KR101808925B1

KR101808925B1 - 삼차원 형상 측정 장치, 삼차원 형상 측정 방법 및 기록매체

Info

Publication number: KR101808925B1
Application number: KR1020150181112A
Authority: KR
Inventors: 다까히로 아오끼
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-12-13
Also published as: JP6531395B2; EP3042609A1; JP2016125995A; CN105783768B; US10145679B2; KR20160085693A; US20160202047A1; EP3042609B1; CN105783768A

Abstract

휘도값이 거리의 2승에 반비례하는 이상적인 점 광원 모델로부터, 휘도값과 거리와의 관계가 괴리되어 있는 경우에도, 피사체의 삼차원 형상의 정밀도를 향상시키는 것을 가능하게 하는 삼차원 형상 측정 장치, 삼차원 형상 측정 방법 및 프로그램을 제공한다. 생체 인증 장치(100)는, 소정의 조건에 기초하여, 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 멱승의 지수인 계수를 설정하는 계수 설정부(41A)와, 촬상 화상의 휘도값과 계수에 기초하여, 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정부(41E)를 구비한다.

Description

삼차원 형상 측정 장치, 삼차원 형상 측정 방법 및 기록매체{THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING DEVICE, THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING METHOD AND RECORDING MEDIUM}

본 발명은 삼차원 형상 측정 장치, 삼차원 형상 측정 방법 및 프로그램에 관한 것이다.

촬상한 화상(이하, 촬상 화상이라고 함)에 기초하여, 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 기술이 알려져 있다. 이러한 기술은, 다양한 기술 분야에서 적용되고 있다. 그 하나로서, 손바닥 정맥 인증 장치 등의 생체 인증 장치가 있다.

손바닥 정맥 인증 장치에서는, 등록하는 생체 데이터를 촬상할 때는, 피사체의 일례인 손의 위치를 주지의 안내 부재 등으로 안내한다. 그러나, 대조할 때는, 손의 위치를 안내하는 안내 부재가 설치되어 있지 않은 경우가 있다. 안내 부재에 의해 안내되어 있지 않은 손의 생체 데이터를 촬상하는 경우, 손의 위치의 차이나 기울기 등으로부터 등록 데이터와 대조 데이터와의 상이가 커져서, 본인 인증의 성공률이 저하되는 경우가 있다.

이 문제의 해결 방법의 하나로서, 기울기 등의 손의 자세를 측정하여, 대조시의 손의 자세의 어긋남을 상쇄하도록 보정하는 방법이 있다. 이 방법의 경우, 손의 자세는, 예를 들어 복수의 거리 센서를 사용해서 각 거리 센서로부터 손의 대응하는 부분까지의 거리를 측정함으로써 검출할 수 있다. 그러나, 손의 자세의 측정 정밀도를 향상시키기 위해서는, 다수의 거리 센서를 사용할 필요가 있다. 그 때문에, 생체 인증 장치의 비용이 증대함과 함께, 생체 인증 장치의 사이즈가 증대해버린다. 또한, 생체 인증 장치에 크기 등의 물리적인 제약이 있는 경우에는, 손의 자세의 측정 정밀도를 일정 이상으로 유지하면서, 제약의 범위 내에서 다수의 거리 센서를 배치하는 것은 매우 어렵다.

한편, 피사체에 조명광을 조사해서 촬상한 피사체의 화상의 휘도값 분포로부터, 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 Shape From Shading(SFS) 기술이 알려져 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 내지 3을 참조). 이 SFS 기술을 손의 자세 측정에 응용함으로써, 다수의 거리 센서를 사용하지 않고 광원으로부터 손의 다수의 점까지의 거리를 측정할 수 있어, 손의 자세를 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.

일본 특허 공개 제2007-10346호 공보

R. Kimmel et al., "Global Shape from Shading", CVGIP: Image Understanding, pp.120-125, 1994 R. Zhang et al., "Shape from Shading: A Survey", IEEE PAMI(Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence), Vol.21, No.8, pp.690-706, August 1999 E. Prados et al., "Shape from Shading: a well-posed problem?", INRIA, No.5297, pp.1-55, August 2004

그러나, 비특허문헌 3 등의 종래의 SFS 기술에서는, 조명 강도가 피사체와 광원과의 거리의 2승에 반비례하는 것을 가정하고 있는 경우가 많다. 보다 구체적으로는, 촬상 화상의 피사체 상의 점 X에 대응하는 위치와 광원과의 거리를 D(X)로 한 경우, 점 X에서의 휘도값(I(X))은, 이하의 식 1로 구해지는 것을 전제로 하고 있다. 또한, 식 1 중의 θi는, 카메라의 시선 벡터와 피사체의 법선 벡터가 이루는 각도이며, I_o는 상수이다.

식 1에 나타내고 있는 휘도값(I(X))의 산출식은, 휘도값(I(X))이 (1/D(X)²)에 따라서 감쇠하므로, 광원이 이상적인 점 광원인 경우의 산출식이다. 한편, 실제의 장치, 예를 들어 생체 인증 장치의 경우, 복수의 광원이 존재하는 것이나 내부 반사의 영향 등에 의해, 휘도값(I(X))은 반드시 (1/D(X)²)에 비례한다고는 할 수 없다.

특히, 생체 인증 장치의 경우, 촬상 장치와 피사체와의 거리가 근접하고 있는 근접 광학계에 해당한다. 예를 들어, 손바닥 정맥 인증 장치의 경우, 인증 거리(촬상 소자와 피사체와의 거리)는 약 5cm로 매우 가까운 거리를 상정하고 있다. 이러한 근접 광학계의 경우, 휘도값(I(X))은, 이상적인 점 광원 모델로부터의 괴리가 커지기 쉬워, SFS 기술을 손의 자세의 측정에 응용하면, 오차가 커져버린다는 문제가 있다. 특히, 생체 인증 장치의 센서의 사이즈(주로 표면적)가 클수록, 조명 강도(휘도값)의 분포가 균일하게 가까워진다는 이점이 있지만, 점 광원 모델로부터의 괴리가 커지고, 오차가 커져버린다.

하나의 측면에서는, 본 발명은, 휘도값이 거리의 2승에 반비례하는 이상적인 점 광원 모델로부터, 휘도값과 거리와의 관계가 괴리되어 있는 경우에도, 피사체의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시키는 것을 가능하게 하는 삼차원 형상 측정 장치, 삼차원 형상 측정 방법 및 프로그램을 제공하는 것을 과제로 한다.

일 형태에서의 삼차원 형상 측정 장치는, 촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 장치이며, 소정의 조건에 기초하여, 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 멱승의 지수인 계수를 설정하는 설정 수단과, 촬상 화상의 휘도값과 계수에 기초하여, 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 측정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

일 형태에서의 삼차원 형상 측정 방법은, 촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 방법이며, 소정의 조건에 기초하여, 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 멱승의 지수인 계수를 설정하고, 촬상 화상의 휘도값과 계수에 기초하여, 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하고 있다.

일 형태에서의 프로그램은, 촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 방법이며, 소정의 조건에 기초하여, 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 멱승의 지수인 계수를 설정하고, 촬상 화상의 휘도값과 계수에 기초하여, 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 처리를 실행시키는 것을 특징으로 하고 있다.

하나의 측면에서는, 휘도값이 거리의 2승에 반비례하는 이상적인 점 광원 모델로부터, 휘도값과 거리와의 관계가 괴리되어 있는 경우에도, 사체의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은 인증할 때의 손바닥의 기울기를 도시하는 도면이다.
도 2는 광원이 점 광원인 경우에 있어서의 휘도값과 거리와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 생체 인증 장치에 있어서의 휘도값과 거리와의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 비특허문헌 3에서 사용되고 있는 광학 모델을 도시하는 도면이다.
도 5는 실시 형태 1에서의 피사체의 높이와 계수(α)와의 관계에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 실시 형태 1에서의 생체 인증 장치의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 7은 실시 형태 1에서의 계수 기억부가 유지하는 레퍼런스 물체의 높이와 계수(α)와의 관계를 나타내는 정보의 예를 나타내는 도이다.
도 8은 실시 형태 1에서의 계수 기억부가 유지하는 레퍼런스 물체의 높이와 계수(α)와의 관계를 나타내는 정보의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시 형태 1에서의 삼차원 형상 측정 처리부의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 10은 실시 형태 1에서의 기억부가 유지하는 화소마다 계수의 조를 대응시킨 정보의 예를 나타내는 도이다.
도 11은 실시 형태 1에서의 인증 처리의 플로우를 설명하기 위한 흐름도의 예이다.
도 12는 실시 형태 1에서의 삼차원 형상 측정 처리의 플로우를 설명하기 위한 흐름도의 예이다.
도 13은 실시 형태 1에서의 휘도값 보정 처리의 플로우를 설명하기 위한 흐름도의 예이다.
도 14의 A와 B는, 모두, 실시 형태 2에서의 수평 평면 상의 피사체의 위치와 계수(α)와의 관계에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 실시 형태 2에서의 생체 인증 장치의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 16은 실시 형태 2에서의 삼차원 형상 측정 처리부의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 17은 실시 형태 2에서의 계수 기억부가 유지하는 화소마다 계수(α)를 대응시킨 정보의 예를 나타내는 도이다.
도 18은 실시 형태 4에서의 생체 인증 시스템의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 19의 A는, 실시 형태 4에서의 생체 인증 시스템의 생체 인증 센서의 구성예를, B는, 서버 장치의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.
도 20은 실시 형태에서의 생체 인증 장치의 하드웨어 구성의 예를 나타내는 도이다.

이하에 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

(실시 형태 1)

도 1은, 인증할 때의 손바닥(ST)의 기울기를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태 1의 생체 인증 장치(100)는, 생체 인증의 대상이 손바닥의 정맥인 손바닥 정맥 인증 장치이며, 삼차원 형상 측정 장치의 일례이다. 본 실시 형태 1에서의 생체 인증 장치(100)에는, 손의 위치를 안내하는 안내 부재가 설치되어 있지 않은 것으로 한다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 인증할 때 손바닥(ST)이 생체 인증 장치(100)에 대하여 수평하게 되지 않고 기울어져버리는 경우가 있다. 도 1의 예는, 생체 인증 장치(100)의 광축(광원과 촬상 소자와의 광축)과 직교하는 수평선(도 1 중의 파선)과 손바닥(ST)이 이루는 각도가 θi인 예이다.

도 2는, 광원(LS)이 점 광원인 경우에 있어서의 휘도값(I(X))과 거리(D(X))와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 휘도값(I(X))은, 상술한 바와 같이, 촬상 화상의 피사체(ST) 상의 점 X에 있어서의 휘도값이다. 점 X는 촬상 화상의 중심을 원점으로 하는 화상 좌표계로 정의되어 있다. 거리(D(X))는, 상술한 바와 같이, 점 X에 대응하는 피사체(ST) 상의 위치와 광원(LS)과의 거리이다. 이 경우, 광원(LS)이 점 광원이기 때문에, 휘도값(I(X))은 (1/D(X)²)에 비례한다.

도 3은, 생체 인증 장치(100)에 있어서의 휘도값(I(X))과 거리(D(X))와의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 실제의 생체 인증 장치(100)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 기반(BD) 상에 설치된 복수의 광원(LS)과, 도광체(TM)를 구비하고 있다. 복수의 광원(LS)으로부터의 조명광(IL)은, 도광체(TM)에 의해 조명 강도의 분포가 균일해지도록 피사체(ST)에 조명된다. 도 3 중의 파선으로 나타내는 화살표는, 내부 부품 등에 의한 내부 반사를 나타내고 있다. 이와 같이, 실제의 생체 인증 장치(100)는, 복수의 광원(LS)을 구비하고 있고, 내부 반사의 영향도 있다. 즉, 실제의 생체 인증 장치(100)에서는, 점 광원 모델로부터의 괴리가 크기 때문에, 휘도값(I(X))이 반드시 (1/D(X)²)에 비례한다고는 할 수 없다.

따라서, 본 실시 형태 1에서는, 휘도값(I(X))은 (1/D(X)^α)에 비례한다고 가정한다. 즉, 휘도값(I(X))은, 이하의 식 2에 따라서 산출되는 것으로 한다.

여기서, 계수(α)는, 조명 강도의 거리 의존성을 나타내는 계수이며, 상세하게는 후술하지만, 센서나 피사체(ST)의 조건에 따라서 적절한 값이 설정된다.

이어서, 도 4를 참조하여, 비특허문헌 3에서의 피사체(ST)의 삼차원 형상의 계산 과정의 개요에 대해서 설명한다. 도 4는, 비특허문헌 3에서 사용되고 있는 광학 모델을 도시하는 도면이다. 또한, 촬상 장치는 핀홀 카메라 모델인 것을, 피사체(ST)는 완전 확산 반사인 것을 가정한다. 또한, 조명 강도는, 광원(LS)과 피사체(ST)와의 거리의 2승에 반비례해서 감쇠하고, 광원(LS)은, 렌즈 중심(도 4 중의 원점 O)에 위치한다고 가정한다.

통상은 촬상 소자가 존재하는 소자면(화상 평면), 즉, 도 4 중의 점 m에서의 휘도값을 이용하는데, 비특허문헌 3에서는 원점 O를 중심으로 하는 반경(f)의 원상의 점 m'에서의 휘도값을 이용한다. 반경(f)은, 렌즈 중심(원점 O)과 소자면과의 최단 거리, 즉 초점 거리이며, 점 m'는 원점 O와 점 m을 연결하는 직선과 원점 O를 중심으로 하는 반경(f)의 원과의 교점이다.

Ω을 화상 평면 상의 점의 집합으로 하고, S(X)를 화상 평면 상의 점 X에 대응하는 피사체(ST)의 물체 표면 상의 점으로 하면, 피사체(ST)의 물체 표면(S)은, 이하의 식 3으로 나타낼 수 있다. 또한, X=(xi, yi)이며, S(X)는 원점 O와 점 m을 연결하는 직선과 피사체(ST)의 물체 표면(S)과의 교점이다.

원점 O으로부터 소자면 상의 점 m까지의 거리|m|는, m=(X, -f)이므로, 이하의 식 4와 같이 나타낼 수 있다.

따라서, 점 m'는, 식 4의 관계식을 사용하여, 이하의 식 5와 같이 나타낼 수 있다.

또한, u(X)는, S(X)=u(X)m'를 만족하는 피사체(ST)의 물체 형상을 나타내는 함수로서, S(X)는, 이하의 식 6에 나타낸 바와 같이 나타낼 수 있다.

이어서, 촬상 화상(화상 평면)의 점 X에서의 휘도값(I(X))과 물체 형상을 나타내는 함수 u(X)와의 관계를 도출한다. 휘도값(I(X))은, 조명 강도가 광원(LS)과 피사체(ST)와의 거리의 2승에 반비례해서 감쇠한다는 가정으로부터, 이하의 식 7과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 여기에서는, 상수(I_o)에 대해서 고려하지 않은 것으로 하고 있다. 또한, 식 7 중의 θi는, S(X)에 있어서의 물체 표면(S)의 법선 벡터 n(X)과 광원(LS)(원점 O)의 방향으로의 단위 벡터 L(S(X)가 이루는 각도이며, 식 7 중의 D(X)는, 광원(LS)(원점 O)으로부터 물체 표면(S) 상의 점 S(X)까지의 거리이다.

여기서, 점 S(X)에 있어서의 물체 표면(S)의 법선 벡터 n(X)은, 이하의 식 8과 같이 나타낼 수 있다. 또한, 식 8 중의 ∇는 미분 연산자를, "·"은 내적을 나타내고 있다.

또한, 점 S(X)에서의 광원(LS)(원점 O)의 방향으로의 단위 벡터 L(S(X)은, 점 m의 좌표를 사용하여, 이하의 식 9와 같이 나타낼 수 있다.

cosθi는 점 S(X)에서의 단위 법선 벡터 n(X)/|n(X)|과 단위 벡터 L(S(X)과의 내적으로부터 구할 수 있으므로, 이하의 식 10의 관계식이 성립한다.

또한, 식 6에서 양변의 절댓값을 취하면, |S(X)|=D(X)이므로, 이하의 식 11의 관계식을 도출할 수 있다.

여기서, 식 7 내지 식 10의 관계식으로부터, 이하의 식 12의 관계식을 도출할 수 있다.

즉, 식 11의 관계식을 사용하여, 휘도값(I(X))은 이하의 식 13과 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Q(X)를 이하의 식 14와 같이 정의한다.

또한, |n(X)|²을 전개하면, 식 14의 Q(X)의 정의로부터, 이하의 식 15의 관계식을 도출할 수 있다.

그리고, 식 13 내지 식 15로부터, 이하의 식 16의 관계식을 도출할 수 있다.

그리고, 식 16의 관계식을 변형하면, 이하의 식 17의 관계식을 도출할 수 있다.

여기서, ν(X)를 이하의 식 18과 같이 정의하면, u(X)=е^ν(X)이며,

∇u(X)=е^ν(X)∇ν(X)이다. 또한, е는 네이피어수이다.

따라서, 식 17의 관계식은, 이하의 식 19와 같이 나타낼 수 있다.

단, 식 19 중의 p와 J(X)는 각각, 식 20, 식 21과 같이 정의되어 있다.

식 19의 관계식을 ν(X)에 대해서 풀고, 식 18로부터 u(X)를 구하고, 구한 u(X)를 식 6에 대입함으로써, 물체 표면(S) 상의 점 S(X)를 산출할 수 있다. 즉, 피사체(ST)의 물체 표면(S)을 측정할 수 있다.

이어서, 본 실시 형태 1에서 적용하는 거리 의존성의 계수 2.0을 계수(α)로 일반화한 모델(이하, 거리 의존성 가변 모델이라고 함)에 있어서의 피사체(ST)의 삼차원 형상의 계산 과정에 대해서 설명한다.

휘도값(I(X))은, 조명 강도가 광원(LS)과 피사체(ST)와의 거리의 α승에 반비례해서 감쇠한다는 가정으로부터, 이하의 식 22와 같이 나타낼 수 있다. 또한, 여기에서는, 비특허문헌 3의 경우와 마찬가지로, 상수(I_o)에 대해서 고려하지 않는 것으로 하고 있다.

비특허문헌 3의 경우와 마찬가지로, 식 8 내지 식 10과 식 22로부터, 이하의 식 23의 관계식을 도출할 수 있다.

식 23의 관계식의 양변을 (D(X)^α)로 나누고, 식 11의 관계식과 식 14의 Q(X)의 정의를 적용함으로써, 식 23으로부터 이하의 식 24의 관계식을 도출할 수 있다.

또한, 식 15의 관계식을 대입함으로써, 식 24로부터 이하의 식 25의 관계식을 도출할 수 있다.

식 25의 관계식을 변형하면, 이하의 식 26의 관계식을 도출할 수 있다.

여기서, 거리 의존성 가변 모델에 있어서는, ν(X)를 이하의 식 27과 같이 정의한다. 즉, 비특허문헌 3에서는 식 18과 같이 자연대수를 취했지만, 거리 의존성 가변 모델에서는 상수 b>0을 밑으로 한 대수를 취한다.

이 경우, u(X)와 ν(X)의 사이에는 이하의 식 28에 나타내는 관계가 성립된다.

여기서, 식 28의 관계식을 식 26에 적용하면, 식 26으로부터 이하의 식 29의 관계식을 도출할 수 있다.

또한, Q'(X), J'(X), p를, 각각 이하의 식 30, 식 31, 식 32와 같이 정의한다.

이 경우, 식 29의 관계식으로부터 이하의 식 33의 관계식을 도출할 수 있다.

여기서, 비특허문헌 3에서의 식 19와 거리 의존성 가변 모델의 식 33을 비교하여, αβ=2를 만족하도록 β를 설정하면, 거리 의존성 가변 모델의 식 33은 이하의 식 34와 같이 나타낼 수 있다.

또한, Q'(X)는 이하의 식 35와 같이 나타낼 수 있다.

또한, 식 28의 u(X)과 ν(X)의 사이의 관계로부터, 이하의 식 36의 관계식을 도출할 수 있다.

그리고, 식 36의 양변의 자연대수를 취하면 이하의 식 37의 관계식을 도출할 수 있다.

이상에서, 거리 의존성 가변 모델의 식 34의 미분 방정식은, 계수 ν(X), Q'(X), J'(X)를 제외하면, 비특허문헌 3의 식 19의 미분 방정식과 동일하고, α=2.0으로 하면, 비특허문헌 3의 식 19의 미분 방정식과 완전 일치하는 것을 알 수 있다. 즉, 비특허문헌 3에서 검토되어 있는 계산 방법을 거리 의존성 가변 모델에 적용하는 것이 가능하다.

도 5는, 본 실시 형태 1에서의 피사체(ST)의 높이(z)와 계수(α)에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 5 중의 W는, 생체 인증 장치(100)의 2개의 광원(LS)으로부터 조사된 조명광(IL)이 중첩되어 있는 부분을 나타내고 있다. 피사체(ST)의 높이(z)가 높이 범위(1)에 있는 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 피사체(ST)를 조명하는 조명광(IL)은, 1개의 광원(LS)으로부터의 조명광(IL)과 근사할 수 있다. 즉,

이다.

한편, 피사체(ST)의 높이(z)가 높이 범위(2)에 있는 경우에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 피사체(ST)를 조명하는 조명광(IL)은 2개의 광원(LS)으로부터의 조명광(IL)과 근사할 수 있다. 즉, α<2이다.

이와 같이, 피사체(ST)의 높이(z)에 의해 적절한 계수(α)의 값이 상이해진다. 따라서, 본 실시 형태 1에서는, 피사체(ST)의 평균 높이에 따라서 계수(α)를 전환함으로써, SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 6은, 본 실시 형태 1에서의 생체 인증 장치(100)의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다. 본 실시 형태 1에서의 생체 인증 장치(100)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 촬상부(10)와, 거리 센서(20)와, 기억부(30)와, 제어부(40)를 구비하고 있다.

촬상부(10)는, 예를 들어 Complementary Metal Oxide Semiconductor(CMOS) 이미지 센서 등의 촬상 소자, Light Emitting Diode(LED) 등의 조명 장치 등을 구비하고 있다. 촬상부(10)는, 제어부(40)의 제어 하에, 피사체(본 실시 형태 1에서는 손바닥)(ST)를 조명하고, 피사체(ST)를 조명하고 있는 상태에서 피사체(ST)를 촬상한다. 그리고, 촬상부(10)는, 제어부(40)의 제어 하에, 촬상 화상을 기억부(30)의 데이터 에리어에 저장한다.

거리 센서(20)는, 피사체(ST)의 높이(z)를 측정하는 센서이다. 또한, 거리 센서(20)를 사용하는 것 이외의 주지 방법을 사용하여, 피사체(ST)의 높이(z)를 측정해도 된다. 그러한 방법의 일례로서, 예를 들어 특허문헌 1에서 제안되어 있는 방법이 있다. 특허문헌 1에서 제안되어 있는 방법은, 높이 측정용의 스폿 화상을 이용하는 방법이며, 빔 형상으로 좁혀진 조명광(IL)을 피사체(ST)에 조명하여, 스폿 위치로부터 피사체(ST)까지의 높이(z)를 산출하는 것이다.

기억부(30)는, 예를 들어 Random Access Memory(RAM), Read Only Memory(ROM), 플래시 메모리 등을 구비하고 있다. 기억부(30)는, 제어부(40)가 구비하는, 예를 들어 Central Processing Unit(CPU)의 워크 에리어, 생체 인증 장치(100) 전체를 제어하기 위한 동작 프로그램 등의 각종 프로그램을 저장하는 프로그램 영역, 각종 데이터를 저장하는 데이터 에리어로서 기능한다.

또한, 기억부(30)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 계수 기억부(31), 데이터베이스부(32)로서 기능한다.

계수 기억부(31)는, 레퍼런스 물체(RF)의 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 정보를 유지하는 기억부이다. 레퍼런스 물체(RF)는 반사율이 일정하고 또한 기지인 평면체이다.

도 7과 도 8은, 모두, 본 실시 형태 1에서의 계수 기억부(31)가 유지하는 레퍼런스 물체(RF)의 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 정보의 예를 나타내는 도이다. 도 7에 나타내는 예는, 레퍼런스 물체(RF)의 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 정보가, 높이(zrk)(k=1, 2, 3, …)마다 계수(α)(zrk)가 대응지어져 있는 테이블인 경우의 예이다. 도 8에 나타내는 예는, 레퍼런스 물체(RF)의 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 정보가, 레퍼런스 물체(RF)의 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 근사 함수 h(zr)인 경우의 예이다.

이어서, 레퍼런스 물체(RF)의 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계의 구하는 방법에 대해서 설명한다. 레퍼런스 물체(RF)를 복수의 서로 다른 높이(zr)에서 촬상하고, 그때의 휘도값(Ir(X))에 기초하여 계수(α)(zr)를 산출한다. 레퍼런스 물체(RF)의 촬상 화상의 휘도값(Ir(X))이 거리(D(X))의 α승에 반비례하고, 레퍼런스 물체(RF)는 기울어져 있지 않은, 즉, 시선 벡터와 레퍼런스 물체(RF)의 법선 벡터가 이루는 각도는 0도(cos0=1)인 것으로 한다. 또한, 레퍼런스 물체(RF) 상의 점 X에서의 거리(D(X))는, 높이(zr)와 동등한 것으로 한다. 이 경우, 식 2에 나타내고 있는 관계식의 양변의 log를 취하면, 이하의 식 38에 나타낸 바와 같은 선형의 관계를 얻을 수 있다.

미소한 높이(Δz)를 설정하고, 3개의 다른 높이(zr1(=zr), zr2(=zr-Δz), zr3(=zr+Δz))로 레퍼런스 물체(RF)를 촬상했을 때의 촬상 화상 상의 점 X에서의 휘도값(Ir(X))을 각각, Ir, z1(X), Ir, z2(X), Ir, z3(X)으로 한다. 이 경우, 식 38로부터, 이하의 식 39에 나타내고 있는 바와 같은 계수(α)에 관한 3개의 식을 얻을 수 있다.

그리고, 식 39에 나타내고 있는 3개의 식에 대하여 가장 오차를 작게 하는 계수(α)(zr)를, 예를 들어 최소 2승법에 의해 구할 수 있다.

도 6으로 돌아와서, 데이터베이스부(32)는, 생체 인증에 필요한 데이터를 유지한다. 예를 들어, 데이터베이스부(32)는, 대조 시에 사용하는 등록용 화상의 특징 데이터 등을 유지한다. 등록용 화상의 특징 데이터는, 이용자의 생체 데이터를 등록할 때 촬상된 촬상 화상으로부터 특징 추출부(42)(상세하게는 후술)에 의해 추출된 특징 데이터이다.

제어부(40)는, 예를 들어 CPU 등을 구비하고 있고, 기억부(30)의 프로그램 영역에 저장되어 있는 동작 프로그램을 실행하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 삼차원 형상 측정 처리부(41)와, 특징 추출부(42)와, 대조 처리부(43)로서의 기능을 실현한다. 또한, 제어부(40)는, 동작 프로그램을 실행하여, 생체 인증 장치(100) 전체를 제어하는 제어 처리나 상세하게는 후술하는 인증 처리 등의 처리를 실행한다.

삼차원 형상 측정부(41)에 대해서는 후술하는 것으로 하고, 우선, 특징 추출부(42)와 대조 처리부(43)의 기능에 대해서 설명한다.

특징 추출부(42)는, 주지의 방법에 따라서, 촬상 화상으로부터 특징 데이터를 추출한다. 보다 구체적으로는, 생체 데이터를 등록할 때는, 특징 추출부(42)는, 주지의 방법에 따라서, 기억부(30)의 데이터 에리어에 저장되어 있는 촬상 화상으로부터 특징 데이터를 추출하고, 추출한 특징 데이터를 데이터베이스부(32)에 등록한다.

한편, 대조를 행할 때는, 특징 추출부(42)는, 상세하게는 후술하는 자세 보정부(41F)에 의해 피사체(ST)의 자세가 보정된 촬상 화상으로부터 특징 데이터를 추출하고, 추출한 특징 데이터를 대조 처리부(43)에 출력한다.

대조 처리부(43)는, 특징 추출부(42)로부터 입력된 대조용의 특징 데이터를, 데이터베이스부(32)에 등록되어 있는 등록용의 특징 데이터와 대조하고, 대조 결과를 기억부(30)의 데이터에리어에 저장한다. 여기서, 대조 결과는, 예를 들어 대조용의 특징 데이터와 등록용의 특징 데이터의 유사도이다.

도 9는, 본 실시 형태 1에서의 삼차원 형상 측정 처리부(41)의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다. 삼차원 형상 측정 처리부(41)는, 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정하고, 측정 결과에 따라서, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 자세(각도)를 보정하는 처리를 행한다. 삼차원 형상 측정 처리부(41)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 거리 측정부(41A)와, 반사율 추정부(41B)와, 계수 설정부(41C)와, 휘도값 보정부(41D)와, 삼차원 형상 측정부(41E)와, 자세 보정부(41F)로서 기능한다.

거리 측정부(41A)는, 거리 센서(20)를 제어하여, 광원(LS)으로부터 피사체(ST)까지의 높이(z)를 검출시킨다. 이때, 거리 센서(20)가 피사체(ST) 상의 복수의 위치에서의 높이(z)를 검출하는 것이 가능하면, 그것들의 평균을 구하여, 구한 평균 높이를 피사체(ST)의 높이로 한다.

반사율 추정부(41B)는, 피사체(ST)의 반사율(Rf)을 추정하고, 피사체(ST) 고유의 반사율(Rf)을 캔슬하는 보정을 행한다. 피사체(ST)의 반사율(Rf)은, 예를 들어 피사체(ST)가 손바닥(ST)인 경우, 이용자마다 상이하다. 따라서, 피사체(ST)의 반사율(Rf)을 추정하고, 피사체(ST) 고유의 반사율(Rf)을 캔슬하는 보정을, 촬상 화상의 휘도값(Is(X))에 대하여 행한다. 이렇게 함으로써, 피사체(ST)를 레퍼런스 물체(RF)와 동일한 반사율의 물체라 간주할 수 있다. 따라서, 피사체(ST)에 관계없이, SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정을 안정되게 행할 수 있다.

먼저, 반사율 추정부(41B)는, 거리 센서(20)로부터 피사체(ST)의 높이(z)가 검출된 피사체(ST) 상의 위치에 대응하는 점 X에서의 촬상 화상의 휘도값(Is(X))을 취득한다. 그리고, 반사율 추정부(41B)는, 피사체(ST)의 높이(z)와 동등한 높이에 있어서의 레퍼런스 물체(RF)의 점 X에서의 휘도값(Ir, z(X))을 취득한다.

그리고, 반사율 추정부(41B)는, 이하의 식 40에 따라서, 레퍼런스 물체(RF)의 반사율을 "1.0"으로 한 경우에 있어서의 피사체(ST)의 반사율(Rf)을 추정한다.

그리고, 반사율 추정부(41B)는, 이하의 식 41에 따라서, 피사체(ST) 고유의 반사율(Rf)을 캔슬하는 보정을 행하고, 보정 후의 휘도값(Is'(X))을 휘도값 보정부(41D)에 출력한다.

휘도값(Ir, z(X))은, 예를 들어 소정 간격마다 높이를 바꾸어서 미리 촬상한 레퍼런스 물체(RF)의 촬상 화상을 기억부(30)의 데이터에리어에 저장함으로써 취득할 수 있다. 피사체(ST)의 높이(z)와 동등한 높이에 있어서의 레퍼런스 물체(RF)의 촬상 화상이 기억부(30)의 데이터에리어에 저장되어 있지 않은 경우에는, 반사율 추정부(41B)는, 예를 들어 선형 보간에 의해 피사체(ST)의 높이(z)와 동등한 높이에 있어서의 레퍼런스 물체(RF)의 점 X에서의 휘도값(Ir, z(X))을 추정하면 된다.

또한, 예를 들어 휘도값(Ir, z(X))은, 휘도값(Ir, z(X))을 산출하기 위한 함수의 계수를 기억부(30)의 데이터에리어에 저장함으로써 취득(산출)할 수 있다. 예를 들어, 3개의 서로 다른 높이(z1, z2, z3)에서의 레퍼런스 물체(RF)를 미리 촬상한 촬상 화상의 휘도값에 기초하여, 곡선 근사를 행함으로써, 근사 곡선을 나타내는 함수를 구할 수 있다. 근사 곡선을 나타내는 함수는, 예를 들어 이하의 식 42와 같이 나타낼 수 있다.

단, 식 42 중의 Dr, z(X)는, 높이(z)에 레퍼런스 물체(RF)가 존재하는 경우의 광원(LS)으로부터 레퍼런스 물체(RF)의 점 X에 대응하는 위치까지의 거리이다. 또한, 식 42 중의 A(X), B(X), C(X)는, 레퍼런스 물체(RF)의 점 X에 대응하는 근사 곡선을 나타내는 함수의 계수이다. 이상적인 점 광원의 경우에는, 상술한 식 42 중의 (Dr, z(X)^- ²)의 항만이 유효해지는데, 실제의 생체 인증 장치(100)에서는, 이상적인 점 광원으로부터의 괴리가 크기 때문에, (Dr, z(X)^-2)의 항만으로는 나타낼 수 없다. 따라서, 계수 B(X)와 C(X)도 포함하는 함수를, 근사 곡선을 나타내는 함수로서 상정한다.

여기서, 본 실시 형태 1에서의 생체 인증 장치(100)의 촬상 장치는 핀홀 카메라 모델인 것으로 하면, 촬상 화상 상의 점 X=(xi, yi)에 대응하는 삼차원 좌표계에서의 위치(x, y, z)는, 높이(z)가 기지인 경우, 이하의 식 43으로 나타낼 수 있다. 또한, 식 43 중의 f는 초점 거리이다.

즉, 촬상 화상 상의 점 X에 대응하는 레퍼런스 물체(RF) 상의 좌표(x, y, z)를 구할 수 있다. 따라서, 광원(LS)으로부터 레퍼런스 물체(RF)의 점 X에 대응하는 좌표(x, y, z)까지의 거리(Dr, z(X))는, 이하의 식 44에 따라서 산출할 수 있다.

이어서, 촬상 화상 상의 점 X에 있어서의 계수 A(X), B(X), C(X)를 산출하는 방법에 대해서 설명한다. 3개의 서로 다른 높이(z1, z2, z3)에서의 레퍼런스 물체(RF)의 점 X의 휘도값(Ir, z1(X), Ir, z2(X), Ir, z3(X))은, 식 42로부터 이하의 식 45에 따라서 산출할 수 있다.

식 45 중의 거리 Dr, z1(X), Dr, z2(X), Dr, z3(X)은 촬상 화상 상의 점 X와 초점 거리(f)가 결정되면, 레퍼런스 물체(RF)의 높이를 적용함으로써, 식 43과 식 44로부터 산출할 수 있다. 따라서, 식 45는, 3개의 미지 계수 A(X), B(X), C(X)에 대한 3개의 연립방정식이다. 따라서, 이 연립방정식을 품으로써, 계수 A(X), B(X), C(X)를 구할 수 있다.

이와 같이 하여 구한 계수 A(X), B(X), C(X)의 조를 점 X(화소 X)와 대응시켜서 기억부(30)의 데이터에리어에 미리 저장해 둠으로써, 반사율 추정부(41B)는, 피사체(ST)의 높이(z)와 동등한 높이에서의 레퍼런스 물체(RF)의 점 X(화소 X)에서의 휘도값(Ir, z(X))을 취득(산출)할 수 있다. 도 10은, 본 실시 형태 1에서의 기억부(30)가 유지하는 화소마다 계수의 조(A(X), B(X), C(X))를 대응시킨 정보의 예를 나타내는 도이다.

도 9로 돌아와서, 계수 설정부(41C)는, 휘도값 보정 처리 시와 SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정할 때에 사용하는 계수(α)를, 피사체(ST)의 높이(z)나 센서의 사이즈 등의 여러 조건에 기초하여 설정한다. 본 실시 형태 1에서는, 계수 설정부(41C)는, 피사체(ST)의 높이(z)에 기초하여, 계수(α)를 설정한다.

보다 구체적으로는, 계수 설정부(41C)는, 계수 기억부(31)에 저장되어 있는 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 정보에 기초하여, 거리 측정부(41A)에 의해 측정된 피사체(ST)의 높이(z)에 대응하는 계수(α)를 특정하고, 특정한 계수(α)를 설정한다. 이때, 계수 기억부(31)에 저장되어 있는 높이(zr)와 계수(α)(zr)와의 관계를 나타내는 정보가 도 7에 예시하는 바와 같은 테이블이며, 그 테이블에 피사체(ST)의 높이(z)에 일치하는 계수(α)(zr)가 등록되어 있지 않은 경우에는, 계수 설정부(41C)는, 예를 들어 선형 보간 등에 의해 피사체(ST)의 높이(z)의 계수(α)를 추정하고, 추정한 계수(α)를 설정한다.

휘도값 보정부(41D)는, 주변 감광의 영향을 저감하기 위해서, 레퍼런스 물체(RF)의 휘도값(Ir, z(X))을 사용하여, 반사율 추정부(41B)에 의해 입력된 휘도값(Is'(X))을 또한 보정한다.

보다 구체적으로는, 휘도값 보정부(41D)는, 피사체(ST)의 높이(z)에서의 레퍼런스 물체(RF)의 점 X의 휘도값(Ir, z(X))을 상술한 방법으로 취득(산출)한다. 그리고, 휘도값 보정부(41D)는, 촬상 화상 상의 각 점 X에 대하여 보정 계수(δ(X))를 이하의 식 46에 따라서 산출한다. 또한, 식 46 중의 P는 상수이며, 계수(α)는 계수 설정부(41C)에 의해 설정된 계수(α)이다.

그리고, 휘도값 보정부(41D)는, 촬상 화상 상의 각 점 X에 대하여 이하의 식 47에 따라서, 휘도값(Is'(X))을 또한 보정하고, 보정 후의 휘도값(Is''(X))을 삼차원 형상 측정부(41E)에 출력한다.

여기서, 계수(k(X))가 이하의 식 48에 의해 정의되어 있는 것으로 하면, 계수(k(X))는, 레퍼런스 물체(RF)의 점 X에서의 휘도값(Ir, z(X))이 (1/Dr, z(X)^α)에 비례한다고 했을 경우의 주변 감광을 나타내고 있다. 따라서, 보정 계수(δ(X))로서 주변 감광의 역수를 적용함으로써, 주변 감광의 영향을 캔슬할 수 있다. 이와 같이, 주변 감광과 같은 종래의 SFS 기술에서는 고려되지 않은 요인을 제거함으로써, 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

삼차원 형상 측정부(41E)는, 휘도값 보정부(41D)에 의해 입력된 휘도값(Is''(X))과 계수 설정부(41C)에 의해 설정된 계수(α)를 사용하여, 상술한 거리 의존성 가변 모델의 미분방정식을 계산함으로써, 피사체(ST)의 삼차원 형상(광원(LS)으로부터 촬상 화상 상의 점 X에 대응하는 삼차원 좌표계의 위치까지의 거리)을 측정한다.

자세 보정부(41F)는, 삼차원 형상 측정부(41E)에 의해 측정된 피사체(ST)의 삼차원 형상에 기초하여, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 자세를 보정한다. 보다 구체적으로는, 자세 보정부(41F)는, 삼차원 형상 측정부(41E)에 의해 측정된 피사체(ST)의 삼차원 형상에 기초하여, 피사체(ST)의 기준면에 대한 기울기의 각도를 산출한다. 기준면은, 도 1을 예로 하면, 파선으로 나타내고 있는 수평선과 평행한 평면이다.

피사체(ST)의 기준면에 대한 기울기의 각도는, 예를 들어 삼차원 형상 측정부(41E)에 의해 측정된 피사체(ST)의 삼차원 형상을 이차원에 투영하고, 이차원의 투영에 대하여 직선 근사를 행함으로써 구할 수 있다. 이 경우, 피사체(ST)의 삼차원 형상을 XZ 평면에 투영하고, XZ 평면의 투영에 대하여 직선 근사를 행함으로써, 피사체(ST)의 XZ 평면에 대한 기울기를 구한다. 마찬가지로 하여, 피사체(ST)의 삼차원 형상을 YZ 평면에 투영하고, YZ 평면의 투영에 대하여 직선 근사를 행함으로써, 피사체(ST)의 YZ 평면에 대한 기울기를 구한다. 이와 같이, 피사체(ST)의 XZ 평면에 대한 기울기와 YZ 평면에 대한 기울기를 구함으로써, 피사체(ST)의 기준면에 대한 기울기의 각도를 구할 수 있다. 또한, 피사체(ST)의 삼차원 형상에 대하여 직접 평면의 방정식을 적용함으로써, 피사체(ST)의 기준면에 대한 기울기의 각도를 구해도 된다.

그리고, 자세 보정부(41F)는, 피사체(ST)의 기준면에 대한 기울기의 각도가 "0"이 되도록, 즉, 피사체(ST)가 기준면과 평행해지도록, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 자세를 보정한다. 그리고, 자세 보정부(41F)는, 보정 후의 촬상 화상을 특징 추출부(42)에 출력한다.

이어서, 도 11을 참조하여, 본 실시 형태 1에서의 인증 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 도 11은, 본 실시 형태 1에서의 인증 처리의 플로우를 설명하기 위한 흐름도의 예이다.

제어부(40)는, 촬상부(10)를 제어하여, 피사체(ST)를 조명시킨 상태에서 피사체(ST)를 촬상시킴으로써 촬상 화상을 취득하고, 취득한 촬상 화상을 기억부(30)의 데이터에리어에 저장한다(스텝 S001). 그리고, 삼차원 형상 측정 처리부(41)는, 삼차원 형상 측정 처리를 실행하여, 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정하고, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 자세를 보정한다(스텝 S002).

그리고, 특징 추출부(42)는, 피사체(ST)의 자세가 보정된 촬상 화상으로부터 특징 데이터를 추출한다(스텝 S003). 그리고, 대조 처리부(43)는, 스텝 S003에서 추출된 특징 데이터를 데이터베이스부(32)에 등록되어 있는 등록용의 특징 데이터와 대조하고, 대조 결과를 기억부(30)의 데이터에리어에 저장한다(스텝 S004). 그리고, 본 처리는 종료한다.

이어서, 도 12를 참조하여, 본 실시 형태 1에서의 삼차원 형상 측정 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 도 12는, 본 실시 형태 1에서의 삼차원 형상 측정 처리의 플로우를 설명하기 위한 흐름도의 예이다. 본 삼차원 형상 측정 처리는, 인증 처리의 스텝 S002의 처리에 대응하는 처리이다.

거리 측정부(41A)는, 거리 센서(20)를 제어하여, 피사체(ST)의 높이(z)를 검출시킨다(스텝 S101). 그리고, 반사율 추정부(41B)는, 상술한 식 40에 따라서 피사체(ST)의 반사율(Rf)을 추정하고, 상술한 식 41에 따라서 촬상 화상의 점 X에서의 휘도값(Is(X))으로부터 피사체(ST) 고유의 반사율(Rf)을 캔슬하기 위한 보정을 행한다(스텝 S102).

그리고, 계수 설정부(41C)는, 피사체(ST)의 높이(z)에 대응하는 계수(α)를 설정한다(스텝 S103). 그리고, 휘도값 보정부(41D)는, 휘도값 보정 처리를 실행하고, 주변 감광의 영향을 캔슬하기 위한 보정을 행한다(스텝 S104).

그리고, 삼차원 형상 측정부(41E)는, 휘도값 보정부(41D)에 의해 보정된 후의 휘도값(Is''(X))과 계수(α)에 기초하여, 거리 의존성 가변 모델의 미분방정식을 계산함으로써, 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정한다(스텝 S105). 그리고, 자세 보정부(41F)는, 피사체(ST)의 삼차원 형상에 기초하여, 피사체(ST)의 자세가 기준면과 평행해지도록, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 자세를 보정한다(스텝 S106). 그리고, 본 처리는 종료되고, 인증 처리의 스텝 S003의 처리로 진행된다.

다음, 도 13을 참조하여, 본 실시 형태 1에서의 휘도값 보정 처리의 흐름에 대해서 설명한다. 도 13은, 본 실시 형태 1에서의 휘도값 보정 처리의 플로우를 설명하기 위한 흐름도의 예이다. 본 휘도값 보정 처리는, 삼차원 형상 측정 처리의 스텝 S104의 처리에 대응하는 처리이다. 또한, 촬상 화상의 화소수는 (2Mx+1)×(2My+1)인 것으로 한다.

휘도값 보정부(41D)는, 화소 X의 xi 좌표값을 초기화함과 함께(스텝 S201), 화소 X의 yi 좌표값을 초기화한다(스텝 S202). 즉, 휘도값 보정부(41D)는, xi=-Mx, yi=-My로 한다.

그리고, 휘도값 보정부(41D)는, 식 46에 따라서, 화소 X의 보정 계수(δ(X))를 산출하고(스텝 S203), 식 47에 따라서, 화소 X의 휘도값(Is'(X))을 보정한다(스텝 S204).

그리고, 휘도값 보정부(41D)는, 화소 X의 yi 좌표값을 인크리먼트하고(스텝 S205), 인크리먼트 후의 yi 좌표값이 My보다 큰지 여부를 판정한다(스텝 S206). 휘도값 보정부(41)에 의해, 인크리먼트 후의 yi 좌표값이 My 이하라고 판정된 경우에는(스텝 S206; "아니오"), 처리는 스텝 S203의 처리로 돌아가서, 상술한 처리를 반복한다.

한편, 인크리먼트 후의 yi 좌표값이 My보다 크다고 판정한 경우에는(스텝 S206; "예"), 휘도값 보정부(41D)는, 화소 X의 xi 좌표값을 인크리먼트한다(스텝 S207). 그리고, 휘도값 보정부(41D)는, 인크리먼트 후의 xi 좌표값이 Mx보다 큰지 여부를 판정한다(스텝 S208).

휘도값 보정부(41D)에 의해, 인크리먼트 후의 xi 좌표값이 Mx 이하라고 판정된 경우에는(스텝 S208; "아니오"), 처리는 스텝 S202의 처리로 돌아가서, 상술한 처리를 반복한다. 한편, 휘도값 보정부(41D)에 의해, 인크리먼트 후의 xi 좌표값이 Mx보다 크다고 판정된 경우에는(스텝 S208; "예"), 본 처리는 종료되고, 삼차원 형상 측정 처리의 스텝 S105의 처리로 진행된다.

상기 실시 형태 1에 의하면, 생체 인증 장치(100)는, 피사체(ST)의 높이(z)에 기초하여 계수(α)를 설정한다. 이렇게 함으로써, 피사체(ST)의 높이(z)에 기인하여 휘도값과 거리와의 관계가, 휘도값이 거리의 2승에 반비례하는 이상적인 점 광원 모델로부터 괴리되어 있는 경우에도, SFS 기술을 사용하여 측정한 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시 형태 1에 의하면, 생체 인증 장치(100)는, 레퍼런스 물체(RF)의 휘도값과 촬상 화상의 휘도값에 기초하여, 피사체(ST)의 반사율(Rf)을 추정하고, 추정한 반사율(Rf)에 기초하여, 피사체(ST)의 반사율이 레퍼런스 물체(RF)의 반사율과 동등해지도록, 촬상 화상의 휘도값을 보정한다. 이렇게 함으로써, 피사체(ST)를 레퍼런스 물체(RF)와 동일한 반사율의 물체로 간주할 수 있기 때문에, 피사체(ST)에 관계없이, SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정을 안정되게 행할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태 1에 의하면, 생체 인증 장치(100)는, 촬상 화상의 휘도값에 있어서의 주변 감광의 영향을 제거하기 위한 보정을, 촬상 화상의 휘도값에 대하여 행한다. 주변 감광과 같은 종래의 SFS 기술에서는 고려되지 않은 요인을 제거함으로써, 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 실시 형태 1에 의하면, 생체 인증 장치(100)는, 측정한 피사체(ST)의 삼차원 형상에 기초하여, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 기울기를 보정한다. 이렇게 함으로써, 촬상 화상의 피사체(ST)의 자세를, 등록용의 특징 데이터를 추출한 촬상 화상과 동일한 자세로 할 수 있기 때문에, 인증 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(실시 형태 2)

실시 형태 1에서는, 피사체(ST)의 높이(z)에 따라서 계수(α)가 설정되는 방식에 대해 설명하였다. 본 실시 형태 2에서는, 피사체(ST)의 높이(z)가 피사체(ST)의 위치를 안내하는 안내 부재가 생체 인증 장치(100)에 설치되어 있는 경우를 상정한다. 안내 부재가 생체 인증 장치(100)에 설치되어 있는 경우, 피사체(ST)의 높이(z)는 고정되지만, xy 방향에서의 피사체(ST)의 위치는 일정한 범위 내에서 변동되고, 고정되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태 2에서는, 피사체(ST)의 높이(z)가 고정되어 있는 경우에, 피사체(ST)의 xy 방향의 위치에 따라서 계수(α)가 설정되는 방식에 대해 설명한다. 이와 같이, 피사체(ST)의 xy 방향의 위치에 따라서 계수(α)를 설정하는 것은, 생체 인증 장치(100)가 복수의 광원(LS)을 갖는 경우, xy 방향의 피사체(ST)의 위치에 따라 피사체(ST)가 조명되는 광원(LS)의 수가 상이한 경우가 있기 때문이다.

도 14의 A와 도 14의 B는, 모두, 본 실시 형태 2에서의 수평 평면 상의 피사체(ST)의 위치(xy 방향의 피사체(ST)의 위치)와 계수(α)와의 관계에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 14의 A에 나타내는 예에서는, 높이(z)의 피사체(ST)를 조명하는 조명광(IL)은 1개의 광원(LS)로부터의 조명광(IL)과 근사할 수 있다. 즉,

이다.

한편, 도 14의 B에 나타내는 예에서는, 피사체(ST)는 조명광(IL)이 겹쳐져 있는 부분에 위치하고 있으므로, 피사체(ST)를 조명하는 조명광(IL)은, 2개의 광원(LS)으로부터의 조명광(IL)과 근사할 수 있다. 즉, α<2이다.

도 15는, 본 실시 형태 2에서의 생체 인증 장치(100)의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다. 도 16은, 본 실시 형태 2에서의 삼차원 형상 측정 처리부(41)의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다. 본 실시 형태 2에서의 생체 인증 장치(100)의 기본적인 구성은, 실시 형태 1의 경우와 동일하다. 단, 도 15에 도시한 바와 같이, 거리 센서(20)를 구비하고 있지 않은 점에서 실시 형태 1의 경우와 상이하다. 또한, 도 16에 도시한 바와 같이, 삼차원 형상 측정 처리부(41)가, 거리 측정부(41A)를 구비하고 있지 않은 점에서 실시 형태 1의 경우와 상이하다. 또한, 계수 기억부(31)와 계수 설정부(41C)가 각각 행하는 기능이 실시 형태 1의 경우와 약간 상이하다. 또한, 안내 부재에 의해 고정되는 피사체(ST)의 높이(z)의 정보는 기억부(30)의 데이터에리어에 저장되어 있는 것으로 한다.

계수 기억부(31)는, 촬상 화상 상의 점 X(화소 X)에 대응하는 계수(α)를 산출하는 함수 Fα(X)를 유지한다. 즉, 함수 Fα(X)는, 촬상 화상에 포함되는 피사체(ST) 상의 각 점 X에 대응하는 계수(α)를 산출할 수 있는 함수이다. 또한, 계수 기억부(31)은, 함수 Fα(X)가 아니라, 도 17에 예시하는 바와 같은 화소마다 계수(α)를 대응시킨 정보를 유지해도 된다. 여기서, 도 17은, 본 실시 형태 2에서의 계수 기억부(31)가 유지하는 화소마다 계수(α)를 대응시킨 정보의 예를 나타내는 도이다.

계수 설정부(41A)는, 본 실시 형태 2에서는, 피사체(ST)의 xy 방향의 위치에 따라서 계수(α)를 설정한다. 즉, 계수 설정부(41A)는, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)의 위치에 따라서 계수(α)를 설정한다. 보다 구체적으로는, 계수 설정부(41A)는, 주지의 방법에 따라서, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)가 존재하는 영역(T)을 특정하고, 이하의 식 49에 따라서, 영역(T) 내의 각 화소에 대응하는 계수(α)의 평균값(α_AVE)을 산출한다. 식 49 중의 N_T는 피사체(ST)가 존재하는 영역(T)의 화소수이다. 또한, 식 49는, 계수 기억부(31)가 함수 Fα(X)를 유지하는 경우의 예이다.

그리고, 계수 설정부(41A)는, 산출한 평균값(α_AVE)을, 휘도값 보정 처리 시와 SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정할 때에 사용하는 계수(α)로서 설정한다.

이와 같이, 피사체(ST)가 존재하는 영역(T)에서의 계수(α)의 평균값(α_AVE)을 산출하고, 산출한 평균값(α_AVE)에 기초하여 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정함으로써, 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 왜냐하면, 최적의 계수(α)는 촬상 화상 상의 점 X마다 상이한데, SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정할 때는 단일한 계수(α)를 사용할 필요가 있기 때문이다.

상기 실시 형태 2에 의하면, 생체 인증 장치(100)는, 피사체(ST)의 xy 방향의 위치에 기초하여 계수(α)를 설정한다. 이렇게 함으로써, 피사체(ST)의 xy 방향에 있어서의 위치 어긋남에 기인하여 휘도값과 거리와의 관계가, 휘도값이 거리의 2승에 반비례하는 이상적인 점 광원 모델로부터 괴리되어 있는 경우에도, SFS 기술을 사용하여 측정한 피사체(ST)의 삼차원 형상의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

(실시 형태 3)

실시 형태 1에서는, 피사체(ST)의 높이(z)에 따라서 계수(α)가 설정되는 방식에 대해서 설명하였다. 또한, 실시 형태 2에서는, 피사체(ST)의 높이(z)가 고정되어 있는 경우에, 피사체(ST)의 xy 방향의 위치에 따라서 계수(α)가 설정되는 방식에 대해 설명하였다.

본 실시 형태 3에서는, 피사체(ST)의 높이(z)와 xy 방향의 위치에 따라서 계수(α)가 설정되는 방식에 대해 설명한다.

본 실시 형태 3에서의 생체 인증 장치(100)의 기본적인 구성은, 실시 형태 1의 경우와 동일하다. 단, 계수 기억부(31)와 계수 설정부(41C)가 각각 행하는 기능이 실시 형태 1의 경우와 약간 상이하다.

계수 기억부(31)는, 피사체(ST)의 높이(z)와 촬상 화상 상의 점 X(화소 X)와의 조에 대응한 계수(α)를 산출하는 함수 Fα(X, z)를 유지한다.

계수 설정부(41A)는, 본 실시 형태 3에서는, 피사체(ST)의 높이(z)와 xy 방향의 위치에 따라서 계수(α)를 설정한다. 보다 구체적으로는, 계수 설정부(41A)는, 주지의 방법에 따라서, 촬상 화상에 있어서의 피사체(ST)가 존재하는 영역(T)을 특정하고, 이하의 식 50에 따라서, 영역(T) 내의 각 화소에 대응하는 계수(α)의 평균값(α_AVE)을 산출한다. 이때, 피사체(ST)의 높이(z)로서, 거리 측정부(41A)에 의해 측정된 높이(z)가 사용된다.

그리고, 계수 설정부(41A)는, 산출한 평균값(α_AVE)을, 휘도값 보정 처리 시와 SFS 기술을 사용한 피사체(ST)의 삼차원 형상을 측정할 때 사용하는 계수(α)로서 설정한다.

상기 실시 형태 3에 의하면, 생체 인증 장치(100)는, 피사체(ST)의 높이(z)와 xy 방향의 위치에 기초하여 계수(α)를 설정한다. 이렇게 함으로써, 피사체(ST)의 위치를 안내하는 안내 부재가 생체 인증 장치(100)에 설치되어 있지 않은 경우에도, 피사체(ST)의 높이(z)와 xy 방향의 위치 양쪽을 고려한 계수(α)를 설정할 수 있다.

(실시 형태 4)

실시 형태 1 내지 3에서는, 생체 인증 장치(100) 자체가 데이터베이스부(32)를 구비하고, 대조용의 특징 데이터를 데이터베이스(32)에 등록되어 있는 등록용의 특징 데이터와 대조하는 기능도 구비하고 있다. 본 실시 형태 4에서는, 1개 또는 복수의 생체 인증 센서(70)와 서버 장치(80)를 포함하는 생체 인증 시스템(1)을 예로 들어 설명한다. 또한, 실시 형태 1 내지 3의 어떤 경우든, 생체 인증 시스템(1)에 적용하는 것이 가능한데, 여기서는, 실시 형태 1을 생체 인증 시스템(1)에 적용한 경우에 대해서 설명한다.

도 18은, 본 실시 형태 4에서의 생체 인증 시스템(1)의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 19의 A는, 본 실시 형태 4에서의 생체 인증 시스템(1)의 생체 인증 센서(70)의 구성예를, 도 19의 B는, 서버 장치(80)의 구성예를 도시하는 기능 블록도이다.

본 실시 형태 4에서의 생체 인증 시스템(1)은, 도 18에 도시한 바와 같이, 1개 또는 복수의 생체 인증 센서(70)가, 네트워크(NW)를 통해서, 서버 장치(80)와 서로 통신 가능하도록 접속되어 있다.

본 실시 형태 4에서의 생체 인증 센서(70)는, 도 19의 A에 도시한 바와 같이, 촬상부(10)와, 거리 센서(20)와, 기억부(30)와, 제어부(40)와, 통신부(50)를 구비하고 있다. 본 실시 형태 4에서의 생체 인증 센서(70)의 기본적인 구성은, 실시 형태 1의 생체 인증 장치(100)와 동일하다. 단, 도 19의 A에 도시한 바와 같이, 생체 인증 센서(70)의 기억부(30)는, 데이터베이스부(32)로서 기능하지 않는 점과, 제어부(40)가 대조 처리부(43)로서 기능하지 않는 점에서 실시 형태 1의 생체 인증 장치(100)와는 상이하다. 본 실시 형태 4에서는, 대조 처리는 서버 장치(80)측에서 실행되기 때문이다. 또한, 도 19의 A에 도시한 바와 같이, 통신부(50)를 구비하는 점에서 실시 형태 1의 생체 인증 장치(100)와는 상이하다.

통신부(50)는, 예를 들어 통신 모듈 등을 구비하고, 서버 장치(80)와의 사이에서 통신을 행한다. 예를 들어, 통신부(50)는, 특징 추출부(42)에 의해 추출된 특징 데이터를 서버 장치(80)에 송신한다. 또한, 예를 들어 통신부(50)는, 서버 장치(80)에 의해 송신되는 대조 결과를 수신한다. 수신된 대조 결과는, 제어부(40)의 제어 하에, 기억부(30)의 데이터에리어에 저장된다.

본 실시 형태 4에서의 서버 장치(80)는, 도 19의 B에 도시한 바와 같이, 통신부(81)와, 기억부(82)와, 제어부(83)를 구비하고 있다.

통신부(81)는, 예를 들어 통신 모듈 등을 구비하고, 생체 인증 시스템(1)의 각 생체 인증 센서(70)와의 사이에서 통신을 행한다. 예를 들어, 통신부(81)는, 생체 인증 센서(70)에 의해 송신된 특징 데이터를 수신한다. 또한, 예를 들어 통신부(81)는, 대조 처리부(83A)에 의한 대조 결과를 특징 데이터의 송신원의 생체 인증 센서(70)에 송신한다.

기억부(82)는, 예를 들어 RAM, ROM, Hard Disk Drive(HDD) 등을 구비하고 있다. 기억부(82)는, 제어부(83)가 구비하는, 예를 들어 CPU의 워크에리어, 서버 장치(80) 전체를 제어하기 위한 동작 프로그램 등의 각종 프로그램을 저장하는 프로그램 영역, 각종 데이터를 저장하는 데이터에리어로서 기능한다. 또한, 기억부(82)는, 도 19의 B에 도시한 바와 같이, 데이터베이스부(82A)로서 기능한다.

제어부(83)는, 예를 들어 CPU 등을 구비하고 있고, 기억부(82)의 프로그램 영역에 저장되어 있는 동작 프로그램을 실행하여, 도 19의 B에 도시한 바와 같이, 대조 처리부(83A)로서의 기능을 실현한다. 또한, 제어부(40)는, 동작 프로그램을 실행하여, 서버 장치(80) 전체를 제어하는 제어 처리 등의 처리를 실행한다.

도 20은, 실시 형태에서의 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))의 하드웨어 구성의 예를 나타내는 도이다. 도 6에 나타내는 생체 인증 장치(100)(또는, 도 19의 A에 나타내는 생체 인증 센서(70))는, 예를 들어 도 20에 나타내는 각종 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 도 20의 예에서는, 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))는, CPU(201), RAM(202), ROM(203), 플래시 메모리(204), 촬상 장치를 접속하기 위한 카메라 인터페이스(205), 거리 센서(20) 등을 접속하기 위한 기기 인터페이스(206), 통신 모듈(207), 판독 장치(208)를 구비하고, 이들 하드웨어는 버스(209)를 통해서 접속되어 있다.

CPU(201)는, 예를 들어 플래시 메모리(204)에 저장되어 있는 동작 프로그램을 RAM(202)에 로드하고, RAM(202)을 워킹 메모리로서 사용하면서 각종 처리를 실행한다. CPU(201)는, 동작 프로그램을 실행함으로써, 도 6 등에 나타내는 제어부(40)의 각 기능부를 실현할 수 있다.

또한, 상기 동작을 실행하기 위한 동작 프로그램을, 플렉시블 디스크, Compact Disk-Read Only Memory(CD-ROM), Digital Versatile Disk(DVD), Magneto Optical disk(MO) 등의 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체(210)에 기억해서 배포하고, 이것을 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))의 판독 장치(208)로 판독해서 컴퓨터에 인스톨함으로써, 상술한 처리를 실행하도록 해도 된다. 또한, 인터넷 상의 서버 장치가 갖는 디스크 장치 등에 동작 프로그램을 기억해 두고, 통신 모듈(207)을 통해서, 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))의 컴퓨터에 동작 프로그램을 다운로드 등을 하는 것으로 해도 된다.

또한, 실시 형태에 따라, RAM(202), ROM(203), 플래시 메모리(204) 이외의 다른 종류의 기억 장치가 이용되어도 된다. 예를 들어, 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))는, Content Addressable Memory(CAM), Static Random Access Memory(SRAM), Synchronous Dynamic Random Access Memory(SDRAM) 등의 기억 장치를 가져도 된다.

또한, 실시 형태에 따라, 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))의 하드웨어 구성은, 도 20과는 상이해도 되고, 도 20에 예시한 규격·종류 이외의 기타 하드웨어를 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))에 적용할 수도 있다.

예를 들어, 도 6 등에 나타내는 생체 인증 장치(100)(또는, 생체 인증 센서(70))의 제어부(40)의 각 기능부는, 하드웨어 회로에 의해 실현되어도 된다. 구체적으로는, CPU(201) 대신에 Field Programmable Gate Array(FPGA) 등의 리콘피규러블 회로나, Application SpecificIntegrated Circuit(ASIC) 등에 의해, 도 6 등에 나타내는 제어부(40)의 각 기능부가 실현되어도 된다. 물론, CPU(201)와 하드웨어 회로의 양쪽에 의해, 이들 기능부가 실현되어도 된다.

이상에 있어서, 몇 가지의 실시 형태 및 그 변형예에 대해서 설명하였다. 그러나, 실시 형태는 상기의 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 상술한 실시 형태의 각종 변형 형태 및 대체 형태를 포함하는 것으로서 이해되어야 한다. 예를 들어, 각종 실시 형태는, 그 취지 및 범위를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형해서 구체화할 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 상술한 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소를 적절히 조합함으로써, 다양한 실시 형태를 이룰 수 있음이 이해될 것이다. 나아가, 실시 형태에 나타내는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제하거나 또는 치환해서, 또는 실시 형태에 나타내는 구성 요소에 몇 가지의 구성 요소를 추가해서 다양한 실시 형태가 실시될 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다.

이상의 실시 형태 1 내지 4를 포함하는 실시 형태에 관하여, 또한 이하의 부기를 개시한다.

(부기 1)

촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 장치로서,

소정의 조건에 기초하여, 상기 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 상기 멱승의 지수인 계수를 설정하는 설정 수단과,

상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 측정 수단,

을 구비하는 것을 특징으로 하는 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 2)

상기 설정 수단은, 상기 피사체의 위치에 따라, 상기 계수를 설정하는 것을 특징으로 하는, 부기 1에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 3)

상기 설정 수단은, 상기 피사체의 상기 광원으로부터의 높이에 기초하여, 상기 계수를 설정하는 것을 특징으로 하는, 부기 2에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 4)

상기 설정 수단은, 상기 피사체의 상기 촬상 화상에 있어서의 위치에 기초하여, 상기 계수를 설정하는 것을 특징으로 하는, 부기 2에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 5)

상기 설정 수단은, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 피사체의 영역을 특정하고, 상기 영역에 포함되는 각 화소에 대응하는 상기 지수의 평균값을 상기 계수로 하는 것을 특징으로 하는, 부기 4에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 6)

미리 유지하고 있는 반사율이 일정하고 또한 기지의 평면체인 레퍼런스 물체의 휘도값과, 상기 촬상 화상의 상기 피사체에 있어서의 휘도값에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 추정하고, 추정한 상기 반사율에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 상기 레퍼런스 물체의 반사율과 동등하게 하기 위한 보정을, 상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 대하여 행하는 제1 보정 수단

을 더 구비하고,

상기 측정 수단은, 보정 후의 상기 촬상 화상의 상기 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 7)

상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 있어서의 주변 감광의 영향을 제거하기 위한 보정을, 상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 대하여 행하는 제2 보정 수단을 더 구비하고,

(부기 8)

상기 제2 보정 수단은, 상기 주변 감광이 비례하는 상기 광원으로부터의 상기 거리의 멱승의 지수가 상기 계수라는 가정 하에, 상기 주변 감광의 영향을 제거하기 위한 보정을 행하는 것을 특징으로 하는, 부기 7에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 9)

상기 피사체의 삼차원 형상에 기초하여, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 피사체의 기울기를 보정하는 기울기 보정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 부기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 삼차원 형상 측정 장치.

(부기 10)

촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 방법으로서,

소정의 조건에 기초하여, 상기 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 상기 멱승의 지수인 계수를 설정하고,

상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 방법.

(부기 11)

촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 장치의 컴퓨터에,

상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는

처리를 실행시키는 것을 특징으로 하는, 프로그램.

(부기 12)

상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는,

처리를 실행시키는 것을 특징으로 하는, 프로그램을 기억한 기록 매체.

100 : 생체 인증 장치 10 : 촬상부
20 : 거리 센서 30 : 기억부
31 : 계수 기억부 32 : 데이터베이스부
40 : 제어부 41 : 3차원 형상 측정 처리부
41A : 거리 측정부 41B : 반사율 추정부
41C : 계수 설정부 41D : 휘도값 보정부
41E : 삼차원 형상 측정 41F : 자세 보정부
42 : 특징 추출부 43 : 대조 처리부
1 : 생체 인증 시스템 70 : 생체 인증 센서
50 : 통신부 80 : 서버 장치
81 : 통신부 82 : 기억부
82A : 데이터베이스부 83 : 제어부
83A : 대조 처리부 NW : 네트워크
ST : 피사체(손바닥) LS : 광원
IL : 조명광 TM : 도광체
BD : 기반 W : 조명광이 겹쳐져 있는 부분
201 : CPU 202 : RAM
203 : ROM 204 : 플래시 메모리
205 : 카메라 인터페이스 206 : 기기 인터페이스
207 : 통신 모듈 208 : 판독 장치
209 : 버스 210 : 기록 매체

Claims

촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 장치로서,
소정의 조건에 기초하여, 상기 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 상기 멱승의 지수인 계수를 계산하는 설정 수단과,
상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 측정 수단과,
미리 유지하고 있는 반사율이 일정하고 또한 기지의 평면체인 레퍼런스 물체의 휘도값과, 상기 촬상 화상의 상기 피사체에 있어서의 휘도값에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 추정하고, 추정한 상기 반사율에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 상기 레퍼런스 물체의 반사율과 동등하게 하기 위한 보정을, 상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 대하여 행하는 제1 보정 수단을 구비하고,
상기 측정 수단은, 보정 후의 상기 촬상 화상의 상기 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
제1항에 있어서,
상기 설정 수단은, 상기 피사체의 위치에 따라, 상기 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 설정 수단은, 상기 피사체의 상기 광원으로부터의 높이에 기초하여, 상기 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
제2항에 있어서,
상기 설정 수단은, 상기 피사체의 상기 촬상 화상에 있어서의 위치에 기초하여 상기 계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
제4항에 있어서,
상기 설정 수단은, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 피사체의 영역을 특정하고, 상기 영역에 포함되는 각 화소에 대응하는 상기 지수의 평균값을 상기 계수로 하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
삭제
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 있어서의 주변 감광의 영향을 제거하기 위한 보정을, 상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 대하여 행하는 제2 보정 수단을 더 구비하고,
상기 측정 수단은, 보정 후의 상기 촬상 화상의 상기 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 보정 수단은, 상기 주변 감광이 비례하는 상기 광원으로부터의 상기 거리의 멱승의 지수가 상기 계수라는 가정 하에, 상기 주변 감광의 영향을 제거하기 위한 보정을 행하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피사체의 삼차원 형상에 기초하여, 상기 촬상 화상에 있어서의 상기 피사체의 기울기를 보정하는 기울기 보정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 삼차원 형상 측정 장치.
촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 방법으로서,
소정의 조건에 기초하여, 상기 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 상기 멱승의 지수인 계수를 계산하는 단계;
상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 단계; 및
미리 유지하고 있는 반사율이 일정하고 또한 기지의 평면체인 레퍼런스 물체의 휘도값과, 상기 촬상 화상의 상기 피사체에 있어서의 휘도값에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 추정하고, 추정한 상기 반사율에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 상기 레퍼런스 물체의 반사율과 동등하게 하기 위한 보정을, 상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 대하여 행하는 단계를 포함하고,
상기 측정하는 단계는, 보정 후의 상기 촬상 화상의 상기 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는 삼차원 형상 측정 방법.
촬상 화상에 포함되는 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 삼차원 형상 측정 장치의 컴퓨터에,
소정의 조건에 기초하여, 상기 촬상 화상의 휘도값을 광원으로부터 해당 휘도값의 측정점까지의 거리의 멱승의 역수에 비례시키는 모델식에 있어서의 상기 멱승의 지수인 계수를 계산하고,
상기 촬상 화상의 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하고,
미리 유지하고 있는 반사율이 일정하고 또한 기지의 평면체인 레퍼런스 물체의 휘도값과, 상기 촬상 화상의 상기 피사체에 있어서의 휘도값에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 추정하고, 추정한 상기 반사율에 기초하여, 상기 피사체의 반사율을 상기 레퍼런스 물체의 반사율과 동등하게 하기 위한 보정을, 상기 촬상 화상의 상기 휘도값에 대하여 행하는 처리를 실행시키고,
상기 측정하는 것은, 보정 후의 상기 촬상 화상의 상기 휘도값과 상기 계수에 기초하여, 상기 피사체의 삼차원 형상을 측정하는 것을 특징으로 하는, 프로그램을 기록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.