JP2016029579A - 生体撮像装置、及び生体撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源を切り替えることなく指の血管と指紋の画像を同時に撮像することができる生体撮像装置、及び生体撮像方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、生体の第１の部位に平行光を照射する照射部と、前記第１の部位と、前記第１の部位とつながる第２の部位とを撮像する撮像部とを有する生体撮像装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は生体撮像装置、及び生体撮像方法に関する。

指の撮像画像を用いて個人を認証する生体認証技術は、指紋等の表皮の紋様や血管のパターンを、予め登録された情報と照合する方式として知られている。

このような生体認証技術の一例が特許文献１に記載されている。

図１０は、特許文献１の発明のブロック図である。

特許文献１の発明では、指の血管パターンを利用した個人認証を行う場合、認証対象である指を、赤外光源３１０、３２０と赤外線透過フィルタ３４０との間に置く。マイコン３７０により駆動回路３６０を駆動して赤外光源３１０を点灯させると、赤外光は血液のヘモグロビンで吸収されるため、レンズ３４０を介してイメージセンサ３５０上に血管パターンが結像される。なお、赤外線透過フィルタ３３０は血管パターンを得るのにノイズとなる可視光をカットし、血管パターンが含まれる赤外光のみを透過させる特性を持っている。一方、指紋パターンを利用した個人認証を行う場合、認証対象である指を指の血管パターンを利用した個人認証と同じ位置に置く。赤外光源３１０を消灯させておくと、指の表面が、レンズ３４０を介してイメージセンサ３５０に結像される。イメージセンサ３５０により撮像した血管パターン、または、指紋パターンは光電変換されて電気信号となり、マイコン３７０に取り込まれる。尚、赤外光源３２０は、指紋パターンを得るのに十分な明るさを得る目的で点灯される。

このように特許文献１の発明は、照射する光源を切替えて血管と指紋とを別々に、ひとつの撮像手段で撮像する個人認証装置である。

また、特許文献２には、指内部に赤外光を入射し、その散乱光を用いて指の指紋画像及び血管画像を撮像する撮像部を有する生体画像入力装置が開示されている。この生体画像入力装置は、撮像部の光入射側に、ファイバープレートとその厚さより厚い透明板とを並置してなる窓材を有し、窓材のファイバープレート側に指先部の指紋が接するようにして、窓材のファイバープレート側を介して指紋画像を撮像すると共に、窓材の透明板側を介して血管画像を撮像するように構成されている。

特開２００４−２３４０４０号公報 特開２００９−６９９８１号公報

しかしながら、上述した特許文献に開示された発明は、以下の課題があった。

まず、特許文献１の発明は、反射光方式より良好なコントラストの血管像が得られるが光源を指の上ないし側面に配置しなければならず装置が大きくなる。また、光源が邪魔して指を置き難くなり操作性が悪くなるという課題があった。

更に、特許文献１の発明は、指紋画像の撮像と血管画像の撮像とを、光源を切替えて別々に行わなければならず、指紋画像の撮像と血管画像の撮像とを一度に行うことができず、認証のための情報を得るのに時間がかかるという課題があった。

また、特許文献２の発明は、指をプレートや透明板に接触させて指紋と血管を読み取る構造になっており、接触させることにより、血管が圧迫されて血が逃げてしまい血管画像が得にくいという課題があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑みて発明されたものであって、その目的は、光源を切り替えることなく指の血管と指紋の画像を同時に撮像することができる生体撮像装置、及び生体撮像方法を提供することにある。

上記課題を解決する本発明は、生体の第１の部位に光を照射する照射部と、前記照射部で照射されて前記第１の部位で反射した反射光と、前記生体の第２の部位の内部で伝播して放射される放射光とで、前記第１の部位と前記第２の部位の生体照合用画像を撮像する撮像部とを備え、少なくとも前記第２の部位はいずれの部材とも接触しない、生体撮像装置である。

上記課題を解決する本発明は、生体の第１の部位に光を照射し、前記照射されて前記第１の部位で反射した反射光と、前記生体の第２の部位の内部で伝播して放射される放射光とで、前記第１の部位と前記第２の部位の生体照合用画像を撮像し、少なくとも前記第２の部位はいずれの部材とも接触しない、生体撮像方法である。

本発明によれば、光源を切り替えることなく指の血管と指紋の画像を同時に撮像することができる。

図１は本実施の形態における個人認証装置のブロック図である。 図２は第１の実施の形態における指紋及び血管の撮像及び照合の動作フローチャートである。 図３は実施例１の生体撮像装置の斜視図である。 図４は実施例１を説明する為の図である。 図５は生体撮像装置の縦断面図である。 図６は実施例１の生体撮像装置よって撮像された指紋画像と血管画像との一例を示す図である。 図７は実施例１の生体撮像装置よって撮像された指紋画像を画像処理した一例を示した図である。 図８は実施例１の生体撮像装置よって撮像された血管画像を画像処理した一例を示した図である。 図９は他の実施の形態における個人認証装置のブロック図である。 図１０は本発明に関連する技術を説明する為の図である。

本発明の実施の形態を説明する。

本発明の実施の形態は、本発明の生体撮像装置を、生体、例えば人間の指の指紋、血管を撮像し、個人認証装置に適用した例を示す。

図１は、本実施の形態における個人認証装置のブロック図である。図１に示される如く、第１の実施の形態における個人認証装置は、スポット光発生光源１と、撮像部２と、撮像制御部３と、画像処理部４と、照合部５と、表示部６とを有する。

スポット光発生光源１は、指ＦＧと接触しない位置に設置され、指ＦＧの遠位指節間関節（第一関節）と指先端との間の指紋部位全体を概均一な輝度で、指紋部位に対してスポット的に平行光を照射する。ここで、平行光とは、指紋部位（指紋部位の表面）に対して、ほぼ同じ角度で均一にあたる光をいう。また、スポット光発生光源１は、好ましくは、指ＦＧの皮膚表面の凹凸である指紋を撮像するために、なるべく皮膚表面の凹凸による影ができた方が望ましいため、一方向から照射を行う。

スポット光発生光源１のスポット光は人間の骨以外の体組織を透過しやすいとして知られている波長１０００から６００ｎｍ付近の波長成分であることが好ましく、スポット光発生光源は、例えば、ハロゲンランプや、キセノンランプとレンズ、あるいはレンズが付属した該当波長内の発光特性を持つＬＥＤなどで構成される。

撮像部２は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサおよび制御系、イメージセンサに指の指紋画像と血管画像とを結像するレンズ光学系などで構成される。ここで、撮像部２は、指ＦＧの遠位指節間関節（第一関節）と指先端との間の指紋部位へのスポット光発生光源１からの照射光による反射光を主として、指ＦＧの遠位指節間関節（第一関節）と指先端との間の指紋部位の指紋を撮像し、スポット光発生光源１から指紋部位に照射された光が指ＦＧ内部で散乱して伝播し、遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間の表皮からもれ出る（放射される）散乱光によって血管像を撮像する。尚、指紋画像と血管画像とは同時に、撮像部２により撮像される。尚、撮像部２は、スポット光発生光源１と同様に、指ＦＧと接触しない位置に設置される。

撮像制御部３は、撮像部２の撮像を制御するとともに撮像部２の信号をデータ化し、画像処理部４に指紋画像と血管画像とを送る。

画像処理部４は、撮像制御部３から取得した指紋の画像データから指紋の中心を抽出し、指ＦＧの外形から指の中心のずれを測定する。そして、指の回転量を検出してその回転量によって表示部６に指の正しい位置修正情報を表示し、認証を受ける被認証者に指の正しい位置修正を促す。更に、画像処理部４は、指ＦＧが正しい位置に修正されて撮像部２により撮像された画像データから、指紋及び指血管の画像特徴を抽出し、抽出された画像特徴データを照合部５に出力する。

照合部５は、被認証者の指紋及び指血管の画像特徴が記憶されており、記憶されている被認証者の指紋及び指血管の画像特徴と画像処理部４からの指紋及び指血管の画像特徴とを照合し、認証を行う。

尚、画像処理部４又は照合部５において、被認証者の指をあらかじめ回転させて登録しておいた複数の参照データ（指紋及び指血管の画像特徴）を記録しておき、画像処理部４で抽出された指紋及び指血管の画像特徴と近似した回転量のものを選び出し、その指紋及び指血管の画像特徴と照合を行うようにしても良い。

次に、第１の実施の形態における指紋及び血管の撮像及び照合の動作を説明する。

図２は第１の実施の形態における指紋及び血管の撮像及び照合の動作フローチャートである。

まず、スポット光発生光源１は、指ＦＧの遠位指節間関節（第一関節）より上の指紋部位全体に対して、均一な輝度で、スポット的に平行光を照射する（Ｓｔｅｐ １００）。

撮像部２は、撮像制御部３により、指ＦＧの近位指節間関節（第二関節）より指先までの指紋、血管を含む部分を撮像する（Ｓｔｅｐ １０１）。ここで、指ＦＧの遠位指節間関節（第一関節）と指先端との間の指紋部位は、照射光による反射光を主として撮像される。一方、指ＦＧの遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間および関節付近の皮膚直下には比較的太い血管が存在する。この部位にはスポット光発生光源１によって指紋部位に照射された光が指内にて散乱して指内を伝播し表皮より放射され、血管像が撮像される。尚、指紋画像と血管画像とは同時に撮像される。

撮像制御部３は、撮像部２の信号をデータ化し、画像処理部４に指紋画像と血管画像とを出力する（Ｓｔｅｐ １０２）。

画像処理部４は、指紋の中心を抽出し、指の回転量によって、被認証者の指ＦＧが照合に適した位置で撮像されたかを判定する（Ｓｔｅｐ １０３）。

被認証者の指ＦＧが照合に適した正しい位置に置かれていない場合、画像処理部４は、表示部６に被認証者に指の正しい位置補正を促す。例えば、あらかじめ被認証者に表示する「指を傾けないでください。」、「右に傾けてください。」、「左に傾けてください。」などのガイダンスの画像を複数登録しておき、指の回転量によって適切なガイダンスの画像を表示する（Ｓｔｅｐ １０４）。

画像処理部４は、指ＦＧが正しい位置に修正されて撮像２により撮像された画像データから指紋及び指血管の画像特徴を抽出し、抽出された画像特徴データを照合部５に出力する（Ｓｔｅｐ １０５）。

照合部５は、画像処理部４からの指紋及び指血管の画像特徴に基づいて、照合を行う（Ｓｔｅｐ １０６）。

以上説明したように、第１の実施の形態は、以下に記載するような効果を奏する。

第１の実施の形態では、指の指紋部位にスポット的に平行光を照射して、指紋部位から指内部で散乱して伝播し、遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間の表皮からもれ出る（放射される）散乱光による血管像と、指の指紋部位にスポット的に平行光による指紋像とを一つの撮像部によって同時に撮像しているので、簡単な構造で短時間に照合処理（個人認証）ができることである。

また、指紋部位にスポット的に照射される平行光によって、指紋の凹凸により影が出来やすく、散乱光より良好なコントラストの指紋画像が得られる。

更に、第１の実施の形態では、同時に撮像した指紋画像から指紋中心を求め、それによって指の傾き（回転）量を検出し被験者に指の傾きの補正をうながすガイダンスを示して再撮像、あるいはあらかじめ回転させて登録しておいた参照データと照合しているので、より高い精度で個人認証できることである。

次に、第１の実施の形態に対応する具体的な実施例１を説明する。

図３は実施例１の生体撮像装置の斜視図である。

実施例１の生体撮像装置は、図３に示すように、生体撮像装置の内部に設けられた撮像部２を設け、この撮像部２に対して指の指紋および指血管パターンの撮像領域を撮影に適した位置に導く指先ガイド１０２と、指根ガイド１０３とが撮像部２の上部に設けられた構成となっている。尚、利用者（被認証者）の指のうち、少なくとも撮像対象となる指紋部位及び遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間の表皮部位が圧迫されないよう、いずれの部材とも接触しないように、それらの部位に対応する部分は開口されている。

ここで、指の撮影を行うにあたっては、指先ガイド１０２に利用者（被認証者）の指の先端が置かれると共に、指根ガイド１０３には当該指の根元（指根部）が置かれることにより、利用者の指が、撮像部２による撮像に適した位置に導かれる。

指先ガイド１０２および指根ガイド１０３は、利用者の指の指紋および血管パターンを撮像手段１０４で撮像する場合に、図４に示すように、指の先端が指先ガイド１０２に、そして同じ指の根元が指根ガイド１０３に置かれることにより、指の撮影領域が撮像可能な位置にガイドされる。

ここで、生体撮像装置の撮像部２を含む縦断面図を図５に示す。尚、説明の便宜のため、外部に設けられた撮像制御部３、画像処理部４、照合部５、表示部６も記載している。

スポット光発生光源１は、上述したように、指ＦＧと非接触に設置され、利用者の指の遠位指節間関節（第一関節）と指先端との間の指紋部位全体を概均一な輝度で、指紋部位に対してスポット的に平行光を、一方向から照射することができる位置に設けられている。

また、実施例１の生体撮像装置は、血管が圧迫されて血が逃げてしまわないために、利用者（被認証者）の指の撮像対象となる部位、すなわち、指紋部位、及び遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間の部位（指血管の画像を撮像する部位）が、いずれのものとも非接触の状態を保つように、指紋部位、及び遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間の部位（指血管の画像を撮像する部位）に対応する部分が開口されている。

実施例１の生体撮像装置により、利用者（被認証者）の指紋及び血管パターンを撮像した一例を図６に示す。

図６に示されるように、指の指紋部位にスポット的に平行光を照射することにより、指の指紋部位の表面で反射した反射光による指紋画像と、その照射光が指内部で伝播して放射される放射光による血管画像とが、一つの撮像部によって同時に撮像されているのがわかる。

また、図７、８は、図６に示される生体撮像画像に対して、ノイズ除去、周波数フィルターによる画像強調、利得調整による画像強調などの画像処理を行った指紋画像及び血管画像を示したものである。

図７で示した画像処理後の指紋画像が示すように、指紋部位にスポット的に照射される平行光によって、指紋の凹凸により影が出来やすく、散乱光より良好なコントラストの指紋画像が得られることがわかる。また、図８で示した画像処理後の血管画像が示すように、遠位指節間関節（第一関節）と近位指節間関節（第二関節）との間の表皮からもれ出る（放射される）散乱光により、血管パターンが明瞭な画像を得られることがわかる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

本発明の他の実施の形態として、その基本的構成は上述した実施の形態の通りであるが、より安定した血管画像を撮像するために光源についてさらに工夫している。その構成を図９に示す。

他の実施の形態では、上述した実施の形態に加えて、補助光源１０を設けたことを特徴とする。補助光源１０は、指ＦＧの近位指節間関節（第二関節）の指ＦＧの根元側の近傍に設置され、光を指の内部に照射する。

指先のスポット光発生光源１のみからでも第一関節と第二関節の間から散乱光は観測できるが指の根元側が暗くなる問題があり、この補助光源によって改善できる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１） 生体の第１の部位に平行光を照射する照射部と、
前記第１の部位と、前記第１の部位とつながる第２の部位とを撮像する撮像部と
を有する生体撮像装置。

（付記２） 第１の部位が、遠位指節間関節と指先端との間の指紋部位であり、
第２の部位が、近位指節間関節と遠位指節間関節との間の部位である
付記１に記載の生体撮像装置。

（付記３） 前記照射部は、６００ｎｍから１０００ｎｍの波長を含む光を照射する
付記１又は付記２に記載の生体撮像装置。

（付記４） 前記第１の部位と前記第２の部位とは、いずれの部材とも接触しない位置に保持される
付記１から付記３のいずれかに記載の生体撮像装置。

（付記５） 前記撮像装置は、前記照射部で照射されて前記第１の部位の表面で反射した反射光と、前記照射部で照射されて前記第２の部位の内部で伝播して放射される放射光とで、前記第１の部位と前記第２の部位とを撮像する
付記１から付記４のいずれかに記載の生体撮像装置。

（付記６） 前記第１の部位と反対側の前記第２の部位と連続する第３の部位に光を照射する第２の照射部を有する
付記１から付記５のいずれかに記載の生体撮像装置。

（付記７） 生体の第１の部位に平行光を照射し、
前記第１の部位と、前記第１の部位とつながる第２の部位とを、同時に撮像する
生体撮像方法。

（付記８） 第１の部位が、遠位指節間関節と指先端との間の指紋部位であり、
第２の部位が、近位指節間関節と遠位指節間関節との間の部位である
付記７に記載の生体撮像方法。

（付記９） 前記平行光の波長は、６００ｎｍから１０００ｎｍの波長である
付記７又は付記８に記載の生体撮像方法。

（付記１０） 前記第１の部位と前記第２の部位とは、いずれの部材とも接触しない位置で撮像される
付記７から付記９のいずれかに記載の生体撮像方法。

（付記１１） 平行光を照射されて前記第１の部位の表面で反射した反射光と、平行光を照射されて前記第２の部位の内部で伝播して放射される放射光とで、前記第１の部位と前記第２の部位とを撮像する
付記７から付記１０のいずれかに記載の生体撮像方法。

（付記１２） 更に、前記第１の部位と反対側の前記第２の部位と連続する第３の部位に光を照射する
付記７から付記１１のいずれかに記載の生体撮像方法。

（付記１３） 少なくとも、指の遠位指節間関節と前記指の先端との間の指紋部位と、前記指の近位指節間関節と前記指の遠位指節間関節との間の血管部位とがいずれの部材とも接触されない状態で前記指を保持する保持手段と、
保持される指の下方に設置され、前記指紋部位に平行光を照射する照射部と、
保持される指の下方に設置され、前記照射された光により、少なくとも前記指紋部位と前記血管部位とを同時に撮像する撮像部と
を有する生体撮像装置。

（付記１４） 前記照射部は、６００ｎｍから１０００ｎｍの波長を含む光を照射する
付記１３に記載の生体撮像装置。

以上好ましい実施の形態及び実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形し実施することが出来る。

１ スポット光発生光源
２ 撮像部
３ 撮像制御部
４ 画像処理部
５ 照合部
６ 表示部

Claims (9)

1. 生体の第１の部位に光を照射する照射部と、
   前記照射部で照射されて前記第１の部位で反射した反射光と、前記生体の第２の部位の内部で伝播して放射される放射光とで、前記第１の部位と前記第２の部位の生体照合用画像を撮像する撮像部とを備え、
   少なくとも前記第２の部位はいずれの部材とも接触しない、
   生体撮像装置。
2. 前記生体を保持する指先ガイドと指根ガイドを備えた
   請求項１に記載の生体撮像装置。
3. 第１の部位が、遠位指節間関節と指先端との間の指紋部位であり、
   第２の部位が、近位指節間関節と遠位指節間関節との間の部位である
   請求項１又は請求項２に記載の生体撮像装置。
4. 前記照射部は、６００ｎｍから１０００ｎｍの波長を含む光を照射する
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体撮像装置。
5. 前記第１の部位と反対側の前記第２の部位と連続する第３の部位に光を照射する第２の照射部を有する
   請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の生体撮像装置。
6. 前記照射部は、前記第２の部位の内、前記撮像部が撮像する放射光が放射される部位には前記光を照射しない、
   請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の生体撮像装置。
7. 生体の第１の部位に光を照射し、
   前記照射されて前記第１の部位で反射した反射光と、前記生体の第２の部位の内部で伝播して放射される放射光とで、前記第１の部位と前記第２の部位の生体照合用画像を撮像し、
   少なくとも前記第２の部位はいずれの部材とも接触しない、
   生体撮像方法。
8. 第１の部位が、遠位指節間関節と指先端との間の指紋部位であり、
   第２の部位が、近位指節間関節と遠位指節間関節との間の部位である
   請求項７に記載の生体撮像方法。
9. 前記光は、前記第２の部位の内、前記撮像部が撮像する放射光が放射される部位を照射しない、
   請求項７又は請求項８に記載の生体撮像方法。