JP5176556B2 - 静脈認証装置および静脈認証方法 - Google Patents

Description

本発明は、静脈認証装置および静脈認証方法に関する。

生体個人認証は今後のネットワーク社会において、権利を守る為に非常に重要な技術である。特に、他人が本人になりすまして、金銭やコンテンツ、権利などをネット越しに盗むことが可能であるインターネット上での商取引では、暗号だけでは解決できない領域を守る技術として注目されている。しかし、指紋やアイリスなどは、偽造の問題が解決できない。この点、静脈のパターンで外部から容易に撮像できない部位を用いた個人認証技術は、判定精度の高さや偽造、成りすましが困難であるため、次世代の生体個人認証として期待されている。

特に、静脈の透過画像を利用した撮像方式においては光源の位置の制限が大きいため、デバイスの平面構造化が困難であった。そのため、デバイスの平面構造化を実現するために、接触型のデバイスに関する研究がなされており（例えば、特許文献１および特許文献２を参照。）、例えば広角レンズ等を用いたデバイスも提案されている。

特開平３−２９２５７８号公報 特開２００７−２５７３０７号公報

しかしながら、上述の特許文献に記載の方法では、指に照射される近赤外光の光量制御を行うために、複雑な制御が必要であるという問題があった。また、広角レンズを用いたデバイスでは、デバイスと指との距離を限定することが困難であるとともに、ユーザ側が確実に同じ距離に指をおく必要があり、認証の再現性が確保できないという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、近赤外光の光量制御が容易であり、認証の再現性を確保することが可能な、新規かつ改良された静脈認証装置および静脈認証方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、指表面に近赤外光を照射し、指内部で拡散された前記近赤外光により当該指内部に位置する静脈層を撮像する撮像部と、前記静脈層を撮像した画像の画像補正を行う補正部と、画像補正された前記静脈層の撮像画像から静脈パターンを抽出する静脈パターン抽出部と、抽出された前記静脈パターンに基づいて認証処理を行う認証部と、を備え、前記撮像部は、前記静脈層を透過した透過光を受光する複数の受光レンズがアレイ状に配設されたレンズアレイと、前記レンズアレイの外周に配置され、前記指表面に対して近赤外光を照射する近赤外光照射光源と、前記レンズアレイで受光した前記透過光を集光する広角レンズ部と、前記広角レンズ部で集光された前記透過光に基づいて前記静脈層の撮像画像を生成する撮像素子と、を備える静脈認証装置が提供される。

前記補正部は、前記レンズアレイによって得られる鏡像の補正処理を行う鏡像補正部と、前記広角レンズ部に起因する収差を補正する収差補正部と、前記撮像画像の輝度分布を補正する輝度分布補正部と、を更に備えてもよい。

前記輝度分布補正部は、前記近赤外光照射光源から射出される前記近赤外光の輝度分布と前記広角レンズの撮像輝度分布とが互いに補完関係となるように、前記撮像画像の輝度分布を補正してもよい。

前記広角レンズ部の焦点位置は、前記レンズアレイの結像位置に設定されていてもよい。

前記静脈認証装置は、前記レンズアレイと前記近赤外光照射光源との間に配設される遮光壁を更に備え、前記遮光壁は、前記近赤外光照射光源から射出され前記レンズアレイに直接入射する前記近赤外光を遮光してもよい。

前記レンズアレイの焦点位置は、前記静脈層に設定されていてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、指表面に対して近赤外光を照射し、指内部に位置する静脈層の静脈パターンに基づいて認証を行う静脈認証方法であって、前記静脈層を透過した透過光を受光する複数の受光レンズがアレイ状に配設されたレンズアレイと、前記レンズアレイの外周に配置され、前記指表面に対して近赤外光を照射する近赤外光照射光源と、前記レンズアレイで受光した前記透過光を集光する広角レンズ部と、前記広角レンズ部で集光された前記透過光に基づいて前記静脈層の撮像画像を生成する撮像素子と、を備える撮像部により、前記静脈層を撮像するステップと、撮像部により生成された前記静脈層の撮像データに対して、補正処理を行うステップと、補正処理が施された撮像データから、前記静脈パターンを抽出するステップと、抽出された前記静脈パターンの認証を行うステップと、を含む静脈認証方法が提供される。

上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、コンピュータに、指表面に近赤外光を照射し、指内部で拡散された前記近赤外光により当該指内部に位置する静脈層を撮像する撮像部を制御する撮像部制御機能と、前記静脈層を撮像した画像の画像補正を行う補正機能と、画像補正された前記静脈層の撮像画像から静脈パターンを抽出する静脈パターン抽出機能と、抽出された前記静脈パターンに基づいて認証処理を行う認証機能と、を実現させるためのプログラムが提供される。

かかる構成によれば、コンピュータプログラムは、コンピュータが備える記憶部に格納され、コンピュータが備えるＣＰＵに読み込まれて実行されることにより、そのコンピュータを上記の静脈認証装置として機能させる。また、コンピュータプログラムが記録された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。

本発明に係る静脈認証装置は、近赤外光の光量制御が容易であり、認証の再現性を確保することが可能である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本願発明者は、上記課題を解決するために検討を行い、以下のような知見に想到した。すなわち、静脈認証においては、撮像素子としてＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の面センサが用いられるが、このような面センサでは、熱雑音に起因するＳ／Ｎ劣化が問題となる。そのため、このような熱雑音や消費電力の削減を図り、人体への影響も最小限にとどめるために、照射する光量は、ある程度の範囲にとどめる必要がある。また、人によっては、面センサが容易に飽和輝度に達することもあり、照明を非常に精密に制御する必要がある。

また、接触型のデバイスを実現するためには、面センサのセンササイズが大きくなり、コストや装置規模が問題となる。そのため、コストや装置規模を抑えることが可能な方式が必要となる。

そこで、本願発明者は、これらの問題を解決するために鋭意研究を行った結果、以下で説明するような、本発明に係る静脈認証装置および静脈認証方法に想到した。

（第１の実施形態）
＜静脈認証装置１０の構成について＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る静脈認証装置１０の構成について、詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る静脈認証装置１０の構成を説明するためのブロック図である。

本実施形態に係る静脈認証装置１０は、例えば図１に示したように、撮像部１０１と、補正部１５１と、静脈パターン抽出部１５９と、認証部１６１と、処理部１６７と、記憶部１６９と、を主に備える。

撮像部１０１は、静脈パターンの登録や認証等を希望する個人の体表面（例えば、指ＦＧなど）を撮像して、撮像データを生成する。本実施形態に係る撮像部１０１は、レンズアレイの一例であるマイクロレンズアレイ（Ｍｉｃｒｏ Ｌｅｎｓ Ａｒｒａｙ：ＭＬＡ）と広角レンズとを用いた接触型の撮像部１０１であり、載置された指ＦＧに対して所定波長の近赤外光１２を照射し、指ＦＧ内で散乱し静脈を透過した透過光１４を集光することで撮像を行う。なお、撮像部１０１については、以下で改めて詳細に説明する。

また、撮像部１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成される撮像制御部（図示せず。）により駆動制御されており、撮像制御部は、得られた撮像データを、後述する補正部１５１に出力する。また、撮像制御部は、得られた撮像データを、後述する記憶部１６９に記録してもよい。また、記憶部１６９への記録に際して、撮像制御部は、生成した撮像データに撮像日や撮像時刻等を関連づけてもよい。なお、生成される撮像データは、ＲＧＢ（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ）信号であってもよいし、それ以外の色やグレースケール等の画像データであってもよい。

（撮像部１０１の構成について）
ここで、図２〜図４を参照しながら、本実施形態に係る静脈認証装置１０に設けられる撮像部１０１の構成について、詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る撮像部１０１を説明するための説明図であり、図３は、本実施形態に係る撮像部１０１を説明するための断面図である。また、図４は、本実施形態に係る静脈認証装置１０で行われる撮像部１０１を説明するための説明図である。

本実施形態に係る撮像部１０１は、例えば図２および図３に示したように、マイクロレンズアレイ１０３と、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）１０７と、遮光壁１０９と、広角レンズ部１１１と、撮像素子１１３と、を主に備える。

マイクロレンズアレイ１０３は、複数のマイクロレンズ１０５から構成されており、マイクロレンズ１０５は、図２および図３に示したように、所定の基板上に格子状に配列されている。各マイクロレンズ１０５は、例えば図３に示したように、光入射面から当該マイクロレンズ１０５に入射した透過光１４を、後述する広角レンズ部１１１に導光する。マイクロレンズアレイ１０３は、像面湾曲が少なく深さ方向のひずみがないレンズアレイであるため、このようなマイクロレンズアレイ１０３を用いることで、良好な画像データを得ることができる。マイクロレンズアレイ１０３を構成する各マイクロレンズ１０５の焦点位置は、撮像部１０１の撮像対象となる静脈が存在する静脈層の位置となるように設定される。

人体の皮膚は、表皮層、真皮層および皮下組織層の３層構造となっていることが知られているが、上述の静脈層は、真皮層に存在している。真皮層は、指表面に対して０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の位置から２ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚みで存在している層である。したがって、このような真皮層の存在位置（例えば、指表面から１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度の位置）にマイクロレンズ１０５の焦点位置を設定することで、静脈層を透過した透過光１４を、効率よく集光することが可能となる。

近赤外光照射光源の一例である発光ダイオード１０７は、例えば図２に示したようにマイクロレンズアレイ１０３の周囲に複数配置され、指ＦＧに対して所定の波長帯域を有する近赤外光を照射する。近赤外光は、身体組織に対して透過性が高い一方で、血液中のヘモグロビン（還元ヘモグロビン）に吸収されるという特徴を有するため、近赤外光を指や手のひらや手の甲に照射すると、指や手のひらや手の甲の内部に分布している静脈が影となって画像に現れる。画像に表れる静脈の影を、静脈パターンという。このような静脈パターンを良好に撮像するために、発光ダイオードは、約６００ｎｍ〜１３００ｎｍ程度の波長、好ましくは、７００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の波長を有する近赤外光を照射する。

ここで、発光ダイオードが照射する近赤外光の波長が６００ｎｍ未満または１３００ｎｍ超過である場合には、血液中のヘモグロビンに吸収される割合が小さくなるため、良好な静脈パターンを得ることが困難となる。また、発光ダイオードが照射する近赤外光の波長が７００ｎｍ〜９００ｎｍ程度である場合には、近赤外光は、脱酸素化ヘモグロビンと酸素化ヘモグロビンの双方に対して特異的に吸収されるため、良好な静脈パターンを得ることができる。

また、上述のような波長帯域を有する発光ダイオードを用いる代わりに、上述の波長帯域を含む光を射出可能な発光ダイオードと、射出された光を光学的に帯域制限するフィルタとを組み合わせたものを使用してもよい。

発光ダイオード１０７から射出された近赤外光は、例えば図３に示したように、指ＦＧの表面に向かって上方に伝搬し、直接光１２として、指ＦＧの内部に入射する。ここで、人体は良好な近赤外光の散乱体であるため、指ＦＧ内に入射した直接光１２は四方に散乱しながら伝搬する。これらの散乱光の一部は、背面散乱光１３として上述の静脈層を背面から指表面に向かって透過し、透過光１４としてマイクロレンズアレイ１０３に入射することとなる。

また、マイクロレンズアレイ１０３と発光ダイオード１０７との間には、例えば図２および図３に示したように、遮光壁１０９が設けられる。この遮光壁１０９は、発光ダイオード１０７から射出された直接光１２が直接マイクロレンズアレイ１０３のマイクロレンズ１０５に入射しないように、直接光１２を遮光する。

広角レンズ部１１１は、マイクロレンズアレイ１０３の下方（図３におけるｚ軸負方向側）に設けられる接写レンズ部であり、マイクロレンズアレイ１０３上のマイクロレンズ１０５に入射した透過光１４を、後述する撮像素子１１５へと導光する。広角レンズ部１１１に用いられる広角レンズのレンズ径は、マイクロレンズアレイ１０３の大きさに応じて選択される。また、広角レンズ部１１１に用いられる広角レンズの焦点位置は、マイクロレンズアレイ１０３上のマイクロレンズ１０５の結像位置に設定されることが好ましい。

広角レンズは、像を形成する有効焦点距離が、像面の対角線の長さよりも短いレンズであり、広角レンズを利用することで、マイクロレンズアレイ１０３と広角レンズ部１１１との間の長さを短くすることができる。すなわち、このような広角レンズを用いた広角レンズ部１１１を、マイクロレンズアレイ１０３を透過した透過光１４の集光に用いることで、撮像部１０１の小型化を図ることが可能である。さらに、画角が広いという広角レンズの特性を有効に利用することで、広角レンズのレンズ径よりも大きいマイクロレンズアレイ１０３からの光を、有効に集光することができる。

なお、広角レンズ部１１１は、例えば図３に示したように１つの広角レンズから構成されてもよく、広角レンズを含む複数のレンズから構成されてもよい。

撮像素子１１３は、複数の受光素子が格子状に配置された撮像面を有し、広角レンズ部１１１により結像された透過光１４を基に、近赤外光による撮像データを生成する。本実施形態に係る撮像素子１１３として、例えば、ＣＣＤ型画像センサや、Ｃ−ＭＯＳ型画像センサ等を利用することができる。撮像素子１１３は、生成された撮像データを、後述する補正部１５１へと出力する。また、撮像素子１１３は、生成した撮像データを、後述する記憶部１６９に記憶してもよい。

マイクロレンズアレイは、皮膚の数ミリ下に存在する静脈パターンを読み取ることに適したデバイスであるが、マイクロレンズアレイにより集光された光を撮像するためには、マイクロレンズアレイの投影面積に等しい大きさの撮像素子が必要となるため、実用化が困難であった。しかしながら、本実施形態に係る撮像部１０１では、マイクロレンズアレイ１０３により集光された透過光１４を広角レンズ部１１１によって更に集光するため、マイクロレンズアレイの投影面積よりも小さなセンササイズを有する撮像素子を、有効に利用することできる。

また、例えば図３に示したように、近赤外光を透過可能な集光レンズ部１１５を広角レンズ部１１１と撮像素子１１３との間に配置し、広角レンズ部１１１を透過した近赤外光を、更に集光するようにしてもよい。このような集光レンズ部１１５は、１枚のレンズから構成されていてもよく、複数枚のレンズから構成されていてもよい。また、集光レンズ部１１５に用いられる光学レンズは、近赤外光を効率良く集光可能であれば、任意のレンズを使用することが可能である。

本実施形態に係る撮像部１０１のように、集光系として広角レンズを用いると、撮像素子１１３に入射する透過光１４の入射角度が、撮像素子１１３の中心から縁部に行くにしたがって大きくなる。そのため、図４（ａ）に示したように、撮像素子１１３の縁部の感度特性は、撮像素子１１３の中心部の感度特性に比べて、極端に低くなる。そのため、広角レンズを単独で使用する場合には、撮像素子１１３において均一な輝度分布が得られないという問題がある。

他方、本実施形態に係る撮像部１０１のように、撮像系（マイクロレンズアレイ１０３）の周囲に近赤外光照射光源である発光ダイオード１０７を配置すると、図４（ｂ）に示したように、発光ダイオード１０７の近傍に位置する撮像素子１１３の縁部は、非常に明るいのに対し、撮像素子１１３の中心部は、非常に暗くなる。そのため、撮像素子１１３が均一な輝度分布を有する画像を得られないだけでなく、撮像素子１１３の輝度飽和が発生するという問題がある。

しかしながら、本実施形態に係る撮像部１０１は、広角レンズを用いた集光光学系と、撮像系の直近に配置される発光ダイオードという２つの構成を組み合わせることで、発光ダイオードによる不均一な照明効果と、広角レンズによる不均一な感度とが補完しあう。その結果、本実施形態に係る撮像部１０１では、広角レンズを用いているにも係らず、例えば図４（ｃ）に示したような、均一に近い輝度分布を有する撮像データを生成することが可能である。

なお、本実施形態に係る撮像部１０１では、指ＦＧと撮像素子１１３との間に、被測定物である静脈層を透過した光（透過光１４）に対して静脈撮像に適した光学的帯域制限を行うフィルタを、更に設けてもよい。

以上、図２〜図４を参照しながら、本実施形態に係る撮像部１０１の構成について説明した。以下では、引き続き図１を参照しながら、本実施形態に係る静脈認証装置１０の構成について、説明する。

補正部１５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、撮像部１０１により撮像された撮像データに対して、各種の画像補正処理を行う処理部である。この補正部１５１は、鏡像補正部１５３と、輝度分布補正部１５５と、収差補正部１５７と、を更に備える。

１つのマイクロレンズ１０５により集光された透過光１４に基づいて撮像素子１１３によって生成された撮像データは、鏡像となっている。そこで、鏡像補正部１５３は、各マイクロレンズ１０５により集光された透過光１４に基づいて生成された複数の撮像データのそれぞれを反転補正するとともに、つなぎ合わせて１枚の撮像データとする。鏡像補正部１５３によって補正処理が行われた撮像データは、後述する輝度分布補正部１５５に出力される。

上述のように、本実施形態に係る撮像部１０１では、広角レンズ部１１１に起因する輝度分布と、発光ダイオード１０７に起因する輝度分布とを効果的に組み合わせることで、撮像素子１１３では、ほぼ均一な輝度分布を得ることが可能となる。しかしながら、撮像素子１１３にて生成された撮像データには、未だにわずかな輝度分布が存在する。そこで、輝度分布補正部１５５は、撮像素子１１３によって生成された撮像データに存在する輝度分布を、ダイナミックレンジ（Ｄレンジ）に入っている範囲で輝度補正をし、均一となるようにする。輝度補正が行われた撮像データは、後述する収差補正部１５７に出力される。

収差補正部１５７は、輝度補正部１５５から出力された撮像データに含まれる収差を補正する。本実施形態に係る撮像部１０１では、集光光学系として広角レンズを用いているため、生成される撮像データは歪曲収差等の大きな収差歪を受ける。そこで、収差補正部１５７は、タル型の歪曲収差を幾何学的に補正する。収差補正が終了した撮像データは、後述する静脈パターン抽出部１５９に出力される。

なお、補正部１５１は、画像補正が終了した撮像データを、後述する記憶部１６９に記録してもよい。

静脈パターン抽出部１５９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、例えば、補正部１５１から伝送される近赤外光撮像データに対して、静脈パターン抽出の前処理を行なう機能と、静脈パターンの抽出を行なう機能と、静脈パターン抽出の後処理を行なう機能と、を備える。

ここで、上記の静脈パターン抽出の前処理は、例えば、撮像データから指の輪郭を検出し、撮像データのどの位置に指があるかを識別する処理や、検出した指の輪郭を利用して撮像データを回転させて、撮像データの角度（撮像画像の角度）を補正する処理等を含む。

また、上記の静脈パターンの抽出は、輪郭の検出や角度の補正が終了した撮像データに対して差分フィルタを適用することで行なわれる。差分フィルタは、注目している画素とその周囲の画素について、注目している画素と周囲の画素との差分が大きな部分で、大きな値を出力値として出力するフィルタである。換言すれば、差分フィルタとは、注目している画素とその近傍の階調値の差分を用いた演算により、画像中の線や縁を強調するフィルタである。

一般的に、２次元平面の格子点（ｘ，ｙ）を変数とする画像データｕ（ｘ，ｙ）に対してフィルタｈ（ｘ，ｙ）を用いてフィルタ処理を行なうと、以下の式１に示すように、画像データν（ｘ，ｙ）を生成する。ここで、以下の式２において、‘＊’は畳込み積分（コンボリューション）を表す。

本実施形態に係る静脈パターンの抽出では、上記の差分フィルタとして、１次空間微分フィルタや２次空間微分フィルタ等の微分フィルタを用いてもよい。１次空間微分フィルタは、注目している画素について、横方向と縦方向の隣接している画素の階調値の差分を算出するフィルタであり、２次空間微分フィルタは、注目している画素について、階調値の差分の変化量が大きくなっている部分を抽出するフィルタである。

上記の２次空間微分フィルタとして、例えば、以下に示すＬｏｇ（Ｌａｐｌａｃｉａｎ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ）フィルタを用いることが可能である。Ｌｏｇフィルタ（式３）は、ガウス関数を用いた平滑化フィルタであるガウシアン（Ｇａｕｓｓｉａｎ）フィルタ（式２）の２次微分で表される。ここで、以下の式２において、σはガウス関数の標準偏差を表し、ガウシアンフィルタの平滑化の度合いを表す変数である。また、以下の式３におけるσは、式２と同様にガウス関数の標準偏差を表すパラメータであり、σの値を変化させることで、Ｌｏｇフィルタ処理を行なった場合の出力値を変化させることができる。

また、上記の静脈パターン抽出の後処理は、例えば、差分フィルタ適用後の画像データに対してなされる閾値処理や、２値化処理や、細線化処理等を含む。かかる後処理を経て、静脈パターンのスケルトンを抽出することが可能となる。

静脈パターン抽出部１５９は、このようにして抽出した静脈パターンやスケルトンを、後述する認証部１６１等に伝送する。また、静脈パターン抽出部１５９は、抽出した静脈パターンやスケルトンを、後述する記憶部１６９に記憶してもよい。なお、静脈パターン抽出部１５９は、上述の各処理を行なうに当たって生成したパラメータや処理の途中経過等を、記憶部１６９に記憶してもよい。

認証部１６１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、静脈パターン抽出部１５９により生成された静脈パターンをテンプレートとして登録したり、静脈パターン抽出部１５９により生成された静脈パターンを既に登録されているテンプレートと照合して、静脈パターンの認証をおこなったりする。かかる認証部１６１は、例えば、静脈パターン登録部１６３と、静脈パターン認証部１６５と、を更に備える。

静脈パターン登録部１６３は、静脈パターン抽出部１５９により生成された静脈パターンを、テンプレートとして後述する記憶部１６９に登録する。また、登録静脈パターンの登録に際しては、静脈パターンだけでなく、静脈パターンを有する個人を特定する他のデータ（例えば、指紋データ、顔画像データ、虹彩データ、声紋データ等）を静脈パターンに関連づけて記憶してもよい。また、テンプレートとして登録される登録静脈パターンは、例えば、ＣＢＥＦＦ（Ｃｏｍｍｏｎ Ｂｉｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｆｉｌｅ Ｆｏｒｍａｔ：共通バイオメトリック交換ファイルフォーマットフレームワーク）等の規格に則ったヘッダ情報を有していてもよい。

静脈パターン認証部１６５は、静脈パターン抽出部１５９により生成された静脈パターンと、既に記録されている静脈パターンのテンプレートとに基づいて、生成された静脈パターンの認証を行なう。静脈パターン認証部１６５は、後述する記憶部１６９に対して登録静脈パターンの開示を要求し、取得した登録静脈パターンと、静脈パターン抽出部１５９から伝送された静脈パターンとの比較を行なう。登録静脈パターンと伝送された静脈パターンとの比較は、例えば以下に示す相関係数を算出し、算出した相関係数に基づいて実行することが可能である。静脈パターン認証部１６５は、比較の結果登録静脈パターンと伝送された静脈パターンが類似している場合には、伝送された静脈パターンを認証し、類似していない場合には、認証を行なわない。

相関係数は、以下の式４で定義されるものであり、２つのデータｘ＝｛ｘ_ｉ｝，ｙ＝｛ｙ_ｉ｝間の類似度を示す統計学指標であって、−１から１までの実数値をとる。相関係数が１に近い値を示す場合には、２つのデータは類似していることを示し、相関係数が０に近い値を示す場合には、２つのデータは類似していないことを示す。また、相関係数が−１に近い値を示す場合には、２つのデータの符号が反転しているような場合を示す。

また、静脈パターン認証部１６５は、認証結果を認証時刻等と関連づけて、認証履歴として記憶部１６９に記録してもよい。かかる認証履歴を生成することで、誰がいつ静脈パターンの認証を要求したのか、ひいては、誰がいつ情報処理装置１０を利用したのか、を知ることが可能となる。

処理部１６７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、認証部１６１から出力される静脈パターンの認証結果に応じて、所定の処理を実行する。すなわち、処理部１６７は、認証部１６１から静脈パターンの認証が成功した旨の通知を受けると、実行が制限されている所定の処理の制限を解除して、処理を実行する。

記憶部１６９は、静脈パターン登録部１６３から登録要請のあった登録静脈パターンや、当該登録静脈パターンに関連付けられた他のデータを記憶する。また、これらのデータ以外にも、撮像部１０１が生成した撮像データや、静脈パターン抽出部１５９が抽出した静脈パターン等を記憶することも可能である。更に、これらのデータ以外にも、静脈認証装置１０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース等を、適宜記憶することが可能である。この記憶部１６９は、撮像部１０１、補正部１５１、静脈パターン抽出部１５９、認証部１６１、処理部１６７等が、自由に読み書きを行うことが可能である。

以上、本実施形態に係る静脈認証装置１０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。

なお、本実施形態に係る静脈認証装置１０は、例えば、コンピュータやサーバ等の情報処理装置、携帯電話やＰＨＳ等の携帯端末や携帯情報端末（ＰＤＡ）、現金自動預払機（ＡＴＭ）、入退室管理装置、ゲーム機器やゲーム機器のコントローラ等の各種装置に実装されてもよい。

また、上述の説明では、テンプレートとして登録される登録静脈パターンが、静脈認証装置１０内に記録される場合について説明したが、登録静脈パターンは、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア、コンパクトフラッシュ（登録商標）、メモリースティック、または、ＳＤメモリカード等の記録媒体や、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカードまたは電子機器等に記録されてもよく、静脈認証装置１０とインターネット等の通信網を介して接続されたサーバに記録されてもよい。

＜本実施形態に係る静脈認証方法について＞
続いて、図５を参照しながら、本実施形態に係る静脈認証方法について、詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る静脈認証方法を説明するための流れ図である。

まず、本実施形態に係る静脈認証装置１０の撮像部１０１は、撮像部１０１に載置された指に対して近赤外光を照射し、指内部に位置する静脈層の撮像を行う（ステップＳ１０１）。撮像部１０１によって生成される撮像データは、本実施形態に係る静脈認証装置１０の補正部１５１に出力される。

次に、鏡像補正部１５１は、撮像部１０１から出力された撮像データに対して、鏡像を補正するための反転補正を行うとともに、各撮像データをつなぎ合わせて１枚の撮像データとする（ステップＳ１０３）。鏡像補正部１５１は、鏡像補正処理が終了すると、撮像データを輝度分布補正部１５３に出力する。

続いて、輝度分布補正部１５３は、鏡像補正部１５１から出力された撮像データの輝度分布を補正し、撮像データが均一な輝度分布を有するように補正する（ステップＳ１０５）。輝度分布補正部１５３は、輝度分布の補正処理が終了すると、撮像データを収差補正部１５５に出力する。

次に、収差補正部１５５は、撮像部１０１で用いられている広角レンズに起因する各種収差を撮像データから除去する処理を行う（ステップＳ１０７）。収差の除去された撮像データは、静脈パターン抽出部１５９に出力される。

続いて、静脈パターン抽出部１５９は、補正部１５１から伝送された撮像データから、静脈パターンを抽出する（ステップＳ１０９）。静脈パターンの抽出が終了すると、静脈パターン抽出部１５９は、抽出した静脈パターンを、認証部１６１に出力する。

次に、認証部１６１は、静脈パターン抽出部１５９から出力された静脈パターンに基づいて、静脈パターンの認証処理を行う（ステップＳ１１１）。ここで、静脈認証装置１０を使用しているユーザが、静脈パターンの登録を希望している場合には、認証部１６１の静脈パターン登録部１６３は、静脈パターン抽出部１５９から出力された静脈パターンを登録静脈パターンとして記憶部１６９に記録する。また、静脈認証装置１０を使用しているユーザが、静脈パターンの認証を希望している場合には、認証部１６１の静脈パターン認証部１６５は、既に登録されている登録静脈パターンと、静脈パターン抽出部１５９から出力された静脈パターンとを比較し、静脈パターン抽出部１５９から出力された静脈パターンが登録静脈パターンである場合には、認証が成功した旨を処理部１６７に通知する。また、静脈パターン抽出部１５９から出力された静脈パターンが登録静脈パターンと一致しない場合には、認証部１６１は、認証が失敗した旨を処理部１６７に通知する。

続いて、処理部１６７は、認証部１６１から通知される認証結果に応じて、所定の処理を実行する（ステップＳ１１３）。すなわち、認証部１６１から認証が成功した旨の通知を受信すると、処理部１６７は、実行が制限されている所定の処理の制限を解除し、処理を実行する。また、認証部１６１から認証が失敗した旨の通知を受信すると、処理部１６７は、処理を終了する。

以上、本実施形態に係る静脈認証方法について説明を行ったが、上述の認証方法は、必ずしも記載された順序に従って時系列的に行われる必要はない。例えば、上述の説明では、鏡像補正処理後にまず輝度分布補正を行い、その後収差補正処理を行う場合について説明したが、鏡像補正処理後にまず収差補正処理を行い、その後に輝度分布補正を行ってもよい。

＜静脈認証装置１０のハードウェア構成について＞
次に、図６を参照しながら、本実施形態に係る静脈認証装置１０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る静脈認証装置１０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

静脈認証装置１０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。

ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、静脈認証装置１０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。

ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。

入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、静脈認証装置１０の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。静脈認証装置１０のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、静脈認証装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。

出力装置９１７は、例えば、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなど、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。出力装置９１７は、例えば、静脈認証装置１０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、静脈認証装置１０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。

ストレージ装置９１９は、静脈認証装置１０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置であり、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した音響信号データや画像信号データなどを格納する。

ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、静脈認証装置１０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、メモリースティック、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。

接続ポート９２３は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ｉ．Ｌｉｎｋ等のＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等の、機器を静脈認証装置１０に直接接続するためのポートである。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、静脈認証装置１０は、外部接続機器９２９から直接音響信号データや画像信号データを取得したり、外部接続機器９２９に音響信号データや画像信号データを提供したりする。

通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等である。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で音響信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。

以上、本発明の各実施形態に係る静脈認証装置１０の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る静脈認証装置１０および静脈認証方法では、平面構造での反射散乱光を利用することで、指静脈認証を平面構造に実装することが可能となり、ひいては、近赤外光の光量制御が容易であり認証の再現性を確保することが可能な接触型の静脈認証装置を実現することができる。

また、集光光学系として広角レンズを使用することで、マイクロレンズアレイを用いた撮像装置を利用する方式であるにも係らず、撮像素子の小型化することが可能となるとともに、撮像装置自体を小型化することができる。

更に、近赤外光照射光源をマイクロレンズアレイの周囲に配置することで、近赤外光照射光源とマイクロレンズアレイを含む撮像系とを一体化することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係る静脈認証装置の構成について説明するためのブロック図である。 同実施形態に係る撮像部を説明するための説明図である。 同実施形態に係る撮像部を説明するための断面図である。 同実施形態に係る静脈認証装置で行われる撮像部を説明するための説明図である。 同実施形態に係る静脈認証方法を説明するための流れ図である。 同実施形態に係る静脈認証装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１０ 静脈認証装置
１２ 直接光
１３ 背面散乱光
１４ 透過光
１０１ 撮像部
１０３ マイクロレンズアレイ
１０５ マイクロレンズ
１０７ 発光ダイオード
１０９ 遮光壁
１１１ 広角レンズ部
１１３ 撮像素子
１１５ 集光レンズ部
１５１ 補正部
１５３ 鏡像補正部
１５５ 輝度分布補正部
１５７ 収差補正部
１５９ 静脈パターン抽出部
１６１ 認証部
１６３ 静脈パターン登録部
１６５ 静脈パターン認証部
１６７ 処理部
１６９ 記憶部
ＦＧ 指

Claims (7)

1. 指表面に近赤外光を照射し、指内部で拡散された前記近赤外光により当該指内部に位置する静脈層を撮像する撮像部と、
   前記静脈層を撮像した画像の画像補正を行う補正部と、
   画像補正された前記静脈層の撮像画像から静脈パターンを抽出する静脈パターン抽出部と、
   抽出された前記静脈パターンに基づいて認証処理を行う認証部と、
   を備え、
   前記撮像部は、
   前記静脈層を透過した透過光を受光する複数の受光レンズがアレイ状に配設されたレンズアレイと、
   前記レンズアレイの外周を取り囲んで配置され、前記指表面に対して近赤外光を照射する近赤外光照射光源と、
   前記レンズアレイで受光した前記透過光を集光する広角レンズ部と、
   前記広角レンズ部で集光された前記透過光に基づいて前記静脈層の撮像画像を生成する撮像素子と、
   を備え、
   前記撮像素子の面積は、前記レンズアレイの投影面積よりも小さい
   ことを特徴とする、静脈認証装置。
2. 前記補正部は、
   前記レンズアレイによって得られる鏡像の補正処理を行う鏡像補正部と、
   前記広角レンズ部に起因する収差を補正する収差補正部と、
   前記撮像画像の輝度分布を補正する輝度分布補正部と、
   を更に備える
   ことを特徴とする、請求項１に記載の静脈認証装置。
3. 前記輝度分布補正部は、
   前記近赤外光照射光源から射出される前記近赤外光の輝度分布と前記広角レンズの撮像輝度分布とが互いに補完関係となるように、前記撮像画像の輝度分布を補正する
   ことを特徴とする、請求項２に記載の静脈認証装置。
4. 前記広角レンズ部の焦点位置は、前記レンズアレイの結像位置に設定される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の静脈認証装置。
5. 前記静脈認証装置は、前記レンズアレイと前記近赤外光照射光源との間に配設される遮光壁を更に備え、
   前記遮光壁は、前記近赤外光照射光源から射出され前記レンズアレイに直接入射する前記近赤外光を遮光する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の静脈認証装置。
6. 前記レンズアレイの焦点位置は、前記静脈層に設定される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の静脈認証装置。
7. 指表面に対して近赤外光を照射し、指内部に位置する静脈層の静脈パターンに基づいて認証を行う静脈認証方法であって、
   前記静脈層を透過した透過光を受光する複数の受光レンズがアレイ状に配設されたレンズアレイと、前記レンズアレイの外周を取り囲んで配置され、前記指表面に対して近赤外光を照射する近赤外光照射光源と、前記レンズアレイで受光した前記透過光を集光する広角レンズ部と、前記広角レンズ部で集光された前記透過光に基づいて前記静脈層の撮像画像を生成する撮像素子と、を備える撮像部により、前記静脈層を撮像するステップと、
   撮像部により生成された前記静脈層の撮像データに対して、補正処理を行うステップと、
   補正処理が施された撮像データから、前記静脈パターンを抽出するステップと、
   抽出された前記静脈パターンの認証を行うステップと、
   を含み、
   前記撮像素子の面積は、前記レンズアレイの投影面積よりも小さい
   ことを特徴とする、静脈認証方法。
   
   

Images