JP2005018405A

JP2005018405A - 目画像撮像装置

Info

Publication number: JP2005018405A
Application number: JP2003182330A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Aoki; 芳人青木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】携帯端末装置への搭載が可能であり、かつ１枚の画像情報にもとづいて簡単なアルゴリズムによってぶれ検出が可能な目画像撮像装置を提供する。
【解決手段】被認証者の目を撮像し目画像を出力する撮像部１２０と、目画像内部に角膜反射による高輝度領域を発生させるための照明部１１０と、目画像のなかから角膜反射による高輝度領域を検出する角膜反射検出部１３５と、角膜反射による高輝度領域の形状にもとづき目画像のぶれの有無を検出するぶれ量算出部１３６とを備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンディタイプの虹彩認証装置等に用いられる目画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に虹彩認証装置は、近赤外線を被認証者の目に当て、カメラを用いて目および目の周辺画像（以下、目画像と略記する）を撮像し、得られた目画像から虹彩情報を抽出して、すでに登録されている虹彩情報データベースの虹彩情報と比較照合することにより個人認証を行うものである。この虹彩認証装置において、被認証者の虹彩情報を正確に抽出するためには目の良好な画像を精度よく撮像する必要がある。しかしながら、携帯端末等に搭載されるハンディタイプの虹彩認証装置では手ぶれが発生しやすく、その場合は目の良好な画像が得られないので正確な認証を行えないという問題がある。このため、取得した目画像にぶれが生じていないかどうかを調べ、ぶれが生じた場合、再度、目画像の取得を行う等の操作が必要となる。
【０００３】
従来、カメラ等に用いられるぶれ検出の方法としては、加速度センサ等を用いた機械的な方法（たとえば、特許文献１参照）や連続する複数枚の取得画像を用いて動きベクトルを計算する方法（たとえば、特許文献２参照）等が一般的であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８０６１号公報
【特許文献２】
特開平６−３８０９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型軽量が強くもとめられている携帯端末装置に虹彩認証装置を搭載するにあたっては、スペースの制約上、ぶれ検出のために加速度センサや角速度センサおよびそれらの制御回路を新たに付け加えることはできないという課題があった。また、膨大な計算が必要な動きベクトルにもとづくぶれ検出方法もＣＰＵへの負担が大きく、演算に要する時間も多大となるという課題があった。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決するものであり、新たなセンサや制御回路を付加することなく、ＣＰＵへの負担の小さいぶれ検出が可能な目画像撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目画像撮像装置は、被認証者の目を目画像として撮像する撮像部と、被認証者の目を照明する照明部と、照明部の照明光が被認証者の目の角膜で反射することによって生じる角膜反射領域を目画像から検出し、角膜反射領域の形状にもとづき目画像のぶれを検出するぶれ検出部とを備えたことを特徴とする。この構成により新たなセンサや制御回路を付加することなく、ＣＰＵへの負担が小さいぶれ検出が可能となる。
【０００８】
また、本発明の目画像撮像装置は、ぶれ検出部が角膜反射領域の形状の扁平度合いにもとづきぶれを検出することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の目画像撮像装置は、扁平度合いが角膜反射領域の長径と短径との差であること特徴とする。この構成により、１枚の目画像情報にもとづいて簡単なアルゴリズムによって高速にぶれ量を判定することが可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の目画像撮像装置は、ぶれ検出部が角膜反射領域の面積にもとづきぶれを検出することを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の目画像撮像装置は、ぶれ検出部が角膜反射領域の面積とぶれが無い場合の角膜反射領域の面積との比にもとづきぶれを検出することを特徴とする。この構成により、さらに簡単なアルゴリズムによって高速にぶれ量を判定することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の目画像撮像装置は、照明部の照明光が近赤外線であることを特徴とする。この構成により、角膜反射領域のコントラストが高くなり、精度よく角膜反射領域の形状を検出することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における目画像撮像装置について、図面を用いて説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における目画像撮像装置のブロック図である。本実施の形態における目画像撮像装置１００は、近赤外線（波長：７００〜１０００ｎｍ）を被認証者の目に照射する照明部１１０、目を撮像する撮像部１２０、目画像信号にもとづいてぶれを検出するぶれ検出部１３０、撮像された目画像が虹彩認証に適しているか否かを判定する画質判定部１４０、および各ブロックを制御するための制御部（図示せず）を備えている。
【００１５】
照明部１１０は、近赤外線照明１１１と照明制御部１１２とを有し、目画像取得に適した光量の近赤外線を被認証者の目に照射する。
【００１６】
撮像部１２０は、レンズ１２１、可視光カットフィルタ１２２、撮像素子１２３、画像信号変換部１２４および誘導ミラー１２５を有する。本実施の形態においては、レンズ１２１として固定焦点レンズを用いることで光学系の小型化と低コスト化を実現している。誘導ミラー１２５は、被認証者が誘導ミラー１２５に目を映すことによって撮像位置へ目を誘導する働きをする。そして、近赤外線照明１１１により照射された被認証者の目は、レンズ１２１および可視光カットフィルタ１２２を通して撮像素子１２３で撮像される。画像信号変換部１２４は、撮像素子１２３の出力信号から画像信号成分を取り出し、ゲイン調整等画像信号として必要な変換を行った上で、被認証者の目画像信号として出力する。
【００１７】
ぶれ検出部１３０は、瞳孔位置検出部１３３、高輝度領域検出部１３４、角膜反射検出部１３５およびぶれ量算出部１３６を有する。瞳孔位置検出部１３３は、取得した画像信号を２値化して低輝度領域を抽出し、その形状と大きさから瞳孔であることを判定し、その中心座標をもとめる。高輝度領域検出部１３４は、取得した画像信号を２値化して高輝度領域を抽出する。抽出した高輝度領域のなかから角膜反射による高輝度領域、すなわち近赤外線照明１１１の照明光が被認証者の目の角膜で反射することによって生じた高輝度領域（角膜反射領域と定義する）を選択する。
【００１８】
図２は照明が１つである場合における目画像の一例を示す図である。図２に示した例においては、目画像１０のなかの角膜反射領域２０は、ほぼ瞳孔３０の内部に位置しており、ほぼ円形である。このように高輝度領域検出部１３４は、瞳孔の内部あるいはその近傍に位置すること、面積が大きすぎないことあるいは逆に小さすぎないこと等にもとづいて、高輝度領域のなかから角膜反射領域２０を選択する。
【００１９】
ぶれ量算出部１３６は、後述する信号処理によって角膜反射領域２０の形状の特徴を抽出し、その結果にもとづいてぶれ量の大きさとその方向をもとめる。
【００２０】
画質判定部１４０は、撮像された画像信号の輝度、コントラスト、合焦度、および上述したぶれ量にもとづいて、撮像された目画像が虹彩認証に適しているか否かを判定する。
【００２１】
つぎに、本発明の実施の形態における目画像撮像装置の動作について説明する。図３は、本発明の実施の形態における目画像撮像装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、撮像部１２０は目画像の取込みを行う（Ｓ１１）。つぎに瞳孔位置検出部１３３は、取込んだ目画像を２値化し低輝度領域を抽出する（Ｓ１２）。このとき、ステップＳ１１で取込んだ画像は近赤外線照射時の目画像であり、瞳孔の赤外線吸収率は顔面の他の部分に比べて際立って高いため、ステップＳ１２で抽出された低輝度領域は瞳孔をあらわすと考えることができる。
【００２３】
高輝度領域検出部１３４はステップＳ１１で取込んだ目画像を２値化し高輝度領域を抽出する（Ｓ１３）。ここで抽出された高輝度領域のなかには、角膜による近赤外線照明１１１の反射像以外にも眼鏡レンズ、あるいは眼鏡のフレームによる照明反射像や画像信号のノイズ成分等が含まれていることがある。角膜反射検出部１３５はこの高輝度領域のなかから上述したノイズ成分を取り除き、角膜による近赤外線照明１１１の反射領域、すなわち角膜反射領域２０を選び出す（Ｓ１４）。角膜反射領域２０は、近赤外線照明１１１が撮像素子１２３の近傍に設置されているため瞳孔内部あるいは瞳孔の近傍に位置し、その大きさもほぼ決まっている。したがって、高輝度領域のなかから、ステップＳ１２の低輝度領域内部あるいはその近傍に存在し、かつ予想される所定範囲の面積を持つものを角膜反射領域２０として選択する。これは、高輝度領域が大きすぎると外乱光、小さすぎるとノイズと考えられるためである。角膜反射領域２０を抽出できなかった場合は、目画像そのものの取得に失敗したものとして画像の再取得を行う（Ｓ１５）。
【００２４】
角膜反射領域２０が抽出できた場合、ぶれ量算出部１３６は角膜反射領域の代表点として角膜反射領域２０の重心座標をもとめる（Ｓ２１）。つぎに、ステップＳ２１でもとめた代表点を原点として極座標による局部座標を設定し、角膜反射領域２０の境界線の極座標をもとめる（Ｓ２２）。そして、境界線の極座標にもとづいて短径とその方向、長径とその方向を算出する（Ｓ２３）。ここで長径と短径との差は角膜反射領域２０の扁平度合いをあらわし、扁平度合いが大きいほどぶれも大きいと考えることができる。したがって、長径と短径との差をもとめ、その値をぶれ量として出力する（Ｓ２４）。
【００２５】
図４（ａ）は、角膜反射領域２０の一例に、極座標による局部座標を重ねた図を示し、図４（ｂ）は上記の角膜反射領域２０の境界線の極座標を示した図である。なお、図４（ｂ）の横軸は角度、縦軸が動径をあらわす。この例においては、動径が極大を示す角度が４５度、２２５度方向であるため、角膜反射領域２０の形状は右上〜左下４５度方向に細長い楕円形状である。また、長径ｒｍａｘは短径ｒｍｉｎのおよそ３倍である。したがって、短径の値ｒｍｉｎとぶれが無い場合の角膜反射領域２０の直径とがほぼ等しいとすると、長径方向に沿って、短径の長さのほぼ２倍のぶれ、すなわち２×ｒｍｉｎのぶれが生じていることがわかる。
【００２６】
画質判定部１４０は、ステップＳ１１で撮像された画像信号の輝度、コントラスト、合焦度、およびステップＳ２４でもとめたぶれ量にもとづいて、撮像された目画像が虹彩認証に適しているか否かを判定し結果を出力するとともに、不適の場合は画像の再取得を行う（Ｓ２５）。
【００２７】
このように、近赤外線照明の角膜による反射は、瞳孔３０内部または瞳孔３０近傍にあり、かつその大きさと形状は近赤外線照明１１１の大きさと形状から予測できるものであるから、角膜反射領域２０は撮像された目画像１０に対する基準パターンとして用いることができる。そのため撮像された目画像１０内の角膜反射領域２０の形状が予測される形状と異なる場合にはぶれが発生したと考えることができ、その形状と大きさからぶれの方向と大きさを知ることができる。
【００２８】
なお、本実施の形態においては、ぶれ検出の方法として、角膜反射領域２０の境界線の座標をもとめる方法を用いたが、角膜反射領域２０の扁平度合いが評価できれば、他の方法を用いてもよい。
【００２９】
たとえば、図５に示した方法を用いても角膜反射領域２０の扁平度合いを評価することができる。図５は半径ｒの円周上における角膜反射領域２０の画素割合を示す図であり、図５（ａ）はぶれが小さい場合、図５（ｂ）はぶれが大きい場合の関係を示している。このとき、半径ｒが小さいときは円周上の角膜反射領域２０の画素割合はほぼ１００％になるが、半径ｒがある値ｒ１より大きくなると画素割合は減少しはじめ、半径ｒがある値ｒ２より大きいと画素割合はほぼ０％となることがわかる。ここで、図５からわかるように、ｒ１およびｒ２の値はそれぞれ角膜反射領域２０の短径および長径に対応した値となるため、その差（ｒ２−ｒ１）は角膜反射領域２０の扁平度合いを示し、ぶれ量をあらわす値として用いることができる。
【００３０】
なお、角膜反射領域２０の代表点の座標は、角膜反射領域２０の重心座標を重心の定義にしたがって計算してもよいが、簡易的には角膜反射領域２０のＸ座標の中心値とＹ座標の中心値の座標で代用してもよい。
【００３１】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、目画像の角膜反射領域の形状にもとづき目画像のぶれを検出するぶれ検出部により、新たなセンサや制御回路を付加することなく小さいＣＰＵの負担でぶれ検出を行うことができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における目画像撮像装置のブロック図である。実施の形態２における目画像撮像装置２００は、照明部１１０、撮像部１２０、ぶれ検出部２３０、制御部（図示せず）を備えている点は実施の形態１と同様である。実施の形態１と異なる点は、被認証者の目までの距離を測定する距離測定部２５０を備え、ぶれ量算出部２３６が角膜反射領域２０の面積と撮像部１２０から目までの撮像距離とにもとづいてぶれ量をもとめることである。
【００３３】
画像にぶれが無い場合の角膜反射の面積は照明の大きさと眼球の曲率および目までの撮像距離により決まり、照明の大きさと眼球の極率はほぼ一定であるため撮像距離で角膜反射領域２０の面積を正規化した値（以下、正規化面積と略記する）はある一定値となる。しかし、画像にぶれがあると角膜反射領域２０もぶれの方向に引き伸ばされるため正規化面積の値は上記の一定値より大きくなる。したがって、取得した目画像の角膜反射領域２０の正規化面積とぶれが無い場合の角膜反射領域２０の正規化面積との比をぶれ量の指標としてもとめることによって、ぶれの有無あるいはぶれ量を知ることができる。
【００３４】
図７は、本発明の実施の形態２における目画像撮像装置２００の動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ１５までは実施の形態１と同様であるため説明を省略する。角膜反射領域２０を抽出できた場合、ぶれ量算出部２３６は角膜反射領域２０の面積をもとめる（Ｓ３１）。つぎに、距離測定部２５０で測定した距離にもとづいて角膜反射領域２０の面積を正規化し正規化面積Ｓｘをもとめる（Ｓ３２）。このときの値Ｓｘと、ぶれの無い画像における正規化面積Ｓｏとの比をもとめて、Ｓｘ／Ｓｏ＞１＋α（αはぶれ量の許容範囲を考慮した値）の場合には取得した目画像が虹彩認証に適さないものと判定し画像の再取得を行う（Ｓ３３）。
【００３５】
このように、取得した目画像の角膜反射領域２０の正規化面積をもとめ、ぶれが無い場合の角膜反射領域２０の正規化面積との比をもとめることによってぶれ量を知ることができる。上述のように実施の形態２におけるぶれ量算出部２３６は、角膜反射領域２０の面積をもとめ正規化して正規化面積Ｓｘを算出するだけであるので画像信号処理が簡単になる。さらに、角膜反射領域２０の形状に依存せず面積をもとに信号処理を行うため、角膜反射領域の形状が複雑な場合であっても図７に示した手順と同一の手順でぶれ検出を行えるという利点がある。
【００３６】
図８はいくつかの角膜反射領域２０の形状例を示す図である。図８（ａ）はぶれが無い場合、図８（ｂ）は直線状にぶれた場合、図８（ｃ）は曲線状にぶれた場合、図８（ｄ）は照明が２つあり、直線状にぶれた場合、図８（ｅ）は照明が２つあり、しかもぶれにより２つの角膜反射領域２０がつながった場合の形状をそれぞれ示している。実施の形態２によれば、角膜反射領域２０がいずれの形状であってもその面積をもとめ正規化することによりぶれ量を知ることができる。
【００３７】
ここで、距離測定部２５０としては、本発明の目画像撮像装置２００を搭載する携帯端末装置に測距センサを備えている場合はその出力を用いてもよく、測距センサが無い場合には、たとえば取得した目画像のなかから虹彩の直径を算出し、この値を用いて正規化してもよい。もちろん画像にぶれがあると正確な虹彩の直径は得られないが、実際に発生しうるぶれの大きさであれば虹彩の直径の精度は低下するものの正規化に使用することは可能である。
【００３８】
なお、上述の正規化処理はあくまでもぶれ検出の精度を上げるためのものであり、実施の形態２における必須条件ではない。すなわち、距離測定部２５０を設けず、ぶれ量算出部２３６は角膜反射領域２０の面積を算出し、その値とぶれが無い場合における角膜反射領域２０の面積との比を用いてぶれの有無を判定してもよい。
【００３９】
以上のように、本発明の実施の形態２によれば、被認証者が目画像を取得した１枚の画像情報にもとづいて、簡単なアルゴリズムによって高速に手ぶれの有無を判定することができる目画像撮像装置を実現することが可能となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、新たなセンサや制御回路を付加することなく、ＣＰＵの負担の小さいぶれ検出が可能な目画像撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における目画像撮像装置のブロック図
【図２】照明が１つである場合における目画像の一例を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における目画像撮像装置の動作手順を示すフローチャート
【図４】（ａ）は、角膜反射領域の一例に、極座標による局部座標を重ねた図
（ｂ）は、角膜反射領域の境界線の極座標を示した図
【図５】半径ｒの円周上における角膜反射領域の画素割合を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における目画像撮像装置のブロック図
【図７】本発明の実施の形態２における目画像撮像装置の動作手順を示すフローチャート
【図８】角膜反射領域の形状例を示す図
【符号の説明】
１０目画像
２０角膜反射領域
３０瞳孔
１００目画像撮像装置
１１０照明部
１１１近赤外線照明
１１２照明制御部
１２０撮像部
１２１レンズ
１２２可視光カットフィルタ
１２３撮像素子
１２４画像信号変換部
１２５誘導ミラー
１３０，２３０ぶれ検出部
１４０画質判定部
１３３瞳孔位置検出部
１３４高輝度領域検出部
１３５角膜反射検出部
１３６，２３６ぶれ量算出部
２５０距離測定部

Claims

被認証者の目を目画像として撮像する撮像部と、
前記被認証者の目を照明する照明部と、
前記照明部の照明光が前記被認証者の目の角膜で反射することによって生じる角膜反射領域を前記目画像から検出し、前記角膜反射領域の形状にもとづき前記目画像のぶれを検出するぶれ検出部とを備えたことを特徴とする目画像撮像装置。
前記ぶれ検出部は、前記角膜反射領域の形状の扁平度合いにもとづきぶれを検出することを特徴とする請求項１に記載の目画像撮像装置。
前記扁平度合いは、前記角膜反射領域の長径と短径との差であることを特徴とする請求項２に記載の目画像撮像装置。
前記ぶれ検出部は、前記角膜反射領域の面積にもとづきぶれを検出することを特徴とする請求項１に記載の目画像撮像装置。
前記ぶれ検出部は、前記角膜反射領域の面積とぶれが無い場合の角膜反射領域の面積との比にもとづきぶれを検出することを特徴とする請求項１に記載の目画像撮像装置。
前記照明部の照明光は近赤外線であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載の目画像撮像装置。