撮影部は、光源と、第一の反射光源と、第二の反射光源とを交互に発光させながら、指の複数の静脈画像、指の複数の左表面画像、および指の複数の右表面画像を撮像し、得られた複数の左表面画像および右表面画像から、左表面画像および右表面画像の特徴点の移動量を算出し、得られた複数の静脈画像を合成処理する生体認証装置として構成される。
好ましくは、略水平方向に取り付けた反射光源の光量を調整する光量調整部を備え、該反射光源の光量出力を安定させた後、該撮像部により該複数の左表面画像と該複数の右表面画像とを撮像して取得する。
［発明の効果］

本発明によれば、生体を移動させながら生体の画像情報を取得して処理することができるので、安価で小型な生体認証装置を実現することができる。また、スイープする速度が変動しても一定の静脈画像パターンを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
まず、図１〜７を参照して第１実施例について説明する。
図１は静脈認証装置の画像入力部１を示す側面図、図２はその平面図である。画像入力部１は、２箇所に配置された近赤外光を発光する光源３、光源３からの光によって指Ｆの静脈画像を撮像する撮像部２、指Ｆを乗せて回転するローラ５及びこのローラ５に連動して回転するリードスクリュー６、リードスクリュー６を照らす補助光源７を有する。

図２に示すように、ローラ５とリードスクリュー６は、それぞれ平行な回転軸４０に固定され、連結ギア４１を介してお互いに連動する構造になっている。リードスクリュー６には、スイープ量を明確に計測するために所定の間隔で着色溝１７が設けられる。この溝１７は黒色に着色しており補助光源７の光を反射しない。その他の溝は、補助光源７の光を反射する。入力画像には、例えば図５に示すように、着色溝１７が黒い画像となって写る。

ここで、ローラ５の幅形状は、その上に置かれる指Ｆの幅とほぼ等しくするのが好ましい。これにより、対象者の指Ｆの置き位置を明確にすること、及び指Ｆのスイープを直線的にするよう誘導させることが可能となる。またローラ５には、指Ｆの形状にあわせて溝５１が形成され、この溝５１により静脈の潰れを防止することができる。
なお、図示の例では、明瞭な静脈画像を撮影するために２つの光源３を配置しているが、的確な画像が得られれば、光源３は１つでもよい。

図３に示すように、静脈認証装置は、画像入力部１と認証処理部８から構成される。認証処理部８は、ＣＰＵ１０、メモリ９、記憶装置１１、表示部１３及びインタフェース１２を有する。ここで、ＣＰＵ１０は、メモリ９に記憶されているプログラムを実行することにより種々の処理機能を行う。このプログラムの機能については後述する。メモリ９はまた、撮像部２で取得された画像データを記憶する。記憶装置１１は、予め決められた静脈画像データを記憶している。インタフェース１２は、撮像部２、記憶装置１１及び画像入力部１との間を接続する。
認証処理部８には表示部１３が接続され、認証結果等の状況を表示する。なお、この表示部１３は無くてもよい。その場合、認証結果はアラーム等で知らせることになる。

図４に、認証処理部８のメモリ９の記憶内容を示す。
メモリ９に記憶されるプログラムとしては、リードスクリュー画像の変化量を検知・算出するリードスクリュー検知プログラム１８、リードスクリュー検知プログラム１８で算出された変化量を基に生体画像を構成（貼り合わせ）する画像データ貼り合わせプログラム２４、及び生体情報データ２３の特徴を抽出し、記憶装置１１に予め登録してある特徴データ群と照合し、生体情報データ２３が有効か無効かを判定する特徴照合プログラム２１が含まれる。また、データとしては、入力画像データ１５及び生体情報データ２３が含まれる。

次に、図５〜図７を参照して本実施例の静脈認証装置の認証処理について説明する。
初期状態から撮像される画像は、補助光源７のみ点灯させておくことでリードスクリュー６の画像が撮像される。この状態で、認証処理部８によりリードスクリュー６の溝１７の位置を検出、監視する。次に、指Ｆがローラ５に置かれると、撮影部２に撮像される溝１７の画像が変化する。これを認証処理部８によって認識することで、光源３を点灯させて静脈認証処理を開始させる。または、特許文献２に開示される方法により、入力画像の明暗が閾値以上もしくは以下になることを認識し、光源３を点灯させてもよい。

光源３を点灯すると、近赤外光が指Ｆに照射される。指Ｆ内で散乱した光は、撮像部２により、静脈画像１４Ａとリードスクリュー画像１６Ａを含んだ画像１５Ａとして撮像される（図５）。撮影された指の画像は、初期入力画像としてインタフェース１２を介してメモリ９内の入力画像データ１５のエリアに記憶される。この画像１５Ａに対して、ＣＰＵ１０によって静脈画像１４Ａを生体情報データ２３のエリアに記憶させると共にリードスクリュー画像１６Ａの溝１７の位置を認識する。

この間、対象者の指は初期状態の位置からローラ５上を移動している。
次に撮像される画像１５Ｂは、初期画像１５Ａに対して移動後の画像である。この画像１５Ｂを図６に示す。
ＣＰＵ１０は、画像１５Ｂに対してリードスクリュー画像１６Ｂを切り出し溝１７の移動量１９を検出し、当初の静脈画像１４Ｂからの移動量２０（図７）を算出する。これより、移動量２０分の静脈画像１４Ｃを生体情報データ２３に張り合わせる。図７（Ｂ）に張り合わせ後の生体情報２３の様子を示すように、先の画像１４Ａと後で取得した画像１４Ｃが張り合わせ処理される。

この処理は以下のように実行される。例えば、入力画像データ(ｎ)を入力し、入力画像データ(ｎ)よりリードスクリュー画像１６(ｎ)を切り出す。次に、リードスクリュー画像１６(ｎ−1)と比較し、移動量１９(ｎ)を検出する。そして、移動量１９(ｎ)から移動量２０(ｎ)を算出し、生体情報データ２３(ｎ−1)に対し、入力画像データ１５(ｎ)内の静脈画像１４(ｎ)を移動量２０(ｎ)分だけ切り出し、静脈画像１４(ｎ−1)に貼り合わせる。その後、同様にして、入力画像データ(ｎ+１)の入力に移る。

ここで、溝１７の移動量１９は、静脈画像１４Ａから静脈画像１４Ｂまでの移動量２０と正比例するため、ＣＰＵ１０は、張り合わせの重複部分を加減算する簡単な演算を行うことで、張り合わせ処理を行うことができる。これにより画像の移動量の計算を大幅に軽減できる。また、静脈画像１４Ｃ張り合わせ時に、静脈画像１４Ｂから静脈画像１３Ｃを除いた部分を生体情報２３に記憶されている静脈画像データ１４Ａと比較、照合することで、静脈画像１３Ｃの貼り合わせ位置を補正することが可能となり、より精度の高い画像張り合わせ処理を実行できる。

以上の処理を繰り返すことで、対象とする指Ｆ全体の静脈情報２２が生体情報データのエリア２３に記憶される。この処理は、特徴照合プログラム２１の実行によって、記憶装置１１に予め記憶されたパターンと比較、照合することで生成された生体情報データ２３が本人に適合したものかどうかを認証することができる。

次に、図８以降の図を参照して第２実施例について説明する。
図８に示すように、第２実施例は、画像入力部３０に生体に対する反射用光源３１を有する。図１〜３に示した画像入力部１に比べて補助光源７が無い以外は、第１実施例の静脈認証装置と同一な構成であり、同一箇所には同一の符号を付す。なお、重複する説明は省略する。

図９に示すように、指Ｆの表面の凹凸の陰影をより明瞭に撮像するため、略水平方向に可視光による反射光源３１Ａ、３１Ｂが配置される。反射光源３１Ａ、３１Ｂは、交互に照射して指Ｆの表面画像を左右両面より撮像可能とする。ここで、反射光源３１としては、指Ｆの表面画像を明瞭に得るため、波長の長い青色ＬＥＤが好ましいが、明瞭に得られれば、その他の可視光を用いてもよい。

２つの反射光源３１Ａ、３１Ｂからの照射によって表面画像が得られるので、メモリ９に記憶されるデータも、図１１に示すように、右表面画像データ３５、左表面画像データ３６のエリアがそれぞれ確保される。

図１０は、取得された指静脈画像データを示す。３２Ａはｎ回目入力された静脈画像データ、３２Ｂはｎ+１回目入力された静脈画像データである。

図１１は、メモリ９内の記憶内容を示す。
特徴抽出プログラム３３は、入力画像（静脈画像、右表面画像、左表面画像）の特徴点を抽出する。画像データ貼り合わせプログラム３４は、特徴抽出プログラム３３より抽出された特徴点より、画像データ移動量を検出し、移動量を補正して画像データを貼り合わせる機能を実現する。

右表面画像データ３５は右半分の画像を記憶し、左表面画像データ３６は左半分の画像を記憶する。表面画像データ３７は、切り出された右表面画像３５の特徴点と左表面画像３６の特徴点から画像の移動量を補正して処理された画像データを記憶する。

静止画像データ３２は、静脈画像３２Ａに対して移動量分の画像を静脈画像３２Ｂから切り出して貼り合わせ処理した後のデータを記憶する。例えば、この処理は、ｎ回目の入力画像となる表面画像３７Ａと、ｎ+1回目の入力となる表面画像３７Ｂとの特徴点を比較することで、ｘ軸方向の移動量３９と、ｙ軸方向の移動量９０とを算出し、静脈画像３２Ａに対し移動量分の画像を静脈画像３２Ｂから切り出し貼り合わせることにより行われる。

特徴照合プログラム３８は、画像データ貼り合わせプログラム３４により完成された指静脈画像４１を基に、記憶装置１１に予め登録されている特徴データ群と照合し、指静脈画像４１が有効か無効かを判定する。

次に、本実施例による指Ｆの静脈画像の取得方法について説明する。
画像入力部３０に指Ｆが置かれると、最初に光源３、反射光源３１Ａ、３１Ｂにより指Ｆを撮像する。指Ｆの輪郭の識別が可能か、又は画像にハレーションが起きていないかを認証処理部８により認識し、それぞれの光源に対し最適な光量を設定する。

この設定が終了した後、光源３を点灯させ、１フレーム分の静脈画像３２Ａを撮像し、インタフェース１２を介してメモリ９内の静脈画像データ３２に記憶し、ＣＰＵ１０は静脈画像データの特徴抽出の処理を行う。次に光源３を消灯し、反射光源３１Ａを点灯し表面画像３５Ａを１フレーム分撮像し、インタフェース１２を介してメモリ９内の右表面画像データ３５に記憶し、同様に特徴抽出の処理を行う。

次に反射光源３１Ａを消灯し、反射光源３１Ｂを点灯させて表面画像３６Ａを１フレーム分撮像させ、インタフェース１２を介してメモリ９内の左表面画像データ３６に記憶し、特徴抽出の処理を行う。ここで、右表面画像データ３５と左表面画像データ３６とは、１フレーム分の時間差があるため右表面画像データ３５と左表面画像データ３６との画像中央部から抽出した特徴点を照合することで、ずれを補正する。更に、左右表面画像の指輪郭から中心を検出し、右表面画像３５の右半分と左表面画像３６の左半分とを張り合わせることで、指Ｆの表面画像３７Ａを作成するこができる（図１２）。

以上の処理を繰り返すことで、２フレーム目以降の静脈画像３２Ｂ及び表面画像３７Ｂを得ることができる。この様子を図１３に示す。ここで静脈画像に比べて表面画像は多くの特徴を抽出できるので、スイープする方法に対して表面画像３７Ａと表面画像３７Ｂとを比較することで、指Ｆの垂直方向の移動量９０が算出可能となる。更に、指Ｆの輪郭抽出又は特徴点の検出データを元に左右方向での位置ずれである水平方向移動量３９も検出できるので、これらを使って静脈画像を補正し張り合わせることで、静脈画像３２Ａと静脈画像３２Ｂを高精度に張り合わせることが可能となる。

以上の処理を繰り返すことにより、指Ｆの表面画像より移動量を逐次算出できるため、算出された移動量に合わせた静脈画像を得ることが可能となり、これを張り合わせることで指Ｆ全体の静脈画像及び特徴点データを高精度に得ることができ、対象とする指Ｆ全体の静脈画像データ９１を取得できる。取得された全体の静脈画像データ９１は、特徴照合プログラム３８の実行によって、記憶装置１１に予め記憶されたパターンと比較、照合される。この照合の結果、取得された静脈画像データ９１が正当な本人に適合するかどうかを認証することができる。

また、指Ｆの表面画像情報を認証する場合に、左側表面画像もしくは右側表面画像のみで移動量を算出することが充分可能であれば、片方のみの画像でよく、その場合にはコストの低減及び演算処理時間の短縮を図ることができる。

本実施例によれば、格別なエンコーダ機構を追加する必要も無く、生体がスイープする移動量を計測することができるので、安価で小型な静脈認証装置を実現できる。

第１実施例による静脈認証装置の画像入力部１を示す側面図。 第１実施例による画像入力部１の内部構造を示す図。 第１実施例による静脈認証装置の構成図。 第１実施例における認証処理部８のメモリ９内の記憶内容を示す図。 第１実施例における初期入力画像を示す図。 第１実施例における指が移動した後の入力画像を示す図。 第１実施例における静脈画像貼合わせの説明に供する図。 第２実施例による画像入力部１の側面図。 第２実施例における画像入力部１の上面図。 第２実施例における指の静脈画像を示す図。 第２実施例における認証処理部８のメモリ９内の記憶内容を示す図。 第２実施例における指の表面画像の生成を説明するための図。 第２実施例における指の表面画像から静脈画像を構成する説明図。

符号の説明

１：画像入力部 ２：撮像部 ３：近赤外光源 Ｆ：指 ５：ローラ ６：リードスクリュー ７：リードスクリュー照射用補助光源 ８：認証処理部 ９：メモリ １０：ＣＰＵ １１：記憶装置 １２：インタフェース部 １３：表示部
１４Ａ〜１４Ｃ：静脈画像 １５：入力画像保存エリア １５Ａ〜１５Ｂ：入力画像 １６Ａ〜１６Ｂ：リードスクリュー画像 １７：リードスクリュー着色溝 １８：リードスクリュー検知プログラム １９：リードスクリュー画像移動量 ２０：静脈画像１４Ａからの移動量 ２１：特徴照合プログラム ２２：静脈情報 ２３：生体情報データ格納エリア ２４：画像データ貼り合わせプログラム ３０：画像入力部 ３１：反射光源 ３１Ａ：右反射光源 ３１Ｂ：左反射光源 ３２：静脈画像格納エリア ３２Ａ：初期静脈画像 ３２Ｂ：初期静脈画像から２フレーム後の静脈画像 ３３：特徴抽出プログラム ３４：画像データ貼り合わせプログラム ３５：右表面画像データ格納エリア ３６：左表面画像データ格納エリア ３７：３５と３６から合成された表面画像データ格納エリア ３７Ａ：３５と３６から合成された初期表面画像データ ３７Ｂ：３７Ａから２フレーム後に合成された表面画像データ ３８：特徴照合プログラム ３９：２フレーム後の画像の左右方向のずれ
９０：２フレーム後の画像の移動量 ９１：静脈画像データ。

Claims (2)

1. 生体認証装置において、指を移動可能に支持する支持機構と、近赤外光を発する光源と、略水平方向に取り付けた反射光源と、該光源および該反射光源から発せられた光によって、該指の複数の静脈画像及び複数の表面画像を撮像する撮像部と、得られた複数の該表面画像から１つの静脈画像に合成処理する画像処理部とを有し、
   該反射光源は、該指の左側から可視光を発する第一の反射光源と、該指の右側から可視光を発する第二の反射光源とを有し、
   該撮影部は、該光源と、該第一の反射光源と、該第二の反射光源とを交互に発光させながら、該指の複数の静脈画像、該指の複数の左表面画像、および該指の複数の右表面画像を撮像し、得られた複数の左表面画像および右表面画像から、該左表面画像および該右表面画像の特徴点の移動量を算出し、得られた複数の該静脈画像を合成処理することを特徴とする生体認証装置。
2. 略水平方向に取り付けた反射光源の光量を調整する光量調整部を備え、該反射光源の光量出力を安定させた後、該撮像部により該複数の左表面画像と該複数の右表面画像とを撮像して取得することを特徴とする請求項１の指静脈認証装置。

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