JP5749972B2 - 指紋採取装置及び指紋採取方法 - Google Patents

Description

本発明は、広範囲の指紋画像を高い精度で採取する指紋採取装置及び指紋採取方法に関するものである。

入退室管理や個人情報の利用の判別などのセキュリティー強化や犯罪捜査のために、指紋を用いて個人の認証が行われている。個人の認証を行うためには、指紋の画像を採取することが求められる。指紋画像の採取方式として、非接触方式（特許文献１参照）や接触方式が提案されている。

指紋画像の認証の精度を高くするためには、広範囲の指紋画像を高精度で採取することが求められる。従来の非接触方式では単一の方向から手指を撮影するので、曲面を有する手指の広範囲な画像を採取することが出来なかった。

一方、接触方式においては、平面を有するプリズムを用いた指紋画像入力装置（特許文献２参照）を利用することによって広範囲な手指の画像を採取することが知られている。上述の広範囲な手指の画像採取においては、プリズム表面に手指を押圧した状態で転動させながら、プリズム内部から照射した光の指紋の隆線および隆線溝における反射光の光量差を光学的に検知し、検知した光量差に基づいて指紋画像が作成される。このような指紋採取では、転動時の軸のブレや、手指をプリズムに押圧することによる手指の歪みや潰れなどにより指紋画像を高精度で採取することが難しかった。

特開２００７−０７９７７１号公報 特開２００２−１２３８２２号公報

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明では、広範囲の指紋画像を高い精度で採取する指紋採取装置を提供することを目的とする。

上述した諸課題を解決すべく、第１の発明による指紋採取装置は、
基準線分上に延在させる指の指紋画像を作成する指紋採取装置であって、
受光面に形成される光学像を撮像する撮像センサユニットと、
指を基準方向から観察した光学像である基準光学像を受光面上の基準領域に結像させる基準光学系と、
指を、基準方向と異なる第１〜第３の方向から観察した光学像である第１〜第３の光学像を、それぞれ受光面の第１〜第３の領域に結像させる第１〜第３の光学系と、
基準領域において撮像された基準光学像である基準撮像画像、および第１〜第３の領域において撮像された第１〜第３の光学像である第１〜第３の撮像画像における指の輪郭である平面輪郭を、基準撮像画像および第１〜第３の撮像画像毎に検出する輪郭検出部と、
基準撮像画像および第１〜第３の撮像画像に対して検出された平面輪郭に基づいて、基準線分に垂直な平面による指の断面の輪郭である断面輪郭を多角形状に作成し、該断面輪郭の何れかの辺に対応する基準撮像画像および第１の撮像画像の一部を部分画像として抽出する抽出部と、
基準撮像画像および第１の撮像画像から抽出した部分画像を結合させることにより全体画像を作成する画像結合部とを備え、
第１〜第３の方向は、基準線分を軸として基準方向に対して所定の角度を有し、基準方向と第３の方向の間および第１、第２の方向の間の角度は９０°であり、第１の方向は基準方向と第３の方向とに挟まれ、基準方向は第１、第２の方向に挟まれる
ことを特徴とするものである。

また、本発明の第１の発明を方法として実現させた指紋採取方法は、
基準線分上に延在させる指を基準方向から観察した光学像であって基準光学系により撮像センサユニットの受光面の基準領域上に結像される基準光学像、および指の第１〜第３の方向から観察した光学像であって第１〜第３の光学系により受光面の第１〜第３の領域上に結像される第１〜第３の光学像を撮像する第１のステップと、
基準領域において撮像された基準光学像である基準撮像画像および第１〜第３の領域において撮像された第１〜第３の光学像である第１〜第３の撮像画像における指の輪郭である平面輪郭を、基準撮像画像および第１〜第３の撮像画像毎に検出する第２のステップと、
基準撮像画像および第１〜第３の撮像画像に対して検出された平面輪郭に基づいて、基準線分に垂直な平面による指の断面の輪郭である断面輪郭を多角形状に作成し、該断面輪郭の何れかの辺に対応する基準撮像画像および第１の撮像画像内の一部を部分画像として抽出する第３のステップと、
基準撮像画像および第１の撮像画像から抽出した部分画像を結合させることにより全体画像を作成する第４のステップとを含み、
第１〜第３の方向は、基準線分を軸として基準方向に対して所定の角度を有し、基準方向と第３の方向の間および第１、第２の方向の間の角度は９０°であり、第１の方向は基準方向と第３の方向とに挟まれ、基準方向は第１、第２の方向に挟まれる
ことを特徴とするものである。

上記のように構成された本発明に係る指紋採取装置及び指紋採取方法によれば、被写体を少なくとも第１〜第４の方向から撮像し、撮像した画像に基づいて全体画像を作成するので、広範囲の指紋画像を取得することが可能である。また、少なくとも４方向から被写体を撮影するので被写体となる手指そのものの回転および転動は不要である。また、被写体となる手指をプリズムなどの光学系に押圧不要であるため、手指の歪みや潰れなどの発生を防ぐことが可能である。被写体を回転させることがなく且つ手指の歪みや潰れなどの発生を防ぐことが出来るので、指紋画像を高い精度で採取することが可能である。

本発明の一実施形態に係る指紋採取装置の指紋採取装置の構成を概略的に示すブロック図である。 多面撮像部の構造を示す構造図である。 受光面上における基準領域および第１〜第４の領域の配置を示す配置図である。 基準線分に指を挿入した状態で撮像センサユニットにより撮影される原画像の模式図である。 平面輪郭を説明する図である。 断面輪郭を説明する図である。 撮像画像内における被写体の幅が撮像画像を受光する領域に応じて変わることを説明する図である。 検出された幅に基づいて断面輪郭を検出する方法を説明する図である。 右側境界線および左側境界線を求める方法を説明する図である。 観察平面に対する被写体の傾斜角度によって投影される画像の大きさが変わることを説明する図である。 平面化処理による部分画像の補正を説明する図である。 結合用補正処理をしない場合の全体画像の形状を説明する図である。 結合用補正処理による平面化画像の補正を説明する図である。 結合用画像を用いて結合された全体画像を示す図である。

以下、本発明の適用した指紋採取装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る指紋採取装置の構成を概略的に示すブロック図である。指紋採取装置１００は、多面撮像部１１０、制御部１０１、画像処理部１０２、ＤＲＡＭ１０３、入力部１０４、およびモニタ１０５などによって構成される。

多面撮像部１１０は制御部１０１に制御され、後述するように撮影対象である指を多方向から撮像する。撮像により生成される画像信号は制御部１０１を介して画像処理部１０２に伝達される。画像処理部１０２はＤＲＡＭ１０３をワークメモリとして用い、受信する画像信号に所定の画像処理を施す。さらに、後述するように、画像処理部１０２は画像処理を施した画像信号に基づいて、全体画像信号を生成する。生成した全体画像信号は制御部１０１を介してモニタ１０５に伝達される。モニタ１０５では受信した全体画像信号に相当する全体画像が表示される。

なお、制御部１０１は多面撮像部１１０だけでなく、指紋採取装置１００の各部位の動作を制御する。制御部１０１は入力部１０５に接続され、使用者による入力部１０５への操作入力に基づいて各部位の制御を実行する。

次に、多面撮像部１１０の構造について図２を用いて説明する。図２は、多面撮像部１１０の構成を示す構成図である。多面撮像部１１０は、撮像センサユニット１１１、基準光学系１１２、第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄ、および第１〜第４のミラー１１４ａ〜１１４ｄによって構成される。なお、図２において、右方向をｘ方向、上方向をｚ方向（基準方向）、裏から表に向かう方向をｙ方向とする。

撮像センサユニット１１１はＣＣＤエリアセンサやＣＭＯＳエリアセンサなどのエリアセンサであって、ｘ方向およびｙ方向に平行な受光面上に形成される光学像に相当する画像信号を生成する。なお、撮像センサユニット１１１では、ラインセンサを用いて走査することによって、画像信号を生成してもよい。撮像センサユニット１１１の受光面ｒｓは矩形であり、図３に示すように、中央付近が基準領域ｓａ、基準領域ｓａからｘ方向に向かって第３、第１の領域ａ３、ａ１、基準領域ｓａからｘ方向の反対方向に向かって第４、第２の領域ａ４、ａ２が定められる。

基準領域ｓａおよび第１〜第４の領域ａ１〜ａ４上それぞれに、基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄが設けられる（図２参照）。基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄはそれぞれ、光学像を基準領域ｓａおよび第１〜第４の領域ａ１〜ａ４上に結像させる。基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄにはテレセントリックレンズ１１５および被写界調整レンズ１１６が設けられる。なお、テレセントリックレンズ１１５は、物体側がテレセントリックとなるように、基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄに設けられる。

基準光学系１１２と対向し、ｙ方向に延びる仮想線分が基準線分ＬＳに定められる。なお、基準線分ＬＳとは、指紋の撮影時に被写体となる指を延在させるべき位置を示す仮想線分である。基準線分ＬＳに指ｆｉｎを延在させると、指ｆｉｎの正面画像が基準領域ｓａ上に形成される。なお、ｚ方向からの被写体の観察画像を正面画像とする。

第３、第４の光学系１１３ｃ、１１３ｄは、第３、第４のミラー１１４ｃ、１１４ｄを有する。第３、第４のミラー１１４ｃ、１１４ｄは、基準線分ＬＳをｘ方向に沿って挟む位置に配置される。また、第３、第４のミラー１１４ｃ、１１４ｄは指ｆｉｎの両側面像をそれぞれ第３、第４の領域ａ３、ａ４に向けて反射するように向きが決められる。従って、基準線分ＬＳに延在させた指ｆｉｎの左右の側面画像が第３、第４の領域上ａ３、ａ４に形成される。

第１、第２の光学系１１３ａ、１１３ｂは、第１、第２のミラー１１４ａ、１１４ｂを有する。第１、第２のミラー１１４ａ、１１４ｂは、基準線分ＬＳを軸にｚ方向から−４５°、４５°傾斜させた方向に配置される。また、第１、第２のミラー１１４ａ、１１４ｂは、指ｆｉｎをｚ方向から−４５°、４５°傾斜させた方向から観察される光学像をそれぞれ第１、第２の領域ａ１、ａ２に向けて反射するように向きが決められる。したがって、基準線分ＬＳに延在させた指ｆｉｎの左右４５°傾斜させた方向から見た傾斜画像が第１、第２の領域ａ１、ａ２上に形成される。

上述のような構成により、基準線分ＬＳに延在させた指の光学像をｚ方向および基準線分ＬＳを軸にｚ方向に対して所定の回転位置にある４方向の合計５方向から撮影することが可能である。

また、基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄにテレセントリックレンズ１１５を含めることにより、被写体と受光面ｒｓ上の各領域までの光路長によらず受光面ｒｓに形成される被写体の光学像の大きさを一定に保つことが可能である。大きさを一定に保つことによる効果を以下に説明する。

後述するように、指紋採取装置１００では複数の方向から被写体の光学像を撮影し、撮影した複数の画像それぞれから一部の画像を抽出して、結合させる機能を有している。撮影される被写体の表面から撮像センサユニット１１１の受光面ｒｓまでの光路長は、光学像を受光する領域によって異なることがある。光路長が変わるので、テレセントリックレンズ１１５を設けなければ、受光面ｒｓにおいて形成される被写体の光学像の大きさが受光する領域ごとに変化する。受光する領域ごとに大きさが変化する画像を結合すると、結合された画像である全体画像の大きさが全体画像内の位置によって変化する。それゆえ、採取する指紋の再現性が低下する。

しかし、上述のように、テレセントリックレンズ１１５を用いることにより、何れの方向から撮影しても画像の倍率が一定となるので、採取する指紋の再現性を向上させることが可能である。さらに、基準線分ＬＳから被写体の位置がずれていても、全体画像の大きさを一定に保つことが可能である。したがって、基準となる大きさへの採取した指紋のリサイズが不要である。

また、上述の構成において、被写界調整レンズ１１６を設けることにより、基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄそれぞれの被写界深度が深くなるように調整される。正確に指紋を採取するためには、コントラストの大きな画像を撮影する必要がある。それゆえ、被写界調整レンズ１１６により被写界深度を深くすることによって、広範囲において光学像を合焦させ、撮影される画像の中で広範囲に亘って、コントラストを大きくすることが可能となる。

次に、基準線分ＬＳに指ｆｉｎを延在させ、指ｆｉｎの５方向からの画像に基づく全体画像の作成について説明する。基準線分ＬＳに指ｆｉｎを延在させた状態で、撮像センサユニット１１１に撮像を実行させると、図４に示すような原画像ＩＭＡが撮影され、画像信号が生成される。生成された画像信号は、前述のように、制御部１０１を介して画像処理部１０２に伝達される。画像処理部１０２では、まず画像信号をＤＲＡＭ１０３に格納する。

なお、制御部１０１および画像処理部１０２は、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサ上で実行されるソフトウェアとして構成したり、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成したりすることもできる。

画像処理部１０２では、ＤＲＡＭ１０３に格納した画像信号に対して、分割、平面輪郭の検出、部分画像の抽出、部分画像の平面化、部分画像の結合用補正、および部分画像の結合を実行することにより、全体画像信号が生成される。

最初に分割について説明する。画像処理部１０２は、ＤＲＡＭ１０３に格納した画像信号において基準領域ｓａ、第１〜第４の領域ａ１〜ａ４における撮像画像成分を分割して、基準撮像画像および第１〜第４の撮像画像をそれぞれ作成する。作成した基準撮像画像および第１〜第４の撮像画像を、基準撮像信号および第１〜第４の撮像信号としてＤＲＡＭ１０３に格納する。

次に、平面輪郭の検出について説明する。平面輪郭の検出前に、基準撮像信号および第１〜第４の撮像信号に対して２値化処理を施す。二値化処理により、基準撮像画像および第１〜第４の撮像画像毎に基準二値化画像および第１〜第４の二値化画像が作成される。次に、基準二値化画像および第１〜第４の二値化画像に相当する画像信号に輪郭抽出処理を施すことにより、それぞれの画像毎に平面輪郭が検出される。なお、平面輪郭ｐｃｏとは、例えば図５に示すように、それぞれの回転位置において撮影される被写体ｆｉｎの外部輪郭である。

平面輪郭ｐｃｏの検出を終えると、基準撮像画像および第１〜第４の撮像画像内の一部の画像である基準部分画像および第１〜第４の部分画像が基準撮像画像および第１〜第４の撮像画像それぞれから抽出される。

部分画像の抽出のために、検出された平面輪郭に基づいて被写体の断面輪郭が作成される。作成される断面輪郭ｓｃｏは、図６に示すように、基準線分ＬＳに垂直な断面ｃｄｓによる指ｆｉｎの外部輪郭である。ただし、本実施形態では、５つの撮像画像から断面輪郭を作成するので、後述するように、８角形の断面輪郭が指ｆｉｎの近似的な断面輪郭ｓｃｏとして検出される。

図７に示すように、例えば、第４の撮像画像における平面輪郭ｐｃｏ４により、ｘ方向の反対方向側から観察される指ｆｉｎの側面の幅ｗ４が求められる。なお、指ｆｉｎの幅とは、基準線分ＬＳに垂直な方向に沿った長さである。同様に、第２の撮像画像における平面輪郭ｐｃｏ２により、ｚ方向から−４５°傾斜させた方向から観察される指ｆｉｎの面の幅ｗ２が求められる。また、同様に、基準撮像画像における平面輪郭ｐｃｏｓにより、ｚ方向から観察される指ｆｉｎの正面の幅ｗｓが求められる。

図８に示すように、基準領域ｓａおよび第１〜第４の領域ａ１〜ａ４から見た同じ断面ｃｄｓにおける指ｆｉｎの幅に基づいて、近似的な断面輪郭ｓｃｏが作成される。なお、断面輪郭ｓｃｏは、基準線分ＬＳに沿って並ぶ多数の断面ｃｄｓそれぞれに対して作成される。多数の回転断面ｃｄｓに対する断面輪郭ｓｃｏが作成されると、８角形の近似的な断面輪郭ｓｃｏの第１〜第８の頂点ｐ１〜ｐ８が求められる。第１〜第８の頂点ｐ１〜ｐ８は、他の回転断面ｃｄｓに対しても作成される。

第１、第２の頂点ｐ１、ｐ２により第４の撮像画像から抽出する部分画像の範囲が求められる。任意の断面ｃｄｓに対して求められた第１、第２の交点ｐ１、ｐ２（図９（ａ）参照）の第４の撮像画像ｉｍ４上への投影交点ｐｐ１、ｐｐ２（図９（ｂ）参照）が求められる。同様に、他の回転断面ｃｄｓに対して求められた第１、第２の交点ｐ１、ｐ２の第４の撮影画像ｉｍ４上への投影交点ｐｐ１、ｐｐ２が求められる。第４の撮影画像ｉｍ４において、算出された第１の投影交点ｐｐ１を結ぶことにより右側境界線ＢＬＲが作成される。また、算出された第２の投影交点ｐｐ２を結ぶことにより左側境界線ＢＬＬが作成される。右側境界線ＢＬＲおよび左側境界線ＢＬＬによって囲まれる内部領域が第４の撮影画像ｉｍ４から部分画像として抽出する領域に定められる。第４の撮影画像における定められた領域内の画像が第４の部分画像として抽出される。

以後、同様に、第２の撮像画像から抽出する部分画像の範囲は第２、第３の頂点ｐ２、ｐ３により求められる。また、基準撮像画像から抽出する部分画像の範囲は第３、第４の頂点ｐ３、ｐ４により求められる。また、第１の撮像画像から抽出する部分画像の範囲は第４、第５の頂点ｐ４、ｐ５により求められる。また、第３の撮像画像から抽出する部分画像の範囲は第５、第６の頂点ｐ５、ｐ６により求められる。

基準部分画像および第１〜第４の部分画像の抽出を終えると、それぞれの部分画像の平面化が実行される。図１０、図１１を用いて、部分画像の平面化を説明する。

図１０に示すように、部分画像は受光面ｒｓの各領域上に形成された指ｆｉｎの光学像であり、ｙ方向に沿って一定の間隔となるように指ｆｉｎ上に任意に定められる２点の投影画像における間隔は、形成される画像の位置によって変わる。指ｆｉｎ上の２点を結ぶ線分がｙ方向に平行である場合は、指ｆｉｎ上の２点の距離（Ｌｒ１参照））と受光面ｒｓ上の２点の距離（Ｌｉ１参照）は等しい。一方、指ｆｉｎ上の２点を結ぶ線分がｙ方向と平行でない場合は、指ｆｉｎ上の２点の距離（Ｌｒ２参照）より受光面ｒｓ上の２点の距離（Ｌｉ２参照）は短くなる。

指ｆｉｎの部位毎の大きさが同じ画像を得ることが求められるので、部分画像の部位毎に、ｙ方向に対する傾斜に応じて画像を変形させることにより平面化が行われる。例えば、図１１に示すように、指ｆｉｎの表面上の部位がｙ方向に対してθの傾斜角となる部位の部分画像ｐｉの長さを（θ^２＋１）^{（１／２）}倍の長さになるように変形することにより、平面化画像ｐｌｉが作成される。基準部分画像および第１〜第４の部分画像に対して平面化処理を施すことにより、基準平面化画像および第１〜第４の平面化画像が作成される。

基準部分画像および第１〜第４の部分画像すべてに対して平面化を施すと、さらに平面化画像に結合用補正を施し、基準結合用画像および第１〜第４の結合用画像を作成する。結合用補正について以下に説明する。基準平面化画像および第１〜第４の平面化画像は、互いに隣合う部分画像における境界線が同一の形状とは限らず、画像が非連続となり得る（図１２参照）。それゆえ、結合用補正では、互いに平面化画像が連続するように補正される。また、補正の前後で平面化画像の総面積が変わらないように、平面化画像が補正される。

結合用補正のために、基準平面化画像が中央画像に定められる。ただし、他の単一の平面化画像を中央画像にしてもよい。中央画像に定められた基準平面化画像には実際には結合用補正が施されずに、以後の画像処理において基準結合用画像として取り扱われる。

中央画像に対して連続し得る第１の平面化画像に対して、結合用補正が施される。図１３（ａ）に示すように、第１の平面化画像ｐｌｉ１が、ｘ方向に沿った多数の画像列ｉｃに分解される。次に、図１３（ｂ）に示すように、基準平面化画像の第１の平面化画像ｐｌｉ１側の境界線ＢＬＬ上に、画素列ｉｃの基準平面化画像側の端部が重なるように、各画素列ｉｃをｘ方向に沿って平行移動させる。全画素列ｉｃを平行移動させるように変形させた画像が第１の結合用画像ｃｉ１として作成される。

第１の結合用画像ｃｉ１が作成されると、同様に第３の結合用画像も作成される。また、同様にして、基準結合用画像を用いて、第２、第４の結合用画像も順番に作成される。

基準結合用画像および第１〜第４の結合用画像が作成されると、隣合う結合用画像の互いの境界線が合致するように、すべての結合用画像が結合される。結合用画像ｃｉを結合することにより、全体画像ｗｉが作成される（図１４参照）。前述のように、全体画像ｗｉは、全体画像信号としてモニタ１１６に送信され、表示される。また、全体画像信号は記録メディア（図示せず）に格納することも可能である。

以上のような構成の本実施形態の指紋採取装置によれば、ｚ方向および基準線分ＬＳを軸としてｚ方向に対して所定の角度位置にある４方向の合計５方向から被写体である指ｆｉｎが撮影される。したがって、指ｆｉｎを押圧することなく広範囲な画像を得ることが可能である。

また、本実施形態では、５方向から撮影した複数の撮像画像における被写体の平面輪郭ｐｃｏを検出し、平面輪郭ｐｃｏに基づいて断面輪郭ｓｃｏを作成し、断面輪郭ｓｃｏに基づいて部分画像を撮像画像から抽出している。したがって、全体画像を作成するのに適した部分画像を作成することが可能である。

また、本実施形態では、部分画像の境界線が合致するように部分画像を結合させている。したがって、部分画像間で空白の無い全体画像を作成することが可能である。

以上のような構成により生成される全体画像によれば、従来の指紋採取装置と異なり、曲面を有する被写体の様々な方向から見た画像を連続するように結合させた広範囲な全体画像を作成することが可能になる。

また、本実施形態では、撮影画像に基づいて平面輪郭ｐｃｏを検出することにより、基準線分ＬＳに垂直な平面による被写体の回転断面ｃｄｓの断面輪郭ｓｃｏを作成することが可能である。断面輪郭ｓｃｏを作成し、断面輪郭ｓｃｏに基づいて第１〜第８の頂点ｐ１〜ｐ８を求め、各撮像画像において部分画像として抽出するために最適な境界線を決定することが可能である。すなわち、上述のような方法によれば、隣合う部分画像の両境界線において被写体における撮影される位置が合致し、互いに重複も不足も無い全体画像を得ることが可能である。

また、本実施形態では、平面化処理を施すことにより、使用目的により適した指紋を採取することが可能である。物品などに付着した指紋と照合するために、様々な個人の手指の広範囲におよぶ指紋画像を予め採取する必要がある。指紋採取装置は、指紋画像の事前の採取に用いられることがある。このような目的においては、指紋採取装置により採取された指紋と、付着した指紋間において、必ずしも同じ部位の指紋を採取できるとは限らない。

例えば、物品などに付着し後に採取される指紋が指先のみである場合には、後に採取される指紋の画像は指先の表面の法線方向から撮影した画像となる。そのため、予め記憶させる指紋とは撮影方向が異なることになる。平面化を行わなければ、予め採取される指紋と後に採取される指紋とを比較することが困難となる。それゆえ、本実施形態のように、平面化を施すことにより、後に採取される指紋がどのような部位に対しても比較に適した指紋の事前の採取が可能である。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。

また、本実施形態では、テレセントリックレンズ１１５を基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄに設ける構成であるが、設けなくてもよい。テレセントリックレンズ１１５を設けなくても、潰れなどの無い広範囲に渡る被写体の光学像を採取可能である。テレセントリックレンズ１１５を省くことにより製造コストの低減化を図ることが可能である。

また、本実施形態では、被写界調整レンズ１１６を基準光学系１１２および第１〜第４の光学系１１３ａ〜１１３ｄに設ける構成であるが、設けなくてもよい。指紋採取のためには、広い領域においてコントラストの高い画像を得ることが好ましい。それゆえ、被写界深度を深くすることが好ましい。しかし、被写界深度調整レンズ１１６が設けられなくても、部分画像として抽出する領域において光学像が十分に合焦するように設計されれば、指紋を採取可能である。

また、本実施形態では、平面輪郭ｐｃｏの検出、平面輪郭ｐｃｏに基づく断面輪郭ｓｃｏの形成、断面輪郭ｓｃｏに基づく第１〜第８の頂点ｐ１〜ｐ８の検出、および第１〜第６の頂点により部分画像の境界線ＢＬＲ、ＢＬＬを求める構成であるが、部分画像の境界線ＢＬＲ、ＢＬＬの決定方法はこのような方法に限られない。基準部分画像および第１、第２の部分画像間、第１の部分画像および第３の部分画像間、第２の部分画像および第４の部分画像間の境界線において画像が連続するように、境界線が求められれば他のいかなる方法を用いてもよい。

また、本実施形態では、部分画像に対して平面化を行う構成であるが、平面化を行わなくても、潰れなどの無い広範囲に渡る被写体の光学像を採取可能である。平面化を省略することにより画像処理部１１５における処理の負担を軽減化することが可能である。

また、本実施形態では、ｚ方向および基準線分ＬＳを軸にｚ方向に対して−９０°、−４５°、０°、４５°、および９０°の角度位置の４方向から被写体ｏｂｊの光学像を撮像する構成であるが、撮像する方向は、５方向に限定されない。９０°の角度をなす２方向を１組とする２組以上の方向であって、一方の方向は他方の組の２方向の間に挟まれる方向から被写体ｏｂｊを撮像すれば、本実施形態と同様の効果が得られる。

また、本実施形態では、第１〜第４のミラー１１４ａ〜１１４ｄを用いて、被写体の側面および斜方から観察した面の光学像を第１〜第４の領域ａ１〜ａ４に伝達する構成であるが、例えば、イメージファイバのような他の光伝達部材を用いて第１〜第４の領域ａ１〜ａ４に伝達する構成であってもよい。

１００ 指紋採取装置
１０１ 制御部
１０２ 画像処理部
１０５ モニタ
１１０ 多面撮像部
１１１ 撮像センサユニット
１１２ 基準光学系
１１３ａ〜１１３ｄ 第１〜第４の光学系
１１４ａ〜１１４ｄ 第１〜第４のミラー
１１５ テレセントリックレンズ
ａ１〜ａ４ 第１〜第４の領域
ＢＬＬ、ＢＬＲ 左側境界線、右側境界線
ｆｉｎ 指
ｉｃ 画像列
ＬＳ 基準線分
ｐ１〜ｐ８ 第１〜第８の頂点
ｐｃｏ 平面輪郭
ｐｉ 部分画像
ｐｌｉ 平面化画像
ｒｓ 受光面
ｓｃｏ 断面輪郭
ｗｉ 全体画像

Claims (11)

1. 基準線分上に延在させる指の指紋画像を作成する指紋採取装置であって、
   受光面に形成される光学像を撮像する撮像センサユニットと、
   前記指を基準方向から観察した光学像である基準光学像を前記受光面上の基準領域に結像させる基準光学系と、
   前記指を、前記基準方向と異なる第１〜第３の方向から観察した光学像である第１〜第３の光学像を、それぞれ前記受光面の第１〜第３の領域に結像させる第１〜第３の光学系と、
   前記基準領域において撮像された前記基準光学像である基準撮像画像、および前記第１〜第３の領域において撮像された前記第１〜第３の光学像である第１〜第３の撮像画像における前記指の輪郭である平面輪郭を、前記基準撮像画像および第１〜第３の撮像画像毎に検出する輪郭検出部と、
   前記基準撮像画像および前記第１〜第３の撮像画像に対して検出された前記平面輪郭に基づいて、前記基準線分に垂直な平面による前記指の断面の輪郭である断面輪郭を多角形状に作成し、該断面輪郭の何れかの辺に対応する前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像の一部を部分画像として抽出する抽出部と、
   前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像から抽出した前記部分画像を結合させることにより全体画像を作成する画像結合部とを備え、
   前記第１〜第３の方向は、前記基準線分を軸として前記基準方向に対して所定の角度を有し、前記基準方向と前記第３の方向の間および前記第１、第２の方向の間の角度は９０°であり、前記第１の方向は前記基準方向と前記第３の方向とに挟まれ、前記基準方向は前記第１、第２の方向に挟まれる
   ことを特徴とする指紋採取装置。
2. 請求項１に記載の指紋採取装置において、前記基準光学系および前記第１〜第３の光学系は物体側にテレセントリックであるテレセントリック光学系を有することを特徴とする指紋採取装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の指紋採取装置において、前記前記第１〜第３の光学系は前記第１〜第３の光学像をそれぞれ前記第１〜第３の領域に伝達する光伝達部を有することを特徴とする指紋採取装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の指紋採取装置において、前記基準光学系および前記第１〜第３の光学系は被写界調整光学系を有することを特徴とする指紋採取装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の指紋採取装置において、前記撮像センサユニットはエリアセンサを有することを特徴とする指紋採取装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の指紋採取装置において、前記抽出部は前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像から抽出する前記部分画像である基準部分画像および第１の部分画像が互いに境界線において連続するように、前記基準部分画像および前記第１の部分画像を抽出することを特徴とする指紋採取装置。
7. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の指紋採取装置において、
   前記抽出部は、
   前記多角形状の前記断面輪郭の頂点を検出し、
   検出した前記頂点に基づいて、前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像内部から抽出する部分画像の境界線を、前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像別に求め、
   求められた前記境界線に基づいて前記部分画像を抽出する
   ことを特徴とする指紋採取装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の指紋採取装置において、
   前記第２、第３の撮像画像における前記平面輪郭上の任意の点である処理前点における接線である調整用接線の傾斜に応じて、それぞれ前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像に対する前記部分画像の大きさを変えるように前記部分画像を変形させる画像変形部を備え、
   前記画像結合部は、前記画像変形部により変形された前記部分画像を結合させることにより前記全体画像を合成する
   ことを特徴とする指紋採取装置。
9. 請求項８に記載の指紋採取装置において、前記画像変形部は前記第２、第３の撮像画像の前記平面輪郭における前記調整用接線とそれぞれ前記基準方向および前記第１の方向との角度に応じて前記処理前点に対応する前記部分画像内の微小領域の画像を前記基準線分に沿って長くするように変形させることを特徴とする指紋採取装置。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の指紋採取装置において、前記画像結合部は前記部分画像のいずれの位置においても同じ倍率のまま前記部分画像を前記基準線分と垂直な方向にのみ歪ませるように変形させ、前記部分画像を結合させることを特徴とする指紋採取装置。
11. 基準線分上に延在させる指を基準方向から観察した光学像であって基準光学系により撮像センサユニットの受光面の基準領域上に結像される基準光学像、および前記指の第１〜第３の方向から観察した光学像であって第１〜第３の光学系により前記受光面の第１〜第３の領域上に結像される第１〜第３の光学像を撮像する第１のステップと、
    前記基準領域において撮像された前記基準光学像である基準撮像画像および前記第１〜第３の領域において撮像された前記第１〜第３の光学像である第１〜第３の撮像画像における前記指の輪郭である平面輪郭を、前記基準撮像画像および前記第１〜第３の撮像画像毎に検出する第２のステップと、
    前記基準撮像画像および前記第１〜第３の撮像画像に対して検出された前記平面輪郭に基づいて、前記基準線分に垂直な平面による前記指の断面の輪郭である断面輪郭を多角形状に作成し、該断面輪郭の何れかの辺に対応する前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像内の一部を部分画像として抽出する第３のステップと、
    前記基準撮像画像および前記第１の撮像画像から抽出した前記部分画像を結合させることにより全体画像を作成する第４のステップとを含み、
    前記第１〜第３の方向は、前記基準線分を軸として前記基準方向に対して所定の角度を有し、前記基準方向と前記第３の方向の間および前記第１、第２の方向の間の角度は９０°であり、前記第１の方向は前記基準方向と前記第３の方向とに挟まれ、前記基準方向は前記第１、第２の方向に挟まれる
    ことを特徴とする指紋採取方法。

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