JP2007272527A - 個人認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個人認証装置の利点を活用するために使用時に太陽光などの外光の強さを計測することによって、個人認証を行うに適切な光量の範囲内にあるかをメッセージ出力することのできる個人認証装置を提供する。
【解決手段】撮像部からの撮像信号を基に、少なくとも指を横断する方向の近赤外線光量の測定を行い、測定された近赤外線光量から指を横断する方向の近赤外線光量の分布を形成する近赤外線分布形成手段を有し、予め格納した参照近赤外線分布と測定された近赤外線分布とを比較して測定された近赤外線分布が予め定めた状況を越えるときに個人認証を行うことが不適であることを示す信号を生成する個人認証適、不適判定手段を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、指静脈のパターンデータを利用した個人認証装置に関する。

特許文献１には、１本の指の指紋を下面に向けて挿入できる挿入部を設けたケースと、
前記指に対してその上面から透過光を照射する光源部と、任意波長に対して光透過性を有する干渉フィルタ部と、該干渉フィルタ部を透過した透過光を撮像する撮像部と、該撮像部から出力される前記指の静脈画像データの画像処理部とを有する個人認証装置が記載されている。

特許文献２には、光源にチップタイプの近赤外発光ダイオードを用いて手の平側の静脈パターンを利用して個人認証する認証装置が記載されている。

特許文献３には、指の位置を設定する指置きガイドと、前記指に透過光を照射する光源部と、透過した前記透過光を撮像する撮像部と、該撮像部で撮影された画像の認証処理を行う認証部とを有し、前記指置きガイドは認証対象の指が設定される認証対象指置きガイド部と、認証対象外の指が設定される認証対象外指置きガイド部とを備えた指認証装置に記載されている。

そして、前記認証対象指置きガイド部は、前記認証対象の指が設定され認証が行われる光学開口部に対応する部分が開口しており、前記認証対象指の付け根部分がその外形に沿った凹部形状を有していることが記載されている。

特開２００４−４９７０５号公報 特開２００２−９２６１６号公報 特開２００５−１２８９３６号公報

財産や情報の安全な管理を目的として、個人認証技術への期待が高まっている。特に、人間の体の一部を鍵として利用する生体認証技術は、従来の暗証番号や鍵による管理に比べ、遺失や盗難等による不正行使の恐れが少ないことから注目を集めている。指の血管パターンを用いた認証方法は、指紋のように犯罪を連想させたり、蚊彩のように直接眼球に光を照射したりすることがないので心理的抵抗感がなく、また、生体の表面ではなく内部の特徴を読み取るため、偽造が困難という利点がある。

本発明は、かかる個人認証装置の利点を活用するために、使用時に太陽光などの外光の強さを計測することによって、個人認証を行うに適切な光量の範囲内にあるかをメッセージを出力することのできる個人認証装置を提供することを目的とする。

本発明は、生体の指に対して光を照射する光照射部と、前記指からの透過光を検出して指の静脈の撮像を行う撮像部と、該撮像部によって取得された画像から指静脈パターンを抽出する静脈パターン抽出手段と、抽出された指静脈パターンを予め登録された指静脈パターンと比較する画像演算部と、を有する指静脈による個人認証装置において、前記撮像部からの撮像信号を基に、少なくとも指を横断する方向の近赤外線光量の測定を行い、測定された近赤外線光量から指を横断する方向の近赤外線光量の分布を形成する近赤外線分布形成手段を有し、予め格納した参照近赤外線分布と測定された近赤外線分布とを比較して測定された近赤外線分布が予め定めた状況を越える時に、個人認証を行うことが不適であることを示す信号を生成する個人認証適、不適判定手段を有することを特徴とする個人認証装置を提供する。

また上述の個人認証装置は、前記近赤外線分布形成手段は、前記光照射部が指に光を照射する以前の状態の近赤外線分布（１）を形成し、前記個人認証適、不適判断手段は、前記光照射部が指に光を照射する前の状態について、予め格納した参照近赤外線分布と当該測定された近赤外線分布（１）とを比較する。

また、上述の個人認証装置は、前記近赤外線分布形成手段は、前記光照射部が指に光を照射して個人認証を行う時の状態の近赤外線分布（２）を形成し、前記個人認証適、不適判断手段は、前記光照射部が指に光を照射して個人認証を行う時の状態について、予め格納した参照近赤外線分布と当該測定された近赤外線分布とを比較することを特徴とする。

また、上述の個人認証装置は、前記近赤外線分布形成手段は、指の横断方向のヒストグラフを形成し、前記個人認証適、不適判断手段は、該ヒストグラフの端側と指を置く中央側の数値を比較し、端側の数値の平均値が中央側の数値よりも予め定めた数値よりも差が大きい場合に個人認証適の判定をすることを特徴とする。

本発明によれば、測定された近赤外線光量から指を横断する方向の近赤外線光量の分布を形成し、予め格納した近赤外線分布と測定された近赤外線分布とを比較して測定された近赤外線分布が予め定めた状況を越える時に、個人認証を行うことが不適であることを示す信号を生成することを行っているので、個人認証装置の利点を活用するために使用時に太陽光などの外光の強さを計測することによって、個人認証を行うに適切な光量の範囲内にあるかをメッセージ出力することのできる個人認証装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例である個人認証装置（静脈認証装置）１００の外観を示す図であり、図２はその平面図であり、図３は図２の中央部における断面図である。

まず、図３を用いて個人認証装置１００の構成について説明する。
本体１０には指置台１１を組み込んで一体化してある。また、本体１０の内部にはカメラ基板９に載置され、画像処理を行うＣＰＵを内蔵した制御モジュール部（制御モジュール手段）１と撮像部（撮像手段）２が設けられる。制御モジュール部１は周知のように、撮像部２で取得した画像から指静脈パターンを抽出する指静脈パターン抽出手段と、抽出された指静脈パターンを予め登録された指静脈パターンとを比較し、すなわち照合する画像演算手段を有する。

撮像部２は、本体１０の上部（図では垂直方向左辺部）に形成された空間部１２内に配置された照射手段としての近赤外発光ＬＥＤ１３（１３Ａ，１３Ｂ）および指検出手段（図示せず）を備える。

指置台１１には指置台１１に設けた穿口部１５（１５Ａ，１５Ｂ）近赤外発光ＬＥＤ１３に対向する形で照射窓１６（１６Ａ，１６Ｂ）が設けてある。近赤外発光ＬＥＤ１３は空間部１２内に配置され、照射窓１６以外には光は洩れることがない。本体１０の内部の中央部にはカメラレンズ３とＣＣＤを備えたカメラモジュール４およびミラーで構成される光軸屈折部５を備える。この光軸屈折部５はミラーが傾斜してあり、装置全体の厚さを小さくして撮像の光路長さを稼ぎ、画像歪を少なくしている。指置台１１の中央部には大きく撮像開口部６が形成され、この撮像開口部６には撮像窓７が設けてある。撮像窓７は中部が見えないスモーク状材料が使用される。この材料は赤外線を透過する。撮像開口部６は、外方に向けて丸みＲをつけた深みのある形状とされ撮像時に指が撮像窓７に接触しないようにしている。このような丸みＲをつけることによって静脈を圧迫してつぶさないようにすることができ、また撮像開口部周辺に位置する静脈の映りを良くすることができる。撮像窓７はこの撮像開口部６に設けた図のようにして溝８に垂直に設置される。

カメラレンズ３を介して投光された光は光軸屈折部５のミラーによって曲折され、撮像窓７および開口部６を通って矢印で示すように外方へと照射される。

近赤外発光ＬＥＤ１３および状態表示ＬＥＤ１７は図４に示すようにして空間部１２内に配置される。図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は平面図である。図４において、複数の近接赤外発光ＬＥＤ１３と１個の状態表示ＬＥＤ１７が基板１８上に配置される。各部品は制御部１９に接続される。本例の場合、状態表示ＬＥＤは点灯した時には緑色を呈する。

状態表示ＬＥＤの点灯は次の通りである。

図２は、指置台１１の上面部を示す。指置台１１の上面部の中央部には上述したように撮像開口部６が設けられ、撮像開口部６には撮像窓７が設けてある。

撮像窓７の周囲部は平面状とされた４面からなる。指置台１１は図において縦方向の長さが横方向の長さに比べて若干長くしてあるが、撮像窓７は横方向の長さが縦方向の長さに比べて長くしてある。このような形状によって指を表面に載置し易く、かつ撮像画を確実に取得できるようにしてある。

指が載置されることになる２つの並行な平面２１，２２には、上述した照射窓１６Ａ，１６Ｂが撮像窓７から離れて設けてある。この照射窓１６Ａ，１６Ｂと撮像窓７との間、すなわち照射窓１６Ａ，１６Ｂおよび撮像窓７にそれぞれ近接して手触り感触部２５（２５Ａ，２５Ｂ）が設けてある。感触部２５Ｂの面積は感触部２５Ａの面積に比べて大きくしてある。これは指の先端か根元部かによって面積に差を設けている。照射窓１６Ａ，１６Ｂおよび手触り感触部２５Ａ，２５Ｂはいずれも横長の矩形状をなしている。横幅は、８ｍｍあれば充分に照射可能であると共に、指を載置することができる。

このように、手触り感触部２５Ａ，２５Ｂは、前記撮像窓の両側に設けられており、撮像窓７を中心として片側に手触り感触部２５Ａ、照射窓１６Ａが配設され、他側に手触り感触部２５Ｂ、照射窓１６Ｂがこの順序で配列され、片側の手触り感触部２５Ａに照射窓１６Ａおよび他側の手触り感触部２５Ｂ、照射窓１６Ｂは一直線Yに並んで配置される。

手触り感触部２５（２５Ａ，２５Ｂ）は、周囲の平面２１，２２の手触りがツルツルとした感触としてある。すなわち、周囲の平面２１，２２の凹凸を表わすシボは粗くしてあり、手触り感触部２５のシボは細いものとしている。手触り感触部２５はまったく平面とすることができる。このようにして、周囲のシボの粗い表面に区別して手触りの滑らかな表面を持つ手触り感触部２５が形成される。

感触を逆にした構成とすることができる。すなわち、周囲のシボの細いか、まったくない表面に区別してシボの粗い表面を持つ手触り感触部２５としてもよい。

以上のように、周囲の表面に区別して手触りの異なる表面を持つ手触り感触部２５が設けられる。手触り感触部２５は平面２１，２２に直接的に形成することができ、また上述した性質をもつプラスチック板（異質材料）を貼り付けるようにしてもよい。また平面２１，２２の面から削り取るようにしてもよい。平面２１，２２は撮像窓７の側方に離間して状態表示窓２６（２６Ａ，２６Ｂ）が状態表示ＬＥＤ１７に対応した形で設けてある。

側方の他の平面２３，２４には前述した一直線Yに対して直角方向となる一直線X上に、指の前後ズレ押え２７（２７Ａ，２７Ｂ）が設けてあり、その表面は手触り感触部２５の表面と同一に形成してある。

図５は、図１に示す個人認証装置１００上に指２９を載置した状態を示し、撮像窓７を中心として一直線に並置した手触り感触部２５Ａ，照射窓１６Ａおよび手触り感触部２５Ｂ，照射窓１６Ｂを用いて指２９の左右のズレの押えを行うことを示す図である。

図６は、本発明の実施例である個人認証装置１００のメッセージ出力装置２００をブロックで示す図であり、図７および図８は光量測定グラフを示す図である。以下、図６〜図８を使用して個人認証装置１００のメッセージ出力装置２００について説明する。

図６において、個人認証装置１００のメッセージ出力装置２００は、撮像手段（撮像部）２から撮像した画像信号を入力する撮像信号入力手段３１、近赤外線分布形成手段３２、個人認証適・不適判定手段３３、記憶手段３４および結果表示手段３５から構成される。
撮像信号入力手段３１は、撮像手段２からの撮像信号を近赤外線分布形成手段３２に伝える。

近赤外線分布形成手段３２は、得られた撮像信号から（１）光を照射する以前の状態の近赤外線分布を形成し、（２）光を照射するときの状態の近赤外線分布を形成する。また、ヒストグラフを形成する。ヒストグラフは、分布を調べる度数分布図のこととして知られている。デジタル画像でヒストグラフというと、主に画像のデータ分布を表わしたグラフを指す。画像のデータ分布とは、横軸に明るさ、縦軸に明るさごとの画素数を積み上げ、画像の明暗の傾向を山なりのグラフで示したものである。デジタル画像は細かい点で表わされ、明るさや色は装置内部で数値化されており、暗い点を一方に明るい点を他方に積み上げるとヒストグラフになる。一般的なデジタル画像であるＲＧＢの８ビットなら横軸を０〜２５５（２５６階調）として、真っ黒は０、純白は２５５、中間はその間の数値として、画像の中の点を横軸の該当する場所に積み上げていくと、画像のデータ分布がグラフ化され、ヒストグラフが形成されることになる。

本実施例の図５の状態において、指を横断する方向（Ｘ方向）が横軸となる。従って、近赤外線分布形成手段３２は、撮像手段２から撮像信号入力手段３１を介して入力した撮像信号から少なくとも指２９を横断する方向（Ｘ方向）の近赤外線量の測定を行い、測定された近赤外線光量から指２９を横断する方向の近赤外線光量の分布を形成することを行う。この近赤外線光量の分布に基づいてヒストグラフを形成することを行う。このようにして、近赤外線分布形成手段３２は、光照射部（近赤外発光ＬＥＤ１３）が指２９に光を照射する以前の状態の近赤外線分布（１）を形成し、また光照射部が指２９に光を照射して個人認証を行う時の状態の近赤外線分布（２）を形成する。記憶手段３４は、次のような基準データとしての参照データを予め格納している。

（１）光を照射する以前の状態の形成された参照近赤外線分布
（２）光を照射するときの状態の形成された参照近赤外線分布
なお、後述する図７，図８に示すようにこれらの参照近赤外線分布は直線状に設定されてもよい。ここでは測定された近赤外線分布との対応のために参照近赤外線分布ということにする。

個人認証適・不適判断手段３３は、近赤外線分布形成手段３２からの測定された近赤外線分布（１）（２）と記憶手段３４に格納された参照近赤外線分布（１）（２）との比較を行って、
（１）光を照射する以前の状態の適・不適判定
（２）光を照射するときの状態の適・不適判定
を行う。

なお、ヒストグラフを形成する場合に、端側（両端側，片側）の数値の平均値を求め、指２９が載置される中央側の数値の平均値との比較を行うことを行うが、この場合端側においては指２９の影響のない状態での計測であり、本実施例の予め格納された参照近赤外線分布に該当する。

このように、個人認証適・不適判定手段３３は、予め格納した参照近赤外線分布と測定された近赤外線分布とを比較して測定された近赤外線分布が予め定めた状況を越える時に、個人認証を行うことが不適であることを示す信号を生成することを行う。

結果表示手段３５は、個人認証適・不適判定手段３３での判定結果を受け、判定結果である適・不適についての画面表示あるいは／および音声表示を行う。

上述の説明において、近赤外線光量の計測を行っているが、近赤外発光ＬＥＤ１３からの発光がなされていない状態にあっては、この近赤外線光量の計測は、太陽光などの外光についての光量計測ということになる。本実施例ではこの外光についての光量計測を行って、上述のように個人認証適・不適の判定を行っている。以下、外光についての光量計測による判定方法について、図７および図８を用いて説明する。

個人認証装置１００は、計測のために近赤外線を使用している関係で、太陽光である外光が強い場合、すなわち測定環境（認証環境）の外光が強い場合にはセンサー部を形成する撮像手段２のカメラが光量オーバーのため計測不安定となるおそれがある。このため、本実施例では、指静脈情報登録時（登録テンプレートの生成時）には、近赤外線光量の測定をセンサーであるカメラ自身で行い、上述した判定結果を生成することとしている。また、登録テンプレートを使用し、指静脈認証時にも上述した判定結果を生成し、認証の環境が悪い判定をされた場合には、ワーニングのメッセージを出すことを行う。ワーニングメッセージを出力し、認証環境についての改善を求めて改善後に認証を行うことを推奨することを行う。

図７は、（１）光を照射する以前の状態の近赤外線分布を形成（登録テンプレート生成）状態である光量測定グラフを示し、図７（ａ）は光量測定グラフから外光ＯＫと判定され、図７（ｂ）は光量測定グラフから外光ＮＧ（不適）と判定された例を示す。図７で横軸は、前述したように板の横断方向、すなわちセンサー幅方向を示し、縦軸は光量を示す。点線は基準線としての参照線であり、前述したように格納された参照近赤外線として把握することができる。

なお、図７（ａ）（ｂ）では、センサー幅方向の平面表示としているが、指方向（奥行き方向）についても考慮した立体表示とすることができ、この立体表示に基づいて判定することができる。

図７（ａ）の状態では、測定された光量は参照線よりも下側にあり、従って外乱ＯＫと判定され、登録テンプレートの生成がなされる。一方、図７（ｂ）の状態では、測定された光量は参照線よりも上側にあり、従って外光の光量が多いために外乱ＮＧと判定され、例えば「外光の影響があり登録できません。カーテン・ブラインドを下ろして下さい。」等のメッセージが結果表示手段３５に画面あるいは／および音声で表示される。

図８は，指静脈認証時の状態であり、個人認証装置１００の上には指２９が載置される（図５参照）。

図８（ａ）の状態では、測定された光量は参照線に比べて指２９が載置されたことを示す中央側での光量に比べて適切な状態にあり、外乱ＯＫと判定され、登録テンプレートを使用しての指静脈認証を行う。

図８（ｂ）の状態では、測定された光量は参照線に比べて指２９が載置されたことを示す中央側での光量に比べて端側が高くなっており、外乱ＮＧと判定され、例えば「外乱の影響があり認証ができません。カーテン・ブラインドを下ろして下さい。」等のメッセージが結果表示手段３５に画面あるいは／および音声で表示される。このように、指静脈認証時には、得られた画像から指２９と背景の外光状況の関係を求め、この関係から認証の環境が悪い場合にはワーニングを出して、環境の改善を求め、しかる後に認証を行う。改善の簡単な手法として右手指の認証時に、左手で指２９のサイドをカバーすることで外乱を小さくすることができる。このように、適・不適判定によって対応手法を適宜選択し、採用できるようになる。

図９は、指静脈登録時の外光測定フロー図である。図９において、個人認証装置の電源がＯＮになったかを判定し（Ｓ１）、ＯＮになっている場合に・外光側光開始のメッセージを出力し、・装置周辺に手や物を近付けないようにするメッセージを出力する（Ｓ２）。

次に、・センサーであるカメラから画像を取り込む、・取り込んだ画像のＹ軸（縦軸）方向ドットの明るさを加算し、平均的な明るさを計算する（Ｓ３）。全画面の平均明るさとしてもよい。平均値としての平均の明るさが、閾値を超えたか、すなわち上述した参照線の上側にあるかを判定する（Ｓ４）。閾値を超えず、すなわち上述した参照線の下側にある場合には指静脈登録処理を行い、登録テンプレートを生成する（Ｓ５）。

閾値を超えているような場合、・外光の影響が大きいために登録ができないメッセージを出力し、・カーテン、ブラインドを閉めて外光を制限するようにメッセージを出力して（Ｓ６）、終了する。

図１０は、指静脈認証フロー図を示す。
指静脈認証作業開始のメッセージを出力し（Ｓ１）、装置上に指を置くメッセージを出力し（Ｓ１２）、装置上に指が置かれたかを判定する（Ｓ１３）。

装置上に指が置かれた判定をされると、・センサーのカメラから画像を取り込み、・取り込んだ画像のＹ軸方向ドットの明るさを加算しヒストグラフを作成する（Ｓ１４）。全画面の平均明るさとしてもよい。

次に、ヒストグラフにおいてセンサー両端と中央の数値を比較し、両端の数値の平均等が中央側の平均値より指定以上の差があるかを判定する（Ｓ１５）。図８（ａ）に示す例では両端の数値の平均値は中央側の数値の平均値よりも低い数値を示し、図８（ｂ）はその逆となっている。開放型、平面型、閉鎖型の個人認証装置でも同様にして予め定めた値の差を求める。また図８に示す参照線を使用して判定してもよい。

指定以上の差がＮＯと判定されると、・認証できないメッセージを出力し（Ｓ１６）、ＹＥＳと判定されると、取り込んだ画像で指静脈の認証を行うかを判定する（Ｓ１７）。認証を行わない場合、認証ＮＧのメッセージを出力し（Ｓ１８）、行う場合、認証ＯＫのメッセージを出力し（Ｓ１９）、終了する。

本発明の実施例である指静脈パターン入力装置の外観図。 図１の平面図。 図１の断面図。 近赤外発光ＬＥＤおよび状態表示ＬＥＤの集合体を示す図。 図１に示す個人認証装置上に指を載置した状態を示す図。 本発明の実施例である個人認証装置のメッセージ出力装置をブロックで示す図。 光量測定グラフを示す図。 光量測定グラフを示す図。 指静脈登録時の外光測定フロー図。 指静脈認証フロー図。

符号の説明

１…制御モジュール部（制御モジュール手段）、２…撮像部（撮像手段）、３…カメラレンズ、４…カメラモジュール、５…光軸屈折部、６…撮像開口部、７…撮像窓、９…カメラ基板、１０…本体、１１…指置台、１２…空間部、１３（１３Ａ，１３Ｂ）…近赤外発光ＬＥＤ、１５（１５Ａ，１５Ｂ）…穿口部、１６（１６Ａ，１６Ｂ）…照射窓、１７…状態表示ＬＥＤ、１８…基板、１９…制御部、２１，２２，２３，２４…平面、２５（２５Ａ，２５Ｂ）…手触り感触部、２６（２６Ａ，２６Ｂ）…状態表示窓、２９…指、３１…撮像信号入力手段、３２…近赤外線分布形成手段、３３…個人認証適・不適判定手段、３４…記憶手段、３５…結果表示手段、１００…個人認証装置、２００…個人認証装置のメッセージ出力装置。

Claims (4)

1. 生体の指に対して光を照射する光照射部と、前記指からの透過光を検出して指の静脈の撮像を行う撮像部と、該撮像部によって取得された画像から指静脈パターンを抽出する静脈パターン抽出手段と、抽出された指静脈パターンを予め登録された指静脈パターンと比較する画像演算部と、を有する指静脈による個人認証装置において、
   前記撮像部からの撮像信号を基に、少なくとも指を横断する方向の近赤外線光量の測定を行い、測定された近赤外線光量から指を横断する方向の近赤外線光量の分布を形成する近赤外線分布形成手段を有し、予め格納した参照近赤外線分布と測定された近赤外線分布とを比較して測定された近赤外線分布が予め定めた状況を越える時に、個人認証を行うことが不適であることを示す信号を生成する個人認証適、不適判定手段を有すること
   を特徴とする個人認証装置。
2. 請求項１において、前記近赤外線分布形成手段は、前記光照射部が指に光を照射する以前の状態の近赤外線分布（１）を形成し、前記個人認証適、不適判断手段は、前記光照射部が指に光を照射する前の状態について、予め格納した参照近赤外線分布と当該測定された近赤外線分布（１）とを比較することを特徴とする個人認証装置。
3. 請求項１または２において、前記近赤外線分布形成手段は、前記光照射部が指に光を照射して個人認証を行う時の状態の近赤外線分布（２）を形成し、前記個人認証適、不適判断手段は、前記光照射部が指に光を照射して個人認証を行う時の状態について、予め格納した参照近赤外線分布と当該測定された近赤外線分布とを比較することを特徴とする個人認証装置。
4. 請求項３において、前記近赤外線分布形成手段は、指の横断方向のヒストグラフを形成し、前記個人認証適、不適判断手段は、該ヒストグラフの端側と指を置く中央側の数値を比較し、端側の数値の平均値が中央側の数値よりも予め定めた数値よりも差が大きい場合に個人認証適の判定をすることを特徴とする個人認証装置。

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