(57)【要約】  生体認証装置は、利用者の生体情報を含む被写体を照明する照明光源と、照明光源が点灯している状態で被写体を撮影した複数の照明画像と、照明光源が消灯している状態で被写体を撮影した非照明画像とを生成するセンサと、複数の照明画像のそれぞれについて、照明画像の各画素の輝度値から非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより複数の差分画像を生成する差分画像生成部と、複数の差分画像に基づいて生体画像を生成する生体画像生成部とを有する。生体画像生成部は、複数の差分画像のうちの第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて第１の差分画像に重畳されたノイズによる第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど差分画像の積算数が多くなるように積算数を決定し、積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて生体画像の各画素の輝度値を求めることにより生体画像を生成する。
2012073381.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の生体情報を含む被写体を撮影した生体画像を用いて該利用者の生体認証を行う生体認証装置であって、
前記被写体を照明する照明光源と、
前記照明光源が点灯している状態で前記被写体を撮影した複数の照明画像と、前記照明光源が消灯している状態で前記被写体を撮影した少なくとも一つの非照明画像とを生成するセンサと、
前記複数の照明画像のそれぞれについて、当該照明画像の各画素の輝度値から前記非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより、複数の差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記複数の差分画像のうちの第１の差分画像に重畳されたノイズの量を表す当該第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて、当該第１の差分画像に重畳されたノイズによる当該第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど前記差分画像の積算数が多くなるように、当該積算数を決定する積算数決定機能と、
前記複数の差分画像のうち、前記積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成する画像積算機能とを実現する生体画像生成部と、
を有する生体認証装置。
【請求項２】
前記積算数決定機能は、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の分散を算出し、当該輝度値の分散から推定される前記生体画像の画素の輝度値の分散が所定の閾値以下となるように前記積算数を決定する、請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項３】
前記所定の閾値は、前記生体画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値が前記照明光源が点灯し、かつ環境光が無い状態で前記被写体が撮影された場合に得られる基準画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値である基準平均値と等しい場合における、当該領域内の画素の輝度値の分散である、請求項２に記載の生体認証装置。
【請求項４】
前記積算数決定機能は、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の平均値を算出し、当該平均値で、前記生体画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値が前記照明光源が点灯し、かつ環境光が無い状態で前記被写体が撮影された場合に得られる基準画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値である基準平均値を除することにより前記積算数を決定する、請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項５】
前記積算数決定機能は、前記複数の照明画像のそれぞれが生成される場合の前記センサの第１の露光時間で、前記被写体が前記センサが撮影可能な距離のうちの最小距離に位置する場合に前記照明光源を点灯させ、かつ環境光が無い状態で前記被写体を撮影することにより前記生体画像を生成するための第２の露光時間を除した露光時間分割数が所定の閾値以下である場合、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の平均値を算出し、当該平均値に基づいて前記積算数を決定し、一方、前記露光時間分割数が前記所定の閾値よりも大きい場合、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の分散を算出し、当該輝度値の分散に基づいて前記積算数を決定する、請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項６】
前記複数の照明画像には、前記被写体とともに第２の被写体が写っており、
前記生体画像生成部は、
前記第１の差分画像から前記被写体が写っている第１の被写体領域と前記第２の被写体が写っている第２の被写体領域とを抽出する被写体領域抽出機能をさらに実現し、
前記積算数決定機能は、前記第１の被写体領域に重畳されたノイズの量を表す前記第１の被写体領域内の画素の輝度値の統計量に基づいて前記第１の被写体領域に対する第１の積算数を決定し、かつ、前記第２の被写体領域に重畳されたノイズの量を表す前記第２の被写体領域内の画素の輝度値の統計量に基づいて前記第２の被写体領域に対する第２の積算数を決定し、
前記画像積算機能は、前記複数の差分画像のうち、前記第１の積算数の差分画像の前記第１の被写体領域内の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の前記第１の被写体領域内の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成し、かつ、前記複数の差分画像のうち、前記第２の積算数の差分画像の前記第２の被写体領域内の対応画素間の輝度値の合計に基づいて第２の生体画像の前記第２の被写体領域内の各画素の輝度値を求めることにより、当該第２の生体画像を生成する、請求項１〜５の何れか一項に記載の生体認証装置。
【請求項７】
予め登録された登録利用者の登録生体情報に関するデータを記憶する記憶部と、
前記データと前記生体画像とに基づいて、前記登録生体情報と前記利用者の生体情報を照合する照合部をさらに有する、請求項１〜６の何れか一項に記載の生体認証装置。
【請求項８】
利用者の生体情報を含む被写体を撮影した生体画像を用いて該利用者の生体認証を行う生体認証方法であって、
被写体を照明する照明光源が点灯している状態で前記被写体を撮影した複数の照明画像と、前記照明光源が消灯している状態で前記被写体を撮影した少なくとも一つの非照明画像とを生成し、
前記複数の照明画像のそれぞれについて、当該照明画像の各画素の輝度値から前記非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより、複数の差分画像を生成し、
前記複数の差分画像のうちの第１の差分画像に重畳されたノイズの量を表す当該第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて、当該第１の差分画像に重畳されたノイズによる当該第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど前記差分画像の積算数が多くなるように、当該積算数を決定し、
前記複数の差分画像のうち、前記積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成し、
前記生体画像と、記憶部に記憶された登録利用者の生体情報である登録生体情報に関するデータとを用いて、前記利用者の生体情報と前記登録生体情報とを照合する、
ことを含む生体認証方法。
【請求項９】
利用者の生体情報を含む被写体を撮影した生体画像を生成する画像生成装置であって、
前記被写体を照明する照明光源と、
前記照明光源が点灯している状態で前記被写体を撮影した複数の照明画像と、前記照明光源が消灯している状態で前記被写体を撮影した少なくとも一つの非照明画像とを生成するセンサと、
前記複数の照明画像のそれぞれについて、当該照明画像の各画素の輝度値から前記非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより、複数の差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記複数の差分画像のうちの第１の差分画像に重畳されたノイズの量を表す当該第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて、当該第１の差分画像に重畳されたノイズによる当該第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど前記差分画像の積算数が多くなるように、当該積算数を決定する積算数決定機能と、
前記複数の差分画像のうち、前記積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成する画像積算機能とを実現する生体画像生成部と、
を有する画像生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、利用者の生体情報を撮影した生体画像を用いて、利用者を認証するか否かを判定する生体認証装置及び生体認証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、手または指の静脈のパターン、指紋または掌紋などの生体情報を表した生体画像に基づいて、装置またはシステムの利用者を認証する生体認証技術が開発されている。そのような生体認証技術を利用した生体認証装置は、例えば、生体認証装置を使用しようとする利用者の生体情報を表す生体画像を入力生体画像として取得する。そして生体認証装置は、入力生体画像に表された利用者の入力生体情報を、予め登録された登録利用者の生体画像に表された生体情報である登録生体情報と照合する。生体認証装置は、照合処理の結果に基づいて、入力生体情報と登録生体情報が一致すると判定した場合、その利用者を正当な権限を有する登録利用者として認証する。そして生体認証装置は、認証された利用者が生体認証装置が組み込まれた装置または生体認証装置と接続された他の装置を使用することを許可する。【０００３】
このような生体認証技術は、高精度で利用者を照合するために、生体画像上で生体情報の特徴的な構造が鮮明に写っていることが望ましい。そこで、生体情報を撮影して生体画像を生成するセンサが、生体情報を含む手などの被写体を照明する照明光源を有していることもある。
しかしながら、センサが生体情報を含む被写体を撮影する際に、太陽光などの環境光により被写体が照らされていると、その環境光の影響により、生体画像が生体認証に適さないものとなるおそれがある。例えば、センサに入射する環境光の光量が大きいと、環境光の光量のばらつきによる生体画像上での局所的な輝度変化が大きくなり、生体画像上で生体情報に起因しない輝度分布が生じてしまうことがある。特に、強い環境光が直接センサに照射されると、生体画像上で画素の輝度値が飽和してしまい、生体情報の特徴的な構造が生体画像に写らなくなることがある。【０００４】
このような問題に対して、照明光の光量及び撮影時の露光時間を調節することで生体画像の画素の輝度値を調節する技術がある。例えば、照明光源として発光ダイオードが用いられている場合、発光ダイオードが点灯している時間を駆動電流のパルス幅変調制御によって調節することにより、単位時間当たりの光量が調節される。しかし、発光ダイオードでは、その個体差、経年変化あるいは温度に応じて発光量が変化するため、発光ダイオードに流す電流が一定であっても、発光量が異なることがある。また、安全性または消費電力の観点から、照明光の光量をあまり大きくすることは好ましくない。例えば、センサがUniversal Serial Bus(USB)インターフェースを介してコンピュータと接続され、そのUSBインターフェースから電力供給されることもある。この場合、照明光源の消費電力は、USBの規格により定められた消費電力の上限値を超えることはできないので、照明光の光量もその上限値により制限される。そのため、環境光の光量に応じて照明光の光量を調節することは困難である。
そこで、センサ周囲の環境光に応じて、そのセンサにより撮影された画像を合成することにより、生体画像を生成する技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３を参照）。【０００５】
そのような公知技術の一例では、撮影対象物体に照明光が照射されていない時の対象物体画像と、撮影対象物体に照明光が照射されている時の対象物体画像の差成分を求めることによって対象物体画像が抽出される。
また、公知技術の他の一例では、撮影手段が生体情報を撮像した画像の輝度情報に基づいて、画像合成処理部が所定領域の平均輝度が決められた輝度の範囲に入るように、蓄積された画像を所定数重ね合わせることにより、生体情報が表された合成画像が生成される。
公知技術のさらに他の一例では、所定の露光時間が複数の分割露光時間に分割される。そして、分割露光時間ごとに生体情報を含む被写体を照明して撮影した画像の各画素の輝度値から被写体を照明せずに撮影した画像の各画素の輝度値を引くことで複数の照明画像が生成される。そしてその複数の照明画像が積算されることにより、生体情報を表す積算画像が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２２２２８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５７３９６号公報
【特許文献３】特開２００８−９０４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、生体画像が取得される時の環境光に応じて、合成される画像に重畳されるノイズの量が変動する。そして重畳されたノイズの量が多くなると、生体認証装置は、生体画像から照合に利用される生体情報の特徴点を抽出できなくなったり、生体画像上に生じたアーティファクトを特徴点として誤検出してしまうおそれがある。その結果、重畳されたノイズの量が多い生体画像が生体認証に用いられると、生体認証の精度が低下してしまうおそれがあった。【０００８】
そこで、本明細書は、環境光が存在する条件下でも生体認証に適した生体画像を生成可能な生体認証装置及び生体認証方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの実施形態によれば、利用者の生体情報を含む被写体を撮影した生体画像を用いて該利用者の生体認証を行う生体認証装置が提供される。この生体認証装置は、被写体を照明する照明光源と、照明光源が点灯している状態で被写体を撮影した複数の照明画像と、照明光源が消灯している状態で被写体を撮影した少なくとも一つの非照明画像とを生成するセンサと、複数の照明画像のそれぞれについて、照明画像の各画素の輝度値から非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより複数の差分画像を生成する差分画像生成部と、複数の差分画像に基づいて生体画像を生成する生体画像生成部とを有する。
生体画像生成部は、複数の差分画像のうちの第１の差分画像に重畳されたノイズの量を表す第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて、第１の差分画像に重畳されたノイズによる第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど差分画像の積算数が多くなるように、積算数を決定する積算数決定機能と、複数の差分画像のうち、積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて生体画像の各画素の輝度値を求めることにより生体画像を生成する画像積算機能とを実現する。【００１０】
本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書に開示された生体認証装置及び生体認証方法は、環境光が存在する条件下でも生体認証に適した生体画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態による、生体認証装置の概略構成図である。
【図２】図２は、画像取得制御部の機能ブロック図である。
【図３】図３は、差分画像生成処理の動作フローチャートである。
【図４】図４は、認証部の処理部の機能ブロック図である。
【図５】図５（Ａ）は、被写体と画像取得部との位置関係の一例を示す図である。図５（Ｂ）は、被写体と画像取得部との位置関係の他の一例を示す図である。
【図６】図６は、生体画像生成処理の動作フローチャートである。
【図７】図７は、生体認証処理の動作フローチャートである。
【図８】図８は、露光時間設定テーブルの一例を表す。
【図９】図９は、第２の実施形態による認証部の処理部の機能ブロック図である。
【図１０】図１０は、被写体領域情報テーブルの一例を表す。
【図１１】図１１は、差分画像に写った二つの被写体と、各被写体に対する積算画像の生成に用いられる差分画像との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態による生体画像生成処理の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照しつつ、様々な実施形態による、生体認証装置について説明する。
この生体認証装置は、照明光源で生体情報を照明した状態で利用者の生体情報を含む被写体を撮影した複数の照明画像と、照明光源を消灯した状態でその被写体を撮影した少なくとも一枚の非照明画像とを生成する。そしてこの生体認証装置は、各照明画像の各画素の輝度値から、非照明画像の対応する画素の輝度値を引いた差分画像を複数生成する。そしてこの生体認証装置は、差分画像に重畳されたノイズの量を表す差分画像の輝度値の統計量に基づいて、ノイズによる輝度値への影響が大きいほど、多数の差分画像を積算することにより、生体認証に用いる生体画像を生成する。
【００１４】
本実施形態では、生体認証装置は、生体認証に用いる生体情報として手または指の静脈パターンを利用する。しかし、生体認証に用いる生体情報は、指紋または掌紋など、環境光の存在下で撮影可能な他の生体情報であってもよい。
また、本明細書において、「照合処理」という用語は、照合時に取得された入力生体画像に表された生体情報である入力生体情報と、予め登録された生体情報である登録生体情報の類似度合いを表す類似度を算出する処理を示すために使用される。また、「生体認証処理」という用語は、照合処理だけでなく、照合処理により求められた類似度を用いて、利用者を認証するか否かを決定する処理を含む、認証処理全体を示すために使用される。
【００１５】
図１は、第１の実施形態による生体認証装置の概略構成図を示す。生体認証装置１は、表示部２と、入力部３と、画像取得部４と、認証部５とを有する。生体認証装置１は、利用者の手または指の静脈パターンを表す生体画像を用いて生体認証処理を実行する。そして生体認証装置１は、生体認証処理の結果、利用者を生体認証装置１に予め登録された登録利用者の何れかとして認証した場合、生体認証装置１が実装された装置をその利用者が使用することを許可する。あるいは、生体認証装置１は、図示しない他の装置へ、利用者が認証された旨を表す信号を送信して、その利用者が他の装置を使用することを許可する。
【００１６】
表示部２は、例えば、液晶ディスプレイまたはＣＲＴモニタなどの表示装置を有する。そして表示部２は、画像取得部４が適正な生体画像を取得可能な位置へ、手または指を配置させるためのガイダンスメッセージを利用者に対して表示する。また表示部２は、認証部５による生体認証の結果などを表示する。
【００１７】
入力部３は、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパッドなど、ユーザの操作に応じた操作信号を出力する操作装置を有する。そして生体認証装置１は、入力部３を介して利用者により入力されたコマンド、データ、あるいは利用者の識別情報を取得する。入力部３は、そのコマンド、データあるいは利用者の識別情報を認証部５へ渡す。ただし、利用者が生体情報以外の情報を生体認証装置１に対して入力する必要がない場合、この入力部３は省略されてもよい。なお、表示部２と入力部３は、例えば、タッチパネルディスプレイとして一体的に形成されていてもよい。
【００１８】
画像取得部４は、被写体となる利用者の手または指についての照明画像及び非照明画像を生成する。そして画像取得部４は、照明画像と非照明画像の対応画素間の輝度値の差を表す差分画像を生成し、その差分画像を認証部５へ出力する。そのために、画像取得部４は、照明光源１１と、センサ部１２と、記憶部１３と、インターフェース部１４と、画像取得制御部１５とを有する。
【００１９】
照明光源１１は、生体情報を含む被写体を照明する。そのために、照明光源１１は、例えば、発光ダイオードなど、センサ部１２が有する撮像素子が感度を有する波長の光を発する少なくとも一つの発光素子及びその駆動回路を有する。照明光源１１は、例えば、センサ部１２の周囲に配置され、センサ部１２によって撮影される側から被写体を照明する。
また照明光源１１は、画像取得制御部１５からの制御信号に従って、点灯または消灯する。
【００２０】
センサ部１２は、画像取得制御部１５により設定された露光時間で被写体を撮影することにより照明画像及び非照明画像を生成する。本実施形態では、センサ部１２は、センサ部１２のセンサ面から被写体までの距離が所定の距離範囲内に含まれる場合に、照明画像上で被写体の生体情報の特徴的な構造が判別可能なように、その所定の距離範囲内に位置する被写体を撮影する。そのために、センサ部１２は、例えば、固体撮像素子が２次元状に配列されたセンサと、上記の所定の距離範囲内に位置する被写体の像をセンサ上に結像するように配置された光学系を有する。またセンサ部１２は、センサと光学系の間、または光学系内に配置されたシャッタを有していてもよい。そしてセンサ部１２は、生成した照明画像及び非照明画像を画像取得制御部１５へ渡す。
なお、本実施形態では、ユーザビリティを向上するために、被写体を撮影可能な距離範囲を広くとれるよう、画像取得部４は、そのセンサ面及び被写体に環境光が照射されることを防止する遮光部材を有さない。また画像取得部４は、センサ面に対する被写体の相対的な位置を一定にするためのガイド部材も有さなくてよい。これにより、画像取得部４の設置に要する体積が小さくて済む。
【００２１】
記憶部１３は、例えば、半導体メモリを有する。そして記憶部１３は、最新の照明画像及び非照明画像を記憶する。また記憶部１３は、画像取得部４が認証部５から画像取得要求されている間に画像取得制御部１５が作成した差分画像を記憶する。さらに記憶部１３は、基準露光時間E0及び照明画像生成時の露光時間Eを記憶する。
さらに記憶部１３は、画像取得制御部１５において実行されるコンピュータプログラムを記憶する。
【００２２】
インターフェース部１４は、画像取得部４と認証部５とを接続し、画像取得部４と認証部５との間でデータまたは各種の信号を送信または受信する。そのために、インターフェース部１４は、例えば、USBなどのシリアルバス規格に準じたインターフェース回路を有する。
インターフェース部１４は、認証部５から画像取得要求信号などの制御信号を受け取ると、その制御信号を画像取得制御部１５へ渡す。またインターフェース部１４は、画像取得制御部１５から受け取った差分画像を認証部５へ送信する。
【００２３】
画像取得制御部１５は、１個または複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして画像取得制御部１５は、認証部５から画像取得要求信号を受信すると、露光時間を調整し、その露光時間に応じて照明光源１１を制御する。また画像取得制御部１５は、センサ部１２から受け取った照明画像と非照明画像に基づいて差分画像を生成する。
【００２４】
図２は、画像取得制御部１５の機能ブロック図である。画像取得制御部１５は、露光時間設定部３１と、光源制御部３２と、撮影制御部３３と、差分画像生成部３４とを有する。画像取得制御部１５が有するこれらの各部は、例えば、画像取得制御部１５が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、画像取得制御部１５が有するこれらの各部は、それぞれ、別個の回路として画像取得制御部１５に実装されてもよい。
【００２５】
露光時間設定部３１は、露光時間が長過ぎることにより、照明画像上で被写体に相当する部分の輝度値が飽和することを防止するために、直前に得られた照明画像に基づいて、次に生成する照明画像についての露光時間を設定する。
本実施形態では、露光時間設定部３１は、記憶部１３に記憶されている、直前に得られた照明画像において、所定数以上の画素の輝度値が飽和していると、次に生成する照明画像に対する露光時間Eを、それまでに設定されていた露光時間の1/2にする。なお、所定数は、例えば、照明画像が有する画素数の2%に相当する画素数に設定される。なお、画素の輝度値が飽和しているとは、その画素の輝度値が、輝度値が取り得る値の最大値または最大値に近い所定値以上であることをいう。例えば、照明画像の各画素の輝度値が0〜255で表され、かつ値が大きいほど輝度値が高い場合、画素の輝度値が240以上であれば、露光時間設定部３１は、その画素の輝度値は飽和していると判定する。
【００２６】
また、露光時間の初期値は、例えば、基準露光時間E0、E0/2またはE0/4に設定される。基準露光時間E0は、例えば、撮影可能範囲内でセンサ部１２に最も近い位置に被写体が存在し、かつ、照明光源１１が点灯している一方、環境光が存在しない状態で被写体を撮影することで生体認証に適した生体画像となる露光時間に設定される。
露光時間設定部３１は、設定した露光時間を撮影制御部３３へ通知する。また露光時間設定部３１は、露光時間を光源制御部３２へ通知してもよい。
【００２７】
光源制御部３２は、画像取得部４が画像取得要求を受信した後、認証完了信号を受信するまでの間、照明光源１１へ制御信号を送信することにより、所定期間ごとに、照明光源１１の点灯と消灯とを交互に実行させる。所定期間は、現在設定されている露光時間よりも長く、かつ、被写体が静止している間に複数の照明画像と非照明画像とを撮影可能な期間、例えば、基準露光時間E0とすることができる。あるいは、所定期間は、例えば、現在設定されている露光時間またはその露光時間に所定のオフセットを加えた値であってもよい。さらに、所定期間は、センサ部１２が有する撮像素子の性能に応じて設定されてもよい。例えば、撮像素子による画像生成レートが予め30フレーム／秒に設定されている場合、所定期間は1/30秒に設定され、1/30秒ごとに照明光源１１が点灯と消灯を繰り返してもよい。
また光源制御部３２は、撮影制御部３３へ照明光源１１を点灯させるタイミング及び消灯させるタイミングを通知する。
【００２８】
撮影制御部３３は、センサ部１２に、照明光源１１の点灯及び消灯と同期させて画像を生成させる。そこで本実施形態では、撮影制御部３３は、光源制御部３２から照明光源１１が点灯するタイミングを示す信号を受け取ると、照明光源１１が点灯している間に、設定された露光時間Eで被写体を撮影するよう、センサ部１２へ制御信号を送信する。そして撮影制御部３３は、センサ部１２がその制御信号に応じて撮影した画像を照明画像としてセンサ部１２から受け取る。また撮影制御部３３は、光源制御部３２から照明光源１１が消灯するタイミングを示す信号を受け取ると、照明光源１１が消灯している間に、設定された露光時間Eで被写体を撮影するよう、センサ部１２へ制御信号を送信する。そして撮影制御部３３は、センサ部１２がその制御信号に応じて撮影した画像を非照明画像としてセンサ部１２から受け取る。
撮影制御部３３は、照明画像及び非照明画像を記憶部１３に記憶させる。また撮影制御部３３は、照明画像及び非照明画像を差分画像生成部３４へ渡す。
【００２９】
差分画像生成部３４は、照明画像と非照明画像間の各画素の輝度値の差を表す差分画像を生成する。例えば、差分画像生成部３４は、差分画像の画素ごとに、照明画像の対応する画素の輝度値から、その照明画像の直前または直後に生成された非照明画像の対応する画素の輝度値を引いた値を、差分画像の画素の値とする。
【００３０】
一般に、照明光源１１の点灯周期は、環境光の光量がセンサ部１２によって検知可能なほど変動するのに要する期間よりも十分に短い。そのため、照明画像の各画素の輝度値に含まれる環境光の成分の平均値と、その照明画像の直前または直後に生成された非照明画像の各画素の輝度値に含まれる環境光の成分の平均値は等しい。そのため、照明画像及び非照明画像の生成時に環境光が存在しても、差分画像では、各画素の輝度値から環境光の成分がほぼ除去され、差分画像の各画素の輝度値は、照明光源１１のみにより被写体が照明された場合の輝度値とほぼ等しくなる。ただし、後述するように、差分画像の各画素の輝度値は、照明光源１１が発する照明光に起因する揺らぎに応じたノイズ成分だけでなく、環境光に起因する揺らぎに応じたノイズ成分を含む。そのため、本実施形態では、これらのノイズ成分による各画素の輝度値への影響が低下するように、生体画像を生成するための差分画像の積算数が決定される。なお、積算数の決定の詳細については後述する。
【００３１】
画像取得制御部１５は、生成した差分画像及びその差分画像生成時の露光時間Eを記憶部１３に記憶させる。また画像取得制御部１５は、その差分画像及びその差分画像生成時の露光時間Eをインターフェース部１４を介して認証部５へ送信する。
なお、画像取得制御部１５は、露光時間Eに対する基準露光時間E0の比である露光時間分割数M(=E0/E)を、露光時間Eの代わり、あるいは露光時間Eとともに、認証部５へ送信してもよい。
【００３２】
図３は、画像取得制御部１５により制御される、画像取得部４による差分画像生成処理の動作フローチャートである。画像取得部４が画像取得要求を受信した後、認証完了信号を受信するまでの間、画像取得部４は、この動作フローチャートに従って繰り返し差分画像を生成する。
【００３３】
撮影制御部３３は、照明光源が点灯している間に、センサ部１２に露出時間Eで被写体を撮影した照明画像を生成させる（ステップＳ１０１）。そして撮影制御部３３は、センサ部１２から照明画像を受け取り、その照明画像を記憶部１３に記憶する。
露光時間設定部３１は、記憶部１３に記憶されている最新の照明画像上の飽和画素数は所定数以下か否か判定する（ステップＳ１０２）。
飽和画素数が所定数よりも多い場合（ステップＳ１０２−Ｎｏ）、露光時間設定部３１は、記憶部１３から最新の照明画像を消去する。そして露光時間設定部３１は、露光時間Eを1/2にする（ステップＳ１０３）。また露光時間設定部３１は、露光時間分割数Mを2倍にする。そして露光時間設定部３１は、変更後の露光時間Eを撮影制御部３３へ通知する。その後、画像取得制御部１５は、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返す。
【００３４】
一方、飽和画素数が所定数以下である場合（ステップＳ１０２−Ｙｅｓ）、撮影制御部３３は、照明光源１１が消灯している間に、センサ部１２に、露光時間Eで被写体を撮影した非照明画像を生成させる（ステップＳ１０４）。そして撮影制御部３３は、センサ部１２から受け取った非照明画像を記憶部１３に記憶させるとともに、差分画像生成部３４へ渡す。
差分画像生成部３４は、記憶部１３から読み込んだ最新の照明画像の各画素の輝度値から、最新の非照明画像の対応する画素の輝度値を引いた値をその画素の値とする差分画像を生成する（ステップＳ１０５）。そして画像取得制御部１５は、差分画像を記憶部１３に記憶させる。また画像取得制御部１５は、インターフェース部１４を介して、その差分画像及びその差分画像生成時の露光時間Eまたは露光時間分割数Mを認証部５へ送信する。
そして画像取得制御部１５は、差分画像生成処理を終了する。
【００３５】
認証部５は、画像取得部４から受け取った複数の差分画像を積算することにより、利用者の生体情報を表す生体画像を生成する。そして認証部５は、利用者の生体情報を生体認証装置１に登録する場合、その生体画像から利用者の生体情報に関するデータを抽出し、入力部３から受け取ったその利用者の識別情報と関連付けてそのデータを記憶する。
また認証部５は、生体認証処理を実行する場合、その生体画像から利用者の生体情報に関するデータを抽出し、そのデータを用いて、生体認証装置１に登録されている登録利用者の生体情報と、利用者の生体情報とを照合する。そして認証部５は、両者が一致していると判定した場合、利用者を登録利用者として認証する。
そのために、認証部５は、インターフェース部２１と、記憶部２２と、処理部２３とを有する。
【００３６】
インターフェース部２１は、画像取得部４と認証部５とを接続し、画像取得部４と認証部５との間でデータまたは各種の信号を送信または受信する。そのために、インターフェース部２１は、例えば、USBなどのシリアルバス規格に準じたインターフェース回路を有する。
インターフェース部２１は、処理部２３から画像取得要求信号などの制御信号を受け取ると、その制御信号を画像取得部４へ送信する。またインターフェース部２１は、画像取得部４から差分画像及び露光時間Eまたは露光時間分割数Mを受信すると、その差分画像と、露光時間Eまたは露光時間分割数Mを処理部２３へ渡す。
またインターフェース部２１は、表示部２及び入力部３を認証部５と接続するためのインターフェース回路を有する。そしてインターフェース部２１は、処理部２３から受け取った、表示部２に表示させる各種の情報を含む信号を表示部２へ送信する。またインターフェース部２１は、入力部３から、利用者の識別情報等を含む操作信号を受け取り、その操作信号を処理部２３へ渡す。
【００３７】
記憶部２２は、例えば、半導体メモリ、磁気ディスク装置、または光ディスク装置などから構成される。そして記憶部２２は、認証部５で使用されるアプリケーションプログラム、少なくとも一人の登録利用者の識別情報及び個人設定情報、各種のデータ等を記憶する。また記憶部２２は、生体認証処理を実行するためのプログラムを記憶する。さらに記憶部２２は、登録利用者それぞれについて、登録利用者の登録生体情報に関するデータを記憶する。この登録生体情報に関するデータは、例えば、登録利用者の生体情報を含む被写体、本実施形態では、左右何れかの手または特定の指を撮影した画像である登録生体画像またはその部分領域とすることができる。あるいは、この登録生体情報に関するデータは、登録生体画像から抽出された照合処理用の特徴量であってもよい。
また記憶部２２は、画像取得部４が適正な生体画像を取得可能な位置へ、手または指を配置させるためのガイダンスメッセージを記憶する。
【００３８】
処理部２３は、１個または複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。そして処理部２３は、画像取得部４から取得した差分画像に基づいて、生体画像を生成する。そして処理部２３は、その生体画像に基づいて、生体認証処理を実行する。
図４は、処理部２３の機能ブロック図である。処理部２３は、生体画像生成部の一例であり、積算数決定部４１と、画像積算部４２と、特徴量抽出部４３と、照合部４４と、認証判定部４５とを有する。処理部２３が有するこれらの各部は、処理部２３が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは処理部２３が有するこれらの各部は、それら各部の機能を実現する別個の回路または集積回路として、認証部５に実装されてもよい。
【００３９】
積算数決定部４１は、生体画像を生成するために積算する差分画像の数である積算数を、差分画像に重畳されたノイズの量を表す差分画像上の画素の輝度値の統計量に基づいて決定する。本実施形態では、画像取得部４のセンサ部１２のセンサ面から一定の距離範囲内にある被写体を撮影可能とするために、そのセンサ面及び被写体に環境光が照射されることを防止する遮光部材が画像取得部４には設けられていない。そのため、差分画像の各画素の輝度値には、環境光に起因するノイズ成分が含まれる可能性がある。
【００４０】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、被写体と画像取得部４との位置関係の一例を示す図である。図５（Ａ）に示されるように、画像取得部４の近くに被写体５００が位置する場合、環境光の光源５１０からの光は、被写体５００によって遮られる。また、照明光源１１から照射され、被写体５００により反射された光の光量は大きい。そのため、照明画像の各画素の輝度値に占める、環境光の成分の比率は相対的に小さくなるので、環境光に起因するノイズが照明画像の各画素の輝度値に与える影響は小さい。
一方、図５（Ｂ）に示されるように、画像取得部４から離れて被写体５００が位置する場合、照明光源１１から照射され、被写体５００により反射された光の光量は小さい。また、環境光の光源５１０からの光が直接画像取得部４へ入射することもある。そのため、照明画像の各画素の輝度値に占める、環境光の成分の比率は相対的に大きくなるので、環境光に起因するノイズが照明画像の各画素の輝度値に与える影響は大きい。
【００４１】
ここで、環境光によるノイズについて説明する。
センサ部１１の任意の画素において、フォトンが検出される確率の分布は、二項分布により表される。二項分布は、試行回数nが十分に大きい場合、正規分布で近似できる。そのため、フォトンが検出される確率の分布は、試行回数をn、フォトンが検出される確率をpとして、次式で表される。
【数１】
2012073381.tif 000003
なお、N(a,b)は、平均a、分散bである変数の正規分布を表す。また、試行回数nは、露光時間Eに該当する。従って、画素の輝度値は、平均np、分散npq(ただし、q=1-p)の正規分布に従うとみなせる。
【００４２】
したがって、照明光源１１から発した照明光のみにより被写体が照明されている場合、輝度値の平均値をx0、分散をs02として、画素の輝度値の分布は次式で表される。
【数２】
2012073381.tif 000004
一方、環境光のみにより被写体が照明されている場合、輝度値の平均値をx1、分散をs12として、画素の輝度値の分布は次式で表される。
【数３】
2012073381.tif 000005
【００４３】
照明画像では、画素の輝度値には、照明光による成分と環境光による成分が含まれる。一方、非照明画像では、画素の輝度値には、環境光による成分のみが含まれる。また、環境光による輝度値の成分と照明光による輝度値の成分とは、光源が異なるため互いに独立した分布に従う。さらに、照明画像と非照明画像が生成される期間のような短い期間では、環境光による輝度値の変動には、時間的な依存性がないと仮定できる。したがって、正規分布の加法性により、差分画像における画素の輝度値の分布は次式により表される。
【数４】
2012073381.tif 000006
差分画像では、（４）式に表されるように、照明光のみによる輝度値の分散よりも、環境光による分散の2倍の値(2s12)だけ分散が大きくなる。この分散による輝度値の揺らぎは、差分画像上ではノイズとして観測される。したがって、分散が大きいほど、差分画像に重畳されるノイズの量も多くなる。また、照明光による輝度値が低いほど、環境光に起因する輝度値の揺らぎが差分画像の輝度値に占める割合が多くなる。したがって、照明光の強度に対する環境光の強度が相対的に大きくなるほど、差分画像の各画素の輝度値に対する環境光に起因するノイズの影響が大きくなる。そのため、差分画像の積算数が少な過ぎると、生成される生体画像も相対的にノイズの多い画像となり、その生体画像は生体認証に適さなくなる。
そこで、本実施形態では、積算数決定部４１は、差分画像に重畳されるノイズの量が多いほど、積算数を多くして、照明光による被写体の輝度値を大きくすることで、生体画像における各画素の輝度値に対する環境光に起因するノイズの影響を低減する。
【００４４】
積算数決定部４１は、差分画像上で被写体が写っている可能性のある領域である被写体領域に対して２値化処理を行うことにより、実際に被写体が写っている領域である物体領域を抽出する。被写体領域は、例えば、差分画像全体、あるいは差分画像の中央を含む、差分画像の一部の領域に予め設定される。なお、被写体領域は、例えば、入力部３から入力された操作信号によって変更可能であってもよい。
また、２値化処理に用いられる閾値ThIは、例えば、次式により決定される。
【数５】
2012073381.tif 000007
ここでThI0は、基準露光時間E0で撮影した照明画像に基づいて生成された差分画像に対する２値化閾値であり、例えば、輝度値が取り得る最大値の1/2である。またMは、最新の差分画像についての露光時間分割数である。
積算数決定部４１は、被写体領域内で２値化閾値ThI以上の輝度値を持つ画素の集合を物体領域とする。
【００４５】
積算数決定部４１は、露光時間分割数Mに応じて、異なる算出基準に従って積算数を決定する。露光時間分割数Mが所定数以下である場合、すなわち、個々の差分画像における物体領域に含まれる画素の輝度値がある程度高い場合、各画素の輝度値における、照明光源１１からの照明光による輝度値の割合が相対的に高くなる。そのため、差分画像は、環境光に起因するノイズの影響を受け難くなる。そこで積算数決定部４１は、露光時間分割数Mが所定数以下である場合、積算数を決定するための演算量を軽減するために、物体領域内の画素の輝度値の平均値に基づいて積算数を決定する。
一方、露光時間分割数Mが所定数よりも大きい場合、すなわち、個々の差分画像における物体領域に含まれる画素の輝度値が全体的に低い場合、各画素の輝度値における環境光に起因するノイズの影響が大きくなる。そこで積算数決定部４１は、露光時間分割数Mが所定数よりも大きい場合、複数の差分画像に基づいて輝度値の分散を求め、その分散に応じて積算数を決定する。輝度値の平均値及び分散は、それぞれ、差分画像に重畳されたノイズの量を表す輝度値の統計量の一例である。
なお、認証部５が、画像取得部４から差分画像の露光時間Eを通知されている場合、積算数決定部４１は、E0/Eを露光時間分割数Mとして算出してもよい。
【００４６】
所定数は、例えば、画像のノイズによる生体認証の精度への影響が許容範囲となるノイズ量、すなわち、差分画像の輝度値の分散の上限に応じて予め設定される。例えば、様々なノイズが重畳された複数の生体画像を用いて生体認証処理の精度を評価することにより、その精度の許容下限値に対応するノイズの量が予め求められる。そして、例えば、環境光の強度及び露光時間分割数を様々に変えて生成した複数の差分画像からノイズ量が求められる。そしてそのノイズの量が、精度の許容下限値に対応するノイズの量となる露光時間分割数が、所定数に設定される。例えば、所定数は8に設定される。
【００４７】
積算数が物体領域内の画素の輝度値の平均値に基づいて決定される場合、その輝度値の平均値が低いほど、差分画像に重畳されたノイズによる輝度値の成分が各画素の輝度値に占める割合は大きい。そこで、積算数決定部４１は、輝度値の平均値が低いほど、積算数が多くなるように、例えば、次式により積算数Nを決定する。
【数６】
2012073381.tif 000008
ここでI0は、例えば、被写体の撮影可能範囲内で画像取得部４のセンサ部１２に最も近い位置に被写体があり、照明光源１１が点灯し、かつ環境光が存在しない状態で被写体を撮影した画像における物体領域内の画素の平均輝度値の想定値である。I0は、例えば、予め、実験またはシミュレーションにより決定される。またIavは、最新の差分画像における物体領域内の画素の輝度値の平均値である。
【００４８】
一方、積算数が物体領域内の画素の輝度値の分散値に基づいて決定される場合、その輝度値の分散値が大きいほど、各画素の輝度値に対する差分画像に重畳されたノイズによる影響は大きい。そこで積算数決定部４１は、生体画像における輝度値の分散値が、環境光が存在せず、かつ照明光源１１にのみ照明された被写体を露光基準時間E0で撮影した画像の輝度値の分散値以下となるように、積算数Nを決定する。
ここで、（４）式より、露光時間分割数がMである場合の物体領域内の輝度値の分布は次式で規定される。
【数７】
2012073381.tif 000009
したがって、差分画像の分散は((s02+2s12)/M)で表される。この差分画像の分散((s02+2s12)/M)は、以下のように推定される。
【００４９】
同じ被写体が撮影された２枚の画像の着目する画素に関して、画像にノイズが重畳されていないときの輝度値をIとし、ノイズによる輝度成分をy0、y1とする。またy0、y1は、正規分布N(0,v2)に従うとする。この場合、２枚の画像の着目画素の輝度値P0、P1は、それぞれ次のように表される。
P0 = I+y0
P1 = I+y1
従って、この２枚の画像間での着目画素の輝度値の差ΔPは、以下のように表される。
ΔP= y0-y1
正規分布の加法性により、ΔPは、正規分布N(0,2v2)に従う。従って、２枚の画像間の差分により得られる画像の画素の輝度値の分散をvd2とすると、vd2とv2間の関係は、以下のように表される。
【数８】
2012073381.tif 000010
この関係は、照明画像及び非照明画像の輝度値の分散と、差分画像の輝度値の分散についても成立する。
【００５０】
本実施形態では、積算数Nにかかわらず、生体認証処理で用いられる各種パラメータの値を一定とするために、生体画像における物体領域内の画素の輝度値の平均値が上記のI0と等しくなるように、生体画像の各画素の輝度値には、補正係数α(=M/N)が乗じられる。
そのため、（７）式より、生体画像の各画素の輝度値は、以下の正規分布に従う。
【数９】
2012073381.tif 000011
（９）式を参照すると、積算数Nが増えるほど、生体画像の輝度値の分散(s02+2s12)(M/N)は低下することが分かる。また積算画像の輝度値の分散(s02+2s12)(M/N)に、（７）式及び（８）式の関係を適用すると、次式の関係が導出される。
【数１０】
2012073381.tif 000012
vd2は、差分画像における輝度値の分散である。なお、（８）式は、２枚の差分画像の対応画素間の差分値を画素値とする画像と、それら差分画像との関係においても成立する。そこで、vd2は、例えば、同一の露光時間で撮影された最新の２枚の照明画像に基づいて求められた、最新の２枚の差分画像の対応画素の輝度値の差の分散に、（８）式を適用することにより求めることができる。
積算数決定部４１は、生体画像の輝度値の分散が所定の閾値Vth以下となるという条件を満たすように積算数Nを決定する。この場合、（１０）式より、積算数Nと閾値Vthとの間に以下の関係が成立する。
【数１１】
2012073381.tif 000013
なお、閾値Vthは、例えば、被写体が照明光源１１による照明光にのみ照明された状態（すなわち、環境光が存在しない状態）で撮影された照明画像における輝度値の分散s02とすることができる。分散s02は、例えば、予め実験により求められる。したがって、積算数決定部４１は、例えば、（１１）式を満たす最小の積算数Nを求める。このように閾値Vthを決定することにより、積算数決定部４１は、生体画像における輝度値の揺らぎを環境光が存在しない状態で撮影された照明画像における輝度値の揺らぎ以下とすることができる。
積算数決定部４１は、積算数Nを画像積算部４２へ通知する。
【００５１】
画像積算部４２は、積算数Nの最新の差分画像を積算することにより、生体画像を求める。
本実施形態では、画像積算部４２は、画素ごとに、最新のN枚の差分画像の輝度値の和を算出する。そして画像積算部４２は、画素ごとに、輝度値の和に補正係数α(=M/N)を乗じた値を生体画像のその画素の輝度値とする。
【００５２】
なお、画像積算部４２は、一つ前の差分画像に対して、被写体が移動している差分画像があるとその差分画像より前の差分画像を生体画像の生成に用いないようにしてもよい。この場合、画像積算部４２は、被写体が移動していると判定した差分画像よりも前のN枚の差分画像を用いて生体画像を生成する。あるいは、画像積算部４２は、被写体が移動していると判定された差分画像をスキップしてもよい。
【００５３】
画像積算部４２は、被写体が移動しているか否かを判定するために、例えば、注目する差分画像の物体領域と一つ前の差分画像の物体領域との間で対応画素間の輝度値の差の絶対値を算出する。そしてその輝度値の差の絶対値が所定の閾値以上である画素の数が所定数以上場合、画像積算部４２は、被写体が移動していると判定する。なお、所定の閾値は、例えば、環境光が存在しない状態で被写体が撮影されたときの輝度値の標準偏差s0の1〜3倍に相当する値に設定される。また所定数は、例えば、物体領域に含まれる画素数の1/10に設定される。
また、画像積算部４２は、被写体が移動しているか否かを判定するために、注目する差分画像の物体領域と一つ前の差分画像の物体領域との間で相互相関値を算出してもよい。そして画像積算部４２は、その相互相関値が所定の閾値以上である場合、被写体が移動していると判定してもよい。
画像積算部４２は、生成した生体画像を特徴量抽出部４３へ渡す。
【００５４】
図６は、生体画像生成処理の動作フローチャートである。処理部２３は、生体認証処理の実行時、あるいは生体情報の登録時に、この動作フローチャートに従って生体画像生成処理を実行する。
【００５５】
積算数決定部４１は、最新の差分画像から物体領域を抽出する（ステップＳ２０１）。また積算数決定部４１は、露光時間分割数Mは閾値Mth以下か否か判定する（ステップＳ２０２）。
露光時間分割数Mが閾値Mth以下である場合（ステップＳ２０２−Ｙｅｓ）、積算数決定部４１は、被写体の想定輝度平均値I0と物体領域の平均輝度値Iavの比(I0/Iav)を積算数Nに設定する（ステップＳ２０３）。
一方、露光時間分割数Mが閾値Mthより大きい場合（ステップＳ２０２−Ｎｏ）、積算数決定部４１は、物体領域の輝度値の分散値が自照明のみの分散以下となるように積算数Nを設定する（ステップＳ２０４）。
ステップＳ２０３またはＳ２０４の後、積算数決定部４１は、積算数Nを画像積算部４２へ通知する。
【００５６】
画像積算部４２は、積算された差分画像の枚数を表すカウンタiを1に初期化する（ステップＳ２０５）。そして画像積算部４２は、最新の差分画像の物体領域と一つ前の差分画像の物体領域との間で被写体が移動したか否か判定する（ステップＳ２０６）。
被写体が移動した場合（ステップＳ２０６−Ｙｅｓ）、画像積算部４２は、それまでに差分画像を積算した積算画像を破棄する（ステップＳ２０７）。そして画像積算部４２は、ステップＳ２０５以降の処理を繰り返す。
一方、被写体が移動していない場合（ステップＳ２０６−Ｎｏ）、画像積算部４２は、着目する差分画像の各画素の輝度値を積算画像の対応画素の輝度値に加算することにより、積算画像を更新する。ただし、カウンタiが1である場合は、着目する差分画像の各画素の輝度値を積算画像の対応画素の輝度値とする。また画像積算部４２は、カウンタiを1インクリメントする（ステップＳ２０８）。
ステップＳ２０８の後、画像積算部４２は、カウンタiが積算数Nよりも大きくなったか否か判定する（ステップＳ２０９）。カウンタiが積算数N以下であれば（ステップＳ２０９−Ｎｏ）、画像積算部４２は、着目する差分画像を現在の着目する差分画像の一つ前の差分画像に設定し、ステップＳ２０６以降の処理を繰り返す。
一方、カウンタiが積算数Nよりも大きい場合（ステップＳ２０９−Ｙｅｓ）、画像積算部４２は、積算画像の各画素の輝度値に補正係数αを乗算することで積算画像の各画素の輝度値を補正する。そして画像積算部４２は、補正された積算画像を生体画像として出力する（ステップＳ２１０）。その後、処理部２３は、生体画像生成処理を終了する。
【００５７】
特徴量抽出部４３は、生体認証処理の実行時、あるいは、生体情報の登録時に、生体画像から照合処理用の特徴量を抽出する。
特徴量抽出部４３は、例えば、生体情報として静脈パターンが用いられる場合、血管の分岐点及び端点などの特徴点の位置を、特徴量として抽出する。そこで特徴量抽出部４３は、血管の分岐点及び端点を生体画像から抽出するために、例えば、局所閾値法を用いて、生体画像上の物体領域を２値化する。次に、特徴量抽出部４３は、２値化された物体領域に対して細線化処理を行う。その後、特徴量抽出部４３は、複数のマスクパターンを用いて細線化された物体領域を走査することにより、何れかのマスクパターンと一致するときの、生体画像上の位置を検出する。そして特徴量抽出部４３は、検出された位置の中心画素を、特徴点の位置とする。なお、マスクパターンは、例えば、3×3画素で表され、血管の分岐点または端点に対応する２値パターンを持つ。
なお、特徴量抽出部４３は、他の特徴量、例えば、血管像の湾曲方向の分布と、血管像の幹の方向の分布あるいは血管像における幹の間隔及び本数を示す周波数とを抽出してもよい。
【００５８】
特徴量抽出部４３は、生体情報を登録する場合、得られた特徴量を登録利用者の登録生体情報に関するデータとして、その特徴量を入力部３を介して得られた登録利用者の識別情報とともに記憶部２２に記憶させる。
一方、特徴量抽出部４３は、生体認証処理が実行される場合、得られた特徴量を照合部４４へ渡す。
また後述するように、照合部４４が、特徴量を使用しない照合方法、例えば、パターンマッチングを用いて照合処理を実行する場合、特徴量抽出部４３は省略されてもよい。
【００５９】
照合部４４は、生体認証処理の実行時に生成された入力生体画像に表された生体情報である入力生体情報と、入力部３を介して入力された登録利用者の識別情報に対応する、予め登録された登録生体情報を照合する。そして照合部４４は、照合処理の結果として、入力生体情報が登録生体情報に類似している度合いを表す類似度を求める。
【００６０】
例えば、照合部４４は、入力生体画像から抽出された特徴点のうち、登録生体情報に関するデータとして記憶部２２に記憶された、登録生体情報から抽出された特徴点と一致する特徴点の個数を調べることにより、類似度を算出できる。
この場合、例えば、照合部４４は、入力生体画像の物体領域の重心付近に位置する特徴点を、第１の基準特徴点として選択する。また照合部４４は、登録生体情報から抽出された特徴点のうちの一つを第２の基準特徴点として選択する。そして照合部４４は、第２の基準特徴点を第１の基準特徴点と一致させるように、登録生体情報から抽出された各特徴点を平行移動させる。その後、照合部４４は、登録生体情報から抽出された各特徴点を回転させながら、入力生体情報の特徴点と一致する登録生体情報の特徴点の個数を求める。照合部４４は、第１の基準特徴点と第２の基準特徴点の組み合わせを変えつつ、上記の処理を繰り返して、入力生体情報の特徴点と一致する登録生体情報の特徴点の個数の最大値を求める。
最後に、照合部４４は、一致した特徴点の個数の最大値を、入力生体情報から抽出された特徴点の総数で割った値を類似度として求める。したがって、この場合、類似度は0〜1の値を持ち、入力生体情報と登録生体情報の類似度合いが高いほど、類似度の値は1に近づく。
また、照合部４４は、入力生体情報及び登録生体情報から抽出された特徴量に応じて、入力生体情報と登録生体情報の類似度を算出する他の様々な方法を用いてもよい。
【００６１】
また、生体情報の登録時に生成された生体画像である登録生体画像そのもの、あるいは登録生体画像の一部が登録利用者の登録生体情報に関するデータとして記憶部２２に記憶されていてもよい。この場合、照合部４４は、入力生体画像と登録生体画像またはその一部との間でパターンマッチングを行うことにより類似度を算出してもよい。例えば、照合部４４は、入力生体画像と登録生体画像またはその一部との相対的な位置を変えつつ正規化相互相関値を算出する。そして照合部４４は、その正規化相互相関値の最大値を類似度とする。
照合部４４は、類似度を認証判定部４５へ通知する。
【００６２】
認証判定部４５は、照合部４４により算出された類似度が所定の認証閾値以上となるか否か判定する。
認証判定部４５は、類似度が所定の認証閾値以上となる場合、入力生体情報と登録生体情報は一致すると判定する。そして認証判定部４５は、利用者を、入力生体情報と一致すると判定された登録生体情報に対応する登録利用者として認証する。認証判定部４５は、利用者を認証すると、その認証結果を処理部２３へ通知する。そして処理部２３は、認証された利用者が生体認証装置１が実装された装置あるいは生体認証装置１が接続された装置を利用することを許可する。
【００６３】
一方、認証判定部４５は、類似度が認証閾値未満である場合、入力生体情報と登録生体情報は一致しないと判定する。この場合には、認証判定部４５は、利用者を認証しない。認証判定部４５は、利用者の認証に失敗したことを示す認証結果を処理部２３へ通知する。そして処理部２３は、認証されなかった利用者が生体認証装置１が実装された装置あるいは生体認証装置１が接続された装置を使用することを拒否する。また処理部２３は、表示部２に、認証に失敗したことを示すメッセージを表示させる。
認証閾値は、登録利用者本人が利用者である場合にのみ、認証判定部４５が認証に成功するような値に設定されることが好ましい。そして認証閾値は、登録利用者とは異なる他人が利用者である場合には、認証判定部４５が認証に失敗するような値に設定されることが好ましい。例えば、認証閾値は、類似度の取りうる最大値と最小値の差に0.7を乗じた値を、類似度の最小値に加えた値とすることができる。
【００６４】
図７は、処理部２３上で実行されるコンピュータプログラムにより制御される、生体認証処理の動作フローチャートである。
図７に示されるように、処理部２３は、画像取得部４から受け取った複数の差分画像を用いて、生体認証処理の対象となる利用者の生体情報を表す入力生体画像を生成する（ステップＳ３０１）。処理部２３は、入力生体画像を特徴量抽出部４３へ渡す。特徴量抽出部４３は、入力生体画像から、入力生体情報の特徴量を抽出する（ステップＳ３０２）。そして特徴量抽出部４３は、入力生体情報の特徴量を照合部４４へ渡す。
また処理部２３は、入力部３を介して受け取った登録利用者の識別情報に対応する登録利用者の登録生体情報に関するデータを記憶部２２から読み出す（ステップＳ３０３）。その登録生体情報に関するデータには、例えば、登録生体画像から抽出された登録生体情報の特徴量が含まれる。そして処理部２３は、登録生体情報に関するデータに含まれる登録生体情報の特徴量を照合部４４へ渡す。
【００６５】
照合部４４は、入力生体情報の特徴量と登録生体情報の特徴量に基づいて、入力生体情報と登録生体情報の類似度を算出する（ステップＳ３０４）。そして照合部４４は、類似度を認証判定部４５へ渡す。
【００６６】
認証判定部４５は、類似度が所定の認証閾値以上か否か判定する（ステップＳ３０５）。類似度が認証閾値以上である場合（ステップＳ３０５−Ｙｅｓ）、認証判定部４５は利用者を登録利用者として認証する（ステップＳ３０６）。
一方、類似度が認証閾値未満である場合（ステップＳ３０５−Ｎｏ）、認証判定部４５は利用者を認証しない（ステップＳ３０７）。
ステップＳ３０６またはＳ３０７の後、処理部２３は、画像取得部４へ認証完了信号を送信し、生体認証処理を終了する。
【００６７】
以上に説明してきたように、第１の実施形態による、生体認証装置は、照明画像と非照明画像間の差分画像を複数積算することにより得られた生体画像を生体認証処理に用いるので、環境光に起因する輝度値の飽和を抑制できる。またこの生体認証装置は、差分画像に重畳されるノイズの量を表す差分画像の画素の輝度値の統計量に基づいて、ノイズによる輝度値の揺らぎが輝度値全体に占める割合を低下させるように積算数を決定する。そのため、この生体認証装置は、画像取得部と被写体間の距離が一定でなくても、生体認証に用いるのに適した生体画像を作成することができる。そしてこの生体認証装置は、その生体画像を用いて生体認証処理を行うので、ノイズに起因する特徴量の誤差を低減できるので、生体認証精度を向上できる。
【００６８】
次の第２の実施形態による生体認証装置について説明する。この生体認証装置は、複数の利用者の生体情報を含む被写体が各照明画像と非照明画像に写るように、それらの画像を生成する。そしてこの生体認証装置は、被写体ごとに差分画像の積算数を決定することにより、被写体ごとに生体認証に適した生体画像を生成する。
【００６９】
例えば、利用者の利便性を高めたり、あるいはセキュリティ性を向上するために、生体認証装置は、複数の利用者の生体情報のそれぞれに対して生体認証を行うことが好ましいことがある。また生体認証装置は、一人の利用者の生体情報を用いて生体認証を行い、他の利用者の生体情報を他の用途に用いることが好ましいことがある。
【００７０】
例えば、生体認証装置が入退室管理装置に適用される場合、生体認証装置は、特定の区画への入室が一時的に認められる利用者である一時利用者の生体情報を一時的に登録する。その際、生体認証装置は、既に登録されている登録利用者の生体情報と、一時利用者の生体情報とを同時に撮影する。そして生体認証装置は、その画像に写っている登録利用者の生体情報を用いて生体認証処理を行うことにより、その登録利用者を認証すると、その画像に写っている一時利用者の生体情報を登録する。これにより、生体認証装置は、二人の利用者の生体情報を取得するために一回の撮影しか必要としないので、二人の利用者の生体情報を別々に撮影するよりも利用者の手間を省くことができる。
あるいは、生体認証装置は、二人の利用者が認証された場合に限り、特定の区画への入室を許可する。この場合、生体認証装置は、二つの利用者の生体情報を同時に撮影して、二人の生体情報が写った画像を作成し、その画像上に写っている各生体情報に対して生体認証処理を行うことで、利用者ごとに別々に生体情報を撮影するよりも、処理時間を短縮できる。
【００７１】
しかし、画像取得部から生体情報を含む被写体までの距離が、被写体ごとに異なることがある。特に、何れかの利用者が生体情報の読み取りに慣れていないと、その利用者は生体情報を含む被写体をどこに置けばよいか分からないので、被写体と画像取得部間の距離が被写体ごとに異なる可能性が高くなる。そして画像取得部から被写体までの距離が異なると、照明光源から照射される照明光の照度も被写体ごとに異なる。そのため、差分画像に写っている複数の被写体のうち、画像取得部に近い被写体に相当する画素の輝度値の平均値は、画像取得部から遠い被写体に相当する画素の輝度値の平均値よりも高くなる。
そこで、第２の実施形態による生体認証装置は、差分画像上で被写体が写っている被写体領域ごとに輝度値の統計量を求めることで、被写体領域ごとに積算数を決定する。
なお、第２の実施形態による生体認証装置の構成は、第１の実施形態による生体認証装置の構成と同一であるため、第２の実施形態による生態認証装置の構成に関しては、図１を参照されたい。また、画像取得部４の画像取得制御部１５が有する各部に関しては、図２を参照されたい。
以下、第２の実施形態による生体認証装置に関して、第１の実施形態による生体認証装置と異なる点について説明する。
【００７２】
画像取得部４の記憶部１３は、第１の実施形態と同様に、照明画像、非照明画像及び差分画像などを記憶する。記憶部１３は、さらに、輝度値が飽和した画素の数と露光時間との関係を表す露光時間設定テーブルを記憶する。そして露光時間設定部３１は、露光時間設定テーブルを参照して、直前に取得された照明画像における輝度値が飽和した画素の数に対応する露光時間を以降に生成する照明画像に対する露光時間として設定する。
【００７３】
図８は、露光時間設定テーブルの一例を表す。露光時間設定テーブル８００における左側の列の各欄には、輝度値が飽和した画素の数の範囲が示される。一方、右側の列の各欄には、露光時間が示される。例えば、直前に取得された照明画像における輝度値が飽和した画素の数が0以上100以下である場合、露光時間設定部３１は、露光時間をE0に設定する。また、直前に取得された照明画像における輝度値が飽和した画素の数が101以上200以下である場合、露光時間設定部３１は、露光時間をE1に設定する。なお、輝度値が飽和した画素の数と露光時間の関係は、例えば、予め実験により決定される。露光時間設定部３１は、露光時間設定テーブルを参照して露光時間を決定することにより、環境光が存在する場合でも迅速に最適な露光時間を決定できる。
画像取得部４は、露光時間設定テーブルを参照して決定された露光時間で撮影した照明画像を用いて、複数の被写体が写った差分画像を生成する。そして画像取得部４は、差分画像を生成する度に、その差分画像を認証部５へ送信する。
【００７４】
図９は、第２の実施形態による認証部５の処理部２３の機能ブロック図である。処理部２３は、被写体領域抽出部４６と、積算数決定部４１と、画像積算部４２と、特徴量抽出部４３と、照合部４４と、認証判定部４５とを有する。処理部２３が有するこれらの各部は、処理部２３が有するプロセッサ上で実行されるコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは処理部２３が有するこれらの各部は、それら各部の機能を実現する別個の回路または集積回路として、認証部５に実装されてもよい。
【００７５】
被写体領域抽出部４６は、最新の差分画像において、複数の被写体のそれぞれが写っている領域を抽出する。例えば、被写体領域抽出部４６は、差分画像を所定の２値化閾値を用いて、差分画像の各画素の値を、その２値化閾値以上の値を持つ被写体候補画素とその他の画素とで異なる値となるように２値化する。２値化閾値は、被写体が写っている画素とその他の画素とを区別できるように、例えば、実験などにより予め設定される値でもよく、あるいは、差分画像の輝度値の所定の統計量、例えば、平均値などに設定されてもよい。なお、被写体領域抽出部４６は、局所閾値法などを用いて、差分画像の局所ごとに２値化閾値を決定してもよい。
被写体領域抽出部４６は、被写体候補画素に対してラベリング処理を実行することにより、被写体候補画素が連結された複数の被写体候補領域を求める。そして被写体領域抽出部４６は、被写体候補領域のうち、所定の画素数以上の画素が含まれる領域を選択する。あるいは、被写体領域抽出部４６は、画素数が多い方から順に、一枚の差分画像に写っていることが想定される数の被写体候補領域、例えば、二つの被写体候補領域を選択してもよい。
被写体領域抽出部４６は、選択された被写体候補領域ごとに、その被写体候補領域の外接矩形を求め、その外接矩形を被写体が写っている被写体領域とする。そして被写体領域抽出部４６は、被写体領域の識別番号とともに、被写体領域の範囲を表す情報、例えば、被写体領域の左上端画素及び右下端画素の座標を記憶部２２に記憶された被写体領域情報テーブルに格納する。
【００７６】
積算数決定部４１は、被写体領域ごとに、差分画像を積算する積算数を決定する。本実施形態では、積算数決定部４１は、被写体領域ごとに輝度値の分散値を求める。そして積算数決定部４１は、被写体領域ごとに、（１１）式を満たす最小の積算数を、その被写体領域についての積算数とする。積算数決定部４１は、各被写体領域の積算数及び分散値を、記憶部２２に記憶された被写体領域情報テーブルに格納する。
図１０は、被写体領域情報テーブルの一例を表す。被写体領域情報テーブル１０００では、一つの行に一つの被写体領域情報が格納される。そして左側の列から順に、被写体領域の識別番号、被写体領域の範囲を表す座標値、分散値及び積算数が示される。
【００７７】
画像積算部４２は、被写体領域情報テーブルを参照して、被写体領域ごとに求められた積算数だけ差分画像を積算することにより、被写体領域ごとに積算画像を生成する。
図１１は、差分画像に写った二つの被写体と、各被写体に対する積算画像の生成に用いられる差分画像との関係を示す図である。
図１１において、最新の差分画像D(t)には、二つの被写体１１０１、１１０２が写っている。そして被写体１１０２は、被写体１１０１よりも画像取得部４のセンサ部から遠いものとする。そのため、被写体１１０２が写っている被写体領域１１１２の輝度値における、環境光の影響は、被写体１１０１が写っている被写体領域１１１１の輝度値における環境光の影響よりも大きくなっている。そのため、被写体領域１１１１に対する積算数N1よりも、被写体領域１１１２に対する積算数N2は大きい。
したがって、被写体領域１１１１に対する積算画像は、差分画像D(t)から差分画像D(t-N1+1)を用いて生成され、一方、被写体領域１１１２に対する積算画像は、差分画像D(t)から差分画像D(t-N2+1)を用いて生成される。
画像積算部４２は、被写体領域ごとに、その被写体領域について設定された積算数だけ差分画像を積算することにより、その被写体領域に写っている被写体の生体画像を生成する。
【００７８】
図１２は、第２の実施形態による生体画像生成処理の動作フローチャートである。処理部２３は、生体認証処理の実行時、あるいは生体情報の登録時に、この動作フローチャートに従って生体画像生成処理を実行する。
【００７９】
被写体領域抽出部４６は、差分画像から被写体ごとに、その被写体が写っている被写体領域を抽出する（ステップＳ４０１）。積算数決定部４１は、被写体領域ごとに、被写体領域の輝度値の分散が自照明のみの分散以下となるように積算数Nを設定する（ステップＳ４０２）。
積算数決定部４１は、被写体領域ごとの積算数を記憶部２２に記憶させる。
【００８０】
処理部２３は、着目する被写体領域を設定する（ステップＳ４０３）。そして画像積算部４２は、積算された差分画像の枚数を表すカウンタiを1に初期化する（ステップＳ４０４）。そして画像積算部４２は、最新の差分画像の着目する被写体領域と一つ前の差分画像の着目する被写体領域との間で被写体が移動したか否か判定する（ステップＳ４０５）。
被写体が移動した場合（ステップＳ４０５−Ｙｅｓ）、画像積算部４２は、それまでに差分画像を積算した積算画像を破棄する（ステップＳ４０６）。そして画像積算部４２は、ステップＳ４０４以降の処理を繰り返す。
一方、被写体が移動していない場合（ステップＳ４０５−Ｎｏ）、画像積算部４２は、差分画像の各画素の輝度値を積算画像の対応画素の輝度値に加算することにより、積算画像を更新する。ただし、カウンタiが1である場合は、差分画像の各画素の輝度値を積算画像の対応画素の輝度値とする。また画像積算部４２は、カウンタiを1インクリメントする（ステップＳ４０７）。
ステップＳ４０７の後、画像積算部４２は、カウンタiが積算数Nよりも大きくなったか否か判定する（ステップＳ４０８）。カウンタiが積算数N以下であれば（ステップＳ４０８−Ｎｏ）、画像積算部４２は、ステップＳ４０５以降の処理を繰り返す。
一方、カウンタiが積算数Nよりも大きい場合（ステップＳ４０８−Ｙｅｓ）、画像積算部４２は、積算画像の各画素の輝度値に補正係数αを乗算することで積算画像の各画素の輝度値を補正する。そして画像積算部４２は、補正された積算画像を注目する被写体領域に写った被写体の生体情報を表す生体画像として出力する（ステップＳ４０９）。ただし、補正係数αは、例えば、第１の実施形態における補正係数と同様に、露光基準時間E0と差分画像の生成に用いられた照明画像の露光時間Eとの比(E0/E)を積算数で除した値とすることができる。その後、処理部２３は、全ての被写体領域を着目する被写体領域に設定したか否か判定する（ステップＳ４１０）。着目する被写体領域に設定されていない被写体領域があれば（ステップＳ４１０−Ｎｏ）、処理部２３は、ステップＳ４０３以降の処理を実行する。
一方、全ての被写体領域が既に着目する被写体領域に設定されていれば、処理部２３は、生体画像生成処理を終了する。
【００８１】
特徴量抽出部４３は、被写体領域ごとに生成された生体画像から、対応する被写体領域の特徴量を抽出する。そして特徴量抽出部４３は、抽出した特徴量を、対応する被写体領域の識別番号と関連付けて記憶部２２に記憶させる。
照合部４４は、一つの差分画像に写った各利用者の生体情報について生体認証処理を行う場合、各被写体領域に写っている被写体に含まれる入力生体情報と、入力部３を介して入力された複数の利用者の識別情報に対応する登録生体情報との類似度を算出する。なお、被写体領域と利用者の識別情報との対応が不明である場合、照合部４４は、入力生体情報と登録生体情報の全ての組み合わせについてそれぞれ類似度を算出する。そして照合部４４は、類似度の合計が最も高い入力生体情報と登録生体情報の組み合わせを選択し、その選択した組み合わせについて得られた類似度を認証判定部４５へ通知する。
また、生体認証装置１は、アプリケーションによっては、一つの差分画像に写った複数の利用者の生体情報のうちの一方を用いて生体認証処理を実行し、他方の生体情報を登録する。この場合、照合部４４は、入力部３を介して入力された一人の利用者の識別情報に対応する登録生体情報に対する、各被写体領域に写っている被写体に含まれる入力生体情報の類似度をそれぞれ算出する。そして照合部４４は、高い方の類似度を認証判定部４５へ出力し、低い方の類似度に対応する被写体領域の識別番号を処理部２３へ通知する。
【００８２】
認証判定部４５は、一つの差分画像に写った複数の利用者の入力生体情報を用いて生体認証処理を行う場合、それぞれの入力生体情報について求められた類似度が、何れも認証閾値以上である場合、それら二人の利用者を認証する。そして認証判定部４５は、利用者の認証に成功したことを示す認証結果を処理部２３へ通知する。処理部２３は、認証された各利用者が生体認証装置１が実装された装置あるいは生体認証装置１が接続された装置を利用することを許可する。例えば、生体認証装置１が入退室管理装置に接続または含まれている場合、その入退室管理装置に、特定の区画の出入口に設けられた扉の電気錠を解錠させ、各利用者にその区画への入室を許可する。一方、何れか一方の類似度でも認証閾値未満である場合、認証判定部４５は、何れの利用者も認証しない。認証判定部４５は、利用者の認証に失敗したことを示す認証結果を処理部２３へ通知する。そして処理部２３は、認証されなかった利用者が生体認証装置１が実装された装置あるいは生体認証装置１が接続された装置を使用することを拒否する。また処理部２３は、表示部２に、認証に失敗したことを示すメッセージを表示させる。
【００８３】
また、認証判定部４５は、一つの差分画像に写った複数の生体情報のうちの一方を生体認証に利用し、他方を登録する場合、照合部４４から受け取った類似度が認証閾値以上であれば、一方の利用者を認証する。そして認証判定部４５は、利用者の認証に成功したことを示す認証結果を処理部２３へ通知する。そして処理部２３は、低い方の類似度に対応する被写体領域に写った入力生体情報から抽出された特徴量を、入力部３から受け取った一時登録用の利用者の識別番号と関連付けて記憶部２２に記憶させる。
一方、認証判定部４５は、類似度が認証閾値未満である場合、利用者を認証しない。認証判定部４５は、利用者の認証に失敗したことを示す認証結果を処理部２３へ通知する。そして処理部２３は、登録されていない利用者を一時登録しない。また処理部２３は、表示部２に、認証に失敗したことを示すメッセージを表示させる。
【００８４】
以上に説明してきたように、第２の実施形態による生体認証装置は、１枚の差分画像に複数の被写体が写っている場合、被写体領域ごとの輝度値の分散値に応じて、被写体領域ごとに差分画像の積算数を決定する。そのため、この生体認証装置は、被写体領域ごとに、生体認証に用いるのに適した生体画像を作成することができる。なお、この生体認証装置は、１枚の差分画像に３個以上の被写体が写っている場合も、１枚の差分画像に二つの被写体が写っている場合と同様の処理を行って、被写体領域ごとに生体画像を生成できる。
【００８５】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。一つの変形例によれば、上記の第１の実施形態における積算数決定部は、露光時間分割数Mによらず、輝度値の平均値または輝度値の分散の何れか一方に基づいて積算数を決定してもよい。また、第２の実施形態における積算数決定部は、被写体領域ごとの輝度値の平均値を（６）式に代入することにより被写体領域ごとに積算数を決定してもよい。
また、画像積算部は、複数の生体画像を連続的に生成してもよい。この場合、認証部の記憶部は、例えば、直前の生体画像の生成に用いられた各差分画像を記憶しておく。そして画像積算部は、次式に従って次の生体画像の各画素の輝度値を求めることにより、積算数の差分画像を加算するよりも生体画像の生成に要する演算量を削減できる。
【数１２】
2012073381.tif 000014
ここでS(t)は、直前に生成された生体画像の注目画素の輝度値であり、S(t+1)は、次に生成される生体画像の注目画素の輝度値である。Nは積算数である。またD(t+1)は、生体画像S(t+1)の生成に利用される最も新しい差分画像の注目画素の輝度値であり、D(t-N+1)は、生体画像S(t)の生成に利用された最も古い差分画像の注目画素の輝度値である。αは補正係数である。
なお、画像積算部は、次式に従って生体画像を生成してもよい。
【数１３】
2012073381.tif 000015
【００８６】
さらに、画像取得部は、非照明画像を照明画像と異なる枚数、例えば、1枚だけ生成してもよい。そして画像取得制御部の差分画像生成部は、複数の照明画像のそれぞれと、1枚の非照明画像間の対応画素間の差分演算を行うことにより、複数の差分画像を生成してもよい。
【００８７】
また、照合部及び認証判定部は、いわゆる１：Ｎ方式に従って利用者を認証するか否かを判定してもよい。この場合、利用者の識別番号は入力されなくてもよい。照合部は、入力生体情報と、認証部に予め登録されている全ての登録利用者の登録生体情報との類似度をそれぞれ算出する。そして照合部は、類似度の最大値及びその最大値に対応する登録利用者の識別番号を認証判定部へ通知する。
認証判定部は、類似度の最大値が認証閾値以上である場合、利用者を、その類似度の最大値に対応する登録利用者として認証する。一方、類似度の最大値が認証閾値未満である場合、認証判定部は、利用者を認証しない。
【００８８】
さらに、本明細書に開示された生体認証装置及び生体認証方法は、利用者が何らかの操作を行うために、利用者の生体情報と、予め登録された生体情報間で生体認証処理を実行する、各種の装置またはシステムに適用可能である。例えば、そのような装置またはシステムには、１台以上の端末とサーバが通信ネットワークを介して接続されたコンピュータシステム、あるいは入退室管理装置が含まれる。この場合、各端末に画像取得部が設けられる。各端末は、プロセッサ、メモリ及びその周辺回路を有し、そのプロセッサ上で実行されるプログラムにより、上記の実施形態における認証部の処理部の機能の一部、例えば生体画像の生成に関する機能、すなわち、積算数決定部及び画像積算部の機能が実現される。この場合、各端末が差分画像を積算することにより生体画像を生成する。そして各端末は、生成した生体画像をサーバへ送信する。そしてサーバは、上記の実施形態の認証部の処理部の機能のうち、特徴量抽出部、照合部及び認証判定部の機能を実行することにより、生体情報の登録処理あるいは生体認証処理を実行する。
【００８９】
また、画像取得部の画像取得制御部により実行される各機能及び認証部の処理部により実行される各機能を、プロセッサ上で実現するコンピュータプログラムは、磁気記録媒体、光記録媒体または半導体メモリなどの記録媒体に記録された状態で配布されてもよい。
【００９０】
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００９１】
１    生体認証装置
２    表示部
３    入力部
４    画像取得部
５    認証部
１１    照明光源
１２    センサ部
１３    記憶部
１４    インターフェース部
１５    画像取得制御部
２１    インターフェース部
２２    記憶部
２３    処理部
３１    露光時間設定部
３２    光源制御部
３３    撮影制御部
３４    差分画像生成部
４１    積算数決定部
４２    画像積算部
４３    特徴量抽出部
４４    照合部
４５    認証判定部
４６    被写体領域抽出部
【図１】
2012073381.tif 000016
【図２】
2012073381.tif 000017
【図３】
2012073381.tif 000018
【図４】
2012073381.tif 000019
【図５】
2012073381.tif 000020
【図６】
2012073381.tif 000021
【図７】
2012073381.tif 000022
【図８】
2012073381.tif 000023
【図９】
2012073381.tif 000024
【図１０】
2012073381.tif 000025
【図１１】
2012073381.tif 000026
【図１２】
2012073381.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月3日(2013.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の生体情報を含む被写体を撮影した生体画像を用いて該利用者の生体認証を行う生体認証装置であって、
前記被写体を照明する照明光源と、
前記照明光源が点灯している状態で前記被写体を撮影した複数の照明画像と、前記照明光源が消灯している状態で前記被写体を撮影した少なくとも一つの非照明画像とを生成するセンサと、
前記複数の照明画像のそれぞれについて、当該照明画像の各画素の輝度値から前記非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより、複数の差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記複数の差分画像のうちの第１の差分画像に重畳されたノイズの量を表す当該第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて、当該第１の差分画像に重畳されたノイズによる当該第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど前記差分画像の積算数が多くなるように、当該積算数を決定する積算数決定機能と、
前記複数の差分画像のうち、前記積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成する画像積算機能とを実現する生体画像生成部と、
を有する生体認証装置。
【請求項２】
前記積算数決定機能は、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の分散を算出し、当該輝度値の分散から推定される前記生体画像の画素の輝度値の分散が所定の閾値以下となるように前記積算数を決定する、請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項３】
前記所定の閾値は、前記生体画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値が前記照明光源が点灯し、かつ環境光が無い状態で前記被写体が撮影された場合に得られる基準画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値である基準平均値と等しい場合における、当該領域内の画素の輝度値の分散である、請求項２に記載の生体認証装置。
【請求項４】
前記積算数決定機能は、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の平均値を算出し、当該平均値で、前記生体画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値が前記照明光源が点灯し、かつ環境光が無い状態で前記被写体が撮影された場合に得られる基準画像における前記領域内の画素の輝度値の平均値である基準平均値を除することにより前記積算数を決定する、請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項５】
前記積算数決定機能は、前記複数の照明画像のそれぞれが生成される場合の前記センサの第１の露光時間で、前記被写体が前記センサが撮影可能な距離のうちの最小距離に位置する場合に前記照明光源を点灯させ、かつ環境光が無い状態で前記被写体を撮影することにより前記生体画像を生成するための第２の露光時間を除した露光時間分割数が所定の閾値以下である場合、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の平均値を算出し、当該平均値に基づいて前記積算数を決定し、一方、前記露光時間分割数が前記所定の閾値よりも大きい場合、前記輝度値の統計量として、前記第１の差分画像上で前記被写体が写った領域内の画素の輝度値の分散を算出し、当該輝度値の分散に基づいて前記積算数を決定する、請求項１に記載の生体認証装置。
【請求項６】
前記複数の照明画像には、前記被写体とともに第２の被写体が写っており、
前記生体画像生成部は、
前記第１の差分画像から前記被写体が写っている第１の被写体領域と前記第２の被写体が写っている第２の被写体領域とを抽出する被写体領域抽出機能をさらに実現し、
前記積算数決定機能は、前記第１の被写体領域に重畳されたノイズの量を表す前記第１の被写体領域内の画素の輝度値の統計量に基づいて前記第１の被写体領域に対する第１の積算数を決定し、かつ、前記第２の被写体領域に重畳されたノイズの量を表す前記第２の被写体領域内の画素の輝度値の統計量に基づいて前記第２の被写体領域に対する第２の積算数を決定し、
前記画像積算機能は、前記複数の差分画像のうち、前記第１の積算数の差分画像の前記第１の被写体領域内の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の前記第１の被写体領域内の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成し、かつ、前記複数の差分画像のうち、前記第２の積算数の差分画像の前記第２の被写体領域内の対応画素間の輝度値の合計に基づいて第２の生体画像の前記第２の被写体領域内の各画素の輝度値を求めることにより、当該第２の生体画像を生成する、請求項１〜５の何れか一項に記載の生体認証装置。
【請求項７】
利用者の生体情報を含む被写体を撮影した生体画像を用いて該利用者の生体認証を行う生体認証方法であって、
被写体を照明する照明光源が点灯している状態で前記被写体を撮影した複数の照明画像と、前記照明光源が消灯している状態で前記被写体を撮影した少なくとも一つの非照明画像とを生成し、
前記複数の照明画像のそれぞれについて、当該照明画像の各画素の輝度値から前記非照明画像の対応する画素の輝度値を減算することにより、複数の差分画像を生成し、
前記複数の差分画像のうちの第１の差分画像に重畳されたノイズの量を表す当該第１の差分画像の輝度値の統計量に基づいて、当該第１の差分画像に重畳されたノイズによる当該第１の差分画像の少なくとも一部の領域に含まれる画素の輝度値への影響が大きいほど前記差分画像の積算数が多くなるように、当該積算数を決定し、
前記複数の差分画像のうち、前記積算数の差分画像の対応画素間の輝度値の合計に基づいて前記生体画像の各画素の輝度値を求めることにより、前記生体画像を生成し、
前記生体画像と、記憶部に記憶された登録利用者の生体情報である登録生体情報に関するデータとを用いて、前記利用者の生体情報と前記登録生体情報とを照合する、
ことを含む生体認証方法。
【国際調査報告】
2012073381.tif 000028
2012073381.tif 000029