JP4247691B2 - 登録装置、照合装置、登録方法、照合方法及びプログラム - Google Patents

登録装置、照合装置、登録方法、照合方法及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、登録装置、照合装置、登録方法、照合方法及びプログラムに関し、バイオメトリクス認証する場合に適用して好適なものである。
従来、バイオメトリクス認証対象の1つとして血管がある。一般に、認証装置は、例えば指を撮像カメラの撮像面と平行となるように撮像カメラ上に固定させ、当該固定された指における血管を撮像する。そして認証装置は、撮像した結果得られる血管の画像を、そのとき撮像した生体を識別するための情報としてメモリ等に登録する又は当該登録された血管の画像と比較して登録者本人であるか否かを判定するようになされている。
ところで、血管を撮像する場合、外光を遮蔽するユニットを有する構造を採用したもの(例えば特許文献1及び特許文献2参照)と、外光を遮蔽するユニットを省略した構造を採用したもの(例えば特許文献3及び特許文献4参照)とがある。
一般に、血管を撮像する場合、外光を遮蔽するユニットを有する構造を採用したものは大型化する傾向にあり、近年における小型化の要請などに起因して、外光を遮蔽するユニットを省略した構造を採用したものが数多く提案されている。
特開2004−131927公報 特開2005−71317公報 特開2005−312749公報 特開2004−265269公報
ところが、外光を遮蔽するユニットを省略した構造を採用した場合、撮像環境や撮像状況などに応じて、撮像対象の指に対する照度がおおよそ均一にならないことがある。
そうすると、撮像環境や撮像状況などに応じて、登録時と撮像時における撮像対象に対する照度に差異が生じ、この差異が、同一の撮像対象であるにもかかわらず血管抽出処理結果に反映されるといったケースが想定され、ひいては認証精度がもとる結果となる。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、認証精度を向上させ得る登録装置、照合装置、登録方法、照合方法及びプログラムを提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため本発明は、登録装置であって、基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象とすべき血管画像を平滑化する平滑化手段と、基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出手段と値が閾値以上となる場合、登録対象とすべき血管画像を破棄し、値が閾値未満となる場合、該血管画像を用いて登録データを生成する生成手段とを設ける。
この登録装置では、血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように入力画像を補正し得るという平滑化の特質を利用し、予め規定された補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)し、その結果の類似度を参照することで、血管画像が写真等の不変的でなる成りすまし画像を破棄することが可能となる。
また本発明は、照合装置であって、基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録データに対する照合対象とすべき血管画像を平滑化する平滑化手段と、基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出手段と値が閾値以上となる場合、登録データに対する照合対象とすべき血管画像を破棄し、値が閾値未満となる場合、該血管画像を用いて登録データと照合する照合手段とを設ける。
この照合装置では、血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように入力画像を補正し得るという平滑化の特質を利用し、予め規定された補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)し、その結果の類似度を参照することで、血管画像が写真等の不変的でなる成りすまし画像を破棄することが可能となる。
さらに本発明は、登録方法(照合方法)であって、基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象とすべき血管画像(登録対象に対する照合対象とすべき血管画像)を平滑化する平滑化ステップと、基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出ステップと、値が閾値以上となる場合、登録対象とすべき血管画像(登録対象に対する照合対象とすべき血管画像)を破棄する破棄ステップと、値が閾値未満となる場合、登録対象とすべき血管画像を用いて登録データを生成する生成ステップ(登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を用いて登録データと照合する照合ステップ)とを有する。
この画像処理方法では、血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように入力画像を補正し得るという平滑化の特質を利用し、予め規定された補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)し、その結果の類似度を参照することで、血管画像が写真等の不変的でなる成りすまし画像を破棄することが可能となる。
さらに本発明は、プログラムであって、コンピュータに対して、基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象とすべき血管画像(登録対象に対する照合対象とすべき血管画像)を平滑化すること、基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出すること、値が閾値以上となる場合、登録対象とすべき血管画像(登録対象に対する照合対象とすべき血管画像)を破棄すること、値が閾値未満となる場合、登録対象とすべき血管画像を用いて登録データを生成すること(登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を用いて登録データと照合すること)とを実行させる。
このプログラムでは、血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように入力画像を補正し得るという平滑化の特質を利用し、予め規定された補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)し、その結果の類似度を参照することで、血管画像が写真等の不変的でなる成りすまし画像を破棄することが可能となる。
本発明によれば、血管画像が写真等の不変的でなる成りすまし画像を破棄することができるようにしたことにより、認証精度を向上させ得る登録装置、照合装置、登録方法、照合方法及びプログラムを実現できる。
以下図面について、本発明を適用した一実施の形態を詳述する。
(1)本実施の形態による認証装置の全体構成
図1において、本実施の形態による認証装置1の全体構成を示す。この認証装置1は、制御部10に対して、操作部11と、血管撮像部12と、フラッシュメモリ13、外部とデータを授受するインターフェース(以下、これを外部インターフェースと呼ぶ)14及び通知部15をそれぞれバス16を介して接続することにより構成される。
制御部10は、認証装置1全体の制御を司るCPU(Central Processing Unit)と、各種プログラム及び設定情報が格納されるROM(Read Only Memory)と、当該CPUのワークメモリとしてのRAM(Random Access Memory)とを含むコンピュータとなっている。
この制御部10には、登録対象のユーザ(以下、これを登録者と呼ぶ)の血管を登録するモード(以下、これを血管登録モードと呼ぶ)の実行命令COM1又は登録者本人の有無を判定するモード(以下、これを認証モードと呼ぶ)の実行命令COM2が、ユーザ操作に応じて操作部11から与えられる。
制御部10は、かかる実行命令COM1、COM2に基づいて実行すべきモードを決定し、この決定結果に対応するプログラムに基づいて、血管撮像部12、フラッシュメモリ13、外部インターフェース14及び通知部15を適宜制御することによって、血管登録モード又は認証モードを実行するようになされている。
(1−1)血管登録モード
具体的に制御部10は、実行すべきモードとして血管登録モードを決定した場合、動作モードを血管登録モードに遷移し、血管撮像部12を制御する。
この場合、血管撮像部12の駆動制御部12aは、この認証装置1における所定位置に配された指に対して近赤外光を照射する1又は2以上の近赤外光光源LSと、撮像カメラCMにおける例えばCCD(Charge Coupled Device)でなる撮像素子IDとを駆動制御する。
この結果、血管撮像部12では、指に照射された近赤外光は、当該指の内方を反射及び散乱するようにして経由し、指の血管を投影する光(以下、これを血管投影光と呼ぶ)として、光学系OPや絞りDHを介して撮像素子IDに入射する。撮像素子IDは、この血管投影光を光電変換し、当該光電変換結果を画像信号S1として駆動制御部12aに出力する。
ちなみに、指に照射される近赤外光は、実際には、当該指の表面で反射して撮像素子IDに入射するものもあるため、この撮像素子IDから出力される画像信号S1の画像は、指内方の血管だけではなく、指輪郭や指紋も含まれた状態となる。
駆動制御部12aは、この画像の画素値に基づいて、指内方の血管に焦点が合うように光学系OPにおける光学レンズのレンズ位置を調整するとともに、撮像素子IDに入射する入射光量が適応量となるように撮像素子IDに対する露光時間を調整し、当該調整後に撮像素子IDから出力される画像信号S2を制御部10に供給する。
制御部10は、この画像信号S2に対して所定の画像処理を施し、該画像処理により血管の形成パターン(以下、これを血管パターンと呼ぶ)が抽出された画像を、登録者を識別するための情報(以下、これを登録者識別データと呼ぶ)D1としてフラッシュメモリ13に記憶することにより登録する。
このようにしてこの制御部10は、血管登録モードを実行することができるようになされている。
(1−2)認証モード
一方、制御部10は、実行すべきモードとして認証モードを決定した場合には、認証モードに遷移し、上述の血管登録モードの場合と同様にして血管撮像部12を制御する。
この場合、血管撮像部12は、近赤外光光源LS及び撮像素子IDを駆動制御するとともに、当該撮像素子IDから出力される画像信号S10に基づいて光学系OPにおける光学レンズのレンズ位置及び撮像素子IDの露光時間を調整し、当該調整後に撮像素子IDから出力される画像信号S20を制御部10に供給する。
制御部10は、この画像信号S20に対して、上述の血管登録モードと同一の画像処理を施すとともに、フラッシュメモリ13に登録された登録者識別データD1を読み出す。そして制御部10は、この画像処理により抽出された血管パターンと、登録者識別データD1の血管パターンとを照合し、当該合致の程度に応じて、このとき指を配したユーザが登録者(正規ユーザ)であるか否かを判定する。
ここで、制御部10は、登録者であると判定したときには、外部インターフェース14に接続された動作処理装置(図示せず)に対して所定の動作を行わせる実行命令COM3を生成し、これを外部インターフェース14を介して動作処理装置に転送する。
この外部インターフェース14に接続された動作処理装置の実施態様として、例えば閉錠状態にあるドアを採用した場合、制御部10は、開錠動作を行わせる実行命令COM3をドアに転送する。また他の動作処理装置の実施態様例として、複数の動作モードのうち一部の動作モードを制限した状態にあるコンピュータを採用した場合、制御部10は、その制限された動作モードを開放させる実行命令COM3をコンピュータに転送する。
なお、実施態様として2つ例を挙げたが、これらに限らず、他の実施態様も適宜選択することができる。また、本実施の形態では、動作処理装置を外部インターフェース14に接続するようにしたが、当該動作処理装置におけるソフトウェア乃至ハードウェアの構成をこの認証装置1に搭載するようにしてもよい。
これに対して、制御部10は、登録者ではないと判定したときには、その旨を通知部15の表示部15aを介して表示するとともに、当該通知部15の音声出力部15bを介して音声出力することによって、当該登録者ではないと判定されたことを視覚的及び聴覚的に通知する。
このようにしてこの制御部10は、認証モードを実行することができるようになされている。
(2)撮像部の構造と、認証精度との関係
この実施の形態における血管撮像部12では、小型化や部品数削減等の要請により、認証装置1における筺体表面に配される指に到来する可視光等の外光を遮蔽するユニットを省略した構造が採用されている。
外光を遮蔽するユニットを省略した構造では、撮像環境や撮像状況などに応じて、例えば認証装置1における筺体表面に配した指に対する照度が局所的に大きくなる等によって、撮像素子IDの撮像面に対する光量がおおよそ均一にならないことが多い。
そうすると、撮像環境や撮像状況などに応じて、同一の撮像対象を撮像した場合であっても、登録時に撮像された画像と、撮像時に撮像された画像とには差異が生じ、この差異に起因して、血管の形成パターンが変化するといったケースが想定される。
例えば図3に示すように、登録時には、撮像素子IDの撮像面に対する光量がおおよそ均一な状態で撮像された画像(図2(A))から抽出される血管(図2(B))が登録される一方、認証時には、撮像面の一部分に対する光量が他の部分に比して極端に多い状態で撮像されたとする。
このケースでは、認証時における画像では対応部分が白地となり(図2(C))、当該画像から抽出される血管(図2(D))と、登録対象の血管(図2(B))とが相違する。従って、このケースでは、登録者本人であるにもかかわらず第三者であると判定されるといった結果を招くこととなる。なお、この図2では、撮像された画像(図2(A)、(C))内の血管と、当該画像から抽出された血管(図2(B)、(D))とは、説明の便宜上、完全同一とした。
このように、撮像素子IDの撮像面に対する光量(以下、これを外光照度と呼ぶ)の局所的差異に起因して、本人拒否率(FRR:False Rejection Rate)及び他人受入率(FAR:False Acceptance Rate)が高くなり、この結果、認証精度が低下することになる。
(3−A)第1の実施の形態における制御部の処理内容
この認証装置1の制御部10では、外光照度に起因して生じるノイズ成分を低減させる画像処理及び照合処理が、第1の実施の形態の処理として採用されている。
(3−A−1)機能的構成
この第1の実施の形態における制御部10の処理は、機能的には、図3に示すように、前処理部21、マスクパターン生成部22、明度検出部23、平滑化部24、特徴抽出部25、登録画像切出部26及び照合部27の各部にそれぞれ分けることができる。
血管登録モードでは、前処理部21、明度検出部23、平滑化部24及び特徴抽出部25を順次介して画像処理が施され、当該画像処理結果として得られる登録者識別データD1(図1)がフラッシュメモリ13(図1)に登録される。
一方、認証モードでは、血管登録モードと同一の画像処理(前処理部21〜特徴抽出部25)が施された後、登録画像切出部26及び照合部27を順次介して照合処理が実行され、当該照合処理結果として登録者(正規ユーザ)であるか又は第三者であるかが判定される。
以下、制御部10における認証モード時の各機能部をそれぞれ説明する。
前処理部21は、駆動制御部12aから、該駆動制御部12aで設定された撮像素子IDに対する露光時間を取得し、この露出時間が所定の露出範囲内であるか否かを判定する。ここで、露出時間は、撮像素子IDに入射する光量に直接的に反映されるものであり、所定の閾値以上となる場合には、撮像時に要する光がそもそも得られていないことを意味する。
したがって、前処理部21は、駆動制御部12aから取得した露光時間の値が閾値以上である場合には、この認証モードを停止するとともに、再撮像すべき旨を通知部(図1)を介して通知するようになされている。
これに対して前処理部21は、露光時間の値が閾値未満である場合には、血管撮像部12から供給される画像信号S20に対してA/D(Analog/Digital)変換処理及び例えばソーベルフィルタ処理等の所定の輪郭抽出処理を施し、この輪郭抽出処理により抽出される指輪郭に囲まれる領域の面積が所定の閾値未満であるか否かを判定する。
ここで、前処理部21は、指輪郭の面積が閾値未満であるときには、照合対象に適した画像ではないとして、この認証モードを停止するとともに、再撮像すべき旨を通知部(図1)を介して通知する一方、閾値以上であるときには、照合対象に適した画像であるとして、画像データD21をマスクパターン生成部22、明度検出部23及び平滑化部24にそれぞれ送出する。
マスクパターン生成部22は、画像データD21の画像から指輪郭を認識し、例えば図4に示すように、当該領域をマスクしたパターン画像(以下、これをマスクパターンと呼ぶ)を生成し、これをマスクパターンデータD22として登録画像切出部26に送出する。
一方、明度検出部23は、画像データD21の画像から指輪郭を認識し、例えば図5に示すように、当該指輪郭内における判定領域ARを選択し、この判定領域ARにおける画素の輝度を合計する。そして明度検出部23は、合計輝度値をデータ(以下、これを明度データと呼ぶ)D23として平滑化部24に送出する。
なお、判定領域ARの選択手法として、この実施の形態の場合、指輪郭を内包する最小の矩形枠RFにおける対角線の交点IPから、当該指輪郭内における隣接画素を所定数となるまで順次選択する手法が採用される。
これによりこの実施の形態における明度検出部23は、外光照度の局所的差異に起因して、例えば図6に示すような指輪郭が抽出された場合、また指径に個人差があった場合であっても、指のうち血管が非存在の部分が明度データD23に反映されるといったことを未然に防止できるため、血管が密集する部分に対応する照度をより一段と忠実に把握することができるようになされている。
平滑化部24は、ガウシアン(Gaussian)フィルタ処理によって画像を平滑化する前に、明度データD23の合計輝度値と、予め設定された閾値との比較結果に応じて、当該平滑フィルタのフィルタ係数を設定する。
具体的に合計輝度値が閾値以上の場合、このことは、画像データD21の画像(図2(C))のうち、血管の特徴を抽出すべき部分に対応する外光照度が大きいことを意味する。したがって、平滑化部24は、この場合には、平滑フィルタ(ガウシアンフィルタ)のフィルタ係数を、高輝度に対応付けされたものに設定する。
これに対して、外光照度が閾値よりも小さい場合、このことは、血管の特徴を抽出すべき部分に対応する外光照度が小さいことを意味する。したがって、平滑化部24は、この場合には、平滑フィルタ(ガウシアンフィルタ)のフィルタ係数を、低輝度に対応付けされたものに設定する。
この状態において平滑化部24は、前処理部21から供給される画像データD21に対して、設定したフィルタ係数を用いてガウシアンフィルタ処理を施し、この結果得られる画像データD24を特徴抽出部25に送出する。
特徴抽出部25は、平滑化部24から供給される画像データD24に対して、例えば2値化処理及び細線化処理を施すようにして血管の特徴を抽出し、この結果得られる血管を、照合対象者の特徴を表すデータ(以下、これを照合対象者特徴データと呼ぶ)D25として照合部27に送出する。
このように制御部10は、外光照度の局所的差異に起因して撮像されなかった部分を除外し、当該撮像された部分については、その部分の中央領域における明るさに応じて平滑化の程度を切り換えることができるようになされている。
登録画像切出部26は、フラッシュメモリ13(図1)から登録者識別データD1を読み出し、例えば図7に示すように、当該読み出した登録者識別データD1の血管(図7(A))のうち、マスクパターン生成部22から供給されるマスクパターンデータD22のマスクパターン(図7(B))に対応する血管部分を切り出す(図7(C))。
そして登録画像切出部26は、この切り出した血管部分(図7(C))のデータを登録者識別データD26として照合部27に送出する。
この結果、この登録者識別データD26は、既に登録された登録者識別データD1の血管(図7(A))のうち、外光照度の局所的差異に起因して撮像されなかった部分を除いたデータとなり、当該部分は照合対象から除外されることとなる。
照合部27は、登録者識別データD26の血管と、照合対象者特徴データD25の血管を照合し、当該照合結果として、このとき指を配したユーザが登録者(正規ユーザ)であると判定した場合には、動作処理装置(図示せず)に対して所定の動作を行わせる実行命令COM3を外部インターフェース14(図1)に送出する。
このように制御部10は、既に登録された血管のうち外光照度の局所的差異に起因して撮像されなかった部分を照合対象から除外した後(図7)、照合することができるようになされている。
(3−A−2)第1の実施の形態における制御部の認証処理手順
次に、上述した第1の実施の形態における制御部10の認証処理手順について、図8に示すフローチャートを用いて説明する。
すなわち制御部10は、実行命令COM2を受けると、この認証処理手順RT1をステップSP0において開始し、続くステップSP1において、血管撮像部12を駆動制御部12aを介して制御する。
そして制御部10は、ステップSP2において、血管撮像部12における撮像素子IDの露出時間が所定の閾値未満であり、かつ、該血管撮像部12での撮像結果として得られる画像信号S20の指輪郭により囲まれる領域が所定の面積以上であるか否かを判定する。
制御部10は、肯定結果を得た場合には、ステップSP3に進んで、画像信号S20の指輪郭により囲まれる領域をマスクパターンとして生成し(図4)、続くステップSP4において、該画像信号S20の画像のうち、指輪郭内における判定領域AR(図5)を選択する。
そして制御部10は、ステップSP5に進んで、この判定領域ARにおける画素の輝度値の合計を検出し、続くステップSP6において、当該合計輝度値が閾値以上であるか否かを判定する。
制御部10は、合計輝度値が閾値以上である場合には、ステップSP7において、高輝度に対応する値のフィルタ係数を設定し、これに対して閾値よりも小さい場合には、ステップSP8において、低輝度に対応する値のフィルタ係数を設定する。
この後、制御部10は、ステップSP9において、設定したフィルタ係数を用いて、画像データD21に対してガウシアンフィルタ処理及び例えば2値化処理及び細線化処理を施すようにして血管の特徴を抽出する。
そして制御部10は、続くステップSP10において、フラッシュメモリ13(図1)から登録者識別データD1を読み出し、続くステップSP11において、この登録者識別データD1の血管(図7(A))のうち、ステップSP3で生成したマスクパターン(図7(B))に対応する血管部分を切り出す(図7(C))。
次いで、制御部10は、ステップSP12において、この登録者識別データD1から切出した血管部分の特徴と、ステップSP9で抽出した血管の特徴、つまりマスクパターンに対応する部分における血管の特徴同士を照合し、続くステップSP13において、当該照合結果として得られる類似度が閾値以上であるか否かを判定する。
制御部10は、類似度が閾値以上である場合には、ステップSP14において、動作処理装置(図示せず)に対して外部インターフェース14(図1)を介して所定の処理を実行させた後、ステップSP15に進んでこの認証処理手順RT1を終了する。
これに対して、類似度が閾値未満である場合には、制御部10は、ステップSP16において、登録者ではない旨を通知部15(図1)を介して通知した後、ステップSP15に進んでこの認証処理手順RT1を終了する。
なお、ステップSP2において、血管撮像部12における撮像素子IDの露出時間が所定の閾値未満であり、かつ、該血管撮像部12での撮像結果として得られる画像信号S20の指輪郭により囲まれる領域が所定の面積以上である場合、このことは、外光照度の局所的差異に起因して、照合対象となる領域が、本来照合対象となるべき領域に比して極端に欠落していることを意味する。従ってこの場合には、制御部10は、上述のステップSP3以降の各種処理を実行することなく、ステップSP15に進んでこの認証処理手順RT1を終了する。
このような認証処理手順RT1に従って、制御部10は認証モードを実行することができるようになされている。
ちなみに、血管登録モードの場合、制御部10は、実行命令COM1を受けると、ステップSP1からステップSP9までの各種処理を実行し、当該処理結果として抽出される血管の特徴を登録者識別データD1(図1)としてフラッシュメモリ13(図1)に登録するようになされている。
(3−A−3)動作及び効果
以上の構成において、この認証装置1は、撮像素子IDにおける照度に応じて変動する変動情報として、該撮像素子IDから出力される画像信号S2又はS20の輝度を検出し、当該検出した輝度に対応する平滑フィルタ係数を用いて、その画像信号S2又はS20に対して平滑処理を施す。
この認証装置1は、撮像素子IDに入射する光の照度に応じた平滑化により、その画像信号S2又はS20のうち、撮像環境や撮像状況などの外光変動に起因するむらなどを目立たなくすることができる。いいかえれば、この認証装置1では、撮像素子IDに入射する光の照度に対応する血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように画像が補正(平滑化)されていることになる。
したがって、この認証装置1は、外光変動に応じて、画像信号S2又はS20に含まれる生体識別対象を、外光変動に応じて大きく変化させずに、登録情報として又は登録情報と照合すべき情報として生成することができ、この結果、登録時及び認証時における外光変動の差異を吸収することができる。
また、この認証装置1は、撮像素子IDから出力される画像信号S2又はS20の輝度を検出する前に、駆動制御部12aを介して、該撮像素子IDの光露光時間を調整(ALC(Auto Light Control)し、その調整後の光露光時間が一定以上の外光照度を表す値となる場合に、画像信号S2又はS20の輝度を検出する。
仮に、撮像素子IDから出力される画像信号S2又はS20の輝度を単に検出するだけであった場合、その画像信号S2又はS20はAGCにより適正の明るさになった結果であるため、該画像信号S2又はS20の輝度が本来の外光に相当するものであるのか、本来の外光ではなかったのに適当な光があるものとして補正されてしまった結果に相当するものであるのかが分からない。
これに対し、この実施の形態の認証装置1では、撮像素子IDの露光時間が一定以上の外光照度を表す値となる場合に、画像信号S2又はS20の輝度が検出されるため、確実に、輝度が本来の外光に相当する輝度となる画像信号S2又はS20を平滑化することができ、この結果、登録時及び認証時における外光変動の差異を吸収することができる。またこの場合、本来の外光が当たってないのに撮像素子IDから得られる画像信号S2又はS20、つまり、ある一定の成りすまし行為として得られる画像信号を排除することも可能となる。
さらに、この認証装置1は、認証時において、撮像素子IDから出力される画像信号S20に含まれる生体識別対象の輪郭に囲まれる領域を平滑化し、該平滑化された領域に含まれる生体識別対象の特徴と、登録された生体識別対象の特徴のうちその領域に対応する部分とを照合する(図7)。
したがって、この認証装置1では、既に登録された生体識別対象との照合対象となる生体識別対象のうち、撮像環境や撮像状況などの外光変動に起因して撮像されなかった領域を除外することができ、この結果、登録時及び認証時における外光変動の差異を、より一段と吸収することができる。
以上の構成によれば、画像信号S2又はS20に含まれる生体識別対象を、外光変動によって大きく変化させずに、登録情報として又は登録情報と照合すべき情報として生成するようにしたことにより、同一の撮像対象であるにもかかわらずその画像信号に含まれる生体識別対象が異なるといったことを防止することができ、かくして認証精度を向上し得る認証装置1を実現できる。
(3−B)第2の実施の形態における制御部の処理内容
この認証装置1の制御部10では、入力される画像データがいわゆる成りすまし行為によるものであるか否かを検出する処理を含む処理が、第2の実施の形態の処理として採用されている。
(3−B−1)機能的構成
この第2の実施の形態における制御部10の処理は、機能的には、図3との対応部分に同一符号を付した図9に示すように、前処理部21、マスクパターン生成部22、平滑化部54、特徴抽出部25、登録画像切出部26及び照合部27の各部にそれぞれ分けることができる。
この第2の実施の形態における制御部10の画像処理では、第1の実施の形態における制御部10の画像処理のうち、明度検出部23に相当する処理部がなくなり、平滑化部24が、平滑化部54に代替されている点で相違する。
この平滑化部54は、基準とされる第1のフィルタ係数と、該基準のフィルタ係数に比して平滑化の程度が大きい又は小さい第2のフィルタ係数とを用いて、入力画像(画像データD21)に対して例えばLOGフィルタと呼ばれるフィルタ処理をそれぞれ施す。ちなみに、このLOGフィルタは、2次元上では、次式
として表すことができ、図10に示す形状となる。
ここで、上述したように、平滑化は、その平滑化の程度(フィルタ係数)に応じて、撮像面の位置を、指腹面から深さ方向(内部方向)に調整することができるものである。したがって、図11に示すように、生体の指を撮像対象(図11(A))とし、その撮像結果から抽出される血管パターンに対して、第1のフィルタ係数及び第2のフィルタ係数の双方でそれぞれ平滑化した場合、図11(B)及び(C)に示すように、入力画像に映し出される血管パターンの量が大幅に変化することになる。
しかし、血管パターンの写真を撮像対象(図11(D))とし、その撮像結果から抽出される血管パターンに対して、第1のフィルタ係数及び第2のフィルタ係数の双方でそれぞれ平滑化した場合、当該写真には深さ方向がないので、図11(E)及び(F)に示すように、入力画像に映し出される血管パターンの量は、生体の指を撮像対象とする場合に比して、変化量が小さい。またこの変化量は、第1のフィルタ係数と第2のフィルタ係数との差の大きさにかかわらずおおよそ一定となる。
したがって平滑化部54は、第1のフィルタ係数及び第2のフィルタ係数の双方でそれぞれ平滑化した結果同士の類似度が所定閾値以上である場合には、盗用した血管パターンの写真を撮像対象として不正に入力したもの又は盗用した血管パターンを撮像することなく不正に入力させたもの等のように、入力画像が不変的なデータであるとして、当該入力画像を破棄するとともに、その後の処理を停止する(血管登録モード又は認証モードを停止する)。
これに対して平滑化部54は、類似度が所定閾値未満である場合には、入力画像が不正に入力されたものではないとして、基準とされる第1のフィルタ係数を用いたフィルタ処理結果を、画像データD24として特徴抽出部25に送出する。
このように、平滑化部54は、血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように入力画像を補正し得るという平滑化の特質を利用し、予め規定された2つの補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)し、その結果の類似度を参照することで、入力画像が不変的なデータであるか否かを判定するようになされている。
ちなみに、この平滑化部54は、血管深度(指腹面からの深さ)の面が撮像面となるように入力画像を補正し得るという平滑化の特質を利用する点では、平滑化部24と同じである。
しかし、平滑化部54は、予め規定された2つの補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)し、その結果の類似度を参照することで、入力画像が不変的なデータであるか否かを判定することを目的としている点で、入力画像の輝度に応じた補正値(フィルタ係数)で補正(平滑化)することで、撮像環境や撮像状況などの外光変動に起因するむらなどを目立たなくすることを目的とする平滑化部24とは、相違していることになる。
(3−B−2)第2の実施の形態における制御部の認証処理手順
次に、上述した第2の実施の形態における制御部10の認証処理手順について、図8との対応部分に同一符号を付した図12に示すフローチャートを用いて説明する。
すなわち制御部10は、実行命令COM2を受けると、この認証処理手順RT2をステップSP0において開始し、上述の認証処理手順RT1のステップSP1〜ステップSP3の処理と同様にして、血管撮像部12における撮像素子IDの露出時間が所定の閾値未満であり、かつ、該血管撮像部12での撮像結果として得られる画像信号S20の指輪郭により囲まれる領域が所定の面積以上であれば、当該画像信号S20の指輪郭により囲まれる領域をマスクパターンとして生成する(図4)。
次いで、制御部10は、ステップSP4において、基準とされる第1のフィルタ係数と、該基準のフィルタ係数に比して平滑化の程度が大きい又は小さい第2のフィルタ係数とを用いて、入力画像に対してフィルタ処理をそれぞれ施し、ステップSP5に進んで、これら双方のフィルタ処理結果同士を照合した後、ステップSP6において、当該フィルタ処理結果同士の類似度が閾値以上であるか否かを判定する。
ここで、これら双方のフィルタ処理結果同士の類似度が閾値以上である場合、このことは、上述のように、盗用した血管パターンの写真を撮像対象として不正に入力したもの又は盗用した血管パターンを撮像することなく不正に入力させたもの等のように、入力画像が不変的なデータであることを意味する。したがってこの場合、制御部10は、入力画像を破棄した後に、ステップSP15に進んでこの認証処理手順RT2を終了する。
これに対して、制御部10は、類似度が閾値未満である場合には、上述の認証処理手順RT1のステップSP9〜ステップSP13の処理と同様にして、既に登録された血管のうち外光照度の局所的差異に起因して撮像されなかった部分を照合対象から除外した後に、入力画像と照合する。
そして制御部10は、この照合結果として得られる類似度が閾値以上である場合には、ステップSP14において、動作処理装置(図示せず)に対して外部インターフェース14(図1)を介して所定の処理を実行させた後、ステップSP15に進んでこの認証処理手順RT2を終了する。一方、制御部10は、類似度が閾値未満である場合には、制御部10は、ステップSP16において、登録者ではない旨を通知部15(図1)を介して通知した後、ステップSP15に進んでこの認証処理手順RT2を終了する。
このような認証処理手順RT2に従って、制御部10は認証モードを実行することができるようになされている。
ちなみに、血管登録モードの場合、制御部10は、実行命令COM1を受けると、ステップSP1からステップSP9までの各種処理を実行するようになされている。
(3−B−3)動作及び効果
以上の構成において、この認証装置1は、基準とされる第1のフィルタ係数と、該基準のフィルタ係数に比して平滑化の程度が大きい又は小さい第2のフィルタ係数とを用いて、入力画像に対してフィルタ処理をそれぞれ施し、これらフィルタ処理結果同士を照合し、当該フィルタ処理結果同士の類似度が閾値以上である場合には、入力画像を破棄する。
したがって、この認証装置1では、盗用した血管パターンの写真を撮像対象として不正に入力したもの又は盗用した血管パターンを撮像することなく不正に入力させたもの等のように、入力画像が不変的なデータであることを検出することが可能となるため、一定の成りすまし行為を防止することができる。
以上の構成によれば、入力画像が不変的なデータであることを検出できるようにしたことにより、一定の成りすまし行為を防止することができ、かくして認証精度を向上し得る認証装置1を実現できる。
(4)他の実施の形態
上述の実施の形態においては、生体部位として、指を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば掌、足指、腕、目又は腕等を適用するようにしてもよい。
また上述の実施の形態においては、生体識別対象(生体パターン)として、血管を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば指紋、口紋又は神経等を適用するようにしてもよい。因みに、神経を適用する場合には、例えば神経に特異的なマーカを体内に注入し、当該マーカを撮像するようにすれば、上述の実施の形態と同様にして神経を生体識別対象とすることができる。
さらに上述の実施の形態においては、撮像カメラCMにおける外光照度調整手段としての駆動制御部12aが、撮像素子IDから出力すべき画像信号S2、S20のうち所定領域に対応する信号レベルが一定となるように、撮像素子IDにおける光蓄積時間を調整パラメータとして調整(いわゆるALC(Auto Light Control))するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、該信号レベルが一定となるように、画像信号S1、S10の輝度レベルを調整パラメータとして調整(いわゆるAGC(Automatic Gain Control))するようにしてもよい。また、絞りがある場合には、その絞り値を調整パラメータとして調整するようにしてもよい。また、当該信号レベルが一定となるように、近赤外光光源LSにおける照射光量を調整パラメータとして調整するようにしてもよい。さらに、当該信号レベルが一定となるように、上記の2以上の調整パラメータを調整するようにしてもよく、上記の調整パラメータ以外の調整パラメータを適用するようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、撮像素子における照度に応じて変動する変動情報として、駆動制御部12aによる外光照度調整後に、撮像素子IDから出力される画像信号S2、S20の明度を検出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該外光照度調整前に、撮像素子IDから出力される画像信号S1、S10の明度を検出するようにしてもよい。
別の形態として、撮像素子IDから出力される画像信号S2、S20のうち所定領域に対応する信号レベルが一定となるように調整された調整パラメータを検出するようにしてもよい。
このようにすれば、外光照度調整後の画像信号S2、S20における明度又は調整パラメータを検出する場合に比して、撮像時における本来の外光照度が反映された値を検出することができるため、平滑化部24において、外光照度に応ずる平滑化処理をより一段と忠実に実行することができ、ひいては認証精度をより一段と向上させることができる。
また、明度の算出手法として、判定領域AR(図6)における合計輝度値を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、輝度平均、最大値、最小値又は極値等を適用するようにしてもよく、また色差を加味するようにしてもよい。
また、判定領域ARの選択手法として、上述の実施の形態では、指輪郭を内包する最小の矩形枠RFを設定し、当該矩形枠RFにおける対角線の交点IPから、当該指輪郭内における隣接画素を所定数となるまで順次選択するようにしたが、これに限らず、例えば、指の幅方向(水平方向)における最小となる直線距離の中点と、指の長さ方向(垂直方向)における最小となる直線距離の中点との交点から、当該指輪郭内における隣接画素を所定数となるまで順次選択するようにしてもよい。要は、指輪郭内の中央部分を検出し得るこの他種々の手法を適用することができる。
ちなみに、画像信号S2、S20のうち判定領域AR(図6)における明度を検出するようにしたが、必ずしもその必要はなく、当該画像信号S2、S20全体における明度を検出するようにしてもよい。
さらに上述の実施の形態においては、変動情報に対応付けられたフィルタ係数を用いて、撮像素子から出力される画像信号に対して空間フィルタ処理を施し、該画像信号に含まれる生体識別対象を抽出するフィルタ手段として、ガウシアンフィルタ処理を施すフィルタ処理(平滑化部24)を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばSavitzky-Golayフィルタ処理、LOGフィルタ処理等、この他種々のものを幅広く適用することができる。
なお、平滑化部24では、明度が閾値よりも大きい場合には高輝度に対応する値のフィルタ係数を用いる一方、当該明度が閾値以下となる場合には低輝度に対応する値のフィルタ係数を用いるようにしたが、これに限らず、明度に応ずる複数のフィルタ係数のなかから、そのとき検出された明度に応じて段階的にフィルタ係数を設定し、当該設定したフィルタ係数を用いて平滑化するようにしてもよい。
フィルタ係数の具体的な設定手法としては、例えば明度と、フィルタ係数との対応付けを予めテーブルとして保持し、当該テーブルに基づいて、そのとき検出された明度に対応付けられたフィルタ係数を設定する手法がある。また別の設定手法としては、例えば明度と、フィルタ係数との対応関係を定式化し、この関係式に基づいて、そのとき検出された明度に対応付けられたフィルタ係数を設定する手法がある。ちなみに、これらの設定手法に限らず、この他種々の設定手法を採用するようにしてもよい。
また、この平滑化部24の処理内容と、平滑化部54の処理内容とを組み合わせるようにしてもよい。具体的には、図8に示す認証処理手順RT1のステップSP2とステップSP3との間に、認証処理手順RT2(図12)のステップSP4〜ステップSP6の処理を加える。このようにすれば、一定の成りすまし行為を防止することができるのみならず、外光変動によって大きく変化させずに、登録情報として又は登録情報と照合すべき情報として生成することができるため、当該組み合わせない場合に比して、より一段と認証精度を向上させることができる。
さらに上述の実施の形態においては、フィルタ手段により空間フィルタ処理された画像信号に対して、2値化処理及び細線化処理を施すようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら処理の一部又は全部を省略する若しくは入れ替える、又は、これら処理に対する新たな処理として例えば、フィルタ手段により抽出された生体識別情報(生体パターン)における特徴点を抽出する処理などを加えるようにしてもよい。ちなみに、処理の順序についても適宜変更することができる。
さらに上述の実施の形態においては、撮像機能、照合機能及び登録機能を有する認証装置1を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該機能ごとに単体の装置に分けた態様で適用する等、用途等に応じて種々の態様で適用することができる。
本発明は、バイオメトリクス認証する分野に利用可能である。
本実施の形態による認証装置の全体構成を示すブロック図である。 撮像対象に対する照度の局所的差異に起因する血管量の相違を示す略線図である。 制御部における画像処理及び照合処理の処理内容(1)を示す略線図である。 マスクパターンの生成の説明に供する略線図である。 判定領域の選択の説明に供する略線図である。 判定領域の選択例を示す略線図である。 登録された血管の切り出しの説明に供する略線図である。 認証処理手順(1)を示すフローチャートである。 制御部における画像処理及び照合処理の処理内容(2)を示す略線図である。 LOGフィルタの形状を示す略線図である。 平滑化の程度と、血管パターン量との関係を示す略線図である。 認証処理手順(2)を示すフローチャートである。
符号の説明
1……認証装置、10……制御部、11……操作部、12……血管撮像部、12a……駆動制御部、13……フラッシュメモリ、14……外部インターフェース、15……通知部、15a……表示部、15b……音声出力部、21……前処理部、22……マスクパターン生成部、23……明度検出部、24、54……平滑化部、25……特徴抽出部、26……登録画像切出部、27……照合部、LS……近赤外光光源、CM……撮像カメラ、OP……光学系、DH……絞り、ID……撮像素子、RT1、RT2……認証処理手順。

Claims (12)

  1. 基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象とすべき血管画像を平滑化する平滑化手段と、
    上記基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出手段と
    上記値が閾値以上となる場合、上記登録対象とすべき血管画像を破棄し、上記値が閾値未満となる場合、該血管画像を用いて登録データを生成する生成手段と
    を有する登録装置。
  2. 上記平滑化手段は、
    上記値が閾値未満となる場合、撮像素子における照度に応じて変動する変動情報に対応付けられるフィルタ係数を用いて、上記登録対象とすべき血管画像を平滑化し、
    上記生成手段は、
    変動情報に対応付けられるフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像を用いて、登録データを生成する、請求項1に記載の登録装置。
  3. 上記変動情報は、
    上記撮像素子から出力される画像信号のレベルが一定となるときに該撮像素子に設定されるパラメータである
    ことを特徴とする請求項2に記載の登録装置。
  4. 上記平滑化手段は、
    上記値が閾値未満となる場合、かつ、上記パラメータが閾値以上となる場合、上記撮像素子から出力される画像信号の明度に対応付けられるフィルタ係数を用いて、上記登録対象とすべき血管画像を平滑化する、請求項3に記載の登録装置。
  5. 基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録データに対する照合対象とすべき血管画像を平滑化する平滑化手段と、
    上記基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出手段と
    上記値が閾値以上となる場合、上記登録データに対する照合対象とすべき血管画像を破棄し、上記値が閾値未満となる場合、該血管画像を用いて上記登録データと照合する照合手段と
    を有する照合装置。
  6. 上記平滑化手段は、
    上記値が閾値未満となる場合、撮像素子における照度に応じて変動する変動情報に対応付けられるフィルタ係数を用いて、上記登録データに対する照合対象とすべき血管画像を平滑化し、
    上記照合手段は、
    変動情報に対応付けられるフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像を用いて、上記登録データと照合する、請求項5に記載の照合装置。
  7. 上記変動情報は、
    上記撮像素子から出力される画像信号のレベルが一定となるときに該撮像素子に設定されるパラメータである
    ことを特徴とする請求項6に記載の照合装置。
  8. 上記平滑化手段は、
    上記値が閾値未満となる場合、かつ、上記パラメータが閾値以上となる場合、上記撮像素子から出力される画像信号の明度に対応付けられるフィルタ係数を用いて、上記登録データに対する照合対象とすべき血管画像を平滑化する、請求項7に記載の照合装置。
  9. 基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象とすべき血管画像を平滑化する平滑化ステップと、
    上記基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出ステップと、
    上記値が閾値以上となる場合、上記登録対象とすべき血管画像を破棄する破棄ステップと
    上記値が閾値未満となる場合、上記登録対象とすべき血管画像を用いて登録データを生成する生成ステップと
    を有する登録方法。
  10. 基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を平滑化する平滑化ステップと、
    上記基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出する算出ステップと、
    上記値が閾値以上となる場合、上記登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を破棄する破棄ステップと
    上記値が閾値未満となる場合、上記登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を用いて登録データと照合する照合ステップと
    を有する照合方法。
  11. コンピュータに対して、
    基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象又は登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を平滑化すること、
    上記基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出すること、
    上記値が閾値以上となる場合、上記登録対象とすべき血管画像を破棄すること
    上記値が閾値未満となる場合、上記登録対象とすべき血管画像を用いて登録データを生成すること
    を実行させるプログラム。
  12. コンピュータに対して、
    基準とすべきフィルタ係数と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数とを用いて、登録対象又は登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を平滑化すること、
    上記基準とすべきフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像と、該フィルタ係数よりも平滑化の程度が大きいまたは小さいフィルタ係数を用いて平滑化された血管画像との類似度を示す値を算出すること、
    上記値が閾値以上となる場合、上記登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を破棄すること
    上記値が閾値未満となる場合、上記登録対象に対する照合対象とすべき血管画像を用いて登録データと照合すること
    を実行させるプログラム。
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