JP2004255212A - Characteristic pattern detection apparatus of finger and individual identification device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は個人特徴パターン検出装置、さらに詳しくいえば、人が持つ生体上の特徴、例えば血管パターンを検出する装置及びそれを利用して個人を識別するための個人識別装置に関する。 The present invention relates to a personal characteristic pattern detecting device, and more particularly, to a device for detecting a characteristic of a living body possessed by a person, for example, a blood vessel pattern, and a personal identification device for identifying an individual using the device.
従来、個人を識別することは主に、銀行端末やコンピュータへの使用許可を与えるとき、または、入場者に制限のある部屋への入室管理等で行われている。これらの場合、個人識別にはパスワードを用いる方法が主に用いられてきた。しかし最近は生体の持つ特徴を利用して個人識別を行う技術の開発が進められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, identification of an individual is mainly performed when giving permission to use a bank terminal or a computer, or managing entry into a room where the number of visitors is restricted. In these cases, a method using a password has been mainly used for personal identification. However, recently, technology for performing personal identification using characteristics of a living body has been developed.
その一つとして、手の甲の静脈血管パターンを利用する方法が下記特許文献1に、また、指の静脈血管パターンを利用する個人識別装置が下記特許文献2に公開特許公報(特開平7−21373号)に開示されている。
As one of them, a method using a vein blood vessel pattern on the back of the hand is disclosed in
静脈血管パターンを利用するものは、盗難や偽造が難しいことが安全性を高めるという利点がある。上記公開特許公報(特開平7−21373号)に開示されている静脈血管パターンを利用する個人識別装置では、近赤外線を利用して手や指の透過光や反射光の強度測定をおこなうもので、近赤外線を利用することにより、静脈血管パターンのみを検出できる記述されている。 Those using a venous blood vessel pattern have the advantage that theft or forgery is difficult, which increases safety. The personal identification device using a venous blood vessel pattern disclosed in the above-mentioned published patent publication (Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-21373) measures the intensity of transmitted light or reflected light of a hand or finger using near infrared rays. It describes that only a vein blood vessel pattern can be detected by using near infrared rays.
しかし、測定条件、例えば、光源の種類、あるいは、測定環境、例えば、装置への指の配置、手や指の汚れや皺等により静脈パターン以外の識別に障害となる不要パターンが生じることが分かった。静脈パターン以外のパターンが生じたものを個人情報として利用すると、個人は正しいにも係わらず、正当な個人でないと判断するため、その用途により、高度の正確さを要求される個人識別装置は実用不可能になる。 However, it has been found that measurement conditions, for example, the type of light source, or measurement environment, for example, disposition of a finger on the device, and unnecessary patterns that interfere with identification other than vein patterns due to dirt or wrinkles of hands and fingers are generated. Was. If a pattern other than a vein pattern is used as personal information, the individual is judged to be not legitimate even though the individual is correct. Becomes impossible.
従って、本発明の主な目的は、個人の静脈血管パターンを精度よく検出する個人特徴パターン検出装置を実現することである。
本発明の他の目的は、指の汚れやしわ等の影響を防止し、識別精度を高めた静脈パターン利用の個人識別装置を提供することである。
Accordingly, a main object of the present invention is to realize a personal characteristic pattern detection device that accurately detects a venous blood vessel pattern of an individual.
Another object of the present invention is to provide a personal identification device using a vein pattern, which prevents the effects of finger dirt and wrinkles, and enhances identification accuracy.
上記目的を達成するため、本発明の個人特徴パターン検出装置は人の指等の被検体を透過した光による第1の像を得る第1像撮像手段と、上記被検体からの反射光による第2の像を得る第2像撮像手段と、上記第1及び第2の像の信号を用いて第1の像の不要パターンを除き上記被検体の血管映像を得るための演算処理装置を設けて構成する。
本発明の好ましいい形態では、上記被検体を透過した光を得るための光源に近赤外光を用い、上記反射光を得るための光源に可視光の光源を用いる。
In order to achieve the above object, a personal characteristic pattern detecting apparatus according to the present invention includes a first image capturing unit that obtains a first image by light transmitted through a subject such as a human finger, and a first image capturing unit that obtains a first image by reflected light from the subject. A second image capturing means for obtaining a second image, and an arithmetic processing unit for obtaining a blood vessel image of the subject using the signals of the first and second images to remove unnecessary patterns of the first image. Constitute.
In a preferred embodiment of the present invention, near-infrared light is used as a light source for obtaining light transmitted through the subject, and a visible light source is used as a light source for obtaining the reflected light.
本発明によれば、近赤外光は生体を透過する割合が大きいため、照射光は指の生体組織により散乱されながら指の内部に広がり、さらに指の表面から指の外に透過していく。その際、指の表面の近くに静脈血管があると、静脈血管中のヘモクロビンに近赤外光が吸収され、指の表面には静脈血管の影が投影される。従って、近赤外光を利用して撮影した第1像撮像手段による映像には生体の表面のしわや汚れ等と一緒に指の表面に投影された静脈血管のパターンが撮影される。一方可視光は指の生体組織による吸収が大きく生体の内部に入った光は大部分が吸収され外部には透過してこない。そのため生体の表面反射光による像には指内部の静脈血管の影は写らず、指の形や汚れ、しわ等が撮影される。そこで、静脈血管と一緒に汚れ等が写っている指の近赤外線透過光映像から、可視光像による指表面の汚れやしわの映像を利用して演算処理手段により汚れやしわ等の影響を除去した特徴パターンを検出する。 According to the present invention, since the near-infrared light has a high transmission rate through the living body, the irradiation light spreads inside the finger while being scattered by the living tissue of the finger, and further transmits from the finger surface to the outside of the finger. . At this time, if there is a venous blood vessel near the surface of the finger, the near-infrared light is absorbed by hemoclobin in the venous blood vessel, and a shadow of the venous blood vessel is projected on the surface of the finger. Therefore, the image of the vein blood vessel projected on the surface of the finger together with wrinkles and dirt on the surface of the living body is captured in the image captured by the first image capturing unit using the near-infrared light. On the other hand, visible light is largely absorbed by the living tissue of the finger, and most of the light that enters the living body is absorbed and does not pass outside. Therefore, the image of the living body surface reflected light does not show the shadow of the vein blood vessel inside the finger, but captures the shape, dirt, wrinkles, and the like of the finger. Therefore, from the near-infrared transmitted light image of the finger on which dirt and the like are shown together with the venous blood vessels, the influence of the dirt and the wrinkle is removed by the arithmetic processing means using the image of the dirt and the wrinkle of the finger surface by the visible light image. The detected feature pattern is detected.
本発明の個人特徴パターン検出装置を個人識別装置に適用する場合には、本発明の高精度の個人特徴パターンが利用でき、高精度の個人識別を行うことができる。個人識別装置に適用する場合には、生体のなかで、検出装置の簡易化、精度の向上の観点から、指の静脈血管パターンを検出するように構成することが望ましい。 When the personal characteristic pattern detection device of the present invention is applied to a personal identification device, the high-precision personal characteristic pattern of the present invention can be used, and high-precision personal identification can be performed. When applied to a personal identification device, it is desirable to detect a vein blood vessel pattern of a finger from the viewpoint of simplification of a detection device and improvement of accuracy in a living body.
<実施の形態1>
図1は、本発明による個人特徴パターン検出装置を用いた個人識別装置の一実施形態を示すブロック構成図ある。装置の構成と基本的な動作について述べる。
個人特徴パターン検出装置は、被検体である指11の静脈パターンを検出するものである。個人特徴パターン検出装置は、指11の爪の有る側面から近赤外光を照射する光源のLED12−1、指11の爪の有る側面とは反対側の側面から可視光を照射する2つの光源のLED12−2及び12−3、制御装置17によりLED12−1〜3の点灯を制御する為のインターフェース、指11を透過した近赤外光や指で反射された可視光を分離するためのダイクロイックミラー13−1及び反射鏡14−1、上記分離して入射した光を指の近赤外透過光による指の像と可視光による指の像を結像するレンズ15、結像された可視光像と近赤外光像を映像電気信号に変換するCCD撮像装置16−1、CCD撮像装置16−1で撮影した指の像を映像として確認するためのモニタ16−2及び上記各機器を制御したり画像信号の処理を行うための制御装置17で構成される。制御装置1
7はマイクロプロセッサで構成され、内部に演算部17−1をもち、後述の不要パターンの除去等の信号処理を行う。
<
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a personal identification device using a personal characteristic pattern detecting device according to the present invention. The configuration and basic operation of the device will be described.
The personal characteristic pattern detection device detects a vein pattern of a
Reference numeral 7 denotes a microprocessor, which has an operation unit 17-1 therein and performs signal processing such as removal of an unnecessary pattern described later.
ダイクロイックミラー13−1は、近赤外光を透過させ可視光を反射する鏡である。ダイクロイックミラー13−1には指11を透過した近赤外光や指で反射された可視光等が入射する。入射した光の内、近赤外光はダイクロイックミラー13−1を透過してレンズ15に入射する。可視光はダイクロイックミラー13−1に反射され、さらに反射鏡14−1により反射され近赤外光とは分離され別の方向からレンズ15に入射する。
The dichroic mirror 13-1 is a mirror that transmits near-infrared light and reflects visible light. Near-infrared light transmitted through the
図1では、個人識別装置を構成するため、更に個人のID番号やパスワード等の入力装置18−1、制御装置17により制御され、指11の映像を記憶するためのメモリ装置18−2、登録した個人情報を蓄えるデータベース18−3を備えている。
In FIG. 1, an input device 18-1, such as an individual ID number and a password, is controlled by the
次に、上記個人特徴パターン検出装置及び個人識別装置の動作を図2のフロー図に沿って説明する。まず、この装置が動作をスタートした状態で、この装置へのアクセス希望者がID番号とパスワードをデータ入力装置18−1により入力する。次に、光源であるLED12−1、12−2及び12−3を点灯する。光源に照明された指11の像がレンズ15により結像され、CCD撮像装置16−1により電気信号に変換される。電気信号に変換された近赤外映像と可視光映像はメモリ装置18−2に一時保存される。
Next, the operation of the personal characteristic pattern detection device and the personal identification device will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in a state where this device has started operation, a person who wants to access this device inputs an ID number and a password using the data input device 18-1. Next, the LEDs 12-1, 12-2, and 12-3, which are light sources, are turned on. An image of the
次に制御装置17により可視光映像と近赤外光映像を用いて静脈パターン抽出の画像処理を行う。この画像処理は次に述べる処理過程に従って行う。
メモリ装置18−2に保存された画像には近赤外映像と可視光映像が一枚の映像データに入っている。そこで、指の表面上の同じ点を写している近赤外映像の点と可視光映像の点の対応をとるために、近赤外映像と可視光映像の微分処理を行い、それぞれの指の映像の輪郭線を抽出する。次にこの二つの輪郭線の一方を平行移動と回転させることにより他方に重ね合わせる。この時の平行移動量と回転角度を利用することにより近赤外映像の画素と可視光映像の画素を対応させる。そこで、近赤外映像の画素の信号強度を対応する可視光映像の画素の信号強度で割り算する処理を行う事により、近赤外映像の画素強度に対して正規化補正を行う。
Next, the
The image stored in the memory device 18-2 includes a near-infrared image and a visible light image in one image data. Therefore, in order to make correspondence between the near-infrared image and the visible light image that represent the same point on the surface of the finger, differentiation processing of the near-infrared image and the visible light image is performed. Extract the outline of the video. Next, one of the two contour lines is superposed on the other by rotating and translating. The pixels of the near-infrared image and the pixels of the visible light image are associated with each other by using the translation amount and the rotation angle at this time. Therefore, normalization correction is performed on the pixel intensity of the near-infrared image by dividing the signal intensity of the pixel of the near-infrared image by the signal intensity of the corresponding pixel of the visible light image.
正規化補正を行った画像について、静脈が映っている部分と映っていない部分の画素の信号強度について着目する。まず、近赤外映像の静脈が映っている部分は指11の中を散乱透過する近赤外光が指表面近傍の静脈血管によって吸収されるため、静脈部分の画素の明るさは暗くなり、信号強度は小さな値となる。一方、可視光映像の同じ部分の画素信号強度は、照明光が表面の同じ部分から反射される光の強度により決まる。表面で反射される光は指の内部の静脈で吸収されることはないため、透過光による強度のように小さな値になることはない。そのため、透過光強度信号を反射光強度信号で割り算した正規化補正後の値は小さな値になる。
In the image subjected to the normalization correction, attention is paid to the signal intensities of the pixels in the part where the vein is shown and the part where the vein is not shown. First, since the near-infrared light scattered and transmitted through the
静脈が映っていない部分には指の汚れや皺等のように近赤外映像と可視光映像に共通する部分が映っている。汚れが無い場合は透過光も反射光も吸収されることがないため両方とも同じ様な明るさになる。また、汚れがある場合は、透過光と反射光の両方とも汚れによる吸収で強度が減衰する。そのため、静脈が映っていない部分の画素の明るさは近赤外映像と可視光映像のどちらか一方だけが極端に暗くなるということはない。その結果、静脈が映っていない部分の正規化補正後の画素信号強度は汚れがある場合も無い場合もほぼ同じ値となる。 A portion common to the near-infrared image and the visible light image is displayed in a portion where the vein is not shown, such as dirt and wrinkles of a finger. When there is no dirt, neither transmitted light nor reflected light is absorbed, and both have the same brightness. When there is dirt, the intensity of both the transmitted light and the reflected light is attenuated due to absorption by the dirt. Therefore, the brightness of the pixel in the portion where the vein is not reflected is not extremely dark in either the near-infrared image or the visible light image. As a result, the pixel signal intensity after normalization correction of the portion where the vein is not reflected has substantially the same value whether or not there is dirt.
従って、正規化補正は静脈部分の信号強度を小さな値に保つのに対し、静脈部分以外の信号強度をほぼ同じ値に変換する事になるため画像上では静脈部分が強調される。この正規化補正を行った画像をさらに2値化処理することにより静脈パターンを抽出する。制御装置17により上述の一連の課程からなる画像処理を行い、得られた静脈血管パターンの2値化画像に対しさらに次に述べる特徴抽出処理を行う。
Accordingly, while the normalization correction keeps the signal intensity of the vein portion at a small value, the signal intensity of the portion other than the vein portion is converted to substantially the same value, so that the vein portion is emphasized on the image. A vein pattern is extracted by further binarizing the image after the normalization correction. The
図3は、指の静脈血管パターン図である。図3において31は指映像の微分処理により得られる指の輪郭線である。32と33は静脈を表す線である。34は指の輪郭線の中心線を表す。指の中心線34と指の輪郭線31の先端との交点をP点とする。指先端部のP点から手のひらに向かって距離xのX点と、X点から中心線に対して直角の方向に引いた線と静脈の線との交点までの間隔をyとする。指の先端からの距離xが変化すると中心線から静脈の線までの間隔yの値が変わるので静脈パターンをxを変数とする曲線Y(x)として数値化する。この曲線Y(x)を静脈の特徴量として利用する。中心線34に対して一方にある静脈線の特徴量をY1(x)とし、反対側にある静脈線の特徴量をY2(x)とする。
FIG. 3 is a vein blood vessel pattern diagram of a finger. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a contour of the finger obtained by differentiating the finger image. 32 and 33 are lines representing veins.
静脈線が複数本ある場合は中心線から各静脈までの間隔を求め、各静脈ごとに特徴量を表す関数を設定してもよい。あるいは中心線から各静脈線までの間隔の和を算出し、その値をxに対応する特徴量の値として用いてもよい。 When there are a plurality of vein lines, an interval from the center line to each vein may be obtained, and a function representing a feature amount may be set for each vein. Alternatively, the sum of the intervals from the center line to each venous line may be calculated, and the sum may be used as the value of the feature amount corresponding to x.
次に、アクセス希望者に登録処理の実施かアクセス実施かの入力指示を出し入力を待つ。アクセス希望者からの入力が登録の場合は前記個人特徴パターン検出装置の情報をデータベース18−3に保存する。アクセス実施の場合はメモリー装置18−2に保存した血管映像の特徴情報と、初めに入力されたID番号とパスワードに対応した血管映像の特徴情報をデータベース18−3から取り出して両者の照合を行う。 Next, an input instruction of whether to execute the registration process or the access is issued to the access applicant, and the input is awaited. When the input from the access applicant is a registration, the information of the personal characteristic pattern detecting device is stored in the database 18-3. In the case of access execution, the characteristic information of the blood vessel image stored in the memory device 18-2 and the characteristic information of the blood vessel image corresponding to the ID number and the password input first are extracted from the database 18-3, and the two are compared. .
照合の結果、計測したデータが登録データと一致した場合には装置アクセス許可信号を出し、その後最新の特徴パターンをデータベース18−3に保存する。不一致の場合には不許可信号を出す。尚、この個人識別装置では指の近赤外光像と可視光像を撮像するための撮影方向が同じであるため、指の外形映像が近赤外光映像と可視光映像とで全く同じになり、血管映像を得るための画像処理を精度よく行うことができる。
<実施の形態2>
図4は、本発明による個人特徴パターン検出装置を用いた個人識別装置の第2の実施形態を示すブロック構成図ある。
本実施の形態は図1の装置にさらにイメージガイド21−1を組み込んだものである。図1では指からの反射光や透過光を直接ダイクロイックミラー13−1に入射するような光学系構成になっているが、本実施の形態では、指11からの可視光や近赤外光をイメージガイド21−1を通してダイクロイックミラー13−2に入射する構成になっている。
As a result of the comparison, if the measured data matches the registered data, a device access permission signal is issued, and then the latest feature pattern is stored in the database 18-3. If they do not match, a non-permission signal is issued. In this personal identification device, since the photographing directions for capturing the near-infrared light image and the visible light image of the finger are the same, the outer shape image of the finger is exactly the same for the near-infrared light image and the visible light image. Thus, image processing for obtaining a blood vessel image can be performed with high accuracy.
<
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the personal identification device using the personal characteristic pattern detecting device according to the present invention.
In this embodiment, an image guide 21-1 is further incorporated in the apparatus shown in FIG. Although FIG. 1 shows an optical system configuration in which reflected light or transmitted light from a finger is directly incident on the dichroic mirror 13-1, in the present embodiment, visible light or near-infrared light from the
更に詳しく述べると、指11からレンズ22−1に入射した光をレンズ22−1によりイメージガイド21−1の端面に結像させる。イメージガイド21−1はその結像を反対側の端面に伝送する。伝送された光をさらにリレーレンズ23−1によりダイクロイックミラー13−2に入射させる。
More specifically, light incident on the lens 22-1 from the
ダイクロイックミラー13−2に入射した光は可視光と近赤外光に分離されレンズ15とCCD素子16−1により指の近赤外光像と可視光像が電気信号に変換される。この部分以外の構成、動作は第1の実施形態と同じである。図1の場合は指からの光を直接ダイクロイックミラー13−1に入射させなければならない。そのためダイクロイックミラー13−1、反射鏡14−1、レンズ15、CCD16−1からなる撮像装置全体を指11からの光がダイクロイックミラー13−1に直接入射できる位置と方向に設置しなければならなかった。しかし、本実施形態では、イメージガイド21−1が光ファイバーで構成でされ可撓性を有るため、指からの光が入射するようにレンズ22−1の位置と方向を固定すればよく、反射鏡14−2、レンズ15、CCD撮像管からなる撮像装置装置16−1は指に対して任意の位置や方向に配置できる。そのため、装置構成に自由度
が増し、装置全体をコンパクトに構成できる。
<実施の形態3>
図5は、本発明による個人特徴パターン検出装置を用いた個人識別装置の第3の実施形態を示すブロック構成図ある。本実施形態は第2の実施形態で用いているイメージガイド21−1を2本のイメージガイド21−2、21−3を用いて構成した。
The light incident on the dichroic mirror 13-2 is separated into visible light and near-infrared light, and the
<
FIG. 5 is a block diagram showing a third embodiment of the personal identification device using the personal characteristic pattern detecting device according to the present invention. In the present embodiment, the image guide 21-1 used in the second embodiment is configured by using two image guides 21-2 and 21-3.
指11を透過する近赤外光により、指11の表面に投影される血管映像は指の表面の全面に分布する。そのため、図1のように一つの方向から観察したのでは指11の血管パターンの一部分だけしか利用できないと云う制約が生ずる。そこで、本実施形態では、2本のイメージガイドを21−2、21−3を用い、2方向から指11を計測出来るようにし、より広い範囲にわたる指表面の血管のパターンを撮像できるようにしたものである。実際には各光ファイバで計測する映像の明るさが均一になるように各イメージガイド21−2、21−3の両側に光源用LED12−4と12−2、12−3と12−5を配置している。
本実施形態の動作は第1の実施形態と同様である。本実施形態では2本のイメージガイドを用いたが、さらに多くのイメージガイドを用いても良い。
<実施の形態4>
図6は、本発明による個人特徴パターン検出装置を用いた個人識別装置の第4の実施形態を示すブロック構成図ある。本実施形態は第1の実施形態の装置構成からレンズ15の入力側に配置したダイクロイックミラーと反射鏡を取り除き、光学手段を単純化したものである。即ち、本実施形態は、近赤外光映像の撮影と可視光線による指映像の撮影を時間をずらせて行う事により、ダイクロイックミラーを用いないで必要な映像撮像を行えるようにしたものである。すなわち、初めに、近赤外光源12−3を点灯して近赤外線による指の映像を撮影し、その後で、近赤外光源12−3を消灯し、変わって可視光源12−1,12−2を点灯し可視光による指の像を撮影する。このようにして撮影した近赤外光映像と可視光映像を用いて血管映像をえるための画像処理を行う。その後の他の構成、動作第1の実施形態の場合と同じである。可視光映像と近赤外光映像の撮影順序は逆であってもよい。撮影を時間の切り換え制御は、手動的に行う様にしても、また、制御装置17で自動的に切り替わるように制御してもよい。
The blood vessel image projected on the surface of the
The operation of this embodiment is the same as that of the first embodiment. In this embodiment, two image guides are used, but more image guides may be used.
<Embodiment 4>
FIG. 6 is a block diagram showing a fourth embodiment of the personal identification device using the personal characteristic pattern detecting device according to the present invention. The present embodiment is obtained by removing the dichroic mirror and the reflecting mirror arranged on the input side of the
11…指、12−1…近赤外光LED、12−2〜3…可視光LED、
13−1〜4…ダイクロイックミラー、14−1〜4…反射鏡、
15…レンズ、16−1…CCD撮像装置、16−2…モニタ、
17…制御部、17−1演算装置、18−1…データ入力装置、
18−2…メモリ、18−3…データベース、
19−1〜2…インターフェース、21−1〜4…イメージガイド、
22−1〜4…レンズ、23−1〜4…レンズ。
11 finger, 12-1 near-infrared light LED, 12-2 to 3 ... visible light LED,
13-1-4: dichroic mirror, 14-1-4: reflecting mirror,
15: lens, 16-1: CCD imaging device, 16-2: monitor,
17 ... control unit, 17-1 arithmetic unit, 18-1 ... data input unit,
18-2: memory, 18-3: database,
19-1 ... 2 ... Interface, 21-1-4 ... Image guide,
22-1 to 4 ... lenses, 23-1 to 4 ... lenses.
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