JP5816682B2 - 血管画像撮影装置及び生体認証装置 - Google Patents
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Description
その一方、光源を開口部内の撮像装置から遠ざけて当該開口部の外側に配置する必要があることから、装置の占有面積が増大し、さらなる小型化を図ることが困難であった。また撮像部位に直接光を照射せず、回り込む透過、散乱光に基づき撮像部位を撮像することから、撮影に必要な光量を十分に得ることが困難であった。
また、撮影対象が掌であることから、指に比べて広い撮像範囲から認証に利用する血管パターンを獲得するため、一定のS/Nの低下はある程度許容できる。
しかしながら、指の一部を認証領域とする様な小型の認証装置を実現する場合には、S/Nが低下すると認証に必要な血管パターンを獲得することが困難となる可能性がある。
また、認証システムの構成を一体として構成する必要も無く、血管撮影装置、血管画像抽出装置や認証処理を行う演算装置等を別途設けて認証システムを構築しても良い。
また、指を載置またはかざし易くするために、指を保持する保持部材を設けても良い。以下指を提示すると表現する場合には、提示部に対して指を載置する場合と、かざす場合とを含むものとする。
撮像装置9で撮像された画像は、画像入力部18を介して画像処理部を有する認証処理部10へ入力される。
スピーカ17は、認証処理部10から受信した情報を、音響信号(例えば、音声)で発信する出力装置である。ここではスピーカを例にするが、利用者に対して情報を発信する出力装置であればよく、前述の表示部にスピーカで発する内容を表示させても良い。
また光源3は様々な位置から赤外線を照射することができるように複数配置されている。本実施例では4つの光源を配置した例に基づき以下説明するが、例えば1個〜20個の何れかであっても良いし、それ以上で有っても良い。
各光源の点灯や消灯、そしてその照射強度は制御部11によって個別に制御できる。また、光源3の上方には指提示部に向けて開口するピンホールアレイ201が具備されている。ピンホールアレイ201は光源3から照射される光を指提示部に向けて導光するための導光部材である。光源3から照射される光は、この導光部材を通過して提示部に提示される指の撮像部位に局所光を複数照射することになる。
さらに、入力装置2の筺体の内部と外部との境界には開口部202が存在し、カメラ9は開口部202を通して指1を撮影する。開口部202には、赤外光に対して透明な部材、たとえばアクリル板やガラス板などを備えても良い。
このように赤外光に対して透明な部材を配置することで、装置内部にほこりなどの異物が侵入することや、指1が誤って装置内に侵入することを防止することができる。
また指1は撮影の際に、開口部202の上部(筺体の上面)に形成される指提示部に提示されることになるが、前述したように図の通りに中空に提示させるように表示部15などにより利用者をガイダンスすることもでき、また指1の位置決めを行うために、入力装置2に指置き台などの指の位置決めのための構造を持たせることもできる。
またピンホールアレイ201の中心部分には、カメラ9のレンズ(もしくはレンズ鏡筒)に対する開口部である、カメラ用ホール211が開けられている。光源3から放射される赤外光はピンホール210を通過して指1へと到達する。
また、図2Cは導光部材の異なる例を上面図として示すものである。
図2Cでは、ホール210がスリット状に形成されている以外は、図2Bと同様である。ここで、このようにスリット状に形成されることで、光源の照射方向等の制御が行いやすいという利点がある。
この様子を図4Aに示す。すなわち指1の表面には、光の照射されている部分と照射されていない部分とが密に分布する。ここでは指1を照射している点状の光をスポット光401(もしくは局所光)と称する。
そのため、局所光401近傍の光が投影されない領域の内部に伝播する光路が短くなることから、光量の損失も少なく、鮮明な血管画像を撮影することが可能となる。
また、複数光源を配置する例について説明したが、単一光源により血管画像を撮像する構成としても良い。この場合、部分的に血管パターンが欠損した画像に基づき認証を実行することになるが、後述する局所光の投影像を利用したり、他の認証手段(指紋、暗証番号、虹彩等)と組み合わせることで認証精度を担保することも可能である。具体例としては、局所光の投影像に写りこむ生体表面情報(例えば指紋)と局所光が照射されていない領域の血管パターン像とを認証に用いる。このとき、生体表面情報と血管パターン像とを別途認証、記憶するようにしても良いし、それらを合成して一枚の画像とし、認証や記憶するように構成することも可能である。
また、認証対象人数が少ない場合などの場面では、単独での使用も可能である。
この場合においても、演算部において、局所投影された生体表面情報を認証に用いることも可能であり、さらに当該生体表面情報を基に画像の位置合わせを行うことも可能である。局所光は認証対領域に点在することになるため、位置合わせを行いやすいという利点もある。
ただしこれによって光量が不足することが考えられるため、光量を増加させる、あるいは露光時間を長く取る、などによって受光量を増加させることが有効である。また、複数の光源は、お互いの照射光が指1の共通な領域を同時に照射しない条件であれば、同時に点灯して撮影しても良い。これにより撮影枚数が低減するため撮影の高速化が実現できる。
輝度値の選択方法の一実施例としては、通常では直接反射光成分を持つ画像が最も明るく照射されるため、複数の輝度値の中から最大値ではない値をその画素の輝度値と設定する。たとえば、第二位の輝度値を採用する、中央値を採用する、最も暗い輝度値を採用する、などがある。その中でも、直接反射光成分が照射された場合の輝度値を事前に調べておき、直接反射光成分かそうでないかを判定するための閾値を輝度値に対して設定し、閾値を下回る輝度値の中の最大値をその画素の輝度値とする方法が有効である。この方法では、直接反射光が存在しない画素から最も明るい画素が選ばれるため、光量不足による不鮮明な画像が得られにくいという利点が得られる。
これに対し、欠損画素が小さい場合は、その近傍画素の画素値を格納することで代用することができる。一般的に、空間的な距離が近い画素同士の画素値は類似する性質を持つ。従って、欠損画素をその近傍画素の画素値に置き換える操作によって、血管パターンなど被写体の形状を大きく変化させることなく欠損画素を除去できる。具体的には、白飛びによる欠損画素であると判定できる輝度値の閾値を事前に設定し、合成後の画像に対して1画素ずつ白飛びかどうかを判定していく。もし白飛び画素である場合、その画素の周囲8近傍の画素のうち白飛びではない画素から置き換えのための画素値を算出する。画素値の算出方法として、近傍画素値の中間値あるいは平均値を計算する方法がある。仮に近傍画素のすべてが白飛びである場合は、さらにその周囲の16画素を用いて同様の処理を行う。この操作を全画素について行うと、白飛びとなっている欠損画素を画像全体から除去することができる。
さらにはピンホールアレイ201を液晶パネル等の赤外光の透過、遮断を電気的に制御できる部材としてピンホールの位置を変化させても良い。光源やピンホールアレイを機械的に移動する方法では連続的に滑らかにスポット光を移動させることができるため画像合成で鮮明な画像が得られる効果があり、また液晶パネルによる方法ではピンホールのサイズや位置を自由に制御できるため、鮮明な画像が合成できるように制御することが可能となる。
またさらに、スポット光と血管パターンとの位置関係についても、血管パターンの情報と併せて記憶しておくことで、スポット光が投影される投影パターンにより位置ずれの補正を行い、補正後のパターン比較も可能となる。また、投影パターンの歪みから、三次元空間における位置補正を行うこともできる。
図6は、第一の実施の形態の変形例である。光源3が側面に向けて配置されており、またミラー601が斜めに配置されている。光源3を照射すると、ミラー601に反射した後にピンホールアレイ201を通過し、スポット光が指1に投影される。本方式では、光源3の指向性が強くて広い範囲を照射できないものであっても、ミラー601を介することで、装置を薄くしながらも光源3とピンホールアレイ201までの光学的距離を遠ざけることができ、広範囲にわたってスポット光を照射することができる。
ただし、光源を点灯させたときスポット光が広がり過ぎる場合は、その光源の近傍に存在する受光素子が直接反射光を撮影する可能性がある。その場合は例えば光源の点灯させる間隔を一つおきではなく二つおきとし、点灯している光源に近接する撮像素子の画素値を破棄すれば、光の広がりによって発生する直接反射光の撮影を防止することができる。このとき、破棄された画素の影響により本来の画素数から低減するため、点灯する光源の位相をずらしながら画像を合成することで、全画素を有効に利用することができる。
従って、上述の実施例にて説明した通り、画素ごとに光の透過と遮断とを市松模様状に提示することでピンホールアレイと同等の機能を実現することができる。この液晶の各画素について、例えば光が透過する液晶画素902のパターンを図9Aの通りに提示すると、光源3から放射される赤外線は、例えば図4Aに示すような小さな多数のスポット光となる。さらに、例えば図9Bに示すように液晶パネル901のパターンを変化させて光が透過する液晶画素902の位置をずらすと、例えば図4Bに示すように投影するスポット光の位置を図4Aの状態からずらすことができる。
一方、カメラ9を中心に放射方向に伸びる空間的な直線の上に存在する被写体は、カメラ9で撮影される画像上では常に同じ座標に観測されることから、スポット光401−aが観測される座標を調べることで、カメラ9とスポット光401−aとを結ぶ延長線が一意に決定される。
この2つの延長線の交点を求めることにより、スポット光401−aが照射されている指1の部分のカメラ9からの距離Daを得る。同様に、光源3とピンホール202−bの延長線と、カメラ9とスポット光401−bとの延長線との交点を求めることで、距離Dbを得ることができる。このような三角測量の原理によってすべてのスポット光の三次元空間の位置が決定できる。
この場合は穴を塞ぐ方法よりも照射効率が高い。その反面、前述の穴を塞ぐ方法はスポット光の形状を判定する必要が無いため、複雑な判定処理が不要となり、誤った判定が発生しにくい。
なお、tは媒介変数である。これらのパラメータは光源とピンホールとを結ぶ直線が成す空間的な座標(X,Y,Z)を表す固定パラメータとなるため、光源の個数とピンホールの個数との積だけ存在する。次に、上記のテーブルと同様の考え方により作成された、カメラ位置と画像上の各画素との位置関係に関するテーブルを読み込む(S1302)。このテーブルの持つパラメータ数は画像の画素数の個数となる。これらのテーブルは記憶装置14に格納され、処理プログラムが実行される場合には必要に応じてメモリ11に展開され、処理プログラムによって参照される。
Claims (13)
- 指を所定の提示領域に提示される提示部と、
前記提示部を挟んで前記提示領域と反対側に配置された、指に光を照射する少なくとも一つの光源と、
前記光源と同じ側に配置された、指に照射された光を受光する撮像部と、
前記光源から前記提示領域に向かう光の進路上に、前記光源から出射される光の一部を制限することにより指の撮像部位に対して局所光を照射させる複数の穴と、前記撮像部のレンズを覆う開口部とが形成される導光部材と、
を備えることを特徴とする血管画像撮影装置。 - 請求項1に記載の血管画像撮影装置において、
前記撮像部は、指の撮像部位に照射された複数の前記局所光を受光することで、指の撮像部位における血管を含む画像を撮影し、
当該画像から血管パターン像を抽出する画像処理部をさらに備えることを特徴とする血管画像撮影装置。 - 請求項1に記載の血管画像撮影装置において、
指に照射される前記複数の局所光の照射位置を変化させ、該変化ごとの画像を夫々撮影するように制御する制御部を備え、
当該夫々撮影された画像を合成して一の血管パターン像を抽出する画像処理部を備えることを特徴とする血管画像撮影装置。 - 請求項2または3に記載の血管画像撮影装置において、
前記画像処理部により得られた血管パターン像を、予め記憶した血管パターン像と比較する認証部を備えることを特徴とする血管画像撮影装置。 - 指を所定の提示領域に提示させる提示部と、
前記提示部を挟んで前記提示領域と反対側に配置された、指に光を照射する少なくとも一つの光源と、
前記光源と同じ側に配置された、指に照射された光を受光する撮像部とを有し、
前記光源から出射される光を分割して複数の局所光を生じさせ、指の撮像部位に複数照射させる穴が形成され、且つ、前記撮像部のレンズを囲う開口部が形成される導光部材と、
前記撮像部位に照射される前記複数の局所光の照射位置を変化させる制御部と、
を備え、
前記撮像部は、指の撮像部位に照射された複数の局所光を受光することで、指の撮像部位における血管を含む画像を、前記複数の局所光の照射位置を変化させるごとに複数撮影し、
当該夫々撮影された画像を合成して一の血管パターン像を抽出する画像処理部を備え、
当該抽出した血管パターン像を、予め記憶された血管パターン像と比較照合する認証部とを備えることを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記穴を通過した前記局所光が前記撮像部位に投影されたときに、互いに重複しない様に投影されるように、前記導光部材において前記穴が分布していることを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記認証部は、前記比較照合の際、前記撮像部で撮影された画像における複数の局所光による投影像と、予め記憶された投影像とから、前記血管パターンの照合位置を補正することを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記制御部は、前記撮像部で撮影された画像における複数の局所光による投影像の形状または隣り合う投影像の間隔を算出し、当該算出結果に基づいて指の提示位置に対して警告する様、出力装置を制御することを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記光源が複数並置され、
前記制御部は、当該複数の光源の点灯、消灯を制御することにより、前記複数の局所光の照射位置を変化させることを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記画像処理部は、夫々撮影された前記画像を合成して一の血管パターン像を抽出する際に、それぞれの前記画像の対応する画素を各々比較し、輝度値が最大となる画素を用いずに合成を行うことを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記制御部は、前記撮像部で撮影された画像における複数の局所光による投影像位置を算出し、
当該投影像の位置の情報に基づき、指の立体構造情報を獲得することを特徴とする生体認証装置。 - 請求項5に記載の生体認証装置において、
前記導光部材は液晶で構成されることを特徴とする認証装置。 - 請求項12に記載の生体認証装置において、
前記液晶は前記液晶の画素を前記光源より照射される光に対する開口状態と遮断状態とに制御し、前記開口状態の画素を通過した光を撮影することを特徴とする生体認証装置。
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