JP2010146533A - 生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】指静脈認証装置において、大きな指や子供のような小さな指でも問題なく認証できるようにすること。
【解決手段】指を照射する光源と、照射される指を置く指置き台と、前記指に照射された光を透過して撮像する撮像部と、前記撮像部にて取得した指の血管画像を基に演算処理する画像処理部と、前記画像処理部で抽出された情報を記憶する記憶部と、新しく読み取られた指の血管より取得された情報と前記記憶部の中の情報とを比較照合する照合部と、前記照合部からの比較照合結果を表示する表示部を有する生体認証装置において、指の領域により撮像する時の露出時間を変化させる手段を有することにより、均一な明るさの血管画像を取得する。
【選択図】図３

Description

本発明は個人認証システムのなかで生体認証、特に指の静脈の画像パターンによる生体認証装置に関するものである。

本人を認証するためには従来からある、印鑑、カード、暗証番号、など様々な認証方法があるが、これらは正確ではあるもののコピーや偽造などが可能であり、セキュリティとしては万全ではなくなってきた。

このため最近は個人認証として生体認証が普及してきた。特に指紋認証はかなりの広まりを見せ、銀行の端末機にも採用され暗証番号に加え、指紋認証も行える端末も増え、またパソコンにも搭載されたものもある。他に虹彩（目の虹彩パターン）認証、顔認証、声紋認証、血管パターン認証などがあるが、本発明は血管パターン（静脈パターン）で特に指の静脈認証に関するものである。

生体認証で現在もっとも普及している指紋認証は、指紋読み取り部へ指を接触して読み取るため読み取り面が汚れるのを嫌う人もいるが、静脈認証は直接読み取り面に接触はしなくて光源で照射したものを読み取るため、抵抗感が少ないという長所がある。また一般的に、静脈を含めた血管パターンは、双子を含めて万人不同といわれており、大きな怪我がない限り、血管の太さ以外経年変化がない安定した情報といわれている。このような特長があるため、静脈認証装置は最近いろいろ出現し、次第に普及しつつある。

一般に指の静脈パターンの読み取りにおいて、指を置いた状態で一番読み取りやすいのは上方からの光源の照射であるが、上方の光源であると指の上にかぶさる形になり、指を手前から入れるか横から入れる操作となり、操作しにくくまた読み取る指が上から見えないという問題がある。
その問題を避ける為、光源の位置を横、あるいは斜め横という構造が現在普及している。この場合も問題があり左横からの光源の場合、指を透過した光量の多少により指の左側が明るすぎ、逆に指の右側が暗すぎとなり、均一な画像とはならず登録、認証しづらいという問題点があった。

すなわち成人の普通の指で、左右の明暗の差が出来るだけ少なくなるような光源の角度、位置、照射時間などを決めており、それを少しはずれた場合、なかなか認証しにくいという問題があった。すなわち指の大きい人や逆に小さい人は認証しづらいという問題があった。

通常左側の光源の明るさでは指の透過光量のため指の中間部は適度な明るさであるが、左側は明るすぎ、右側は暗すぎる。右側を明るくするために光源を強くすると、全体に明るすぎ、特に左側は静脈が見えなくなるほど明るくなりすぎ、逆に光源を弱くすると右側が暗すぎて真っ暗になり、これまた静脈パターンは見えない。

従って、本発明はこの問題を解決する為に、指を照射する光源と、照射された前記指の透過光を受光して撮像する撮像部とからなる指静脈読み取り装置において、指の領域により撮像する時の露出時間を変化させる手段を設け、左横または左斜め上方からの照射の場合右側が暗すぎて左側が明るすぎるため、上記露出時間を変化させる手段により均一に近い明るさの静脈パターンを取得する。すなわち、光源と反対側の指の領域を撮像する時は露出時間を長くし、反対に光源側の方の指の領域の撮像においては、露出時間を短くする手段にて実現する。

さらに具体的には、露出時間を変化させる手段、露出時間を短くする手段として照射する光源の光を消して血管画像を取得する。
これらの血管画像読取手段と、照射される指を置く指置き台と、前記血管画像読取手段で取得した指の血管画像を基に演算処理を行い、静脈パターンの特徴抽出を行なう画像処理部と、上記画像処理部で抽出された情報を記憶する記憶部と、新しく読み取られた指の血管より取得された情報と前記記憶部の中の情報とを比較照合する照合部と、前記照合部での比較結果を表示する表示部を有することにより、指の大きい人や逆に小さい人など現在の認証装置で認証しづらい人も生体認証装置として使用できる。

従来は良好な静脈パターンを得るのに複数枚のパターンを撮像する必要があったが、上述のように露出を調節する手段を設けることにより１乃至２枚の静脈パターンで良好な画像を得ることができる為、認証時間が大幅に削減され、また普通の大きさの指の人以外に、指の大きな人、逆に子供のように指の小さな人でも適切な静脈パターンを得ることができて認証可能となる為、認証対象者が拡大しさらなる普及を促すという効果がある。

以下本発明について、図面を参照して詳細に説明する。

まず図１においては本発明を利用した指静脈認証装置の機能ブロック図である。最初指静脈の登録時、指の静脈を写し出すために光源１から近赤外光を指置き台２に置かれた指に照射し、指の内部の静脈を透過光により写し出し、撮像部３にて撮影する。この撮影された静脈画像を画像処理部４へ送り、ここで静脈パターンを独自のアルゴリズムにて解析し、静脈認証データを抽出する。この認証データは、最初の登録時は照合用データとして記憶部５に保存される。またその際、うまく静脈認証データが抽出できたか否かを表示部７にて表示する。もし、うまく認証登録用データが採取できなかった場合は、表示部７にてその旨表示し再度の静脈登録を促す。
次に、認証時には指静脈読み取り部で撮影された画像データが画像処理部４で解析され、認証データとして抽出され、記憶部５の中に保存されている照合データと照合部６にて比較照合され、その結果が表示部７に送られ、表示される。
すなわち、記憶部５の照合データと一致すれば認証ＯＫで、照合データと一致しなければ認証できない旨表示される。

ここで、本発明の一つの構成要素である光源の位置であるが、本来は読み取る指の上部からの光源で照射し透過光で指静脈を抽出する方法が良い。しかしながらその場合真上に光源が必要となり認証するために指を横からあるいは手前から挿入することが必要となり、上から直接指が見えないためうまく指が読み取り部に置かれているかどうか確認しづらく、また指を置く動作もやりづらいという欠点があった。

この欠点を解消するために、指は上から置くために光源は横に置き、真横から照射する方法が取られている。この場合指を置く操作は簡単ではあるが、光源が真横であるが故に指の腹の部分に照射した赤外光は指の表面での反射光となり、静脈の画像が鮮明にならない。従って指の真横から下は照射しないように遮断壁を設置したりしている。

本発明の認証装置の一つの例として、図２に読み取り部の概観図を示す。このように左斜め上方片側からの光源のみの照射で充分認証用データを抽出でき、かつ指も上方から簡単に置くことができ操作性を損なわずに認証できる。この場合指の下部の方を照射すると、静脈のパターンよりも下部の指の表面からの反射光が強くなり、静脈が見えにくくなる。従って余り下部まで照射しないように照射角度、位置を調整している。

次にこの装置において、指の大きい人から子供のような小さな指でも充分静脈パターンが取得できるような実施例について説明する。

この図３は指静脈読み取り部を指の方向とは直角方向の断面図である。
この図３において、光源部３１より照射された近赤外光は指３２の斜め上部から照射され、静脈パターンがカメラ３３にて撮影される。その撮像データ３４は撮像制御部３５を経て図１の画像処理部４に送られ、記憶部５に記憶されている登録パターンと一致するものがあるかどうか照合部６にて比較照合され、その結果が表示部７にて表示される。
この静脈読み取り撮影のとき、指３２の断面の左側は光線３６のように光源側の皮膚から静脈（血管）までの距離が短いため透過光量も多いので明るく撮影され、反対に右側の方は光線３７のように皮膚から静脈（血管）までの距離が長く、透過光量が減衰し暗く撮影される。そのために光源３１の光量を少し変化させて、複数枚の静脈パターンを撮影、合成して認証に必要な静脈パターンを取得していた。横からの光源の場合も同じことが言える。 従ってその複数枚の撮影のために認証時間もその分だけ増加していた。

従来の撮影においては、左側、中央部、右側と区別せず一律に同じ露光時間で撮影していた為、左側は露出量が多くなって明るすぎで、右側は逆に露出量が少なくて暗すぎるという問題があったが、本発明においては、暗い右側の部分は露光時間を長くして撮影し、左側は露光時間を短くして明るすぎるのを抑えて撮影し画像データを取り出すことにより、左右両側の露出量の差が少なくなり１回の撮影で均一な適度な明るさの静脈パターンを取得することができる。
均一な画像データが全体的に暗かったり、明るかったりする場合もあるが、その場合は光源の強さを加減調整してもう一度撮影すればほとんど均一の適切な明るさの静脈パターンデータが取得できる。このように１乃至２回の撮影で認証に充分な静脈パターンを取得でき、認証時間の短縮も可能になる。

次に図４、図５を参照して撮影データ入手について説明する。
図４は図３の方式で撮影された静脈パターンの明るさの模式図で、全体の横幅は指の横幅に相当する。今まで上述したように通常左横、あるいは左上方からの光源の照射では左側の図４１のように右側（エリアＡ）が暗くて、中央部（エリアＢ）は適度、左側（エリアＣ）は明るすぎる状況である。この明暗のある分布を右側の図４２のようにある程度均一な適度な明るさにする為に、右側（エリアＡ）の部分の照射は充分に実施し撮像データを走査して取り込み、中央部（エリアＢ）ではそのままの光量では充分すぎるので途中で光源を消灯して撮像データを走査して取り込み、左側（エリアＣ）の明るすぎる部分は最初の方で取り込んだ透過光だけで撮像データを走査して取り込む。
すなわち図３のカメラ３３に撮像されたデータを右側から走査して撮像制御部３５に取り込み、撮像制御部３５で取り込んだ撮像データ３４から明るさを判断して光源３１の照射時間を撮像制御部３５からの制御信号３８により均一な明るさの静脈パターンを取得する。

図５は露光量を制御してある程度均一な明るさの画像を取得する方法を単純化した説明図である。
まず撮影時にはエリアＡ，Ｂ，Ｃの順にシャッターを順次開くがシャッタ−時間はいずれも３ステージ（３Ｔ：ｍｓ）とする。すなわちエリアＡは（ステージｔ_１〜ｔ_３）、エリアＢは（ステージｔ_２〜ｔ_４）、エリアＣは（ステージｔ_３〜ｔ_５）である。この間に明るさに応じて電荷が蓄積される。すなわちエリアＡは透過光が少ないため蓄積される電荷は少なく、逆にエリアＣは透過光が多い為蓄積される電荷も多くなる。
そして画像読み出しは、表の下の部分になるが矢印で示した内容が出力される。
このように各エリアごとにＩＴずつずらして撮像させる。

従来はエリアＡ〜Ｃはすべて３Ｔの撮像時間なので、例えば指を透過した透過光量をエリアＡ・・・１ｃ、エリアＢ・・・２ｃ、エリアＣ・・・３ｃとした場合、読み出した画像出力はエリアＡは１ｃ×３Ｔ＝３ｃＴ、エリアＢは２ｃ×３Ｔ＝６ｃＴ、エリアＣは３ｃ×３Ｔ＝９ｃＴとなり、エリアＡとエリアＣの露出量の差は３倍となり、図４の左側４１のようになる。

ここで本発明では、図３の制御信号３８にて光源のＬＥＤをステージｔ_３迄は照射し、ステージｔ_４からはＯＦＦにして照射を止める。そうするとステージｔ_４以降電荷はチャージされずステージｔ_３での量そのままとなり、出力はエリアＡ，Ｂ，Ｃの順に、３Ｔ，２Ｔ，１Ｔとなる。これに従来と同様指を透過した透過光量をそれぞれ１ｃ，２ｃ，３ｃとすると、エリアＡは１ｃ×３Ｔ＝３ｃＴ、エリアＢは２ｃ×２Ｔ＝４ｃＴ、エリアＣは３ｃ×１Ｔ＝３ｃＴとなり、明るさの比率は３：４：３で図４の右側４２に近い明るさとなり、目的とする均一に近い明るさを実現することが出来る。

上述した例は露出量調整の例として光源のＬＥＤをＯＦＦにして説明したが、各エリアの露出量が均等になるように光源のＬＥＤの光量を制御することにより、認証しやすい画像を取得できるようになる。この光源のＬＥＤを制御するのは図３で説明した撮像制御部３５からの制御信号３８にて行なう。
指の静脈の場合エリアＡ，Ｂ，Ｃの順に明るくなっているので光源を消すことで丁度良い露出量が得られたが、そうでない場合は前述したように光源の光量をきめ細かく制御する必要がある。

以上述べたように、指を照射する部分によって撮影時の露出量を変える手段を設けることにより均一な静脈パターンが取得でき、撮影する回数が大幅に減り認証速度が増すという効果があり、また大きな指の人から小さな人まで幅広く認証可能となり、現在成人向けに設計されている指静脈認証システムが、学校や一般家庭など子供が使用する場面も非常に多くなり、さらに国内のみならず海外でも可能となり普及が急速に進むという効果がある。

また普及が進むと同時に量産効果によりコストが下がり販売価格も下がる、という相乗効果もあらわれる。

もともと業務用で使用されはじめたが、最近では普通のオフィスだけではなく大きなビル全体で入退室管理をするビル管理会社や、警備会社も増えて段々大規模化してきており、更に個人認証器として自動車に搭載し、自動車のドア、運転始動キーにも使用されてきている。また鍵管理、金庫の開閉認証など、セキュリティ社会の重要商品となり、社会生活に必須のものとなる可能性が高い。

本発明による静脈認証装置の機能ブロック図である。 本発明による指静脈認証装置の静脈読み取り部の概観図である。 本発明による指静脈を読み取る静脈読み取り部の機構断面イメージ図である。 従来の指静脈パターンの明るさの分布イメージ図である。 本発明による撮像時の露光時間の制御方法を単純化した図である。

符号の説明

１・・・機能ブロック図における光源、２・・・機能ブロック図における指置き台、３・・・機能ブロック図における撮像部、４・・・機能ブロック図における画像処理部、５・・・機能ブロック図における記憶部、６・・・機能ブロック図における照合部、７・・・機能ブロック図における表示部、
３１・・・光源部、３２・・・人の指の断面図、３３・・・カメラ、３４・・・撮像データ、３５・・・撮像制御部、３６・・・光源に近い左側部分への光線、３７・・・光源から遠い右側部分への光線、３８・・・光源を制御する信号
４１・・・従来の静脈パターンの明るさ分布
４２・・・本発明によって取得される静脈パターンの明るさ分布図。

Claims (5)

1. 指を照射する光源と、照射された前記指の透過光を受光して撮像する撮像部とからなる指静脈読み取り部において、指の領域により撮像する時の露出時間を変化させる手段を有することを特徴とする生体認証装置。
2. 請求項１の生体認証装置において、前記指を照射する光源は横又は斜め上方より照射することを特徴とする生体認証装置。
3. 請求項２の生体認証装置において、光源と反対側の指の領域を撮像するときは露出時間を長くし、反対に光源側の方の指の領域の撮像においては、露出時間を短くする手段を有することを特徴とする生体認証装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかの生体認証装置において、露出時間を短くする手段、および露出時間を変化させる手段として照射する光源の光を消して血管画像を取得することを特徴とする生体認証装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかの生体認証装置において、照射される前記指を置く指置き台と、前記撮像部にて取得した指の血管画像を基に演算処理を行い、静脈パターンの特徴抽出を行なう画像処理部と、上記画像処理部で抽出された情報を記憶する記憶部と、新しく読み取られた指の血管より取得された情報と前記記憶部の中の情報とを比較照合する照合部と、前記照合部での比較結果を表示する表示部を有することを特徴とする生体認証装置。

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