JP2005071317A - 個人認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非接触で血管パターン画像を撮影でき、かつ個人認証装置に指をどのような回転角度で挿入しても高精度な認識ができること。。
【解決手段】個人認証装置は、指を挿入する空間を有する筐体３１と、筐体の内部壁面に設置された複数のＬＥＤアレイ３２と、筐体のＬＥＤアレイと対向する内部壁面に設置された複数のラインセンサ３３とを備える。そして、撮影された画像から挿入された指の爪の位置を検出して、この爪の位置から指の腹の位置を決定し、撮影された画像から指の腹の部分の赤外線透過光画像を切り出し、予め登録されている血管パターン画像とのマッチングを行う。。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体情報に基づく個人認証装置に関するものである。

従来、手や指の血管パターンによって個人を認証する個人認証装置が提案されていた。しかし、手や指を撮影装置の表面に密着させて血管パターンを撮影する構成を採用すると、多数の人が同じ面に接触するので、衛生的でない、あるいは表面にほこりや汚れが付着して認識率が低下するという問題点があった。この改善策として、下記特許文献には、非接触で手や指の血管パターンを撮影する装置が開示されている。
特開２００１−２７３４９７号公報 特開２００２−８３２９８号公報

上記したような、従来の個人認証装置においては、例えば広角度の指の血管パターンを撮影可能であるが、接触型の撮影方法と比較すると指の長手方向の軸の回転角度、即ち指の腹が上を向いているのか下を向いているのかを判定する必要があるという問題点がある。

指の血管パターンを撮影する場合、指の挿入姿勢を決めても、身長の差や癖などによって指の長手方向の軸の回転角度にはばらつきがある。従って、この回転角度を正確に検出し、例えば指の腹の部分など血管画像の所望の部分を正確に切り出さないと高精度の認識ができないという問題点があった。本発明の目的は上記した従来例の問題点を解決することにある。

本発明の個人認証装置は、指を挿入する空間を有する筐体と、筐体の内部壁面に設置された複数の光源手段と、筐体の内部壁面に設置された複数の撮影手段と、複数の撮影手段によって撮影された画像データを合成する合成手段と、合成された画像から挿入された指の爪の位置を検出する爪位置検出手段と、前記爪位置検出手段の出力情報に基づき、合成された画像から指の腹の部分の画像を切り出す画像切り出し手段と、切り出された画像と予め登録されている画像とのマッチングを行い、マッチングの結果を出力するマッチング手段とを備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明の構成によれば、非接触で血管パターン画像を撮影でき、かつ個人認証装置に指をどのような回転角度で挿入しても所望の部分の血管パターン画像を切り出すことができ、高精度な認識ができるという効果がある。

以下に図面を参照して発明の実施の形態を説明する。図２は、個人認証装置３０を入室管理に使用した場合のシステム全体の構成を示すブロック図である。個人認証装置３０は、ドアの電磁ロック装置２０と接続されており、認証装置３０において入室を許可すべき人（画像登録者）を検出した場合には、認証装置３０から電磁ロック装置２０に対して開錠信号を送出する。また、認証処理を行うたびに個人認証装置３０からパソコン１０に認証の結果情報が送信され、パソコン１０において入室記録が表示／保存される。

図１は、本発明の個人認証装置の第１実施例の主要部の構成を示す断面図である。個人認証装置３０は、血管パターン画像の撮影のために指を挿入する円筒状の筐体３１を備えている。図１（ａ）は、筐体３１の横断面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ縦断面図である。被認証者は指３４を個人認証装置の筐体３１に挿入する。図１においては爪３５は上を向いているが、爪３５の位置、即ち指の回転角度は任意である。筐体３１の内部壁面には光源手段であるＬＥＤアレイ３２、および撮影手段であるラインセンサ３３が複数個配置されている。

ＬＥＤアレイ３２は、例えば複数の可視光ＬＥＤと赤外線ＬＥＤとを交互に１列に配列したものである。可視光ＬＥＤおよび赤外線ＬＥＤはそれぞれ独立してオン／オフできるように構成されている。また、複数のＬＥＤアレイ３２が筐体の円筒の軸と並行に等間隔（等角度）に配置されており、各ＬＥＤアレイ３２はそれぞれ独立してオン／オフできるように構成されている。

ラインセンサ３３は、複数の光検出素子が直線状に配置された１次元の光検出装置であり、スキャナやＦＡＸなどに使用されている。本発明においては赤外線および可視光の双方に感度を有するラインセンサを使用する。また、非接触で血管の赤外線透過光画像を得るために、挿入された指の表面程度の距離にピントが合うレンズ（４１）を内蔵している。

ラインセンサ３３は赤外線透過光によって血管パターンを検出するので、筐体の円筒の軸を挟んでＬＥＤアレイ３２と対向する位置に配置されている。ラインセンサ３３および対向するＬＥＤアレイの組の数は任意であるが、多いほど画像の分解能が向上し、認証精度が向上する。

図４は、本発明の個人認証装置の電気的機能を示す機能ブロック図である。１チップコンピュータ回路５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェイス回路等を備えた周知のＬＳＩであり、後述する本発明の機能を実現するプログラムを作成して格納可能な任意の１チップコンピュータを採用可能である。

１チップコンピュータ回路５０は、パラレルインターフェイス回路５３、ドライバ５４を介して所望の任意のＬＥＤアレイ３２を点灯することができる。また、１チップコンピュータ回路５０は、任意のラインセンサ回路３３を指定してセンサ出力信号を読み出すことが可能である。選択されたラインセンサ回路３３から出力されたセンサ出力信号はアナログマルチプレクサ５１を介してＡ／Ｄ変換器５２によって１画素ごとにＡ／Ｄ変換され、１チップコンピュータ回路５０に読み込まれる。

パネル５５には、暗証番号等を入力するためのテンキーやその他のスイッチおよび装置の状態や認証結果を表示する表示装置が設けられている。通信インターフェイス回路５６は、例えばRS-232C規格あるいはＵＳＢ、ＬＡＮなどのパソコンの備えている標準的なインターフェイス回路であり、１チップコンピュータ回路５０は、この回路を介してパソコン１０に認証結果、認証者ＩＤなどの認証処理情報を出力する。開錠駆動回路５７は例えば電磁ロック装置の開錠ソレノイドを駆動する信号を出力する。

図５は、１チップコンピュータ回路５０が内蔵するプログラムに従って実行する処理の内容を示すフローチャートである。Ｓ１０においては、指の挿入を検出したか否かが判定され、判定結果が肯定の場合にはＳ１１に移行する。なお、指の検出方法は、例えば対向するＬＥＤアレイの可視光ＬＥＤを点灯してラインセンサ３３から可視光透過輝度信号を読み取り、その輝度の変化から検出してもよいし、ラインセンサとは別にフォトインタラプタなどの光遮断検出素子を設けてもよい。

Ｓ１１においては、１組のＬＥＤアレイおよび対向するラインセンサを選択し、赤外線ＬＥＤを点灯させて、指の赤外線透過光をラインセンサで検出（撮影）し、Ａ／Ｄ変換して取り込む。図３は、本発明における撮影動作を示す断面図である。赤外線ＬＥＤアレイ３２を点灯させて、対向するラインセンサ３３で撮影する。なお、指３４の表面に近い血管３６の画像が撮像素子４０上に焦点を結ぶようにレンズ４１が装着されている。

Ｓ１２においては、全周分、即ち全てのＬＥＤアレイおよび対向するラインセンサの組み合わせについて撮影を完了したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１１に戻って未撮影の組み合わせについて撮影を繰り返す。なお、１つのセンサ当たり複数回の撮影を行って、画素ごとに平均を取る等の画像処理を行ってもよい。

Ｓ１３においては、図３上部に示すように、ラインセンサ３３および隣接する１つあるいは両側のＬＥＤアレイ３２を選択し、可視光ＬＥＤを点灯させて、指の可視光反射光をラインセンサで検出（撮影）し、Ａ／Ｄ変換して取り込む。Ｓ１４においては、全周分、即ち全てのＬＥＤアレイおよびラインセンサの組み合わせについて撮影を完了したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１３に戻って未撮影の組み合わせについて撮影を繰り返す。

Ｓ１５においては、Ｓ１３において撮影した全てのラインセンサ出力データを並べた２次元可視光指画像を合成し、その画像から画像認識技術を使用して爪の位置、即ち指の回転角度を検出する。具体的には画像から爪の輪郭の線を検出し、閉じた曲線を爪と認識する。あるいは、画像をずらしながら標準的な爪の画像とマッチング処理を行い、マッチした位置から指画像の回転角度を検出する。

Ｓ１６においては、検出した爪の位置情報に基づき、合成した２次元赤外線指画像から切り出す画像位置を決定する。指の血管パターン画像は指の腹の部分がその他の部分より鮮明に撮影可能であるので、合成赤外線透過光画像から切り出す指の腹の部分の位置を決定し、切り出す。

Ｓ１７においては、切り出した赤外線画像と、予め登録／記憶されている登録画像とのマッチング処理を行い、例えば１つの登録画像とのマッチング率（一致率）が所定値以上である場合に、被認証者は登録画像の登録者であるものと判定し、マッチング率がいずれの登録画像においても所定値未満である場合には被認証者は未登録者であると判定する。

Ｓ１８においては、認証結果を出力する。即ち登録者と認定された場合には例えば開錠信号を送出し、ドアを開錠する。あるいは未登録者の場合にはパネルに認証結果を表示する。更に、パソコンに認証処理の記録情報を送出する。

以上のような構成および処理によって、指の血管画像を非接触にて撮影し、指の腹の部分の画像を正確に切り出すことによって、高精度な認証を行うことができる。

第１実施例においてはラインセンサを用いる例を開示したが、第２実施例は２次元光センサの一種であるＣＣＤセンサを用いる例である。なお、２次元光センサとしては、赤外線に感度があれば、ＣＭＯＳセンサなどＣＣＤセンサ以外の公知の任意の２次元光センサを使用可能である。

図６は、本発明の個人認証装置の第２実施例の主要部の構成を示す断面図である。図１の第１実施例と異なる点は、第１実施例ではラインセンサ３３を使用しているのに対し、第２実施例においてはＣＣＤ２次元光センサ６０を使用している点である。なお、ＣＣＤセンサ６０の前部にはレンズ等の光学系６１が装着されている。

ラインセンサ３３は１次元の出力しか得られないので、２次元画像を得るためには多数のラインセンサが必要となるが、ＣＣＤセンサ６０は２次元画像を得ることができるので、ラインセンサより少ない個数で指の全周画像が得られる。ＬＥＤアレイ３２や制御回路の機能については、第１実施例と同様の回路を採用可能である。

図７は、１チップコンピュータ回路５０が内蔵するプログラムに従って実行する第２実施例の処理内容を示すフローチャートである。第２実施例においては、撮影を複数回行い、画像を加算合成する機能を備えている。

Ｓ２０においては、指の挿入を検出したか否かが判定され、判定結果が肯定の場合にはＳ２１に移行する。なお、指の検出方法は、例えば対向するＬＥＤアレイの可視光ＬＥＤを点灯してＣＣＤセンサ６０から可視光透過輝度信号を読み取り、その輝度の変化から検出してもよいし、ＣＣＤセンサとは別にフォトインタラプタなどの光遮断検出素子を設けてもよい。

Ｓ２１においては、１組のＬＥＤアレイおよび対向するＣＣＤセンサを選択し、赤外線ＬＥＤを点灯させて、指の赤外線透過光をＣＣＤセンサで検出（撮影）し、Ａ／Ｄ変換して取り込む。なお、指３４の表面に近い血管の画像がＣＣＤ撮像素子上に焦点を結ぶように光学系（レンズ）６１が装着されている。

Ｓ２２においては、全周分、即ち全てのＬＥＤアレイおよび対向するＣＣＤセンサの組み合わせについて撮影を完了したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２１に戻って、未撮影の組み合わせについて撮影を繰り返す。Ｓ２３においては、例えば複数のＣＣＤセンサ６０から読み込まれた赤外線画像データの所定の領域を切り出してつなぎ合わせて、１枚の指の全周画像データを合成する。

Ｓ２４においては、ＣＣＤセンサ６０および隣接する１つあるいは両側のＬＥＤアレイ３２を選択し、可視光ＬＥＤを点灯させて、指の可視光反射光をＣＣＤセンサで検出（撮影）し、Ａ／Ｄ変換して取り込む。Ｓ２５においては、全周分、即ち全てのＬＥＤアレイおよびＣＣＤセンサの組み合わせについて撮影を完了したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２４に戻って未撮影の組み合わせについて撮影を繰り返す。

Ｓ２６においては、例えば複数のＣＣＤセンサ６０から読み込まれた可視光画像データの所定の領域を切り出してつなぎ合わせて、１枚の指の全周画像データを合成する。Ｓ２７においては、Ｓ２６において合成した可視光指画像から画像認識技術を使用して爪の位置、即ち指の回転角度を検出する。具体的には画像から爪の輪郭の線を検出し、閉じた曲線を爪と認識する。あるいは、画像をずらしながら標準的な爪の画像とマッチング処理を行い、マッチした位置から指画像の回転角度を検出する。

Ｓ２８においては、検出した爪の位置情報に基づき、切り出す赤外線画像位置を決定する。指の血管パターン画像は指の腹の部分がその他の部分より鮮明に撮影可能であるので、赤外線透過光画像から切り出す指の腹の部分の位置を決定し、切り出して保存する。

Ｓ２９においては、Ｓ２８の切り出しがｎ（所定の複数）回実行されたか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ２１に戻って撮影処理を繰り返す。なお、Ｓ２１に戻る間にタイマによって所定時間（例えば０．１〜１秒程度）だけ待ってから移行してもよい。

Ｓ３０においては、Ｓ２８において切り出した複数の画像をｎ枚加算合成する。加算方法としては例えば輝度値の平均を取ってもよいし、各画像について輝度変化部分の強調処理、ノイズ除去処理、２値化などの画像処理をしてから加算してもよい。

Ｓ３１においては、加算した赤外線画像と、予め登録／記憶されている登録画像とのマッチング処理を行い、例えば１つの登録画像とのマッチング率（一致率）が所定値以上である場合に、被認証者は登録画像の登録者であるものと判定し、マッチング率がいずれの登録画像においても所定値未満である場合には被認証者は未登録者であると判定する。

Ｓ３２においては、認証結果を出力する。即ち登録者と認定された場合には例えば開錠信号を送出し、ドアを開錠する。あるいは未登録者の場合にはパネルに認証結果を表示する。更に、パソコンに認証処理の記録情報を送出する。

図８は、赤外線画像の加算合成方法を示す説明図である。Ｓ２３において合成された画像は切れ目がないが、図８に示す画像はこの合成画像を所定の位置で縦に切り開き、展開したものである。図８においては、ｎは２とし、Ｓ２７において検出した爪の位置を図示してある。切り出し範囲は爪の位置から１８０°の位置を中心とする所定幅の範囲である。２枚の切り出し画像にはそれぞれ別の血管が鮮明に写っており、これらの画像を加算合成することにより、より多くの血管が鮮明に撮影された画像が得られる。

以上のような構成および処理によって、指の血管画像を複数回撮影し、画像を加算合成することによって、より高精度な認証を行うことができる。なお、装置への血管画像の登録時にはｎを大きくして時間をかけて登録することにより、より鮮明な画像が登録でき、高精度な認証を行うことができる。

図９は、本発明の個人認証装置の第３実施例の主要部の構成を示す断面図である。第３実施例は第１実施例におけるＬＥＤアレイ３２およびラインセンサ３３を１組だけ使用し、それらを回転させることによって撮影を行うものである。筐体３１に配置された回転アーム７０の一方のアームには光源手段であるＬＥＤアレイ３２が装着され、他方のアームには撮影手段であるラインセンサ３３が装着されている。

回転アーム７０の２つのアームはモーターおよびギアからなる回転機構７１によって指の周囲を回転する。１チップコンピュータ回路５０は、アームを回転させながら、所定の間隔でＬＥＤアレイ３２およびラインセンサ３３によって撮影を行う。

１チップコンピュータ回路５０により回転機構７１の回転方向を制御して３６０°以上回転しないようにすれば、ＬＥＤアレイ３２およびラインセンサ３３への接続は遊びを持たせたリード線により接続可能である。また、ロータリートランス等を使用しても良い。更に、ＬＥＤアレイ３２およびラインセンサ３３を２組以上使用することにより、最大回転角度を１８０°あるいは更に小さくすることも可能である。以上のような構成により、第１実施例と比べてラインセンサ数を大幅に削減することができる。

以上実施例を開示したが、以下に示すような変形例も考えられる。第１実施例においてはラインセンサの出力画像から爪の位置を検出する例を開示したが、第４実施例は爪の位置検出用に別の撮影手段を備えた例である。第４実施例においては認識装置の筐体の奥からＣＣＤカメラ等によって指の先端部の可視光画像を撮影して、この画像から画像認識技術を使用して爪の位置（回転角度）を検出する。このようにすれば、より高精度に爪の位置が検出できる。また、ラインセンサにおいては可視光による撮影が不要となるので、光源のＬＥＤは赤外線ＬＥＤのみでよく、ラインセンサも赤外線にのみ感度を有するものでよい。なお、第４実施例の変形例として、指の側面の全周を撮影可能な光学系を備えた全周撮影手段を設けて、全周画像から爪の位置を検出するようにしてもよい。

光源の赤外線ＬＥＤアレイから赤外線を線状に照射し、線状以外の他の部分には照射しないようにした方が、指の内部における赤外線の散乱による画像のぼけが減少し、より鮮明な画像が得られる。このために、ＬＥＤアレイの前に細いスリットを設けてもよい。

本発明の個人認証装置の第１実施例の構成を示す断面図である。 個人認証装置を入室管理に使用した場合の構成を示すブロック図である。 本発明における撮影動作を示す断面図である。 本発明の個人認証装置の電気的機能を示す機能ブロック図である。 １チップコンピュータ回路５０が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 本発明の個人認証装置の第２実施例の主要部の構成を示す断面図である。 第２実施例の処理内容を示すフローチャートである。 赤外線画像の加算合成方法を示す説明図である。 本発明の個人認証装置の第３実施例の主要部の構成を示す断面図である。

符号の説明

３０ 個人認証装置
３１ 筐体
３２ ＬＥＤアレイ
３３ ラインセンサ
３４ 指
３５ 爪

Claims (5)

1. 指を挿入する空間を有する筐体と、
   筐体の内部壁面に設置された複数の光源手段と、
   筐体の内部壁面に設置された複数の撮影手段と、
   複数の撮影手段によって撮影された画像データを合成する合成手段と、
   合成された画像から挿入された指の爪の位置を検出する爪位置検出手段と、
   前記爪位置検出手段の出力情報に基づき、合成された画像から指の腹の部分の画像を切り出す画像切り出し手段と、
   切り出された画像と予め登録されている画像とのマッチングを行い、
   マッチングの結果を出力するマッチング手段と
   を備えたことを特徴とする個人認証装置。
2. 前記光源手段は、可視光あるいは赤外線の一方を選択的に放射可能であり、
   前記撮影手段は、可視光および赤外線の双方に感度があり、
   前記爪位置検出手段は、可視光画像および赤外線画像の少なくとも一方から挿入された指の爪の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
3. 前記光源手段は、可視光発光ダイオードあるいは赤外線発光ダイオードを線状に配列したものであり、
   前記撮影手段は、前記光源手段と対向する位置に配置されたラインセンサあるいは２次元光センサであり、
   前記合成手段は、指の全周分の画像を合成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
4. 前記撮影手段は、可視光画像の撮影時には隣接する光源手段を点灯させて反射光を撮影し、赤外線画像の撮影時には対向する光源手段を点灯させて透過光を撮影することを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
5. 前記撮影手段は複数回の撮影を行い、切り出された画像を加算合成することを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
   

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