(57)【要約】【課題】画像の平滑化を行わずに撮像画像における輝度値のムラを除去する。【解決手段】第１の照射部１１と第２の照射部１２は、それぞれ異なる波長の光を照射し、受光部１３は、それぞれの光を受光する。行列変換部１４は、受光部１３の受光強度に基づいて、撮像画像の各画素の輝度値を要素とする第１の画像行列、第２の画像行列を生成する。次に、減算部１５は、第１の画像行列を第２の画像行列により減算処理した第３の画像行列を算出し、画像変換部１７が、減算部１５が算出した第３の画像行列を画像に変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段と、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段と、
前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段と、
前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段と、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段と、
前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段と、
前記第１の画像行列を前記第２の画像行列により減算する減算手段と、
前記減算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段と、を備え、
前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段と、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段と、
前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段と、
前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段と、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段と、
前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段と、
前記第１の画像行列の各要素を、当該要素に対応する前記第２の画像行列の要素により除算する除算手段と、
前記除算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段と、を備え、
前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
前記第２の光の波長は、前記第１の光の波長より短いことを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮像対象は生体組織であって、
前記第１の光及び前記第２の光の波長は、７００ｎｍ乃至１２００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
撮像装置を用いた撮像装置方法であって、
第１の照射手段は、第１の光を撮像対象に照射し、
第１の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光し、
第１の画像行列生成手段は、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成し、
第２の照射手段は、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射し、
第２の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光し、
第２の画像行列生成手段は、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成し、
減算手段は、前記第１の画像行列を前記第２の画像行列により減算し、
画像変換手段は、前記減算手段により算出された第３の画像行列を変換し、
前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、
ことを特徴とする撮像装置方法。
【請求項６】
撮像装置を用いた撮像装置方法であって、
第１の照射手段は、第１の光を撮像対象に照射し、
第１の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光し、
第１の画像行列生成手段は、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成し、
第２の照射手段は、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射し、
第２の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光し、
第２の画像行列生成手段は、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成し、
除算手段は、前記第１の画像行列の各要素を、当該要素に対応する前記第２の画像行列の要素により除算し、
画像変換手段は、前記除算手段により算出された第３の画像行列を変換し、
前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、
ことを特徴とする撮像装置方法。
【請求項７】
撮像装置を、
第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段、
前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段、
前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段、
前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段、
前記第１の画像行列を前記第２の画像行列により減算する減算手段、
前記減算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段、
として動作させ、
前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、
ことを特徴とするプログラム。
【請求項８】
撮像装置を、
第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段、
前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段、
前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段、
前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段、
前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段、
前記第１の画像行列の各要素を、当該要素に対応する前記第２の画像行列の要素により除算する除算手段、
前記除算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段、
として動作させ、
前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明のいくつかの態様は、撮像画像から空間周波数の低い輝度値のムラを除去し、所定の抽出対象を抽出する撮像装置、撮像装置方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セキュリティーに対する要求の高まりを受けて、個人の認証についての重要性が急速に増大している。中でも指紋、虹彩、静脈等本人固有の身体的な特徴を利用したバイオメトリクス認証が実用化されている。
そして、身に着けた認証センサーをトランスポンダーとして利用することにより、ユーザーによる特別な認証動作を行わずに個人認証を行うことができる。このような次世代個人認証を行うために、常時装着可能な静脈認証センサーの開発が求められている。
また、医療分野では、下肢に多く見られる静脈瘤の診断などに用いる静脈血管周辺組織の観察の手段として携帯型の静脈透視技術が求められている。
【０００３】
従来、静脈認証センサーは、光を体内に入射し、体内で透過または反射した光を集光することで、静脈像を取得している。しかし、この方法によって透視画像を撮影すると、例えば腱や骨等の血管以外の生体組織構造等によって観測域内の光強度分布が局所的に不均一となり、生成した透視画像に輝度値のムラが生じるため、明瞭な静脈像を取得することができない。
【０００４】
従来は、認証に利用する静脈像のコントラスト成分以外を減算処理によって除去することで上述した問題を解決していた（例えば、非特許文献１を参照）。
つまり、撮影した透視画像（原画像）に対し、所定ピクセル数の低域通過フィルターを作用させ、原画像を平滑化する。次に、原画像と平滑化された画像との差分を画素毎にとることで低周波成分を抑制し、輝度値のムラを抑制した静脈像を得ることができる。このとき、平滑化された画像に補正割合として適当な重み係数を乗じてから減算を行うことで、より明瞭な静脈像を得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Miyuki Kono, Hironori Ueki, and Shin-ichiro Uemura, “Near-infrared finger vein patterns for personal identification,” Applied Optics, Vol. 41, Issue 35, pp. 7429-7436, 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の画像ムラ除去方法は、低域通過フィルターによって画像を平滑化する必要があるため、画像ムラ除去処理の実行時間が長くなってしまうという問題があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像の平滑化を行わずに撮像画像における輝度値のムラを除去する撮像装置、撮像装置方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のいくつかの態様は上記の課題を解決するためになされたものであり、第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段と、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段と、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段と、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段と、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段と、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段と、前記第１の画像行列を前記第２の画像行列により減算する減算手段と、前記減算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段と、を備え、前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、ことを特徴とする撮像装置である。
物質の散乱係数は波長に依存するため、波長の異なる光を用いることでコントラストが異なる画像を得ることができる。これにより、画像の平滑化を行わずに画像の輝度値のムラを除去することができる。
【０００８】
また、本発明のいくつかの態様は、第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段と、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段と、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段と、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段と、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段と、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段と、前記第１の画像行列の各要素を、当該要素に対応する前記第２の画像行列の要素により除算する除算手段と、前記除算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段と、を備え、前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、ことを特徴とする撮像装置である。
物質の散乱係数は波長に依存するため、波長の異なる光を用いることでコントラストが異なる画像を得ることができる。これにより、画像の平滑化を行わずに画像の輝度値のムラを除去することができる。
【０００９】
また、本発明のいくつかの態様は、前記第２の光の波長は、前記第１の光の波長より短いことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のいくつかの態様は、前記撮像対象は生体組織であって、前記第１の光及び前記第２の光の波長は、７００ｎｍ乃至１２００ｎｍである、ことを特徴とする。
これにより、波長が７００ｎｍ乃至１２００ｎｍの近赤外光に対しては、ヘモグロビンと水による光の吸収が弱いため、光の吸収によるノイズの少ない画像を得ることができる。
【００１１】
また、本発明のいくつかの態様は、撮像装置を用いた撮像装置方法であって、第１の照射手段は、第１の光を撮像対象に照射し、第１の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光し、第１の画像行列生成手段は、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成し、第２の照射手段は、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射し、第２の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光し、第２の画像行列生成手段は、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成し、減算手段は、前記第１の画像行列を前記第２の画像行列により減算し、画像変換手段は、前記減算手段により算出された第３の画像行列を変換し、前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のいくつかの態様は、撮像装置を用いた撮像装置方法であって、第１の照射手段は、第１の光を撮像対象に照射し、第１の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光し、第１の画像行列生成手段は、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成し、第２の照射手段は、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射し、第２の受光手段は、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光し、第２の画像行列生成手段は、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成し、除算手段は、前記第１の画像行列の各要素を、当該要素に対応する前記第２の画像行列の要素により除算し、画像変換手段は、前記除算手段により算出された第３の画像行列を変換し、前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のいくつかの態様は、撮像装置を、第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段、前記第１の画像行列を前記第２の画像行列により減算する減算手段、前記減算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段、として動作させ、前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、ことを特徴とするプログラムである。
【００１４】
また、本発明のいくつかの態様は、撮像装置を、第１の光を撮像対象に照射する第１の照射手段、前記撮像対象によって後方散乱した前記第１の光を受光する第１の受光手段、前記第１の受光手段が受光した光に基づいて第１の画像行列を生成する第１の画像行列生成手段、前記第１の光と異なる波長の第２の光を前記撮像対象に照射する第２の照射手段、前記撮像対象によって後方散乱した前記第２の光を受光する第２の受光手段、前記第２の受光手段が受光した光に基づいて第２の画像行列を生成する第２の画像行列生成手段、前記第１の画像行列の各要素を、当該要素に対応する前記第２の画像行列の要素により除算する除算手段、前記除算手段により算出された第３の画像行列を変換する画像変換手段、として動作させ、前記第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている、ことを特徴とするプログラムである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】原画像と画像ムラ除去後の画像とを比較する図である。
【図４】本発明の他の実施形態による撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
撮像装置１０は、第１の照射部１１（第１の照射手段）、第２の照射部１２（第２の照射手段）、受光部１３（第１の受光手段、第２の受光手段）、行列変換部１４（第１の画像行列生成手段、第２の画像行列生成手段）、減算部１５（減算手段）、画質判定部１６、画像変換部１７（画像変換手段）を備える。撮像装置１０は、生体組織の透視画像を撮像する。
【００１７】
第１の照射部１１は、７００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長の光を生体組織に照射する。例えば、第１の照射部１１は、８００ｎｍの波長の光を照射する。
第２の照射部１２は、７００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長であり、第１の照射部が照射する光の波長よりも短い波長の光を生体組織に照射する。例えば、第２の照射部１２は、７００ｎｍの波長の光を照射する。
受光部１３は、第１の照射部１１、第２の照射部１２から発せられた光が生体組織において反射した光を受光して、生体画像を得る。受光部１３は２次元平面に配置された複数のアレイ受光素子からなるＣＣＤ等で構成されている。
行列変換部１４は、受光部１３が受光した光に基づいて画像行列を生成する。
減算部１５は、行列の減算を行う。
画質判定部１６は、減算処理により画質が改善したか否かを判定する。
画像変換部１７は、行列を画像に変換する。
【００１８】
そして、第１の照射部１１は、第１の光を生体組織に照射し、受光部１３は、生体組織によって後方散乱した第１の光を受光し、行列変換部１４は、受光部１３が受光した第１の光に基づいて第１の画像行列を生成する。また、第２の照射部１２は、第１の光と異なる波長の第２の光を生体組織に照射し、受光部１３は、生体組織によって後方散乱した第２の光を受光し、行列変換部１４は、受光部１３が受光した第２の光に基づいて第２の画像行列を生成する。次に、減算部１５は、第１の画像行列の第１の部分を第１の部分に対応する第２の画像行列の第２の部分により減算し、画像変換部１７は、減算部１５により算出された第３の画像行列を画像に変換する。なお、第１の画像行列及び前記第２の画像行列は、複数の画素の各々に対して設定された輝度値を要素としている。
これにより、画像の平滑化を行うことなく撮像画像における輝度値のムラを除去することができる。
【００１９】
次に、画像ムラ除去装置１０の動作を説明する。
図２は、画像ムラ除去装置１０の動作を示すフローチャートである。
まず、ユーザーが撮像装置１０を生体組織にあてがい、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等によって撮像装置１０を動作させると、第１の照射部１１は、生体組織に対して波長８００ｎｍの光を照射する（ステップＳ１）。第１の照射部１１が光を照射すると、受光部１３は、第１の照射部１１から照射され、皮膚によって後方散乱した光を受光する（ステップＳ２）。受光部１３が受光すると、行列変換部１４は、受光部１３を構成する各アレイ受光素子の受光強度に基づいて第１の画像行列を生成する（ステップＳ３）。このとき、行列変換部１４は、第１の画像行列の最小値を０、最大値を１として規格化する。
【００２０】
行列変換部１４が第１の画像行列を生成すると、第２の照射部１２は、生体組織に対して波長７００ｎｍの光を照射する（ステップＳ４）。第２の照射部１２が光を照射すると、受光部１３は、第２の照射部１２から照射され、皮膚によって後方散乱した光を受光する（ステップＳ５）。受光部１３が受光すると、行列変換部１４は、受光部１３を構成する各アレイ受光素子の受光強度に基づいて第２の画像行列を生成する（ステップＳ６）。このとき、行列変換部１４は、第２の画像行列の最小値を０、最大値を１として規格化する。生体組織の散乱係数は、波長が短いほど大きくなるため、第２の画像行列は、第１の画像行列よりコントラストが低い画像となる。
【００２１】
行列変換部１４が第２の画像行列を生成すると、減算部１５は、行列変換部１４が変換した第１の画像行列から第２の画像行列の各要素値を減算することで、第３の画像行列を得る（ステップＳ７）。このとき、第２の画像行列の各要素値には、重み係数αを乗算する。この状態で、画質判定部１６は、画質が改善したか否かを判定する（ステップＳ８）。この画質の判定は、第３の画像行列からコントラスト値とシャープネス値とを算出し、算出したコントラスト値とシャープネス値とが所定の閾値以上である否かを判定することで行う。画質判定部１６が、画質が改善していないと判定した場合（ステップＳ８：ＮＯ）、画質判定部１６は、重み係数αの値を増加させて調整する（ステップＳ９）。係数αは、初期値０．１より始め、０．１のステップで増加させる。そして、画質が改善するか、係数αが上限値（０．９）になるまでステップＳ７の処理を繰り返し行う。
【００２２】
ステップＳ８で、画質判定部１６が、画質が改善したと判定した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、画像変換部１９は、減算部１５が算出した第３の画像行列を画像に変換する（ステップＳ８）。これにより、画像ムラ除去装置１０は、撮像画像における輝度値のムラを除去した画像を出力することができる。
【００２３】
図３は、原画像と画像ムラ除去後の画像とを比較する図である。
図３（Ａ）は、７００ｎｍの光で撮影した画像である。また、図３（Ｂ）は、８００ｎｍの光で撮影した画像である。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、８００ｎｍの光で撮影した画像より７００ｎｍの光で撮影した画像のほうがぼやけた画像となっている。
図３（Ｃ）は、減算により輝度値のムラを除去した画像である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）と比較して静脈像のコントラストが高くなっていることが分かる。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、減算部１５が、第１の画像行列から、第１の画像行列よりコントラストの低い第２の画像行列を減算することで、画像の平滑化を行うことなく生体組織画像における輝度値のムラを除去することができる。
【００２５】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【００２６】
図４は、本発明の他の実施形態による撮像装置の構成を示す概略ブロック図である。
例えば、本実施形態では、減算部１５が減算処理を行うにより生体組織画像における輝度値のムラを除去する場合を説明したが、これに限られず、例えば、図４に示すように、減算部１５の変わりに除算部１８を備え、除算部１８が、第１の画像行列の各要素を第２の画像行列の各要素により除算処理することで輝度値のムラを除去しても良い。なお、この場合、重み係数αを用いる必要が無いため、画質判定部１６による画質の判定を行わなくても良い。
【００２７】
なお、本実施形態では、８００ｎｍの波長の光を用いて第１の画像行列を撮像し、７００ｎｍの波長の光を用いて第２の画像行列を撮像する場合を説明したが、これに限られず、７００ｎｍ乃至１２００ｎｍの波長のうち、長波長域の光源を用いて第１の画像行列を撮像し、７００ｎｍ乃至１２００ｎｍの波長のうち、短波長域の光源を用いて第２の画像行列を撮像することで、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、減算部１５が第１の画像行列と第２の画像行列の全ての要素に対して減算処理を行う場合を説明したが、これに限られず、第１の画像行列の部分行列と、第１の画像行列の部分行列に対応する第２の画像行列の部分行列による減算処理を行っても良い。
【００２９】
また、本実施形態では、撮像装置が生体組織を撮像する場合を説明したが、これに限られず、他の撮像対象に対して本手法を用いても良い。
【００３０】
上述の撮像装置１０は、内部にコンピューターシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピューター読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピューターが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピューター読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータープログラムを通信回線によってコンピューターに配信し、この配信を受けたコンピューターが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３１】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００３２】
１０…撮像装置  １１…第１の照射部  １２…第２の照射部  １３…受光部  １４…行列変換部  １５…減算部  １６…画質判定部  １７…画像変換部
【図１】
2010244304.tif 000003
【図２】
2010244304.tif 000004
【図３】
2010244304.tif 000005
【図４】
2010244304.tif 000006