(57)【要約】【課題】高さ方向における指姿勢の変化を精度よく検知することができる血管画像撮影装置を提供する。【解決手段】本発明に係る血管画像撮影装置は、それぞれ異なる高さに配置された第１および第２光源を備え、各光源が指を照射しているときに撮影した画像の輝度分布の変化に基づき、高さ方向における指の姿勢を検出する。【選択図】図５
2014235711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の血管画像を撮影する装置であって、
前記指を載置する位置を照射する複数の光源と、
前記指の画像を撮影する撮像部と、
前記撮像部が撮影した前記指の画像を用いて前記指の姿勢を検出する指姿勢検出部と、
前記指姿勢検出部が検出した前記指の姿勢に応じて前記指の血管画像を撮影する際に使用するのに適した前記光源に前記指を照射させる光源制御部と、
を備え、
前記複数の光源は、前記指を載置する面に対する法線方向においてそれぞれ異なる高さに配置された第１および第２光源を含み、
前記指姿勢検出部は、前記第１光源が前記指を照射しているとき前記撮像部が撮影した第１画像内の輝度分布と、前記第２光源が前記指を照射しているとき前記撮像部が撮影した第２画像内の輝度分布との間の変化に基づき、前記指の前記法線方向における姿勢を検出し、
前記光源制御部は、前記指姿勢検出部が検出した前記指の前記法線方向における姿勢に応じて、前記第１光源と前記第２光源の少なくともいずれかに、前記指を照射させる
ことを特徴とする血管画像撮影装置。
【請求項２】
前記血管画像撮影装置は、前記指の表面で反射した反射光と前記指を透過した透過光を分離する光分離部を備え、
前記指姿勢検出部は、前記前記撮像部が前記反射光を用いて撮像した画像内の輝度分布と、前記撮像部が前記透過光を用いて撮像した画像内の輝度分布との間の差分に基づき、前記指の姿勢を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の血管画像撮影装置。
【請求項３】
前記光分離部は、前記反射光または前記透過光を減衰させる遮光板を用いて構成されており、
前記撮像部は、前記遮光板によって減衰した前記反射光または前記透過光を用いて前記指を撮像する第１撮像装置と、前記遮光板によって減衰していない前記反射光または前記透過光を用いて前記指を撮像する第２撮像装置とを備え、
前記指姿勢検出部は、前記第１撮像装置が撮像した画像内の輝度分布と、前記第２撮像装置が前記透過光を用いて撮像した画像内の輝度分布との間の差分に基づき、前記指の姿勢を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の血管画像撮影装置。
【請求項４】
前記光分離部は、前記光源が照射する光のスポット形状を整形することにより、前記反射光のスポット形状と前記透過光のスポット形状が異なるようにする、スポット形状整形部として構成されており、
前記指姿勢検出部は、前記撮像部が撮像した画像内において前記反射光のスポット形状と前記透過光のスポット形状を検出することにより、前記指の姿勢を検出する
ことを特徴とする請求項２記載の血管画像撮影装置。
【請求項５】
前記血管画像撮影装置は、前記指の血管画像を用いて前記指に対応するユーザを認証する認証部を備え、
前記複数の光源は、前記指を載置する位置を挟んで前記第１または第２光源の少なくともいずれかと対向する位置に配置された第３光源を含み、
前記認証部は、前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源がそれぞれ単独で前記指を照射しているとき前記撮像部が撮影した画像を組み合わせて合成することにより前記指の血管画像を生成し、その血管画像を用いて前記指に対応するユーザを認証する
ことを特徴とする請求項１記載の血管画像撮影装置。
【請求項６】
前記指姿勢検出部は、前記第１光源、前記第２光源、および前記第３光源がそれぞれ単独で前記指を照射しているとき前記撮像部が撮影した画像内の輝度分布に基づき、前記指の前記法線方向における姿勢を検出する
ことを特徴とする請求項５記載の血管画像撮影装置。
【請求項７】
前記血管画像撮影装置は、前記指の血管画像を用いて前記指に対応するユーザを認証する認証部を備え、
前記指姿勢検出部は、前記撮像部が撮像した画像内の輝度分布の形状に基づき前記指の関節位置を認識し、
前記認証部は、前記指姿勢検出部が認識した前記指の関節位置に基づき前記指の血管画像を歪み補正し、補正後の前記血管画像を用いて前記指に対応するユーザを認証する
ことを特徴とする請求項１記載の血管画像撮影装置。
【請求項８】
前記血管画像撮影装置は、
ユーザが認証情報を入力するタッチパネルと、
前記指の血管画像および前記タッチパネルに対して入力された前記認証情報を用いて前記指に対応するユーザを認証する認証部と、
を備え、
前記光源は、前記指が前記タッチパネルに触れているとき前記指を照射することができる位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の血管画像撮影装置。
【請求項９】
前記タッチパネルは、前記ユーザが前記タッチパネルに対して入力動作をするとき、前記ユーザの手の動きを誘導する画像を表示する
ことを特徴とする請求項８記載の血管画像撮影装置。
【請求項１０】
前記血管画像撮影装置は、前記ユーザが前記タッチパネルに対して前記認証情報を入力する前に前記ユーザを前記タッチパネルとは別の機器によって認証して前記ユーザに対応する前記認証情報をあらかじめ取得する第２認証部を備え、
前記光源は、前記第２認証部が取得した前記認証情報に対応する前記タッチパネル上の位置を照射する
ことを特徴とする請求項８記載の血管画像撮影装置。
【請求項１１】
前記血管画像撮影装置は、前記指を載置する位置と前記光源の間に配置され、前記光源が照射した光を前記光源から前記指に向かう方向に透過させるとともに前記指から前記光源に向かう方向には透過させない、透過フィルタを備える
ことを特徴とする請求項１記載の血管画像撮影装置。
【請求項１２】
前記血管画像撮影装置は、前記第１および第２光源の間に配置され、各前記光源が照射した光を遮断する、遮断板を備える
ことを特徴とする請求項１記載の血管画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の生体画像、特に血管パターンの画像を撮影する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
指の血管画像を撮影する装置は、ユーザ認証などの用途において用いられている。指の血管画像を撮影する際に、指の姿勢が変化すると、血管を撮影するために適した照明条件が変化するので、血管画像を鮮明に撮影するためには指を照射する光源を再設定する必要がある。したがって指血管画像を撮影する装置においては、指の姿勢を検出し、その姿勢に適した光源を用いて指を撮影することが必要である。
【０００３】
下記特許文献１は、指姿勢の検出に関し、「非接触で血管パターン画像を撮影でき、かつ個人認証装置に指をどのような回転角度で挿入しても高精度な認識ができること」を課題としている（要約）。同文献においては、指を撮影した画像から爪の輪郭線を検出し、検出した爪の位置情報に基づき、指の回転角度を検知している。爪の輪郭線は、皮膚と爪の境界部に対する光の当たり方や反射の違いによる輝度差に基づき検出することができると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０７１３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、高さ方向における指の姿勢が変化した場合（例えば鉛直方向に指を傾けた場合）、その姿勢変化は指画像内における輝度差として明確に表れない。したがって同文献においては、高さ方向における指姿勢を検出することは困難である。また、指の提示位置のずれや指の形状の個人差なども高さ方向における照明条件の変化をもたらすが、同文献記載の技術においてはそのような指状態を検出することは困難である。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、高さ方向における指姿勢の変化を精度よく検知することができる血管画像撮影装置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】
【０００７】
本発明に係る血管画像撮影装置は、それぞれ異なる高さに配置された第１および第２光源を備え、各光源が指を照射しているときに撮影した画像の輝度分布の変化に基づき、高さ方向における指の姿勢を検出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る血管画像撮影装置によれば、高さ方向における指の姿勢変化を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る血管画像撮影装置２の外観斜視図である。
【図２】血管画像撮影装置２の側断面および画像処理に関する機能ブロックを示す図である。
【図３】指１が指提示部６上に提示された時の光源群３付近の正面図および側面図である。
【図４】図３に示す点灯パターン１〜３における指画像の輝度を示す図である。
【図５】指１の根元を浮かせた状態で、点灯パターン１〜３において指１を撮影した場合の指１と光源群３の側面図および指の腹側画像の輝度を示す図である。
【図６】指１の姿勢が異なるにも関わらず指画像上の輝度分布が類似している例を示す図である。
【図７】複数の光源を順次点灯させることによって図６（ｂ）に示す指１の姿勢を検出する動作例を示す図である。
【図８】指１の姿勢が異なるにも関わらず指画像上の輝度分布が類似している別の例を示す図である。
【図９】複数の光源を順次点灯させることによって図８（ｂ）に示す指１の姿勢を検出する動作例を示す図である。
【図１０】血管画像撮影装置２の動作フローを示す図である。
【図１１】指画像の輝度が飽和している例を示す図である。
【図１２】反射光と透過光を分離した場合における指画像上の輝度分布を例示する図である。
【図１３】遮光板を利用して透過光と反射光を分離する例を示す図である。
【図１４】光源群３が照射する光のスポット形状を整形することにより、指画像上における反射光の見え方と透過光の見え方が異なるようにした例を示す図である。
【図１５】実施形態３における光源群３の点灯順序を説明する図である。
【図１６】図１５に示す順序で光源群３を点灯したときの指画像上の輝度分布を示す図である。
【図１７】実施形態３に係る血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。
【図１８】実施形態３に係る血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。
【図１９】指１の姿勢と血管画像の歪みについて説明する図である。
【図２０】関節位置を検出する方法について説明する図である。
【図２１】実施形態４に係る血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。
【図２２】指提示部６がタッチディスプレイとして構成されている構成例について説明する図である。
【図２３】実施形態５における指１の姿勢と血管画像を例示する図である。
【図２４】指１が屈折または反り返っている例を示す図である。
【図２５】実施形態５における光源群３の配置例を示す図である。
【図２６】ユーザの手の動きを誘導する画像をタッチディスプレイ上に表示する動作例を示す図である。
【図２７】指姿勢に応じて点灯する光源およびその光量を選択する処理を省略した場合における血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。
【図２８】実施形態６に係る血管画像撮影装置２の光源群３付近の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施の形態１：装置構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る血管画像撮影装置２の外観斜視図である。ユーザは指１を指提示部６上に提示する。指提示部６は、指置きガイド部５によって囲まれている。撮像部４は、指１が指提示部６上に提示されたとき指１の腹側に存在する血管が撮影できる位置に配置されている。指１が装置に提示されると、血管画像撮影装置２は図示しないタッチセンサや非接触センサ等の検知手段を用いて指１を検知し、指の血管撮影を開始する。光源群３は、指置きガイド部５の内側面に配置されており、指１が指提示部６上に提示されると指１を照射する。
【００１１】
図２は、血管画像撮影装置２の側断面および画像処理に関する機能ブロックを示す図である。補助光源１８は、撮像部４の近傍から上方に向かって光を照射するように配置されている。これにより、指１が指提示部６上に提示されたとき、指１が装置に触れていなくても指１に補助光源１８の光が当たる。補助光源１８によって明るく照らされた指１を撮像することにより、指１が提示されたことを非接触に検知することができる。
【００１２】
光源制御部１７は、光源群３の点灯／消灯および光量を制御する。指１に対して照射された光は特定波長のみを透過させる光学フィルタ７を通過して撮像部４に到達する。撮像部４は到達した光を電気信号に変換し、コンピュータ９に出力する。コンピュータ９は、画像入力部８を介してその電気信号を画像として取り込む。取り込まれた画像はメモリ１１に蓄えられる。指姿勢検出部１０は、蓄えられている画像を用いて、指１の姿勢検知、指１の提示位置検知、指１の形状検知を実施する。光源制御部１７は、指１の姿勢検知の結果に応じて点灯させる光源を決定するとともに光量を調整し、指１の血管画像を撮影するのに適した照明条件を作り出す。撮像部４は、改めて指１の血管画像を撮影する。
【００１３】
表示部１４は、撮影部４が撮影した画像を表示する。記憶装置１２は、画像データなどを記憶する装置である。スピーカ１５、操作部１６は、コンピュータ９が一般的に備える機能部である。
【００１４】
血管画像撮影装置２の全体動作は、ＣＰＵ１３が制御する。コンピュータ９は、血管画像撮影装置２の一部として構成することもできるし、血管画像撮影装置２とは別の装置としてコンピュータ９を構成し、両者の間を適当な通信線によって接続して連動させることもできる。画像入力部８と光源制御部１７は、コンピュータ９の一部として構成することもできるし、コンピュータ９から分離して血管画像撮影装置２内に組み込むこともできる。画像入力部８、光源制御部１７、指姿勢検出部１０は、これらの機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、これらの機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ１３が実行することによって構成することもできる。
【００１５】
ＣＰＵ１３は、撮影部４が撮影した血管画像をあらかじめ記憶装置１２内に登録しておいたユーザの血管画像と比較することにより当該ユーザを認証する、認証部としての機能を実施することもできる。あるいは血管画像撮影装置２は血管画像のみを撮影し、認証処理は外部装置に委譲することもできる。
【００１６】
図３は、指１が指提示部６上に提示された時の光源群３付近の正面図および側面図である。指１は、指提示部６の表面に対して略平行に提示されているものとする。高さ方向（指提示部６の表面に対する法線方向）における指１の姿勢は、光源群３内の光源３−１〜３−６を順次点灯して撮影した指画像を用いて検出することができる。光源３−１と３−２、光源３−３と３−４、光源３−５と３−６は、それぞれ指１を挟んで対向配置されている。各光源を点灯しているときの指画像の違いについて以下に説明する。
【００１７】
図３（ａ）（ｄ）のように光源３−１と３−２を同時に点灯（点灯パターン１）した場合は、指１の表面に当たった照射光の反射光が撮像部４で撮影され、このとき指画像上における指表面の輝度が大きくなる。
【００１８】
図３（ｂ）（ｅ）のように光源３−３と３−４を同時に点灯（点灯パターン２）した場合は、照射光は点灯パターン１と同様に指１表面で反射する。また光源として赤外光を利用した場合は、照射光の一部は指１内部を通過し、透過光となって撮像部４で撮影される。この反射光と透過光の量に応じて、指画像上における指表面の輝度は異なる。
【００１９】
図３（ｃ）（ｆ）のように光源３−５と３−６を同時に点灯（点灯パターン３）した場合は、光源３−５および３−６と指との間の距離が遠く、照射光の反射光および透過光の量がいずれも少ないため、指画像上において指１の輝度は小さくなる。
【００２０】
図４は、図３に示す点灯パターン１〜３における指画像の輝度を示す図である。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ点灯パターン１、２、３における指１の腹側の輝度の大きさを表している。ここでは画像の色が濃いほど輝度が大きいことを示すこととした。点灯パターン３においては、点灯パターン１〜２よりも指１の輝度が小さいことが分かる。
【００２１】
図５は、指１の根元を浮かせた状態で、点灯パターン１〜３において指１を撮影した場合の指１と光源群３の側面図および指の腹側画像の輝度を示す図である。図５（ａ）（ｄ）においては指先に強い照射光が当たり、指先が明るく撮影される。図５（ｂ）（ｅ）においては、指先と指根元の中間位置に強い照射光が当たり、指中間付近が明るく撮影されている。図５（ｃ）（ｆ）においては、指根元に強い照射光が当たり、指根元付近が明るく撮影されている。図５に示すように、異なる高さに配置した複数の光源を順次点灯していくと、指画像上において指表面の輝度が大きい位置が点灯パターンに応じて変動する。したがって、輝度の大きい位置の変動に基づき、指１の根元浮き、指１の曲げなどのような、高さ方向における指１の姿勢を検知することができる。
【００２２】
＜実施の形態１：指１の様々な形状および姿勢について＞
本発明の利点についての理解を促進するため、単一光源のみを用いた場合は指１の姿勢を検知することが困難となる例について以下に説明する。
【００２３】
図６は、指１の姿勢が異なるにも関わらず指画像上の輝度分布が類似している例を示す図である。ここでは光源３−３と３−４のみを点灯して指１の姿勢を検知することを試みると仮定する。
【００２４】
図６（ａ）（ｃ）は、指１が比較的太い場合における指姿勢と指画像の輝度分布を例示している。指１は正しい姿勢（指提示部６の表面に対して略平行）で提示されている。図６（ｂ）（ｄ）は、指１が比較的細い場合における指姿勢と指画像の輝度分布を例示している。指１は根元を浮かせた姿勢で提示されているので、本来であれば図６（ｄ）の輝度分布は図６（ｃ）の輝度分布とは異なるはずである。しかし指１の形状の違いに起因して両者の輝度分布は類似している。
【００２５】
図６に示すように、単一光源のみで指１の姿勢を検知しようとすると、指１の大きさや形状に起因して、指１の姿勢が異なるにも関わらず指画像上の輝度分布が類似しているため指姿勢の違いを正確に検出することが困難になる場合がある。
【００２６】
図７は、複数の光源を順次点灯させることによって図６（ｂ）に示す指１の姿勢を検出する動作例を示す図である。図７（ａ）に示すように光源３−１と３−２を点灯すると、図７（ｄ）に示すように指先の輝度が大きくなる。図７（ｃ）に示すように光源３−５と３−６を点灯すると、図７（ｆ）に示すように指根元の輝度が大きくなる。これにより、指１は正しく提示されておらず、根元が浮いていることが検知できる。
【００２７】
図８は、指１の姿勢が異なるにも関わらず指画像上の輝度分布が類似している別の例を示す図である。ここでは図６と同様に光源３−３と３−４のみを点灯して指１の姿勢を検知することを試みると仮定する。
【００２８】
図８（ａ）に示すように細い指１の根元が浮いた状態で指画像を撮影すると、図８（ｃ）に示すように指１の中央部分が明るく撮影される。図８（ｂ）に示すように太い指１が屈折した状態で指画像を撮影すると、図８（ｃ）と同様に指１の中央部分が明るく撮影されるので、両者の区別がつかない。
【００２９】
図９は、複数の光源を順次点灯させることによって図８（ｂ）に示す指１の姿勢を検出する動作例を示す図である。図９（ａ）に示すように光源３−１と３−２を点灯すると、図９（ｄ）に示すように指先の輝度が大きくなる。図９（ｃ）に示すように光源３−５と３−６を点灯すると、図９（ｆ）に示すように指全体の輝度が小さいくなる。これにより、指１の根元は浮いておらず、指１が曲がった姿勢で提示されていることを検知できる。
【００３０】
図１０は、血管画像撮影装置２の動作フローを示す図である。以下、図１０の各ステップについて説明する。
（図１０：ステップＳ１００〜Ｓ１５０）
光源制御部１７は、光源３−１と３−２を点灯する（Ｓ１００）。撮像部４は指１を撮影し、ＣＰＵ１３は対応する指画像Ｉ１を取得する（Ｓ１１０）。全ての光源を用いて指１を撮影するまで同様の処理を繰り返す。すなわち、光源制御部１７は光源３−３と３−４を点灯し（Ｓ１２０）、ＣＰＵ１３は撮像部４が撮影した指画像Ｉ２を取得する（Ｓ１３０）。次に、光源制御部１７は光源３−５と３−６を点灯し（Ｓ１４０）、ＣＰＵ１３は撮像部４が撮影した指画像Ｉ３を取得する（Ｓ１５０）。
【００３１】
（図１０：ステップＳ１６０〜Ｓ１８０）
指姿勢検出部１０は、指画像Ｉ１〜Ｉ３を用いて、図３〜図９で説明した手法にしたがって、高さ方向における指１の姿勢を推定する（Ｓ１６０）。光源制御部１７は、指姿勢検出部１０が推定した指１の姿勢に応じて、指１の血管が鮮明に撮影できるように、点灯する光源その光量を決定する（Ｓ１７０）。撮像部４は、光源とその光量が最適に調整された照明条件の下で、指１の血管画像Ｉ４を撮影する。
【００３２】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係る血管画像撮影装置２は、高さが異なる複数の光源を備え、各光源が指１を照射しているときに撮影した指画像を用いて、高さ方向における指１の姿勢を検出する。これにより、指１の形状や提示位置が様々に異なる場合であっても高さ方向における指１の姿勢を精度よく検出することができる。したがって、指１の姿勢に応じて最適な照明条件の下で指１の血管画像を鮮明に撮影することができる。
【００３３】
なお、本実施形態１における指１の高さ方向の姿勢とは、指提示部６の表面に対する角度のみならず、図９に示すように指１の高さ方向における位置も包含するものである。以下の実施形態においても同様である。
【００３４】
＜実施の形態２＞
実施形態１においては、異なる高さに配置された光源を用いて、高さ方向における指１の姿勢を検出することを説明した。しかし、装置構成の制約、指１の大きさ・形状、指１の姿勢などによっては、全ての光源を点灯したとき、指画像の輝度が飽和するなどにより指１の姿勢を検出できない可能性がある。この場合は、指１の表面から反射した光と指１を透過した光を区別することができれば、実施形態１と同様の手法により指１の姿勢を検出できると考えられる。そこで本発明の実施形態２では、光源群３が照射する光の反射光と透過光を分離することにより、姿勢検知精度を高める構成例について説明する。その他の構成は実施形態１と同様であるため、以下では反射光と透過光を分離する構成について主に説明する。
【００３５】
図１１は、指画像の輝度が飽和している例を示す図である。細い指１が根元を浮かせた状態で提示されている場合、図１１に示す例においては、どの光源群を点灯しても指画像の輝度が飽和した状態で撮影されている。この輝度飽和が、指１の表面を反射した光によるものか、指１を透過した光によるものかを分離することにより、指１の姿勢を検出することができる。
【００３６】
図１２は、反射光と透過光を分離した場合における指画像上の輝度分布を例示する図である。図１２（ａ）に示すように光源３−１と３−２を点灯したときは、図１２（ｄ）に示すように指表面は反射光によって輝度が飽和する。図１２（ｂ）に示すように光源３−３と光源３−４を点灯したときは、図１２（ｅ）に示すように指先付近においては透過光によって輝度が飽和し、指根元付近は反射光によって輝度が飽和する。したがって、指１全体は光源３−１と３−２よりも高い位置にあり、指先は光源３−３と３−４よりも低い位置にあり、指根元は光源３−３と３−４よりも高い位置にあることが分かる。図１２（ｃ）に示すように光源３−５と３−６を点灯したときは、図１２（ｆ）に示すように透過光によって輝度が大きくなるため、指１全体は光源３−５と３−６よりも低い位置にあることが分かる。
【００３７】
以下の説明においては、指１の表面で反射した光と指１内部を透過した光を分離する光分離部の具体的な構成例として、遮光板を用いた例と、照射光のスポット形状を整形する例について説明する。
【００３８】
図１３は、遮光板を利用して透過光と反射光を分離する例を示す図である。図１３に示す例において、光源３−４が照射した光は光源３−４の前方に配置されている偏光板を通過することによって偏光方向が整えられ、指１の表面に当たって反射し偏光方向が変化しない反射光成分と、指１の内部で散乱を繰り返し偏光方向が様々に変化する透過光成分とに分かれる。
【００３９】
撮像部４は、透過光を用いて指１を撮影する第１撮像装置４−１と、反射光を用いて指１を撮影する第２撮像装置４−２とに分かれている。第１撮像装置４−１と指１の間には反射光を減衰させる（例えば反射光の偏光成分を遮断する）遮光板が配置されている。これにより第１撮像装置４−１は、透過光成分のみを用いて指１を撮影する。第２撮像装置４−２と指１の間には遮光板は配置されていない。指姿勢検出部１０は、各撮像装置が撮影した指画像の差分をとることにより、反射光成分と透過光成分を効率的に分離することができる。
【００４０】
図１４は、光源群３が照射する光のスポット形状を整形することにより、指画像上における反射光の見え方と透過光の見え方が異なるようにした例を示す図である。ここでは光源群３が照射する光のスポット形状が三角形である例を示したが、その他形状でもよい。またスポット形状を整形する手段としては、例えばフィルタを用いてもよいし点光源の集合によってスポット形状を整形してもよい。
【００４１】
図１４（ａ）に示すように光源３−４を点灯し、図１４（ｂ）に示すように指１の腹側を撮影すると、指先に当たった照射光は透過光によって撮影され、指根元付近は反射光によって撮影される。透過光は指１内で散乱を繰り返し、照射時のスポット形状を失う。反射光は照射時のスポット形状が維持された状態で撮影される。そのため、指姿勢検出部１０は、指画像内において透過光と反射光を区別することができる。
【００４２】
＜実施の形態２：まとめ＞
以上のように、本実施形態２に係る血管画像撮影装置２は、指１の表面で反射した光と指１の内部を透過した光を分離し、反射光を用いて撮影した指画像と透過光を用いて撮影した指画像との間の差分に基づき、指１の姿勢を検出する。これにより、指画像内において輝度が飽和する場合であっても、指１の姿勢を精度よく検出することができる。
【００４３】
＜実施の形態３＞
実施形態１〜２においては、指１の姿勢を検出した後、その姿勢に適した照明条件を作り出す動作フローを説明した。本発明の実施形態３では、光源群３の点灯順序を工夫することにより、指１の姿勢検知と指１の血管画像撮影を並行して実施する手法について説明する。その他の構成は実施形態１〜２と同様である。
【００４４】
図１５は、本実施形態３における光源群３の点灯順序を説明する図である。光源３−１、３−２、３−３、３−４、３−５、３−６の順に点灯して指１を撮影すると、指１と点灯した光源が対向している指表面において照射光が反射し、指画像上においてはその部分の輝度が飽和する。
【００４５】
図１６は、図１５に示す順序で光源群３を点灯したときの指画像上の輝度分布を示す図である。図１６（ａ）（ｂ）に示すように光源３−１または３−２を点灯したときは、指１の提示位置に対して光源の位置が低いため、輝度飽和部の領域が大きくなる。図１６（ｃ）（ｅ）に示すように指１の提示位置より光源の位置に対して高くなるにつれて、輝度飽和部の領域が小さくなっていく。このように光源群３を順次点灯していくと、光源と指１の相対的位置に応じて、輝度飽和部の大きさが変化する。したがって、実施形態１〜２で説明した動作に加えて、図１５〜１６に示すように指画像の輝度飽和領域の大きさ変化に基づき、指１の提示姿勢を推定することもできる。
【００４６】
さらに、図１５〜１６で説明する撮影手順により、指１の姿勢を検出することと並行して、指１の血管画像を撮影することができる。図１６（ｃ）に示すように、光源３−３のみを点灯した場合、光源３−３からの照射光が指１を透過し、光源３−３の反対側において指１の血管を撮影することができる。同様に図１６（ｄ）に示すように、光源３−４のみを点灯した場合、光源３−４の反対側において指１の血管画像を撮影することができる。したがって、光源３−３と３−４を交互に点灯することにより、指の半面分の血管画像を撮影し、さらにこれら画像を合成することにより、１枚の鮮明な血管画像を得ることができる。
【００４７】
指１の根元が浮いた姿勢で撮影した場合、指根元付近において光源３−３と３−４からの照射光が指１を透過せず、血管を撮影することができない。しかし、より高い位置の光源３−５と３−６からの照射光が指１を透過するため、後のステップにおいて血管画像を撮影することができる。すなわち、高さの異なる光源と指１を挟んで対向配置された光源を順次点灯して指１を撮影することにより、指姿勢の検出と血管画像撮影を並行して実施することができる。
【００４８】
図１７は、本実施形態３に係る血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。ここでは指１が比較的望ましい姿勢で提示され、指姿勢を検出しなくとも血管画像を鮮明に撮影することができる場合を想定する。以下、図１７の各ステップについて説明する。
【００４９】
（図１７：ステップＳ２０１）
光源制御部１７は光源３−１を点灯し、撮影部４は指画像Ｉ１を撮影する。光源制御部１７、撮影部４、ＣＰＵ１３は、以下のステップＳ２０２〜Ｓ２０６を、全ての光源を用いて指画像を撮影するまで繰り返す。
【００５０】
（図１７：ステップＳ２０２〜Ｓ２０６）
光源制御部１７は光源３−２を点灯し、指画像Ｉ２を獲得する。ＣＰＵ１３は、指画像Ｉ１とＩ２それぞれの血管部分を合成し、合成画像Ｓ１２を生成する（Ｓ２０３）。ＣＰＵ１３は、あらかじめ記憶装置１２内に登録されている血管画像と合成画像Ｓ１２を照合する（Ｓ２０４）。ＣＰＵ１３は、一致度が所定閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ２０５）。閾値以上であれば当該ユーザを認証した旨の応答を返して本フローチャートを終了する（Ｓ２０６）。一致度が閾値を下回る場合は、光源３−３以降について同様の処理を繰り返す。全ての光源を用いてもユーザを認証することができない場合は、例えばエラー応答を返すなどして本フローチャートを終了する。
【００５１】
図１８は、本実施形態３に係る血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。ここでは指１が例えば傾斜した姿勢で提示され、指姿勢を検出して照明条件を調整する必要がある場合を想定する。以下、図１８の各ステップについて説明する。
【００５２】
（図１８：ステップＳ２０１〜Ｓ２０６）
これらステップは図１７と同様であるが、Ｓ２０２〜Ｓ２０６のループを終了してもユーザを認証することができなかった場合は、指１の姿勢が血管画像の撮影に適していないと考えられるので、フローチャートを終了せずにステップＳ２０７へ進む。
【００５３】
（図１８：ステップＳ２０７〜Ｓ２１２）
指姿勢検出部１０は、指画像Ｉ１〜Ｉ６を用いて、実施形態１と同様の手法により指１の姿勢を検出する（Ｓ２０７）。光量制御部１７は、検出した指１の姿勢に応じて、血管画像を撮影するのに適した光源を決定し、光量を制御する（Ｓ２０８）。撮影部４は指血管画像を撮影する（Ｓ２０９）。ＣＰＵ１３は、登録されている血管画像と撮影した指血管画像を照合する（Ｓ２１０）。ＣＰＵ１３は、照合した結果、一致度が所定閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ２１１）。閾値以上であれば当該ユーザを認証した旨の応答を返して本フローチャートを終了する（Ｓ２１２）。一致度が閾値を下回る場合は、例えばエラー応答を返すなどして本フローチャートを終了する。
【００５４】
（図１８：ステップＳ２０７〜Ｓ２１１：補足）
これらのステップは、各指画像Ｉ１〜Ｉ６を取得した時点で、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６と並行してあらかじめ実施しておくこともできるし、図１８に示すようにステップＳ２０６までの処理によって認証することができない場合にのみ実施することもできる。いずれの場合においても、ステップＳ２０７〜Ｓ２１２のために必要な指画像は、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４によって既に撮影済であるため、光源を点灯させて指１を撮影する処理はこれらステップ間で共有することができる。
【００５５】
＜実施の形態３：まとめ＞
以上のように、本実施形態３に係る血管画像撮影装置２は、指１を挟んで他の光源と対向配置された光源を備え、各光源を用いて撮影した指画像を合成することにより、指血管画像を生成する。これにより、指血管画像を取得する処理と指姿勢を検出する処理を並行して実施し、応答速度を早めることができる。
【００５６】
＜実施の形態４＞
実施形態１〜３においては、指姿勢を推定することにより鮮明な血管画像を取得する手法について説明した。一方、指の屈折や反り返りなどの姿勢は、鮮明な血管画像を取得する際には支障がないとしても、取得した血管画像がその姿勢に応じて歪んでいる場合がある。そこで本発明の実施形態４では、指１の関節位置を検出することにより、指１の屈折や反り返りを検出し、血管画像をその姿勢に応じて補正する手法について説明する。
【００５７】
図１９は、指１の姿勢と血管画像の歪みについて説明する図である。指１の長軸方向における血管パターンの歪みは、指１が関節位置から曲がったり、反り返ったりすることによって生じる。したがって、指１の関節位置が分かれば、関節位置についての情報を利用して指１の曲げや反り返りなどの姿勢変化に応じて血管パターンの歪みを補正することができる。補正後の血管パターンを用いて登録画像と照合することにより、認証精度を高めることができる。
【００５８】
図１９（ａ）（ｄ）は、指１が正しい姿勢で提示されており、血管パターンを補正する必要がない例を示す。図１９（ｂ）に示す指１は曲がった状態で提示されており、図１９（ｅ）に示す血管パターンは指長軸方向に縮むように歪んでいる。指１の関節位置が分かれば、図１９（ｅ）の矢印で示すように、第１関節から指先方向へ、第２関節から指根元方向へ血管パターンを引き延ばすように変形させることにより、指１の曲げによる血管パターンの歪みを補正することができる。図１９（ｃ）に示す指１は反り返っており、図１９（ｆ）に示す血管パターンは指長軸方向に引き延ばされたように歪んでいる。この場合は図１９（ｆ）の矢印で示すように、指先から第１関節方向へ、指根元から第２関節方向へ血管パターンを縮ませるように変形させることにより、指１の反り返りによる血管パターンの歪みを補正することができる。
【００５９】
図２０は、関節位置を検出する方法について説明する図である。関節位置は、照射光による指画像の明るさの違いに基づき検出することができる。指の関節位置は、非関節位置に比べて光が透過しやすいため、図２０（ａ）に示すように光源３−４を点灯したと仮定する。このときの指画像は図２０（ｂ）に示すように、透過光によって明るく撮影された輝度領域が尖って撮影され、輝度領域の大きさは、関節位置においてはその他の非関節位置よりも大きくなる。したがって、明るく撮影された領域の大きさが最も大きい個所を、関節位置として検出することができる。
【００６０】
関節位置を検出する他の方法として、血管パターンのテンプレート照合において、テンプレートを分割して個別に照合し、その照合結果に基づき関節位置を検出する方法が考えられる。本方法においては、テンプレートを分割した位置が関節位置であると仮定し、分割位置を変動させながら照合を繰り返し、最も一致度が高い照合結果が得られた分割位置を関節位置とみなす。
【００６１】
図２０で説明した方法と、上述のテンプレートの分割照合を利用する方法を組み合わせることにより、さらに高精度に関節位置を検出することができる。この場合はまず、指画像の輝度分布に基づき指１の関節位置を推定し、推定した関節位置を分割位置の初期値としてテンプレートを分割して個別に照合を実施する。関節位置の最初の推定結果に誤差が含まれていることを想定し、テンプレートの分割位置を変動させながら照合していき、最も一致度が高い位置を探すことにより、正しい関節位置を検出することができる。
【００６２】
図２１は、本実施形態４に係る血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。ステップＳ２０７〜Ｓ２１２は図１８で説明したものと同様であるが、ステップＳ２０９とＳ２１０の間に新たにステップＳ２１３とＳ２１４が追加されている。ステップＳ２１３において、指姿勢検出部１０は上述の手法により指１の関節位置を検出する。ステップＳ２１４において、ＣＰＵ１３は検出した関節位置を利用して、図１９で説明したように血管パターンの歪みを補正する。ステップＳ２１０においては、血管パターン歪みを補正した血管画像を用いる。
【００６３】
本実施形態４において、ユーザの血管画像と併せて関節位置をあらかじめ記憶装置１２に登録しておくこともできる。この場合、テンプレートの分割照合を実施する際に、テンプレートを分割すべき位置があらかじめ分かっていることになるので、分割位置をずらしながら一致度の高い位置を探索する必要がなくなる。なお、本実施形態４で説明した関節位置を推定する手法は、指１の姿勢を推定せずとも実施することができる。
【００６４】
＜実施の形態５＞
実施形態１〜４においては、指１の血管画像を用いてユーザを認証する構成例について説明した。本発明の実施形態５では、これに加えてタッチディスプレイ上に認証情報を入力することによってユーザを認証する構成例を説明する。タッチディスプレイは実施形態１〜４における指提示部６に相当する。その他の構成は実施形態１〜４と同様である。
【００６５】
図２２は、指提示部６がタッチディスプレイとして構成されている構成例について説明する図である。指提示部６がタッチディスプレイであれば、ユーザがタッチディスプレイに対してパスワードなどの認証情報を入力するとき、これと同時に指１の血管画像を利用して認証を実施することができる。ユーザがタッチディスプレイに対して認証情報を入力する場合は、図２２に示すように指先のみがディスプレイに触れる場合が多い。指先がディスプレイに触れているとき、指先から手首の方向にかけて指１の血管画像を撮影し、撮影した血管画像を利用してユーザを認証することができる。
【００６６】
図２３は、本実施形態５における指１の姿勢と血管画像を例示する図である。本実施形態５においては、指先の位置のみがディスプレイ上に固定されているため、指１の可動範囲が実施形態１〜４と比較して広くなる。したがって、指１の提示位置のずれや指１の姿勢を正確に検知する必要がある。例えば図２３（ａ）（ｂ）に示すように、指１を提示するたびにディスプレイに対する指１の提示角度が変動しやすい。図２３（ａ）の指姿勢で提示されたときに撮影できる血管画像のイメージを図２３（ｃ）に、図２３（ｂ）の指姿勢で提示されたときに撮影できる血管画像のイメージを図２３（ｄ）に示す。図２３（ｂ）よりも図２３（ａ）の時の指１の提示角度が大きいため、図２３（ｃ）の血管画像は図２３（ｄ）の血管画像に対して指の長軸方向において血管パターンが縮むように歪んでしまう。
【００６７】
図２４は、指１が屈折または反り返っている例を示す図である。図２４（ａ）（ｂ）に示すように、指１を曲げた状態で提示したり、指１を反り返らせた状態で提示したりすることがある。これらの場合においても、血管パターンは歪んで撮影される。
【００６８】
図２５は、本実施形態５における光源群３の配置例を示す図である。図２５（ａ）に示すように、光源群３をタッチディスプレイの左右両側もしくは片側のみに配置して指姿勢を検出することができる。タッチディスプレイは実施形態１で説明した指提示部６よりも広く、側面に配置した光源群３からの光のみでは指１の血管を鮮明に撮影できない場合も考えられる。この場合は図２５（ｂ）に示すように、タッチディスプレイの前面に光源群３を配置し、照射光を指１に透過させることにより、指１の血管画像を撮影することができる。図２５（ｃ）に示すように、タッチディスプレイの左右側面および前面に光源群３を配置してもよい。
【００６９】
ＣＰＵ１３は、指１の姿勢の検知結果に応じて、実施形態４と同様に指１の関節位置を利用して血管パターンを補正することができる。また、指１の曲げや反り返り以外に、血管画像を登録するときの指姿勢と認証実施時の指姿勢の違いに応じて、血管画像を補正することもできる。
【００７０】
図２６は、ユーザの手の動きを誘導する画像をタッチディスプレイ上に表示する動作例を示す図である。タッチディスプレイによる認証を実施する際に、血管画像を登録するときの指先から手首にかけての手全体のシルエットをディスプレイ上に表示し、ユーザがこれに合わせて指１の提示姿勢などを調整して、登録時と認証実施時の手全体の動きが乖離しないように誘導することができる。シルエットの代わりに手全体を撮影した画像を表示することもできる。
【００７１】
ユーザがタッチディスプレイに対して認証情報を入力する前に、例えばＩＣカードなどを用いてあらかじめ別の認証処理を経ている場合は、血管画像撮影装置２はその認証処理を介して当該ユーザを認識することができる。この場合、血管画像撮影装置２は当該ユーザがタッチディスプレイに対して入力する認証情報をあらかじめ取得することができる。そこで光源制御部１７は、指１が提示されると予想される位置で血管画像を撮影するために適した光源およびその光量を決定することができる。この場合は、指姿勢に応じて点灯する光源およびその光量を選択する処理を省略してもよい。
【００７２】
図２７は、指姿勢に応じて点灯する光源およびその光量を選択する処理を省略した場合における血管画像撮影装置２の動作フローを説明する図である。本フローチャートにおいては、図２１で説明したフローチャートとは異なり、ステップＳ２０７、Ｓ２１３，Ｓ２１４は省略されている。ステップＳ２０８において、光量制御部１７は、タッチディスプレイに対して入力されると予想される認証情報に基づき、指１が提示されると予想される位置において指１の血管画像を撮影するために適した光源とその光量を決定する。ステップＳ２１５においてタッチディスプレイに対するパスワード入力を検知すると、図２１と同様にステップＳ２０９〜Ｓ２１２を実施する。
【００７３】
＜実施の形態５：まとめ＞
以上のように、本実施形態５に係る血管画像撮影装置２は、タッチディスプレイに対してユーザが認証情報を入力する期間を利用して、指１の姿勢を検出することができる。これにより、ユーザが血管認証のため改めて指１を提示する必要がなくなるので、ユーザの使用感を高めることができる。
【００７４】
＜実施の形態６＞
実施形態１〜５で説明したように、複数の光源を順次点灯する場合、点灯していない光源が他の光源からの照射光を反射し、撮影部４がその反射光を受光し、指画像の画質を低下させてしまう可能性がある。そこで本発明の実施形態６では、余分な反射光を遮光する構成例について説明する。
【００７５】
図２８は、本実施形態６に係る血管画像撮影装置２の光源群３付近の断面図である。図２８（ａ）に示すように、光源３−１を点灯すると、照射光がその他の点灯していない光源に当たり、撮像部４は反射光を受光してしまう。そこで図２８（ｂ）に示すように、各光源と指１の間に１方向透過性フィルムを配置し、光源から指１に向かう方向の照射光は透過するが、指１から光源に向かう方向の光を遮光する。これにより、点灯していない光源（図２８においては光源３−２、３−４、３−６）からの反射光を遮断することができる。１方向透過性フィルムに代えて、光源群３からの照射光の偏光状態のみを透過する偏光板や、光源群３からある特定の角度に向かう光のみを透過する角度依存膜を用いることもできる。
【００７６】
さらに、同じ側に配置されている光源３−１と３−３の間に遮光板を配置することにより、光源３−１を点灯しているとき光源３−３に対して照射される光が遮光されるため、光源３−３からの反射光をなくすことができる。
【００７７】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
【００７８】
上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１：指、２：血管画像撮影装置、３：光源群、４：撮像部、５：指置きガイド部、６：指提示部、７：遮光フィルタ、８：画像入力部、９：コンピュータ、１０：指姿勢検出部、１１：メモリ、１２：記憶装置、１３：ＣＰＵ、１４：表示部、１５：スピーカ、１６：操作部、１７：光源制御部、１８：補助光源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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