JP4656383B2 - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法及びプログラムに関し、例えば生体の血管をバイオメトリクス認証の対象とした認証装置に適用して好適なものである。

この種の認証装置は、血管を通る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）が近赤外線帯域の光（近赤外光）を特異的に吸収するといった性質を利用して血管を撮像し、この結果得られる血管画像を照合対象のデータとしてメモリに登録又はメモリにデータとして登録された血管画像と照合するようになされている。

この場合、生体の内方の血管が立体的に介在することなどに起因して、当該血管に照射される単位面積当たりの光量に違いが生じ、この違いに応じて血管画像が不鮮鋭となる。

このため、この種の認証装置においては、例えばラプラシアンと呼ばれるフィルタリング処理を採用するようになされており、当該フィルタリング処理により血管画像における血管のエッジを強調するようにして画質を向上するようになされている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１５０９３４公報

ところで、かかる構成の認証装置においては、血管のエッジを強調した場合であっても、当該血管自体が不鮮鋭で画質としては未だ悪いため、これに起因して認証精度の低下という結果を招くことがあった。

また、この血管画像や、例えば人物画等の被写体の画像を表示するといったことを想定した場合、エッジを強調しても画像全体が不鮮鋭で画質としては未だ悪いため、これに起因して視認性が悪いという結果を招くことがあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、画質を向上し得る画像処理装置、画像処理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、画像処理装置であって、Ｍ画素×Ｎ画素の画像を、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの対角行列と、Ｎ×Ｎの直交行列との積に分解する分解手段と、Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素のうち、鮮鋭度が低い対角要素の一部又は全部を引き下げ、又は、鮮鋭度が高い対角要素の一部又は全部を引き上げる変更手段と、対角要素が変更されるＮ×Ｎの対角行列と、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの直交行列とを画像に再構成する再構成手段とを有する。
また本発明は、画像処理装置であって、画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭度の異なる複数の画像に分解した場合における各画像の当該鮮鋭度を表すパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、パラメータ抽出手段により抽出された各画像のパラメータを元の画像が鮮鋭となるように調整するパラメータ調整手段と、パラメータ調整手段により調整された調整後の各画像のパラメータに基づいて、元の画像を生成する画像生成手段とを有する。当該パラメータは、元の画像を特異値分解により分解した結果得られる対角行列の対角要素である。

従ってこの画像処理装置では、元の画像全体における不鮮鋭な質感をなくすことができる。

また本発明は、画像処理方法であって、Ｍ画素×Ｎ画素の画像を、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの対角行列と、Ｎ×Ｎの直交行列との積に分解する第１のステップと、Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素のうち、鮮鋭度が低い対角要素の一部又は全部を引き下げ、又は、鮮鋭度が高い対角要素の一部又は全部を引き上げる第２のステップと、対角要素が変更されるＮ×Ｎの対角行列と、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの直交行列とを画像に再構成する第３のステップとを有する。
また本発明は、画像処理方法であって、画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭度の異なる複数の画像に分解した場合における各画像の当該鮮鋭度を表すパラメータを抽出する第１のステップと、抽出された各画像のパラメータを元の画像が鮮鋭となるように調整する第２のステップと、調整後の各画像のパラメータに基づいて、元の画像を生成する第３のステップとを有する。当該パラメータは、元の画像を特異値分解により分解した結果得られる対角行列の対角要素である。

従ってこの画像処理方法では、元の画像全体における不鮮鋭な質感をなくすことができる。

また本発明は、プログラムであって、制御を司る装置に対して、Ｍ画素×Ｎ画素の画像を、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの対角行列と、Ｎ×Ｎの直交行列との積に分解すること、Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素のうち、鮮鋭度が低い対角要素の一部又は全部を引き下げ、又は、鮮鋭度が高い対角要素の一部又は全部を引き上げること、対角要素が変更されるＮ×Ｎの対角行列と、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの直交行列とを画像に再構成することを実行させる。
また本発明は、プログラムであって、制御を司る装置に対して、画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭度の異なる複数の画像に分解した場合における各画像の当該鮮鋭度を表すパラメータを抽出すること、抽出された各画像のパラメータを元の画像が鮮鋭となるように調整すること、調整後の各画像のパラメータに基づいて、元の画像を生成することを実行させる。当該パラメータは、元の画像を特異値分解により分解した結果得られる対角行列の対角要素である。

従ってこのプログラムでは、元の画像全体における不鮮鋭な質感をなくすことができる。

本発明によれば、変更前の画像全体における不鮮鋭な質感をなくすことができ、かくして画質を向上することができる。

以下図面について本発明を適用した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は全体として本実施の形態による認証装置１を示し、血管撮像部２と、信号処理部３とがケーブルを介して相互に接続されることにより構成される。

この血管撮像部２は、認証装置１の筺体１Ａの所定位置に指ＦＧを模るようにして形成された湾曲形状のガイド溝１１を有し、当該ガイド溝１１の底面には撮像開口部１２が配設されている。

これによりこの血管撮像部２は、ガイド溝１１にあてがうようにして接触される指ＦＧの指腹を撮像開口部１２上にガイドし、当該ガイド溝１１の先端に指先を当接するように接触される指ＦＧに対する撮像開口部１２の位置を撮像者に応じて位置決めし得るようになされている。

そしてこの撮像開口部１２の表面には、所定材質でなる無色透明の開口カバー部１３が設けられている一方、筺体１Ａの内部における撮像開口部１２の直下には、カメラ部１４が配設されている。

またガイド溝１１の側面には、ヘモグロビンに対して特異的に吸収される近赤外光を血管の撮像光として照射する１対の近赤外光光源１５（１５Ａ及び１５Ｂ）が、ガイド溝１１の短手方向と平行に撮像開口部１２を挟み込むようにして配置されており、当該ガイド溝１１に接触された指ＦＧの指腹側部分に近赤外光を照射し得るようになされている。

従ってこの血管撮像部２では、指ＦＧの指腹底に近赤外光を照射する場合に比して、指ＦＧ表面で反射する近赤外光の割合が格段に抑えられる。また指ＦＧ表面を介してその内方に入射する近赤外光は、血管を通るヘモグロビンに吸収されると共に血管以外の組織において散乱するようにして指ＦＧ内方を経由し、当該指ＦＧから血管を投影する近赤外光（以下、これを血管投影光と呼ぶ）として、撮像開口部１２及び開口カバー部１３を順次介してカメラ部１４に入射する。

カメラ部１４においては、マクロレンズ１６と、酸素化及び脱酸素化双方のヘモグロビンに依存性の有する波長域（およそ900[nm]〜1000[nm]）の近赤外光だけを透過する近赤外光透過フィルタ１７と、ＣＣＤ撮像素子１８とが順次配設されており、開口カバー部１３から入射する血管投影光をマクロレンズ１６及び近赤外光透過フィルタ１７を順次介してＣＣＤ撮像素子１８の撮像面に導光する。これによりこのカメラ部１４は、近接する指ＦＧの内方に混在する静脈系及び動脈系双方の毛細血管を忠実に結像し得るようになされている。

ＣＣＤ撮像素子１８は、信号処理部３による制御のもとに、撮像面に結像される血管を撮像し、当該撮像結果を画像信号（以下、これを血管画像信号と呼ぶ）ＳＡ１、ＳＡ２、……、ＳＡｎとして信号処理部３に順次出力するようになされている。

一方、信号処理部３は、図２に示すように、制御部２０に対して、血管撮像駆動部２１、画像処理部２２、認証部２３、フラッシュメモリＦＭ及び外部とデータの授受を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）ＩＦをそれぞれ接続することにより構成されている。

この制御部２０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構成でなり、当該制御部２０には、認証装置１の筺体１Ａ表面の所定位置に設けられた操作部（図示せず）の操作に応じて、登録者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が与えられる。

そして制御部２０は、操作部（図示せず）から血管登録モードの実行命令ＣＯＭ１が与えられた場合には、ＲＯＭに格納された対応するプログラムに基づいて、動作モードを血管登録モードに遷移して血管撮像駆動部２１、画像処理部２２及び認証部２３をそれぞれ制御する。

この場合、血管撮像駆動部２１は、近赤外光光源１５及びカメラ部１４のＣＣＤ撮像素子１８をそれぞれ駆動するようにして血管撮像部２を起動する。この結果、血管撮像部２では、近赤外光光源１５からこのときガイド溝１１（図１）に接触される撮像者の指ＦＧ（図１）の指腹側部に近赤外光が照射され、当該指ＦＧ（図１）を経由してＣＣＤ撮像素子１８の撮像面に導光される血管投影光がこのＣＣＤ撮像素子１８から血管画像信号ＳＡ１、ＳＡ２、……、ＳＡｎとして画像処理部２２のＡ／Ｄ(Analog/Digital)変換部２２Ａに順次出力される。

Ａ／Ｄ変換部２２Ａは、血管画像信号ＳＡ１、ＳＡ２、……、ＳＡｎ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）ＤＡ１、ＤＡ２、……、ＤＡｎをフィルタ部２２Ｂに送出する。

フィルタ部２２Ｂは、血管画像データＤＡ１、ＤＡ２、……、ＤＡｎに対して、ノイズ成分除去及び輪郭強調等に対応する各種フィルタリング処理を施し、この結果得られる血管画像データＤＢ１、ＤＢ２、……、ＤＢｎを２値化部２２Ｃに送出する。

２値化部２２Ｃは、血管画像データＤＢ１、ＤＢ２、……、ＤＢｎに対して２値化処理を施し、この結果得られる白黒の血管画像（以下、これを２値血管画像と呼ぶ）のデータ（以下、これを２値血管画像データと呼ぶ）ＤＣ１、ＤＣ２、……、ＤＣｎを細線化部２２Ｄに送出する。

細線化部２２Ｄは、２値血管画像データＤＣ１、ＤＣ２、……、ＤＣｎに対して、例えばモルフォロジー処理を施すようにして、当該２値血管画像データＤＣ（ＤＣ１〜ＤＣｎ）に基づく２値血管画像の血管を線状化する。

そして細線化部２２Ｄは、線状化された血管（以下、これを血管線と呼ぶ）からなる複数枚の２値血管画像のうちから１枚の２値血管画像を選択し、当該選択した２値血管画像に対応する２値血管画像データＤＤを認証部２３に送出する。

認証部２３は、２値血管画像データＤＤを所定の形式からなる登録認証情報ＲＣとして生成し、これを制御部２０に送出する。

制御部２０は、このようにして血管撮像駆動部２１、画像処理部２２及び認証部２３を制御することによって当該認証部２３から登録認証情報ＲＣを受け取ると、この登録認証情報ＲＣをフラッシュメモリＦＭに登録すると共に、当該血管撮像駆動部２１、画像処理部２２及び認証部２３に対する制御を解除するようにして血管撮像部２を停止させる。

このようにしてこの制御部２０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。

これに対して制御部２０は、操作部（図示せず）から認証モードの実行命令ＣＯＭ２が与えられた場合には、ＲＯＭに格納された対応するプログラムに基づいて、動作モードを認証モードに遷移して血管撮像駆動部２１、画像処理部２２及び認証部２３をそれぞれ制御すると共に、フラッシュメモリＦＭに登録された登録認証情報ＲＣを読み出して認証部２３に送出する。

この場合、血管撮像駆動部２１は、上述の血管登録モードの場合と同様に血管撮像部２を起動する。また画像処理部２２は、この血管撮像部２から順次出力される血管画像信号ＳＡ（ＳＡ１〜ＳＡｎ）に対して上述の血管登録モードの場合と同様にして各種処理を施し、この結果得られる２値血管画像データＤＤを認証部２３に送出する。

認証部２３は、この２値血管画像データＤＤに基づく２値血管画像と、制御部２０によりフラッシュメモリＦＭから読み出された登録認証情報ＲＣに基づく２値血管画像とにおける血管線の形成パターンを照合する。

そして認証部２３は、この照合度合いに応じて、このとき血管撮像部２で撮像されている撮像者が登録者であるか否かを判定し、この判定結果を判定データＤ１として制御部２０に送出する。

制御部２０は、このようにして血管撮像駆動部２１、画像処理部２２及び認証部２３を制御することによって当該認証部２３から判定データＤ１を受け取ると、この判定データＤ１を外部インターフェースＩＦを介して外部に転送すると共に、当該血管撮像駆動部２１、画像処理部２２及び認証部２３に対する制御を解除するようにして血管撮像部２を停止させる。

このようにしてこの制御部２０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。

このようにこの認証装置１は、生体の内方に介在する固有構造物の血管を認証対象として本人（登録者）の有無を判定する生体認証を実行することにより、生体表面に有する指紋等を対象とする場合に比して、生体からの直接的な盗用のみならず第三者による登録者への成りすましをも防止できるようになされている。

（２）鮮鋭化処理
かかる構成に加えて、この認証装置１は、登録モード時において、血管画像を鮮鋭化する鮮鋭化処理を実行するようになされている。

この鮮鋭化処理は、制御部２０の制御のもとに、例えばフィルタ部２２Ｂ（図２）でのフィルタリング処理の前処理として実行される。ここで、この鮮鋭化処理の処理内容を機能的に分類すると、図３に示すように、血管画像を特異値分解する特異値分解部３１と、当該特異値分解結果を血管画像が鮮鋭となるように調整する分解結果調整部３２と、当該調整後の特異値分解結果に基づいて元の血管画像に相当する血管画像（以下、これを再構成血管画像と呼ぶ）を生成する画像生成部３３とに分けることができる。

以下、特異値分解部３１による特異値分解処理と、分解結果調整部３２による分解結果調整処理と、画像生成部３３による画像生成処理とをそれぞれ詳細に説明する。

（２−１）特異値分解処理
特異値分解部３１は、Ａ／Ｄ変換部２２Ａから供給される血管画像データＤＡ（ＤＡ１〜ＤＡｎ）に基づく血管画像を、当該血管画像における各画素の輝度値を行列成分とするｍ×ｎの行列に置換し、当該置換した血管画像（以下、これを血管画像行列と呼ぶ）を特異値分解するようになされている。

かかる特異値分解について簡単に説明しておく。特異値分解は、数値行列の計算アルゴリズムの一部として採用されており、次式

として表されるように、ｍ×ｎの行列Ａを、列正規直交行列Ｕと、当該行列Ａの特異値を対角要素とする対角行列Δと、正規直交行列Ｖ^Τとからなる積に分解する手法である。

対角行列Δの対角要素は、直交行列Ｕ及びＶ^Τの対応する列ベクトルの内積の大きさを表す値でなり、特異値をμとし、列番号をｎ（ｎ＝１、２，３、……）とすると、次式

として表すことができる。

次に、血管画像行列の特異値分解について、その分解前と分解後とを視覚的に図４において示す。この図４において、ＩＭは、血管画像行列に対応する画像（即ち血管画像）を示し、ＩＭ１は、列正規直交行列Ｕに対応する画像を示し、ＩＭ２は、対角行列Δに対応する画像を示し、ＩＭ３は、正規直交行列Ｖ^Τに対応する画像を示したものである。

この図４からも明らかなように、列正規直交行列Ｕ及び正規直交行列Ｖ^Τは、対応する画像ＩＭ１及びＩＭ３を見てみると、行列番号の増加に応じてきめ細かい画像パターンとなっていることが分かる。

なお、この図４において対角行列Δに対応する画像ＩＭ２は、対角要素の値の幅が大きいため、当該値を対数（ｌｏｇ(Δ)）として示しているが、この画像ＩＭ２を見てみると、対角行列Δでは、列番号の増加に応じて対角要素μ_ｎが減少している（即ち、μ_１＞……＞μ_ｎとなっている）ことが分かる。

次に、かかる対角行列Δのうち、１列目から４列目それぞれに対応する対角要素μ_１〜μ_４が作り出す画像を図５に示す。

この図５において、ＩＭ１１は、１列目に対応する対角要素μ_１が作り出す画像（即ち、（２）式のうちΔ_１＝ｄｉａｇ(μ_１,０,０,０,０, ……,０)で作り出される画像）を示し、ＩＭ１２は、２列目に対応する対角要素μ_２が作り出す画像（即ち、（２）式のうちΔ_２＝ｄｉａｇ(０, μ_２,０, ０, ０, ……,０) で作り出される画像）を示し、ＩＭ１３は、３列目に対応する対角要素μ_３が作り出す画像（即ち、（２）式のうちΔ_３＝ｄｉａｇ(０,０,μ_３,０, ０, ……,０) で作り出される画像）を示し、ＩＭ１４は、４列目に対応する対角要素μ_４が作り出す画像（即ち、（２）式のうちΔ_４＝ｄｉａｇ(０,０,０,μ_４,０, ……，０)で作り出される）を示したものである。

これら画像ＩＭ１１〜ＩＭ１４と、対角行列Δに対応する画像ＩＭ２（図４)とを見てみると、列番号の上位から下位にわたって、徐々に鮮鋭の程度が高い画像を作り出していることが分かる。

従って、この対角行列Δの対角要素（μ_１〜μ_ｎ）は、血管画像ＩＭを鮮鋭の異なる複数の画像ＩＭ１１、ＩＭ１２、……、ＩＭｎに分解した場合における各画像ＩＭ１１〜ＩＭｎの鮮鋭の程度を表すパラメータ（以下、これを鮮鋭パラメータと呼ぶ）ということができる。

このように特異値分解部３１は、多次元行列に置換した血管画像行列を特異値分解するようにして、当該血管画像行列に基づく血管画像ＩＭを鮮鋭の異なる複数の画像ＩＭ１１〜ＩＭｎに分解した場合におけるこれら画像ＩＭ１１〜ＩＭｎの鮮鋭の程度を鮮鋭パラメータとして抽出することができるようになされている。

（２−２）分解結果調整処理
分解結果調整部３２は、特異値分解結果として得られる鮮鋭パラメータ（対角要素（μ_１〜μ_ｎ））を、血管画像ＩＭ（図４）が鮮鋭となるように調整する。

実際上、分解結果調整部３２は、対角行列Δにおける対角要素μ_１〜μ_ｎのうち最上位（１列目）の対角要素μ_１の値を、「０」に引き下げて設定することにより変更するようになされている。

この結果、図４及び図５からも明らかなように、最も鮮鋭の程度の低い画像ＩＭ１１が、血管画像ＩＭから除去されたことになるため、その分だけ血管画像ＩＭは鮮鋭化されることとなる。

このようにして分解結果調整部３２は、血管画像ＩＭ（図４）が鮮鋭となるように鮮鋭パラメータを調整することができるようになされている。

（２−３）画像生成処理
画像生成部３３は、図６に示すように、調整後の鮮鋭パラメータ（対角要素（μ_１〜μ_ｎ））から、元の血管画像ＩＭに相当する再構成血管画像ＲＩＭを生成する。

実際上、画像生成部３３は、最上位（１列目）の対角要素μ_１の値が「０」に変更された状態の対角行列Δと、列正規直交行列Ｕ及び正規直交行列Ｖ^Ｔとの積を算出する。この結果、最も鮮鋭の程度の低い画像ＩＭ１１を除く残りの画像ＩＭ１２〜ＩＭｎの合成結果が、元の血管画像ＩＭ（図６（Ａ））に対して鮮鋭化された再構成血管画像（図６（Ｂ））として生成されることになる。

なお、対角要素μ_１を「０」に変更した状態において、当該対角要素μ_１が作り出す画像（即ち、（２）式のうちΔ_１＝ｄｉａｇ(μ_１,０, ０, ０, ０,…,０)で作り出される画像）ＩＭ１１をＡ_１とし、残りの無変更の対角要素μ_２〜μ_ｎが作り出す画像（即ち、（２）式のうちΔ_２→ｎ＝ｄｉａｇ(０,μ_２, μ_３,…, μ_ｎ)で作り出される画像）ＩＭ１２〜ＩＭｎをＡ_２→ｎとすると、上述の（１）式より、次式

となり、これら和を計算すると、次式

となることからも明らかなように、最も鮮鋭の程度の低い画像ＩＭ１１を除く残りの画像ＩＭ１２〜ＩＭｎの合成結果が再構成血管画像（図６（Ｂ））として生成されていることが分かる。

そして画像生成部３３は、かかる再構成血管画像ＲＩＭ（再構成血管画像の行列）のデータに対して各種フィルタリング処理を施し、得られた血管画像データＤＢ（ＤＢ１〜ＤＢｎ）を２値化部２２Ｃ（図２）に送出するようになされている。

このようにして画像生成部３３は、再構成血管画像ＲＩＭを生成することができるようになされている。

この実施の形態の場合、この画像生成部３３は、再構成血管画像ＲＩＭに基づいて、鮮鋭パラメータ（対角要素（μ_１〜μ_ｎ））に対する再調整の可否を判定するようになされている。

実際上、画像生成部３３は、再構成血管画像ＲＩＭを生成したとき、当該再構成血管画像ＲＩＭと、Ａ／Ｄ変換部２２Ａから供給される血管画像データＤＡに基づく元の血管画像ＩＭとの間における相互相関値を算出し、この算出結果に応じて、鮮鋭パラメータに対する再調整の可否を判定する。

そして画像生成部３３は、かかる算出結果が所定の閾値よりも低いときに、鮮鋭パラメータに対する再調整をしないと判定し、このときには、再構成血管画像ＲＩＭのデータを血管画像データＤＢとして２値化部２２Ｃ（図２）に送出する。

これに対して、画像生成部３３は、算出結果が所定の閾値以上であるときに、鮮鋭パラメータに対する再調整すると判定し、このときには、再構成血管画像ＲＩＭのデータを再鮮鋭化対象の血管画像データＤＡ´として特異値分解部３１に送出する。この場合、この再構成血管画像ＲＩＭは、上述の鮮鋭化処理（特異値分解処理、分解結果調整処理及び画像生成処理）が施され、この結果、例えば図７に示すように、再構成血管画像ＲＩＭ´として生成される。

なお、再構成血管画像ＲＩＭの血管画像データＤＡ´に対して再度特異値分解処理を施すと、対角行列Δの対角要素μ_１には、その前に対角要素μ_１の値を「０」に変更したにもかかわらず、同等の値が得られる。このことからも、特異値分解により抽出される鮮鋭パラメータ（対角要素（μ_１〜μ_ｎ））は、当該血管画像に対する、空間周波数ではない相対的な値として抽出されていることが分かる。

このようにして画像生成部３３は、再構成血管画像ＲＩＭに基づいて、鮮鋭パラメータ（対角要素（μ_１〜μ_ｎ））に対する再調整の可否を判定することができるようになされている。

（３）鮮鋭処理手順
上述の制御部２０による鮮鋭化処理は、図８に示す鮮鋭化処理手順ＲＴに従って実行される。

すなわち制御部２０は、血管画像信号ＳＡ（ＳＡ１、ＳＡ２、……、又はＳＡｎ）に対するＡ／Ｄ変換処理を実行し終わると、この鮮鋭化処理手順ＲＴをステップＳＰ０において開始し、続くステップＳＰ１において、当該Ａ／Ｄ変換処理結果として得た血管画像データＤＡ（ＤＡ１、ＤＡ２、……、又はＤＡｎ）に基づく血管画像ＩＭを、特異値分解により列正規直交行列Ｕ、対角行列Δ及び正規直交行列Ｖ^Ｔの積に分解する（図４）。

この後、制御部２０は、次のステップＳＰ２において、対角行列Δにおける対角要素μ_１〜μ_ｎのうち最上位の対角要素μ_１の値を「０」に変更し、続くステップＳＰ３において、当該対角要素μ_１の値が「０」に変更された状態の対角行列Δと、列正規直交行列Ｕ及び正規直交行列Ｖ^Ｔとの積を算出することにより再構成血管画像ＲＩＭ（図６（Ｂ））を生成する。

そして制御部２０は、続くステップＳＰ４において、再構成血管画像ＲＩＭと、元の血管画像ＩＭとの間における相互相関値を算出し、この算出結果に応じて、鮮鋭パラメータに対する再調整の可否を判定する。

ここで、かかる算出結果が所定の閾値以上であるとき、このことは依然として鮮鋭化する余地が大きいことを意味し、このとき制御部２０は、ステップＳＰ１に戻って、ステップＳＰ３で生成した再構成血管画像ＲＩＭ（図６（Ｂ））に対して上述の処理を繰り返し、新たな再構成血管画像ＲＩＭ´（図７）を生成する。

これに対して、算出結果が所定の閾値よりも低いとき、このことは鮮鋭化する余地が小さいことを意味し、このとき制御部２０は、ステップＳＰ５に移って、この鮮鋭化処理手順ＲＴを終了する。

このようにして制御部２０は、鮮鋭化処理を実行することができ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、この認証装置１は、血管画像データＤＡを特異値分解し、当該血管画像ＩＭ（図４）を鮮鋭の異なる複数の画像ＩＭ１１〜ＩＭｎ（図５）に分解した場合におけるこれら画像ＩＭ１１〜ＩＭｎの鮮鋭の程度を表す鮮鋭パラメータを、この特異値分解により得られる対角行列Δの対角要素μ_１〜μ_ｎとして抽出する。

そしてこの認証装置１は、元の血管画像ＩＭが鮮鋭となるように、対角行列Δにおける最上位の対角要素μ_１の値を「０」に変更し、当該変更後の鮮鋭パラメータに基づいて、元の血管画像ＩＭ（図６（Ａ））に相当する再構成血管画像ＲＩＭ（図６（Ｂ））を生成する。

従ってこの認証装置１では、血管画像ＩＭにおける大まかな輝度値のうねり（画像ＩＭ１１）を除去するようにして、当該血管画像ＩＭ全体における最もぼんやりとした不鮮鋭な質感をなくすことができ、この結果、血管画像ＩＭにおいて認証対象の血管を表出しすることができる。

また、この認証装置１は、かかる再構成血管画像ＲＩＭ（図６（Ｂ））に基づいて、鮮鋭パラメータに対する再調整の可否を判定することにより、当該血管画像ＩＭの状態に対応させてぼんやりとした不鮮鋭な質感をなくすことができ、この結果、より一段と、血管画像ＩＭにおいて認証対象の血管を表出しすることができる。

以上の構成によれば、血管画像データＤＡを特異値分解し、この特異値分解により得られる対角行列Δの対角要素μ_１〜μ_ｎのうち最上位の対角要素μ_１の値を「０」に変更し、当該変更後の鮮鋭パラメータに基づいて、元の血管画像ＩＭ（図６（Ａ））に相当する再構成血管画像ＲＩＭ（図６（Ｂ））を生成するようにしたことにより、血管画像ＩＭ全体における最もぼんやりとした不鮮鋭な質感をなくすことができ、かくして画質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、入力される画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭の異なる複数の画像に分解した場合における各画像の鮮鋭の程度を表すパラメータを抽出するパラメータ抽出手段として、特異値分解により抽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、当該各画像の鮮鋭の程度を表す値を割り出す種々の手法により抽出するようにしても良い。このようにしても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、かかる入力される画像データとして、生体の内方に介在する血管を撮像した結果得られる血管画像データを適用するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば生体表面の指紋や、紋様と呼ばれる紙の模様又は生体内方の神経等、この他種々の認証対象を適用することができる。因みに、神経を認証対象とする場合には、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認証対象とすることができる。

またかかる認証対象の画像データに代えて、背景や人物等の被写体を撮像した結果得られる一般的な画像データにも幅広く適用することができる。

また上述の実施の形態においては、各画像のパラメータを元の画像が鮮鋭となるように調整するパラメータ調整手段として、鮮鋭の程度が最も低い画像ＩＭ１１の鮮鋭パラメータ（対角要素μ_１）を変更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、鮮鋭の程度が中間よりも低い画像ＩＭ１２、ＩＭ１３、……、又はＩＭ(n/2-1)の鮮鋭パラメータ（対角要素μ_２、μ_３、……、又はμ_(ｎ/2-1））を変更するようにしても良い。

この場合、鮮鋭パラメータ（対角要素μ_１）を「０」に変更するようにしたが、本発明はこれに限らず、予め規定された数値分だけ引き下げるようにしても良く、予め規定された割合だけ引き下げるようにしても良い。

また、鮮鋭の程度が中間よりも高い画像ＩＭ(n/2+1)、ＩＭ(n/2+2)、……、又はＩＭｎの鮮鋭パラメータ（対角要素μ_(ｎ/2+1）、μ_(ｎ/2+2）、……、又はμ_ｎ）を、予め規定された数値分だけ又は予め規定された割合だけ引き上げるようにしても良い。

さらに、このように変更して調整する鮮鋭パラメータ数は、２以上とするようにしても良い。

なお、かかる鮮鋭パラメータは、血管画像ＩＭでは、図５において、当該血管画像ＩＭを特異値分解により分解した対角要素Δμ_１〜μ_４によって作り出される画像ＩＭ１１〜ＩＭ１４からも分かるように、列番号の上位から下位にわたって、鮮鋭度が徐々に高くなるように段階的に表す値となるが、一般的な画像では、例えば図９において、当該一般的な画像(lenna)ＩＭ３０を特異値分解により分解した対角要素Δμ_１〜μ_４によって作り出される画像ＩＭ４１〜ＩＭ４４からも分かるように、列番号の上位から下位にわたって段階的に表す値とはならないことがある。従って、ＣＣＤ撮像素子１８及び光学系の性能や撮像対象の種類等の撮像条件に応じて、事前に、上述した各種調整条件を規定しておき、これをデータベース化して保持しておくとより効果的である。

さらに上述の実施の形態においては、調整後の各画像のパラメータに基づいて、元の画像を生成する生成手段として、逆特異値分解により生成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、上述の抽出手段で採用する手法に対応する種々の逆変換手法により生成するようにしても良い。このようにしても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに上述の実施の形態においては、本発明を認証装置１に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、画像データを取り扱うこの他種々の画像処理装置に幅広く適用するようにしても良い。このようにしても上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、画像データに基づく画像の画質を重要視する画像処理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略線図である。 信号処理部の構成を示すブロック図である。 鮮鋭処理の説明に供する機能ブロック図である。 特異値分解の分解前と分解後を示す略線図である。 対角要素が作り出す画像を示す略線図である。 鮮鋭化前と鮮鋭化後の血管画像を示す略線図である。 再鮮鋭化後の血管画像を示す略線図である。 鮮鋭化処理手順を示すフローチャートである。 一般画像における対角要素が作り出す画像を示す略線図である。

符号の説明

１……認証装置、２……血管撮像部、３……信号処理部、１４……カメラ部、１５Ａ、１５Ｂ……近赤外光光源、１６……マクロレンズ、１７……近赤外光透過フィルタ、１８……ＣＣＤ撮像素子、２０……制御部、２１……血管撮像駆動部、２２Ａ……Ａ／Ｄ変換部、２２Ｂ……フィルタ部、２２Ｃ……２値化部、２２Ｄ……細線化部、２３……認証部、３１……特異値分解部、３２……分解結果調整部、３３……画像生成部、ＩＦ……インターフェース、ＦＭ……フラッシュメモリ、ＦＧ……指、ＣＯＭ（ＣＯＭ１及びＣＯＭ２）……実行命令、ＳＡ（ＳＡ１〜ＳＡｎ）……血管画像信号、ＤＡ（ＤＡ１〜ＤＡｎ）、ＤＡ´（ＤＡ´１〜ＤＡ´ｎ）、ＤＢ（ＤＢ１〜ＤＢｎ）……血管画像データ、ＤＣ（ＤＣ１〜ＤＣｎ）、ＤＤ……２値血管画像データ、Ｄ１……判定データ、ＲＣ……登録認証情報、ＩＭ、ＩＭ１〜ＩＭ３、ＩＭ１１〜ＩＭ１４、ＩＭ３０、ＩＭ４１〜ＩＭ４４……画像、ＲＩＭ、ＲＩＭ´……再構成画像。

Claims (12)

1. Ｍ画素×Ｎ画素の画像を、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの対角行列と、Ｎ×Ｎの直交行列との積に分解する分解手段と、
   上記Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素のうち、鮮鋭度が低い対角要素の一部又は全部を引き下げ、又は、鮮鋭度が高い対角要素の一部又は全部を引き上げる変更手段と、
   上記対角要素が変更されるＮ×Ｎの対角行列と、上記Ｍ×Ｎの直交行列と、上記Ｎ×Ｎの直交行列とから上記画像を再構成する再構成手段と
   を有する画像処理装置。
2. 上記画像は、生体における認証対象を含む画像である
   請求項１に記載の画像処理装置。
3. 上記再構成手段により再構成される画像に基づいて、上記Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素に対する再変更の可否を判定する判定手段
   を有する請求項１に記載の画像処理装置。
4. 画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭度の異なる複数の画像に分解した場合における各上記画像の当該鮮鋭度を表すパラメータを抽出するパラメータ抽出手段と、
   上記パラメータ抽出手段により抽出された各上記画像の上記パラメータを上記元の画像が鮮鋭となるように調整するパラメータ調整手段と、
   上記パラメータ調整手段により調整された調整後の各上記画像の上記パラメータに基づいて、上記元の画像を生成する画像生成手段と
   を有し、
   各上記画像の上記パラメータは、
   上記元の画像を特異値分解により分解した結果得られる対角行列の対角要素である、
   画像処理装置。
5. Ｍ画素×Ｎ画素の画像を、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの対角行列と、Ｎ×Ｎの直交行列との積に分解する第１のステップと、
   上記Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素のうち、鮮鋭度が低い対角要素の一部又は全部を引き下げ、又は、鮮鋭度が高い対角要素の一部又は全部を引き上げる第２のステップと、
   上記対角要素が変更されるＮ×Ｎの対角行列と、上記Ｍ×Ｎの直交行列と、上記Ｎ×Ｎの直交行列とから上記画像を再構成する第３のステップと
   を有する画像処理方法。
6. 上記画像は、生体における認証対象を含む画像である
   請求項５に記載の画像処理方法。
7. 上記再構成手段により再構成される画像に基づいて、上記Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素に対する再変更の可否を判定する第４のステップ
   を有する請求項５に記載の画像処理方法。
8. 画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭度の異なる複数の画像に分解した場合における各上記画像の当該鮮鋭度を表すパラメータを抽出する第１のステップと、
   抽出された各上記画像の上記パラメータを上記元の画像が鮮鋭となるように調整する第２のステップと、
   調整後の各上記画像の上記パラメータに基づいて、上記元の画像を生成する第３のステップと
   を有し、
   各上記画像の上記パラメータは、
   上記元の画像を特異値分解により分解した結果得られる対角行列の対角要素である、
   画像処理方法。
9. 制御を司る装置に対して、
   Ｍ画素×Ｎ画素の画像を、Ｍ×Ｎの直交行列と、Ｎ×Ｎの対角行列と、Ｎ×Ｎの直交行列との積に分解すること、
   上記Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素のうち、鮮鋭度が低い対角要素の一部又は全部を引き下げ、又は、鮮鋭度が高い対角要素の一部又は全部を引き上げること、
   上記対角要素が変更されるＮ×Ｎの対角行列と、上記Ｍ×Ｎの直交行列と、上記Ｎ×Ｎの直交行列とから上記画像を再構成すること
   を実行させるプログラム。
10. 上記画像は、生体における認証対象を含む画像である
    請求項９に記載のプログラム。
11. 再構成される画像に基づいて、上記Ｎ×Ｎの対角行列の対角要素に対する再変更の可否を判定すること
    を実行させる請求項９に記載のプログラム。
12. 制御を司る装置に対して、
    画像データから、当該画像データに基づく元の画像を鮮鋭度の異なる複数の画像に分解した場合における各上記画像の当該鮮鋭度を表すパラメータを抽出すること、
    抽出された各上記画像の上記パラメータを上記元の画像が鮮鋭となるように調整すること、
    調整後の各上記画像の上記パラメータに基づいて、上記元の画像を生成すること
    を実行させるプログラムであって、
    各上記画像の上記パラメータは、
    上記元の画像を特異値分解により分解した結果得られる対角行列の対角要素である、プログラム。