JP2003132355A

JP2003132355A - 虹彩認証方法及びその装置

Info

Publication number: JP2003132355A
Application number: JP2001327831A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Aoki; 芳人青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-25
Filing date: 2001-10-25
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】虹彩認証における認証時間の短縮化を図る。【解決手段】目の画像を撮像する画像撮像手段１と、
画像撮像手段１で撮像した目の画像から目の傾きを検出
する瞳傾き検出部２と、目の画像から虹彩画像を抽出し
て認証コードを生成する認証コード生成部３と、認証コ
ード生成部３で生成した認証コードを瞳傾き検出部２で
検出した傾きデータと対応付けて蓄積する認証コード蓄
積部４と、認証対象者の目の画像から求めた虹彩画像の
認証コードを認証コード蓄積部４に蓄積されている認証
コードと比較照合するとき認証対象者の目の画像から求
めた傾きと認証コード蓄積部４に蓄積されている認証コ
ードに対応する傾きとが概略一致する所定範囲内で一方
の認証コードをシフトさせて他方の認証コードと比較照
合する認証コード照合部５を備える。前記所定範囲以外
での比較照合は省略されるため、認証時間が短縮され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は虹彩認証方法及びそ
の装置に関し、特に、認証に要する時間を短縮するのに
好適な虹彩認証方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】虹彩認証装置は、離れた箇所から認証対
象者の虹彩画像を撮像し、得られた虹彩画像を、予め登
録されている多人数の虹彩画像（予め登録されている虹
彩画像を、以下、辞書データという。）と比較照合する
ことで、認証対象者が登録者であるか否かや、誰である
かを識別する様になっている。

【０００３】虹彩認証装置で比較照合する虹彩画像にお
いて、虹彩画像を撮像するときの顔の傾きが変わると、
撮像された虹彩画像は顔の傾きに応じた分だけ瞳孔を中
心として回転した画像となる。同一人の虹彩画像であっ
ても、撮像時の顔の傾きが変わると虹彩画像は異なる画
像となってしまい、辞書データと、認証時に撮像した虹
彩画像との回転位置が異なると、両者を単純に比較した
だけでは不一致になってしまう。

【０００４】これでは虹彩認証ができないため、従来か
ら、虹彩部分を複数のリング状の領域に分け、各リング
内を円周方向に沿ってパターンを検出する方法が用いら
れている。すなわち、認証時に比較照合する虹彩画像
を、少しずつ瞳孔を中心として各リングのパターンをシ
フトさせながら辞書データと比較するようにしており、
そのシフトの中から最も一致度の高い照合値を採用する
ようにして、顔が傾いただけで虹彩の認証率が悪くなる
ことがないようにしている。例えば、顔が直立状態で撮
像された辞書データと、認証時に顔を４５°傾けた状態
で撮像された虹彩画像とを比較しても、同一人の虹彩画
像であれば正しく認証できるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、虹彩認
証率を低下させないようにするために、虹彩画像を何の
基準も無しに少しずつシフトさせて辞書データと比較照
合する従来の虹彩認証方法では、比較照合に時間がかか
ってしまうという問題がある。このシフトは、各リング
のパターンを所定の角度に対応するビット数づつずらし
ながら行われるため、顔の傾き範囲が不明の場合には、
虹彩画像の全周に渡ってシフトさせる状態が多人数の辞
書データとの比較照合で発生すると、認証（比較照合）
に長時間を要し、実用的でなくなってしまう。

【０００６】本発明の目的は、認証時間の短縮を図るこ
とができる虹彩認証方法及びその装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する虹彩
認証方法は、辞書データとする虹彩画像データと認証対
象とする虹彩画像データのうちいずれか一方の虹彩画像
データを所定量づつシフトさせながら他方の虹彩画像デ
ータと比較照合するに際し、前記辞書データとする虹彩
画像データの傾きデータと前記認証対象とする虹彩画像
データの傾きデータとを用い、前記シフトさせる範囲を
制限することを特徴とする。この構成により、シフトさ
せる範囲以外の範囲についての比較照合を省くことがで
きるため、認証処理に要する時間を短縮することが可能
となる。

【０００８】好適には、前記一方の虹彩画像データの傾
きを中心とする所定角度範囲内で前記他方の虹彩画像デ
ータをシフトさせて比較照合を行うことを特徴とする。
この構成により、比較照合の結果が一致する蓋然性の高
い範囲に照合範囲を制限でき、更に認証時間の短時間化
を図ることが可能となる。

【０００９】更に好適には、前記虹彩画像データの傾き
は、目画像の上瞼の縁の形状あるいは下瞼の縁の形状か
ら求め、また、目画像の目頭と目尻とを結んだ線から求
めたことを特徴とする。この構成により、目の傾きを精
度良く検出することができ、比較照合する範囲を更に狭
めることが可能となる。

【００１０】上記目的を達成する虹彩認証装置は、目の
画像を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像した前
記目の画像から前記目あるいは瞳の傾きを検出する傾き
検出手段と、前記目の画像から虹彩画像を抽出して認証
コードを生成する認証コード生成手段と、前記認証コー
ド生成手段で生成した認証コードを前記傾き検出手段で
検出した傾きデータと対応付けて蓄積する認証コード蓄
積手段とを備えたことを特徴とする。この構成により、
目あるいは瞳の傾きデータを利用して認証処理に要する
時間の短縮を図ることが可能となる。

【００１１】好適には、上記において、認証対象者の目
の画像から求めた虹彩画像の認証コードを前記認証コー
ド蓄積手段に蓄積されている認証コードと比較照合する
とき前記認証対象者の目の画像から求めた傾きと前記認
証コード蓄積手段に蓄積されている認証コードに対応す
る傾きとが概略一致する所定範囲内で一方の認証コード
をシフトさせて他方の認証コードと比較照合する認証コ
ード照合手段を備えたことを特徴とする。この構成によ
り、所定範囲から外れる範囲の比較照合をスキップでき
るため、認証処理時間が短縮する。

【００１２】更に好適には、前記傾き検出手段は、前記
目の画像のうちの上瞼の縁の形状あるいは下瞼の縁の形
状から前記傾きを求め、また、前記目の画像のうちの目
頭と目尻の位置を結んだ線から前記傾きを求めることを
特徴とする。この構成により、目あるいは瞳の傾きを精
度良く検出することができ、比較照合する範囲を更に狭
めることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態に係る虹彩認
証装置のブロック構成図である。本実施形態の虹彩認証
装置は、画像撮像手段１と、この画像撮像手段１で撮像
した画像中から瞳の画像を切り出し瞳の画像の傾きを検
出する瞳傾き検出部２と、瞳の画像から虹彩画像を切り
出し虹彩画像から認証コードを生成する認証コード生成
部３と、辞書データとする認証コードを蓄積する認証コ
ード蓄積部（辞書データ蓄積部）４と、辞書データと認
証対象者の認証コードとを比較照合する認証コード照合
部５とを備えて構成される。

【００１５】図２は、図１に示す虹彩認証装置で辞書デ
ータとする虹彩画像を登録する処理手順を示すフローチ
ャートである。先ず、画像撮像手段１で登録対象者の目
画像を撮影する（ステップＳ１）。

【００１６】次のステップＳ２では、この目画像での瞳
の傾きを検出する。図３（ａ）（ｂ）は、瞳の傾き検出
の一例を示す図である。本実施形態では、上瞼の縁の５
箇所の×印６で示す座標位置を求めてグラフ上にプロッ
トし、最小２乗法により決まる近似直線を求め、目画像
の絶対座標における水平位置（虹彩認証装置が「水平」
とする位置７を基準とする）からの近似直線の傾きを検
出する。図３（ａ）は少し傾いた状態を示し、図３
（ｂ）は大きく傾いた状態を示す図である。

【００１７】図３に示す例では、上瞼の縁から目（瞳）
の傾きを求めたが、目（瞳）の傾きを検出する方法はこ
れに限るものではなく、例えば、上瞼よりも動きの少な
い下瞼の縁から傾きを求めても良く、また、上瞼の縁と
下瞼の縁の両方から傾きを求めても良く、更には、目頭
と目尻の位置をパターンマッチンクで求め目頭と目尻を
結ぶ線の傾きを目の傾きとして検出することでもよい。

【００１８】しかし、目頭と目尻から目（瞳）の傾きを
求める場合、目全体の画像を取得する必要があり、この
目全体から虹彩画像を抽出すると虹彩画像が小さくなる
ため、場合よっては虹彩の拡大画像の撮像を別途行った
り、あるいは、画素数の多い撮影素子を用いるなどの工
夫が必要となる。これに対し、上瞼や下瞼の縁から瞳の
傾きを求める場合には、上記の工夫が不要となるメリッ
トがある。

【００１９】次のステップＳ３では、認証コードを生成
する。認証コードとは虹彩画像の認証コードであり、図
４にその生成手順を示す。先ず図４（ａ）に示す様な目
画像から、図４（ｂ）に示す様に、黒目から瞳孔部分を
除いたリング状の虹彩画像を切り出す。

【００２０】図４（ａ）に示す瞳孔８と虹彩９との境界
（虹彩の内側境界）は、瞳孔中心から半径ｒを変化させ
ながら輝度の周回積分を行い、半径ｒに対する積分値の
変化が最も大きくなる位置として検出できる。虹彩９と
白目１０との境界（虹彩の外側境界）も同様に、瞳孔中
心からの半径ｒに対する輝度の周回積分値の変化が大き
くなる位置として検出できる。

【００２１】切り出された虹彩画像はリング状である
が、これを０°〜３６０°の極座標データとして展開す
ることで、図４（ｃ）に示すような帯状の虹彩画像に変
換される。この帯状の虹彩画像の高さは、瞳孔が広がっ
ている状態では低く、瞳孔が小さくなっているときは高
くなる。また、遠くから撮影した虹彩画像の高さは低
く、近くから撮影した虹彩画像の高さは高くなる。更
に、個人差によってもこの帯状の虹彩画像の高さは異な
る。このため、虹彩画像のデータがその撮影位置や個人
差や瞳孔の大きさに依存しないデータとなるように、矢
印Ａ方向に拡大あるいは縮小して同じ高さに正規化す
る。正規化した帯状の虹彩画像を図４（ｄ）に示す。

【００２２】次に、この正規化した帯状虹彩画像を、縦
横のメッシュで分割（虹彩のリング形状に対応する）
し、各メッシュ内の虹彩画像の状態を、パターンを検出
するためのフィルタを通した後、その出力結果に“０”
または“１”を割り付けて２値化し、この２値化した虹
彩画像のデータを認証コードとする。

【００２３】この様にして生成された認証コードを、図
２のステップＳ４で、登録する。この登録は、図５に示
す様に、ステップＳ２で検出した瞳の傾きの値とを１対
１に対応付けて行う。

【００２４】上述した様にして多人数の各員の虹彩画像
を登録しておき、認証対象者の虹彩認証を行う場合、認
証対象者の虹彩画像を撮影して図４で説明したように認
証対象者の認証コードを作成し、この認証コードを、登
録者各員の辞書データと１ビットづつ比較して両者のハ
ミング距離（ＨＤ）を求めることになる。このとき、認
証対象者の認証コードの図４（ｄ）に示す各行のビット
列を、辞書データの各行のビット列と比較照合すること
になる。

【００２５】このとき、例えば、第１行だけを例に説明
すると、図６に示す様に、辞書データＤ１と認証対象者
の認証コードの第１行のｎビット列Ｅ１と比較し、その
類似度をハミング距離（ＨＤ）で表す。次に、ｎビット
列Ｅ１（１，２，…，ｎ−１，ｎ）を巡回的に１ビット
だけシフトさせたｎビット列Ｅ２（ｎ，１，２，…，ｎ
−２，ｎ−１）を辞書データＤ１と比較し、同様にＨＤ
値を求め、更に１ビットシフトさせたｎビット列Ｅ３
（ｎ−１，ｎ，１，２，…，ｎ−３，ｎ−２）を辞書デ
ータＤ１と比較しながら、順次、各シフト量に対応した
ＨＤ値を求めていく。その後、これらＨＤ値のうち最も
類似度の高い値を、辞書データＤ１と認証コードとの照
合結果とする。

【００２６】このように、１ビットづつのシフトを繰り
返しながら認証対象者の認証コードを全ての辞書データ
と比較照合することになるが、全ｎビットの巡回的な１
ビットづつのシフトを全範囲（リング状の虹彩画像でい
えば、全周に渡る範囲）で行い比較照合を行うと、比較
照合に長時間を要することになる。そこで、本実施形態
では、図３で説明した瞳の傾きデータを用いて、シフト
させる範囲を限定し、不要な比較照合は行わない構成と
する。

【００２７】図７（ａ）に示す様に、認証コードの１ビ
ットづつの巡回的なシフト（矢印Ｃ）は、シフト量に対
応した傾き量だけ、瞳を矢印Ｂ方向に徐々に回転させた
状態に対応する。このため、本実施形態では、図７
（ｂ）に示す様に、瞳の傾きに応じて、この傾きに対応
させたシフト量だけ認証コードをシフトさせた所要のシ
フト範囲だけ比較照合を行い、不要なシフト範囲は比較
照合をスキップすることにする。

【００２８】ある登録者の辞書データの瞳の傾きが例え
ば「６°」となっているとき、比較照合する範囲を前記
の「６°」を中心に、例えば±１０°の範囲に制限して
も認証処理に十分である。そこで、本実施形態では、認
証時に対象者の瞳の傾き（例えば、１１°とする。）と
認証コードとを求め、認証対象者の認証コードをシフト
させる範囲（照合範囲）を設定する。認証対象者の目の
傾きが前記の例では１１°であり、辞書データの傾きが
前記の例では６°であるため、その差分は５°となる。
辞書データを中心に照合範囲±１０°を調べるには、辞
書データと比較する認証対象者の認証コードを、−１５
°〜＋５°に相当するシフト量の範囲で比較照合し、そ
の中で最も類似度の高いＨＤ値を認証結果として採用す
れば良いことになる。

【００２９】図８は、図１に示す虹彩認証装置で認証対
象者の認証処理を行う処理手順を示すフローチャートで
ある。本実施形態では、先ず、ステップＳ１０で、認証
対象者の目の画像を撮影する。次のステップＳ１１で
は、図３で説明したのと同様に、認証対象者の瞳の傾き
を検出する。そして、ステップＳ１２で、認証対象者の
認証コードを図４で説明したように生成する。

【００３０】次のステップＳ１３では、辞書データを読
み出す。この辞書データの読み出しは、複数人の辞書デ
ータを予め決められた順番で読み出す様になっている。
次のステップＳ１４では、辞書データの傾きデータと、
認証対象者の傾きデータとの差分を求める。そして、こ
の差分をシフト量に換算する。上記の例で言えば、辞書
データの傾き６°と認証対象者の傾き１１°との差分
（５°）に相当するシフト量を求める（ステップＳ１
５）。

【００３１】次のステップＳ１６では、予め決められた
照合範囲、上記の例でいえば±１０°の範囲を設定する
ため、この範囲±１０°に相当するシフト量に、ステッ
プＳ１５で求めたシフト量を加算することで、認証対象
者の認証コードのシフト範囲（この範囲をｉ＝１〜ｎと
する。）を決める。そして、最初に、シフト量ｉとして
“１”を設定し、次のステップＳ１８に進む。

【００３２】ステップＳ１８では、辞書データの認証コ
ードと、認証対象者の認証コードとの類似度を算出す
る。この類似度は、両方の認証コードの間のハミング距
離（ＨＤ）で求める。次に、ステップＳ１９でシフト量
ｉが“ｎ”に達したか否かを判定し、達していない場合
にはステップＳ２０に進み、ｉ＝ｉ＋１として更に１ビ
ットシフトさせた認証コードを生成し、再度、ステップ
Ｓ１８で、認証コードと辞書データとの類似度を算出す
る。このような処理を繰り返し、上記のシフト範囲（上
記の例の±１０°）における１ビットづつのシフトに対
応した各類似度の算出を行う。

【００３３】上記のシフト範囲における各類似度の算出
が終わると、ステップＳ１９の判定結果が肯定（ＹＥ
Ｓ）となり、ステップＳ２１に進む。このステップＳ２
１では、その登録者の辞書データとの比較照合で最高と
なった類似度（最短となったハミング距離ＨＤ）を求
め、次に、全登録者との比較照合が終了したか否かを判
定する。全登録者との比較照合が終了していない場合に
は、ステップＳ１３に戻る。

【００３４】全登録者との比較照合が終了した場合に
は、ステップＳ２２からステップＳ２３に進み、各登録
者の辞書データとの比較照合で最も類似度が高い（最も
ハミング距離ＨＤが短い）辞書データの認証コードすな
わち登録者を確定し、次のステップと２４で、認証対象
者がステップＳ２３で確定した登録者であるか否かを、
ハミング距離ＨＤと規定値とを比較して判断する。

【００３５】この様に、本実施形態によれば、辞書デー
タの認証コードを瞳の傾きデータとを対応させて登録し
ているため、この傾きデータを用いて比較照合するシフ
ト範囲を制限することができ、高速に認証処理を行うこ
とが可能となる。

【００３６】尚、上述した実施形態では、シフト範囲
（上記例での±１０°の範囲）の一端から他端までを順
に１ビットずつシフトとして類似度を各シフト毎に求め
ている。しかし、最高の類似度を与える蓋然性の高い順
にシフトすることで、更に認証処理に要する時間の短縮
化を図ることもできる。例えば、認証対象者の認証コー
ドを辞書データの傾きに一致させる中央位置にシフトさ
せ、この中央位置から比較照合を開始し、以後順に、プ
ラス方向マイナス方向に交互に前記中央位置から遠ざか
る方向に１ビットずつシフトさせ、類似度のピークが検
出されたと判断した以後の比較照合を省略することでも
よい。

【００３７】また、上述した実施形態では、認証対象者
の認証コードの方をシフトさせながら辞書データとの比
較照合を行ったが、逆に、辞書データの認証コードの方
をシフトさせながら認証対象者の認証コードと比較照合
してもよいことはいうまでもない。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、認証処理に要する時間
の短縮を図ることができ、認証対象者を拘束する時間が
短くなるため、虹彩認証装置の普及を図ることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る虹彩認証装置のブロ
ック構成図

【図２】本発明の一実施形態に係る虹彩認証装置におい
て辞書データを登録する手順を示すフローチャート

【図３】本発明の一実施形態に係る瞳の傾き検出を説明
する図

【図４】本発明の一実施形態に係る虹彩画像の認証コー
ド生成手順を説明する図

【図５】本発明の一実施形態に係る辞書データのデータ
構造図

【図６】本発明の一実施形態に係る認証処理（比較照合
処理）の説明図

【図７】本発明の一実施形態に係る認証コードのシフト
説明図

【図８】本発明の一実施形態に係る虹彩認証装置におい
て認証対象者の認証処理手順を示すフローチャート

【符号の説明】

１画像撮像手段２瞳傾き検出部３認証コード生成部４認証コード蓄積部（辞書データ蓄積部）５認証コード照合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】辞書データとする虹彩画像データと認証
対象とする虹彩画像データのうちいずれか一方の虹彩画
像データを所定量づつシフトさせながら他方の虹彩画像
データと比較照合するに際し、前記辞書データとする虹
彩画像データの傾きデータと前記認証対象とする虹彩画
像データの傾きデータとを用い、前記シフトさせる範囲
を制限することを特徴とする虹彩認証方法。
【請求項２】前記一方の虹彩画像データの傾きを中心
とする所定角度範囲内で前記他方の虹彩画像データをシ
フトさせて比較照合を行うことを特徴とする請求項１記
載の虹彩認証方法。
【請求項３】前記虹彩画像データの傾きは、目画像の
上瞼の縁の形状あるいは下瞼の縁の形状から求めたこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の虹彩認証
方法。
【請求項４】前記虹彩画像データの傾きは、目画像の
目頭と目尻とを結んだ線から求めたことを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の虹彩認証方法。
【請求項５】目の画像を撮像する撮像手段と、前記撮
像手段で撮像した前記目の画像から前記目あるいは瞳の
傾きを検出する傾き検出手段と、前記目の画像から虹彩
画像を抽出して認証コードを生成する認証コード生成手
段と、前記認証コード生成手段で生成した認証コードを
前記傾き検出手段で検出した傾きデータと対応付けて蓄
積する認証コード蓄積手段とを備えたことを特徴とする
虹彩認証装置。
【請求項６】認証対象者の目の画像から求めた虹彩画
像の認証コードを前記認証コード蓄積手段に蓄積されて
いる認証コードと比較照合するとき前記認証対象者の目
の画像から求めた傾きと前記認証コード蓄積手段に蓄積
されている認証コードに対応する傾きとが概略一致する
所定範囲内で一方の認証コードをシフトさせて他方の認
証コードと比較照合する認証コード照合手段を備えたこ
とを特徴とする請求項５に記載の虹彩認証装置。
【請求項７】前記傾き検出手段は、前記目の画像のう
ちの上瞼の縁の形状あるいは下瞼の縁の形状から前記傾
きを求めることを特徴とする請求項５または請求項６に
記載の虹彩認証装置。
【請求項８】前記傾き検出手段は、前記目の画像のう
ちの目頭と目尻の位置を結んだ線から前記傾きを求める
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の虹彩
認証装置。