WO2008126935A1

WO2008126935A1 - 位置合わせ方法、位置合わせ装置及びプログラム

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Publication number: WO2008126935A1
Application number: PCT/JP2008/057380
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Abe; Abdul Muquit Mohammad
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2008-10-23
Also published as: EP2136332A4; CN101647042A; JP2008262307A; JP4577580B2; EP2136332A1; CN101647042B; US20100135531A1

Abstract

処理負荷を低減し得る位置合わせ方法、位置合わせ装置及びプログラムを提案する。一方の画像に映し出されるオブジェクトから抽出された第１の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるオブジェクトから抽出された第２の点の集合における一部の点群を基準として、第１の点の集合に対して第２の点の集合を位置合わせし、この後、第１の点の集合におけるすべての点と、位置合わせされた第２の点の集合におけるすべての点を基準として、第１の点の集合に対して第２の点の集合を位置合わせするようにした。

Description

位置合わせ方法、位置合わせ装置及びプログラム技術分野

本発明は位置合わせ方法、位置合わせ装置及びプログラムに関し、バイオメトリクス認証する場合に適用して好適なものである。背景技術

従来、バイオメトリクス認証対象の 1つとして血管がある。この種の認証装置では、メモリに登録された画像に映し出される血管と、入力された画像に映し出される血管とを位置合わせし、該位置合わせした血管が一致するか否かにより登録者本人の有無が判定ざれる（例えば特許文献 1参昭 ) 特許文献 1 特開 2 0 0 6— 0 1 8 3 9 5公報。この位置合わせには、一般に、相互相関が用いられ、当該相関係数の算出には、大量の積算や累積加算が必要となる。また、マッチング位置を求めるには、画像を構成するすべての画素を対象として相関係数を算出する必要があるため、位置合わせの処理負荷は膨大となるという問題があった。発明の開示

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、処理負荷を低減し得る位置合わせ方法、位置合わせ装置及びプログラムを提案しょうとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、位置合わせ方法であって、一方の画像に映し出されるオブジェクトから抽出された第 1の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるオブジェク卜から抽出された第 2の点の集合における一部の点群を基準として、第 1の点の集合に対して第 2の点の集合を位置合わせする第 1のステップと、第 1の点の集合におけるすべての点と、第 1のステツプで位置合わせされた第 2の点の集合におけるすべての点を基準として、第 1の点の集合に対して第 2の点の集合を位置合わせする第 2のステップとを設けるようにした。

また本発明は、位置合わせ装置であって、ワークメモリと、入力される一方の画像と、他方の画像とを、ワークメモリを用いて位置合わせする位置合わせ部とを設け、位置合わせ部では、一方の画像に映し出されるォブジエケ卜から抽出された第 1の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるオブジェク卜から抽出された第 2の点の集合における一部の点群.を基準として、第 1の点の集合に対して第 2.の点の集合を位置合わせし、第 1の点の集合におけるすべての点と、位置合わせされた第 2の点の集合におけるすべての点を基準として、第 1の点の集合に対して第 2 の点の集合を位置合わせするようにした。

さらに本発明は、プログラムであって、入力される一方の画像と、他方の画像とを、ヮクメモリ.を用いて位置合わせする位置合わせ部に対して、方の画像に映し出されるオブジェク卜から抽出された第 1.の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるオブジェクトから抽出された第 2の点の集合における一部の点群を基準として、第 1の点の集合に対して第 2の点の集合を位置合わせすること、第 1の点の集合におけるすベての点と、位置合わせされた第 2の点の集合におけるすべての点を基準として、第 1の点の集合に対して第 2の点の集合を位置合わせすることを実行させるようにした。

以上のように本発明によれば、オブジェク卜から抽出された点の集合を、その集合の一部の点群を基準として大まかに位置合わせする段階を経ることで、位置合わせ基準数を少なくする分だけ位置合わせ位置の探索負荷を低減することができる。また大まかな位置合わせを行っているので、当該段階を経ずに位置合わせする場合に比して位置合わせ位置の探索負荷を低減することができる。したがって、画像を構成するすべての画素を対象として位置合わせする場合に比して位置合わせ位置の探索負荷を大幅に低減することができ、かくして処理負荷を低減し得る位置合わせ方法、位置合わせ装置及びプログラムを実現できる。図面の簡単な説明

図 1は、本実施の形態による認証装置の全体構成を示すプロック図である。

図 2は、パターン抽出前後の画像を示す、（A ) 撮像画像及び（B ) パ夕一ン抽出画像、の略線図である。

図 3は、凸包点の検出前後の画像を示す、（A ) 検出前及び（ B ) :検出後、の略線図である。 . . 図 4は、凸包点の平行移動の説明に供する略線図である。 . ^ .

図 5は、方の血管構成点群と、他方の血管構成点群の部の点を用いて、当該血管構成点群同士を位置合わせした状態を示す略線図である。図 6は、一方の血管構成点群と、他方の血管構成点群のすべての点を用いて、当該血管構成点群同士を位置合わせした状態を示す略線図である。図 7は、認証処理手順を示すフローチャートである。 · , 図 8は、位置合わせ処理手順を示すフローチャートである。

図 9は、ずれ角に応じた、第 1〜第 3段階までの処理時間と、第 1〜第 4段階までの処理時間と、第 4段階だけを行った場合の処理時間とを示す略線図である。

図 1 0は、血管構成点群の一部の点で大まかに位置合わせすることなく、当該血管構成点群全体を位置合わせした場合の状態を示す略線図である。図 1 1は、最小外接矩形の検出前後の画像を示す、（A) 検出前及び (B) 検出後、の略線図である。

図 12は、最小外接矩形点を基準とする、血管構成点群の位置合わせの説明に供する略線図である。

図 13は、分岐点及び屈曲点の検出前後の画像を示す、 (A) 検出前及び（B) 検出後、の略線図である。発明を実施するための最良の形態

以下図面について、本発明を適用した一実施の形態を詳述する。

( 1 ) 認証装置の全体構成

図 1において、本実施の形態による認証装置 1の全体構成を示す。この認証装置 1は、制御部 10に対して、操作部 1 1、撮像部 12、: メモリ 1 3、インターフェース 14及び通知部 1 5をそれぞれバス 1 6を介して接：続するごとに.より構成される。

制御部 1 0 は、認証装置 1 全体の制御を司る C P U (Central Processing Unit),と、各種プログラム及び設定情報な:どが格納される R〇 M (Read Only Memory)と、当該 C P Uのヮ一クメモリとしての RAM (Random Access Memory)とを含むコンビュ一ダとして構成される。

この制御部 1· 0には登録対象のユーザ（以下、これを登録者と呼ぶ）の血管を登録するモード（以下、これを血管登録モードと呼ぶ）の実行命令 COM 1又は登録者本人の有無を判定するモ一ド（以下、..これを認証モ —ドと呼ぶ）の実行命令 COM2が、ユーザ操作に応じて操作部 1 1かち入力される。

制御部 10は、かかる実行命令 COM 1、 C OM 2に基づいて実行すベきモードを決定し、この決定結果に対応するプログラムに基づいて、撮像部 1 2、メモリ 13、イン夕一フェース 14及び通知部 1 5を適宜制御し、血管登録モード又は認証モ一ドを実行するようになされている。撮像部 1 2は、この認証装置 1の筐体のうち、指が配される領域上を撮像空間とするカメラを有し、該カメラにおける光学系のレンズ位置、絞りの絞り値及び撮像素子のシャッター速度（露出時間）を、制御部 1 0により設定される設定値を基準として調整する。

また撮像部 1 2は、撮像空間に近赤外光を照射する近赤外光光源を有し、該近赤外光光源を、制御部 1 0により指定される期間に点灯させるとともに、撮像素子の撮像面に映し出される被写体像を所定周期ごとに撮像し、該撮像結果として生成される画像に関する画像デ一夕を制御部 1 0に順次出力する。.： - メモリ 1 3は、例えばフラッシュメモリでなり、制御部 1 0により指定されるデダを'記憶し、又は読み出すようになされている。

ィンタフエス 1 4は、所定の伝送路を介して接続ざれた外部の装置：との間で各種データを授受するようになされている。 .

通知部 1 5は、表示部 1 5 . a及び音声出力部 1. 5 bでなり、該表示部 1 5 aは、制御部 1 0から与えられる表示デ一夕に基づぐ.文字や図形を表示画面に表示する。方、音声出力部 1 5 bは、制御部. 1 0から与えられる : 音声データに基づぐ音声：を、スピーカから出力するようになされている.。 ( 1 - 1 ) 血管登録モード

次に、血管登録モードについて説明する。制御部 1 ひは、実行すべきモ —ド.として血管登録モー.卞を決定した場合、動作モードを血管登録モ^"ドに遷移し、：撮像空間に対して.指を配置ざせなければならないことを.通知部 1 5.に通知させる。

このとき制御部 1 0は、撮像部 1 2におけるカメラを撮像動作させる.とともに、該撮像部 1 2における近赤外光光源を点灯動作させる。

この状態において、撮像空間に対して指が配される場合、近赤外光光源からその指の内方を経由した近赤外光は、血管を投影する光として、カメラにおける光学系及び絞りを介して撮像素子に入射され、該撮像素子の撮像面には指内方における血管が投影される。したがってこの場合に撮像部

1 2での撮像結果として生成される画像データに基づく画像には、血管が映し出されることとなる。

制御部 1 0は、撮像部 1 2から与えられる画像デ夕に対して、画像回転補正、ノイズ除去、画像切出などの前処理を適宜施じ、：該前処理結果として得られる画像から、その画像に映し出される血管の形状パターンを抽出する。そして制御部 1 0は、この血管の形状パターンを識別対象のデー夕（以下、. これを識別デ夕と呼ぶ）として生成し、これをメモリ 1 3に記憶することにより登録する。

このようにして制御部 1 0は、血管登録モードを実行することができるようになされている。

( 1— 2 ) 認証モード .:.：

次に、認証モードについて説明する。制御部 1 0は、. 実行すべきモードとして認証モードを決定した場合、動作モードを認証モードに遷移し撮像.空間に対して指を配置ざせなければならないことを通知部 1 .5に通知させ、かつ撮像部 1 2におけるカメラを撮像動作させる:とともに、近赤外光光源を点灯軌作させる。. . .

また制御部 1 0は、撮像部 1 2から与えられる画像デ一夕に対して、.画像回転補正ノイズ除去、画像切出などの前処理を適宜施し、該前処理結果として得られる画像から、血管登録モードと同じように血管の形状バタ —ンを抽出する。. . ;

そして制御部 1 0は、抽出した血管の形状パターンと、メモリ 1 3に記憶された識別データにより表される血管の形状パターンとを照合（パターンマッチング）し、該照合結果として得られるパターンの類似度に応じて、登録者と承認することができるか否かを判定するようになされている。ここで、登録者と承認することができないものと判定した場合、制御部 1 0は、その旨を表示部 1 5 a及び音声出力部 1 5 bを介して視覚的及び聴覚的に通知する。これに対して、登録者と承認することができるものと判定した場合、制御部 1 0は、登録者と承認したことを表すデ一夕を、ィン夕ーフエ一ス 1 4に接続された装置に送出する。この装置では、登録者と承認したことを表すデ一夕をトリガとして、例えば、ドアを一定期間閉錠させる、あるいは、制限対象の動作モードを解除させる等、認証成劝時に実行すべき所定の処理が行われる。

このようにしてこの制御部 1 0は、認証モードを実行することができるようになされている。 '

( 2 ) 制御部における処理の具体的内容

次に、制御部 1 0における処理の具体的内容として、血管の形状パ夕一ンの抽出処理と、形状パターンの照合処理との一例を、詳細に説明する。

( 2— 1 ) 血管の形状パターンの抽出

制御部 1 .0は、抽出対象の画像に映し出されるォブジクトの輪郭を、 : ガウシアンフィルタや L 0 gフィル夕等の微分フィル夕を用いて浮き彫りにし、該輪郭を浮き彫りにした画像を、設定された輝度値を基準として: 2 . 値画像に変換する。

また制御部 1 0は、 2値画像に映し出される血管部分における幅の中心 . 又は幅の輝度ピークを抽出することによって、当該血管を線（以下、；これを血管線と呼ぶ）と;して表す。

ここで、. この血管線の抽出前後の画像例を図 2に示す。この図.2からも明らかなように、抽出前の画像（図 2 ( A ) ) は、その画像に映し出される血管部分が線状にパターン化された 2値画像（図 2 ( B ) ) として得られることとなる。

さらに制御部 1 0は、 2値画像に映し出される血管線を構成する点（画素）のうち、端点、分岐点及び屈曲点を、血管線の特徴をなす点（以下、これを特徴点と呼ぶ）として検出し、該検出した各特徴点の全部又は一部の点の集合（以下、これを血管構成点群と呼ぶ）を、血管の形状パターンとして抽出するようになされている。

( 2— 2 ) 形状パターンの照合

制御部 1 0は、認証モード時に抽出した血管の形状パターン（血管構成: 点群）と、メモリ 1 3 (図 1 ) に記憶された識別データにより表される血管の形状パターン（血管構成点群）とを位置合わせする。

そして制御部 1 0は、位置合わせした一方の血管構成点群における各特徴点と、他方の血管構成点群における各特徴点のうち、例えば、一致する特徴点の数の割合が所定の閾値以上である場合には、登録者と承認することができるものと判定する。一方、制御部 1 0は、一致する特徴点の数の割合が閾値未満の場合には、登録者と承認することができないものと判定するようになされている。

( 2— 3 ) 血管構成点群の位置合わせ： . . .

ここで、この実施の形態における位置合わせ手法の一例を詳細に説明する。. ■■■ ： ':- ：. · ... , . · ' '： .' ： .

( 2― 3 - 1 ) 第) 1段階 , - . ,

第.1段階として、制御部 1 0は、例えば図 3に示すように、一方の血管構成点群（図 3 ( A ) 、から、当該血管構成点群を含む最小の多角形:.（以. 下、これを凸包（convex- hul l )と呼ぶ）の頂点を構成する点群（以下、. 'これを第. 1の凸包点群と呼ぶ）を検出する（図 3 ( B ) ) 。この図 3では、便宜上、血管線も示している。

同様に、制御部 1. 0は、他方の血管構成点群から、凸包の頂点を構成す. る複数の点（以下、これを第 2の凸包点群と呼ぶ）を検出する。

また制御部 1 0は、一方の血管構成点群から第 1の凸包点群を検出した場合、該第 1の凸包点群により構成される凸包の中心点（以下、これを第 1の凸包中心点と呼ぶ）を検出し、他方の血管構成点群から第 2の凸包点群を検出した場合、該第 2の凸包点群により構成される凸包の中心点（以下、これを第 2の凸包中心点と呼ぶ）を検出する。 ( 2 - 3 - 2 ) 第 2段階

第 2段階として、制御部 i 0は、例えば図 4に示すように、第 1の凸包中心点と、第 2の凸包中心点とがー致するように、第 2の凸包点群をそれそれ平行移動する。 '

具体的には、制御部 1 0は、第 1の凸包中心点に対する第 2の凸包中心点の平行移動量を算出する。そして制御部 1 0は、. この平行移動量だけ、第 2の凸包点群における各点を移動するようになされている。 .

( 2 - 3 一 3 ) 第 3段階

第 3段階として.、制御部 1 0は、例えば図 5に示すように、 - 第 1の凸包点群における各点と、第 2の凸包点群における各点との間の相対距離が閾値未満となるように、一方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を大まかに位置合わせする。この図 5では、便宜上、血管線も示している。また、: この図 5における方の血管構成点群（血管線) と、他方の血管構成点群（血管線）とは、同一人物における同一指から抽出されたものである。.

. ..具体的には、制御部 1:ひは、第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の. 移動位置を、例えば回転移動及び平行移動の順で探索す.る d .

すなわち、制御部 1 0:は、 .現時点での第 2の凸包点群の位置を初期位置と.し、該初期位置での:第 2の凸包中心を回転の中心として、.予め設定ざれた回転移動範囲において所定の回転移動量ずつ第 2の凸包点群を回転移動し、例えば、第 2の凸包点群の各点と、これら各点に最も近い点となる第 1の凸包点群の各点との距離の 2乗の和（以下、これを評価値と呼ぶ）が最小となる位置を探索する。

そして制御部 1 0は、この回転移動において評価値が最小となる第 2の凸包点群の位置を探索した場合、その探索した位置を基準として、予め設定された平行移動範囲において所定の平行移動量ずつ平行移動し、評価値が最小となる第 2の凸包点群の位置を探索するようになされている。また制御部 1 0は、この平行移動において評価値が最小となる第 2の凸包点群の位置を探索した場合、当該探索したときの評価値（以下、これを現評価値と呼ぶ）に対する、 1つ前に回転移動及び平行移動の順で探索したときの評価値（以下、これを前評価値と呼ぶ）の大小を認識する。

この現評価値が前評価値よりも小さい場合、このことは、次の評価値がさらに小さぐなる.、つまり、第 1の凸包点群に対して第 2の凸包点群をさらに近づけることができる可能性があることを意味する。この場合、制御部 1 0ば、現評価値を得たときの第 2の凸包点群の位置を初期位置として、該第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を、回転移動及び平行移動の順で再探索する。

ちなみに、第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を最初に探索した:場合には前評価値がないので、この場合には、 '：現評価値が前評価値よりも小さい場合と同様に、現評価値に対応する第 2の凸包点群の位置を初期位置として、該第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置が、回転移動及び平行移動の順で再探索される。 '

+ 一方、現評価値が前評価値よりも大きい場合、 .このとは、次の評価値が大きぐなる、つまり、. 第 2 .の凸包点群が第 1の凸包点群から離れる可能性が高い.ことを意味する。この場合、制御部 1 0は、現評価値が所定の閾値未満となるか否か.を判定する。ちなみに、前評価値が所定の閾値未満となるか否かを.判定するよう.にしてもよい。 …… この現.評価値が閾値以,上どなる場合、このことは、 .その後に第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を再探索しても、第 1の凸包点群に対して第 2の凸包点群をさらに近づけることができる可能性が低く、これに起因して照合処理で登録者と承認することができないものと判定される可能性が高いので、その後の処理が無駄になることを意味する。したがつてこの場合、制御部 1 0は、その後の処理を停止する。

一方、現評価値が所定の閾値未満となる場合、このことは、第 1の凸包点群に対して十分に近い位置に第 2の凸包点群が存在する、つまり位置合わせされたことを意味する。この場合、制御部 1 0は、現評価値を得たときに探索した第 2の凸包点群の位置を、第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置として決定する。そして制御部 1 0は、このとき決定した第 2の凸包点群の移動位置と、該第 2の凸包点群の移動前の位置との移動量分だけ、当該第 2の凸包点群を含む他方の血管構成点群を移動するよ 'うになされている。

この実施の形態の場合、制御部 1 0は、かかる移動量を.、 :同次座標系 ( homogeneous coordinate )を用いて算出するようになざれている。

すなわち、制御部 1. 0は、移動前後の点を 1次元拡張した座標系により定義し、当該座標系を行列として表したときの変換行列を、回転移動後の位置及び平行移動後の位置を探索するごとに累積的に乗算する。:：

：つまり、第 2段階で平行移動したときの変換行列に対して、.最初の回転: . 移動後の位置を探索したとぎの変換行列が乗算されその乗算結果に対し ■ て、最初の平行移動後の位置:を探索したときの変換行列が乗算され、その乗算結果.に対して、' . 2 .回目の回転移動後の位置を探索したときの変換行列が乗算され: その乗算結果に対して、 2回目の平行移動後の位置を探索し；たときの変換行列が乗算ざれていくこととなる。：：そして制御部 1 ひは、 m iの凸包点群に対する第 2の凸包点群め.移動位. 置を決定した場合、その移動位置を決定したときの乗算結果として得られる変換行列を、他方の血管構成点群に乗算し、この乗算後に得られる他方 . . の血管構成点群を、 1次元拡張する前の座標系に戻す。' .

このようにして制御部 1 0は、同次座標系を用いて移動量を算出し、該算出した移動量を他方の血管構成点群に乗算することにより、他方の血管構成点群の位置を移動させるようになされている。

ここで、他方の血管構成点群の移動に関し、他方の血管構成点群における各点を移動先に移動させるための変換行列を、移動前後の点の座標系に 1次元拡張した座標系で算出する場合と、該 1次元拡張した座標系で算出しない場合どを比較する。

この実施の形態では、移動前後の点は 2次元座標系である。したがって. 移動前後の点を 1次元拡張した場合、回転移動は、移動前の点を（x y 1 ) どし、該移動後の点を（u, v 1 ) とすると、次式

となり、平行移動は、次式

U 1 0 Ax X

V ― 0 1 y (2)

1 0 ひ 1 1 となる

：. この回転移動及び平行移動.を繰り返し何度も実行.した場合、移動後の点

-は次式、■

となる。

これら式からも明らかなように、移動前後の点を 1次元拡張した場合における変換行列は、回転移動及び平行移動の双方ともに、移動前の点に対する「 3 x 3」の行列の「積」によって表される（式 1、式 2 ) 。したがって、第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を決定するまでの中間過程で回 fe移動及び平行移動が何度も行われた場合であつても、直前の結果に対して「 3 x 3」の変換行列を積算するだけの一貫した算出手法により（式 3 ) 、当該第 2の凸包点群を含む他方の血管構成点群を移動させるための移動量を得ることができる。

この結果、第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を決定した時点に得られた変換行列を、第 2の凸包点群を含む他方の血管構成点群における各点に乗算するだけで、該他方の血管構成点群を ^括して移動先の位置に移動させることができることとなる。

一方、移動前後の点を 1次元拡張せずにそのままとした場合、回転移動は、移動前の点を（X , y ) とし、該移動後の点を（u， V ) とすると、次式

( 4 )：

となり平行移動は、次式

となる。

これら式からも明らかなように、移動前後の点を 1次元拡張しない場合における変換行列は、回転移動では、移動前の点に対する「積」によって表され（式 4 ) 、平行移動の場合では、移動前の点に対する「和」.によつて表される（式 5 ) 。

したがって、移動前後の点を 1次元拡張した座標系で表現することなく、第 2の凸包点群における移動位置を決定するには、単に直前の結果に対して変換行列を積算するといつた単純な算出手法とはならない。この結果、他方の血管構成点群を移動先の位置に移動させるには、当該第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を決定するまでの中間過程で行われた回転移動及び平行移動の変換行列やその順序などの記憶し、その順序で各変換行列を、他方の血管構成点群における各点それぞれに対して乗算していかなければならないこととなる。また、一回の乗算により他方の血管構成点群を一括して移動先の位置に移動させる場合に比して、計算誤差の蓄積が増すことにもなる。

：このように制御部 1 0は、移動前後の点を 1次元拡張した座標系について行列として表したどきの変換行列を、回転移動後の位置及び平行移動後の位置を探索するごとに累積的に乗算することにより、当該 1次元拡張した座標系に定義しない場合に比して、他方の血管構成点群を移動させるまでの処理負荷を低減できるとともに、該他方の血管構成点群を正確に移動 - することができるようになされている。

( 2 - 3 - 4 ) 第 4段階： ·：第 4段階として、制御部 1 0は、一方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を大まかに位置合わせした場合には、例えば図 &に示すように、一方の血管構成点群すベての点と、他方の血管構成点群すべてめ点との間 . の相対距離が閾値未満となるように、第 3段階と同じ手法を用いて、一方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を詳細に位置合わせする。この図 6では、便宜上、血管線も示している。また、この図 6における一方の血管構成点群 .(.血管.線) .と.、他方の血管構成点群（血管線).: .とは、：同一人物における同一.指から抽出されたものである。

( 3 ) 認証処理手順.

次に、制御部 1 0における認証モード時の認証処理手順について説明する。

図 7に示すように、制御部 1 0は、操作部 1 1 (図 1 ) から実行命令 C O M 2が与えられると、この認証処理手順 R T 1を開始し、ステップ S P 1において、撮像部 1 2 (図 1 ) を制御し、当該撮像部 1 2での撮像結果として、血管が映し出される画像データを取得する。

次いで、制御部 1 0は、ステップ S P 2において、この画像デ一夕に対じて所定の前処理を施した後、該処理結果として得られる画像から血管構成点群を抽出し（図 2 ) 、続くステップ S P 3において、この血管構成点群と、メモリ 1 3 (図 1 ) に識別デ一夕として記憶される血管構成点群とから凸包点群及び凸包中心点をそれぞれ検出する（図 3 ) 。

そして制御部 1 0は、次のステップ S P 4に進んで、第 1:の凸包中心点ど、:第 2の凸包中心点とがー致するように、第 2の凸包点群をそれぞれ平行移動した後（図 4 ) 、続く位置合わせ処理ルーチン S R Tにおいて、一方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を大まかに位置合わせする '(睡 5: )· ·。： . ■

すなわち、図 8に示すように、制御部 1 0は、ステップ S P 1 1において、現時点での第 2の凸包点群の位置を初期位置とし、該初期位置での第 2の：凸包中心を回転の中心として、予め設定された回転移動範囲におレ、て.：所定の回転移;動量ずつ第.2の.凸包点群を回転移動し、評価値が最小となる, 第 2の凸包点群の.位置.を探索した後、ステップ S P 1 2.に進んで .その探索した-位置を基準とじて、予め設定された平行移動範囲において所定の平行移動量ずっ平杼移動し、評価値が最小となる第 2の凸包点群の位置を探索する。 . ,

. そして制御部丄.0.は.、 ,ステップ S P 1 3において、ステツ..プ S P 1 1及 . び S P 1 2における探索が初回の探索であるか否か判定し、: 2回目以降の探索である場合には、次のステップ S P 1 4において、今回の探索により得た現評価値が、その探索の 1つ前の回の探索により得た前評価値よりも大きいか否かを判定する。

ここで、初回の探索である、又は、現評価値が前評価値よりも小さいものと判定された場合、第 1の凸包点群に対して第 2の凸包点群をさらに近づけることができる可能性があるもことから、制御部 1 0は、現評価値を得たときの第 2の凸包点群の位置を初期位置として、該第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を、回転移動及び平行移動の順で再探索する。 '

一方、現評価値が前評価値よりも大きいものと判定された場合、第 2の凸包点群が第 1の凸包点群から離れる可能性が高いことから、制御部 1 0 は、次のステップ S P 1 5に進んで、当該現評価値が所定の閾値未満であるか否かを判定する:。

ごの現評価値が閾値以上であるものと判定された場合、. その後に第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動位置を再探索しても、第 1の凸包点群に対して第 2の凸包点群をさらに近づけることができる可能性が低いことにより照合処理で登録者と承認することができないものと判定される. 可能性が高いことから、制御部 1 0は、登録者と承認することができないものと.見越じての認証処理手順 R Tを終了する (図 7 ) 。

このようにの制御部 1 .0.は、位置合わせされたか否かの判定要素とな.る;評価値を、'.:登録者と承認することができるか否かの判定要素として.も用いることにより:、：当該.位置合わせから登録者と承認する.ことがで.きるか否. かを判定す:るまでの処理を省くことができるようになされている

..一;方、 .現評価値が閾値未満であるものと判定された場合、第 1の凸包点群に対して十分に近い位置に第 2の凸包点群が存在することから、制御部丄 0は、続くステップ S. P 1. 6に進んで、第 2の凸包点群の移動前後の移動量分だけ、当該第: 2の凸包点群を含む他方の血管構成点群を移動す.る。そして制御部 1 0は、次のステップ S P 5 (図 7 ) において一方の血管構成点群に対する他方の血管構成点群の詳細な位置合わせが終了していない場合には、続くステップ S P 6において、処理対象を凸包点群から血管構成点群に切り換えた後、位置合わせ処理ルーチン S R Tにおいて、一方の血管構成点群と他方の血管構成点群との相対距離（評価値）が閾値未満となるように、一方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を詳細に位置合わせするようになされている（図 6 ) 。

ここで、一方の血管構成点群に対する他方の血管構成点群の大まかな位置合わせ（図 5 ) と、詳細な位置合わせ（図 6 ) の過程において、登録者と承認することができないものと見越されることなぐ（図 8 ：ステヅプ S P 1 5 ( N O ) ) 、当該位置合わせ処理が終了した場合、制御部 1 0は、ステップ S P 7に進む。

制御部 1 0は、このステップ S P 7において、位置合わせされた一方の血管構成点群における各特徴点と、他方の血管構成点群における各特徵点とを照合し、該照合結果が登録者と承認することができるものである場合には、この場合に行うべきものとして設定された処理を実行し、これに対しで登録者と承認することができるものでない場合には、この場合に行うべきものとして設定された処理を実行した後に、この認証処理手順 R T 1 を終了する。

( 4 ) 動作及び効果. ：

.耽上のように、 '· 'この制御:部 1 0は、一方の画像から抽出された血管の形状パターン.と、他方の画像から抽出された血管の形状パタ一ン.とを照合する場合、これら画像を位置合わせする位置合わせ部として機能する。

この場合、制御部 ,1 0は、血管構成点群のうち、該血管構成点群全体の: 大まかな形状となる外縁を構成する一部の点（第 1の凸包点群、第 2の凸 . 包点群 (図 3 ) ) を基準に、血管構成点群全体を大まかに位置合わせし (図 4 ) 、この後.、当該移動した血管構成点群すベての点を基準に、血管構成点群全体を詳細に位置合わせする（図 5 ) 。

したがつてこの制御部 1 0は、血管構成点群の一部の点で大まかに位置合わせするこどなく、当該血管構成点群全体を詳細に位置合わせする場合に比して、血管構成点群すベての点を基準に位置合わせする際の回転移動及び平行移動の移動回数を大幅に低減することができる。このため、制御部 1 0は、血管構成点群を位置合わせするまでの処理時間を短縮することができる。ここで、実験結果を図 9に示す。この図 9は、方の血管構成点群と、他方の血管構成点群との基準線のなす角（以下、これをずれ角と呼ぶ）に応じた、第 1段階かち第 3段階までの処理時間と、第 Γ段階から第 4段階までの処理時間と、第 1段階から第 3段階までを経ずに第 4段階だけを行った場合の処理時間との比較を表したものである。. ちなみに、この処理時間は、 Xeon 3.73[GHz] 4[GByte]のコンピュータにて、 ·. MATLAB7.1：を用いて実測したものである。：.

：. :この図 9では、第 4段階だけを行った場合（血管構成点群の一部の点で大まかに位置合わせすることなく、当該血管構成点群全体を詳細に位置合わせする場合）の処理時間は、ずれ角が大きくなるにつれて、増加の一途をてたど-る o . ：：

.· これに.対して、第 1段階から第 3.段階までの処理時間は、ずれ角にかかわらず一定であり、かつ、第 4段階だけを行った場合に比して格段に短時間,となる。これは、位置合わせ時の基準となる点の数が大幅に少ないため、

'評価値 (第 2の凸包点群の,各点と、これら各点に最も,近い点：となる第: 1の .

；凸包点群の各点との距離の 2乗の和) が速やかに閾値未満に収束するとい -: Όことを理由の： .1つにあげることができる。ちなみに、 ^:図 3.における血管 . 構成点群は「 1 0 3 7.」 .点であるのに対し、凸包点群は「 1 0」点である。一方、.第 4段階自体の処理時間も、ずれ角にかかわらず定であり、か: つ第 4.段階のみを行った場合に比して格段に短時間となる。: これは.、前段で大まかに位置合わせざれているため、評価値が速やかに閾値未満に収束するということを理由の 1つにあげることができる。

したがって、この図 9からも明らかなように、血管構成点群の一部の点で大まかに位置合わせすることなく、当該血管構成点群全体を詳細に位置合わせする場合に比して、当該血管構成点群を位置合わせするまでの処理時間を短縮することができる。また、制御部 1 0は、血管構成点群すベての点を基準に位置合わせする際の回転移動及び平行移動の移動回数を大幅に f氐減することができることができるため、その移動計算における誤差の蓄積をも低減することができ、この結果、血管構成点群の位置合わせ精度を向上することができる。ここで、第 4段階だけを行った場合（血管構成点群の一部の点で大まかに位置合わせすることなく、当該血管構成点群全体を位置合わせした場合）の画像を、図 1 0に示す。

この図 1 0と、図 6 :との比較からも明らかなように、血管構成点群の一部の点で大まかに位置合わせすることなく、当該血管構成点群全体を詳細に位置合わせする場合に比して、当該血管構成点群の位置合わせ精度を向上することができる。

. この実施の形態における制御部 1 0では、大まかな位置合おせ手法して . 第 2の凸包点群の各点と、これら各点に最も近い点となる第.1の凸包点群の各点との相対距離（書く点間の距離の.2乗の和）が最小と'なるよう. に、第 1の凸包点群に対する第 2の凸包点群の移動先の位置を、. 回転移動 '及び乎行移動を交互に繰り返して探索し、その探索結果に基づいて第 2の凸包点群を含む他方の血管,構成点群を移動する手法が採用されている。 : .」したがつ:て、この制御部 1 0は、相互変換（cross correlation )又は位相限定粗関 ( phase only correlat ion)に比して、 2次元の F F T ( Fast Fourier Transform)処理を必要としないで、位置合わせをするこ:とができる。こ.の点..、. 例えば携帯電話機や、 P D A ( Personal Digital Assistants )^のように、.浮動小数点の計算力に'乏しい携帯型端末装置に」搭載する場合には、特に有用となる。

以上の構成によれば、血管構成点群のうち、該血管構成点群全体の概略形状となる外縁を構成する一部の点を基準に、血管構成点群全体を大まかに位置合わせし、当該移動した血管構成点群すベての点を基準に、血管構成点群全体を詳細に位置合わせするようにしたことにより、当該血管構成点群すベての点を基準に位置合わせする際の回転移動及び平行移動の移動回数を大幅に低減することができ、かくして処理負荷を低減し得る認証装置 1を実現できる。 .

( 5 ) .他の実施の形態

：上述の実施の形態においては、オブジェクトとして、.血管を適用するようにした場合について.述べたが、本発明はこれに限らず、例えば指紋、口紋又は神経等の生体の識別対象を適用するようにしてもよく、また、例えば地図や、写真等の絵柄を適用するようにしてもよい。このことは、上述した制御部 1 0の位置合わせ処理は、バイオメトリクス認証での画像処理. のみならず、その他の画像処理での前処理、中間処理、後処理に利用するなどといったように、種々の画像処理に幅広く適用することができるとレ、う-こどで:ある： .

また上述の実施の形態に;おいては、オブジェクト (血管) の中心線（血管線）を構成する端点；：分岐点及び屈曲点の全部又は部 (血管.構'成点群,) を抽出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、：ォ.ズジェ -クトの'輪郭線を:構成する端点、 .分岐点及び屈曲点の全部又は^"部 .を抽出するよう.にしてもよい。. 具体的には、ォブジクトの.輪郭線を浮き彫りにし、該浮き彫りにされたオブジェクトの輪郭線を構成する端点、分岐点及び屈曲点を抽出する。. _;：この抽出手法は、.：例えば地図や、 '写真等の絵柄をオブジェクト.どして適甩する場合に有用となる。

• ..なお、. .オブジェク. 卜の.中心線又は輪郭線を構成する端点、分岐点及び屈. 曲点の全部又は一部に代えて、該中心線又は輪郭線を構成するすべての点を抽出するようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態においては、オブジェク卜から抽出された点の集合（血管構成点群）から、該点の集合（血管構成点群）を含む最小の多角形（凸包）の頂点を構成する点群（凸包点群）を検出するようにした場合について述べたが、これ以外を検出するようにしてもよい。例えば図 1 1に示すように、点の集合（血管構成点群）を含む最小の矩形に接する点群（以下、これを最小外接矩形点群と呼ぶ）を検出することができる。この最小外接矩形点群を適用した場合、第 3段階では、例えば図 1 2に示すように、一方の最小外接矩形点群における中心を通る長軸と、他方の最小外接矩形点群における中心を通る長軸とがー致するように、一方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を大まかに位置合わせする手法を採用することができる。

具体的には、一方の最小外接矩形点群における中心を通る長軸に対する、他方の最小外接矩形点群における中心を通る長軸の反時計回りの回転角 ( F - θ ρ (又は時計回りの回転角）を求め、該回転角だけ他方の血管構成点群における各点をずらす。この手法を採用すれば、上述の実施の形態における第 3段階の手法に比して、回転移動及び平行移動の計算を省略できる分だけ^段と処理負荷を低減することができる。. - : - おだし、:. 上述の実施の形態のように一方の最小外接矩形点群における各点と、. 他方の最小外接矩形点群における各点との間の相対距離が閾値未満：となるように、 . 方の血管構成点群に対して他方の血管構成点群を太まかに位置合わせする手法を採用することもできる。 . :. ：- 二：.：，. .. . また、例えば図 1 3に示すように、点の集合（血管構成点群》のうち分岐点及び屈曲点の全部又は部の点群を検出するようにしてもよい。. .：なお、点の集合（血管構成点群）における外縁を構成する点群の一例と . して凸包点群及び最小外接矩形点群を挙げ、該点の集合における内部の概略形状を構成する点群の一例として分岐点及び屈曲点の全部又は一部を挙 . げたが、必ずしもこれら点群でなくてよい。

また、例えば凸包点群と、分岐点及び屈曲点の全部又は一部の組み合わせ、あるいは、最小外接矩形点群と、分岐点及び屈曲点の全部又は一部の組み合わせのように、内外の概略形状を構成する点群の組み合わせを検出するようにしてもよい。さらに上述の実施の形態においては、オブジェク卜から抽出された点の集合（血管構成点群）から、該点の集合（血管構成点群）を含む最小の多角形（凸包）の頂点を構成する複数の点（凸包点群）を検出するようにした場合について述べたが、所定の条件に応じて検出対象を切り換えるようにしてもよい。

例えば、凸包点群を適用した場合について説明する。この場合、.凸包点群により構成される凸包の形状が正多角形若しくはこれらに近い対称形状となることが想定され、このときには、実際の対応点でなレ.、点同士が近づ .いても、当該点間の相対距離が閾値未満となって位置合わせされたものと判断され、この結果、位置合わせ精度が低減する。

：したがって、制御部 1 0は、第 1段階において、凸包の形状が対称であるとする条件とじて、例えば、凸包点群により構成される凸包の枠に対する、：凸包中心からの複数の直線の距離のばら. きの程度が閾値未満である：か否かを判断する - r ここで、ばら；っきの程度が閾値以上であつた場合、制御部 1 0は凸.包の形状が正多角形若しくは £れらに近い形状となついないものとして、第 2段階の処理.を開始する。一方、ばらつきの程度が閾値未満で'あった場合、制御部 1 0は、凸包の形状が正多角形若しくはこれらに近い形状となつているも.のして、凸包点群と、血管構成点群のうち分岐点及び屈曲点の全部又は一部の点群との組み合わせを再検出した後に、第: 2段階の処理. を.開始す.る。. ： . ' - . -. ノこのようにすれぱ、ある一定の位置合わせ精度を維持しつつ、.該位置合わせにおける処理負荷を低減することができる。なお、凸包点群を適用した場合について述べたが、最小外接矩形点群も場合も同様にして実行することが可能である。

さらに上述の実施の形態においては、一方のオブジェク卜から抽出された点の集合（血管構成点群）から検出された点群（第 1の凸包点群）と、他方のオブジェクトから抽出された点の集合（血管構成点群）から検出された点群（第 2の凸包点群）との各対応点間の相対距離として、第 1の凸包点群との各対応点間の距離の 2乗の和を採用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、.当該各対応点間の距離の平均を採用する等、種々の幾何学的手法により表現することができる。

. さらに上述の実施の形態においては、 R OMに格納されたプログラムにしたがって上述の位置合わせ処理を実行するようにした場合について述べ：たが、本発明はこれに限らず、 C D (Compact Disc)、 D V D (Digital . Versatile Disc), 半導体メモリ等のプログラム格納媒体からインスト一ルし、又はィン夕一ネット上のプログラム提供サーバからダウンロードすることにより取得したプログラムにしたがって上述の位置合わせ処理を実行するように:してもよい,。： - ·. ·:. :- . ざら:に上述の実施の形態においては、パターン抽出処理及び位置合わせ処理を制御部 1 0が実行するようにした場合にづいて述べたが本発明は -これに限らず、これら処理の一部をグラフィックス.ヮクステションで：実行するようにしてもよい。 '.·' .'. ' ·-: .· ■■ 、 '■·.· さらに土述の実施の形態においては、撮像機能 .照合機能及び登録機能を有する認証装置 1を適用するようにした場合について述べだが、本発明はこれに限ら.ず、当該用:途に応じて、機能ごとに又は各機能の一部を単体の装置に分けた態様で適用するようにしてもよい。 .

, 産業上の利用可能性： ' - 本発明は、種々の画像処理分野においてオブジェクトの位置合わせを行う場合に利用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 一方の画像に映し出されるオブジェクトから抽出された第 1の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるオブジェク小から抽出された第 2の点の集合における一部の点群を基準として、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせする第 1のステップと、上記第 1の点の集合におけるすべての点と、上記第 1のステップで位置：合わせされ第 2の点の集合におけるすべての点を基準として、 .上記第 1：の点の集合に対レて上記第 2の点の集合を位置合わせする第 2のステツプと

を具えるこどを特徴どする位置合わせ方法。

.

2 . 上記第 1のステップでは、

上記第 1'の点の.集合における一部の点群と、上記第 2の点の集合における -部の点群との間の相対距離が閾値未満となるように上記第 ^: 2の点の. 集合における一部の点群の.移動先の位置を、回転移動及び平行移動を交互に繰り返して探索し、該探索された移動先の位置と、移動前の位置との移 :動量.だけ上記第: 2〕の点の集合を移動する：… ^ . .. ::· . .

ことを特徴とする請求項 Λに記載の位置合わせ方法。. .

：

3 . 上記相対距離は、登録者と承認することができるか否かを判定する判定基準としても用いられる . - ことを特徴とする請求項 2に記載の位置合わせ方法。. ： .

4 . 上記第 1のステツプでは、

1次元拡張された移動前後の点の座標系を行列としたときの変換行列を、上記回転移動と上記平行移動を行うごとに累積的に乗算し、

上記移動先の位置が探索された場合、その探索されたときの乗算結果として得られる変換行列を、上記第 2の点の集合に乗算する

ことを特徴とする請求項 2に記載の位置合わせ方法。

5 . 上記第 1の点の集合から、該第 1の点の集合における外縁を構成する第 1の点群を検出するとともに、上記第 2の点の集合から、該第 2の点の集合における外縁を構成する第 2の点群を検出する検出ステップ

. を具え、

上記第 1のステップでは、

上記第 1の点群と、上記第 2の点群を基準と.して、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせする

こどを特徴とする請求項 1に記載の位置合わせ方法 ίΓ.

6 . 上記第 1のステップでは、

外縁の形状が対称であるとする条件を上記外縁が満たす場合、上記第 1 の点の集合における外縁を構成する点群と、該第 1の点の集合のうち、上記ォブジェク卜の中心線又は輪郭線における分岐点及び屈曲点の全部又は一部の点群とを記第 1の点群として再検出するとともに、.上記第 2の点の集合におけ外縁を構成する点群と、該第 2の点の集合のうち、土記ォ：ブジクト.の中心線又は輪郭線における分岐点及び屈曲点の:全部又は一部の点群と：を上記第 1の点群として再検出す.る： .:；

. ことを特徴とする請求項 5に記載の位置合わせ方法。. . ：

7 . 上記第 1の点の集合から、該第 1の点の集合を含む最小の矩形に接する第 1の.点群を検出するとともに、上記第 2の点の集合か.ら、該第 2の点の集合を含む最小の矩形に接する第 2の点群を検出する検出ステップ

：：を具え、 .

上記第 1のステップでは、

一方の上記矩形における中心を通る長軸と、他方の上記矩形における中心を通る長軸とがー致するように、上記第 1の点の集合に対して上記第 2 の点の集合を位置合わせする

ことを特徴とする請求項 1に記載の位置合わせ方法。

8 . 画像に映し出される生体の識別対象を線として抽出し、該線の端点、分岐点及び屈曲点の全部又は一部を、上記識別対象の特徴をなす点の集合として抽出する抽出ステップ

を具え、

上記第 1のステップでは、

一方の上記生体の識別対象から抽出された第 1の点の集合における一部の点群と、他方の上記生体の識別対象から抽出された第 2の点の集合における一部の点群を基準として、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせする

ことを特徴とする請求項 1に記載の位置合わせ方法。

9 . ワークメモリと、

入力される一方の画像と、他方の画像とを、上記ワークメモリを用いて位置合わせする位置合わせ部と

- .を具え ' c ■

：上記位置合わせ部は、；ノ . · , . . :… 一方の画像に映し出されるオブジェク卜から抽出された第 1.の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるォブジェクトから抽出された第 2の点の集合における一部の点群を基準として、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせし、

：上記第 1の点の集合におけるすべての点と、位置合わせされた第 2の点の集合におけるすべての点を基準として、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせする . . . : '. ,· .：ことを特徴とする位置合わせ装置。 '

1 0 . 入力される一方の画像と、他方の画像とを、ワークメモリを用いて位置合わせする位置合わせ部に対して、

一方の画像に映し出されるオブジェクトから抽出された第 1の点の集合における一部の点群と、他方の画像に映し出されるオブジェク卜から抽出された第 2の点の集合における一部の点群を基準として、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせすること、

上記第 1の点の集合におけるすべての点と、位置合わせされた第 2の点の集合におけるすべての点を基準として、上記第 1の点の集合に対して上記第 2の点の集合を位置合わせすること

を実行させることを特徴とするプログラム。