(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指が提示される指提示部と、
指へ光を照射する第一の光源と、
前記指提示部に指が提示される側を上方と定義した場合、前記指提示部の下方に配置され、指を透過した前記第一の光源からの光に基づいて、当該指の血管を撮像する第一の撮像部と、
前記第一の撮像部の側方に配置され、指を透過した前記第一の光源からの光に基づいて、前記第一の撮像部にて撮像された血管の一部を含むように撮像する第二の撮像部と、
前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部にて撮像された画像の輝度値を夫々演算する演算部と、
前記第一の光源の光量を制御する光量制御手段と、
を有し、
前記演算部は、前記第一の撮像部にて撮像された前記血管の一部の画像の輝度値と、前記第二の撮像部にて撮像された前記血管の一部の画像の輝度値とが、第一の範囲内の輝度値となるように前記光量制御手段に前記光量を制御させ、
前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部は、前記光量制御手段によって光量を制御された前記第一の光源からの光に基づいて、第一の画像及び第二の画像を夫々撮像することを特徴とする血管画像撮影装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記第一の画像及び前記第二の画像の夫々に含まれる前記血管の一部の画像を照合し、前記照合の結果、一致度が所定の値以上となる場合の、前記第一の画像の位置座標と前記第二の画像の位置座標とを夫々算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】
前記演算部は、前記第一の画像の位置座標と前記第二の画像の位置座標に基づいて、前記第一の画像と前記第二の画像との合成画像を作成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】
前記演算部は、前記合成画像と予め登録された画像との照合を実行することを特徴とする請求項３記載の血管画像撮影装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記第一の撮像部にて撮像された画像と、前記第二の撮像部にて撮像された画像のうち、指の領域の面積が大きい方の画像の輝度値が、前記第一の範囲内に設定された第二の範囲内となるように前記光量制御手段に前記光量を制御させ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】
前記演算部は、前記第一の範囲内の基準値と、前記第一の撮像部にて撮像された画像の輝度値との差を算出し、前記基準値と、前記第二の撮像部にて撮像された画像の輝度値との差を算出し、前記第一の撮像部にて撮像された画像と、前記第二の撮像部にて撮像された画像のうち、指の領域の面積が大きい方の画像の輝度値と前記基準値との差が、他方の画像の輝度値と前記基準値との差よりも小さくなるように、前記光量制御手段によって前記光量を制御させ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７】
前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部の露光量を制御する露光制御手段をさらに有し、
前記演算部は、前記露光制御手段によって、前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部にて撮像された夫々の画像に含まれる前記血管の一部の画像の輝度値が、前記第一の範囲内の輝度値となるように、前記第一の撮像部の露光量及び前記第二の撮像部の露光量を制御させ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】
前記第一の光源は前記指提示部に対して、上方かつ側方に配置され、前記第二の撮像部は前記指提示部に対して、下方かつ前記第一の光源と反対側の側方に配置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】
前記指提示部に対して、上方かつ前記第一の光源と反対側の側方に配置される第二の光源をさらに有し、
前記演算部は、前記第二の光源の光量を前記光量制御手段に制御させ、
前記第二の撮像部は、前記第二の光源からの光に基づいて、指の輪郭を撮像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】
前記演算部は、前記第二の撮像部の撮像部にて撮像された、指の血管の画像と前記指の輪郭の画像との合成画像を作成し、前記合成画像から、指の輪郭の内側に含まれる前記血管の一部の画像を抽出し、前記抽出された指の輪郭の内側に含まれる血管の一部の画像の輝度値と、前記第一の撮像部にて撮像された画像に含まれる前記血管の一部の画像の輝度値とが、前記第一の範囲内の輝度値となるように、前記光量制御手段によって前記光量を制御させることを特徴とすることを特徴とする請求項９記載の血管画像撮影装置。
【請求項１１】
前記第一の光源を含む複数の光源をさらに有し、
前記複数の光源は、前記指提示部における長手方向の一端から他端に向かうにつれて、前記指提示部から上方側への距離が長くな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】
前記第二の撮像部と前記第一の光源との間の距離が、前記第一の撮像部と前記第一の光源との間の距離よりも長くなるように配置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１３】
指が提示される指提示部と、
前記指提示部に指が提示される側を上方と定義した場合、前記指提示部に対して、上方かつ側方に配置される第一の光源と、
前記指提示部に対して、上方かつ側方に、当該指提示部を介して前記第一の光源と対向するように配置される第二の光源と、
前記指提示部の下方に配置され、指を透過した前記第一の光源または前記第二の光源からの光に基づいて、指の血管を撮像する第一の撮像部と、
前記第一の撮像部の側方かつ前記第一の光源の下方に配置され、指を透過した前記第二の光源からの光に基づいて、前記第一の撮像部にて撮像された第一の血管部分を含むように撮像する第二の撮像部と、
前記第一の撮像部の側方かつ前記第二の光源の下方に配置され、指を透過した前記第一の光源からの光に基づいて、前記第一の撮像部にて撮像された第二の血管部分を含むように撮像する第三の撮像部と、
前記第一の撮像部、第二の撮像部、及び第三の撮像部にて撮像された画像の輝度値を夫々演算する演算部と、
前記第一の光源の光量と前記第二の光源の光量を制御する光量制御手段と、
を有し、
前記演算部は、前記第一の撮像部にて撮像された第一の血管部分の画像の輝度値と、前記第二の撮像部にて撮像された第一の血管部分の画像の輝度値とが、所定範囲内の輝度値となるように、前記光量制御手段によって前記第二の光源からの光量を制御させ、前記第一の撮像部にて撮像された第二の血管部分の画像の輝度値と、前記第三の撮像部にて撮像された第二の血管部分の画像の輝度値とが、前記所定範囲内の輝度値となるように、前記光量制御手段によって前記第一の光源からの光量を制御させ、
前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部は前記光量制御手段によって光量を制御された前記第二の光源からの光に基づいて、第一の画像及び第二の画像を夫々撮像し、
前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部は、前記光量制御手段によって光量を制御された前記第一の光源からの光に基づいて、第三の画像及び第四の画像を夫々撮像することを特徴とする血管画像撮影装置。
【請求項１４】
前記演算部は、前記第一の画像及び前記第二の画像の夫々に含まれる前記第一の血管部分の画像を照合し、前記照合の結果、一致度が所定の値以上となる場合の、前記第一の画
像の位置座標と前記第二の画像の位置座標とを夫々算出し、前記第三の画像及び前記第四の画像の夫々に含まれる前記第二の血管部分の画像を照合し、前記照合の結果、一致度が所定の値以上となる場合の、前記第三の画像の位置座標と前記第四の画像の位置座標とを夫々算出することを特徴とする請求項１３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、人間の生体情報、特に指の血管を利用して個人を識別する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
個人情報や財産を安全に管理するためのセキュリティ技術に対する関心が高まる中、特に人間の生体情報を用いたバイオメトリクス認証が注目されている。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方式が知られている。特に、生体に照射した赤外光の血液中のヘモグロビンによる吸収を利用した静脈認証技術は、生体に光を当てるだけで認証ができるため心理的抵抗感が低く、また生体の内部情報を利用しているため耐偽造性に優れるという特長を持つ。【０００３】
生体認証は、様々な分野での応用が期待されており、数万から数百万人規模のユーザを正確に識別する必要があり、高い認証精度が要求される。【０００４】
そこで、高精度化にむけ、認証に利用できる血管等の情報量を増加させて取得することが求められている。【０００５】
特許文献１では、１つの光源からの光により複数の異なる位置に配置した撮像部で静脈を撮像する方法が開示されている。【０００６】
特許文献２には、同一の血管を含むように画像を複数の撮像部にて撮影する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３４４８７６号公報
【特許文献２】特開平１１−２０３４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一つの光源に対して複数の配置の異なる撮像部で血管を撮影する場合、各撮像部と光源の距離などの装置構成や、外光の影響、撮像部ごとの撮影される生体の面積の差によって、各撮像部が受光する光量が変化するため、光量の寄与する割合がそれぞれの撮像部にて異なり、複数の撮像部が同時に鮮明な血管を撮影できる光源の光量決定が困難であるという課題があった。【０００９】
さらに、異なる光量にて撮影された複数の画像では、画像の夫々に含まれる血管の位置関係が不明確となってしまい、複数の画像によって構成される血管全体の情報を正確に取得できず、情報量を増加させても認証精度が向上しない可能性があるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
指が提示される指提示部と、指へ光を照射する第一の光源と、前記指提示部に指が提示される側を上方と定義した場合、前記指提示部の下方に配置され、指を透過した前記第一の光源からの光に基づいて、当該指の血管を撮像する第一の撮像部と、前記第一の撮像部の側方に配置され、指を透過した前記第一の光源からの光に基づいて、前記第一の撮像部にて撮像された血管の一部を含むように撮像する第二の撮像部と、前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部にて撮像された画像の輝度値を夫々演算する演算部と、前記第一の光源の光量を制御する光量制御手段と、を有し、前記演算部は、前記第一の撮像部にて撮像された前記血管の一部の画像の輝度値と、前記第二の撮像部にて撮像された前記血管の一部の画像の輝度値とが、第一の範囲内の輝度値となるように前記光量制御手段に前記光量を制御させ、前記第一の撮像部及び前記第二の撮像部は、前記光量制御手段によって光量を制御された前記第一の光源からの光に基づいて、第一の画像及び第二の画像を夫々撮像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】
【００１１】
本発明によれば、一つの光源に対して複数の配置の異なる撮像部で血管を撮影する場合に、各撮像部に寄与する光量を鮮明な血管を撮影できるように制御することができ、血管の情報量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を実施する認証装置の一例。
【図２】本発明を実施する認証装置のシステム構成例。
【図３】本発明を実現する光量制御と露光制御のフローチャートの一例。
【図４】光源の光量値と輝度値の関係図。
【図５】光源の光量値と輝度値の関係図。
【図６】本発明を実現する光量制御と露光制御のフローチャートの一例。
【図７】光源の光量値および露光時間と一致度の関係図。
【図８】指の異常姿勢を側面から撮影した場合の一例。
【図９】本発明を実施する認証装置の一例。
【図１０】本発明を実施する認証装置の一例。
【図１１】本発明を実施する認証装置の一例。
【図１２】本発明を実現する光量制御と露光制御のフローチャートの一例。
【図１３】本発明を実施する認証装置の一例。
【図１４】白とびを利用して指の輪郭抽出を行う一例。
【図１５】本発明を実現する入力インターフェースの一例。
【図１６】本発明を実現する入力インターフェースの一例。
【図１７】本発明を実現する認証装置の一例。
【図１８】鮮明な血管を撮影するための光源および撮像部の配置の一例。
【図１９】輝度値の許容範囲に関する説明図。
【図２０】目標輝度値に関する説明図。
【図２１】輝度値調節後の２枚の画像の合成に関するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１３】
本実施例では、２つの撮像部の露光制御と単一光源の光量制御により２つの撮像部において鮮明な血管画像を同時に撮影する認証装置２の例を説明する。【００１４】
図１は本発明を実現する認証装置の一例であり、図２は図１の認証装置の構成の概略図である。本装置構成では光源３を指提示部６の上方側面に位置させることにより、指提示部６の真上を開放的にする構成が実現できるため、ユーザが指を置き易くしている。また、光源３と対向している側面の撮像部４−２と、指提示部６の真下に配置した撮像部４−１を配置している。【００１５】
利用者は認証時に指１を認証装置２に提示する。このとき指１は指置きガイド部５におかれる。指１が装置に提示されると図示しないタッチセンサ等の検知手段を用いて指を検知し、認証処理が開始される。指の検知には距離センサや温度センサなどのその他のセンサを用いてもよい。また、非接触に指の提示を検知するために補助光源を用いることもできる。補助光源１９は撮像部４−１の位置から上方に向かって照射するように配置することで、指が指置きガイド部５の上方に提示されたとき、指が装置に触れていなくても指に補助光源１９の光が当たる。したがって、補助光源１９によって明るく照らされた指を撮像することで、指の提示を非接触に検知することができる。【００１６】
認証は次の手順で実行される。光源３より指１の側面から赤外光が照射される。光源は光量制御部１７によって光量が制御され、光は指１を透過し、指の認証対象領域が提示される指提示部６を通過し、赤外波長光のみ透過させる光学フィルタ７を透過して撮像部４−１及び４−２に到達する。撮像部４−１及び撮像部４−２は露光制御部１８によって露光時間が制御される。光は撮像部４−１及び４−２により電気信号に変換され、画像入力部８を介し画像としてコンピュータ９に取り込まれる。取り込まれた画像は一度メモリ１１に蓄えられる。そして、事前に登録されている指の血管画像（登録データ）を記憶装置１２よりメモリ１１に格納し、メモリ１１に格納されたプログラムによりCPU１３は登録画像と入力された画像との照合を行う。【００１７】
照合処理では比較する画像間の相関の値を算出し、その値に応じて登録されている画像と一致するかを判定する。この結果に応じて個人を認証し、正しく認証された場合は該認証システムの制御対象に対して認証時の処理を行う。認証のモードとして、全登録画像を対象に照合を行う１−N認証と、事前に利用者本人を識別するためにID番号を入力したり、ICカードをカードリーダーに提示し、ID番号やIC内のID情報に対応した登録画像のみを対象に照合を行う１−１認証のモードを設け、１−N認証モードでは指を装置に提示した直後に認証が開始されるが、１−１認証では入力手段１６を用いてID番号を入力した後に指を提示し、認証を行う。【００１８】
また、CPUやメモリ、記憶装置、表示部、光量制御部、露光制御部等は、認証装置２とは別の端末等に格納しておくことも可能であることは言うまでもない。【００１９】
撮像部４−１で撮影する指血管画像は、指の掌側の皮下に存在する血管（指の血管）を暗い影のパターンとして撮像した画像であり、撮像部４−２は指の側面の皮下に存在する血管パターンを撮像している。【００２０】
血管画像は光源３から照射した光が指１を透過する光量によって撮像する血管画像の明るさが決定する。光量が少ない場合は画像全体が暗くなり、血管パターンとそれ以外の領域との輝度値の差が小さい低コントラストで不鮮明な血管画像となる。また、光量が多すぎる場合は輝度値が最大値で飽和した状態になり、白とびした血管画像になってしまう。このような、光量の不足や過多による血管画像の画質低下を防ぎ、鮮明な血管画像を撮像するために、光源３の光量や撮像部４−１および撮像部４−２の露光時間を決定して光量制御部１７や露光制御部１８の制御を行う。【００２１】
以下、認証装置２における指が提示されてから血管画像を撮像するまでのフローの例を図３に示す。まず、ステップS100で指が装置に提示されたことを上記の検知手段を用いて検知し、ステップS110で光源を初期光量で点灯してステップS120において各撮像部が撮影した画像内の輝度値を計算する。算出した輝度値は撮像部ごとに異なる外光の影響を含んでいるため、ステップS130で全ての画像の輝度値が近い値になるように撮像部の露光制御を行う。次に、光量制御を行う。光量制御処理では、撮影された画像の輝度値が一定値になるようにフィードバック制御を行う。基本的には、ステップS140で設定したある光量で照射したときの画像の輝度値をステップS150で計算し、ステップS160において全ての画像の輝度値が許容範囲内に収まっていれば撮影を終了する（S200）。１つの画像の輝度値でも許容範囲に収まっていない場合はステップS170において光源の光量の調節のみで全ての画像の輝度値が許容範囲に収まる見込みがあるかどうか判断し、見込みがある場合はステップS140の光量制御に戻る。見込みがない場合は光源の光量をそのままに、ステップS180において各撮像部の露光制御を行う。次に、各撮像部について露光時間を設定しステップS190で撮像した画像の輝度値計算を行い、ステップＳ160で全画像の輝度値が許容範囲内に収まっていれば撮影を終了する（S200）。許容範囲内に収まっていない場合はステップS180に戻り、再び各撮像部の露光制御を行う。【００２２】
ここで、光量制御の方法について詳細に説明する。本実施例では、図２で示すように、１つの光源の照射によって複数の撮像部が同じ指の血管を別視点から撮影している。光源３に対して撮像部４−１よりも撮像部４−２の方が遠い位置にあるため、撮像部４−１よりも撮像部４−２に照射される光量が少なくなり暗くなることがある。また、指の形状や大きさによっても撮像部４−１と撮像部４−２が受光する光量は変動する。このような状況下で、１つの光源の光量制御によって撮像部４−１と撮像部４−２の撮影する画像の輝度値を同時に目標値に近づける必要がある。【００２３】
図４に横軸を光源の光量、縦軸を撮像部４−１の画像と撮像部４−２の画像の輝度値としたグラフのイメージを示す。尚、図４は説明のために線形グラフにて示しているが、光源と撮像部との距離や、外光の影響、提示される指の動き等により、実際の輝度値は非線形に変動する可能性がある。【００２４】
例えば光源の光量を２倍にしたとき、撮像部４−１と撮像部４−２が受光する光量は２倍にならず、それぞれa倍、b倍になる（図４（a）の例ではa>b）。したがって、光源の光量値をいかなる値にしても同時に２つの画像の輝度値を目標値にすることはできない。そこで、目標とする輝度値の範囲（許容範囲）を設定し、その許容範囲内に輝度値があればよいとする。図４（b）の例では、撮像部４−１の画像が目標輝度値に達する光源の光量値Ｌ1と撮像部４−２の画像が目標輝度値に達する光源の光量値Ｌ２の平均光量Ｌ３で照射したときに、２つの画像の輝度値が両方とも、許容範囲内に収まっていれば撮影を終了する。２つの画像の輝度値のうち、いずれか一方の輝度値でも許容範囲内に収まっていない場合は、光量値の調節のみで２つの画像の輝度値が許容範囲内に収まる見込みがあれば、再び光量制御を行い、光量制御のみで許容範囲内に収まる見込みがない場合は、撮像部４−１および撮像部４−２の露光制御を行う。【００２５】
輝度値の許容範囲を定量的に決める方法としては、例えば画像の輝度値を８ビットの２５５階調で表現する場合、輝度値が０付近の小さい値では画像全体が暗くなり、ノイズの影響を受けて血管を鮮明に撮影することができず、輝度値が２５５付近の大きい値では輝度値が飽和し画像全体が白とびしてしまうため、血管情報が欠けてしまうため、血管の情報をより一層多く取得するには、ノイズの影響を受けにくく、かつ輝度値が飽和しない範囲に輝度値の許容範囲を設定することが望ましい。例えば、輝度値の許容範囲を５０から２００の範囲に設定することができる。【００２６】
許容範囲の中でも、特に鮮明な画像を撮影するのに適した目標輝度値を設定し、この目標輝度値にできるだけ近くなるように輝度値を制御することで、より正確な光量制御が可能となる。目標輝度値の設定方法としては、血管画像においてノイズの影響が小さく、かつ画像中において血管と背景のコントラストが大きくなるような輝度値に設定することが望ましい。つまり、画像中の血管情報を所望の信号、それ以外をノイズとしたときの信号とノイズの比率であるＳＮ比が大きくなることが望ましい。具体的には撮影した画像中の領域を血管領域と背景領域に分けたときに、算出したＳＮ比が最大となる輝度値、もしくはＳＮ比が飽和する最小の輝度値を目標輝度値に設定することができる。具体的に図２０を用いて説明する。画像の輝度値の増加に伴い、血管はより鮮明になり、ノイズの影響が小さくなるため、ＳＮ比も増加する。しかし、輝度値aに達するとＳＮ比はほぼ一定となる。このとき、輝度値aより大きい輝度値ではノイズの影響を最大限抑制できているものの、輝度値が飽和する値に近づくにつれ、画像中に白とびする領域が増加し、血管領域が欠損して撮影されてしまうことを示している。従って、輝度値a付近を目標輝度値とすれば、ノイズの影響を最大限抑制しつつ、血管情報の欠損がない、鮮明な血管の画像を取得することができる。定量的には、目標輝度値は１２８付近にて設定することが望ましい。【００２７】
また２つの画像のうち、特に広い範囲の血管の画像の輝度値を、優先的に許容範囲内の基準値に近づけるように光量を制御してもよい。これにより、２つの画像全体として、より多くの情報量を取得することが可能となる。【００２８】
例えば、指の断面形状が楕円であると仮定すると、指の腹側を撮影したとき、指幅が最大になるため最も多くの情報が得られる。そこで、指の長軸を中心に指が回転した場合でも撮像する指の面積領域が大きい撮像部の画像の輝度値と、目標輝度値との差が、他方の画像よりも小さくなるように光量制御を行う。【００２９】
このように、CPU１３が撮像部４−１と撮像部４−２が撮影した指の幅をそれぞれ測定し、幅が大きい方の撮像部に指の腹側が向いていると判断し、指幅の大きい画像を優先的に目標輝度値に近づけることにより、情報量の大きい血管情報の取得をより確実なものとし、安定した認証精度を達成することができる。【００３０】
また、指の面積領域の判定は。指の輪郭線等を抽出し、輪郭内を指の領域と判定してもよい。あるいは、光量を制御する前に撮影された画像から血管情報を抽出し、特徴情報の多い方の画像を優先して光量を制御してもよい。【００３１】
次に、露光制御の方法について説明する。図５（a）のように光源の光量をあらゆる値にしたとしても、２つの画像の輝度値がともに許容範囲内に収まらない場合が考えられる。このようなときは、光量制御のみでは撮像部４−１と撮像部４−２で同時に鮮明な血管画像を撮像することができない。そこで、図５（b）のように撮像部４−１および撮像部４−２の露光を制御して、光源の光量値がある一定の値のときに２つの撮像部の画像の輝度値がともに目標値になるように露光時間を設定する。露光の制御は、図５（c）のように受光量の少ない撮像部４−２の露光を固定し、撮像部４−２の画像の輝度値が目標値になる光源の光量値に対して、撮像部４−１の露光時間を短く調節して、２つの画像の輝度値を目標値にしてもよい。また、図５（d）のように受光量の多い撮像部４−１の露光を固定して撮像部４−２の露光を長く調節してもよい。【００３２】
以上のような光量制御及び露光制御により、一つの光源に対して複数の配置の異なる撮像部で血管を撮影する場合の、光量の寄与する割合が各撮像部に対して異なることによって生じる光源の光量決定の困難性を解消することができ、鮮明な血管を撮影する事ができる。
【実施例２】
【００３３】
実施例１では、画像全体の輝度値が許容範囲内となるように光量及び露光量を制御する方法について説明したが、本実施例では、光量制御や露光制御を行うときの別の判断基準として、撮像部４−１、４−２がそれぞれ撮像する画像の共通領域の光量・露光量を制御する方法について説明する。【００３４】
例えば、図２のように撮像部４−１、４−２を近接して配置すると、２つの撮像部が共通に撮影する領域が存在する。画像中の共通領域は同一の対象を撮影しているため、例えば各画像の共通領域の平均輝度値を基に光量を制御して許容範囲内の輝度値とした場合、対象の画像のコントラストはほぼ同一となる。【００３５】
対して、画像全体の平均輝度値を基に光量を制御してしまうと、対象が異なるため、各画像が許容範囲内の輝度値となっても、対象のコントラストに若干の差異が生じてしまい、後述する広角画像作成時の画像間の対応付け等が困難となる。【００３６】
従って、上述のように画像中の共通領域の輝度値を許容範囲内とすることによって、２つの画像の輝度値の差を小さくすることができ、精度よく血管の情報を抽出することが可能となる。【００３７】
さらに、画像中の共通領域における、血管付近の輝度値を用いて光量制御を行えば、より精度よく血管の情報を抽出することができる。CPU13は、２つの画像中の共通領域夫々から、血管を抽出する。この抽出された血管付近の輝度値または輝度値のコントラストが許容範囲内となるように光量制御部１７によって光量を制御し、照合に用いる血管情報に基づいて画像の輝度調節を行う。このように画像の共通領域の中でも、同一の血管、つまりは同一の対象に基づいて輝度調節を行うことで、２つの画像のコントラストの差がより小さくなる輝度調節を実現することができる。これにより、２つの画像夫々に含まれる同一の血管の輝度値の差をより小さくできるため、高精度な照合はもとより、２つの画像の対応付けを、精度よく行うことが可能となる。【００３８】
２つの画像を対応付け、合成画像を作成する手順を、図２１を用いて説明する。まず、撮影終了（S200）後、共通領域に含まれる血管情報を抽出する（S210）。さらに、この共通領域の血管情報を用いて照合を行う。照合手段としては、パターンマッチング、特徴点マッチング等を用いることができる。この時、２つの画像は撮像角度や指と撮像部との距離などの影響によって、位置ずれが生じているため、照合を行うには共通領域の血管の位置を補正する必要がある。【００３９】
そこで、２つの血管画像の照合による一致度が最大、または閾値TH2以上となるときの血管画像の2次元平面を、X,Y座標、奥行き方向をY座標とした場合の、X軸,Y軸,Z軸方向夫々について、共通領域内での位置ずれを位置座標にて算出する（S220）。最後に、この位置座標を基に、２つの画像全体の位置ずれを補正して１枚の広角画像を作成する（S230）。【００４０】
このように、正確な光量制御により取得された共通領域の血管画像の一致度を用いることにより、より正確に血管の位置関係が対応付けられた広角画像を作成する事が出来る。【００４１】
尚、光量制御、露光制御の具体的な手法、輝度値の範囲の設定方法については実施例１と同様であるのでここでは説明を省略する。【００４２】
以上のように、２つの画像の共通領域に含まれる画像の輝度値を用いて光量を調節することにより、血管の情報をより正確に取得できるため、高精度な認証が可能となる。
【実施例３】
【００４３】
実施例２における２つの画像の共通領域の血管の画像に基づいた輝度値の調節は、２つの画像のコントラストを均一化することと、広角画像の作成のために２つの画像の対応付ける点に重点を置いたものであるため、最終的な認証に用いる血管情報を取得するためには、より精密な光量制御を行う事が望ましい。【００４４】
そこで本実施例では、最終的な認証精度をさらに向上させるべく、より多くの血管情報を有する、指領域の広い方の画像の輝度値を、優先的に制御する方法について、図１９を用いて詳細を説明する。【００４５】
CPU1３はまず、２つの画像の共通領域の輝度値が第一の許容範囲内となるように光量制御部１７によって光量を制御する。次に２つの画像のうち、指の領域の広い方の画像の輝度値を第一の許容範囲内に設定された第二の許容範囲内となるように光量制御を行う。これにより、２つの画像全体として認証に用いる血管の情報量より多く取得することができる。【００４６】
第二の範囲となるように輝度値を調節する対象の画像は、指の領域の広い方の画像全体とすることも可能であるが、画像中の指の領域を対象とすれば、より精度よく血管情報を取得することができる。さらに、画像中の指の領域から血管を抽出し、当該血管の領域を対象として第二の範囲となるように輝度値を調節すれば、さらに精度よく血管の情報を取得することができる。【００４７】
第一の範囲は、２つの画像をつなぎ合わせて広角画像を作成するために、共通領域の血管同士を対応づけられる程度の輝度値の許容範囲である一方、第二の範囲は認証に用いる血管情報を抽出するためのより厳密な設定を必要とする輝度値の許容範囲である。従って、第二の範囲は、第一の範囲内にて、より狭い範囲で設定されることが望ましい。【００４８】
第一の範囲を輝度値２５５階調により定量的に示すと、３０以上、２００以内の輝度値であることが、２つの画像を対応づけるためには望ましい。さらに第二の範囲は上述のようにより輝度値の変動幅が小さくなることが望ましいため、８０以上、１５０以内であることが望ましい。【００４９】
本実施例の光量制御方法、２５５階調モデルの定量化はあくまでも一例であり、例えば第二の範囲を実施例１のように目標輝度値との差によって設定したり、撮像環境等によって２５５階調モデルによる範囲設定を変更することも可能である。【００５０】
また、本実施例では、第一の許容範囲にて２つの画像の共通領域の画像の輝度値を制御した後、指の領域の広い方の画像を第二の許容範囲に制御する方法について述べたが、指の領域の広い方の画像を第二の許容範囲に制御した後、指の領域の狭い方の画像の共通領域の輝度値を第一の許容範囲に制御することも可能である。
【実施例４】
【００５１】
本実施例では、実施例２にて説明した共通領域内の血管の画像の輝度値を用いた光量制御方法を用いた別の実施例として、当該血管の画像同士の照合を行い、照合結果として得られる一致度に基づいて光量制御や露光制御を行う方法について説明する。【００５２】
一致度を利用した光量制御及び露光制御の処理フローの一例を図６に示す。まず、ステップS300で指が提示されたことを検知する。次にステップS310において初期光量で光源を点灯し、ステップS320で撮像部４−１及び撮像部４−２で撮影した血管画像の共通領域同士を照合して一致度を計算する。このときの照合手段としては、撮影した多値の輝度濃淡画像の共通領域同士のパターンマッチングや、輝度濃淡画像から抽出した血管パターン同士のマッチング、特徴点マッチングなどを用いることができる。ステップS330において、一致度が閾値TH1より大きい場合は、撮影を終了する（S370）。一致度が閾値TH1を下回る場合は、ステップS340で光量制御を行う。そして、ステップS350において光量制御のみで一致度が閾値TH1を超える見込みがある場合はステップS320に戻る。見込みがない場合はステップS360において各撮像部の露光制御を行い、ステップS320に戻る。【００５３】
ステップS340の光量制御について説明する。図７（a）、（b）に光源の光量値と一致度の関係および撮像部の露光時間と一致度の関係を表すグラフの概形を示す。このグラフのように、光量を徐々に大きくしていくと血管画像が多く出現するため、照合に用いる情報量が増えるため、一致度は上昇する。しかしながら一致度が最大値に達した後、つまり血管の情報量が最も多く出現した後は、画像に白飛びが発生し、血管の情報量が減少するため、一致度は徐々に減少する。従って、図７（a）のように、一致度が最大となる光量値より光量が大きくても小さくても一致度は小さくなる。【００５４】
そこで、ある光量値において算出した一致度が閾値TH1を下回ったとき、次の光量値を上げるか、下げるかの判断が困難となる。そこで、次の光量値の決定のための判断に図４（a）のような輝度値と光源の光量値の関係を利用することができる。撮像部４−１および撮像部４−２の画像の輝度値がともに目標範囲に近いほど、互いに血管が鮮明に撮影できており、かつ画像の明るさも近いため、一致度が高くなると考えられる。したがって、一方の撮像部の画像の輝度値が小さすぎる場合は光量を上げ、反対に輝度値が大きすぎる場合は光量を下げる。また、２つの撮像部の輝度値の差が大きいときは輝度値の差が小さくなるように光量値を上下するなどして一致度が増加するように光量値を制御することができる。また、図７（c）のように光源の光量値と露光時間の変動に対する一致度の変化を推定して一致度が最大になるように光量を決定し、実際に計算した一致度が閾値TH1を超えたときの光量値と露光時間を設定してもよい。また光量制御の方法として、異なる光量値で照射して算出した一致度から図７（a）のようなグラフ形状を推定し、一致度が最大となるときの光量値に決定する方法も可能である。【００５５】
撮像部４−１と撮像部４−２は、指の共通領域を撮影するような配置、あるいは撮像範囲の設定を行えば、共通領域における血管画像の照合による一致度を利用することによって２枚の画像を対応付けることができる。正しい対応付けができれば、２枚の画像を合成して指の周囲を撮影した１枚の広角画像を作成できる。また、合成しない場合であっても、２枚の画像中の位置の対応付けがわかっていれば、１つの連結データとして取得することができ、画像間にまたがった照合を効率的に行うことができる。【００５６】
ここで、本発明における照合処理の一例を説明する。CPU13は、撮像部４−１及び撮像部４−２で撮影した２つの血管画像を対応付け、合成を行う。合成後の画像から抽出した特徴を登録しておき、認証時に入力した２つの血管画像の合成画像から抽出した特徴と照合を行う。あるいは、入力する血管画像を合成せずに連結データとして用い、２つの血管画像のそれぞれから特徴を抽出し、登録してある特徴と照合してもよい。抽出する特徴は、２つの隣接する撮像部が共通で撮影する領域の対応付けに用いた血管パターンや、特徴点などを利用することができる。【００５７】
また、本実施例では撮像部が２つあり、登録画像、入力画像ともに２つの血管画像が利用できるが、必ずしもすべての画像を照合に用いなくてもよい。例えば、登録画像として２つの画像を利用し、入力画像として２つの画像のうち一方のみを利用することができる。登録画像を１つの画像とし、入力画像として２つの画像を両方とも利用することもできる。【００５８】
また本実施例では、撮像部で撮影した血管画像と指を側面から撮像した画像を利用することにより指の異常姿勢を検知することができる。ここでは１つの例として、撮像部４−１が撮像した指の腹側の血管画像と撮像部４−２が撮像した指の側面画像を用いた指の異常姿勢検知方法について説明する。指の腹側を撮影する撮像部４−１だけでは検知しにくい指の異常姿勢として、指の押し付け、曲げ、反りなどがある。押し付けは、指の提示位置は正常に提示した場合と大きく変わらず、装置と指が接触する位置付近で指表面付近の血流が阻害され、血管が撮像できなくなる。押し付けは撮像部４−１の血管画像中の指と装置の接触位置付近の血管量である程度検知できるが、元々血管が存在していない場合との区別がつきにくい。そこで撮像部４−２が撮像する指側面画像からわかる指姿勢と撮像部４−１の撮影した血管画像中の血管量の組み合わせによって、より正確に押し付けを検知することができる。指を装置に押し付けたとき、側面から撮影した指は、正しく提示した場合と比較して、指の下側の輪郭位置が指置きガイド部よりも低い位置にあり、また、指の根元から指先にかけての下側の輪郭が下に凸となる形状になりやすい。このように装置と指の接触位置の血管量が少なく、指の輪郭位置と輪郭形状が異常である場合に押し付けを検知する。また、指が曲がった状態や反り返った状態で提示された場合は、撮像部４−１で撮像した血管画像からは異常の検知が困難である。しかし、撮像部４−２で撮像した指側面の画像からは図８のように指の上下輪郭の位置や形状の異常から比較的容易に異常を検出できる。【００５９】
図９の認証装置２は提示する指の真上に光源を配置し、指の提示部５の両側面に２つの撮像部を配置した構成である。このとき２つの撮像部は光源３の真下に正しく提示したときの指から見て左右対称の位置にあるため、受光する光量は等しくなる。したがって、光量制御や露光制御を行い、片方の撮像部において鮮明な血管画像が撮像できれば、もう一方の撮像部でも同様に鮮明な血管画像が撮像できる。このため、１つの撮像部について光量制御や露光制御を行うだけで、同時に２つの撮像部から鮮明な血管画像を取得できる。
【実施例５】
【００６０】
本実施例では、３つの撮像部の露光制御と単一光源の光量制御により３つの鮮明な血管画像を同時に撮影する認証装置２の例を説明する。【００６１】
本実施例のように３つの撮像部を用いることにより、より広範囲における血管の画像を取得することが可能となる。【００６２】
図１０の認証装置２は図２の認証装置２に撮像部をさらに一つ追加した構成になっている。【００６３】
撮像部が３つになったとしても、光量制御や露光制御の方法は実施例１と基本的に同じであり、３つの撮像部で同時に鮮明な血管を撮影するために光源の光量制御と各撮像部の露光制御を組み合わせて行う。【００６４】
図１１の認証装置２は図９の認証装置２の構成に、指の真下の撮像部を追加した構成である。この構成は、指を提示部５に正しく提示した場合、光源３からの照射光は、光源３と指から見て左右対称に配置した撮像部４−２と撮像部４−３で同じ光量を受光することになる。したがって、撮像部４−２と撮像部４−３を１つの撮像部とみなすことができ、撮像部４−１と撮像部４−２もしくは撮像部４−１と撮像部４−３の２つで同時に鮮明な血管画像を撮像できれば、３つの撮像部で同時に鮮明な血管画像を撮像できることになる。【００６５】
図１１の認証装置における光量制御及び露光制御の処理フローの一例を図１２に示す。まず、ステップS400で指が提示されたことを検知し、ステップS410で光源を初期光量で点灯してステップS420において各撮像部が撮影した画像内の輝度値を計算する。算出した輝度値は撮像部ごとに異なる外光の影響を含んでいるため、ステップS430で全ての画像の輝度値が近い値になるように撮像部の露光を制御する。次に、各撮像部で鮮明な血管を撮影するために光量制御を行う。まず、撮像部４−１単独で鮮明な血管を撮影するためにステップS440で光量制御を行い、ステップS450で撮像部４−１の画像の輝度値を計算する。そしてステップS460において輝度値が許容範囲内にあれば撮像部４−１の撮影を終了する（S470）。次にステップS480で撮像部４−２と撮像部４−３で同時に鮮明な血管を獲得するための光量制御を行い、ステップS490で撮像部４−２と撮像部４−３の画像の輝度値を計算する。そしてステップS500で輝度値が許容範囲内にあれば撮像部４−２および撮像部４−３の撮影を終了する（S510）。ステップS480の光量制御について、上で述べたように、撮像部４−２と撮像部４−３の受光する光量がほぼ等しいため、一方の撮像部で鮮明に血管が撮影できるように光量を調節するだけでよく、制御が容易である。
【実施例６】
【００６６】
本実施例では、３つの撮像部の露光制御と２つの光源の光量制御および点灯、消灯制御により３つの撮像部で鮮明な血管画像を撮影する認証装置２の例を説明する。【００６７】
本実施例のように２つの光源の光量を夫々制御することにより、より鮮明な画像を広範囲にて撮影することが可能となると共に、各画像の対応付けを正確に行うことが可能となる。【００６８】
図１３に２つの光源と３つの撮像部から構成される認証装置２を示す。まず、左右に配置された２つの光源３を交互に照射して血管の撮像を行う。一方の光源３を点灯しているとき、もう一方の光源３は消灯もしくは、点灯している光源の光量より弱い光量で点灯する。【００６９】
図１３の認証装置２の構成は光源３の照射光が指の表面に直接当たっている部分を撮像部４−２または撮像部４−３のいずれかが撮像することになり、その部分は撮像部の受光量が過多となり、輝度値が飽和して白とびが発生してしまう。図１３において左側の光源３を点灯しているとき、撮像部４−３の撮影する指の大部分の領域と、撮像部４−１の撮像する指領域の半面が白とびして血管を撮影することができない。撮像部４−１が撮影する指領域の残り半面と、撮像部４−２が撮影する指領域の大部分は指内部を透過してきた光を受光して血管が撮影できる。右側の光源３の点灯時には撮像部４−３が撮影する指領域の大部分と、撮像部４−１が撮影する指領域の半面において血管が撮影できる。したがって、左右の光源３をそれぞれ点灯して撮影した６つの画像の中から、左の光源３点灯時の撮像部４−２の画像と右の光源３点灯時の撮像部４−３の画像を選択し、撮像部４−１の画像は左右半面ずつ血管が撮影できているため、この左右半面ずつの２つの画像を合成して１枚の血管画像を作成する。従って、血管画像として３つの画像を選択することになる。【００７０】
光源の光量制御については、左の光源３の光量は血管が撮影できる２つの撮像部４−１および撮像部４−２の撮影した血管画像に基づいて制御し、右の光源３の光量は撮像部４−１と撮像部４−３によって制御を行う。具体的な光量の制御方法は実施例１にて説明した方法を用いる事が出来る。【００７１】
さらに、光源の点灯時に血管が撮影できない撮像部における白とびを利用して指の輪郭を抽出することで、より精度の高い血管の情報を取得することが可能となる。【００７２】
図１３の例では、左側の光源３の点灯時には、撮像部４−３が指の表面の反射光を撮影するため白とびが生じている。このとき光量を適切に制御することで、図１４（a）のように白とびが指の輪郭と背景の境界を強調するこのとき、光量が強すぎると図１４（b）のように白とびする領域が実際の指の領域を超えてしまうため、輪郭抽出を行うために指の輪郭を強調する光量にて指を照射し、指の輪郭位置を求める。【００７３】
指の輪郭を撮影するための光量制御については、実施例１にて説明した制御方法にて、白飛びしている画像から、指と背景の境界付近において、輝度値のコントラストが指と背景を明確に区別できるほど大きくなるように光量を制御することを、制御条件に加える方法がある。【００７４】
また、血管の画像を撮像する他の撮像部での撮像とは別に、輪郭を取得するための許容範囲内の輝度値となるように光量を制御して撮像することも可能である。【００７５】
さらに他の輪郭の画像の撮影方法として、図１３のように側面に配置した光源が提示する指のやや上方にある場合、指の下側まで直接光が届きにくいことを考慮して、指置きガイド部５の真下に配置した指検知用の補助光源１９を利用する方法がある。指の腹側を照射することで、図１４（c）のように撮像部４−２及び撮像部４―３で指の側面を撮影したときに指の下側の輪郭位置が白とびし、強調されるため、正確な輪郭抽出が可能となる。【００７６】
白とびを利用して抽出された輪郭の画像は、輪郭強調に適した光量によって撮影されているため、血管を撮像した画像の輪郭よりも鮮明な輪郭の画像となっている。これを利用し、より正確な血管画像を取得する方法について、撮像部４−３で撮像された画像を例として、以下説明する。【００７７】
まず撮像部４−３は、左側光源３から照射された光に基づいて、画像を撮影する。上記のように、この時撮影された画像は白飛びの画像を生じ得る画像であると同時に、指の輪郭が強調された画像である。【００７８】
次に撮像部４−３は、右側光源３から照射された光に基づいて、画像を撮影する。上記のように、この時撮影された画像は血管画像を含む画像となっている。【００７９】
CPU13は、この２つの画像を照合するか、あるいは合成画像を作成し、上記血管画像を含む画像から、輪郭が強調された画像の、輪郭よりも内側の範囲、つまり指領域の範囲に存在する血管画像を抽出する。【００８０】
これにより、より確実に輪郭内に存在する血管を抽出することができるため、例えば血管パターンを撮影した画像に含まれる、輪郭外に存在する血管パターンと誤認識される可能性のある情報を排除することができ、より正確な血管画像を抽出することが可能となる。【００８１】
さらにCPU13は、この抽出された輪郭内の血管画像と、撮像部４−１にて撮像された血管画像の２つの画像における共通領域の血管画像を用いて、実施例２、実施例３にて説明した光量制御・露光制御方法を用いて、共通領域の血管画像の輝度値が許容範囲内となるように光量を制御し、認証に用いる画像を撮影する。【００８２】
以上のように、輪郭内の血管画像を用いて光量制御を行う事で、より鮮明な血管画像を撮影することができ、認証精度を向上させることができる。【００８３】
次に、抽出された輪郭内の血管画像の輝度値と、撮像部４−１にて撮像された血管画像との共通領域に含まれる血管の輝度値を用いて、実施例１〜３にて説明した光量制御を行う。本実施例では、輪郭内の血管画像を対象として光量制御をおこなっているため、ノイズ等を血管とご認識して輝度値を判定する確率を抑制することができ、光量制御の正確性をさらに高めている。【００８４】
さらに同様の処理を、撮像部４−２にて取得された画像についても行い、撮像部４−１、撮像部４−２及び撮像部４−３にて取得された画像から、上述のように３つの合成画像の合成画像を作成することにより、輝度値と各画像の対応付けが正確に制御された広角画像を取得することが可能となる。
【実施例７】
【００８５】
本実施例では、上述した実施例１〜６について、複数の撮像部にて撮像された画像をさらに鮮明なものとするためのインターフェースについて説明する。
図１５（a）、（b）は指の側面を撮影する撮像部が鮮明な血管画像を撮影するために光源３を配置した個人認証装置の入力インターフェースの一構成例である。図１５（a）の入力インターフェース（側面図）を上から見た図が図１５（b）であり、図１５（c）の入力インターフェース（側面図）を上から見た図が図１５（d）である。指を側面から撮影すると、指の根元側よりも指先側の方が、指の厚みが小さい。したがって、図１５（c）のように、複数の光源３を指提示部６の長軸方向に並べて配置すると、光源３の照射光が指に直接当たっており、上方から見ると図１５（d）のように白とびする範囲が指先では大きくなり側面から撮影してしまう場合がある。そこで、指先に向かって指の厚みが小さくなることを考慮し、図１５（a）のように指提示部６の長軸方向に、一端から指先側の他端に向かうにつれて徐々に光源の配置位置を下げていく。この光源の配置により、指側面を撮影する撮像部が白とびを撮影しにくくなる。また、同等の効果を得るために、図１６のように光源３の位置は変えずに指提示部５を傾けて配置したり、撮像部を傾けて配置したりしてもよい。【００８６】
以上のように、光源からの光を的確に指に照射させることにより、指へ透過していない光が指提示部の側方に配置された撮像部へ入射することによって生ずる白飛びを抑制でき、さらに指提示部の下方に配置された撮像部へ入射する、指を透過した光の光量を増加させることができる。
【実施例８】
【００８７】
本実施例では、提示された指のぶれを考慮した、実施例７の別の実施例について説明する。一例として、３つの撮像部の露光制御と２つの光源の光量制御および点灯、消灯制御により３つの撮像部で鮮明な血管画像を撮影する認証装置２に適用した場合について説明する。【００８８】
図１７のように認証する指の両隣の指を装置に接触して固定し、認証する指を曲げて非接触に提示して認証することができる認証装置２の例を説明する。装置は３つの撮像部と２つの光源から装置は構成され、血管の撮影方法は他の実施例と同様に行うことができる。【００８９】
図１８（a）、（b）、（c）は図１７の認証装置の断面図である。図１８（a）は複数の光源を指提示部６の長手方向に並べて配置した例であり、図１８（b）は曲がって提示される指の位置に合わせて光源を傾けて配置した例である。また図１８（c）は光源を多数配置しておき、提示される指の位置に応じて点灯する光源を選択する例である。また、図１８（d）、（e）、（f）は指を曲げて提示するため、図１８（a）、（b）、（c）の各撮像部を指が曲がる方向に合わせ、傾けて配置する例である。【００９０】
このように、提示された指の位置に応じて、指に光を照射する光源を変化させることで、白飛びの影響を抑制し、指からの透過光を安定して撮像することができるため、高精度の認証が可能となる。【００９１】
尚、上記実施例１〜７については、特に血管を生体情報として説明したが、生体情報を複数の撮像部にて撮像することを目的とした装置であれば血管に限られるものではない。
【符号の説明】
【００９２】
１  指
２  認証装置
３  光源
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  インターフェース
１１  メモリ
１２  記憶装置
１３  CPU
１４  表示部
１５  スピーカー
１６  入力部
１７  光量制御部
１８  露光制御部
１９  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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