JP2000194828A - 指の関節しわの検出装置及びこの検出装置を使用した個人認証装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】指の関節のしわを比較的少ない画素数でコント
ラストの高い画像として確実に検出する。 【解決手段】指の長手方向に直交する方向に沿う辺の長
さを指の長手方向に沿う辺の長さよりも長い矩形状の画
素を、複数、エリアセンサ面が指の長手方向の長さを指
の長手方向に直交する方向の長さよりも短くなるように
配列した２次元センサを使用して、指の手の平側の第２
関節部分のしわを検出して濃淡画素信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次元センサを使
用した指の関節しわの検出装置及びこの検出装置を使用
した個人認証装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイオメトリクスと呼ばれる個人の身体
的特徴を利用した個人認証技術としては、指紋照合、指
の関節しわ照合、虹彩照合、網膜照合、耳照合、顔照
合、声照合などの照合技術が知られている。中でも指紋
照合は最も知られている。指紋の検出には、光源、レン
ズ、２次センサを含む光学的手段が主に用いられてい
る。しかし、指紋の凹凸部の高低差は小さく、画像をコ
ントラスト良く取込むことは結構難しい。

【０００３】このようなことから、例えば、特開平９−
２５１５３０号公報では、電界検出電極アレイと、電界
検出電極上の誘電体層であって近接する指を受ける部分
と、電界駆動信号を電界検出電極及び指の近接部分に加
えるための駆動装置を含んだ指紋センサを使用し、この
指紋センサの電界検出電極から指紋影像出力信号を発生
するようになっている。この指紋センサでは、センサ面
に直接指を置くことで局所的なキャパシタンスの変化を
電界センサで捉え、指紋の凹凸を検出している。

【０００４】また、関節のしわを検出して個人認証を行
うものとしては、特開平７−１６８９３０号公報のもの
が知られている。これは、任意の指の長手方向に垂直な
方向に伸びた線状接触子電極を長手方向に複数形成し、
この各線状接触子電極の上に押圧力の強さに応じて抵抗
値が変化する感圧シートを配置し、第１関節及び第２関
節の指の長手方向のしわ成分を中心に一次元的に取込み
個人データとし、これを照合することで個人認識してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】指紋は、もともと凹凸
の高低差が小さく、変化を捉えにくい上に、指が弾力性
を有しているためにセンサ面への指の押し付け具合で取
込み画像信号のコントラストがでなくなる欠点があり、
また、指紋は僅かな面積の中に数多くの隆線と溝があ
る。従って、全ての画像をそのまま取込んで参照データ
と比較するか、指紋のパターンの特徴点を検出してその
配置具合で判断するなどの方法で照合しているが、指の
押圧加減が小さく画像のコントラストが良く取込めない
場合には照合ができなくなって個人認証ができなくなる
という問題があった。。

【０００６】また、指の第１関節と第２関節の１次元的
なしわ情報を用いる方式では、指紋に比べて信号のコン
トラストが高く、照合に使用できるデータの取得が比較
的容易であるが、第１関節と第２関節を中心としたしわ
の彫りの深さや間隔の情報で認証するため、広い範囲の
しわ情報を必要とし、センサに指を押しつける必要があ
る。また、第１関節、第２関節の長い範囲の情報が必要
であり、拘束を受ける範囲が広くなるという問題があっ
た。

【０００７】そこで、請求項１及び２記載の発明は、指
の関節のしわを比較的少ない画素数でコントラストの高
い画像として確実に検出できる指の関節しわの検出装置
を提供する。

【０００８】また、請求項３乃至５記載の発明は、コン
トラストの高いしわ検出画像により確実な個人認証がで
き、しかもセンサに対する指の拘束が少なく被照合者に
対する負担を軽減できる個人認証装置を提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
指の関節部に形成されるしわを画像パターンとして検出
する２次元センサを備え、この２次元センサは、指の長
手方向に直交する方向に沿った長さが、指の長手方向に
沿った長さよりも長くした画素を２次元配列したセンサ
面を有する指の関節しわの検出装置である。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の指
の関節しわの検出装置において、２次元センサのセンサ
面は、指の長手方向に沿った長さを、指の長手方向に直
交する方向に沿った長さよりも短くしたことにある。

【００１１】請求項３記載の発明は、指の関節部に形成
されるしわを画像パターンとして検出する２次元センサ
と、照合用のしわの画像パターンを記憶した記憶手段
と、２次元センサが検出したしわの画像パターンと記憶
手段に記憶した照合用のしわの画像パターンを照合する
照合手段を備え、２次元センサは、指の長手方向に直交
する方向に沿った長さが、指の長手方向に沿った長さよ
りも長くした画素を２次元配列したセンサ面を有し、照
合手段の照合結果により個人認証する個人認証装置にあ
る。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の個
人認証装置において、２次元センサが検出したしわの画
像パターンから各画素毎の濃淡画素信号を取出し、照合
手段は、濃淡画素信号の濃度レベルも含めてしわの画像
パターンを照合することにある。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の個
人認証装置において、２次元センサが検出したしわの画
像パターンを２値化し、照合手段は、２値化したしわの
画像パターンを照合することにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１は個人認証装置の構成を示すブロッ
ク図で、入力部１と、この入力部１からの信号を処理す
る信号処理部２と、照合用のしわの画像パターンを多数
記憶した被照合用パターン記憶部３と、この記憶部３の
記憶したしわの画像パターンに対する前記信号処理部２
からの検出したしわの画像パターンの振幅調整と位置合
わせを行う信号振幅調整・位置合わせ部４と、この信号
振幅調整・位置合わせ部４にて振幅調整及び位置合わせ
が行われた検出したしわの画像パターンと前記記憶部３
の記憶したしわの画像パターンとの照合を行い、個人認
証を行う照合部５とで構成している。

【００１５】前記入力部１は、図２に示すように、光源
１１、直角な三角柱状プリズム１２、結像レンズ１３及
びＣＣＤ等からなる２次元センサ１４からなり、前記プ
リズム１２の直角を構成する１面１２ａに、例えば指１
５の手の平側の関節部分を載せ、もう一方の直角を構成
する１面１２ｂ側に前記結像レンズ１３と２次元センサ
１４を配置し、直角の対角面１２ｃ側に前記光源１１を
配置している。

【００１６】この入力部１は、光源１１からの光をプリ
ズム１２の対角面１２ｃに入射して指１５の関節部のし
わ面を照明する。しわ面からの反射光はプリズム１２の
対角面１２ｃで反射し結像レンズ１３を介して２次元セ
ンサ１４に受光される。この場合、対角面１２ｃはしわ
面からの反射光に対して臨界角を形成し、従って、反射
光は光源１１側に透過することなく対角面１２ｃで全反
射して結像レンズ１３に入射するようになっている。ま
た、前記２次元センサ１４のエリアセンサ面と指１５の
しわ面が載る前記プリズム１２の１面１２ａとは光学的
に共役関係になっている。

【００１７】次に前記２次元センサ１４のエリアセンサ
面の画素構成について述べる。先ず、２次元センサ１４
が検出すべき指関節部のしわの様子を図３の(a)に示
す。これは、例えば、人差し指の手の平側の第２関節部
分のしわを模式的に示す拡大図である。特徴として、指
の長手方向に直交する方向に明瞭なしわが多く存在す
る。また、このしわは指の長手方向には、指の長手方向
に直交する方向ほど広がっていない。

【００１８】図３の(b)は、２次元センサ１４の画素構
成と検出すべき人差し指の第２関節部分のしわを重ねて
示した図である。前記２次元センサ１４の画素は、矩形
状の画素を、指の長手方向及びそれに直交する方向に複
数配列した構成になっている。そして、検出するしわ画
像の特徴として、指の長手方向に直交する方向に明瞭な
しわが多く存在していることから、この矩形状の各画素
は、指の長手方向に直交する方向に沿う辺の長さを指の
長手方向に沿う辺の長さよりも長くなるように設定して
いる。

【００１９】従って、指の長手方向に直交する方向に配
列した画素数は指の長手方向に配列した画素数よりも少
なくなっている。また、このしわ画像は、指の長手方向
には指の長手方向に直交する方向ほどに広がっていない
ことから、２次元センサ１４のエリアセンサ面は、指の
長手方向の長さを指の長手方向に直交する方向の長さよ
りも短く設定している。

【００２０】具体的には、前記２次元センサ１４の１画
素は、指の長手方向に沿う辺の長さを５００μｍピッ
チ、指の長手方向に沿う辺の長さを２００μｍピッチに
設定している。そして、前記２次元センサ１４のエリア
センサ面は、指の長手方向に直交する方向に沿う長さを
Ｌ_２＝２５ｍｍ、指の長手方向に沿う長さをＬ_１＝２０
ｍｍに設定している。従って、指の長手方向に直交する
方向の画素数はｎ＝５０画素、指の長手方向の画素数は
ｍ＝１００画素となる。すなわち、この２次元センサ１
４のエリアセンサ面は画素を指の長手方向である縦方向
に１００行、指の長手方向に直交する方向である横方向
に５０列配列した構成になっている。

【００２１】なお、ここでは画素の形状を矩形状とした
がこれに限定するものではなく、楕円などの曲面形状や
その他任意の形状であっても良く、要は、面積など特性
が揃っていれば良い。

【００２２】前記２次元センサ１４により実際に検出し
たしわ画像の濃淡画素信号の例を示すと図３の(c)に示
すようになる。ここでは、濃淡画素信号の振幅レベルの
大きさを模式的に、画素の色の濃さで示している。しわ
の凹凸の深さが深い部分を検出した画素の濃淡画素信号
ほど振幅レベルが高く、濃い色合いで示している。

【００２３】関節部分のしわの凹凸の深さは、指紋の凹
凸に比べて深いので、しわの部分の濃淡画素信号Ｓとし
わ部分でない濃淡画素信号ＮのコントラストＳ／Ｎは指
紋の場合より大きくなる。

【００２４】前記信号処理部２は、前記入力部１からの
指の関節部のしわの濃淡画素信号を、例えば、タイミン
グ回路等で制御しながら順次１画素毎に取込み、しわ部
分でない濃淡画素信号成分を除去し、例えば、８ビット
程度の多値階調デジタル信号に変換する。こうして、前
記信号処理部２からは縦方向ｍ行、横方向ｎ列の多値画
素データが出力され、前記信号振幅調整・位置合わせ部
３に供給される。

【００２５】次に、前記信号振幅調整・位置合わせ部３
の作用について述べる。図４の(a)は前記記憶部４に記
憶されているしわの登録画像パターンを示し、図４の
(b)は検出したしわの検出画像パターンを示している。
図５の(a)は、しわの登録画像パターンについて、１行
目の横方向５０画素の８ビット多値データの濃度レベル
を模式的に示した図、図５の(b)は、しわの登録画像パ
ターンについて、Ｎ行目の横方向５０画素の８ビット多
値データの濃度レベルを模式的に示した図、図５の(c)
は、しわの登録画像パターンについて、ｍ行目の横方向
５０画素の８ビット多値データの濃度レベルを模式的に
示した図である。

【００２６】このようにしてしわの登録画像パターンの
縦方向の１行〜ｍ行についてそれぞれ横方向５０画素の
８ビット多値データを切出し、この切出した各多値デー
タの中からピーク値とピーク位置を検出する。例えば、
この登録画像データにおいてピーク値はＮ行目の多値デ
ータにあったとする。

【００２７】同様のことを図４の(b)の検出画像パター
ンについて行う。図５の(d)は、しわの検出画像パター
ンについて、１行目の横方向５０画素の８ビット多値デ
ータの濃度レベルを模式的に示した図、図５の(e)は、
しわの検出画像パターンについて、Ｎ−１行目の横方向
５０画素の８ビット多値データの濃度レベルを模式的に
示した図、図５の(f)は、しわの検出画像パターンにつ
いて、Ｎ行目の横方向５０画素の８ビット多値データの
濃度レベルを模式的に示した図、図５の(g)は、しわの
登録画像パターンについて、ｍ行目の横方向５０画素の
８ビット多値データの濃度レベルを模式的に示した図で
ある。

【００２８】このようにして検出画像パターンの縦方向
の１行〜ｍ行についてそれぞれ横方向５０画素の８ビッ
ト多値データを切出し、この切出した多値データの中か
らピーク値とピーク位置を検出する。例えば、この検出
画像データにおいてはピーク値がＮ−１行目の多値デー
タにあったとする。

【００２９】次に、登録多値データのピーク値と検出多
値データのピーク値を合わせる。すなわち、先ず、検出
画像パターンのピーク値である図５の(e)に示すＮ−１
行目の多値データのピーク値ｐ2を登録画像パターンの
ピーク値である図５の(b)に示すＮ行目の多値データの
ピーク値ｐ1に合わせるための係数ｐ1／ｐ2を求める。
そして、この係数を検出した検出画像パターンの各行の
多値データの全ての画素に掛ける。これにより、登録画
像パターンに対する検出画像パターンの振幅調整が為さ
れる。

【００３０】次に、振幅調整した検出多値データのピー
ク位置と登録多値データのピーク位置との縦方向、横方
向のずれを検出する。そして、振幅調整した検出多値デ
ータの全画素について、そのピーク値が登録多値データ
のピーク位置と合うように検出した位置ずれ分だけずら
す。ここでは、振幅調整した検出多値データのピーク値
は登録多値データのピーク値に対して、縦方向の上に１
画素分、横方向の左に１画素分ずれているので、振幅調
整した検出多値データの全ての画素について縦方向裏下
に１画素分、右に１画素分ずらす。

【００３１】こうして検出多値データの全画素をずらせ
ることで、新たな検出多値データの縦方向の１行目は図
５の(h)に示すようになり、縦方向のＮ行目は図５の(i)
に示すようになり、縦方向のｍ行目は図５の(j)に示す
ようになる。これにより、図６の(a)に示す記憶した登
録画像パターンと図６の(b)に示す検出した検出画像パ
ターンの位置が図６の(c)に示すように一致させること
ができる。

【００３２】前記照合部５は、前記信号振幅調整・位置
合わせ部３が行った振幅調整、位置合わせの結果に基づ
いて登録画像パターンと検出画像パターンを濃淡画素信
号波形の最小二乗誤差などで評価値を求め、この評価値
に基づいて判定する。

【００３３】このような個人認証装置においては、被照
合者は図７の(a)及び(b)に示すように指１５の第１関節
部分又は第２関節部分を入力部１のプリズム１２の１面
１２ａに押し当てることにより、関節部分のしわの画像
パターンを検出し、その検出画像パターンをｍ行の多値
データに変換し、これを被照合用パターン記憶部４に記
憶してある登録画像パターンの多値データと比較してピ
ーク値による振幅調整及びピーク位置による位置合わせ
を行った後、照合部５で検出画像パターンと登録画像パ
ターンとの評価値算出による照合を行って個人認証を行
う。

【００３４】通常、指紋検出に使用される２次元センサ
の画素は、１０画素／ｍｍ以上の解像度が指の長手方向
に直交する方向及び指の長手方向の両方向に亘って必要
となるが、この指の関節部のしわを検出する２次元セン
サ１４の場合には、指の長手方向に直交する方向には２
画素／ｍｍ、指の長手方向には５画素／ｍｍの解像度で
充分にしわの画像パターンを検出できる。すなわち、２
次元センサのエリアセンサ面の面積が２５ｍｍ×２０ｍ
ｍの場合、この実施の形態で使用する２次元センサ１４
の画素数は５０×１００画素であるが、指紋検出に必要
な２次元センサの画素数は２５０×２００画素となる。

【００３５】このように、２次元センサ１４の解像度は
指紋に比べて関節部のしわの堀が深く、幅も広いことか
ら低くできる。また、関節部のしわは指の長手方向と直
交する方向に長く、指の長手方向には幅が極めて狭いの
で、解像度は指の長手方向に比べて指の長手方向と直交
する方向は粗くても支障はない。従って、２次元センサ
１４として、比較的少ない画素数の解像度の低いセンサ
ーを使用することができる。

【００３６】また、関節部のしわを検出することで指紋
を検出する場合に比べてコントラストの高い画像を低解
像度の２次元センサを使用して取込むことができる。ま
た、取込む画像のコントラストが高いので、しわを取込
むために行うプリズム１２への指の関節部の押圧加減は
指紋を取込む時に行う指の押圧加減に比べて余裕があ
り、指の押圧時の被照合者に対する拘束が少なく、被照
合者に対する負担を軽くできる。

【００３７】このように低解像度の２次元センサを使用
しても高いコントラストの画像を得ることができ、従っ
て、記憶されている被照合用の登録画像パターンとの照
合が正確にでき、確実な個人認証ができる。

【００３８】また、指の第１関節、第２関節の１次元的
なしわ情報を用いる方式と比べても、指の関節部を２次
元センサの検出面に押しつけるのみなので、被照合者の
指への拘束が少なく、負担を軽くできる。また、低い解
像度の２次元センサを使用できるので、指紋を２次元セ
ンサで検出する場合に比べて検出する画素数を少なくで
き、入力部１及び信号処理部２への負担を軽減でき、検
出部の構成を簡素化できる。

【００３９】なお、前述した実施の形態では、２次元セ
ンサ１４からのしわの濃淡画素信号を信号処理部２にて
８ビット程度の多値階調デジタル信号に変換し、この多
値階調デジタル信号を記憶部４に記憶した被照合用の多
値階調デジタル信号と照合するようにしたが必ずしもこ
れに限定するものではなく、例えば、２次元センサから
のしわの濃淡画素信号を信号処理部にて任意の閾値レベ
ルを使用して２値化し、この２値化したデジタル信号を
記憶部に記憶した被照合用の２値化デジタル信号と照合
し最小二乗誤差などで評価しても良い。なお、この場合
は、多値階調とは異なり振幅調整は不要になる。

【００４０】例えば、図８に示すような検出画像パター
ンを２値化すると、例えば、１行目の５０画素の２値化
デジタルデータを模式的に示すと図９の(a)に示すよう
になり、Ｎ行目の５０画素の２値化デジタルデータを模
式点に示すと図９の(b)に示すようになり、ｍ行目の５
０画素の２値化デジタルデータを模式点に示すと図９の
(c)に示すようになる。

【００４１】また、前述した実施の形態では２次元セン
サとして、ＣＣＤ等からなる２次元センサを使用した場
合について述べたが必ずしもこれに限定するものではな
く、図１０に示すように、デバイス型の接触式２次元セ
ンサ２１を使用してもよい。この２次元センサ２１はセ
ンサ面と指１５の間の静電容量を微視的に検出する構成
で、光学式の２次元センサに比べて光源、プリズム、結
像レンズなどの部品を不要にでき、また、調整等も不要
である。この場合においてもセンサの画素構成は前述し
た実施の形態の２次元センサと同一にできる。

【００４２】また、前述した実施の形態では入力部１が
検出する指１５の関節部のしわを手の平側の関節部のし
わとした場合について述べたが必ずしもこれに限定する
ものではなく、図１１に示すように手の甲側の関節部の
しわを検出しても良い。例えば、人差し指の手の甲側の
第２関節部分のしわの様子を模式的に示すと、図１２の
(a)に示すようになる。このしわも特徴として、指の長
手方向に直交する方向に明瞭なしわが多く存在し、ま
た、指の長手方向には指の長手方向に直交する方向ほど
広がっていない。従って、２次元センサ１４によって高
いコントラストで画像検出ができる。

【００４３】図１２の(b)は２次元センサ１４の画素構
成と検出すべき人差し指の手の甲側の第２関節部分のし
わを重ねて示した図である。そして、２次元センサ１４
により実際に検出したしわ画像の濃淡画素信号の例を示
すと図１２の(c)に示すようになる。このように２次元
センサ１４により高いコントラストのしわの画像の濃淡
画素信号を得ることができるので、この場合においても
前述した実施の形態と同様の作用効果が得られるもので
ある。

【００４４】また、図１３に示すように、１対の入力部
３１ａ，３１ｂを設け、一方の入力部３１ａで例えば、
人差し指の手の平側の第２関節部分のしわを検出し、他
方の入力部３１ｂで人差し指の手の甲側の第２関節部分
のしわを検出するようにしても良い。このようにすれば
より精度の高い個人認証が可能になる。この場合、入力
部を１つにし、この入力部を指の周囲に沿って回転でき
るようにし、１つの入力部で手の平側と手の甲側の両方
のしわを検出するようにしても良い。また、一方の入力
部３１ａが検出する手の平側の関節部のしわを持つ指と
他方の入力部３１ｂが検出する手の甲側の関節部のしわ
を持つ指が異なっていても良い。

【００４５】

【発明の効果】請求項１及び２記載の発明によれば、指
の関節のしわを比較的少ない画素数でコントラストの高
い画像として確実に検出できる指の関節しわの検出装置
を提供できる。

【００４６】また、請求項３乃至５記載の発明によれ
ば、コントラストの高いしわ検出画像により確実な個人
認証ができ、しかもセンサに対する指の拘束が少なく被
照合者に対する負担を軽減できる個人認証装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す個人認証装置のブロ
ック図。

【図２】同実施の形態における入力部の構成を示す図。

【図３】同実施の形態における関節部のしわの画像と２
次元センサの画素及び濃淡画素信号の関係を示す図。

【図４】同実施の形態におけるしわの登録画像パターン
と検出画像パターンを示す図。

【図５】同実施の形態における信号振幅調整・位置合わ
せ部の作用を説明するための模式図。

【図６】同実施の形態におけるしわの登録画像パターン
と検出画像パターンと両パターンの位置合わせの結果を
概念的に示す図。

【図７】同実施の形態における入力部に対する指の載置
状態を示す図。

【図８】本発明の他の実施の形態を説明するための検出
画像パターンを示す図。

【図９】同実施の形態における２値化したデジタルデー
タを模式的に示す図。

【図１０】本発明の他の実施の形態を示す２次元センサ
例を示す図。

【図１１】本発明の他の実施の形態を示す手の甲側の指
の関節部分のしわを検出する状態を示す図。

【図１２】同実施の形態における関節部のしわの画像と
２次元センサの画素及び濃淡画素信号の関係を示す図。

【図１３】本発明の他の実施の形態を示す２次元センサ
例を示す図。

【符号の説明】

１…入力部 ４…被照合用パターン記憶部 ５…照合部 １４…２次元センサ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指の関節部に形成されるしわを画像パタ
   ーンとして検出する２次元センサを備え、この２次元セ
   ンサは、指の長手方向に直交する方向に沿った長さが、
   指の長手方向に沿った長さよりも長くした画素を２次元
   配列したセンサ面を有することを特徴とする指の関節し
   わの検出装置。
2. 【請求項２】 ２次元センサのセンサ面は、指の長手方
   向に沿った長さを、指の長手方向に直交する方向に沿っ
   た長さよりも短くしたことを特徴とする請求項１記載の
   指の関節しわの検出装置。
3. 【請求項３】 指の関節部に形成されるしわを画像パタ
   ーンとして検出する２次元センサと、照合用のしわの画
   像パターンを記憶した記憶手段と、前記２次元センサが
   検出したしわの画像パターンと前記記憶手段に記憶した
   照合用のしわの画像パターンを照合する照合手段を備
   え、前記２次元センサは、指の長手方向に直交する方向
   に沿った長さが、指の長手方向に沿った長さよりも長く
   した画素を２次元配列したセンサ面を有し、前記照合手
   段の照合結果により個人認証することを特徴とする個人
   認証装置。
4. 【請求項４】 ２次元センサが検出したしわの画像パタ
   ーンから各画素毎の濃淡画素信号を取出し、照合手段
   は、濃淡画素信号の濃度レベルも含めてしわの画像パタ
   ーンを照合することを特徴とする請求項３記載の個人認
   証装置。
5. 【請求項５】 ２次元センサが検出したしわの画像パタ
   ーンを２値化し、照合手段は、２値化したしわの画像パ
   ターンを照合することを特徴とする請求項４記載の個人
   認証装置。