CN1770173A - 手指认证装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种手指认证装置，利用了一种图像摄取方式，即，在利用透过光来执行的手指静脉图案的拍摄中，即便外部环境不同，也不会对其施加影响，通常能够得到最佳的静脉图案的质量。本发明提供的个人认证装置的特征在于，包括：光源，用于照射透过手指的光；图像摄取部，对透过了上述手指的光进行拍摄；手指检测单元，检测上述手指存在于规定位置这件事；手指区域提取单元，从上述图像摄取部所拍摄的图像中提取出上述手指所占据的区域；以及增益变化单元，根据上述提取出的区域内部特定部位的画质，来改变上述图像摄取部中的图像摄取元件的放大率。

Description

手指认证装置

技术领域

本发明涉及使用了生物体的个人认证装置，特别是，涉及基于手指静脉图案的生物体个人认证装置。

背景技术

由于不需要携带钥匙因此提高了便利性，作为因遗失和失盗而引起的不正当使用的危险较小的保密方式，以指纹和虹膜、静脉图案等这类个人身体的一部分作为钥匙使用的生物体认证倍受瞩目。其中，使用静脉图案的认证方法不象使用指纹的认证方法那样会使人联想到犯罪搜查，也不会象使用虹膜的认证方法那样会使光直接照射到眼球，因此，心理的抗拒感少，另外，由于不是足够容易观测到的生物体表面而是内部的特征，因此，具有无残留性，伪造困难的优点。

通过利用近红外的光源照射对象部位，并利用在近红外处对其有感光度的照相机或者是图像传感器等摄像系统进行拍摄就可以得到这种生物体内部的静脉图案(例如，参见专利文献1)。由于血液中的血红蛋白良好地吸收了近红外光，因此，在血管部分光被吸收，与周围组织相比照得较暗。这种由于明暗差所产生的图样就成为静脉图案。

(专利文献1)特开2004-265269号公报

发明内容

(发明所要解决的课题)

这种利用光来拍摄静脉图案的拍摄方式中，来自摄影用的近红外光源以外的光、即外光的存在，对所拍摄的静脉图案图像的质量施加了很大的影响。为此，到此之前使用光的生物体认证方式几乎都设置了对在外光下使用条件的制约。例如，在晴朗的室外使用的情况下，在自然存在的太阳光中也包含了近红外波长的光，同时，其强度远高于静脉图案摄影用光源的输出。因此，能够被调整为将微小的光的明暗差最合适地拍摄为图样的照相机在太阳光照射到认证装置的情况下，由于强烈的光使多数像素的亮度为最大值而处于饱和状态，即得到了白底黑纹的图像。在这种白底黑纹的图像中，由于亮度都为最大值，因此，显现不出血管部分的明暗差，不能得到正确的静脉图案。

在上述专利文献1所记载的发明中，作为能够鲜明地拍摄静脉图案的一种方法，公开了根据各种手指的状态来调节拍摄用光源的明亮度的方法。但是，由于前提是在屋内使用，因此，也限制了外光变化的假定范围，因此，在上述这种强外光下，即便将光源的强度设为最小，大多也不能消除白底黑纹。在上述这种情况下，尽管照射到手指上的光对拍摄静脉图案来说光量充分，但由于不能适当地有效利用它，因此，对摄像用的专用光源提供了不必要的能量。

作为上述课题的解决对策所考虑到的方法是通过并用拍摄用照相机的曝光或光圈这类感光度的调节来解除白底黑纹。在一般的照片拍摄中，为了得到所希望质量的图像，或根据拍摄体或周围环境条件来调节照相机的曝光或光圈等感光度，或使光等照明的亮度适当地变化。基本而言，也可以自动地执行上述操作。在照相机中，标准情况下，大多具有称为自动增益控制(AGC：Auto Gain Control)的结构。AGC是用以将CCD(Charge-Coupled Devices)等照相机图像摄取元件的输出放大到规定电压范围的功能。具体而言，自动调整放大器的放大倍数，在图像摄取元件的输出整体较低时，提高放大率，相反，在较高时降低放大率，从而据此能够得到与拍摄对象的亮度相对应的最佳画质。

但是，仅将上述AGC单独应用于静脉拍摄用照相机，并不能得到鲜明的静脉图案。为了通过透过适当量的光而在一开始就能得到静脉图案，如果在经常查明充分提供了静脉图案拍摄用的光之后依然不能执行适当的调节，则不可能执行适当的拍摄。反之，在不执行光量调节而使其固定的情况下，由于即便有强外光也会与此无关连地从光源不断追加光，因此，使得拍摄区域的白底黑纹进一步恶化，使其从利用感光度调节所能够消除的范围溢出。为了执行拍摄，根据状况分别适当地控制照明专用光源的光量调节和照相机的感光度调节，为了使想拍摄的生物体部位通常为恒定的画质而必须执行调整。这样，若不执行这种联动，则要分别调整为适当的画质，从而互相干涉，结果不能得到最终合适的画质。在一般的AGC中，由于将拍摄图像作为整体执行了最合适的画质调整，因此，摄影图像中的手指部分未必是最合适的画质。例如，在由于外光照射的影响而能够在手指内侧和背景部分中明亮度相差很大的情况下，或者，在仅受到摄像用光源的光直射的手指的一部分为局部明亮的情况下，由于强烈影响其明亮度，增益被设定为过分低，因此，本应当得到最合适画质的手指部分会被以暗状态反映出。我们也考虑了限定判断是否是最合适画质的图像范围的方法，但是，在认证时，手指时而放置，时而离开，同时，由于在静止放置的情况下，通常并不限定放置在特定的相同位置，因此，所拍摄到的图像的明暗度也会根据上述手指的各种状态而千差万别。

在光量调节和AGC等感光度调节不是非同步操作的状态下，即便在为了得到静脉图案而使具有足够强度的外光照射手指的情况下，也不能充分有效利用它。例如，在摄影用光源的光量高时，在AGC工作以调整为最佳画质的情况下，有若提高原本具有的增益则会降低光量的可能性。这是无用的能耗，特别在利用电池等来提供能量的情况下，从缩短电池持续时间方面来看、从地球环境保护安全来看，都存在问题。

本发明的目的在于提供一种拍摄方法，即便从通常的室内环境移至存在明显强烈的外光的室外环境，存在外部环境的不同，也不会受其影响，得到通常最合适的静脉图案的质量。将外光作为静脉图案拍摄用的一种光源而积极地进行有效利用，从而提高了节能性能。

(用于解决问题的方法)

为了实现上述目的，以下简要描述本申请中所公开的发明的代表例。

本发明提供了一种个人认证装置，它具有：光源，用于照射通过手指的光；图像摄取部，用于拍摄透过上述手指的光；手指检测单元，用于检测上述手指存在于规定位置；手指区域提取单元，用于从利用上述图像摄取部所拍摄到的图像中提取出上述手指所占据的区域；以及，增益改变单元，根据上述提取出的区域内部中的特定部位的画质，来改变上述图像摄取部的图像摄取单元的放大率。

更详细地说，公开了设置了以下单元的一种结构：根据上述光源的输出状态来选择上述增益变化单元中的特定部位的单元，以及，与上述光源的光量变化相组合来改变上述增益变化单元中的放大率的单元。

发明效果

根据本发明，由于不管认证装置周围的外光，通过根据状况来适当组合摄像用光源的光量控制和图像摄取部的感光度控制，都可将拍摄图像中的手指部分调整为最佳画质，因此，所拍摄的静脉图案鲜明，另外，还能够提高认证精度。由于将外光用作一种摄像用光源，因此，能够降低认证中所花费的能耗。

附图说明

图1是实现本发明的装置方式的一个例子。

图2是实现本发明的装置系统结构的一个例子。

图3是实现本发明的软件流程的一个例子。

图4是表示用于执行手指画质判断的最佳部位的一个例子。

图5是抑制装置内部的反射的构造体的一个例子。

图6是一个流程图的例子，该流程图进一步详细表示了图3的部分流程图。

图7是一条曲线，它表示相对于太阳光的各波长的能量强度。

图8是一个滤波器的例子，该滤波器用于抑制来自斜方向的外光侵入。

图9是将本发明的认证装置安装在汽车仪表盘上的一个例子。

图10是将本发明的认证装置安装在汽车门拉手上的一个例子。

具体实施方式

以下，将详细说明本发明的1个实施例。

图1是用于实现本发明的认证装置100的概要图。在本体中，上面有引导沟108，它以直觉上容易理解的方式来提示放置手指102的位置，在其左右配置有光源部104。该引导沟还具有用作埋没手指下半部分的、程度低的遮光壁的作用，就从低位置穿透手指的外光而言，能够在物理上遮蔽它。想拍摄的静脉图像存在于手指的下半面，在从左右光源照射来的光在手指内部发生散射并从手指下面射出时，由于因有无静脉而造成光吸收量的不同，因此形成了由于明暗差而产生的图样。此时，在强烈的外光直接向着手指下半面入射的情况下，透过了手指的来自光源的光由于该外光而被抵消，使静脉图案不鲜明。遮光壁用于抑制该不必要的外光的入射。与此同时，由于上方完全开放，因此，手指容易处于规定位置，且可以积极地将外光导向手指的上半面。这是因为向手指上半面入射的光全部可用作用于拍摄手指下半面的静脉图案的光源。如此，由于设置为能够不将认证装置原封不动地暴露于外光中、能够将有效的光引导为容易利用的形态、并遮蔽不需要的光的装置结构，因此还具有了积极利用外光提高了节能性的特征。

光源114处于装置内部，它上面被盖住，通过光源开口部106朝着放置于引导沟108上的手指进行照射。光源部上面的盖还起到了以下作用：使扩散到所期望的照射方向外的光反射到认证手指之外的手指或手掌，从而抑制其作为外乱光而对拍摄施加影响。在与引导沟108相吻合地放置了手指后，碰到指尖的部分上有按钮118，用户为了主动进行指示认证自身、或者用于与认证一起执行任何一种控制的定时而能够使用。该开关是触摸传感器等，可以对手指放置于引导部上这一情况进行检测，之后对开始认证过程中的规定处理进行控制，反之，若采用通过对曾经检测过的手指在规定的时间内多次执行认证处理来抑制本人拒绝的方式，则不设置开关也没有关系。在手指第1、2关节前后部分上放置拍摄开口部110，从而能够从位于下方的照相机(摄影部)112来拍摄手指。一般来说，由于指肚侧的静脉图案大多其指尖侧较细、不鲜明，因此，使用上述部位执行认证容易得到稳定的认证结果。在照相机(摄影部)112上，安装了仅能通过近红外区域波长的带通滤波器，从而抑制可见光区域的光对图像摄取装置的影响，从而鲜明地拍摄静脉图案。光源114的波长由于是人工制作的，因此能够选择为仅仅包含静脉拍摄所必需的分量。另一方面，在将外光作为光源来执行认证的情况下，利用带通滤波器从具有宽波段的外光中选择性地引导仅对静脉拍摄有效的波段的光，从而能能够逼近114的波长特性。由此，能够缩小与使用114时的照明条件的差别，从而通常容易维持规定变化范围内的稳定画质。为了防止光源114的光漏到照相机112，设置了遮光间隔壁116。摄影开口部110与光源开口部106一起为透明玻璃或丙烯基板所覆盖，从而防止了透过了手指的来自光源的光通过，同时，还防止了异物进入认证装置内部。通过使用仅通过近红外波段光的光学滤波板来代替上述玻璃或丙烯基板，也能够将装置保护和去除可视光这2种功能集成在一块板上。另外，在光源开口部或摄影开口部中还包含框体，也可以与光学滤波器元件一体构成。

以接近照相机112的形式设置光二极管/光三极管等在近红外区域具有高感光度的光传感器120，测量穿透照相机的物理光强度。如后所述，基于该光传感器中的测量结果来调整感光度，以使照相机即便在外光强度变化时通常也能够维持规定范围的画质。辅助光源122用于以非接触方式检测手指的靠近，并被配置为向着开口部110照射光。

图2是实现本发明的系统结构的简要框图的一个例子。在来自光源114的光照射到的位置上插入手指102，利用照相机112获取静脉图案的图像信号。照相机112的图像信号通过图案输入器220而被转换为数字数据，经由计算机202的输入输出接口204而存储到存储器208内。开关118也同样经由输入输出接口而被连接，以便向CPU通知接通/关闭的状态。CPU 206一边控制光传感器120、辅助光源122等，一边定期处理来自照相机的图像以检测手指。检测后，决定照相机112的感光度或光源114的最佳光量，并执行光量控制部216或感光度控制部218的控制，以使手指部分的画质为最佳。之后，在得到最佳画质的时刻，提取静脉图案并执行认证处理。基于程序的处理结果执行将该结果显示于显示器210内，或者是，对控制对象214发送适当的信号以开闭门，或者解除固定以启动引擎等各种控制。通过利用本人认证而在一开始使面向收费道路的ETC(自动费用收取系统)等的车载信用卡的功能有效，从而在车辆遭受到偷盗的情况下，也能够防止由于非法购买等所造成的二次被害的用法。除此之外，也可以根据摄像部所拍摄的静脉的摄影图案与注册图案的对照结果来执行各种处理。键盘212例如能够用于输入与认证有关的辅助信息等。通过请求输入密码号等能够进一步提高安全水平。另外，若将密码号与认证用的注册图像相关联，则由于能够减少认证用的注册图像的张数而能实现处理速度的提高。除此之外，当然也可以根据需要经由卡读写器220连接IC卡222等外部信息设备，在耐篡改等安全性优良的卡内存储并利用注册图案来实现。特别是，在IC卡的情况下，有可能在卡内执行上述认证处理的一部分或者是全部，因此，没有将注册图案输出到卡外部，所以，即便从保护个人信息的观点来看，也可以进一步提高安全性。

图3表示了上述硬件、特别是利用CPU 206所执行的软件的一个例子。在处理300中，将初始值代入硬件整体的初始化或者在执行程序时所必需的临时变量中。在完成了向初始状态的转移后，以来自照相机112的输入图像为基础检测是否插入了手指(302)。

这里，由于不使用按钮开关等接触传感器而以图像为基础执行检测，因此，在装置中，在手指还没有到达规定位置的阶段就能够早早进行检测。由此，提早了照相机的感光度或光量控制的开始时段，在手指到达了规定位置时，能够以设置了最佳参数的状态平滑地移动到特征提取处理，从而能够缩短用户感受到的认证应答时间。当然，也可以是通过接触按钮开关118而开始认证的结构。

在基于照相机图像、利用图像处理来检测手指时，基本上也可以仅仅检测在存在手指的情况下和不存在手指的情况下的图像的时间变化。因此，我们考虑设置一个作为手指检测用光源的辅助光源122，利用该光的拍摄图像的变化来检测手指。

特别是，若将辅助光源122设置为从应当放置手指的规定位置向着朝向其上方的空间照射，则能够使图像的变化更加显著。这是因为，在手指靠近的情况下，由于该照射光而使手指被照亮，在没有手指或者是手指远的情况下，由于光不能到达而以暗的状态被原样拍摄。另外，若使辅助光源122闪烁，则在有手指的情况下，时而在122亮时，看到拍摄图像中被照亮的区域，时而在122灭时明确地显示相同区域变暗这种变化。在没有手指或是手指很远的情况下，与光源的闪烁无关地保持暗的状态，很少变化。利用这一点，能够精度较良好地检测手指。另外，也可以将静脉图案拍摄用光源114共用于手指检测，从而能够降低部件成本。另一方面，由于为了使光源114在手指放置于规定位置时最适当地照射手指而必须设置光的方向，因此，在手指到达规定位置之前，难以显现因光的照射所产生的图像的变化。因此，由于在手指靠近的途中没有反应，延迟了手指的检测，可以感觉到用户感受到的处理时间变长。另外设置辅助光源，通过在手指到达规定位置之前朝着手指通过的位置进行照射，从而可以在更早的时刻进行手指检测。这里，在设置了检测用光源且照相机被调整为能够检测微小的明暗差的感光度的状态下，若将照相机的拍摄范围暴露于强烈外光，则亮度通常会与有无手指、或辅助光源的亮/灭无关地成为最大值，从而出现饱和的白底黑纹图像。如此，不会产生由于有无手指而引起的图像变化。另一方面，在过度降低增益的情况下，相反地亮度通常会与有无手指、或辅助光源的亮/灭无关地成为最低值，从而出现涂黑的图像，结果，没有得到由于有无手指而引起的图像变化。因此，本实施例中，还设置了在装置处于外光照射等环境中能求出适当增益值的结构，用于执行照相机的增益控制(306)。

作为求取增益值的方法，本发明使用了靠近照相机配置的光传感器120。求取经由光传感器而照射到照相机上的光的物理绝对量，并根据该绝对量来计算用于手指检测的最适当的增益值。具体而言，制作使用光二极管/光三极管等利用光强度而使其电气特性发生变化的元件的电路，其输出电压的变化通过A/D转换器被转换为数字值，并作为数据取入CPU。CPU以该数据为基础，基于查找表或规定的函数式来求取应设定的增益值，从而设置照相机。由此，能够在瞬间求出最适当的增益值。此时，以仅在辅助光源122熄灭时执行增益设置的方式来控制定时。这是因为，在辅助光源122点亮的情况下，辅助电源的光对光传感器120施加影响，不能获取正确的外光状态。另外，在求取光传感器的输出数据和增益设置值的关系式的情况下，与一般的AGC功能不同，不是以画质的优劣为基准，而是以因有无手指而引起的图像变化是否为最大作为基准。这是为了容易地获取手指图像。

在一边判断图像一边搜索适当的增益值时，产生了在收敛于最适当的值之前检验几张图像的需要，在于此期间内产生了手指的出入等变化的情况下，有可能不能求出适当的增益值。但是，根据本申请的结构，也没有设置时间变短的这种担心。

作为执行手指检测的其他实施例，能够原封不动地使用光传感器的输出值。在照射到照相机的外光强烈的情况下，在没有手指，光以直射方式进入的情况下，以及，在放置了手指，手指以伞状遮蔽直射的情况下，光传感器的输出值发生了很大的变化。该变化用在手指检测中。当然，此时，我们也期望仅仅使用辅助光源熄灭时的输出值变化。但是，由于在外光弱时，因有无手指所引起的对于光传感器的入射光量的变化变少，很难与因周围照明变化等所引起的情况相区别，因此，基于图像来检测手指的方法是适用的。

也可以将上述利用传感器型的手指检测方法和基于照相机图像来进行的手指检测方法相互组合起来进行使用。例如，在强烈的外光下，在将照相机的感光度调节为充分低的情况下，利用图像不能检测手指的靠近，但是，通过利用传感器检测变化能够检测到手指的接近。基于此而执行修改，通过再调整以降低感光度，也能够执行修正，以便能够可靠地拍摄手指。

另外，在上述例子中，尽管与拍摄元件相区别地配置了光传感器，但是，但也可以使用CCD等图像摄取元件(112)的输出本身。这种情况下，通过新设置图像摄取元件能够与所设置的增益无关地获取光强度绝对值的通路，能够在某种程度上代替该光传感器的功能。由此，没有必要新设置传感器，从而在成本上变为非常有利。另外，在处理时间宽裕的情况下，考虑在取入认证用图像期间，执行增益为0即全部没有放大时的图像的取入，并根据该图像来计算与光传感器的输出值相对应的信息之方法。根据这种方法，认证用图像的取入间隔会变长，但是却不需要新的硬件结构。

在利用上述增益控制正确地检测了手指的情况下(304)，为了持续得到最鲜明的静脉图案，根据状况执行适当地组合了以下2种模式的画质控制：执行光源114的光量控制(308)的模式A，以及执行照相机的感光度控制(314)的模式B。具体而言，按以下2阶段来执行控制。首先，将照相机的感光度保持在充分高的状态，优先地执行基于模式A的画质控制(308)。这里，在即便将光量设为0光也过多、没有得到充分画质时(310-312)，首先调节照相机的感光度(314)。通过设置这种优先顺序，由于使充足的光透过手指，因此能够鲜明地反映出静脉图案，同时，没有使照相机的感光度降低为必要以上，除了防止容易地在图像上加载噪声以外，还抑制了为了得到相同画质而应提供的光源的强度，因此为节电作出了贡献。利用上述控制，在得到了最佳画质的情况下，使用所得到的图像来执行特征提取(316)，之后，执行所得到的特征图案与预先注册的特征图案的对照(318)。在与所注册的特征图案一致的情况下(320)，通过转到认证成功处理326来执行开锁等应对处理。在不一致的情况下，返回308，从画质控制开始再次重复执行。另外，计算测量从检测到手指起所经过的时间，在规定时间内认证没有成功的情况下(322)，也可以转到认证失败处理324，执行报警等应对处理。由此，在没有正常执行处理的情况下，可以执行其它应对措施。

以下将详细说明画质控制。这里，最初，将在手指检测中被最佳化的照相机的增益变更为特征提取用。在该时刻，由于是手指检测后，因此，也可以以手指确实存在为前提。由此，调节增益，使得：在辅助光源122点亮时，若手指存在，则由于来自辅助光源的光照射而应发出强烈反射光的图像中的区域变为规定亮度，在熄灭时，同一区域变为规定暗度。将其设为调整的初始状态。

在专利文献1(特开平2004-265269号公报)中公开了在图1所示的开放型手指认证装置中，通常鲜明地反映外光下的手指静脉图案的光量调节方法。基本上来说，拍摄将配置于手指左右的光源设置为左侧的光源强右侧的光源弱而获取的图像，以及相反右强左弱的图像这2张图像，分别根据各个图像来选择合成左半面和右半面。由此，由于即便靠近各个拍摄图像的光源的半面为白底黑纹，也已经鲜明地反映了半面，因此，作为使用两者来生成或被合成的图像，得到了整体上鲜明的图像。图4是左侧光源114点亮，右侧光源熄灭的例子。在作为手指102左侧的区域400中产生了明亮的白底黑纹的区域，但是右侧变暗，右半面变为没有白底黑纹的状态。但是，由于对手指而言存在个人差异，因此，产生了在相同光量时，在手指较粗的情况下非光源侧的半面的亮度不足，或者在手指较细的情况下与前者相反过度明亮的问题。通过调节光源的输出来解除上述缺陷。

这里，在强外光照射到手指上的情况下，外光起到了与光源相同的作用，从而成为与光源点亮时相同的状态。利用外光强度或接触方，即便是左右光源中的一方完全熄灭的状态，到与点亮的光源侧相反的半面之前，也成为明亮的白底黑纹的区域，静脉图案的提取变困难。因此，本实施例中，通过适应性地组合光量和照相机的感光度来执行调节从而实现画质的改善。在调节时，有必要在拍摄图像的画质和设置光量值之间执行反馈控制，但是，在将拍摄图像的整体作为画质判断的对象的情况下，对手指以外的背景部分的明亮度施加了影响，不一定将手指部分调整为正确画质。由此，从图像中提取手指所占据的区域，仅将该区域作为画质判断的对象(310)。因此，首先，利用照相机112所拍摄到的图像的图像处理来提取手指的轮廓线。就轮廓线的提取而言，由于已知以往技术中有各种方法，因此，这里就不详细地说明了。之后，在提取出轮廓线的内侧，将位于距离正点亮的光源远的一侧的区域402作为画质判断的对象。即，选择光源的光最难以到达的位置。具体而言，可以选择手指中心线与轮廓线之间的中线同轮廓线之间附近的区域。特别是，由于存在距离光源远的光不能到达指尖和指根附近的情况，因此，若进一步利用除去了其附近区域的区域，则容易得到所希望的性能。这里，选择轮廓附近是由于：因为手指厚度薄而使外光透过手指时损耗的量少，若外光强则最初出现白底黑纹，在静脉图案中容易产生问题。或者是，在区域402内产生了白底黑纹的情况下，由于外光强烈，首先要降低点亮的光源的光量。之后，进入优先控制照相机感光度的模式(模式B)。

具体显示该处理的流程图如图6所示。图6是更详细地解说了图3中的308-314的例子。首先，提取手指的轮廓，确定手指内侧的区域(600)。之后，基本上来说，转移到优先控制光量调节的模式(模式A)，转到处理616。但是，在手指内部，与一方光源熄灭无关地，在熄灭的光源侧看到白底黑纹的情况下，或者是光传感器120的输出值表示外光强烈等很明显外光的影响强烈的情况下，也可以设置光量为最低值，并转移到照相机感光度调整模式，转到处理606一侧。通过准备这种短路通路，能够高速执行画质控制。在使用光传感器的情况下，例如若根据光传感器的输出值来假定表示外光强弱的参数从而执行控制，则进一步使画质控制的收敛高速化。

在从处理616开始的光量调整模式中，遵照前述的光量调整方法，来调整使拍摄图像最佳的光源输出。首先，如上述处理310说明过的那样，检验手指的区域402的平均亮度是否为目标范围内(616)，若低于目标(618)，则降低光量(620)。若高于目标，则检验是否进一步降低光量(622)，若需要降低则执行降低(624)。即便将光源的光量作为最低输出也可看到白底黑纹的的情况下，更具体而言是在手指轮廓线附近集中出现饱和亮度的像素的情况下，转到感光度调整模式，接下来进一步降低照相机的感光度(610)。

在照相机感光度调整模式下，与光量调整模式同样地利用处理310中说明过的方法，检查与熄灭的光源相反侧的手指区域(402)的平均亮度是否处于目标范围内(606)，若高与目标(608)，则降低照相机的感光度(610)。若低于目标，则进一步检验是否提高感光度(612)，若需要提高则执行提高(614)。若将照相机感光度设置为最高值仍没有达到目标值，则由于在感光度调整中对于拍摄存在极限，因此，提高光源的光量(620)，并转移到光量调整模式。

这里，在上述流程中，对照相机的感光度调节范围设置上限，在超过上限的情况下，转到光量调节。这是用于确保画质的设计。通过提高照相机的感光度，可以在光源加强时调整为相同程度的平均亮度。但是，在相同的平均亮度下，在将加强光源的情况与提高照相机感光度的情况相比较时，一般还是在加强光源的情况下可得到较高画质。与对少量光进行放大后进行拍摄相比，还是适当地使用充分的光来进行拍摄能使拍摄图像中产生的噪声明显较少。这是从上述流程的处理600优先转到光量控制模式的处理616的一个理由。

另外，在手指检测后的初始状态设定时等，一开始会将感光度设置得非常低，这样有可能出现即便将光量设置为最大时光量也不足的情况。这种情况下，还另外设置了从620转到612的步骤来应对此情况。再者，同样地通过在上述感光度调整范围内设置上限，也还是可能出现即便将光量设为最大，依然不能到达目标的问题。在这种情况下，在光量调节模式中，由于判断出即便将光量设为最大也没有到达目标，因此，将照相机的感光度调节范围的上限临时提高到作为照相机机构所设定的上限，或者是临时调高到由伴随着高感光度拍摄的噪声所引起的画质的恶化不对认证精度造成恶劣影响的上限。由此，也包含难以使光通过的手指等个人差别，进而可以扩大画质调整范围。重复以上操作，在手指的明亮度进入目标范围内的时刻，结束画质控制(626)。

利用上述流程，若向手指提供所需要的充足光量，则将外光作为摄像用光源优先使用，从而能降低光源的能耗。作为调节照相机感光度的方法，除了调节图像摄取元件的输出放大率即增益之外，还有调节图像摄取元件的曝光时间的方法。在能够控制镜头的情况下，也可以光学调节光圈。

在以上说明中，图4中假定了左侧光源被点亮的情况，相反，在左侧光源熄灭、右侧点亮的情况下，将区域400作为画质判断的对象来执行与上述相同的处理。由此，不根据外光强度，能够按通常最适当的画质来拍摄手指，从而得到鲜明的静脉图案。另外，照相机的感光度充分高，外光仅仅存在所需要的充足量的情况下，不全都使用光源114，仅通过照相机的感光度调节也可获得鲜明的图案。因此，在假定在通常有外光照射的环境下进行使用的情况下，也可以是从最初开始就没有在装置中安装光源114的结构。例如，在通常有强烈的聚光灯照射认证装置的环境下，也可以使用这种方法。

在对照相机部的外光照射强烈的情况下，在图1所示的装置的内部结构中，外光被内部结构部件反射，恐怕会在特征提取上产生问题。例如，在从开口部110照射来的外光中，由于在照相机的镜头镜筒前端进行反射而返回手指的光、以及在照相机底部进行反射而返回手指的光在机构部件的表面反射率或光路长不同，因此，产生了明暗差异，在手指中反映出光的条纹。由于该条纹与静脉图案相似，从而该条纹被包含在所提取出的图案中，与通常在外光下所注册的静脉图案不同，从而使认证失败。图5是一个图例，在装置100的内部，在开口部110和照相机之间设置了一个间隔壁500。间隔壁500从由该间隔壁所包围的空间内排除了开口部110和照相机的开口之外的内部结构部件。利用该台阶高度差(段差)和不突起的光滑表面形状，能够防止由于外光反射而产生的图样。在本实施例中，照相机的开口(镜头)无段差地紧贴在打开隔壁的、对拍摄手指的必要部分而言刚好充分大的孔502上。另外，在隔壁内部，通过用吸收近红外线的材料或涂料来进行覆盖，从而抑制了反射本身。在镜头的镜筒内，由于为了提高集光性能等理由，而设置了一些年轮状的段差，但由于该段差也成为产生明暗条纹的原因，因而也希望不设置段差。另外，在镜头内还可以进一步施加利用具有高的红外线吸光特性的材料或涂料所构成的涂层。

由于太阳光的能量强度非常大，因此会超过照像机能够耐受的光能量的范围，从而会导致不能进行感光度调整。图7是一张曲线图，它按波长类别大体显示了地表面的太阳光能量强度，我们知道太阳光遍及各个波长，其能量分散。静脉拍摄所必需的波长范围被限定为从700nm到1000nm之间。这是由于：生物体组织通常仅能通过该波段的光，因为血液中的血红蛋白通常吸收该波段的光，所以能明了地反映出血管部分与其他生物体组织的差别，从而形成静脉图案。因此，通过将仅能使该波长范围通过的带通滤波器安装在照相机上，就能够减轻入射到照相机内的能量总量。由于即便限制了带宽，但所需波段的能量也没变，因此，不会出现画质恶化。缩小带宽减轻了能量总量，但是，由于在没有外光的过暗环境下也需要执行认证，此时需要点亮光源来执行拍摄，因此，此时希望设置滤波器的带宽以便不砍掉光源有效波段、特别是能量强度高的波段。由此，无论在强烈的太阳光下，还是在昏暗的夜里，都可全面地执行感光度调整。

图8是用于抑制强烈外光影响的其他滤波器的例子。该滤波器中，作成了在箱中呈格子状设置了隔板的形状。尽管在图中是非常大非常高的格子，但是，它们是以多个肉眼不能区分的微小格子并排的形式，由此，能够防止将格子状的线以其原形写入到拍摄图像内。由于存在该格子状的板，因此，对于滤波器而言可以仅使垂直方向的光通过，切除来自除此之外的斜方向的光。由于将该滤波器安装在照相机和手指之间，因此，从而能够仅通过从手指出来的、用于拍摄静脉图案的光，而使来自倾斜方向的光或在装置内反射的光等外光都没有到达照相机。另外，作为该滤波器，使用了与用于从横向看不到便携式电话画面的薄膜的原理相同的原理，因而也容易使用。

图9是将本装置100安装在汽车仪表盘902上的例子。引擎的启动按钮900和静脉认证的开始按钮118是共用的，通过执行指示引擎启动的操作，能够原封不动地执行本人认证。若认证成功，则解除锁定，启动引擎。若认证不成功，则引擎不发动。由于在引擎启动的自然操作中能够进行认证，对用户的负担也少。与汽车导航系统904联动，在执行利用通信网络接受服务或购买商品这类移动业务时，可以利用本装置作为更安全可靠地执行结算的本人认证单元。例如，通过以将手指按到本装置上的形式代替以往那种输入暗证号码的形式来执行认证。另外，也可以是使用汽车导航画面来显示本装置的认证方法指南的关联方法。

图10是将本装置100安装到汽车门拉手1000上的一个例子。在开门时，通过利用本装置来执行静脉认证，从而执行门的开锁。认证开始按钮118与门的上锁按钮也是共用的，在上锁时，通过按下118来执行门的上锁。在上锁的情况下，在安全性上，特别是由于不需要执行本人认证，因此也可以仅仅通过按下按钮118，即便认证不成功也能够上锁。相反，在能够正确认证的形式下，按下118并能够执行本人认证时，也可以作为一个最新的注册数据，与通常的注册数据相一致后进行存储，能够作为下次执行开锁时所参照的注册数据。由此，由于存在车放置的环境、本人的健康状态的极端变化、受伤、手指放置的方向的变化等，即便在所得到的特征容易与注册时不一致的不稳定环境下，由于与最新数据相吻合也能够进行参照，因此，能够提高本人认证的稳定性。也能够在认证装置中安装盖子1002，将其放置于室外，即便处于容易暴露于风雨的环境下，也能够抑制由于脏污或尘埃引起的装置受伤所导致的认证不稳定。

另外，在上述说明中，是以最容易取入外光的开放型手指静脉认证装置为例进行的说明，但是，不用说，本发明也可以应用于通过依据外光来统一进行拍摄用光源的控制和拍摄系统的感光度控制，从而实现稳定拍摄画质以及降低光源能耗的方法、其他形式的手指静脉认证装置、或利用光来拍摄生物体以执行个人认证的其他生物体认证方法。

Claims (13)

1.一种个人认证装置，其特征在于，具有：

图像摄取部，对透过手指的光进行摄像；以及

运算部，从由上述图像摄取部所拍摄的图像中提取出血管图案后执行个人认证；

上述运算部检测上述手指是否位于规定位置，并从上述所拍摄的图像中提取出上述手指所占据的区域，

基于上述提取出的区域内部的信息来控制使上述光源的光量变化的光量控制部和使上述图像摄取部中的图像摄取元件的放大率发生变化的感光度控制部中的至少一方。

2.如权利要求1所述的个人认证装置，其特征在于，上述运算部基于上述区域内部的信息，判断照射到上述手指上的光量是否处于规定值范围内，在判断为处于上述规定范围外的情况下，判断是否能够通过控制上述光量控制部而使照射到上述手指上的光量处于规定范围内，在判断为不能的情况下，对上述感光度控制部进行控制。

3.如权利要求1所述的个人认证装置，其特征在于，上述运算部执行以下控制：在判断出上述光量强于上述规定范围的情况下，经由上述光量控制部降低来自上述光源的光量，并在判断出上述光量弱于上述规定范围的情况下，增大来自上述光源的光量。

4.如权利要求2所述的个人认证装置，其特征在于，上述运算部执行以下控制：在判断出上述光量强于上述规定范围的情况下，经由上述光量控制部降低来自上述光源的光量，并在判断出上述光量弱于上述规定范围的情况下，增大来自上述光源的光量。

5.如权利要求3所述的个人认证装置，其特征在于，上述运算部在将来自上述光源的光量设为最低后仍然判断照射到上述手指的光过强时，或是在将来自上述光源的光量设置为最高后仍判断照射到上述手指的光过弱时，经由上述感光度控制部来控制上述图像摄取部的感光度。

6.如权利要求1所述的个人认证装置，其特征在于，上述光源从左右2个方向交替照射上述手指，并且上述运算部利用上述提取出的区域中的、上述被熄灯的光源侧的部分区域的信息。

7.如权利要求1所述的个人认证装置，其特征在于，上述运算部根据上述摄像机拍摄图像的时间变化来检测上述手指的存在。

8.如权利要求2所述的个人认证装置，其特征在于，上述运算部根据上述摄像机拍摄图像的时间变化来检测上述手指的存在。

9.如权利要求7所述的个人认证装置，其特征在于，还设置有辅助光源，上述运算部利用通过上述辅助光源的光而得到的拍摄图像来检测上述手指的存在。

10.如权利要求1所述的个人认证装置，其特征在于，还具有光传感器，上述运算部使用上述光传感器的测量结果来计算增益值，并经由上述感光度控制部执行控制以使上述图像摄取部的感光度成为上述增益值，从而执行上述手指检测。

11.如权利要求2所述的个人认证装置，其特征在于，还具有光传感器，上述运算部使用上述光传感器的测量结果来计算增益值，并执行控制以经由上述感光度控制部将上述图像摄取部的感光度设置为上述增益值，从而执行上述手指检测。

12.一种个人认证装置，其特征在于，在权利要求1所记载的个人认证装置中，利用由光滑的面构成的间隔壁包围设置在上述手指和上述摄象机之间的开口部、上述摄象机的开口，并将其他内部结构设置在该间隔壁的外部。

13.如权利要求1所述的个人认证装置，其特征在于，将该个人认证装置设置于车的一部分上，若上述个人认证成功，则可以控制该车。

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