JP5282453B2 - 生体特徴入力装置、生体特徴入力方法 - Google Patents

Description

本発明は、指を撮像し得られる生体特徴に基づいて個人認証を行う撮像装置に関する。

指の撮像画像を用いて個人を認証する生体特徴認証技術は、指紋等の表皮の紋様や血管のパターンを、予め登録された情報と照合する方式として知られている。例えば、銀行の自動預払預貯金機（ＡＴＭ）のような機器に、指紋または指血管パターンを用いて個人認証を行う技術が導入されている。

これに対して、非接触型の生体特徴撮像装置の関連技術として指の指紋を生体特徴として利用する手法が開示されている(特許文献１)。

特開２００３−８５５３８号公報

しかしながら、上記関連技術では、指の撮影にあたって、例えば、利用者の指先が指先ガイドに強く押し付けられることにより、指紋に歪みが生じてしまう。この場合、歪みのある指紋の画像が撮影されることになり、認証精度が低下してしまうという不都合が生じ得る。また、指紋が歪んでしまうのと同様に、指血管の形状にも変異が生じ、血管パターン認証においても認証精度の低下してしまうという不都合が生じ得る。

［発明の目的］
本発明は、上記関連技術の有する不都合を改善し、指の撮影時に生ずる指のひずみを有効に抑制し、認証精度の高い指画像を撮像する生体特徴入力装置、生体特徴入力方法を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る生体特徴入力装置は、指の撮影を行う撮像部と、前記指の置かれる位置を撮影可能にガイドする指ガイドとを備えた生体特徴入力装置において、前記指ガイドは、当該指ガイドに置かれた指の先端側を支持する指当接部と、前記指当接部を支持すると共に前記指が前記指当接部に置かれた場合に前記指当接部の位置を前記指の指す方向に偏移させる指保持手段とから成り、前記指ガイドに、前記指当接部の位置検出を行うガイド位置検出部を併設し、前記撮像部は、前記指当接部が予め設定された位置で検出された場合に前記指の撮像を行い、前記指保持手段は、前記予め設定された位置よりも更に前記指の指す方向に偏移できる、ことを特徴としている。

また、本発明にかかる生体特徴入力方法は、指の撮影を行う撮像部と、前記指の置かれる位置をガイドする指ガイドとを備えた生体特徴入力装置にあって、前記指の画像を撮像する生態特徴認証方法であって、前記指ガイドに指が置かれると共に、前記指ガイドにおける前記指との接触部である指当接部の位置が変移し、次いで、前記指当接部の位置検出が行われ、予め設定された領域で前記指当接部が検出された場合に前記指の撮影を行い、前記指保持手段は、前記予め設定された位置よりも更に前記指の指す方向に偏移できる、ことを特徴としている。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、指をガイドする指ガイドと、指ガイドの指当接部の変移を検知する手段と、検知された指当接部の位置に基づき撮影を行う撮像部とを備えた構成とすることにより、ガイドされた指のひずみを有効に軽減し、認証精度の高い指画像を撮像する生体特徴入力装置、および生体特徴入力方法を提供することができる。

［実施形態］
次に、本発明の実施形態の基本的構成内容について説明する。

本実施形態の生体特徴入力装置は、指１３の指紋、指血管パターン等の生体特徴の画像に基いて個人を認証するためのシステムである。
上記生体特徴入力装置(以下「認証システム」という)は、図１のように、上面が開口された筐体状のシステム本体部１と、このシステム本体部１の開口側の内側側面に、撮像対象である指１３を支持する指ガイド１０１と、システム本体部１の内部底面に指ガイド１０１に置かれた指の腹面を撮像する撮像部１０を備えた構成となっている。
また、認証システムは、システム本体部１の外部に、ＡＤ変換手段２４からの画像データに対して画像処理を行う画像処理部２５と、撮像された画像に基き、予め登録された画像(登録画像)との照合を行う照合部２６と、登録画像を記憶する登録データ記憶部２７と、上記照合の結果(認証判定結果)を出力表示する出力部２８を備えている。

尚、本実施形態の指ガイド１０１に置かれた指１３の方向表記について、指１３の腹側、その反対側を背面とする。
又、システム本体部１における方向標記は、指１３の腹側から撮像部１０に向かう方向を下方、その反対方向、つまり、撮像部１０から指１３の向かう方向を上方とする。更に、図１に示すように指ガイド１０１に置かれた指１３の差す方向を前方、反対側(指根側)を後方とする。また、前方および後方と概ね直行する側は側面であり、側面の一方が右、他方が左とする。
尚、図１はシステム本体部１の左側からシステム本体部１を見た概略ブロック図である。

又、認証システムは、指ガイド１０１の下方側に、一定の距離をもって指ガイド１０１と平行に設けられ、後述する位置検出手段１０５Ｂ，Ｃを支持する位置検出支持手段１０６を備えている。
尚、上記一定の距離は、後述する位置検出対象部１０４の位置を位置検出手段１０５Ｂ，Ｃが検出可能な距離とする。
更に、システム本体部１は、システム本体部１の内部前方側の面に、指１３に対して照射を行う指紋用光源３１を備え、システム本体部１の内部の左及び右側面にそれぞれ、指１３に対して照射を行う血管用光源３２を有する。

指紋用光源３１は、外乱光を除去することを考えると波長８５０−９６０nm程度の近赤外に波長特性を持つＬＥＤなどが望ましい。

尚、血管用光源３２は、血管におけるヘモグロビンの吸収により生じる、撮像画面におけるコントラストの増強効果、および外乱光からの耐性などを考慮すると、波長８５０−９６０nm程度の近赤外に波長特性を持つＬＥＤなどが望ましい。
また、この波長を透過し他の波長の外乱光を除去するために赤外透過フィルターを光源の直上に配置した構成としてもよい。

指ガイド１０１は、システム本体部１の内部前方側の面から後方に突き出た部材であって、図２(Ａ)に示すように、撮像対象である指１３の指先が置かれる指接触部(指当接部に対応)１０２と、この指接触部１０２を支持する圧力吸収手段１０３とから成る。
指接触部１０２は、指先の形状に沿った凹状形態を有する。これにより、この指接触部１０２に置かれた指１３の腹面が撮像部１０に対して正面に向くようにガイドすることができる。

圧力吸収手段１０３は、弾力性のある、例えば、バネにより構成され、指接触部１０２に指１３が置かれた場合に指接触部１０２の位置を前方側に変移させる。これにより、指接触部１０２に置かれた指１３からの押圧力が吸収される。
これにより、指１３が指接触部１０２に置かれた場合に、指１３の撮影領域に生じるひずみを軽減することができる。

圧力吸収手段１０３は、直方体の形状を有し、後方側の側面で指接触部１０２と連結され、その反対側(前方側)の側面をシステム本体部１の前方内側面と連結されている。圧力吸収手段１０３は、認証システムにおける前後方向に沿って収縮する構造を有する。ここでは、圧力吸収手段１０３は、弾力性をもつバネ構造の素材からなるものとする。

尚、圧力吸収手段１０３は、指１３からの押圧力を逃がすまたは、吸収する構成を有していればよく、バネ構造の代わりに弾力性のあるクッションやスポンジ素材により構成であってもよい。
これにより、指１３が置かれた指接触部１０２の位置は、指１３からの押圧力により、図２(Ａ)の矢印方向(前方)に変移する。

圧力吸収手段１０３の下方側の面には、図２(Ｂ)に示すように、指接触部１０２の位置の変移(移動)を検出するための検出対象物である位置検出対象部１０４が設けられている。
尚、位置検出対象部１０４は、指接触部１０２(指当接部)の下方側に設けられていてもよい。これにより、位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃは、指接触部の位置を直接検知することができる。この場合、位置検出対象部１０４は、指当接部に対応する。
位置検出対象部１０４は、例えば、磁気インクや鉄片のような磁性体から成るものとする。

位置検出支持手段１０６の上方側の面には、上記位置検出対象部１０４の移動位置の検出を行う位置検出手段１０５Ｂ、およびＣが設けられている。ここでは、図２(Ｂ)に示すように、位置検出支持手段１０６の長手方向に沿って、位置検出手段１０５Ｂが後方側に、位置検出手段１０５Ｃが前方側に設置されている。また、位置検出手段１０５ＢおよびＣは、位置検出支持手段１０６を介して撮像部１０の撮像制御手段２１と接続されている。

位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃ(ガイド位置検出部に対応)は、位置検出対象部１０４の位置を検知するセンサであって、位置検出対象部１０４の移動位置の検出を行う(移動位置検出機能)。
位置検出手段１０５Ｂは、位置検出対象部１０４が図２(Ｂ)における領域Ｘにて検知された場合に、位置検出対象部１０４が検知されていることを示す信号を、撮像制御手段２１に通知する(位置検出通知機能)。
尚、この位置検出通知機能は、位置検出対象部１０４が検知されてから一定周期で連続的に実行されるようにしてもよい。これにより、撮像制御手段２１は、指が撮影に適した場所にガイドされているか否か、また、撮影のタイミングを検知することができる。

また、位置検出手段１０５Ｂは、位置検出対象部１０４が領域Ｘに入ったことを検知した場合に、予め設けられた位置検知タイマーでカウントを行い、予め設定された時間以上位置検出対象部１０４が検知された場合に、撮影可能であることを示す信号を撮像制御手段２１に通知する設定としてもよい。

位置検出手段１０５Ｃは、図２(Ｂ)に示すように、領域Ｘの前方側に設定された領域Ｙで位置検出対象部１０４が検知された場合に、撮像制御手段２１に対して、位置検出対象部１０４が領域Ｙ内に入ったことを示す情報を通知する(不適通知機能)。

これにより、撮像制御手段２１には、圧力吸収手段１０３の前後方向における位置情報が通知される。このため、撮像制御手段２１は、指ガイド１０１が、撮影対象である指１３によりどれだけ押し込まれたかを検知することができる。
尚、位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃは、位置検出対象部１０４の現在位置、若しくは位置検出対象部１０４の位置がどれだけ偏移したかが検出できる構成であればよい。

ここで、指ガイド１０１の位置検出対象部１０４の位置が、指１３の押圧力により変移した場合について説明する。

位置検出対象部１０４は、図３(Ａ)に示すように、指１３による押圧力で圧力吸収手段１０３が収縮され、領域Ｘ内で検知される。ここで、領域Ｘ内で位置検出対象部１０４が検知されたことが撮像制御手段２１に通知される。
このとき、撮像制御手段２１によって、位置検知タイマーを起動される。撮像制御手段２１は、予め設定された時間、領域Ｘ内で位置検出対象部１０４が検知された場合に、指１３の撮像を行う。

このとき、指１３における指紋領域は、図３(Ａ)に示すように、撮像デバイス２２の撮像領域と合致するため、指１３が、前後位置について撮像に最適な位置にガイドされたことになる。
また、このとき、指１３の指紋領域には、指接触部１０２との接触による指紋の歪みは生じていない。このため、撮像部１０は、認証精度の高い指紋、及び指血管パターンの画像を撮像することができる。

これにより、撮像部１０の撮像制御手段２１は、撮像対象である指１３の撮像領域が、撮影に適した位置に導かれたことを検知することができ、撮影に適した指の位置およびタイミングで撮影を行うことができる。
又、これにより、本実施形態では、指紋の前後(指先−指根方向)に沿った位置(前後位置)における撮像範囲を既定することができるので、撮影部１０は、画像認証判定に適した精度の高い指画像を撮像することができる。

一方、図３(Ｂ)は、位置検出手段１０５Ｃにより、位置検出対象部１０４が領域Ｙで検出された場合を示している。
このとき、位置検出手段１０５Ｃは、位置検出対象部１０４を領域Ｙで検出すると共に、指ガイド１０１が押し込まれすぎていることを示す情報を撮像制御手段２１に通知する。
このとき、指１３における指接触部１０２と接する部分は、指ガイド１０１に強く押し込まれていることにより、歪みが生じており、指紋の認証精度が低下した状態である。また、指１３の指紋領域の一部が、図３(Ｂ)に示すように、撮像デバイス２２における撮像領域からも前方側に外れてしまっている。

このとき、撮像制御手段２１は、出力部２８に「ガイドに軽く触れてください」といったインジケータを示すようにしてもよい。これにより、利用者に対して、指ガイド１０１を押し込み過ぎないように指示することができる。

ここで、例えば、位置検出対象部１０４を磁性体である鉄片として、また、位置検出手段１０５ＢおよびＣを、磁性を検知するためのＭＲセンサとして設定した場合について説明する。

具体的には、位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃを特性のそろった磁気抵抗効果素子(以下、「ＭＲ素子」という)として、直列に接続する。また、位置検出手段(ＭＲ素子)１０５Ｂと位置検出手段(ＭＲ素子)１０５Ｃの接続部に出力端子を設け、この出力端子に表れる電圧(出力電圧)が、撮像制御手段２１に通知されるものとする。尚、この出力端子は、位置検出支持手段１０６の上面に設けられているものとする。
また、直列に接続された位置検出手段（ＭＲ素子）１０５Ｂ，１０５Ｃの両端には電圧Ｖがかけられ、更に、位置検出支持手段１０６の内部に磁石を設け、位置検出手段（ＭＲ素子）１０５Ｂ，１０５Ｃに均等な磁界をかける設定とする。

ここで、図３(Ａ)に示すように、位置検出対象部(鉄片)１０４が、位置検出手段（ＭＲ素子）１０５Ｂに近い状態であれば、位置検出手段１０５Ｂには位置検出手段１０５Ｃよりも大きな磁界が加わる。これにより、位置検出手段１０５Ｂの抵抗値が増大し、出力電圧が大きくなる。

本実施形態では、位置検出手段(ＭＲ素子)１０５Ｂの出力電圧が、予め設定された値より大きく、その値が一定時間保たれた場合に、撮像制御手段２１は、ガイドされた指１３の撮像を行う。
又、図３(Ｂ)に示すように、位置検出対象部(鉄片)１０４が、位置検出手段（ＭＲ素子）１０５Ｃに近い状態になった場合、位置検出手段１０５Ｃの出力電圧が予め設定された値より高くなる。このため、撮像制御手段２１は、出力部２８に「ガイドに軽く触れてください」等のインジケータを出力する処理を行う。

撮像部１０は、指１３を撮像するカメラ装置であって、図４に示すように、撮像部１０の指撮像処理を制御する撮像制御手段２１、撮像素子を含む撮像デバイス２２、撮像用の撮像レンズ２３、および撮像された画像情報をデジタル情報に変換して出力するＡＤ変換手段２４により構成される。

また、本実施形態の認証システムは、上述のように、上述のシステム本体部１の外部に、画像処理部２５と、照合部２６と、登録データ記憶部２７と、出力部２８を備えている。

撮像デバイス２２は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサで構成される。撮像レンズ２３は、指１３の指紋領域を含む撮影対象領域を撮像デバイス２２に映し出す。ＡＤ変換手段２４は撮像デバイス２２に映し出され撮影された指１３の画像を、デジタル情報の画像データｘに変換して画像処理部２５に送出する(画像変換送出機能)。
尚、ＡＤ変換手段２４は、画像を読み込むメモリ、画像変換送出機能を予め設定されたプログラムに基き実行するプロセッサを備えているものとする。

画像処理部２５は、予め設定されたメモリを有し、このメモリに画像データｘを読み込むと共に、予め設定されたプログラムに基き画像データｘから指紋や血管パターンなどの画像特徴を抽出して画像特徴抽出データｙを生成する処理を行う(抽出データ生成機能)。
尚、画像処理部２５は、抽出データ生成機能を実行するプロセッサを備えているものとする。
照合部２６は、予め設けられたメモリに登録データ記憶部２７に予め登録された登録画像データと画像特徴抽出データｙとを読み込み、このデータ同士を相互に照合する(画像照合機能)と共に、この照合結果に基いて個人認証判定を行う(個人認証判定機能)。
また、照合部２６は、上記個人認証判定機能の実行結果を出力部２８に出力する処理を行う(認証結果出力機能)。
尚、照合部２６は、画像照合機能、個人認証判定機能を予め設定されたプログラムにより実行するプロセッサを備えているものとする。

［実施形態の動作説明］

次に、上記実施形態の認証システムの動作について説明する。
始めに、利用者の指１３が、指ガイド１０１に指が置かれ、指ガイド１０１における指１３との接触部である指当接部１０２の位置が変移する。次いで、指当接部１０２の位置検出が行われ、指当接部の位置を示す位置検出対象部１０４が予め設定された領域で、検出された場合に指１３の撮影を行う。

以下、図５のフローチャートに基づき詳説する。
まず、指ガイド１０１に利用者の指１３が置かれる(ステップＳ１０１)。ここで、指接触部１０２に置かれた指１３の腹が、撮像デバイス２２の正面方向へとガイドされる。
指１３からの押圧力により圧力吸収手段１０３が収縮され、指接触部１０２および位置検出対象部１０４の位置が前方に変移する(ステップＳ１０２)。
次いで、位置検出手段１０５Ｂにより、位置検出対象部１０４の位置が検出される(ステップＳ１０３)。尚、位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃは、一定時間周期で位置検出対象部１０４の検出を常時行っている。

ここで、位置検出対象部１０４の位置が位置検出手段１０５Ｂ側に近い場合、または、領域Ｘ(図２(Ｂ))内で、位置検出対象部１０４が検出されている間、位置検出手段１０５は、位置検出対象部１０４を検知されていることを示す情報を撮像制御手段２１に通知する(ステップＳ１０４)。
このとき、撮像制御手段２１では、位置検知タイマーを起動される。撮像制御手段２１は、位置検出対象部１０４が領域Ｘ(図２(Ｂ))で、予め設定された時間(一定時間)以上検知された場合に(ステップＳ１０５)、指１３の撮像を行う(ステップＳ１０６)。

具体的には、位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃを含むＭＲセンサが設けられている場合、位置検出手段１０５Ｂと位置検出対象部１０４との距離が、位置検出手段１０５Ｃと位置検出対象部１０４との距離よりも近い場合に、位置検出手段１０５Ｂからの出力電圧が、撮像制御手段２１に通知される。
次いで、この通知された電圧量が予め設定された値より大きく、且つその値が一定時間保たれた場合に、撮像制御手段２１は、ガイドされた指１３の撮像を行う。
この場合、領域Ｘ(図２(Ｂ))内で、位置検出対象部１０４が検出されている時間を計測する位置検知タイマーは、予め撮像制御手段２１内に設定されているものとする。

また、位置検出手段１０５Ｂは、領域Ｘ(図２(Ｂ))内で、位置検出対象部１０４が予め設定された時間以上検知された場合に、撮像制御手段２１に対して、ガイドされた指１３が撮影可能であることを示す信号を通知する設定としてもよい。

尚、位置検出手段１０５Ｃは、領域Ｙで位置検出対象部１０４が検出された場合、撮像制御手段２１に対して、領域Ｙで位置検出対象部１０４が検出されたことを示す信号を通知する。このとき、撮像制御手段２１は、出力部２８に対して、「ガイドに軽く触れてください」等の警告を出力する。その後も、位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃは、位置検出対象部１０４の検出を一定時間周期で継続して行う。

ここで、撮像制御手段２１は、指紋撮影を行うか、指血管の撮影を行うか、この両方の撮影を行うかは、撮影に先立ち、利用者から入力された内容に基き決定される設定としてもよい。

次いで、ＡＤ変換手段２４は、撮影された指画像を画像データｘとして画像処理部２５に送出する。画像処理部２５は、送られた画像データに基づき指画像の画像特徴を抽出し、特徴画像データｙとして照合部２６に送信する(ステップＳ１０７)。

照合部２６は、登録データ記憶部２７に予め登録された指紋および血管パターンと画像特徴データｙとの照合を行う(画像照合工程)と共に、照合結果に基き認証判定を行い、その結果を出力部２８に出力する(ステップＳ１０８)。

尚、本実施形態では、位置検出対象部１０４を磁性体である鉄片として、また、位置検出手段１０５ＢおよびＣを、磁性を検知するためのＭＲセンサとして設定した場合について説明しているが、位置検出対象部１０４の変移位置を検出するための手法は、ＭＲセンサに限定されない。
以上のように、本発明においては、指ガイドに置かれた指における、指ガイド１０１との接触による指紋の歪みが抑制されることにより、歪みによる影響が抑制された指画像を撮影することが可能となり、このため、指画像による個人認証の精度を向上させることができる。

本発明は、指を用いて行われるパーソナルコンピュータ等の使用に係る個人認証や部屋への入退出にかかる個人認証に適用することが可能である。

本発明による生体特徴入力装置の第一実施形態を示す概略構成図である。 図１に開示した生体特徴入力装置の指ガイドを示す図で、図２(Ａ)はガイドされた指をシステム本体部における上側から見た説明図、図２(Ｂ)は図２(Ａ)の状態をシステム本体部における左側から見た説明図である。 図１に開示した生体特徴入力装置にあって、図３(Ａ)は、置かれた指が撮像部１０の撮像領域にガイドされている場合を示す説明図であって、図３(Ｂ)は、置かれた指により指ガイドが撮影に不適切な位置まで押し込まれた場合を示す説明図である。 図１に開示した生体特徴入力装置の内部構成を示す概略構成ブロック図である。 図１に開示した生体特徴入力装置の動作全体について示すフローチャートである。

１ システム本体部
１３ 指
１０ 撮像部
２１ 撮像制御手段
２２ 撮像デバイス
２３ 撮像レンズ
２４ ＡＤ変換手段
２５ 画像処理部
２６ 照合部
２７ 登録データ記憶部
２８ 出力部
１０１ 指ガイド
１０２ 指接触部(指当接部)
１０３ 圧力吸収手段(指保持手段)
１０４ 位置検出対象部(位置検出手段１０５Ｂ，１０５Ｃを含み「ガイド位置検出部」に対応)
１０５Ｂ，１０５Ｃ 位置検出手段
１０６ 位置検出支持手段

Claims (6)

1. 指の撮影を行う撮像部と、前記指の置かれる位置を撮影可能にガイドする指ガイドとを備えた生体特徴入力装置において、
   前記指ガイドは、当該指ガイドに置かれた指の先端側を支持する指当接部と、前記指当接部を支持すると共に前記指が前記指当接部に置かれた場合に前記指当接部の位置を前記指の指す方向に変移させる指保持手段とから成り、
   前記指ガイドに、前記指当接部の位置検出を行うガイド位置検出部を併設し、前記撮像部は、前記指当接部が予め設定された位置で検出された場合に前記指の撮像を行い、
   前記指保持手段は、前記予め設定された位置よりも更に前記指の指す方向に変移させることによって指の圧力を吸収する、
   ことを特徴とする生体特徴入力装置。
2. 前記請求項１に記載の生体特徴入力装置において、
   前記指保持手段に前記指の指す方向における前記指当接部の位置を示す被検出部を備え、
   前記ガイド位置検出部は、前記被検出部の変移位置を検出する変移位置検出手段を備えたことを特徴とする生体特徴入力装置。
3. 前記請求項１に記載の生体特徴入力装置において、
   前記指保持手段は、弾力性を有する素材からなるバネ部材またはクッション部材からなることを特徴とする生体特徴入力装置。
4. 前記請求項２に記載の生体特徴入力装置において、
   磁性体の部材からなる前記被検出部と、電圧を与えられた磁気抵抗素子を含み当該磁気抵抗素子からの出力電圧に基き前記被検出部の位置を検知するＭＲセンサ部とを備えたことを特徴とする生体特徴入力装置。
5. 前記請求項１乃至４の何れか１つに記載の生体特徴入力装置において、
   前記撮像される生体特徴は、指血管、指紋、または、これら複数が重畳されてなる生体特徴のいずれか一つであることを特徴とする生体特徴入力装置。
6. 指の撮影を行う撮像部と、前記指の置かれる位置をガイドする指ガイドとを備えた生体特徴入力装置にあって、前記指の画像を撮像する生態特徴認証方法であって、
   前記指ガイドに指が置かれると共に、前記指ガイドにおける前記指との接触部である指当接部の位置が変移し、次いで、前記指当接部の位置検出が行われ、予め設定された領域で前記指当接部が検出された場合に前記指の撮影を行い、
   前記指ガイドは、前記予め設定された位置よりも更に前記指の指す方向に変移させることによって指の圧力を吸収する、
   ことを特徴とした生体特徴入力方法。

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