JP5026456B2

JP5026456B2 - 生体認証装置

Info

Publication number: JP5026456B2
Application number: JP2009081648A
Authority: JP
Inventors: 浩岸田
Original assignee: Hitachi Solutions Ltd
Current assignee: Hitachi Solutions Ltd
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2029-03-30
Also published as: JP2010231745A

Description

本発明は、生体内にある静脈情報を用いて本人認証を実施する生体認証装置に関するものである。

生体認証では何らかの方法で生体の情報を検出する必要がある。静脈認証では血中ヘモグロビンが赤外光のある特定の波長を吸収する特徴を利用し、静脈の有無を撮影装置で検出し、画像処理技術で登録時の画像と認証時の画像を照合し、登録時の画像と同じであるかによって本人認証を行なっている。
生体認証において取得される画像は生体を扱うことから一意に各種パラメータを決定できない難しさがあり、これらが“本人拒否”などの一因となっている。
例えば、指静脈で考えた場合、指太さ、静脈の太さや密度、静脈以外での赤外線の吸収率の差などが挙げられ、これらは個々人でさまざまである。

そこで、画像取得時に個々人の差を極力排除し、照合時に適当な画像を取得する必要があり、従来技術として大規模にデータを収集して統計学的手法によって、各種パラメータを決定する方法が知られている。
取得画像に関しては得られた画像全体の平均輝度が前述で得られたパラメータ（閾値）となるよう調整され、平均輝度が一定の画像を取得し、照合を行なう。
従来、下記の特許文献１に開示された個人認証装置がある。

特開２００７−１３３６２３

しかし、指太さ、静脈の太さや密度、静脈以外での赤外線の吸収率の差などが有るにもかかわらず、大規模にデータを収集し、専ら統計学的手法によって、統計分布の一部乃至は大部分を占めるように各種パラメータを決定しているために、範囲から除外されるケースが発生する。この場合、全体の輝度平均は同じであっても、全体にコントラストの低い画像、またはコントラストが高い画像が取得できるために、特にコントラストの低い画像では静脈が明瞭に撮影できないことによって、最悪の場合は認証できない状況が生じている。

本発明の目的は、指太さ、静脈の太さや密度、静脈以外での赤外線の吸収率の差などがあっても、画像取得時に個々人の差を極力排除し、照合時に適当な画像を取得することによって、指静脈と指のその他の部分のコントラストが明瞭に撮影可能な生体認証装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、撮影対象の生体に対して赤外光を照射する照明装置と、生体を透過した赤外光による生体画像を撮影する撮影装置と、撮影した生体画像によって本人認証を実施する制御装置とから構成された生体認証装置であって、
前記照明装置が、前記撮影装置の撮影範囲を複数区画に分割した分割エリアに対応した複数の照明手段を備え、
前記制御装置が、前記複数の照明手段の出力光量を初期値に設定した後、前記撮影装置で撮影した分割エリア全体の生体画像の平均輝度を求め、その平均輝度が予め設定された閾値以内になったならば各分割エリアの平均輝度の最大値、最小値の差が最も大きくなる前記照明手段の出力光量の調整値を検出し、この調整値での出力光量の状態で前記撮影装置により認証用の生体画像を撮影するように制御する手段を備えることを特徴とする。
また、前記制御装置が、前記平均輝度が予め設定された閾値以内になったとき、前記照明装置の出力を制御する調整値が予め設定された第２の閾値を超えていたならば、各分割エリアの平均輝度の最大値、最小値の差が最も大きくなる前記照明手段の出力光量の調整値を検出する処理を実行せずに前記認証用の生体画像を撮影するように制御する手段を備えることを特徴とする。
また、前記生体が指静脈であることを特徴とする。

本発明によれば、コントラストの低い画像では静脈が明瞭に撮影できないという現象に着目し、分割エリアの平均輝度の最大値と最小値の差が最大になるように照明装置の各分割エリアの照明出力を制御し、その制御状態で認証用の生体画像を撮影するように構成したため、静脈が明瞭になったコントラストの高い生体画像が得られる。
これにより、とりわけ指の細い人、静脈の細い人など、従来では静脈を撮影し難かった生体に対して有効なものとなり、認証精度の向上を図ることが可能である。

本発明に係る第１の実施形態を示すブロック構成図である。本発明の画像処理の説明図である。本発明に係る認証処理の手順を示すフローチャートである。本発明に係る認証処理の他の実施形態を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施する場合の第１の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る生体認証装置の第１の実施形態を示すブロック構成図である。
この実施形態の生体認証装置は、撮影対象の生体１０３に対して赤外光を照射する照明装置１０１と、生体１０３を通過した赤外光１０７を検出し、生体１０３の２次元画像を取得する撮影装置１０２と、照明装置１０１の出力光量の調整を行なうと共に、撮影装置１０２で撮影した生体１０３の２次元画像と記憶装置１０５に登録された同一ユーザの２次元画像とを比較し、本人認証を実施し、認証結果１０８を出力する制御装置１０４とから構成されている。

ここで、照明装置１０１は図１（ｂ）に示すように、生体１０３に対する撮影範囲が３×３個の分割区画１０１１−１〜１０１１−９に分割され、各区画毎に赤外光発光ダイオード（以下、赤外光ＬＥＤ）が設けられ、生体１０３に照射する赤外光の出力（輝度）を区画毎に独立して制御可能に構成されている。すなわち、赤外光の出力を３×３個の区画毎に調光可能に構成され、生体１０３を通過した赤外光１０７による２次元画像を撮影するように構成されている。
この構成によれば、撮影装置１０２は３×３個の調光区画に対応した仮想的な分割撮影用の分割マスク２０２を備え、赤外光１０７による２次元画像を仮想的な分割マスク２０２を通して撮影しているのと等価になる。

図２は、本実施形態での画像処理の概要を示すものであり、撮影装置１０２で取得される２次元画像２０１に対して、分割マスク２０２を適用し、分割マスク２０２の各エリアＡ１〜Ｃ３の平均輝度２０４を求める。
平均輝度を求める手法は既知であるが、例えば簡易な方法として１画素１ビットのビットマップ形式として、静脈部分を黒＝“１”としてビットカウンタで黒画素数を求め、エリアの画素数（ビット数）で割ることで求めることが出来る。また、処理を高速化するために各エリアの画素数を同じにすれば前述のエリアの画素数（ビット数）で割る必要はなく高速化可能である。
前述で得られた各エリアの平均輝度２０４は各エリア同士総当りで比較され、最も輝度差が出るように照明装置１０１の出力を調整する。この例ではＢ２＝２００、Ｃ２＝３０が最大値、最小値であり、静脈が多く存在するエリアは大きい値が、静脈が少ないエリアでは小さな値が得られ、コントラスト良く画像を取得可能である。

図３は、認証処理の手順を示すフローチャートである。
先ず、最初の画像を取得するために照明装置１０１を適当な値で出力するように調整値＝初期値に調整する（ステップ３０１）。
照明装置１０１を調整する場合の調整値は後の制御を最小２乗法にすることを想定し、中央付近とする。制御方法を帰納法や演繹法を用いる場合、上限、下限の間で決定しても良い。
照明装置１０１の出力調整後、撮影装置１０２から２次元画像を取得した後、次に白黒２値画像に変換する（ステップ３０３）。
そして、白黒２値画像の全体の平均輝度を算出し（ステップ３０４）、平均輝度が設定された閾値内であるかを判定する（ステップ３０５）。判定結果がＮｏの場合、照明装置１０１の出力を調整する処理を繰り返し、閾値内になるように照明装置１０１の出力を調整する。
全体の平均輝度が設定された閾値内になったならば、白黒２値画像に対し、分割マスク２０２を適用し（ステップ３０５）、分割マスク２０２の各エリアの平均輝度を算出する（ステップ３０６）。

次に、各エリアの平均輝度のうち最大値と最小値を求める（ステップ３０８）。
次に、照明装置１０１の出力を調整し（ステップ３０９）、再び各エリアの平均輝度のうち最大値と最小値を求める（ステップ３１０〜３１４）。
そして、前回より差（最大値と最小値の差）が大きいか否かを判定し（ステップ３１５）大きい場合はステップ３０９に戻って照明装置１０１の出力を調整し直し、再び各エリアの平均輝度のうち最大値と最小値を求める。
前回より差が小さい場合は、前回の調整値に戻し、照明装置１０１の出力を前回の調整値による出力に固定する（ステップ３１６）。

照明装置１０１の出力が固定された状態で２次元画像を取得し、白黒２値画像に変換の後（ステップ３１８）、最終画像を取得する（ステップ３１９）。
このように、照明装置１０１の出力を、分割撮影用のエリアの平均輝度の最大値と最小値の差が最大になるように調整し、この状態で認証用の静脈画像を撮影することにより、静脈とその他の部分のコントラストが明瞭になった認証用の静脈画像をえることができる。
そして、この静脈画像と記憶装置１０５に事前に登録された登録画像と比較することにより、本人であるか否かを認証することができる。

図４は、本発明の他の実施形態を示すフローチャートである。
ここでの処理は、図３の平均輝度が閾値以内かを判定するステップ３０５と、分割マスクを適用するステップ３０６との間に、白黒２値画像が明瞭かどうかを判定するステップを追加したものである。
明瞭な画像の判断は、全体の平均輝度が設定された閾値内であり、このときの照明装置１０１の調整値がある値（第２の閾値）よりも大きい場合、明瞭であると判断する。これは、比較的指が太い場合や静脈が太い場合、赤外線の吸収率が高い傾向にあるので、この特質を利用すると撮影装置１０２で取得した画像全体の平均輝度がある範囲に入っている場合、照明装置１０１の出力を大きくする必要があり、これらの動作から明瞭な画像の判断が可能である。

明瞭な画像かを判断した結果、明瞭であると判定した場合にはステップ３１９に進み、最終的な画像を取得（撮影）する（ステップ３１９）。
しかし、明瞭でないと判断された場合は図３と同様の処理を行い、明瞭な画像にすることで、静脈とその他の部分のコントラストが明瞭になった撮影画像を得ることができる。
このようにすることにより、処理を高速化することができる。

１０１…照明装置
１０２…撮影装置
１０３…生体
１０４…制御装置
１０５…記憶装置
２０１…撮影された２次元画像
２０２…分割マスク

Claims

撮影対象の生体に対して赤外光を照射する照明装置と、生体を透過した赤外光による生体画像を撮影する撮影装置と、撮影した生体画像によって本人認証を実施する制御装置とから構成された生体認証装置であって、
前記照明装置が、前記撮影装置の撮影範囲を複数区画に分割した分割エリアに対応した複数の照明手段を備え、
前記制御装置が、前記複数の照明手段の出力光量を初期値に設定した後、前記撮影装置で撮影した分割エリア全体の生体画像の平均輝度を求め、その平均輝度が予め設定された閾値以内になったならば各分割エリアの平均輝度の最大値、最小値の差が最も大きくなる前記照明手段の出力光量の調整値を検出し、この調整値での出力光量の状態で前記撮影装置により認証用の生体画像を撮影するように制御する手段を備えることを特徴とする生体認証装置。
前記制御装置が、前記平均輝度が予め設定された閾値以内になったとき、前記照明装置の出力を制御する調整値が予め設定された第２の閾値を超えていたならば、各分割エリアの平均輝度の最大値、最小値の差が最も大きくなる前記照明手段の出力光量の調整値を検出する処理を実行せずに前記認証用の生体画像を撮影するように制御する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
前記生体が指静脈であることを特徴とする請求項１または２に記載の生体認証装置。