JP2010140153A - 生体撮像装置及び生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生体の血管パターンを従来より正確に撮像でき、誤認証する確率を低下させることができる生体撮像装置。
【解決手段】所定の位置に差し出された生体に近赤外光を照射する照射手段と、
少なくとも撮像レンズ及び撮像素子を有し、近赤外光が反射した生体の血管パターン、若しくは近赤外光が透過した生体の血管パターンを撮像する複数の撮像手段と、
を備えたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体の血管パターンに基づいて個人認証を行う生体撮像装置及び生体認証装置に関する。

パソコンにログインするときや、銀行のＡＴＭを使用するときや、企業等に入門するとき等に、各種の生体認証手段が利用されつつある。生体認証手段は、パスワードや鍵を用いる必要がないので忘却や紛失によって本人の認証ができなくなることがなく、また、漏洩や盗難によって他人が認証される虞もない。生体認証手段として、指紋、虹彩、血管パターン等の検出による認証があるが、指紋を用いる場合は犯罪捜査を連想させ、虹彩を用いる場合は眼球に光を照射するので、共に心理的抵抗がある。このため、指や掌の血管パターンを検出する方法が注目され、各方面で開発されている。

ここで、近赤外光は血液中のヘモグロビンには吸収される性質がある。このため、指等に近赤外光を照射してカメラで撮像すると、近赤外光に照射された筋肉、脂肪、骨等の生体組織は白く写り、血管は黒く写って、血管パターンが画像として得られる。血管パターンは、人により異なる形状をしていて、経時的に変化するものではないので、個人を識別し認証する手段として有力である。

このような背景の元で、血管パターンを検出する生体認証装置として、指先を透明なガラス板の上に置き、複数のＬＥＤで指先を照射し、その透過光をカメラで撮像するように構成した特許公報が開示されている（特許文献１参照）。

また、コの字形に形成された装置の間に手を挿入し、非接触の状態で血管パターンを検出するように構成した特許公報も開示されている（特許文献２参照）。
特開２００４−２６５２６９号公報 特開２００２−８３２９８号公報

従来の血管パターンを検出する生体認証においては、本人であるのに本人でないと誤認証してしまう場合と、他人であるのに本人であると誤認証してしまう場合が希にあり、セキュリティが確実に保証されているとは言い難い。

この原因として、実際の血管は幾重にも重なっていて立体的に配置されているが、近赤外光を照射して撮像した血管パターンの画像は平面的である。

例えば、血管パターンを簡略化して、図８（Ａ）に示す如く１本の血管が枝分かれした血管パターンＢ１と、図８（Ｂ）に示す如く２本の血管が前後に重なって配置され途中で異なる方向に伸びた血管パターンＢ２をカメラＣで撮像したとする。なお、血管パターンＢ２において、血管Ｂ２１と血管Ｂ２２はカメラＣからの距離が異なり、血管Ｂ２１の方がカメラＣに近い位置にあるものとする。この結果、撮像した画像は血管パターンＢ１も血管パターンＢ２も図９の如き画像となり、相違を判別することはできない。このため、互いに異なる血管パターンであっても同一の血管パターンであると誤認証して、他人であるのに本人であると誤認証してしまう虞がある。

更に、特許文献１の如く指先をガラス板に接触させれば、ガラス板が汚れて誤認証の確率が高まる。一方、特許文献２の如く非接触となるように構成しても、撮像光路には防塵等のために透明なガラス板やアクリル板が配置されるので、これらに指先が触れたり、自然に塵埃等が付着したりして汚れ、この結果、誤認証の確率が高まることになる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、生体の血管パターンを従来より正確に撮像でき、誤認証する確率を低下させることができる生体撮像装置、及び該生体撮像装置を備えた生体認証装置を提案することを発明の目的とする。

１．所定の位置に差し出された生体に近赤外光を照射する照射手段と、
少なくとも撮像レンズ及び撮像素子を有し、近赤外光が反射した生体の血管パターン、若しくは近赤外光が透過した生体の血管パターンを撮像する複数の撮像手段と、
を備えたことを特徴とする生体撮像装置。

２．前記撮像手段は、２組設けられており、それぞれ略同一の機能及び性能を有し、前記生体が差し出されるべき位置に対して各々略等距離の位置に配置されていることを特徴とする前記１に記載の生体撮像装置。

３．前記撮像素子より前方に近赤外光より短い波長の光が透過し難いフィルタを配置したことを特徴とする前記１又は前記２に記載の生体撮像装置。

４．前記照射手段は、２組設けられており、それぞれ略同一の機能及び性能を有し、前記生体が差し出されるべき位置に対して各々略等距離の位置に配置されていることを特徴とする前記１〜３の何れか１項に記載の生体撮像装置。

５．前記照射手段は、キセノン管と、該キセノン管が発光した閃光を反射する反射傘と、該反射傘の前方に配置され近赤外光より短い波長の光が透過し難いパネルと、を有することを特徴とする前記１〜４の何れか１項に記載の生体撮像装置。

６．前記照射手段は、近赤外光を発光する複数の発光ダイオードを有することを特徴とする前記１〜４の何れか１項に記載の生体撮像装置。

７．生体が差し出されるべき位置と前記撮像手段との間に透明な防塵板が配置されていることを特徴とする前記１〜６の何れか１項に記載の生体撮像装置。

８．前記生体は、指先であることを特徴とする前記１〜７の何れか１項に記載の生体撮像装置。

９．前記１〜８の何れか１項に記載の生体撮像装置と、
前記生体撮像装置で撮像した血管パターンの複数の画像信号に基づいて立体画像を生成し照合画像とする画像生成手段と、
予め前記生体撮像装置で撮像した血管パターンの複数の画像信号に基づいて前記画像生成手段より生成した立体画像を登録画像として記憶する記憶手段と、
前記照合画像と前記登録画像とを比較し、同一の血管パターンか否かを判別する判別手段と、
を備えたことを特徴とする生体認証装置。

１０．前記画像生成手段で生成した照合画像の中から血管パターンより近距離に位置する物体を消去する消去手段を備えたことを特徴とする前記９に記載の生体認証装置。

本発明の生体撮像装置及び生体認証装置によれば、生体の血管パターンを従来より正確に撮像でき、誤認証する確率を低下させることができる。

先ず、本発明の生体撮像装置の実施の形態について図１を参照して説明する。図１は生体撮像装置の断面図である。

図１において、生体撮像装置１００は、主として２組の撮像手段１，２及び２組の照射手段３，４、検知用ＬＥＤ５から構成され、これらは筐体７に内蔵されている。

撮像手段１には、撮像レンズ１１、フィルタ１２及び撮像素子１３が枠体１４に内蔵されており、撮像素子１３を実装したプリント配線板１５が枠体１４に接合されている。

撮像レンズ１１は、認証する生体、即ち本実施の形態においては指先Ｆの血管パターンを撮像するためのレンズであって、どのような構成のレンズであってもよい。

フィルタ１２は、近赤外光より短い波長の光が透過し難いフィルタである。このフィルタの一例を図２に示す。図２（Ａ）は近赤外光より短い波長が透過し難い赤外フィルタの分光感度グラフであり、図２（Ｂ）は近赤外光のみを透過させるバンドパスフィルタの分光感度グラフである。

なお、フィルタ１２は撮像素子１３の前方（指先Ｆの側）に配置されていれば、撮像レンズ１１の前方であってもよい。

撮像素子１３は、撮像レンズ１１及びフィルタ１２を透過した指先Ｆの光学像を結像させる。

このような撮像素子において、撮像レンズ１１は、指先Ｆの血管パターンを撮像し、フィルタ１２を介して撮像素子１３に結像させ、撮像素子１３に結像した指先Ｆの光学像は光電変換され、プリント配線板１５を介して、後述する生体判別装置２００に送信される。

撮像手段２は撮像手段１と略同一の機能及び性能を有するように構成されており、撮像レンズ２１、フィルタ２２、撮像素子２３、枠体２４及びプリント配線板２５は、撮像レンズ１１、フィルタ１２、撮像素子１３、枠体１４及びプリント配線板１５と略同一の機能及び性能を有する。

また、撮像手段１及び撮像手段２は、指先Ｆが差し出されるべき位置に対して各々略等距離の位置に配置されている。

なお、図１における撮像手段１及び撮像手段２は、互いのレンズ光軸が前方で交差するように傾いて配置されているが、互いのレンズ光軸が平行になるように配置されていてもよい。

照明手段３は、キセノン管３１、反射傘３２及びパネル３３から構成されているストロボ発光部である。

そして、キセノン管３１はストロボ光を発光し、ストロボ光は反射傘３２で反射され、所定の照射角度でパネル３３を透過して指先Ｆを照射する。

なお、パネル３３には、図２の如くストロボ光の波長の中で近赤外光より短い波長の光が透過し難い被膜がコーティングされている。

なお、近赤外光とは波長７００〜１２００ｎｍ程度の光線であり、人体の筋肉、脂肪、骨等の生体組織を透過するが、血液中のヘモグロビンには吸収される性質がある。

照明手段４は照明手段３と略同一の機能及び性能を有するストロボ発光部として構成されており、キセノン管４１、反射傘４２及びパネル４３はキセノン管３１、反射傘３２及びパネル３３と略同一の機能及び性能を有する。

また、照明手段３及び照明手段４は、指先Ｆが差し出されるべき位置に対して各々略等距離の位置に配置されている。

また、不図示であるが、キセノン管３１及びキセノン管４１を発光させるための充電回路や発光回路が筐体７に内蔵されている。

検知用ＬＥＤ５は、常に点灯しているＬＥＤである。指先Ｆが所定の位置に差し出されたときに、ＬＥＤ５の照明により指先Ｆを撮像手段１及び撮像手段２が撮像し、これにより指先Ｆが差し出されたことを検知する。この検知に基づいて照明手段３及び照明手段４を発光させ、撮像を行う。従って、ＬＥＤ５は指先Ｆの検知のためだけのものであるので、さほど大きな光量は必要ない。

なお、必ずしもＬＥＤである必要はなく、指先Ｆを検知できればどのような光源であってもよい。

なお、照明手段３及び照明手段４としては、上述の如きストロボ発光部でなく、近赤外光を発光する複数のＬＥＤを並設させたＬＥＤアレイであってもよい。

この場合、ストロボ発光部は照射光量が大きいので、撮像手段１及び撮像手段２の不図示の絞りを小絞りにして撮像可能であり、この結果、被写界深度が深くなって、指先の手前にある血管も奥にある血管もボケルことなく明瞭に撮像できる。一方、ＬＥＤアレイは、ストロボ発光部より光量が少ないが、常に点灯させておくことができるので、ＬＥＤ５が不要になる。

筐体７には指先Ｆの光学像を通過させるための開口部７ａが設けられているが、内部に塵埃が侵入しないようにガラス等の透明な平行板から成る防塵板６が開口部７ａを被覆している。

次に、生体認証装置の作動について主として図３及び図４を参照して説明する。図３は生体撮像装置の斜視図、図４は生体認証装置等のブロック図である。

先ず、図３の如く、指先Ｆを生体撮像装置１００の防塵板６の上方にかざす。このとき、生体撮像装置１００に指の根本を置く位置決め台を設けて指先Ｆの位置がばらつかないようにすることが望ましい。また、指先Ｆを防塵板６に接触させて位置決めさせてもよいが、この場合は防塵板６が汚れやすいので、あまり好ましくない。

次に、図４に基づいて説明する。生体撮像装置１００は生体である指先Ｆの血管パターンを撮像する。生体判別装置２００は、生体撮像装置１００で本人の血管パターンを撮像して得られた照合画像が予め登録してある本人の血管パターンの登録画像と同一か否かを判別し、同一であるならば、その信号を例えばパソコンや銀行のＡＴＭや企業等への入口等に設置された生体認証対象物４００に送信する。これによって、本人のみの操作が可能になる。

なお、生体撮像装置１００と生体判別装置２００とを生体認証装置３００と称す。

生体撮像装置１００において、ＬＥＤ５に相当する第１照明手段１０１は常に点灯しているので、指先Ｆを生体撮像装置１００にかざすと、撮像手段１，２に相当する撮像手段１０３に指先Ｆが結像される。このときは、指先Ｆの有無を検出するだけなので、撮像される画像は明瞭である必要はない。その画像は生体判別装置２００のＣＰＵ２０１に送信されるので、この後にＣＰＵ２０１は照明手段３，４に相当する第２照明手段１０２を照明させ、撮像手段１０３により指先Ｆの血管パターンを撮像する。このとき、フィルタ１２，２２によって近赤外光より短い波長の光は撮像素子１３，２３に到達しないので、室内照明等によって画像の明暗が変化しても、登録画像と誤認証する確率が減少する。

撮像手段１０３の二つの撮像手段１，２により撮像した本人の血管パターンの二つの画像は画像生成手段としてのＣＰＵ２０１に送信され、デジタル画像に生成されて、記憶手段としてのメモリ２０２に照合画像として記憶される。ＣＰＵ２０１は、この照合画像と、予め同様に撮像されてメモリ２０２に記憶されている本人の血管パターンの登録画像とを比較し、両者が同一か否かを判別し、同一と判別したならば本人であると認証し、その情報を生体認証対象物４００に送信する。

なお、登録画像の記憶は、パソコン等で利用者が限定されている場合は内部に設けたＲＡＭ等のメモリ２０２で充分であるが、銀行のＡＴＭや企業等への入口等の様に利用者が多数いる場合は、記憶容量が大きいハードディスク等の外部メモリ５００を用いる。

また、ＬＥＤアレイで第２照明手段１０２を構成する場合は、ＬＥＤアレイを常に点灯させておくことが可能であるので、第１照明手段１０１は不要になる。

ここで、本生体認証装置の特徴は、撮像手段１０３が２台の撮像手段１，２から構成されていることである。これにより、ＣＰＵ２０１は血管パターンの立体画像を生成する。指先Ｆの血管パターンは平面的でなく立体的に配置されているが、この血管パターンを１台の撮像手段で撮像した場合は平面画像になって、前後に重複した血管パターンを識別できず、その結果、本人であるのに本人でないと誤認証したり、他人であるのに本人であると誤認証したりすることがある。しかし、２台の撮像手段１，２を配置することにより、指先Ｆを各々異なる方向から撮像するので、前後に重複した血管パターンがあっても誤認証する確率が大幅に減少する。

例えば、図８に示す血管パターンＢ１を２台の撮像手段１，２で撮像した画像は図５の如くなる。図５において、左の画像は左に位置する撮像手段１によって撮像した画像であり、右の画像は右に位置する撮像手段２によって撮像した画像である。また、図８に示す血管パターンＢ２を２台の撮像手段１，２で撮像した画像は図６の如くなる。図６において、左の画像は左に位置する撮像手段１によって撮像した画像であり、右の画像は右に位置する撮像手段２によって撮像した画像である。

１台の撮像手段によって撮像した画像は血管パターンＢ１も血管パターンＢ２も共に図９の如き画像になって相違を判別できないが、２台の撮像手段１，２で撮像することにより、図５及び図６の如く明らかに相違する画像が得られるので、確実に判別することができる。

加えて、２台の撮像手段１，２にて撮像した２枚の画像は、被写体距離に応じて物体の横方向のずれ量が互いに異なるので、ＣＰＵ２０１は物体距離を算出することができる。これにより、ＣＰＵ２０１は撮像すべき指先Ｆの前に位置する防塵板６に付着した塵埃等の画像を削除することができる。例えば、図７は血管パターンＢ１を２台の撮像手段１，２で撮像した画像であって、左の画像は左に位置する撮像手段１によって撮像した画像であり、右の画像は右に位置する撮像手段２によって撮像した画像であって、Ｄ１，Ｄ２は塵埃とする。塵埃Ｄ１，Ｄ２は血管パターンＢ１より近距離に位置するので、横方向のずれ量がより大きく、不要な物体であると認識できるのでＣＰＵ２０１により塵埃Ｄ１，Ｄ２の画像を削除することができる。

従って、防塵板６に塵埃等が付着していても、血管パターンの像を誤認識する確率が減少する。

更に、指先Ｆの皮膚の画像もＣＰＵ２０１が削除するようにすれば、血管パターンの像を誤認識する確率は一層減少する。

以上の如く説明した実施の形態は、近赤外光を照明手段で指先に照射し、反射した血管パターンを撮像するものであったが、近赤外光を照明手段で指先に照射し、透過した血管パターンを撮像する構成にしてもよい。この場合は、図１の撮像手段１，２及び照射手段３，４のレイアウトが変わるが、基本原理は上述と同様である。

また、撮像手段は必ずしも２台に限定されるものではなく、３台以上で撮像してもよい。

更に、撮像する生体は指先に限定されるものではなく、例えば掌であってもよい。

生体撮像装置の断面図である。 フィルタの分光透過率の図である。 生体撮像装置の斜視図である。 生体認証装置等のブロック図である。 血管パターンＢ１を２台の撮像手段１，２で撮像した画像の図である。 血管パターンＢ２を２台の撮像手段１，２で撮像した画像の図である。 防塵板に塵埃が付着した状態で、血管パターンＢ１を２台の撮像手段１，２で撮像した画像の図である。 異なる血管パターンを撮像する図である。 異なる血管パターンが同一に撮像された画像の図である。

符号の説明

１，２ 撮像手段
３，４ 照射手段
５ 検知用ＬＥＤ
６ 防塵板
１１，２１ 撮像レンズ
１２，２２ フィルタ
１３，２３ 撮像素子
３１，４２ キセノン管
３２，４２ 反射傘
３３，４３ パネル
１００ 生体撮像装置
１０１ 第１照明手段
１０２ 第２照明手段
１０３ 撮像手段
２００ 生体判別装置
２０１ ＣＰＵ
２０２ メモリ
３００ 生体認証装置
５００ 外部メモリ
Ｆ 指先
Ｂ１，Ｂ２ 血管パターン

Claims (10)

1. 所定の位置に差し出された生体に近赤外光を照射する照射手段と、
   少なくとも撮像レンズ及び撮像素子を有し、近赤外光が反射した生体の血管パターン、若しくは近赤外光が透過した生体の血管パターンを撮像する複数の撮像手段と、
   を備えたことを特徴とする生体撮像装置。
2. 前記撮像手段は、２組設けられており、それぞれ略同一の機能及び性能を有し、前記生体が差し出されるべき位置に対して各々略等距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の生体撮像装置。
3. 前記撮像素子より前方に近赤外光より短い波長の光が透過し難いフィルタを配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の生体撮像装置。
4. 前記照射手段は、２組設けられており、それぞれ略同一の機能及び性能を有し、前記生体が差し出されるべき位置に対して各々略等距離の位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の生体撮像装置。
5. 前記照射手段は、キセノン管と、該キセノン管が発光した閃光を反射する反射傘と、該反射傘の前方に配置され近赤外光より短い波長の光が透過し難いパネルと、を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の生体撮像装置。
6. 前記照射手段は、近赤外光を発光する複数の発光ダイオードを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の生体撮像装置。
7. 生体が差し出されるべき位置と前記撮像手段との間に透明な防塵板が配置されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の生体撮像装置。
8. 前記生体は、指先であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の生体撮像装置。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の生体撮像装置と、
   前記生体撮像装置で撮像した血管パターンの複数の画像信号に基づいて立体画像を生成し照合画像とする画像生成手段と、
   予め前記生体撮像装置で撮像した血管パターンの複数の画像信号に基づいて前記画像生成手段より生成した立体画像を登録画像として記憶する記憶手段と、
   前記照合画像と前記登録画像とを比較し、同一の血管パターンか否かを判別する判別手段と、
   を備えたことを特徴とする生体認証装置。
10. 前記画像生成手段で生成した照合画像の中から血管パターンより近距離に位置する物体を消去する消去手段を備えたことを特徴とする請求項９に記載の生体認証装置。

Images