JP4344876B2 - 生体認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、生体情報に基づく生体認証装置に関するものであり、特に指などの血管パターンに基づいて個人を認証する生体認証装置に関するものである。

従来、手や指の血管パターンによって個人を認証する生体認証装置が提案されている。下記特許文献には、本出願人が出願した非接触で手や指の血管パターンを撮影する個人認証装置が開示されている。この個人認証装置は、指を挿入する空間を有する筐体と、筐体の内部壁面に設置された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）アレ−と、筐体のＬＥＤアレ−と対向する内部壁面に設置された複数のラインセンサとを備える。そして、撮影された画像から挿入された指の爪の位置を検出して、この爪の位置から指の腹の位置を決定し、撮影された画像から指の腹の部分の赤外線透過光画像を切り出し、予め登録されている血管パターン画像とのマッチングを行う。
特開２００５−０７１３１７号公報

上記したような、従来の生体認証装置においては、装置構成が複雑で、画像を合成し、切り出すための処理の負荷が重く、精度が悪いという問題点があった。本発明の目的は上記した従来例の問題点を解決し、簡単な構成で、高精度の認識を行うことができる生体認証装置を提供することにある。

本発明の生体認証装置は、指を挿入する内部空間を有する筐体と、筐体の複数の内部壁面に設置あるいは埋設され、前記指に沿ってそれぞれ複数の方向から証明する複数の光源手段と、前記指を挿入する内部空間を挟んで前記光源手段の一部と対向する筐体の内部壁面に設置あるいは埋設され、透過光画像を反射させる反射手段と、ある光源手段による前記指の透過光画像と、他の光源手段による前記指の透過光画像を前記反射手段で反射して得られる透過光画像と、を同じ1つの撮像素子を用いて撮影する撮影手段と、前記指の挿入を検出し、前記光源手段および前記撮影手段を制御して撮影を行う撮影制御手段と、前記撮影手段によって撮影された画像について、予め登録されている画像とのマッチング処理を行い、最も一致率の良い画像を抽出するマッチング手段と、前記マッチング手段によって抽出された画像の一致率に基づいて認証の可否を判定する判定手段とを備えたことを主要な特徴とする
更に、前記撮影手段は、ある光源手段による前記指の透過光画像と、他の光源手段による前記指の透過光画像を前記反射手段で反射して得られる透過光画像と、を同じ1つの撮像素子に同時に撮影する撮影手段であることを特徴とする。
更に又、前記撮影手段は、ある光源手段による前記指の透過光画像と、他の光源手段による前記指の透過光画像を前記反射手段で反射して得られる透過光画像と、を同じ1つの撮像素子に時間をずらせて別々に撮影する撮影手段であることを特徴とする。

また、前記した生体認証装置において、前記反射手段は、平面鏡またはプリズムである点にも特徴がある。

また、本発明の生体認証装置は、指を挿入する内部空間を有する筐体と、筐体の複数の内部壁面に設置あるいは埋設され、前記指に沿ってそれぞれ複数の方向から照明する複数の光源手段と、指を挿入する空間を挟んで前記光源手段と対向する筐体の内部側面に設置あるいは埋設され、透過光画像を反射させる凹面鏡からなる凹面反射手段と、前記凹面反射手段で反射された透過光画像を撮影する撮影手段と、前記指の挿入を検出し、前記光源手段および前記撮影手段を制御して撮影を行う撮影制御手段と、前記撮影手段によって撮影された画像について、予め登録されている画像とのマッチング処理を行い、最も一致率の良い画像を抽出するマッチング手段と、前記マッチング手段によって抽出された画像の一致率に基づいて認証の可否を判定する判定手段とを備え、前記凹面鏡は円錐形の側面の一部を切り取った形状であり、指の腹の面と対向し、指の先ほど凹面鏡の面が指から離れるような位置に配置され、前記撮影手段が指の前方に、やや下方に向けて配置されている点にも特徴がある。

また、前記した生体認証装置において、前記撮影制御手段は、前記複数の光源手段を１つづつ点灯させて透過光画像をそれぞれ撮影し、更に、前記それぞれ撮影された透過光画像から所定の領域を切り貼りして１つの画像を合成する画像合成手段を備えた点にも特徴がある。

また、前記した生体認証装置において、認識に使用する指の左右の指を置くための凹部あるいは切り欠きを前記筐体の上部表面の、認識に使用する指を挿入する内部空間の斜め上方に設けた点にも特徴がある。

本発明の構成によれば、簡単な構成で、非接触で複数方向からの透過光、反射光あるいはその両方による血管画像を得ることができ、更に、得られた複数の画像についてそれぞれマッチング処理を行うことにより、高精度な認識ができるという効果がある。
また、１つの撮影手段で複数方向の透過光画像を同時に撮影することも可能であり、装置構成や処理が簡単になる。また、この場合、１つの方向毎に別に撮影を行い、後から画像を合成することにより、より鮮明な画像を得ることができる。

本発明の生体認証装置の第１実施例の主要部の構成を示す断面図である。 生体認証装置１０を入室管理に使用した場合のシステム全体の構成を示すブロック図である。 本発明の生体認証装置の電気的機能を示す機能ブロック図である。 １チップコンピュータ回路５０が実行する処理の内容を示すフローチャートである。 本発明の生体認証装置の実施例２の構成を示す断面図である。 本発明の生体認証装置の実施例３の構成を示す断面図である。 本発明の生体認証装置の実施例４の構成を示す断面図である。 本発明の生体認証装置の実施例５の構成を示す断面図である。 １チップコンピュータ回路５０が実行する処理の他の実施例を示すフローチャートである。 本発明の生体認証装置の実施例６の構成を示す断面図である。 本発明の生体認証装置の実施例６の変形例の構成を示す断面図である。

符号の説明

２０ 指
２１ 爪
３０ 筐体
３１〜３３ ＣＣＤ撮像素子
３５〜３７ 赤外線ＬＥＤアレー
３８ 電極

以下に図面を参照して発明の実施の形態を説明する。

図２は、生体認証装置１０を入室管理に使用した場合のシステム全体の構成を示すブロック図である。生体認証装置１０は、ドアの電磁ロック装置１１と接続されており、認証装置１０において入室を許可すべき人（画像登録者）を検出した場合には、認証装置１０から電磁ロック装置１１に対して開錠信号を送出する。また、認証処理を行うたびに生体認証装置１０からパソコン１２に認証の結果情報が送信され、パソコン１２において入室記録が表示／保存される。

図１は、本発明の生体認証装置の第１実施例の主要部の構成を示す断面図である。生体認証装置１０の指の血管画像撮影ユニットは筐体３０によって指を挿入する内部空間である凹部が形成されている。図１上部は、筐体３０の横断面図であり、下部は縦断面図である。被認証者は指２０を生体認証装置の筐体３０の凹部に挿入する。図１においては爪２１は上を向いている。

筐体３０の内部側面および内部上面には光源手段であるＬＥＤアレー３５〜３７が配置され、内部側面および内部底部には撮影手段であるＣＣＤ撮像素子３１〜３３が配置されている。ＬＥＤアレー３５〜３７は、例えば複数の赤外線ＬＥＤを指に沿って１列に配列したものである。各ＬＥＤアレー３５〜３７はそれぞれ独立してオン／オフ等の制御ができるように構成されている。

ＣＣＤ撮像素子３１〜３３は赤外線領域で静止画の撮影が可能な公知のＣＣＤ２次元光センサである。ＣＣＤセンサの前部にはレンズ等の光学系が装着されている。なお、２次元光センサとしては、赤外線に感度があれば、ＣＭＯＳセンサなどＣＣＤセンサ以外の公知の任意の２次元光センサを使用可能である。

筐体３０の内部底部には２つの電極３８、３９が配置されている。奥の電極３８は挿入した指の先端部分と接触するためのものであり、手前の電極は指の付け根付近と接触するための電極である。被認証者がこの電極の双方に指を接触させることによって生体認証装置が指の挿入を検出すると共に、例えば２つの電極３８、３９間に流れる電流値によって生体であることを判定する。

図３は、本発明の生体認証装置の電気的機能を示す機能ブロック図である。１チップコンピュータ回路５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェイス回路等を備えた周知のＬＳＩであり、後述する本発明の機能を実現するプログラムを作成して格納可能な任意の１チップコンピュータを採用可能である。不揮発性メモリ５８は１チップコンピュータ回路５０が読み書き可能な、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性のＲＡＭであり、登録血管画像等を記憶するために使用される。

１チップコンピュータ回路５０は、ドライバ５４を介して任意のＬＥＤアレー３５〜３７の点灯／消灯および明るさを制御することができる。また、１チップコンピュータ回路５０は、任意のＣＣＤ素子３１〜３３を指定して出力信号を読み出すことが可能である。ＣＣＤ素子３１〜３３からＣＣＤ撮影回路４０を介して出力された出力信号はアナログマルチプレクサ５１によって選択され、Ａ／Ｄ変換器５２によって１画素ごとにＡ／Ｄ変換され、１チップコンピュータ回路５０に読み込まれる。

アナログマルチプレクサ５１には直流増幅器４１を介して奥の電極３８の電圧も入力されている。手前の電極３９には抵抗を介して直流電源電圧が印加されており、２つの電極の双方に指を接触させることにより、指の抵抗値に応じて奥の電極３８に電圧が生じる。この電圧が予め定められた所定の範囲内である場合に指が挿入されたものと見なす。

パネル５５には、暗証番号等を入力するためのテンキーや登録処理のためのスイッチおよび装置の状態や認証結果を表示する表示装置が設けられている。通信インターフェイス回路５６は、例えばRS-232C規格あるいはＵＳＢ、ＬＡＮなどのパソコンの備えている標準的なインターフェイス回路であり、１チップコンピュータ回路５０は、この回路を介してパソコン１０に認証結果、認証者ＩＤなどの認証処理情報を出力する。開錠駆動回路５７は例えば電磁ロック装置１１の開錠ソレノイドを駆動する信号を出力する。

図４は、１チップコンピュータ回路５０が内蔵するプログラムに従って実行する処理の内容を示すフローチャートである。なお、生体認証装置１０には予め登録処理によって登録者の各方向から撮影された血管画像がそれぞれ登録され、不揮発性メモリ５８に記憶されているものとする。

Ｓ１０においては、指を検出したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ１０に戻るが、肯定の場合にはＳ１１に移行する。１チップコンピュータ回路５０は周期的に電極３８の電圧をＡＤ変換して読み込み、電圧が予め定められた所定の電圧範囲内である場合に、生体である指が挿入されたものと見なす。

Ｓ１１においては、上のＬＥＤアレー３５を点灯し、底部のＣＣＤ撮像素子３１を選択して指の血管の下透過光画像を撮影する。Ｓ１２においては、左ＬＥＤアレー３７を点灯し、右側面のＣＣＤ撮像素子３３を選択して右透過光画像を撮影する。Ｓ１３においては、右ＬＥＤアレー３６を点灯し、左側面のＣＣＤ撮像素子３２を選択して左透過光画像を撮影する。

Ｓ１４においては、Ｓ１１において撮影した下透過光画像について、同じ下透過光登録画像と公知のマッチング処理を行い、最も一致率の高い登録画像を抽出する。Ｓ１５においては、Ｓ１２において撮影した右透過光画像について同じ右透過光登録画像とマッチング処理し、最も一致率の高い登録画像を抽出する。Ｓ１６においては、Ｓ１３において撮影した左透過光画像について同じ左透過光登録画像とマッチング処理し、最も一致率の高い登録画像を抽出する。

Ｓ１７においては、Ｓ１４〜Ｓ１６において抽出した３枚の画像の内、一致率が高い方から所定枚数、例えば２枚の登録画像を選択する。Ｓ１８においては、Ｓ１７において選択した２枚の画像の登録者が一致し、かつ双方とも一致率が予め定められた閾値以上か判定する。Ｓ１９においては、判定結果が否定の場合にはＳ２１に移行するが、肯定の場合にはＳ２０に移行する。

Ｓ２０においては認証結果をＯＫとする。また、Ｓ２１においては認証結果をＮＧ（不可）とする。Ｓ２２においては、認証結果をパネル５５に表示すると共に通信インターフェイス回路５６を介してパソコン１２に認証結果情報を送信する。Ｓ２３においては、結果がＯＫの場合には開錠駆動回路５７を制御して開錠処理する。
以上のような構成および処理によって、指の血管画像を非接触にて撮影し、高精度な認証を行うことができる。

図５は、本発明の生体認証装置の実施例２の構成を示す断面図である。図５（ａ）は反射光によって血管の赤外線画像を撮影する実施例である。左右の側面の構成は実施例１の構成と同一であるが、底面にＬＥＤアレー６０が配置されている。図５（ｂ）は透過光と反射光の双方の画像を撮影可能に構成した実施例である。図５（ｂ）の実施例においては、ハーフミラー７６〜７８を使用して照明用のＬＥＤアレーの光軸とＣＣＤ撮像素子の光軸とを合わせている。

照明用のＬＥＤアレーとＣＣＤ撮像素子をそれぞれ選択することにより、図１の構成あるいは図５（ａ）の構成においては側面からについて、図５（ｂ）については底面からについても、透過光と反射光の双方の画像を同時に撮影可能である。従って、図１の構成あるいは図５（ａ）の構成においては５種類、図５（ｂ）については６種類の画像を撮影することができ、これらの画像全てについてそれぞれマッチング処理を行い、一致率が上位の所定個数（１以上の任意数）の登録画像を抽出して判定するようにしてもよい。

図６は、本発明の生体認証装置の実施例３の構成を示す断面図である。左右及び上面に設けた光源の構成は実施例１と同じであるが、右透過光画像及び左透過光画像を１台のＣＣＤ撮像素子８２で撮影可能なように２枚のミラー（鏡）８０、８１をＣＣＤ撮像素子８２の撮影可能な画角内に配置することにより、１台の撮像素子８２で下透過光画面、右透過光画面、左透過光画面の３部位を同時に撮影可能に構成した実施例である。（ｂ）は撮影画像の例であり、側面透過光画像８６、８７と下透過光画像８５が１枚の画像に合成されている。

実施例３の生体認証装置は１枚の画像でのマッチング処理が可能となる。また撮影時間が短縮され、高価なＣＣＤ撮像素子１個で生体認証装置を構成できる。なお、実施例３においては、３方向からの透過光画像を合成する例を開示したが、２方向からの透過光画像の一方をミラーで反射させて他方の透過光画像と同時に撮影してもよい。

図７は、本発明の生体認証装置の実施例４の構成を示す断面図である。実施例４は、実施例３のミラー（平面鏡）をプリズムに置き換えたものである。プリズム９０、９１は例えば断面が二等辺三角形の棒状であり、二等辺三角形の一方の短辺の面から入射した光は長辺の面で全反射し、他方の短辺の面から出力する。実施例３と同様に、１つの撮像素子で３方向からの画像を撮影することができる。

図９は、１チップコンピュータ回路５０が実行する処理の他の実施例を示すフローチャートである。図９に示した処理は実施例３、４に適用可能であるが、それぞれの方向の画像の切り出し位置を予め定めておけば、前述した実施例１、２や後述する実施例５にも適用可能である。なお、生体認証装置１０には予め登録処理によって登録者の各方向から撮影された血管画像がそれぞれ登録され、不揮発性メモリ５８に記憶されているものとする。

実施例３、４の場合には例えばＬＥＤアレイ３５、３６、３７の全部を点灯させて１回の撮影にて３方向の合成画像を撮影することも可能である。しかし、ＬＥＤアレイを３方向同時に点灯させると、１方向づつ点灯させた場合よりも透過光画像が不鮮明となる。そこで、この処理においては、３方向の画像をそれぞれ別に撮影し、それぞれの方向の画像を合成して１つの画像としてからマッチング処理を行う。

Ｓ３０においては初期化を行い、Ｓ３１においては、指を検出したか否かが判定され、判定結果が否定の場合にはＳ３１に戻るが、肯定の場合にはＳ３２に移行する。１チップコンピュータ回路５０は周期的に電極３８の電圧をＡＤ変換して読み込み、電圧が予め定められた所定の電圧範囲内である場合に、生体である指が挿入されたものと見なす。

Ｓ３２においては、上のＬＥＤアレー３５のみを点灯し、ＣＣＤ撮像素子８２を使用して指の血管の下透過光画像を撮影する。Ｓ３３においては、左ＬＥＤアレー３７のみを点灯し、右透過光画像を撮影する。Ｓ３４においては、右ＬＥＤアレー３６のみを点灯し、左透過光画像を撮影する。なお撮影された画像としては図６（ｂ）に示すようにそれぞれに３方向の画像が含まれている。

Ｓ３５においては、下、右、左透過光画像を合成する。合成方法は例えば図６（ｂ）に示されているような各画像の有効領域、例えば下透過光画像であれば中央の領域８５を切り出し、切り出した画像を張り合わせて１枚の画像を合成する。単に所定の領域を切り出して張り合わせるだけであるので、処理負荷は軽い。Ｓ３６においては、合成された透過光画像について、登録画像と公知のマッチング処理を行い、最も一致率の高い登録画像を抽出する。

Ｓ３７においては、一致率が予め定められた閾値以上か判定する。Ｓ３８においては、判定結果が否定の場合にはＳ４０に移行するが、肯定の場合にはＳ３９に移行する。Ｓ３９においては認証結果をＯＫとする。また、Ｓ４０においては認証結果をＮＧ（不可）とする。Ｓ４１においては、認証結果をパネル５５に表示すると共に通信インターフェイス回路５６を介してパソコン１２に認証結果情報を送信する。Ｓ４２においては、結果がＯＫの場合には開錠駆動回路５７を制御して開錠処理し、Ｓ３１に戻る。

図８は、本発明の生体認証装置の実施例５の構成を示す断面図である。実施例５は凹面鏡を使用することによって指下面および左右の指側面の透過光画像を切れ目無く連続的に１枚の画像として撮影することができるものである。凹面鏡９５の形状としては円筒形あるいは円錐形の側面の一部を切り取った内面形状を利用可能であり、また球あるいは断面が楕円であるような楕円球の内面の一部を利用することも可能である。

凹面鏡９５は指２０の下方（指の腹の面と対向する位置）に、指２０の先ほど凹面鏡の面が指から離れるような向きに配置され、１台の撮像素子８２が指２０の前方に、やや下方に向けて配置されている。凹面鏡９５の向きを図８（ｂ）において左右逆にして撮像素子８２を手前の電極３９の下部に配置してもよい。なお、凹面鏡を使用した場合には撮影された画像の形状が歪むが、そのまま認識に使用してもよいし、ソフトウェアによって画像の歪みを補正してから認識してもよい。あるいは、歪みがなるべく少なくなるように凹面鏡９５を変形させてもよい。

図１０は、本発明の生体認証装置の実施例６の構成を示す断面図である。実施例６は実施例１〜５の構成と組み合わせて使用する指位置固定構造の例である。（図１０では実施例３との組み合わせを示している）実施例６においては、内部に認識する指２０を挿入する凹部１０２を備えたドーム状の構造を備えている。そしてドーム１００の両側には左右の指１１０、１１１を置くための切り欠き１０１が設けられている。

左右の指１１０、１１１を切り欠き１０１に置くことにより、認識する指２０の回転が防止され、指２０の腹が真下を向くようになるので認識精度が向上する。但し、ドーム内にＬＥＤアレイ３６、３７やミラー８０、８１を配置する必要があるので、左右の指１１０、１１１を大きく開く必要がある。

図１１は本発明の生体認証装置の実施例６の変形例の構成を示す断面図である。図１１の構成は、認識する指２０を挿入する凹部１０６を備えた装置本体３０の上部に左右の指１１０、１１１を置くための凹部１０４、１０５を設けたものである。左右の指を置く位置を斜め上方にすることにより、図１０の例のように指を横に大きく開かなくてもよくなり、比較的ストレスなく指を配置することが出来る。また、装置本体３０のサイズを小型化することができる。

以上実施例を開示したが、本発明には以下に示すような変形例も考えられる。実施例においては、電極に直流電源を印加し、電圧を検出する例を開示したが、手前の電極３９に交流信号源を接続し、直流増幅器の代わりに交流増幅器、バンドパスフィルタおよび検波器を用いて交流信号を検出するようにしてもよい。指の検出方法としては、電極を用いて検出する例を開示したが、例えば対向するＬＥＤアレーを点灯してＣＣＤから透過光画像を読み取り、その画像を解析して指の挿入を検出してもよい。

ＬＥＤアレイを３方向同時に点灯させると、１方向づつ点灯させた場合よりも画像が不鮮明となるので、図９の処理においては、３方向の画像をそれぞれ別に撮影して合成する例を開示したが、ＬＥＤアレイ３５、３６、３７の全部あるいは一部を点灯させて１回の撮影にて３方向の合成画像を撮影してもよい。この場合には後で画像を合成する必要が無くなる。

本発明の生体認証装置は本人であることを確認するための生体認証装置として利用可能である。

Claims (7)

1. 指を挿入する内部空間を有する筐体と、
   筐体の複数の内部壁面に設置あるいは埋設され、前記指に沿ってそれぞれ複数の方向から証明する複数の光源手段と、
   前記指を挿入する内部空間を挟んで前記光源手段の一部と対向する筐体の内部壁面に設置あるいは埋設され、透過光画像を反射させる反射手段と、
   ある光源手段による前記指の透過光画像と、他の光源手段による前記指の透過光画像を前記反射手段で反射して得られる透過光画像と、を同じ1つの撮像素子を用いて撮影する
   撮影手段と、
   前記指の挿入を検出し、前記光源手段および前記撮影手段を制御して撮影を行う撮影制御手段と、
   前記撮影手段によって撮影された画像について、予め登録されている画像とのマッチング処理を行い、最も一致率の良い画像を抽出するマッチング手段と、
   前記マッチング手段によって抽出された画像の一致率に基づいて認証の可否を判定する判定手段と、
   を備えたことを特徴とする生体認証装置。
2. 前記撮影手段は、ある光源手段による前記指の透過光画像と、他の光源手段による前記指の透過光画像を前記反射手段で反射して得られる透過光画像と、を同じ1つの撮像素子
   に同時に撮影する撮影手段である請求項１に記載の生体認証装置。
3. 前記撮影手段は、ある光源手段による前記指の透過光画像と、他の光源手段による前記指の透過光画像を前記反射手段で反射して得られる透過光画像と、を同じ1つの撮像素子
   に時間をずらせて別々に撮影する撮影手段である請求項１に記載の生体認証装置。
4. 前記反射手段は、平面鏡またはプリズムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の生体認証装置。
5. 指を挿入する内部空間を有する筐体と、
   筐体の複数の内部壁面に設置あるいは埋設され、前記指に沿ってそれぞれ複数の方向から照明する複数の光源手段と、
   指を挿入する空間を挟んで前記光源手段と対向する筐体の内部壁面に設置あるいは埋設され、透過光画像を反射させる凹面鏡からなる凹面反射手段と、
   前記凹面反射手段で反射された透過画像を撮影する撮影手段と、
   前記指の挿入を検出し、前記光源手段および前記撮影手段を制御して撮影を行う撮影制御手段と、
   前記撮影手段によって撮影された画像について、予め登録されている画像とのマッチング処理を行い、最も一致率の良い画像を抽出するマッチング手段と、
   前記マッチング手段によって抽出された画像の一致率に基づいて認証の可否を判定する判定手段と、を備え
   前記凹面鏡は円錐形の側面の一部を切り取った形状であり、指の腹の面と対向し、指の先ほど凹面鏡の面が指から離れるような位置に配置され、前記撮影手段が指の前方に、やや下方に向けて配置されていることを特徴とする生体認証装置。
6. 前記撮影制御手段は、前記複数の光源手段を一つずつ点灯されて透過光画像をそれぞれ撮影し、
   更に、前記それぞれ撮影された透過光画像から所定の領域を切り貼りして１つの画像を合成する画像合成手段を、備えた
   ことを特徴とする請求項１、３、５のいずれかに記載の生体認証装置。
7. 認証に使用する指の左右の指を置くための凹部あるいは切り欠きを前記筐体の上部表面の、認識に使用する指を挿入する内部空間の斜め上方に設けたことを特徴とする請求項1
   乃至７のいずれかに記載の生体認証装置。

Images