(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像画像内に指輪郭が映らない状況でも、指の位置や形状を検出できる個人認証装置、個人認証システム、個人認証を実行する演算装置を提供する。【解決手段】指提示領域の一部は、指の先端側を提示させる先端提示領域と、指の根元側を提示させる根元提示領域であって、前記先端指示領域側から前記根元提示領域側へ向かう方向を縦方向と定義した場合、複数の光源６０は、前記開口部２０の側方に、横方向に配列され、光量制御手段は、前記複数の光源６０からの光を、タイミングを変えて照射させ、撮像部４は、前記複数の光源６０からの夫々の光に基づいて、画像を夫々撮影し、前記複数の画像の夫々の輝度値に基づいて、前記指提示領域における、提示された指の輪郭位置を検出する血管画像撮影装置。【選択図】図１
2014183877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体表面に形成される指提示領域と、
前記指提示領域に配置され、提示された指に光を照射する複数の光源と、
前記複数の光源の光量を制御する光量制御手段と、
前記指提示領域に形成された開口部と、
前記開口部を通過した、前記指に照射された光源部からの光を撮影する撮像部と、
を有し、
前記指提示領域の一部は、指の先端側を提示させる先端提示領域と、指の根元側を提示させる根元提示領域であって、
前記先端指示領域側から前記根元提示領域側へ向かう方向を縦方向と定義した場合、
前記複数の光源は、前記開口部の側方に、横方向に配列され、
前記光量制御手段は、前記複数の光源からの光を、タイミングを変えて照射させ、
前記撮像部は、前記複数の光源からの夫々の光に基づいて、前記画像を夫々撮影し、
前記複数の画像の夫々の輝度値に基づいて、前記指提示領域における、提示された指の輪郭位置を検出することを特徴とする血管画像撮影装置。
【請求項２】
筐体表面に形成される指提示領域と、
前記指提示領域に形成された開口部と、
前記開口部の側方に配列され、前記指提示領域に提示された指に光を照射する複数の光源と、
前記複数の光源の光量を制御する光量制御手段と、
前記開口部を通過した、光源部からの光を撮影する撮像部と、
を有し、
前記指提示領域の一部は、指の先端側を提示させる先端提示領域と、指の根元側を提示させる根元提示領域であって、
前記先端提示領域側から前記根元提示領域側へ向かう方向を提示軸と定義した場合、
前記複数の光源は、当該複数の光源の配列軸と前記提示軸とが交わるように前記指提示領域上に配列され、
前記光量制御手段は、前記複数の光源からの光を、タイミングを変えて照射させ、
前記撮像部は、前記複数の光源からの夫々の光に基づいて、前記画像をそれぞれ撮影し、
前記複数の画像の夫々の輝度値に基づいて、提示された指の輪郭位置を検出することを特徴とする血管画像撮影装置。
【請求項３】
前記複数の光源は、前記開口部の両側夫々に配列された、第１光源郡及び第２光源郡によって形成されることを特徴とする請求項１または２記載の血管画像撮影装置。
【請求項４】
前記光量制御手段は
前記開口部からの距離が長い位置に配置された光源側から、前記複数の光源からの光を順次照射させること特徴とする請求項１から３までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項５】
前記検出された輪郭位置に基づいて、前記複数の光源のうち、前記指の輪郭位置に向けて光を照射する光源を判定し、
前記撮像部は、前記輪郭位置に向けて光を照射する源からの光に基づいて、血管画像を撮影することを特徴とする請求項１から４迄の何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項６】
前記光量制御手段は、前記複数の光源のうち、
前記血管撮影用光源の光量と、当該血管撮影用光源よりも前記開口部からの距離が短い位置に配置された光源の光量とを、前記開口部からの距離が短い光源の方が、前記開口部からの距離が長い光源よりも光量が小さくなるように制御し、
前記撮像部は、前記光量制御手段によって光量の制御された光源からの光に基づいて、前記血管画像を撮影すること特徴とする請求項５記載の血管画像撮影装置。
【請求項７】
少なくとも２つの血管撮影用光源をさらに有し、
当該２つの血管撮影用光源は、前記開口部を介して対角に夫々配置され、
前記２つの血管撮影用光源は夫々、前記対角の方向に向けて光を照射し、
前記撮像部は、前記照射された２つの血管撮影用光源からの光に基づいて、血管画像を撮影することを特徴とする請求項１または２記載の血管画像撮影装置。
【請求項８】
前記複数の光源によって構成される光源部を複数有し、前記複数の光源部は、前記縦方向に配列され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】
前記複数の光源部は、少なくとも第１光源部と第２光源部を含み、
前記前記第１光源部を形成する複数の光源における、隣接する光源夫々の中心位置の間に、前記第２光源部を形成する複数の光源のうち、何れかの光源の中心位置が配置され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】
前記開口部の側方に形成された前記光源部に対して、前記開口部を介して対向する側に、指の片側面の提示位置に配置される突起を有することを特徴とする請求項１または２記載の血管画像撮影装置。
【請求項１１】
前記複数の光源は、前記開口部よりも、前記根元領域側に形成されることを特徴とする請求項１から１０迄の何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１２】
前記検出された輪郭位置から、提示された指の指幅情報を取得し、
当該指幅情報を用いて個人の認証を行うことを特徴とする請求項１から１１迄の何れか記載の血管画像撮影装置。
【請求項１３】
前記血管画像を用いて個人の認証を実行することを特徴とする請求項５から７迄の何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１４】
前記複数の光源は、指が提示される提示空間において、当該複数の光源夫々の光軸が交わらないように配置されることを特徴とする請求項１から１３迄の何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１５】
指提示領域に提示された指の、当該指提示領域からの高さを検出するための複数の光源によって形成される、高さ検出用光源部をさらに有し、
前記撮像部は、前記高さ検出用光源部を形成する複数の光源からの光に基づいて、前記画像を夫々撮影し、
前記複数の画像の夫々の輝度値に基づいて、提示された指の前記指提示領域からの高さを検出することを特徴とする請求項１から１４迄の何れかに記載の血管画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体を用いた個人認証装置に関し、特に、生体を透過した光を撮像して得られる血管パターンを利用して認証する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、個人情報に対するセキュリティが重要視されている。セキュリティを守る個人認証技術として、バイオメトリクス認証が注目されている。バイオメトリクス認証は、人間の生体情報を用いて認証する技術であり、利便性及び機密性に優れている。
従来のバイオメトリクス認証技術として、指紋、虹彩、音声、顔、手の甲の静脈又は指静脈を用いる認証が知られている。このうち、静脈を用いるバイオメトリクス認証では、生体の内部情報を用いるため、耐偽造性に優れている。
以下では、特に指の静脈を利用した個人認証装置について記載する。指静脈認証装置を用いて個人認証を行う際、利用者はまず、認証装置上に指を提示する。指静脈認証装置は、指に赤外光を照射する。赤外光は、指内部で散乱した後、外部へ透過する。そして、指静脈認証装置は、指の掌側に透過した赤外光を撮像する。このとき、血液中のヘモグロビンは、周囲の組織に比べて赤外光をより多く吸収する。そのため指の掌側に透過した光は、静脈部分を通り抜けたために減衰された弱い光と、静脈のない部分から抜け出た減衰していない強い光とのコントラスト差を持っている。よって、指静脈認証装置が撮像した画像には、指の掌側の皮下に分布する血管（指静脈）が暗い影のパターン（指静脈パターン）として可視化される。指静脈認証装置は、この指静脈パターンの特徴を予め登録しておき、認証時に提示された利用者の指静脈パターンと予め登録した特徴との相関を求めることによって、個人認証を行う。
この種の指静脈認証装置の従来例として、例えば特許文献１には、高精度な認証装置を実現するために指の輪郭位置を抽出し、指の位置補正や回転補正を行う手法が記載されている。また、特許文献２には、指の太さを算出するために、装置内に棒状のマーキングを設置し、指によってマーカーが隠された面積を測定する手法が記載されている。また、特許文献３には、指の下面と側面にカメラを設置し、異なる位置から撮影した画像を用いることで、指の位置を算出することが記載されている。また、認証装置の薄型化のためにマイクロレンズアレイを用いた例が特許文献４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２―０８３２９８号公報
【特許文献２】特開２００９―２８９２８７号公報
【特許文献３】特開２００８―０６５５７０号公報
【特許文献４】特開２００８―０３６０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の通り、指静脈認証における位置補正手法として、指の輪郭情報を用いた位置補正手法が知られている。従来の認証装置では、静脈画像を撮影する際に、静脈パターンだけでなく、指の輪郭まで含めて撮影し、撮影した画像から輪郭情報を抽出することで指の位置を特定していた。よって、従来の認証装置では認証対象の指全体が写るような広い範囲を撮影する必要があった。広い範囲を撮影するためには被写体とカメラとの距離を一定以上に遠ざける必要があるため、従来の認証装置は装置サイズが大きくなることが課題であった。被写体とカメラの距離を近づけて小型化する方法としてはマイクロレンズアレイを用いる方法や広角レンズを用いる方法があるが、レンズが高額であったり、画像がゆがんだりするなどの課題が残されている。
本発明では高精度かつ薄型な認証装置を低コストで実現するため、撮像画像内に指輪郭が映っていなくても、指の位置や形状を検出できる個人認証装置、個人認証システム、個人認証を実行する演算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】
【０００５】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、  筐体表面に形成される指提示領域と、前記指提示領域に配置され、提示された指に光を照射する複数の光源と、前記複数の光源の光量を制御する光量制御手段と、前記指提示領域に形成された開口部と、前記開口部を通過した、前記指に照射された光源部からの光を撮影する撮像部と、を有し、前記指提示領域の一部は、指の先端側を提示させる先端提示領域と、指の根元側を提示させる根元提示領域であって、前記先端指示領域側から前記根元提示領域側へ向かう方向を縦方向と定義した場合、前記複数の光源は、前記開口部の側方に、横方向に配列され、前記光量制御手段は、前記複数の光源からの光を、タイミングを変えて照射させ、前記撮像部は、前記複数の光源からの夫々の光に基づいて、前記画像を夫々撮影し、前記複数の画像の夫々の輝度値に基づいて、前記指提示領域における、提示された指の輪郭位置を検出することを特徴とする血管画像撮影装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、認証対象の指の位置や形状を低い演算負荷によって算出することができ、指の位置ずれがおこった場合でも画像内の指の位置を補正することができる。これにより高精度な認証を可能とする。また、装置を小型、薄型にすることが可能となり、利便性の向上や用途の多様化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】指静脈認証システムの構成概略図
【図２】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図３】光源を点灯したときに撮影される画像の一例
【図４】光源を点灯したときに撮影される画像の輝度変化の一例
【図５】登録処理のフローチャートの一例
【図６】認証処理のフローチャートの一例
【図７】指位置検出処理のフローチャートの一例
【図８】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図９】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図１０】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図１１】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図１２】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図１３】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図１４】認証処理のフローチャートの一例
【図１５】光量調整処理のフローチャートの一例
【図１６】指静脈データ取得装置形状の一実施例
【図１７】指静脈認証システムの構成説明図
【図１８】認証処理のフローチャートの一例。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施例を、図面を用いて説明する。尚、各実施例では特に指の静脈を用いた認証方法について説明するが、手のひらや手首等、生体の認証対象部位が異なる場合においても適用可能である事は言うまでも無い。
【実施例１】
【０００９】
本実施例では、指の輪郭位置を測定する手段を備えた指静脈認証装置の例を説明する。図１ (ａ)は、本発明の第一の実施形態の認証システムの構成図である。図１ (ｂ)は認証システム内のメモリ１２と記憶装置１４の内部を示す図である。
認証システムは、個人認証に必要な画像を取得するための指静脈データ取得装置２、画像入力部１８、認証処理部１０、記憶装置１４、表示部１７、情報入力部１９、音声出力部６及び電源部１５を含む。
指静脈データ取得装置２の筺体表面には、血管画像を取得する指を提示される指提示領域７が形成され、この指提示領域７は、指静脈撮影用の光源５０、指位置測定用の光源部６０、撮像装置４、指を提示するための指置き台５から構成される。
また、指提示領域７の一部には、図１７に示すように指の先端側を提示可能な先端提示領域８と、指の根元側を提示可能な根元提示領域９とが指置き台５と一体に設けられている。本実施例では、開口部２０は指との接触を避けるべく、筺体平面上に対して段差を有する構成をなっているが、開口部２０の段差をなくし、開口部２０、先端提示領域７、根元提示領域８、指置き台５をフラットな一面として一体に形成してもよい。
光源５０は、例えば、赤外線発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）であり、指置き台５に形成される指提示領域７上に提示された指１に赤外光を照射する。光源部６０は1個または複数個の光源から構成される。光源としては例えば赤外線発光ダイオードを用いる。また携帯電話等の液晶画面内蔵の端末に組み込んで用いる場合は、液晶画面上から出力される光を光源として用いてもよい。撮像装置４は、提示された指１を撮像する。
画像入力部１８は、撮像装置４で撮像された画像を、処理部として機能する認証処理部１０へ入力する。尚、画像入力部１８において、撮像装置４で撮像された画像から血管パターン像を抽出する処理を行い、抽出した血管パターン画像を認証処理部１０に入力する構成としても良い。
また、この画像入力装置１８と指静脈データ取得装置２とを一体として、血管画像抽出装置として構成しても良いし、画像入力装置１８は認証処理部１０と一体として構成されていても良いことは言うまでもない。
認証処理部１０は、中央処理部（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１１、メモリ１２、種々のインタフェース（Interface：ＩＦ）１３を含む。ＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶されているプログラム１００を実行することによって各種処理を行う。メモリ１２は、ＣＰＵが実行する認証プログラム１００を一時的に記憶する。また、メモリ１２は、画像入力部１８から入力された画像を記憶する。インタフェース１３は、認証処理部１０の外部の装置と接続されている。具体的には、インタフェース１３は、指静脈データ取得装置２、記憶装置１４、表示部１７、情報入力部１９、音声出力部６、画像入力部１８等と接続する。
記憶装置１４は、利用者の登録データ３０とプログラム１００を予め記憶している。登録データ３０は、利用者を照合するための情報であり、例えば、指静脈パターンの画像等である。指静脈パターンの画像は、指の掌側の皮下に分布する血管（指静脈）を暗い影のパターンとして撮像した画像である。
表示部１７は、例えば、液晶ディスプレイ等であり、認証処理部１０から受信した情報を表示する。情報入力部１９は、例えば、キーボード等であり、利用者から入力された情報を認証処理部１０に送信する。音声出力部６はスピーカ等であり、認証処理部１０から受信した情報を、音声で発信する。電源部１５は、乾電池や外部電源であり、指静脈データ取得装置２や認証処理部１０が駆動するための電力を供給する。
本認証システムでは、利用者が指静脈データ取得装置２に指１を提示すると、指位置測定用の光源部６０から光が照射され、撮像部４にて画像が撮影される。撮影された画像は認証処理部１０内に取り込まれ、認証処理部は入力された画像を元に指１の提示位置を算出する。
指位置測定が完了すると、静脈撮影用の光源５０が点灯し、指の静脈画像が撮影される。光源５０は指１に対して光を照射する。照射された光は指１の内部で散乱し、指１を透過した光が撮像部４に入射する。入射した光は撮像部４により電気信号に変換され、画像として認証処理部１０に取り込まれる。取り込まれた画像はメモリ１２に記憶される。
次に、記憶装置１４に保存されている登録データ３０とプログラム１００が記憶装置１４よりメモリ１２に格納される(図１ (ｂ))。また、ＣＰＵ１１はメモリ１２に格納されたプログラム１００に従って、入力画像から認証データ４０を作成し、登録データ３０との照合を行う。
照合処理では、認証処理部１０で求めた指提示位置の結果を元に、登録データと認証データとの位置ずれを補正する。その後、登録データと認証データとの相関を求める。求めた相関の値に応じて登録されているデータと一致するかを判定する。この判定結果を利用して個人を認証する。認証結果は表示部１７に表示を行う、または音声出力部６から音声で知らせる。
【００１０】
図２は第一の実施例における、指静脈データ取得装置２の外観を示す図である。図２ (ａ)は指静脈データ取得装置２の上面図、図２ (ｂ)は装置２に指を提示したときの上面図、図２ (ｃ)は図２ (ｂ)のＡ−Ａ‘断面図、図２ (ｄ)は図２ (ｂ)のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１１】
指静脈データ取得装置２の上面には、利用者が認証対象の指を提示するための指置き台５が設けられている。指置き台５の中央には開口部２０が設けられている。開口部２０には、開口部２０を覆うように赤外透過フィルタ２１を設置しても良い。赤外透過フィルタ２１を設けることで、赤外光以外の不要な光が装置内に進入するのを防ぐことが出来る。また、ほこりやごみなどの異物が装置内に入るのを防ぐことが出来る。フィルタ２１は指置き台５よりも数ミリ程度低い位置に設置し、指１とフィルタ２１が接触しないようにすると良い。これにより、指の押し付けによって血管パターンが消えたり、変形したりするのを防ぐことができる。またフィルタ２１に汚れが付着するのを防ぐことができる。
【００１２】
開口部の周囲には指静脈撮影用の光源５０が設置されている。さらに、開口部２０の直下には、撮像部４が設置されている。指１が提示されると、一または複数の光源素子から成る光源５０が指１に赤外光を照射する。照射された光は指内部に到達するとあらゆる方向に散乱する。指内部で散乱した光の一部は開口部２０の上方付近に到達し、さらにその一部は指の内部から指の外部に向け進行する。この光は開口部２０、フィルタ２１を通り抜け、撮像部４によって撮影される。この光は指１の内部から指１の掌側の表面を透過しているため、静脈部分を通り抜けたために減衰された弱い光と、静脈のない部分から抜け出た減衰していない強い光とのコントラスト差を持っている。従って、この光を撮像すると、その映像には開口部２０の真上に位置する部分領域の指静脈パターン画像が映し出される。これにより指１の指静脈パターンが獲得される。
【００１３】
開口部２０の上方に位置する指１の部分領域、すなわち被撮像部分の指静脈パターンを鮮明に撮影するためには、以下の光学的な条件を満たす必要がある。まず、指外部から被撮像部分の皮膚表面に照射された光の反射光が撮影されないようにすること、すなわち、指静脈の存在する深さまで到達していない散乱光が撮影されないようにすることである。この条件が満たされない場合、指静脈パターンの情報を持たない光が指静脈部分とそれ以外の生体組織とのコントラストを低下させる。さらに、指表面のしわなどの不要な映像が鮮明に映り込んでしまうため指静脈パターンが見えにくくなる。そこで、本実施例では開口部２０の大きさは指１の幅、長さより小さくし、利用者が指１を提示した際に、開口部２０が指１で完全に覆われるようにする。これにより指を透過しない光が、直接装置内に進入するのを防ぐことができる。開口部２０を狭くし撮影範囲を狭めることで、カメラと被写体との距離を近づけることが可能になる。つまり、開口部２０を狭くすることは、静脈データ取得装置２を薄型にする効果もある。
【００１４】
静脈撮影用の光源５０の設置位置は、指１の提示される領域(指の長軸方向)の左右側である。さらには、開口部２０の周囲の４方に光源５０を設ければ、より満遍なく光を照射させることができる。また、開口部から取り込む透過光の光量を増大させたい場合は、対角上に設けられた光源５０を、開口部２０側に向き合うように照射させてもよい。
【００１５】
設置する高さは、指置き台５と同じ高さまたは指置き台５よりも低い位置とする。また光源５０の設置角度αは指提示領域７側に０度＜α＜９０度の範囲とし、斜め上に向けて光を照射する（図２ (ｄ)）。
【００１６】
以上のように、光源の設置位置を低くすることで装置を薄型にすることができる。また、指の左右側に斜め上に傾けて設置することで、指の高い位置に光を照射できるため、鮮明な静脈画像が撮影できる。尚、光源の設置位置は、指１の指幅より外側に設置することが望ましい。これにより、指１の上半面、すなわち指の甲側に光を照射できる。もし、光源を指幅より内側に設置してしまうと、指１の指の下反面、すなわち指の掌側に光が照射されるため、撮像画像の鮮明度が低下する。
【００１７】
指置き台５の内部にはタッチセンサを設けても良い。これによって利用者の指が提示されたことを容易に検知することができる。
【００１８】
開口部の両側には指位置測定用の光源部６０が設置されている。光源部６０は複数個の光源から構成されている。複数個の光源は、指１の指幅方向に一列に並べて設置されている。また、図２ (ｃ)で示すように、光源部６０内の光源は真上に向けて設置されている。これらの光源は、図２（ａ）のように指置き台５上全体に、隙間無く並べることが好ましい。光源を広範囲に配置することで、指の提示位置が左右に大きくずれた場合でも指の提示位置の測定が可能になる。また太い指の提示位置検知ができるようになる。光源を隙間なく隣り合う光源同士が接するように並べることは、指位置測定の分解能を向上する効果がある。
【００１９】
次に、光源部６０を形成する複数の光源の配置について図１７を用いて説明する。
図１７に矢印で示すように、先端提示領域８と根元提示領域９とを結ぶ向きを縦方向（提示軸）と定義した場合、光源部６０を形成する複数の光源は、横方向に横列に配置されている。提示される指１を基準に言い換えれば、指の長手方向に対して、短手方向に複数の光源が配置されている構成である。
【００２０】
横列は、縦方向（提示軸）と垂直であることが望ましいが、本発明の効果を得るには、少なくとも縦方向の提示軸と、複数の光源の配列軸また当該配列軸の延長線とが交差するように配列されていればよい。
【００２１】
また、図１７に示すように複数の光源は、開口部２０を介して両側に、夫々第１光源郡、第２光源郡として形成されている。
以下では図５を用いて、ＣＰＵ１１が実行するプログラム１００で実施される登録処理手順の一実施例について説明する。登録処理では、はじめに、装置に指が提示された(載せられた)か否かを判定する指提示検知処理（Ｓ１０１）を実施し、指が提示された場合には、光源部６０を用いて、指の位置を測定する（Ｓ１０２）。その後、適切な光量を光源５０から照射するための光量調整処理（Ｓ１０３）を実施する。光量の調整完了後、パターン抽出処理（Ｓ１０８）、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）を行う。最後に、特徴データを記憶装置１４に保存し、登録処理が完了する。言い換えるなら、ＣＰＵ１１は特徴抽出手段、特徴照合手段のみならず、光量制御手段や、指の位置を測定する手段としても機能する処理部である。
以下では、上記登録フローの詳細について記す。
【００２２】
はじめに、指提示検知処理（Ｓ１０１）について説明する。指提示検知処理は装置２に指が乗せられたか否かを判定する処理である。判定の方法には、指置き台５内部に設置されたタッチセンサを用いる方法や、画像処理による方法、タッチセンサと画像処理を組み合わせる方法などを用いることができる。
【００２３】
ここでは画像処理による方法の一例について述べる。画像処理による方法は指検知専用のセンサが不要になるため部品点数を減らしコスト削減ができる利点がある。まず、指静脈パターン撮影の照明として用いられる前述の光源５０を一定周期で点滅させる。指置き台５の上に指１が提示されていない場合、光源５０が点灯しても消灯しても、光を散乱する物体が無いため、光源５０から発せられた光は撮像部４に映り込むことはない。従って、光源５０が点灯している状態と消灯している状態における撮像部４の画像の比較を行った場合、その輝度値には大きな変化はない。
【００２４】
一方、指１が装置上に提示された場合、光源５０から照射された光は指１により散乱し撮像部４に映り込む。従って、光源５０が点灯している状態と消灯している状態との画像の輝度値に大きな変化が生じる。そこで、点灯時と消灯時に撮影した画像の変化量を、画像入力部１８を介して認証処理部１０に送り、ＣＰＵ１１で計算し、保持することで、指の提示を検知することが可能である。
【００２５】
指の提示が検知されると指の提示位置測定処理が実施される。以降では図３、図４を用いて指の提示位置測定の原理を説明する。
【００２６】
上述の通り、静脈データ取得装置２には指位置測定用の光源部６０が設置されている。光源部６０は複数個の光源６１〜７０から構成されている。光源６１〜７０は図３（ａ）で示すように指置き台５の下に一列に等間隔に並べて配置されている。また、光源６１〜７０は指置き台５の上面に対し垂直になる向きで設置されている。
【００２７】
図３（ａ）は光源部６０に含まれる光源うち、指１の直下にある光源６８を点灯したときの光の進路を示す図である。図３（ｂ）は指１の輪郭よりも外側に設置された光源７０を点灯したときの光の進路を示す図である。
【００２８】
図３（ａ）で示すように、指１が指置き台に置かれた状態で光源６８を点灯すると、指１に対し光が照射される。指１に照射された光は、指１内部に到達するとあらゆる方向に散乱する。散乱した光の一部は開口部２０を通過し、撮像部４によって撮影される。撮像部４で撮影された画像の一例を図３（ｃ）に示す。光源６８からの光が、指１を介して撮像部４に到達するため、撮影される画像の輝度値は、指１が置かれていないときの画像の輝度値と比べて高い値を示す。一方、光源７０を点灯した場合、光源７０の上方に指１は存在しないため、指１に光は当たらない（図３（ｂ））。そのため、光源７０が発した光が撮像部４に映りこむことが無い。光源７０を点灯したときに撮影される画像は図３（ｄ）のように輝度の低い画像となる。従って、光源６１〜光源７０を順次点灯し、撮像部４で撮影される画像の輝度を確認することにより、各光源の上方に指が存在するかどうかを判定することができ、指の輪郭位置の検出も可能となる。
【００２９】
図４を用いて、指の輪郭位置の特定方法をより詳細に説明する。図４（ａ）は静脈データ取得装置２の断面図である。図４（ｂ）は、指１が図４（ａ）のように提示された状態で、光源６１〜光源７０を点灯し撮影した画像の輝度値と、光源６１〜光源７０の位置との関係を示すグラフである。横軸が光源の位置であり、縦軸が画像の輝度値を示す。なお、図４では、指位置測定用の光源６１、光源６２・・・、光源７０の設置位置を、それぞれｘ1、ｘ2・・・、ｘ10で表す。詳細は後述するが、各光源は指の輪郭位置の判定、すなわち指置き台５に配置された指の位置の検出に用いられるため、各光源の光軸が、少なくとも指の提示される提示空間（各図で示している指１が提示されている空間）では交わらないように配置されている。より厳密に配置するためには、各光源の光軸が、指置き台５の平面に対して垂直方向に向かうよう配置されていることが望ましい。
【００３０】
また、指置き台５の平面に対して、各光源の照射軸を開口部２０が配置される側と反対側に傾けて配置してもよい。言いかえれば、図２（ｂ）にて説明した角度αの値が９０度＜α＜１８０度となるように配置する。この構成により、指の提示位置を検出する領域は垂直に配置した時と同等に確保しつつ、光源の配置スペースは狭くすることができるため、より装置薄型、小型にすることができる。
図４（ｂ）グラフを見ると、光源６２〜光源６８を点灯したときに撮像画像の輝度値が高くなり、光源６１、光源６９、光源７０を点灯すると撮像画像の輝度値が低くなることがわかる。このことから、光源６２〜光源６８が設置されている位置、すなわちｘ2からｘ8の範囲に指１が提示されていると判定できる。このとき、指の左右の輪郭はそれぞれ指からの距離が最も遠いｘ2とｘ8の位置にあると検出し、指輪郭位置を判定することができる。
指の輪郭位置の判定方法は、図４（ｂ）のように指の有無を判定するための閾値を輝度値に設けてもよいし、前後の光源、例えばｘ2であれば、ｘ1やｘ3における輝度値との変化率に閾値を設けても良い。
また、本実施例では主に、開口部２０の両側に光源部６０が配置された構成について説明するが、実施例５にて詳細後述するように、開口部の片側だけに光源部６０を配置してもよい。例えば、光源部６０のうち、光源６１〜６５のみを配置して、光源６６〜７０が配置される側には、指の位置合わせを行うための仕切り等の目印を所定位置に配置する。
【００３１】
以上のように、光源を点灯したときの輝度値と光源の位置とを測定することで、提示された指の輪郭位置を特定することが可能である。
本発明では、指１の位置を特定するために画像の輝度値に注目する。ここで、輝度値は、撮影された画像全体の平均輝度を見てもよいし、図３（ｃ）の破線で囲んだ領域２８のように部分領域の平均輝度値を利用してもよい。
【００３２】
ここで、より高精度、高速に認証を行うべく、平均輝度を算出する領域を、光源からの光によって輝度が大きく変化する画像領域を用いてもよい。
【００３３】
たとえば、図３における領域２８付近の画像領域は、より光源に近い部位を撮影している領域であるため、輝度の変化が大きく、撮影される画像は、図３（ｃ）の例のように、光源６８に近い領域（画像の右側領域）の輝度が高く、光源６８から通い領域（画像の左側領域）の輝度が低くなる。
【００３４】
そこで、この輝度の変化が大きい部分領域の画像の平均輝度値を、輪郭位置を判定するための値として用いれば、指の設置による輝度値の変化がより顕著であるため判定精度を向上させることができる。また、画像全体ではなく部分領域の画像を用いて判定するため、平均輝度値の演算負荷を軽減させることができ、より高速に判定を行うことが可能となる。
図７は指位置検出処理(Ｓ１０２）フローチャートの一例である。指の輪郭位置を検知する際は、初めに、光源部６０に含まれる光源のうち1つの光源を点灯する（Ｓ１０２１）。光源iを点灯したときの画像を撮影し（Ｓ１０２３）、所望とする全体画像または一部の画像領域の平均輝度を算出する（Ｓ１０２５）。点灯する光源を変えながら、Ｓ１０２１、Ｓ１０２３、Ｓ１０２５のフローを繰り返す。
光源部６０に含まれる全ての光源をタイミングを変えて点灯させ、各光源に対応する輝度値を獲得する。獲得した輝度値が事前に決定した閾値を超えているかどうかを確認することで、対応する光源の上に指があるかどうかを判定する。得られた結果から指の輪郭位置を求める（Ｓ１０２７）。
光源の点灯順序は、開口部２０からの距離が長い光源側から、距離が短い光源側へ順に点灯させて光を照射するか、開口部２０から近い側の光源から遠い側の光源の順に点灯させ光を照射することが望ましい。光源部６０のうち光源６１〜６５を例として説明すると、光源６１，６２，６３，６４，６５の順に点灯させるか、逆に６５，６４，６３，６２，６１の順に点灯させる。装置全体の小型化を鑑みれば、指提示領域７における指の占める領域が大きくなるため、開口部２０からの距離が長い光源側から順次点灯させた方が、指の輪郭位置をより高速に検出することが可能となる。
この点灯方法と、各光源に基づく画像の輝度値や各画像間の輝度値の変化率の演算を並行して行えば、全ての光源を点灯させて全画像を取得せずとも、輝度値や変化率が閾値を超えた段階で、指の有無や輪郭位置を判定することができる。この手法により、より高速に輪郭位置を特定することが可能になると共に、光源による消費電力を軽減させることが可能となる。
さらに高速に指の有無や輪郭位置を判定する場合には、開口部２１を介して配置される左右両側の光源郡の夫々を、並行して順次点灯させてもよい。
本点灯方法の説明のため、光源６１〜６５を第１光源郡、光源６６〜７０を第２光源郡として説明する。
まず、撮像部４で撮影された画像を、第１光源郡に近い側の指を撮影した第１画像領域と、第２光源郡に近い側の指を撮影した第２画像領域の２つに分割する。
次に、第1画像領域の輝度値は、第１光源郡の光源に起因する輝度値と見なし、光源６１〜６５夫々を点灯した際の台１画像領域の輝度値を算出し、上記の方法で指の有無、輪郭位置を判定する。同様に、第２画像領域の輝度値は、第２光源郡の光源に起因する光源と見なして、同様の判定を行う。
このように、左右両側の光源郡を並行して別々に制御し、画像処理の演算も別々に処理する事で、より高速に指の有無や輪郭位置の判定を実行することが可能となる。
処理フローＳ１０２１では、全ての光源で同一の明るさを点灯することが望ましい。光源毎に明るさが異なっていると、指に光が当たらなくて輝度が下がっているのか、その光源の発光量が低くて輝度が下がっているのかの区別がつかなくなるためである。しかし、光源としてＬＥＤを利用した場合、ＬＥＤの個体差によって、同じ電流を流しても、異なる明るさで発光してしまう場合がある。そこで、事前に、全てのＬＥＤのばらつきを調査し、全てのＬＥＤで、同じ明るさを発光できるよう、ＬＥＤ毎に、流す電流の量を決めておくとよい。
指提示位置測定処理（Ｓ１０２）が完了すると光源５０から静脈撮影の照明用の光が出力される。提示される指の太さや皮膚の厚みなどによって、静脈撮影に必要な光量は異なる。そこで、最も鮮明な画像が得られるように静脈撮影用光源５０の光量を調整する(Ｓ１０３)。指静脈の撮影では、撮像画像の平均輝度値が輝度諧調の中心付近の値になっている場合に、鮮明な静脈の画像を得ることができる。例えば、画像の平均輝度が低すぎるときは、血管とそれ以外のコントラストが悪いため、鮮明ではない。逆に平均輝度が高すぎるときは、飽和している部分が発生し血管パターンを抽出できない。つまり、光量調整処理（Ｓ１０３）では、輝度諧調の中央値を目標輝度値とし、撮像画像の平均輝度値が目標値に近づくように光量を調整する。この光量調整手法として、本実施例では、画像の平均輝度値を常に監視し、その値に応じて光量をフィードバック制御しながら目標輝度値に近づける手法を用いる。
図１５に光量調整処理（Ｓ１０３）のフローチャートの一例を示す。光量調整処理では、まず、あらかじめ設定しておいた初期光量値Ｌ０で光源５０を点灯させる（Ｓ１０３１）。初期光量Ｌ０は、標準的な指を置いたときに目標輝度値の画像が撮影可能になる光量値を予め測定し、その値を設定しておく。次に、撮像部４で画像を撮影する（Ｓ１０３２）。この画像の平均輝度値Ｖ０を算出する（Ｓ１０３３）。算出した平均輝度値Ｖ０が、目標輝度値であるか判別する（Ｓ１０３４）。目標輝度値に達していない場合は、次の光量値Ｌｎを再設定し、光源５０を点灯する（Ｓ１０３５）。次の光量値Ｌｎの算出は、光量値と撮像画像の平均輝度値とが比例関係にあるという特徴を利用して行なう。光量値再設定後、画像撮影（Ｓ１０３２）、平均輝度値算出（Ｓ１０３３）、平均輝度値の判定（Ｓ１０３４）を再度実施する。このフローを繰り返し、目標の輝度値に近づけていく。Ｓ１０３４の平均輝度値の判定で目標輝度値に達した場合は、光量調整を完了する。なお、光源５０の光量を制御するためには、光源部６０に供給する電力を制御すれば良い。電力制御方法としては、たとえば、例えば、パワートランジスタを用いた、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の高速なスイッチング制御が利用できる。
【００３５】
次に、血管パターンの抽出処理を実施する（Ｓ１０８）。血管パターンの抽出処理（Ｓ１０８）とは、撮像部４で撮影した画像から、認証に不要な情報（ノイズやしわなど）を除外し、血管パターン部分を検出する処理である。血管パターンの抽出方法として、線分を強調するエッジ強調フィルタやマッチドフィルタを用いる方法、線成分を追跡することで線パターンを抽出する方法、画像の断面プロファイルにおける輝度値の局所的な窪み位置を抽出する方法などを用いることができる。
【００３６】
その後、抽出した結果から特徴データを作成する（Ｓ１０９）。特徴データとして、特徴抽出処理結果の画像そのものを特徴量とする方法、分岐点や端点を検出する方法などを用いることができる。画像そのものを特徴量とする場合は、データサイズを小さくするために、特徴抽出後の画像に縮小処理を適用してもよい。抽出した血管パターンの形状を特徴データとして利用する場合は、抽出後のパターンを細線化し、全ての血管幅を同一幅に揃えても良いし、血管幅を変更せず、血管幅の情報を残した状態で特徴データを作っても良い。血管幅を細線化した場合、認証時の環境変化により血管が収縮、拡張した場合でも、登録時と同じ血管幅のパターンを生成できるため、環境変化に強い認証装置を実現できる。一方、血管幅を正規化せず、血管幅の情報を残したままで特徴データを生成すると、個人識別のための情報量が増えるため、他人受入れの起こりにくい高精度な認証装置を実現できる。なお、血管幅情報を利用して認証を行うと、血管が収縮した際に同一指を誤って別指と判断する可能性があるため、これを回避する対策を追加すると良い。例えば、特徴抽出処理後の画像を元に、血管パターンの線幅を一定の割合で細くした画像を生成し、これを登録データに含める方法がある。このような登録データを作った場合、認証処理では、通常の血管幅の血管パターンと画像処理で血管幅を細くした血管パターンの両方と照合を行い、いずれかの血管パターンとの一致率が高くなれば本人と判定する。以上のように、画像処理によって、血管幅を変更した血管パターンを生成し、登録することで血管幅の変動に強い認証が可能になる。  登録データの保存処理（Ｓ１１０）では、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）で生成した特徴データと、指位置測定処理（Ｓ１０２）で算出した指の提示位置情報とを記憶装置１４に保存する。指の位置情報としては、指の右側の輪郭位置と左側の輪郭位置とを保存してもよいし、輪郭位置情報をもとに算出した指の中心位置を保存してもよい。また、保存する前に特徴データに対し暗号化処理を施しても良い。
【００３７】
以下では図６を用いて、プログラム１００で実施される認証処理手順の一実施例について説明する。
【００３８】
認証処理では、指提示検知処理（Ｓ１０１）、指位置測定処理（Ｓ１０２）、光量調整処理（Ｓ１０３）、パターン抽出処理（Ｓ１０８）、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）を行う。その後、事前に登録されている特徴データとの照合処理（Ｓ１１２）を実施し、認証対象の指が登録されている指か否かを判定する。
【００３９】
上記の認証処理の処理手順のうち、指提示検知処理（Ｓ１０１）、指位置測定処理（Ｓ１０２）、光量調整処理（Ｓ１０３）、パターン抽出処理（Ｓ１０８）、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）の５つの処理は、登録処理と同様の手法を用いる。以下では照合処理（Ｓ１１２）について述べる。
【００４０】
照合処理（Ｓ１１２）では、認証処理中の特徴データ生成処理（Ｓ１０９）で生成した特徴データと、登録時に作成、保存した特徴データとを比較照合する。画像そのものを特徴データとしている場合では、画像同士を重ね合わせ、画素値同士の比較を実施して一致率を計算する。分岐点や端点を特徴データとしている場合はそれらの個数、分岐線の角度、相対的な距離などの情報を比較することで一致率を算出する。ここで得られた一致率を用いて、同一指であるか別指であるかを判定する。判定するための認証閾値は事前に統計的に算出しておくことが可能である。認証閾値よりも高い一致率となった場合は登録者と判定し、低い場合は登録されていない指が提示されたとみなし認証を拒否する。
照合処理（Ｓ１１２）で一致率を算出する際、登録時の指の提示位置と認証時の指の提示位置がずれていると、撮像画像中の静脈パターンの位置がずれてしまうため、同一指であっても一致率が低下し、誤って別指と判定されることがある。このような誤判定を防ぐためには、登録時と認証時の位置ずれ量を算出し、位置補正を行うことが重要になる。そこで登録処理時に保存した指の提示位置情報と、認証処理中の指位置測定処理（Ｓ１０２）で算出した指の提示位置情報とを比較し、位置ずれ量を求める。求めた位置ずれ量に合わせて、認証時の特徴データの位置を補正する。これにより、登録時と認証時の指の提示位置がずれた場合でも高精度な認証を行うことができる。なお、位置ずれ補正は上述のように特徴データに対して施してもよいし、パターン抽出処理前の入力画像に対して施しても良い。
照合処理(S112)の上記と別処理方法を図１８を用いて説明する。
まずこの方法では、登録データの画像領域は、認証処理時に撮影される画像よりも広い画像領域（例えば、指の輪郭も含むような指全体の画像）にて取得しておく。さらに、この登録データの画像領域は、複数の画像領域に分割して保存されており、各分割画像が、筺体の指提示領域のどの提示位置にて撮影された画像なのかが対応づけられている。尚、分割画像は予め保存しておいてもよいし、認証処理時に登録画像を読み出した際に分割画像を作成してもよい。広い画像領域の登録データを作成する方法としては、開口部２０を大きいサイズに変更した登録時専用の静脈画像撮影装置２を作成し、登録時のデータを登録時専用装置２にて撮影する方法がある。登録データの撮影は、認証装置を初めて使う際に一度だけ行う処理なので、登録時専用の静脈画像撮影装置２のサイズが大きくても利用者の利便性を落とすことは無い。広領域を撮影した登録データを生成する別の手法としては、登録処理時に、利用者に複数回指を提示させ、指位置検出処理（Ｓ１０２）で算出した位置情報と、特徴データ生成処理（Ｓ１０９）にて生成した特徴データとを対応づけて保存する方法がある。利用者が指を置きなおしながら複数回撮影することで、撮影領域位置の異なる画像が複数枚撮影できるため、上述のような、分割画像と指の提示位置とが対応づけられた登録データ群を構築できる。
【００４１】
登録者であると判定された場合は、認証後の処理として例えばロックの解除等を行う（Ｓ１１４）。
【実施例２】
【００４２】
実施例１では、指を指置き台５に提示した際の、ユーザによる指の左右の位置ずれを補正する方法について説明したが、本実施例では、左右の位置ずれの補正だけでなく、指の回転補正も行える指静脈認証システムの例を説明する。
図８は、実施例２における静脈データ取得装置２を示す構成図の例である。図１の指静脈認証システムと、図２の静脈データ取得装置２のうち、既に説明した図１乃至図７に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
図８（ａ）は静脈データ取得装置２の上面図、図８（ｂ）は指１を理想的な位置と向きで提示したときの装置２と指１の上面図、図８（ｃ）は指が回転した状態で置かれたときの装置２および指１の上面図である。
【００４３】
本実施例では、図２の装置２で一列に並べていた指位置測定用光源部６０の配置方法を、提示された指１の長手方向側、実施例１で図１７を用いて説明した縦方向の定義で言えば縦方向側に縦列させて複数列に拡張する。具体的には、図８（ａ）の装置２のように、指先側と指根元側に一列ずつ光源を配置する。これにより指先の左右の輪郭位置と、指根元側の左右の輪郭位置をと検出可能になる。指先と根元の輪郭位置を検出できるため、指の回転度合いを知ることができる。よって、図８（ｃ）のように指を斜めに提示した場合でも、画像処理によって回転を補正することで、指を正しく置いた時と同じような画像を得ることができる。これにより指１の提示位置の変動に強い高精度な認証を行うことができる。なお、回転の補正方法としては、例えば、特許文献１に記載の輪郭を用いた回転補正手法を適用できる。
【００４４】
図８の静脈データ取得装置２をさらに、指位置測定用の光源部６０光源部６０を面状に並べても良い。光源部６０光源部６０を面状に並べた装置２の例を図９に示す。複数個の光源を面状に並べることで、指先と根元だけでなく、複数個所の輪郭位置を検知することが可能になるため、指の位置情報をより正確に求めることが可能である。
【００４５】
なお、図９では、光源を格子状に規則的に配置しているが、各光源の設置位置が分かっていれば、不規則な配置になっていても良い。
【００４６】
認証に用いる血管パターンは指の長軸方向に走行しているため、指の回転による位置ずれが認証精度の低下に大きく起因するところ、本実施例のように回転補正を行うことによって、より認証精度を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００４７】
本実施例では、指の提示位置をより正確に測定する指静脈認証システムの例を説明する。図１０は、本実施例における静脈データ取得装置２を示す構成図の例である。
図１の指静脈認証システムと、図２の静脈データ取得装置２のうち、既に説明した図１乃至図７に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
指１の提示位置測定の分解能を高めるためには、指位置測定用の光源部６０を並べる際に、隣り合う光源同士の距離を短くするとよい。しかし、光源を一列に並べる場合、光源自体のサイズより近づけて配置することはできない。そこで図１０のように上下二列に並べる。このとき、上の列と下の列の光源の中心位置をずらして設置する。すなわち、上の列の隣接する光源夫々の中心位置の間に、下の列の複数の光源のうち、何れかの光源の中心位置が配列させるように構成する。これにより、指の輪郭位置をより正確に検出することがかのうとなるため、指の提示位置測定の分解能を高めることが可能となる。
【実施例４】
【００４８】
上述の実施例では、開口部２１の両側に光源部６０を設けることで指幅などを判定する例について説明した。しかし、指を提示する際の位置ずれが大きく、例えば指の片側の輪郭が開口部２０の真上に提示されてしまった場合などは、光源からの光が指に対して照射されない、他方の指の輪郭位置が光源部６０の配置位置を超えて提示されてしまう等によって、指の輪郭位置を判定できなくなる可能性がある。
そこで本実施例では、指の輪郭位置をより正確に判定し、指幅を測定する指静脈認証システムの例を説明する。図１１は、本実施例における静脈データ取得装置２を示す構成図の例である。
図１の指静脈認証システムと、図２の静脈データ取得装置２のうち、既に説明した図１乃至図７に示された同一の符号を付された構成と、同一の機能を有する部分については、説明を省略する。
開口部の右側には実施例１と同様に光源部６０が配置されている。開口部の左側には指の左側の側面の提示位置を決めるための突起２４を備える。突起は、静脈データ取得装置２の筺体の一部が凸形状を有するようにして、筺体と一体に形成されていてもよい。また、突起は指の片側側面を提示できれば指の左右どちら側に配置してもよい。
利用者は、突起２４と指の片側側面の位置を合わせて指を提示することにより、指の左側の輪郭位置は突起２４の位置に規定される。装置２は、利用者の指１の提示を検知すると、光源部６０の光源を点灯する。その後、図７のフローに従って指の右側の輪郭位置を検出する。以上の手順により指の左右の輪郭位置を検出し、左右の輪郭位置の差分をとることで、指を提示する際の位置ずれによる指輪郭位置判定の精度低下を抑制し、より高精度に指幅を算出可能となる。
【実施例５】
【００４９】
実施例４では、指の位置ずれが大きく光源部６０上に指が提示されなかった場合であっても指の輪郭位置判定が可能な実施例について説明したが、実施例４では光源が開口部２０の片側のみに配置されているため、判定精度が低下する可能性がある。
【００５０】
そこで本実施例では、開口部２０の両側に光源を配置した構成においても、開口部２０の幅より細い指を提示したときや、位置ずれが起きたときでも、指の位置検出が可能な指静脈認証システムの例を説明する。図１２は実施例５における静脈データ取得装置２を示す構成図の例である。
【００５１】
図１２（ａ）は装置２の上面図、図１２（ｂ）は指を置いた状態での静脈データ取得装置２の上面図である。図２の静脈データ取得装置２は、開口部の左右側にしか光源部６０を設置していないため、開口部２０の幅よりも細い指を提示した場合や、指が左右いずれかに大きく位置ずれしている場合（図１２（ｂ））に指の輪郭位置の検知ができない。そこで本実施例では、図１２（ａ）のように開口部より手前側、すなわち根元提示領域９側に光源部６０を配置している。当該構成によれば、指１の輪郭が開口部２０直上に提示された場合であっても、指の輪郭位置の検出することが可能となる。
【００５２】
また、同様に先端提示領域８側に光源部６０を配置する構成としても本実施例の効果を得る事ができるが、指の根元側よりも指の先端側の方が、左右や回転による位置ずれが大きくなり易いことを鑑みれば、本実施例のように指の根元側に配置する方がより精度よく血管画像を撮影することが可能となる。
【実施例６】
【００５３】
本実施例では、部品点数を削減した静脈データ取得装置２の例を示す。図１３（ａ）は本実施例の静脈データ取得装置２の上面図、図１３（ｂ）は指１を置いたときの上面図、図１３（ｃ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ’の断面図である。
静脈データ取得装置２には指位置検知用の光源部６０が設置されている。この光源部６０は、静脈を撮影するための光源としても利用する。よって本実施例の静脈データ取得装置２は静脈撮影用光源５０を設置していない。
本実施例の構成により、光源５０を用いる必要がないため、製造コストを削減することが可能となる。また、点灯させる光源を光源部６０から光源５０に切り替える必要がないため、より高速に静脈画像を撮影することが可能となる。
図１４を用いて実施例６の認証フローを説明する。はじめに、指の提示検知（Ｓ１０１）を行う。これは実施例１と同様にタッチセンサを用いることで実現する。次に指の位置を測定する（Ｓ１０２）。指の位置の測定も実施例１と同じ手法を利用する。具体的には光源部６０の光源を個別に順次点灯し、そのときに撮影した画像の輝度値から指１の輪郭位置を算出する。図１３（ｃ）で示す位置に指１が置かれている場合、光源６３の位置に指１の左側の輪郭が、光源６９の位置に指１の右側の輪郭があると判定される。
指位置測定処理（Ｓ１０２）の完了後、光量調整処理（Ｓ１０３）を行う。光量調整処理では、指１の輪郭の下側に設置してある光源、言い換えれば、指に向けて光を照射する光源のうち開口部２０からの距離が最も遠い光源を選択し、点灯する。輪郭の下側に位置する光源を選択するのは、光量が大きすぎることによって生じる画像の輝度飽和の危険性が最も小さい状態で、鮮明な静脈画像を撮影するためである。図１３（ｃ）の例では、光源６３と光源６９を選択する。このとき、指１の輪郭より外側の光源（例えば光源７０や光源６１）を選択してしまうと、光源から出た光が指１に当たらないため、静脈を撮影するための光量が不足する。また開口部２０に近い位置の光源（例えば６５や光源６６）を選択してしまうと、撮像部に光源からの光が直接入射されたり、指１の手のひら側の面に光が当たって反射した光などの光量の大きな光が撮像部へ入射してしまうため、光量の小さな指からの透過光による鮮明な静脈画像を得ることが困難となる。より鮮明な静脈画像を得るためには、指１の輪郭位置を認識し、輪郭位置の下にある光源を選択することが望ましい。光量調整に使う光源が決定されると、図１５のフローに従って光量調整処理を実施する。以降のパターン抽出処理（Ｓ１０８）、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）、照合処理（Ｓ１１２）は実施例１と同じ手法で実施する。
【００５４】
また、撮影された画像が上述のような開口部２０に近い光源からの光の影響を受けない範囲で有れば、指の輪郭位置よりも開口部２０に近い光源、すなわち図１３の光源６４〜６８も用いて、静脈画像を撮影してもよい。この場合、図３を用いて上述したように、撮影された画像は、撮像部により近くに配置された光源からの光に対応する画像領域ほど輝度値が大きくなるため、本実施例で言えば、光量の大きい方から６９＞６３＝６８＞６４＝６７＞６５＝６６となるように光量を制御する。
【００５５】
このように撮像部からの距離を考慮して、指の輪郭位置よりも開口部２０に近い光源、すなわち指に光を照射可能な光源からの光量を細かく制御することにより、より輝度のむらのない画像を撮影することが可能となり、鮮明な血管パターンを抽出しやすくなる効果が得られる。
【００５６】
無論、本実施例は、光源からの直接光や指表面の反射光に比べ、光量の小さい指を透過した透過光を撮影するという特性を有するため、例えば指に近い６５，６７の光により輝度飽和等の影響を生じさせてしまう場合は、これら一部の光源を消灯させてもよい。
【実施例７】
【００５７】
本実施例では、指１が提示された高さを測定できる指静脈認証システムの例を示す。
登録時と認証時とで指１の提示される高さが変化した場合、撮影された画像中の指１の大きさが変化すため、同一指であっても誤って別指と判定されることがある。この課題を解決するためには、認証装置上に提示された指１の位置(高さ)を測定し、提示位置によって画像の拡大率を補正する方法が有効である。
そこで本実施例では、指の垂直方向の位置ずれの検知に利用する方法について説明する。尚、本実施例は単独で用いてもよいし、上記した実施例における指の左右方向、回転方向の位置ずれ検知方法と組み合わせて用いても良い。
図１６に実施例７の静脈データ取得装置２の外観図を示す。静脈データ取得装置２は、指先側の前方上方に静脈撮影用光源５０が設置されている。撮像部４は指１の下側（手のひら側）の位置に、指１を撮影可能な向きで設置されている。指１の側面には側壁２５がある。側壁２５には、指位置測定用の光源部６０が設置されている。光源部６０は図１６のように、高さ方向、すなわち指置き台５から遠くなる方向に、縦に並べて配置する。
利用者が指１を提示すると、光源部６０の光源のうち１つが点灯し、撮像部４で画像が撮影される。光源の設置された高さと指が提示された高さとが同じであれば、指１に光が照射され、指１内部で光が散乱するため、撮像部４で撮影した画像の輝度は高くなる。点灯した光源の設置位置に対し、指の提示位置が高い場合、または、低い場合は、光源から発せられた光は指の下方または上方を通過する。そのため、撮像部４で撮影した画像の輝度は低くなる。そこで、光源を点灯したときの撮像画像の輝度が一定値より高くなった場合は、光源と同じ高さに指が提示されていると判断する。光源部６０内の各光源を、タイミングをずらしながら点灯し、撮影した画像の輝度値を確認することで、指１の提示された高さを測定する。
以上のように、指位置測定用光源を高さ方向に並べることで、指１の垂直方向の位置を検知することが可能になる。
さらに、実施例１〜６迄に述べた指の横方向に配列された光源部による位置ずれ検出、回転補正と組み合わせて用いれば、指の提示空間における三次元の位置情報を判定する事が可能となり、より認証精度を向上させることができる。
垂直方向の高さを検知後、実施例１等と同様に静脈撮影用光源５０を点灯して静脈を撮影するが、実施例６と同様に光源部６０を用いて静脈を撮影してもよい。以上の構成によりにより、上下方向の位置ずれが発生した場合でも、位置ずれ補正が可能となり高精度な認証システムを実現できる。
【実施例８】
【００５８】
本実施例では、実施例１〜７迄で説明した、輪郭位置を判定するために取得した画像から、算出した指幅の値をさらに個人認証に用いることで、認証精度をより向上される方法について説明する。
【００５９】
本実施例の認証システムでは、登録時と認証時の特徴データ作成処理（Ｓ１０９）において、血管の分岐点や端点の特徴に加えて、利用者の指の幅を特徴データに含めて登録しておく。照合処理（Ｓ１１２）では、血管パターンの一致率の他に、登録時と認証時の指幅の値の一致率とを算出する。登録時と認証時に提示された指が同一の指だった場合は、血管パターン同士の一致率、及び、指幅同士の一致率の両方が高くなる。一方、登録時と認証時に提示した指が別指だった場合は、血管パターン同士の一致率、指幅同士の一致率のうちいずれか、または、両方が低い値を示す。そこで、実施例８の認証装置では、登録時と認証時のパターンの一致率が高く、かつ、指幅の一致率が高い場合は同一指であると判定し、それ以外のケースは別指と判定する。以上のように、血管パターンのみではなく、指幅の値も利用して認証を行うと、個人を識別するための情報量が増えるため、より高精度な認証システムを実現できる。
【実施例９】
【００６０】
本実施例では、別実施例にて説明した、撮影範囲の狭い装置において、より高精度な認証を行うための認証手法について説明する。認証精度を向上させるためには、個人を識別するための情報量を増やすことが有効である。そこで、実施例９では静脈画像撮影時の光量値を個人識別用の情報として利用する方法について説明する。
【００６１】
実施例１で説明した通り、本発明の認証装置は静脈画像を撮影する際に光量調整処理（Ｓ１０３）を行い、撮影対象の指に対し最適な量の光を照射する。撮影対象の指毎に光量を変える必要があるのは、指の形状や皮膚の厚みによって最適な光量が異なるためである。例えば、図１６で示すような上方照射方式の認証装置で撮影する際は、撮影対象の指が太いほど強い光を照射する必要があり、指が細いほど光量値を弱く設定する必要がある。また肌荒れなどの要因で皮膚が硬く、厚くなっている指は光を透過しにくいため、画像撮影の際に、強い光を必要とする傾向がある。このように静脈画像を撮影する際に必要な光の強さは、撮影対象の指の特性を表している。そこで、光量値を個人識別のための情報として利用する。
【００６２】
実施例９の認証装置の登録処理と認証処理の手順の一実施例を説明する。
【００６３】
登録処理は、図５のフローに従って、指提示検知処理（Ｓ１０１）、指位置検出（Ｓ１０２）、光量調整処理（Ｓ１０３）、パターン抽出処理（Ｓ１０８）、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）を行う。その後、特徴データを保存する（Ｓ１１０）。保存するデータは、特徴データ作成処理（Ｓ１０９）にて血管パターン形状に基づいて生成した特徴データと、指位置測定処理（Ｓ１０２）で算出した指の提示位置データ、光量調整処理（Ｓ１０３）において目標輝度値に達したときの光量の値Ｌｎである。これらのデータを記憶装置１４に保存し、登録処理を完了する。なお、図８で示すような光源５０が複数個設置された装置において光量値を保存する際は、複数個の光量値の絶対値をそのまま個別に保存しても良いし、複数光源のうちいずれか一つの光源の光量値を基準とした相対値を保存しても良い。光量値は撮影環境の変動の影響を受けて変動することがあるが、光量値の相対関係（例えば、指先側の光源の光量値は根元側光源の光量値よりも低い、などの関係）は、撮影環境に寄らず、指の特性のみを反映することができるため、外光などの環境変動に強い認証が可能になる。また、図８のように、指先左側、指先右側、指根元左側、指根元右側に合計４個の光源５０を設置した装置の場合、４個の光量値を個別に保存しても良いし、指先側の左右２個の光量の平均値と、根元側の左右２個の光量の平均値をそれぞれ算出し、算出された平均値を保存しても良い。平均値を算出して保存することで、複数の光量値を個別に保存するよりも登録データのサイズを小さくできる。一般に、指の形状は、指先と根元側とでは大きく形が異なるが、左側と右側とでは形状が似ている場合が多い。そのため、撮影時の光量値も、指先側と根元側とでは異なる傾向を示すが、左側と右側とでは似たような傾向を示す。よって、図８のような装置の場合、左右の光源の光量値の平均値をとって情報量を減らしても認証精度を劣化させることはなく、高精度な認証を可能とする。
【００６４】
認証処理は、図６のフローで示す通り、指提示位置（Ｓ１０１）、指位置検出（Ｓ１０２）、光量調整（Ｓ１０３）、パターン抽出（Ｓ１０８）、特徴データ作成（Ｓ１０９）を行う。続いて、照合処理（Ｓ１１２）を行う。照合処理（Ｓ１１２）では、血管パターンに基づいた特徴データの一致率に加えて、登録時と認証時の光量値Ｌｎの一致率も算出する。血管パターンの一致率および光量値の一致率がどちらも高い場合は、同一指であると判定し、２種類の一致率のうちいずれかまたは両方の一致率が事前に決めた閾値以下であった場合は別指であると判定する。血管パターンの情報以外に光量値の情報を利用して認証を行うため、より高精度な認証システムを実現できる。
【符号の説明】
【００６５】
１…指、２…静脈データ取得装置、４…撮像部、５…指置き台、６…音声出力部、７…指提示領域、８…先端提示領域、９…根元指示領域、１０…認証処理部、１１…ＣＰＵ、１２…メモリ、１３…インタフェース（ＩＦ）、１４…記憶装置、１５…電源部、１７…表示部、１８…画像入力部、１９…情報入力部、２０…開口部、２１…赤外透過フィルタ、２３…タッチセンサ、２４…位置決め用突起、２５…側壁、２８…撮像画像の部分領域、３０…登録データ、４０…認証データ、５０…静脈撮影用光源、光源部６０６０…指位置測定用光源部、１００…プログラム、Ｓ１０１…指提示検知、Ｓ１０２…指位置測定処理、Ｓ１０３…光量調整、Ｓ１０８…パターン抽出処理、Ｓ１０９…特徴データ作成処理、Ｓ１１０…登録データの保存、Ｓ１１２… 照合処理、Ｓ１１４…認証後の処理、Ｓ１０３１…初期光量点灯、Ｓ１０３２…画像撮影、Ｓ１０３３…平均輝度算出、Ｓ１０３５…次の光量値の算出、Ｓ１０２１…光源点灯、Ｓ１０２３…画像撮影、Ｓ１０２５…輝度算出、Ｓ１０２７…輪郭位置算出
【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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