JP4992212B2 - 画像処理装置、画像判定方法及びプログラム - Google Patents
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Description
下記の特許文献1には、近赤外光を照射して手指の血管のパターンを撮像し、これを予め登録された血管のパターンと照合することにより個人を認証する装置が記載されている。
図1に示す画像処理装置は、制御部10と、光源20と、光学系30と、撮像部40と、画像表示部50と、操作部60と、記憶部70とを有する。
光源20は、例えば発光ダイオードやハロゲンランプ等によって構成される。
制御部10は、例えばコンピュータによって構成されており、記憶部70に格納されるプログラムPRGに基づいて上記の制御や信号処理を実行する。
記憶部70は、例えばRAM(random access memory)やROM(read only memory)、不揮発性メモリ、ハードディスク等の記憶装置によって構成される。
図1に示す制御部10は、画像処理に係わる機能的な構成要素として、画像取得部101と、輪郭検出部102と、領域特定部103と、エッジ強調部104と、評価値取得部105と、判定部106と、登録部107と、照合部108と、表示処理部109とを有する。
画像取得部101は、本発明の画像取得部の一実施形態である。
輪郭検出部102は、本発明の輪郭検出部の一実施形態である。
領域特定部103は、本発明の領域特定部の一実施形態である。
エッジ強調部104は、本発明のエッジ強調部の一実施形態である。
評価値取得部105は、本発明の評価値取得部の一実施形態である。
判定部106は、本発明の判定部106の一実施形態である。
画像のエッジの強調には、例えばガウシアンフィルタやラプラシアンフィルタなどの画像フィルタを用いる。すなわち、ガウシアンフィルタによって画像に含まれるノイズ成分を除去したのち、ラプラシアンフィルタによって画素値の変化を強調する。これにより、画像に含まれる点状のノイズ成分が除去され、線状のエッジ成分が強調される。
図2(A)はエッジ強調処理前の画像、図2(B)はエッジ強調処理後の画像を示す。また図2(C)は図2(B)に示す画像の画素値を3次元で図解した図である。
図2の例から分かるように、撮像部40において撮像された画像にエッジ強調処理を施すと、指の血管(特に静脈)部分の画素値が他の部分に比べて突出する。
図2と図3を比較して分かるように、画素値のビット制限を撤廃した場合、元の画像における濃淡の違いがエッジ強調処理後の画像に敏感に現れており、濃い血管の画素値は大きく、薄い血管の画素値は小さくなっている。
そこでエッジ強調部104は、例えば図2の画像に示すようなビット制限を撤廃し、エッジ強調処理後の画素値のビット長を適切な長さに設定する。これにより、後述する評価値取得部105において取得される評価値Evは、テンプレートに相応しい画像であるか否かをより適切に表現した値になる。
そこで、次に述べる輪郭検出部102及び領域特定部103では、輪郭部分の影響を排除した状態で評価値Evが取得されるように、指の輪郭より確実に内側の領域を切り出すマスクを作成する。
図4(A)は、輪郭検出部102において検出される被写体FGの輪郭の一例を示す。図4(A)の黒い部分は被写体FGの背景を示し、白い部分は被写体FGの内部を示す。また、白と黒の境界は、輪郭検出部102において検出される輪郭に相当する。
図4(B)は、領域特定部103において特定される被写体FGの内側の領域の一例を示す。図4(B)の白い部分は、領域特定部103において特定される被写体FGの内側の領域を示す。また、灰色の部分は、輪郭検出部102において検出される輪郭の内部であって、領域特定部103において特定される領域からは除外される部分を示す。
ただし、本実施形態に係る評価値取得部105は、エッジ強調処理後の画像に含まれる全画素のうち、領域特定部103において特定された被写体FGの内部領域に含まれる画素の値に基づいて評価値Evを取得し、この領域外の画素の値は評価値Evの決定に際して利用しない。すなわち、領域特定部103によって作成されたマスクにより切り出される輪郭の内側領域の画素値に基づいて、評価値Evを取得する。
図5(A)はエッジ強調処理前の画像を示す。また図5(B),(C)は、エッジ強調処理後の画像から輪郭の内側の領域のみをマスク処理によって切り出した画像を示す。
エッジ強調処理後の画像から領域特定部103で特定された領域のみを切り出すと、図5(B),(C)の画像に示すように被写体FGの輪郭の影響が排除され、被写体FGの内部に存在する血管の像だけが浮き彫りになる。この血管の像は、元の画像における血管の太さや濃さに応じて画素の値が大きく変化している。
評価値取得部105は、このように血管の濃淡の状態が適切に反映された画像における画素値の合計を、評価値Evとして算出する。この評価値Evは、テンプレート用の画像として相応しい被写体FGの特徴を示す値となる。
図6(A)は、被写体FGを含む撮像画像を示し、図6(C)は、この図6(A)に示す画像にエッジ強調処理とマスク処理を施した後の画像を示す。
図6(B)は、被写体FGを含まない撮像画像を示し、図6(D)は、この図6(B)に示す画像にエッジ強調処理とマスク処理を施した後の画像を示す。
両者の画素値の合計を比較すると、図6(C)の画像は‘2434244’、図6(D)の画像は‘1177685’となった。このように、被写体FGを含む場合と含まない場合とでは、画素値の合計に大きな差異がある。したがって、評価値取得部105により取得される評価値Ev(すなわちエッジ強調処理及びマスク処理を施した画像の画素値の合計)は、その値の違いによって、被写体FGの有無を表すことができる。
図7に示すように、撮像画像に被写体FGが含まれていない場合、エッジ強調処理とマスク処理を施した後の画像には、一定の画素値(図7の例では‘500’)より小さい範囲にほとんど画素が分布している。一方、撮像画像に被写体FGが含まれている場合は、小さい画素値から大きい画素値まで広い範囲に画素が分布している。
図8(A),(B)は、図6(C),(D)と同じ画像であり、しきい値以下の画素値をゼロにしない場合の画像を示す。
他方、図8(C),(D)は、それぞれ図8(A),(B)の画像に含まれるしきい値‘255’以下の画素値を全てゼロにした場合の画像を示す。
撮像画像に被写体FGが含まれる場合は、図8(A)と図8(C)を比較して分かるように、しきい値以下の画素値をゼロにしてもエッジの主要な特徴(すなわち血管の像)が維持されている。これに対し、撮像画像に被写体FGが含まれていない場合は、図8(B)と図8(D)を比較して分かるように、しきい値以下の画素値をゼロにするとエッジの大半が消えてしまい、エッジの特徴が大きく変化する。
しきい値を設けない場合、被写体FGを含む画像(図8(A))の評価値Evは‘2434244’、被写体を含まない画像(図8(B))の評価値Evは‘1177685’となった。これに対して、しきい値‘255’以下の画素値をゼロにした場合、被写体FGを含む画像(図8(C))の評価値Evは‘2145659’、被写体FGを含まない画像(図8(D))の評価値Evは‘117921’になった。この図9から明らかなように、エッジ強調処理後の画像において所定のしきい値以下の画素値を除外して評価値Evを算出することにより、被写体FGの有無に応じた評価値Evの差異をより明確にすることができる。
第1判定部1061は、画像取得部101において順次に取得される画像の評価値Evとしきい値Tdとを比較し、当該比較結果に基づいて、取得された画像に含まれるエッジの強度及び/又は量が最低基準に達しているか否かを判定する。
第2判定部1062は、第1判定部1061において第1基準に達していると判定された画像が連続して所定数取得された場合、当該所定数の画像の評価値Evに基づいて、上記の最低基準を超えた中間の基準を定めるしきい値Thを決定する。そして、当該所定数の画像の何れか1つ若しくは当該所定数の画像に続いて取得される画像の評価値Evとしきい値Thとを比較し、当該比較結果に基づいて、当該比較対象の画像に被写体FGの像が含まれるか否かを判定する。
第3判定部1063は、評価値取得部105において順次に取得される評価値Evと、上記の中間基準を超えた最も高い基準を定めるしきい値Tuとを比較し、当該比較結果に基づいて、当該比較対象の画像に被写体FGの像が含まれるか否かを判定する。
(1)撮像時に指が動いた;
(2)露出等の影響であまり綺麗に撮像できない;
(3)指の静脈が細くて薄い;
(1)や(2)の場合、テンプレートの登録は可能かもしれないが、本来よりも悪い状態(血管パターンの情報が少ない等)のテンプレートを登録してしまう可能性がある。そうすると、通常は容易に照合できるのになかなか照合できなかったり、あるいは照合に失敗したりする不都合が生じる。また(3)の場合には、評価値Evに対してしきい値が高すぎてしまい、テンプレートを登録できない可能性がある。しかしながら、しきい値をあまり下げると、悪い状態のテンプレートを登録してしまう可能性が高くなる。
第1判定部1061のしきい値Tdは、テンプレートに用いる画像の最低基準を定める。これは、例えば、上述の(3)のように指の静脈が細くて薄い人が安定して撮像できたときに得られる評価値Evの値に基づいて設定される。評価値Evがしきい値Tdより小さい場合、その画像はテンプレートに用いない。
第3判定部1063のしきい値Tuは、テンプレートに用いる画像の最も高い基準を定める。これは、撮像部40において安定した状態で撮像され、かつ十分に綺麗な指静脈が撮像された場合に得られる評価値Evに基づいて設定される。血管の太さには個人差があるため、もし安定に撮像できたとしても、全てのユーザがしきい値Tuの最高基準をパスするテンプレートで登録できるとは限らない。
第2判定部1062のしきい値Thは、しきい値Tdの最低基準は超えるがしきい値Tdの最高基準は満たさない中間の基準を定める。しきい値Thは、連続的に撮像された画像の評価値Evに基づいて決定される。しきい値Td,Tuは予め設定された固定値であり、しきい値Thは被写体ごと、撮像ごとに変化する値である。
輪郭検出部102は、画像Ifに含まれる被写体FGの輪郭を検出し、輪郭の内部を切り出すマスクMfを作成する。また、領域特定部103は、輪郭検出部102において検出された輪郭より内側の領域を特定し、その内側領域を切り出すマスクeMfを作成する(ステップST102)。
以上が、評価値Evの算出処理の説明である。
図10と図11を比較すると、ステップST202はステップST101、ステップST203はステップST102、ステップST204はステップST103及びST104、ステップST205はステップST105、ステップST206はステップST106、ステップST107はステップST107にそれぞれ対応している。
なお、ステップST203のマスク生成処理においてマスクの生成に失敗した場合(例えば指が装置から離れて撮像されなかった場合)、判定部106は、ステップST201に戻って変数i,hEviを初期化する。これにより、撮像の連続性が途切れた場合は即座に評価値Evの履歴(hEv0,hEv1,…,hEvn−1)が消去され、新たな履歴の記録が開始される。
次いで判定部106は、‘1’を加算した変数iと所定の数n0とを比較する(ステップST211)。変数iが所定の数n0より小さい場合、判定部106は、ステップST202に処理を戻す(ステップST211)。これにより、ステップST202〜ST207の処理が再び実行され、新たな撮像画像Ifの評価値Evが算出される。
以上が、テンプレート登録処理の説明である。
ユーザはテンプレートの登録中に、現在撮像されている指の画像がテンプレートとして相応しいものかどうか自分で判断できない。そのため、何らかの情報を提供しないと、指の角度や置き方をどのようにすれば適切な撮像画像が得られるかユーザは分からないため、装置がパスを判定するまで延々と試行錯誤を続けなくてはならない。そこで、本実施形態に係る画像処理装置では、ユーザに対してテンプレート登録中の状態をフィードバックすることにより、テンプレート用の画像がスムーズに得られるようにする。
また、評価値Evは、撮像画像に含まれるエッジの強度及び/又は量に関連する値であることから、撮像画像に被写体FGの像が含まれているか否かだけでなく、その被写体FGの像が所定の用途に相応しいものであるかも、評価値Evの値に応じて判定可能である。例えばテンプレート登録処理において、撮像画像に被写体FGが含まれているかどうかだけでなく、それがテンプレート用の画像として相応しいものであるかどうかも判定することが可能である。
これにより、被写体FGの輪郭部分に生じるエッジの影響が効果的に排除され、被写体FGの内側に含まれるエッジの状態が正しく反映された評価値Evを取得することができる。そのため、例えば血管パターンなど、被写体FGの内側に含まれる像の特徴に応じて、撮像画像に被写体FGが含まれているかどうかや、その被写体FGが所定の用途(テンプレート用など)に相応しいものであるかどうかを適切に判定することが可能である。
すなわち、一連の撮像画像に含まれるエッジの強度及び/又は量が所定の最低基準を安定して超えていなければ、一連の撮像画像に被写体FGの像が含まれると判定されない。これにより、撮像中に被写体が動いてしまう場合や、背景の明るさに対して露出等の条件が適切でない場合など、撮像条件が不安定な状態で撮像画像に被写体FGが含まれると判定されることを防止できるため、判定結果の信頼性を高めることができる。
また、一連の撮像画像の評価値Evに基づいて、最低基準を超える中間基準のしきい値Thが設定されるため、被写体FGの特徴(血管パターンの特徴)が被写体ごとに様々に異なる場合でも、上記の最低基準を超える判定基準を被写体ごとに設定できる。これにより、一律に固定の基準を定める場合に比べて、被写体の違い応じた適切な判定を行うことが可能になる。また、テンプレート登録処理において、被写体ごとにより適切なテンプレートを取得することができる。
すなわち、最高基準を超える評価値Evを有した撮像画像については直ちに被写体FGを含んだ画像と判定されるため、判定処理のスピードを高速化することができる。
これにより、撮像画像に含まれる被写体FGの像が適切な状態になるようにユーザ自身によって撮像条件(被写体FGの配置など)を整えることが可能になるため、所望の被写体FGの像をよりスムーズに撮像することができる。
例えば図4(B)において、領域特定部103は、輪郭の上下の辺を画像の縦方向の線に沿って移動させ、輪郭の左右の辺を画像の横方向の線に沿って移動させているが、このとき各辺に位置する各画素の移動距離を、その移動方向における輪郭の幅に応じて設定しても良い。
より詳しく述べると、領域特定部103は、縦方向に伸びる線と輪郭とが交わる2つの点の距離に応じて、この2つの点に位置する2つの画素の移動距離を設定する。この移動距離は、例えば、2つの点の距離に対して一定の割合(10%等)になるように設定する。そして、2つの画素のうち上側の画素は下方向へ、下側の画素は上方向へ、それぞれ設定された移動距離だけ移動させる。輪郭の左右の辺を構成する各画素についても同様であり、横方向に伸びる線と輪郭とが交わる2つの点の距離に応じて、この2つの点に位置する2つの画素の移動距離を設定する。そして、2つの画素のうち左側の画素は右方向へ、右側の画素は左方向へ、それぞれ設定された移動距離だけ移動させる。
このように、輪郭を内側へ狭める際の距離を輪郭の幅に応じて画素ごとに設定すれば、個人差等によって被写体FGが非常に小さい場合でも、領域特定部103で特定される領域が極端に狭くなることを防止できる。
例えば領域特定部103は、輪郭検出部102において検出された輪郭を、画像の上方向、下方向、右方向、左方向へそれぞれ所定の距離だけ移動させる。そして、各方向へ移動させた後の輪郭の内部に共通に含まれる領域を、被写体FGの輪郭より内側の領域として特定する。この場合の輪郭の移動距離は、上述の例と同様に固定値でも良いし、画素ごとに輪郭の幅に応じて設定しても良い。
例えば評価値取得部105は、エッジ強調部104においてエッジを強調された画像に含まれる全画素のうち、エッジの強度が所定のしきい値を超える画素の数に基づいて、評価値Evを取得しても良い。図7の分布図からも分かるように、被写体FGを含む画像は被写体FGを含まない画像に比べて強いエッジを多く含んでいる。そのため、エッジ強調処理及びマスク処理を施した後の画像において、あるしきい値より大きい画素値を有する画素(すなわちエッジの強度が所定のしきい値を超える画素)の数を評価値Evとして取得しても、被写体FGの有無を精度良く判定することが可能である。
また、評価値取得部105は、エッジ強調部104においてエッジを強調された画像に含まれる全画素のうち、エッジの強度が最も高い画素の値に基づいて、評価値Evを取得しても良い。具体例を挙げると、図6(C)に示す画像において画素値の最大値は‘2257’、図6(D)に示す画像において画素値の最大値は‘428’になっている。輪郭検出部102と領域特定部103によるマスク処理で被写体FGの輪郭の影響が十分に排除されているのであれば、上記の例のように、被写体FGの有無に応じて画素値の最大値に大きな差異が生じる。したがって、単純に画素値の最大値(すなわちエッジの強度が最も高い画素の値)に基づいて評価値Evを取得しても、被写体FGの有無を精度良く判定することが可能である。
Claims (14)
- 入力される画像のエッジを強調するエッジ強調部と、
上記エッジ強調部においてエッジを強調された画像に含まれる画素の値に基づいて、上記入力画像に含まれるエッジの強度及び/又は量に関する評価値を取得する評価値取得部と、
上記評価値取得部において取得された評価値に基づいて、上記入力画像に所定の被写体の像が含まれるか否かを判定する判定部と、
画像を順次に取得する画像取得部と、
を有し、
上記エッジ強調部は、上記画像取得部において取得される画像のエッジを順次に強調し、
上記評価値取得部は、上記画像取得部において取得される画像の評価値を順次に取得し、
上記判定部は、
上記画像取得部において順次に取得される画像の評価値と第1のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、上記取得された画像に含まれるエッジの強度及び/又は量が第1の基準に達しているか否かを判定する第1の判定部と、
上記第1の判定部において上記第1の基準に達していると判定された画像が連続して所定数取得された場合、当該所定数の画像の評価値に基づいて、上記第1の基準を超える第2の基準を定める第2のしきい値を決定し、当該所定数の画像の何れか1つ若しくは当該所定数の画像に続いて取得される画像の評価値と上記第2のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、当該比較対象の画像に上記被写体の像が含まれるか否かを判定する第2の判定部と、
を含む
画像処理装置。 - 上記評価値取得部は、上記エッジ強調部においてエッジを強調された画像に含まれる全画素の値の合計に基づいて、上記評価値を取得する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記評価値取得部は、上記エッジ強調部においてエッジを強調された画像に含まれる全画素のうち、エッジの強度が所定しきい値を超える画素の値の合計に基づいて、上記評価値を取得する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記評価値取得部は、上記エッジ強調部においてエッジを強調された画像に含まれる全画素のうち、エッジの強度が所定のしきい値を超える画素の数に基づいて、上記評価値を取得する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記評価値取得部は、上記エッジ強調部においてエッジを強調された画像に含まれる全画素のうち、エッジの強度が最も高い画素の値に基づいて、上記評価値を取得する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記入力画像から、上記被写体の輪郭を検出する輪郭検出部と、
上記輪郭検出部において検出された輪郭より内側の領域を特定する領域特定部と
を有し、
上記評価値取得部は、上記エッジ強調部においてエッジを強調された画像中の上記領域特定部において特定された領域に含まれる画素の値に基づいて、上記評価値を取得する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記領域特定部は、上記輪郭検出部において検出された輪郭を上記入力画像の平面上に設定される所定の複数の方向へそれぞれ所定の距離だけ移動させた場合に、各方向へ移動させた後の輪郭の内部に共通に含まれる領域を、上記被写体の輪郭より内側の領域として特定する、
請求項6に記載の画像処理装置。 - 上記領域特定部は、上記輪郭の移動距離を、上記輪郭上の画素ごとに、その移動方向に沿った直線と上記輪郭とが交わる2つの点の距離に応じて設定する、
請求項7に記載の画像処理装置。 - 上記判定部は、上記評価値取得部において順次に取得される評価値と、上記第2の基準を超える第3の基準を定める第3のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、当該比較対象の画像に上記被写体の像が含まれるか否かを判定する第3の判定部を含む、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記画像取得部において順次に取得される画像の評価値に関する情報を出力する情報出力部を有する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 上記第1の判定部において上記第1の基準に達していると判定された画像が連続して取得される数に応じた情報を出力する情報出力部を有する、
請求項1に記載の画像処理装置。 - 与えられた画像に所定の被写体の像が含まれるか否かを判定する画像判定方法であって、
上記与えられた画像のエッジを強調する第1の工程と、
上記第1の工程においてエッジを強調された画像に含まれる画素の値に基づいて、上記与えられた画像に含まれるエッジの強度及び/又は量に関する評価値を取得する第2の工程と、
上記第2の工程において取得された評価値に基づいて、上記与えられた画像に上記被写体の像が含まれるか否かを判定する第3の工程と、
画像を順次に取得する第4の工程を有し、
上記第1の工程においては、上記第4の工程で取得される画像のエッジを順次に強調し、
上記第2の工程においては、上記第4の工程で取得される画像の評価値を順次に取得し、
上記第3の工程は、
上記第4の工程で順次に取得される画像の評価値と第1のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、上記取得された画像に含まれるエッジの強度及び/又は量が第1の基準に達しているか否かを判定する第5の工程と、
上記第5の工程で上記第1の基準に達していると判定された画像が連続して所定数取得された場合、当該所定数の画像の評価値に基づいて、上記第1の基準を超える第2の基準を定める第2のしきい値を決定し、当該所定数の画像の何れか1つ若しくは当該所定数の画像に続いて取得される画像の評価値と上記第2のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、当該比較対象の画像に上記被写体の像が含まれるか否かを判定する第6の工程と、
を含む画像判定方法。 - 上記与えられた画像から、上記被写体の輪郭を検出する第7の工程と、
上記第7の工程において検出された輪郭より内側の領域を特定する第8の工程と
を有し、
上記第2の工程においては、上記第1の工程でエッジを強調された画像中の上記第8の工程で特定された領域に含まれる画素の値に基づいて、上記評価値を取得する、
請求項12に記載の画像判定方法。 - 入力される画像に所定の被写体の像が含まれるか否かを判定する画像処理装置に、
上記入力画像のエッジを強調する第1のステップと、
上記第1のステップにおいてエッジを強調された画像に含まれる画素の値に基づいて、上記入力画像に含まれるエッジの強度及び/又は量に関する評価値を取得する第2のステップと、
上記第2のステップにおいて取得された評価値に基づいて、上記入力画像に上記被写体の像が含まれるか否かを判定する第3のステップと、
上記入力画像から、上記被写体の輪郭を検出する第4のステップと、
上記第4のステップにおいて検出された輪郭より内側の領域を特定する第5のステップと、
画像を順次に取得する第6のステップと、
を上記画像処理装置に実行させ、
上記第2のステップにおいては、上記第1のステップでエッジを強調された画像中の上記第5のステップで特定された領域に含まれる画素の値に基づいて、上記評価値を取得し、
上記第1のステップにおいては、上記第6のステップで取得される画像のエッジを順次に強調し、
上記第2のステップにおいては、上記第6のステップで取得される画像の評価値を順次に取得し、
上記第3のステップは、
上記第6のステップで順次に取得される画像の評価値と第1のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、上記取得された画像に含まれるエッジの強度及び/又は量が第1の基準に達しているか否かを判定する第7のステップと、
上記第7のステップで上記第1の基準に達していると判定された画像が連続して所定数取得された場合、当該所定数の画像の評価値に基づいて、上記第1の基準を超える第2の基準を定める第2のしきい値を決定し、当該所定数の画像の何れか1つ若しくは当該所定数の画像に続いて取得される画像の評価値と上記第2のしきい値とを比較し、当該比較結果に基づいて、当該比較対象の画像に上記被写体の像が含まれるか否かを判定する第8のステップと
を含むプログラム。
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