JP2012138023A - 静脈画像取得装置、認証情報蓄積システムおよび個人認証システム - Google Patents

Abstract

【課題】立体状の指の表面に現れる静脈パターンを、指の撮影方向に影響されることなく、より忠実に再現可能な静脈画像取得装置を提案すること。
【解決手段】静脈画像取得装置３は、指載置面１０と指載置面１０上の指２に照明光を当てる照明部１１と、照明光によって指２の表面２ｂに投射された静脈１３の影１３ａを撮像して平面投影画像Ｇ１を得る撮像部１２を有する。また、静脈画像取得装置３は表面形状設定部１６と画像処理部１７を有する。表面形状設定部１６は平面投影画像Ｇ１から指２の表面２ｂを円筒面Ｓ１として設定し、画像処理部１７は、平面投影画像Ｇ１を画像処理して、平面投影画像Ｇ１を円筒面Ｓ１に投影した立体表面投影画像Ｇ２を生成し、さらに、立体表面投影画像Ｇ２を画像処理して、平面投影画像Ｇ１を投影した円筒面Ｓ１を平面に広げた平面展開投影画像Ｇ３を得、この平面展開投影画像Ｇ３を静脈画像とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、個人認証に利用される指の静脈画像を取得する静脈画像取得装置、個人認証を行うために静脈画像を蓄積して記憶保持する認証情報蓄積システム、および、個人認証システムに関する。

指の静脈パターンによって個人認証を行なう個人認証システムでは、認証対象者の指の静脈パターンを撮影して静脈画像を取得し、これを予め記憶保持されている認証用の静脈画像と照合することにより認証を行っている。照合対象の静脈画像は、立体状の指の表面に現れる静脈パターンを平面画像として撮影したものである。従って、撮影方向が異なると平面画像上の静脈パターンが変化してしまい、認証を精度良く行うことができない。

そこで、従来においては、特許文献１において提案されているように、２台のカメラを用いて異なる方向から認証対象者の指の腹を撮影し、２枚の撮影画像を繋げたものを認証用の静脈画像とし、認証時には、同様にして２台のカメラで撮影して得られた静脈画像を認証用の静脈画像と照合するようにしている。このようにすれば、認証時における認証対象者の指の撮影方向が変化した場合でも、一方向のみから撮影した１枚の静脈画像を用いて認証を行う場合に比べれば、認証精度を高めることが可能である。

特開２００８−９７１０９号公報

しかし、異なる方向から認証対象者の指の腹を撮影するために、複数台のカメラを用いるのでは、装置の製造コストが嵩むという問題がある。

また、従来の認証方法では、立体状の指の表面に現れる静脈パターンを平面上に投影した静脈画像を用いている。このため、複数台のカメラを用いて撮影したとしても、撮影方向が異なると撮影画面上の静脈パターンが変化してしまうことに変わりは無い。よって、認証時における指の撮影方向が、登録されている認証用静脈パターンの撮影時と異なる場合には、認証精度が低下してしまうという問題が依然として残っている。

本発明の課題は、この点に鑑みて、立体状の指の表面に現れる静脈パターンを、撮影方向に影響されることなく、より忠実に再現可能な静脈画像取得装置を提案することにある。また、本発明の課題は、かかる新たな静脈画像取得装置を用いた認証情報蓄積システムおよび個人認証システムを提案することにある。

また、本発明の課題は、この点に鑑みて、１台の撮像装置を用いて、異なる方向から認証対象者の指の腹を撮影することができる静脈画像取得装置を提案することにある。また、このような静脈画像取得装置を用いた認証情報蓄積システムおよび個人認証システムを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の静脈画像取得装置は、
認証対象者の指の腹を載せる指載置面と、
前記指載置面に載った前記指に照明光を当てる照明部と、
前記照明光が前記指内で拡散して生ずる拡散光によって、前記指の内部から当該指の腹の表面に投影される静脈の影を、前記指載置面に対して所定の第１角度をなす第１方向から撮像して、当該第１方向と直交する平坦な撮像面上に前記静脈の影が投影された第１平面投影画像を取得する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記指の腹側の表面を所定形状の立体表面に設定する表面形状設定部と、
前記第１平面投影画像を画像処理して、前記第１方向から前記平面投影画像を前記立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像を生成する第１画像処理部と、
前記立体表面投影画像を画像処理して、前記第１平面投影画像が投射された前記立体表面を平面となるように広げた場合に得られる平面展開投影画像を、認証用の静脈画像として生成する第２画像処理部とを有していることを特徴とする。

本発明では、静脈画像として得られる平面展開投影画像は、立体表面である指の表面を撮像して得た第１平面投影画像を、指の表面として設定された立体表面に投影し、この投影により得られた立体表面投影画像を、再び平面となるように広げたものである。この結果、平面展開投影画像は、静脈の影が投影されている指の表面を、指の軸線回りの所定角度範囲で平面となるように広げることにより得られる画像と同様なものとなり、平面展開投影画像上のいずれの画像部分も、撮像部と正対した状態で撮像されることにより得られる画像と同様のものとなる。すなわち、静脈画像は、静脈パターンを従来よりも忠実に再現したものとなる。従って、指の腹の向きが予め設定した撮像方向から軸線回りにずれていた場合でも、静脈画像として取得される平面展開投影画像上において、静脈パターンは変化しない。

本発明において、前記表面形状設定部は、前記第１平面投影画像上の指投影画像部分から、前記指の幅寸法および幅方向の中心位置を算出し、前記指の腹側の表面を、前記幅寸法を直径とし、前記中心位置を中心軸とする円筒面に設定することが望ましい。すなわち、指の表面を円筒面と仮定すれば、第１平面投影画像を立体表面に投影して立体表面投影画像を得る画像処理、および、第１平面投影画像が投射された立体表面を広げた平面展開投影画像を生成する画像処理の処理速度を向上させることができる。

本発明において、指の表面に対応する正確な立体表面を設定するためには、前記表面形状設定部は、光源とフォトマスクを備え、所定のパターンを前記指に投射するパターン投射部と、前記パターンが投射された前記指を前記撮像部に撮像させてパターン投射画像データを得るパターン投射画像データ取得部と、前記パターン投射画像データに基づいて、前記指の腹側の表面をモアレ法、光切断法、または、空間コード化法によって算出し、算出立体表面として取得する表面形状取得部を備えており、前記指の腹側の表面を、前記算出立体表面に設定することが望ましい。

本発明において、第１反射鏡を有し、前記撮像部は、前記第１反射鏡を介して、前記静脈の影を、前記指載置面に載った前記指の軸線回りで前記第１方向とは異なる第２方向から撮像して、前記撮像面上に前記静脈の影が投影された第２平面投影画像を取得し、前記第１画像処理部は、前記第１平面投影画像および前記第２平面投影画像を画像処理して、前記第１方向から前記第１平面投影画像を前記立体表面に投影し、且つ、前記第２方向から前記第２平面投影画像を前記立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像を生成することが望ましい。このようにすれば、静脈の影を２方向から撮像した第１〜第２平面投影画像に基づいて平面展開投影画像を得ることができるので、平面展開投影画像上に指の軸線回りの１８０°を超える角度範囲における静脈パターンを取得することが容易となる。また、第１反射鏡を設けることによって静脈の影を異なる２方向から撮像するので、撮像部としてカメラを複数台設けて静脈の影を異なる２方向から撮像する場合と比較して、装置の製造コストの増加を抑制できる。

この場合において、第２反射鏡を有し、撮像部は、前記第２反射鏡を介して、前記静脈の影を、前記指載置面に載った前記指の軸線回りで前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向から撮像して、前記撮像面上に前記静脈の影が投影された第３平面投影画像を取得し、前記第１画像処理部は、前記第１平面投影画像、前記第２平面投影画像および前記第３平面投影画像を画像処理して、前記第１方向から前記第１平面投影画像を前記立体表面に投影し、且つ、前記第２方向から前記第２平面投影画像を前記立体表面に投影し、且つ、前記第３方向から前記第３平面投影画像を前記立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像を生成し、前記第２方向は、前記第１方向を前記指載置面に載せた前記指の軸線回りに一方の側に１８０°未満の角度で回転させた方向であり、前記第３方向は、前記第１方向を前記指の軸線回りに他方の側に１８０°未満の角度で回転させた方向であることが望ましい。このようにすれば、静脈の影を３方向から撮像した第１〜第３平面投影画像に基づいて平面展開投影画像を得ることができるので、平面展開投影画像上に指の軸線回りの１８０°を超える角度範囲における静脈パターンを取得することが、更に、容易となる。

本発明において、前記照明光は、波長が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線であることが望ましい。このような波長の近赤外線は血液中のヘモグロビンに吸収され易いので、静脈の影が鮮明なものとなる。この結果、静脈画像上に鮮明な静脈パターンを得ることができるので、平面展開投影画像を精度よく生成できる。

次に、本発明は、上記の静脈画像取得装置と、前記静脈画像取得装置によって前記静脈画像として取得された前記平面展開投影画像を、前記認証対象者の名前などの個人情報と関連付けてデータベースに記憶保持するデータベース生成部を備えている認証情報蓄積システムとすることができる。このように、静脈画像取得装置によって取得された平面展開投影画像をデータベース化しておけば、平面展開投影画像に基づいて個人認証を行なうことが可能となる。

また、本発明は、上記の認証情報蓄積システムと、前記静脈画像取得装置によって前記平面展開投影画像が前記静脈画像として取得されると、取得された前記静脈画像と前記認証情報蓄積システムの前記データベースに記憶保持されている前記平面展開投影画像とのパターンマッチングを行い、前記認証対象者を認証する認証部とを有することを特徴とする個人認証システムとすることができる。このようにすれば、個人認証に平面展開投影画像を用いることができるので、静脈画像取得装置の指載置面に置いた指の軸線回りの回転に起因して認証精度が低下することを回避できる。

本発明によれば、静脈画像取得装置により静脈画像として得られる平面展開投影画像は、静脈の影が投影されている指の表面を、指の軸線回りの所定角度範囲で平面となるように広げることにより得られる画像と同様なものとなる。すなわち、静脈画像は、静脈パターンを従来よりも忠実に再現したものとなる。従って、指の腹の向きが予め設定した撮像方向から軸線回りにずれていた場合でも、静脈画像として取得される平面展開投影画像上において、静脈パターンは変化しない。また、本発明の認証情報蓄積システムは、静脈画像取得装置によって取得された平面展開投影画像をデータベース化し、本発明の認証情報蓄積システムは、データベース化された平面展開投影画像に基づいて個人認証を行なう。この結果、個人認証に平面展開投影画像を用いることができるので、静脈画像取得装置の指載置面に置いた指の軸線回りの回転に起因して認証精度が低下することを回避できる。

本発明を適用した個人認証システムの要部構成を模式的に示す説明図である。 平面投影画像から平面展開投影画像を得る画像処理動作の説明図である。 平面展開投影画像の生成方法の説明図である。 指が軸線回りに回転した場合の静脈画像と平面展開投影画像の説明図である。 静脈の影の指の表面上の位置と静脈画像上の位置との関係を説明するための説明図、画像データおよびグラフである。 変形例１の個人認証システムの要部構成を模式的に示す説明図である。 変形例１の撮像装置によって取得された第１〜第３平面投影画像である。 変形例２の個人認証システムの説明図である。 参考例の個人認証システムの要部構成を模式的に示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した静脈画像取得装置の個人認証システムの実施の形態を説明する。

（全体構成）
図１は本発明を適用した個人認証システムの要部構成を模式的に示す説明図である。個人認証システム１は、認証対象者の指２の静脈パターンを取得するための静脈画像取得装置３と、静脈画像取得装置３に接続されているデータベース装置４を有している。静脈画像取得装置３は、認証対象者の指２を当該指２の腹２ａの側から撮像して平面投影画像Ｇ１（図２、図４参照）を取得する撮像装置５と、平面投影画像Ｇ１を画像処理して静脈画像を得る演算処理部６を有している。データベース装置４は、静脈画像をデータベース化するデータベース生成部７と、静脈画像に基づいて個人認証を行う認証部８を備えている。

（静脈画像取得装置）
図２は静脈画像取得装置が平面投影画像Ｇ１から静脈画像として取得される平面展開投影画像を得る画像処理動作の説明図である。図３は画像処理部による静脈画像の生成方法の説明図である。静脈画像取得装置３の撮像装置５は、静脈画像によって個人認証を行う認証対象者の指２の腹２ａを載せる指載置面１０と、この指載置面１０に載せた指２に照明光を照射する照明部１１と、指２を透過した照明光による像を指載置面１０と直交（所定の角度）する垂直方向（第１方向）の下方から撮像して平面投影画像Ｇ１を取得する撮像部１２を備えている。ここで、指２を透過した照明光による像とは、照明光が指２の内部で拡散して生ずる拡散光によって、指２の内部から指２の表面２ｂに投射された静脈１３の影１３ａである。また、照明部１１からの照明光は指２の内部で乱反射して拡散しているので、この静脈１３の影１３ａは、照明光の光源の位置に拘わらず、静脈１３に対して指２の半径方向の外側に形成されている。

照明部１１と撮像部１２は垂直方向Ｘ１で指載置面１０を挟んで上下に配置されている。照明部１１の光源は波長が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を放射するＬＥＤである。撮像部１２は撮像素子としてＣＣＤイメージセンサ１４を搭載している。また、撮像部１２は指２を透過した照明光による像をＣＣＤイメージセンサ１４のセンサ面１４ａ（図３参照）に結像させるための結像レンズ１５を備えている。撮像部１２は、図２（ａ）に示すように、垂直方向Ｘ１と直交する平坦なセンサ面１４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された平面投影画像Ｇ１を取得する。

演算処理部６は、撮像部１２によって撮像された指２の腹２ａ側の表面２ｂを所定形状の立体表面に設定する表面形状設定部１６と、撮像部１２によって取得された平面投影画像Ｇ１を画像処理して生成した平面展開投影画像Ｇ３を静脈画像として取得する画像処理部１７を備えている。

表面形状設定部１６は、撮像部１２が取得した平面投影画像Ｇ１の指投影画像部分から、指２の幅寸法および幅方向の中心位置を算出し、指２の腹側の表面を、幅寸法を直径とし、中心位置を中心軸線Ｏ１とする円筒面Ｓ１に設定する。

画像処理部１７は、第１画像処理部１８と、第２画像処理部１９を備えている。第１画像処理部１８は、図２（ｂ）に示すように、撮像部１２が取得した平面投影画像Ｇ１を画像処理することによって、垂直方向Ｘ１から平面投影画像Ｇ１を円筒面Ｓ１に投影した場合に得られる立体表面投影画像Ｇ２を生成する。

第２画像処理部１９は、図２（ｃ）に示すように、立体表面投影画像Ｇ２を画像処理して、平面投影画像Ｇ１が投射された円筒面Ｓ１を平面となるように広げた場合に得られる平面展開投影画像Ｇ３を、認証用の静脈画像として生成する。

ここで、図３を参照して画像処理部１７における平面展開投影画像Ｇ３の生成方法の例を詳細に説明する。まず、表面形状設定部１６は、指２の表面２ｂを円筒面Ｓ１に設定している。設定された円筒面Ｓ１は、曲率半径Ｒを備えている。また、ＣＣＤイメージセンサ１４のセンサ面１４ａの中心から垂直方向Ｘ１に延びて円筒面Ｓ１の中心軸線Ｏ１を通過する面を基準面Ｓ２としたときに、画像処理部１７は、ＣＣＤイメージセンサ１４のセンサ面１４ａから円筒面Ｓ１までの基準面Ｓ２上の距離Ｌを予め把握している。さらに、画像処理部１７は、撮像部１２が取得した平面投影画像Ｇ１上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ１）の位置をセンサ面１４ａの座標として取得することができるので、この座標に基づいて、平面投影画像Ｇ１を仮想的に基準面Ｓ２と直交させて円筒面Ｓ１に当接させた状態における、基準面Ｓ２に対する静脈１３の影１３ａ（Ｇ１）の高さＨ１を把握することができる。

次に、センサ面１４ａの中心を通って中心軸線Ｏ１と平行に延びる軸線Ｏ２に仮想的な拡散光源を設置して、平面投影画像Ｇ１を垂直方向Ｘ１から円筒面Ｓ１に投影する。ここで、平面投影画像Ｇ１上で基準面Ｓ２からＨ１の高さにある静脈１３の影１３ａ（Ｇ１）を円筒面Ｓ１に投影すると、投影により得られる立体表面投影画像Ｇ２上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ２）は、基準面Ｓ２上でＣＣＤイメージセンサ１４のセンサ面１４ａから距離Ｍだけ離れた位置に投影される。

ここで、距離Ｍは下式（１）で表される。φは、円筒面Ｓ１上の静脈１３の影１３ａ（Ｓ１）の、中心軸線Ｏ１回りの基準面Ｓ２からの角度である。
Ｍ＝Ｌ＋Ｒ−Ｒ×ｃｏｓφ・・・（１）

また、立体表面投影画像Ｇ２上の基準面Ｓ２からの静脈１３の影１３ａ（Ｇ２）の高さＨ１は、以下の式（２）で表される。θは、平面投影画像Ｇ１上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ１）の、軸線Ｏ２回りの、基準面Ｓ２からの角度である。
Ｈ１＝ｔａｎθｎ×Ｌ・・・（２）

さらに、立体表面投影画像Ｇ２上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ２）の基準面Ｓ２からの高さＨ２は、以下の式（３）、（４）で表される。
Ｈ＝Ｍ×ｔａｎθ・・・（３）
Ｈ＝Ｒ×ｓｉｎφ・・・（４）

以上の式（１）〜（４）から、平面投影画像Ｇ１上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ１）を、円筒面Ｓ１上に投影して得られる立体表面投影画像Ｇ２上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ２）の位置、すなわち、角度φを求めることができる。また、このような処理を、撮像部１２が取得した平面投影画像Ｇ１の各画素について行うことにより、平面投影画像Ｇ１を円筒面Ｓ１上に投影して得られる立体表面投影画像Ｇ２を得ることができる。

次に、角度φが算出されると、角度φに基づいて、立体表面投影画像Ｇ２上における基準面Ｓ２から静脈１３の影１３ａ（Ｇ２）までの距離Ｎが算出できる。従って、この距離Ｎに基づいて、平面投影画像Ｇ１が投射された円筒面Ｓ１を平面となるように広げた場合に得られる平面展開投影画像Ｇ３を、立体表面投影画像Ｇ２を画像処理することによって得ることができる。すなわち、立体表面投影画像Ｇ２上の静脈１３の影１３ａ（Ｇ２）を、基準面Ｓ２と直交させて円筒面Ｓ１に当接させた仮想平面上で基準面Ｓ２から距離Ｎだけ離れた位置に展開すれば、平面展開投影画像Ｇ３上における静脈１３の影１３ａ（Ｇ３）となる。このような処理を、立体表面投影画像Ｇ２の全面で行うことにより、平面展開投影画像Ｇ３が得られる（図２（ｃ）参照）。

上記の方法で生成された平面展開投影画像Ｇ３は、静脈１３の影１３ａが投影されている指２の表面２ｂを、指の軸線回りの所定角度範囲で平面となるように広げることにより得られる画像と同様なものとなっている。従って、平面展開投影画像Ｇ３上のいずれの画像部分も、撮像部１２と正対した状態で撮像されることにより得られる画像と同様のものとなる。すなわち、平面展開投影画像Ｇ３は、静脈パターンをより忠実に再現したものとなる。従って、指載置面１０上で指２の腹２ａの向きが予め設定した撮像方向（垂直方向Ｘ１）から指２の軸線Ｌ１回りにずれていた場合でも、静脈画像として取得される平面展開投影画像Ｇ３上において、静脈パターンは変化しない。

図４は、撮像部１２によって取得された平面投影画像Ｇ１と画像処理部１７によって得られた平面展開投影画像Ｇ３との比較である。図４（ａ）は指２の腹２ａが垂直方向Ｘ１を向いている状態で指載置面１０に載置されていたときに得られた平面投影画像Ｇ１および平面展開投影画像Ｇ３であり、図４（ｂ）は指２の腹２ａが軸線Ｌ１方向で垂直方向Ｘ１とは異なる方向に向いている状態で指載置面１０に載置されていたときに得られた平面投影画像Ｇ１および平面展開投影画像Ｇ３である。図４（ａ）、（ｂ）において、左側が平面投影画像Ｇ１であり、右側が平面展開投影画像Ｇ３である。図４（ｂ）では、指２は図４（ａ）に示す状態から軸線Ｌ１を中心として矢印の方向に回転している。

指２が垂直方向Ｘ１から軸線Ｌ１回りに回転した場合には、撮像部１２からは、回転によってＣＣＤイメージセンサ１４のセンサ面１４ａと正対しなくなり、垂直方向Ｘ１から離れた指２の部位で静脈１３の影１３ａの間隔Ｄ１が狭くなって見える。従って、図４（ｂ）に示す平面投影画像Ｇ１では、図４（ａ）に示す平面投影画像Ｇ１と比較して、当該部位の静脈１３の影１３ａの間隔Ｄ１が狭くなっている。また、指２が垂直方向Ｘ１から軸線Ｌ１回りに回転した場合には、撮像部１２からは、回転によって垂直方向Ｘ１に近づき、ＣＣＤイメージセンサ１４のセンサ面１４ａと正対するようになった部位で静脈１３の影１３ａの間隔Ｄ２が広くなって見える。従って、図４（ｂ）に示す平面投影画像Ｇ１では、図４（ａ）に示す平面投影画像Ｇ１と比較して、当該部位の静脈１３の影１３ａの間隔Ｄ２が広くなっている。

これに対して、平面展開投影画像Ｇ３上では、図４（ａ）と図４（ｂ）を比較した場合に、指２の回転に拘わらず、静脈１３の影１３ａの間隔Ｄ１、Ｄ２は変化していない。また、図４（ａ）の平面展開投影画像Ｇ３と図４（ｂ）の平面展開投影画像Ｇ３とで、指２の撮像範囲は軸線Ｌ１回りの角度範囲でずれているが、平面展開投影画像Ｇ３上の静脈パターンは一致している。

ここで、本発明者らは、図５に示すように、指２を円筒２５に見立て、円筒２５の内側に、指２の静脈１３と対応する位置に棒状部材２６、２７を配置し、円筒２５の中心軸線Ｏ３から半径方向を外側に向ってレーザー照明光を照射して、棒状部材２６、２７の影２６ａ、２７ａを円筒２５の表面２５ａに映し出すシミュレーションを行った。図５（ａ）は、左端の図に示す基準状態から、円筒２５および棒状部材２６、２７を中心軸線Ｏ３回りに１０°毎に一体に回転させている様子を中心軸線Ｏ３の方向から見た平面図である。図５（ａ）の各図は、左側から順番に、基準状態、円筒２５および棒状部材２６、２７を基準状態から中心軸線Ｏ３回りに１０°回転させた状態、円筒２５および棒状部材２６、２７を基準状態から中心軸線Ｏ３回りに２０°回転させた状態、円筒２５および棒状部材２６、２７を基準状態から中心軸線Ｏ３回りに３０°回転させた状態を示している。図５（ｂ）は図５（ａ）に示す各状態を所定方向Ｘ０からＣＣＤイメージセンサ２８により撮像した平面投影画像である。図５（ｃ）に示すグラフは、図５（ａ）に示す各状態において、円筒２５の表面２５ａに形成されている棒状部材２６の影２６ａの基準面Ｓ３からの高さＨ０、および、円筒２５の表面２５ａ上における基準面Ｓ３から棒状部材２６の影２６ａまでの距離Ｎ０を測定し、測定した高さＨ０と距離Ｎ０との関係（測定値）をプロットしたものである。基準面Ｓ３は円筒２５の中心軸線Ｏ３から所定方向Ｘ０に延びている仮想面である。

このシミュレーションによって、指２を実際に軸線Ｌ１回りに回転させながら静脈１３の影１３ａを撮像した場合と同様の撮像結果が得られたので、撮像部１２によって、静脈パターンとして取得される平面投影画像Ｇ１は、指２内で拡散する照明光によって指２の表面２ｂに投射された静脈１３の影１３ａであること、および、この静脈１３の影１３ａが静脈１３に対して指２の半径方向の外側に形成されていることが検証された。従って、撮像部１２が取得した平面投影画像Ｇ１を円筒面Ｓ１に投影した立体表面投影画像Ｇ２を平面上に展開した平面展開投影画像Ｇ３上では、静脈パターンをより忠実に再現可能であることが裏付けられた。

なお、図５（ｃ）のグラフに、図５（ｂ）の平面投影画像に基づいて式（２）によって算出される平面投影画像上の棒状部材２６の影２６ａの高さＨ０と、図５（ｂ）の平面投影画像および式（１）〜（４）に基づいて算出される基準面Ｓ３から棒状部材２６の影２６ａまでの円筒２５の表面２５ａ上の距離Ｎ０との関係（計算値）を記入すると、測定した高さＨ０と距離Ｎ０との関係は、計算により導き出された高さＨ０と距離Ｎ０との関係と一致するものとなっている。

（データベース装置）
次に、図１に戻り、データベース装置４のデータベース生成部７は、静脈画像取得装置３において平面展開投影画像Ｇ３が静脈画像として取得されると、平面展開投影画像Ｇ３を認証対象者の名前などの個人情報と関連付けてデータベース３０に記憶保持する。また、データベース装置４の認証部８は、静脈画像として取得された平面展開投影画像Ｇ３と、データベース３０に静脈画像として記憶保持されている平面展開投影画像Ｇ３のパターンマッチングを行い、認証対象者を認証する。認証部８は、データベース３０に記憶保持されている平面展開投影画像Ｇ３と、静脈画像取得装置３によって生成された平面展開投影画像Ｇ３のパターン一致の割合によって、個人を認証するか否かを判断する。

（作用効果）
本例によれば、静脈画像取得装置３によって、静脈画像として得られる平面展開投影画像Ｇ３は、立体表面である指２の表面２ｂを撮像して得た平面投影画像Ｇ１を、指２の表面２ｂとして設定された円筒面Ｓ１に投影し、この投影により得られた立体表面投影画像Ｇ２を、再び平面となるように広げたものである。この結果、平面展開投影画像Ｇ３は、静脈１３の影１３ａが投影されている指２の表面２ｂを、指２の軸線Ｌ１回りの所定角度範囲で平面となるように広げることにより得られる画像と同様なものとなり、平面展開投影画像Ｇ３上のいずれの画像部分も、撮像部１２と正対した状態で撮像されることにより得られる画像と同様のものとなる。すなわち、静脈画像は、静脈パターンをより忠実に再現したものとなる。従って、指載置面１０上で指２の腹２ａの向きが予め設定した方向から軸線Ｌ１回りにずれた場合でも、すなわち、指の撮像方向に拘わらず、静脈画像として取得される平面展開投影画像Ｇ３上において、静脈パターンは変化しない。

また、本例の個人認証システム１では、個人認証に用いる静脈画像として、静脈画像取得装置３の指載置面１０上の指２の腹２ａの軸線Ｌ１回りの向きに拘わらず静脈１３パターンが変化しない平面展開投影画像Ｇ３を用いているので、指２の軸線Ｌ１回りの回転に起因して認証精度が低下することを回避できる。

さらに、本例では、表面形状設定部１６は、指２の表面の立体形状を円筒面Ｓ１として設定しているので、平面投影画像Ｇ１から平面展開投影画像Ｇ３を生成する処理速度が速い。すなわち、指２の立体平面を円筒面Ｓ１として近似しているので、平面投影画像Ｇ１を円筒面Ｓ１に投影して立体表面投影画像Ｇ２を得る画像処理、および、平面投影画像Ｇ１が投射された円筒面Ｓ１を広げた平面展開投影画像Ｇ３を生成する画像処理の処理速度を向上させることができる。

また、本例では、波長が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を指２に照射している。このような波長の近赤外線は血液中のヘモグロビンに吸収され易いので、静脈１３の影１３ａが鮮明なものとなり、平面投影画像Ｇ１上に鮮明な静脈１３パターンを得ることができる。従って、平面展開投影画像Ｇ３を精度よく生成できる。

（変形例１）
図６は変形例１の個人認証システム４０の要部構成を模式的に示す説明図である。なお、変形例１の個人認証システム４０は上記の個人認証システム１と同様の構成を備えているので、対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

本例では、撮像装置５が第１反射鏡４１および第２反射鏡４２を備えている。第１反射鏡４１と第２反射鏡４２とは、指載置面１０の両側に配置されている。また、第１反射鏡４１および第２反射鏡４２のそれぞれは、内側を向いて撮像部１２に向って傾けられている。第１反射鏡４１と第２反射鏡は反対側に同一の角度で傾いて指載置面１０と交差している。これにより、撮像部１２からは、第１反射鏡４１を介して垂直方向Ｘ１とは指２の軸線Ｌ１回りで異なる第２方向Ｘ２からの指２の鏡像が見え、第２反射鏡４２を介して垂直方向Ｘ１および第２方向Ｘ２とは指２の軸線Ｌ１回りで異なる第３方向Ｘ３からの指２の鏡像が見える。第２方向Ｘ２は、基準となっている撮影方向（垂直方向Ｘ１）を指載置面１０に載せた指２の軸線Ｌ１回りに一方の側に１８０°未満の角度で回転した方向であり、第３方向Ｘ３は、基準となっている撮影方向（垂直方向Ｘ１）を指２の軸線Ｌ１回りに他方の側に１８０°未満の角度で回転した方向である。

撮像部１２は、垂直方向Ｘ１と直交するセンサ面１４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された第１平面投影画像Ｇ１１を取得する。また、撮像部１２は、第１反射鏡４１を介して、静脈１３の影１３ａを第２方向Ｘ２から撮像して、センサ面１４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された第２平面投影画像Ｇ１２を取得する。さらに、撮像部１２は、第２反射鏡４２を介して、静脈１３の影１３ａを第３方向Ｘ３から撮像して、センサ面１４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された第３平面投影画像Ｇ１３を取得する。これら第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３の取得は１回の撮像によって行われる。図７は変形例１の個人認証システム４０の撮像装置５によって取得された第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３の例である。

撮像部１２によって、第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３が取得されると、画像処理部１７の第１画像処理部１８は、第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３を画像処理して、第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３を円筒面Ｓ１投影した場合に得られる立体表面投影画像Ｇ２を生成する。また、画像処理部１７の第２画像処理部１９は、立体表面投影画像Ｇ２を画像処理して、平面展開投影画像Ｇ３を得る。なお、第１画像処理部１８において立体表面投影画像Ｇ２を生成する画像処理は、第１平面投影画像Ｇ１１から立体表面投影画像Ｇ２を生成する画像処理と同様に、演算によって行うことができる。

本例では、第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３によって、静脈１３の影１３ａを２方向から撮像した平面投影画像が得られる。また、これらの３枚の平面投影画像は、垂直方向Ｘ１を中心として指２の軸線Ｌ１回りの両方向に９０°を超える角度範囲を撮像したものである。従って、画像処理部１７は、指２の軸線Ｌ１回りの１８０°以上の角度範囲の平面展開投影画像Ｇ３を得ることができる。

（変形例２）
図８（ａ）は変形例２の個人認証システムの要部構成を模式的に示す説明図であり、図８（ｂ）は表面形状設定部１６が撮像部１２に取得させるパターン投射平面投影画像の例である。なお、変形例２の個人認証システム５０は上記の個人認証システム１と同様の構成を備えているので、対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。

本例では、表面形状設定部１６が、パターン投射部５１、パターン投射画像取得部５２、および、表面形状取得部５３を備えている。

パターン投射部５１は、光源５４とフォトマスク５５と投射用レンズ５６を備え、所定のパターンを指２に投射する。光源５４およびフォトマスクは指載置面１０の下方であって、指載置面１０よりも、この指載置面１０に載せられる指２の前方に配置されている。パターンを投射する光源５４からの投射光の光軸Ｌ２と指載置面１０に載せられた指の軸線Ｌ１とは４５°で交差している。

パターン投射画像取得部５２は、パターンを照射した状態の指２の表面２ｂを、撮像部１２に撮像させてパターン投射平面投影画像を得る。これにより、図８（ｂ）に例示するパターン投射平面投影画像が得られる。

表面形状取得部５３は、得られたパターン投射平面投影画像に基づいて、モアレ法、光切断法、または、空間コード化法によって指２の立体表面を算出し、算出立体表面として取得する。ここで、モアレ法、光切断法、または、空間コード化法によって物体の立体表面を算出する技術は周知の技術なので、それらの方法の説明を省略する。

表面形状取得部５３が算出立体表面を取得すると、画像処理部１７の第１画像処理部１８は、撮像部１２が取得した平面投影画像Ｇ１を画像処理して、垂直方向Ｘ１から平面投影画像Ｇ１を算出立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像Ｇ２を生成する。また画像処理部１７の第２画像処理部１９は、立体表面投影画像Ｇ２を画像処理して、平面投影画像Ｇ１が投射された算出立体表面を平面となるように広げた場合に得られる平面展開投影画像Ｇ３を認証用の静脈画像として生成する。本例によれば、指２の表面２ｂに対応する算出立体表面が実際の指２の表面形状に近いものとなるので、静脈画像として取得される平面展開投影画像Ｇ３上の静脈パターンがより正確なものとなる。

（参考例）
上記の個人認証システム１、４０、５０の例では、平面投影画像を画像処理して得られる平面展開投影画像を静脈画像として取得して、この静脈画像を認証用として用いているが、認証対象者の指２を当該指２の腹２ａの側の異なる方向から撮像して得られた複数枚の平面投影画像を静脈画像として用いた場合でも、一方向のみから撮影した１枚の平面投影画像を静脈画像として用いて認証を行う場合と比較すれば、認証精度を高めることできる。また、従来の静脈画像取得装置では、認証対象者の指２を当該指２の腹２ａの側の異なる方向から撮像する際には複数台のカメラ（撮像部）を用いているが、１台のカメラ（撮像部）によって異なる方向から認証対象者の指の腹を撮影することができれば、従来の静脈画像取得装置と比較して、装置の製造コストを抑制することができる。以下に、参考例として、このような作用効果を得ることができる静脈画像取得装置を説明する。

図９は参考例の個人認証システムの要部構成を模式的に示す説明図である。なお、参考例の個人認証システム６０は、演算処理部を除いて、変形例１の個人認証システム４０と同様の構成を備えている。

個人認証システム６０は、認証対象者の指２の静脈パターンを取得するための静脈画像取得装置６１と、静脈画像取得装置６１に接続されているデータベース装置６２を有している。静脈画像取得装置６１は、認証対象者の指２を当該指２の腹２ａの側の異なる３方向から撮像して静脈画像を取得する撮像装置６３を備えている。データベース装置６２は、静脈画像をデータベース化するデータベース生成部６４と、静脈画像に基づいて個人認証を行う認証部６５を備えている。

撮像装置６３は、静脈画像によって個人認証を行う認証対象者の指２を腹２ａを載せる指載置面７０と、この指載置面７０に載せた指２に照明光を照射する照明部７１と、指２を透過した照明光による像を指載置面７０と直交（所定の角度）する垂直方向（第１方向）の下方から撮像する撮像部７２を備えている。照明部７１と撮像部７２は垂直方向Ｘ１で指載置面７０を挟んで上下に配置されている。照明部７１の光源は波長が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線を放射するＬＥＤである。撮像部７２は撮像素子としてＣＣＤイメージセンサ７４を搭載している。また、撮像部７２は指２を透過した照明光による像をＣＣＤイメージセンサ７４のセンサ面７４ａに結像させるための結像レンズ７５を備えている。

また、撮像装置６３は、第１反射鏡７６および第２反射鏡７７を備えている。第１反射鏡７６と第２反射鏡７７とは、指載置面７０の両側に配置されている。また、第１反射鏡７６および第２反射鏡７７のそれぞれは、内側を向いて撮像部７２に向って傾けられている。第１反射鏡７６と第２反射鏡は反対側に同一の角度で傾いて指載置面７０と交差している。これにより、撮像部７２からは、第１反射鏡７６を介して垂直方向Ｘ１とは指２の軸線Ｌ１回りで異なる第２方向Ｘ２からの指２の鏡像が見え、第２反射鏡７７を介して垂直方向Ｘ１および第２方向Ｘ２とは指２の軸線Ｌ１回りで異なる第３方向Ｘ３からの指２の鏡像が見える。第２方向Ｘ２は、基準となっている撮影方向（垂直方向Ｘ１）を指載置面７０に載せた指２の軸線Ｌ１回りに一方の側に１８０°未満の角度で回転した方向であり、第３方向Ｘ３は、基準となっている撮影方向（垂直方向Ｘ１）を指２の軸線Ｌ１回りに他方の側に１８０°未満の角度で回転した方向である。

撮像部７２は、垂直方向Ｘ１と直交するセンサ面７４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された第１平面投影画像Ｇ１１を取得する。また、撮像部７２は、第１反射鏡７６を介して、静脈１３の影１３ａを第２方向Ｘ２から撮像して、センサ面７４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された第２平面投影画像Ｇ１２を取得する。さらに、撮像部７２は、第２反射鏡７７を介して、静脈１３の影１３ａを第３方向Ｘ３から撮像して、センサ面７４ａ上に静脈１３の影１３ａが投影された第３平面投影画像Ｇ１３を取得する。これら第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３の取得は１回の撮像によって行われる。これにより取得される第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３は、図７に示す変形例１の個人認証システム６０の撮像装置６３によって取得される第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３と同一である。

本例では、静脈画像取得装置６１は、撮像装置６３によって取得された第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３を、そのまま、認証用の静脈画像として取得する。

データベース装置６２のデータベース生成部６４は、静脈画像取得装置６１において取得された認証用の静脈画像（第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３）を認証対象者の名前などの個人情報と関連付けてデータベース８０に記憶保持する。また、データベース装置６２の認証部６５は、静脈画像として取得された第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３と、データベース８０に静脈画像として記憶保持されている第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３のパターンマッチングを行い、認証対象者を認証する。認証部６５は、データベース８０に記憶保持されている第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３と、静脈画像取得装置６１によって取得された第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３のパターン一致の割合によって、個人を認証するか否かを判断する。

本例では、反射鏡を備えることによって、認証対象者の指２を当該指２の腹２ａの側の異なる３方向から撮像した第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３を１つの撮像部７２によって取得することが可能となっている。従って、複数の撮像部７２を用いて異なる方向から認証対象者の指２の腹２ａを撮影する従来の静脈画像取得装置と比較して、装置の製造コストを抑えることができる。

また、これらの３枚の第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３は、垂直方向Ｘ１を中心として指２の軸線Ｌ１回りの両方向に９０°を超える角度範囲を撮像したものである。従って、これら第１平面投影画像Ｇ１１、第２平面投影画像Ｇ１２および第３平面投影画像Ｇ１３を静脈画像として認証を行えば、一方向のみから撮影した１枚の平面投影画像を用いて認証を行う場合と比較して、認証精度を高めることできる。すなわち、指２の腹２ａの向きが予め設定した撮像方向（垂直方向）を向いておらず指２の軸線Ｌ１の回りに回動している場合であっても、指２の腹２ａの側の異なる方向から撮像して得られた複数枚の平面投影画像を基いて認証を行うことができるので、認証精度を高めることができる。

なお、参考例では、反射鏡として第１反射鏡７６および第２反射鏡７７の２枚を備えているが、第１反射鏡および第２反射鏡のいずれか一方のみを備えるものとして、静脈画像取得装置６１が第１平面投影画像Ｇ１１と第２平面投影画像Ｇ１２、或いは、第１平面投影画像Ｇ１１と第３平面投影画像Ｇ１３を取得するように構成してもよい。また、３枚以上の反射鏡を配置することによって、静脈画像取得装置６１が３枚以上の平面投影画像を取得するように構成してもよい。さらに、撮像部７２によって取得された第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３を画像処理して繋げたものを認証用の静脈画像とすることもできる。この場合には、例えば、第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３において重複している部分を重ね合わせた状態で各第１〜第３平面投影画像Ｇ１１〜Ｇ１３を連結する画像処理を行うことができる。

１・４０・５０・個人認証システム、２・指、２ａ・腹、２ｂ・表面、３・静脈画像取得装置、４・データベース装置、５・撮像装置、６・演算処理部、７・データベース生成部、８・認証部、１０・指載置面、１１・照明部、１２・撮像部、１３・静脈、１３ａ・影、１４・ＣＣＤイメージセンサ、１４ａ・センサ面、１５・結像レンズ、１６・表面形状設定部、１７・画像処理部、１８・第１画像処理部、１９・第２画像処理部、２５・円筒、２５ａ・表面、２６・棒状部材、２６ａ・影、２８・ＣＣＤイメージセンサ、３０・データベース、４０・個人認証システム、４１・第１反射鏡、４２・第２反射鏡、５０・個人認証システム、５１・パターン投射部、５２・パターン投射画像取得部、５３・表面形状取得部、５４・光源、５５・フォトマスク、５６・投射用レンズ、Ｄ１・Ｄ２・間隔、Ｇ１・平面投影画像、Ｇ１１・第１平面投影画像、Ｇ１２・第２平面投影画像、Ｇ１３・第３平面投影画像、Ｇ２・立体表面投影画像、Ｇ３・平面展開投影画像、Ｌ・距離、Ｌ１・指の軸線、Ｌ２・光軸、Ｏ１・円筒面の中心軸線、Ｏ２・軸線、Ｏ３・円筒の中心軸線、Ｒ・円筒面の曲率半径、Ｓ１・円筒面、Ｓ２・基準面、Ｓ３・基準面、Ｘ０・所定方向、Ｘ１・垂直方向（第１方向）、Ｘ２・第２方向、Ｘ３・第３方向、６０・個人認証システム、６１・静脈画像取得装置、６２・データベース装置、６３・撮像装置、６４・データベース生成部、６５・認証部、７０・指載置面、７１・照明部、７２・撮像部、７４・ＣＣＤイメージセンサ、７４ａ・センサ面、７５・結像レンズ、７６・第１反射鏡、７７・第２反射鏡、８０・データベース

Claims (8)

1. 認証対象者の指の腹を載せる指載置面と、
   前記指載置面に載った前記指に照明光を当てる照明部と、
   前記照明光が前記指内で拡散して生ずる拡散光によって、前記指の内部から当該指の腹の表面に投影される静脈の影を、前記指載置面に対して所定の第１角度をなす第１方向から撮像して、当該第１方向と直交する平坦な撮像面上に前記静脈の影が投影された第１平面投影画像を取得する撮像部と、
   前記撮像部によって撮像された前記指の腹側の表面を所定形状の立体表面に設定する表面形状設定部と、
   前記第１平面投影画像を画像処理して、前記第１方向から前記平面投影画像を前記立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像を生成する第１画像処理部と、
   前記立体表面投影画像を画像処理して、前記第１平面投影画像が投射された前記立体表面を平面となるように広げた場合に得られる平面展開投影画像を、認証用の静脈画像として生成する第２画像処理部とを有していることを特徴とする静脈画像取得装置。
2. 請求項１において、
   前記表面形状設定部は、
   前記第１平面投影画像上の指投影画像部分から、前記指の幅寸法および幅方向の中心位置を算出し、前記指の腹側の表面を、前記幅寸法を直径とし、前記中心位置を中心軸とする円筒面に設定することを特徴とする静脈画像取得装置。
3. 請求項１において、
   前記表面形状設定部は、
   光源とフォトマスクを備え、所定のパターンを前記指に投射するパターン投射部と、前記パターンが投射された前記指を前記撮像部に撮像させてパターン投射画像データを得るパターン投射画像データ取得部と、
   前記パターン投射画像データに基づいて、前記指の腹側の表面をモアレ法、光切断法、または、空間コード化法によって算出し、算出立体表面として取得する表面形状取得部を備えており、
   前記指の腹側の表面を、前記算出立体表面に設定することを特徴とする静脈画像取得装置。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれかの項において、
   第１反射鏡を有し、
   前記撮像部は、前記第１反射鏡を介して、前記静脈の影を、前記指載置面に載った前記指の軸線回りで前記第１方向とは異なる第２方向から撮像して、前記撮像面上に前記静脈の影が投影された第２平面投影画像を取得し、
   前記第１画像処理部は、前記第１平面投影画像および前記第２平面投影画像を画像処理して、前記第１方向から前記第１平面投影画像を前記立体表面に投影し、且つ、前記第２方向から前記第２平面投影画像を前記立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像を生成することを特徴とする静脈画像取得装置。
5. 請求項４において、
   第２反射鏡を有し、
   前記撮像部は、前記第２反射鏡を介して、前記静脈の影を、前記指載置面に載った前記指の軸線回りで前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向から撮像して、前記撮像面上に前記静脈の影が投影された第３平面投影画像を取得し、
   前記第１画像処理部は、前記第１平面投影画像、前記第２平面投影画像および前記第３平面投影画像を画像処理して、前記第１方向から前記第１平面投影画像を前記立体表面に投影し、且つ、前記第２方向から前記第２平面投影画像を前記立体表面に投影し、且つ、前記第３方向から前記第３平面投影画像を前記立体表面に投影した場合に得られる立体表面投影画像を生成し、
   前記第２方向は、前記第１方向を前記指載置面に載せた前記指の軸線回りに一方の側に１８０°未満の角度で回転させた方向であり、前記第３方向は、前記第１方向を前記指の軸線回りに他方の側に１８０°未満の角度で回転させた方向であることを特徴とする静脈画像取得装置。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記照明光は、波長が７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外線であることを特徴とする静脈画像取得装置。
7. 請求項１ないし６に記載の静脈画像取得装置と、
   前記静脈画像取得装置によって前記静脈画像として取得された前記平面展開投影画像を、前記認証対象者の名前などの個人情報と関連付けてデータベースに記憶保持するデータベース生成部を備えている認証情報蓄積システム。
8. 請求項７に記載の認証情報蓄積システムと、
   前記静脈画像取得装置によって前記平面展開投影画像が前記静脈画像として取得されると、取得された前記静脈画像と前記認証情報蓄積システムの前記データベースに記憶保持されている前記平面展開投影画像とのパターンマッチングを行い、前記認証対象者を認証する認証部とを有することを特徴とする個人認証システム。

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