JP2009088801A

JP2009088801A - 撮影対象物の静止判定方法および装置

Info

Publication number: JP2009088801A
Application number: JP2007253795A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Tsukiori; 光春月折
Original assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Software Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-04-23
Also published as: EP2207137A4; WO2009041403A1; CN101809616A; EP2207137A1; US20100246975A1

Abstract

【課題】生体認証等に用いる撮影画像において、撮影対象が静止しているかを簡単な構成で検出する。
【解決手段】時系列に撮影した２枚の画像データにおいて、同一位置の画素における明るさの差の絶対値を求め、明るさ変化の限度を示すしきい値を超過する画素の個数をカウントし、その結果を移動判定しきい値と比較することによって、撮影対象が静止しているかどうかを判定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、カメラによって撮影される対象物が静止しているか否かを高速に判定する方法および装置に関するものである。

近年、生体の一部の画像によって個人を識別する装置が普及しつつあり、その一部においては生体の一部を近赤外線で照射し、その透過光または反射光によって生体画像を撮影し、その撮影画像から生体の特徴を抽出するものがある。
図４（ａ）は、非接触に指血管パターンを取得する生体画像撮影の一例を示す断面構成図である。
撮影対象である指４０１を置く指置き台４０２と、該指置き台４０２に置かれた指４０１に対して光を入射する赤外線光源４０３，４０４と、前記指置き台４０２に置かれた指４０１の画像を撮影するカメラ４０５を備え、指４０１の両サイドから赤外入射光線を照射し、指４０１を透過した赤外線が指の中で飽和し、その飽和した光（画像）をカメラ４０５により撮影する。カメラ４０５の撮影領域は、図４（ｂ）に示すように、指４０１の第１関節４０６から第２関節４０７までをカバーしている。
このような生体画像の撮影において重要なことは、生体が静止している状態で撮影を行うことであり、生体が静止していない状態で撮影した生体画像は、ブレ等によりその特徴が失われ、認証精度の低下を招く可能性がある。
撮影対象が静止しているか否かを判定する方法として、対象物を連続的に撮影し、輪郭を抽出し、その変化を調べるものがある。
また、対象物が所定時間静止しているかを判定する従来技術として、下記の特許文献１に開示されたものがある。

特開２００５−３４９１９２

しかしながら、対象物を連続的に撮影し、輪郭を抽出し、その変化を調べるといった従来の技術にあっては、画像処理において多大な処理を必要とする。また、撮影対象物の輪郭が鮮明でない場合は誤った輪郭を抽出することによって静止判定を誤る可能性がある。
本発明の目的は、撮影対象物の輪郭が鮮明でなくても、その物体が静止しているか否かの判定を単純な処理で行うことが可能な撮影対象物の静止判定方法および装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る撮影対象物の静止判定方法は、撮影手段により撮影対象物を時系列で撮影した２つの画像に基づき撮影対象物が静止しているか否かを判定手段によって判定する方法であって、
前記判定手段が、
前記２つの画像における同一画素位置における明るさの差分の絶対値を算出する第１のステップと、算出した各画素位置における前記差分の絶対値と明るさ変化の限度を示すしきい値とを比較する第２のステップと、前記明るさ変化の限度を示すしきい値を上回る画素数をカウントする第３のステップと、カウントしたカウント値が静止判定しきい値を超過しているか否かによって、時系列の撮影タイミングの後のタイミングで撮影された画像の撮影対象物が静止しているか否かを判定する第４のステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る撮影対象物の静止判定装置は、撮影手段により撮影対象物を時系列で撮影した２つの画像に基づき撮影対象物が静止しているか否かを判定する装置であって、
前記２つの画像における同一画素位置における明るさの差分の絶対値を算出する第１の手段と、算出した各画素位置における前記差分の絶対値と明るさ変化の限度を示すしきい値とを比較する第２の手段と、前記明るさ変化の限度を示すしきい値を上回る画素数をカウントする第３の手段と、カウントしたカウント値が静止判定しきい値を超過しているか否かによって、時系列の撮影タイミングの後のタイミングで撮影された画像の撮影対象物が静止しているか否かを判定する第４の手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、撮影画像が得られるたびに単純な処理で画素毎の明るさの差分が得られ、これによって撮影対象物が静止しているか否かを判定できるので、処理能力の低いマイコンを用いた生体用撮影装置であっても、生体が確実に静止した状態での撮影が可能となる。

図１は、本発明による静止検出方法を用いた生体画像撮影装置における静止検出部分の実施形態を示す機能構成図である。
この実施形態では、例えば１０×１０の画素からなる画像データを使用し、撮影対象（例えば指）の静止状態を判定する構成を示している。
画像データ１０１は、ＣＭＯＳセンサなどで撮影された１０×１０画素の画像データであり、画像データ受け取り部１０２へ入力する。
画像データ受け取り部１０２には、画像カウンタ１０３が設置されており、時系列の異なるタイミングで撮影された生体の１０×１０画素の画像データを受け取るごとに１づつカウント値が増加する。
画像データ受け取り部１０２は、撮影タイミングｔ、ｔ＋１の画像データを画像カウンタ１０３が偶数の場合は画像データ領域１０４へ、奇数の場合は画像データ領域１０５へ、それぞれ転送する。また、このタイミングで差分超過カウンタ１１０をゼロにする。
画像データ受け取り部１０２が画像データの転送を完了すると、画素取り出し位置決定部１０８を起動する。

画素取り出し位置決定部１０８は、最初に画像データ領域１０４の画素A0と、画像データ領域の画素a0を取り出すように、それぞれ画素データ取り出し部１０６および１０７へ通知する。
画素データ取り出し部１０６および１０７は、通知された位置の画素データを取り出し、差分計算部１０９へ送る。

差分計算部１０９は、画素A0と画素a0の明るさの差の絶対値を求め、その値を差分判定部１１１へ送る。
画素差分しきい値１１５は、２つの画素の明るさに変化があるかどうかを判定するためのしきい値であり、撮影対象に応じて所定の値を設定する。

画素差分超過限度値１１４は、明るさが変化した画素数から、撮影対象が静止しているか否かを判定する限度値であり、撮影対象に応じて所定の値を設定する。明るさが変化した画素数が、画素差分超過限度値１１４を下回れば、撮影対象は静止していると判定する。
差分判定部１１１は、同一画素位置における明るさの差の絶対値と、画素差分しきい値１１５とを比較し、同一画素位置における明るさの差の絶対値が大きい場合は差分超過カウンタ１１０を“１”増加させると共に、画素差分超過限度値１１４と比較する。差分超過カウンタ１１０のカウント値と画素差分超過限度値１１４が同じ値になった場合は、対象物は静止していないと判定し、移動検出信号（非静止状態検出信号）１１２を出力するとともに、画素取り出し位置決定部１０８に対して動作の停止を通知する。

画素取り出し位置決定部１０８は、引き続き画素の取り出し位置を決定し、画素データ取り出し部１０６および１０７に通知する。画素の取り出し位置決定にあたっては、縦または横のラインごとに飛び越して取り出すことにより、少ない取り出し回数で画像全体を走査できるようにする。

ここでは、縦方向のラインを飛び越して走査する場合を説明する。
画像データ領域１０４においては、A0,A1,A2…A9の順に取り出し、これに対応する画像データ領域105からはa0,a1,a2…a9を取り出す。
次に、縦２ライン飛び越して、画像データ領域１０４よりD0〜D9を、画像データ領域１０５よりd0からd9をそれぞれ取り出す。
さらに、縦２ライン飛び越して、画像データ領域１０４よりG0〜G9を取り出し、画像データ領域１０５よりg0〜g9をそれぞれ取り出す。
さらに、縦２ライン飛び越して、画像データ領域１０４よりJ0〜J9を取り出し、画像データ領域１０５よりj0〜j9を取り出す。

次に縦２ライン飛び越すと、右端をはみ出すで、最初に取り出した画像データ領域１０４のA0からA9のラインの右側のライン、すなわちB0〜B9を取り出し、これに対応する画像データ領域１０５のb0〜b9を取り出す。
同様に２ラインづつ飛び越しながら、画像データ領域１０４からは、E0からE9、H０からH9、K0からK9、C0からC9、F0からF9、I0からI9を取り出し、画像データ領域１０５からは、e0からe9、h０からh9、k0からk9、c0からc9、f0からf9、i0からi9を取り出し、全ての画素の取り出しが完了する。
このように飛び越しを行って画素を取り出すことにより、対象物である生体が非静止状態であることを少ない取り出し回数で検出できる。飛び越すラインは縦方向である必要はなく、横方向でも斜め方向でもよく、その選択は任意である。
また、ラインごとの飛び越しではなく、画素ごとに一定の順序で取り出してもよい。

取り出されたそれぞれの画素のデータは、差分計算部１０９に送られ、ここで同一画素位置における２つの画像データにおける明るさの差の絶対値を求め、差分判定部１１１に送る。
差分判定部１１１は、差分計算部１０９から送られた画素の明るさの差と、差分しきい値１１５と比較する。差分しきい値１１５のほうが小さい場合は、差分超過カウンタ１１０をインクリメントする。

差分超過カウンタ１１０がインクリメントされた場合は、差分超過カウンタ１１０と画素差分超過限度値１１４とを比較し、差分超過カウンタ１１０が大きい場合は、撮影対象は静止していないと判定する。このとき、画素取り出し位置決定部１０８に対して動作の停止を指示し、移動検出信号１１２を出力する。

画素取り出し位置決定部１０８は、全ての画素のデータを取り出すまでに移動検出信号が出力されなければ、対象物は静止していると判定し、静止検出信号１１３を出力した後、画素取り出し位置決定部１０８は動作を停止する。

図２及び図３は、本発明による静止判定方法を適用した生体撮影装置において、物体が静止した状態の画像を撮影するためのフローチャートである。この場合は縦ラインを飛び越すことで全体を走査する。
まず、ステップ２０１では、処理に必要な領域を初期設定する。
bwは飛び越しライン数であり、例えば“５”をセットする。この設定により、走査される縦ラインは、０ライン目、５ライン目、１０ライン目のように、５ラインづつ飛び越して走査される。
nCapは、何枚目の撮影画像であるかを示す。
bLimitは、同一画素位置における画像データの明るさ差に対するしきい値であって、図１の１１５に相当するものである。
overLimitは、撮影対象が移動しているかどうかを判別する限度値であって、図１の１１４に相当するものである。

次に、ステップ２０２では、ＣＭＯＳセンサ等を制御して撮影を行い、画像データを得る。ここで得られる画像データは、幅がWドットで高さがHドットであるものとする。
次に、ステップ２０３では、nCountによって画像データの格納先を判定する。すなわち、nCapが偶数ならば画像バッファ領域buff0に格納し（ステップ２０４）、そうでない場合はbuff1に格納する（ステップ２０５）。
続いて、ステップ２０６において、画像カウンタを“１”増加させ、ステップ２０７において、少なくとも過去に２枚の画像が撮影されたかどうかを判定する。２枚に満たない場合はステップ２０２に戻り、画像を撮影する。

ステップ２０８では、画像バッファ領域buff0およびbuff1の画素を走査するための初期設定処理を行う。即ち、xbとしてx方向の走査基点を設定する。また、２つの画素における明るさの差分がbLimitを超過した回数をカウントするoverCounterの値を“０”に設定する。overCounterは、図1の１１０に相当するものである。
続くステップ２０９では、画像データの全ての画素が走査されたかどうかを判定する。走査中に、overCounterがoverLimitを超過すると、その時点で「静止状態ではない」と判定されるので、全部の画素が走査されたということは、「静止状態で撮影が行われた」ことを意味する。
ステップ２１１では、縦のラインを走査するときのx座標を初期設定する。
ステップ２１２では、縦ラインの走査が完了したかどうかを判定する。走査が完了すれば、ステップ２１０を実行し、次の走査開始x座標をインクリメントした後、ステップ２０９へ戻る。
ステップ２１３では縦のラインを走査するときのy座標を設定する。
ステップ２１５では、縦方向１ラインの走査が完了したかどうかを判定する。走査が完了した場合は、ステップ２１４が実行され、次の縦ライン走査のためのx座標を設定する。
ステップ２１５において、縦ラインの走査中である場合は、ステップ２１６により、この時点での、xとyによって、画素の位置を算出する。

ステップ２１７では、２つの画像データから同一位置の画素データを取り出し、その明るさの値の大小を判定するものであり、画像バッファ領域buff1から取り出した画素の明るさが大きい場合はステップ２１８を、そうでない場合はステップ２２３をそれぞれ実行し、２つの画像データにおける同一位置の画素の明るさの差の絶対値を算出する。

ステップ２１９では、ステップ２１８またはステップ２２３よって算出された明るさの差の絶対値が、bLimitを超過するかどうかを判定する。超過する場合はステップ２２０によりoverCounterをインクリメントし、さらにステップ２２１において、overCounterがoverLimitを超過しているかどうかを判定する。超過している場合は、静止していないものと判定し、ステップ２０２に戻って次の画像を撮影する。
ステップ２２２では、縦ライン走査において、次のy位置を算出する。

生体画像撮影装置における静止検出部分の実施形態を示す機能構成図である。撮影対象が静止状態であるかを検出して撮影するための処理を示すフローチャートである。図２の続きを示すフローチャートである。生体画像撮影装置の構成を示す断面構成図及び生体画像の例を示す図である。

符号の説明

１０１…画像データ、１０２…画像データ受け取り部、１０３…画像カウンタ、１０４…画像データ領域１、１０５…画像データ領域２、１０６…画像データ取り出し部１、１０７…画像データ取り出し部２、１０８…画素取り出し位置決定部、１０９…差分計算部、１１０…差分カウンタ、１１１…差分判定部、１１２…移動検出信号、１１３…静止検出信号、１１４…画像差分超過限度値、１１５…画素差分しきい値、１１６…画素取り出し停止信号。

Claims

撮影手段により撮影対象物を時系列で撮影した２つの画像に基づき撮影対象物が静止しているか否かを判定手段によって判定する方法であって、
前記判定手段が、
前記２つの画像における同一画素位置における明るさの差分の絶対値を算出する第１のステップと、算出した各画素位置における前記差分の絶対値と明るさ変化の限度を示すしきい値とを比較する第２のステップと、前記明るさ変化の限度を示すしきい値を上回る画素数をカウントする第３のステップと、カウントしたカウント値が静止判定しきい値を超過しているか否かによって、時系列の撮影タイミングの後のタイミングで撮影された画像の撮影対象物が静止しているか否かを判定する第４のステップとを備えることを特徴とする撮影対象物の静止判定方法。
撮影手段により撮影対象物を時系列で撮影した２つの画像に基づき撮影対象物が静止しているか否かを判定する装置であって、
前記２つの画像における同一画素位置における明るさの差分の絶対値を算出する第１の手段と、算出した各画素位置における前記差分の絶対値と明るさ変化の限度を示すしきい値とを比較する第２の手段と、前記明るさ変化の限度を示すしきい値を上回る画素数をカウントする第３の手段と、カウントしたカウント値が静止判定しきい値を超過しているか否かによって、時系列の撮影タイミングの後のタイミングで撮影された画像の撮影対象物が静止しているか否かを判定する第４の手段とを備えることを特徴とする撮影対象物の静止判定装置。