CN101127080A - 认证设备、认证方法和程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种认证设备、认证方法和程序。该认证设备包括：图像处理部件，用于对从摄像部件以预定间隔顺序提供的生物特征图像数据进行预定的图像处理，该预定的图像处理至少包括二值化处理；检测部件，用于检测时间轴上图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化和时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化；以及选择部件，用于当图像的相关值和二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，选择该状况持续之后输入的二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

Description

认证设备、认证方法和程序

技术领域

本发明涉及一种认证设备、认证方法及其程序，并优选地应用于例如生物认证系统。

背景技术

近年来，生物认证通常基于血管而进行。认证设备从人的手指提取血管的图像，然后将所提取的血管的图像与登记的模板进行比较。如果其匹配结果或者相关值大于或等于预定阈值，则认证设备判断为此人合法。

如果手指在认证设备正拍摄用于验证的血管的运动图像时移动或抖动，则所获取的图像呈现持续变化的血管图案。在这种情况下，认证设备对所获取的图像进行校正处理(例如参见日本特开2006-099718号公报)。

发明内容

然而，与例如仅使用一张指纹图片的系统相比，拍摄用于验证的血管的运动图像增加了输入到认证设备中的图像的数量。如果身份窃贼(identity thief)输入了与所登记的运动图像大致对应的随机数据，则他/她可能被识别为合法者。

本发明是考虑到以上的情况而做出的，旨在提供一种能够防止身份盗窃的认证设备、认证方法及其程序。

在本发明的一个方面，一种认证设备包括：图像处理部件，用于对从摄像部件以预定间隔顺序提供的生物特征图像数据进行预定的图像处理，所述预定的图像处理至少包括二值化处理；检测部件，用于检测时间轴上所述图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化和时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化；以及选择部件，用于当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定时间段时，选择所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

在本发明的另一个方面，一种认证方法包括：第一步骤，用于检测时间轴上生物特征图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化，所述图像数据是从摄像部件以预定间隔顺序提供的；第二步骤，用于检测时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化，所述二值化图像数据是通过对所述图像数据进行至少包括二值化处理的预定的图像处理而获得的；以及第三步骤，用于当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，选择所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

在本发明的另一个方面，一种程序，用于使控制摄像部件和图像处理部件的控制部执行：第一处理，用于检测时间轴上生物特征图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化，所述图像数据是从所述摄像部件以预定间隔顺序提供的；第二处理，用于检测时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化，所述二值化图像数据是通过所述图像处理部件对所述图像数据进行至少包括二值化处理的预定的图像处理而获得的；以及第三处理，用于当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，选择在所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

因此，如果身份窃贼或有人输入了图案与登记数据的图案类似的随机数据等不适当的数据，或如果发射到生物特征上的光强度不稳定，那么原始图像以及二值化图像的相关值之一或两者超过阈值。这防止了认证设备将这些不适当数据与登记数据进行比较。另外，通过消除随机噪声的影响而保持认证的精度。

这样，可以避免认证设备将那些不适当的数据与登记数据进行比较。另外，通过消除随机噪声的影响而保持认证的精度。因此，该认证设备、认证方法及其程序能够防止身份盗窃。

当结合附图进行阅读时，根据以下详细的说明，本发明的特性、原理和实用性将更加显而易见，附图中相同的附图标记指代相同的部分。

附图说明

在附图中：

图1是示出根据本发明的实施例的认证设备的整体结构的框图；

图2是示出认证处理的功能结构的框图；

图3是示出检测相关值的时间变化的方法的示意图；

图4是示出认证通过区域(authentication OK area)的示意图；以及

图5是示出认证处理过程的流程图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施例。

(1)认证设备的整体结构

图1示出了根据本发明的实施例的认证设备1的整体结构。该认证设备1包括控制部10，操作部11、血管摄像部12、闪存13、用于与外部装置交换数据的接口(也称作“外部接口”)14和通知部15通过总线16连接到控制部10。

控制部10是包括对认证设备1进行整体控制的中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)、存储各种程序以及设置信息的只读存储器(Read Only Memory，ROM)和用作CPU的工作存储器的随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)的微型计算机。

当用户操作操作部11时，操作部11可以向控制部10提供执行命令COM1或COM2：执行命令COM1命令控制部10在将用户(或登记者)的血管图像存储在系统中的血管登记模式下运行，而执行命令COM2命令控制部10在验证登记者身份的认证模式下运行。

控制部10基于所提供的执行命令COM1或COM2，选择其中一种模式，然后执行适当的程序。该程序帮助控制部10控制血管摄像部12、闪存13、外部接口14以及通知部15，从而在血管登记模式或认证模式下运行。

(1-1)血管登记模式

在选择了血管登记模式后，控制部10在血管登记模式下运行，然后控制血管摄像部12。

血管摄像部12的驱动控制部12a控制以下元件：向认证设备1的预定位置发射近红外光的一个或多个近红外光光源LS；以及电荷耦合装置(Charge Coupled Device，CCD)等的摄像机CM的摄像元件ID。

当用户的手指置于该预定位置时，从近红外光光源LS发射的近红外光进入手指。因此，近红外光在手指内反射及散射后，其表示手指的血管图像，并作为血管表现光束(blood vesselrepresentation beam)通过光学组件系统OP到达摄像元件ID。摄像元件ID将血管表现光以预定的间隔光电转换成图像信号，然后将该图像信号提供给驱动控制部12a。

实际上，部分近红外光在手指的表面反射并被摄像元件ID接收。因此，从摄像元件ID输出的图像或图像信号不仅可以表示手指内的血管，而且还可以表示手指轮廓、指纹等。

驱动控制部12a基于该图像的像素值，调整光学组件系统OP的光学透镜的位置，以聚焦在手指内的血管上。另外，驱动控制部12a调整摄像元件ID的曝光时间，以使摄像元件ID接收适量的光。在这些调整后，驱动控制部12a将来自摄像元件ID的图像数据D2i(i＝1，2，...，N(N：整数))提供给控制部10。

控制部10对该图像数据D2i顺序地进行轮廓提取处理、平滑处理、二值化处理以及细线化处理，然后将所产生的血管图像中的一个或多个作为登记数据D_RE存储在闪存13中。

这样，控制部10在血管登记模式下运行。

(1-2)认证模式

在选择了认证模式后，控制部10在认证模式下运行，然后以与上述血管登记模式类似的方式控制血管摄像部12。

在这种情况下，血管摄像部12控制近红外光光源LS和摄像元件ID。血管摄像部12根据来自摄像元件ID的图像信号，调整光学组件系统OP的光学透镜的位置和摄像元件ID的曝光时间。在这些调整后，血管摄像部12将来自摄像元件ID的图像数据D20j(j＝1，2，...，n(n：整数))提供给控制部10。

控制部10使用图像数据D20j和存储在闪存13中的登记数据D_RE进行预定的认证处理，以检查正将他/她的手指放在设备上的当前用户是否合法。

当验证了当前用户为合法登记者时，控制部10生成预定的执行命令COM3，然后将该命令COM3通过外部接口14提供给特定的操作设备(未示出)，然后该操作设备进行预定处理。

例如，通过外部接口14连接的操作设备可以是门锁装置：来自控制部10的执行命令COM3命令操作设备给门开锁。作为选择，操作设备可以是在多种操作模式下运行的计算机，操作模式中的一种或一些受到限制：来自控制部10的执行命令COM3命令操作设备解除该限制。

可以以不同的方式设计操作设备。可以将该操作设备中的软件和硬件组件结合在认证设备1中，而不通过外部接口14连接。

然而当验证了当前用户不是合法登记者时，控制部10在通知部15的显示部15a上显示该内容的信息，并且通过该通知部15的声音输出部15b输出声音。这样，认证设备1从视觉和听觉上通知当前用户不合法。

这样，控制部10在认证模式下运行。

(2)认证处理的详细说明

接下来将详细说明在认证模式下由控制部10执行的认证处理。如图2所示，认证处理的功能组件包括运动检测部21、血管提取部22以及比较部23。以下说明运动检测部21、血管提取部22以及比较部23。

(2-1)运动检测

运动检测部21接收从摄像元件ID(图1)以预定间隔顺序提供的图像数据D20j或多个图像。对于那些图像数据D20j的图像，运动检测部21计算当前图像与前一图像之间的相关值，然后检查计算出的相关值是否大于或等于预定的第一阈值。

当计算出的相关值大于或等于第一阈值时，意味着在认证设备1上的手指基本上处于静止状态。在这种情况下，运动检测部21继续处理。

另一方面，当计算出的相关值小于第一阈值时，意味着在认证设备1上的手指正在移动。在这种情况下，如果计算出的相关值小于第一阈值的状况未持续超过预定的时间段，则运动检测部21删除图像数据D20j中的当前图像。之后，运动检测部21继续处理。

以这种方式，运动检测部21从图像数据D20j的图像中选择表示手指处于静止状态的图像数据D21k(k＝1，2，...，m(m：整数))的图像，然后将其提供给后续的部。

(2-2)血管提取处理

血管提取部22通过进行以下处理：索贝尔滤波(Sobel filtering)等预定的轮廓提取处理、高斯(Gaussian)滤波等预定的平滑处理、二值化处理以及细线化处理(类似地，上述血管登记模式也进行这些处理)，从而处理从运动检测部21提供的图像数据D21k。血管提取部22然后将所产生的二值化图像数据D22k提供给比较部23。

(2-3)比较处理

比较部23检查从运动检测部21提供的图像数据D21k的相关值和从血管提取部22提供的二值化图像数据D22k的相关值：因为图像数据D21k和D22k是图像的流，所以当前图像与前一图像之间的相关值随着时间推移而变化。如果这些相关值的波动已基本稳定超过了预定时间，则比较部23开始比较处理以将其与登记数据D_RE(图1)进行比较。

实际上，如图3所示，比较部23例如顺序地检测多值图像IMA₂与前一多值图像IMA₁之间的相关值CA₁、多值图像IMA₃与前一多值图像IMA₂之间的相关值CA₂等等(这些相关值也称作“多值图像相关值”)。比较部23然后将当前的多值图像相关值与前一多值图像相关值进行比较。

类似地，比较部23顺序地检测二值化图像IMB₂与前一二值化图像IMB₁之间的相关值CB₁、二值化图像IMB₃与前一二值化图像IMB₂之间的相关值CB₂等等(这些相关值也称作“二值化图像相关值”)。比较部23然后将当前的二值化图像相关值与前一二值化图像相关值进行比较。

比较部23顺序地检查当前的多值图像相关值与前一多值图像相关值的比较结果是否小于第一阈值，并且还检查当前的二值化图像相关值与前一二值化图像相关值的比较结果是否小于第二阈值。

如果两个结果之一或两者都大于或等于阈值，则意味着身份窃贼或有人输入了图案与登记数据D_RE(图1)的血管图案类似的随机图案数据或低自相关数据，或者由于发射到手指上的光不稳定而导致输入数据不宜与登记数据D_RE(图1)进行比较。在这种情况下，比较部23继续进行该比较处理，而不进行与登记数据D_RE(图1)的比较。

另一方面，如果两个结果都小于阈值，则比较部23开始对两个结果都小于阈值的时间段进行计数。

当两个结果(当前多值图像相关值与前一多值图像相关值的比较结果以及当前二值化图像相关值与前一二值化图像相关值的比较结果)之一或两者都变得大于或等于阈值时，比较部23停止对该时间段的计数。之后，当两个结果都再次变得小于阈值时，比较部23重新开始对该时间段的计数。

当所计数的时间段超过预定时间段时，比较部23开始将当前检测出的二值化图像与登记数据D_RE(图1)进行比较。如果二值化图像的血管图案与登记数据D_RE的血管图案的匹配达到一定程度，则比较部23将执行命令COM3提供给操作设备(未图示)，然后该操作设备进行预定处理。

以这种方式，控制部10基于时间轴上相邻图像(例如多值图像(或者图像数据D21k)以及二值化图像(或者二值化图像数据D22k)等)的相关值的时间变化的检测结果，不允许将不适当的数据(例如如图4中的阴影线所示，与多值图像高度相关但却与二值化图像不相关的数据，或与二值化图像高度相关但却与多值图像不相关的数据等)与登记数据D_RE进行比较。

因此，控制部10确保了比不滤去不适当数据的认证通过区域AR1更严格的认证通过区域AR2，从而可以防止身份盗窃。

(3)认证处理

图5是示出上述认证处理的流程图。当从操作部11(图1)提供认证模式的执行命令COM2时，控制部10从步骤SP0开始该认证处理的过程RT。然后，控制部10在步骤SP1，开始控制血管摄像部12，然后在从血管摄像部12的摄像元件ID(图1)顺序提供的图像数据D20j(图2)的图像中，删除手指正在移动的图像。

在删除这些图像后，控制部10在步骤SP2，对图像数据D21k(图2)进行预定的图像处理，以生成二值化图像数据D22k。

在步骤SP3，控制部10对于图像数据D21k，开始检测时间轴上相邻多值图像的多值图像相关值的时间变化，同样对于二值化图像数据D22k(图2)，开始检测时间轴上相邻二值化图像的二值化图像相关值的时间变化。

在步骤SP4，控制部10检查多值图像相关值和二值化图像相关值都小于阈值的时间段是否超过预定时间段。如果该时间段超过了预定时间段，则控制部10进入步骤SP5。在步骤SP5，控制部10从二值化图像数据D22k的图像中选择当前二值化图像或下一二值化图像，并将其与登记数据D_RE(图1)进行比较，然后进入步骤SP6以结束过程RT。

以这种方式，控制部10基于过程RT来进行认证处理。

(4)操作及效果

具有以上结构的认证设备1拍摄手指血管的图像作为图像数据D21k(图2)并检查时间轴上相邻图像的多值图像相关值的时间变化。另外，认证设备1对图像数据D21k进行轮廓提取处理、平滑处理、二值化处理以及细线化处理等预定的图像处理，以生成二值化图像数据D22k(图2)，并检查时间轴上相邻二值化图像的二值化图像相关值的时间变化(图3)。

当多值图像相关值和二值化图像相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，认证设备1则从二值化图像数据的图像中选择当前二值化图像数据或下一二值化图像数据，以与登记数据D_RE(图1)进行比较。

如果身份窃贼或有人输入了图案与登记数据的图案类似的随机数据等不适当的数据，或如果发射到生物特征(或手指)上的光强度不稳定，则多值图像相关值以及二值化图像相关值之一或者两者都超过了阈值(如图4所示)。这防止了认证设备1将那些不适当的数据与登记数据进行比较。另外，通过消除随机噪声的影响而保持认证的精度。

在该实施例中，在检测多值图像相关值之前，认证设备1从摄像元件ID(图1)以预定间隔顺序提供的图像数据D20j(图2)的图像中，删除与前一图像的相关值大于或等于第三阈值的图像。

因此，如果手指正在移动，或者如果身份窃贼或有人输入了图案与登记数据的图案类似的不适当随机数据，则当前图像与前一图像之间的相关值变得大于或等于阈值，因此认证设备1删除该图像。这样，认证设备1既能够检测手指基本上处于静止状态的图像，也能够检测身份窃贼或有人不适当地输入的数据(尽管与考虑二值化图像相关值的情况相比，由该设备检测出的不适当数据图案的数量可能减少)。通过消除随机噪声的影响而保持认证的精度。

(5)其它实施例

在上述实施例中，使用血管作为用于认证的生物特征。然而，本发明不限于此。作为选择，可应用指纹或口纹(mouth pattern)。在上述实施例中，使用手指作为生物特征。然而，本发明不限于此。作为选择，可应用手掌、脚趾、四肢、眼睛等。

而且，在上述实施例中，控制部10执行存储在ROM中的程序以进行运动检测处理、血管提取处理以及比较处理。然而，本发明不限于此。代替软件，控制部10可以配备专用硬件来进行这些处理。

而且，在上述实施例中，摄像功能、比较功能以及登记功能全部包含在认证设备1中。然而，本发明不限于此。这些功能可分别包含在不同装置中。

根据本发明的实施例的方法可应用于图像处理领域，尤其可应用于生物认证领域。

本领域的技术人员应当理解：根据设计需求和其它因素可以做出各种修改、组合、子组合和变形，只要它们在所附权利要求或其等效物的范围内即可。

本发明包含涉及2006年8月14日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-221120的主题，其全部内容通过引用包含于此。

Claims (5)

1.一种认证设备，包括：

图像处理部件，用于对从摄像部件以预定间隔顺序提供的生物特征图像数据进行预定的图像处理，所述预定的图像处理至少包括二值化处理；

检测部件，用于检测时间轴上所述图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化和时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化，所述二值化图像数据是由所述图像处理部件生成的；以及

选择部件，用于当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定时间段时，选择所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

2.根据权利要求1所述的认证设备，其特征在于，还包括：

删除部件，用于当从所述摄像部件以预定间隔顺序提供的所述图像数据的当前图像与前一图像之间的相关值变得大于或等于第三阈值时，删除所述当前图像的图像数据，其中

所述图像处理部件对未被所述删除部件删除的剩余图像数据进行预定的图像处理。

3.一种认证方法，包括：

第一步骤，用于检测时间轴上生物特征图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化，所述图像数据是从摄像部件以预定间隔顺序提供的；

第二步骤，用于检测时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化，所述二值化图像数据是通过对所述图像数据进行至少包括二值化处理的预定的图像处理而获得的；以及

第三步骤，用于当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，选择所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

4.一种程序，用于使控制摄像部件和图像处理部件的控制部执行：

第一处理，用于检测时间轴上生物特征图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化，所述图像数据是从所述摄像部件以预定间隔顺序提供的；

第二处理，用于检测时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化，所述二值化图像数据是通过所述图像处理部件对所述图像数据进行至少包括二值化处理的预定的图像处理而获得的；以及

第三处理，用于当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，选择在所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

5.一种认证设备，包括：

图像处理部，其对从摄像部以预定间隔顺序提供的生物特征图像数据进行预定的图像处理，所述预定的图像处理至少包括二值化处理；

检测部，其检测时间轴上所述图像数据的相邻图像之间的相关值的时间变化和时间轴上二值化图像数据的相邻二值化图像之间的相关值的时间变化，所述二值化图像数据是由所述图像处理部生成的；以及

选择部，其当所述图像的相关值和所述二值化图像的相关值分别小于第一阈值和第二阈值的状况持续超过预定的时间段时，选择所述状况持续之后输入的所述二值化图像数据之一以与登记数据进行比较。

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