JP2002513188A - 無接触で手のひらや指の線すじを認識するシステム - Google Patents
無接触で手のひらや指の線すじを認識するシステムInfo
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Abstract
Description
学的に像として映し出すための方法と装置、及び認識アルゴリズムに関する。
いう形で犯罪学で利用されたり、あるいは文盲者によって署名として用いられて
きたが、近年では貴重品ロッカー、金庫室、コンピュータ、およびその他のセキ
ュリティ対象へアクセスするための資格監視コードとしての意義を獲得している
。
うのは実際的でない。迅速かつ直接的なコンピュータ解析が行われなくてはなら
ず、その都度同一のアプリケータの使用が前提となるからである。そこで、屈折
が起こる境界面での妨げられた全反射や妨げられた部分反射を用いながら、ガラ
ス面上に押し付けられてなる指紋の画像を光学的な像の映し出しによって短時間
で可視化する方法がまず開発された。
けて掌紋を得る方法がこの場合にも同じく実行可能であるが、装置がはるかに大
規模かつコスト高にならざるを得ないという理由だけですでに普及していない。
したがってそのための解析アルゴリズムもまだあまり開発されていない。
により多数の人間が観察されずに匿名で利用したならば、次のような事柄が不都
合な影響を及ぼすことになる。
に生じる。必要な場合には手入れ用の薬剤を使って拭き取ることで汚れは比較的
簡単に除去することができる。しかしその場合の欠点は、参加している人々の協
力と注意力がなくてはならず、それを必ずしも前提とするわけにはいかないこと
、または運営者がシステムの相応の手入れや保守を行わねばならず、これは人件
費がかかるうえにコスト高になってしまうことである。
可能でなければならないため、粗暴な取扱や意図的な破壊があると主要なシステ
ム部材が損傷を受ける恐れがある。
、このような接触は衛生上の観点から回避するのが望ましい。このことは特に病
院の領域や医療上、生物学上の安全の領域について当てはまる。
性がある。
それはたとえば「犯罪者データ」という連想があったり、感染への不安や皮膚接
触に対する嫌悪感があるためであり、後者はたとえばエスニックグループに関連
した理由に起因している。
外表面の像を映し出す。この場合に不都合な影響を及ぼすのは、同様に個人情報
を含んでいる、深いところに位置する皮膚不均質性や血行パターンにあまりアク
セスできないことである。そのため、この方法の認識の精度は限られている。
とを目指している。この場合の欠点は、塑像を作るような押捺によって起伏を容
易に再現することができ、そのために偽造の可能性が生まれることである。
れが古典的な指紋跡または掌紋跡である。この場合の欠点は、痕跡保存の手段で
このような跡が可視化されて悪用される可能性があることや、セキュリティの要
求度が高い場合にはこうした跡をたとえば拭い取ることで除去しなければならな
いことである。
という従来の簡単な方法も、当然ながら挙げておかなくてはならない。従来の照
明では皮膚は必ずいくらか光を通し、ある程度の量の光は拡散しながら散乱し、
そのとき同時に皮膚隆起のいちばん上の層は程度の差こそあれ光沢を発しながら
反射するため、カメラは人間の目と同じように通常、上皮画像と下皮画像のはっ
きり定義できない重なり合いを見てしまう。
わとのコントラストを上げることは原則的には可能である。その場合に不都合な
影響を及ぼすのは、この方法であると視野全体で統一的に作用せずに、照明に対
する線すじパターンの方向に依存しており(シャドー効果)、対象物表面の波状
の起伏に依存するということである(光沢効果)。あらゆる側からの斜角照明や
拡散的な照明は波状の起伏を光学的に補償するものの、拡散的な反射の割合が増
えるためにブリッジ部分のコントラストを劣化させる。
合に生じ(反射法則に基づく)、特に入射角ないし撮影角が大きいときに生じる
。この場合に不都合なのは、対象物を斜めに置くならば、装置コストのかかるひ
ずみ補正を、たとえばシャイムプフルーク(Scheimpflug)に従って
行う必要があることや、皮膚の波状起伏が著しい障害になるという事態である(
画像歪み)。
によって緩和または除去される。
できる。これにより、一方では、(a)光沢のある構造の像を優先的に映し出す
ことによって皮膚隆起のコントラストが大幅に高くなる。また他方では、(b)
光沢のある構造をフィルターアウトすることによって皮膚隆起を見えなくするこ
とができ、これにより下皮のパターンを見えるようにすることができる。特に照
明と映し出しの両方の光路で偏光を用いることにより、上皮パターンと下皮パタ
ーンとのはっきりした選別が可能になる。光沢のある上皮だけを強調した表示が
可能であり、拡散的に反射する下皮だけを強調した表示や、両方の皮膚パターン
をたとえば短時間で相前後して組み合せた表示も可能である。下皮パターンは、
主として深部に位置する構造によって与えられ、特に、隣接するすでに血の通っ
ている皮膚の層の構造によって与えられる。直線偏光の場合、上皮パターンは偏
光装置を照明光路と映し出し光路に並行に設定したときに映し出され、下皮パタ
ーンは偏光装置を垂直に設定したときに映し出される。
設定したときに映し出され、下皮パターンは偏光回転を同一方向に設定したとき
に映し出され、このとき回転の方向(右回りまたは左回り)はここでは光の伝搬
方向で見てEベクトルの回転方向として定義される。
とは頻繁な手入れと点検を不要にする。
きるので、粗暴な取扱や意図的な破壊から守られる。
構成することができる。
る。
不安、皮膚接触に対する不安といった心理的要因が解消される。
皮構造にアクセスすることができる。
ことができず、特に両方の異なるコントラスト種類の組合せはそれほど容易に悪
用を成功させないので、偽造に対するセキュリティが向上する。
ある指紋跡や掌紋跡が器具に残らない。
分離されて別個に評価される。
の非依存性を可能にするものである。視射角を活用するための対象物の傾斜位置
、およびこれと結びついたひずみ補正は必要ない。
する。
し出すための装置が示されている。この装置は、専ら、上皮を映し出すために設
定されている。指1は、支え2の上に載せるので、指は対象物平面3ないしその
焦点範囲にあり、妨害光フィルタ4と、支持プレート5(たとえばアクリルガラ
ス)と、偏向プリズム6と、偏光フィルタ7とを介してカメラ10で撮影するこ
とができ、このカメラは対物レンズ8と画像取得部(たとえばCCDチップ)を
画像平面9に包含しており、さらにここでは図示しない画像処理用の部材を含ん
でいてもよい。部材4,5,6,7は設計上の理由から相互に光学的に結合され
ている。ここで、保持プレート5は、ケーシングポット11と堅固に連結されて
いる。支え2に作用するある程度の力を受容して逃がさなくてはならないカバー
プレート12は、同様に縁部がケーシングポット11に連結されている(保持プ
レート5等とは連結されていない)。ケーシングポット11は、光出口用の穴1
3を有している。ケーシングポット11とカメラ10は基板14を介して堅固に
連結されている。
取り付けられている光源15(図1の切断平面では見えない)は、たとえば焦点
レンズを備えた発光ダイオードとして構成されており、その指向性の張り出しは
対象物1に向けて配されている。このとき前進特性を備えたそれぞれの散乱レン
ズ16と偏光フィルタ17とが介在している。ケーシングポット11から光を出
すため、カバープレート12の2つのスリット18とこれに対応する支持プレー
ト5のスリットが設けられている。個々の偏光フィルタ17の代わりに、それぞ
れ3つの光源を覆う2つの連続した偏光フィルムを使用することもできる。
用している場合、すべての偏光フィルタ17および映し出し光路にある偏光フィ
ルタ7を同一方向にセットしなければならない。上皮を選び出す最適な作用が得
られるのは、共通の偏光方向(Eベクトル)が図1および図2の図面平面に対し
て平行に、そして図3の図面平面に対して垂直に位置する場合である。後者の平
面は反射平面であり、この平面では照明が斜めで反射条件(たとえばブルースタ
ー角)を守った場合には皮膚が偏光作用を示す。照明がほぼ垂直なときには共通
の偏光方向は任意である。円偏光を使用した場合にはフィルタ17および7を回
転位置・姿勢に関して調節する必要がない。
ステムの実施例が描かれている。これらの装置は、壁面据付ユニットとして構成
すると有利である。このシステムは、一方の側に防弾ガラス窓20を有するケー
シング25に収納されている。本発明によればケーシングをセンサシステムとと
もに既存の、より大型の防弾ガラス壁の手前に組み付けることもできる。
物レンズ8の手前に配置されている。カメラ10は、外部空間でガラスプレート
4の4cmほど手前にある対象物平面3に対して向けられている。照明は4つの
ランプ15で構成されており、そのうち2つが図示されており、これらは指向性
投光器としてたとえば小型のハロゲン前照灯として構成され、対象物平面3に対
して向けられている。各ランプ15の前には、ランプの種類に応じて場合により
不要である1つの散乱レンズ16と、一つの偏光フィルタ17とが配置されてい
る。
ランプ対が図面平面に対して垂直に偏光されるように行う。カメラフィルタ7が
同様に図面平面に対して垂直に調整されていれば、この配置で上皮画像が得られ
る(図1の前出の例と同様)。
メラフィルタ7を90度だけ回転させることができる。しかしながら機械的な運
動を行わない配置の方がより頑強である。そのために、フィルタ7が定置の場合
には同一の施工形態をもつ追加的なランプ対が必要となり、このランプ対は調整
フィルタを含めて図4に示すランプ対に対して光学軸で90度だけ回転している
。両方のランプ対は上皮画像と下皮画像を撮影するために短時間で相前後してス
イッチオンおよびスイッチオフされる。
フィルタ調整が必要なく、フィルタ7,17の偏光回転と回転した配置17につ
いて、上記の説明にしたがう必要がある。
領域3に差し入れることである。このときの位置決め補助として、ガラス板の上
にある図7に示すテンプレート27が役立つ。テンプレートには、たとえば簡略
化または様式化された手の輪郭が指を広げた状態で描かれている。手のひらの線
すじのパターンは常に指を広げた状態で撮影するのが望ましい。そうすれば皮膚
のしわによる画像の歪みがあまり生じないからである。前記図像によって利用者
は同じく指を広げるように奨励されるのが望ましい。なぜなら経験上、使用説明
書に記載されているこのような指示は必ずしも守られないからである。
(図示せず)。
らか間隔をおいて位置している。この間隔は数メートルであってもよい。この実
施形態は、アクセスや点検が同一地点で行われず、センサシステムも保護領域の
中にあり(防弾ガラス板の背後)、そのために視覚的連絡があるようなケースに
とって興味深い。この場合、照明部材15,16,17はカメラ10の付近にあ
り、ケーシング25の容積はそれによって比較的小さくなる。このケースでは位
置決め補助はフレーム22として構成され、このフレームは内部に簡素化または
様式化された手の輪郭を指が開いた状態で有しているとともに、壁の保持部また
は間隔がもっと広い場合には自立式の支柱その他の場所に取り付けられる。利用
者の役目は、手をフレームの中に差し入れてパターンと一致するようにすること
である。フレーム内部の寸法は、接触を容易に避けることができるように選択す
る。
が傾斜姿勢で壁に固定されている。それによって快適な取扱が可能となり、鏡2
4で曲げられる光路によっていっそうコンパクトな構造が可能となる。光が傾斜
して防弾ガラスプレート20を通過することはある程度の画像の歪みを引き起こ
すが、この歪みは重大なものではなく、後から補正することができる。ここには
図示しない別の変化形では、ケーシングがカメラおよび照明とともに天井等の手
の届かない高さに設置されるとともに視界窓が下方に向いており、位置決め補助
としてフレーム22または23のような種類のフレームが使用される。ここでの
フレームは、水平方向に取り付けられ、手の内側面を上方に向けてこのフレーム
に差し入れることが意図される。このような種類のフレームは全体的または部分
的にプラスチックでつくることができ、必要に応じてフレーム内にアンテナが組
み込まれていてもよい。
象物平面に投影される空中画像である。本発明によればこの空中画像は二重画像
であり、この二重画像は相並んで配置された2つのプロジェクタで生成されて、
両方の部分画像がカメラの対象物平面でのみ正確に一致するように、かつ位置が
正しければこの上に手が合同に現われるようになっている。
印、手の輪郭線、または手などの空中画像も考慮の対象となる。このときホログ
ラムプレートは、好ましくは、防弾ガラス板の手前の内部に取り付ける。カメラ
観察のためにはホログラムの小さな穴を利用することができる。
らかの部分に誤って触れる可能性を排除することができる。
ような簡単な対策では十分でなくなるのを防止するため、本装置を次のようにし
て妨害光に対して不感にすることができる。
で構成し、外光がなるべく反射されないように表面を毛羽立てる。
オードやレーザを配置して狭帯域通路をもつ相応のフィルタを用いたりすること
で、狭帯域の光を使うのが望ましい。
化されたレーザダイオード等のパルス状の照明と、これに適合させた撮影カメラ
の短いシャッター時間とを組み合わせる。
ならびにフレーム22および23のところでは、無接触の(電磁式の)認証読取
り装置(近接読取り装置)のアンテナ用のスペースが利用可能であるので、こう
した認証読取り法との組合せが可能である。
理想的な場合には、形式的な完全なパターン相関になる。相関係数は、一致して
いる場合(優れた再現品質が前提となる)には実質的に100%である。
の画像一式と比較しなければならない場合、特に計算時間などの画像処理コスト
が大きくなりすぎる。それよりも好ましいのは、判定に必要な指標を含んでいる
特徴的な標識データを記憶して比較することである。つまり画像データの圧縮と
コード化が必要となる。これは特に判定精度等の所望の条件に容易に適合させる
ことが可能であるのが望ましい。ここで選択した、画像処理のの基本方策につい
てダイアグラム(図8)に示して以下に説明する。文章中では、下線によってダ
イアグラムのさまざまなブロックを引用している。
グ(ここでは図示せず)で抑圧するが、それを除けば最初の処理ステップは上皮 画像 と下皮画像のセグメント化である。これは、例えば方眼等のサブユニットへ
の分割であり、この分割は、画像セグメントの数が初期画像のピクセル数に比べ
てデータ圧縮の意味合いでできるだけ大きく減少するが、セグメント画像の細部
解像度はここで課せられている課題にとって十分であるように行う。
大で約8つの値をもつさまざまな太さsと方向rの線すじ要素に従ってセグメン
ト内容を調べる。セグメントの中の複数の同種のベクトル(太さが同一で平行な
線すじ要素)は加算する。つまりそれぞれのセグメントはさまざまなベクトル種
の数によって表すことができる。その都度1つだけのベクトルに注目すれば、す
なわちrとsの組合せに注目すれば、さまざまなベクトル種についてのベクトル
画像が得られる。アルゴリズムを最適化する一環として、たとえば小さすぎる数
値を避けるために、さまざまなベクトル種の画像を加算でまとめて把握すると有
利な場合がある。
のピクセル値の加算によって行われる。このことは、コンピュータ断層撮影法で
切断面を撮影するのに相当し、この場合の対象物は、約5以下の整数のピクセル
値を備えているすでにデジタル化された画像フィールドであり、値ゼロが比較的
頻繁に現われる。
ば公知のとおりCTアルゴリズムによって対象物の層を再構成することができる
。
特性を明かにするために射影関数の情報を利用する。射影の数は、画像の特性を
明かにするための所望の精度に応じて決める。必要かつ十分な精度を、簡単な規
定によって、すなわち射影の数の選択によって設定できることが本方法の利点で
ある。公知のコンピュータ断層撮影と比較してここでは少数の射影しか必要ない
。
求められる。全体頻度またはその比率は、実際に、線すじパターンの大まかな特
性を明かにするのに適しているのである。
大の線太さsをもつあらゆるベクトル種からなる合計画像と、この合計画像の射
影とを観察する。このとき、手の長軸に対してプラスまたはマイナス45度前後
の方向をもつ射影ペアが有利なペアである。なぜなら、両方の射影の一方におい
て、もっとも太く刻まれている3本の主要な線すじ、親指のしわ、5本指のしわ
、および3本指のしわ(これは右手か左手かによって左右される)が最大値とし
て大きな振幅で現われるからである。たとえばうまく識別可能な5本指のしわの
最大値は、対象物に関する目盛原点を定義するのに利用できる。別の射影の場合
、非常にはっきりした最大値が認識可能であるときにはこれを同じく目盛原点の
決定に用いることができる。そうでない場合には原点を意図的に、たとえば左側
の画像縁部に決定する。
領域でプログラムによって探す。すると主射影方向は他の方向についての基準方
向としての役目も果たす。このようなやり方で、測定方法のある程度の回転不変
量も得ることができる。
の表示のために最短の形状、振幅、および場合により位相を選択する。主要方向
のすべての射影の特性決定は、振幅値と位相値によって行うことができる。別の
射影の場合、位相指定はいくつかのケースでしか対象物に関連したものではなく
、一般には特性決定に直接には適していない。
べておくと、標識に含まれる振幅と位相から射影関数を再構成し、相関関係を用
いて曲線形状の比較を行うことができる。この方法はダイアグラムには示されて
いない。
和成分の振幅のセットと、主射影の振幅に対する位相とを含んでいる。どれだけ
の数の射影、及び振幅や位相のセットを作成するかは経験的に求めなくてはなら
ない。このような種類の手の線すじパターンの特性決定は手に関して翻訳不変量
である。
括情報から始まり、高解像されたパターンのところで、つまり高い空間的な度数
についての調和成分の振幅と位相のところで終了する。指標比較のプロセスは、
全体頻度のところで開始され、非一致のときには中止される。手の線すじ画像の
一致の品質は、ネガティブメッセージを受けないで序列を進めば進むほどいっそ
う高くなる。
画像の解析は同じようにして行うが、この場合、主射影についての目盛原点は、
関連する上皮画像から引き継ぐ。線幅sの数は下皮の場合には少なくてよい。
クに記録する。手の線すじパターンの比較を行おうとするときは、検査されるべ
き標識の指標と、データバンクに記憶されている標識とを序列に従って比較して
、線図の下側に示されているようにポジティブまたはネガティブな判定を下すこ
とができる。
ルゴリズムとは異なり、ここで提案される手の線すじの認識では「正規の」線す
じ要素の(正弦波形の)分布パターンが検出される。この場合の情報内容は、個
々人のあいだでそれほど大きな変動のない上述した3本の主要線にはあまりなく
、むしろやや薄い副次線の網目に多く存在している。
学的に像として映し出すための方法と装置、及び認識アルゴリズムに関する。
いう形で犯罪学で利用されたり、あるいは文盲者によって署名として用いられて
きたが、近年では貴重品ロッカー、金庫室、コンピュータ、およびその他のセキ
ュリティ対象へアクセスするための資格監視コードとしての意義を獲得している
。
うのは実際的でない。迅速かつ直接的なコンピュータ解析が行われなくてはなら
ず、その都度同一のアプリケータの使用が前提となるからである。そこで、屈折
が起こる境界面での妨げられた全反射や妨げられた部分反射を用いながら、ガラ
ス面上に押し付けられてなる指紋の画像を光学的な像の映し出しによって短時間
で可視化する方法がまず開発された。
けて掌紋を得る方法がこの場合にも同じく実行可能であるが、装置がはるかに大
規模かつコスト高にならざるを得ないという理由だけですでに普及していない。
したがってそのための解析アルゴリズムもまだあまり開発されていない。
により多数の人間が観察されずに匿名で利用したならば、次のような事柄が不都
合な影響を及ぼすことになる。
に生じる。必要な場合には手入れ用の薬剤を使って拭き取ることで汚れは比較的
簡単に除去することができる。しかしその場合の欠点は、参加している人々の協
力と注意力がなくてはならず、それを必ずしも前提とするわけにはいかないこと
、または運営者がシステムの相応の手入れや保守を行わねばならず、これは人件
費がかかるうえにコスト高になってしまうことである。
可能でなければならないため、粗暴な取扱や意図的な破壊があると主要なシステ
ム部材が損傷を受ける恐れがある。
、このような接触は衛生上の観点から回避するのが望ましい。このことは特に病
院の領域や医療上、生物学上の安全の領域について当てはまる。
性がある。
それはたとえば「犯罪者データ」という連想があったり、感染への不安や皮膚接
触に対する嫌悪感があるためであり、後者はたとえばエスニックグループに関連
した理由に起因している。
外表面の像を映し出す。この場合に不都合な影響を及ぼすのは、同様に個人情報
を含んでいる、深いところに位置する皮膚不均質性や血行パターンにあまりアク
セスできないことである。そのため、この方法の認識の精度は限られている。
とを目指している。この場合の欠点は、塑像を作るような押捺によって起伏を容
易に再現することができ、そのために偽造の可能性が生まれることである。
れが古典的な指紋跡または掌紋跡である。この場合の欠点は、痕跡保存の手段で
このような跡が可視化されて悪用される可能性があることや、セキュリティの要
求度が高い場合にはこうした跡をたとえば拭い取ることで除去しなければならな
いことである。
という従来の簡単な方法も、当然ながら挙げておかなくてはならない。従来の照
明では皮膚は必ずいくらか光を通し、ある程度の量の光は拡散しながら散乱し、
そのとき同時に皮膚隆起のいちばん上の層は程度の差こそあれ光沢を発しながら
反射するため、カメラは人間の目と同じように通常、上皮画像と下皮画像のはっ
きり定義できない重なり合いを見てしまう。
わとのコントラストを上げることは原則的には可能である。その場合に不都合な
影響を及ぼすのは、この方法であると視野全体で統一的に作用せずに、照明に対
する線すじパターンの方向に依存しており(シャドー効果)、対象物表面の波状
の起伏に依存するということである(光沢効果)。あらゆる側からの斜角照明や
拡散的な照明は波状の起伏を光学的に補償するものの、拡散的な反射の割合が増
えるためにブリッジ部分のコントラストを劣化させる。
合に生じ(反射法則に基づく)、特に入射角ないし撮影角が大きいときに生じる
。この場合に不都合なのは、対象物を斜めに置くならば、装置コストのかかるひ
ずみ補正を、たとえばシャイムプフルーク(Scheimpflug)に従って
行う必要があることや、皮膚の波状起伏が著しい障害になるという事態である(
画像歪み)。
の偏光フィルタの下側にランプ対を配置し、その連結軸は偏光フィルタの偏光ベ
クトルに対して平行に位置しており、さらに別のランプ対を設けてその連結軸を
偏光ベクトルに対して垂直に位置させることが公知である。モータおよび駆動ベ
ルトを介して偏光フィルタはランプとともに回転させられ、その間にランプ対に
よって偏光フィルタの上側に配置された個々の指が照明される。偏光フィルタが
回転している間、3°の回転角の間にその都度1つの画像がカメラによって撮影
されて記憶ユニットに格納される。一回転が終わった後、一方のランプ対をオフ
にして他方のランプ対をオンにし、このとき90°の角度のさらなる回転が続い
て行われ、それによって第2のランプ対のスタート位置が先ほど使用したランプ
対のスタート位置と同一になるように一致させられる。このスタート位置に達し
た後、あらためて偏光フィルタが回転している間に3°のインターバルで画像が
カメラによって撮影され、第2の記憶ユニットにファイルされる。このさらなる
回転が終わると、特に偏差の形成によって指紋のディテールに富んだ画像を得る
ために、第1の記憶ユニットおよび第2の記憶ユニットのデータを利用すること
ができる。しかしながらモータによる偏光フィルタの必要な回転はこの装置を故
障しやすいものにしてしまい、そのうえ製造が高価になると考えられる。カメラ
によって多数の個別画像で指紋が映像化されるので全体の測定時間は非常に長く
なり、このとき、第2の測定シリーズの間の条件が第1の測定シリーズの条件と
厳密に一致するとは保証されない。というのは、全部で2.25回転の間、指が
静止したまま保たれないのが普通だからである。
識別をする方法であって、この手や指の線すじを、照明光路に配置された第1の
偏光フィルタと、映し出し光路に配置された第2の偏光フィルタと、カメラ(1
0)とによって、構成の機械的な運動を放棄したうえで光学的に無接触で検出す
る方法によって緩和または除去される。
できる。これにより、一方では、(a)光沢のある構造の像を優先的に映し出す
ことによって皮膚隆起のコントラストが大幅に高くなる。また他方では、(b)
光沢のある構造をフィルターアウトすることによって皮膚隆起を見えなくするこ
とができ、これにより下皮のパターンを見えるようにすることができる。特に照
明と映し出しの両方の光路で偏光を用いることにより、上皮パターンと下皮パタ
ーンとのはっきりした選別が可能になる。光沢のある上皮だけを強調した表示が
可能であり、拡散的に反射する下皮だけを強調した表示や、両方の皮膚パターン
をたとえば短時間で相前後して組み合せた表示も可能である。下皮パターンは、
主として深部に位置する構造によって与えられ、特に、隣接するすでに血の通っ
ている皮膚の層の構造によって与えられる。直線偏光の場合、上皮パターンは偏
光装置を照明光路と映し出し光路に並行に設定したときに映し出され、下皮パタ
ーンは偏光装置を垂直に設定したときに映し出される。
設定したときに映し出され、下皮パターンは偏光回転を同一方向に設定したとき
に映し出され、このとき回転の方向(右回りまたは左回り)はここでは光の伝搬
方向で見てEベクトルの回転方向として定義される。
とは頻繁な手入れと点検を不要にする。
きるので、粗暴な取扱や意図的な破壊から守られる。
構成することができる。
る。
不安、皮膚接触に対する不安といった心理的要因が解消される。
皮構造にアクセスすることができる。
ことができず、特に両方の異なるコントラスト種類の組合せはそれほど容易に悪
用を成功させないので、偽造に対するセキュリティが向上する。
ある指紋跡や掌紋跡が器具に残らない。
分離されて別個に評価される。
の非依存性を可能にするものである。視射角を活用するための対象物の傾斜位置
、およびこれと結びついたひずみ補正は必要ない。
する。
し出すための装置が示されている。この装置は、専ら、上皮を映し出すために設
定されている。指1は、支え2の上に載せるので、指は対象物平面3ないしその
焦点範囲にあり、妨害光フィルタ4と、支持プレート5(たとえばアクリルガラ
ス)と、偏向プリズム6と、偏光フィルタ7とを介してカメラ10で撮影するこ
とができ、このカメラは対物レンズ8と画像取得部(たとえばCCDチップ)を
画像平面9に包含しており、さらにここでは図示しない画像処理用の部材を含ん
でいてもよい。部材4,5,6,7は設計上の理由から相互に光学的に結合され
ている。ここで、保持プレート5は、ケーシングポット11と堅固に連結されて
いる。支え2に作用するある程度の力を受容して逃がさなくてはならないカバー
プレート12は、同様に縁部がケーシングポット11に連結されている(保持プ
レート5等とは連結されていない)。ケーシングポット11は、光出口用の穴1
3を有している。ケーシングポット11とカメラ10は基板14を介して堅固に
連結されている。
取り付けられている光源15(図1の切断平面では見えない)は、たとえば焦点
レンズを備えた発光ダイオードとして構成されており、その指向性の張り出しは
対象物1に向けて配されている。このとき前進特性を備えたそれぞれの散乱レン
ズ16と偏光フィルタ17とが介在している。ケーシングポット11から光を出
すため、カバープレート12の2つのスリット18とこれに対応する支持プレー
ト5のスリットが設けられている。個々の偏光フィルタ17の代わりに、それぞ
れ3つの光源を覆う2つの連続した偏光フィルムを使用することもできる。
用している場合、すべての偏光フィルタ17および映し出し光路にある偏光フィ
ルタ7を同一方向にセットしなければならない。上皮を選び出す最適な作用が得
られるのは、共通の偏光方向(Eベクトル)が図1および図2の図面平面に対し
て平行に、そして図3の図面平面に対して垂直に位置する場合である。後者の平
面は反射平面であり、この平面では照明が斜めで反射条件(たとえばブルースタ
ー角)を守った場合には皮膚が偏光作用を示す。照明がほぼ垂直なときには共通
の偏光方向は任意である。円偏光を使用した場合にはフィルタ17および7を回
転位置・姿勢に関して調節する必要がない。
ステムの実施例が描かれている。これらの装置は、壁面据付ユニットとして構成
すると有利である。このシステムは、一方の側に防弾ガラス窓20を有するケー
シング25に収納されている。本発明によればケーシングをセンサシステムとと
もに既存の、より大型の防弾ガラス壁の手前に組み付けることもできる。
物レンズ8の手前に配置されている。カメラ10は、外部空間でガラスプレート
4の4cmほど手前にある対象物平面3に対して向けられている。照明は4つの
ランプ15で構成されており、そのうち2つが図示されており、これらは指向性
投光器としてたとえば小型のハロゲン前照灯として構成され、対象物平面3に対
して向けられている。各ランプ15の前には、ランプの種類に応じて場合により
不要である1つの散乱レンズ16と、一つの偏光フィルタ17とが配置されてい
る。
ランプ対が図面平面に対して垂直に偏光されるように行う。カメラフィルタ7が
同様に図面平面に対して垂直に調整されていれば、この配置で上皮画像が得られ
る(図1の前出の例と同様)。
メラフィルタ7を90度だけ回転させることができる。しかしながら機械的な運
動を行わない配置の方がより頑強である。そのために、フィルタ7が定置の場合
には同一の施工形態をもつ追加的なランプ対が必要となり、このランプ対は調整
フィルタを含めて図4に示すランプ対に対して光学軸で90度だけ回転している
。両方のランプ対は上皮画像と下皮画像を撮影するために短時間で相前後してス
イッチオンおよびスイッチオフされる。
フィルタ調整が必要なく、フィルタ7,17の偏光回転と回転した配置17につ
いて、上記の説明にしたがう必要がある。
領域3に差し入れることである。このときの位置決め補助として、ガラス板の上
にある図7に示すテンプレート27が役立つ。テンプレートには、たとえば簡略
化または様式化された手の輪郭が指を広げた状態で描かれている。手のひらの線
すじのパターンは常に指を広げた状態で撮影するのが望ましい。そうすれば皮膚
のしわによる画像の歪みがあまり生じないからである。前記図像によって利用者
は同じく指を広げるように奨励されるのが望ましい。なぜなら経験上、使用説明
書に記載されているこのような指示は必ずしも守られないからである。
(図示せず)。
らか間隔をおいて位置している。この間隔は数メートルであってもよい。この実
施形態は、アクセスや点検が同一地点で行われず、センサシステムも保護領域の
中にあり(防弾ガラス板の背後)、そのために視覚的連絡があるようなケースに
とって興味深い。この場合、照明部材15,16,17はカメラ10の付近にあ
り、ケーシング25の容積はそれによって比較的小さくなる。このケースでは位
置決め補助はフレーム22として構成され、このフレームは内部に簡素化または
様式化された手の輪郭を指が開いた状態で有しているとともに、壁の保持部また
は間隔がもっと広い場合には自立式の支柱その他の場所に取り付けられる。利用
者の役目は、手をフレームの中に差し入れてパターンと一致するようにすること
である。フレーム内部の寸法は、接触を容易に避けることができるように選択す
る。
が傾斜姿勢で壁に固定されている。それによって快適な取扱が可能となり、鏡2
4で曲げられる光路によっていっそうコンパクトな構造が可能となる。光が傾斜
して防弾ガラスプレート20を通過することはある程度の画像の歪みを引き起こ
すが、この歪みは重大なものではなく、後から補正することができる。ここには
図示しない別の変化形では、ケーシングがカメラおよび照明とともに天井等の手
の届かない高さに設置されるとともに視界窓が下方に向いており、位置決め補助
としてフレーム22または23のような種類のフレームが使用される。ここでの
フレームは、水平方向に取り付けられ、手の内側面を上方に向けてこのフレーム
に差し入れることが意図される。このような種類のフレームは全体的または部分
的にプラスチックでつくることができ、必要に応じてフレーム内にアンテナが組
み込まれていてもよい。
象物平面に投影される空中画像である。本発明によればこの空中画像は二重画像
であり、この二重画像は相並んで配置された2つのプロジェクタで生成されて、
両方の部分画像がカメラの対象物平面でのみ正確に一致するように、かつ位置が
正しければこの上に手が合同に現われるようになっている。
印、手の輪郭線、または手などの空中画像も考慮の対象となる。このときホログ
ラムプレートは、好ましくは、防弾ガラス板の手前の内部に取り付ける。カメラ
観察のためにはホログラムの小さな穴を利用することができる。
らかの部分に誤って触れる可能性を排除することができる。
ような簡単な対策では十分でなくなるのを防止するため、本装置を次のようにし
て妨害光に対して不感にすることができる。
で構成し、外光がなるべく反射されないように表面を毛羽立てる。
オードやレーザを配置して狭帯域通路をもつ相応のフィルタを用いたりすること
で、狭帯域の光を使うのが望ましい。
化されたレーザダイオード等のパルス状の照明と、これに適合させた撮影カメラ
の短いシャッター時間とを組み合わせる。
ならびにフレーム22および23のところでは、無接触の(電磁式の)認証読取
り装置(近接読取り装置)のアンテナ用のスペースが利用可能であるので、こう
した認証読取り法との組合せが可能である。
理想的な場合には、形式的な完全なパターン相関になる。相関係数は、一致して
いる場合(優れた再現品質が前提となる)には実質的に100%である。
の画像一式と比較しなければならない場合、特に計算時間などの画像処理コスト
が大きくなりすぎる。それよりも好ましいのは、判定に必要な指標を含んでいる
特徴的な標識データを記憶して比較することである。つまり画像データの圧縮と
コード化が必要となる。これは特に判定精度等の所望の条件に容易に適合させる
ことが可能であるのが望ましい。ここで選択した、画像処理の基本方策について
ダイアグラム(図8)に示して以下に説明する。文章中では、下線によってダイ
アグラムのさまざまなブロックを引用している。
グ(ここでは図示せず)で抑圧するが、それを除けば最初の処理ステップは上皮 画像 と下皮画像のセグメント化である。これは、例えば方眼等のサブユニットへ
の分割であり、この分割は、画像セグメントの数が初期画像のピクセル数に比べ
てデータ圧縮の意味合いでできるだけ大きく減少するが、セグメント画像の細部
解像度はここで課せられている課題にとって十分であるように行う。
大で約8つの値をもつさまざまな太さsと方向rの線すじ要素に従ってセグメン
ト内容を調べる。セグメントの中の複数の同種のベクトル(太さが同一で平行な
線すじ要素)は加算する。つまりそれぞれのセグメントはさまざまなベクトル種
の数によって表すことができる。その都度1つだけのベクトルに注目すれば、す
なわちrとsの組合せに注目すれば、さまざまなベクトル種についてのベクトル
画像が得られる。アルゴリズムを最適化する一環として、たとえば小さすぎる数
値を避けるために、さまざまなベクトル種の画像を加算でまとめて把握すると有
利な場合がある。
のピクセル値の加算によって行われる。このことは、コンピュータ断層撮影法で
切断面を撮影するのに相当し、この場合の対象物は、約5以下の整数のピクセル
値を備えているすでにデジタル化された画像フィールドであり、値ゼロが比較的
頻繁に現われる。
ば公知のとおりCTアルゴリズムによって対象物の層を再構成することができる
。
特性を明かにするために射影関数の情報を利用する。射影の数は、画像の特性を
明かにするための所望の精度に応じて決める。必要かつ十分な精度を、簡単な規
定によって、すなわち射影の数の選択によって設定できることが本方法の利点で
ある。公知のコンピュータ断層撮影と比較してここでは少数の射影しか必要ない
。
求められる。全体頻度またはその比率は、実際に、線すじパターンの大まかな特
性を明かにするのに適しているのである。
大の線太さsをもつあらゆるベクトル種からなる合計画像と、この合計画像の射
影とを観察する。このとき、手の長軸に対してプラスまたはマイナス45度前後
の方向をもつ射影ペアが有利なペアである。なぜなら、両方の射影の一方におい
て、もっとも太く刻まれている3本の主要な線すじ、親指のしわ、5本指のしわ
、および3本指のしわ(これは右手か左手かによって左右される)が最大値とし
て大きな振幅で現われるからである。たとえばうまく識別可能な5本指のしわの
最大値は、対象物に関する目盛原点を定義するのに利用できる。別の射影の場合
、非常にはっきりした最大値が認識可能であるときにはこれを同じく目盛原点の
決定に用いることができる。そうでない場合には原点を意図的に、たとえば左側
の画像縁部に決定する。
領域でプログラムによって探す。すると主射影方向は他の方向についての基準方
向としての役目も果たす。このようなやり方で、測定方法のある程度の回転不変
量も得ることができる。
の表示のために最短の形状、振幅、および場合により位相を選択する。主要方向
のすべての射影の特性決定は、振幅値と位相値によって行うことができる。別の
射影の場合、位相指定はいくつかのケースでしか対象物に関連したものではなく
、一般には特性決定に直接には適していない。
べておくと、標識に含まれる振幅と位相から射影関数を再構成し、相関関係を用
いて曲線形状の比較を行うことができる。この方法はダイアグラムには示されて
いない。
和成分の振幅のセットと、主射影の振幅に対する位相とを含んでいる。どれだけ
の数の射影、及び振幅や位相のセットを作成するかは経験的に求めなくてはなら
ない。このような種類の手の線すじパターンの特性決定は手に関して翻訳不変量
である。
括情報から始まり、高解像されたパターンのところで、つまり高い空間的な度数
についての調和成分の振幅と位相のところで終了する。指標比較のプロセスは、
全体頻度のところで開始され、非一致のときには中止される。手の線すじ画像の
一致の品質は、ネガティブメッセージを受けないで序列を進めば進むほどいっそ
う高くなる。
画像の解析は同じようにして行うが、この場合、主射影についての目盛原点は、
関連する上皮画像から引き継ぐ。線幅sの数は下皮の場合には少なくてよい。
クに記録する。手の線すじパターンの比較を行おうとするときは、検査されるべ
き標識の指標と、データバンクに記憶されている標識とを序列に従って比較して
、線図の下側に示されているようにポジティブまたはネガティブな判定を下すこ
とができる。
ルゴリズムとは異なり、ここで提案される手の線すじの認識では「正規の」線す
じ要素の(正弦波形の)分布パターンが検出される。この場合の情報内容は、個
々人のあいだでそれほど大きな変動のない上述した3本の主要線にはあまりなく
、むしろやや薄い副次線の網目に多く存在している。
Claims (36)
- 【請求項1】 手や指の線すじを用いて個人識別を行う方法において、手や
指の線すじを光学的に無接触で検出し、ファイルされている同種類のデータとの
比較を可能にする数値標識をデジタル式の画像処理で算出することを特徴とする
方法。 - 【請求項2】 手や指の線すじの上皮パターンおよび/または下皮パターン
を検出して評価する、手や指の線すじを用いて個人識別をする請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 上側および/または下側の皮膚層のパターンを選択的に表示
するために、可視領域または近赤外線領域の偏光を照明光路と映し出し光路で使
用する、請求項1および/または2記載の個人識別方法。 - 【請求項4】 下皮と上皮とを選択的に表示するために直線偏光と円偏光の
両方を使って作業を行う、請求項2および/または3記載の個人識別方法。 - 【請求項5】 照明光路と映し出し光路で偏光回転が別方向に設定されてい
るときに上皮パターンの選別を行い、偏光回転が同一方向に設定されているとき
には下皮パターンの選別を行うものであり、ここでの回転の方向(右回りまたは
左回り)は光の伝搬方向で見てEベクトルの回転方向として定義されることを特
徴とする請求項4記載の個人識別方法。 - 【請求項6】 照明光路と映し出し光路で偏光方向が平行に設定されている
ときに上皮パターンの選別を行い、偏光方向が垂直に設定されているときには下
皮パターンの選別を行うことを特徴とする請求項3記載の個人識別方法。 - 【請求項7】 両方のパターンをカメラでもって同座標にて短時間のうちに
相前後して撮影することを特徴とする請求項6記載の個人識別をする方法。 - 【請求項8】 各パターンをそれぞれ1つのカメラで撮影することを特徴と
する請求項6記載の個人識別方法。 - 【請求項9】 同座標で利用することのできる両方の皮膚パターンの適当な
情報内容を組み合わせることを特徴とする請求項4から8までの少なくとも1項
記載の個人識別方法。 - 【請求項10】 手や指の線すじの検出を比較的遠い距離から行うことを特
徴とする請求項1から10までの少なくとも1項記載の個人識別をする方法。 - 【請求項11】 認識アルゴリズムを用いて指紋を検出するために細部の相
対位置を求めて識別の方向で評価する(たとえばヘンリーコード)ことを特徴と
する請求項1から10までの少なくとも1項記載の個人識別方法。 - 【請求項12】 認識アルゴリズムを用いて上皮パターンの指紋を認識する
ために直交指標の頻度を求めて識別の方向で評価する、請求項1から10までの
少なくとも1項記載の個人識別方法。 - 【請求項13】 手の線すじを認識するために初期画像をセグメントに分割
し、セグメントの中でさまざまな太さと方向の線分を求める、請求項1から10
までの少なくとも1項記載の個人識別方法。 - 【請求項14】 セグメント画像内において線分(ベクトル)をコンピュー
タ断層撮影の断面画像撮影の方法に基づいてさまざまな方向のピクセル値として
頻度分布に加算(射影)することを特徴とする請求項13記載の個人識別方法。 - 【請求項15】 振幅により、または場合によって振幅及びその調和近似の
成分の位相(たとえばハートレイに基づく)により射影の特性決定を行い、位相
指定のある振幅または位相指定のない振幅を数値によるパターンの特性決定に援
用することを特徴とする請求項12記載の個人識別をする方法。 - 【請求項16】 請求項1から15までの少なくとも1項記載の方法を実施
する装置において、対物レンズ(8)が対象物平面(3)に焦点を合わされてい
る、画像取得部(9)を備えたカメラ(10)を備えていることを特徴とする装
置。 - 【請求項17】 画像取得部(9)がCCDチップであることを特徴とする
請求項16記載の装置。 - 【請求項18】 少なくとも1つの光源(15)が対象物(1)を照明する
ために設けられていることを特徴とする請求項16記載の装置。 - 【請求項19】 光源(15)がダイオードレーザであることを特徴とする
請求項18記載の装置。 - 【請求項20】 光源(15)が、傾斜した観察角度で白熱を発する金属面
をもつランプであることを特徴とする請求項18記載の装置。 - 【請求項21】 少なくとも1つの光源(15)に偏光フィルタ(17)が
配属されていることを特徴とする請求項16から20記載の装置。 - 【請求項22】 少なくとも2つの光源(15)に、別様に構成された(直
線または円)偏光フィルタ(17)が配属されていることを特徴とする請求項1
8から20記載の装置。 - 【請求項23】 照明光路と映し出し光路に、90度で交差する直線偏光フ
ィルタ(17及び7)が配置されていることを特徴とする請求項1から22まで
の少なくとも1項記載の装置。 - 【請求項24】 照明光路と映し出し光路に、上皮画像または下皮画像を表
示するのに性質上適している円偏光フィルタ(17;7)が設けられていること
を特徴とする請求項1から22までの少なくとも1項記載の装置。 - 【請求項25】 光源(15)を、当該光源に配属されている偏光フィルタ
(17)の偏光方向に依存してスイッチオンおよびスイッチオフすることができ
ることを特徴とする前記請求項のうち少なくとも1項記載の装置。 - 【請求項26】 複数の光源(15)が同一に偏光されたものである場合、
映し出し光路に互いに垂直に延びる方向に、該方向に個々に選択して導入可能な
2つの偏光フィルタが設けられることを特徴とする前記請求項のうち少なくとも
1項記載の装置。 - 【請求項27】 カメラ(10)、照明装置(15,16,17)、および
場合によりその他の光学的な付属装置、たとえば偏向プリズム、距離計、ホログ
ラム照明等が機構的に閉じたケーシング(11,12)に収納されてされており
、例えば防弾ガラス等でできた、ガラス板(20)を介してのみ光学的にアクセ
ス可能であることを特徴とする請求項22から26記載の装置。 - 【請求項28】 識別装置が壁面据付ユニットとして構成されていることを
特徴とする請求項27記載の装置。 - 【請求項29】 カメラ(10)の視野及び焦点領域中にある、フレーム(
22;23)のテンプレート(21)によって手および/または指を位置決めす
ることができることを特徴とする前記請求項のうち少なくとも1項記載の装置。 - 【請求項30】 フレーム(22;23)のテンプレート(21)の内部輪
郭が位置決めテンプレート(27)のような具合に、指を広げた手の輪郭を示唆
する形を有しているの視野及び焦点領域中にある、請求項29記載の装置。 - 【請求項31】 ホログラフィーで生成される空中画像としてフレーム(2
2;23)が設けられていることを特徴とする請求項29および/または30記
載の装置。 - 【請求項32】 フレーム(22;23)が部分的または全体的に金属でで
きているとともに、無接触で作動する認証読取り装置(近接読取り装置)のアン
テナ機能をもつように高周波式に構成および適合化されていることを特徴とする
請求項29記載の装置。 - 【請求項33】 設定された間隔に調整された光学的な距離計がフレーム(
22;23)に配属されており、この距離計で画像撮影を制御することができる
ことを特徴とする請求項29から32までの少なくとも1項記載の装置。 - 【請求項34】 距離計が光学的に三角測量の原理で作動することを特徴と
する請求項33記載の装置。 - 【請求項35】 装置の準備完了状態への切り替えと測定プロセスの始動と
のうちの少なくともいずれかが、利用者の立っている床面との容量的な接続の生
成によって利用者の身体を介して行われるか、または、位置決めフレーム中の正
しい位置に手が来たときに、HFアンテナとして作動する位置決めフレームまた
はフレームに組み込まれたアンテナの容量的な接続によって行われることを特徴
とする前記請求項のうち少なくとも1項記載の装置。 - 【請求項36】 指支え(2)またはカバープレート(12)に、無接触で
作動するバッジ読取り装置のアンテナが組み込まれていることを特徴とする前記
請求項のうち少なくとも1項記載の装置。
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