JP4008282B2 - 瞳孔・虹彩円検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞳孔・虹彩円検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物や特定の場所に無資格者が進入することや、情報処理装置等の装置を無資格者が操作することを防止したり、インターネットを利用した電子商取引において本人認証を行ったりする場合に使用される個人識別装置として、鍵（かぎ）や暗証番号等を利用することなく、本人の生物学的な特徴を利用して本人か否かを識別するバイオメトリック方式の個人識別装置が提供されている。
【０００３】
そして、バイオメトリック方式の個人識別装置としては、指紋によって識別する装置、声紋によって識別する装置、顔貌（ぼう）によって識別する装置等が存在するが、人間の瞳の虹彩（アイリス）パターンによって識別するアイリス利用の個人識別装置が高い精度と高い認識率とを有することが知られている。一般に、従来のアイリス利用の個人識別装置においては、アイリスコードを生成するために、対象となる人物の目及びその周辺の画像、すなわち、眼画像から瞳孔円及び虹彩円を検出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の個人識別装置においては、前記眼画像の中から、まず、暗い領域としての暗領域を検出する。そして、該暗領域が瞳孔の領域としての瞳孔領域であると仮定し、前記暗領域に存在する画素を探索の対象として探索して瞳孔円の縁を厳密に検出するようになっている。
【０００５】
ところが、前記眼画像には目の周辺も含まれるために、眉毛や眼鏡の縁も暗領域として検出されてしまう。そのため、前記探索の対象に眉毛や眼鏡の縁も含まれてしまうので、探索の対象となる画素の範囲が広くなりすぎてしまう。
【０００６】
また、瞳孔円の中心の探索を、暗領域において、例えば、縦横±９６画素の範囲を５画素ずつ変化させながら行い、半径の探索を、例えば、１５〜１００画素の範囲を５画素ずつ変化させながら行うようになっている。そのため、瞳孔円の中心を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【０００７】
さらに、瞳孔円の縁を検出するための判定を、外側部輝度和から内側部輝度和を除した値の最大値を求めることによって行うようになっている。この場合、例えば、縦横±９６画素の全範囲の探索を前提としている。そのため、瞳孔円の縁を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【０００８】
また、虹彩円を検出するために、該虹彩円の中心の探索を、瞳孔円の中心から、例えば、上下方向に±１画素、左右方向に±１０画素の範囲を２画素ずつ変化させながら行い、半径の探索を、例えば、瞳孔円の半径の１．８〜６倍まで（最大１７０画素）を２画素ずつ変化させながら行うようになっている。そのため、虹彩円の中心を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【０００９】
さらに、虹彩円の縁を検出するための判定を、外側部輝度和から内側部輝度和を除した値の最大値を求めることによって行うようになっている。この場合、探索を前提として、例えば、上下方向に±１画素、左右方向に±１０画素の全範囲を探索するようになっている。そのため、虹彩円の縁を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索範囲を削減することができるとともに、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索回数を削減することができ、探索処理量が少なく探索時間の短い瞳孔・虹彩円検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の瞳孔・虹彩円検出装置においては、眼画像を取得し、該眼画像を記憶手段に格納する画像取得部と、前記眼画像を探索して瞳孔円及び虹彩円を検出する検出判定部とを有し、該検出判定部は、前記眼画像が記憶手段に格納される時に、前記眼画像を走査し、各走査線毎に瞳孔画素及び虹彩画素の存在を判定し、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う瞳孔・虹彩円検出装置であって、前記検出判定部は、探索対象の中心の周辺における輝度分布を調査する手段、及び、前記輝度分布の調査結果に基づいて、次回の探索の中心位置を決める手段を備え、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出の結果に基づいて複数のブロックを備えるテンプレートを作成し、該テンプレートの各ブロックに対応する画素の輝度によって強膜及び虹彩に対応するブロックを判定し、判定結果に基づいて今回の探索の中心に対する虹彩円の真の中心の方向を決定し、決定された方向に探索の中心を移動させて次回の探索の中心として探索を繰り返すことにより、探索の中心位置を前記虹彩円の真の中心に近接させる虹彩円概略検出を行う。
【００１５】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、前記瞳孔画素及び虹彩画素の存在を判定するために間引き行走査を行う手段、並びに、詳細走査を行うための長方形領域を設定する手段を備え、前記眼画像が記憶手段から読み出される時に、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う。
【００１６】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、瞳孔半径の最大値と最小値との差を求める手段を備え、該差が一定値以内である場合に、前記眼画像を写真であると判定する。
【００１７】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、４画素単位の平均輝度を比較してカウントする手段を備える。
【００１８】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、ノイズを含む境界点の座標データを破棄する手段を備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図２は本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩円検出装置の構成を示す図である。
【００２１】
図において、１０は瞳孔・虹彩円検出装置であり、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備える一種のコンピュータである。また、２０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子、撮像管等を備える撮像装置であり、例えば、デジタルスチルカメラ、工業用カメラ、ビデオカメラ等である。
【００２２】
ここで、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０及び撮像装置２０は、人間の瞳の虹彩であるアイリスのパターンによって識別するアイリス利用の個人識別装置のためのものである。そして、識別の対象である人物の目及びその周辺の画像としての眼画像が前記撮像装置２０によって撮影され、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０によって前記眼画像に基づいたアイリスコードが生成されるようになっている。
【００２３】
なお、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０は、機能の観点から、前記撮像装置２０から眼画像を取得し、該眼画像を図示されない記憶手段に格納する画像取得部１１、前記眼画像を探索して瞳孔円及び虹彩円を検出する検出判定部１２、並びに、前記瞳孔円及び虹彩円に基づいてアイリスコードを生成するアイリスコード生成部１３を有する。そして、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０は、瞳孔円及び虹彩円の初期検出、虹彩円概略検出、虹彩円詳細検出等を行って、瞳孔円及び虹彩円を厳密に検出した後、該瞳孔円及び虹彩円に基づいてアイリスコードを生成するようになっている。また、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０は、初期検出を行い、アイリスコード生成に適した眼画像であるか否かを判定し、アイリスコード生成に適した眼画像に基づいてアイリスコードを生成するようになっている。
【００２４】
次に、前記構成の瞳孔・虹彩円検出装置の動作を説明する。
【００２５】
図３は本発明の第１の実施の形態における眼画像を説明する図である。
【００２６】
本実施の形態において、瞳孔・虹彩円検出装置１０は、図３に示されるような眼画像に基づいて、瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う。この場合、該初期検出は、前記眼画像の画像データ、すなわち、眼画像データを記憶手段としてのメモリに書き込む間に行われる。なお、前記眼画像データは、例えば、１０２４（画素）×７６８（画素）の大きさのデータである。そして、前記初期検出においては、まず、前記眼画像において横方向に延在する一行の走査線に沿って、各画素のアドレス（水平方向及び垂直方向の座標値、又は、番地）を特定するとともに、各画素のデータとしての輝度値を検出する。すなわち、走査線に沿って走査して輝度値を検出する。
【００２７】
ここで、眼球の表面は、図３に示されるように、強膜、虹彩及び瞳孔に大別される。まず、前記強膜は、いわゆる、白目であり、眼画像において最も輝度が高い領域である。また、瞳孔は、いわゆる、瞳であり、眼画像において最も輝度が低い円形の領域である。そして、虹彩は、瞳孔の周囲に存在し、強膜よりは輝度が低いが瞳孔よりは輝度が高い円形の領域である。
【００２８】
この場合、走査線に沿って輝度値を検出すると、強膜と虹彩との境界において輝度に差があり、虹彩と瞳孔との境界においても輝度に差があることから、虹彩の外側の境界に対応する点と瞳孔の外側の境界に対応する点とを検出することができる。図３に示される眼画像において、図における左側から走査線に沿って走査を開始すると、輝度の差に基づいて、順次、虹彩左側境界点、瞳孔左側境界点、瞳孔右側境界点及び虹彩右側境界点を検出することができる。なお、虹彩左側境界点と虹彩右側境界点との距離を前記走査線における虹彩幅、及び、瞳孔左側境界点と瞳孔右側境界点との距離を前記走査線における瞳孔幅とする。
【００２９】
次に、瞳孔円及び虹彩円の初期検出の動作を時系列的に説明する。
【００３０】
図１は本発明の第１の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャート、図４は本発明の第１の実施の形態におけるフラグとカウンタの対応を説明する図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるエネイブル信号の対応する輝度値を示す表、図６は本発明の第１の実施の形態におけるカウント値と強膜、虹彩及び瞳孔との対応を説明する図、図７は本発明の第１の実施の形態におけるスタックエリアを示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における虹彩境界点を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩画素調査処理の動作を示すフローチャート、図１０は本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４及びカウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２がすべて初期化され、値が０となる。なお、前記フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４及びカウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２は一行の走査線に沿った走査が終了する度に初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４は、図４に示されるように、各領域に対して割り当てられている。すなわち、走査対象の画素が左側強膜であると判明した場合フラグＮｏ．０が立てられ、走査対象の画素が左側虹彩である場合フラグＮｏ．１が立てられ、走査対象の画素が瞳孔であると判明した場合フラグＮｏ．２が立てられ、走査対象の画素が右側虹彩であると判明した場合フラグＮｏ．３が立てられ、走査対象の画素が右側強膜であると判明した場合フラグＮｏ．４が立てられるようになっている。
【００３２】
また、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２も、図４に示されるように、各領域に対して割り当てられている。すなわち、走査対象の画素が瞳孔である場合カウンタＮｏ．０によって画素数がカウントされ、走査対象の画素が虹彩である場合カウンタＮｏ．１によって画素数がカウントされ、走査対象の画素が強膜である場合カウンタＮｏ．２によって画素数がカウントされるようになっている。
【００３３】
ここで、図４に示されるような一行の走査線に沿って図における左側から走査が開始されると、走査対象の画素の輝度値が各画素について検出される。そして、各画素の輝度値に基づいて、各種のエネイブル（ｅｎａｂｌｅ）信号（トリガー信号）がオンされ、該当するカウンタがインクリメントされてカウント値が１だけ上昇する。本実施の形態においては、図５に示されるように、エネイブル信号ｓ０〜ｓ２が規定されている。
【００３４】
この場合、エネイブル信号ｓ０はカウンタＮｏ．０をインクリメントするためのエネイブル信号であり、エネイブル信号ｓ１はカウンタＮｏ．１をインクリメントするためのエネイブル信号であり、エネイブル信号ｓ２はカウンタＮｏ．２をインクリメントするためのエネイブル信号である。そして、エネイブル信号ｓ０は、走査対象の画素の輝度値が６０以下の場合にオンになる。ここで、画素の輝度値が６０以下というのは、かなり暗い状態であり瞳孔等の暗領域に含まれる画素であることを示している。また、エネイブル信号ｓ１は、走査対象の画素の輝度値が８０以上、かつ、１２０以下の場合にオンになる。ここで、画素の輝度値が８０以上、かつ、１２０以下というのは、虹彩等の領域に含まれる画素であることを示している。そして、エネイブル信号ｓ２は、走査対象の画素の輝度値が１５０以上、かつ、２００以下の場合にオンになる。ここで、画素の輝度値が１５０以上、かつ、２００以下というのは、強膜等の領域に含まれる画素であることを示している。さらに、走査対象の画素の輝度値が前記数値範囲以外の場合は、肌等に含まれる画素ではあっても、少なくとも、瞳孔、虹彩、強膜のいずれにも含まれない画素なので、エネイブル信号ｓ０〜ｓ２はいずれもオフのままである。なお、前記輝度値は一例にすぎず、適宜変更することができる。
【００３５】
そして、走査が行われると、走査対象の画素毎に輝度値に応じたエネイブル信号がオンとなり、該エネイブル信号に対応したカウンタがインクリメントされてカウント値が１ずつ上昇していく。例えば、図４に示されるような一行の走査線に沿って図における左側から走査が開始されると、まず、走査対象の画素が左側強膜である場合、輝度値が１５０以上、かつ、２００以下であるので、エネイブル信号ｓ２がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．２のカウント値が上昇する。そして、走査対象の画素が左側虹彩になると、今度は輝度値が８０以上、かつ、１２０以下であるので、エネイブル信号ｓ１がオンとなり、カウンタＮｏ．１がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．１のカウント値が上昇する。さらに、走査対象の画素が瞳孔になると、今度は輝度値が６０以下であるので、エネイブル信号ｓ０がオンとなり、カウンタＮｏ．０がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．０のカウント値が上昇する。
【００３６】
したがって、図６に示されるように、前記走査線に沿った画素の数が左側強膜においてＡ１、左側虹彩においてＢ１、瞳孔においてＣ、右側虹彩においてＢ２、右側強膜においてＡ２であるならば、左側強膜を走査した場合カウンタＮｏ．２のカウント値がＡ１となり、左側虹彩を走査した場合カウンタＮｏ．１のカウント値がＢ１となり、瞳孔を走査した場合カウンタＮｏ．０のカウント値がＣとなり、右側虹彩を走査した場合カウンタＮｏ．１のカウント値がＢ２となり、右側強膜を走査した場合カウンタＮｏ．２のカウント値がＡ２となるはずである。このことから、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２のカウント値が所定の範囲にある場合に、走査対象の画素が左側強膜、左側虹彩、瞳孔、右側虹彩又は右側強膜のいずれにあるのかを判断することができる。
【００３７】
そこで、本実施の形態においては、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２のカウント値に基づいて、瞳孔画素及び虹彩画素があるか否かを調査する瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。この場合、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２のカウント値が所定の閾（しきい）値以上になった時に、走査対象の画素が左側強膜、左側虹彩、瞳孔、右側虹彩又は右側強膜にあると判断する。ここでは、前記左側強膜、左側虹彩、瞳孔、右側虹彩及び右側強膜閾値に対応する閾値が、それぞれ、ａ１、ｂ１、ｃ、ｂ２及びａ２であるとして説明する。
【００３８】
まず、図４又は６に示されるような一行の走査線に沿った走査が左側から開始される。なお、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２及びフラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４はすべて初期化されている。なお、走査線の垂直方向（図における上下方向）のアドレス（位置）ｙがレジスタＮｏ．４に格納される。
【００３９】
そして、走査対象の画素が目の左外側の肌である場合、図５に示されるように、エネイブル信号ｓ０〜ｓ２はいずれもオフのままである。続いて、走査対象の画素が左側強膜になると、輝度値が１５０以上、かつ、２００以下であるので、エネイブル信号ｓ２がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．２のカウント値が上昇する。そして、カウンタＮｏ．２のカウント値が閾値ａ１以上になると、現時点で走査している領域が左側強膜であると判断され、すなわち、左側強膜の存在がチェックされて、フラグＮｏ．０が立てられる。なお、該フラグＮｏ．０が立てられた時点でカウンタＮｏ．１及びＮｏ．２は初期化される。
【００４０】
続いて、走査対象の画素が左側虹彩になると、輝度値が８０以上、かつ、１２０以下であるので、エネイブル信号ｓ１がオンとなり、カウンタＮｏ．１がインクリメントされる。ここで、前記フラグＮｏ．０が立てられた後にエネイブル信号ｓ１がオンになった最初の画素の水平方向（図６における左右方向）のアドレスｘ０がレジスタＮｏ．０に格納される。なお、該アドレスｘ０は前記虹彩左側境界点に対応する。
【００４１】
一方、カウンタＮｏ．１のカウント値が閾値ｂ１以上になると、現時点で走査している領域が左側虹彩であると判断され、すなわち、左側虹彩の存在がチェックされて、フラグＮｏ．１が立てられる。なお、該フラグＮｏ．１が立てられた時点でカウンタＮｏ．０及びＮｏ．２は初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．１が立てられた後にエネイブル信号ｓ１がオフになった最初の画素の水平方向のアドレスｘ１がレジスタＮｏ．１に格納される。なお、該アドレスｘ１は前記瞳孔左側境界点に対応する。
【００４２】
続いて、走査対象の画素が瞳孔になると、輝度値が１５０以上、かつ、２００以下であるので、エネイブル信号ｓ２がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。一方、カウンタＮｏ．２のカウント値が閾値ｃ以上になると、現時点で走査している領域が瞳孔であると判断され、すなわち、瞳孔の存在がチェックされて、フラグＮｏ．２が立てられる。なお、該フラグＮｏ．２が立てられた時点でカウンタＮｏ．１及びＮｏ．２は初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．２が立てられた後にエネイブル信号ｓ２がオフになった最初の画素の水平方向のアドレスｘ２がレジスタＮｏ．２に格納される。なお、該アドレスｘ２は前記瞳孔右側境界点に対応する。
【００４３】
続いて、走査対象の画素が右側虹彩になると、輝度値が８０以上、かつ、１２０以下であるので、エネイブル信号ｓ１がオンとなり、カウンタＮｏ．１がインクリメントされる。一方、カウンタＮｏ．１のカウント値が閾値ｂ２以上になると、現時点で走査している領域が右側虹彩であると判断され、すなわち、右側虹彩の存在がチェックされて、フラグＮｏ．３が立てられる。なお、該フラグＮｏ．３が立てられた時点でカウンタＮｏ．０及びＮｏ．２は初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．３が立てられた後にエネイブル信号ｓ１がオフになった最初の画素の水平方向のアドレスｘ３がレジスタＮｏ．３に格納される。なお、該アドレスｘ３は前記虹彩右側境界点に対応する。
【００４４】
続いて、走査対象の画素が右側強膜になると、輝度値が６０以下であるので、エネイブル信号ｓ０がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。一方、カウンタＮｏ．２のカウント値が閾値ａ２以上になると、現時点で走査している領域が右側強膜であると判断され、すなわち、右側強膜の存在がチェックされて、フラグＮｏ．４が立てられる。なお、該フラグＮｏ．４が立てられた時点でカウンタＮｏ．０及びＮｏ．１は初期化される。
【００４５】
このように、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４がすべて立てられると、前記走査線には瞳孔画素及び虹彩画素があると判断される。
【００４６】
続いて、前記レジスタＮｏ．０に格納された値としての虹彩左側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ０、前記レジスタＮｏ．３に格納された値としての虹彩右側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ３、及び、前記レジスタＮｏ．４に格納された値としての走査線の垂直方向のアドレスｙ０が、図７に示されるように、一つの単位にまとめられ、一単位としてスタックエリアに退避させられる。なお、虹彩と瞳孔との境界点である瞳孔左側境界点及び瞳孔右側境界点のアドレスｘ１及びｘ２は照明等によるノイズの影響を受けて値が不安定になり不正確になりやすいので、前記スタックエリアに退避させなくてもよいが、必要に応じて、レジスタＮｏ．１及びレジスタＮｏ．２に格納されたアドレスｘ１及びｘ２を前記スタックエリアに退避させることもできる。図７にはレジスタＮｏ．１及びレジスタＮｏ．２に格納されたアドレスｘ１及びｘ２を前記スタックエリアに退避させない場合が示されている。
【００４７】
また、前記アドレスｘ０、アドレスｘ３及びアドレスｙ０を退避させた回数はカウンタＮｏ．３によってカウントされる。すなわち、一行の走査線に関するアドレスｘ０、アドレスｘ３及びアドレスｙ０を退避させる度にカウンタＮｏ．３の値がインクリメントされる。そのため、カウンタＮｏ．３の値は、瞳孔画素及び虹彩画素があると判断された走査線の数を示すことになる。
【００４８】
続いて、瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理が行われる。まず、前記レジスタＮｏ．３に格納された値からレジスタＮｏ．０に格納された値を減じることによって、虹彩の幅に対応する値を得ることができる。そして、該値をレジスタＮｏ．６に格納する。また、前記レジスタＮｏ．２に格納された値からレジスタＮｏ．１に格納された値を減じることによって、瞳孔の幅に対応する値を得ることができる。そして、該値をレジスタＮｏ．５に格納する。なお、前述したように、レジスタＮｏ．１及びレジスタＮｏ．２の値が不正確になりやすいので、瞳孔の幅は参考として使用される。
【００４９】
続いて、レジスタＮｏ．６の値をレジスタＮｏ．８の値と比較する。ここで、該レジスタＮｏ．８には、過去において最大であった瞳孔の幅に対応する値が格納されている。したがって、レジスタＮｏ．６の値がレジスタＮｏ．８の値より大である場合、前記レジスタＮｏ．６の値が最大値となるので、該レジスタＮｏ．６の値をレジスタＮｏ．８に格納することによって、該レジスタＮｏ．８の値を更新する。また、レジスタＮｏ．９には過去において最大であった瞳孔の幅に対応するカウンタＮｏ．３の値が格納されるようになっているので、レジスタＮｏ．９の値も、前記カウンタＮｏ．３の値を格納することによって更新される。そして、次の走査線に沿って走査を行い、瞳孔画素及び虹彩画素があるか否かを調査する瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
【００５０】
一方、前記走査線には瞳孔画素及び虹彩画素が無いと判断された場合には、アドレスｘ０、アドレスｘ３及びアドレスｙ０を退避させた回数であるカウンタＮｏ．３の値が所定数α（例えば、１０）未満であるか否かを判断する。そして、カウンタＮｏ．３の値が前記α未満である場合には、瞳孔・虹彩画素調査処理を行った走査線の数が十分でないので、次の走査線に沿って走査を行い、瞳孔画素及び虹彩画素があるか否かを調査する瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
【００５１】
また、カウンタＮｏ．３の値が前記α未満でない場合には、瞳孔・虹彩画素調査処理を行った走査線の数が十分に多いので、虹彩円の初期検出を行う。この場合、前記スタックエリアに退避させたレジスタＮｏ．０に格納された値としての虹彩左側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ０、レジスタＮｏ．３に格納された値としての虹彩右側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ３、及び、レジスタＮｏ．４に格納された値としての走査線の垂直方向のアドレスｙ０に基づいて、図８に示されるように、複数組の虹彩左側境界点及び虹彩右側境界点の境界点の座標を定めることができる。図８において×は、虹彩左側境界点及び虹彩右側境界点、すなわち、虹彩境界点を示している。そして、複数の前記虹彩境界点の重心を虹彩円の中心として該中心の座標を算出する。また、半径は、前記中心から各虹彩境界点までの距離の平均値とする。なお、前記中心の座標及び半径の初期値の算出に使用する虹彩境界点の座標は、虹彩幅が最大値を採った時の走査線の近辺に存在する走査線上の虹彩境界点の座標とする。
【００５２】
続いて、瞳孔円の初期検出を行う。この場合、中心の座標の初期値として、前記虹彩円の中心の座標を使用する。また、半径は瞳孔と虹彩との境界点である瞳孔左側境界点及び瞳孔右側境界点、すなわち、瞳孔境界点と初期の中心との距離とする。
【００５３】
これにより、瞳孔円及び虹彩円が初期検出される。
【００５４】
次に、フローチャートについて説明する。まず、瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 初期化する。
ステップＳ２ 輝度値を比較する。
ステップＳ３ カウントする。
ステップＳ４ 瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
ステップＳ５ 瞳孔・虹彩画素があるか否かを判断する。瞳孔・虹彩画素がある場合はステップＳ６に進み、瞳孔・虹彩画素がない場合はステップＳ８に進む。ステップＳ６ 瞳孔と虹彩との境界点座標を退避する。
ステップＳ７ 瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理を行い、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ８ 退避回数が値α以上であるか否かを判断する。退避回数が値α以上である場合はステップＳ９に進み、退避回数が値α未満である場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ９ 虹彩円の初期検出を行う。
ステップＳ１０ 瞳孔円の初期検出を行い、処理を終了する。
【００５５】
次に、瞳孔・虹彩画素調査処理の動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ４−１ 左側強膜の存在をチェックする。
ステップＳ４−２ 左側虹彩の存在をチェックする。
ステップＳ４−３ 瞳孔の存在をチェックする。
ステップＳ４−４ 右側虹彩の存在をチェックする。
ステップＳ４−５ 右側強膜の存在をチェックし、処理を終了する。
【００５６】
次に、瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ７−１ レジスタ３の値からレジスタ０の値を減算した値をレジスタ６に格納し、レジスタ２の値からレジスタ１の値を減算した値をレジスタ５に格納する。
ステップＳ７−２ レジスタ６の値とレジスタ８の値とを比較し、レジスタ６の値がレジスタ８の値より大きい場合はステップＳ７−３に進み、レジスタ６の値がレジスタ８の値以下である場合は、処理を終了する。
ステップＳ７−３ カウンタ３の値をレジスタ９に格納し、レジスタ６の値をレジスタ８に格納する。
【００５７】
このように、本実施の形態においては、瞳孔円及び虹彩円を初期検出するようになっている。この場合、暗領域の周辺領域も調査対象に含めることによって、瞳孔を探索するための候補領域を一つに特定することができ、処理時間を短縮することができる。そのため、眼画像データをメモリに書き込むための極めて短時間の間に瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行うことができるので、該初期検出の後に行われるアイリスコード生成に適した眼画像か否かの判定を短時間で行うことができる。したがって、アイリスコード生成に適した眼画像に基づいてアイリスコードを生成するまでの総体的な処理時間を効果的に短縮することができる。
【００５８】
また、瞳孔・虹彩円の初期検出を、虹彩境界点及び瞳孔境界点だけを使用して行うようになっている。そのため、瞳孔及び虹彩領域の中央付近で発生する確率の高い照明等によるノイズの影響を無視することができる。
【００５９】
さらに、瞳孔円及び虹彩円の初期の検出を行うことによって、その後に行われる虹彩円概略検出における探索範囲を削減することができる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６１】
図１１は本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出の動作を示すフローチャート、図１２は本発明の第２の実施の形態における虹彩円の中心を探索するフィードバック処理を示す図、図１３は本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出用テンプレートを示す図、図１４は本発明の第２の実施の形態におけるブロックについての判定結果を示す表、図１５は本発明の第２の実施の形態における中心位置を示す表である。
【００６２】
本実施の形態においては、前記第１の実施の形態において説明した瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行った後に行われる虹彩円概略検出について説明する。この場合、探索対象の中心の周辺における輝度分布を調査し、該輝度分布の調査結果に基づいて、次回の探索の中心位置を決め、フィードバックをかけて虹彩円概略検出を行うようになっている。そして、該虹彩円概略検出を行う時に、設定された虹彩円の中心の周辺領域の輝度分布を調査し、その調査結果をフィードバックして、次回に設定される中心（より良い中心）を求めることによって、より少ない探索回数で虹彩円の中心を検出することができるようになっている。
【００６３】
まず、探索対象となる中心を設定する。なお、一回目の中心は、前記第１の実施の形態において説明した瞳孔円及び虹彩円の初期検出によって設定された虹彩円の中心である。この場合、図１２に示されるように、前記一回目の中心は、真の中心（図において黒丸で示される点）の周辺の位置▲１▼〜▲８▼のいずれかに該当すると考えることができる。
【００６４】
続いて、図１３に示されるような虹彩円概略検出用テンプレートを作成して、輝度分布を調査する。この場合、前記初期検出によって設定された虹彩円の半径に基づいて、外側ブロックと内側ブロックとの境界となる半径、すなわち、境界半径を設定し、虹彩円概略検出用テンプレートを作成する。そして、該虹彩円概略検出用テンプレートを利用して輝度分布を調査し、調査結果が良くない場合には、境界半径の値を変更して虹彩円概略検出用テンプレートを作成し直すようになっている。この時、境界半径の値は、前記初期検出によって設定された虹彩円の半径の値をＲとすると、次の式（１）によって算出することができる。
Ｒ±３×ｋ（ｋ＝０、１、…、ｍ（ｍは適切な値））・・・式（１）
そして、境界半径の値毎に２×ｋ＋１個の虹彩円概略検出用テンプレートを用意する。
【００６５】
ここで、前記虹彩円概略検出用テンプレートは、図１３に示されるように、ブロック１〜ブロック８の八つのブロックに分かれている。そして、外側ブロック（ブロック１、ブロック３、ブロック５、ブロック７）は強膜の画素を判定するためのものであり、内側ブロック（ブロック２、ブロック４、ブロック６、ブロック８）は虹彩の画素を判定するためのものである。なお、各ブロックに対する画素数は適宜決定される。
【００６６】
続いて、虹彩円概略検出用テンプレートを前記一回目の中心に一致させて、眼画像における画素の中で、前記ブロック１〜ブロック８に対応する画素の輝度を調査する。この場合、強膜の輝度の下限値、例えば、１５０を閾値として眼画像を２値化する。すなわち、輝度が１５０以上である画素の値を１とし、輝度が１５０未満である画素の値を０とする。そして、前記ブロック１〜ブロック８のそれぞれに対応する画素の輝度の合計である輝度和を算出する。そして、値が１の画素の割合と値が０の画素の割合に基づいて、図１４に示される表に従って、判定する。なお、外側ブロックは強膜の画素を判定するためのものなので１が多いことが理想であり、内側ブロックは虹彩の画素を判定するためのものなので０が多いことが理想である。
【００６７】
続いて、概略検出判定を行う。この場合、境界半径の異なる虹彩円概略検出用テンプレート毎に、外側ブロックの輝度和、すなわち、外側部輝度和、及び、内側ブロックの輝度和、すなわち、内側部輝度和を算出する。そして、すべての虹彩円概略検出用テンプレートについて、外側部輝度和から内側部輝度和を減じた値、すなわち、外側部輝度和−内側部輝度和の最大値が、閾値以上となることをチェックする。なお、外側部輝度和−内側部輝度和の上限値（外側部すべて１、内側部すべて０）の９０〔％〕を概略検出判定の閾値とすることが望ましい。そして、閾値以上である場合は、概略検出を終了する。ここで、最大値を採った場合の中心座標及び境界半径は、その後の虹彩円詳細検出において、虹彩円の中心座標及び半径として使用される。
【００６８】
次に、虹彩円の中心を探索するフィードバック処理について説明する。
【００６９】
前述したように、図１２に示されるように、フィードバック処理において、初期検出によって設定された虹彩円の中心の位置は、真の中心の周辺の位置▲１▼〜▲８▼のいずれかに該当すると考えることができる。例えば、初期検出によって設定された中心の位置が▲６▼であった場合、▲６▼の周辺の輝度分布の調査結果に基づいて、次回以降に設定される中心の位置、すなわち、次回探索対象となる中心位置を、図１２に示されるように真の中心に接近させながら行っていく。
【００７０】
前記フィードバック処理においては、概略検出判定を行った結果として、外側部輝度和−内側部輝度和の最大値が閾値より小さい場合、ブロック１〜ブロック８について行ったＯＫ、ＮＧ及び−の結果に基づいて、次回探索対象となる中心位置を図１５に従って決定する。図１５において、中心位置▲１▼〜▲８▼は、探索対象となった中心位置が、図１２における▲１▼〜▲８▼の近辺に位置していた場合を想定したものである。なお、図１５の中心位置▲１▼〜▲８▼のいずれにも該当しない場合は、現在の中心位置の近辺から縦横±１／ｍ×Ｒの全範囲において中心位置を探索する。また、図１５の中心位置▲１▼〜▲８▼に該当した場合は、図１５に従って中心位置の探索を継続する。なお、ｍは適切な値であり、Ｒは初期半径である。
【００７１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１１ 中心を設定する。
ステップＳ１２ 境界半径を設定する。
ステップＳ１３ ブロック１〜ブロック８の輝度を調査する。
ステップＳ１４ 概略検出判定を行い、閾値以上である場合は処理を終了し、閾値より小さい場合はステップＳ１１に戻る。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、概略検出判定の閾値を外側部輝度和−内側部輝度和の上限値の９０〔％〕とすることによって、初期検出値が良好な場合は、中心の探索回数を一回〜数回以内で概略検出を終了することができる。したがって、極めて短時間で虹彩円概略検出を行うことができる。また、初期検出値があまり良好でない場合でも、フィードバック処理を行うことによって、虹彩円の中心を探索する回数を削減することができる。
【００７３】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００７４】
図１６は本発明の第３の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャート、図１７は本発明の第３の実施の形態における間引き行走査の概略を示す図、図１８は本発明の第３の実施の形態における虹彩境界点を示す図、図１９は本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第１の図、図２０は本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第２の図である。
【００７５】
本実施の形態においては、瞳孔円及び虹彩円の初期検出の動作において瞳孔円及び虹彩円を検出するために、例えば、１０２４（画素）×７６８（画素）の大きさの眼画像データに対して、走査線を間引きして走査する間引き行走査を行い、さらに、詳細走査を行うための長方形領域を設定するようになっている。この場合、間引きの間隔は１００行とすることが望ましく、間引き行走査の順番は、図１７に示されるように、画像の中央の行から開始することが望ましい。なお、本実施の形態においては、前記眼画像が記憶手段としてのメモリから読み出される時に、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行うようになっている。
【００７６】
続いて、前記第１の実施の形態における瞳孔・虹彩画素調査処理と同様に、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４がすべて立てられるか否かを走査線毎に判断し、瞳孔・虹彩領域をチェックする。なお、図１７は、３回目の瞳孔・虹彩領域チェックにおいて選択した走査線に沿った走査によって、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４がすべて立てられた場合を示している。
【００７７】
次に、瞳孔・虹彩画素チェックによって求められた虹彩左側境界点（レジスタＮｏ．０に格納）及び虹彩右側境界点（レジスタＮｏ．３に格納）に基づいて、詳細走査を行う長方形領域を図１８において実線で囲まれる領域のように決定する。図１８において、（ｘ０、ｙ０）は虹彩左側境界点のアドレスとしての座標を、（ｘ３、ｙ０）は虹彩右側境界点のアドレスとしての座標を表している。なお、ｙ０は、図１７に示される３回目の瞳孔・虹彩領域チェックにおいて選択した走査線の垂直方向のアドレスである。また、ａ、ｂは瞳孔・虹彩領域を覆うのに適切な値とする。
【００７８】
そして、前記長方形領域において、走査線をより少ない間引き間隔で選択して走査する詳細行走査を行う。この場合、詳細行走査は、瞳孔・虹彩領域チェックで検出された行の上方向から開始され、間引きの間隔は四行とする。
【００７９】
以降の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態においては、長方形領域を上方向と下方向との二回に分けて詳細走査を行う点において相違する。そのため、本実施の形態においては、虹彩円初期検出に使用する虹彩境界点の座標が、スタックエリア内で特別な配列となることがある。
【００８０】
すなわち、図１９に示されるような通常の配列と、図２０に示されるような特別な配列とが存在する。ここで、図２０に示されるような特別な配列の場合は、虹彩幅が最大となる虹彩境界点の座標と、その一単位上に位置する虹彩境界点の座標と、逆方向最下位置にある虹彩境界点の座標とを使用して、虹彩円初期検出を行う。なお、虹彩円初期検出に使用する虹彩境界点の座標は、図１９及び２０において網掛け表示されている。
【００８１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２１ 間引き行走査を行う。
ステップＳ２２ 瞳孔・虹彩領域チェックを行い、ヒットした場合はステップＳ２３に進み、エラーである場合はステップＳ２１に戻る。
ステップＳ２３ 長方形領域を設定する。
ステップＳ２４ 初期化を行う。
ステップＳ２５ 輝度値を比較する。
ステップＳ２６ カウントする。
ステップＳ２７ 瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
ステップＳ２８ 瞳孔・虹彩画素があるか否かを判断する。瞳孔・虹彩画素がある場合はステップＳ２９に進み、瞳孔・虹彩画素がない場合はステップＳ３１に進む。
ステップＳ２９ 瞳孔と虹彩との境界点座標を退避する。
ステップＳ３０ 瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理を行い、ステップＳ２４に戻る。
ステップＳ３１ 下方向の走査が終了したか否かを判断する。下方向の走査が終了した場合はステップＳ３２に進み、下方向の走査が終了していない場合はステップＳ２４に戻る。
ステップＳ３２ 虹彩円の初期検出を行う。
ステップＳ３３ 瞳孔円の初期検出を行い、処理を終了する。
【００８２】
このように、本実施の形態においては、瞳孔円及び虹彩円を初期検出する場合に、走査線を間引いて走査を行うようになっている。そのため、処理時間を短縮することができる。
【００８３】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００８４】
図２１は本発明の第４の実施の形態における眼画像の判定の動作を示すローチャートである。
【００８５】
本実施の形態においては、瞳孔半径の最大値と最小値との差を求め、該差が一定値以内である場合に、眼画像を写真であると判定するようになっている。この場合、前記眼画像に対して、光を照射し、瞳孔の散瞳・縮瞳をチェックすることによって、写真又は実物の判定を行う。
【００８６】
まず、１番目のフレームからａ番目のフレームまでの眼画像の瞳孔円の半径Ｒ1 〜Ｒa を求める（ａは適宜設定された値）。続いて、半径Ｒ1 〜Ｒa の最大値及び最小値を求め、その差が値ｄ（ｄは適宜設定された値）以内である場合は、眼画像は写真であると判定される。
【００８７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ４１ １番目のフレームの眼画像の瞳孔円の半径Ｒ1 を算出する。
ステップＳ４２ ２番目のフレームの眼画像の瞳孔円の半径Ｒ2 を算出する。
ステップＳ４３ ａ番目のフレームの眼画像の瞳孔円の半径Ｒa を算出する。
ステップＳ４４ 瞳孔円の半径Ｒ1 〜Ｒa の最大値及び最小値を算出する。
ステップＳ４５ 写真であるか実物であるかを判定する。
【００８８】
このように、本実施の形態においては、眼画像が写真であるか実物であるかの判定を、瞳孔が散瞳・縮瞳をしていないを判定基準として行うようになっている。そのため、眼画像が写真であるか実物であるかの判定のための処理を簡単にすることができる。
【００８９】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００９０】
図２２は本発明の第５の実施の形態における平均輝度の算出方法を示す図である。
【００９１】
本実施の形態においては、図２２に示されるように、４画素単位の平均輝度を算出し、該平均輝度を比較してカウントする。なお、前記４画素単位の平均輝度は、次の式（２）によって算出することができる。
１／４×（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼）・・・（２）
このように、本実施の形態においては、４画素単位の平均輝度を算出し、該平均輝度を比較してカウントするようになっている。そのため、画素値の比較を安定して行うことができる。
【００９２】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００９３】
図２３は本発明の第５の実施の形態における境界点の座標データにノイズがあるか否かを判断するための動作を示すフローチャートである。
【００９４】
本実施の形態においては、ノイズを含む境界点の座標データを破棄するようになっている。この場合、境界前記点の座標データにノイズがあるか否かを判断する。そして、ノイズがないと判断した場合は境界点の座標をスタックエリアに退避し、ノイズがあると判断した場合は境界点の座標をスタックエリアに退避せずに破棄する。
【００９５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ５１ ノイズがあるか否かを判断する。ノイズがない場合はステップＳ５２に進み、ノイズがある場合はステップＳ５３に進む。
ステップＳ５２ 境界点座標を退避し、処理を終了する。
ステップＳ５３ 境界点座標を退避せずに破棄して、処理を終了する。
【００９６】
このように、本実施の形態においては、ノイズを含む境界点の座標データをスタックエリアに退避することなく、破棄することによって、瞳孔円及び虹彩円の誤検出を防止することができる。
【００９７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索範囲を削減し、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索回数を削減するので、探索処理量が少なくすることができ、探索時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩円検出装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における眼画像を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるフラグとカウンタの対応を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるエネイブル信号の対応する輝度値を示す表である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるカウント値と強膜、虹彩及び瞳孔との対応を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるスタックエリアを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における虹彩境界点を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩画素調査処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における虹彩円の中心を探索するフィードバック処理を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出用テンプレートを示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるブロックについての判定結果を示す表である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における中心位置を示す表である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における間引き行走査の概略を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における虹彩境界点を示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第１の図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第２の図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態における眼画像の判定の動作を示すローチャートである。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における平均輝度の算出方法を示す図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態における境界点の座標データにノイズがあるか否かを判断するための動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 瞳孔・虹彩円検出装置
１１ 画像取得部
１２ 検出判定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、瞳孔・虹彩円検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物や特定の場所に無資格者が進入することや、情報処理装置等の装置を無資格者が操作することを防止したり、インターネットを利用した電子商取引において本人認証を行ったりする場合に使用される個人識別装置として、鍵（かぎ）や暗証番号等を利用することなく、本人の生物学的な特徴を利用して本人か否かを識別するバイオメトリック方式の個人識別装置が提供されている。
【０００３】
そして、バイオメトリック方式の個人識別装置としては、指紋によって識別する装置、声紋によって識別する装置、顔貌（ぼう）によって識別する装置等が存在するが、人間の瞳の虹彩（アイリス）パターンによって識別するアイリス利用の個人識別装置が高い精度と高い認識率とを有することが知られている。一般に、従来のアイリス利用の個人識別装置においては、アイリスコードを生成するために、対象となる人物の目及びその周辺の画像、すなわち、眼画像から瞳孔円及び虹彩円を検出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の個人識別装置においては、前記眼画像の中から、まず、暗い領域としての暗領域を検出する。そして、該暗領域が瞳孔の領域としての瞳孔領域であると仮定し、前記暗領域に存在する画素を探索の対象として探索して瞳孔円の縁を厳密に検出するようになっている。
【０００５】
ところが、前記眼画像には目の周辺も含まれるために、眉毛や眼鏡の縁も暗領域として検出されてしまう。そのため、前記探索の対象に眉毛や眼鏡の縁も含まれてしまうので、探索の対象となる画素の範囲が広くなりすぎてしまう。
【０００６】
また、瞳孔円の中心の探索を、暗領域において、例えば、縦横±９６画素の範囲を５画素ずつ変化させながら行い、半径の探索を、例えば、１５〜１００画素の範囲を５画素ずつ変化させながら行うようになっている。そのため、瞳孔円の中心を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【０００７】
さらに、瞳孔円の縁を検出するための判定を、外側部輝度和から内側部輝度和を除した値の最大値を求めることによって行うようになっている。この場合、例えば、縦横±９６画素の全範囲の探索を前提としている。そのため、瞳孔円の縁を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【０００８】
また、虹彩円を検出するために、該虹彩円の中心の探索を、瞳孔円の中心から、例えば、上下方向に±１画素、左右方向に±１０画素の範囲を２画素ずつ変化させながら行い、半径の探索を、例えば、瞳孔円の半径の１．８〜６倍まで（最大１７０画素）を２画素ずつ変化させながら行うようになっている。そのため、虹彩円の中心を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【０００９】
さらに、虹彩円の縁を検出するための判定を、外側部輝度和から内側部輝度和を除した値の最大値を求めることによって行うようになっている。この場合、探索を前提として、例えば、上下方向に±１画素、左右方向に±１０画素の全範囲を探索するようになっている。そのため、虹彩円の縁を検出するための探索処理量が多く、時間がかかってしまう。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決して、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索範囲を削減することができるとともに、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索回数を削減することができ、探索処理量が少なく探索時間の短い瞳孔・虹彩円検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の瞳孔・虹彩円検出装置においては、眼画像を取得し、該眼画像を記憶手段に格納する画像取得部と、前記眼画像を探索して瞳孔円及び虹彩円を検出する検出判定部とを有し、該検出判定部は、前記眼画像が記憶手段に格納される時に、前記眼画像を走査し、各走査線毎に瞳孔画素及び虹彩画素の存在を判定し、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う瞳孔・虹彩円検出装置であって、前記検出判定部は、探索対象の中心の周辺における輝度分布を調査する手段、及び、前記輝度分布の調査結果に基づいて、次回の探索の中心位置を決める手段を備え、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出の結果に基づいて複数のブロックを備えるテンプレートを作成し、該テンプレートの各ブロックに対応する画素の輝度によって強膜及び虹彩に対応するブロックを判定し、判定結果に基づいて今回の探索の中心に対する虹彩円の真の中心の方向を決定し、決定された方向に探索の中心を移動させて次回の探索の中心として探索を繰り返すことにより、探索の中心位置を前記虹彩円の真の中心に近接させる虹彩円概略検出を行う。
【００１５】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、前記瞳孔画素及び虹彩画素の存在を判定するために間引き行走査を行う手段、並びに、詳細走査を行うための長方形領域を設定する手段を備え、前記眼画像が記憶手段から読み出される時に、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う。
【００１６】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、瞳孔半径の最大値と最小値との差を求める手段を備え、該差が一定値以内である場合に、前記眼画像を写真であると判定する。
【００１７】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、４画素単位の平均輝度を比較してカウントする手段を備える。
【００１８】
本発明の更に他の瞳孔・虹彩円検出装置においては、さらに、前記検出判定部は、ノイズを含む境界点の座標データを破棄する手段を備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図２は本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩円検出装置の構成を示す図である。
【００２１】
図において、１０は瞳孔・虹彩円検出装置であり、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を備える一種のコンピュータである。また、２０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子、撮像管等を備える撮像装置であり、例えば、デジタルスチルカメラ、工業用カメラ、ビデオカメラ等である。
【００２２】
ここで、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０及び撮像装置２０は、人間の瞳の虹彩であるアイリスのパターンによって識別するアイリス利用の個人識別装置のためのものである。そして、識別の対象である人物の目及びその周辺の画像としての眼画像が前記撮像装置２０によって撮影され、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０によって前記眼画像に基づいたアイリスコードが生成されるようになっている。
【００２３】
なお、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０は、機能の観点から、前記撮像装置２０から眼画像を取得し、該眼画像を図示されない記憶手段に格納する画像取得部１１、前記眼画像を探索して瞳孔円及び虹彩円を検出する検出判定部１２、並びに、前記瞳孔円及び虹彩円に基づいてアイリスコードを生成するアイリスコード生成部１３を有する。そして、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０は、瞳孔円及び虹彩円の初期検出、虹彩円概略検出、虹彩円詳細検出等を行って、瞳孔円及び虹彩円を厳密に検出した後、該瞳孔円及び虹彩円に基づいてアイリスコードを生成するようになっている。また、前記瞳孔・虹彩円検出装置１０は、初期検出を行い、アイリスコード生成に適した眼画像であるか否かを判定し、アイリスコード生成に適した眼画像に基づいてアイリスコードを生成するようになっている。
【００２４】
次に、前記構成の瞳孔・虹彩円検出装置の動作を説明する。
【００２５】
図３は本発明の第１の実施の形態における眼画像を説明する図である。
【００２６】
本実施の形態において、瞳孔・虹彩円検出装置１０は、図３に示されるような眼画像に基づいて、瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う。この場合、該初期検出は、前記眼画像の画像データ、すなわち、眼画像データを記憶手段としてのメモリに書き込む間に行われる。なお、前記眼画像データは、例えば、１０２４（画素）×７６８（画素）の大きさのデータである。そして、前記初期検出においては、まず、前記眼画像において横方向に延在する一行の走査線に沿って、各画素のアドレス（水平方向及び垂直方向の座標値、又は、番地）を特定するとともに、各画素のデータとしての輝度値を検出する。すなわち、走査線に沿って走査して輝度値を検出する。
【００２７】
ここで、眼球の表面は、図３に示されるように、強膜、虹彩及び瞳孔に大別される。まず、前記強膜は、いわゆる、白目であり、眼画像において最も輝度が高い領域である。また、瞳孔は、いわゆる、瞳であり、眼画像において最も輝度が低い円形の領域である。そして、虹彩は、瞳孔の周囲に存在し、強膜よりは輝度が低いが瞳孔よりは輝度が高い円形の領域である。
【００２８】
この場合、走査線に沿って輝度値を検出すると、強膜と虹彩との境界において輝度に差があり、虹彩と瞳孔との境界においても輝度に差があることから、虹彩の外側の境界に対応する点と瞳孔の外側の境界に対応する点とを検出することができる。図３に示される眼画像において、図における左側から走査線に沿って走査を開始すると、輝度の差に基づいて、順次、虹彩左側境界点、瞳孔左側境界点、瞳孔右側境界点及び虹彩右側境界点を検出することができる。なお、虹彩左側境界点と虹彩右側境界点との距離を前記走査線における虹彩幅、及び、瞳孔左側境界点と瞳孔右側境界点との距離を前記走査線における瞳孔幅とする。
【００２９】
次に、瞳孔円及び虹彩円の初期検出の動作を時系列的に説明する。
【００３０】
図１は本発明の第１の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャート、図４は本発明の第１の実施の形態におけるフラグとカウンタの対応を説明する図、図５は本発明の第１の実施の形態におけるエネイブル信号の対応する輝度値を示す表、図６は本発明の第１の実施の形態におけるカウント値と強膜、虹彩及び瞳孔との対応を説明する図、図７は本発明の第１の実施の形態におけるスタックエリアを示す図、図８は本発明の第１の実施の形態における虹彩境界点を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩画素調査処理の動作を示すフローチャート、図１０は本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４及びカウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２がすべて初期化され、値が０となる。なお、前記フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４及びカウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２は一行の走査線に沿った走査が終了する度に初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４は、図４に示されるように、各領域に対して割り当てられている。すなわち、走査対象の画素が左側強膜であると判明した場合フラグＮｏ．０が立てられ、走査対象の画素が左側虹彩である場合フラグＮｏ．１が立てられ、走査対象の画素が瞳孔であると判明した場合フラグＮｏ．２が立てられ、走査対象の画素が右側虹彩であると判明した場合フラグＮｏ．３が立てられ、走査対象の画素が右側強膜であると判明した場合フラグＮｏ．４が立てられるようになっている。
【００３２】
また、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２も、図４に示されるように、各領域に対して割り当てられている。すなわち、走査対象の画素が瞳孔である場合カウンタＮｏ．０によって画素数がカウントされ、走査対象の画素が虹彩である場合カウンタＮｏ．１によって画素数がカウントされ、走査対象の画素が強膜である場合カウンタＮｏ．２によって画素数がカウントされるようになっている。
【００３３】
ここで、図４に示されるような一行の走査線に沿って図における左側から走査が開始されると、走査対象の画素の輝度値が各画素について検出される。そして、各画素の輝度値に基づいて、各種のエネイブル（ｅｎａｂｌｅ）信号（トリガー信号）がオンされ、該当するカウンタがインクリメントされてカウント値が１だけ上昇する。本実施の形態においては、図５に示されるように、エネイブル信号ｓ０〜ｓ２が規定されている。
【００３４】
この場合、エネイブル信号ｓ０はカウンタＮｏ．０をインクリメントするためのエネイブル信号であり、エネイブル信号ｓ１はカウンタＮｏ．１をインクリメントするためのエネイブル信号であり、エネイブル信号ｓ２はカウンタＮｏ．２をインクリメントするためのエネイブル信号である。そして、エネイブル信号ｓ０は、走査対象の画素の輝度値が６０以下の場合にオンになる。ここで、画素の輝度値が６０以下というのは、かなり暗い状態であり瞳孔等の暗領域に含まれる画素であることを示している。また、エネイブル信号ｓ１は、走査対象の画素の輝度値が８０以上、かつ、１２０以下の場合にオンになる。ここで、画素の輝度値が８０以上、かつ、１２０以下というのは、虹彩等の領域に含まれる画素であることを示している。そして、エネイブル信号ｓ２は、走査対象の画素の輝度値が１５０以上、かつ、２００以下の場合にオンになる。ここで、画素の輝度値が１５０以上、かつ、２００以下というのは、強膜等の領域に含まれる画素であることを示している。さらに、走査対象の画素の輝度値が前記数値範囲以外の場合は、肌等に含まれる画素ではあっても、少なくとも、瞳孔、虹彩、強膜のいずれにも含まれない画素なので、エネイブル信号ｓ０〜ｓ２はいずれもオフのままである。なお、前記輝度値は一例にすぎず、適宜変更することができる。
【００３５】
そして、走査が行われると、走査対象の画素毎に輝度値に応じたエネイブル信号がオンとなり、該エネイブル信号に対応したカウンタがインクリメントされてカウント値が１ずつ上昇していく。例えば、図４に示されるような一行の走査線に沿って図における左側から走査が開始されると、まず、走査対象の画素が左側強膜である場合、輝度値が１５０以上、かつ、２００以下であるので、エネイブル信号ｓ２がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．２のカウント値が上昇する。そして、走査対象の画素が左側虹彩になると、今度は輝度値が８０以上、かつ、１２０以下であるので、エネイブル信号ｓ１がオンとなり、カウンタＮｏ．１がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．１のカウント値が上昇する。さらに、走査対象の画素が瞳孔になると、今度は輝度値が６０以下であるので、エネイブル信号ｓ０がオンとなり、カウンタＮｏ．０がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．０のカウント値が上昇する。
【００３６】
したがって、図６に示されるように、前記走査線に沿った画素の数が左側強膜においてＡ１、左側虹彩においてＢ１、瞳孔においてＣ、右側虹彩においてＢ２、右側強膜においてＡ２であるならば、左側強膜を走査した場合カウンタＮｏ．２のカウント値がＡ１となり、左側虹彩を走査した場合カウンタＮｏ．１のカウント値がＢ１となり、瞳孔を走査した場合カウンタＮｏ．０のカウント値がＣとなり、右側虹彩を走査した場合カウンタＮｏ．１のカウント値がＢ２となり、右側強膜を走査した場合カウンタＮｏ．２のカウント値がＡ２となるはずである。このことから、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２のカウント値が所定の範囲にある場合に、走査対象の画素が左側強膜、左側虹彩、瞳孔、右側虹彩又は右側強膜のいずれにあるのかを判断することができる。
【００３７】
そこで、本実施の形態においては、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２のカウント値に基づいて、瞳孔画素及び虹彩画素があるか否かを調査する瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。この場合、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２のカウント値が所定の閾（しきい）値以上になった時に、走査対象の画素が左側強膜、左側虹彩、瞳孔、右側虹彩又は右側強膜にあると判断する。ここでは、前記左側強膜、左側虹彩、瞳孔、右側虹彩及び右側強膜閾値に対応する閾値が、それぞれ、ａ１、ｂ１、ｃ、ｂ２及びａ２であるとして説明する。
【００３８】
まず、図４又は６に示されるような一行の走査線に沿った走査が左側から開始される。なお、カウンタＮｏ．０〜Ｎｏ．２及びフラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４はすべて初期化されている。なお、走査線の垂直方向（図における上下方向）のアドレス（位置）ｙがレジスタＮｏ．４に格納される。
【００３９】
そして、走査対象の画素が目の左外側の肌である場合、図５に示されるように、エネイブル信号ｓ０〜ｓ２はいずれもオフのままである。続いて、走査対象の画素が左側強膜になると、輝度値が１５０以上、かつ、２００以下であるので、エネイブル信号ｓ２がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。これにより、画素の数に応じてカウンタＮｏ．２のカウント値が上昇する。そして、カウンタＮｏ．２のカウント値が閾値ａ１以上になると、現時点で走査している領域が左側強膜であると判断され、すなわち、左側強膜の存在がチェックされて、フラグＮｏ．０が立てられる。なお、該フラグＮｏ．０が立てられた時点でカウンタＮｏ．１及びＮｏ．２は初期化される。
【００４０】
続いて、走査対象の画素が左側虹彩になると、輝度値が８０以上、かつ、１２０以下であるので、エネイブル信号ｓ１がオンとなり、カウンタＮｏ．１がインクリメントされる。ここで、前記フラグＮｏ．０が立てられた後にエネイブル信号ｓ１がオンになった最初の画素の水平方向（図６における左右方向）のアドレスｘ０がレジスタＮｏ．０に格納される。なお、該アドレスｘ０は前記虹彩左側境界点に対応する。
【００４１】
一方、カウンタＮｏ．１のカウント値が閾値ｂ１以上になると、現時点で走査している領域が左側虹彩であると判断され、すなわち、左側虹彩の存在がチェックされて、フラグＮｏ．１が立てられる。なお、該フラグＮｏ．１が立てられた時点でカウンタＮｏ．０及びＮｏ．２は初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．１が立てられた後にエネイブル信号ｓ１がオフになった最初の画素の水平方向のアドレスｘ１がレジスタＮｏ．１に格納される。なお、該アドレスｘ１は前記瞳孔左側境界点に対応する。
【００４２】
続いて、走査対象の画素が瞳孔になると、輝度値が１５０以上、かつ、２００以下であるので、エネイブル信号ｓ２がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。一方、カウンタＮｏ．２のカウント値が閾値ｃ以上になると、現時点で走査している領域が瞳孔であると判断され、すなわち、瞳孔の存在がチェックされて、フラグＮｏ．２が立てられる。なお、該フラグＮｏ．２が立てられた時点でカウンタＮｏ．１及びＮｏ．２は初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．２が立てられた後にエネイブル信号ｓ２がオフになった最初の画素の水平方向のアドレスｘ２がレジスタＮｏ．２に格納される。なお、該アドレスｘ２は前記瞳孔右側境界点に対応する。
【００４３】
続いて、走査対象の画素が右側虹彩になると、輝度値が８０以上、かつ、１２０以下であるので、エネイブル信号ｓ１がオンとなり、カウンタＮｏ．１がインクリメントされる。一方、カウンタＮｏ．１のカウント値が閾値ｂ２以上になると、現時点で走査している領域が右側虹彩であると判断され、すなわち、右側虹彩の存在がチェックされて、フラグＮｏ．３が立てられる。なお、該フラグＮｏ．３が立てられた時点でカウンタＮｏ．０及びＮｏ．２は初期化される。ここで、前記フラグＮｏ．３が立てられた後にエネイブル信号ｓ１がオフになった最初の画素の水平方向のアドレスｘ３がレジスタＮｏ．３に格納される。なお、該アドレスｘ３は前記虹彩右側境界点に対応する。
【００４４】
続いて、走査対象の画素が右側強膜になると、輝度値が６０以下であるので、エネイブル信号ｓ０がオンとなり、カウンタＮｏ．２がインクリメントされる。一方、カウンタＮｏ．２のカウント値が閾値ａ２以上になると、現時点で走査している領域が右側強膜であると判断され、すなわち、右側強膜の存在がチェックされて、フラグＮｏ．４が立てられる。なお、該フラグＮｏ．４が立てられた時点でカウンタＮｏ．０及びＮｏ．１は初期化される。
【００４５】
このように、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４がすべて立てられると、前記走査線には瞳孔画素及び虹彩画素があると判断される。
【００４６】
続いて、前記レジスタＮｏ．０に格納された値としての虹彩左側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ０、前記レジスタＮｏ．３に格納された値としての虹彩右側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ３、及び、前記レジスタＮｏ．４に格納された値としての走査線の垂直方向のアドレスｙ０が、図７に示されるように、一つの単位にまとめられ、一単位としてスタックエリアに退避させられる。なお、虹彩と瞳孔との境界点である瞳孔左側境界点及び瞳孔右側境界点のアドレスｘ１及びｘ２は照明等によるノイズの影響を受けて値が不安定になり不正確になりやすいので、前記スタックエリアに退避させなくてもよいが、必要に応じて、レジスタＮｏ．１及びレジスタＮｏ．２に格納されたアドレスｘ１及びｘ２を前記スタックエリアに退避させることもできる。図７にはレジスタＮｏ．１及びレジスタＮｏ．２に格納されたアドレスｘ１及びｘ２を前記スタックエリアに退避させない場合が示されている。
【００４７】
また、前記アドレスｘ０、アドレスｘ３及びアドレスｙ０を退避させた回数はカウンタＮｏ．３によってカウントされる。すなわち、一行の走査線に関するアドレスｘ０、アドレスｘ３及びアドレスｙ０を退避させる度にカウンタＮｏ．３の値がインクリメントされる。そのため、カウンタＮｏ．３の値は、瞳孔画素及び虹彩画素があると判断された走査線の数を示すことになる。
【００４８】
続いて、瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理が行われる。まず、前記レジスタＮｏ．３に格納された値からレジスタＮｏ．０に格納された値を減じることによって、虹彩の幅に対応する値を得ることができる。そして、該値をレジスタＮｏ．６に格納する。また、前記レジスタＮｏ．２に格納された値からレジスタＮｏ．１に格納された値を減じることによって、瞳孔の幅に対応する値を得ることができる。そして、該値をレジスタＮｏ．５に格納する。なお、前述したように、レジスタＮｏ．１及びレジスタＮｏ．２の値が不正確になりやすいので、瞳孔の幅は参考として使用される。
【００４９】
続いて、レジスタＮｏ．６の値をレジスタＮｏ．８の値と比較する。ここで、該レジスタＮｏ．８には、過去において最大であった瞳孔の幅に対応する値が格納されている。したがって、レジスタＮｏ．６の値がレジスタＮｏ．８の値より大である場合、前記レジスタＮｏ．６の値が最大値となるので、該レジスタＮｏ．６の値をレジスタＮｏ．８に格納することによって、該レジスタＮｏ．８の値を更新する。また、レジスタＮｏ．９には過去において最大であった瞳孔の幅に対応するカウンタＮｏ．３の値が格納されるようになっているので、レジスタＮｏ．９の値も、前記カウンタＮｏ．３の値を格納することによって更新される。そして、次の走査線に沿って走査を行い、瞳孔画素及び虹彩画素があるか否かを調査する瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
【００５０】
一方、前記走査線には瞳孔画素及び虹彩画素が無いと判断された場合には、アドレスｘ０、アドレスｘ３及びアドレスｙ０を退避させた回数であるカウンタＮｏ．３の値が所定数α（例えば、１０）未満であるか否かを判断する。そして、カウンタＮｏ．３の値が前記α未満である場合には、瞳孔・虹彩画素調査処理を行った走査線の数が十分でないので、次の走査線に沿って走査を行い、瞳孔画素及び虹彩画素があるか否かを調査する瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
【００５１】
また、カウンタＮｏ．３の値が前記α未満でない場合には、瞳孔・虹彩画素調査処理を行った走査線の数が十分に多いので、虹彩円の初期検出を行う。この場合、前記スタックエリアに退避させたレジスタＮｏ．０に格納された値としての虹彩左側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ０、レジスタＮｏ．３に格納された値としての虹彩右側境界点に対応する水平方向のアドレスｘ３、及び、レジスタＮｏ．４に格納された値としての走査線の垂直方向のアドレスｙ０に基づいて、図８に示されるように、複数組の虹彩左側境界点及び虹彩右側境界点の境界点の座標を定めることができる。図８において×は、虹彩左側境界点及び虹彩右側境界点、すなわち、虹彩境界点を示している。そして、複数の前記虹彩境界点の重心を虹彩円の中心として該中心の座標を算出する。また、半径は、前記中心から各虹彩境界点までの距離の平均値とする。なお、前記中心の座標及び半径の初期値の算出に使用する虹彩境界点の座標は、虹彩幅が最大値を採った時の走査線の近辺に存在する走査線上の虹彩境界点の座標とする。
【００５２】
続いて、瞳孔円の初期検出を行う。この場合、中心の座標の初期値として、前記虹彩円の中心の座標を使用する。また、半径は瞳孔と虹彩との境界点である瞳孔左側境界点及び瞳孔右側境界点、すなわち、瞳孔境界点と初期の中心との距離とする。
【００５３】
これにより、瞳孔円及び虹彩円が初期検出される。
【００５４】
次に、フローチャートについて説明する。まず、瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ１ 初期化する。
ステップＳ２ 輝度値を比較する。
ステップＳ３ カウントする。
ステップＳ４ 瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
ステップＳ５ 瞳孔・虹彩画素があるか否かを判断する。瞳孔・虹彩画素がある場合はステップＳ６に進み、瞳孔・虹彩画素がない場合はステップＳ８に進む。ステップＳ６ 瞳孔と虹彩との境界点座標を退避する。
ステップＳ７ 瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理を行い、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ８ 退避回数が値α以上であるか否かを判断する。退避回数が値α以上である場合はステップＳ９に進み、退避回数が値α未満である場合はステップＳ１に戻る。
ステップＳ９ 虹彩円の初期検出を行う。
ステップＳ１０ 瞳孔円の初期検出を行い、処理を終了する。
【００５５】
次に、瞳孔・虹彩画素調査処理の動作を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ４−１ 左側強膜の存在をチェックする。
ステップＳ４−２ 左側虹彩の存在をチェックする。
ステップＳ４−３ 瞳孔の存在をチェックする。
ステップＳ４−４ 右側虹彩の存在をチェックする。
ステップＳ４−５ 右側強膜の存在をチェックし、処理を終了する。
【００５６】
次に、瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理を示すフローチャートについて説明する。
ステップＳ７−１ レジスタ３の値からレジスタ０の値を減算した値をレジスタ６に格納し、レジスタ２の値からレジスタ１の値を減算した値をレジスタ５に格納する。
ステップＳ７−２ レジスタ６の値とレジスタ８の値とを比較し、レジスタ６の値がレジスタ８の値より大きい場合はステップＳ７−３に進み、レジスタ６の値がレジスタ８の値以下である場合は、処理を終了する。
ステップＳ７−３ カウンタ３の値をレジスタ９に格納し、レジスタ６の値をレジスタ８に格納する。
【００５７】
このように、本実施の形態においては、瞳孔円及び虹彩円を初期検出するようになっている。この場合、暗領域の周辺領域も調査対象に含めることによって、瞳孔を探索するための候補領域を一つに特定することができ、処理時間を短縮することができる。そのため、眼画像データをメモリに書き込むための極めて短時間の間に瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行うことができるので、該初期検出の後に行われるアイリスコード生成に適した眼画像か否かの判定を短時間で行うことができる。したがって、アイリスコード生成に適した眼画像に基づいてアイリスコードを生成するまでの総体的な処理時間を効果的に短縮することができる。
【００５８】
また、瞳孔・虹彩円の初期検出を、虹彩境界点及び瞳孔境界点だけを使用して行うようになっている。そのため、瞳孔及び虹彩領域の中央付近で発生する確率の高い照明等によるノイズの影響を無視することができる。
【００５９】
さらに、瞳孔円及び虹彩円の初期の検出を行うことによって、その後に行われる虹彩円概略検出における探索範囲を削減することができる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００６１】
図１１は本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出の動作を示すフローチャート、図１２は本発明の第２の実施の形態における虹彩円の中心を探索するフィードバック処理を示す図、図１３は本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出用テンプレートを示す図、図１４は本発明の第２の実施の形態におけるブロックについての判定結果を示す表、図１５は本発明の第２の実施の形態における中心位置を示す表である。
【００６２】
本実施の形態においては、前記第１の実施の形態において説明した瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行った後に行われる虹彩円概略検出について説明する。この場合、探索対象の中心の周辺における輝度分布を調査し、該輝度分布の調査結果に基づいて、次回の探索の中心位置を決め、フィードバックをかけて虹彩円概略検出を行うようになっている。そして、該虹彩円概略検出を行う時に、設定された虹彩円の中心の周辺領域の輝度分布を調査し、その調査結果をフィードバックして、次回に設定される中心（より良い中心）を求めることによって、より少ない探索回数で虹彩円の中心を検出することができるようになっている。
【００６３】
まず、探索対象となる中心を設定する。なお、一回目の中心は、前記第１の実施の形態において説明した瞳孔円及び虹彩円の初期検出によって設定された虹彩円の中心である。この場合、図１２に示されるように、前記一回目の中心は、真の中心（図において黒丸で示される点）の周辺の位置▲１▼〜▲８▼のいずれかに該当すると考えることができる。
【００６４】
続いて、図１３に示されるような虹彩円概略検出用テンプレートを作成して、輝度分布を調査する。この場合、前記初期検出によって設定された虹彩円の半径に基づいて、外側ブロックと内側ブロックとの境界となる半径、すなわち、境界半径を設定し、虹彩円概略検出用テンプレートを作成する。そして、該虹彩円概略検出用テンプレートを利用して輝度分布を調査し、調査結果が良くない場合には、境界半径の値を変更して虹彩円概略検出用テンプレートを作成し直すようになっている。この時、境界半径の値は、前記初期検出によって設定された虹彩円の半径の値をＲとすると、次の式（１）によって算出することができる。
Ｒ±３×ｋ（ｋ＝０、１、…、ｍ（ｍは適切な値））・・・式（１）
そして、境界半径の値毎に２×ｋ＋１個の虹彩円概略検出用テンプレートを用意する。
【００６５】
ここで、前記虹彩円概略検出用テンプレートは、図１３に示されるように、ブロック１〜ブロック８の八つのブロックに分かれている。そして、外側ブロック（ブロック１、ブロック３、ブロック５、ブロック７）は強膜の画素を判定するためのものであり、内側ブロック（ブロック２、ブロック４、ブロック６、ブロック８）は虹彩の画素を判定するためのものである。なお、各ブロックに対する画素数は適宜決定される。
【００６６】
続いて、虹彩円概略検出用テンプレートを前記一回目の中心に一致させて、眼画像における画素の中で、前記ブロック１〜ブロック８に対応する画素の輝度を調査する。この場合、強膜の輝度の下限値、例えば、１５０を閾値として眼画像を２値化する。すなわち、輝度が１５０以上である画素の値を１とし、輝度が１５０未満である画素の値を０とする。そして、前記ブロック１〜ブロック８のそれぞれに対応する画素の輝度の合計である輝度和を算出する。そして、値が１の画素の割合と値が０の画素の割合に基づいて、図１４に示される表に従って、判定する。なお、外側ブロックは強膜の画素を判定するためのものなので１が多いことが理想であり、内側ブロックは虹彩の画素を判定するためのものなので０が多いことが理想である。
【００６７】
続いて、概略検出判定を行う。この場合、境界半径の異なる虹彩円概略検出用テンプレート毎に、外側ブロックの輝度和、すなわち、外側部輝度和、及び、内側ブロックの輝度和、すなわち、内側部輝度和を算出する。そして、すべての虹彩円概略検出用テンプレートについて、外側部輝度和から内側部輝度和を減じた値、すなわち、外側部輝度和−内側部輝度和の最大値が、閾値以上となることをチェックする。なお、外側部輝度和−内側部輝度和の上限値（外側部すべて１、内側部すべて０）の９０〔％〕を概略検出判定の閾値とすることが望ましい。そして、閾値以上である場合は、概略検出を終了する。ここで、最大値を採った場合の中心座標及び境界半径は、その後の虹彩円詳細検出において、虹彩円の中心座標及び半径として使用される。
【００６８】
次に、虹彩円の中心を探索するフィードバック処理について説明する。
【００６９】
前述したように、図１２に示されるように、フィードバック処理において、初期検出によって設定された虹彩円の中心の位置は、真の中心の周辺の位置▲１▼〜▲８▼のいずれかに該当すると考えることができる。例えば、初期検出によって設定された中心の位置が▲６▼であった場合、▲６▼の周辺の輝度分布の調査結果に基づいて、次回以降に設定される中心の位置、すなわち、次回探索対象となる中心位置を、図１２に示されるように真の中心に接近させながら行っていく。
【００７０】
前記フィードバック処理においては、概略検出判定を行った結果として、外側部輝度和−内側部輝度和の最大値が閾値より小さい場合、ブロック１〜ブロック８について行ったＯＫ、ＮＧ及び−の結果に基づいて、次回探索対象となる中心位置を図１５に従って決定する。図１５において、中心位置▲１▼〜▲８▼は、探索対象となった中心位置が、図１２における▲１▼〜▲８▼の近辺に位置していた場合を想定したものである。なお、図１５の中心位置▲１▼〜▲８▼のいずれにも該当しない場合は、現在の中心位置の近辺から縦横±１／ｍ×Ｒの全範囲において中心位置を探索する。また、図１５の中心位置▲１▼〜▲８▼に該当した場合は、図１５に従って中心位置の探索を継続する。なお、ｍは適切な値であり、Ｒは初期半径である。
【００７１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ１１ 中心を設定する。
ステップＳ１２ 境界半径を設定する。
ステップＳ１３ ブロック１〜ブロック８の輝度を調査する。
ステップＳ１４ 概略検出判定を行い、閾値以上である場合は処理を終了し、閾値より小さい場合はステップＳ１１に戻る。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、概略検出判定の閾値を外側部輝度和−内側部輝度和の上限値の９０〔％〕とすることによって、初期検出値が良好な場合は、中心の探索回数を一回〜数回以内で概略検出を終了することができる。したがって、極めて短時間で虹彩円概略検出を行うことができる。また、初期検出値があまり良好でない場合でも、フィードバック処理を行うことによって、虹彩円の中心を探索する回数を削減することができる。
【００７３】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００７４】
図１６は本発明の第３の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャート、図１７は本発明の第３の実施の形態における間引き行走査の概略を示す図、図１８は本発明の第３の実施の形態における虹彩境界点を示す図、図１９は本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第１の図、図２０は本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第２の図である。
【００７５】
本実施の形態においては、瞳孔円及び虹彩円の初期検出の動作において瞳孔円及び虹彩円を検出するために、例えば、１０２４（画素）×７６８（画素）の大きさの眼画像データに対して、走査線を間引きして走査する間引き行走査を行い、さらに、詳細走査を行うための長方形領域を設定するようになっている。この場合、間引きの間隔は１００行とすることが望ましく、間引き行走査の順番は、図１７に示されるように、画像の中央の行から開始することが望ましい。なお、本実施の形態においては、前記眼画像が記憶手段としてのメモリから読み出される時に、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行うようになっている。
【００７６】
続いて、前記第１の実施の形態における瞳孔・虹彩画素調査処理と同様に、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４がすべて立てられるか否かを走査線毎に判断し、瞳孔・虹彩領域をチェックする。なお、図１７は、３回目の瞳孔・虹彩領域チェックにおいて選択した走査線に沿った走査によって、フラグＮｏ．０〜Ｎｏ．４がすべて立てられた場合を示している。
【００７７】
次に、瞳孔・虹彩画素チェックによって求められた虹彩左側境界点（レジスタＮｏ．０に格納）及び虹彩右側境界点（レジスタＮｏ．３に格納）に基づいて、詳細走査を行う長方形領域を図１８において実線で囲まれる領域のように決定する。図１８において、（ｘ０、ｙ０）は虹彩左側境界点のアドレスとしての座標を、（ｘ３、ｙ０）は虹彩右側境界点のアドレスとしての座標を表している。なお、ｙ０は、図１７に示される３回目の瞳孔・虹彩領域チェックにおいて選択した走査線の垂直方向のアドレスである。また、ａ、ｂは瞳孔・虹彩領域を覆うのに適切な値とする。
【００７８】
そして、前記長方形領域において、走査線をより少ない間引き間隔で選択して走査する詳細行走査を行う。この場合、詳細行走査は、瞳孔・虹彩領域チェックで検出された行の上方向から開始され、間引きの間隔は四行とする。
【００７９】
以降の動作については、前記第１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態においては、長方形領域を上方向と下方向との二回に分けて詳細走査を行う点において相違する。そのため、本実施の形態においては、虹彩円初期検出に使用する虹彩境界点の座標が、スタックエリア内で特別な配列となることがある。
【００８０】
すなわち、図１９に示されるような通常の配列と、図２０に示されるような特別な配列とが存在する。ここで、図２０に示されるような特別な配列の場合は、虹彩幅が最大となる虹彩境界点の座標と、その一単位上に位置する虹彩境界点の座標と、逆方向最下位置にある虹彩境界点の座標とを使用して、虹彩円初期検出を行う。なお、虹彩円初期検出に使用する虹彩境界点の座標は、図１９及び２０において網掛け表示されている。
【００８１】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ２１ 間引き行走査を行う。
ステップＳ２２ 瞳孔・虹彩領域チェックを行い、ヒットした場合はステップＳ２３に進み、エラーである場合はステップＳ２１に戻る。
ステップＳ２３ 長方形領域を設定する。
ステップＳ２４ 初期化を行う。
ステップＳ２５ 輝度値を比較する。
ステップＳ２６ カウントする。
ステップＳ２７ 瞳孔・虹彩画素調査処理を行う。
ステップＳ２８ 瞳孔・虹彩画素があるか否かを判断する。瞳孔・虹彩画素がある場合はステップＳ２９に進み、瞳孔・虹彩画素がない場合はステップＳ３１に進む。
ステップＳ２９ 瞳孔と虹彩との境界点座標を退避する。
ステップＳ３０ 瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理を行い、ステップＳ２４に戻る。
ステップＳ３１ 下方向の走査が終了したか否かを判断する。下方向の走査が終了した場合はステップＳ３２に進み、下方向の走査が終了していない場合はステップＳ２４に戻る。
ステップＳ３２ 虹彩円の初期検出を行う。
ステップＳ３３ 瞳孔円の初期検出を行い、処理を終了する。
【００８２】
このように、本実施の形態においては、瞳孔円及び虹彩円を初期検出する場合に、走査線を間引いて走査を行うようになっている。そのため、処理時間を短縮することができる。
【００８３】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００８４】
図２１は本発明の第４の実施の形態における眼画像の判定の動作を示すローチャートである。
【００８５】
本実施の形態においては、瞳孔半径の最大値と最小値との差を求め、該差が一定値以内である場合に、眼画像を写真であると判定するようになっている。この場合、前記眼画像に対して、光を照射し、瞳孔の散瞳・縮瞳をチェックすることによって、写真又は実物の判定を行う。
【００８６】
まず、１番目のフレームからａ番目のフレームまでの眼画像の瞳孔円の半径Ｒ1 〜Ｒa を求める（ａは適宜設定された値）。続いて、半径Ｒ1 〜Ｒa の最大値及び最小値を求め、その差が値ｄ（ｄは適宜設定された値）以内である場合は、眼画像は写真であると判定される。
【００８７】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ４１ １番目のフレームの眼画像の瞳孔円の半径Ｒ1 を算出する。
ステップＳ４２ ２番目のフレームの眼画像の瞳孔円の半径Ｒ2 を算出する。
ステップＳ４３ ａ番目のフレームの眼画像の瞳孔円の半径Ｒa を算出する。
ステップＳ４４ 瞳孔円の半径Ｒ1 〜Ｒa の最大値及び最小値を算出する。
ステップＳ４５ 写真であるか実物であるかを判定する。
【００８８】
このように、本実施の形態においては、眼画像が写真であるか実物であるかの判定を、瞳孔が散瞳・縮瞳をしていないを判定基準として行うようになっている。そのため、眼画像が写真であるか実物であるかの判定のための処理を簡単にすることができる。
【００８９】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００９０】
図２２は本発明の第５の実施の形態における平均輝度の算出方法を示す図である。
【００９１】
本実施の形態においては、図２２に示されるように、４画素単位の平均輝度を算出し、該平均輝度を比較してカウントする。なお、前記４画素単位の平均輝度は、次の式（２）によって算出することができる。
１／４×（▲１▼＋▲２▼＋▲３▼＋▲４▼）・・・（２）
このように、本実施の形態においては、４画素単位の平均輝度を算出し、該平均輝度を比較してカウントするようになっている。そのため、画素値の比較を安定して行うことができる。
【００９２】
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。
【００９３】
図２３は本発明の第５の実施の形態における境界点の座標データにノイズがあるか否かを判断するための動作を示すフローチャートである。
【００９４】
本実施の形態においては、ノイズを含む境界点の座標データを破棄するようになっている。この場合、境界前記点の座標データにノイズがあるか否かを判断する。そして、ノイズがないと判断した場合は境界点の座標をスタックエリアに退避し、ノイズがあると判断した場合は境界点の座標をスタックエリアに退避せずに破棄する。
【００９５】
次に、フローチャートについて説明する。
ステップＳ５１ ノイズがあるか否かを判断する。ノイズがない場合はステップＳ５２に進み、ノイズがある場合はステップＳ５３に進む。
ステップＳ５２ 境界点座標を退避し、処理を終了する。
ステップＳ５３ 境界点座標を退避せずに破棄して、処理を終了する。
【００９６】
このように、本実施の形態においては、ノイズを含む境界点の座標データをスタックエリアに退避することなく、破棄することによって、瞳孔円及び虹彩円の誤検出を防止することができる。
【００９７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索範囲を削減し、瞳孔円及び虹彩円を検出するための探索回数を削減するので、探索処理量が少なくすることができ、探索時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩円検出装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における眼画像を説明する図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるフラグとカウンタの対応を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態におけるエネイブル信号の対応する輝度値を示す表である。
【図６】本発明の第１の実施の形態におけるカウント値と強膜、虹彩及び瞳孔との対応を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるスタックエリアを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における虹彩境界点を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩画素調査処理の動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における瞳孔・虹彩幅最大値チェック処理の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出の動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における虹彩円の中心を探索するフィードバック処理を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における虹彩円概略検出用テンプレートを示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるブロックについての判定結果を示す表である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における中心位置を示す表である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態における瞳孔円及び虹彩円の初期検出の全体動作を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における間引き行走査の概略を示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における虹彩境界点を示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第１の図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態におけるスタックエリアを示す第２の図である。
【図２１】本発明の第４の実施の形態における眼画像の判定の動作を示すローチャートである。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における平均輝度の算出方法を示す図である。
【図２３】本発明の第５の実施の形態における境界点の座標データにノイズがあるか否かを判断するための動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 瞳孔・虹彩円検出装置
１１ 画像取得部
１２ 検出判定部
Claims (5)
- （ａ）眼画像を取得し、該眼画像を記憶手段に格納する画像取得部と、
（ｂ）前記眼画像を探索して瞳孔円及び虹彩円を検出する検出判定部とを有し、
（ｃ）該検出判定部は、前記眼画像が記憶手段に格納される時に、前記眼画像を走査し、
各走査線毎に瞳孔画素及び虹彩画素の存在を判定し、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う瞳孔・虹彩円検出装置であって、
（ｄ）前記検出判定部は、探索対象の中心の周辺における輝度分布を調査する手段、及び、前記輝度分布の調査結果に基づいて、次回の探索の中心位置を決める手段を備え、
（ｅ）前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出の結果に基づいて複数のブロックを備えるテンプレートを作成し、該テンプレートの各ブロックに対応する画素の輝度によって強膜及び虹彩に対応するブロックを判定し、判定結果に基づいて今回の探索の中心に対する虹彩円の真の中心の方向を決定し、決定された方向に探索の中心を移動させて次回の探索の中心として探索を繰り返すことにより、探索の中心位置を前記虹彩円の真の中心に近接させる虹彩円概略検出を行うことを特徴とする瞳孔・虹彩円検出装置。 - 前記検出判定部は、前記瞳孔画素及び虹彩画素の存在を判定するために間引き行走査を行う手段、並びに、詳細走査を行うための長方形領域を設定する手段を備え、前記眼画像が記憶手段から読み出される時に、前記瞳孔円及び虹彩円の初期検出を行う請求項１に記載の瞳孔・虹彩円検出装置。
- 前記検出判定部は、瞳孔半径の最大値と最小値との差を求める手段を備え、該差が一定値以内である場合に、前記眼画像を写真であると判定する請求項１又は２に記載の瞳孔・虹彩円検出装置。
- 前記検出判定部は、４画素単位の平均輝度を比較してカウントする手段を備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の瞳孔・虹彩円検出装置。
- 前記検出判定部は、ノイズを含む境界点の座標データを破棄する手段を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の瞳孔・虹彩円検出装置。
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