JP4251067B2 - 個人認証装置及び個人認証用の血管パターン抽出装置 - Google Patents
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Description
また、特開平7-21373号公報には、指静脈を用いた個人認証装置が開示され、特に、撮影する際の光量のロスを少なくするため、光ファイバーを指に密着させて指画像を撮影することが開示されている。
さらに、本発明では非接触で指を撮影する場合、回転や輝度むらが生じやすく高精度な個人認証結果が得にくいという新たな課題に着目した。そこで、本発明では、非接触のため回転や輝度むらが生じやすい指静脈パターン画像を用いながらも高精度な個人認証を行う個人認証装置および方法を提供する。
。
なお、溝の方向は、地面に対してどのような方向であっても良いが、特に地面に対して垂直方向の溝を設けた場合、ユーザは重力に従って手を振り下ろすという自然な運動で、パターン画像の獲得ができるので、使い勝手がよいという効果がある。
また、このように溝に指を通すようなインターフェースの構造は、指の中心軸を中心とした回転が生じにくくなるため、認証の精度が高くなるという効果がある
。
記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどを用いることができる。 図9は、指画像が取り込まれてから認証が行われるまでの概略フローチャートである。静脈パターンによる個人認証を行うためには、取り込まれた指画像から静脈パターンを抽出し、登録されている静脈パターンとの比較を行う必要がある。従って撮像された指画像はいくつかの段階を経て登録画像と比較できる形の静脈パターンへ変換されなければならない。まず各種の初期化(200)を行った後、画像内の指部分だけを取り出すために指の輪郭検出(202)を行う。この時点で指がどのような角度、位置で撮像されているかが検出できる。どのような角度や位置で撮像されていても正しく認識できるように指の傾きを水平にする回転補正(204)を行った後、認識に必要な部分だけを取り出す指画像の切り出し(206)を行う。このときに得られる画像は静脈パターンだけでなく認証に不要な影や輝度むらなどが存在する。そこで静脈パターンだけを取り出すために、血管追跡(208)を行う。この結果を利用して、登録画像と取り込まれた指画像との静脈パターンのマッチング(210)を行い、画像間の相関を評価値として算出する。評価値の大きさによって本人もしくは他人であると判断されるが、どちらとも決めがたい評価値であった場合(212)、さらに、画像を小領域に分割してマッチングを行いマッチした位置ずれを評価する分割マッチング(214)を行う。そして最終的に本人であるか否かを判定する(216)。
図10は指の輪郭検出処理の一例を示したものである。(a)は撮像された画像の模式図である。ここでは指が画像左側から水平方向に撮像され、指先が右側に位置している場合について説明する。初めに指20と背景部分の境界を強調するためにコントラストの調整を行う。ただし、画像全体のコントラストを調整する必要はなく、たとえば下側の輪郭が不鮮明である場合には画像下側だけのコントラストを調整すればよい。この処理によって指のエッジが強調される。(a)における指20のエッジが鮮明になっている様子を(b)に示す。
(c)は追跡点104が上下に移動し、指と背景の境界にたどり着いたところを表している。次にこの位置から指の輪郭をたどる。この場合は右方向と左方向の2通りについてたどる必要がある。左方向をたどる場合は、現在位置の左、左上、左下の3点について、上方nピクセルと下方nピクセルの輝度値の差分を計算し、最も大きい差分値を持つ位置を次の位置とする。このようにして画像の左端までたどっていくと、その軌跡が輪郭となる。右方向については、指先部分をたどる必要があるため、上側の輪郭追跡については現在位置の右下のさらに下数ピクセル、かつ現在位置の真下についても探索範囲とし、下側の輪郭追跡については現在位置の右上のさらに上数ピクセル、かつ現在位置の真上についても探索範囲とした。これにより、指先の曲率の高いカーブまで検出できることになる。
(d)は最終的に追跡点104が指の輪郭をたどった結果を表している。尚、上記では撮像画像が定型的に決められているため単純な追跡方法を採用したが、画像処理で利用される他の様々な輪郭追跡方法を利用して精度を向上できることはいうまでもない。
指の傾きは、指を直線で近似したときの線と水平線とのなす角と考えられるが、ここではその一例として上側の輪郭線を利用した回転補正方法について説明する。指の輪郭線は、同じ指の場合、挿入の傾きが異なっていてもその形状は同じである。ここでその輪郭線の近似直線を求める。一般的に、曲線とその近似直線との相対的位置関係は常に一定である。従って、傾きが異なり、かつ同じ形状の輪郭線は、その近似直線によって傾きの正規化ができる。このときできるだけ直線に近い状態の曲線から近似直線を求めた方がより精度が上がるため、直線的な上側の輪郭線から近似的な直線を求める。具体的には、たとえば指先から16ピクセルほど指の根元方向へ進んだ位置から、同方向へ128ピクセル進んだ位置の間にある輪郭だけを利用する。あえて指先を避けるようにしたのは、曲率の高い部分を避けるためである。
このような考えに基づいて、以下のような方法で血管を追跡した。まず初めに血管を追跡した経歴を保持するための、画像と同じ大きさの得点表を用意し、そのすべてを0に初期化する(300)。全体の血管パターンを浮かび上がらせるために必要な回数jだけ繰り返し実行される血管追跡のループ(302)の中においては、まず1回分の血管追跡を行う追跡点の出発位置を乱数によって決定(304)する。ただし背景、指先、指の根元、指の輪郭付近を出発点とすると血管を正しくたどることができなくなるため、指の輪郭情報を利用して、それらが出発点とならないようにする。
移動の傾向の一例として、50%の確率で左右の長軸方向に移動しやすくするため左または右の3近傍を移動可能点とし、残りの50%のうち30%については指の短軸方向に移動しやすくするため上または下の3近傍を移動可能点とする。
それ以外は8近傍を移動可能点とする。ただし、いずれの場合も今までたどってきた軌跡や指の外側へは移動できない。このようにして移動可能点を求めるが、もし移動可能点が存在しない場合(312)は現在の追跡点での追跡を終了する。
続いて移動可能点のうち、最も暗い輝度値を持つピクセルへ移動(314)する。そして現在の追跡点が過去にたどってきた軌跡を再びたどらないよう、現在の位置を軌跡情報として登録、更新(316)する。このとき、そのピクセルの座標に対応した得点表の位置に、得点を加算(318)する。ここでは例として5点を加算する。さらにこの追跡点の追跡の長さである寿命を1つ減らす(320)。この追跡点の寿命の有無を判定(322)し、寿命があるならば再び移動可能点の決定(310)へ戻り、移動、得点の加算、軌跡情報の更新を繰り返す。寿命が尽きた場合、たどった軌跡の情報を初期化(324)し、現在の追跡点での追跡が終了する。このような血管追跡のプロセスを多数繰り返し実行する。この繰り返しがすべて終了したとき、たどった回数が多いピクセル、すなわち血管である確率が高い部分であるほどその位置に対応する得点表の得点は高くなっている。逆に得点の低い位置は血管でない確率が高いことになる。従って、この得点表には静脈パターンそのものが現れていることになる。従って、この得点表を画像として捉えることで、静脈パターンだけを取り出した画像が得られることになる。
最後に、偶然追跡されなかったピクセルの穴を埋めるために、血管部分、そしてあいまいな部分に対して膨張処理(330)を施した。膨張処理は、画像中に存在するすべてのピクセルについて、血管部分またはあいまいな部分のピクセルの8近傍を調べ、血管でない部分のピクセルの個数が4つ以下ならば、それらの血管でない部分をあいまいな部分に変換することで行われる。
8…メモリ、9…CPU、10…外部記憶装置、20…指、22…指挿入口、30
…角を面取りした指静脈パターン入力インターフェース、32…横向きに指挿入口の開いている指静脈パターン入力インターフェース、33…壁、34…壁面に指挿入口を開けた指静脈パターン入力インターフェース、36…指挿入口の奥が円弧状の指静脈パターン入力インターフェース、38…クッション、40…認証請求者、42…自動ドア、43…暗証番号入力キー、44…指紋入力インターフェース、46…虹彩撮像カメラ、48…顔画像撮像カメラ、50…筆跡入力ペン
、52…筆跡入力タブレット、54…マイク、60…ICカード、62…ICカードリーダ、100…指画像、104…追跡点、106…指の上側輪郭の近似直線、108…指の中心軸、110…指先、112…切り出す指画像の中心、114…切り出された指画像。
Claims (14)
- 光源と、
指を透過した前記光源からの光を撮像する撮像部と、
上記撮像部で撮像された画像から血管パターンを抽出し、該血管パターンと登録パターン
の照合を行って個人認証を行う処理部とを有し、
上記処理部は、
撮像された上記画像における輝度値の情報を基に血管らしさをスコアとして画素毎に算出し、
当該スコアに基づいて上記画像における上記画素毎に、
上記スコアが所定範囲外にある場合には当該スコアが所定範囲を超えるか下回るかに応じて上記血管が存在するないし存在しないと判定し、
上記スコアが所定範囲内である場合には上記血管が存在するかあいまいであると判定して、各々分類し、
同様に上記分類のなされた上記登録パターンと上記血管パターンとの上記血管が存在する
及び存在しないと分類された画素を用いて上記個人認証を行うことを特徴とする個人認証
装置。 - 上記処理部は、上記血管パターン又は登録パターンの何れかで上記血管が存在すると分類
され、他方のパターンにおいて存在しないと分類されるミスマッチ画素の数をカウントし
、
上記登録パターンと上記撮像パターンとをずらしながら、上記カウントを繰り返して最小
の上記ミスマッチ画素を求めることを特徴とする請求項1記載の個人認証装置。 - 上記処理部は、上記登録パターンと上記撮像パターンをずらしながら上記ミスマッチ画素
を数える過程において、カウントしている上記ミスマッチ画素が過去に求められたミスマ
ッチ画素を越えた時点で、その上記登録画像と上記撮像画像の重なりにおけるカウントを
中止することを特徴とする請求項2記載の個人認証装置。 - 上記処理部は、
上記求めた最小のミスマッチ画素の数を、上記撮像パターン及び上記登録パターンのそれ
ぞれにおいて上記血管が存在すると分類された画素の総数で割った数が所定値以上である
かに基いて上記個人認証を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の個人認証装置。 - 上記処理部は、上記登録パターン又は上記撮像パターンの何れかの外周を切り落とし、一
方のサイズを他方より小さくて上記ミスマッチ画素のカウントを行うことを特徴とする請
求項2乃至4の何れかに記載の個人認証装置。 - 上記認証部は、
上記登録パターンと上記血管パターンとをそれぞれの中央の位置で重ね合わせた位置から
上記ミスマッチ画素のカウントを開始することを特徴とする請求項2乃至5の何れかに記
載の個人認証装置。 - 光源と、
指を透過した前記光源からの光を撮像する撮像部と、
上記撮像部で撮像された画像から血管パターンを抽出する処理部とを有し、
上記処理部は、
撮像された上記画像における輝度値の情報を基に血管らしさをスコアとして画素毎に算出し、
当該スコアに基づいて上記画像における上記画素毎に、
上記スコアが所定範囲外にある場合には当該スコアが所定範囲を超えるか下回るかに応じて上記血管が存在するないし存在しないと判定し、
上記スコアが所定範囲内である場合には上記血管が存在するかあいまいであると判定して、各々分類し、
同様に上記分類のされた上記登録パターンと上記血管パターンの上記血管が存在する及び
存在しないと分類された画素を用いての個人認証を可能とする個人認証用の血管パターン
抽出装置。 - 上記処理部は、上記血管パターン又は登録パターンの何れかで上記血管が存在すると分類
され、他方において存在しないと分類されるミスマッチ画素の数をカウントし、
上記登録パターンと上記撮像パターンをずらしながら、上記カウントを繰り返して最小の
上記ミスマッチ画素の数を求めることを特徴とする請求項7記載の個人認証用の血管パタ
ーン抽出装置。 - 上記処理部は、上記登録パターンと上記血管パターンとをずらしてながら上記ミスマッチ
画素を数える過程において、上記カウントしているミスマッチ画素の数が、過去に求めら
れたミスマッチ画素を越えた時点で、その上記登録パターンと上記撮像パターンの重なり
における上記カウントを中止することを特徴とする請求項8記載の個人認証用の血管パタ
ーン抽出装置。 - 上記認証部は、上記登録パターン又は上記血管パターンの何れかの外周を切り落とし、一
方のサイズを他方のより小さくして、上記ミスマッチ画素のカウントを行うことを特徴と
する請求項8又は9に記載の個人認証用の血管パターン抽出装置。 - 上記処理部は、
上記登録パターンと上記血管パターンとを各パターンの中央の位置で重ね合わせた位置か
ら上記カウントを開始することを特徴とする請求項8乃至10の何れかに記載の個人認証
用の血管パターン抽出装置。 - 光源と、
指を透過した前記光源からの光を撮像する撮像部と、
上記撮像部で撮像された画像から血管パターンを抽出し、該血管パターンと登録パターン
の照合を行って個人認証を行う処理部とを有し、
上記処理部は、
撮像された上記画像における輝度値の情報を基に血管の追跡処理を複数回実行し、追跡した回数に基づいて画素毎にスコアを算出し、
当該スコアに基づいて上記画像における上記画素毎に、
上記スコアが所定範囲外にある場合には当該スコアが所定範囲を超えるか下回るかに応じて上記血管が存在するないし存在しないと判定し、
上記スコアが所定範囲内である場合には上記血管が存在するかあいまいであると判定して、各々分類し、
同様に上記分類のなされた上記登録パターンと上記血管パターンとの上記血管が存在する
及び存在しないと分類された画素を用いて上記個人認証を行うことを特徴とする個人認証
装置。 - 請求項1または12に記載の個人認証装置において、
上記スコアが所定範囲外にある場合には、当該スコアが所定範囲よりも高い場合には上記血管が存在すると判定し、
当該スコアが所定範囲よりも低い場合には上記血管が存在しないと判定することを特徴とする個人認証装置。 - 請求項7に記載の個人認証用の血管パターン抽出装置において、
上記スコアが所定範囲外にある場合には、当該スコアが所定範囲よりも高い場合には上記血管が存在すると判定し、
当該スコアが所定範囲よりも低い場合には上記血管が存在しないと判定することを特徴とする個人認証用の血管パターン抽出装置。
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