JP2015014909A - 生体認証装置、情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
生体認証装置における認証処理において、撮像した複数の生体画像を用いて生体の汚れや表皮のシワ等の不要情報を画像から除去する際、誤った静脈情報の除去により、認証率が低下してしまうことがある。
【解決手段】
ピントの位置が異なる生体画像を複数撮像し、一の生体画像に生体の汚れや表皮のシワ等の不要情報が存在するか否かを判定し、シワや汚れ等の不要情報が存在すると判定した場合、他の生体画像を使用して生体認証を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、生体認証装置に関する。

本人確認を行う生体認証技術として、静脈や指紋を利用した認証技術が数多く開発されている。
しかし、生体認証技術を実現する生体認証装置では、測定条件及び測定環境が影響し、認証率が低下してしまうという問題がある。
特許文献１には、赤外光及び可視光の２種類の光源を用いて夫々の光源で撮像した画像を取得し、それらの画像の差分から生体の汚れや表皮のシワ等の不要情報を除去して生体認証を行う技術が開示されている。

特開２００６−３１２０６４号公報

しかし、特許文献１に開示された技術では、赤外光による画像と可視光による画像の差分を取得する際に、生体の汚れやシワ等の不要情報と重なって映る静脈情報を誤って除去してしまうことがあり、認証率が低下することがある。

生体の撮像対象部位について画像を撮像する第１の撮像部と、第１の撮像部に、撮像対象部位の表面についての特徴量情報を生成するための第１画像と、第１画像よりも第１の撮像部に対して長い焦点距離で撮像され、撮像対象部位の静脈についての情報を生成するための第２画像とを撮像することを指示し、第１画像から特徴量情報を求め、特徴量情報と所定の閾値とを比較した結果に応じて、第２画像から生成した静脈についての情報を用いて生体認証を行う制御部と、を有することを特徴とする。

認証率の低下や誤照合の要因となる生体の汚れや表皮のシワ等の不要情報の影響を受けることなく、利便性の高い生体認証装置を実現する。

生体認証装置の構成図 生体認証装置の配置図 生体認証装置の配置図 第１のピント位置で撮像した生体画像の一例 第２のピント位置で撮像した生体画像の一例 登録処理フロー図 認証処理フロー図 表皮のシワの少ない生体画像の一例及び該生体画像の所定部位を周波数変換して得た輝度曲線 表皮のシワの多い生体画像の一例及び該生体画像の所定部位を周波数変換して得た輝度曲線 生体認証装置の配置図 認証処理フロー図 認証処理フロー図 第１のピント位置で撮像した生体画像の一例及び該生体画像を用いて抽出した血管パターン 第２のピント位置で撮像した生体画像の一例及び該生体画像を用いて抽出した血管パターン

[第１の実施形態]
本発明を適用した生体認証装置１００の第１の実施形態について、図を用いて詳細に説明する。
図１は、生体認証装置１００の構成図を示す。生体認証装置１００は、撮像部１０１、ピント機構部１０２、光源部１０４、通信部１０６及び制御部１１０によって構成される。
生体認証装置１００は、通信部１０６を介して、上位端末装置１５０と接続される。
制御部１１０は、生体認証装置１００の各部の制御を行う。具体的には、制御部１１０は、生体情報の登録処理において、光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を通常の生体の撮像に好適な第１のピント位置に調整して、撮像部１０１に撮像を指示する。ここで、ピント位置とは、撮像部１０１の焦点距離をいう。そして、取得した生体画像から生体の表皮のシワの検出をし、シワの少ない好適な生体画像が取得できた場合、本人認証時の認証情報となる血管パターンを抽出し、抽出された血管パターンを登録データとして登録する。

さらに、制御部１１０は、生体情報の認証処理において、シワの少ない生体画像が取得された場合、そのまま生体画像を用いて照合用の血管パターンを抽出する。シワが有る生体画像が取得された場合、ピント機構部１０２により、シワの影響を軽減する第２のピント位置に調整した上で再度生体画像を撮像して照合用の血管パターンを抽出する。そして、抽出された血管パターンとあらかじめ登録した生体登録データとを照合して一致度を算出し、算出した一致度が所定の閾値を超えるか否かによって本人認証を実施する。また、認証結果を通信部１０６を介して上位端末装置１５０へ出力する。

撮像部１０１は、被検体の静脈を撮像する赤外線カメラであり、例えば、ＣＣＤカメラ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラを用いることができる。
ピント機構部１０２は、撮像部１０１のピントを調節して制御する機能部である。
光源部１０４は、近赤外線を発光する発光ダイオードを用いることができる。
通信部１０６は、生体認証装置１００と上位端末装置１５０との通信を行う機能部である。
上位端末装置１５０は、ＰＣやＡＴＭ（現金自動預払機）等であり、本実施形態で行われた認証処理の結果をもとに種々の処理が行われる。また、生体認証装置１００を上位端末装置１５０内に組み込んで用いることもできる。

図２は、生体認証装置１００の各構成部の配置図を示す。光源部１０４は、生体部位２０１の側面から近赤外光を照射し、撮像部１０１は生体部位２０１を撮像し、ピント機構部１０２は撮像部１０１のレンズのピント調整を行うように配置される。

図３は、第１と第２のピント位置及び各ピント位置の生体画像の撮像図のイメージを示したものである。生体の静脈は、生体の表皮から１〜２ｍｍの深さの位置に存在する。また、生体の表面にある表皮は個人差や乾燥の影響によってシワを生じることがある。

生体認証装置１００では、静脈が存在する付近にピントがあうようにピント位置が調整されることで、静脈の撮像に好適な状態となる。図３Ａのように、本実施形態では、生体の表皮から１〜２ｍｍの深さにピントが合うように調整されたピント位置を、第１のピント位置３１１とする。表皮にシワの多い生体部位に対して第１のピント位置３１１で生体画像を撮像した場合、ピント位置が生体の表皮に近いため、生体の表皮のシワが鮮明に撮像されることになる（図３Ｂ）。従って、第１のピント位置３１１で撮像した生体画像から、生体の表皮についての状態を把握できる。

本実施形態では、第１のピント位置３１１と異なり、生体の表皮から４〜５ｍｍの深さにピントが合うように調整されたピント位置を、第２のピント位置３１２として設ける。表皮にシワの多い生体部位に対して、第２のピント位置３１２で生体画像を撮像した場合、ピント位置が生体の表皮から遠ざかることになり、生態の表皮のシワは像がボケるが、静脈の像はボケが少なく撮像される（図３Ｃ）。従って、本実施形態では、第２のピント位置３１２で撮像した生体画像から、登録データと照合して認証に用いることができる画像が取得される。

なお、本実施形態では、第１のピント位置３１１と第２のピント位置３１２の生体の表皮からの距離を、上述の距離に限定するものではなく、第１のピント位置３１１と第２のピント位置３１２が異なるものでありかつ一方のピント位置が、他方のピント位置よりも撮像部１０１に対して奥である（長い）ことを示しているにすぎない。

また、撮像部１０１が、第１のピント位置３１１と第２のピント位置３１２にピントを合わせて撮像する手法は、撮像部１０１が有するレンズの焦点距離を自動で切り替えて撮像する手法及び撮像部１０１が焦点距離の異なるレンズを複数有し、それらのレンズを切り替えて撮像する手法等、種々の手法によって実現される。

図４は、本実施形態における生体認証装置１００を用いた登録処理のフロー図を示す。
まず、Ｓ４０１で、制御部１１０が、生体認証装置１００に生体が置かれているかを検出する。生体が置かれていないと判定した場合（Ｓ４０１：Ｎｏ）、Ｓ４０１を繰返し実行する。生体が置かれていると判定した場合（Ｓ４０１：Ｙｅｓ）、Ｓ４０２へ進む。
次いで、Ｓ４０２で、生体認証装置１００に搭載される光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を第１のピント位置に調整した上で、撮像部１０１を用いて生体画像を取得する。

次いで、Ｓ４０３で、Ｓ４０２で取得した生体画像を用いて、生体の表皮のシワ検知を行う。表皮にシワが有ると判定した場合（Ｓ４０３：Ｙｅｓ）、生体情報の登録に不適であると判断し、登録処理を中止する。シワが無いと判定した場合（Ｓ４０３：Ｎｏ）、Ｓ４０４へ進む。
次いで、Ｓ４０４で、Ｓ４０２で撮像した生体画像を用いて、本人認証時の特徴情報となる血管パターンを抽出する。
そして、Ｓ４０５で、Ｓ４０４で抽出した血管パターンを、本人認証するための照合に適切なデータ形態に変換し、これを生体登録データとして出力する。

図５は、本実施形態における生体認証装置１００の認証処理のフロー図を示す。
まず、Ｓ５０１で、上位端末装置１５０から通信部１０６を介して生体登録データを受け取る。この時、上位端末１５０から渡される生体登録データは、登録処理であらかじめ登録された生体登録データである。
次いで、Ｓ５０２で、生体認証装置１００に生体が置かれたことを検出する。生体が置かれていないと判定した場合（Ｓ５０２：Ｎｏ）、Ｓ５０２を繰返し実行する。生体が置かれるていると判断した場合（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、Ｓ５０３へ進む。
次いで、Ｓ５０３では、生体認証装置１００に搭載される光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、またピント機構部１０２を第１のピント位置に調整した上で、撮像部１０１を用いて生体画像を取得する。
次いで、Ｓ５０４では、Ｓ５０３で取得した生体画像を用いて、生体の表皮のシワ検知を行なう。表皮にシワがあると判定した場合（Ｓ５０４：Ｙｅｓ）、Ｓ５０５で、光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を第２のピント位置に調整して、撮像部１０１で生体画像を再撮像する。表皮にシワがないと判定した場合（Ｓ５０４：Ｎｏ）、Ｓ５０６で、取得された生体画像を用い、本人認証時の特徴情報となる照合用の血管パターンを抽出する。

次いで、Ｓ５０７で、血管パターンの照合処理を行う。照合処理は、あらかじめ登録された生体登録データと、Ｓ５０６で得られた照合用の血管パターンとを用い、パターンのマッチングによる照合を行い一致度を算出して行う。
最後に、Ｓ５０８で、Ｓ５０７で得られた一致度から認証の判定を行い、判定結果を上位端末装置１５０へ出力する。

なお、ここでは、血管パターンの取得方法の代表的な一例を説明する。血管パターンは、生体を透過した光を撮像した生体画像を用いて抽出される。透過光は、血中ヘモグロビンに吸収される波長であるため、血管の有る部分は低い輝度値となり、血管の無い部分は高い輝度値となる。そこで、まず撮像した生体画像から、血管のある低い輝度値の部分だけ取り出すあるいは低い輝度値の部分だけを画像処理によって強調することで、血管画像を取得する。次いで、取得した血管画像を、照合処理に好適なサイズに縮小した上で、２値化処理あるいは３値化処理の画像処理によってコントラストを強調することにより照合処理に用いる血管パターンを取得できる。

図６は、本実施形態におけるシワ検知処理のイメージ図を示す。撮像部１０１によって撮像された生体画像は、上述したように静脈中に含まれるヘモグロビンが近赤外線を吸収する性質を持つため、静脈部分は輝度が低（暗）くなる。一方、静脈が無い部分は赤外線が透過するため輝度が高（明る）くなる。また、表皮にシワがある場合は、皮膚の角質化により赤外線が透過しにくくなるため、シワの部分の輝度が低くなる。図６Ａは、表皮のシワの少ない生体画像及び生体画像の所定の部位を周波数変換して得た輝度曲線を示す。図６Ｂは、表皮のシワの多い生体画像及び生体画像の所定の部位を周波数変換して得た輝度曲線を示す。
図６Ａ及び図６Ｂの輝度曲線に示すように、表皮のシワが多い生体画像では、表皮のシワが少ない生体画像と比較して、輝度の変化の回数が多くなる。そこで、本実施形態では、輝度の変化が生じる輝度変化点が所定の閾値以上である場合、表皮のシワが有ると判断し、輝度変化点が所定の閾値以下である場合、表皮のシワがないものと判定する。

なお、本実施形態では、第１のピント位置と第２のピント位置での撮像を、一の撮像部１０１で実現する例について記載したが、図７に示すように、生体認証装置７００が、第１の撮像部７０３及び第２の撮像部７０４を有し、各々の撮像部が、第１のピント位置と第２のピント位置で撮像して、生体画像を取得するように構成してもよい。複数の撮像部で撮像する場合、撮像部でピント位置を調整する制御が不要になるため、認証時間を低減することができる。

以上のように、本実施形態では、ピントの位置が異なる画像を撮像し、一の生体画像に生体の汚れや表皮のシワ等の不要情報が存在するか否かを判定し、シワや汚れ等の不要情報が存在すると判定した場合、他の生体画像を使用して生体認証を行う。これにより、不要情報の影響による認証率の低下や誤照合の可能性を低減して、認証装置の利便性を向上することができる。

[第２の実施形態]
本発明を適用した生体認証装置１００の第２の実施形態について、図を用いて説明する。
第１の実施形態は、表皮のシワ検知処理後に生体画像の再撮像を行って照合処理を実施する手順であるが、第２の実施形態は、照合処理を実施し認証に失敗した場合、生体画像の再撮像と照合処理を実施する。

図８は、第２の実施形態の認証処理のフローを示す図である。
最初に、Ｓ８０１で、制御部１１０は、上位端末装置１５０から通信部１０６を介して生体登録データを受信する。上位端末装置１５０から受信する生体登録データは、第１の実施形態と同様に登録処理（図４）であらかじめ登録した生体登録データである。
次いで、Ｓ８０２で、生体認証装置１００に生体が置かれたかを検出する。生体が置かれていないと判定している間はＳ８０２を繰返し、生体が置かれると次ステップへ進む。
次いで、Ｓ８０３で、生体認証装置１００に搭載される光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を第１のピント位置に調整して、撮像部１０１を用いて生体画像を撮像する。
次いで、Ｓ８０４で、Ｓ８０３で撮像した生体画像を用いて、本人認証時に用いる照合用の血管パターンを抽出する。

次いで、Ｓ８０５で、血管パターンの照合処理を行う。血管パターンの照合処理は、あらかじめ登録された生体登録データと、Ｓ８０４で得られた照合用の血管パターンとを用い、パターンのマッチングによる照合を行い一致度を算出する。
次いで、Ｓ８０６で、算出した一致度から認証の判定を行い、認証成功（Ｓ８０６：Ｙｅｓ）の場合、Ｓ８１１で上位端末装置１５０が認証結果を出力する。認証失敗（Ｓ８０６：Ｎｏ）の場合、Ｓ８０７で、Ｓ８０３で取得した生体画像を用い、生体の表皮のシワ検知処理を行う。ここで、表皮にシワが無いと判定した場合（Ｓ８０７：Ｎｏ）、Ｓ８１１で上位端末装置１５０が認証結果を出力する。表皮にシワがあると判定した場合（Ｓ８０７：Ｙｅｓ）、Ｓ８０８で生体認証装置１００に搭載される光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を第２のピント位置３１２に調整して、撮像部１０１を用いて生体画像を再撮像する。

次いで、Ｓ８０９で、Ｓ８０８で取得した第２のピント位置３１２で撮像した生体画像を用い、本人認証時の特徴情報となる照合用の血管パターンを抽出する。
次いで、Ｓ８１０で、血管パターンの照合処理を行う。血管パターンの照合処理は、あらかじめ登録された生体登録データと、Ｓ８０９で撮像した照合用の血管パ ターンとを用い、パターンのマッチングによる照合を行い一致度を算出する。
最後に、Ｓ８１１で、判定結果を上位端末装置１５０へ出力する。

以上のように、本実施形態では、第１のピント位置３１１で撮像した画像により認証処理を行い、認証に失敗した場合、第２のピント位置３１２で生体画像を再撮像して照合処理を実施する。これにより、生体の汚れやシワ等が無い認証ケースにおける認証時間を短縮することができる。

[第３の実施形態]
本発明を適用した生体認証装置１００の第３の実施形態について、図を用いて説明する。
第１の実施形態及び第２の実施形態では、シワ検知処理の方法として、撮像した生体画像を周波数解析することでシワの有無を判定する表皮のシワ検知処理の一例を示したが、第３の実施形態では、第１の血管パターン画像と第２の血管パターン画像とを比較することでシワの有無を判定する血管パターンによりシワ検知処理を示す。本実施形態の血管パターン画像は、生体画像の暗部を示す黒画素を抽出して得られた画像である。なお、他の画像処理手法によって得られた画像を血管パターン画像として用いてもよい。

図９は、第３の実施形態における認証処理のフローを示す図である。
最初に、Ｓ９０１で、上位端末装置１５０から通信部１０６を介して生体登録データを受信する。上位端末装置１５０から受信する生体登録データは、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に登録処理であらかじめ登録した生体登録データである。
次いで、Ｓ９０２で、生体認証装置１００に生体が置かれたことを検出する。生体が置かれていないと判定している間はＳ９０２を繰返し、生体が置かれると次ステップＳ９０３へ進む。
次いで、Ｓ９０３で、生体認証装置１００に搭載される光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を第１のピント位置に調整して、撮像部１０１を用いて第１の生体画像を撮像する。
次いで、Ｓ９０４で、Ｓ９０３で撮像した第１の生体画像を用い、本人認証時の特徴情報となる照合用の第１の血管パターンを抽出する。

次いで、Ｓ９０５で、生体認証装置１００に搭載される光源部１０４の光量を生体の撮像に好適な状態に調整し、ピント機構部１０２を第２のピント位置に調整して、撮像部１０１を用いて第２の生体画像を取得する。
次いで、Ｓ９０６で、Ｓ９０５で撮像した第２の生体画像を用い、本人認証時の特徴情報となる照合用の第２の血管パターンを抽出する。

次いで、Ｓ９０７で、第１の血管パターン画像および第２の血管パターン画像を比較することで、生体の表皮のシワの有無を検知する（以下、「血管パターンによるシワ検知処理」という。）。血管パターンによるシワ検知処理の結果、表皮にシワがないと判定した場合（Ｓ９０７：Ｎｏ）、Ｓ９０８で、第１の血管パターンとあらかじめ登録された生体登録データとを用い、パターンマッチングによる照合一致度の算出を行う。表皮にシワがあると判定した場合（Ｓ９０７：Ｙｅｓ）、Ｓ９０９で、第２の血管パターンとあらかじめ登録された生体登録データとを用い、パターンマッチングによる照合一致度の算出を行う。
最後に、Ｓ９１０で、Ｓ９０８あるいはＳ９０９で得られた一致度から認証の判定を行い、判定結果を上位端末装置１５０へ出力する。

以上のように、本実施形態では、第１の血管パターン画像と第２の血管パターン画像とを比較することによりシワの有無の判定を行うことができる。また、通常、血管パターン画像は生体画像よりも画像サイズが小さくなるため、本実施形態の照合処理では、画像処理の計算量が小さくなり、処理速度の向上を図ることができる。

図１０は、血管パターンによるシワ検知処理を例示したものである。
図１０Ａは、第１のピント位置で撮像した第１の生体画像（Ｓ９０３）及び第１の生体画像を用いて抽出した第１の血管パターン（Ｓ９０４）の一例を示す図である。図１０Ｂは、第２のピント位置で撮像した第２の生体画像（Ｓ９０５）及び第２の生体画像を用いて抽出した第２の血管パターン（Ｓ９０６）の一例を示す図である。図１０Ａの第１の血管パターン画像は、ピント位置が生体の表皮に近いため、図１０Ｂの第２の血管パターン画像と比較して、静脈のパターンだけでなくシワのパターンを含んだものとなる。

血管パターンによるシワ検知処理では、第１の血管パターン画像と第２の血管パターン画像とのパターンマッチングを行い、第２の血管パターンが第１の血管パターンの中に全て含まれかつ第１の血管パターンのほうがパターンの画素数が多いとき、シワが有ると判定する。

なお、本実施形態では、第１の血管パターン画像と第２の血管パターン画像とを用いたシワの有無の検知方法はこれらに限られず、生体登録データのパターン画像と比較する方法等、種々の方法で実施することができる。

１００…生体認証装置
１０１…撮像部
１０２…ピント機構部
１０４…光源部
１０６…通信部
１１０…制御部
１５０…上位端末装置
２０１…生体部位
３１１…第１のピント位置
３１２…第２のピント位置
７００…生体認証装置
７０１…生体部位
７０２…光源部
７０３…第１の撮像部
７０４…第２の撮像部

Claims (8)

1. 生体の撮像対象部位について画像を撮像する第１の撮像部と、
   前記第１の撮像部に、前記撮像対象部位の表面についての特徴量情報を生成するための第１画像と、前記第１画像よりも前記第１の撮像部に対して長い焦点距離で撮像され、前記撮像対象部位の静脈についての情報を生成するための第２画像とを撮像することを指示し、前記第１画像から前記特徴量情報を求め、前記特徴量情報と所定の閾値とを比較した結果に応じて、前記第２画像から生成した前記静脈についての情報を用いて生体認証を行う制御部と、
   を有することを特徴とする生体認証装置。
2. 請求項１に記載の生体認証装置であって、
   前記制御部は、
   前記第１画像を用いて第１の認証を行い、
   前記第１の認証で認証に失敗した場合、前記特徴量情報を算出すること
   を特徴とする生体認証装置。
3. 請求項２に記載の生体認証装置であって、
   前記特徴量情報は、
   前記第１画像を周波数変換して得られる輝度情報に基づいて算出されること
   を特徴とする生体認証装置。
4. 請求項２に記載の生体認証装置であって、
   前記制御部は、
   前記第１画像と前記第２画像とを２値化処理することにより、各々第１パターン画像と第２パターン画像とに変換し、
   前記特徴量情報は、
   前記第１パターン画像と前記第２パターン画像との差分であること
   を特徴とする生体認証装置。
5. 請求項２に記載の生体認証装置であって、
   前記生体認証装置は、
   第２の撮像部をさらに有し、
   前記第１の撮像部あるいは前記第２の撮像部のいずれか一方の撮像部が前記第１画像を撮像し、他方の撮像部が前記第２の画像を撮像すること
   を特徴とする生体認証装置。
6. 請求項１に記載の生体認証装置であって、
   前記静脈についての情報は、
   静脈パターン画像であること
   を特徴とする生体認証装置。
7. 請求項２に記載の生体認証装置であって、
   前記輝度情報は、
   前記撮像対象の位置座標に対する輝度曲線であり、
   前記特徴量情報は、
   前記輝度曲線において輝度の変化が生じる輝度変化点の数であること
   を特徴とする生体認証装置。
8. 生体の撮像対象部位について画像を撮像する第１の撮像部と、
   前記第１の撮像部に、前記撮像対象部位の表面についての特徴量情報を生成するための第１画像と、前記第１画像よりも前記第１の撮像部に対して長い焦点距離で撮像され、前記撮像対象部位の静脈についての情報を生成するための第２画像とを撮像することを指示し、前記第１画像から前記特徴量情報を求め、前記特徴量情報と所定の閾値とを比較した結果に応じて、前記第２画像から生成した前記静脈についての情報を用いて生体認証を行う制御部と、
   を有する生体認証装置、
   を有することを特徴とする情報処理装置。

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