JP4653975B2

JP4653975B2 - 個人識別装置

Info

Publication number: JP4653975B2
Application number: JP2004190641A
Authority: JP
Inventors: 隆史松村
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-06-29
Also published as: JP2006006762A

Description

本発明は、赤外光源から照射される光を生体に照射し、その透過光、または反射光から得られる画像情報を利用した個人識別装置、特に画像情報として指の血管パターンを利用した個人識別装置に関するものである。

例えば、自動車のドアロック解除やエンジンを始動させるため、従来から鍵が用いられている。この従来から用いられている鍵においては、鍵を盗難された場合や鍵穴のピッキング等により、自動車のオーナー以外の悪意を持った人物に運転されてしまう可能性がある。

そこで、セキュリティを高めるため、鍵の代わりに生体情報である指紋を個人認証の手段として利用して自動車のドアロック解除やエンジンを始動させることが知られている
（例えば、特許文献１，２参照）。

しかしながら、指紋は偽造することが可能であるため、よりセキュリティを高める方法として、生体情報として個人によって異なる指の血管パターンを含む画像を利用する個人認証の方法が提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。

この方法は、指に近赤外光の成分を含む光源（本明細書及び請求の範囲において、赤外光源と定義する）から光を照射すると、指を透過して指から再放射される近赤外光の強度分布に指の血管パターン（主として静脈のパターン）の情報が含まれるので、これを撮像手段により検出し、検出した指血管パターンとあらかじめ登録した指血管パターンとの一致，不一致を判定することにより、指血管パターンを登録した個人を特定し認証するものである。

特開昭６１−５３９７２号公報特開平６−７２２９１号公報特開２００１−１８４５０７号公報特開２００３−３０６３２号公報

赤外光源は一般的には赤外発光ダイオードが用いられる。赤外発光ダイオードの駆動回路の一例として、図１０のようなＮｃｈ−ＭＯＳトランジスタ３３１と抵抗３３２，333を用いたパルス駆動回路３３が用いられる。この理由として赤外発光ダイオード３２や
Ｎｃｈ−ＭＯＳトランジスタ３３１の電圧−電流特性が非線形であるために、３ないし４以上の多値の光量出力を選択できるようにしたい場合、動作点を一定にしてパルスのduty比を制御するのが最も簡単な方法だからである。一方で、パルス駆動にすると赤外発光ダイオード３２に流れる電流が交流となるため、放射電磁波が生じやすくなる。自動車環境においては、この放射電磁波はラジオなどへのノイズとなる可能性がある。

本発明の目的は、赤外発光ダイオードを駆動することによって生じる放射電磁波を抑制しつつ、ｄｕｔｙ比制御と同等な多値の光量出力を選択できる手段を提供することにある。

上記目的は、生体に赤外光を照射する赤外光源と、前記赤外光源を直流電圧で駆動し前記赤外光源に直流電流を流す駆動手段と、生体特徴情報が含まれる生体からの透過光または反射光の画像情報を取得する撮像手段と、前記駆動手段に対する駆動制御、および前記赤外光源に流れる電流値の取得、および前記直流電圧と前記直流電流との特性の記憶、および前記撮像手段から出力される前記画像情報の取得を行うマイコンとからなり、
前記マイコンは、前記赤外光源に流れる直流電流値が前記画像情報の取得ごとに取得する画像が目標明るさとなるよう計算された目標電流値となるように、前記直流電圧を前記特性から算出して前記赤外光源を駆動することにより前記撮像手段で取得する画像の適正化を行う機能と前記画像情報から個人を識別する機能とを有することにより達成される。

上記目的は、生体に赤外光を照射する赤外光源と、前記赤外光源に対し直列接続された駆動用のトランジスタを直流電圧で駆動することにより通電され前記赤外光源に直流電流を流す駆動手段と、生体特徴情報が含まれる生体からの透過光、または反射光の画像情報を取得する撮像手段と、前記駆動手段に対する駆動制御、および前記赤外光源に流れる直流電流値の取得、および前記撮像手段から出力される前記画像情報の取得を行うマイコンとからなり、前記マイコンは取得した前記直流電流値と前記画像情報の取得ごとに取得する画像が目標明るさとなるよう計算された目標電流値とが等しくなるように前記駆動手段の駆動電圧をフィードバック制御する機能と前記画像情報から個人を識別する機能とを有することにより達成される。

本実施例によれば、個人識別装置において、赤外発光ダイオードをアナログ的に駆動することにより、とくに自動車環境において問題となる放射電磁波を抑制することが可能となる。また、パルス駆動によるｄｕｔｙ比制御と同等なほぼ無限に多値の光量出力を選択できる手段を提供することにある。

以下、図１から図９を用いて個人識別装置の構成及び動作について説明する。

最初に、図１から図４を用いて、本実施形態による個人識別装置の全体構成について説明する。

図１は個人識別装置１０の概観図である。個人識別装置１０は、マイクロコンピュータ２０と、不揮発性メモリ２２と、赤外発光ダイオード３２と、赤外発光ダイオード３２への電源供給源３１と、赤外発光ダイオード３２の駆動回路３３と、駆動回路３３を制御する制御線３４と、赤外発光ダイオード３２に流れる電流を電圧に変換して検出する抵抗
３５と、抵抗３５の電圧をマイクロコンピュータ２０のＡＤ変換端子へ入力する入力線
３６と、レンズ５１と、イメージセンサ５２と、スイッチ５５と、窓５８と、個人識別装置１０と外部の装置とを通信する通信端子１５とを備えている。なお、本明細書では、赤外発光ダイオード３２は３個直列としているが、とくに３個である必要はなく１個でも複数でもよい。また、並列であってもよい。さらには、赤外発光ダイオード３２と駆動回路３３の組は２以上であってもよい。不揮発性メモリ２２は個人識別装置１０内に常に置かれている必要はなく、個人識別装置１０に接続したＩＣカードであってもよいし、無線で接続されたメモリなどであってもよい。

マイクロコンピュータ２０は内部にあるＤＡ変換器から所望の直流電圧を制御線３４に出力し、駆動回路３３を介して赤外発光ダイオード３２に通電して発光させる。この赤外光は指Ｆの背面に向かって照射される。赤外光は、血管内の血液のヘモグロビンで吸収され、それ以外の成分は透過し、指Ｆの掌面（屈側面）から再び放射する。血管パターンを含む再放射した光はレンズ５１を介してイメージセンサ５２へ入射する。イメージセンサ５２は、個々の素子で光を電気信号に変換する光電変換素子の２次元の集合体であり、一般的にはＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。なお、窓５８は個人識別装置１０を保護するためのものであるが、さらに、赤外発光ダイオード３２の波長帯付近の光のみを透過する特性をもたせ、かつ外側から内部が見えないような機能を持たせてもよい。イメージセンサ５２により撮像した血管パターンを含む画像は光電変換されて電気信号となり、マイクロコンピュータ２０に取り込まれる。

ここで、図２を用いて、撮像される血管パターンの一例について説明する。

例えば、指Ｆを撮像範囲ＩＡの中心に置いた場合、図２に示すように、イメージセンサ５２で撮像される像は、指Ｆの輪郭と、血管パターンＢＶが得られる。血管パターンＢＶは個人により異なるので、あらかじめ血管パターンＢＶ、もしくは画像処理で特徴抽出処理したパターンを不揮発性メモリ２２に登録しておく。

図１に戻って、マイクロコンピュータ２０は、認証時における照合パターンと事前に登録した登録パターンの一致，不一致の判定、および、個人識別装置１０全体の制御なども行う。

個人識別装置１０による認証時の動作は、図１に示したマイクロコンピュータ２０に記憶されたプログラムにより制御される。マイクロコンピュータ２０の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。

プログラムが開始されると、まず、ステップＳ１０に移行し、マイクロコンピュータ
２０は個人識別装置１０の初期化処理を行う。

次に、ステップＳ２０へ移行する。ステップＳ２２において、マイクロコンピュータ
２０は所定の範囲内に指Ｆが置かれているか検出する。指Ｆが置かれていれば、さらにステップＳ２４に移行して、赤外発光ダイオード３２の光量制御を行う。

ステップＳ２４における赤外発光ダイオード３２の光量出力制御の方法は、例えば図４に示す制御モデルにより行われる。この制御モデルはマイクロコンピュータ２０内のプログラムにより実行される。画像の目標明るさＴＢＲとイメージセンサ５２で捕らえた指領域の明るさＦＢＲの差分を減算器ＳＵＢ１にて求め、係数Ｋ１（＞０）を掛けた値に対し、積分要素Ｉ１で１画像取り込み毎に積分する。ただし、積分要素Ｉ１内ではオーバーフローしないようにリミッタにより、最大値，最小値を制限する。その値を、次画像を取得する際の赤外発光ダイオード３２の光量出力ＬＰ＋１とする。赤外発光ダイオード３２の光量出力ＬＰ＋１とそれに流れる電流はほぼ比例関係にあるが、電流そのものを直接制御するのは難しい。そこで、駆動電圧と電流値の特性を示す関数Ｆｕｎｃを事前に測定しておき、この関数Ｆｕｎｃを用いて光量出力ＬＰ＋１に対応した直流駆動電圧を求め、マイクロコンピュータ２０に内蔵されたＤＡ変換器などの直流電圧出力で駆動回路３３を駆動することにより、所望の電流となるように制御する。事前に記憶させておく関数Ｆｕｎｃを求める際に、光量出力とほぼ比例関係のある電流値の測定に抵抗３５とマイクロコンピュータ２０のＡＤ変換器を用いる。なお、関数Ｆｕｎｃは、数式である必要はなく、例えば、マイクロコンピュータ２０に接続された不揮発性メモリ２２などに電流から電圧への変換テーブルとして記憶しておく方法でもよい。全体の動作としては、実際に取得した画像の指領域の明るさＦＢＲを用いてネガティブフィードバックしている。すなわち、指領域の明るさＦＢＲが目標明るさＴＢＲよりも小さい場合、光量出力が大きくなり、指領域の明るさＦＢＲが目標明るさＴＢＲよりも大きい場合、光量出力が小さくなるフィードバックループである。これにより、赤外発光ダイオード３２からの光量出力は、指Ｆが置かれているときは、指Ｆの掌面からの赤外光の放射量に応じて光量が制御されるようになる。

図３に戻って照合作業はステップＳ３０からステップＳ５０で行われる。

ステップＳ３０において、マイクロコンピュータ２０は、照合開始かどうか判定する。この判定は、たとえばスイッチ５５を設け、このスイッチ５５がオンしたかどうかにより行われる。もし、指Ｆが置かれていなければ、ステップＳ２０に戻り、置かれた場合には、ステップＳ４０に移行する。

ステップＳ４０では、取り込んだ画像を用いて照合処理を行う。

まず、ステップＳ４１において、指Ｆの掌面から放射される光の強度分布画像をイメージセンサ５２からマイクロコンピュータ２０に取り込む。

次に、ステップＳ４２において、赤外発光ダイオード３２を消灯する。

次に、ステップＳ４３において、取得された強度分布に対して、演算処理を行い、血管パターンＢＶの特徴パターンを算出する。この特徴パターンを照合パターンとする。なお、本ステップにおける処理の方法については、特開２００１−１８４５０７号公報に開示されているように、積分処理，微分処理を組み合わせたフィルタ処理を行うことにより実現可能である。

次に、ステップＳ４４において、抽出した照合パターンと、あらかじめメモリ２２に記憶された単数、もしくは複数の登録パターンとの照合を行う。ここでは、ステップＳ４３で抽出した照合パターンと、メモリ２２から呼び出した登録パターンを比較して、両者の相違の程度を算出する。

次に、ステップＳ４５において、ステップＳ４４で算出された相違の程度から、照合結果の判定を行う。もし、相違の程度が小さい結果があれば、登録されている本人であると判断し、ステップＳ５０へ移行する。また、相違が大きければ、未登録者、または照合失敗として、ステップＳ４６へ移行する。

ステップＳ４６では、全登録パターンを照合したか判断し、全パターンが照合されていなければ、該当登録パターン無しと判断してステップＳ２０へ戻る。照合していない登録パターンがあれば、ステップＳ４４へ戻り、照合を繰り返す。

そして、ステップＳ５０において、通信端子１５から照合ＯＫという結果を出力する。自動車では、この出力を利用して、エンジン始動やドアロック解除，テレマティクスや自動料金収受システム（ＥＴＣ）などにおける本人確認、などに用いることが可能となる。

さらに好ましい実施例として、図４に示した関数Ｆｕｎｃは、装置の電源投入時やリセット時などの初期化動作ごとに求めてもよい。関数Ｆｕｎｃは温度により特性が変わる可能性があるが、初期化ごとに求めることにより、初期化後短時間であれば関数Ｆｕｎｃをそのまま使用可能である。実使用条件では、認証作業はごく短時間で済むことから、温度は一定とみなすことができ、関数Ｆｕｎｃを変更する必要がない。また、個人識別装置
１０の製造時に関数Ｆｕｎｃを記憶しておく必要がないことから、製造コストの低減が可能となる。

別の好ましい実施例として、図１に示した個人識別装置１０に図５のように温度センサ５３を追加した構成としてもよい。図６のように関数Ｆｕｎｃは、温度センサ５３の温度Ｔの情報により変更することにより、より精度の高い制御が可能となる。

また、別の好ましい実施例として、図３のステップＳ２４の光量制御において、図７のような制御モデルとしてもよい。これは、積分器Ｉ１の出力、つまり光量出力ＬＰ＋１と発光量とほぼ比例する赤外発光ダイオード３２の電流に係数Ｋ３（＞０）を掛けた値を減算器ＳＵＢ２にて比較して、係数Ｋ３（＞０）を掛けた値に対し、積分要素Ｉ２で積分した直流出力で駆動回路３３を駆動することにより、赤外発光ダイオード３２に流れる電流を目標値に一定に保つことができる。こうすることで、赤外発光ダイオード３２の電圧と電流特性が指数関数的な特性を持つために電圧駆動が難しい問題を、電流値でフィードバック制御することにより制御しやすくなる。なお、積分要素Ｉ２の動作速度は積分要素
Ｉ１よりも高速とすることが望ましい。

さらに好ましい実施例として、図１に示した個人識別装置１０において、図８のように交流／直流変換回路３７を制御線３４と駆動回路３３との間に追加し、マイクロコンピュータ２０から制御線３４に出力される波形を交流波形とし、交流／直流変換回路３７にて直流電圧に変換し、この電圧で駆動回路３３を駆動して赤外発光ダイオード３２を駆動してもよい。これにより、ＤＡ変換器を持っていないマイクロコンピュータ２０でも、直流駆動が可能となる。

さらに好ましい実施例として、図８に示した個人識別装置１０において、交流／直流変換回路３７として、図９に示すような抵抗３７１とコンデンサ３７２からなる低域通過型フィルタとし、交流信号としてパルス波形とし、このパルス波形をｄｕｔｙ比制御してもよい。これにより、とくにＤＡ変換器を持っていないマイクロコンピュータ２０を利用した回路でも容易に実現可能となる。

なお、本実施例に示した発光ダイオードの駆動回路構成は、個人識別装置だけでなく、光量出力をほぼ無限に多値制御する必要のある一般の電子機器、例えば、カメラ付携帯電話における白色発光ダイオードの補助光源の光量制御，白色発光ダイオードなどを利用した自動車向けヘッドランプの光量制御などにも応用が可能である。

以上の実施例による個人識別装置は、自動車分野においては個人を認証した結果を利用して自動車のドアロック解除やエンジン始動許可のコマンドを発行することに利用可能である。また、自動車分野以外では、ビルなどの入退室管理や計算機などのログイン認証などにも利用可能である。

本発明の実施例１および実施例２における個人識別装置の構成の一例を示す図。指と血管パターンの撮像例を示す図。マイクロコンピュータのプログラム動作フローチャートの一例を示す図。本発明の実施例１および実施例２における赤外発光ダイオードの光量出力制御モデルの一例を示す図。本発明の実施例３における個人識別装置の構成の一例を示す図。本発明の実施例３における赤外発光ダイオードの光量出力制御モデルの一例を示す図。本発明の実施例４における赤外発光ダイオードの光量出力制御モデルの一例を示す図。本発明の実施例５および実施例６における個人識別装置の構成の一例を示す図。本発明の実施例６における赤外発光ダイオードの駆動回路の一例を示す図。従来の赤外発光ダイオードの駆動回路の一例を示す図。

符号の説明

１０…個人識別装置、２０…マイクロコンピュータ、３２…赤外発光ダイオード、３３…駆動回路、３５…抵抗、５２…イメージセンサ。

Claims

生体に赤外光を照射する赤外光源と、
前記赤外光源を直流電圧で駆動し前記赤外光源に直流電流を流す駆動手段と、
生体特徴情報が含まれる生体からの透過光または反射光の画像情報を取得する撮像手段と、
前記駆動手段に対する駆動制御、および前記赤外光源に流れる電流値の取得、および前記直流電圧と前記直流電流との特性の記憶、および前記撮像手段から出力される前記画像情報の取得を行うマイコンとからなり、
前記マイコンは、前記赤外光源に流れる直流電流値が前記画像情報の取得ごとに取得する画像が目標明るさとなるよう計算された目標電流値となるように、前記直流電圧を前記特性から算出して前記赤外光源を駆動することにより前記撮像手段で取得する画像の適正化を行う機能と前記画像情報から個人を識別する機能とを有することを特徴とする個人識別装置。
請求項１において、
前記駆動手段はトランジスタであることを特徴とする個人識別装置。
請求項１において、
前記特性の記憶は、装置の初期化動作ごとに、前記駆動手段を駆動して前記赤外光源に流れる電流値を取得し、前記直流電圧と前記電流値との特性を記憶することを特徴とする個人識別装置。
請求項１において、
前記マイコンに温度情報を記憶し、
前記マイコンを前記温度を考慮して前記直流電圧を制御することを特徴とする個人識別装置。
請求項１または請求項２において、
前記制御手段は識別する機能が実行される前に前記特性が取得される機能を有することを特徴とする個人識別装置。
請求項５に記載の個人識別装置において、前記トランジスタの駆動電圧と前記赤外光源に流れる電流値との特性の測定は毎回の装置の初期化動作ごとに行われる手段を有することを特徴とする個人識別装置。
請求項５に記載の個人識別装置において、前記トランジスタの駆動電圧と前記赤外光源に流れる電流値との特性に装置の温度を変数として追加し記憶しておく手段を有することを特徴とする個人識別装置。
生体に赤外光を照射する赤外光源と、
前記赤外光源に対し直列接続された駆動用のトランジスタを直流電圧で駆動することにより通電され前記赤外光源に直流電流を流す駆動手段と、
生体特徴情報が含まれる生体からの透過光、または反射光の画像情報を取得する撮像手段と、
前記駆動手段に対する駆動制御、および前記赤外光源に流れる直流電流値の取得、および前記撮像手段から出力される前記画像情報の取得を行うマイコンとからなり、前記マイコンは取得した前記直流電流値と前記画像情報の取得ごとに取得する画像が目標明るさとなるよう計算された目標電流値とが等しくなるように前記駆動手段の駆動電圧をフィードバック制御する機能と前記画像情報から個人を識別する機能とを有することを特徴とする個人識別装置。
請求項５から請求項８にいずれか１項に記載の個人識別装置において、前記トランジスタを駆動する直流電圧は、交流電気信号を入力とし直流電圧を生成する交流・直流変換回路を用いて与えられる手段を有することを特徴とする個人識別装置。
請求項９に記載の個人識別装置において、前記交流・直流変換回路に入力される前記交流電気信号はパルス電圧波形とし、パルス幅を任意に選択することにより、任意の直流電圧を生成できる回路であることを特徴とする個人識別装置。