JP3100993U - 生体識別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 識別対象の指が識別できる撮影範囲内にない場合に最適な範囲内に移動させるように誘導することできる生体識別装置を提供すること。
【解決手段】 識別対象の指を置く指置き台と、該指置き台に置かれた指に対して光を入射する光源と、前記指置き台に置かれた指の画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影した撮影画像に基づき指の置かれた位置が指静脈の撮影に適した位置であるかを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて指静脈の撮影に適した位置に前記指置き台上に置かれた指を移動させる案内情報と撮影タイミングの案内情報を出力する案内情報出力手段とを備える。
【選択図】 図１

Description

本考案は、生体を撮像して得られる画像データを利用して生体識別を行う装置に関する。

近年、生体識別方法の１つとして、手の血管の画像によって識別を行う装置が提案されている。例えば下記の特許文献１、特許文献２および特許文献３には静脈パターンを利用した認識技術が開示されている。
特許文献１に記載のものは、非接触に指静脈パターンを獲得する指静脈認証装置に関するものである。これによると、別筐体に分離されて構成された光源部と撮像部の間には空間があり、この空間に認識対象の指を差込み、自分の意志で適当な位置に静止させ、その静止状態で赤外光を透過させ、指の静脈を撮影する。
特許文献２に記載のものは、指差込み口および撮像開始スイッチを用いた指静脈認証装置に関するものである。これによると、指の差し入れを誘導するための指差込み口から第２指長分の位置に、撮像開始スイッチを備え、前記指差込み口から認識対象の指を差込み、自分の意思で撮像カメラに向けて、撮像開始スイッチを押して静止させ、その静止状態で赤外光を透過させ、指の静脈を撮影する。なお、指長とは、手掌面において指先から付け根のしわまでの直線距離を指す。ただし、指ごとにその呼称が異なる。親指の場合は第１指長、人差し指は第２指長、以下順番に呼称が変わる。
特許文献３に記載のものは、ガイド手段およびスイッチを用いた指静脈認証装置に関するものである。これによると、指を屈曲した姿勢で位置決めさせるためのガイド部を設け、そのガイド部に認識対象の指を設置することで、指全体としての置く向きが必然的に決まり、撮像開始スイッチを押して指の静脈を撮影する。
特開２００２−８３２９８号公報 特開２００３−１８７２３５号公報 特開２００３−３０６３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、非接触性の求められる環境下での生体識別技術に関し、不鮮明で位置ずれのある指静脈パターン画像を利用しながらも、高精度な生体識別を実現できるものの、指を差し込む空間には識別に必要な静脈範囲を撮影するために指をどれくらい差し込めばいいのかという基準やこの位置まで差し込んで欲しいという基準位置を示すことができず、また、どのタイミングで撮影が始まったのかユーザが知ることができないため、識別に必要な血管投影の範囲が生体ごとにばらつき、正確な生体識別ができなくなるという問題がある。
特許文献２に記載の技術は、撮像開始スイッチを押すことによって、ユーザが撮影のタイミングを知ることができるように工夫されているものの、スイッチ押下後に輝度調整するため、撮影完了までに時間差が生じ、識別対象の指の位置がずれる場合があるという問題がある。
特許文献３に記載の技術は、位置決めさせるためのガイド部を設けているので、指の位置を自然に特定の位置に誘導することが可能となり、識別ごとの撮影条件を、ユーザにとって負担のない操作体系の中で低コストに均一化させるようにされているものの、遮蔽された空間に指を挿入すると言う心理的不安感をあおる場合があるという問題がある。

本考案の目的は、簡単な構造で精度の高い生体識別を実現し、かつ識別対象の指が識別できる撮影範囲内にない場合にユーザが前記指を識別できる範囲内に移動できるように誘導し、ユーザが撮影完了のタイミングを知ることができ、ユーザの心理的不安感を緩和できる生体識別装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本考案は、識別対象の指を置く指置き台と、該指置き台に置かれた指に対して光を入射する光源と、前記指置き台に置かれた指の画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影した撮影画像に基づき指の置かれた位置が指静脈の撮影に適した位置であるかを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて指静脈の撮影に適した位置に前記指置き台上に置かれた指を移動させる案内情報と撮影タイミングの案内情報を出力する案内情報出力手段とを備え、さらに前記指置き台が複数の指を互いに離れた状態で置くことを可能にする仕切り溝を備え、この仕切り溝が指の付け根部分より先端部分に向けて略２５度の角度で下方に傾斜して構成されていることを特徴とする。
また、前記判定手段は、前記撮影手段によって撮影した画像に基づき指部分の輪郭を切り出し、この切り出した指画像を解析し、指の関節部あるいは横皺を抽出して指の置かれた位置が指静脈の撮影に適した位置であるかを判定することを特徴とする。
また、前記判定手段は、指の関節部あるいは横皺を抽出するために、指の輪郭の任意の位置から指の画像の内側へ水平方向にもっとも輝度値の高い部分をたどることを１回以上繰り返すことで、指の関節部あるいは横皺を抽出することを特徴とする。

本考案によれば、識別対象の指の位置が静脈を適切に識別できる撮像範囲内に収まっていない場合には、その旨を通知し、また撮影のタイミングを通知することによって、静脈の識別に必要な指の撮影範囲を確実に確保することができ、確実に識別対象の静脈の必要範囲を撮影することができる。

以下、本考案を実施する場合の一形態を図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本考案の実施の一形態の生体識別装置１００の構成を示す概略図である。
図１に示すように、本実施形態の生体識別装置は、大きく分けて光源部１０２と撮像部１０４から構成されている。光源部１０２と撮像部１０４の間には空間が設けられており、その空間に挿入された手あるいは指に赤外光を透過させ、手あるいは指の画像を撮影する。なお、図では光源部１０２と撮像部１０４は対向位置に配置されているが、必ずしも対向位置に配置される必要はなく、例えば光源部１０２を撮像部１０４に対して斜めに配置したり、光源部１０２と撮像部１０４を同じ側に配置して赤外線の反射光を利用して撮影したりすることによってユーザが撮影部１０４を直視できるようにすることで心理的不安感を軽減できるように構成することができる。

図２は、図１に示した生体識別装置１００の断面図である。
図２に示すように、光源部１０２には、近赤外光を発する光源１０６が、撮像部１０４のカメラ１０８側に向けて光を放つように設置されている。光源部１０２の上部には、ガイダンス表示部１１０が設置されている。
図１および図２では、ガイダンス表示部１１０は複数の色を任意の点滅間隔で発光可能な光源で構成されている。表示するガイダンスによって、指を撮影範囲内に移動するように促したり、撮影あるいは識別結果を表示したり、本生体識別装置の動作状態を通知したりできる。
例えば、ガイダンス表示部１１０として、橙および緑色に発色可能な光源を用いた場合、緑色の常時点灯は撮影可能状態、緑色の点滅は撮影状態、緑色の高速点滅は画像処理中、橙色の点滅は撮影失敗、橙色の常時点灯はエラー状態と決めることができる。
なお、ガイダンス表示部１１０については、図示した構造に限定されない。例えば、複数の光源、電子掲示板あるいはスピーカーを用いることで、よりユーザが理解しやすい伝達手段で通知できる。

図３は、図１および図２に示した生体識別装置１００において指を置く台の形状を示したものである。図３において、指置き台１１２は、複数の指２００ａ，２００ｂ，２００ｃを自然に広げて置きやすい形で提示するため、手を差し込むとガイド溝１１４，１１６によって徐々に指の間が広がるようになっている。指置き台１１２は指を挿入する奥側に向かって２５度の角度（図２参照）で傾斜しており、ユーザが指の挿入部を見ることができ、指挿入時の不安が軽減されるようになっている。特に図示していないが、指置き台１１２が傾斜したことにより外部からの光の進入を受けやすくなったことの対策として前記光の反射による映り込みを防止するため、指置き台内部を艶消しの黒色で塗装するのが望ましい。
左右のガイド溝１１４は指置き台の外側に向かって傾斜しており、中央のガイド溝１１６に置いた指よりも長い指を左あるいは右のガイド溝に置いた場合に、壁に当てずに自然と外側に抜けさせることができるようになっている。
中央のガイド溝１１６に合わせて指を置くと、指先が当たる部分に突起１１８があり、指の第１、第２関節前後の部分に開口部１２０が位置するように配置される。この突起１１８は撮影開始ボタンでもある。
なお、指置き台１１２については、図示した形状に限定されない。指置き台１１２を着脱可能な構造にすることで、ユーザに合わせた形状を提供できる。例えば、小児用あるいは成人用に突起の位置を調整したり、指が特異な形状でも撮影できるようにガイド溝１１４，１１６を変形させたり、医療用に抗菌処理を施したりできる。また、突起の代わりにスイッチや電子センサを用いることで、ユーザが撮影のタイミングを知ることができるようにしても良い。ガイド溝１１４，１１６あるいは突起部分を発光させることで、指を撮影範囲内に誘導することもできる。

図４は、本考案に係る生体識別装置を使用した応用システムの機能構成ブロック図である。
図４に示すように、本実施形態の応用システムは、認証処理装置４０１、生体識別情報データベース（ＤＢ）４０２、生体識別装置４０３、ガイダンス表示装置４０４、認証結果によって動作するドアロックなどの装置４０５から構成されている。
認証処理装置４０１は、図１の生体識別装置１００で撮影された指の血管（静脈）パターンと、生体識別情報データベース４０２に登録されている各個人の血管画像情報との画像パターンマッチングを行う。生体識別装置４０３は、図１のように構成されたものであり、指の血管を赤外線の透過光を用いて撮影する。
ガイダンス表示装置４０４は、認証を行うときの動作や手順をユーザに指示するための表示装置である。図示はしていないがユーザが視認可能な位置に液晶パネルやＣＲＴディスプレイが設けられ、その画面上に動作指示メッセージを表示することでユーザに指示を与える。
４０５は認証結果に応じて動作する装置を示すものであり、適用できる例は多々ある。例えば、ドアロックやパソコンへのアクセスなどが対象となる。

図５は、生体識別を行う場合の処理の一例を示すフローチャートである。
本フローチャートでは、生体識別装置１００の動作と該生体識別装置１００に誘導されるユーザ動作を分けて説明する。
まず、ガイダンス表示部１１０によって、ユーザに対して、撮影開始ボタンを押下する旨の指示を絵柄や文字によって行う（ステップ５０１）。

そこで、ユーザは生体識別を開始するために撮影開始ボタンを押下する（ステップ５０２）。ガイダンス表示部１１０では、爪を上側にして生体識別装置１００の指置き台１１２に指を設置するように指示する（ステップ５０４）。指示に従い、ユーザは指を入れる（ステップ５０５）。さらにユーザは指置き台１１２の奥にある突起１１８に指先で触れる（ステップ５０６）。
生体識別装置１００は、撮影開始ボタンが押下されたことを受けて、赤外光発光ＬＥＤで構成された光源１０６を発光させ、手あるいは指の撮影を行う（ステップ５０３）。このとき、光源１０６の光量を調整（ステップ５０７）し、撮影した画像の輝度を調整する。もし輝度調整が失敗した場合には「指先で奥の突起に触れてください」とのガイダンス表示を行い（ステップ５１０）、ユーザは指の腹で突起１１８に触れる。輝度調整が成功した場合には、撮影した画像を基に手あるいは指の位置を計測する（ステップ５０８）。

指の位置が計測できたならば、手あるいは指の位置が撮影範囲内に収まっているかどうか判断する（ステップ５０９）。手あるいは指の位置が不適切である場合には、輝度調整失敗時と同様の手順で画像を再度撮影する。手あるいは指の位置が適切である場合には撮影結果である手あるいは指の画像を取り込み（ステップ５１２）、指を外に出すようにガイダンス表示する（ステップ５１３）。
手あるいは指の位置が不適切かどうかは後述の図６で説明する。
次に、取り込んだ手あるいは指の画像に対して画像処理を施し、生体識別情報データベース４０２に予め登録された画像情報と照合し、予め登録された本人であるかどうかの認証処理を行う（ステップ５１５）。認証に失敗した場合には「認証できません。もう一度やり直して下さい」とのガイダンス表示を行う（ステップ５１７）。
認証に成功した場合には、認証されたことによる動作が実行される（ステップ５１９）。例えば、ドアロックの解除や、特定装置への操作のエントリーを行う。

図６は、指の位置計測処理の処理手順を示すフローチャートである。
まず、カメラ１０８で撮影した画像内から指部分だけを取り出すために、指の輪郭を抽出し（ステップ６０１）、指画像を切り出す（ステップ６０２）。次に、前記指画像内に個人認証に必要な箇所が含まれているかどうかを、指の撮影部位を計測することで判断する。指静脈認証処理では、必ずしも指全体の静脈パターンを抽出する必要はない。指静脈認証処理に必要な撮影部位は、第２指から第５指の場合には遠位指節間関節から近位指節間関節までの部位およびその近傍、第１指の場合には指節間関節の近傍である。前記撮影部位の静脈には個体差が顕著に現れるが、前記部位以外の静脈の大部分は毛細血管であるため、カメラの解像度によっては個体差が現れにくい。なお、第１指とは親指を指し、第２指は人差し指、以下順番に呼称が変わる。第１指の指先から数えて１番目の関節を指節間関節、第２指から第５指の指先から数えて１番目の関節を遠位指節間関節、２番目の関節を近位指節間関節と呼び、すべての指の付け根の関節を中手指節関節と呼ぶ。
指画像に指静脈認証に必要な部位が含まれているかどうかの判断は前記関節が指画像に含まれているかどうかによって判断できるが、関節だけでは撮像されている指の関節の部位が判断できないため、指の輪郭を基に指先の位置を計測し（ステップ６０３）、指先以下の輪郭が平行に近いかどうかを計測し（ステップ６０４）、関節の指先からの順番と前記関節付近の輪郭が平行かどうかによって関節の部位を特定する。

関節の部位の特定方法は、指先から２番目の関節付近の輪郭が平行でない場合には、前記関節は第１指の中手指節関節であり、同１番目の関節は指節間関節、同様に指先から３番目の関節付近の輪郭が平行でない場合には前記関節は第２指から第５指の中手指節関節であり、同２番目の関節は近位指節間関節、同１番目の関節は遠位指節間関節となる。ここでは指先が上向きの状態で指が撮像され、撮像範囲の縦幅が成人男性の第３指長の平均である場合について説明する。なお、指長とは、手掌面において指先から指の付け根のしわまでの直線距離を指す。
まず、指先が撮影範囲の下方に位置する場合には、撮影範囲と指長の関係により識別に必要な部位が撮影されていないと判断し、指の位置が不適切である旨を本処理プログラムの呼び出し元のプログラムに通知する（ステップ６１７）。
指先が画像の上方にあるか、あるいは撮影されていない場合には、関節の種類を特定するために関節を追跡する（ステップ６０７）。ここでは、指の関節追跡方法として、関節そのものを検出するのではなく関節付近にある指の腹側の横皺を検出する方法の一例を挙げる。前記横皺の抽出は、光源として赤外線を用いる場合には、関節付近が透過しやすいため輪郭と垂直方向に伸びる白い線を追跡することで行える。光源として可視光を用いる場合には、輪郭と垂直に伸びる線を追跡することで行える。

図７は、撮影された指画像の例を示すものであり、赤外線によって透過された指静脈が黒い線、関節付近にある指の腹側の横皺が白い線のように映し出されている。
次に、指画像が親指を撮影したものかどうかによって最適な撮影範囲が異なるため、親指かどうかを判断する。指画像中に関節が２つ撮像されており、かつ指先が画像の上方にある場合には指画像が親指のものであると見なし、指節間関節が画像の中央付近にある場合には手あるいは指の位置が最適である旨を本プログラムの呼び出し元のプログラムに通知する（ステップ６１６）。
指画像中に関節が２つ撮像されており、指先が撮像されておらず、１番下の関節付近の輪郭が平行である場合には指画像が第２指から第５指までのいずれかの遠位指節間関節から近位指節間関節までの近傍を撮像したものであり、同様に、指画像中に関節が３つ撮像されており、１番下の関節付近の輪郭が平行でない場合には指画像が第２指から第５指までのいずれかの遠位指節間関節から中手指節間関節までの近傍を撮像したものであるため、遠位指節間関節が撮影画像の上方にあり（ステップ６１４）、近位指節間関節が撮影画像の下方にある（ステップ６１５）場合には、識別に必要な部位が撮影されていると判断し、手あるいは指の位置が適切である旨を本プログラムの呼び出し元のプログラムに通知する（ステップ６１６）。

本考案の実施の形態を示す一部切り欠き斜視図である。 図１の縦断面図である。 図１の指置き台の形状を示す図である。 本考案の生体識別装置を適用した応用システムの機能構成ブロック図である。 指の誘導処理の手順を示したフローチャートである。 指の位置計測処理の概要を示したフローチャートである。 静脈および関節付近の指の腹側表面にある横皺の撮影結果の例を示す図である。

符号の説明

１００ 生体識別装置
１０２ 光源部
１０４ 撮像部
１０６ 光源
１０８ カメラ
１１０ ガイダンス表示部
１１２ 指置き台
１１４ 左右のガイド溝
１１６ 中央のガイド溝
１１８ 突起
１２０ 開口部
２００ 指

Claims (3)

1. 識別対象の指を置く指置き台と、該指置き台に置かれた指に対して光を入射する光源と、前記指置き台に置かれた指の画像を撮影する撮影手段と、該撮影手段により撮影した撮影画像に基づき指の置かれた位置が指静脈の撮影に適した位置であるかを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて指静脈の撮影に適した位置に前記指置き台上に置かれた指を移動させる案内情報と撮影タイミングの案内情報を出力する案内情報出力手段とを備え、さらに前記指置き台が複数の指を互いに離れた状態で置くことを可能にする仕切り溝を備え、この仕切り溝が指の付け根部分より先端部分に向けて略２５度の角度で下方に傾斜して構成されていることを特徴とする生体識別装置。
2. 前記判定手段は、前記撮影手段によって撮影した画像に基づき指部分の輪郭を切り出し、この切り出した指画像を解析し、指の関節部あるいは横皺を抽出して指の置かれた位置が指静脈の撮影に適した位置であるかを判定することを特徴とする請求項１に記載の生体識別装置。
3. 前記判定手段は、指の関節部あるいは横皺を抽出するために、指の輪郭の任意の位置から指の画像の内側へ水平方向にもっとも輝度値の高い部分をたどることを１回以上繰り返すことで、指の関節部あるいは横皺を抽出することを特徴とする請求項２に記載の生体識別装置。

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