JP4636306B2 - 識別装置及び識別方法並びに認証システム - Google Patents

Description

本発明は、識別装置及び識別方法並びに認証システムに関し、例えば生体認証する場合に適用して好適なものである。

従来、生体認証で用いられる認証情報として、生体表面における指又は掌の指紋等の形成パターンが一般的に用いられているが、近年、生体内方における血管の形成パターン（以下、これを血管形成パターンと呼ぶ）も用いられ始めている。

この場合、血管内の脱酸素化ヘモグロビン（静脈血）又は酸素化ヘモグロビン（動脈血）に近赤外線帯域の光（近赤外光）が特異的に吸収されるといった性質を利用して血管を撮像し、この撮像結果から抽出した血管形成パターンと、予め登録された登録者の血管形成パターンとに基づいて登録者の有無を判断する認証装置が提案されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００３−３０６３２公報

ところでかかる認証装置においては、血管撮像時の位置がずれた場合に、登録者本人であるにもかかわらず第三者と特定してしまうといった事態が増加し、この結果、識別精度が低下するという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、識別精度を向上し得る識別装置及び識別方法並びに認証システ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、識別装置であって、生体における内方の固有構造物を撮像対象として撮像される画像における輝度ヒストグラム波形の状態を示すパラメータに基づいて、該輝度ヒストグラム波形が、いずれの類型に属するかを検出する類型検出手段と、類型検出手段により検出される類型に対応付けられる撮像条件を撮像手段に設定する設定手段と、設定手段により設定される撮像条件のもとで撮像手段が撮像した画像を、類型検出手段により検出される類型に対応付けられる階調数に変更する変更手段と、変更手段により変更される画像から、該画像に含まれる固有構造物のパターンを抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出されるパターンを用いて、生体を識別する識別手段とを有する。

また本発明は、識別方法であって、生体における内方の固有構造物を撮像対象として撮像される画像における輝度ヒストグラム波形の状態を示すパラメータに基づいて、該輝度ヒストグラム波形が、いずれの類型に属するかを検出する類型検出ステップと、類型検出ステップで検出される類型に対応付けられる撮像条件を撮像手段に設定する設定ステップと、設定ステップで設定される撮像条件のもとで撮像手段が撮像した画像を、類型検出ステップで検出される類型に対応付けられる階調数に変更する変更ステップと、変更ステップで変更される画像から、該画像に含まれる固有構造物のパターンを抽出する抽出ステップと、抽出ステップで抽出されるパターンを用いて、生体を識別する識別ステップとを有する。

さらに本発明は、生体を識別する識別装置と、生体の固有構造物を撮像する撮像装置とが含まれる認証システムにおける識別装置であって、生体における内方の固有構造物を撮像対象として撮像される画像における輝度ヒストグラム波形の状態を示すパラメータに基づいて、該輝度ヒストグラム波形が、いずれの類型に属するかを検出する類型検出手段と、類型検出手段により検出される類型に対応付けられる撮像条件を撮像装置に設定する設定手段と、設定手段により設定される撮像条件のもとで撮像装置が撮像した画像を、類型検出手段により検出される類型に対応付けられる階調数に変更する変更手段と、変更手段により変更される画像から、該画像に含まれる固有構造物のパターンを抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出されるパターンを用いて、生体を識別する識別手段とを有する。

以上のように本発明によれば、輝度状態に基づいて生体を識別するようにしたことにより、撮像時の位置と生体の識別との依存関係を低減することができるため、当該撮像時の位置変化に起因する識別精度の低下を防止することができ、かくして識別精度を向上することができる。

以下図面について本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）認証装置の全体構成
図１において、１は全体として認証システムの全体構成を示し、血管内の脱酸素化ヘモグロビン（静脈血）又は酸素化ヘモグロビン（動脈血）に近赤外帯域の光（近赤外光）が特異的に吸収されることを利用して生体の内方における血管を撮像する血管撮像装置２と、ノート型のパーソナルコンピュータ（以下、これをノートパソコンと呼ぶ）３とがケーブル４を介して接続されることにより構成される。

この認証システム１では、例えば家族や会社内の部署等の所定の集団に属する人（以下、これを構成員と呼ぶ）によってノートパソコン３が共用されており、当該ノートパソコン３は、血管撮像装置２において撮像された血管の画像（以下、これを血管画像呼ぶ）に基づいて構成員を識別し、この識別結果に応じて対応する構成員の個人情報にアクセスし得るようになされている。

（２）血管撮像装置の構成
（２−１）血管撮像装置の外観構成
血管撮像装置２は、略直方体形状でなり、図１及び図２に示すように、当該血管撮像装置２の上面には、撮像対象者の指ＦＧをガイドする円弧状のガイド溝１１が設けられ、このガイド溝１１の中央部には、所定位置において撮像開口部１２が設けられている。

そしてこの撮像開口部１２には、ガイド溝１１の形状に対応する蓋部１３が設けられており、これによりこの血管撮像装置２は、撮像開口部１２への異物の流入を防止することができるようになされている。

またガイド溝１１には、撮像開口部１２上にガイドされた指ＦＧに対して近赤外光を照射する近赤外光光源１４（１４ａ及び１４ｂ）が設けられており、当該撮像開口部１２下にはカメラ部１５が設けられている。

これによりこの血管撮像装置２においては、近赤外光光源１４から撮像開口部１２上にガイドされた指ＦＧの指腹に対して照射され、当該指ＦＧ内方の血管組織では内在するヘモグロビンに吸収されると共に血管組織以外の組織では散乱して当該指ＦＧ内方から得られる近赤外光を、蓋部１３及び撮像開口部１２を順次介してカメラ部１５に入射することができるようになされている（以下、指ＦＧ内方から得られる近赤外光を血管射影光と呼ぶ）。

このカメラ部１５は、撮像開口部１２下の光路において、近赤外線帯域の波長（およそ７００[nm]〜９００[nm]）に対応する光を透過するフィルタ（以下、これを近赤外光透過フィルタと呼ぶ）１５ａ、レンズ１５ｂ及び固体撮像素子１５ｃが順次配されてなり、当該撮像開口部１２から入射される血管射影光を固体撮像素子１５ｃに導光するようになされている。

この固体撮像素子１５ｃは、格子状に配された複数の光電変換素子を有し、これら光電変換素子において血管射影光を光電変換する。そして固体撮像素子１５ｃは、この光電変換結果として各光電変換素子それぞれにチャージされる電荷を、電荷読出パルス信号Ｓ１に従って読み出すと共に、電荷リセットパルス信号Ｓ２に従ってリセットするようになされており、当該読み出した電荷を血管画像信号Ｓ１０として出力するようになされている。

このようにしてこの血管撮像装置２は、指ＦＧ内方における血管を撮像対象として撮像することができるようになされている。

（２−２）血管撮像装置の回路構成
一方、この血管撮像装置２においては、内部の回路構成として、図３に示すように、光源制御部２１、クロック発生部２２、電荷調整部２３、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)変換部２４及び例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)規格に準拠したＵＳＢインターフェース２５を有している。そしてＵＳＢインターフェース２５には、ケーブル４（図１）の一端が接続されている。

この光源制御部２１においては、基準電圧源を有しており、初期設定された電圧値又はＵＳＢインターフェース２５を介して与えられる設定命令Ｄ２に応じて設定された電圧値となるように基準電圧源の電圧を昇圧又は減圧する。

この電圧値は、撮像時に生体に到来する雰囲気中の光（以下、これを通常光と呼ぶ）による近赤外光への影響を低減させるため、当該通常光よりも大きい強度の近赤外光が近赤外光光源部１４から照射される値として選定されている。

そして光源制御部２１は、かかる電圧値となるように昇圧又は減圧した電圧を光源駆動信号Ｄ２として近赤外光光源１４（１４ａ及び１４ｂ）に印加するようにして、当該近赤外光光源１４を駆動する。

この結果、近赤外光光源１４（１４ａ及び１４ｂ）が点灯し、撮像開口部１２上にガイドされた指ＦＧ（図１）には、通常光よりも大きい強度の近赤外光が照射されることとなる。

このようにして光源制御部２１は、通常光よりも大きい強度の近赤外光が照射されるように近赤外光光源１４（１４ａ及び１４ｂ）を制御することができるようになされている。

クロック発生部２２は、図４（Ａ）に示すように、立ち下がり時点から次の立ち下がり時点までの単位期間ＰＴとする所定のデューティー比の基準パルス信号ＰＳを生成し、これを電荷量調整部２３に送出する。

電荷量調整部２３は、クロック発生部２２から供給される基準パルス信号ＰＳをそのまま電荷読出パルス信号Ｓ１として固体撮像素子１５ｃに送出する。この場合、この固体撮像素子１５ｃでは、単位期間ＰＴ（図４（Ａ））において各光電変換素子にチャージされる電荷が、立ち下がり時点を読出開始時点として周期的に読み出される。

しかしこの場合、図５（Ａ）に示すように、近赤外光光源１４から照射される近赤外光の強度が通常光よりも大きいことに起因して、固体撮像素子１５ｃでは単位期間ＰＴ（図５（Ａ））の途中で各光電変換素子にチャージされる電荷が飽和するといった事態が起こることとなる。

そこでこの電荷量調整部２３は、電子シャッタと呼ばれる露光時間制御処理を実行し、固体撮像素子１５ｃ（各光電変換素子）にチャージされる単位期間ＰＴ（図４（Ａ））当たりの電荷量を制限するようになされている。

実際上、電荷量調整部２３は、図４（Ｂ）に示すように、電荷読出パルス信号Ｓ１（基準パルス信号ＰＳ）に基づいて、初期設定されたリセット時点又はＵＳＢインターフェース２５を介して与えられる設定命令Ｄ３に応じて設定したリセット時点として例えば単位期間ＰＴの中間時点を順次検出し、当該中間時点を固体撮像素子１５ｃ（各光電変換素子）にチャージされている電荷のリセット時点とする電荷リセットパルス信号Ｓ２を生成し、これを固体撮像素子１５ｃに送出する。

この結果、固体撮像素子１５ｃでは、図４（Ｃ）に示すように、単位期間ＰＴにチャージされる電荷が、電荷リセットパルス信号Ｓ２のリセット時点から電荷読出パルス信号Ｓ１（基準パルス信号ＰＳ）の立ち下がり時点までの期間（以下、これを電荷蓄積期間と呼ぶ）ＥＳＴのみに制限されることとなる。

そして図５（Ｂ）に示すように、固体撮像素子１５ｃでは、血管射影光と共に通常光が入射した場合であっても、当該血管射影光及び通常光に対する光電変換結果として各光電変換素子にチャージされる電荷量が相対的に減少することになるため、当該固体撮像素子１５ｃにおける血管射影光に対する撮像感度は通常光による実質的な影響のない状態となる。

このようにして電荷量調整部２３は、固体撮像素子１５ｃ（各光電変換素子）にチャージされる電荷量を制限することにより、通常光による実質的な影響のない状態となるように血管射影光に対する固体撮像素子１５ｃでの撮像感度を調整することができるようになされている。

Ａ／Ｄ変換部２４は、かかる固体撮像素子１５ｃから出力される血管画像信号Ｓ１０に対してＡ／Ｄ変換処理を施し、この結果得られる血管画像のデータ（以下、これを血管画像データと呼ぶ）Ｄ１をＵＳＢインターフェース２５を介してケーブル４（図１）に送出する。

このようにこの血管撮像装置２は、通常光による実質的な影響のない血管画像データＤ１を外部に送出することができるようになされている。

（３）ノートパソコンの構成
（３−１）ノートパソコンの外観構成
ノートパソコン３は、図１に示したように、本体３０と、当該本体３０に対して開閉自在に取り付けられた表示部３１とによって構成される。

この本体３０の上面には、記号や数字等を入力するための複数の入力キー３２ａ、マウスカーソルの移動に用いられるスティック式ポインティングデバイス３２ｂ及びクリックボタン３２ｃ、３２ｄ等からなる操作部３２が設けられている。

また本体３０の側面には、スライド式電源スイッチ３３、例えばＵＳＢ(Universal Serial Bus)に準拠したＵＳＢ端子３４及び外部電源コネクタ３５等が設けられている。そしてこのＵＳＢ端子３４には、血管撮像装置２から引き回されたケーブル４の他端が接続されており、これによりノートパソコン３は、血管撮像装置２と各種情報を授受し得るようになされている。

一方、表示部３１には、操作部３２に対向する面の中央に所定サイズの液晶ディスプレイ３６が設けられており、これによりノートパソコン３は、自身の処理内容等を使用者に対して視覚的に伝達し得るようになされている。

（３−２）ノートパソコンの回路構成
一方、このノートパソコン３においては、回路構成として、図６に示すように、当該ノートパソコン３全体の制御を司るＣＰＵ(Central Processing Unit)４０、ＲＯＭ(Read Only Memory)４１、ＲＡＭ(Random Access Memory)４２、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)４３及び各種インターフェース４４（４４ａ〜４４ｃ）を有し、これら回路部４０〜４４はそれぞれバス４５を介して相互に接続されている。

そしてこのＲＯＭ４１には基本ソフトウェアが記憶されており、ＨＤＤ４２には、処理プログラム及び構成員に対応する個人データ等の各種データが所定のファイル形式でそれぞれ記憶されている。

ＣＰＵ４０は、ＲＯＭ４１から基本ソフトウェアを読み出してＲＡＭ４２にロードすると共に、操作部３２から操作入力インターフェース４４ｂを介して入力される各種操作命令に対応するファイルをＨＤＤ４３から適宜読み出してＲＡＭ４２にロードし、当該ロードした基本ソフトウェア及びファイルに従って各種処理を実行する。

この際、ＣＰＵ４０は、必要に応じて処理内容をグラフィックインターフェース４４ｃを介して表示部３１の液晶ディスプレイ３６（図１）に表示するようになされている。

（３−３）血管登録機能
かかる構成に加えて、このノートパソコン３には、血管画像おける輝度状態と、当該血管画像における血管の形成パターン（以下、これを血管形成パターンと呼ぶ）とを登録する血管登録機能が搭載されている。

実際上、ＣＰＵ４０は、血管を登録するための所定の操作に応じた操作命令を操作入力インターフェース４４ｂを介して受けた場合に、ガイド溝１１（図２）に指ＦＧをセットすべき旨を液晶ディスプレイ３６（図１）を介して通知する。

そしてＣＰＵ４０は、ＵＳＢインターフェース４４ａを介して撮像命令を血管撮像装置２に送出するようにして、このときガイド溝１１（図２）によって撮像開口部１２（図２）上にガイドされた指ＦＧの血管を撮像するように血管撮像装置２を制御する。

この状態においてＣＰＵ４０は、血管撮像装置２での撮像結果としてＵＳＢインターフェース４４ａを介して得られる血管画像データＤ１を受けると、血管登録モードに遷移して血管登録処理を実行する。

この場合、ＣＰＵ４０は、血管画像データＤ１に対して２値化処理を施し、この結果得られた２値血管画像における血管の例えば分岐点を血管形成パターンとして抽出し、これを登録データ（以下、これを登録血管形成パターンデータと呼ぶ）として生成する。

一方、ＣＰＵ４０は、血管画像データＤ１に基づく血管画像の輝度値を画素ごとに検出し、当該検出結果に基づいて輝度ヒストグラムを生成する。

そしてＣＰＵ４０は、図７に示すように、この輝度ヒストグラムの波形（以下、これを輝度ヒストグラム波形と呼ぶ）における最大ピーク（以下、これを第１ピークと呼ぶ）Ｐ１と、最大ピークの次に大きいピーク（以下、これを第２ピークと呼ぶ）Ｐ２と、第１ピークＰ１及び第２ピークＰ２間の最低ボトム（以下、これを第１ボトムと呼ぶ）Ｂ１と、第１ボトムＢ１から高輝度方向への波形のうち最も傾きが変化する局点（以下、これを第２ボトムと呼ぶ）Ｂ２とにそれぞれ対応する輝度値Ｃ１〜Ｃ４及び画素数ＰＥ１〜ＰＥ４をそれぞれ検出すると共に、当該輝度ヒストグラム波形における内面積ＧＡを検出する。

この後、ＣＰＵ４０は、これら輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡを、血管画像における輝度状態を表す登録データ（以下、これを登録輝度状態データと呼ぶ）として生成し、これを登録血管形成パターンデータと対応付けてＨＤＤ４３に記憶することにより登録するようになされている。

このようにしてＣＰＵ４０は、血管登録処理を実行することにより、このノートパソコン３を共用する構成員それぞれに対応する血管形成パターン及び輝度状態の情報を登録することができるようになされている。

（３−４）生体認証機能
また、このノートパソコン３には、血管画像に基づく輝度ヒストグラム及び血管形成パターンを用いて、このノートパソコン３を共用する構成員を識別する生体認証機能が搭載されている。

（３−４−１）輝度ヒストグラム波形と生体との関係
ここで、この輝度ヒストグラムの波形（以下、これを輝度ヒストグラム波形と呼ぶ）と、生体との関係について説明する。

輝度ヒストグラム波形においては、例えば図８（Ａ）に示すように、生体の脂肪量（体脂肪量）が少ない場合には、生体内方での近赤外光の散乱量が少ないため、大部分の近赤外光が血管に内在するヘモグロビンに吸収される結果、最大ピークが出現することになる。

これに対して脂肪量が多い場合、図８（Ｂ）に示すように、生体内方での近赤外光の散乱量が増加するため、当該増加に応じてヘモグロビンを有しない組織に近赤外光が分散される結果、輝度ヒストグラム波形はブロードな状態となる。

この図７からも明らかなように、脂肪量に応じて、生体内方での近赤外光の散乱量や散乱経路等の相違が輝度ヒストグラム波形に反映されることが分かる。

ただし、骨が細く体脂肪の多い生体（図９（Ａ））、骨が太く体脂肪の少ない生体（図９（Ｂ））又は小児（図９（Ｃ））の輝度ヒストグラム波形からも分かるように、実際には、例えば骨や筋の太さ、脂肪量、年齢、性別及び人種等の各種生体要素に応じて、生体内方での近赤外光の散乱量や散乱経路等の相違が輝度ヒストグラム波形に反映される。

このように各種生体要素に応じて輝度ヒストグラム波形が変化するが、これら生体要素のうち例えば年齢、性別、身長及び体重の生体要素に着目し、同一の撮像条件において複数の生体の撮像結果から得られる輝度ヒストグラム波形についての分析結果を統計してみると、輝度ヒストグラム波形は、数パターン乃至数十パターンに類型することができる。

なお、着目する生体要素の種類については多いほど望ましいが、少なくとも２以上であれば良く、また任意に選択することができる。この場合であっても、輝度ヒストグラム波形を数パターン乃至数十パターンに類型化できることが本出願人により確認されている。

このようにして類型化された輝度ヒストグラム波形は、撮像時の生体の生体要素を表す指標となり、従って、当該撮像時の生体（生体要素）に最適な撮像条件を決定するための基準として用いることができる。

（３−４−２）生体認証処理
この実施の形態の場合、ＨＤＤ４３には、所定の生体要素に応じて類型された複数の輝度ヒストグラム波形（以下、当該類型された個々の輝度ヒストグラム波形をそれぞれ類型輝度ヒストグラム波形と呼ぶ）の特徴を表すデータ（以下、これを類型輝度状態データと呼ぶ）に対応付けて、当該類型輝度ヒストグラム波形に最適な撮像条件のデータ（以下、これを撮像条件データと呼ぶ）がそれぞれ予め記憶されている。

これら類型輝度状態データは、図７に示すように、当該類型輝度ヒストグラム波形における第１ピークＰ１、第２ピークＰ２、第１ボトムＢ１、第２ボトムＢ２にそれぞれ対応する輝度値Ｃ１〜Ｃ４及び画素数ＰＥ１〜ＰＥ４と、輝度ヒストグラム波形における内面積ＧＡを表す値でなっている。

また撮像条件データは、光源制御部２１（図３）に設定する電圧値及び電荷調整部２３（図３）に設定する単位期間ＰＴ（図４（Ａ））当たりのリセット時点を表す値でなっている。

実際上、ＣＰＵ４０は、このノートパソコン３の起動時又は個人データにアクセスする所定の操作に応じた操作命令を受けた場合に、ガイド溝１１（図２）に指ＦＧをセットすべき旨を液晶ディスプレイ３６（図１）を介して通知した後、このときガイド溝１３（図２）によって撮像開口部１２（図２）上にガイドされた指ＦＧの血管を撮像する。

そしてＣＰＵ４０は、この血管撮像装置２から得られる血管画像データＤ１を受けると生体認証モードに遷移し、当該血管画像データＤ１と、ＨＤＤ４３に予め記憶された類型輝度状態データ及び撮像条件データと、当該ＨＤＤ４３に登録された登録輝度状態データ及び登録血管形成パターンデータとに基づいて生体認証処理を実行する。

かかる生体認証処理の処理内容を機能的に分類すると、図１０に示すように、血管画像データＤ１における輝度状態を検出する輝度状態検出部５１と、当該検出した輝度状態と、類型輝度状態データ及び登録輝度状態データと照合する照合部５２と、当該照合結果に基づいて血管を再撮像する血管再撮像部５３と、当該撮像結果に基づいて構成員を特定する構成員特定部５４とに分けることができる。以下、輝度状態検出部５１、照合部５２、血管再撮像部５３及び構成員特定部５４による処理内容をそれぞれ詳細に説明する。

（３−４−２−１）輝度状態検出処理
輝度状態検出部５１は、上述の血管登録処理の場合と同様に、血管画像データＤ１に基づく血管画像の輝度ヒストグラムを生成し、当該輝度ヒストグラム波形における第１ピークＰ１、第２ピークＰ２、第１ボトムＢ１、第２ボトムＢ２にそれぞれ対応する輝度値Ｃ１〜Ｃ４及び画素数ＰＥ１〜ＰＥ４と、輝度ヒストグラム波形における内面積ＧＡとをそれぞれ検出し、これら検出結果をデータ（以下、これを輝度状態検出データと呼ぶ）Ｄ１１として照合部５２に送出する。

このようにして輝度状態検出部５１は、輝度ヒストグラム波形における特徴部分のみを輝度状態として検出することにより、その後の処理負荷を低減することができるようになされている。

（３−４−２−２）照合処理
照合部５２は、輝度状態検出データＤ１１を複数の類型輝度状態データと順次照合する第１の照合処理と、当該照合結果に応じて登録輝度状態データを複数の類型輝度状態データと順次照合する第２の照合処理とを実行する。

実際上、照合部５２は、第１の照合処理を実行し、当該処理結果として輝度状態検出データＤ１１と一致する登録輝度状態データを検出した場合、又は輝度状態検出データＤ１１と近似する登録輝度状態データを検出した場合には、撮像対象者が構成員である又はその可能性があると認識し、これらの場合、第２の照合処理を実行する。

ここで、輝度状態検出データＤ１１と一致する登録輝度状態データとは、互いのデータの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡが一致することを意味し、また輝度状態検出データＤ１１と近似する登録輝度状態データとは、互いのデータの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡが所定の許容範囲内であることを意味する。

この許容範囲は、例えば互いのデータの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡの差が所定の閾値以下とする、あるいは互いのデータの内面積ＧＡの差が所定の閾値以下とする等、この他種々の規定を設定することができる。

なお、照合部５２は、輝度状態検出データＤ１１と近似する２以上の登録輝度状態データを検出した場合には、当該２以上の登録輝度状態データそれぞれについて第２の照合処理を実行するようになされている。

これに対して照合部５２は、第１の照合処理結果として輝度状態検出データＤ１１と一致及び近似する登録輝度状態データを検出できなかった場合には、撮像対象者が構成員ではないと認識し、この場合、個人データへのアクセスを許可しない旨を液晶ディスプレイ３６に表示すると共に、その後の処理を停止する。

このようにして照合部５２は、一般的に低処理負荷の輝度状態検出処理の結果を登録輝度状態データと照合する簡易な処理により構成員の有無を識別することができるようになされている。

これに加えて照合部５２は、撮像時の位置に大きく依存することのない輝度状態を用いて照合するため、当該撮像時の位置変化に起因する識別精度の低下を防止することができるようになされている。

一方、照合部５２は、第１の照合処理により検出した１又は２以上の登録輝度状態データそれぞれについて第２の照合処理を実行して、当該登録輝度状態データが複数の類型輝度状態データのいずれに属するかを検出するようになされており、当該検出した類型輝度状態データを照合結果データＤ１２として血管再撮像部５３に送出する。

ここで、登録輝度状態データが属する類型輝度状態データとは、互いのデータの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡが総合的に最も近似する関係にあることを意味する。

この関係は、例えば互いのデータの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡの差がそれぞれ最も近似する、あるいは互いのデータの内面積ＧＡが最も近似する等、この他種々の規定を設定することができる。

なお、この第２の照合処理は、血管登録処理と併せて実行するにより登録輝度状態データをＨＤＤ４３に登録する際に実行するようにしても良く、この場合、当該登録輝度状態データが属する類型輝度状態データを予め対応付けて登録できるといった利点がある。

このようにして照合部５２は、撮像時の生体の生体要素を表す指標となる類型輝度状態データと照合することにより、撮像対象者である又はその可能性があると認識した構成員の生体要素を把握することができるようになされている。

（３−４−２−３）血管再撮像処理
血管再撮像部５３は、照合結果データＤ１２（類型輝度状態データ）に対応付けられた撮像条件データ（光源制御部２１（図３）に対して設定する電圧値及び電荷調整部２３（図３）に対して設定する単位期間ＰＴ（図４（Ａ））当たりのリセット時点）を選択する。

そして血管再撮像部５３は、このとき選択した電圧値を設定命令Ｄ２として光源制御部２１（図３）に送出すると共に、リセット時点を設定命令Ｄ３として電荷調整部２３（図３）に送出するようにして撮像対象者に適応的な撮像条件を血管撮像装置２に対して設定する。

この状態において血管再撮像部５３は、撮像対象者の指ＦＧの血管を再撮像し、この結果得られる血管画像データＤ１と、照合結果データＤ１２（類型輝度状態データ）とを再撮像データＤ１３として構成員特定部５４に送出するようになされている。

このようにして血管再撮像部５３は、構成員の生体要素に対応する撮像条件で再撮像することにより、当該構成員の血管をより高品位に撮像することができるようになされている。

（３−４−２−４）構成員特定処理
構成員特定部５４は、再撮像データＤ１３における血管画像データＤ１と、照合結果データＤ１２（類型輝度状態データ）のうち、当該血管画像データＤ１における輝度ヒストグラム波形を生成し、当該輝度ヒストグラム波形に対してその振幅を変えずに引き伸ばす処理（以下、これをストレッチ処理と呼ぶ）を施すようにして血管画像データＤ１の階調数を引き上げるようになされている。

この際、構成員特定部５４は、再撮像データＤ１３における照合結果データＤ１２（類型輝度状態データ）に応じて輝度ヒストグラム波形を引き伸ばす範囲（以下、これを引き伸ばし範囲と呼ぶ）を切り替えるようになされている。

具体的に構成員特定部５４は、例えば図１１に示すように、近赤外光の血管への吸収率が高い輝度波形パターンほど、この輝度波形パターンおける第１ピークＰ１の画素数ＰＥ１と、第２ピークＰ２の画素数ＰＥ２との差が大きいため、当該輝度波形パターンにおける画素数ＰＥ１及び画素数ＰＥ２の差が大きいほど引き伸ばし範囲を狭く設定する。

従って、構成員特定部５４は、血管に対応する部分を強調して血管画像データＤ１の階調数を引き上げることができるため、当該構成員の血管をより高品位に表す血管画像データＤ１を生成することができるようになされている。

この状態において構成員特定部５４は、かかる血管画像データＤ１に基づく血管画像から、血管登録処理の場合と同様にして血管形成パターンを抽出し、当該抽出した血管形成パターンを、ＨＤＤ４３に記憶された登録血管形成パターンと照合する。

そして構成員特定部５４は、この照合結果として所定の閾値以下となる合致率が得られた場合には、このとき血管撮像装置２で撮像した撮像対象者が構成員ではないと判定し、このとき個人データへのアクセスを許可しない旨を液晶ディスプレイ３６に表示すると共に、その後の処理を停止する。

これに対して構成員特定部５４は、所定の閾値よりも高い合致率が得られた場合には、撮像対象者が構成員であると判定し、このとき当該構成員に対応する個人データのアクセスを許可する。

なお、この構成員特定部５４では、上述の輝度状態を用いた照合処理により構成員であることが簡易的に保障されているため、当該照合処理を実行しない場合に比して、撮像時の位置ずれを想定した分だけ閾値を低く設定できる利点がある。

このようにして構成員特定部５４は、構成員を特定することができるようになされている。

（３−４−３）生体認証処理手順
かかるＣＰＵ４０による生体認証処理は、図１２に示す生体認証処理手順ＲＴに従って行われる。

すなわちＣＰＵ４０は、血管撮像装置２から血管画像データＤ１を受けると、この生体認証処理手順ＲＴをステップＳＰ０において開始し、続くステップＳＰ１に進んで、当該血管画像データＤ１における輝度状態（輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡ（図７））を検出する。

そしてＣＰＵ４０は、ステップＳＰ２に進んで、この輝度状態を、登録輝度状態（登録輝度状態データの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡ）と照合し、続くステップＳＰ３において、一致又は近似するか否かを判定する。

ここで肯定結果が得られた場合、このことは撮像対象者が構成員であるか又はその可能性が高いことを意味し、このときＣＰＵ４０は、ステップＳＰ４に進んで、当該一致又は近似した登録輝度状態が予め類型された類型輝度状態（類型輝度状態データの輝度値Ｃ１〜Ｃ４、画素数ＰＥ１〜ＰＥ４及び内面積ＧＡ）のいずれに属するかを検出し、続くステップＳＰ５において、当該検出した類型輝度状態に対応する撮像条件で撮像対象者の血管を再撮像する。

そしてＣＰＵ４０は、ステップＳＰ６に進んで、この再撮像した結果得られた血管画像の階調数を、ステップＳＰ５で検出した類型輝度状態に応じて引き上げた後、次のステップＳＰ７において、当該引き上げた血管画像から血管形成パターンを抽出する。

続いてＣＰＵ４０は、次のステップＳＰ８において、血管形成パターンを登録血管形成パターンと照合し、この血管形成パターンと一致する登録血管形成パターンがあった場合に、続くステップＳＰ９に進んでＨＤＤ４３へのデータアクセスを許可し、続くステップＳＰ１０に進んでこの生体認証処理手順ＲＴを終了する。

一方、ステップＳＰ３において否定結果が得られた場合又はステップＳＰ８において否定結果が得られた場合、いずれも撮像対象者が構成員ではないことを意味し、このときＣＰＵ４０は、ステップＳＰ１１に進んで、撮像対象者に対してＨＤＤ４３へのデータアクセスを禁止する旨を通知した後、次のステップＳＰ１０に進んでこの生体認証処理手順ＲＴを終了する。

このようにしてＣＰＵ４０は、生体認証処理を実行するようになされている。

（４）動作及び効果
以上の構成において、この認証システム１は、構成員の輝度ヒストグラム波形状態をデータ（登録輝度状態データ）としてＨＤＤ４３に予め登録しておき、当該登録した輝度ヒストグラム波形状態と、血管撮像装置２での撮像結果として得られる血管画像（血管画像データＤ１）の輝度ヒストグラム波形状態とに基づいて構成員の有無を識別する。

従って、この認証システム１では、撮像位置に大きく依存することのない輝度ヒストグラムを用いて構成員の有無を識別できるため、当該撮像時の位置ずれに起因する誤判断を低減することができるのみならず、簡易な処理により構成員の有無を識別できる。

これに加えて、この認証システム１は、所定の生体要素に応じて類型された輝度ヒストグラム波形状態のデータ（類型輝度状態データ）と、当該類型された輝度ヒストグラム波形状態に最適な撮像条件のデータ（撮像条件データ）とを対応付けて予めＨＤＤ４３に記憶する。

そして認証システム１においては、輝度ヒストグラム波形状態に基づいて簡易的に構成員であると識別した場合に、当該構成員の輝度ヒストグラム波形状態（登録輝度状態データ）が、類型された輝度ヒストグラム波形状態（類型輝度状態データ）のいずれに属するかを検出し、当該検出した輝度ヒストグラム波形状態（類型輝度状態データ）に対応付けられた撮像条件（撮像条件データ）を血管撮像装置２に対して設定する。この後、認証システム１は、設定した撮像条件で再撮像した結果得られる血管画像（血管画像データＤ１）から血管形成パターンを抽出し、この血管形成パターンを用いて構成員を識別する。

従って、この認証システム１では、補助的に構成員を識別した後に、当該識別した構成員の生体要素に応じた撮像条件で撮像された結果に基づいて構成員を再度識別することができるため、撮像時の不安定要素の多い血管撮像に起因する誤識別を大幅に低減することができる。

以上の構成によれば、輝度ヒストグラム波形状態に基づいて構成員の有無を識別するようにしたことにより、撮像時の位置ずれに起因する誤判断を低減することができるのみならず、簡易な処理により構成員の有無を識別できることができ、かくして識別精度を向上することができる。

（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、撮像装置として、図１及び図２に示した構成の血管撮像装置２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、この構成以外の構成でなる種々の撮像装置を適用するようにしても良い。

例えば図１及び図２との対応部分に同一符号を付した図１３に示す血管撮像装置１００を適用することができる。この血管撮像装置１００においては、撮像時に指ＦＧに到来する通常光を遮蔽する点で血管撮像装置２と大きく異なっている。

この血管撮像装置１００においては、指ＦＧを透過することにより得られる近赤外光を対象とする点で、指ＦＧ内方を散乱することにより得られる近赤外光を対象とする血管撮像装置２とは本質的に異なる構成となっている。

具体的にこの血管撮像装置１００では、ガイド溝１１に代えて、血管撮像装置１００の筺体で指ＦＧを覆うように指挿入部１０１を設けた点が血管撮像装置２と大きく異なる点である。そしてこの血管撮像装置１００は、近赤外光光源１４（１４ａ、１４ｂ及び１４ｃ）から発射される近赤外光の光路上に、当該近赤外光のうち特定の近赤外線帯域の光を透過する第１のフィルタ１０２、指挿入部１０１、当該指挿入部１０１に挿入された指を透過して得られる光のうち静脈血に吸収される近赤外線帯域とその付近との光を透過する第２のフィルタ１０３及び固体撮像素子１０４が順次配置される。

この血管撮像装置１００を適用すれば、通常光よりも大きい強度の近赤外光を指に照射することなく、露光時間制御処理（電子シャッタ）を実行することなく血管を撮像することができるため、消費電力を抑えると共に処理負荷を低減することができる。これに加えて通常光に基づくノイズ成分による画像中の血管成分への影響を大幅に低下させることができる。

また上述の実施の形態においては、生体の固有構造物として、生体の内方における指ＦＧの血管を適用するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば眼球部分、掌部分、腕部分、脹脛部分、足底部分又は生体全身等この他種々の部位の血管を適用するようにしても良く、また生体の表面における所定部位の指紋等を適用するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、撮像画像の輝度状態を検出する検出手段として、輝度ヒストグラム波形における第１ピークＰ１、第２ピークＰ２、第１ボトムＢ１、第２ボトムＢ２にそれぞれ対応する輝度値Ｃ１〜Ｃ４及び画素数ＰＥ１〜ＰＥ４と、輝度ヒストグラム波形における内面積ＧＡ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、これらの一部を省略又は変更するようにしても良く、新たに加えるようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては、記録手段に記憶された輝度状態に基づいて生体を識別する識別手段として、血管画像における輝度状態を表すデータ（登録輝度状態データ）に基づいて構成員の有無を識別し、当該識別した構成員の血管形成パターンのデータ（登録血管形成パターンデータ）を用いて再度識別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、輝度状態だけで構成員を識別するようにしても良い。この場合、血管形成パターンを用いる場合に比して大幅に処理内容を簡略化することができる。

また、構成員として例えば父親、母親、長男及び長女によって構成される家族等、生体要素が大きく異なる構成員によって共用されている場合には、登録者の登録輝度状態を登録輝度状態データとしてＨＤＤ４３に登録せずに、当該ＨＤＤ４３に予め記憶された類型輝度状態データに応じて構成員を識別するようにしても良い。この場合、構成員の生体要素が大きく異なるため、類型輝度状態データに応じて精度良く構成員を識別することができるのみならず、血管形成パターンを用いる場合に比して大幅に処理内容を簡略化することができる。

さらに上述の実施の形態においては、ノートパソコン３と、血管撮像装置２とを有線通信路（ケーブル４）を介して接続することにより通信システム１を構成するようにしたが、本発明はこれに限らず、所定の無線通信路を介して接続することにより構成するようにしても良く、ノートパソコン３に血管撮像装置２を搭載するようにしても良い。

この場合、生体を識別する識別装置としてノートパソコン３を適用するようにしたが、本発明はこれに限らず、家庭用電子機器又は携帯電話機等、この他種々の装置を適用することができる。

本発明は、生体を撮像する場合や、当該撮像機能を搭載する家庭用電子機器、パーソナルコンピュータ又は携帯電話機等の端末装置において認証する場合等に利用可能である。

本実施の形態による認証システムの全体構成を示す略線図である。 血管撮像装置の外観構成を示す略線図である。 血管撮像装置内部の回路構成を示すブロック図である。 電子シャッタの説明に供する略線図である。 光電変換によりチャージされる電荷量の説明に供する略線図である。 ノートパソコン内部の回路構成を示すブロック図である。 近赤外光の散乱パターンと、輝度ヒストグラム波形との関係を示す略線図である。 輝度ヒストグラム波形を示す略線図である。 輝度波形パターンとして記憶されるデータの説明に供する略線図である。 生体認証処理時の機能的構成を示すブロック図である。 ストレッチ処理の説明に供する略線図である。 生体認証処理手順を示すフローチャートである。 他の実施の形態による撮像装置の構成を示す略線図である。

符号の説明

１……認証システム、２、１００……撮像装置、３……ノートパソコン、４……ケーブル、１１……ガイド溝、１２……撮像開口部、１３……蓋部、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ……近赤外光光源、１５……カメラ部、１５ｃ……固体撮像素子、２１……光源駆動部、２２……クロック発生部、２３……電荷量調整部、２４……Ａ／Ｄ変換部、２５、４４ａ……ＵＳＢインターフェース、３０……本体、３１……表示部、３２……操作部、３４……ＵＳＢ端子、４０……ＣＰＵ、４１……ＲＯＭ、４２……ＲＡＭ、４３……ＨＤＤ、１０１……指挿入口、１０２……第１のフィルタ、１０３……第２のフィルタ、１０４……遮蔽部、ＦＧ……指、ＲＴ……生体認証処理手順。

Claims (6)

1. 生体における内方の固有構造物を撮像対象として撮像される画像における輝度ヒストグラム波形の状態を示すパラメータに基づいて、該輝度ヒストグラム波形が、いずれの類型に属するかを検出する類型検出手段と、
   上記類型検出手段により検出される類型に対応付けられる撮像条件を撮像手段に設定する設定手段と、
   上記設定手段により設定される撮像条件のもとで上記撮像手段が撮像した画像を、上記類型検出手段により検出される類型に対応付けられる階調数に変更する変更手段と、
   上記変更手段により変更される画像から、該画像に含まれる固有構造物のパターンを抽出する抽出手段と、
   上記抽出手段により抽出されるパターンを用いて、上記生体を識別する識別手段と
   を有する識別装置。
2. 上記パラメータは、
   上記輝度ヒストグラム波形における内面積と、上記輝度ヒストグラム波形における最大のピークに対応する輝度値及び画素数とを含む
   請求項１に記載の識別装置。
3. 生体における内方の固有構造物を撮像対象として撮像される画像における輝度ヒストグラム波形の状態を示すパラメータに基づいて、該輝度ヒストグラム波形が、いずれの類型に属するかを検出する類型検出ステップと、
   上記類型検出ステップで検出される類型に対応付けられる撮像条件を撮像手段に設定する設定ステップと、
   上記設定ステップで設定される撮像条件のもとで上記撮像手段が撮像した画像を、上記類型検出ステップで検出される類型に対応付けられる階調数に変更する変更ステップと、
   上記変更ステップで変更される画像から、該画像に含まれる固有構造物のパターンを抽出する抽出ステップと、
   上記抽出ステップで抽出されるパターンを用いて、上記生体を識別する識別ステップと
   を有する識別方法。
4. 上記パラメータは、
   上記輝度ヒストグラム波形における内面積と、上記輝度ヒストグラム波形における最大のピークに対応する輝度値及び画素数とを含む
   請求項３に記載の識別方法。
5. 生体を識別する識別装置と、上記生体の固有構造物を撮像する撮像装置とが含まれる認証システムであって、
   上記識別装置は、
   生体における内方の固有構造物を撮像対象として撮像される画像における輝度ヒストグラム波形の状態を示すパラメータに基づいて、該輝度ヒストグラム波形が、いずれの類型に属するかを検出する類型検出手段と、
   上記類型検出手段により検出される類型に対応付けられる撮像条件を上記撮像装置に設定する設定手段と、
   上記設定手段により設定される撮像条件のもとで上記撮像手段が撮像した画像を、上記類型検出手段により検出される類型に対応付けられる階調数に変更する変更手段と、
   上記変更手段により変更される画像から、該画像に含まれる固有構造物のパターンを抽出する抽出手段と、
   上記抽出手段により抽出されるパターンを用いて、上記生体を識別する識別手段と
   を有する認証システム。
6. 上記パラメータは、
   上記輝度ヒストグラム波形における内面積と、上記輝度ヒストグラム波形における最大のピークに対応する輝度値及び画素数とを含む
   請求項５に記載の認証システム。

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