JP2017107309A - 指静脈認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スマートフォン等の薄型機器へ適応可能な指静脈画像の撮影方法および制御方法を提供する。
【解決手段】指静脈認証装置は、撮像部と、撮像部と略同一平面上に配置され、撮像部により撮像される指に照射角度が可変な光を照射する照明部と、照明部の照射角度に応じた画像を選択する画像選択部と、画像選択部により選択された画像を用いて認証処理を行う認証処理部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、指静脈認証装置に関する。

従来から、人の指の静脈パターンを生体情報として予め登録し、それと提示された指による静脈パターンの照合処理により個人を認証あるいは特定する指静脈認証装置が知られている。特許文献１では、指静脈認証装置は、人の指に近赤外光を照射するための光源と、静脈パターンを撮影する撮像部と、撮影された静脈パターンと、予め格納されている登録指静脈パターンとを照合し、両者が一致しているか否かを判断する情報処理部を有している。このような従来の指静脈認証装置では、撮像部の光学系として縮小光学系が用いられている。

特許第３９７２７７９号公報

特許文献１に記載の装置では、光源からの光が直接に撮影する指表面を照らしてしまうため、十分なコントラストを得ることができず、鮮明な静脈パターンを抽出することが困難である。

また、指静脈認証装置をスマートフォン、タブレット等の薄型のデジタル機器に搭載しようとした場合に、従来技術では厚みが問題となる。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、小型化及び薄型化が向上された指静脈認証装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、撮像部と、撮像部と略同一平面上に配置され、撮像部により撮像される指に照射角度が可変な光を照射する照明部と、照明部の照射角度に応じた画像を選択する画像選択部と、画像選択部により選択された画像を用いて認証処理を行う認証処理部と、を有する指静脈認証装置を採用する。

指静脈認証装置を小型化、薄型化することができる。

第一の実施例の指静脈認証装置の処理回路を示すブロック図である。 第一の実施例の指静脈認証装置の断面図である。 指静脈認証装置の照明方法の分類を示す図である。 第一の実施例の照明手段の構成例を示す図である。 第一の実施例のもうひとつの照明手段の構成例を示す図である。 第二の実施例の指静脈認証装置の処理回路を示すブロック図である。 第二の実施例の模式図である。 第三の実施例の指静脈認証装置の処理回路を示すブロック図である。 第三の実施例の模式図である。 第四の実施例の指静脈認証装置の処理回路を示すブロック図である。 第四の実施例の模式図である。 第四の表示部の指位置ガイドの表示例である。

本発明の実施形態に係る指静脈認証装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、実施形態１に係る指静脈認証装置の処理回路を示すブロック図、図２は被認証物である指を含めて、本指静脈認証装置の断面図を示すものである。

図１および図２に示すように、実施形態１に係る指静脈認証装置１は、撮像手段１０１と照明手段１０５を備えており、撮像手段１０１は照明手段１０５が照射する近赤外光を受けた被認証物である指２の映像を撮影し、その出力である画像データを画像取得手段１０２、画像選択手段１０３を経由して、認証処理手段１０６において、画像に基づく認証処理を実行する。照明手段１０５は照明強度取得手段１０４が出力する照明強度信号を入力信号として、ＰＷＭ信号発生手段１０８と近赤外光源１０７とＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒ）ミラー１０９とにより構成する。

画像取得手段１０２は照明手段１０５と通信を行い、照射角度の異なる画像データを分別可能な状態で一時的に保持する。保持された画像データは、所定の照射角度を指定して読み出すことが可能である。

画像選択手段１０３は画像取得手段１０２の保持する画像を読み出し、画像処理により指静脈認証に適した画像を選択する。画像選択手段１０３による画像の選択方法として、評価関数を複数用意し、画像全体にわたる明るさの分布の的確さ、画像に含まれる静脈画像のコントラスト（明暗の振れ幅）などの評価値を算出し、それらを重み付けして、総合的な評価値を算出し、評価値の高い画像を指静脈認証に適した画像として選択する方法が考えられる。

撮像手段１０１および照明手段１０５の光学的な特性により、いずれの入力画像も明るさのむら・像の歪み等を含んでいる。認証処理の前処理として、それらの補正が必要な場合には、上記画像選択手段１０３の選択した画像に対して、明るさの補正や、歪みの補正などの画像処理を画像選択手段１０３の内部に含めて処理することが考えられる。

照明強度取得手段１０４は撮像手段１０１の出力信号を入力とし、それに含まれる画像データに基づいて、指の明るさを判定し、制御信号をＰＷＭ信号発生手段１０８に送る。

照明手段１０５は撮影された画像を解析して、照射強度を制御するように動作する。

認証処理手段１０６は、画像選択手段１０３の出力画像に基づいて生体に関する特徴量、ここでは指静脈パターンを抽出し、予め保持した本人の指静脈パターンを内部の登録情報と照合する。認証処理手段１０６は照合時に、登録された指静脈パターンとの合致度合いを評価し、所定の評価範囲にある場合に本人であると判断する。ここで、画像に基づく認証処理とは、入力画像から個人を特定する生体情報として静脈パターンを抽出し、そのパターンを登録しておくパターン登録処理と、登録された静脈パターンと現在提示されている指の入力画像から抽出した静脈パターンを照合し、登録された本人のパターンと一致するか否かを判断するパターン照合手段を含む処理である。

ＰＷＭ信号発生手段１０８はパルス幅を変化させて、近赤外光源１０７の照射する光の照射強度を制御する。ＭＥＭＳミラー１０９は、所定の周波数と振幅によりミラーの向きが変化するものであり、照射方向が固定の近赤外光源１０７の照射する近赤外光を反射して、被認証物である指の各部を照射する。

図２に示すように、装置の薄型化のために、撮像手段１０１と照明手段１０５は略同一平面状に配置する。これはスマートフォン等の薄型の筐体に本指静脈装置を搭載するためである。

本実施例における照明手段１０５と従来の照明との差異を明確にするため、従来の指静脈の照明方式の分類を図３に示す。図３（ａ）および（ｂ）は照明部分が撮像手段を内包する指静脈装置筐体１と高さが異なった位置に配置されており、装置の薄型化には適していない。薄型化の課題に対応する照明方式は図３の（ｃ）（ｄ）（ｅ）の下方照射方式であり、上記略同一平面状に配置することで薄型化を導くことができる。

図３（ｃ）の方式は、指直下に照明を配置して、撮影する方式であるが、指静脈を撮影する上では静脈パターンのコントラストが得にくい。図３（ｄ）の方式は指直下よりずれた位置に光源を配置し、広い角度で照射する方式である。ここで、光源の設置位置および照射角度の広さは、対象となるいろいろな太さの指を考慮して決める必要がある。すべての指に対して好適な条件となることはなく、平均的な指の太さを基準にして設定をした結果、適切な照明効果が得られない場合がある。また、広い角度で照射するため、指には当たらずに光のエネルギーが無駄になってしまう場合もあり、効率的ではない。図３（ｅ）の方式は指直下より大きくずれた位置に光源を配置し、狭い角度で照射する方式である。指直下より離れた位置から照射することにより、太さの異なる指でも指上面側を照射することができ、より多くの透過光成分により指静脈画像のコントラストを高めることができる。しかしながら、指直下からの距離を多くとれば、装置の幅を大きくする欠点がある。

図２の照明手段１０５は、指直下よりずれた位置に照明を配置し、狭い角度で指を照射し、照射角度を調整することにより、太さ・形状の異なるいろいろな指に適切な照明を施すものである。
この目的のために、
照明手段１０５の具体的な構成を図４を用いて説明する。図４で４０１は近赤外光源、４０２は反射鏡、４０３は反射鏡４０２の反射面４０２ａの角度を制御する照射角駆動手段、４０４は上記照明手段１０５の各部を支持する基板である。

近赤外光源４０１はその発光面４０１ａより近赤外光を基板と並行に照射する。照射された近赤外光は反射鏡４０２の曲面をなす反射面４０２ａにより反射され、指の上部方向に照射される。反射面４０２ａは、指の上面付近で近赤外光が集光するように調整されている。反射面４０２ａは照射角駆動手段４０３により照射角度を変更され、指の太さが変化しても、適切な照射角度が得られるように制御される。具体的には、一定の角度範囲で照射角度を変化させながら、複数枚の画像を撮影し、撮影された画像の中から指静脈認証に適した画像を選ぶなどの方法が考えられる。

本実施例における別の照明手段１０５の構成を図５に示す。図５において５０３は反射鏡、５０５は集光レンズであり、図４と同じ部位は同じ符号が付してある。図４の例では、反射鏡の反射面は曲面であったが、図５の反射鏡５０３は平面鏡であり、集光レンズ５０５が近赤外光を指の上面付近で集光する。

本実施例によれば、人あるいは指毎に変化する指の太さ・形状に合わせて、近赤外照明の照射角度（照射条件）を変化させて、適切な照明条件での静脈画像を取得することができるので、認証精度が高まる効果がある。また、本実施例によれば、薄型の近赤外照明実現することができるので、スマートフォン等の小型・薄型のデジタル機器への指静脈認証モジュールの搭載が可能となる。

第一の実施例では、単一のＣＭＯＳによる処理方法を説明したが、より広い部位の静脈パターンを鮮明に取得することができれば、認証精度を高めることができる。

この為には、撮影範囲を広く取れる広角の撮像手段、当倍の光学系であるマイクロレンズアレイと広い面積のフラットセンサの組み合わせを考えることができるが、センサ面積を増加させると部品コストが高くなる問題や必要とする解像度のセンサが入手できないなどの製造上の問題が発生する。

この問題を解決するために、ＣＭＯＳセンサを複数個配列状に配置して、撮影面積を広げることができる。撮影面積の比較的小さなセンサを組み合わせることにより、安価なシステムを構成することができる。

図６および図７が第２の実施例を説明する図である。図６は第二の実施例のブロック図である。図７は第二の実施例の模式図であり、９個のＣＭＯＳセンサを使用する例を示している。第一の実施例と同じ処理ブロックには同一の符号を割り当てている。６０１が複数のＣＭＯＳセンサ、６０２は画像合成手段である。

図７（ａ）（ｂ）において、２は撮影対象の指、７０１は複数のＣＭＯＳセンサの撮影範囲を示しており、７０１ａから７０２ｉはそれぞれのＣＭＯＳセンサの撮影範囲を示している。

複数のＣＭＯＳセンサ６０１が撮影した画像は画像取得手段１０２に一時的に格納され、画像選択手段１０３により適切な照射角の条件で撮影された部分的な画像が読み出され、画像合成手段６０２へ送られる。画像合成手段６０２は入力された部分画像を合成し、全体画像を作成する。この作成段階で画像合成手段６０２により、各ＣＭＯＳセンサの部分画像は、明るさの補正や、歪みの補正などの画像処理が行われる。画像合成手段はあらかじめこれらの補正のためのデータを保持しており、そのデータに基づいて画像処理を行う。

照明手段１０５は第一の実施例と同様に照射角度が可変であり、照射角度を変化させながら撮影を行い、適切な照明条件での撮影を可能とする。複数のＣＭＯＳセンサにより、広範囲の各部位の撮影を行うため、照射角度は二次元的に変化させ、各ＣＭＯＳセンサ毎に適切な照明条件での撮影を行う。

画像選択手段１０３は適切な照明の部分画像を選択するため、照射角度に応じた部分画像を画像処理し、適切な照明条件の部分画像を選択する。その画像処理の方法は第一の実施例の場合と同様でよい。

画像合成手段６０２は異なる照明条件で撮影した部分画像から全体画像を合成する処理であるため、接続部分で明るさの段差が生じないように、特別の処理を行う必要がある。この処理の一例としては、各ＣＭＯＳセンサの撮影範囲に所定量の重なり領域、すなわち、隣り合うＣＭＯＳセンサのどちらにも撮影される領域を設定し、この領域をＣＭＯＳセンサ間の画像の接続部分として、画像の加算平均を取るなどの処理を行うことである。

合成された画像は認証処理手段１０６に入力され、静脈パターンに基づく認証処理を実行する。

以上のようにして、本実施例に拠れば、広範囲の指の部位の静脈画像に基づいて、認証処理を実行できるので、安価な部品を用いて、認証精度を高める効果がある。

第三の実施例はひとつのＣＭＯＳセンサで広い範囲の静脈画像を撮影し、画像の部分毎に適切な照明を選択する制御方法に基づく指静脈認証装置の例を示すものである。指静脈認証の照明は、指の左右両側から同じ明るさの照明を照射して、左右バランスのとれた静脈画像を入力とすることがよいが、装置の設置上の制約、大きさの制約などにより、左右のどちらか一方にのみ光源を配置する構成が考えられる。このような場合、指の左右で適切な照明の照射角度が異なるため、部分毎に適切な照明で撮像された画像を選択し、その部分画像から全体画像を合成して認証を行うようにすることで適切な静脈画像を取得して、認証精度を向上させることができる。

図８および図９は上記第三の実施例を説明する処理ブロック図と模式図である。第一の実施例あるいは第二の実施例と同じ処理ブロックには同じ符号を割り当てている。図８で、８０１は撮像手段であり、ＣＭＯＳセンサ等により実現することができる。８０２は部分画像取得手段であり、照明手段１０５の各照射角度に対応した部分画像を一時的に保持するブロックである。６０２は画像合成手段であり、第二の実施例で示した画像合成手段６０２と同じ働きをする。

図９は、撮像手段を４つの部分に分割して処理する場合を説明する模式図であり、９０１は撮像手段８０１の撮影範囲を示すもので、９０１ａから９０１ｄが各分割領域を示している。照明手段１０５は照明角度を変化させ、各部の撮影に適切な照明条件にする。

部分画像取得手段８０２に格納された部分画像から、画像選択手段１０３は適切な照明条件の部分画像を読み出し、画像合成手段６０２へ送る。画像合成手段６０２は部分画像を合成し、１枚の全体画像を生成する。認証処理手段１０６は画像合成手段６０２が生成した全体画像を入力の静脈画像として、認証処理を実行する。

以上のようにして、本実施例によれば、ひとつの照明条件（照明角度）では全体画像で適切な画像が得られない場合であっても、各部分毎に照明を適正化した部分画像で全体画像を合成することで、認証処理に用いる画像の画質を向上させることができ、認証精度を向上させる効果がある。

スマートフォンには、通常の写真・ビデオ撮影のためのメインＣＭＯＳセンサが搭載されているのが通常の構成である。このとき、メインＣＭＯＳセンサには赤外線除去フィルターを装着し、不要な信号成分を除去する構成となっている。指静脈認証モジュールをスマートフォンに搭載する場合、このメインＣＭＯＳセンサに加えて、指静脈認証用のＣＭＯＳセンサを追加し、合計２つのＣＭＯＳセンサを搭載する構成とする。このとき、指静脈認証用ＣＭＯＳセンサには赤外線透過フィルタを装着し、近赤外映像の撮影を行う。本実施例では、メインＣＭＯＳセンサを用いた、指静脈認証のための制御方法を説明する。

図１０、図１１、図１２は第四の実施例を説明する処理ブロック図、模式図、スマートフォン上に表示する指位置ガイドの表示方法の例である。

図１０で、１００１は指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ、１００２はメインＣＭＯＳセンサ、１００３は指静脈認証処理ブロック、１００４はスマートフォンのメインプロセッサユニットであり、かつ、メインＣＭＯＳセンサの画像処理も行うブロック、１００５は画像変換処理部、１００６はスマートフォンの表示部であり、１００７は指位置ガイド処理部、１００８は指位置検出部、１００９はシャッタ制御部、１０１０は照明強度制御部、１０１１は近赤外光源である。

図１１は図１０の処理ブロックを搭載するスマートフォンの概観の模式図で、図１０と同じ部分には同じ符号を付けて示している。また、図１１は（ａ），（ｂ）の２つの図から構成しており、（ａ）のＡ−Ａ断面図が（ｂ）である。図１１の１１０１は指静脈認証モジュールを搭載するスマートフォンの筐体である。図１１（ｂ）の１１０４は静脈撮影のための指２の最近接距離、１１０５は静脈撮影のための想定撮影範囲である。

図１２において、１２０１はメインＣＭＯＳセンサ１００２により撮像された表示部１００６に表示される指位置ガイドの画像表示範囲、１２０２はそこに表示される指位置ガイドの表示であり、１２０２ａが想定される指の適切な大きさを示し、１２０２ｂは指長さ方向の中点、１２０２ｃは指中心線を示している。

メインＣＭＯＳセンサ１００２の画像は指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ１００１と取付け位置の違いがあり、画像処理により画角を変換して、指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ１００１の位置から撮影した画像相当の画像に変換する。この変換された画像は、図１２に示すように、表示部１００６の一部に指位置ガイド１２０１として表示され、ユーザーが提示する指の配置すなわち位置および向きの調整に使用する。

実際に提示された指の中心線の向きが所定の向きに対して傾いている場合には、指の輪郭線を画像処理により抽出し、その角度を計算して、傾きの量を数値あるいは線分として表示部１００６に表示してもよい。

メインプロセッサユニット１００４は上記指位置ガイド１２０１の画像を指位置ガイド処理部１００７により生成し、表示部１００６の画面上で重畳して表示する。指位置検出部１００８はメインＣＭＯＳセンサの指の画像およびメインＣＭＯＳセンサに関するセンサ制御、たとえば、オートフォーカスに関する制御信号に基づいて、スマートフォンと指までの距離を算出する。この距離情報に基づいて、シャッター制御部１００９は指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ１００１のシャッターを制御し、指静脈画像の撮影を制御する。

上記指位置ガイド処理部１００７は指位置検出部１００８の検出する指の距離情報に基づいて、照明制御部１０１０を制御し、近赤外光源１０１１からの近赤外線の照射を制御する。図１１を用いて、この近赤外線照射の制御方法を説明する。指２が所定の位置範囲にあり、かつ、最近接距離１１０４から想定撮影範囲１１０５の範囲にあるとき、照明制御部は上記距離情報に基づいて、照明手段１０１１の照明強度を制御し、適切な近赤外照明を当てる。もし、指が所定の範囲からずれている場合は、照明手段１０１１の照明強度をオフするなどして、不要な照明による電力消費を抑えるように制御してもよい。

上記と同様にして、シャッター制御部１００９は指位置ガイド処理部１００８の算出する指の位置情報に基づき、所定の位置範囲に収まるときに、指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ１００１のシャッターを切って、指静脈画像を取得するように制御する。

以上のようにメインＣＭＯＳセンサの画像に基づいて、指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ１００１および照明手段１０１１を制御することにより、適切なタイミングで指静脈画像を撮影することができ、また、指の位置に応じて適切に近赤外照明を制御することができるので、指静脈認証装置の使い勝手がよくなると同時に、近赤外照明にかかる電力を低減することができる。

また、本実施例によれば、２つのＣＭＯＳセンサ１００１と１００２のうち、生体認証に使用する指静脈認証用ＣＭＯＳセンサ１００１の画像は秘匿することができ、セキュリティ対策に適している。生体認証処理はＣＭＯＳセンサ１００１と指静脈認証処理ブロック１００３のブロックに限定しており、指静脈の生画像および静脈パターン等の生体情報はスマートフォンのアプリケーションプログラムを実行するメインプロセッサユニット１００４からはアクセスできない構成とすることができる。

本実施例によれば、スマートフォン等の小型機器に適した指静脈認証装置の制御方法を実現することができる。

１…指静脈認証装置、２…指、１０１…撮像センサ、１０２…画像取得手段、１０３…画像選択手段、１０４…照明強度取得手段、１０５…照明手段、１０６…認証処理手段、１０７…近赤外光源、１０８…ＰＷＭ信号生成手段、１０９…ＭＥＭＳミラー

Claims (7)

1. 個人の指の血管パターンを撮影し、登録済みの血管パターンと照合することにより個人を認証する指静脈認証装置において、
   撮像部と、
   前記撮像部と略同一平面上に配置され、前記撮像部により撮像される指に照射角度が可変な光を照射する照明部と、
   前記照明部の照射角度に応じた画像を選択する画像選択部と、
   前記画像選択部により選択された画像を用いて認証処理を行う認証処理部と、を有する指静脈認証装置。
2. 前記撮像部は、前記指の異なる部分を撮像する複数の撮像センサおよび光学部から構成されており、
   前記画像選択部は、前記複数の撮像センサが出力する複数の部分画像から角度に応じた画像を選択し、
   前記画像選択部が出力する部分画像から全体画像を合成する画像合成部と、
   部分画像毎に明るさあるいは歪みを補正する補正処理部と、をさらに備え、
   前記画像選択部は前記複数の撮像センサ毎に指に応じた照明の部分画像を選択し、
   前記画像合成部は選択された部分画像から全体画像を合成し、
   前記認証処理部は前記全体画像を用いて認証処理する請求項１に記載の指静脈認証装置。
3. 前記照明部は、前記指が配置される位置から前記指静脈認証装置への投影部分からずれた位置に配置され、配置された指の背部分に光を照射する請求項１に記載の指静脈認証装置。
4. 前記画像選択手段に撮像センサ毎の部分画像の明るさあるいは歪みに関する補正処理が含まれることを特徴とする請求項１に記載の指静脈認証装置。
5. 第２の撮像部と、
   前記第２の撮像部により撮像された画像に、被写体の指配置を適切な位置および向きに調整するためのガイドを重畳して表示する表示部をさらに備える請求項１に記載の指静脈認証装置。
6. 前記照明部は、照射方向が固定された光源と、反射方向が可変となる反射鏡と、により構成されている請求項１に記載の指静脈認証装置。
7. 前記照明部が照射する光は赤外光であり、
   前記撮像部は赤外光を検知可能である請求項１に記載の指静脈認証装置。

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