CN101075872B - 注册设备、对照设备、提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能改善认证精确度的注册设备，该注册设备包括：检测装置，用于检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；滤波装置，用于用被使得对应于由该检测装置所检测的波动信息的滤波系数，对从该图像拾取元件中输出的图像信号进行空间滤波处理，以及用于提取包含于图像信号中的活体识别对象；以及注册装置，用于从被该滤波装置空间滤波后的图像信号中产生注册数据，并将这样产生的注册数据存储在存储介质中。

Description

注册设备、对照设备、提取方法
技术领域
本发明涉及期望用于生物认证(biometrics authentication)的注册设备、对照设备、提取方法，和程序。
背景技术
在进行生物认证时，使用血管作为待认证的对象。通常，在认证设备中，例如，手指被如此将固定在图像拾取照相机上，以便平行于该图像拾取照相机的图像拾取表面，并且这样固定的手指的血管图像被拾取。然后，认证设备将作为图像拾取操作的结果获得的血管图像注册到存储器等中，作为用于识别相应于血管图像的活体(living organism)的信息，或将血管图像与已注册的血管图像做比较，以判断对应于该血管图像的活体是否是相同注册者。
在拾取血管图像时，使用两种配置，即一种布置了用于切断外部光的单元的配置(参考日本专利申请公开No.2004-131927[专利文献1]和日本专利申请公开No.2005-71317[专利文献2])，和一种省略了用于切断外部光的单元的配置(参考参考日本专利申请公开No.2005-312749[专利文献3]和日本专利申请公开No.2004-265269[专利文献4])。
通常，在拾取血管图像的情况下，布置了用于切断外部光的单元的配置被布置倾向于在尺寸上扩大。相应地，近年来为了满足小型化需求，建议了一些省略了用于切断外部光的单元的配置。
发明内容
另一方面，在使用其中省略了用于切断外部光的单元的配置时，根据图像拾取环境和图像拾取条件，对于图像拾取对象或要被拾取图像的手指的照明强度可能不大致均匀。
在这种情况下，根据图像拾取环境和图像拾取条件，在关于图像拾取对象的照明强度上在注册时刻和图像拾取时刻之间中出现差异，可以假设如下情况，其中即使在注册时刻的该图像拾取对象和在图像拾取时刻的图像拾取 对象是相同的，该差异对血管提取处理的结果也有影响，其降低认证精确度。
因此希望通过提供能改善认证精确度的注册设备、对照设备、提取方法，和程序来克服上述缺陷。
根据本发明的实施例，提供注册设备，包括：检测装置，用于检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；滤波器装置，用于用被使得对应于由该检测装置检测的波动信息的滤波系数，对从该图像拾取元件中输出的图像信号进行空间滤波处理，以及提取包含于图像信号中的活体识别对象(living organism identification subject)；以及注册装置，用于从被该滤波装置空间滤波后的图像信号中产生注册数据，并把这样产生的注册数据存储在存储介质中。
相应地，通过关于注册设备根据外部光(即，进入图像拾取元件中的光的照明强度)空间滤波处理，该注册设备可以使由于图像拾取环境和图像拾取条件由外部光波动所产生的图像的不均匀性变得不明显。相应地，该注册设备可以将包含于图像信号中的活体识别对象在不根据外部光波动而大幅度改变的情况下与注册的活体识别对象相对照。
根据本发明的实施例，还提供对照装置，包括：检测装置，用于检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；滤波器装置，用于用被使得对应于由该检测装置所检测的波动信息的滤波系数，对从该图像拾取元件中输出的图像信号进行空间滤波处理，以及提取包含于图像信号中的活体识别对象；以及对照装置，用于将被滤波装置空间滤波后的图像信号与注册数据相对照。
相应地，通过关于对照设备根据外部光(即，进入图像拾取元件中的光的照明强度)的空间滤波处理，该对照设备可以使由于图像拾取环境和图像拾取条件由外部光波动所产生的图像的不均匀性变得不明显。相应地，该对照设备可以将包含于该图像信号中的活体识别对象在不根据外部光波动大幅度改变的情况下与注册的活体识别对象相对照。
根据本发明的实施例，还提供提取方法，包括：第一步骤，检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；第二步骤，用被使得对应于在第一步骤中所检测的波动信息的滤波系数，对从该图像拾取元件中输出的图像信号进行空间滤波处理，以及提取包含于图像信号中的活体识别对象；第三步骤，从被空间滤波的图像信号中产生注册数据或要与注册数据相对照的 数据。
相应地，通过根据进入图像拾取元件中的光的照明强度的空间滤波处理，该提取方法可以使由于图像拾取环境和图像拾取条件由外部光波动所产生的图像的不均匀性变得不明显。相应地，提取方法可以将包含于图像信号中的活体识别对象在不根据外部光波动大幅度改变的情况下产生作为注册信息或要与注册信息相对照的信息。
根据本发明的实施例，还提供能使计算机执行以下步骤的程序：检测根据图像拾取元件中照明强度而波动的波动信息；用被使得对应于所检测的波动信息的滤波系数，对从该图像拾取元件中输出的图像信号进行空间滤波处理，以及提取包含于图像信号中的活体识别对象；从被空间滤波后的图像信号中产生注册数据或要与注册数据相对照的信息。
相应地，通过根据进入图像拾取元件的光的照明强度的空间滤波处理，该程序能使由于图像拾取环境和图像拾取条件由外部光波动所产生的图像的不均匀性变得不明显。相应地，程序能把包含于图像信号中的活体识别对象在不根据外部光波动大幅度改变的情况下产生作为注册信息或要与注册信息相对照的信息。
根据本发明，包含于图像信号中的活体识别对象能被产生作为注册信息或要与注册信息相对照的信息，不需要根据外部光波动大幅度改变它。相应地，防止了即使拾取了相同的图像拾取对象，包含于图像信号中的活体识别对象不同的情况，能实现能改善认证精确度的注册设备、对照设备、提取方法，和程序。
当结合附图阅读下列具体描述后，本发明的特性、原理和用途将变得更清晰，其中相同部分用相同标记数字或文字指定。
附图说明
在附图中：
图1显示根据本发明的实施例的认证设备的整体配置的示意方框图；
图2A、图2B、图2C、图2D显示由于关于图像拾取对象的照明强度的局部差异而产生的血管数量差异的示意图；
图3显示了指示在第一个实施例中的控制单元的图像处理和对照处理的功能配置的方框图；
图4显示用于解释掩蔽样式(mask pattern)的产生的示意图；
图5显示用于解释判断区域的选择的示意图；
图6显示判断区域的选择示例的示意图；
图7A和图7B显示用于解释切掉注册血管的部分的处理的示意图；
图8A和图8B显示指示在第一个实施例中的认证处理顺序的流程图；
图9显示指示第二个实施例中的控制单元的图像处理和对照处理的功能配置的方框图；
图10显示指示LOG滤波器的配置的示意图；
图11A、11B、11C、11D、11E、11F显示平滑度和血管样式的数量之间的关系；以及
图12A和12B显示指示在第二个实施例中的认证处理的流程图。
具体实施方式
参考附图，下面将描述本发明的实施例。
(1)根据本发明的实施例的认证设备的整体配置
图1显示指示根据本发明的实施例的认证设备1的整体配置的方框图。该认证设备1包括控制单元10，还进一步包括操作单元11、血管图像拾取单元12、闪存13、传输数据到外部设备和从外部设备接收数据的接口(从此标记为外部接口)14，和通知单元15，其通过总线16连接于控制单元10。
控制单元10是计算机，其包括控制整个认证设备1的中央处理单元(CPU)、其中存储各种程序和设定信息的只读存储器(ROM)、和作为CPU的工作存储器的随机访问存储器(RAM)。
根据用户的操作，从操作单元11给出执行命令COM1或执行命令COM2到控制单元10。所述执行命令COM1用于执行注册待注册的用户(下文中，称之为注册者)的血管的模式(下文中，称之为血管注册模式)，所述执行命令COM2用于执行判断相同注册者的存在的模式(下文中，称之为认证模式)。
控制单元10基于执行命令COM1和执行命令COM2判断要被执行的模式，并通过基于对应于模式判断的结果的程序任意地控制血管图像拾取单元12、闪存13、外部接口14，和通知单元15，来执行血管注册模式或认证模式。
(1-1)血管注册模式
具体地，在判断血管注册模式为要被执行的模式的情况下，控制单元10改变操作模式为血管注册模式，并控制血管图像拾取单元12。
在此情况下，血管图像拾取单元12的驱动控制单元12a驱动并控制用于向放置于认证设备1的预定位置的手指照射近红外线的一个或多个红外线光源LS、和图像拾取照相机CM的作为电荷耦合设备(CCD)的图像拾取元件ID。
因此，在血管图像拾取单元12中，照射到手指上的近红外线穿透手指的内部以在其中被反射或散射，穿过光学系统OP和光阑(diaphragm)DH进入图像拾取装置ID，作为投射手指血管的光(下文中，称之为血管投射光)。图像拾取元件ID对血管投射光进行光电变换，并输出光电变换所获得的结果信号到驱动控制单元12a作为图像信号S1。
另一方面，实际上，被照射到手指上的近红外线的部分被手指表面所反射，以进入图像拾取元件ID。相应地，从图像拾取元件ID所输出的图像信号S1的图像不仅包括位于手指内部的血管，还包括手指的轮廓和指纹。
驱动控制单元12a基于图像的像素值调节被置于光学系统OP中的光学透镜的透镜位置，以便使该光学透镜聚焦于位于手指内部的血管上，并调节图像拾取元件ID的曝光时间以便进入图像拾取元件ID的光量成为适量，并提供在调节后从图像拾取元件ID输出的图像信号S2到控制单元10。
控制单元10对图像信号S2进行预定的图像处理，并通过存储图像到闪存13中而注册由图像处理所提取的有血管形成式样(下文中，称之为血管式样)的图像作为标识注册者的信息(下文中，称之为注册者识别数据)D1。
以此方式，控制单元10能执行血管注册模式。
(1-2)认证模式
另一方面，在判断认证模式为要被执行的模式的情况下，控制单元10改变操作模式为认证模式，并类似于上述血管注册模式的情况控制血管图像拾取单元12。
在此情况下，血管图像拾取单元12驱动并控制近红外线源LS和图像拾取元件ID，并基于从图像拾取元件ID输出的图像信号S10调节被置于光学系统OP中的光学透镜的透镜位置和图像拾取装置ID的曝光时间，并提供在调节后从图像拾取元件ID输出的图像信号S20到控制单元10。
控制单元10对图像信号S20进行与在血管注册模式中相同的图像处理， 并读出注册在闪存13中的注册者识别数据。然后，控制单元10将由图像处理所提取的血管式样与注册者识别数据D1的血管式样相对照，并根据符合度判断放置手指到认证设备上的用户是否是注册者(合格用户)
在判断该用户是注册者的情况下，控制单元10产生执行命令COM3，该执行命令COM3用于使未示出的、连接于外部接口14的行为处理设备(performance processing device)进行预定的行为，并且控制单元10通过外部接口14传输执行命令COM3到运行处理设备。
作为连接于外部接口14的行为处理设备的实施例，例如，在使用锁住状态的门的情况下，控制单元10传输执行命令COM3以对门进行解锁行为。另外，作为另一个行为处理设备的实施例，例如，在使用在多个行为模式之中使其部分行为模式受限的计算机的情况下，控制单元10传输执行命令COM3以对计算机受限的行为模式解除限制。
作为实施例，引用了两个示例，但实施例不局限于此，且可以任意选择其他实施例。在该实施例中，行为处理设备被连接于外部接口14。在另一方面，可以在认证设备中加载行为处理设备的软件和硬件配置。
另一方面，在判断该用户不是注册者的情况下，控制单元10在通知单元15的显示单元15a上显示该判断结果，还通过通知单元15的声音输出单元15b输出声音，从而视觉上和听觉上通知该用户不是注册者。
以此方式，控制单元10能执行认证模式。
(2)图像拾取单元的配置和认证精确度之间的关系
在本实施例中的血管图像拾取单元12中，由于小型化、降低部件数量等等的需求，使用了其中省略用于切断外部光诸如可见光到达放置于认证设备1外壳表面上的手指的单元的配置。
在其中省略了用于切断外部光的单元的配置中，根据图像拾取环境和图像拾取条件，因为关于放置于认证设备1的外壳表面上的手指的照明强度可能在某些区域被放大，所以关于图像拾取元件ID的图像拾取表面的光量在很多情况下可能不会大致均匀。
在此情况下，根据图像拾取环境和图像拾取条件，即使拾取相同的图像拾取对象，在注册时刻所拾取的图像和在图像拾取时刻所拾取的图像之间出现差异，且可以设想由于该差异导致改变血管形成式样的情况。
例如，如图2A到图2D中所示，假设，在注册时刻，从在关于图像拾取元件ID的图像拾取表面的光量是充分均匀的状态下所拾取的图像(图2A)中所提取的血管(图2B)被注册，而在认证时刻，在关于图像拾取表面的部分光量与关于其他部分的光量相比被极端放大的状态下，拾取图像。
在此情况下，在认证时刻图像中的相应部分变成空白(图2C)，从图像中提取的血管(图2D)不同于用于注册的血管(图2B)。因此，在此情况下，产生如下结果，其中即使该用户是相同注册者，仍然判断该用户是第三方。在图2A到图2D中，为了方便起见，使在被拾取的图像中的血管(图2A和图2C)和从这些图像中提取的血管(图2B和图2D)完全相同。
以此方法，由于关于图像拾取元件ID的图像拾取表面的光量(下文中，称之为外部光照明强度)的局部差异，错误拒绝率(False Rejection Rate，FRR)和错误接受率(False Acceptance Rate，FAR)不期望地增加，这降低了认证精确度。
(3-A)第一实施例中的控制单元的处理内容
在认证设备1的控制单元10中，使用图像处理和对照处理以减少由于外部光照明强度而出现的噪声分量作为第一实施例中的处理。
(3-A-1)功能配置
图3显示指示第一实施例中的控制单元10的功能配置的方框图，其包括预处理单元21、掩蔽式样产生单元22、亮度检测单元23、平滑单元24、特征提取单元25、注册图像剪切单元26，和对照单元27。
在血管注册模式中，顺序地经过预处理单元21、亮度检测单元23、平滑单元24，和特征提取单元25进行图像处理，作为图像处理结果获得的注册者识别数据D1(图1)被注册在闪存13中(图1)。
另一方面，在认证模式中，在如血管注册模式中的相同图像处理(从预处理单元21到特征提取单元25)后，顺序地经过注册图像剪切单元26和对照单元27，进行对照处理，且作为对照处理的结果判断该用户是注册者(合格用户)还是第三方。
接下来，将说明在认证模式中的控制单元10的各单元。
预处理单元21从驱动控制单元12a接收在驱动控制单元12a中设定的、关于图像拾取元件ID的曝光时间，并判断该曝光时间是否在预定曝光时间范围内。该曝光时间被直接反映在进入图像拾取元件ID的光量上，且在曝光时 间等于或多于预定的门限值的情况下，这意味着在原先未获得图像拾取时刻所需的光。
相应地，在从驱动控制单元12a中所接收的曝光时间值等于或多于预定的门限值的情况下，预处理单元21暂停认证模式并通过通知单元15(图1)发送通知：必须再次进行图像拾取。
另一方面，在曝光时间少于预定的门限值的情况下，预处理单元21对从血管图像拾取单元12所提供的图像信号S20进行模拟/数字(A/D)转换处理和预定的轮廓提取处理诸如索伯尔滤波(Sobel filter)处理，并判断由轮廓提取处理所提取的手指轮廓所包围的区域面积是否小于预定的门限值。
在手指轮廓所包围的区域面积小于预定的门限值的情况下，预处理单元21确定该图像不适于要被对照的对象，且暂停认证模式并通过通知单元15(图1)发送通知：必须再次进行图像拾取。另一方面，在所包围的区域等于或大于预定的门限值的情况下，预处理单元21确定该图像适于要被对照的对象，并分别发送图像数据D21到掩蔽式样产生单元22、亮度检测单元23，和平滑单元24。
掩蔽式样产生单元22从图像数据D21的图像中识别手指轮廓，并产生将对应于手指轮廓的其区域掩蔽的式样图像(下文中，称之为掩蔽式样)，如图4所示，并把如此产生的信号作为掩蔽式样数据D22发送到注册图像剪切单元26。
在另一方面，亮度检测单元23从图像数据D21的图像中识别手指轮廓，并选择手指轮廓内的判断区域AR，如图5所示，并将该判断区域AR中的像素的亮度加起来。然后，亮度检测单元23把如此得到的总亮度值作为数据(下文中，称之为亮度数据)D23发送到平滑单元24。
作为选择判断区域AR的方法，在本实施例的情况下，使用从内部地包围手指轮廓的最小矩形框RF的对角线的交叉点IP起顺序地选择手指轮廓内的相邻像素直到预定数量的方法。
相应地，在由于外部光照明强度的局部差异而提取了图6中所示的手指轮廓的情况下，或在手指直径中产生个别差异的情况下，本实施例中的亮度检测单元23能防止不存在血管的手指部分被反映在亮度数据D23上，这使得可以更如实地找出对应于血管密集地存在的手指部分的照明强度。
在通过使用高斯滤波器处理平滑图像之前，平滑单元24根据亮度数据 D23的总亮度值和与预先设置的门限值相比较的结果，设置平滑滤波器的滤波系数。
具体地，在总亮度值等于或大于门限值的情况下，这表示，在图像数据D21的图像(图像2C)中，对应于血管特征应被提取的部分的外部光照明强度大。相应地，在这种情况下，平滑单元24设置平滑滤波器(高斯滤波器)的滤波系数为被用于对应于高亮度的滤波系数。
另一方面，在外部光照明强度小于门限值的情况下，这表示，对应于血管特征应被提取的部分的外部光照明强度小。相应地，在这种情况下，平滑单元24设置平滑滤波器(高斯滤波器)的滤波系数为被用于对应于低亮度的滤波系数。
在这种状态下，平滑单元24用所设置的滤波系数，对从预处理单元21提供的图像数据D21进行高斯滤波处理，并发送结果图像数据D24到特征提取单元25。
特征提取单元25对从平滑单元24提供的图像数据D24进行二值化处理和骨架化处理(skeletonization processing)以提取血管的特征，并发送结果的血管数据到对照单元27作为指示要被对照的人物的特征的数据(下文中，称之为对照对象人物特征数据)D25。
以此方法，控制单元10排除由于外部光照明强度的局部差异而没有被拾取的图像的部分，而关于已被拾取的图像部分，可以根据该部分的中心区域的亮度转换平滑度。
注册图像剪切单元26从闪存13(图1)读出注册者识别数据D1，并，如图7中所示，从如此读出的注册者识别数据D1的血管中，剪切与从掩蔽式样产生单元22提供的掩蔽式样数据D22的掩蔽式样对应的血管部分。
然后，注册图像剪切单元26把如此剪切的血管部分(图7)的数据作为注册者识别数据D26发送到对照单元27。
结果，注册识别数据D26成为先前注册的注册者识别数据D1的血管的部分的数据(图7)，即，把由于外部光照明强度的局部差异而没有被拾取的图像部分——即从要被对照的对象排除的部分——排除在外的注册者识别数据D1的血管的数据。
对照单元27将注册者识别数据D26的血管与对照对象人物特征数据D25的血管相对照，且，在确定放置手指于认证设备上的用户是注册者(合格用 户)作为对照结果的情况下，向外部接口14(图1)发送执行命令COM3用于使行为未显示的处理设备进行预定的行为。
以此方法，从先前注册的血管中，在从要被对照的对象中排除由于外部光照明强度的局部差异而没有被拾取的图像的部分之后(图7)，控制单元10能进行对照。
(3-A-2)在第一实施例中的控制单元的认证处理
下面，将用图8中所示的流程图解释第一实施例中的控制单元10的认证处理。
当接收到执行命令COM2时，在步骤SP0中，控制单元10开始认证处理序列RT1，然后在后继的步骤SP1中通过驱动控制单元12a控制血管图像拾取单元12。
然后，在步骤SP2中，控制单元10判断关于血管图像拾取单元12中的图像拾取元件ID的曝光时间是否少于预定的门限值，以及在血管图像拾取单元12中作为图像拾取结果所获得的图像信号S20的手指轮廓所包围的区域面积是否等于或大于预定的面积。
在获得了肯定结果的情况下，去往步骤SP3，控制单元10产生图像信号S20的手指轮廓所包围的区域作为掩蔽式样(图4)，且，在后继的步骤SP4中，从图像信号S20的图像选择手指轮廓内的判断区域AR(图5)。
然后，去往步骤SP5，控制单元10检测在判断区域AR中的像素的总亮度值，且，在后继的步骤SP6中，判断总亮度值是否等于或大于门限值。
在总亮度值等于或大于门限值的情况下，在步骤SP7中，控制单元10设置对应于高亮度的值的滤波系数。另一方面，在总亮度值小于门限值的情况下，在步骤SP8中，控制单元10设置对应于低亮度的值的滤波系数。
然后，在步骤SP9，用所设置的滤波系数，控制单元10进行高斯滤波处理，还对图像数据D21进行二值化处理和骨架化处理以提取血管的特征。
然后，在其后的步骤SP10，控制单元10从闪存13(图1)中读出注册识别数据D1，然后，在后继的步骤SP11中，从注册者识别数据D1(图7)的血管中，剪切对应于在步骤SP3中产生的掩蔽式样的血管的部分。
然后，在后继的步骤SP12中，控制单元10将从注册者识别数据D1中被剪切的血管的部分的特征与在步骤SP9中提取的血管的特征相对照，即，对照对应于掩蔽式样的部分的血管的特征，以及，在步骤SP13中，判断作为 对照结果获得的相似度是否等于或大于门限值。
在相似度等于或大于门限值的情况下，在步骤SP14中，控制单元10通过外部接口14(图1)使未显示的行为处理设备执行预定的处理，并去往步骤SP15，结束认证处理序列RT1。
另一方面，在相似度小于门限值的情况下，在步骤SP16中，控制单元10通过通知单元15(图1)发送户不是注册者的通知用，并结束认证处理序列RT1。
另一方面，在步骤SP2中，在关于血管图像拾取单元12中的图像拾取元件ID的曝光时间小于预定的门限值，以及在血管图像拾取单元12中作为图像拾取结果获得的图像信号S20的手指轮廓所包围的区域面积等于或大于预定的面积，这意味着，由于外部光照明强度的局部差异，与原始要被对照的区域相比该要被对照的区域极端缺乏。相应地，在此情况下，不执行在步骤SP3和后继的步骤中的处理，控制单元去往步骤15以结束认证处理序列RT1。
以此方法，根据认证处理序列RT1，控制单元10能实施认证模式。
另一方面，在血管注册模式的情况下，当接收执行命令COM1时，控制单元执行从步骤SP1到SP9的处理，并注册作为处理结果所提取的血管的特征到闪存13(图1)中作为注册者识别数据D1(图1)。
(3-A-3)性能和效果
在上述配置中，认证设备1检测从图像拾取元件ID中输出的图像信号S2或图像信号S20的亮度作为根据图像拾取元件ID中的照明强度而波动的波动信息，并用对应于如此检测的亮度的平滑滤波系数对图像信号S2或图像信号S20进行平滑处理。
通过根据进入图像拾取元件ID的光的照明强度而进行平滑处理，认证设备1能使由于图像拾取环境和图像拾取条件由外部光波动而产生的图像信号S2或图像信号S20中的不均匀性变得不明显。换句话说，在认证设备1中，图像被修正(被平滑)，使得对应于进入图像拾取元件ID的光的照明强度的血管深度(从指垫表面的深度)的表面成为图像拾取表面。
相应地，认证设备1可以产生包含于图像信号S2或图像信号S20的活体识别对象，其为要被识别的活体，作为注册信息或要与注册信息相对照的信息，而不根据外部光波动大幅度改变它。因此，在注册时刻和在认证时刻的外部光波动的差异能被消减。
另外，在检测从图像拾取元件ID输出的图像信号S2或图像信号S20的亮度之前，认证设备1通过驱动控制单元12a调节图像拾取元件ID(自动线控制[ALC])的曝光时间，并且，在如此调节后的曝光时间成为表示外部光照明强度等于或大于预定值的值的情况下，检测图像信号S2或图像信号S20的亮度。
在仅检测从图像拾取元件ID输出的图像信号S2或图像信号S20的亮度的情况下，因为图像信号S2或图像信号S20使它的亮度被自动增益控制(AGC)适当地修正，因此不能看出图像信号S2或图像信号S20的亮度对应于原始外部光，还是图像信号S2或图像信号S20的亮度不对应于原始外部光且被校正，因为假设存在适当光。
另一方面，在本实施例的认证设备1中，因为在图像拾取元件ID的曝光时间成为表示外部光照明强度等于或大于预定值的值的情况下检测图像信号S2或图像信号S20的亮度，所以其亮度成为对应于原始外部光的亮度的图像信号S2或图像信号S20可以被确切平滑。因此，在注册时和在认证时的外部光波动的差异能被消减。另外，在这种情况下，从即使未施加原始外部光的图像拾取元件ID获得的图像信号S2或图像信号S20，即作为欺骗行为获得的图像信号能被排除。
另外，在认证时，认证设备1平滑为包含于从图像拾取元件ID输出的图像信号S20中的活体识别对象的轮廓所包围的区域，并将包含于这样平滑的区域中的活体识别对象的特征和对应于该区域的注册的活体识别对象的特征的部分相对照。
相应地，在认证设备1中，在要与先前注册的活体识别对象相对照的活体识别对象中，由于图像拾取环境和图像拾取条件所导致的外部光波动而未被拾取图像的区域能被排除。因此，在注册时和在认证时的外部光波动的差异能被进一步吸收。
根据上述配置，因为包含于图像信号S2或图像信号S20中的活体识别对象能在不根据外部光波动大幅度改变的情况下被产生作为注册信息或要与注册信息相对照的信息，能防止即使拾取了相同的图像拾取对象，包含于图像信号中的活体识别对象却不同的情况，这可以实现能改善认证精确度的认证设备1。
(3-B)在第二个实施例中的控制单元的处理内容
在认证设备1的控制单元10中，包括检测输入图像数据是否归因于欺骗行为的处理在内的处理被采用作为第二个实施例中的处理。
(3-B-1)功能配置
图9显示了指示第二个实施例中的控制单元10的功能配置的方框图，其包括预处理单元21、掩蔽式样产生单元22、平滑单元54、特征提取单元25、注册图像剪切单元26、和对照单元27，其中相似于图3中所述的那些的部分或组件用相同标记数字来表示。
在第二个实施例中的控制单元10的图像处理中，在第一个实施例中的控制单元10的图像处理中，对应于亮度检测单元23的处理单元被除去，且用平滑单元54代替平滑单元24。
平滑单元54利用作为标准滤波系数的第一滤波系数和相比于标准滤波系数其平滑度大或小的第二滤波系数，对输入图像(图像数据D21)进行所谓LOG滤波器的滤波处理。LOG滤波器能通过下列二维数学公式来表示，描述图10所示的形态。
LoG ( x , y ) = - 1 πσ 4 [ 1 - x 2 + y 2 2 σ 2 ] e - x 2 + y 2 2 σ 2 . . . ( 1 )
如上所述，该平滑能根据平滑度(滤波系数)调节图像拾取表面从指垫表面起在深度方向(内部方向)上的位置。相应地，如图11A到图11F所示，在活体的手指是要被拾取图像的图像拾取对象(图11A)的情况下，用第一滤波系数和第二滤波系数对从图像拾取结果中所提取的血管式样进行平滑，如图11B和图11C所示，被反映在输入图像上的血管式样的量被大幅度改变。
另一方面，在血管式样的照片是该图像拾取对象(图11D)的情况下，用第一滤波系数和第二滤波系数对从图像拾取结果中所提取的血管式样进行平滑，因为照片没有深度方向，如图11E和11F所示，反映在输入图像上的血管式样的量相比于活体的手指是图像拾取对象的情况来说被轻微地改变。另外，所改变的量变成基本恒定，而不管第一滤波系数和第二滤波系数之间的差异的大小如何。
相应地，在用第一滤波系数和第二滤波系数的平滑结果的相似度等于或大于预定的门限值的情况下，确定该输入图像是不变的数据，例如，在被盗取的血管式样的照片被作为图像拾取对象非法输入的情况下，或在被盗取的血管式样被非法输入而没有拾取其图像的情况下，平滑单元54放弃输入图像 并暂停后继的处理(暂停血管注册模式或认证模式)。
另一方面，假设相似度小于预定的门限值，确定输入图像不是非法输入，且平滑单元54发送用作为标准滤波系数的第一滤波系数的滤波器处理结果到特征提取单元25作为图像数据D24。
因此，利用输入图像能被校正使得血管深度(从指垫表面的深度)的表面成为图像拾取表面的平滑特性，通过用预先规定的两个校正值(滤波系数)校正(平滑)输入图像，并参考结果的相似度，平滑单元(54)判断输入图像是否为不变的数据。
关于利用输入图像能被校正以便血管深度(从指垫表面的深度)的表面成为图像拾取表面的平滑特性这点，平滑单元54类似于平滑单元24。
就通过用预先规定的两个校正值(滤波系数)校正(平滑)输入图像，并参考结果的相似度，来判断输入图像是否为不变的数据这点而言，平滑单元54不同于平滑单元24，平滑单元24通过根据输入图像的亮度用校正值(滤波系数)校正(平滑)输入图像，使由于图像拾取环境和图像拾取条件导致的外部光波动所引起的不均匀性变得不明显。
(3-B-2)第二个实施例中的控制单元的认证处理
下面，将用图12中所示的流程图解释第二个实施例中的控制单元10的认证处理，其中类似于图8中所示的那些步骤用相同的步骤数字来表示。
当接收到执行命令COM2时，在步骤SP0，控制单元10开始认证处理序列RT2，并类似于上述认证处理序列RT1的步骤SP1到步骤SP3，在关于血管图像拾取单元12中的图像拾取元件ID的曝光时间小于预定门限值且由血管图像拾取单元12所获得的作为图像拾取结果的图像信号S20的手指轮廓所包围的区域面积等于或大于预定的面积的情况下，控制单元10产生由图像信号S20的手指轮廓所包围的区域作为掩蔽式样(图4)。
然后，在步骤SP14中，控制单元10用作为标准滤波系数得第一滤波系数和相比于标准滤波系数其平滑度大或小的第二滤波系数对输入图像进行滤波处理，且去往步骤SP15，在对照了两个滤波处理结果后，在步骤SP16中判断两个滤波处理结果的相似度是否等于或大于预定的门限值。
在两个滤波处理结果的相似度等于或大于预定的门限值的情况下，如上所述，这意味着输入图像是不变的数据，例如，在所盗取的血管式样的照片被作为图像拾取对象非法输入的情况，或在所盗取的血管式样被非法输入而 没有拾取其图像的情况。相应地，在这种情况下，在步骤SP15中，控制单元10放弃输入图像，并然后终止认证处理序列RT2。
另一方面，在相似度小于预定的门限值的情况下，类似于上述认证处理序列RT1的步骤SP9到步骤SP13，关于先前已注册的血管，在从要被对照的对象中排除了由于外部光照明强度的局部差异而导致未拾取的图像的部分后，控制单元10进行与输入图像的对照。
在作为对照结果获得的相似度等于或大于预定的门限值的情况下，在步骤SP14中，控制单元10通过外部接口14(图1)使未示出的行为处理设备实施预定的处理，并去往SP15，终止认证处理序列RT2。另一方面，在相似度小于预定的门限值的情况下，在步骤SP16中，控制单元10通过通知单元15(图1)发送该用户不是注册者的通知，并去往步骤SP15，终止认证处理序列RT2。
以此方式，根据认证处理序列RT2，控制单元10能实施认证模式。
另一方面，在血管注册模式的情况下，当接收到执行命令COM1时，控制单元10执行从步骤SP1到步骤SP9的相应的处理。
(3-B-3)性能和效果
在上述配置中，认证设备1用作为标准滤波系数的第一滤波系数和相比于标准滤波系数其平滑度大或小的第二滤波系数对输入图像进行滤波处理，并在对照两个滤波处理结果后，在两个滤波处理结果的相似度等于或大于预定的门限值的情况下，放弃输入图像。
相应地，通过使用认证设备1，变得可以检测输入图像是不变的数据，例如，在所盗取的血管式样的照片被作为图像拾取对象非法输入的情况，或在所盗取的血管式样被非法输入而没有拾取其图像的情况，这能防止一定程度的欺骗行为。
在上述配置中，因为检测输入图像是不变的数据成为可能，因此能防止一定程度的欺骗行为，这可以实现能改善认证精确度的认证设备1
(4)其他实施例
在上述实施例中，解释了使用手指作为活体的部分的情况，本发明不局限于此，可以使用手掌、脚趾、手臂、眼睛，等等。
另外，在上述实施例中，作为活体识别对象(活体式样)，使用了血管，但本发明并不局限于此，可以使用指纹、唇纹、神经，等等。在使用神经的 情况下，当关于神经特异的标记被注入身体中时，标记的图像被拾取，神经可被设为类似于上述是实施例的活体识别对象。
另外，在上述实施例中，驱动控制单元12a作为图像拾取照相机CM中的外部光照明强度调节装置，调节在图像拾取元件ID中的光积累时间作为调节参数(所谓ALC(Auto Light Control))，使得对应于要从图像拾取元件ID中输出的图像信号S2或图像信号S20的预定区域的信号级别变为恒定，本发明并不局限于此，且图像信号S1或图像信号S10的亮度级也可以为调节参数(所谓AGC)被调节，以便信号级别变成常量。另外，在安排了光阑(diaphram)的情况下，光阑值可以作为调节参数被调节。此外，近红外线源LS的放射光量可以作为调节参数被调节以便信号级别成为常量。此外，可以调节上述两个或多个调节参数以便信号级别成为常量，且可以使用除上述调节参数以外的调节参数。
另外，在上述实施例中，作为根据图像拾取元件ID中的照明强度波动的波动信息，在通过驱动控制单元12a调节了外部光照明强度后，从图像拾取元件ID输出的图像信号S2或图像信号S20的亮度被检测，本发明并不局限于此，在调节外部光照明强度之前，可以检测从图像拾取元件ID中输出的图像信号S1或图像信号S10的亮度。
作为另一配置，可以检测被调节以便对应于从图像拾取元件ID中输出的图像信号S2或图像信号S20的预定的区域的信号级别成为恒定的调节参数。
以此方式，相比于检测在调节外部光照明强度或调节参数后的图像信号S2或图像信号S20的亮度的情况，可以检测反映在图像拾取时原始外部光照明强度的值。相应地，在平滑单元24中，可以更如实地执行满足外部光照明强度的平滑处理，这能进一步改善认证精确度。
作为计算亮度的方法，解释了使用判断区域AR(图6)中的整体亮度值的情况，本发明并不局限于此，可以使用平均亮度、最大值、最小值，或极值，也可可替换地增加颜色差异。
作为选择判断区域AR的方法，在本实施例的情况中，使用设置内部地包围手指轮廓的最小矩形框RF，并从矩形框RF的对角线的交叉点IP起连续地选择手指轮廓内的相邻像素直到预定的数量的方法，但本发明不局限于此，可使用从手指的宽度方向(水平方向)的成为最小的直接距离的中点和手指的长度方向(垂直方向)的成为最小的直接距离的中点的交叉点起，连续地 选择手指轮廓内的相邻像素直到预定的数量的方法。
关于图像信号S2或图像信号S20，检测判断区域AR(图6)中的亮度，本发明不必要局限于此，可以检测整个图像信号S2或图像信号S20的亮度。
另外，在上述实施例中，作为用使之对应于波动信息的滤波系数对从图像拾取元件中输出的图像信号进行空间滤波处理并提取包含于图像信号中的活体识别对象的滤波装置，使用了进行高斯滤波处理的滤波处理(平滑单元24)，本发明不局限于此，可以使用其他各种滤波处理诸如Savitzky-Golay滤波处理和LOG滤波处理。
在上述实施例中，在平滑单元24中，在亮度大于门限值的情况下，使用对应于高亮度的值的滤波系数，而在亮度等于或小于门限值的情况下，使用对应于低亮度的值的滤波系数，本发明不局限于此，且可以从对应于亮度的多个滤波系数中根据所检测的亮度逐步地设置滤波系数，且可用这样设置的滤波系数进行平滑处理。
作为设置滤波系数的具体方法，使用预先保留亮度和滤波系数之间的对应性作为表格，并基于该表格，设置使之对应于所检测的亮度的滤波系数的方法。另外，作为另一设置方法，例如，使用公式表达亮度和滤波系数之间的对应性关系，并基于该关系表达，设置使之对应于所检测的亮度的滤波系数的方法。该设置方法不局限于这些方法，且可以使用其他各种设置方法。
另外，可以组合平滑单元24的处理内容和平滑单元54的处理内容。具体地，在图8中所示的认证处理序列RT的步骤SP2和SP3之间，增加图12中所示的认证处理序列RT2的步骤SP14和步骤SP16。当使用该方式时，不仅能防止一定程度的欺骗行为，还能在不根据外部光波动而大幅度改变它的情况下产生注册信息或要与注册信息相对照的信息，这相比于未以此方式组合处理内容的情况可以改善认证精确度。
另外，在上述实施例中，对经过了空间滤波处理，即由滤波器装置空间滤波后的图像信号进行二值化处理和骨架化处理，本发明不局限于此，可以省略或置换部分或所有处理，或增加关于处理的新处理，即在由滤波装置所提取的活体识别对象(活体式样)中提取特征点的处理。另外，处理的顺序也可以被任意的改变。
另外，在上述实施例中，使用被提供有图像拾取功能、对照功能，和注册功能的认证设备1，本发明不局限于此，根据本意用途可以使用各种配置， 例如使用单个设备用于相应的功能的配置。
本发明能被用于生物认证。
本领域技术人员应该理解，基于设计要求和其他因素可以在所附的权利要求或其等同范围内进行各种修改、合并、子合并和替换。
本发明包括涉及分别在2006年5月17日和2006年9月21日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-137824和JP2006-256498的主题问题，其全部内容被引用附于此。

Claims (17)

1.一种注册设备，包括：
检测装置，用于检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；
滤波装置，用于用对应于由所述检测装置检测的波动信息的滤波系数对从所述图像拾取元件输出的图像信号进行空间滤波处理，并提取包含于所述图像信号中的活体识别对象；以及
注册装置，用于从被所述滤波装置空间滤波后的图像信号中产生注册数据，并将这样产生的注册数据存储在存储介质中。
2.根据权利要求1所述的注册设备，其中
所述波动信息是从所述图像拾取元件输出的图像信号的亮度。
3.根据权利要求1所述的注册设备，其中
所述波动信息是根据调节处理设置的参数，在所述调节处理下，调节照明强度以便从所述图像拾取元件输出的图像信号的级别成为恒定。
4.根据权利要求1所述的注册设备，其中
所述滤波装置
包括用于提取包含于从所述图像拾取元件输出的图像信号中的活体识别对象的轮廓的轮廓提取装置，以及
对由所提取的轮廓包围的区域进行空间滤波处理。
5.根据权利要求4所述的注册设备，其中
所述注册装置
在所述区域的面积等于或大于预定门限值的情况下，从被所述滤波装置空间滤波后的图像信号产生注册数据，以及
在所述区域的面积小于预定门限值的情况下，放弃被所述滤波装置空间滤波后的图像信号。
6.根据权利要求4所述的注册设备，其中
所述检测装置检测由所述轮廓包围的所述区域的亮度。
7.根据权利要求6所述的注册设备，其中
所述检测装置检测由所述轮廓包围的所述区域的中心部分的亮度。
8.根据权利要求1所述的注册设备，其中
所述检测装置包括
第一检测装置，用于检测根据调节处理而设置的参数，在所述调节处理下，调节所述照明强度以便从所述图像拾取元件输出的图像信号的级别成为恒定，以及
第二检测装置，用于在所述参数的值比表示等于或大于恒定值的照明强度的值大的情况下，检测从所述图像拾取元件输出的图像信号的亮度。
9.一种对照设备，包括：
检测装置，用于检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；
滤波装置，用于用对应于由所述检测装置检测的波动信息的滤波系数对从所述图像拾取元件输出的图像信号进行空间滤波处理，并提取包含于所述图像信号中的活体识别对象；以及
用于将被所述滤波装置空间滤波后的图像信号与注册数据相对照的对照装置。
10.根据权利要求9所述的对照设备，其中
所述波动信息是从所述图像拾取元件输出的图像信号的亮度。
11.根据权利要求9所述的对照设备，其中
所述波动信息是根据调节处理设置的参数，在所述调节处理下，调节照明强度以便从所述图像拾取元件输出的图像信号的级别成为恒定。
12.根据权利要求9所述的对照设备，其中
所述滤波装置
包括用于提取包含于从所述图像拾取元件输出的图像信号中的活体识别对象的轮廓的轮廓提取装置，以及
对由所提取的轮廓包围的区域进行空间滤波处理。
13.根据权利要求12所述的对照设备，其中
所述对照装置
在所述区域的面积等于或大于预定门限值的情况下，将被所述滤波装置空间滤波后的图像信号与注册数据相对照，以及
在所述区域的面积小于预定门限值的情况下，放弃被所述滤波装置空间滤波后的图像信号。
14.根据权利要求12所述的对照设备，其中
所述检测装置检测由所述轮廓包围的所述区域的亮度。
15.根据权利要求14所述的对照设备，其中
所述检测装置检测由所述轮廓包围的所述区域的中心部分的亮度。
16.根据权利要求9所述的对照设备，其中
所述检测装置包括
第一检测装置，用于检测根据调节处理而设置的参数，在所述调节处理下，调节所述照明强度以便从所述图像拾取元件输出的图像信号的级别成为恒定，以及
第二检测装置，用于在所述参数的值比表示等于或大于恒定值的照明强度的值大的情况下，检测从所述图像拾取元件输出的图像信号的亮度。
17.一种提取方法，包括：
第一步骤，检测根据图像拾取元件中的照明强度而波动的波动信息；
第二步骤，用对应于在所述第一步骤中检测的波动信息的滤波系数对从所述图像拾取元件输出的图像信号进行空间滤波处理，并提取包含于所述图像信号中的活体识别对象；以及
第三步骤，从被空间滤波后的图像信号中产生注册数据或要与所述注册数据相对照的数据。
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