JP5147745B2 - 画像取得装置および認証装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、生体認証に用いられる画像取得装置および認証装置に関するものである。

指紋認証をはじめとする生体認証装置では、予めユーザから読み取った生体の特徴情報を登録データ２９１として記憶しておき、認証時にユーザから読み取った特徴情報を照合データとして照合データと登録データ２９１との一致度を評価し、ユーザが正当であるか否かを判定する。

しかし、登録時および認証時に必ずしも良質の生体画像データが得られるとは限らない。例えば、指紋のパターンは、皮膚の乾燥、湿り気または健康状態などによって不鮮明になり、撮像装置に読み取られにくくなる。そして、撮像された画像に写った指紋のパターンにかすれやつぶれが生じる。このため、撮像された画像から画像処理によって得られる特徴情報の品質が低下し、結果として認証精度が低下する場合がある。

指紋などの生体から高品質の入力画像を得るための従来技術として、画像信号の増幅のゲインを制御して画像の輝度を飽和の直前まで高める技術がある（特許文献１）。
本従来技術は、複数回の撮像を行うものであり、前回までの入力画像の輝度分布を解析し、次回撮像時の最適なゲイン値を決定するものである。本従来技術は、ゲイン値を制御するための指標として、画像の平均輝度値を用いている。
撮像された画像には、生体の情報を示す信号成分（指紋の場合は、その隆線情報）に、撮像素子の熱雑音、電子回路上の電気的ノイズ、Ａ／Ｄ変換する際の量子化ノイズなどのノイズ成分が重畳されている。装置の認証性能は、信号成分とノイズ成分とが重畳された入力画像から、いかに正確に信号成分のみを抽出するかが重要である。つまり、ノイズ成分に比べて信号成分の方が十分大きい場合には高い認証性能を得られるが、ノイズ成分に比べて信号成分が小さい場合には高い認証性能を得られない。
本従来技術で用いている平均輝度値は、ノイズ成分と信号成分とが重畳されたままの状態で求められる値であり、信号成分がノイズ成分に比べて十分な大きさを持っているかどうかを表す指標ではない。例えば、指紋パターンが薄い、つまり信号成分の小さな指を撮像した場合、平均輝度値を大きくするためにゲインを大きくしても、ノイズ成分も同程度増幅される。結果として、ノイズ成分と信号成分との比率は変わらないため、信号成分のみを正確に抽出することは困難である。
よって、本従来技術では、必ずしも認証性能を高められるわけではないという課題があった。

一方、そのような場合でも認証精度を改善するためには、認証結果に直結している特徴情報の品質を評価基準にして撮像装置を制御すればよいと考えられる。
特徴情報の品質評価を行う技術として、低品質な領域の重み付けを下げて認証精度を改善する技術がある（特許文献２）。
しかし、評価値を撮像装置の制御に用いて低品質な領域を入力段階から減らし、特徴情報の品質改善のために適用する、という技術は示されていない。

特開平１０−２４０９１３号公報 特開２００７−１０２４２２号公報 特許第４０２０２０２号公報

「Ａ．Ｍｏｎｄｅｎ，Ｓ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，"Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ａｃｃｉｄｅｎｔａｌ Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ，"ＭＶＡ２００２，ｐｐ．１２４−１２７，Ｄｅｃ１１−１３，２００２」

指紋パターンが薄い場合にも品質の高い特徴情報を抽出するには、画像のＳｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ比（Ｓ／Ｎ比）を高めるような制御が必要である。Ｓ／Ｎ比に寄与する撮像装置または画像処理の制御要素としては、光源の光量、絞り開放量（撮像素子が光学カメラの場合）や露光時間など入射光量を制御する値、連続撮像した複数の画像を取り込んで加算や平均化演算を行う処理等がある。しかし、Ｓ／Ｎ比改善の代償として、光量の増加に伴う眩しさ、露光時間や連続撮像枚数の増加に伴う利用者の指の静止時間の増加等、利用者の快適性が低下するという側面がある。
したがって、Ｓ／Ｎ比を高めるために単に光量や撮像枚数を増やしてしまうと、多くの利用者において快適性が低下してしまう。
快適性の低下は必要最小限の利用者にとどめることが望ましいが、どのように必要最小限の利用者にとどめるかという事に関する技術はこれまで示されていない。
したがって、利用者の生体の状態に応じて、入力画像の品質とユーザの操作性とのバランスを保ちつつ、ゲイン制御のできる生体認証装置が望まれる。

本発明は、例えば、このような課題を解決するためになされたものであり、大多数の利用者に対して不必要に快適性を損ねることなく、また生体の状態が良くない場合にも快適性の低下を必要最小限にとどめつつ、認証精度を向上するものである。

本発明の画像取得装置は、撮像装置により撮像された画像を取得する画像取得部と、前記画像取得部により取得された画像が所定の条件を満たしているかＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて判定する画像判定部と、前記画像判定部により前記画像が所定の条件を満たしていないと判定された場合、前記撮像装置の制御値であり前記撮像装置により撮像される画像のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ比）を変更するＳ／Ｎ比制御値をＣＰＵを用いて変更し、前記撮像装置に画像を新たに撮像させるＳ／Ｎ比制御値変更部とを備え、前記画像取得部は、前記撮像装置により新たに撮像された画像を取得する。

本発明によれば、画像から抽出される特徴情報の品質を評価値として、認証に十分な所定の品質値に満たない場合には、Ｓ／Ｎ比に寄与する制御要素（Ｓ／Ｎ比制御値）の割合を高めて画像のＳ／Ｎ比を高めることができる。
これにより、例えば、大多数の利用者に対して不必要に快適性を損ねることなく、また生体の状態が良くない場合にも快適性の低下を必要最小限にとどめつつ、認証精度を向上することができる。

なお、他の制御要素として電気的に信号増幅するアナログアンプ制御値や入力画像の輝度値にソフトウェア的に掛ける倍数値等が存在するが、これらは利用者の快適性を損ねずＳ／Ｎ比に寄与しないため、上記の「Ｓ／Ｎ比に寄与する制御要素」には含まない。

実施の形態１における生体認証装置９００の構成図。 実施の形態１における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャート。 実施の形態１における総合ゲイン決定処理（Ｓ１１０）を示すフローチャート。 実施の形態１におけるＧｌ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］とＳ／Ｎ比と快適性との関係を示すグラフ。 実施の形態１におけるＧｔ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］とＳ／Ｎ比と快適性との関係を示すグラフ。 実施の形態１におけるＧｎ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］とＳ／Ｎ比と快適性との関係を示すグラフ。 実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャート。 実施の形態２における認証再試行処理（Ｓ１８０）を示すフローチャート。 実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャートの別例。 実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャートの別例。 実施の形態３における生体認証装置９００の構成図。 実施の形態３における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャート。 実施の形態３におけるゲイン要素比率決定処理（Ｓ１９０）を示すフローチャート。

実施の形態１．
撮像装置で生体画像を撮像し、撮像した生体画像から得られた特徴情報の品質を評価し、特徴情報の品質が悪い場合には撮像装置を調整して生体画像を撮像し直し、撮像し直した生体画像から得られる品質の良い特徴情報に基づいて生体認証を行う生体認証装置について説明する。

図１は、実施の形態１における生体認証装置９００の構成図である。
実施の形態１における生体認証装置９００の構成について、図１に基づいて以下に説明する。

生体認証装置９００は、撮像装置１００、認証処理装置２００およびユーザＩ／Ｆ装置９０２（Ｉ／Ｆ：インタフェース）を備える。

撮像装置１００は、光源装置１１０および画像生成装置１２０を備え、利用者の指９０１を撮像する。

光源装置１１０は、第１光源１１１、第２光源１１２および光源制御部１１３を備え、光源装置１１０に挿入された利用者の指９０１に光を照射する。
第１光源１１１は、光源装置１１０の上部に設けられ、指９０１に上部から光を照射する。第１光源１１１は、指９０１に光を透過させる透過型の照明である。
第２光源１１２は、光源装置１１０の下部に設けられ、指９０１に下部から光を照射する。第２光源１１２は、指９０１に光を反射させる反射型の照明である。
光源制御部１１３は、第１光源１１１から照射する光の光量と第２光源１１２から照射する光の光量とをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて制御する。光量Ｇｌは、制御値としてメモリに定義されている。

画像生成装置１２０は、撮像素子１２１、信号処理回路１２２、画像生成部１２３および撮像制御部１２４を備える。
撮像素子１２１は、第１光源１１１から照射されて指９０１を透過した光および第２光源１１２から照射されて指９０１に反射した光を感知し、感知した光を電荷（電子）に変換し、変換した電荷を蓄積し、蓄積した電荷をアナログの画像信号（画像を表す電気信号）として出力する。
信号処理回路１２２は、撮像素子１２１から出力されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換する。信号処理回路１２２はオペアンプなどを備える。
画像生成部１２３は、撮像素子１２１により複数回出力された画像信号（アナログ）から変換された複数の画像信号（デジタル）を信号処理回路１２２から入力し、入力した複数の画像信号を重ね合わせて１枚の画像（デジタルデータ）をＣＰＵを用いて生成する。画像生成部１２３により生成された画像は、利用者の指９０１の指紋を表す。
撮像制御部１２４は、撮像素子１２１の蓄積時間Ｇｔおよび絞り量Ｇｓ、信号処理回路１２２のアナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄ、画像生成部１２３の画像加算枚数ＧｎおよびソフトウェアゲインＧｓ１を調整する。
蓄積時間Ｇｔは撮像素子１２１の光を入射する露光時間であり、絞り量Ｇｓは撮像素子１２１に入射する光量を調整する量である。アナログゲインＧａはアナログの画像信号の増幅値であり、デジタルゲインＧｄはデジタルの画像信号の増幅値である。画像加算枚数Ｇｎは１枚の画像を生成するために重ね合わせる画像信号の数であり、ソフトウェアゲインＧｓ１は画像を最終調整する値である。
蓄積時間Ｇｔ、絞り量Ｇｓ、アナログゲインＧａ、デジタルゲインＧｄ、画像加算枚数ＧｎおよびソフトウェアゲインＧｓ１は、制御値としてメモリに定義されている。

撮像装置１００は、第１光源１１１と第２光源１１２とが光を照射し、撮像素子１２１がアナログの画像信号を出力し、信号処理回路１２２がアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換し、画像生成部１２３がデジタルの画像信号から画像を生成することにより、画像を撮像する。
撮像装置１００は、画像を撮像する際、光源制御部１１３が定義されている光量Ｇｌに基づいて第１光源１１１と第２光源１１２とを制御し、撮像制御部１２４が定義されている蓄積時間Ｇｔ、絞り量Ｇｓ、アナログゲインＧａ、デジタルゲインＧｄ、画像加算枚数ＧｎおよびソフトウェアゲインＧｓ１に基づいて撮像素子１２１、信号処理回路１２２および画像生成部１２３を制御する。
光量Ｇｌ、蓄積時間Ｇｔ、絞り量Ｇｓ、アナログゲインＧａ、デジタルゲインＧｄ、画像加算枚数ＧｎおよびソフトウェアゲインＧｓ１は、認証処理装置２００により変更される。

認証処理装置２００（認証装置の一例）は、生体画像取得部２１０（画像取得部の一例）、特徴情報抽出部２２０、抽出情報品質評価部２３０（画像判定部の一例）、個人認証部２４０（認証処理部の一例）、ゲイン要素比率決定部２５０（Ｓ／Ｎ比制御値変更部の一例）、総合ゲイン決定部２６０（総合制御値決定部の一例）および登録データ記憶部２９０を備える。

生体画像取得部２１０は、撮像装置１００から利用者の指９０１を写した画像（以下、「生体画像１０１」という）を取得する。

特徴情報抽出部２２０は、生体画像取得部２１０により取得された生体画像１０１から生体画像１０１に含まれる特定の特徴情報１０２をＣＰＵを用いて抽出する。
例えば、特徴情報１０２とは、指９０１にある隆線および谷線の成分（分岐点、端点、コントラスト、パターン）である。

抽出情報品質評価部２３０は、特徴情報抽出部２２０により抽出された特徴情報１０２に基づいて、生体画像１０１が所定の条件を満たしているかＣＰＵを用いて判定する。所定の条件とは、特徴情報１０２が認証処理に必要な所定の品質レベルを満たすことである。例えば、品質レベルは、画像の輝度（色成分）を周波数で表して得られる隆線の周波数成分の量、隆線および谷線のコントラスト、隆線および谷線の分岐点や端点の数などに基づいて特定される。

個人認証部２４０は、抽出情報品質評価部２３０により生体画像１０１が所定の条件を満たしていると判定された場合、特徴情報１０２に基づいてＣＰＵを用いて認証処理を行う。
認証処理において、個人認証部２４０は、特徴情報１０２を登録データ記憶部２９０に予め登録されている登録データ２９１と照合し、照合した結果、特徴情報１０２と合致する登録データ２９１が有れば「認証ＯＫ（認証許可）」と判定し、特徴情報１０２と合致する登録データ２９１が無ければ「認証ＮＧ（認証不許可）」と判定する。
「認証ＯＫ」は利用者が登録されている正規利用者であることを意味し、「認証ＮＧ」は利用者が登録されていない非正規利用者であることを意味する。

ゲイン要素比率決定部２５０は、抽出情報品質評価部２３０により生体画像１０１が所定の条件を満たしていないと判定された場合、生体画像１０１のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ比）を向上させるように撮像装置１００の制御値（光量Ｇｌ、蓄積時間Ｇｔ、絞り量Ｇｓ、アナログゲインＧａ、デジタルゲインＧｄ、画像加算枚数Ｇｎ、ソフトウェアゲインＧｓ１など）をＣＰＵを用いて変更し、撮像装置１００に生体画像１０１を新たに撮像させる。

総合ゲイン決定部２６０は、生体画像取得部２１０により予め取得された生体画像１０１の画素レベルに基づいて特定値を総合ゲインＧ_ａｌｌとしてＣＰＵを用いて決定する。
総合ゲインは生体画像１０１の明るさに対応する値であり、総合ゲインＧ_ａｌｌが同じであれば撮像装置１００の制御値が変更されても生体画像１０１の明るさは変わらない。総合ゲイン決定部２６０は、生体画像１０１の輝度分布が光量不足や飽和状態でない最適状態になるように総合ゲインＧ_ａｌｌを決定する。最適状態とは、生体画像１０１の輝度分布のダイナミックレンジが特徴情報１０２を抽出可能な最大限の値範囲に拡大されており、かつ輝度の飽和により生体画像１０１の画像パターンがつぶれない状態である。
撮像装置１００の各制御値は各制御値の積が総合ゲインＧ_ａｌｌと同じ値になるように決定される。

登録データ記憶部２９０は、予め撮像された特定の利用者（正規利用者）の生体画像から抽出された特徴情報が登録データ２９１として予め記憶される記憶部であり、登録データ２９１を記憶媒体を用いて記憶する記憶機器である。

ユーザＩ／Ｆ装置９０２は、利用者に所定のメッセージを通知する装置である。
例えば、ユーザＩ／Ｆ装置９０２は、ディスプレイ装置を備え、認証処理の結果や認証処理の再試行を通知するメッセージをディスプレイ装置に表示する。

撮像装置１００および認証処理装置２００はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび通信ボードを備える（図示省略）。ＣＰＵは、バスを介してこれらのハードウェアデバイスを制御する。

通信ボードは、有線または無線で、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットまたは電話回線などの通信網に接続されている。

ＲＯＭまたはＲＡＭには、ＯＳ（オペレーティングシステム）、プログラム、各種データが記憶されている。
プログラムは、ＣＰＵにより実行され、実施の形態において「〜部」として説明する機能を撮像装置１００、認証処理装置２００（コンピュータの一例）に実行させるものである。
撮像装置１００の各制御値、生体画像１０１、特徴情報１０２、認証結果および登録データ２９１は、各種データの一例である。

「〜部」は、ファームウェア、ソフトウェア、ハードウェアまたはこれらの組み合わせにより構成される。

図２は、実施の形態１における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャートである。
実施の形態１における生体認証装置９００の生体認証方法について、図２に基づいて以下に説明する。
各「〜部」は、以下に説明する各処理をＣＰＵを用いて実行する。

総合ゲイン決定部２６０は総合ゲインを決定し（Ｓ１１０）、ゲイン要素比率決定部２５０は総合ゲインに基づいてゲイン要素比率（撮像装置１００の制御値）を決定する（Ｓ１２０）。
撮像装置１００はゲイン要素比率に対応する制御値に基づいて生体画像１０１を撮像し（Ｓ１３０）、生体画像取得部２１０は撮像装置１００から生体画像１０１を取得する（Ｓ１３１）。
特徴情報抽出部２２０は生体画像１０１から特徴情報１０２を抽出し（Ｓ１４０）、抽出情報品質評価部２３０は特徴情報１０２を品質評価する（Ｓ１５０）。
特徴情報１０２が「品質ＮＧ」であり（Ｓ１５１）、ゲイン要素比率を変更可能である場合（Ｓ１５２）、ゲイン要素比率決定部２５０はゲイン要素比率を変更する（Ｓ１６０）。処理はＳ１３０に戻る。
特徴情報１０２が「品質ＯＫ」である場合（Ｓ１５１）、個人認証部２４０は特徴情報１０２に基づいて認証処理を実行し、ユーザＩ／Ｆ装置９０２を用いて認証結果を利用者に通知する（Ｓ１７０）。
以下に、各処理（Ｓ１１０〜Ｓ１７０）の詳細について説明する。

＜Ｓ１１０：総合ゲイン決定処理＞
総合ゲイン決定部２６０は、生体画像１０１の明るさを定める総合ゲインを決定する。

図３は、実施の形態１における総合ゲイン決定処理（Ｓ１１０）を示すフローチャートである。
実施の形態１における総合ゲイン決定処理（Ｓ１１０）について、図３に基づいて以下に説明する。

撮像装置１００は総合ゲイン決定用に生体画像１０１を撮像し（Ｓ１１１）、生体画像取得部２１０は撮像装置１００から生体画像１０１を取得し（Ｓ１１２）、総合ゲイン決定部２６０は生体画像１０１の最大画素レベルを特定し（Ｓ１１３）、総合ゲイン決定部２６０は生体画像１０１の最大画素レベルに基づいて総合ゲインを決定する（Ｓ１１４）。
以下に、各処理（Ｓ１１１〜Ｓ１１４）の詳細について説明する。

＜Ｓ１１１＞
撮像装置１００は、総合ゲイン決定用に生体画像１０１を撮像する。このとき、撮像装置１００の制御値として所定の制御値（以下、「総合ゲイン決定用制御値」という）が用いられる。
総合ゲイン決定用制御値は、生体画像１０１に飽和画素が含まれないような低めの値である。
総合ゲインは生体画像１０１の解像度が高くなくても決定できるため、撮像装置１００は高速撮像モードで総合ゲイン決定用の生体画像１０１を撮像しても構わない。高速撮像モードとは、画像の走査ラインを間引く、画素値を間引く、部分画像をＣＰＵに転送する、露光時間を減らすなどの特定の動作により、ＣＰＵへの画像データの転送時間や露光時間を減らし、高速に撮像を行うモードである。高速撮像モードは、撮像素子がＣＭＯＳタイプまたはＣＣＤタイプである撮像装置に一般的に備わる機能である。高速撮像モードにより撮像された画像は、画質が低品質であり、ドラフト画像と呼ばれる。
Ｓ１１１の後、処理はＳ１１２に進む。

＜Ｓ１１２＞
生体画像取得部２１０は、Ｓ１１１において撮像された生体画像１０１を撮像装置１００から取得する。
Ｓ１１２の後、処理はＳ１１３に進む。

＜Ｓ１１３＞
総合ゲイン決定部２６０は、Ｓ１１２において取得された生体画像１０１をスキャンし、生体画像１０１の最大画素レベルを特定する。画素レベルとは、画素の輝度（色成分値）を示す値（例えば、白黒を８ビットで表す場合は「０〜２５５」）のことである。
例えば、総合ゲイン決定部２６０は、生体画像１０１の全画素の中で一番大きな画素レベルを最大画素レベルとして特定する。
また例えば、総合ゲイン決定部２６０は、飽和画素を少し許容することにより生体画像１０１を不鮮明にすることなくダイナミックレンジを拡大することができる場合、生体画像１０１の全画素分布の上位Ｎパーセンタイル値（Ｎは「１」以下が好ましい）を最大画素レベルとして特定する。
上位Ｎパーセンタイル値とは、データ（ここでは、各画素の画素レベル）を値順に並べたときに、上位Ｎ％のデータの次に大きなデータの値のことである。つまり、上位Ｎパーセンタイル値より大きな値を持つデータの数は全データ数のＮパーセントに相当する。例えば、１００画素の生体画像１０１の上位１パーセンタイル値は、２番目に大きな画素レベルの値である。
Ｓ１１３の後、処理はＳ１１４に進む。

＜Ｓ１１４＞
総合ゲイン決定部２６０は、最大画素レベルＩ_ｐｅａｋを用いて以下の式１を計算し、総合ゲインＧ_ａｌｌを決定する。

Ｇ_ａｌｌ＝（Ｉ_ｍａｘ／Ｉ_ｐｅａｋ）×Ｇ_０＜式１＞

式１において、「Ｉ_ｍａｘ」は画素レベルの最大値（画素レベルが８ビットで表される場合は「２５５」）であり、「Ｇ_０」はＳ１１１で用いられた総合ゲイン決定用制御値に含まれる各制御値（光量、光量、絞り量、アナログゲイン、デジタルゲインおよび画像加算枚数など）の積である。
Ｓ１１４の後、総合ゲイン決定処理（Ｓ１１０）は終了する。

図２において、生体認証方法の説明を続ける。
Ｓ１１０の後、処理はＳ１２０に進む。

＜Ｓ１２０＞
ゲイン要素比率決定部２５０は、総合ゲインＧ_ａｌｌに基づいてゲイン要素比率を決定する。
ゲイン要素とは撮像装置１００の各制御値のことであり、ゲイン要素比率とは総合ゲインＧ_ａｌｌ（総合制御値の一例）に対する撮像装置１００の各制御値の比率のことである。ゲイン要素比率決定部２５０は、撮像装置１００の各制御値を掛け合わせた値が総合ゲインＧ_ａｌｌになるように撮像装置１００の各制御値を決定する。ゲイン要素比率の決定は、撮像装置１００の各制御値の決定を意味する。

Ｓ１２０で決定される撮像装置１００の制御値は、光源装置１１０の光量Ｇｌ、撮像素子１２１の蓄積時間Ｇｔ、撮像素子１２１の絞り量Ｇｓ、信号処理回路１２２のアナログゲインＧａ、信号処理回路１２２のデジタルゲインＧｄ、画像生成部１２３の画像加算枚数Ｇｎおよび画像生成部１２３のソフトウェアゲインＧｓ１である。

光量Ｇｌ、蓄積時間Ｇｔ、絞り量Ｇｓおよび画像加算枚数Ｇｎ（それぞれＳ／Ｎ比制御値の一例）の値が大きいほど、生体画像１０１のＳ／Ｎ比が高くなる（改善・向上する）。
アナログゲインＧａ、デジタルゲインＧｄおよびソフトウェアゲインＧｓ１（それぞれ非Ｓ／Ｎ比制御値の一例）の値が大きいほど、生体画像１０１のＳ／Ｎ比が低くなる（悪化する）。アナログゲインＧａは電気信号レベルでのアナログ的な増幅値であり、デジタルゲインＧｄおよびソフトウェアゲインＧｓ１はデジタル量に離散化された後の増幅係数である。デジタルゲインＧｄおよびソフトウェアゲインＧｓ１は、離散化の丸め誤差ノイズにより増幅前の画像のダイナミックレンジが狭いために大きな値が必要なほどＳ／Ｎ比が低い。

ゲイン要素比率決定部２５０は、以下の式２〜式８を計算して、撮像装置１００の各制御値を撮像時の使用順に決定する。

Ｇｌ＝Ｍａｘ（Ｇｌ_ｍｉｎ，Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ，Ｍｉｎ（Ｇｌ_ｓｅｔ，Ｇｌ_ｍａｘ）））＜式２＞
Ｇｔ＝Ｍａｘ（Ｇｔ_ｍｉｎ，Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ／Ｇｌ，Ｍｉｎ（Ｇｔ_ｓｅｔ，Ｇｔ_ｍａｘ）））＜式３＞
Ｇｓ＝Ｍａｘ（Ｇｓ_ｍｉｎ，Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ／（Ｇｌ＊Ｇｔ），Ｇｓ_ｍａｘ））＜式４＞
Ｇａ＝Ｍａｘ（Ｇａ_ｍｉｎ， Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ／（Ｇｌ＊Ｇｔ＊Ｇｓ），Ｇａ_ｍａｘ））＜式５＞
Ｇｄ＝Ｍａｘ（Ｇｄ_ｍｉｎ，Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ／（Ｇｌ＊Ｇｔ＊Ｇｓ＊Ｇａ），Ｇｄ_ｍａｘ））＜式６＞
Ｇｎ＝Ｍａｘ（Ｇｎ_ｍｉｎ，Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ／（Ｇｌ＊Ｇｔ＊Ｇｓ＊Ｇａ＊Ｇｄ），Ｍｉｎ（Ｇｎ_ｓｅｔ， Ｇｎ_ｍａｘ）））＜式７＞
Ｇｓ１＝Ｍａｘ（Ｇｓ１_ｍｉｎ，Ｍｉｎ（Ｇ_ａｌｌ／（Ｇｌ＊Ｇｔ＊Ｇｓ＊Ｇａ＊Ｇｄ＊Ｇｎ）， Ｇｓ１_ｍａｘ））＜式８＞

式２〜式８において、Ｍａｘ（ａ，ｂ）は「ａ」と「ｂ」とのうち大きい方の値を選択することを意味し、Ｍｉｎ（ａ，ｂ）は「ａ」と「ｂ」とのうち小さい方の値を選択することを意味する。
「Ｇｘ_ｍｉｎ」および「Ｇｘ_ｍａｘ」（Ｇｘ：Ｇｌ、Ｇｔ、ＧＳ、Ｇａ、Ｇｄ、Ｇｎ、Ｇｓ１）は、生体認証装置９００のハードウェア的および生体画像１０１の画質的に問題のない値として予め定められたＧ_ｘの最小値および最大値である。
「Ｇｘ_ｓｅｔ」（Ｇｘ：Ｇｌ、Ｇｔ、Ｇｎ）は、Ｇｘのレベルとして予め定められた複数レベルから選択されたレベルにおけるＧｘの値である。例えば、Ｇｘの各レベルの値は、レベルと値とを関連付けた関数テーブル（以下、「Ｇｘ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］」と記す）で定義される。

図４は、実施の形態１におけるＧｌ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］とＳ／Ｎ比と快適性との関係を示すグラフである。
図５は、実施の形態１におけるＧｔ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］とＳ／Ｎ比と快適性との関係を示すグラフである。
図６は、実施の形態１におけるＧｎ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］とＳ／Ｎ比と快適性との関係を示すグラフである。

図４〜図６に示すように、Ｇｌ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］、Ｇｔ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］、Ｇｎ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］はレベルが上がるごとに値および生体画像１０１のＳ／Ｎ比が高くなる。但し、眩しさや静止時間の延長など利用者の快適性（または操作性）が低くなる。

画像加算枚数が「Ｎ」である場合、√Ｎ倍のＳ／Ｎ比改善効果がある（ノイズの主要因がアナログゲインＧａによる場合）。撮像素子１２１では蓄積時間Ｇｔがある長さを超えると画素の蓄積電荷が飽和するため、明るく撮像された場合に特に蓄積時間Ｇｔをのばせなくなる。定性的には撮像素子１２１での蓄積時間Ｇｔの増加と類似するが、画像加算用のバッファのビット深さを十分に取っておくと、理想的には何十倍でも蓄積時間Ｇｔを稼いでＳ／Ｎ比を改善できる。

各関数テーブルには、最大レベルの値として、利用者の快適性が所定の許容値を下回らないような値が定められる。
また、各関数テーブルには、最小レベル（レベル１）の値として、生体画像１０１のＳ／Ｎ比が大多数の利用者および利用環境において認証処理を行うのに十分な特徴情報１０２を抽出できる程度のＳ／Ｎ比となるような値が定められる。

図２のＳ１２０において、ゲイン要素比率決定部２５０は、以下の式９〜１１に示すように、Ｇｘ_ｓｅｔとしてＧｘ_ｄｅｆのレベル１の値を用いる。

Ｇｌ_ｓｅｔ＝Ｇｌ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ（１）］＜式９＞
Ｇｔ_ｓｅｔ＝Ｇｔ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ（１）］＜式１０＞
Ｇｎ_ｓｅｔ＝Ｇｎ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ（１）］＜式１１＞

上記は、ゲイン要素比率の決定方法の一例である。
例えば、ゲイン要素比率決定部２５０は、Ｓ／Ｎ比を改善するゲイン要素（Ｇｌ、Ｇｔ、Ｇｓ、Ｇｎ）から先に決定してもよい。

ゲイン要素比率決定部２５０は決定した制御値（ゲイン要素）を撮像装置１００に出力し、撮像装置１００はゲイン要素比率決定部２５０により出力された制御値を認証処理用の制御値としてメモリに設定する。
Ｓ１２０の後、処理はＳ１３０に進む。

＜Ｓ１３０＞
撮像装置１００は、Ｓ１２０において設定された認証処理用の制御値に基づいて、認証処理用の生体画像１０１を撮像する。
Ｓ１３０の後、処理はＳ１３１に進む。

＜Ｓ１３１＞
生体画像取得部２１０は、Ｓ１３０において撮像された生体画像１０１を撮像装置１００から取得する。
Ｓ１３１の後、処理はＳ１４０に進む。

＜Ｓ１４０＞
特徴情報抽出部２２０は、Ｓ１３１において取得された生体画像１０１から特徴情報１０２を抽出する。
例えば、特徴情報抽出部２２０は、特許文献３に開示されている技術により、生体画像１０１から特徴情報１０２を抽出する。
Ｓ１４０の後、処理はＳ１５０に進む。

＜Ｓ１５０＞
抽出情報品質評価部２３０は、Ｓ１４０において抽出された特徴情報１０２を品質評価（数値評価）し、特徴情報１０２の品質が認証処理（Ｓ１７０）において正しい認証結果を得られる品質（品質ＯＫ）であるか否か（品質ＮＧ）を判定する。

例えば、抽出情報品質評価部２３０は、Ｓ／Ｎ比を次のように擬似的に計算する。画像の輝度（色成分）を周波数で表した場合、ノイズ成分は高い周波数帯に表れ、信号成分（ノイズ成分以外の成分）は低い周波数帯に表れる。抽出情報品質評価部２３０は、生体画像１０１を周波数分析し、ノイズ成分に相当する高い周波数帯の成分の量と信号成分に相当する周波数帯の成分の量との比率を計算する。抽出情報品質評価部２３０は、信号成分の比率が所定値を満たす場合、特徴情報１０２の品質を「品質ＯＫ」と判定し、信号成分の比率が所定値に満たない場合、特徴情報１０２の品質を「品質ＮＧ」と判定する。例えば、特徴情報１０２の抽出対象が指紋の場合、隆線を表す画素の輝度が信号成分となる。

また例えば、抽出情報品質評価部２３０は、特徴情報１０２に基づいて、生体画像１０１が不明瞭であったため指紋の隆線部分と谷線部分とのコントラストが所定値に満たない領域を計算する。抽出情報品質評価部２３０は、計算した領域の面積比率が所定割合より大きい場合、特徴情報１０２の品質を「品質ＯＫ」と判定し、計算した領域の面積比率が所定割合以下である場合、特徴情報１０２の品質を「品質ＮＧ」と判定する。

また例えば、抽出情報品質評価部２３０は、特徴情報１０２に含まれる特徴点（隆線および谷線の分岐点や端点など）の数が認証処理に必要な最低限の数値を満たす場合、特徴情報１０２の品質を「品質ＯＫ」と判定し、特徴情報１０２に含まれる特徴点の数が認証処理に必要な最低限の数値に満たない場合、特徴情報１０２の品質を「品質ＮＧ」と判定する。例えば、抽出情報品質評価部２３０は、特徴情報１０２に含まれる特徴点の数に基づいて特徴情報１０２が他人の登録データ２９１と偶然一致する確率を計算する。そして、抽出情報品質評価部２３０は、計算した確率が所定値未満である場合、特徴情報１０２に含まれる特徴点の数が認証処理に必要な最低限の数値を満たすとして、特徴情報１０２の品質を「品質ＯＫ」と判定する。また、抽出情報品質評価部２３０は、計算した確率が所定値以上である場合、特徴情報１０２に含まれる特徴点の数が認証処理に必要な最低限の数値に満たないとして、特徴情報１０２の品質を「品質ＮＧ」と判定する。特徴情報１０２が他人の登録データ２９１と偶然一致する確率の計算方法として、非特許文献１を応用することができる。

抽出情報品質評価部２３０は、特徴情報１０２の代わりに、Ｓ１４０における特徴情報抽出処理の中間処理結果を品質評価しても構わない。

Ｓ１５０の後、処理はＳ１５１に進む。

＜Ｓ１５１＞
Ｓ１５０において「品質ＯＫ」と判定された場合、処理はＳ１７０に進む。
Ｓ１５０において「品質ＮＧ」と判定された場合、処理はＳ１５２に進む。

＜Ｓ１５２＞
ゲイン要素比率決定部２５０は、ゲイン要素比率を変更可能か判定する。
例えば、ゲイン要素比率決定部２５０は、Ｓ１２０において光量のＧｌ_ｓｅｔ、蓄積時間のＧｔ_ｓｅｔまたは画像加算枚数のＧｎ_ｓｅｔとして用いられた値がＧｘ_ｄｅｆ（Ｇｘ：Ｇｌ、Ｇｔ、Ｇｎ）に定義された最大レベルの値でない場合、ゲイン要素比率を変更可能と判定する。
また例えば、ゲイン要素比率決定部２５０は、既に所定回数以上、Ｓ１６０においてゲイン要素比率を変更した場合、ゲイン要素比率を変更不可と判定する。
また例えば、ゲイン要素比率決定部２５０は、撮像装置１００に指９０１が置かれてからの経過時間が所定時間を超えていない場合、ゲイン要素比率を変更可能と判定する。
ゲイン要素比率を変更可能な場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１６０に進む。
ゲイン要素比率を変更不可の場合（ＮＯ）、個人認証部２４０はユーザＩ／Ｆ装置９０２を用いて認証に失敗したこと（認証ＮＧ）を利用者に通知し、処理は終了する。

＜Ｓ１６０＞
Ｓ１５１において特徴情報１０２が「品質ＮＧ」（ＮＯ）であり、Ｓ１５２においてゲイン要素比率を変更可能（ＹＥＳ）である場合、ゲイン要素比率決定部２５０は、撮像装置１００に再撮像させる生体画像１０１のＳ／Ｎ比を改善するように、認証処理用のゲイン要素（撮像装置１００の制御値）を再決定する。
ゲイン要素比率決定部２５０は再決定した認証処理用のゲイン要素を撮像装置１００に出力し、撮像装置１００はゲイン要素比率決定部２５０から出力された認証処理用のゲイン要素をメモリに設定する。
Ｓ１６０において、光源装置１１０の光量、撮像素子１２１の蓄積時間、撮像素子１２１の絞り量、信号処理回路１２２のアナログゲイン、信号処理回路１２２のデジタルゲイン、画像生成部１２３の画像加算枚数および画像生成部１２３のソフトウェアゲインが変更される。

例えば、ゲイン要素比率決定部２５０は、Ｓ１２０と同様にして、認証処理用のゲイン要素を再決定する。このとき、ゲイン要素比率決定部２５０は、以下の式１２〜式１５に示すように、光量のＧｌ_ｓｅｔ、蓄積時間のＧｔ_ｓｅｔまたは画像加算枚数のＧｎ_ｓｅｔとして、ｄレベル上のＧｘ_ｄｅｆ（Ｇｘ：Ｇｌ、Ｇｔ、Ｇｎ）の値を用いる。ｄレベルの「ｄ」は、Ｓ１５０における特徴情報１０２の品質評価結果を「品質ＯＫ」と「品質ＮＧ」との２値論理としてとらえ、１または２以上の固定値にしてもよい。また、「ｄ」は、Ｓ１５０において特徴情報１０２が所定の基準値（信号成分の比率など）を下回った量に基づいて、決定されてもよい。「ｄ」は、特徴情報１０２が所定の基準値を下回った量が大きいほど、大きな値になる。

ｌｅｖｅｌ←ｌｅｖｅｌ＋ｄ＜式１２＞
Ｇｌ_ｓｅｔ＝Ｇｌ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］＜式１３＞
Ｇｔ_ｓｅｔ＝Ｇｔ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］＜式１４＞
Ｇｎ_ｓｅｔ＝Ｇｎ_ｄｅｆ［ｌｅｖｅｌ］＜式１５＞

Ｓ１６０において、光量のＧｌ_ｄｅｆ、蓄積時間のＧｔ_ｄｅｆおよび画像加算枚数のＧｎ_ｄｅｆのレベルが上がると、図４〜図６に示したように、各ゲイン要素（光量Ｇｌ、蓄積時間Ｇｔ、画像加算枚数Ｇｎ）に対応するＳ／Ｎ比が上昇する。生体画像１０１のＳ／Ｎ比は、各ゲイン要素それぞれに対応するＳ／Ｎ比の積（デシベル表現の場合は和）に比例する。このため、生体画像１０１のＳ／Ｎ比は、各ゲイン要素に対応するＳ／Ｎ比の上昇に応じて上昇する。
撮像装置１００による次回の撮像時、総合ゲインＧ_ａｌｌが変わらないため生体画像１０１の明るさは前回の明るさを維持するが、生体画像１０１のＳ／Ｎ比は前回より高くなる。

Ｓ１６０の後、処理はＳ１３０に戻り、変更された各制御値（ゲイン要素）に基づいて撮像装置１００により生体画像１０１が再撮像される。

＜Ｓ１７０＞
Ｓ１５１において特徴情報１０２が「品質ＯＫ」（ＹＥＳ）の場合、個人認証部２４０は、特徴情報１０２に基づいて認証処理を行う。
認証処理において、個人認証部２４０は、特徴情報１０２と登録データ記憶部２９０に記憶されている登録データ２９１とを比較照合し、特徴情報１０２と登録データ２９１との類似度（認証スコア）を計算する。個人認証部２４０は、特徴情報１０２と登録データ２９１との類似度が所定レベル以上であれば「認証ＯＫ」と判定し、特徴情報１０２と登録データ２９１との類似度が所定レベル未満あれば「認証ＮＧ」と判定する。
個人認証部２４０は、認証結果をユーザＩ／Ｆ装置９０２を用いて利用者に通知する。また、個人認証部２４０は、認証結果が「認証ＯＫ」である場合、所定の装置（例えば、電子錠装置）に「認証ＯＫ」であることを通知する。例えば、電子錠装置は、個人認証部２４０から「認証ＯＫ」の通知を受けた場合、施錠してあるドアを解錠し、利用者がドアから建物（または部屋）内に入ることを可能にする。
Ｓ１７０の後、処理は終了する。

以上のように、生体認証装置９００は、特徴情報１０２の品質評価値が認証処理を成功するレベルにない場合（品質ＮＧの場合）、次回撮像時の生体画像１０１のＳ／Ｎ比を上げるように撮像装置１００の各制御量を変更する。これにより、生体認証装置９００は、生体パターン（隆線や谷線）が薄いためノイズに特徴点が埋もれて特徴点を十分に検出できないような生体を対象とした場合でも、再撮像のたびに徐々に特徴情報１０２の検出精度を上げ、認証処理の精度を高められる。また、生体認証装置９００は、生体パターンが薄くない多くの生体を対象とした場合（最初の特徴情報１０２が「品質ＯＫ」になる場合）には、再撮像せずに、認証処理を行う。このため、生体認証装置９００は、多くの標準的な利用者には不便をかけることなく、且つ、認証不能の利用者を減少できるというメリットがある。

上記の撮像装置１００は生体画像１０１を撮像する装置の一例である。
上記では光学式の撮像装置１００を示したが、撮像装置１００は静電容量式、電波式、超音波式など他の撮像原理により生体画像１０１を撮像する装置でも構わない。静電容量式では電圧を印加するデバイスを駆動する装置が、電波式では電波発信アンテナを駆動する装置が、超音波式では超音波発信器を駆動する装置が光源装置１１０に相当する。
上記の光は、被写体である生体（例えば、指９０１）に照射または注入する物理的エネルギーの一例である。例えば、物理的エネルギーとして、光の他に、電波式の撮像装置における電波、静電容量式の撮像装置における電圧または電流、超音波式の撮像装置における超音波が挙げられる。
上記の光量は、生体に照射または注入する物理的エネルギー量を制御する制御値の一例である。
上記の蓄積時間、絞り量および画像加算枚数は、撮像素子１２１の感度または物理的エネルギーの蓄積量を制御する制御値の一例である。

上記の生体認証方法は、生体画像１０１のＳ／Ｎ比に影響を与えうる制御可能なハードウェア要素もしくはソフトウェア要素（例えば、上記した光源装置１１０の光量、撮像素子１２１の蓄積時間、撮像素子１２１の絞り量および画像生成部１２３の画像加算枚数）を１つ以上内包する生体認証装置９００に適用することができる。

撮像素子１２１、信号処理回路１２２および画像生成部１２３を合わせて撮像素子（例えば、ＣＭＯＳ撮像素子）という場合もある。

指紋の特徴情報１０２に基づいて行う上記の認証処理は生体認証の一例であり、静脈、虹彩、顔などの特徴情報１０２に基づいて認証処理が行われてもよい。

Ｓ１７０における認証処理の方法は、「１：Ｎ認証」でも「１：１認証」でも構わない。
「１：Ｎ認証」は、特徴情報１０２と一致する登録データ２９１が見つかるまで特徴情報１０２を全ての登録データ２９１と順に照合する方法である。
「１：１認証」は、登録データ２９１に対応付けて当該利用者を識別するＩＤを登録ＩＤとして記憶しておき、利用者にＩＤを入力させ、入力させたＩＤと一致する登録ＩＤを検索し、その登録ＩＤに対応する登録データ２９１とだけ特徴情報１０２を照合する方法である。
認証処理の方法が「１：１認証」である場合、登録ＩＤに対応付けて当該利用者に適したレベルを記憶しておき、Ｓ１２０においてゲイン要素比率決定部２５０は登録ＩＤに対応するレベルを用いて前記Ｇｘ_ｓｅｔ（Ｇｘ：Ｇｌ、Ｇｔ、Ｇｎ）を決定してもよい。これにより、Ｓ１５１において特徴情報１０２が品質ＮＧとなる回数を減らし、撮像の繰り返し（Ｓ１６０→Ｓ１３０）を少なくすることができる。

生体認証装置９００は、撮像装置１００に指９０１が接触する接触式と撮像装置１００に指９０１が接触しない非接触式とのどちらでも構わない。

実施の形態１では、以下のような生体認証装置９００について説明した。
生体認証装置９００は、特徴情報１０２の抽出に適した総合ゲインを決定する総合ゲイン決定手段と、決定された総合ゲインを用いて生体の画像を撮像する画像取得手段（撮像装置１００）と、画像から特徴情報１０２を抽出する特徴情報抽出手段と、特徴情報１０２を用いて登録データ２９１との類似度を評価して個人認証を行う個人認証手段とを備える。
前記画像取得手段は、撮像エネルギー照射手段（光源装置１１０）もしくは画像蓄積手段（画像生成装置１２０）のうち少なくとも１つを備える。撮像エネルギー照射手段は、生体に光、電波、電圧、電流、超音波の少なくともいずれかの物理的エネルギーを照射又は注入する際の投入エネルギー量を制御可能な手段である。画像蓄積手段は、生体から反射、屈折、透過により出射して撮像素子１２１に入射する物理的エネルギー量の時間的または空間的または電気的またはソフトウェア上での論理的な蓄積量を制御可能な手段である。
さらに、生体認証装置９００は、前記特徴情報抽出手段により抽出された特徴情報１０２の品質を評価する抽出情報品質評価手段を備える。
さらに、生体認証装置９００は、抽出情報品質評価手段による品質評価値の低下レベルに関連づけて、上記必要とされる総合ゲインの中で上記物理エネルギーの制御量と上記蓄積制御量とのうち制御可能な制御量の比率を上記物理的エネルギー量の蓄積量を増加させる方向に変更するゲイン要素比率決定手段を備える。
生体認証装置９００は、装置利用者による一認証試行中に連続して行うことが可能な複数回の撮像動作のうちの次回の撮像または次回の認証試行時の初回撮像時に、上記決定された比率の制御量を用いて撮像エネルギー照射手段ないし画像蓄積手段を制御し、Ｓ／Ｎ比の改善された画像を撮像することを特徴とする。

総合ゲイン決定手段は，解像度は悪いが画像取得時間が短いドラフトモードで撮影された画像を用いて総合ゲインを決定する。
生体認証装置９００は、総合ゲイン決定手段が特徴情報抽出手段へ入力される画像と同じ輝度分布を持つドラフト撮像画像を用いて総合ゲインを決定する。これにより、生体認証装置９００は、生体の周囲環境を計測する温度計や湿度計など他の環境測定センサを必要とすることなく、また周囲環境と生体の実際の撮像状態のずれに影響されることなく、総合ゲインを決定することができる。

撮像された画像が所定の条件を満たしていない場合、撮像装置の制御値をＳ／Ｎ比を改善するように変更し、撮像装置に新たに画像を取得させる画像取得装置（実施の形態１における認証処理装置２００）は、生体認証装置９００以外の他の画像処理システムに用いても有効な装置である。

撮像素子１２１のクランプレベル値やγ特性などのような非線形要素の補正に関する説明は省略した。

実施の形態２．
認証ＮＧの場合にも撮像装置１００の制御値を変更し、生体画像１０１を再撮像し、再撮像した生体画像１０１に基づいて認証処理を実行する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項は実施の形態１と同様である。

図７は、実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャートである。
実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法について、図７に基づいて以下に説明する。

図７に示すフローチャートは、実施の形態１で説明した生体認証方法（図２参照）にＳ１７１およびＳ１８０を追加したものである。
以下、Ｓ１７１およびＳ１８０について説明し、他の処理（Ｓ１１０〜Ｓ１７０）について説明を省略する。

Ｓ１７０の後、処理はＳ１７１に進む。

＜Ｓ１７１＞
Ｓ１７０における認証処理の結果が「認証ＯＫ」（ＹＥＳ）の場合、処理は終了する。
Ｓ１７０における認証処理の結果が「認証ＮＧ」（ＮＯ）の場合、処理はＳ１８０に進む。

図８は、実施の形態２における認証再試行処理（Ｓ１８０）を示すフローチャートである。
実施の形態２における認証再試行処理（Ｓ１８０）について、図８に基づいて以下に説明する。

＜Ｓ１８１＞
ゲイン要素比率決定部２５０は、Ｓ１５２と同様に、ゲイン要素比率を変更可能か判定する。
ゲイン要素比率を変更可能である場合（ＹＥＳ）、処理はＳ１８２に進む。
ゲイン要素比率を変更不可の場合（ＮＯ）、処理は終了する。

＜Ｓ１８２＞
ゲイン要素比率決定部２５０は、Ｓ１６０と同様に、ｄレベル上のＧｘ_ｄｅｆ（Ｇｘ：Ｇｌ、Ｇｔ、Ｇｎ）の値を用いてゲイン要素比率を変更する。
「ｄ」は、認証処理（Ｓ１７０または後述するＳ１８６）における生体画像１０１と登録データ２９１との類似度に応じて決定されてもよい。「ｄ」は、生体画像１０１と登録データ２９１との類似度が低いほど大きな値になる。
Ｓ１８２の後、処理はＳ１８３に進む。

＜Ｓ１８３＞
個人認証部２４０は、認証処理を再試行するため指９０１を撮像装置１００に挿入することを要求する旨のメッセージをユーザＩ／Ｆ装置９０２を用いて利用者に通知する。
撮像装置１００は、認証処理用の生体画像１０１を再撮像する。
Ｓ１８３の後、処理はＳ１８４に進む。

＜Ｓ１８４＞
生体画像取得部２１０は、Ｓ１８３において再撮像された生体画像１０１を撮像装置１００から取得する。
Ｓ１８４の後、処理はＳ１８５に進む。

＜Ｓ１８５＞
特徴情報抽出部２２０は、Ｓ１８４において取得された生体画像１０１から特徴情報１０２を抽出する。特徴情報１０２の抽出方法は、Ｓ１４０と同様である。
Ｓ１８５の後、処理はＳ１８６に進む。

＜Ｓ１８６＞
個人認証部２４０は、Ｓ１８５において抽出された特徴情報１０２に基づいて認証処理を行う。認証処理は、Ｓ１７０と同様である。
Ｓ１８６の後、処理はＳ１８７に進む。

＜Ｓ１８７＞
Ｓ１８６における認証処理の結果が「認証ＯＫ」（ＹＥＳ）の場合、処理は終了する。
Ｓ１８６における認証処理の結果が「認証ＮＧ」（ＮＯ）の場合、処理はＳ１８１に戻り、認証再試行処理が繰り返し実行される。

生体認証装置９００は、特徴情報１０２を品質評価し（Ｓ１５０）、特徴情報１０２が「品質ＯＫ」の場合（Ｓ１５１）に認証処理（Ｓ１７０）を実行している。しかし、特徴情報１０２が「品質ＯＫ」と評価された場合でも、認証処理の結果が必ず正しい結果になるとは限らない。つまり、「品質ＯＫ」と評価された特徴情報１０２が実際には不十分な品質であり、正規利用者が「認証ＮＧ」と判定される可能性も考えられる。
そこで、実施の形態２の生体認証装置９００は、「認証ＮＧ」の場合に認証再試行処理（Ｓ１８０）を実行することにより、認証処理の精度を高めている。
図７および図８に示した生体認証方法は、実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法の一例である。

図９および図１０は、実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャートの別例である。
実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法は、図９に示すように、Ｓ１７１において「認証ＮＧ」の場合にＳ１５２以降の処理を実行する方法であっても構わない。
また、実施の形態２における生体認証装置９００の生体認証方法は、図１０に示すように、Ｓ１５０〜Ｓ１６０を実行せず、「認証ＮＧ」の場合にだけゲイン要素比率を変更しても構わない（Ｓ１７３）。

実施の形態２において以下のような生体認証装置９００について説明した。
生体認証装置９００は、特徴情報１０２の抽出に適した総合ゲインを決定する総合ゲイン決定手段と、決定された総合ゲインを用いて生体の画像を撮像する画像取得手段（撮像装置１００）と、画像から特徴情報１０２を抽出する特徴情報抽出手段と，特徴情報１０２を用いて登録データ２９１との類似度を評価して個人認証を行う個人認証手段とを備える。
前記画像取得手段は、撮像エネルギー照射手段（光源装置１１０）もしくは画像蓄積手段（画像生成装置１２０）のうち少なくとも１つを備える。撮像エネルギー照射手段は、生体に光、電波、電圧、電流、超音波の少なくともいずれかの物理的エネルギーを照射又は注入する際の投入エネルギー量を制御可能な手段である。画像蓄積手段は、生体から反射、屈折、透過により出射して撮像素子１２１に入射する物理的エネルギー量の時間的または空間的または電気的またはソフトウェア上での論理的な蓄積量を制御可能な手段である。
さらに、生体認証装置９００は、前記個人認証手段により評価された登録データ２９１との類似度の低下レベルに関連づけて、上記必要とされる総合ゲインの中で上記物理エネルギーの制御量と上記蓄積制御量とのうち制御可能な制御量の比率を上記物理的エネルギー量の蓄積量を増加させる方向に変更するゲイン要素比率決定手段を備える。
生体認証装置９００は、装置利用者による一認証試行中に連続して行うことが可能な複数回の撮像動作のうちの次回の撮像または次回の認証試行時の初回撮像時に、上記決定された比率の制御量を用いて撮像エネルギー照射手段ないし画像蓄積手段を制御し、Ｓ／Ｎ比の改善された画像を撮像することを特徴とする。

ゲイン要素比率決定手段は、個人認証手段から得られた登録データ２９１との類似度を用いて次回の撮像時にＳ／Ｎ比を上げた画像を撮像するように撮像エネルギー照射手段や画像取得手段の制御量を変更する。
生体認証装置９００は、ゲイン要素比率決定手段を備え、撮像エネルギー照射手段もしくは画像蓄積手段を制御することにより、生体パターンが薄くノイズに特徴点が埋もれて十分に検出できないような生体を対象とした場合でも、再撮像のたびに徐々に特徴情報１０２の検出精度を上げ、認証処理の精度を高められる。また、生体認証装置９００は、生体パターンが薄くない多くの生体を対象とした場合（最初の特徴情報１０２が「品質ＯＫ」の場合）には、再撮像せずに、認証処理を行う。このため、生体認証装置９００は、多くの標準的な利用者には不便をかけることなく、且つ、認証不能の利用者を減少できる。

実施の形態３．
認証処理用の生体画像１０１を撮像する前に、総合ゲイン用の生体画像１０１に基づいてゲイン要素比率を決定する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明する。説明を省略する事項は実施の形態１と同様である。

図１１は、実施の形態３における生体認証装置９００の構成図である。
実施の形態３における生体認証装置９００の構成について、図１１に基づいて以下に説明する。

生体認証装置９００は、実施の形態１で説明した構成（図１参照）に加えて、特徴情報簡易抽出部２２１および抽出情報簡易品質評価部２３１を備える。
特徴情報簡易抽出部２２１は、生体画像１０１から特徴情報をＣＰＵを用いて簡易に抽出する。
抽出情報簡易品質評価部２３１は、特徴情報簡易抽出部２２１により抽出された特徴情報をＣＰＵを用いて品質評価する。

図１２は、実施の形態３における生体認証装置９００の生体認証方法を示すフローチャートである。
実施の形態３における生体認証装置９００の生体認証方法について、図１２に基づいて以下に説明する。

図１２に示すフローチャートは、実施の形態１で説明した生体認証方法（図２参照）のＳ１２０をＳ１９０に変更したものである。
以下、Ｓ１９０について説明し、他の処理（Ｓ１１０、Ｓ１３０〜Ｓ１７０）について説明を省略する。

Ｓ１１０の後、処理はＳ１９０に進む。

図１３は、実施の形態３におけるゲイン要素比率決定処理（Ｓ１９０）を示すフローチャートである。
実施の形態３におけるゲイン要素比率決定処理（Ｓ１９０）について、図１３に基づいて以下に説明する。

＜Ｓ１９１＞
特徴情報簡易抽出部２２１は、総合ゲイン決定処理（Ｓ１１０）で撮像された総合ゲイン用の生体画像１０１から特徴情報を簡易な処理で抽出する。以下、Ｓ１９１において抽出される特徴情報を「簡易特徴情報１０３」という。
例えば、特徴情報簡易抽出部２２１は、Ｓｏｌｂｅフィルタ処理により、総合ゲイン用の生体画像１０１から簡易特徴情報１０３を抽出する。
Ｓ１９１の後、処理はＳ１９２に進む。

＜Ｓ１９２＞
抽出情報簡易品質評価部２３１は、Ｓ１９１において抽出された簡易特徴情報１０３を品質評価する。
このとき、抽出情報簡易品質評価部２３１は、Ｓ１５０における抽出情報品質評価部２３０の品質評価に比べて評価項目を減らすなど、簡易特徴情報１０３を簡易に品質評価する。但し、抽出情報簡易品質評価部２３１は、Ｓ１５０における抽出情報品質評価部２３０と同じ方法で簡易特徴情報１０３を品質評価しても構わない。
Ｓ１９２の後、処理はＳ１９３に進む。

＜Ｓ１９３＞
ゲイン要素比率決定部２５０は、Ｓ１９２のおいて簡易特徴情報１０３が所定の基準値を下回った量に基づいて認証処理用のゲイン要素比率を決定し、撮像装置１００の制御値を変更する。ゲイン要素比率の決定方法は、Ｓ１６０と同様である。
Ｓ１９３の後、ゲイン要素比率決定処理（Ｓ１９０）は終了する。

生体認証装置９００は、認証処理用の生体画像１０１を撮像する前に、総合ゲイン用の生体画像１０１に基づいてゲイン要素比率を決定することにより、撮像回数を減らし、認証精度を維持しつつ、利用者の操作性および快適性を向上できる。

生体認証装置９００は、実施の形態２と同様に、認証ＮＧの場合に撮像装置１００の制御値を変更し、生体画像１０１を再撮像し、再撮像した生体画像１０１に基づいて認証処理を実行しても構わない。

実施の形態３では、以下のような生体認証装置９００について説明した。
生体認証装置９００は、直前に撮像されたドラフト撮像画像を用いて特徴情報（簡易特徴情報１０３）を抽出する第２の特徴情報抽出手段（特徴情報簡易抽出部２２１）と、第２の特徴情報抽出手段により抽出された特徴情報の品質を評価する第２の抽出情報品質評価手段（抽出情報簡易品質評価部２３１）とを備える。
ゲイン要素比率決定手段は、初回の撮像時には第２の抽出情報品質評価手段による第２の評価値を用いて、上記物理エネルギーの制御量と上記蓄積制御量とのうち制御可能な制御量の比率を決定する。
生体認証装置９００は、撮像エネルギー照射手段や画像蓄積手段に対する制御量変更専用の高速な特徴情報抽出手段（特徴情報簡易抽出部２２１）および抽出情報品質評価手段（抽出情報簡易品質評価部２３１）を、個人認証処理用の特徴情報抽出手段（特徴情報抽出部２２０）および抽出情報品質評価手段（抽出情報品質評価部２３０）と別個に備える。これにより、生体認証装置９００は、ゲイン要素比率決定に要する時間を短縮し、装置利用者の負担を軽減し、認証精度を改善することができる。

１００ 撮像装置、１０１ 生体画像、１０２ 特徴情報、１０３ 簡易特徴情報、１１０ 光源装置、１１１ 第１光源、１１２ 第２光源、１１３ 光源制御部、１２０ 画像生成装置、１２１ 撮像素子、１２２ 信号処理回路、１２３ 画像生成部、１２４ 撮像制御部、２００ 認証処理装置、２１０ 生体画像取得部、２２０ 特徴情報抽出部、２２１ 特徴情報簡易抽出部、２３０ 抽出情報品質評価部、２３１ 抽出情報簡易品質評価部、２４０ 個人認証部、２５０ ゲイン要素比率決定部、２６０ 総合ゲイン決定部、２９０ 登録データ記憶部、２９１ 登録データ、９００ 生体認証装置、９０１ 指、９０２ ユーザＩ／Ｆ装置、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、Ｇｌ 光量、Ｇｔ 蓄積時間、Ｇｓ 絞り量、Ｇａ アナログゲイン、Ｇｄ デジタルゲイン、Ｇｎ 画像加算枚数、Ｇｓ１ ソフトウェアゲイン。

Claims (10)

1. 撮像装置を制御するための制御値として、前記撮像装置により撮像される画像のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ比）を変更するＳ／Ｎ比制御値と、前記Ｓ／Ｎ比制御値とは異なる別の制御値である非Ｓ／Ｎ比制御値と、が予め決められた前記撮像装置により撮像された画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部により取得された画像が所定の条件を満たしているかＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて判定する画像判定部と、
   前記画像判定部により前記画像が所定の条件を満たしていないと判定された場合、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値を、前記撮像装置により新たに撮像される画像のＳ／Ｎ比が高くなるように、ＣＰＵを用いて変更すると共に、変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値を、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値との積の値と、変更後の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更後の前記非Ｓ／Ｎ比制御値との積の値と、が同じになるように、ＣＰＵを用いて変更するＳ／Ｎ比制御値変更部とを備え、
   前記画像取得部は、前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部により変更された前記Ｓ／Ｎ比制御値と前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部により変更された前記非Ｓ／Ｎ比制御値とに基づいて前記撮像装置を制御し、前記撮像装置により新たに撮像された画像を取得する
   ことを特徴とする画像取得装置。
2. 前記Ｓ／Ｎ比制御値は、前記撮像装置が備える光源の光量と、前記撮像装置が備える撮像素子が電荷を蓄積する蓄積時間と、前記撮像素子に入射する光量を制御する前記撮像素子の絞り量と、前記撮像素子から出力される複数の異なるアナログ画像信号を変換して得られる複数の異なるデジタル画像信号を重ね合わせる数を表す画像加算枚数と、の少なくともいずれかの値である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像取得装置。
3. 前記非Ｓ／Ｎ比制御値は、前記撮像装置が備える撮像素子から出力されるアナログ画像信号を増幅するためのアナログゲインと、前記アナログ画像信号を変換して得られるデジタル画像信号を増幅するためのデジタルゲインと、複数の異なるデジタル画像信号を重ね合わせて得られる一つのデジタル画像信号を増幅するためのソフトウェアゲインと、の少なくともいずれかの値である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の画像取得装置。
4. 前記画像取得装置は、さらに、
   前記画像取得部により予め取得された画像の画素レベルに基づいて特定値を総合制御値としてＣＰＵを用いて決定する総合制御値決定部を備え、
   前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部は、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値との積が、前記総合制御値決定部によって決定された前記総合制御値と一致するように、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値とを決定し、
   前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部は、変更後の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更後の前記非Ｓ／Ｎ比制御値との積が、前記総合制御値決定部により決定された前記総合制御値と一致するように、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値とを変更する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３いずれかに記載の画像取得装置。
5. 前記画像判定部は、前記画像取得部により取得された前記画像に基づいて前記画像の品質を表す品質評価値を算出し、算出した前記品質評価値と所定値とを比較し、比較結果に基づいて前記所定の条件を満たしているかの判定を行い、
   前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部は、前記品質評価値と前記所定値との差に基づいて、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値を変更する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の画像取得装置。
6. 前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部は、前記撮像装置の撮像素子に入力する物理エネルギーの強度を定める制御値と前記撮像素子に蓄積させる物理エネルギーの量を定める制御値との少なくともいずれかの制御値を前記Ｓ／Ｎ比制御値として前記Ｓ／Ｎ比制御値を変更する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかに記載の画像取得装置。
7. 請求項１〜請求項６いずれかに記載の画像取得装置と、
   前記画像判定部により前記画像が所定の条件を満たしていると判定された場合、前記画像に基づいてＣＰＵを用いて認証処理を行う認証処理部と
   を備えたことを特徴とする認証装置。
8. 前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部は、さらに、
   前記認証処理部による認証結果が認証ＮＧであった場合、前記Ｓ／Ｎ比制御値を変更する
   ことを特徴とする請求項７記載の認証装置。
9. 前記認証装置は、さらに、
   前記画像から前記画像に含まれる特定の特徴情報をＣＰＵを用いて抽出する特徴情報抽出部を備え、
   前記認証処理部は、前記特徴情報抽出部により抽出された特徴情報と予め記憶機器に登録された登録情報との類似度に基づいて認証結果を決定し、
   前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部は、前記認証処理部による認証結果が認証ＮＧであった場合、前記特徴情報と前記登録情報との類似度に基づいて前記Ｓ／Ｎ比制御値を変更する
   ことを特徴とする請求項８記載の認証装置。
10. 撮像装置を制御するための制御値として、前記撮像装置により撮像される画像のＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ比）を変更するＳ／Ｎ比制御値と、前記Ｓ／Ｎ比制御値とは異なる別の制御値である非Ｓ／Ｎ比制御値と、が予め決められた前記撮像装置により撮像された画像を取得する画像取得部と、
    前記画像取得部により取得された画像に基づいてＣＰＵを用いて認証処理を行う認証処理部と、
    前記認証処理部による認証処理の結果が認証ＮＧである場合、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値を、前記撮像装置により新たに撮像される画像のＳ／Ｎ比が高くなるように、ＣＰＵを用いて変更すると共に、変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値を、変更前の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更前の前記非Ｓ／Ｎ比制御値との積の値と、変更後の前記Ｓ／Ｎ比制御値と変更後の前記非Ｓ／Ｎ比制御値との積の値と、が同じになるように、ＣＰＵを用いて変更するＳ／Ｎ比制御値変更部とを備え、
    前記画像取得部は、前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部により変更された前記Ｓ／Ｎ比制御値と前記Ｓ／Ｎ比制御値変更部により変更された前記非Ｓ／Ｎ比制御値とに基づいて前記撮像装置を制御し、前記撮像装置により新たに撮像された画像を取得する
    ことを特徴とする認証装置。

Images