JP6872349B2 - 血管画像撮影装置および個人認証システム - Google Patents

Description

本発明は、人間の生体情報、特に指の血管のパターンを利用して個人を識別する装置および方法に関する。

高精度な本人認証が可能な生体認証装置の一つに血管のパターンを利用したものがある。これは血管パターンが個人ごとに異なることを利用し、例えば指血管のパターンを利用する場合は、指に光を当てることで浮かび上がる血管パターンを予め登録しておいた指血管パターンの情報と比べることで本人認証を行う装置である。特許文献1には、歩きながら指血管のパターンを用いて本人認証を行う個人認証装置などについて記載されている。
特許文献２には、照射光の光軸の延長線が指静脈画像を撮影するための撮像装置と交差しないように設置することでハレーション領域の少ない鮮明な生体の画像撮影が可能な生体認証装置などについて記載されている。特許文献３には、手を動かしながら指血管を利用した本人認証が可能な生態認証装置などについて記載されている。

WO2016/084214

特許文献１開示された技術では、血管画像撮影時に撮影対象の手が移動している場合には、適切な撮影タイミングを決定することができないため、撮影された血管画像の品質が低下する場合があり、ひいては認証精度が低下する可能性がある。

格子状に配列された複数の光源と、手の位置情報を取得するセンサと、位置センサから取得した位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を複数の光源の中から選択し、照射用光源の光量を制御する光量制御部と、照射用光源と向き合う位置に配置された照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮影部と、を備え、
撮影部は、手の位置の履歴情報に基づき撮影タイミング決定部により決定された撮影タイミングで撮影を行う。

血管画像撮影時に撮影対象の手が移動している場合であっても適切な撮影タイミングを決定することができ、撮影される血管画像の品質が向上し、ひいては認証精度の向上が期待できる。

認証装置を斜め上方から見た図 認証装置を横方向から見た図 認証装置のシステム構成例 本人認証処理のフローチャートを示す図 本人認証時における手の位置の履歴を示す図 本人認証における撮影位置を予測する際のフローチャートを示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図 認証装置の変形例を示す図

本実施例では、歩行時に手を動かしながら認証した場合に高い精度で本人認証する装置につき説明する。なお、本実施例は個人認証処理を本体内で実施する生体認証装置であることを前提としているが、本体内では血管画像撮影までの処理とし、認証処理は本体外部に設置したサーバなどで行っても良い。

図１は、認証装置を斜め上から見た図である。認証装置１０１は、手の位置情報を取得する位置センサ１０４と、近接して同じ方向を向けて設置された撮像部１０５と、位置センサ１０４および撮像部１０５の正面から上方に向かい合って配置された複数の点光源１０３からなる光源アレイ１０２と、手１０６を通過させる方向を示す矢印マーク１０７と、を有する。

ユーザは、個人認証時に、手の指先を下に向けて指を開き伸ばした状態で、位置センサ１０４および撮像部１０５と、光源アレイ１０２の間を、手のひらを位置センサ１０４および撮像部１０５に向けて、矢印のマーク１０７の方向に通過させる。個人認証の処理フローについては図４で後述する。

点光源１０３は手の甲の側から、伸ばした指に対して１度〜８９度の角度で斜め方向から指を照射できるように（例えば、水平方向から下向きに４５度の角度で）配置されている。

図２は、認証装置を横から見た図である。動いている手の血管画像撮影を行う場合に、画像のブレを防いで鮮明な血管画像を撮影するためは、一般に露光時間を短くする必要がある。露光時間を短くした場合は一般に画像が暗くなるため、鮮明な画像を得るためには強い照明を当てる必要がある。手の提示位置や方向および提示位置までの移動経路の自由度を上げるため、手から１０ｃｍ〜５０ｃｍほど離れた位置から照明を当てて血管画像の撮影を行う場合、指先方向の上方から光を当てると指先や指の側部、および指と指の間の股の部分に輝度飽和（ハレーション）が発生する。ハレーションは、指側面に照射されて反射した光を撮像部が直接受光することにより発生する。強い照明を当てた場合、ハレーションが発生する面積が増大し認証精度が低下する。しかし、のばした指に対して１度〜８９度の角度で手の手首側より光を照射した場合、生体内の光線の通過距離が長くなり、ハレーションを低減することができるため、このように光を照射できるよう照明を配置している。

図３は、認証装置のシステム構成図である。認証装置１０１の位置センサ１０４は、手１０６の位置情報を電気信号に変換し、位置情報入力部３０９およびインターフェース３１２を介してコンピュータ３１１に取り込む。コンピュータ３１１は取り込まれた位置情報からメモリ３１６に格納されたプログラムによりＣＰＵ３１７により、手１０６の姿勢、指の位置、指の姿勢、などを計算し、メモリ３１６の手の位置の履歴情報３１９に記録する。履歴情報３１９の詳細については図５で後述する。コンピュータ３１１は履歴情報３１９に格納されている手１０６の姿勢、指の位置、指の姿勢と、直前に計算した手の姿勢、指の位置、指の姿勢を記録した手の位置の履歴情報３１９とから、ＣＰＵ３１７により手が血管撮影に適切な位置に到達する予測時刻を計算する。計算の結果、現在時刻が前記予測時刻に達していた場合にコンピュータ３１１よりインターフェース３１２および光源制御部３１０を介して光源アレイ１０２に配置された複数の点光源１０３のうち、指の予測位置を照らすものを選択して点灯して照射光を指に当て、対面に配置した撮像部１０５に到達した光を受光する。受光した光は撮像部１０５にて電気信号に変換され、画像入力部３０８およびインターフェース３１２を介して画像としてコンピュータ３１１に取り込まれてメモリ３１６に記録される。記録された画像は、メモリ３１６に記録されたプログラムにより、予め外部記憶装置３１８に記録されている一つ以上の画像と照合され本人認証を行う。点光源からの照射光を複数の指に当てることにより、同時に複数の指の画像を撮影し本人認証に使用することができる。認証の結果はスピーカ３１３や表示装置３１５により本人に通知することができる。

図４は本人認証処理のフローチャートを示す図である。まずステップ４０１にて認証者が手を提示する。次にステップ４０２において、ＣＰＵ３１７が、位置センサから位置情報の取得を行う。次にステップ４０３において、ＣＰＵ３１７が、ステップ４０２で取得した位置情報からセンサの近傍にある手の検出を行う。次にステップ４０４において、ＣＰＵ３１７が、ステップ４０２で手を検出したか否かの判定を行う。手を検出しなかった場合はステップ４０２に戻る。手を検出した場合はステップ４０５に進み、ＣＰＵ３１７が、位置センサから取得した手の位置情報から各々の指の指先の位置、指の向き、指の傾きなどの情報を算出してメモリ上の手の位置の履歴情報３１９に書き込む。次にステップ４０７において、ＣＰＵ３１７が、以前に書き込んだ指先の位置、指の向き、指の傾きなどの情報を手の位置の履歴情報３１９から読み込み、手が血管撮影に適切な位置に到達する時刻の予測を行う。ステップ４０７の詳細については図６で後述する。次にステップ４０８において、ＣＰＵ３１７が、ステップ４０７で行った手の撮影位置への予測到達時刻が現在時刻であるか否かの判定を行い、現在時刻がまだ予想到達時刻に達していない場合はステップ４０２に戻る。現在時刻がステップ４０７で行った手の撮影位置への予測到達時刻に達していた場合は、ステップ４０９に進み、ＣＰＵ３１７が、インターフェース３１２および光源制御部３１０を介して光源アレイ１０２に配置された複数の点光源１０３のうち、指の予測位置を照らすものを選択して点灯する。次にステップ４１０において、ＣＰＵ３１７が、撮像部１０５により指血管画像を撮影し画像をコンピュータ３１１に取り込む。次にステップ４１１において、ＣＰＵ３１７が、指血管画像から複数の指領域の検出を行う。次にステップ４１２において、ＣＰＵ３１７が、指の向きの補正や、姿勢変動によるゆがみの補正を行う。次にステップ４１３において、ＣＰＵ３１７が、各指血管画像から指血管特徴情報を抽出する。次にステップ４１４において、ＣＰＵ３１７が、ステップ４１３で抽出した指血管特徴情報と予め外部記憶装置３１８に記録しておいた指血管特徴情報を照合し照合スコアの算出を行う。次にステップ４１５において、ＣＰＵ３１７が、ステップ４１４で算出した照合スコアが閾値ＴＨ１を上回っているか否か比較する。照合スコアが閾値ＴＨ１を上回っている場合はステップ４１６に進み、認証成功後処理を行ったあと、ステップ４１８に進み認証処理を終了する。照合スコアが閾値ＴＨ１を上回っていない場合はステップ４１４からステップ４１７に進み、ＣＰＵ３１７が認証失敗後処理を行って、ステップ４１８に進み認証処理を終了する。

図５は手の位置の履歴情報３１９の詳細図の例である。手の位置の履歴情報の各列は、位置センサの情報を取得した時刻５０１と、識別した手の最初の指の指先の位置情報５０２の位置センサから取得した三次元の座標であるｘ座標５０３、ｙ座標５０４、ｚ座標５０５と、同様に２番目の指の指先情報５０６と、３番目の指の指先情報５０７と、４番目の指の指先情報５０８、５番目の指の指先情報５０９と、から構成される。

ポインタ変数ｔｏｐ ５１０は、最後に書き込みを行った履歴情報の位置を示している。図５の例では、ポインタ変数ｔｏｐ ５１０は、５つの時刻について指先の位置情報を記録する履歴情報になっている。すなわち、新しい情報を書き込む際は、一番古い情報を上書きしたあと、ポインタ変数ｔｏｐ ５１０の指示先を書き込んだ履歴情報のエントリに変更する。ポインタ変数ｔｏｐ ５１０の指示先は新しい履歴情報が書き込まれるたびに行５１１、行５１２と移動していき、行５１５を指示した後は再び行５１１を指示する。

図６は、本人認証における撮影位置を予測する際のフローチャートを示しており、ＣＰＵ３１７が実施するステップ４０７の処理を示す図である。ステップ６０１にて手が撮影位置に来る時刻の予測を開始する。次にステップ６０２で手の位置の履歴情報３１９に記録されている履歴情報を読み込む。次にステップ６０３で最小二乗法により時刻と手のｘ空間座標の相関を示す近似関数ｘ＝ｆｘ（ｔ）、時刻と手のｙ空間座標の相関を示す近似関数ｙ＝ｆｙ（ｔ）、時刻と手のｚ空間座標の相関を示す近似関数ｚ＝ｆｚ（ｔ）を算出する。次に、ステップ６０４で前述のステップ６０３で算出した近似関数を使って、手が血管撮影に適切な位置になる座標に指先が到達する時刻を算出し、手の撮影位置への予測到達時刻とする。このとき、手が血管撮影に適切な位置になる座標は、カメラの画角から外れず、ピントのずれが所定範囲に収まるような幅を持った値とすることで、予想到達時刻が算出できなくなる可能性を小さくすることができる。当該範囲を示すパラメータは予め固定の値として設定してもよいが、認証装置の設置場所に応じて変更できるよう設計してもよい。最後に、ステップ６０５で、手が撮影位置に来る時刻の予測を終了する。

図７は、認証装置の変形例を示しており、柱面の一部が円柱状である柱状の２つの突出部に、それぞれ光源と、撮像部を格納した血管画像撮影装置を示す図である。２つの突出部の間隔が、カメラ正面にて最も狭くなるように配置することで、指を提示する際に、手を開き、指を伸ばし、かつ手のひらをカメラ側に向ける姿勢を保ったまま、カメラ前を通過させるよう促すことができる。また、光源を配置した突出部に配置した、開いた手を開いた形の発光部７０１を、センサが手を検知したことをトリガーとして、手の進入側から順に所定間隔で発光させることで、手を開き、指を伸ばして手のひらをカメラ側に向けてカメラ前を通過させ、かつ手の軌跡と速度を発光部の発光間隔に合わせて手を移動するよう促すことができる。なお、トリガーは手の検知以外の手法でもよい。例えば、図示しない他のセンサ等により人物が近付いたことを検知した場合に当該発光を開始してもよい。

なお、本実施例において、手が血管撮影に適切な位置を通過しなかった場合、スピーカ３１３より警告音を発して認証者に知らせ、再度手を提示するよう促してもよい。

本実施例は、筐体上面に開口部を設置し、筐体内部に上向きに設置された撮像部が開口部を通して指静脈画像の撮影を行う装置について説明する。

図８は、認証装置の変形例を斜め上から見た図である。この例では、筐体１０１の上面に開口部８０１を設け、開口部８０１を通して血管画像の撮像を行う。光源１０２は筐体上部に、撮像部１０５に向けて発光するよう設置する。また、光源１０２は認証時に使用者に接触しにくいよう、角度を付けて斜めに設置する。

図９は、認証装置の変形例を横から見た図である。各構成の説明は図８の説明と重複するため省略する。

図１０は、認証装置の変形例を斜め上から見た図であり、図８および図９に示した認証装置の筐体上面に、手を移動させる軌道に沿って配置した窪みと、窪みに複数の手のひら状の形をした発光部を設置した認証装置を示す図である。手を移動させる軌跡に沿った窪みを設けることで、手を提示する際の手の軌跡が窪みに沿ったものになることを促すことができる。また、窪みの中に設置した、開いた手を開いた形の発光部７０１を手の進入側から順に所定間隔で発光することで、手を開き、指を伸ばしてカメラ前を通過させ、かつ発光部の発光間隔に合わせて手を移動するよう促すことができる。

図１１は、認証装置の変形例を上から見た図である。この図では、手の通過時に光源１０２が移動して接触を避ける機能を持つ認証装置を示している。光源１０２が撮影位置に提示された手の手首側から伸ばした指に１度〜８９度の角度で光を照射するために、光源１０２は手の真上より認証者の方に寄った位置に設置されている。このため、歩行中の認証者と接触する可能性があるため、指静脈画像の撮影完了後に光源１０２を矢印のように移動させて認証者から離れさせることで、認証者と接触する可能性を低減することができる。

本実施例では、指先を上向きに手を提示して認証を行う認証装置について説明する。

図１２は認証装置の変形例を示しており、手の形をした切り欠きを有し、手の形をした切り欠きの指先方向が上方になるように、水平方向から１度〜８９度の角度で設置された誘導板１２０１を備え、誘導板１２０１に対して平行に手を移動させるときに血管画像の撮影を行い認証する装置を示す図である。光源１０２は認証者の進行方向に対して誘導板１２０１の手前側に、位置センサ１０４と撮像部１０５は進行方向に対して誘導板の奥側に、それぞれ配置されている。

図１３は認証装置の変形例を横から見た図である。認証者が光源１０２に接触する可能性を低減し、かつ操作性を向上するために、点光源１０３が光源１０２上に斜めに配置されている。光の照射方向は、図１２の説明と同様である。

図１４は認証装置の変形例を上から見た図である。各構成の説明は図１３の説明と重複するため省略する。

図１５は認証装置の変形例を上から見た図である。この例では、手の通過時に光源１０２を移動させて照射位置に着くことで、認証者による認証時の開放感を確保するよう構成されている。このように構成することで、手が誘導板１２０１に近づいてから光源１０２が矢印のように照射位置に移動し、誘導板の切り欠きに手を通すときに指静脈画像の撮影を行い認証する。

１０１：認証装置 １０２：光源アレイ １０３：点光源 １０４：位置センサ １０５：撮像部 １０６：手 １０７：矢印マーク ３０８：画像入力部 ３０９：位置情報入力部 ３１０：光源制御部 ３１１：コンピュータ ３１２：インターフェース ３１３：スピーカ ３１４：キーボード ３１５：表示装置 ３１６：メモリ ３１７：ＣＰＵ ３１８：外部記憶装置 ３１９：手の位置の履歴情報 ７０１：開いた手を開いた形の発光部 ８０１：筐体上面の開口部 １２０１：誘導板

Claims (6)

1. 格子状に配列された複数の光源と、手の位置情報を取得する位置センサと、前記位置センサから取得した位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源と向き合う位置に配置された前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮影部と、横向きに前記複数の光源を格納した、柱面の一部が円柱状である第１の突出部と、前記複数の光源と正対した、柱面の一部が円柱状である第２の突出部と、を備え、
   前記撮影部は、手の位置の履歴情報に基づき撮影タイミング決定部により決定された撮影タイミングで撮影を行い、
   前記履歴情報は、時刻毎の、手の位置に関する三次元空間上の座標を示す情報であり、
   前記撮影部は、前記第２の突出部に配置されており、
   前記第１の突出部及び第２の突出部の間隔が、前記撮影部の正面で最も狭くなるように配置されている、
   ことを特徴とする血管画像撮影装置。
2. 請求項１に記載の血管画像撮影装置において、
   前記第１の突出部に、手の形に配置された発光部を複数備え、
   前記複数の発光部は、前記位置センサが手を検知した場合に、所定の順序かつ所定の時間間隔で発光する、ことを特徴とする血管画像撮影装置。
3. 格子状に配列された複数の光源と、手の位置情報を取得する位置センサと、前記位置センサから取得した位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源と向き合う位置に配置された前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮影部と、横向きに前記複数の光源を格納した、柱面の一部が円柱状である第１の突出部と、前記複数の光源と正対した、柱面の一部が円柱状である第２の突出部と、を備え、
   前記撮影部は、手の位置の履歴情報に基づき撮影タイミング決定部により決定された撮影タイミングで撮影を行い、
   前記履歴情報は、時刻毎の、手の位置に関する三次元空間上の座標を示す情報であり、
   筐体上面に設置され、前記撮影部に光を到達させるための開口部と、
   筺体上面に設置され、手を通過させる軌道に沿って配置された窪みと、
   前記窪みに設置され、複数の手のひら状の形をした発光部と、を備え、
   前記光源は、前記開口部の上部に前記撮影部と正対して設置され、
   前記複数の発光部は、前記位置センサが手を検知した場合に、所定の順序かつ所定の時間間隔で発光する、ことを特徴とする血管画像撮影装置。
4. 請求項３に記載の血管画像撮影装置において、
   前記光源は、指静脈画像の撮影完了後に移動して認証者との接触を避ける可動部に備えられている、ことを特徴とする血管画像撮影装置。
5. 格子状に配列された複数の光源と、手の位置情報を取得する位置センサと、前記位置センサから取得した位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源と向き合う位置に配置された前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮影部と、横向きに前記複数の光源を格納した、柱面の一部が円柱状である第１の突出部と、前記複数の光源と正対した、柱面の一部が円柱状である第２の突出部と、を備え、
   前記撮影部は、手の位置の履歴情報に基づき撮影タイミング決定部により決定された撮影タイミングで撮影を行い、
   前記履歴情報は、時刻毎の、手の位置に関する三次元空間上の座標を示す情報であり、
   筐体側面に設置され、手の形をした切り欠きを有し、切り欠きの指先方向が上方になるように、水平方向から１度〜８９度の角度で設置された誘導板を備える、ことを特徴とする血管画像撮影装置。
6. 請求項５に記載の血管画像撮影装置において、
   前記光源は、手を検知した場合に照射位置に移動する可動部に備えられている、ことを特徴とする血管画像撮影装置。

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