JP2009098815A - 画像入力装置及び認証装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】ライン撮像素子に相対的な被写体の変位速度が、適正な速度より大きくても小さくても良好な２次元被写体画像を入力できる画像入力装置を実現する。
【解決手段】画像入力装置は、被写体２を照明する照明手段６と、互いに平行な２以上の画素ラインを有する複数ライン撮像素子５と、この複数ライン撮像素子５の２以上の画素ラインに、被写体２の像を結像するレンズ手段３と、複数ライン撮像素子５により取得された被写体の２次元画像情報に基づき、被写体２の２次元被写体画像を再構成する演算手段とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像入力装置及び認証装置及び電子機器に関する。画像入力装置は、ドキュメントスキャナやバーコードリーダなどとして、認証装置は指紋や静脈パターンの認証装置としてそれぞれ実施できる。電子機器は、上記画像入力装置や認証装置を備えたノートＰＣ（パーソナル・コンピュータ）や携帯電話などとして実施できる。

情報保護社会、ユビキタス社会の到来に伴い、個人情報等の重要性に対する社会的な認識が高まり、ドキュメントやバーコードなどの画像の読取や、指紋や静脈パターン等の生体情報の読取りを行う画像入力装置・認証装置が広く開発されつつあり、携帯電話やノートパソコン等さまざまな情報機器への搭載が求められるようになってきている。その際、情報機器の小型、軽量化・低コスト化の流れにあって「画像入力装置や認証装置」にも更なる小型、低コスト化が要求されている。

例えば、人の指の静脈パターンを被写体として画像入力を行う小型・低コストの画像入力装置として、ライン撮像素子を用いたものが知られている（特許文献１）。
この画像入力装置では、被写体である静脈パターンを有する指を、ライン撮像素子の画素配列方向と直交する方向にスライドさせつつ複数のライン画像を収録し、収録した画像をつなぎ合わせて２次元の被写体画像を取得する。この装置の場合、人が「指のスライドを行う」ものであるため、スライド速度にムラが生じやすい。
スライド速度にムラがあると、ライン画像をつなぎ合わせた２次元の被写体画像が、本来の静脈パターンと異なったものとなり、取得した２次元の被写体画像の画像精度（実際の被写体と取得された２次元の被写体画像との対応性）を劣化させてしまう。

特許文献１の画像入力装置では、取得した任意のライン画像を「それ以前に収録したもの」と比較し、類似性の高いライン画像は「指のスライド速度が遅いことに起因した無駄な冗長部分」であるとして破棄し、類似性の低いものを「有効部分として保存」して２次元の被写体画像の形成に用いることにより「指のスライド速度変動の画像精度劣化への影響」を抑制している。
しかしながら特許文献１の画像入力装置では「指のスライドが好適速度より遅く」なった場合には対応できるが、速くなったときには対応できない。また遅くなったときの対応も「破棄か保存かの二者択一」であるため高精度の補正・補償は難しい。

ライン撮像素子を用い、被写体とライン撮像素子との位置関係を変化させながら画像を取得するとき、被写体のライン撮像素子に対する相対的な変位速度の変動の影響を補正する画像入力装置としては、特許文献２や３に記載のものが知られている。しかし、これら特許文献に記載の画像入力方式は、被写体が原稿等であり、被写体の移動速度や移動量に関する情報を利用するものであり、上述のような「被写体の移動速度を制御できない」場合には対応できない。

特開２００３−２５６８１６ 特開平７−３２７１１３号公報 特開２０００−１１５４８４ 特開２００１−０６１１０９ 特開２００３−１４１５２９

この発明は、被写体をライン撮像素子に相対的に変位させて２次元被写体画像を得る画像入力方式において、ライン撮像素子に相対的な被写体の変位速度が、適正な速度より大きくても小さくても良好な２次元被写体画像を入力できる画像入力装置、さらには、認証装置、これらを有する電子機器の実現を課題とする。

この発明の画像入力装置は「ライン撮像素子の画素ライン方向に交わる方向へ移動する被写体の像をライン撮像素子に結像させて走査することにより、ライン画像の集合として被写体の２次元画像情報を取得し、被写体の２次元被写体画像を再構成する」画像入力装置である。
「ライン撮像素子」は、周知の如く、微小な受光素子を実質的な直線状に密に配列したものである。
「画素」は、被写体の画像を再現するときの「再現画像の最小単位」である。例えば、被写体の画像をモノクロの画像として読取る場合であれば、ライン撮像素子においてライン状に配列されて被写体からの光を受ける受光素子が「１画素」に対応する。また、よく知られたカラーラインセンサのように、赤・緑・緑・青の４つの微小なフィルタを正方配列で組合せ、各フィルタが１個の受光素子に対して色分解するものである場合には、これら４つの受光素子の正方配列が「１画素」に対応する。そこで、ライン撮像素子における上記「１画素」に対応する「受光素子もしくはその組合せ」を、「撮像素子の１画素」と呼ぶことにする。この定義に従えば、ライン撮像素子は、撮像素子の画素が実質的直線状に密に配列された撮像素子である。

「画素ライン」は、ライン撮像素子において「撮像素子の画素」のライン状の配列である。
「ライン画像」は、ライン撮像素子において１画素ラインで読取られた「被写体のライン状部分」の画像情報である。
ライン撮像素子の画素ライン方向に交わる方向へ被写体を移動させつつ、被写体の像をライン撮像素子に結像させて走査することにより１連のライン画像が得られる。この１連のライン画像の集合を、上記方向に順次に配列させたものが「被写体の２次元画像情報」である。

請求項１記載の画像入力装置は、照明手段と、複数ライン撮像素子と、レンズ手段と、演算手段とを有する。
「照明手段」は、被写体を照明する手段である。
「複数ライン撮像素子」は、互いに平行な２以上の画素ラインを有して構成されたライン撮像素子である。

「レンズ手段」は、複数ライン撮像素子の２以上の画素ラインに、被写体の像を結像する手段である。
「演算手段」は、数ライン撮像素子により取得された被写体の２次元画像情報に基づき、被写体の２次元被写体画像を再構成する演算を行う手段である。

「被写体の２次元的被写体画像」は、複数ライン撮像素子に相対的な被写体の変位速度変動の影響を補正した画像情報（情報の形態としては、出力可能な電気的情報）であり、例えば、認証に用いる場合には、これが照合の対象となる。

請求項１記載の画像入力装置は、複数ライン撮像素子が「受光素子のライン配列として２列の画素ラインが、相互に平行に所定の間隔を隔して配列されたもの」であり、演算手段が「上記２列の画素ラインから得られる２種のライン画像の少なくとも一方に基づき少なくとも１つの２次元画像を形成し、他方の画素ラインから得られるライン画像の、上記２次元画像における視差を求め、この視差に基づき、他方の画素ラインから得られるライン画像の走査方向のつなぎ間隔を調整する」ものであることができる（請求項２）。

この請求項２記載の画像入力装置においては「演算手段が、２列の画素ラインから得られる２種のライン画像のそれぞれにより２次元画像を形成し、形成された２種の２次元画像の比較により視差を求める」ものであることができる（請求項３）。

請求項１〜３の任意の１に記載の画像入力装置における「レンズ手段」は、画素ラインに平行な方向へライン状にアレイ配列されたレンズアレイであることができ（請求項４）、この場合、レンズ手段が「各画素ラインに対応して、画素ラインと同数個のレンズアレイを有する」ことができる（請求項５）。勿論、レンズ手段はこれに限らず、単一のレンズにより被写体の像を複数画素ライン部分に結像させるものであってもよく、画素ラインごとに１個のレンズを用いてもよい。

しかしながらレンズアレイを用いると、レンズ手段のバックフォーカスを短くでき、画像入力装置を小型、薄型化できる。また、請求項５のように、画素ラインの個々に１：１に対応させてレンズアレイを用いると、汎用のライン撮像素子を使用することができ、ラインの本数や画素ラインの間隔が特殊となる場合でも、複数ライン撮像素子の製造コストが上乗せされることなく、安価に画像入力装置の小型、薄型化を図ることができる。画素ラインの個々に１個のレンズを対応させる場合ものこの点は同様である。

請求項４または５記載の画像入力装置は、レンズアレイの「隣接レンズ間における光線クロストーク」を防止するための遮光部材を、レンズアレイと複数ライン撮像手段との間に有することが好ましい（請求項６）。このような遮光部材を用いることにより、取得する２次元画像情報に対する「フレア、ゴーストといったノイズ光」を抑制できる、２次元被写体画像の品質を向上させることができる。

この発明の認証装置は、認証対象を被写体とし、上記請求項１〜６の任意の１に記載の画像入力装置により取得した２次元被写体画像を「予め個人情報として登録した認証基準画像」と比較して認証するための認証演算部を備えたことを特徴とする（請求項７）。
この発明の電子機器は、上記請求項１〜６の任意の１に記載の画像入力装置あるいは請求項７記載の認証装置を備えてなる電子機器である。

以上に説明したように、この発明によれば新規な画像形成装置・認証装置・電子機器を実現できる。この発明の画像形成装置では、以下の実施の形態を通じて説明するように、複数ライン撮像素子により取得された被写体の２次元画像情報に基づき、被写体の２次元被写体画像を再構成する演算を行い、複数ライン撮像素子に対して相対的な被写体の変位速度の変動にかかわらず、適正な２次元被写体画像得ることができる。

図１に、発明の実施の１形態として「生体の指の血管（静脈等）により生体認証」を行う認証装置を示す。
この認証装置は、指内部の血管の２次元的なパターン（血管パターン）を検出し、予め「個人情報として登録された登録血管パターン」と照合することにより生体認証を行う装置である。血管パターン２は一般には「静脈パターン」である。
図１において、指１は「指の長さ方法から指先側を見た状態」として示されている。指の内部の血管パターン２が「被写体」であり、その２次元的な像（指１の腹の側から見た血管パターン像）が画像入力される。

レンズアレイ３は「レンズ手段」であり、光学機能の等価な「微小な結像レンズ」を複数個、ライン状にアレイ配列している。微小な結像レンズは、その光軸が互いに平行で等間隔な配置となるようにライン状に配列されている。個々の微小な結像レンズは球面レンズとして構成することも非球面レンズとして構成することもできる。

図１の実施の形態において、レンズアレイ３は「平板状の基板の片面に凸レンズ面を配列形成され、他方の面（被写体側の面）は平面」となっており、従って、微小な結像レンズの個々は「平凸レンズ」であるが、この例に限らず、両面をレンズ面として「両凸レンズや凸メニスカスレンズ」として構成することもできる。

このようなレンズアレイは、透明の樹脂やガラス材料に対し、リフロー法や面積階調マスク法、研磨法などの加工法、あるいはそれらの加工法で作製した型を用いた成形加工法などで作製することができる。

符号４で示す遮光部材は、レンズアレイ３における各結像レンズを通過する光線の、像面上でのクロストークを防止し、ゴーストやフレアなどのノイズ光を抑制するためのものであり、レンズアレイ３の「レンズ面が形成された側の面」から像面までの高さに相当する厚みを持ち、各結像レンズに１：１に対応する光通過孔を形成された板状部材であり、光通過孔をレンズアレイ３の各結像レンズに対応させ、レンズアレイ３に密接して配置されている。遮光部材４は、具体的には、例えば、樹脂、ガラス、金属などの薄い平行平板に、エッチングや研磨、レーザ加工等で穴開けすることにより、レンズアレイ３の各結像レンズに「ピンホール状の開口部を対応させて形成」したピンホールアレイや、透明平行平板の片面または両面各に、結像レンズに開口部が対応させて蒸着形成したマスク等として構成できる。遮光部材４の材料に、不透明材料を用いたり、透明材料にコーティングを施したりして、光の透過や反射を抑制できるようにすることが望ましい。

符号５は「複数ライン撮像素子」であるＣＣＤ（以下「ＣＣＤ５」という。）を示す。ＣＣＤ５は、微小な受光素子をライン配列してなり、受光素子による受光面を遮光部材４に密着して配置されている。即ち、上記受光面はレンズアレイ３の「像面」に合致している。図１に符号７により示す「光学的バンドパスフィルタ」は、照明光以外の波長の光をカットし、照明光の波長近傍の光のみを通過させる光学フィルタで平行平板状であり、図１において光学的バンドパスフィルタ７の上側の面が「指１をセットするセット面」となっている。また、符号６は「照明手段」を示す。

図１において、指１は指の腹を上記セット面に接触させてセットされ、図面に直交する方向へスライド（変位）させつつＣＣＤ５により走査される。

図２に「ＣＣＤ５とレンズアレイ３との組合せの状態」を斜視図として示す。図の繁雑を避けるため、遮光部材４は図示を省略している。
ＣＣＤ５は、微小な受光素子を実質的な直線状にライン状に配列した画素ライン５ａ、５ｂを有する。この実施の形態においては被写体が血管パターン２であり、画像入力の対象はモノクロ画像であるので、上記微小な受光素子の個々のうち、遮光部材４によって遮光されず、被写体からの光を受けることができるものが「撮像素子の１画素」である。

画素ライン５ａ、５ｂは、画素の配列方向が互いに平行で、これら配列方向はレンズアレイ３における結像レンズの配列方向と平行である。画素ライン５ａ、５ｂ相互は、所定の間隔を隔して配置されている。この例において、レンズアレイ３における結像レンズの光軸は、画素ライン５ａ、５ｂの中間に位置する。図２に示すように、レンズアレイ３と（図示されない遮光部材４と）は筐体８内に収納されている。図２に図示されていないが上記光学的バンドパスフィルタ７も筐体８内に設置されている。
図１に戻ると、照明手段６はＬＥＤ光源であり、ＬＥＤ光源６は、レンズアレイ３上方のセット面にセットされた指１の上方から照明光を照射する。照明光は「生体による吸収率が低い近赤外帯の波長の光」である。照明手段はＬＥＤ光源６に限らず、ＬＤ光源を用いて構成しても良い。図１の実施の形態では、照明手段は１個のＬＥＤ光源６のみであるが、所定範囲の血管パターン全体を照明できるように複数個を設置してもよい。

ＬＥＤ光源６から指１に照射された近赤外光は、指１内部の血管（静脈）では吸収されるが、血管以外の部分は拡散されつつ透過するため、指１を透過した赤外光をレンズアレイ３により結像させることにより、被写体である血管パターン２の像が形成される。即ち、照明した近赤外光の波長近傍の光のみをバンドパスフィルタ７で取り出し、取り出した光をレンズアレイ３によりＣＣＤ５の撮像面上で結像させる。

図１に示したように、指１を光学的バンドパスフィルタ７の上面に設定されたセット面に図示の如くセットしたとき、血管パターン２（通常、指の腹の表面から１ｍｍ程度の位置にある。）とＣＣＤ５の受光面とが、レンズアレイ３により結像の共役関係となるように各部の配置が定められている。

図１では被写体である血管パターン２を挟んで、レンズアレイ３とは反対側の方向から照明手段６により照明しているが、照明光は指１の内部であらゆる方向に拡散されるため、レンズアレイ３側や指１の側面から照明しても、血管パターン２の像を結像させることができる。

レンズアレイ３により結像され、ＣＣＤ５により撮像された血管パターン２の複眼画像（レンズアレイ３の個々の結像レンズにより複眼的に結像している。）は、前処理を施された後、複眼画像から被写体である血管パターン２の「２次元被写体画像」を再構成する演算手段に転送される。上記「前処理」は、複眼画像における「遮光壁による影部分」の除去、血管パターン２以外のノイズ光の除去や、血管パターンが存在する個眼像（個々の結像レンズによる像）の抽出、血管パターンの強調処理などである。

複眼画像は、演算手段による再構成演算により単一画像に変換され、再構成ノイズの除去などの後処理が施された後、認証演算部に転送される。認証演算部では「予め個人情報として登録されている血管パターン」と「取得された血管パターンの２次元画像」の比較照合が行われ、指１が本人のものであるか否かの判定がなされる。

図２において、レンズアレイ３等から構成される画像入力部は不動に固定され、レンズアレイ３の上方においた指を、図の矢印方向（ライン配列５ａ、５ｂの配列方向に直交する方向であり、図１において図面に直交する方向である。）にスライドさせながら画像入力を行う。

ＣＣＤ５からの出力は画像入力部９により取得され、画像メモリ１０に格納される。
１例として、画素ライン５ａが５００個の画素（被写体像を受光できる受光素子数）で構成され、画素ライン５ｂも同数の画素で構成されている場合には、画像入力部による１度の画像入力により「５００×２個の画素輝度データ」を取得できる。
指をスライドさせながら取得・格納された画像データは、画素ライン５ａ、５ｂそれぞれによるライン画像１１ａ、１１ｂに分離され、それぞれを「指１のスライド方向に繋ぎあわせる」ことにより、画素ライン５ａの出力による「ライン画像１１ａの集合」による２次元画像１２ａと、画素ライン５ｂの出力による「ライン画像１１ｂの集合」による２次元画像１２ｂがそれぞれ取得される。画像入力部で取得・格納した画像データを、ライン画像１１ａ、１１ｂに分離する処理、及びそれぞれを２次元画像に繋ぎあわせる処理は、従来から知られた画像処理演算で実施できる。

指１のスライド速度と画像入力の時間間隔（画素ライン１ライン分の出力が繰り返される時間間隔）は一定であるが、指１のスライド速度は変動しやすく、スライド速度の変動に応じて入力されたライン画像の間隔が変動する。順次に入力されるライン画像の間隔が変動すると、これらを繋ぎ合わせて得られる２次元画像は、被写体そのものの形状に対して歪んだものと成る。例えば、スライド速度が大きい部分では、２次元画像は「繋ぎ方向に圧縮」されたものとなり、スライド速度が小さい部分では、２次元画像は「繋ぎ方向に引き伸ばされた」ものとなる。２次元画像におけるこのような歪を「繋ぎ誤差」と呼ぶ。

指１の「スライド速度の変動」によるライン画像の「繋ぎ誤差」を補正するために、２次元画像１２ａにおけるライン画像１１ａの繋ぎの距離間隔（単位はピクセル）を調整する。ピクセルは説明中の例の場合、受光素子１個に対応する画素である。
その際、２次元画像１２ａにおける「任意位置のライン画像の断面輝度分布」が、２次元画像１２ｂにおける「断面輝度分布と最も近い分布」となる位置を求め、両者の「指スライド方向における位置ずれ」を「視差」としてピクセル単位で求める。

上記視差を「Δ（単位：ピクセル）」、画素サイズ（指のスライド方向におけるサイズであるが、説明中の例では受光素子の配列間隔に等しい。）を「β（単位は例えば、μｍ／ピクセル）」、画素ライン５ａ、５ｂの「指のスライド方向における距離：Ｌ（単位は例えば、μｍ）」から、量：｛（Ｌ／β）−Δ｝（単位：ピクセル）を演算し、一連のライン画像１１ａを「｛（Ｌ／β）−Δ｝間隔」で繋ぎ直す。

この繋ぎ直しを図３を参照して説明する。
図３の左図は「仮想画像空間」であり演算手段内に用意されている。
図３の右図は、画素ライン５ａから得られたライン画像をそのまま繋ぎあわせて得られた画像情報で先に「被写体の２次元画像情報」と呼んだものであり、上記２次元画像１２ａであり請求項２における「２次元画像」である。

また、画素ライン５ｂから得られるライン画像もそのまま繋ぎ合わせられ、やはり図３の右図のような２次元画像（図２の２次元画像１２ｂ）が形成される。そして、このような２次元画像１２ａ、１２ｂが比較され、上述の視差：Δが求められる。

そして、２次元画像１２ａの各列を形成するライン画像１１ａを、仮想画像空間内に、｛（Ｌ／β）−Δ｝の間隔で配置していく。被写体のスライド速度が画像入力の時間間隔に対して遅い場合には間隔：｛（Ｌ／β）−Δ｝の値は小さくなり、ライン画像１１ａの配置間隔が「密」になる。間隔が配置空間における１画素列のサイズより小さくなったときは、その画素の位置に配置されるべき複数のライン画像１１ａの平均値を配置する。

また被写体のスライド速度が画像入力の時間間隔に対して速い場合、間隔：｛（Ｌ／β）−Δ｝の値は大きくなり、ライン画像１１ａの配置間隔が「疎」になる。それにより仮想画像空間に欠落画素が生じる場合は、前後の画素輝度データを利用した線形やキュービックといった補間処理により、欠落画素輝度を推定して配置する。

ここで、上記の補正処理を簡単化して説明する。
先ず、２次元画像１２ａの「あるライン画像」に着目し、その断面輝度分布（ライン画像の長手方向における輝度分布）が、２次元画像１２ｂにおける断面輝度分布と最も近い分布となる位置を検出する。

この場合、２次元画像１２ａの「あるライン画像の断面輝度分布」に最も近い断面輝度分布となる「２次元画像１２ｂにおけるライン画像」は、必ずしも「被写体である血管パターンの同じ部分（スライド方向における同一のライン状部分）」に対応するとは限らないが、少なくとも極めて近接した部分であることは明らかである。そこで、以下の説明では、これら「断面輝度分布」が互いに最も近くなる２つのライン画像を「被写体の同一ライン状部分の画像」であるとして説明する。

２次元画像１２ａと１２ｂとは、これを構成するライン画像を読取る画素ライン５ａ、５ｂが被写体（血管パターン２）のスライド方向へ距離：Ｌだけ「ずれ」ており、従って、被写体の「スライド方向における同一ライン状部分」が画素ライン５ａ、５ｂで読取られるときの時間のずれ：Ｔは、上記同一ライン状部分が、画素ライン５ａで読取られた後、画素ライン５ｂで読取られるまでの時間である。
ここで仮に「Ｌ／β＝５」としてみる。これは、画素ライン５ａと５ｂの被写体スライド方向における距離が「５ピクセル分の間隔」であることを意味している。
そこで、２次元画像１２ａにおける「あるライン画像（仮にＬＡｎとし、ｎは２次元画像１２ａにおけるｎ列目のライン画像であるとする。）」と同じ断面輝度分布となる２次元画像２１ｂにおける「ライン画像（仮にＬＢｍとし、ｍは２次元画像１２ｂにおけるｍ列目のライン画像であるとする。）」が、スライド方向においてＮ列離れている場合を考えてみる。この「Ｎ」が前述の「視差：Δ」である。

具体的な数値として、先ず、Ｎ＝５である場合を考えると、この場合、被写体の上記同一部分の像は、画素ライン５ａで「ライン画像を出力」した後、スライド方向に５ピクセル分スライドして画素ライン５ｂによりライン画像として出力され、その間に、画素ライン５ａ、５ｂとも「５ライン分のライン画像を取得」した場合である。

この場合は、指１のスライドのスライド速さは適正であり、このようにして得られた５ライン分のライン画像は、そのままの順序で配列すれば「被写体の適正な２次元画像」を齎す。

この場合、Δ＝Ｎ＝５であるから、
｛（Ｌ／β）−Δ｝＝５−５＝０
となる。従って、この場合、仮想画像空間に、２次元画像１２ａの各ライン画像を間隔：０で、即ち、順次に密接してスライド方向へ配列すればよい。

次に、例えば、Ｎ＝１である場合を考えてみると、この場合は、被写体の同一部分が、画素ライン５ａで読取られた後、その直後に画素ライン５ｂで読取られ、その間には読取り（出力）がなされなかった場合であり、「被写体のスライド速さが画像入力の時間間隔に対して大きすぎる」場合であり、得られるライン画像ＬＡｎを順次に配列した２次元画像１２ａも１２ｂも「スライド方向に圧縮された画像」となる。

この場合、Ｎ＝Δ＝１であるから、
｛（Ｌ／β）−Δ｝＝５−１＝４
となるので、２次元画像１２ａ上でスライド方向に隣接しているライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１を、仮想画像空間では、スライド方向に４ピクセル分の間隔をおいて配列する。このようにすることにより、仮想画像空間上でのライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１の配列間隔を適正化できる。この場合、仮想空間上で、ライン画像ＬＡｎとＬＡｎ＋１との間には、４ライン分の「空き領域」が生ずるので、この部分は、上述の如く、前後の画素輝度データ（説明中の例では、ライン画像ＬＡｎとＬＡｎ＋１の輝度データ）を利用した線形やキュービックといった補間処理により、空き領域の欠落画素輝度を推定して配置する。この処理は、演算手段による演算として行う。

同様に、Ｎ＝Δ＝２の場合には、
｛（Ｌ／β）−Δ｝＝５−２＝３
となるので、ライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１を、仮想画像空間では、スライド方向に３ピクセル分の間隔をおいて配列し、３ライン分の空き領域には、上記補完処理により推定した欠落画像輝度を配置する。

同様に、Ｎ＝Δ＝３であれば、ライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１を、仮想画像空間では、スライド方向に２ピクセル分の間隔をおいて配列し、２ライン分の空き領域には、上記補完処理により推定した欠落画像輝度を配置する。以下、同様である。

Ｎ＝Δ＞５となると、｛（Ｌ／β）−Δ｝の値は負になる。この場合は「被写体のスライド速さが画素ラインの画像入力の時間間隔に対して小さすぎる」ことになる。

例えば、Ｎ＝Δ＝８であるとすると、
｛（Ｌ／β）−Δ｝＝５−８＝−３
となる。この場合、仮想画像空間の１ラインに例えば、ライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１、Ｌｎ＋２を配置することになるが、仮想画像空間には配置すべき余地として１ライン分しかないので、この場合には、上述の如く「ライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１、Ｌｎ＋２の輝度の平均」を配置するようにすればよい。あるいはまた、ライン画像ＬＡｎ、ＬＡｎ＋１、Ｌｎ＋２のうちの「任意の２ライン分」を間引きして１ラインの画像を配置するようにしても良い。

このようにして、仮想画像空間に被写体である血管パターン２の２次元の画像情報が得られる。これが被写体の「２次元被写体画像」である。

このような処理により、指１のスライド速度と「画像入力の時間間隔」との関係が未知であっても、ライン画像の繋ぎの間隔誤差（ピクセル単位）が補正される。また指１のスライド速度が変動しても、それに応じて検出される視差：Δの変動が検出できるため、上記ライン画像の配置処理によりスライド速度の変動を補償できる。２次元画像１２ａを構成するライン画像１１ａの全てを、上記の如くに仮想画像空間に配置したものが「２次元画像１２ａにおけるライン画像の繋ぎの距離間隔を適正化」した２次元の被写体画像１３となる。この被写体画像１３は未だ複眼像の状態にあるので、これを、単一画像再構成演算器１４により単一画像として再構成することにより「２次元被写体画像」が得られる。

複眼画像である被写体画像１３から単一画像を再構成する方法としては、従来から特許文献４、特許文献５等により知られた種々の方法を適宜に用いることができる。

上記各種処理を行う演算手段はコンピュータにより構成され、上記各処理を実行する。

図３では、画素ライン５ａ、５ｂのそれぞれから一旦、２次元画像１２ａ、１２ｂを作り、２次元画像１２ａを構成するライン画像１１ａのスライド方向の間隔を再調整したが、２次元画像１２ｂのみ作っておき、上述のライン画像１１ａの配置処理を直接実施することにより「ライン画像のつなぎの距離間隔を適正化」した２次元被写体画像１３を構成してもよい。その場合には、２次元画像１２ａを作る処理を省略できる。すなわち、この場合には、ライン画像１１ａから２次元画像１２ａを形成せず、各ライン画像ＬＡｎとＬＡｎ＋１とに断面輝度分布が最も近いライン画像ＬＢｍ、ＬＢｐを抽出し、ｐ−ｍを視差：Δとして、上記の補正処理を行うのである。

図４（ｂ）は、上述の装置で取得できる２次元被写体画像１３の例を説明図的に示している。上に説明した例では、被写体は血管パターン２であったが、ここでは説明の都合上一般的な画像を示す。図４（ａ）の横方向の矢印は画素ラインにおける「画素配列方向」を表し、縦方向の矢印は「被写体スライド方向」を表している。図４（ａ）における「黒い筋状の部分」は、「遮光部材４による影の部分（ＣＣＤ５において遮光部材４により光をさえぎられた受光素子の部分）」であり、レンズアレイ３により「画素の配列方向に複眼化された画像」となっている。図４（ａ）に示すのは、上に説明したライン画像の繋ぎ間隔の補正を行った状態の画像である。

図４（ａ）の複眼像パターンを、単一画像再構成演算器１４により単一画像として再構成することにより、図４（ｂ）のような被写体の像を取得できる。即ち、図４（ｂ）に示す画像は、上記被写体の２次元被写体画像をディスプレイあるいは印刷シートに出力したものである。図４（ａ）のような複眼画像から図４（ｂ）のような単一画像を再構成する方法は、前述の特許文献４、特許文献５等により知られた種々の方法を適宜に用いることができる。

上には「レンズ手段」として複眼のレンズアレイを用いる場合を説明したが、レンズ手段として「通常の単眼のレンズ」を用いることもできる。この場合には、図２における複眼画像を単一画像に変換する単一画像再構成演算器１４は不要である。

上に説明した実施の形態では、１つのレンズアレイ３を用い、複数ライン撮像素子のみを２画素ライン５ａ、５ｂとしたが、図５に示す実施の形態のように、複数ライン撮像素子ごとにレンズアレイを配置する構成とすることもできる。
図５では符号１５と１８がレンズアレイ、符号１６、１９が筐体、符号１７、２０がＣＣＤ基板、符号１７ａ、２０ａがＣＣＤの画素ラインであり、この図においても遮光部材は記載を省略されている。

筐体１６、１９の詳細は上述の実施の形態のものと同様である。符号２１ａ、２１ｂはそれぞれの画像入力ユニットの画像入力部、符号２２ａ、２２ｂは画像メモリ部、符号２３ａ、２３ｂは２次元画像である。
上述の実施の形態に対する説明と同様に、指のスライド速度と画像入力の時間間隔との関係、スライド速度ムラのそれぞれを補償し、スライド方向にライン画像を繋ぎ合わせた被写体画像２４が出力される。被写体画像は未だ複眼画像であるので、単一画像再構成演算器２５による再構成演算を行って単一画像に変換した「２次元被写体画像」を得る。

図５の実施の形態では、図２の実施の形態の場合に比して、画素ライン１７ａ、１７ｂのスライド方向（矢印方向）の間隔を大きくとれるため、大きい視差：Δを確保できる。また画素ライン間での間隔を大きくとる必要があったり、画素ラインの本数を多くとる必要があったりすると、特殊の撮像素子を製造する必要が生じて、専用の製造ラインの構築等、多大なコストがかかるが複数ライン撮像素子に対して、レンズやレンズアレイ、遮光部材は比較的安価であるため、特殊な撮像素子を製造するかわりに、レンズ手段等の光学系で対応することでコストを大幅に低減できる。

図６は「カラー撮像素子の画素配置」の例を示したもので、図中のＲ、Ｇ、Ｂはカラーフィルタの赤、緑、青を示したものである。図中「破線の丸で囲んだ部分」の４つの受光素子でそれぞれの色を検知し、４つの受光素子が「カラー画像の１画素」に相当する。このようなカラー撮像素子では画素ラインとしては、２ラインが並んでいるので、個々の受光素子のカラーフィルタを外して「白黒画像として画像入力」するようにすれば、図２の実施の形態に示した２本のライン５ａ、５ｂを持つ撮像素子として用いることができ、汎用の安価な撮像素子を用いて画像入力装置を実施できる。

上述の画像入力装置や認証装置を、携帯電話やノートＰＣ、ＰＤＡなどの小型携帯端末などの電子機器に組み込んで用いれば、電子機器本体の小型化を図ることができる。
図７はＰＤＡに上述の認証装置を組み込んだ場合、図８はノートＰＣに上述の認証装置を組み込んだ場合を示す。図７において、符号２６はＰＤＡ、符号２７が画像入力装置あるいは認証装置を表している。図８では、符号２８がノートＰＣ、符号２９が画像入力装置あるいは認証装置を表している。

認証装置の実施の１形態を説明するための図である。 レンズアレイと複数ライン撮像素子の組合せを説明するための図である。 ライン画像の繋ぎ合せを説明するための図である。 ２次元被写体画像の説明例を示す図である。 認証装置の別の実施の形態を要部のみ示す図である。 カラーライン撮像素子を複数ライン撮像素子として使用する場合を説明するための図である。 電子機器の１例であるＰＤＡを示す図である。 電子機器の１例であるノートＰＣを示す図である。

符号の説明

１ 指
２ 血管パターン（被写体）
３ レンズアレイ
４ 遮光部材
５ 複数ライン撮像素子
６ 照明手段

Claims (8)

1. ライン撮像素子の画素ライン方向に交わる方向へ移動する被写体の像を上記ライン撮像素子に結像させて走査することにより、ライン画像の集合として上記被写体の２次元画像情報を取得し、上記被写体の２次元被写体画像を再構成する画像入力装置において、
   被写体を照明する照明手段と、
   互いに平行な２以上の画素ラインを有する複数ライン撮像素子と、
   この複数ライン撮像素子の上記２以上の画素ラインに、被写体の像を結像するレンズ手段と、
   上記複数ライン撮像素子により取得された被写体の２次元画像情報に基づき、上記被写体の２次元被写体画像を再構成する演算手段とを有することを特徴とする画像入力装置。
2. 請求項１記載の画像入力装置において、
   複数ライン撮像素子が、受光素子のライン配列として２列の画素ラインを、相互に平行に所定の間隔を隔して配列されており、
   演算手段が、上記２列の画素ラインから得られる２種のライン画像の少なくとも一方に基づき少なくとも１つの２次元画像を形成し、他方の画素ラインから得られるライン画像の、上記２次元画像における視差を求め、この視差に基づき、上記他方の画素ラインから得られるライン画像の走査方向の繋ぎ間隔を調整することを特徴とする画像入力装置。
3. 請求項２記載の画像入力装置において、
   演算手段が、２列の画素ラインから得られる２種のライン画像のそれぞれにより２次元画像を形成し、形成された２種の２次元画像の比較により視差を求めることを特徴とする画像入力装置。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の画像入力装置において、
   レンズ手段が、画素ラインに平行な方向へライン状にアレイ配列されたレンズアレイであることを特徴とする画像入力装置。
5. 請求項４記載の画像入力装置において、
   レンズ手段が、各画素ラインに対応して、画素ラインと同数個のレンズアレイを有することを特徴とする画像入力装置。
6. 請求項４または５記載の画像入力装置において、
   レンズアレイの隣接レンズ間における光線クロストークを防止するための遮光部材を、レンズアレイと複数ライン撮像手段との間に有することを特徴とする画像入力装置。
7. 認証対象を被写体とし、請求項１〜６の任意の１に記載の画像入力装置により取得した２次元被写体画像を、予め個人情報として登録した認証基準画像と比較して認証するための認証演算部を備えたことを特徴とする認証装置。
8. 請求項１〜６の任意の１に記載の画像入力装置、あるいは請求項７記載の認証装置を備えてなる電子機器。

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