JP2005103122A

JP2005103122A - 目画像撮像装置

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Publication number: JP2005103122A
Application number: JP2003343021A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Wakamori; 正浩若森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-04-21
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Abstract

【課題】小型、軽量かつ安価な固定焦点レンズを用いて、使用者の目の形状にかかわらず安定した合焦判定を行うことができ、携帯端末装置への搭載が可能な目画像撮像装置を提供する。
【解決手段】使用者の目を目画像として撮像する撮像部１２０と、目画像から高周波成分の大きさを算出する合焦度算出部１３０と、正規の使用者に対して特有の合焦閾値を設定する閾値設定部１５０と、高周波成分の大きさと合焦閾値とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部１４０とを備え、正規の所有者に対して最適な合焦閾値を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、目画像撮像装置、特に携帯端末装置に搭載可能な目画像撮像装置に関する。

一般に虹彩認証は、近赤外線等で使用者の目およびその周辺部分を照明し、カメラを用いて目およびその周辺画像（以下、これらを目画像と総称する）を撮像し、得られた目画像から虹彩情報を抽出して、それを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。このとき用いられる目画像撮像装置は、使用者の虹彩情報を正確に抽出するために目画像を精度良く撮像しなければならない。このため、顔全体の撮像画像から目の位置を検出し、その目をズームレンズ等によりズームアップして所望の大きさの目画像を撮像する自動焦点技術を利用した目画像撮像装置が提案されている。

この自動焦点技術では、被写体に焦点が合って（以下、焦点が合うことを合焦と称する）輪郭線画像が鮮明に撮像されると画像信号中に高周波成分が多く含まれることを利用し、レンズ位置を変えながら画像信号中の高周波成分を積分し、その値が最大となるレンズ位置を探索するように制御している。そして、このレンズ位置を迅速に探索するために、高周波成分が増加する方向にレンズ位置を徐々に変化させていく、いわゆる山登り方式を採用するのが一般的である（たとえば、特許文献１参照）。

一方、近年では携帯電話器等の携帯端末装置を用いた決済システム等の普及に伴い、本人認証の信頼性の高い虹彩認証機能をこれら携帯端末装置に搭載する試みがなされている。ところが、上述した目画像撮像装置は、レンズを動かすための駆動系を必要とし、また光学系そのものの小型、軽量化も難しいため、携帯電話機等の携帯端末装置に自動焦点機構をもつ目画像撮像装置を搭載することはきわめて困難となっている。このようなことから、携帯端末装置用の目画像撮像装置としては、固定焦点レンズを用いた小型、軽量、安価なカメラを搭載し、画像信号中に含まれる高周波成分の大きさで合焦度を判定し、高周波成分の大きさが所定の閾値よりも大きくなるように撮像距離を誘導するという方法が現実的である。
特開２０００−１３１５９８号公報

しかしながら、虹彩の模様、まつげ、瞼等目の各部分の形は個人差が大きく、目画像信号に含まれる高周波成分の大きさも個人差が大きい。したがって、高周波成分の大きさが所定の閾値よりも大きくなるように撮像距離を誘導するという方法においては、使用者によっては合焦していない目画像を取り込む、あるいは逆に合焦の判定が得られず目画像が取り込めないといった、使用者の目の各部分の形状により安定な合焦判定が得られないという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、小型、軽量かつ安価な固定焦点レンズを用いて、使用者の目の各部分の形状にかかわらず安定した合焦判定を行うことができ、携帯端末装置への搭載が可能な目画像撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の目画像撮像装置は、使用者の目画像を撮像する撮像部と、撮像部で撮像された目画像から合焦度を算出する合焦度算出部と、正規の使用者に特有の合焦閾値を設定する閾値設定部と、合焦度と合焦閾値とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部とを備え、閾値設定部は正規の使用者の目画像にもとづいて合焦閾値を設定することを特徴とする。この構成により、小型、軽量かつ安価な固定焦点レンズを用いて、使用者の目の形状にかかわらず安定した合焦判定を行うことができ、携帯端末装置への搭載が可能な目画像撮像装置を提供することができる。

また、本発明の目画像撮像装置の合焦度算出部は、撮像部で撮像された目画像に含まれる高周波成分の大きさを合焦度として算出し、閾値設定部は、正規の使用者に対して撮像距離の異なる複数の目画像それぞれから算出した複数の合焦度の中から最大値を選択し、最大値にもとづいて合焦閾値を設定してもよい。この構成により、正規の使用者に最適な合焦閾値を設定できる。

また、本発明の目画像撮像装置の閾値設定部は、正規の使用者に対して合焦距離で撮像した目画像から算出した合焦度にもとづいて合焦閾値を設定してもよい。この構成によっても、正規の使用者に最適な合焦閾値を設定できる。

また、本発明の目画像撮像装置は、使用者の目画像を撮像する撮像部と、目画像における虹彩径を算出する虹彩径算出部と、正規の使用者に特有の基準虹彩径を設定する基準径設定部と、虹彩径と基準虹彩径とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部とを備え、基準径設定部は正規の使用者の目画像にもとづいて基準虹彩径を設定してもよい。この構成により、取得した目画像が合焦範囲に入っていない場合であっても、合焦した目画像を得るためにカメラを目に近づけるべきか遠ざけるべきかを知ることができる。

また、本発明の目画像撮像装置の基準径設定部は、正規の使用者に対して合焦距離で撮像した目画像から算出した虹彩径の値を基準虹彩径として設定してもよい。この構成により、正規の使用者に最適な基準虹彩径を設定できる。

また、本発明の目画像撮像装置は、使用者の目画像を撮像する撮像部と、撮像部で撮像された目画像から合焦度を算出する合焦度算出部と、正規の使用者に特有の合焦閾値を設定する閾値設定部と、合焦度と合焦閾値とを比較して合焦の判定を行う第１の合焦判定部と、目画像における虹彩径を算出する虹彩径算出部と、正規の使用者に特有の基準虹彩径を設定する基準径設定部と、虹彩径と基準虹彩径とを比較して合焦の判定を行う第２の合焦判定部とを備え、第１の合焦判定部で合焦の判定が得られなかった場合に第２の合焦判定部で合焦判定を行う構成としてもよい。この構成により、小型、軽量かつ安価な固定焦点レンズを用いて、使用者の目の形状にかかわらず安定した合焦判定を行うことができ、さらに、取得した目画像が合焦範囲に入っていない場合であっても、合焦した目画像を得るためにカメラを目に近づけるべきか遠ざけるべきかを知ることができるので短時間で合焦した目画像を得ることができる、携帯端末装置への搭載が可能な目画像撮像装置を提供することができる。

また、本発明の目画像撮像装置の基準径設定部は、正規の使用者に対して、撮像距離の異なる複数の目画像のうち合焦度が最大となる目画像における虹彩径を基準虹彩径として設定してもよい。この構成により、正規の使用者に最適な基準虹彩径を設定できる。

また、本発明の目画像撮像装置の基準径設定部は、正規の使用者に対して、撮像距離の異なる複数の目画像それぞれから算出した複数の虹彩径の中から、合焦度が等しくかつ虹彩径の比が所定の値に等しい２つの虹彩径の値を２つの基準虹彩径として設定し、閾値設定部は、このときの合焦度を合焦閾値として設定してもよい。この構成により、第１の合焦判定部と第２の合焦判定部の判定結果をほぼ等しくすることができる。

本発明によれば、小型、軽量かつ安価な固定焦点レンズを用いて、使用者の目の形状にかかわらず安定した合焦判定を行うことができ、携帯端末装置への搭載が可能な目画像撮像装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態の目画像撮像装置について、図面を用いて説明する。

（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構成を示すブロック図である。実施の形態１における目画像撮像装置１００は、使用者の目画像を撮像する撮像部１２０、目画像に含まれる高周波成分の大きさを合焦度として算出する合焦度算出部１３０、正規の使用者に特有の合焦閾値を設定する閾値設定部１５０、合焦度と合焦閾値とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部１４０、目画像取得に適した光量の近赤外線を照射し使用者の目およびその周辺部分を照明する照明部（図示せず）を備えている。

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、画像信号処理部１２４および誘導ミラー１２５を有する。実施の形態１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により光学系の小型、軽量化と低コスト化を実現している。誘導ミラー１２５は使用者が自らの目を映すことにより目を正しい撮像位置へ誘導する。そして、使用者の目はレンズ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。画像信号処理部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処理を行った上で、使用者の目画像信号として出力する。

合焦度算出部１３０は、フィルタ部１３１および積分部１３２を有する。フィルタ部１３１は、画像信号処理部１２４が出力した画像信号の中から、合焦判定に適した所定周波数帯域をもつ高周波成分の信号を抽出し、抽出した高周波成分の信号を積分部１３２に出力する。積分部１３２は、フィルタ部１３１を通して得られた高周波成分の２乗の値または絶対値を１画面（１フレーム）内の領域で積分し、目画像に含まれる高周波成分の大きさとして出力する。以下、積分部１３２から出力された、目画像に含まれる高周波成分の大きさを合焦度Ｆと称する。

合焦判定部１４０は、合焦度Ｆを、後述する方法であらかじめ決められた合焦閾値Ｆｔｈと比較して合焦の判定を行う。こうして、合焦判定部１４０の出力として得られた合焦判定出力と画像信号処理部１２４の出力である目画像出力は虹彩認証装置（図示せず）に入力され、合焦と判定された目画像信号を用いて虹彩認証が行われる。

閾値設定部１５０は、本発明の実施の形態１における目画像撮像装置１００を搭載した携帯端末装置の正規の使用者、たとえば端末使用契約者や所有者に対して、以下のようにして合焦閾値Ｆｔｈを設定する。正規の使用者が虹彩情報を登録する際に、まず目画像撮像装置１００と目との距離を変えながら目画像を撮像し、異なる撮像距離Ｘのそれぞれに対応する複数の目画像を得て、それぞれの目画像について合焦度Ｆを求める。閾値設定部１５０はこうして得られた複数の合焦度Ｆの中から最大値Ｆｍａｘを求め、この最大値Ｆｍａｘに後述する所定の係数を乗じて合焦閾値Ｆｔｈとする。なお、譲渡等により正規の使用者が替わった場合には、新しい正規の使用者が虹彩認証装置に虹彩情報の再登録を行う際に、合焦閾値Ｆｔｈも再設定する必要がある。

ここで、合焦閾値Ｆｔｈを正規の使用者に応じて設定する理由は以下のとおりである。図２は、異なる使用者に対する撮像距離Ｘと合焦度Ｆとの関係を模式的に示した図であり、Ａ、Ｂ、Ｃは異なる３名の使用者についての関係を示している。このように実施の形態１においてはレンズ１２１として固定焦点レンズを用いているため、合焦度Ｆが最大値となる撮像距離Ｘｆは固定焦点レンズの合焦距離（ジャストフォーカスの距離）によって決まり、使用者にかかわらず共通となる。しかし、合焦度Ｆと撮像距離Ｘとの関係には図２に示すように個人差が生じる。これは、各個人により虹彩の模様が異なるため目画像に含まれる高周波成分が各個人毎に異なるだけでなく、さらに虹彩以外の部分、たとえばまつげや瞼等目の各部分の形もそれに影響を及ぼすからである。

したがって、目画像撮像装置毎にそれぞれの正規の使用者に対して合焦した目画像を取得するためには、それぞれの使用者特有の合焦度の最大値Ｆｍａｘを求め、合焦度ＦがＦｍａｘとなる距離Ｘｆにおいて撮像する必要がある。しかし、実使用においては合焦度Ｆが最大となる正にその距離Ｘｆで撮像して目画像を取り込むことは難しい。そこで、合焦度Ｆが最大とならない目画像であっても、実使用上支障なく虹彩認証が行える範囲で焦点が合った目画像であれば、それを合焦しているとみなして認証を行うことが実用的である。

図２にはこの撮像距離Ｘの範囲を合焦範囲Ｘｗとして示している。このとき、合焦閾値が図２のＦｔｈで示した値に設定されていたとすると、使用者Ａに対しては、合焦度Ｆが合焦閾値Ｆｔｈを超える目画像、すなわち合焦範囲Ｘｗ内にある目画像が認証可能となり合焦閾値として適切な値であるが、使用者Ｂに対しては認証不可能な目画像を認証可能な目画像として取り込む可能性がある。一方、使用者Ｃに対しては合焦判定が得られないことになる。このために、正規の使用者に対して最適な特有の合焦閾値Ｆｔｈを設定する必要がある。また、このように合焦閾値Ｆｔｈを決めることにより、正規でない使用者（図２に示した使用者Ｂ、Ｃ）の認証率（他人受け入れ率）を下げる効果も得られる。

なお、図２に示したように使用者が異なっていても、合焦度Ｆと撮像距離Ｘとの関係はほぼ相似形を示すため、合焦度の最大値Ｆｍａｘから一定の割合だけ小さな値までの範囲内の合焦度Ｆであれば撮像距離Ｘは合焦範囲Ｘｗ内としてよい。したがって合焦閾値Ｆｔｈとしては最大値Ｆｍａｘに所定の係数を乗じて求めることができる。本実施の形態においてはこの係数として０．８、すなわち合焦度ＦがＦｍａｘの８０％以上であれば合焦範囲にある目画像とみなしている。ここで、最大値Ｆｍａｘの乗じる係数を大きくすると、より焦点の合った良好な目画像が得られるようにはなるが、その反面、合焦範囲が狭くなるため合焦の判定結果が得にくくなる。このように、係数の値は撮像部１２０の光学特性、あるいは接続される虹彩認証装置の特性、さらには虹彩認証装置の使用目的等に応じて適宜設定することが望ましい。

つぎに、合焦閾値Ｆｔｈを決める手順について説明する。図３は本発明の実施の形態１における合焦閾値設定時の動作手順を示すフローチャートである。

まず、合焦閾値設定を開始する旨のメッセージを出力する（Ｓ１１）。合焦閾値設定時においては撮像距離の異なる複数枚の目画像が必要となるため、たとえば「腕を伸ばした位置からカメラをゆっくり目に近づけてください」といったメッセージを出力する。このメッセージは、たとえば携帯端末装置に付属の液晶表示パネル等の表示部を用いて表示してもよく、あるいは付属のスピーカを通じて音声で出力してもよい。

つぎに、使用者の目画像を撮像し（Ｓ１２）、取得した目画像に含まれる高周波成分の積分値、すなわち合焦度Ｆを求める（Ｓ１３）。そして合焦閾値設定に必要なデータが取得できたかどうか判定する（Ｓ１４）。合焦閾値設定に必要なデータが取得できるまで、ステップＳ１２からステップＳ１４までの一連の動作を繰り返すわけであるが、このとき合焦閾値設定に必要なデータとは、合焦範囲Ｘｗを内部に含み合焦範囲Ｘｗよりも広い撮像距離の範囲で撮像した複数の目画像の合焦度Ｆである。すなわち、カメラを遠方から徐々に近づけながら連続的に撮像する場合を例に述べるならば、最初は合焦度Ｆの低い目画像の取り込みから始まり、そののち徐々に合焦度Ｆが大きくなり、あるところで合焦度が最大値Ｆｍａｘを示したのち、再び合焦度Ｆが小さくなるまでの複数の目画像それぞれについての合焦度Ｆのデータである。

上記複数の合焦度Ｆのデータの中から最大値Ｆｍａｘを求め、それに所定の係数（本実施の形態においては０．８）を乗じて合焦閾値Ｆｔｈとして設定する（Ｓ１５）。最後に、閾値設定が完了した旨のメッセージを画像もしくは音声で出力する（Ｓ１６）。このようにして、正規の使用者である正規の正規の使用者に対して、この正規の使用者特有の合焦閾値Ｆｔｈを設定することができる。

このように合焦閾値Ｆｔｈを正規の使用者に最適な特有の値に設定することにより、小型、軽量、かつ安価な固定焦点レンズを用いても確実に焦点の合った目画像を取得することができる。

なお、合焦閾値Ｆｔｈを設定する他の方法として、合焦閾値設定時に、たとえば合焦距離の長さに切断された定規等を用いて、ジャストフォーカスとなる合焦距離Ｘｆに撮像距離を固定して目画像の取り込みができる場合についてはさらに簡単に合焦閾値設定ができる。このときの目画像に含まれる高周波成分は最大値Ｆｍａｘを示しているから、この値に係数（０．８）を乗じて合焦閾値Ｆｔｈと設定すればよい。

実施の形態１における目画像撮像装置１００の、虹彩認証時における合焦判定の動作について以下に簡単に説明する。なお焦閾値Ｆｔｈはすでに設定されているものとする。

まず目画像を取り込み、そこに含まれる高周波成分、すなわち合焦度Ｆを求める。そして、その値が合焦閾値Ｆｔｈ以上であれば焦点の合った目画像が得られたと判定し、合焦判定出力とともに目画像出力を虹彩認証装置に出力する。合焦度Ｆが合焦閾値Ｆｔｈに満たない場合は再度目画像取り込みを行う。このとき使用者に対して撮像距離Ｘを変更する旨のメッセージを出力してもよい。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における目画像撮像装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１と同一のブロックについては同一の符号を付している。実施の形態２における目画像撮像装置が実施の形態１における目画像撮像装置と大きく異なるところは、目画像の合焦度Ｆではなく目画像の虹彩径Ｒにもとづいて合焦判定を行うところである。実施の形態２における目画像撮像装置２００は、撮像部１２０、各々の目画像における虹彩径を算出する虹彩径算出部２３０、正規の使用者特有の基準虹彩径を設定する基準径設定部２５０、虹彩径と基準虹彩径とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部２４０（実施の形態１における合焦判定部と区別するために、以下、第２の合焦判定部と称する）を備えている。

虹彩径算出部２３０は、瞳孔検出部２３１、周回積分部２３２、直径算出部２３３を有する。瞳孔検出部２３１は取得した目画像を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、その中心座標を求め瞳孔中心とする。周回積分部２３２は、瞳孔中心を中心として目画像を周回積分し、直径算出部２３３は周回積分値の中から虹彩と白目部分の境界点を見つけ、虹彩径Ｒとして出力する。

第２の合焦判定部２４０は、目画像から算出された虹彩径Ｒを、後述する方法であらかじめ決められた基準虹彩径Ｒｆと比較して合焦の判定を行う。そして認証に使用可能な目画像が得られなかった場合、虹彩径Ｒと基準虹彩径Ｒｆとの大小関係に応じて、合焦度の高い目画像を得るために撮像距離を遠ざけるべきかあるいは近づけるべきかを判定する。

基準径設定部２５０は、本発明の実施の形態２における目画像撮像装置２００を搭載した携帯端末装置の正規の使用者に対して、以下のようにして基準虹彩径Ｒｆを設定する。まず、合焦距離を記入した物差し等を用いて、目画像撮像装置と目との距離をジャストフォーカスとなる合焦距離Ｘｆに固定する。そして、撮像部１２０により目画像を撮像し、虹彩径算出部２３０により虹彩径Ｒを算出する。基準径設定部２５０はこのときの虹彩径Ｒを基準虹彩径Ｒｆとして設定する。

図５は撮像距離Ｘと撮像される画像の倍率Ｋ、および虹彩径Ｒの関係を示す図である。ここで、Ｋｆは撮像距離Ｘｆにおける画像の倍率、ＫｓとＫｉは合焦範囲Ｘｗにおける画像の倍率の上限値と下限値であり、Ｒｆは撮像距離Ｘｆにおける虹彩径、ＲｓとＲｉは合焦範囲Ｘｗにおける虹彩径の上限値と下限値である。一般に固定焦点レンズを用いた撮像部においては、撮像距離Ｘが大きい場合は倍率Ｋは小さく、逆に撮像距離Ｘが小さいと倍率Ｋは大きくなり、これらの関係は撮像部に用いる光学系によりあらかじめ決まっている。一方、虹彩径Ｒと倍率Ｋとは比例し、くわえて環境の変化等によって虹彩径Ｒが変化することはないため、合焦距離Ｘｆにおける虹彩径Ｒｆを知ることにより虹彩径Ｒを用いた合焦判定が可能となる。

実施の形態２においても実施の形態１と同様に、実使用において撮像距離がジャストフォーカスとなる正にその距離Ｘｆで撮像することは難しい。そこで実使用上支障なく虹彩認証が行える範囲で焦点が合っていれば合焦しているとみなして認証を行うことが実用的である。図５にはこの撮像距離の合焦範囲Ｘｗに対応する虹彩径の許容範囲をＲｗとして示している。

この場合においても許容範囲Ｒｗを広げすぎると、焦点の合わない目画像を取り込むため認証が難しくなり、逆に狭めると、より焦点の合った良好な目画像が得られるが、合焦範囲も狭くなるため合焦判定が得にくくなる。このように、虹彩径の許容範囲Ｒｗは撮像部１２０の光学特性、あるいは接続される虹彩認証装置の特性、さらには虹彩認証装置の使用目的等に応じて適宜設定することが望ましい。

実施の形態２における目画像撮像装置２００においては、目画像から虹彩径を算出するために合焦度を算出に比べて計算量が多くなる反面、取得した目画像が合焦範囲に入っていない場合、虹彩径が大きすぎるのか小さすぎるのかを知ることができるという利点がある。したがって、この場合、カメラを近づけるべきか遠ざけるべきかがわかり、使用者に対して適切な撮像距離に誘導するメッセージを与えることができる。

なお、図５に示したように、撮像距離Ｘと撮像される画像の倍率Ｋは撮像部に用いる光学系により決まる関係で一対一に対応しており、正規の使用者に限定すれば虹彩径Ｒと倍率Ｋも一対一に対応するため、既知の撮像距離における虹彩径、たとえば合焦距離Ｘｆにおける虹彩径Ｒｆを知ることにより、虹彩径Ｒの値から撮像距離Ｘを逆算することも可能である。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における目画像撮像装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１および実施の形態２と同一のブロックについては同一の符号を付している。

実施の形態３における目画像撮像装置３００は、撮像部１２０、合焦度算出部１３０、閾値設定部１５０、合焦判定部（以下、第１の合焦判定部と称する）１４０、虹彩径算出部２３０、第２の合焦判定部２４１、および基準径設定部２５１を備えている。このように、実施の形態３における目画像撮像装置３００の回路ブロックは実施の形態１における目画像撮像装置の回路ブロックと実施の形態２における目画像撮像装置の回路ブロックとを備えている。

基準径設定部２５１は、本発明の実施の形態３における目画像撮像装置３００を搭載した携帯端末装置の正規の使用者に対して、以下のようにして基準虹彩径Ｒｆを設定する。まず撮像距離Ｘを変えながら目画像を撮像し、異なる撮像距離Ｘのそれぞれに対応する複数の目画像を得て、それぞれの目画像について合焦度Ｆを求める。そして複数の目画像の中から合焦度Ｆが最大となる目画像を求め、この目画像の虹彩径Ｒを算出しその値を基準虹彩径Ｒｆとする。

このようにして基準虹彩径Ｒｆを設定できる理由は、実施の形態１において説明したように合焦度Ｆが最大値Ｆｔｈをとるときの撮像距離が合焦距離Ｘｆであり、また実施の形態２において説明したように合焦距離Ｘｆにおいて撮像された目画像の虹彩径Ｒは基準虹彩径Ｒｆとして設定できるからである。

図７は、異なる使用者に対する、虹彩径Ｒと合焦度Ｆとの関係を模式的に示した図であり、Ａ、Ｂ、Ｃは図２に示した３名の使用者を示している。図２と異なるところは横軸を撮像距離Ｘではなく虹彩径Ｒとしているところである。合焦度Ｆが最大値Ｆｍａｘを示すときの虹彩径Ｒｆが使用者毎に異なるのは各使用者の虹彩の大きさが異なるためであり、この例では、使用者Ａの虹彩がもっとも大きく、使用者Ｃの虹彩がもっとも小さいことを示している。図７には正規の使用者である使用者Ａに対する基準虹彩径Ｒｆと虹彩径の許容範囲Ｒｗ（許容範囲の上限値および下限値をＲｓ、Ｒｉとする）、および合焦閾値Ｆｔｈを示している。

この場合も実施の形態１で説明したように、虹彩径の許容範囲Ｒｗあるいは合焦閾値Ｆｔｈを正規の使用者Ａに対して最適に設定することにより、正規でない使用者（図７の使用者Ｂ、Ｃ）に対する認証率を下げる効果が得られる。

つぎに実施の形態３における目画像撮像装置３００の、虹彩認証時における合焦判定の動作について説明する。なお合焦閾値Ｆｔｈおよび基準虹彩径Ｒｆはすでに設定されているものとする。図８は本発明の実施の形態３における目画像撮像装置の、虹彩認証時における目画像撮像動作手順を示すフローチャートである。

まず、使用者の目画像を撮像し（Ｓ３１）、取得した目画像の合焦度Ｆを求める（Ｓ３２）。そして合焦閾値Ｆｔｈと比較し、取得した目画像が虹彩認証可能な合焦画像であるか否かを判定する（Ｓ３３）。合焦度Ｆが合焦閾値Ｆｔｈ以上の場合は、認証可能な目画像が取得できたので、合焦判定結果とともに目画像信号を虹彩認証装置に出力する（Ｓ３４）。合焦度Ｆが合焦閾値Ｆｔｈに満たない場合は、取得した目画像の虹彩径Ｒを求め（Ｓ３５）、基準虹彩径Ｒｆと比較する（Ｓ３６）。虹彩径Ｒが基準虹彩径Ｒｆよりも小さい場合には、カメラを目に近づける旨のメッセージを出力したのち（Ｓ３７）ステップＳ３１に戻る。また、虹彩径Ｒが基準虹彩径Ｒｆよりも大きい場合には、カメラを目から遠ざける旨のメッセージを出力したのち（Ｓ３８）、ステップＳ３１に戻る。

このようにして、小型、軽量、安価な固定焦点レンズを用いても、虹彩認証の可能な目画像を撮像することができる。

なお、図８に示したフローチャートでは、ステップＳ３３において合焦度Ｆが合焦閾値Ｆｔｈに満たない場合は、常にステップＳ３５へ進むものとしたが、ステップＳ３３からステップＳ３５へ進むのは何回かに１回だけとし、それ以外ではステップＳ３３からステップＳ３１に進むという処理を行ってもよい。

実施の形態３における目画像撮像装置３００が、第１の合焦判定部１４０と第２の合焦判定部２４１との２つの判定部を備えた利点は以下のとおりである。第１の合焦判定部１４０の判定に必要な合焦度Ｆの計算は、高周波成分の抽出、積分といった比較的簡単な計算だけで実行できるため計算時間が早く、入力される画像信号に対してリアルタイムでの計算が可能である。しかし、目画像の撮像距離が合焦範囲に入っていない場合、カメラを近づけるべきか遠ざけるべきか、合焦度Ｆの値から知ることはできない。一方、第２の合焦判定部２４１の判定に必要な虹彩径Ｒの計算は、まず目画像の中から瞳孔中心を求め、続いて周回積分を行い、そこから虹彩径を割り出すため計算時間が長くなってしまう。その反面、撮像距離の推定ができるので、フォーカスの合った目画像を得るためには、カメラをどちらに動かせばよいか知ることができる。したがって、合焦度の判定は計算時間の早い第１の合焦判定部１４０で行い、合焦判定が得られない場合に第２の合焦判定部２４１の判定を行いカメラをどちらに動かせばよいかを使用者に知らせることで、短時間で合焦した目画像を得ることができる。

なお、上述の説明では、撮像距離の異なる複数の目画像の中から合焦度Ｆが最大となる目画像を求め、その目画像の虹彩径Ｒを基準虹彩径Ｒｆとしたが、つぎのようにして、合焦閾値Ｆｔｈと虹彩径の許容範囲の上限値Ｒｓ、下限値Ｒｉとを決定してもよい。

正規の使用者が虹彩情報を登録する際に、まず、目画像撮像装置を目との距離を変えながら目画像を撮像し、それぞれの目画像に含まれる合焦度Ｆと虹彩径Ｒを算出する。つぎに複数の目画像から求めた合焦度Ｆと虹彩径Ｒとの関係を示す近似関数Ｆ＝Ｆ（Ｒ）を求める。そして、Ｆ（Ｒ１）＝Ｆ（Ｒ２）、すなわち合焦度が等しくなる２つの虹彩径Ｒ１、Ｒ２の組の中から、虹彩径の比Ｒ２／Ｒ１が画像の倍率の比Ｋｉ／Ｋｓと等しくなるものを選び、そのときの虹彩径の値Ｒ１、Ｒ２を虹彩径の許容範囲の上限値Ｒｓ、および下限値Ｒｉと設定し、このときの合焦度Ｆを合焦閾値Ｆｔｈと設定する。

ここで、合焦度Ｆと虹彩径Ｒとの関係をかならずしも関数近似する必要はないが、複数の目画像から得られる合焦度Ｆと虹彩径Ｒのデータが離散的であるので、連続関数で近似しておくと計算が容易であり、くわえて、データの補間ができるのでより正確に合焦閾値Ｆｔｈ、虹彩径の許容範囲Ｒｓ、Ｒｉの設定が可能となる利点がある。

このようにして設定した虹彩径の許容範囲および合焦閾値を用いると、第１の合焦判定部と第２の合焦判定部の判定結果がほぼ等しくなるという利点がある。

本発明の目画像撮像装置は、小型、軽量かつ安価な固定焦点レンズを用いて、使用者の目の形状にかかわらず安定した合焦判定を行うことができ、携帯端末装置への搭載が可能な目画像撮像装置を提供することが可能となり、目画像撮像装置、特に携帯端末装置に搭載可能な目画像撮像装置等として有用である。

本発明の実施の形態１における目画像撮像装置の構成を示すブロック図異なる使用者に対する合焦度と撮像距離との関係を模式的に示した図本発明の実施の形態１における合焦閾値設定時の動作手順を示すフローチャート本発明の実施の形態２における目画像撮像装置の構成を示すブロック図撮像距離と撮像される画像の倍率、および虹彩径の関係を示す図本発明の実施の形態３における目画像撮像装置の構成を示すブロック図異なる使用者に対する虹彩径と合焦度との関係を模式的に示した図本発明の実施の形態３における虹彩認証時の画像撮像動作手順を示すフローチャート

符号の説明

１００，２００，３００目画像撮像装置
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画像信号処理部
１２５誘導ミラー
１３０合焦度算出部
１３１フィルタ部
１３２積分部
１４０（第１の）合焦判定部
１５０閾値設定部
２３０虹彩径算出部
２３１瞳孔検出部
２３２周回積分部
２３３直径算出部
２４０，２４１（第２の）合焦判定部
２５０，２５１基準径設定部

Claims

使用者の目画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された目画像から合焦度を算出する合焦度算出部と、
正規の使用者に特有の合焦閾値を設定する閾値設定部と、
前記合焦度と前記合焦閾値とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部とを備え、
前記閾値設定部は前記正規の使用者の目画像にもとづいて前記合焦閾値を設定することを特徴とする目画像撮像装置。
前記合焦度算出部は前記撮像部で撮像された目画像に含まれる高周波成分の大きさを前記合焦度として算出し、
前記閾値設定部は、前記正規の使用者に対して撮像距離の異なる複数の目画像それぞれから算出した複数の合焦度の中から最大値を選択し、前記最大値にもとづいて前記合焦閾値を設定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。
前記閾値設定部は、前記正規の使用者に対して合焦距離で撮像した目画像から算出した合焦度にもとづいて前記合焦閾値を設定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。
使用者の目画像を撮像する撮像部と、
前記目画像における虹彩径を算出する虹彩径算出部と、
正規の使用者に特有の基準虹彩径を設定する基準径設定部と、
前記虹彩径と前記基準虹彩径とを比較して合焦の判定を行う合焦判定部とを備え、前記基準径設定部は前記正規の使用者の目画像にもとづいて前記基準虹彩径を設定することを特徴とする目画像撮像装置。
前記基準径設定部は、前記正規の使用者に対して合焦距離で撮像した目画像から算出した虹彩径の値を前記基準虹彩径として設定することを特徴とする請求項４に記載の目画像撮像装置。
使用者の目画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で撮像された目画像から合焦度を算出する合焦度算出部と、
正規の使用者に特有の合焦閾値を設定する閾値設定部と、
前記合焦度と前記合焦閾値とを比較して合焦の判定を行う第１の合焦判定部と、
前記目画像における虹彩径を算出する虹彩径算出部と、
前記正規の使用者に特有の基準虹彩径を設定する基準径設定部と、
前記虹彩径と前記基準虹彩径とを比較して合焦の判定を行う第２の合焦判定部とを備え、
前記第１の合焦判定部で合焦の判定が得られなかった場合に前記第２の合焦判定部で合焦判定を行うことを特徴とする目画像撮像装置。
前記基準径設定部は、前記正規の使用者に対して、撮像距離の異なる複数の目画像のうち合焦度が最大となる目画像における虹彩径を前記基準虹彩径として設定することを特徴とする請求項６に記載の目画像撮像装置。
前記基準径設定部は、前記正規の使用者に対して、撮像距離の異なる複数の目画像それぞれから算出した複数の虹彩径の中から、合焦度が等しくかつ虹彩径の比が所定の値に等しい２つの虹彩径の値を２つの基準虹彩径として設定し、前記閾値設定部は、このときの前記合焦度を前記合焦閾値として設定することを特徴とする請求項６に記載の目画像撮像装置。