JP2002269565A - 回転画像の補正による非接触式アイリス認識方法 - Google Patents

回転画像の補正による非接触式アイリス認識方法

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JP2002269565A JP2001246037A JP2001246037A JP2002269565A JP 2002269565 A JP2002269565 A JP 2002269565A JP 2001246037 A JP2001246037 A JP 2001246037A JP 2001246037 A JP2001246037 A JP 2001246037A JP 2002269565 A JP2002269565 A JP 2002269565A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用者の目画像から抽出したアイリス画像を
極座標系に変換する前処理を含む非接触式アイリス認識
方法において、誤認識率と誤拒否率を著しく減少させる
方法を提供する。 【解決手段】 アイリス画像に対して、キャニー・エッ
ジ・デテクタと画像とのピクセル値の差を用いてアイリ
スの内部と外部境界を検出することにより、アイリスの
境界をより正確に検出する。そしてアイリス画像が回転
した形態で取得された場合には、そのアイリス画像を正
常的な形態のアイリス画像に補正し、また傾斜した形態
のアイリス画像が取得されて極座標変換されたアイリス
画像の下側が曲げられた不規則な形態を有する場合に
は、アイリス画像を一定の大きさに正規化することで、
様々な変形を有するアイリス画像を正確な形態のアイリ
ス画像に加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転画像の補正に
よる非接触式アイリス認識方法に関する。より詳しくは
非接触式アイリス認識方法において、赤外線照明を用い
た画像取得装置によりアイリス画像を取得し、入力され
るアイリス画像に対して、キャニー・エッジ・デテクタ
(Canny edge detector)と画像とのピクセル値の差を
用い、アイリスの内部と外部境界を検出することによ
り、使用者の目画像からアイリスの境界をより正確に検
出することができるようにし、画像取得装置により取得
した目画像におけるアイリス画像が、そのアイリスの中
心線を基準にして任意の角度の分だけ回転した形態で取
得された場合は、その回転したアイリス画像を正常的な
形態のアイリス画像に補正し、また傾斜した形態のアイ
リス画像が取得されることで、極座標変換されたアイリ
ス画像の下側が曲げられ不規則な形態を有する場合に
は、そのアイリス画像を一定の大きさに正規化させるこ
とにより、様々な変形を有するアイリス画像を正確な形
態のアイリス画像に加工するようにした回転画像の補正
による非接触式アイリス認識方法に関する。
【0002】
【従来の技術】アイリス認識システムは、人間の目の固
有な瞳孔のアイリス(虹彩)パターンを識別し、個人の
身分を証明する装置であって、他の生体認識方法である
音声や指紋よりも、身分確認の正確性に優れているばか
りでなく、高度の保安性を誇っている。即ち、アイリス
は、目の瞳孔と白目との間にある領域であり、アイリス
認識とは、個人毎のそれぞれ異なるアイリスパターンを
分析し、その情報に基づいて個人の身元を認識する技術
である。
【0003】一般にアイリス認識装置における核心技術
は、画像取得装置により正確な目画像を取得するもので
あり、撮影した目画像からアイリスの固有な特徴情報を
効率よく取得する技術である。しかし実際的には、一定
の距離だけ離れてアイリス画像を取得する非接触式アイ
リス認識システムにおいては、様々に変形を有するアイ
リス画像が取得されることが多い。即ち、目がカメラの
正面を向かず、多少傾斜して位置する場合には、完全な
形態の目画像が取得できなくなることがある。この場合
には、取得したアイリス画像の中心線を基準にして、任
意の角度の分だけ回転した形態の目画像情報が得られる
ようになる。従って画像取得の過程における上記の問題
点を解決するためには、使用者の目画像からアイリスの
内部と外部境界を正確に検出し、抽出したアイリス画像
を正規化しなければならない。
【0004】しかし従来のアイリス認識方法では、境界
を検出するとき、任意に瞳孔の中心を決めてから手動で
各画像毎に閾値を決めるか、或いは全体の画像の平均値
を閾値として用いるため、アイリスの内部と外部との境
界が正確に検出できない問題があった。また従来のアイ
リス認識システムでは、アイリス画像の正規化過程を経
ず、または回転画像に対する補正を考慮しないため、同
一人のアイリス画像であっても目がカメラの正面を向か
ず、多少傾斜して位置することによって、不完全な形態
の目画像が取得される。或いは頭が傾く等の使用者の動
きによってアイリス画像が回転した形態で取得されたと
き、他人のアイリス画像として誤認識することが多かっ
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑み、画像取得装置により取得した使用者の目画像から
アイリス画像を抽出し、該アイリス画像を極座標系に変
換することによって前処理を行う非接触式アイリス認識
方法において、キャニー・エッジ・デテクタと画像との
ピクセル値の差を用いて、アイリスの内部と外部境界を
検出する方法を提供することを目的とする。
【0006】また本発明は、取得した目画像におけるア
イリスが、そのアイリスの中心線を基準にして任意の角
度の分だけ回転した形態で取得された場合、即ち、回転
したアイリス画像を正常的な形態のアイリス画像に補正
する方法を提供するものであって、前記極座標変換され
たアイリス画像の下側が曲げられ不規則な形態を有する
場合、即ち、傾斜した形態のアイリス画像が取得された
場合は、そのアイリス画像を一定の大きさに正規化さ
せ、様々な変形を有するアイリス画像を正確なアイリス
画像データに加工することにより、誤認識率と誤拒否率
を著しく減少させるアイリス認識方法を提供することを
目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る回転画像の補正による非接触式アイリ
ス認識方法は、赤外線照明を用いた画像取得装置により
使用者の目画像を取得し、取得した使用者の目画像から
アイリス画像を抽出し、抽出されたアイリス画像を極座
標系に変換する方法により前処理を行うものであって、
前記前処理過程は、前記取得した使用者の目画像に対し
て、キャニー・エッジ・デテクタによりアイリスの内部
境界を検出するステップと、前記検出されたアイリスの
内部境界から上下左右に進行しながら、アイリスの内部
境界の開始座標(x,y)における画像情報のピクセル
値と他の画像情報のピクセル値とを比較し、その比較し
た差値から最大値を見出してアイリスの外部境界を検出
するステップと、前記アイリスの内部と外部境界の間に
あるアイリス領域を抽出し、その抽出されたアイリス領
域を極座標系に変換するステップとからなる。
【0008】そして前記取得した目画像におけるアイリ
スが傾斜した形態で取得された場合は、更に前記極座標
変換されたアイリス画像を一定の大きさに正規化させる
ステップを含む。また上記取得した目画像におけるアイ
リスが、そのアイリスの中心線を基準にして任意の角度
の分だけ回転した形態で取得された場合は、前記極座標
変換されたアイリス画像の配列に基づいて、任意の角度
の分ずつ移動して複数個のアイリス画像の配列を臨時に
生成するステップと、臨時に生成した複数個のアイリス
画像に対応するアイリスの特徴ベクトルを生成するため
にウェーブレット変換を行うステップと、このウェーブ
レット変換により生成したそれぞれの特徴ベクトルを、
予め登録されている特徴ベクトルとそれぞれ比較して一
致率を求めるステップと、求められた一致率が最大値と
して示される特徴ベクトルを、使用者のアイリス特徴ベ
クトルとして認識するステップとを含むことを特徴とす
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る回転画像の補
正による非接触式アイリス認識方法について、添付図面
の代表図である図1を中心に参照しながら詳細に説明す
る。図1は本発明に係るアイリス画像の正規化過程を示
すフローチャートである。図1によるとステップS11
0では、赤外線照明と可視光線遮断用フィルタを用いた
画像取得装置により目画像を取得する。この際、反射光
が目の瞳孔内に結像してアイリス画像の情報が損なわれ
ないようにする。ステップS120では、前記取得した
目画像からアイリス領域のみを抽出するために、アイリ
スの内部と外部境界を検出し、検出されたアイリスの内
部と外部境界の中心を設定する。
【0010】このステップS120においては、本発明
に係るキャニー・エッジ・デテクタと画像とのピクセル
値の差を用いたアイリスの内部と外部境界の検出が実行
される。以下、この検出処理を具体的に説明すると、図
2(a)はキャニー・エッジ・デテクタによりアイリスの
内部境界である瞳孔の境界を検出した結果を示してい
る。図2(a)によると、キャニー・エッジ・デテクタを
適用することにより瞳孔の境界のみが検出されているこ
とがわかる。即ち、図2(a)のようにアイリスの内部境
界は、境界検出フィルタの一つであるキャニー・エッジ
・デテクタを用いて検出する。
【0011】前記キャニー・エッジ・デテクタは、ガウ
ス・フィルタリング(Gaussian filtering)を用いて取得
した画像を平滑化した後、ソベル(Sobel)演算子を用い
て境界を検出する過程からなる。前記ガウス・フィルタ
リング過程は、下記式(1)で表され、前記ソベル演算子
は下記式(2)で表される。 IG(x,y)=G(x,y)×I(x,y) …(1) SX=I[i-1][j+1]+2I[i][j+1]+I[i+1][j+1]−I[i-1][j-1] −2I[i][j-1]−I[i+1][j-1] SY=I[i+1][j+1]+2I[i+1][j]+I[i+1][j-1]−I[i-1][j+1] −2I[i-1][j]−I[i-1][j-1] …(2) このキャニー・エッジ・デテクタによる境界検出方法を
用いると、使用者の目がカメラの正面に向かず、多少傾
斜して位置することによって正常的な形態の目画像が得
られない場合であっても、瞳孔の境界であるアイリスの
内部境界を正確に検出することができる。従って瞳孔中
心の座標と半径を容易に求めることができる。
【0012】図2(b)は、瞳孔の中心座標と直径を示し
ている。この図2(b)によると、瞳孔の半径はd/2で
あり、中心座標は(x+d/2,y+d/2)となる。
またアイリス画像の外部境界は、瞳孔の境界、即ち、ア
イリスの内部境界から上下左右に進行しながら各ピクセ
ル値を比較し、該各ピクセル値の差の中で最大値を見い
出すことにより検出される。
【0013】このようにして検出される最大値は、 Max{I(x,y)−I(x−1,y)}, Max{I(x,y)−I(x+1,y)}, Max{I(x,y)−I(x,y−1)}, Max{I(x,y)−I(x,y+1)} である。ここでI(x,y)は、(x,y)点における画像の
ピクセル値を示す。
【0014】アイリス画像の外部境界を検出するとき、
アイリスの内部境界から上下左右の4方向に進行しなが
らピクセル値の差を求める理由は、内部の中心と外部の
中心を異にするためである。即ち、傾斜して傾いた形態
のアイリス画像が取得された場合は、瞳孔が上下左右の
いずれか一方に少し偏るので、内部の中心と外部の中心
を異に設定しなければならない。
【0015】図2(c)は、本発明に係るアイリスの外部
境界の半径と中心を求める場合のアイリス画像を示して
いる。目がカメラの正面を向かず、多少傾斜して位置す
ることによって不完全な形態の目画像が取得される場合
は、アイリスの内部と外部境界の中心設定の過程が必要
となる。そこで先ず、内部境界から左側の外部境界まで
の距離RL、右側の外部境界までの距離RR、上側の外部
境界までの距離RU、下側の外部境界までの距離RD、お
よび瞳孔の境界である内部境界の半径RIの値を算出
し、これらの算出した値を用いて上下左右の二等分点を
見出して外部境界の中心を求める。
【0016】ステップS130では、内部境界から外部
境界までの距離が一定の部分のアイリスパターンのみを
検出する。そしてステップS140では上記の如く検出
されたアイリスパターンを極座標に変換し、更にステッ
プS150では前記極座標に変換されたアイリスパター
ンを縦横が一定の大きさを有する画像に正規化する。ち
なみに上記アイリスパターンの極座標の変換は、下記式
(3)を用いて行われる。
【0017】 I(x(r,θ),y(r,θ)) ⇒ I(r,θ) …(3) ここでθは0.8°ずつ増加させ、rについてはアイリ
スの外部の中心Coと内部の中心CIとの間の距離と外部
境界の半径Roに従い、θを余弦第2則に適用して求め
る。そして上記の如く求められるrとθを用い、内部境
界と外部境界との間のアイリスパターンを抽出する。そ
の後、瞳孔の大きさの変化によるアイリス特徴に変化が
生じないようにするために、内部と外部境界の間を60
個の間隔に分け、θを0.8°ずつ変化させて450個
の情報を表現すると、最終的にはθ×r=450×60
個のアイリス画像に正規化し得る。
【0018】図3(a)は、傾斜した形態で取得されたア
イリス画像を示しており、また図3(b)は、傾斜した形
態で取得された上記アイリス画像を極座標変換したもの
を示している。この極座標変換したアイリス画像におい
ては、その下側が曲げられて不規則な形態を有している
ことがわかる。そして図3(c)は、この不規則な形態の
アイリスパターン画像を、横方向にMピクセル、縦方向
にNピクセルの大きさの画像に正規化した状態を示して
いる。
【0019】ここで図3(a)〜(c)を参照して、傾斜し
た形態で取得されたアイリス画像の正規化過程を説明す
ると、先ず図3(a)においては、内部境界と外部境界と
の間の距離において、照明の干渉の影響をなくすと共
に、多量のアイリスパターンが得られるように、アイリ
ス画像の内部と外部境界との間の距離のX%部分のアイ
リスパターンのみを取る。
【0020】即ち、内部と外部境界が検出されると、ア
イリスパターンを取って極座標変換を行う。この際、ア
イリスに照明の反射光が結像される場合には、アイリス
の内部境界(瞳孔の境界)から外部境界までに至るアイ
リス領域のうち、内部境界から60%に該当する距離に
あるアイリスパターンのみを抽出して極座標変換を行う
ことができる。尚、本発明の実施形態において用いられ
る上記60%は、アイリスに結像される反射光が含まれ
ず、最も多くのアイリスパターンを取ることができる範
囲を実験的に決めた値である。
【0021】図3(b)においては、傾斜した形態で取得
されたアイリス画像を極座標に変換する。しかし図3
(b)のようにしてアイリスパターンを極座標に変換する
と、アイリス画像の下側が曲げられ不規則な形態のアイ
リスパターンの画像が現れるので、これを正規化する必
要がある。そこで図3(c)においては、上述した不規則
な形態のアイリスパターンの画像を、横方向にMピクセ
ル、縦方向にNピクセルの大きさの画像に正規化する。
【0022】ところでアイリス認識システムの性能は、
誤認識率(FAR:False Acceptance Rate)と誤拒否
率(FRR:False Rejection Rate)という2つの要素
により評価される。誤認識率(FAR)とは、登録され
ていない人を登録されたものと誤認識して出入りを許す
割合を意味し、誤拒否率(FRR)とは、登録されてい
る人を登録されていないものと判定し、出入りを拒否す
る割合を意味するものである。本発明に係るアイリスの
境界検出方法と、傾斜した形態のアイリス画像に対する
正規化を適用して前処理を行った場合は、従来の境界検
出方法を適用した場合に比べて誤認識率(FAR)が
5.5%から2.83%に減少し、誤拒否率(FRR)は
5.0%から2.0%に減少した。
【0023】最後にステップS160では、前述した如
く取得した目画像におけるアイリスが、そのアイリスの
中心線を基準にして任意の角度の分だけ回転した形態で
求められた場合、即ち、回転したアイリス画像を補正す
るために、アイリス画像情報の配列のピクセルを移動し
た上で比較する。図4は、頭の傾きにより回転している
形態のアイリス画像を示している。即ち、アイリス画像
を取得する際に使用者の頭が左右に少しずつ傾くことが
あるが、このような状態でアイリス画像を取得すると、
図4(a)に示すように回転した画像が得られる。従って
前述したステップS110において取得した目画像が、
その目画像の中心線を基準にして任意の角度の分だけ回
転した形態で取得された場合には、その回転した画像を
補正する過程が必要となる。
【0024】図4(a)は、目画像の中心線を基準にして
時計方向に略15°または反時計方向に略15°程度ず
つ回転したアイリス画像を示している。このように回転
した形態のアイリス画像を極座標系に変換すると、図4
(b)のように正常的なアイリスパターンの形態に比べ
て、回転した距離の分だけ左右に移動した状態で現され
る。
【0025】図5は、図4(a)に示すような回転した形
態のアイリス画像を補正する過程を示している。以下に
図5を参照して、頭の傾きにより回転したアイリス画像
に対してアイリス画像情報の配列を比較し、この配列を
移動させてアイリス画像を補正する手続きを説明する。
図5(a)に示すように、頭の傾きにより回転したアイリ
ス画像は、極座標変換されたアイリス画像の配列Array
(0)に基づいて任意の角度の分ずつ移動し、複数個のア
イリス画像の配列Array(n)を臨時に生成する。即ち、
極座標変換されたアイリス画像の配列Array(0)に基づ
いて、その配列Array(0)から左右にコラムを移動させ
ると、Array(0)からArray(−10)まで、そしてArray
(0)からArray(10)までの計20個の画像情報の配列
を臨時に生成することができる。
【0026】そこで臨時に生成した複数個のアイリス画
像配列に対応するアイリスの特徴ベクトル生成するため
にウェーブレット変換を行い、このウェーブレット変換
により生成したそれぞれの特徴ベクトルを、予め登録さ
れている特徴ベクトルとそれぞれ比較して一致率を求め
る。そして求められた一致率が最大値で示される任意の
特徴ベクトルを、その使用者のアイリス特徴ベクトルと
して認識する。
【0027】即ち、上記のように回転した形態の画像情
報配列Array(n)を生成し、図5(b)に示すようにそれ
ぞれの画像情報の配列に対してウェーブレット変換を行
うことにより、前記臨時に生成した複数個のアイリス画
像の配列Array(n)に対応するアイリスの特徴ベクトル
T(n)をそれぞれ生成する。具体的には特徴ベクトル
T(n)として、fT(0)からfT(10)まで、そしてfT
(0)からfT(−10)までをそれぞれ生成される。そし
てこれらの各特徴ベクトルfT(n)を、予め登録されて
いる使用者の特徴ベクトルfRとそれぞれ比較し、それ
ぞれに対してその一致率Snを求める。その上で各特徴
ベクトルfT(n)について求められた一致率Snのうち、
最大の一致率Snヲ得た任意の特徴ベクトルfr(n)を、
回転効果が補正された結果値と認め、使用者のアイリス
特徴ベクトルとして認識する。
【0028】以上の説明は本発明に係る回転画像の補正
による非接触式アイリス認識方法を実施するための一例
に過ぎず、本発明は上記の実施形態に限定されない。即
ち、本発明は、特許請求の範囲に記載する範囲におい
て、その要旨を逸脱せず、当該発明の属する分野におけ
る通常の知識を有する者であれば、何人も多様な変更実
施が可能な範囲まで本発明の技術的精神が及ぶものであ
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る回転
画像の補正による非接触式アイリス認識方法は、キャニ
ー・エッジ・デテクタと画像とのピクセル値の差を用
い、アイリスの内部と外部境界を検出することにより、
使用者の目画像からアイリスの境界を正確に検出するこ
とができるという効果が得られる。
【0030】また画像取得装置により取得した目画像に
おけるアイリスが、そのアイリスの中心線を基準にして
任意の角度の分だけ回転した形態で取得された場合に
は、回転したアイリス画像を正常的な形態のアイリス画
像に補正し、また傾斜した形態のアイリス画像が取得さ
れることで極座標変換されたアイリス画像の下側が曲げ
られ不規則な形態を有する場合には、そのアイリス画像
を一定の大きさに正規化するので、様々な変形を有する
アイリス画像を正確な形態のアイリス画像データに加工
することができ、その誤認識率と誤拒否率を著しく減少
させるアイリス認識方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアイリス画像の正規化過程を示す
フローチャート。
【図2】キャニー・エッジ・デテクタにより瞳孔の境界
を検出した結果の一例、瞳孔の中心座標と直径の例、お
よび本発明に係るアイリスの外部境界の半径と中心を求
める場合のアイリス画像例をそれぞれ示す図。
【図3】傾斜した形態で取得されたアイリス画像の正規
化過程を示す図。
【図4】頭の傾きにより回転した形態のアイリス画像を
示す図。
【図5】図4に示すように回転した形態のアイリス画像
を補正する過程を示す図。
【符号の説明】
L アイリスの内部境界から左側の外部境界までの距
離 RR アイリスの内部境界から右側の外部境界までの距
離 RU アイリスの内部境界から上側の外部境界までの距
離 RD アイリスの内部境界から下側の外部境界までの距
離 RI 瞳孔(アイリスの内部境界)の半径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 7/18 A61B 5/10 320Z Fターム(参考) 4C038 VA07 VB04 VC01 VC05 5B043 AA09 BA04 DA04 EA03 EA12 EA15 5B047 AA23 CB23 5B057 BA02 CA12 CA16 CB12 CB16 CD18 5C054 AA01 CA05 CH02 EA01 EB05 ED07 ED12 EH07 EJ04 FC04 FC12 FC14 FC15 FD03 GB15 HA18 HA23

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 赤外線照明を用いた画像取得装置により
    使用者の目画像を取得し、取得した使用者の目画像から
    アイリス画像を抽出し、抽出されたアイリス画像を極座
    標系に変換する方式の前処理を含む回転画像の補正によ
    る非接触式アイリス認識方法において、 前記前処理は、 前記取得した使用者の目画像に対して、キャニー・エッ
    ジ・デテクタによりアイリスの内部境界を検出するステ
    ップと、 前記検出されたアイリスの内部境界から上下左右に進行
    しながら、アイリスの内部境界の出発座標(x,y)に
    おける画像情報のピクセル値と他の画像情報のピクセル
    値とを比較し、その比較した差値の中で最大値を見出し
    てアイリスの外部境界を検出するステップと、 前記アイリスの内部と外部境界の間にあるアイリス領域
    を抽出し、その抽出されたアイリス領域を極座標系のア
    イリス画像に変換するステップとを含むことを特徴とす
    る回転画像の補正による非接触式アイリス認識方法。
  2. 【請求項2】 前記取得した目画像におけるアイリス
    が、傾斜した形態で取得されたとき、更に前記極座標変
    換されたアイリス画像を一定の大きさに正規化させるス
    テップを含むことを特徴とする請求項1に記載の回転画
    像の補正による非接触式アイリス認識方法。
  3. 【請求項3】 前記取得した目画像におけるアイリス
    が、そのアイリスの中心線を基準にして任意の角度分だ
    け回転した形態で取得されたとき、 更に前記極座標変換されたアイリス画像の配列に基づい
    て任意の角度分ずつ移動して複数個のアイリス画像の配
    列を臨時に生成するステップと、 前記臨時に生成した複数個のアイリス画像配列に対応す
    るアイリスの特徴ベクトルを生成するためにウェーブレ
    ット変換を行うステップと、 前記ウェーブレット変換により生成したそれぞれの特徴
    ベクトルを、予め登録されている特徴ベクトルとそれぞ
    れ比較して一致率を求めるステップと、 前記求められた一致率が最大値として示される特徴ベク
    トルを、使用者のアイリス特徴ベクトルとして認識する
    ステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載の回
    転画像の補正による非接触式アイリス認識方法。
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